JPH0258696A - 拡大シールド工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シールドジャッキの一部に拡大部を築造する
拡大シールド工法に関する。

〔従来の技術〕

従来知られている拡大シールド工法には、通常のシール
ド工法で構築されたトンネル−次覆工の一部を坑内から
セグメントを取りはずしながら切り拡げ、この部よりト
ンネル軸方向への拡大断面のシールドによる掘進とセグ
メントの再構築を進める方法や、通常のシールド工法で
構築されたトンネル−次覆工の坑内に設置した専用の掘
削装置によりトンネル軸直角方向に掘削しながら拡大部
用セグメントを順次押出すことにより所要の拡大空間部
を得る方法などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、市街地においては、交通阻害、振動騒音等の地域
環境問題、地下埋設物の輻較による洞道の深層化等から
トンネル部の多くはシールド工法により施工されている
。

しかし、鉄道トンネルのプラットホームや亘り線部、急
曲線の道路トンネルの拡幅部、電力トンネルのケーブル
接続部、分岐部などのトンネルを拡幅する必要があると
ころでは、従来はそのほとんどを地上からの開削で築造
している。

これらのトンネルの多くは、その機能上、道路の交差点
の下が多く、商業地域で、かつ交通や地下埋設物が輻幀
している幹線道路の交差点等では、開削工法による箱形
トンネルの築造は地域環境、交通への影響や安全確保等
の種々の問題からむずかしくなっており、開削工法によ
らないトンネル拡幅部築造技術の開発が望まれている。

この要望に応えるため、最近になって既述のような拡大
シールド工法が開発されているが、その一つの方法では
、坑内からの切り拡げに伴ない坑内に地山が露出するた
め、あらかじめ薬液注入等により拡大掘削部の地盤改良
をする必要があり、また他の方法では、地山の露出を避
ける手段はあるとしても、専用の掘削装置を坑内に設置
し、セグメントに設けた孔部を通して地山を掘削しなが
ら、セグメントの押出しを行なわなければならない。

本発明の目的は、シールドジャッキの一部に拡大部を築
造するに当り、拡大区間の地山を坑内に露出させること
なく、また専用の掘削装置を坑内に設置ず４ことなく、
より安全確実に、かつ経済的に施工できる工法を提供す
ることにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的を達成するために本発明は、密閉型回転カソク
シールド機によるトンネルの掘進途上において、回転カ
ノクに装備したオーバカンタにより拡大予定区間の周辺
地山を拡大形状に合せて余掘り掘削するとともに、シー
ルド機内より塑性流動性を有する泥土を余掘り掘削部に
注入して充満させ、その圧力を地山の安定に適した値に
維持し、拡大予定区間の始点部より所要範囲にわたって
はシールド機に後続して拡大シールド構成部材の構築を
行ないながら掘進し、拡大シールド構成部材の構築終了
後、余掘り掘削部に対応する箇所の拡大シールド構成部
材を余掘り掘削部へ押し出すことにより拡大部を形成し
、不用となった内殻部を撤去し、拡大シールド構成部材
の内側にテールシール、シールドジヤツキを装備して、
拡大シールド構成部材自体を後部シールドとなし、前記
密閉型回転カッタシールド機を前部シールドとして、以
後、後部シールド内で後続する拡大セグメントの構築を
行ない、後部シールドに装備したシールドジヤツキによ
り前部シールドおよび後部シールドを推進し、拡大予定
区間の掘進を行なうことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、オーバカッタにより余掘り掘削した
部分に塑性流動性を有する泥土を充満させて、地山の安
定に適した泥土圧を維持し、拡大予定区間の始点部より
所要範囲ｔこねたって構築した拡大シールド構成部材を
坑内から押し出すことにより拡大部を形成し、不用とな
った内殻部を撤去し、この拡大シールド構成部材の内側
にテールシール、シールドジヤツキを装備して、拡大シ
ールド構成部材自体を後部シールドとなし、以後、この
後部シールド内で４’ｌ　Ｍする拡大セグメントの構築
を行ない、後部シールドに装備したシールドジヤツキに
より前部シールドおよび後部シールドを推進し、拡大予
定区間の掘進を行なうようにしたため、常に地山の安定
を保持することができるとともに、拡大予定区間の地山
を坑内に露出させることなく施工ができて、安全であり
、事前の地盤改良や坑内からの拡大掘削が不要である。

シールドハル外周上の複数箇所に配設した土圧計の計測
値に基づいてシールド機内からの泥土の注入量を制御し
たり、拡大シールド構成部材の押出し時に、拡大シール
ド構成部材のグラウトホールを通じて余掘り掘削部から
泥土を坑内に排出するか、必要な場合は、逆に余掘り掘
削部へ泥土を補充注入するなどの方法で、余掘り掘削部
に充満した泥土の圧力を地山の安定およびシールドの姿
勢保持に必要な値に保つことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第１７図により説明
する。

第１図は本発明の拡大シールド工法における拡大部築造
前のシールド施工状態を示す概要図である。図中、１は
密閉型回転カソクシールド機の一例として示した土圧式
シールド機で、シールドハル２、回転カッタ３、カンタ
スポークに内蔵されたオーバーカッタ４、掘削土砂を取
込むチャンバ５、チャンバ５からシールド機内へ掘削土
砂を排出するスクリューコンベア排土装置６、掘削土砂
と回転カッタ３の先端部注入ロアから注入される粘性付
与液とを攪拌混合するための攪拌翼８、チャンバ５内の
土圧を測定する土圧計９を備え、地山の安定保持とシー
ルドの姿勢保持を図るため、回転カッタ３の後方のシー
ルドハル２外周上にシルト機内からオーバーカッタ４で
余掘り掘削した部分へ泥土を注入するための泥土注入口
１０および余掘り掘削部の土圧を計測する土圧計１１が
装備されている。１２はシールド機Ｉに後続して構築さ
れた通常区間のセグメント、１３．１３’はシールドジ
ャッキの拡大予定区間の始点部より所要範囲において使
用される拡大シールド構成部材で、１３は拡大部用構成
部材、１３′は拡大しない部分の構成部材である（Ｌは
拡大シールド構成部材設置範囲）。

１４は地山を示す。

第２図はオーバーカッタ４、泥土注入口１０、土圧計１
１が装備されたシールド機前部の拡大模式断面図で、泥
土注入口１０、土圧計１１はシールドハル２のフード部
の複数箇所に設けられ、泥土注入口１０は送泥管１５を
介して機内に設置した送泥ポンプ（図示せず）に接続さ
れている。

通常区間でのトンネルの掘進は、回転カッタ３を回転さ
せて地山１４を円形断面に掘削し、回転カッタ３の先端
部注入ロアから注入される粘性付与Ｗｊ、（ヘントナイ
ト溶液等）と掘削土砂とを撹拌翼８で攪拌混合し、塑性
流動性を有する泥土としてチャンバ５内に充満させ、チ
ャンバ５内の土庄を土圧計９で管理しながらスクリュー
コンベア排土装置６で排土することによって行なう。そ
して、所定距離掘進するごとに、図示しないセグメント
構築装置によりセグメント１２を組立てる。このように
して構築されるセグメント１２は第３図に示すような円
形断面となり、通常の一次覆工断面と同じである。しか
し、他のトンネルと接続する箇所や地下鉄のプラットホ
ームのようにトンネル全長の中の一部分だけ坑内空間を
拡げたい場合、例えば第３図に示す断面を第４図に示す
断面のように拡大したい場合、本工法では下記の手順に
より施工する。

第１図において、トンネル−次覆工全長のうち拡大予定
区間以外の部分は通常のシールド工法と全く同様に施工
し、拡大予定区間の始点に達した時から、カッタスポー
クに内蔵されたオーバーカッタ４を用いて、第５図に示
すようにシールドの周辺地山を拡大形状に合わせて余掘
り掘削する。

余掘り掘削に使用するオーバーカッタ４は第２図に示す
油圧ジヤツキ１６等により伸縮し、例えば３００ｆ１以
上の余掘り量を確保できるものとする。

余掘り掘削と同時にシールド機内から泥土注入口１０を
介して塑性流動性を有する泥土１７（この泥土はスクリ
ューコンベア６によりチャンバ５から機内に取り込んだ
ものをそのままか、あるいは要すれば部分の一部を除去
するなどして利用することができる。）を図示しない送
泥ポンプで加圧し注入する。これにより、余掘り部の掘
削土砂をチャンバ５側、すなわちシールド機全面の切羽
側へ移動させるとともに、余掘り部分へ泥土１７を充満
させ、地山を保持するに必要な土圧を維持するように加
圧しながら掘進し、所定距離掘進するごとに拡大シール
ド構成部材１３．１３’を組立てる。拡大シールド構成
部材１３．１３’の組立にはセグメント１２の組立と同
じセグメント構築装置を使用できる。この時点での拡大
シールド構成部材１３．１３’の組立形状は第６図に示
すような円形断面とし、外径はセグメント１２の組立状
態の外径と同じである。

拡大シールド構成部材１３．１３’は、セグメント状ブ
ロックからなっており、拡大部用構成部材１３と拡大し
ない部分の構成部材１３′との分割面は拡大時の押出し
方向と平行に形成されている。第７図に示すように、拡
大部用構成部材１３の内側には後述する拡大部側面形成
部材２１を取付けるためのボルト穴１８−１をあけたフ
ランジ１９が設けられている。第７図は拡大部用構成部
材１３の一例を示す図で、鋼材により箱形に形成され、
前記ボルト穴１８−１のほか、側面および分割面にも連
結用ボルト穴１８−２．１８−３があけられている。図
示しないが、拡大しない部分の構成部材１３’も第７図
に示す拡大部用構成部材１３とほぼ同形状をしている。

ただし、ボルト穴１８−１は必要でない。

第８図は木工法に使用する拡大部側面形成部材（以下、
拡大用アダプタと略称する）２１の一例を示す。短筒状
をした拡大用アダプタ２１は、一端に前記拡大部用構成
部材１３のフランジ１９と合致するフランジ２２を有し
、その各側面およびフランジ２２に連結用ボルト穴２３
−１．２に２．２３−３があけられている。

本明細書では、上記拡大部用構成部材１３、拡大しない
部分の構成部材１３′および拡大用アダプタ２１を、拡
大シールド構成部材と総称する。

余掘り掘削部に充満した泥土１７の圧力を地山の安定に
必要な値に保つために、前記泥土注入口１０、土圧計１
１のほかに、拡大部用構成部材１３の一部または全部の
グラウトボール２０にも第９図に例示した土圧計２７、
ストップバルブ２８、泥土注入・排出用ホース２９を取
付け、土圧計２７の計測値に基づいて泥土を排出または
注入できるようにする。さらに、本実施例では、余掘り
掘削部へ押し出される拡大部用構成部材Ｉ３の最も切羽
側の側板（第１Ｉ図の前部反力受３０）にも土圧計３９
を装着し、その計測値に基づいて泥土の注入制御を行な
う。また、この切羽側側板には泥土注入・排出口３８を
設けておく。なお、この拡大予定区間の掘進は、シール
ドが蛇行しないよう特に入念に行なうが、必要に応じて
第５図に示す両側の余掘り掘削部への泥」二江入量を加
減することもできる。

１１〜 次に、拡大シールド構成部材の拡大作業について説明す
る。

第９図は拡大シールド構成部材の拡大作業要領図である
。第９図において、２５は拡大用アダプタ２１を既設の
拡大部用構成部材１３と共に坑内から泥土を充満させた
余掘り掘削部へ押出すために使用される押出装置である
。押出装置２５は、シールドｍ１に設置したセグメント
構築装置とは別の装置であって、上下移動および方向転
換が可能なワンド２５−１上に油圧ジヤツキ等で伸縮さ
せる押圧部２５−２を設け、押圧の反力は反力受け（図
示せず）を介して一次覆工で受ける構造になっている。

本装置は坑内に設置したレール２６上を走行する図示し
ない台車に搭載されている。

第９図では拡大作業をシールドの片側ずつ行なう例を示
しているが、両側同時作業も押出装置２５の構造を変更
することによって可能となる。

第１０図は第９図のＡ−Ａ断面を示す。

拡大シールド構成部材の拡大作業は次の順序で行なう。

（１）拡大部分の既設拡大部用構成部材１３に拡大用ア
ダプタ２１をボルトで取付ける。

（２）押出装置２５で拡大用アダプタ２１の内側を押え
る。

（３）拡大用アダプタ２１を取付けた既設拡大部用構成
部材１３の拡大しない部分の構成部材１３′およびセグ
メント１２との連結ボルトを取外し、そのボルト穴１８
−２．１８−３に図示しない止水用止栓を取旬ける。

（４）押出装置２５のロッド２５−１を伸ばし、拡大用
アダプタ２１およびこれに連結した拡大部用構成部材１
３を徐々に坑内から押し出す。この時、地山の安定に必
要な泥土の圧力を維持するように、拡大部用構成部材１
３のグラウトホール２０に接続した土圧計２７の計測値
に基き制御しつつストップバルブ２８、ホース２９を通
して泥土の排出または注入を行なう。

（５）押し出された拡大用アダプタ２１の内側のボルト
穴２１１．２３−２と既設の拡大しない部分の構成部材
１３′およびセグメント１２のボルト穴とが一致した時
点で押出作業を止め、拡大用アダプタ２１の片側側面お
よび上下端面を拡大しない部分の構成部材１３′および
セグメント１２にボルトで連結する。

（６）拡大部分の拡大部用構成部材１３の２リング目以
降は、押し出された拡大用アダプタ２１の上下端面のボ
ルト連結作業のほかに、押し出された拡大部用構成部材
１３同士の片側側面のボルト連結作業が必要となる。な
お、拡大部用構成部材および拡大用アダプタの摺動部分
は、所要のシール機能をそなえたものとすることは言う
までもない。

上記作業を順次繰返し、拡大部を形成してゆく。

拡大作業は拡大シールド構成部材１個ごとに行なっても
よいし、複数個同時に行なってもよい。拡大シールドの
端部では、押し出された拡大用アダプタ２工の片側側面
および上下端面を拡大しない部分の構成部材１３′およ
びセグメント１２にボルトで連結する。

以」二で拡大シールド構成部材の拡大作業を終了する９
なお、拡大シールド構成部材設置範囲りの長さは、後述
する後部シールドジヤツキ３５の長さと、拡大セグメン
ト３７の長さ、後部テールシール３６の取付長さ、前部
および後部反力受３０，３１の長さに余裕分を加味して
決定する。

次に、拡大シールドが完成するまでの過程を説明する。

（１，１第１１図、第１２図は拡大シールド構成部材の
拡大作業終了時の状態を示す。

（２）まず、拡大シールドの切羽寄りの部分と立坑寄り
の部分の拡大部用構成部材１３および拡大用アダプタ２
１を補強して以後の掘進時の反力受として必要な強度を
もたせる（以下、前部反力受３０、後部反力受３１とよ
ふ）。図示していないが、拡大しない部分の構成部材１
３′の内側にも前部反力受３０、後部反力受３１を別部
材により構築する。

（３）次に、前部反力受３０、後部反力受３１と前後に
隣接して設置された通常セグメント１２とのつなぎ部分
を補強する。溶接でもボルト結合による補強でもよい。

（４）補強完了後、前部反力受３０と後部反力受３１で
はさまれる区間の拡大シールド構成部材１３．１３’拡
大用アダプタ２１の拡大シールド外殻として必要な部分
以外の内殻部を取り除く。内殻部を取り除くと第１３図
のようになるが、拡大シールド構成部材１３．１３’、
拡大アダプタ２１の各連結部分は必要に応じボルトある
いは溶接により補強する。

内殻部を撤去して残した外殻部３４を以下、後部シール
ドとよぶ。

（５）第１４図、第１５図、第１６図に示すように、後
部シールド３４の内側の各反力受３０．３１間に後部シ
ールドジヤツキ３５、後部テールシール３６、拡大セグ
メント３７を設置する。拡大セグメント３７は後部シー
ルド３４に後続して構築される拡大区間の一次覆工部材
で、後部シールド３４と相似の断面形状を有しており、
後部シールド３４と拡大セグメント３７の間は後部テー
ルシール３６により止水される。

（６）後部シールド３４の後端と後部反力受３１との連
結部を分離する。

以上で、拡大予定区間始点部での拡大シールドの構築が
完了し、以後、前述した拡大シールド構成部材１３．１
３’、拡大アダプタ２１の外殻部３４を後部シールドと
なし、シールド機１を前部シールドとして、拡大予定区
間のシールド施工を行なう。

次に、その運転方法を説明する。（第１６図、第１７図
参照）。

ｉｌｌ　　掘削は、前部シールド１の回転カッタ３およ
びオーバカッタ４で行ない、土砂の取り込みは、スクリ
ューコンベア排土装置６で行なう。排土量は、チャンバ
内土圧計９の計測値に基づきスクリューコンヘア排土装
置６の回転数を制御して言周整する。

オーハカソクによる掘削部には掘削と同時に前部シール
ドの泥土注入口１０から泥土を注入し充満させ、土圧計
１１および土圧計３９の計測値に基づき泥土注入口１０
および泥土注入・排出口３８からの注入量を調整するこ
とにより、泥土圧を常時地山の安定に必要な値に維持す
る。

（２）　　シールドの推進は、拡大セグメント３７、後
部反力受３１、その後方の通常セグメント１２に反力を
とり、後部シールドジヤツキ３５を伸長して行なう。拡
大セグメント３７の幅分掘進したところで後部シールド
ジヤツキ３５を引き戻し、後部シールド３４内で後続す
る拡大セグメント３７を組立てる。セグメント構築装置
は図示しないが、後方台車上にその装置を設置しでもよ
いし、後部シールド３４にセグメント構築用エレククを
装備してもよい。

（３）本工法によれば、拡大区間のカーブ施工も容易と
なる。方法としては、後部シールドジヤツキ３５の片押
しによる方法と、前部シールドジヤツキ３２を片押しに
より伸長して前部シールド１をカーブ線にのせ、その後
、後部シールドジヤツキ３５を伸長して後部シールド３
４とその手前の通常セグメン目２を追従させ、一定スト
ローク前進したところで、後部シールド３４内で次の拡
大セグメント（カーブ径に合ったテーパセグメントとす
る）３７を組む複動掘進の方法がある。

後者の方法をとる場合は、前部テールシール３３として
順逆両方向の摺動が可能なものを用いる。

（４）拡大予定区間の終点部、すなわち拡大セグメント
３７の最終組立が完了したところで、後部シルト３４、
各反力受３０．３１を永久構築物として土中に残し、前
部シールド１と通常セグメント１２による通常区間の掘
進に移行する。

以上、本発明の一実施例について説明してきたが、本発
明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、ト
ンネルの拡大形状としては、第４図に示すように両側に
拡大する場合だけでなく、片側あるいは上側、下側等を
含む任意の方向に拡大することが可能であり、また使用
するシールド機としても、チャンバ内で掘削土砂を泥土
に変更する機種に限られることはなく、余掘り掘削部に
注入する泥土は別途に作ってもよい。その他の使用機材
や施工手順についても同様に本発明の要旨内において適
宜改変することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、 （１）密閉型回転力・７クシ一ルド機に装備した長尺の
オーバーカッタにより拡大掘削（余掘り掘削）を行なう
ため、専用の掘削装置を一次覆工坑内に持ち込むことな
しに能率良く拡大掘削ができる。

（２）余掘り掘削部にシールド機内から塑性流動性を有
する泥土を注入しながら掘進し、この部分の土圧を管理
することで地山保持とシールドの姿勢保持を行なうこと
ができる。

（３）坑内に地山を露出させないため、作業の安全を確
保できる。

（４）拡大予定区間の地盤改良を必要としない。

（５）拡大シールド構築後は、後続する拡大セグメント
の構築により直接拡大区間の一次覆工ができ、拡大部用
セグメントの押出し、再組立を必要としないため、能率
的であり、特に拡大区間が長距離にわたる場合に有利で
ある。

（６）拡大セグメントをテーパセグメントとすることに
より、拡大形状でのカーブ施工が容易にできる。

以上のことから、安全確実に、かつ経済的にシルトトン
ネルの一部に拡大部を築造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の拡大シールド工法における拡大部築造
前のシールド施工状態を示す概要図、第２図は本工法に
使用するシールド機の要部模式断面図、第３図は非拡大
区間の一次覆工断面図、第４図は本工法による拡大区間
のｌ・ンネル断面の例を示す図、第５図は余掘り掘削部
の泥土注入状態を示す断面図、第６図は拡大シールド構
成部材の構築状態を示す断面図、第７図は拡大部用構成
部材の構成例を示す斜視図、第８図は拡大用アダプタの
構成例を示す斜視図、第９図は拡大シールドの拡大作業
の要領を示す模式断面図、第１０図は第９図のＡ−ＡＷ
Ａに沿った部分断面図、第１１図は拡大シールドの拡大
作業終了時の状態を示す切断平面図、第１２図は第１１
図のＢ−Ｂ断面図、第１３図は第１２図の内殻部撤去後
の状態を示す断面図、第１４図は第１６図のＣ−Ｃ断面
図、第１５図は第１６図のＤ−Ｄ断面図、第１６図は拡
大シールドの完成状態を示す切断平面図、第１７図は拡
大シールド完成後の掘進状態を示す切断平面図である。 １・・・シールド機（前部シールド）、２・・・シール
ドハル、３・・・回転カッタ、４・・・オーバカッタ、
５・・・チャンバ、６・・・スクリューコンベア排土装
置、１０・・・泥土注入口、１１・・・土圧計、１２・
・・通常セグメント、１３．１３’・・・拡大シールド
構成部材、１５・・・送泥管、２０・・・グラウトホー
ル、２工・・・拡大用アダプタ、２５・・・押出装置、
２７・・・土圧計、２９・・・泥土注入・＋Ｉ＋出用ホ
ース、３０・・・前部反力受、３１・・・後部反力受、
３２・・・前部シールドジヤツキ、３３・・・前部テー
ルシール、３４・・・後部シールド、３５・・後部シー
ルドジヤツキ、３６・・・後部テールシール、３７・・
・拡大セグメント、３８・・・泥土注入・排出口、３９
・・・土圧計。 特許出願人　メトロ設計株式会社 日立建機株式会社 代理人　弁理士　　秋　木　正　実（外１名）惨′−Ｘ
、！ 喀 ；−〜諭 第 グ４Ｆ！！Ｊ 笛 関 ３４−（’１音やシーｌレド ３５−−−イ釜（Ｐシールド昏−Ａ ３７・−よ公入ｔり・メント

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、密閉型回転カッタシールド機によるトンネル掘進途
   上において、回転カッタに装備したオーバカッタにより
   拡大予定区間の周辺地山を拡大形状に合せて余掘り掘削
   するとともに、シールド機内から塑性流動性を有する泥
   土を余掘り掘削部に注入して充満させ、その圧力を地山
   の安定に適した値に維持し、拡大予定区間の始点部より
   所要範囲にわたってはシールド機に後続して拡大シール
   ド構成部材の構築を行ないながら掘進し、拡大シールド
   構成部材の構築終了後、余掘り掘削部に対応する箇所の
   拡大シールド構成部材を余掘り掘削部へ押し出すことに
   より拡大部を形成し、不用となった内殻部を撤去し、拡
   大シールド構成部材の内側にテールシール、シールドジ
   ャッキを装備して、拡大シールド構成部材自体を後部シ
   ールドとなし、前記密閉型回転カッタシールド機を前部
   シールドとして、以後、後部シールド内で後続する拡大
   セグメントの構築を行ない、後部シールドに装備したシ
   ールドジャッキにより前部シールドおよび後部シールド
   を推進し、拡大予定区間の掘進を行なうことを特徴とす
   る拡大シールド工法。