JPH0533585A - トンネル構築工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的固い固結地盤において地山の安定を確
保しながら全段面を確実に覆工でき、掘削と覆工を並行
して能率的かつ経済的に施工する。 【構成】 アーチ型断面のシールド機１のスキンプレー
ト２の先端に設けたアーチ掘削機３により地山をトンネ
ルアーチ型に掘削し、その掘削ズリをシールド機１の両
側下端部に設けたスクリューコンベヤ２０により後方に
搬出しながら、シールド機１の内部の地山を掘削すると
共に、その掘削部の後方に移動型枠３２を設置して覆工
し、この覆工コンクリート３４を反力としてシールド機
１を間欠的に推進することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トンネル構築工法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル断面を掘削した後に、掘
削壁面にコンクリートを吹き付けるＮＡＴＭ工法が広く
採用されているが、地盤が軟弱な未固結地山である場合
や地下水がある場合には切羽の崩壊や覆工作業中に地盤
の肌落ちなどが生じて極めて危険であり、地山を安定さ
せることが困難で、特に大断面のトンネルの掘削には適
さない等の問題があった。

【０００３】このため、切羽部のトンネル外周縁に沿っ
てアースオーガーにより、前方の地盤をアーチ形状に所
要深さまで掘削し、その掘削空間にコンクリートを充填
して予め地盤中にプレライニングを造成した後、このプ
レライニングされた地盤を掘削する工程を交互に繰り返
しながらトンネルを構築するプレライニング工法も提案
されているが、このプレライニングの連続一体性に難が
あるため、止水性が不十分であると共に、ライニングと
掘削工程が交互作業となるため、施工能率が悪いという
問題があった。

【０００４】また、従来比較的軟弱地盤においてはシー
ルド工法が採用されているが、比較的固い固結地盤にお
いては掘進効率に難があり、また大断面のトンネル施工
においてはシールド機の製造に莫大な費用を要するなる
などの難点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、ＮＡＴＭ
工法における地山の安定確保が困難であるという課題、
またプレライニング工法におけるプレライニングの止水
性が不十分で、施工能率が悪いという課題、さらにシー
ルド工法における比較的固い固結地盤において掘進能率
に難があり、大断面のトンネル施工においてはコスト高
となるなどの課題を解決することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、アーチ型断
面のシールド機１のスキンプレート２の先端に設けたア
ーチ掘削機３により地山をトンネルアーチ型に掘削し、
その掘削ズリをシールド機の両側下端部に設けたスクリ
ューコンベヤ２０により後方に排出しながら所要スパン
推進し、このシールド機１の内部の地山を掘削すると共
に、その掘削部の後方に移動型枠３０を設置して覆工
し、この覆工コンクリート３４又は移動型枠３０等の支
持部材を反力としてシールド機１を推進し、同様の工程
を繰り返し連続するようにしたトンネル構築工法を提案
するものである。

【０００７】

【作用】アーチ型断面のシールド機１のスキンプレート
の先端に設けたアーチ掘削機３により、地山をトンネル
アーチ型に掘削し、上層の地山をスキンプレート２で支
持して止水するため、後方空間に設置した本体掘削装置
２１によりシールド機１の内部の切羽が自立する範囲の
地山を安全かつ能率的に掘削することができる。

【０００８】シールド機１は、アーチ掘削機３により地
山をトンネルアーチ型に掘削しながら推進するため、比
較的固い固結地盤においても能率的に掘進することがで
きる。

【０００９】トンネル全断面を覆う覆工を掘削前に施工
するため、切羽が安定してトンネル変位も少なく、地表
面沈下や地中構造物への影響を低減することができ、止
水性も良好である。

【００１０】また、アーチ掘削と内部掘削の切羽が近い
ため、断面変化にも対応することができる。

【００１１】所定スパン掘削後、その掘削部の後方空間
に移動型枠３０を設置して覆工するため、掘進と覆工の
工程を連続して能率的に掘進することができ、また覆工
コンクリート３４として鉄筋３１の配筋が可能となると
共に、必要な覆工厚を選定して一次覆工を要することな
く連続一体化した強固な本体覆工が可能となる。

【００１２】アーチ掘削における掘削土砂は、排出口１
９からスクリューコンベヤ２０を介して排出され、坑外
に搬出する。

【００１３】

【実施例】この発明工法に用いるシールド機１は、図１
〜図３に示すように断面アーチ型の内外二重あるいは一
重のスキンプレート２の先端に、このスキンプレート２
のアーチに倣ってその前方を掘削するアーチ掘削機３が
設置され、後端には推進ジャッキ４が設置されている。

【００１４】アーチ掘削機３は、例えば図４〜図６に示
すように、内外二重のスキンプレート２ａ，２ｂの先端
部間に先端にカッターヘッド５を設けた掘削ユニット台
車６をアーチ方向に駆動走行自在に１又は２台設置し、
このカッターヘッド５を回転させながら掘削ユニット台
車６をアーチ方向に駆動走行させることによりスキンプ
レート２の前方の地山をアーチ型に掘削する機構を用い
る。

【００１５】掘削ユニット台車６は、その上下面にスキ
ンプレート２ａ，２ｂに当接する所要数のローラー７が
取付けられ、また前後部にはスキンプレート２ａ，２ｂ
の内面にアーチ方向に沿って設けたガイドレール８に当
接する所要数のローラー７’が取付けられ、これらのロ
ーラー７，７’に支持されてアーチ方向に走行自在に設
置されている。

【００１６】カッターヘッド５は、その回転軸９を掘削
ユニット台車６の中央部に設置したブラケット１０に回
転自在に支承し、カッター駆動用油圧モーター１１によ
り回転駆動するようになっている。

【００１７】掘削ユニット台車６内の左右部には、スプ
ロケット１２を取付けた回転軸１３がカッター走行用油
圧モーター１４により回転するようにブラケット１５に
支承され、このスプロケット１２をスキンプレート２
ａ，２ｂのいずれか一方にアーチ方向に沿って取付けた
チェーン１６に噛み合わせて正逆回転させることによ
り、掘削ユニット台車６をアーチ方向に進退走行するよ
うに構成されている。

【００１８】カッターヘッド５の後端と掘削ユニット台
車６の前端との間には、スキンプレート２ｂに沿って循
環走行するズリ搬出用コンベヤ１７が設置され、またス
キンプレート２ａ側から、ズリ搬出用コンベヤ１７の上
側走行部の後側部にかけてゴム板等の仕切板１８が垂下
され、カッターヘッド５により掘削されてその後方に排
出されたズリを仕切板１８で受け止めて、ズリ搬出用コ
ンベヤ１７によりスキンプレート２の両側下端の排出口
１９に搬出するように構成されている。

【００１９】シールド機１の両側下端部には、スクリュ
ーコンベヤ２０が前後方向に設置され、アーチ掘削によ
り排出口１９から排出された掘削ズリを受けてシールド
機１の後方に搬出するように構成されている。

【００２０】上記のように構成したシールド機１を用い
てトンネルを構築する工法について説明すると、先ずシ
ールド機１を前進させ、これと同時にアーチ掘削機３の
カッターヘッド５を回転させながら掘削ユニット台車６
をアーチ方向に駆動走行させることにより、スキンプレ
ート２の前方の地山をアーチ型に掘削し、その掘削ズリ
を排出口１９からスクリューコンベヤ２０により後方に
自動的に排出しながら、シールド機１の内部の地山が自
立する位置まで掘進した後、掘進を停止してシールド機
１の内部の地山をシールド機１の後部に一体化した本体
掘削装置２１により所要位置まで掘削する。

【００２１】本体掘削装置２１は、例えば図１に示すよ
うに走行架台２２にロードヘッダ２３、バックホウ２
４、フェイスローダ２５を設置したもの等からなり、掘
削したズリをコンベヤ２６によりズリ搬出車輛２７に搬
出して坑外に排出する。

【００２２】アーチ掘削機３がアーチ方向に移動しなが
ら掘削する機構である場合、アーチ型掘削部の地山荷重
は、その掘削と同時にスキンプレート２の先端部にジャ
ッキ２８により進退自在なルーフプレート２９を突設し
て、アーチ掘削機３の上方を覆うことにより受け止め
る。

【００２３】掘削した後方地山周囲には移動型枠３０を
順次設置し、覆工間隙に必要に応じて鉄筋３１を配筋し
てこの間隙前方の開口をジャッキ３２により進退自在の
支圧板３３で閉鎖した後、コンクリートを注入して本体
覆工し、１スパンの覆工完了後この覆工コンクリート３
４あるいは移動型枠３０等の支持部材を反力としてシー
ルド機１を推進し、順次同様にアーチ掘削および内部地
山の掘削を行うと共に、移動型枠３０による覆工施工を
繰り返す。

【００２４】なお、覆工はセグメントあるいはプレキャ
ストコンクリート板を組立てて施工してもよい。

【００２５】また、内部地山の掘削部の両側に側壁３５
を構築し、この上に敷設したレール上に沿って本体掘削
装置２１をシールド機１と共に移動させる。

【００２６】なお、アーチ掘削機３は、上記構成の外、
例えばスキンプレート２の先端部周囲に多数のカッター
ヘッド５を隣接して並列的に設置したもの、あるいは短
尺なスクリューオーガーをユニバーサルジョイントによ
って多数屈曲状に連結してスキンプレート２の先端部周
囲に沿ってアーチ型に配設したもの等を採用することが
できる。

【００２７】アーチ掘削機３の後端におけるスキンプレ
ート２ａ，２ｂの間隙は、遮幣板３６で閉鎖し、アーチ
型掘削時における地下水や土砂の侵入を阻止することに
より、多少軟弱な地盤や地下水の湧出時においても安全
に施工が可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上の通りこの発明によれば、アーチ型
断面のシールド機のスキンプレートの先端に設けたアー
チ掘削機により、地山をトンネルアーチ型に掘削し、上
層の地山をスキンプレートで支持して止水するので、後
方空間に設置した掘削機によりシールド機内部の切羽が
自立する長さの地山を安全かつ能率的に掘削することが
できる。

【００２９】シールド機は、アーチ掘削機により地山を
トンネルアーチ型に掘削し、その掘削ズリを両側下端部
に設置したスクリューフィーダーにより後方に自動的に
搬出しながら推進するので、比較的固い固結地盤におい
ても能率的に掘進することができると共に、アーチ掘削
機によるズリの搬出のための先進導坑の設置が不要とな
る。

【００３０】トンネル全断面を覆う覆工を掘削前に施工
するので、切羽が安定すると共に、トンネル変位が少な
く、地表面沈下や地中構造物への影響を低減することが
でき、

【００３１】止水性も良好である。

【００３２】また、アーチ掘削と内部掘削の切羽が近い
ので、断面変化にも対応することができる。

【００３３】シールド機が密閉式であるので、地下水が
高い場合や地盤が多少軟弱な場合においても特別な補助
工法を要することなく施工が可能となる。

【００３４】所定スパン掘削後、その掘削部の後方空間
に移動型枠を設置して覆工するため、掘進と覆工の工程
を連続して能率的に掘進することができ、また覆工コン
クリートとして鉄筋の配筋が可能となると共に、必要な
覆工厚を自由に選定して一次覆工を要することなく連続
一体化した強固な本体覆工が可能となる。

【００３５】大断面のトンネル施工においてもシールド
機等の施工機械設備の製造費用が低廉で済み、施工コス
トを低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の施工状態を示す縦断側面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】この発明に用いるアーチ掘削機の一例を示す横
断平面図。

【図５】図４のＣ−Ｃ断面図。

【図６】図４のＤ−Ｄ断面図。

【符号の説明】

１ シールド機 ２ スキンプレート ２ａ 外側スキンプレート ２ｂ 内側スキンプレート ３ アーチ掘削機 ４ 推進ジャッキ４ ５ カッターヘッド ６ 掘削ユニット台車 ７ ローラー ７’ ローラー ８ ガイドレール ９ 回転軸 １０ ブラケット １１ カッター駆動用油圧モーター １２ スプロケット １３ 回転軸 １４ カッター走行用油圧モーター １５ ブラケット １６ チェーン １７ ズリ搬出用コンベヤ １８ 仕切板 １９ 排出口 ２０ スクリューコンベヤ ２１ 本体掘削装置 ２２ 走行架台 ２３ ロードヘッダ ２４ バックホウ ２５ フェイスローダ ２６ コンベヤ ２７ ズリ搬出車輛 ２８ ジャッキ ２９ ルーフプレート ３０ 移動型枠 ３１ 鉄筋 ３２ ジャッキ ３３ 支圧板 ３４ 覆工コンクリート ３５ 側壁 ３６ 遮幣壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000000974 川崎重工業株式会社 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 (72)発明者 高森 貞彦 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 斉間 正 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 水原 憲三 茨城県つくば市大字大砂387 株式会社奥 村組筑波研究所内 (72)発明者 松尾 勉 東京都新宿区津久戸町２−１ 株式会社熊 谷組内 (72)発明者 浜野 正之 兵庫県神戸市中央区東川崎町３−１−１ 川崎重工業株式会社神戸工場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 アーチ型断面のシールド機のスキンプレ
   ートの先端に設けたアーチ掘削機により地山をトンネル
   アーチ型に掘削し、その掘削ズリをシールド機の両側下
   端部に設けたスクリューコンベヤにより後方に排出しな
   がら所要スパン推進し、前記シールド機内部の地山を掘
   削すると共に、その掘削部の後方地山を覆工し、前記掘
   進と覆工の工程を繰り返し連続することを特徴とするト
   ンネル構築工法。