JPH064998B2 - シ−ルド・トンネルの地中接合工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、１本のトンネルを２台のシールド機を用い
てトンネルの両端部から同時に掘削して途中で接合する
際のシールド・トンネルの地中接合工法に関する。

「従来の技術」 従来、この種のシールド・トンネルの地中接合工法とし
ては、第７図に示すようなものが知られている。

図において、符号Ｇは両端部から掘削してきたシールド
・トンネルの接合部付近の地山であり、地山Ｇ内では紙
面に対して右側に一方のトンネルＴａを掘削したシール
ド機１と、左側に他方のトンネルＴｂを掘削したシール
ド機２とが所定の間隔（約３０cm程度）の地山Ｇｉを残
した状態で向かい合っている。そして、シールド機１，
２の後方に形成されたトンネルＴａ，Ｔｂの壁面は、セ
グメント３ａ，３ａ，…、３ｂ，３ｂ，…によって覆工
が行なわれている。また、シールド機１，２の先端部に
はスキンプレート１ａ，２ａに対して所定の傾斜角（α
＝１７°〜２５°）で、又周方向に所定のピッチで地山
Ｇ内に穿孔式凍結管４ａ，４ｂが設置されていると共
に、スキンプレート１ａ，２ａおよび最前部のセグメン
ト３ａ，３ｂには全内周面に貼付け凍結管（図示せず）
が設置された構成となっている。

そして、前記スキンプレート１ａ，２ａに設置された穿
孔式凍結管４ａ，４ｂ及び貼付け凍結管内にブラインを
循環させることにより、地山Ｇｉを囲むようにスキンプ
レート１ａ，２ａの外周部の地山Ｇｆを凍結させた後、
シールド機１，２の前部５ａ，５ｂを解体し、次いで、
前記シールド機１，２間に残された地山Ｇｉを掘削し、
その壁面を覆工することにより左右から掘削してきたト
ンネルＴａとＴｂとを接合させ、シールド・トンネルを
完成させる。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記従来のシールド・トンネルの接合方法に
おいては、接合地点において両方のシールド機相互間に
通常３０cm程度の隙間ができることになり、止水や土留
が完全とは言い難く安全性に問題があること、また、補
助工法として主に採用される凍結工法は多くの工費や工
期を要すると共に、海底下での施工時に塩分の混入した
凍土の強度が低下すること、凍結時の凍土膨張および解
凍時の地盤沈下の影響があること、凍土の管理が難しい
こと等の問題点があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、両側か
ら掘進してきた２台のシールド機を地中において所定の
寸法誤差範囲内で確実に接合させることにより、トンネ
ル接合部付近の地山Ｇからシールド機の接合部に作用す
る土水圧に対するシールや止水を確実なものとし、接合
作業を安全に行うことができると共に、トンネルの地中
接合工事に要する工期を大幅に短縮し、かつ工費を低減
することのできるシールド・トンネルの地中接合工法を
提供することを目的としている。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、前記問題点を解決するために、スキンプレ
ートの先端部が外筒と内筒とにより二重に形成されてい
ると共に前記外筒及び内筒の間に貫入リングが格納され
ている第１のシールド機及びスキンプレートの先端部が
前記第１のシールド機と同径の外筒と内筒とにより二重
に形成されることによって構成される貫入室を有する第
２のシールド機を１組として両側からトンネルを掘削
し、このトンネル掘削工程終了前において、前記第１の
シールド機と第２のシールド機とを所定間隔をおいて停
止させるとともに、この第１のシールド機と第２のシー
ルド機との間に鋼管による水平ボウリングを行なって相
対位置を確認した後、前記少なくとも一方のシールド機
を方向制御を行いながら他方のシールド機の直前まで推
進させ、次いで、前記第１のシールド機の貫入リングを
前方に摺動させて第２のシールド機の貫入室内に貫入す
ることにより第１及び第２のシールド機の間に残された
トンネル接合部の地山を覆った後、前記第１及び第２の
シールド機のスキンプレートを残したままシールド機を
解体してトンネルを接合し、次いで前記スキンプレート
の内面にコンクリートを打設して前記接合部の壁面を覆
工することを特徴としている。

「実施例」 以下、この発明を図面を参照しながら説明する。第１図
ないし第６図は、この発明のシールド・トンネルの地中
接合工法の一実施例を説明するための図である。これら
の図において、前記第７図に示した従来の技術の構成要
素と同一の要素については同一符号を付してある。

図において、符号Ｇは両端部から掘削してきたシールド
・トンネルの接合部付近の地山であり、この地山Ｇ内で
は、第１のシールド機１がその前部に設けられたカッタ
装置１０により、紙面に対して右側に第１のトンネルＴ
ａを掘削し、また第２のシールド機がその前部に設けら
れたカッタ装置２０により左側に他方のトンネルＴｂを
掘削している。そして、シールド機１の後方に形成され
たトンネルＴａの壁面は、このシールド機１の内部で組
み立てられたセグメント３ａ，３ａ，・・・によって１
次覆工されていると共に、シールド機２の後方に形成さ
れたトンネルＴｂの壁面は、このシールド機２の内部で
組み立てられたセグメント３ｂ，３ｂ，・・・によって
１次覆工が行なわれている。

第１のシールド機１には、円筒状に形成されてこのシー
ルド機１本体の外殻を成すスキンプレート１ａが設けら
れている。このスキンプレート１ａの先端部１ｂは、ス
キンプレート１ａと同径に形成された外筒１１と、この
外筒１１より小径に形成された内筒１２とにより、二重
に形成されている。この外筒１１と内筒１２との間に
は、円筒状の一体又は複数個に分割された貫入リング１
３が格納されており、これと外筒１１及び内筒１２との
間にはリップシール，Ｏリング，Ｏシール（図示せず）
等の止水手段が設けられている。また、スキンプレート
１ａ内には、外筒１１と内筒１２とに直交して固定され
た仕切板１４が設けてあり、仕切板１４の中心軸線上に
はカッタ装置１０の軸部１５が取り付けられており、シ
ールドテール部１ｃ付近には周方向の所定間隔置きに、
セグメント３ａの側面に反力を取ってシールド機１を推
進させる推進ジャッキ１６，１６，・・・が固定された
構成とされている。なお、前記円筒状に一体に形成され
た貫入リング１３の先端部には、貫入リング１３の軸方
向に延在するスリット（図示せず）を、周方向の所定間
隔毎に複数本形成して変形自由度をもたせ、後述する貫
入室に貫入し易いようにしてもよい。

第２のシールド機２には、前記第１のスキンプレート１
ａと同径の円筒状に形成されたスキンプレート２ａが設
けられ、このスキンプレート２ａの先端部２ｂは、前記
第１のシールド機１の外筒１１と同径の外筒２１と、前
記内筒１２と同径の内筒２２とにより、二重に形成され
ることによって前記貫入リング１３を貫入させるための
貫入室２３を構成している。そして、この貫入室２３内
にはシールド機２が推進する際に、貫入室２３内に土砂
や礫等が詰まらないように、アスファルト，高分子樹脂
等の熱可塑性充填材（図示せず）を密に充填しておくと
ともに、前記熱可塑性充填材を囲むように電熱線等の加
熱手段を設けておく。スキンプレート２ａ内には外筒２
１と内筒２２とに直交して固定された仕切板２４が設け
られており、仕切板２４の中心軸線上にはカッタ装置２
０の軸部２５が取り付けられており、シールドテール部
２ｃ付近に周方向所定間隔置きにセグメント３ｂの側面
に反力を取ってシールド機２を推進させる推進ジャッキ
２６，２６，・・・が固定された構成とされている。

さらに、前記第１及び第２のシールド機１，２の前部に
設けられたカッタ装置１０，２０は、その先端部に先端
刃１０ａ，２０ａが外筒１１及び２１と内筒１２及び２
２との間で径方向に伸縮自在に取り付けられているとと
もに、軸部１５，２５はスキンプレート１ａ及び２ａの
中心軸線に沿って前後方向に移動自在な構成とされてお
り、仕切板１４及び２４には、第３図に示すように、シ
ールド機の前部に泥土を注入するための泥土注入用パイ
プ１７，１７及び２７，２７が取り付けられている。

つぎに、第１図ないし第６図を用いて本発明の地中接合
工法について説明する。

(i)まず、第１図において右側から、第１のシールド機
１を用いてカッタ装置１０により地山Ｇを掘削し、その
掘削した坑の壁面にセグメント３ａ，３ａ，・・・の覆
工を行い、このセグメント３ａ，３ａ，・・・に反力を
取って推進ジャッキ１６，１６，・・・を駆動させるこ
とによりシールド機１を推進させて一方のトンネルＴａ
を築造していく。これと同時に、第１図において左側か
ら、第２のシールド機２を用いてカッタ装置２０により
地山Ｇを掘削し、その掘削した坑の壁面にセグメント３
ｂ，３ｂ，・・・の覆工を行い、このセグメント３ｂ，
３ｂ，・・・に反力を取って推進ジャッキ２６，２６，
・・・を駆動させることによりシールド機２を推進させ
て他方のトンネルＴｂを築造していく。その際、カッタ
装置１０，２０の伸縮自在な先端刃１０ａ，２０ａを伸
長させて、このカッタ装置１０，２０が前記スキンプレ
ート１ａ，２ａと少なくとも同径のトンネルを掘削でき
るようにする。

(ii)次に、第２図に示すように、本トンネル掘削終了前
において、シールド機１とシールド機２とを所定間隔
（本実施例においては約１０ｍの距離）ｌをおいて停止
させる。そして、第１のシールド機１の内部から第２の
シールド機２の前面に設けられた止水機能を有する受け
入れ部２８に向けて鋼管２９による水平ボーリングを行
い、鋼管２９を第２のシールド機２の内部に貫入させ
る。そして、第１及び第２のシールド機１，２間に架設
した鋼管２９の一端部（第１のシールド機１の内部）に
レーザー照準器３０を設置するとともに、他端部に（第
２のシールド機２の内部）に受光器３１を設置し、前記
レーザー照準器３０から発振させたレーザー光を鋼管２
９内を通して受光器３１により受光させ、前記発振点と
受光点及びシールド機の基準線との位置関係を測量する
ことにより第１のシールド機１と第２のシールド機２と
の相対位置を確認する。

なお、シールド機相互間の相対位置を確認する方法は、
前記鋼管２９内にレーザーを通すことにより行う方法に
限定されることなく、鋼管２９にレベル視線を通す等、
相対位置を確認できる方法であればなんでもよい。

(iii)第１及び第２のシールド機１，２の相対位置が確
認されると、前記鋼管２９を引き抜いて撤去するととも
に、鋼管２９の貫通孔を閉塞した後、第１のシールド機
１と第２のシールド機２とが所定の誤差範囲（本実施例
においては、シールド機１，２の中心軸線の平行移動誤
差＝上下左右方向に５cm以内、中心軸線の成す角度＝１
°以内）で向かい合うように、第２のシールド機２をシ
ールド機相互に残された距離ｌの間で方向制御を行いな
がら推進させ、第１のシールド機１と３０cm〜１ｍの地
山Ｇｉを残して対向させる。

この工程において、第１及び第２のシールド機１，２の
相対位置を測定した結果、その誤差が大きなものであ
り、急激な方向修正が必要となった場合の第２のシール
ド機２の方向制御の手段としては、シールド機２のカッ
タ装置２０の先端刃２０ａをスキンプレート２ａの外径
より所定の長さだけ突出可能な構造として、スキンプレ
ート２ａの外周部を余掘しながらそこへ作泥材を注入す
ることにより、スキンプレート２ａの外周部を泥土で覆
った後、シールド機２を移動させたい側の泥土をスキン
プレート２ａ内に設けたポンプ（図示せず）により吸引
するとともに、反対側のスキンプレート２ａの外側へ高
圧で排出してスキンプレート２ａを移動させることによ
り、シールド機２の方向修正を行う。これによれば、通
常の方向制御では掘進しながらでないとできない方向修
正が、シールド機２を停止させた状態で可能となり、短
距離で大きな方向制御が可能であるとともに、中心軸線
に対して平行移動を行うことができる。

また、前記スキンプレート２ａを前後に２分割し、それ
らをターンバックルを介したボルトにより連結した簡易
な中折れ機構（図示せず）を採用したり、組み立てるセ
グメント３ｂに、厚さを薄くした鋼製の薄型セグメント
（図示せず）を使用したりすることにより、さらに、シ
ールド機２の急激な方向修正を可能とし、第１のシール
ド機１との相対位置の誤差を縮めることができる。

(iv)つぎに、第２のシールド機２を第１のシールド機１
に対して、その相対位置を所定の誤差範囲内となるよう
に修正しながら近付けた後、３０cm〜１ｍ程度の地山Ｇ
ｉを残して対向させる。それから、第３図に示すよう
に、第１のシールド機１のカッタ装置１０と第２のシー
ルド機２のカッタ装置２０とを互いに逆向きに回転させ
ながら、注入管１７及び２７から切羽に対して泥土を注
入し、シールド機１，２間に残された地山Ｇｉの土砂や
礫を泥土に置換する。こうすることにより、シールド機
１，２間に礫等の障害物がなくなり、下記の工程で行
う、シールド機１，２をさらに近接させたり、貫入リン
グ１３を貫入室２３に貫入する作業を円滑かつ確実に行
うことが可能となる。

(v)つぎに、第４図に示すように、第１及び第２のシー
ルド機１，２のカッタ装置１０，２０の先端刃１０ａ，
２０ａを縮めることにより、カッタ装置１０，２０の先
端をそれぞれ内筒１２及び２２の内径より僅かに短い状
態とした後、軸部１５を第１のシールド機１の後方（紙
面に対して右側）に、また、軸部２５を第２のシールド
機２の後方（紙面に対して左側）へスライドさせること
により、カッタ装置１０を内筒１２の内側に格納すると
ともに、カッタ装置２０を内筒２２の内側へ格納する。

(vi)カッタ装置１０，２０が内筒１２，２２内に格納さ
れると、推進ジャッキ２６を駆動させることにより第２
のシールド機２をさらに推進させて、第１のシールド機
１との間の隙間が１０cm以下となるように近接させた
後、第５図に示すように、第１のシールド機１の貫入リ
ング１３を軸線に沿って摺動させることにより第２のシ
ールド機２の貫入室２３内に順次差し込んで貫入させ
る。その際、貫入リング１３を貫入室２３内に貫入させ
る前に、シールド機２が推進するときに貫入室２３内に
土砂や礫等が詰まらないように設けた熱可塑性充填材
を、加熱手段により加熱して軟化させることにより、貫
入リング１３の貫入を円滑に行うようにする。貫入リン
グ１３が貫入された後には、前記熱可塑性充填材が自然
冷却により再び硬化し、貫入部分の止水効果を高めるこ
とができる。

なお、貫入室２３内に貫入リング１３を貫入する方法と
しては、前記実施例の方法に限定されることなく、貫入
室２３内部にその中を密接状態で軸線方向に沿って摺動
可能な、リング形ないし分割されたリング形のピストン
部材（図示せず）を設け、このピストン部材をシールド
機内に設けたジャッキ（図示せず）によってロツド（図
示せず）を介して貫入室内で往復駆動させて、貫入室２
３内に詰まった土砂や礫等を外に排出することにより空
間部を確保した後、貫入リング１３を貫入する方法や、
貫入リング１３の先端部に高圧ジェットノズル（図示せ
ず）を装備しておき、貫入室２３内に差し込む際には、
前記ノズルから高圧ジェットを噴射しながら貫入室２３
内の土砂や礫を吹き飛ばして、貫入室２３内の空間を確
保しながら貫入リング１３を貫入する方法である。これ
らの方法を用いる際には、貫入室２３内に所定の方法に
より薬液注入を行って止水を施すようにする。

また、前記貫入リング１３を貫入室２３に向けて移動さ
せる貫入リングの駆動装置としては、最初からシールド
機１内に専用の押出ジャッキを設けておき、それによっ
て駆動させるようにしてもよいが、本実施例において
は、貫入リング１３を駆動させる時点で、貫入リング１
３の後端部の周方向所定間隔毎に固定しておいたロッド
（図示せず）に、それと対応するようにスキンプレート
１ａ内の周方向の所定間隔毎にセンターホールジャッキ
３２，３２，・・・を取り付け、これによってロッド３
３，３３，・・・を継ぎ足しながら順次貫入リング１３
を押出すようにする。この装置を用いることにより、高
価な押出ジャッキを使い捨てにすることがなく、さら
に、推進ジャッキ１６，１６，・・・を取り外した後の
空間部分に取り付けるようにすれば、その分シールド機
１のスキンプレート１ａの長さを短縮することが可能と
なり、大幅なコストダウンを図ることができるととも
に、シールド機１の方向制御が容易となる。

(vii)貫入リング１３が貫入室２３内に貫入されてシー
ルド機１，２間に残された接合部の地山Ｇｉを覆った後
には、貫入リング１３とスキンプレート１ａ，２ａの前
部１ｂ，２ｂとの間に薬液注入を行って十分に止水を施
す。そして、第６図に示すように、シールド機１，２を
スキンプレート１ａ，２ａを残したまま解体した後、貫
入リング１３と内筒１２，２２とを溶接により隙間なく
一体化し、ついで、スキンプレート１ａ，２ａの内側
に、トンネルＴａ，Ｔｂへ施した二次覆工のコンクリー
トＣの打設面と面一になるように、コンクリートＣ_Ｓを
打設することにより接合部の覆工を行う。

したがって、本工法を用いることにより、地中において
接合前に第１のシールド機１と第２のシールド機２との
相対位置を正確に確認した後、第２のシールド機２を所
定の誤差範囲内で確実に第１のシールド機１に接近させ
ることができ、貫入リング１３を貫入室２３に確実に貫
入してシールド機１，２を接合することができ、接合部
の地山Ｇｉをスキンプレート１ａ，２ａおよび貫入リン
グ１３により完全に覆うことができ、凍結工法等の補助
工法を用いることなく、安全かつ確実にトンネルの接続
作業を行うことができ、工期の大幅な短縮や工費の大幅
削減を実現することができる。

なお、前記実施例においては、シールド機１，２を接近
させる際に、第２のシールド機２を方向制御を行いなが
ら近付けたが、それに限らず、第２のシールド機２を停
止させておき、そこへ所定の装備を施した第１のシール
ド機１を方向制御を行いながら近接させるようにしても
良い。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明は、外筒と内筒との間に貫
入リングが格納されている第１のシールド機及び外筒と
内筒とにより構成された貫入室を有する第２のシールド
機を１組として両側からトンネルを掘削し、このトンネ
ル掘削工程終了前に所定間隔をおいてシールド機を停止
させるとともに、シールド機相互間に鋼管による水平ボ
ウリングを行なって相対位置を確認した後、一方のシー
ルド機を方向修正を行いながら推進させ、次いで、貫入
リングを貫入室内に貫入することによりシールド機間に
残されたトンネル接合部の地山を覆った後、スキンプレ
ートを残したままシールド機を解体してトンネルを接合
し、次いでスキンプレートの内面にコンクリートを打設
して接合部の壁面を覆工するようにしたものであるの
で、両側から掘進してきた２台のシールド機の相対位置
を地中において正確に確認できるとともに、所定の寸法
誤差範囲内で確実に近接させることができ、貫入リング
を貫入室内に貫入することによりトンネル接合部付近の
地山をスキンプレートもよって完全に覆うことができ、
シールド機の接合部に作用する止水圧に対する土留や止
水を確実なものとし、凍結工法等の補助工法を用いるこ
となく、接合作業を安全に行うことができると共に、ト
ンネルの地中接合工事に要する工期を大幅に短縮し、か
つ工費を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明のシールド・トンネルの
地中接合工法の一実施例を説明するためのものであり、
第１図は地中を２台のシールド機によって両側から掘進
することによって築造されたトンネルの側断面図、第２
図は所定間隔をおいてシールド機を停止させてそれらの
相対位置を確認しているところを示すトンネルの側断面
図、第３図はシールド機間の地山の地盤改良を施してい
るところを示すトンネルの側断面図、第４図はシールド
機のカッタ装置を縮めているところを示すトンネルの側
断面図、第５図は貫入リングによりシールド機を接続し
地山を覆っているところを示すトンネルの側断面図、第
６図はシールド機を解体してトンネルを貫通させて完成
させたところを示すトンネルの側断面図、第７図は従来
の技術を示すトンネルの側断面図である。 Ｇ……地山、Ｇｉ……トンネル接合部地山、Ｔａ，Ｔｂ
……トンネル、１……第１のシールド機、２……第２の
シールド機、１ａ，２ａ……スキンプレート、１ｂ，２
ｂ……スキンプレート先端部、１ｃ，２ｃ……シールド
テール部、３ａ，３ｂ……セグメント、１０，２０……
カッタ装置、１０ａ，２０ａ……先端刃、１１，２１…
…外筒、１２，２２……内筒、１３……貫入リング、１
６，２６……推進ジャッキ、２３……貫入室、２９……
鋼管、Ｃ_ｓ，Ｃ……コンクリート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮沢 和夫 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 本多 章浩 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 久保 裕之 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 荒井 久雄 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 土屋 信洋 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 中川 孝雄 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 清水 良彦 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内 (72)発明者 東 洋二 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前部に設けられたカッタ装置により地山を
   掘削しつつ、内部で１次覆工用のセグメントを組み立て
   ながら地中を推進させるシールド掘進機を２台用い、築
   造すべきトンネルの両端側からそれぞれトンネルを掘削
   してそれらを途中で接合することによりトンネルを完成
   させる際のシールド・トンネルの地中接合工法であっ
   て、スキンプレートの先端部が外筒と内筒とにより二重
   に形成されていると共に前記外筒及び内筒の間に貫入リ
   ングが格納されている第１のシールド機及びスキンプレ
   ートの先端部が前記第１のシールド機と同径の外筒と内
   筒とにより二重に形成されることによって構成される貫
   入室を有する第２のシールド機を１組として両側からト
   ンネルを掘削し、このトンネル掘削工程終了前におい
   て、前記第１のシールド機と第２のシールド機とを所定
   間隔をおいて停止させるとともに、この第１のシールド
   機と第２のシールド機との間に鋼管による水平ボウリン
   グを行なって相対位置を確認した後、前記少なくとも一
   方のシールド機を方向制御を行いながら他方のシールド
   機の直前まで推進させ、次いで、前記第１のシールド機
   の貫入リングを前方に摺動させて第２のシールド機の貫
   入室内に貫入することにより第１及び第２のシールド機
   の間に残されたトンネル接合部の地山を覆った後、前記
   第１及び第２のシールド機のスキンプレートを残したま
   まシールド機を解体してトンネルを接合し、次いで前記
   スキンプレートの内面にコンクリートを打設して前記接
   合部の壁面を覆工することを特徴とするシールド・トン
   ネルの地中接合工法。