JPH0660554B2

JPH0660554B2 - 環状シールド工法および環状シールド、環状セグメント

Info

Publication number: JPH0660554B2
Application number: JP61139842A
Authority: JP
Inventors: 博美萩本; 豊加島; 紀夫近藤
Original assignee: Daiho Corp
Current assignee: Daiho Corp
Priority date: 1986-06-16
Filing date: 1986-06-16
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPS62296097A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は地中に巨大な空間を持つ構造物を構築する場合
に好適な環状シールド工法およびその工法に用いられる
環状シールド、環状セグメントに関する。

（従来技術およびその問題点）地中に巨大な空間を持つ構造物を構築する場合、一般に
大口径の掘削断面が得られる大型のシールド掘削機を用
いている。

この場合、大口径になればなる程シールド掘削機自体が
大型となり、このシールド掘削機の回転型カツターの駆
動方式は一般的にセンターシヤフトタイプのものとなつ
ている。しかして、シールド掘削機が大口径となるとカ
ツターに作用する荷重が大きくなるため、その荷重に耐
えられるようカツタースポークやセンターシヤフト等と
太くしている。したがつて、シールド掘削機の自重が重
くなり、運搬、発進側立坑内へのセツテイングが大変で
あつた。

また、シールド掘削機のセンターシヤフトを支持する軸
受にも大きな負担がかかるためにそれに応じたものを用
いなければならないなど、シールド掘削機の各部も大型
化に対応した構成とする必要があり製造が煩雑であつ
た。

また、大型の回転型カツターを有するシールド掘削機を
用いて切羽や横坑の内周面などを安定させながら所定の
地点まで掘削していくことは容易なことではなく、特に
地盤が軟弱なものであるときは一挙に大口径の掘削断面
を掘削しつつ所定区間まで掘進作業をしていくことは工
期が長期化し、費用の増大を招いたり、多大の労力、技
術力などを要することがあつた。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記の点に鑑み提案されたもので、その目的と
するところは、比較的大口径の環状の横坑を地中に構築
するようにし、地盤の安定化を図り得るようにしたこと
により、大口径の横坑の構築、ひいては巨大空間を持つ
構造物の構築を容易とした環状シールド工法およびその
工法に用いられる環状シールド、環状セグメントを提供
することにある。

（作用）本発明は、要するに地中に比較的大口径の環状の横坑を
構築することにより、環状横坑の内側部分、つまり未掘
削の地山を安定させ、その部分の掘削を容易としたもの
である。

（実施例１）第１図は本発明装置の側断面図、第２図は同上の正面
図、第３図は本発明の工法によつて発進側立坑から到達
側立坑までの環状の横坑の構築状態を示す説明図であ
る。

しかして、この実施例は地山Ｇが比較的安定した中位の
硬さの粘土や地下水圧の小さい地盤などに適用される、
いわゆる手掘開放形の工法とその装置であり、以下、第
１図および第２図を参照しつつ先ずこの実施例の装置を
説明する。

図中、１は横長の長円形環状断面を成す環状のシールド
である。この環状シールド１は長円形を呈し、かつ、例
えば鋼板にて成る外筒２と、この外筒２より小形であつ
て内側に配設され、かつ内部が中空状の内筒３とを備
え、この内筒３と外筒２との間は適宜に配設された継材
４によつて連結され、この環状シールド１を介して長円
形環状断面Ｌが形成される。

また、５は環状シールド１の前方部内に形成された切羽
室で、この切羽室５はシールド１の前方に面する切羽ａ
と、この刃口外筒2aの周面およびこれと対向する刃口内
筒3aの周面などによつて区画形成され、この切羽室５に
おいて人力および／もしくは機械力を介して切羽ａの掘
削作業が行なわれる。６は外筒２および内筒３の内周面
に突設されたフランジ状の壁体で、シールド後部外筒2b
およびシールド後部内筒3bに沿つて適数個配設された外
側のシールドジヤツキ７および内側のシールドジヤツキ
８の推力を環状シールド１に伝達するためのものであ
る。なお、環状シールド１の掘進時の各シールドジヤツ
キ７，８の反力は環状シールド１の形状と略対応してそ
の後方に組立てられたセグメント本体９の前端部によつ
て採られる。

このセグメント本体９はシールドジヤツキ７，８の直後
方に形成されたセグメント組立室10内において順次組立
てられるもので、例えば鉄筋コンクリートや鋼板等によ
り作られた外殻部材9a、内殻部材9bおよびそれらの間に
配設された支保材9cにより構成される。なお、これらの
外殻部材9a、内殻部材9b、支保材9cはそれぞれ適形状を
なす複数個のセグメントをボルト等で結合しながら組上
げて構成される。また、図示の実施例において支保材9c
は連続壁状であるが、設計強度上柱状あるいは有孔壁状
とすることも可能である。

次に上記各図に加え第３図をも参照しつつ本発明の工法
について説明する。

地盤に予め構設された発進立坑Ｓから到達立坑Ｅに向か
つて環状シールド１が発進される。この場合、環状シー
ルド１は、地山Ｇの環状をなす切羽ａを入力そして／あ
るいは機械力により掘削し、同時に、その内部の後方で
組立てられたセグメントに掘進の反力が取られるととも
に、シールドジヤツキ７，８を作動せしめると環状シー
ルド１内に突設された壁体６に一端が当接されているの
で、環状シールド１は切羽側へ推進される。しかして、
環状シールド１のセグメント組立室10において複数個の
外殻部材9a、内殻部材9b、支保材9cなどで構成されるセ
グメント本体９がボルト等で組立てられ、すでに横坑Ｔ
を形成しているセグメント本体にボルト等で新たに組立
てられたセグメント本体９は接合されていく。そして、
セグメント本体９の組立完了後、切羽室５において、人
力および／もしくは機械力により地山Ｇの切羽ａの土砂
が掘削され、切羽室５よりセグメント本体９によつて構
築された横坑Ｔの後方の坑口へ、ベルトコンベア、ずり
トロツコ等の運搬手段（図示せず）により掘削土砂が排
出される。これと同時にシールドジヤツキ７，８を作動
させ、適宜シールドジヤツキ７，８を伸長させ、組立て
られたセグメント本体９の前端部に反力を取ることによ
つて長円形の環状シールド１は切羽前方へ推進される。

なお、環状シールド１において、内側のシールドジヤツ
キ８については、例えば地山が軟弱な場合であつて推力
がそれ程必要ない場合、必ずしも設けなくても良い。ま
た、外側のジヤツキ７と内側のジヤツキ８が必ずしも同
数個必要である必要はない。

当該シールド１の掘進において、地山Ｇはこの環状シー
ルド１の切羽断面部Ｌ（環状断面部）の部分の地山が先
行して掘削され、長円形環状内部分、つまり未掘削の地
山Ｇ_１は未掘削のままとし、長円形の環状シールド１が
掘進されていく。

このようにして地山Ｇに構設された発進立坑Ｓより発進
した環状シールド１は上記の工程を繰り返して到達立坑
Ｅへ到達する。この過程で、第３図に示すように、発進
立坑Ｓから到達立坑Ｅ間に長円形環状の横坑Ｔが構築さ
れる。

そして、必要に応じ横坑Ｔの未掘削の内側部分の地山Ｇ
_１を在来の適当な方法および装置を用いて掘削すれば良
い。この場合において、地山Ｇ_１の部分はすでに構築さ
れた長円形環状の横坑Ｔの内側にあるため、その地山Ｇ
_１の掘削時に地山Ｇ全体の崩壊は生じないので安全に掘
削できる。

この際、地山Ｇ_１の掘削に先立ち、長円形環状トンネル
Ｔの内部を所要の強度の鉄筋コンクリート構造物などで
補強しても良い。なお、地山Ｇ_１に地下水が豊富に有る
などして地山Ｇ_１の掘削に支障をきたすような場合、例
えば第３図に示すように予めパイプ11を未掘削の地山Ｇ
_１内に圧入しバキユームポンプ12により地山Ｇ_１内の地
下水を抜いて地山Ｇ_１を安定化することが必要であり、
また、必要により地山Ｇ_１内に薬液注入を行い地盤改良
を図り、安全に掘削を行う場合もある。更に、地山Ｇ_１
の掘削に伴い圧気を使用する場合もある。

このようにして、地山Ｇ_１を掘削しセグメント本体９の
不用部分９′を除去すれば容易に巨大な地下空間13を構
築することができる。

なお、上記において環状シールド１の形状は横長の長円
形に限られるものでなく、縦長としたり、あるいは他の
形状、例えば楕円形、馬てい形、多角形などの任意の形
状としても良いことは勿論である。また、推進工法とし
てシールドジヤツキ７，８を不用として他の推進手段に
代えることも可能である。

第４図ないし第７図は本発明の第２実施例を示すもの
で、前述の実施例が手掘り式であつたのに対し、この実
施例では機械式とした点に特徴を有している。

すなわち、この実施例において環状シールド１は正面か
ら見た場合に小円形シールド1aを円弧の一部が互いに重
合した状態で全体として略円形に集合・配列して構成し
た形状となつている。そして、各小円形シールド1aの前
方部内には隔壁1bが設けられており、切羽ａと小円形シ
ールド1a内周面と隔壁1bとにより切羽室５が区画形成さ
れ、かつこの切羽室５に回転型カツター14が設けられて
いる。この回転型カツター14は前部に多数のビツト15が
突設されたスポーク状のカツタースポーク16を備え、こ
のカツタースポーク16は小円形シールド1aの略中央部で
あつてその軸方向に延びるセンターシヤフト17の先端部
に設けられ、このセンターシヤフト17は軸受け18を介し
隔壁1bに貫設され、かつ坑内側に設けられたモータ19お
よび歯車機構20等にてなる駆動装置によつて回転可能に
構成されている。

この場合、各小円形シールド1aにはそれぞれ回転型カツ
ター14が設けられているため、掘削時の荷重は個々に分
散されるので、カツタースポーク16やセンターシヤフト
17等は従前のように太くする必要はない。なお、各小円
形シールド1aにそれぞれ配設された隣接する回転型カツ
ター14の各カツタースポーク16相互は衝突しないよう小
円形シールド軸方向に齟齬する位置に設けられている。
しかしながら、例えばこれらの回転型カツター14が偶数
基であり、回転型カツター14間の中心配置距離および回
転型カツター14のスポークが適切な数、例えば２〜５本
程度に配置される場合、相隣る回転型カツター14を互い
に異方向へ同速度で回転させることにより、多数の回転
型カツター14が同一平面であつても良く、この場合、回
転型カツター14は互いに衝突することはなく、切羽ａを
掘削することができる。したがつて、このように構成す
ることも可能である。

なお、カツタースポーク16の後方には撹拌羽根21が必要
に応じ設けられる。また、センターシヤフト17内には粘
性付与材注入管17aが必要に応じ設けられ、この粘性付
与材注入管17aの先端部はセンターシヤフト17の先端部
において通常切羽ａに臨んで開口している。一方、粘性
付与材注入管17の後端にはスイベルジヨイント22および
注入管17bが接続されている。なお、粘性付与材注入管1
7aに分岐管（図示せず）を延設し、この分岐管をカツタ
ースポーク16の適箇所に開口させることも可能である。

次にこの実施例の工法について説明する。

切羽ａは駆動装置を動作させることにより各回転型カツ
ター14を介し掘削され、かつ掘削土砂は切羽室５内に取
込まれる。この過程で地山が、例えば水分を多量に含む
砂や砂礫層の場合、粘性付与材注入管17aを介し粘性付
与材が切羽および／もしくは切羽室５内に適量注入さ
れ、掘削土砂に粘性付与材が添加される。これは掘削土
砂を、切羽ａを押え切羽ａを安定させるものに変換する
目的で添加される。なお、粘性付与材としては、例えば
ベントナイト、ＣＭＣ、高分子吸水材、気泡材等が用い
られるが切羽ａを安定できれば他のものであつても良
い。しかして、切羽室５内において撹拌羽根21によつて
掘削土砂と粘性付与材とが撹拌・混合され、掘削土砂は
切羽を安定するに足る流動性に富む泥土ないしは泥状の
混合体に変換され、この混合体が切羽室５内に充満さ
れ、これに、例えばシールドジヤツキ23の推進などを介
し圧力を生ぜしめて切羽ａを押えて安定させながら環状
シールド１は掘進される。この掘進と共に、切羽ａを安
定させつつ隔壁1bに前端開口部が接続されたスクリユー
コンベヤや排出泥管等の排土装置24を制御しつつ適量の
混合体が外部に排出される。排土装置24がスクリユーコ
ンベヤの場合、環状シールド１の掘進速度に応じてその
回転速度を調節して制御することにより混合体の排土量
を調節し、切羽ａを押えるに好適な圧力が維持される。
この圧力は隔壁1bに適宜設けられた、例えば土圧計の如
き圧力計（図示せず）によつて検出される。

なお、地山Ｇが非常に軟弱なシルトや軟い粘土層のとき
には粘性付与材の注入は不要の場合がある。また、撹拌
羽根21も特に設ける必要がない場合もある。

しかして、環状シールド１の掘進に伴なつてその後方に
セグメント本体９が順次組立てられ、第７図に示すよう
に、環状シールド１の形状と略対応した環状の横坑Ｔが
構築される。

なお、小円形シールド1aを、例えば全体として楕円状に
なるように配列し、かつそれに応じて内部機構も構成し
て掘削を行えば楕円状の横坑を構築することができ、環
状の横坑の形状は任意に選定することが可能である。更
に特に図示はしないが、例えば掘削土質がシルト，粘土
層などの比較的軟弱な地層の場合、第４図の如くに、環
状シールド１が小円形シールド1aの円弧の一部が重なる
ようにして構成することの必要はなく、第２図の如き環
状断面の内部に、切羽掘削用の回転型カツターが適数個
設置するようにしても良い。この場合、回転型カツター
は、互いに第４図の回転型カツター14のようにそれぞれ
の掘削範囲を重ねるように配置することは必ずしも必要
としない。

このようにして、環状シールド１の全掘進が終了の後、
あるいはこの環状シールド１の掘進と略併行して未掘削
部分の地山Ｇ_１を適当な方法で掘削し、かつ第１実施例
のように不用なセグメントを除去すれば巨大な地下空間
を構築し得、地山が軟弱地盤な場合には従前に比べ極め
て作業性等が良い。

なお、上記各実施例においてセグメントを用いず、環状
シールドの後方で場所打のコンクリートを打設して、こ
のトンネル構造物にシールドジヤツキの反力をとり、環
状シールドを前進させる、いわゆる場所打シールド工法
を適用しても良いことは勿論である。

（発明の効果）以上のように構成した本発明によれば次の効果を得るこ
とができる。

(イ)地中に巨大な空間を持つ構造物を構築する場合、本
発明においては先ず、所要断面の外周部分を、所定の断
面を持つ環状シールドで掘進し、環状のセグメントで横
坑を構築するので、環状の未掘削の地山を掘削する場
合、安全に簡易な方法で容易に掘削ができる。

(ロ)また、上記(イ)に起因して従前のシールド掘削機を用
いて大断面の横坑を構築する場合に比べ工期が大巾に遅
れることがないため、経済的である。

(ハ)トンネルの断面が大きい程、メリツトが大きい。

(ニ)環状断面の形状は略円形に限るものではなく、楕円
形、馬てい形、多角形などの任意の形状が可能であるの
で、地山に必要に応じた形状の大断面の横坑を構築する
場合に有利である。

(ホ)未掘削部分の地山の掘削については、例えば環状シ
ールドが発進立坑より充分長い距離掘進した後に、同地
山の掘削を併行に行うこともでき、作業性が良い。

(ヘ)また、周囲に既に環状のセグメントが組み込まれて
いるため、未掘削部分の掘削をする場合、特にシールド
掘削機を用いる必要がなく、手掘りや一般に地上等で用
いられている掘削装置等により容易に掘削することがで
きる。

なお、本発明の方法および装置は泥水加圧シールド、土
圧シールド、泥土加圧シールド、泥しようシールド等に
も適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例で、第１図は
本発明装置の側断面図、第２図は同上の正面図、第３図
は横坑ないし地下空間の構築状態説明図、第４図ないし
第７図は本発明の第２実施例で、第４図は同上の装置の
正面図、第５図は同上の部分側面図、第６図は内部構造
を示す部分側断面図、第７図は構築された横坑の正面図
を示す。１……環状シールド、２……外筒、３……内筒、４……
継材、9a……外殻部材、9b……内殻部材、9c……支保
材、Ｇ……地山、Ｇ_１……未掘削の地山、Ｔ……横坑

フロントページの続き (72)発明者近藤紀夫東京都中央区新川１丁目24番４号大豊建設株式会社内 (56)参考文献特開昭60−238599（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外筒と内筒とが一体に構成された環状シー
ルド内には、切羽掘削部と、シールド推進装置と、シー
ルド後部に、セグメント組立部を有し、この環状シール
ドを地中に掘進せしめ、このセグメント組立部におい
て、外殻部材と内殻部材およびこれらの間隔を保持する
支保材より構成される環状セグメントを組立てて、地中
に環状横坑を構築し、この環状シールドの掘進が終了
後、あるいはその掘進と略平行して内側の未掘削部分を
掘削して大口径の横坑を構築することを特徴とした環状
シールド工法。
【請求項２】外筒と内筒とが継材によって、一体に連結
されて構成された環状シールドであって、前部には切羽
掘削部と内部にシールド推進装置と、後部に内筒と外筒
により形成されるセグメント組立部を有することを特徴
とする環状シールド。
【請求項３】環状シールドの形状と略対応して、その後
方に組立てられ、かつ外殻部材、内殻部材およびそれら
の間に配設された支保材にて成ることを特徴とした環状
シールド工法における環状セグメント。