JPH05149082A - シールドトンネルの施工装置及びその施工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 大断面シールド掘削機３内に小断面シールド
掘削機２を収納して双方を連結した状態で、双方のカッ
ター２ｂ、３ａを連結して大断面トンネルＴａを形成す
る。また、小断面シールド掘削機２を独立して分岐発進
させることにより、大断面トンネルＴａから小断面トン
ネルＴｂを連続して掘削する。 【効果】 断面の異なる２種の径のトンネルを装置の交
換等なしに連続して掘削することができる。また、工期
が短縮して薬液注入工法等の補助工法が従来に比して簡
易なもので済むので、経済性および作業性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のシールド機を一
体に連結して大断面のトンネルを形成し、そこから小断
面シールド機を発進させることにより、小断面のトンネ
ルを連続して形成し得る分離型シールド掘削機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、周知の如く、シールド工法は、外
形円筒状のスキンプレートを有するシールド掘削機の前
部に設けられたカッタで地山を掘削しつつ、シールド掘
削機内部で円筒分割体たるセグメントを組み立て、さら
に、このセグメントの前端に反力を取ってシールド掘削
機内部のシールドジャッキを伸長させることで、シール
ド掘削機全体を前方に推進させ、これら工程を繰り返す
ことで地中にトンネルを形成する工法である。

【０００３】このシールド掘削機による掘削断面は、そ
の径がスキンプレートの外径に略等しい円形断面であ
る。しかしながら、トンネル内部においては、地中駅や
通風口等通常の掘削断面に対して拡大した掘削断面が要
求される場合がある。

【０００４】この場合、シールド掘削機では定められた
掘削断面しか得られないため、地上から開削工法により
立坑を掘削して拡大部分を築造施工したり、あるいは、
大断面区間の両端に設けられた立坑の一方より投入した
大断面シールド掘削機により大断面トンネルを築造する
ことが行なわれている。

【０００５】また、大断面トンネルＴａの工法として、
小断面シールド機によって小断面トンネルＴｂを掘削し
た後、拡大シールド機によって小断面トンネルＴｂを大
断面に拡大する方法も行なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の工法では、多大の工期と、薬液注入工法等の補助工
法が必要となり、工費が割高となるといった課題を抱え
ていた。

【０００７】前記開削工法の施工による周辺への、特に
埋設物や道路交通への影響等が無視できないため、施工
場所等の制限があり、広範な施工条件での適用が不十分
な状況にあった。

【０００８】また、大断面区間が短い場合（例えば、地
下鉄の駅部等）、短い延長部分のみを掘削するために別
の大断面シールド掘削機を使用することは工費が割高と
なる。同時に、前記大断面区間両端には、立坑を形成す
る必要があり、経済性に問題が生じる。

【０００９】大断面トンネルＴａの施工にあっては、小
断面トンネルＴｂを掘削して掘削外周面を覆工した後、
この小断面トンネルＴｂを大断面に拡大時には、前記一
時覆工を解体することとなり、作業が無駄となってい
た。

【００１０】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、大断面シールド掘削機と小断面シールド掘削機の
分離、合体をシステム化することによって、トンネル内
で容易に大断面シールド掘削機と小断面シールド掘削機
の切り離しを可能にしてトンネル施工の作業能率と経済
性を向上するシールドトンネル施工装置及びその施工方
法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のシールドトンネ
ルの施工装置及びその施工方法では、小断面のトンネル
を掘進可能な小断面シールド機と、この小断面シールド
機を内蔵し、かつ小断面シールド掘削機とともに地山を
掘削して小断面シールド掘削機によるトンネルと同軸で
大面積のトンネルを掘進可能な大断面シールド機とから
なるシールドトンネル施工装置であって、前記小断面シ
ールド機と大断面シールド機はともに、トンネル覆工用
セグメントを設置するための着脱可能なエレクターと、
掘削坑の前方への推進力を発生させるための着脱可能な
推進装置とを装備可能に構成し、かつ前記大断面シール
ド機の先端のカッター装置には、小断面シールド掘削機
を出没させる出没孔を設けたこと、ならびに、大断面の
掘削坑と、この大断面の掘削坑の前方から延びる小断面
の掘削坑とで構成されるトンネルの施工方法であって、
前記請求項１のシールドトンネル施工装置の小断面シー
ルド機を、大断面シールド機に一体に装備し、カッター
装置を大断面シールド機のカッター装置の位置と一致さ
せた状態で大断面の掘削坑を掘進する工程と、大断面の
掘削坑の掘進を完了した後、大断面シールド機から小断
面シールド機を切り離し、推進装置及びエレクターを小
断面シールド機に装備する工程と、この小断面シールド
機によって小断面の掘削坑を掘進する工程とを具備する
ことを前記課題の解決手段とした。

【００１２】

【作用】本発明のシールドトンネルの施工装置及びその
施工方法によれば、大断面シールド掘削機と、小断面シ
ールド掘削機を合体させた状態で大断面トンネルを掘進
した後、小断面シールド掘削機を分離して小断面トンネ
ルを掘進する。

【００１３】また、大断面シールド掘削機と小断面シー
ルド掘削機の分離をシステム化しておくことによって、
簡易な地盤改良で地中でのシールド掘削機の分離を可能
とする。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例を、図１ないし図４を
参照して説明する。

【００１５】はじめに、本実施例のシールドトンネル施
工装置の構成を説明する。

【００１６】これら図中において符号１が本実施例に係
るシールドトンネル施工装置(以下、単に「施工装置」と称
する)である。

【００１７】施工装置１は、小断面のトンネルを掘進可
能な小断面シールド機２と、この小断面シールド機２を
内蔵し、かつ小断面シールド施工装置１とともに地山Ｗ
を掘削して小断面シールド機２によるトンネルと同軸で
大面積のトンネルを掘進可能な大断面シールド機３とか
ら構成されている。

【００１８】前記小断面シールド機２と大断面シールド
機３はともに、トンネル覆工用セグメントを設置するた
めの着脱可能なエレクター５と、掘削坑の前方への推進
力を発生させるための着脱可能な推進ジャッキ６とを装
備可能に構成し、かつ前記大断面シールド機３の先端の
カッター装置３ａには、小断面シールド掘削機２を出没
させる出没孔３ｂが設けられている。

【００１９】小断面シールド掘削機２及び大断面シール
ド掘削機３は、通常使用されている周知構成のシールド
掘削機である。

【００２０】図１に示すように、小断面シールド掘削機
２は、外形円筒状の内側スキンプレート２ａと、この内
側スキンプレート２ａの前方に回動自在に設けられた地
山Ｗ掘削用の面板型カッター２ｂとで構成されている。

【００２１】大断面シールド掘削機３も、前記カッター
装置３ａと出没孔３ｂと小断面シールド掘削機２と同様
に各小断面シールド掘削機２と大断面シールド掘削機３
の各機器を内蔵し得る外側スキンプレート３ｃとで構成
されている。

【００２２】外側スキンプレート３ｃの内周面には、ス
キンプレート３ｃ内の後部に設けられて覆工用のセグメ
ント４を掘進したトンネル周壁に組み付けるエレクター
５と、その周方向に沿って所定数設けられ、その作用端
が後方に向けられた推進ジャッキ６が取り付けられてい
る。

【００２３】小断面シールド掘削機２のスキンプレート
２ａは、大断面シールド掘削機３のスキンプレート３ａ
に、それぞれボルト等の連結手段により着脱可能に一体
に連結されている。そして、この外側スキンプレート３
ｃの内部に、大断面シールド掘削機３を真ん中の円部に
対応させた状態で、前記小断面シールド掘削機２が収納
されている。

【００２４】前記カッター３ａは、リング状をなす面板
型あるいはスポーク型のもので、外側スキンプレート３
ｃにおける図中上下の円筒部の前方にそれぞれ１つず
つ、前記小断面シールド掘削機２のカッター２ｂと同一
平面上となるよう配されている。またカッター３ａは、
図１に示すように、内側面が小断面シールド掘削機２の
発進を簡便とする形状の出没孔３ｂに形成されるととも
に、小断面シールド掘削機２のカッター２ｂと同軸的に
取り付け可能で、かつ内面がカッター２ｂの周面に一致
するように形成されている。

【００２５】なお、カッター２ｂ、３ａの駆動装置は小
断面シールド掘削機２に設けられた原動機（電動モータ
や油圧モータなど）８のみであることより、カッター３
ａは、前記の状態でカッター２ｂにボルト９で固定する
ことによってカッター２ｂと一体の状態で回動可能とな
って掘削力を有するものであり、これによって地山Ｗを
掘削するようになっている。

【００２６】前記エレクター５は、外側スキンプレート
３ｃの各円筒部の後方に旋回自在に配設されている。ま
た、エレクター５は、本体の上部と下部とが伸縮自在に
形成されている。

【００２７】本実施例では大断面シールド掘削機３は、
外径が小断面シールド掘削機２のそれの略１.５から２
倍に設定されている。これら各シールド掘削機２、３
は、相互の軸心が一直線上となるよう小断面シールド掘
削機２の後方に大断面シールド掘削機３が配され、か
つ、各カッター２ｂ、３ａが同一平面上に同心円状に位
置されている。

【００２８】次に、本実施例の施工装置１を用いたシー
ルド工法について説明する。

【００２９】（１）大断面トンネルＴａ形成 一様な円形で大型の掘削断面を有するトンネルを形成す
る場合には、立坑等所定の発進箇所から大断面シールド
掘削機３と小断面シールド掘削機２が合体した状態で施
工装置１を発進させ、この施工装置１によりトンネルを
形成する。

【００３０】なお、エレクター５、推進ジャッキ６、反
力体７は、大断面シールド掘削機３のスキンプレート３
ｃに取り付ける。

【００３１】すなわち、小断面シールド掘削機２のカッ
ター２ｂと大断面シールド掘削機３のカッター３ａをボ
ルト９で一体に固定して、小断面シールド掘削機２の駆
動装置を作動することにより回動させて地山Ｗを掘削し
つつ、形成されたトンネル周壁に、大断面シールド掘削
機３のエレクター５によりセグメント４を組み付け、さ
らにこれら組み付けられたセグメント４の前端に反力を
取って、推進ジャッキ６を伸長させることで施工装置１
全体を前方に推進させる。

【００３２】上記工程を繰り返すことで、地中に拡大断
面トンネルＴａを形成することができる。

【００３３】（２）小断面トンネル形成 通常の円形掘削断面で、大断面トンネルＴａの途中から
小断面トンネルＴｂが延びるようなトンネルＴを形成す
る場合には、所定の位置で施工装置１による大断面トン
ネルＴａ形成を停止した後、大断面シールド掘削機３と
小断面シールド掘削機２を連結していたボルトを外し、
図２に示すように、大断面シールド掘削機３から小断面
シールド掘削機２を発進させ、この小断面シールド掘削
機２により小断面トンネルＴｂを形成する。

【００３４】すなわち、大断面トンネルＴａの掘削にあ
っては、小断面シールド掘削機２と大断面シールド掘削
機３を合体して成る施工装置１で前記の要領によって大
断面トンネルＴａを形成する。

【００３５】小断面シールド掘削機２を掘削可能とする
には、まず、大断面シールド掘削機３に取り付けられて
いたエレクター５、推進ジャッキ６を取り外し、小断面
シールド掘削機２のスキンプレート２ｃに推進ジャッキ
６を付け替る。エレクター５は、小断面シールド掘削機
２に好適な形状に調節して取付ける。そして、ボルト９
を開放してカッター２ｂを単独で回動自在とする。

【００３６】前記作業の完了後、小断面シールド掘削機
２を、大断面シールド掘削機３から分離発進することに
よって、前記施工装置１と同様の要領で地山Ｗの掘削と
トンネル周壁の覆工をすすめて小断面トンネルＴｂを形
成する。

【００３７】大断面シールド掘削機３の空隙は、大断面
トンネルＴａの掘削完了位置にそのまま放置し、コンク
リート等を充填して埋め殺す。

【００３８】なお、この場合、大断面シールド掘削機３
によって掘削されるトンネル径は、小断面シールド掘削
機２によるそれの１.５から２倍である。

【００３９】上記のような工法により、大断面トンネル
Ｔａから小断面トンネルＴｂを分岐させて形成すること
ができる。

【００４０】（３）施工装置１の分離システムによるト
ンネルの形成 前記のように構成される施工装置１によって、地下鉄に
用いられるような部分的に大断面に形成されるトンネル
を形成する場合は、以下のようにして行なう。

【００４１】図３に示すように、前記の場合、大断面ト
ンネルＴａを形成するには、所定の位置まで掘削した小
断面トンネルＴｂの適切な位置に立坑Ｔｃを掘削し、図
４に示すように、この立坑Ｔｃから施工装置１を吊り下
ろして搬入し、この施工装置１によって大断面トンネル
Ｔａを掘削する。

【００４２】そして、大断面トンネルＴａの掘削を完了
したら、前記要領で掘削完了位置Ａから小断面シールド
掘削機２を発進させて所定の断面形状の小断面トンネル
Ｔｂの掘削を開始する。

【００４３】以下、本実施例の作用を説明する。

【００４４】すなわち本実施例では、大断面シールド掘
削機３内に小断面シールド掘削機２を収納して双方を連
結した状態で、これら大断面シールド掘削機３と小断面
シールド掘削機２の各カッター２ｂ、３ａにより地山Ｗ
を掘削しつつ、推進ジャッキ６で施工装置１全体を推進
させることによって、通常のシールド掘削機によるトン
ネル形成工程と全く同一の工程により、大断面トンネル
Ｔａを形成することができる。

【００４５】そして、小断面シールド掘削機２を独立し
て分岐発進させることにより、大断面トンネルＴａから
小断面トンネルＴｂを延長または分岐して掘削すること
ができる。

【００４６】従って、前記のように構成される本実施例
の施工装置１によれば、小断面シールド掘削機２と大断
面シールド掘削機３を合体させた状態で大断面トンネル
Ｔａを掘削した後、小断面シールド掘削機２によって小
断面トンネルＴｂを自在に掘削することができるから、
断面の異なる２種の径のトンネルを装置の交換等なしに
連続して掘削することができ、作業性、経済性が向上す
る。

【００４７】また、本実施例の施工装置１によるシール
ドトンネルの施工方法によれば、小断面シールド掘削機
２と大断面シールド掘削機３を合体させて、一度に大断
面トンネルＴａを掘削すると同時に、エレクター５によ
ってトンネル周壁を覆工するから、工期が短縮して薬液
注入工法等の補助工法が従来に比して簡易なもので済む
ほか、従来の拡大シールド機によって小断面トンネルＴ
ｂを大断面に拡大する方法ように、小断面トンネルＴｂ
を一次覆工するなどの必要がなくなり、作業能率が向上
する。

【００４８】加えて、前記施工方法によれば、大断面ト
ンネルＴａの施工後の施工装置１を移動することなしに
小断面シールド掘削機２を分岐発進させることができる
から立坑が不必要となり経済的で、工期も作業性も向上
する。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシールド
トンネルの施工装置及びその施工方法によれば小断面の
トンネルを掘進可能な小断面シールド機と、この小断面
シールド機を内蔵し、かつ小断面シールド掘削機ととも
に地山を掘削して小断面シールド掘削機によるトンネル
と同軸で大面積のトンネルを掘進可能な大断面シールド
機とからなるシールドトンネル施工装置であって、前記
小断面シールド機と大断面シールド機はともに、トンネ
ル覆工用セグメントを設置するための着脱可能なエレク
ターと、掘削坑の前方への推進力を発生させるための着
脱可能な推進装置とを装備可能に構成し、かつ前記大断
面シールド機の先端のカッター装置には、小断面シール
ド掘削機を出没させる出没孔を設けたこと、ならびに、
大断面の掘削坑と、この大断面の掘削坑の前方から延び
る小断面の掘削坑とで構成されるトンネルの施工方法で
あって、前記請求項１のシールドトンネル施工装置の小
断面シールド機を、大断面シールド機に一体に装備し、
カッター装置を大断面シールド機のカッター装置の位置
と一致させた状態で大断面の掘削坑を掘進する工程と、
大断面の掘削坑の掘進を完了した後、大断面シールド機
から小断面シールド機を切り離し、推進装置及びエレク
ターを小断面シールド機に装備する工程と、この小断面
シールド機によって小断面の掘削坑を掘進する工程とを
具備することを特徴とするから、小断面シールド掘削機
と大断面シールド掘削機を合体させた状態で大断面の掘
削坑を掘削した後、小断面シールド掘削機によって小断
面の掘削坑を自在に掘削することができるから、断面の
異なる２種の径の掘削坑を装置の交換等なしに連続して
掘削することができ、作業性、経済性が向上する。

【００５０】また、本施工装置によるシールドトンネル
の施工方法によれば、小断面シールド掘削機と大断面シ
ールド掘削機を合体させて、一度に大断面の掘削坑を掘
削すると同時に、エレクタによって掘削坑周壁を覆工す
るから、工期が短縮して小断面の掘削坑の一次覆工など
の必要がなくなり、作業能率が向上する。

【００５１】さらに、前記施工方法によれば、大断面の
掘削坑の施工後の施工装置を交換、撤去移動することな
しに小断面シールド掘削機を分岐発進させることができ
るから、大断面の掘削坑の施工部分に対する小断面の掘
削坑の施工位置に立坑が不必要となり、施工の精度およ
び経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のシールドトンネル施工方法
及び施工装置方法による大断面の掘削坑の施工を示す全
体図である。

【図２】同方法及び装置による小断面の掘削坑の施工を
示す全体図である。

【図３】本実施例のトンネルの一例を示す略図である。

【図４】立坑にシールド掘削機を吊り下ろし、発進させ
る工程を示す略図である。

【符号の説明】

１ シールドトンネル施工装置 ２ 小断面シールド掘削機 ２ｂ 面板型カッター ３ 大断面シールド掘削機 ３ｃ カッター ４ セグメント ５ エレクター ６ 推進ジャッキ Ｗ 地山

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小断面のトンネルを掘進可能な小断面シ
   ールド機と、この小断面シールド機を内蔵し、かつ小断
   面シールド掘削機とともに地山を掘削して小断面シール
   ド掘削機によるトンネルと同軸で大面積のトンネルを掘
   進可能な大断面シールド機とからなるシールドトンネル
   施工装置であって、 前記小断面シールド機と大断面シールド機はともに、ト
   ンネル覆工用セグメントを設置するための着脱可能なエ
   レクターと、掘削坑の前方への推進力を発生させるため
   の着脱可能な推進装置とを装備可能に構成され、 かつ前記大断面シールド機の先端のカッター装置には、
   小断面シールド掘削機を出没させる出没孔が設けられて
   いることを特徴とするシールドトンネル施工装置。
2. 【請求項２】 大断面の掘削坑と、この大断面の掘削坑
   の前方から延びる小断面の掘削坑とで構成されるトンネ
   ルの施工方法であって、 前記請求項１のシールドトンネル施工装置の小断面シー
   ルド機を、大断面シールド機に一体に装備し、カッター
   装置を大断面シールド機のカッター装置の位置と一致さ
   せた状態で大断面の掘削坑を掘進する工程と、 大断面の掘削坑の掘進を完了した後、大断面シールド機
   から大断面シールド機から小断面シールド機を切り離
   し、推進装置及びエレクターを小断面シールド機に装備
   する工程と、 この小断面シールド機によって小断面の掘削坑を掘進す
   る工程とを具備することを特徴とするシールドトンネル
   の施工方法。