JPH04247197A - 拡大径を掘削可能なシールド機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば地表面下５０
〜１００ｍの大深度地下に道路や鉄道あるいは地下立体
空間構造物を構築するために必要なアクセス用立坑の構
築又は長大距離の水平シールド機同士の地中接合などに
好適に使用される、拡大径を掘削可能なシールド機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、未利用地下空間、特に大深度地下
空間の活用が注目され、各種の技術開発が進められてい
る。地下の有効利用のためには、アクセス用の立坑構造
物の建設技術が重要な課題である。また、長距離の水平
シールド工法の施工においては、両端から向い合って掘
進してきた２台のシールド機をそのまま地中接合するこ
とが施工能率の向上に極めて有効的であることが知られ
、開発が進められている（特開昭６３−１６７８９５号
、特開昭６２−２８８２９８号公報参照）。

【０００３】現在、大深度立坑構造物の構築に有効な密
閉型で泥水加圧式のシールド機は既に公知であり使用も
されている。既存のシールド機については、（イ）シー
ルド機推進力の低減、（ロ）曲線施工時のシールド機制
御などを目的として、拡大径を掘削可能なコピーカッタ
ー装置を具備したシールド機も公知であり使用もされて
いる（特開昭６２−２８８２９８号、特開昭６３−１６
７８９５号公報参照）。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】大深度立坑構造物の
建設技術として当面する大きな問題は、掘削深度を増す
毎に増大する地下水及び地下水圧の処理をどうするかと
いうことである。あるいは地中接合される２台のシール
ド機の終局的な位置ずれをどう解決するかという問題も
ある。前者は立坑の底盤位置に拡径掘削を行なって大径
のコンクリート底盤を必要十分な厚さに構築して地下水
を止水すると共に地下水圧に強固に耐える処理方法の実
施が考えられている（図５参照）。後者はシールド機相
互の地中接合位置を拡径掘削して予め大径のコンクリー
ト構造物を作り、その後このコンクリート構造物の中心
部をくり抜いてトンネルを貫通させ地中接合を完成する
方法の実施が考えられている（図６Ａ，Ｂ参照）。

【０００５】しかし、いずれの方法を実施するにしても
、必要十分な拡径掘削を行なうことが前提であるが、現
在のところ、既述したコピーカッター装置を具備したシ
ールド機以外に具体的な手段がない。コピーカッター装
置はシールド機外殼の外径と略同径か又はそれよりも数
１０ｃｍ程度大きい拡径掘削が行なえるにすぎず、前述
の大深度立坑の底盤施工又はシールド機同士の地中接合
方法に実施されるコンクリート構造物の施工には規模が
小さすぎてとうてい適用できないから、この点が本発明
の解決すべき課題になっている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した従来技術の課題
を解決するための手段として、この発明に係る拡大径を
掘削可能なシールド機は、図面に実施例を示したとおり
、回転駆動される中心軸４の先端部に放射状の配置で複
数本の伸縮可能なスポーク３ｂ、３ｃが設けられ、各ス
ポーク３ｂ、３ｃにはカッタービット３ｆを配置したカ
ッタービット支持プレート３ｄ、３ｅが個別的に取付け
られていることを特徴とする。

【０００７】また、シールド機外殻１ａの内側に軸線と
略直角に二つの耐圧性の隔壁が並設され、各隔壁は人又
は資材の出入りが可能なハッチ５ａ、５ｂを具備し、隔
壁１ｂ、１ｃの中心部にカッターヘッド３の中心軸４が
回転自在に支持されていることも特徴とする。

【０００８】

【作用】スポーク３ｂ、３ｃの伸縮に伴い、これらに取
り付けたカッタービット支持プレート３ｄが移動して回
転掘削面の直径を拡大し又は縮小することになる。ちな
みに、回転掘削面の最小径は３ｍ位、最大径は６ｍ位に
なる。二つの隔壁１ｂ、１ｃに仕切られた潜水室１ｄの
注水と排水操作により、各々のハッチ５ａ、５ｂを通じ
て人や資材類をシールド機側から切羽側へ又はその逆へ
の出入りを可能ならしめる。したがって、カッタービッ
ト３の交換、又はスポーク３ｂ、３ｃの伸縮動作が不能
となった場合などの修理、その他のカッターヘッド部の
トラブル対策、あるいは拡径掘削部における底盤構築に
必要な各種作業を可能ならしめる。

【０００９】

【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。 図１Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係るシールド機１の構造を簡
単に模式化すると共にカッターヘッド３の直径が小、中
、大に変化された状態を示している。適用されるシール
ド機１は、密閉型で泥水加圧式とされている。特に、カ
ッターヘッド３の構造は、図２のＡ又はＢに示したよう
に中心軸４の先端部に数本のスポーク３ｂ，３ｃが放射
状に配置されている。各スポ−クは半径方向に０〜１．
５ｍ程度の伸縮が可能で、カッターヘッド３の最小径を
３ｍ位まで縮径し、最大径は６ｍぐらいまで拡径される
構造で設けられている。図２Ａ，Ｂにおいて３ｄはスポ
ーク３ｂ，３ｃに取り付けた可動のビット支持プレート
、３ｅは固定のビット支持プレートであり、各々の表面
には多数のカッタービット３ｆが規則的に配置されてい
る。カッターヘッド３の中心軸４は、シールド機外殻１
ａの内側に軸線と略直角な配置で並設された二つの耐圧
性の隔壁１ｂ，１ｃの中心部に回転自在に支持され、し
かも必要に応じて０〜２．５ｍ位のストロークで掘進方
向に進退可能な構成とされている。カッターヘッド３の
スポーク３ｂ，３ｃは、図２のように１８０°対称な配
置の一対を基本として構成され、図示例では２対（偶数
本）ずつ設けられている。しかも一対のスポーク３ｂの
伸縮量は大きく、他の対のスポーク３ｃの伸縮量は約１
／２位に小さい構成とされている。伸縮量が大きいスポ
ーク３ｂには、その根元側に固定のビット支持プレート
３ｅを取付け、先端側に可動のビット支持板３ｄが取付
けられている。また、伸縮量の小さいスポーク３ｃには
、その先端側に可動のビット支持プレート３ｄが取付け
られている。固定のビット支持プレート３ｅ及び可動の
ビット支持プレート３ｄは、それぞれ図２Ａのようにカ
ッターヘッド３がシールド機外殻１ａの外径よりもはる
かに小さい最小径に縮径された状態において相互に干渉
を起こさない配置で回転掘削面全体にバランス良く分割
配置されている。また、図２Ｂのようにカッターヘッド
３がシールド機外殻１ａの外径に比してはるかに大きい
最大径に拡径された状態においては、固定のビット支持
プレート３ｅと、伸縮量が小さいスポーク３ｃの可動な
ビット支持プレート３ｄ、及び伸縮量の大きいスポーク
３ｂの可動なビット支持プレート３ｄがそれぞれ回転掘
削面全体にバランス良く配置されるように構成されてい
る。スポーク３ｂ，３ｃの伸縮構造は、通常は複数節に
分割されたテレスコーピックなスライド構造とされ、油
圧ジャッキ等による伸縮駆動方式などが採用される。中
心軸４の回転及び軸線方向の進退には、シールド機に公
知の回転駆動装置、及びストローク機構が採用される。

【００１０】なお、拡径掘削を円滑に切れ味良く遂行す
るためには、特に伸縮量が大きいスポーク３ｂの可動な
ビット支持プレート３ｂのビットを、図３Ａ，Ｂに例示
したように、回転掘削面のビット３ｆのほか外周面にも
ビット３ｇをもつ構造とするのが実施上好ましい。次に
、シールド機外殻１ａの内側に並設した二つの隔壁１ｂ
，１ｃによって切羽チャンバー１ｆと潜水室１ｄの二つ
のチャンバーが形成され、各々のチャンバー１ｆと１ｄ
はその内部液圧を独立して制御可能とされ、しかも注水
と排水設備及びそれらの制御機器も装備されている。 また、二つの隔壁１ｂ，１ｃには、図４に例示した如く
開閉自在な耐高水圧用のハッチ５ａ，５ｂが人又は資材
類の出し入れが可能な大きさ、形状で設置されている。

【００１１】従って、上記のシールド機１を立型に使用
して大深度地下に達する立坑７を構築し、その底盤施工
位置に到達したときは、図５に例示したように、カッタ
ーヘッド３を拡径して拡径掘削を所定の底盤厚さ（２〜
３ｍ）まで進める。この拡径掘削においては、当然切羽
チャンバー（拡底掘削部）１ｆ内の泥水量は増加するが
、シールド機１の泥水圧制機構により、圧力一定で泥水
量のみ変化させる方法により一定水圧を（５〜１０ｋｇ
／ｃｍ２）を保持する。上述の拡径掘削が所定ストロー
クまで進んだ段階で、必要に応じて切羽チャンバー１ｆ
内の泥水中に凝集材を投入し、良く攪拌して泥水分離を
起こさせ清水置換を行なう。かくすることにより切羽チ
ャンバー１ｆに入っていく潜水夫の良好な視界が確保さ
れる。前記清水置換の完了後に、シールド機１の第１隔
壁１ｂ及び第２隔壁１ｃのハッチ５ａ，５ｂの開閉操作
と、両者に仕切られた潜水室１ｄの注水又は排水の制御
及び水圧制御により、潜水夫を切羽チャンバー１ｆ内に
入らせる。潜水夫が入る前に、カッターヘッド３は予め
最小径に縮径させ、第１隔壁１ｂに可能なかぎり接近し
た位置まで後退（上昇）させた状態としておく。そして
、潜水夫によりカッターヘッド３を解体させ、解体部品
を潜水室１ｄ内に持ち込む方法でカッターヘッド３の回
収が行なわれる。あるいはカッターヘッド３を最小の縮
径状態のまま第１隔壁のハッチ５ａを通じて潜水室１ｄ
まで後退させる方法で回収を行なうことも実施される。

【００１２】上述のようにしてカッターヘッド３を回収
した後、拡径掘削部内へは必要に応じて逆に鉄筋及び鉄
骨を持ち込み、それらを組み立てて底盤６の補強材が設
置される。なお、鉄骨を持ち込む代わりに、カッターヘ
ッド３を鉄骨代用に利用することも可能である。前記の
ようにして補強材を設置した後に潜水夫は掘削チャンバ
ーから立坑７内へ帰還する。そして、泥水と置換する方
法で拡径掘削部内に水中コンクリートを打設して立坑底
盤６が構築される。なお、立坑底盤６の完全な止水手段
として、立型シールド機１の外殻１ａを構成するシール
ドスキンプレート２０を３０〜１００ｃｍ位進退可能に
構成し、これを止水プレートとして利用する。即ち、図
５に示したように、拡径掘削部内に水中コンクリートを
打設後、そのコンクリートが未だ固まらない間に、前記
のシールドスキンプレート２０を前進させてコンクリー
ト中に十分に深く貫入させ固着させるのである。上述の
ようにして立坑底盤６のコンクリートが完全に硬化し完
成された後に、切羽チャンバー１ｆ内の残余の泥水を排
除し、シールド機１の外殻１ａを型枠として本巻覆工を
実施する。この場合、上部に施工されているシールドセ
グメント８の下底部は、推進ジャッキを操作し中空鋼管
とコンクリート間詰支保材とによって仮受け支持する。 前記本巻覆工は、前記の支保材を巻き込んだ形で施工す
ることにより地表面下１００ｍ程度の大深度立坑５の構
築が完成する。その後、第１、第２の隔壁１ｂ，１ｃ内
の圧力を低下させ、カッターヘッド３を含む立型シール
ド機１の未回収主要装置の解体と回収を行ない、それら
を再利用に供することが可能である。

【００１３】本発明のシールド機はまた、図６Ａ，Ｂの
ように水平方向の地中接合にも好適に応用することがで
きる。図６Ａは地中で水平に接合される２台のシールド
機１、１が接合計画線１０の位置に接近した段階で、左
側のシールド機１のカッターヘッド３を半径にして１ｍ
〜１．５ｍ程度も大きく拡径し、且つこのカッターヘッ
ド３は計画線１０を位置を少しオーバーするストローク
まで前進させて拡径掘削を行なった状態を示している。 この拡径掘削は地中接合の区間にコンクリート体１２を
形成するための準備である。この拡径掘削においても拡
径掘削部９内の泥水量は増加するが、シールド機１の泥
水圧制御機構により、圧力一定で泥水量のみ変化させる
方法により一定水圧を保持し地盤の安定性を自動的に図
る。シールド機１は第１隔壁１ｂで前記の泥水圧力を支
持する。その後、カッターヘッド３は最小径に縮径させ
、さらに後退させてシールド機１の本体内（外殻１ａの
内側）に収納させる。次には図中右側のシールド機１に
ついても、そのカッターヘッド３を拡径させ、且つ所定
のストローク前進させて拡径掘削を計画線１０の位置ま
で進める。その結果、地盤を完全に貫通せしめた大きな
空洞の拡径掘削部９が完成する。その後、カッターヘッ
ド３は縮径し、後退させてシールド機１の本体内に収納
する。拡径掘削部９の空洞状態は、２台のシールド機１
，１の第１隔壁１ｂ、１ｂ間で加圧された泥水によって
その安定性が保持される。なお、拡径掘削部９が形成さ
れる地中接合区間の地盤特性により、必要に応じて薬液
注入工法などによる地盤改良が例えば図６Ａ中に点線で
囲った如き領域１１に実施される。地盤改良１１は、シ
ールド機１による泥水加圧状態でクラウン部の地盤の安
定性を確保できないとき実施される。

【００１４】次に、上述した加圧状態の泥水により安定
性を保つ拡径掘削部９内に、泥水と置換する方法で水中
コンクリートを打設し図６Ｂのように拡径状態のコンク
リート体１２を形成する。そして、打設コンクリートが
未だ硬化する前に２台のシールド機１，１の止水プレー
ト２０を突き出させコンクリート１２中に十分深く貫入
する方法でシールド機本体とコンクリート体１２との間
の止水性を確保する。その後、コンクリート体１２が硬
化し強度を発現した段階で、このコンクリート体１２を
くり抜くように掘削し、水平トンネル１３と同径の孔を
貫通させることにより地中接合が完成される。

【００１５】従って、接合計画線１０の位置に向かって
接近した２台のシールド機１、１が１０ｃｍ程度の位置
ずれを生じていても、何の支障もなく地中接合を完成で
きる訳である。

【００１６】

【本発明が奏する効果】本発明に係る拡大径を掘削可能
なシールド機によれば、近未来の技術課題である大深度
立坑の底盤構築、あるいはシールド工法の地中接合の具
体的実現に大きく寄与するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係るシールド機の模式化
した説明図である。

【図２】Ａ、Ｂはカッターヘッド部の正面図である。

【図３】Ａ、Ｂはビット支持プレートの詳細図である。

【図４】隔壁の詳細図である。

【図５】立坑底盤の施工図である。

【図６】Ａ、Ｂは地中接合の施工図である。

【符号の説明】

１　　シールド機 ４　　中心軸 ３ｂ　　スポーク ３ｃ　　スポーク ３ｆ　　カッタービット ３ｄ　　カッタービット支持プレート ３ｅ　　カッタービット支持プレート １ａ　　外殻 ５ａ　　ハッチ ５ｂ　　ハッチ ３　　カッターヘッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転駆動される中心軸の先端部に放射
   状の配置で複数本の伸縮可能なスポークが設けられ、各
   スポークにはカッタービットを配置したカッタービット
   支持プレートが個別的に取付けられていることを特徴と
   する、拡大径を掘削可能なシールド機。
2. 【請求項２】　　シールド機外殻の内側に軸線と略直角
   に二つの耐圧性の隔壁が並設され、各隔壁は人又は資材
   の出入りが可能なハッチを具備しており、隔壁の中心部
   にカッターヘッドの中心軸が回転自在に支持されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載した拡大径を掘削可
   能なシールド機。