JPH07127377A - シールド掘進機およびトンネル接合工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 補助工法の採用を可及的に少なくしながらも
地盤の崩壊を抑制し、長いトンネルを経済性に優れ工期
の短縮を実現して掘削できるようにすること。 【構成】 シールド掘進機２１の円筒状のスキンプレー
ト２３の前部でシールド本体２の軸線Ｎ方向へ変位可能
な軸受台９、それに支承されて回転自在な回転支持体１
０、それに一体化されたカッタディスク１、カッタディ
スク１に取り付けられると共にスキンプレート２３の外
径の外側まで突出可能なサイドオーバカッタ２４、軸受
台９を介してカッタディスク１をシールド本体２の軸線
Ｎ方向へ後退可能にする引込手段２５とが設けられる。
サイドオーバカッタ２４により所望する径のトンネルを
形成し、それを退避させた状態では一方のシールド掘進
機のカッタディスクを他方のシールド掘進機のスキンプ
レート内に嵌入させることができ、対向して掘削してき
たトンネルを接合する作業が簡易化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機および
トンネル接合工法に係り、詳しくは、二機のシールド掘
進機を対向して掘進させ、立坑を使用することなく両ト
ンネルを接合点で連通させて長いトンネルを形成するこ
とができるようにしたトンネル接合工法およびそれに使
用される好適なシールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機により掘削できる距離に
は限界があり、トンネルが長大な場合には一機のシール
ド掘進機でもって対応することは不可能となる。したが
って、従来は、一機の掘進機で掘削可能な距離の範囲内
に立坑を設け、両立坑間をそれぞれの掘進機で掘削し、
立坑で接続することにより長いトンネルを接合させてい
る。しかし、トンネル上方が海であったり過密化した都
市などであると、立坑を設けることがもはや不可能とな
り、立坑を利用した工法でトンネルを接合することがで
きなくなる。そこで、二つのシールド掘進機を対向する
ように掘進させ、双方が接合位置に到達したところで、
トンネルを接合する工法が採られるようになってきてい
る。その接合にあたっては接合地点の地盤を凍結させた
り、薬液を注入するなどの地盤改良を行い、その地盤を
掘削している。

【０００３】そのような地盤改良には多額の費用と時間
を必要とする。それを解消する補助工法として、特開昭
５９−１９２１９４号公報に記載されたようなトンネル
の地中接合工法がある。これは、シールド本体内より高
圧ジェットを噴出してシールド掘進機の対向部近傍の地
盤を掘削し、その掘削部に固化材を注入して両機間の環
状部を安定化するものである。その安定化させた環状の
内部における土砂などを掘削および排除すれば、トンネ
ルの接合が実現される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように補助工法
を採用すれば対向するシールド掘進機間の地盤強化がで
き、カッタディスクをはじめ機内の各種装置や部材を解
体して、シールド本体のスキンプレートから取り除いた
後に、トンネル接合に必要な分だけ両シールド機間の強
化地盤を掘削すればよい。しかし、両機の対向面間には
ある程度の隙間があるので、地盤強化を図っているとい
えども、両機間において地盤の崩壊や陥没などが起こっ
たり、両機間の地盤を通して地下水や土砂がシールド本
体内に侵入する可能性が高い。特に海底下の地盤では、
地盤改良の確実性に疑問があり、出水や地盤の崩壊で掘
削が阻害され、接合作業の円滑化が妨げられるようなこ
とが起こる。したがって、工期の短縮化と経済性の向上
に大きく寄与するまでには至らず、その接合方法の改善
が望まれる。

【０００５】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、多くの費用を必要とする補助工法の採
用をできるだけ少なくし、かつ地盤の崩壊などの心配が
極めて少なく、経済性に優れて工期を短くすることを実
現し、長いトンネルを形成することができるシールド掘
進機およびトンネル接合工法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状のスキ
ンプレートの前部に、地山を掘削するためのカッタディ
スクを備えたシールド掘進機に適用される。その特徴と
するところは、図１を参照して、スキンプレート２３の
内部でシールド本体２の軸線Ｎ方向へ変位可能に設けた
軸受台９に支承されて回転自在な回転支持体１０と、こ
の回転支持体１０の前面側に支持アーム１４，１４を介
して回転支持体１０に一体化されたカッタディスク１
と、そのカッタディスク１に取り付けられると共にスキ
ンプレート２３の外径の外側まで突出可能なサイドオー
バカッタ２４と、カッタディスク１を回転支持体１０を
介して回転させる駆動源１３と、軸受台９と回転支持体
１０とカッタディスク１と駆動源１３とを、シールド本
体２の軸線Ｎ方向へ後退させてスキンプレート２３内に
退避可能とする引込手段２５とを具備していることであ
る。

【０００７】トンネル接合工法の発明にあっては、図３
ないし図５を参照して、カッタディスク１Ａ，１Ｂに取
り付けたサイドオーバカッタ２４Ａ，２４Ｂをスキンプ
レート２３Ａ，２３Ｂの外径の外側まで突出させること
ができるようにした二つのシールド掘進機２１Ａ，２１
Ｂを、トンネル接合部Ｍに向けて対向するように掘進さ
せる。そのトンネル接合部Ｍに到達した一方のシールド
掘進機２１Ａのサイドオーバカッタ２４Ａを退避させ、
その後にカッタディスク１Ａをスキンプレート２３Ａ内
に後退させる（図４参照）。他方のシールド掘進機２１
Ｂを前進させて、そのサイドオーバカッタ２４Ｂを縮小
させ（図５参照）、そのカッタディスク１Ｂのみを対向
する一方のシールド掘進機２１Ａのスキンプレート２３
Ａ内に嵌入させるようにしたことである。

【０００８】

【作用】シールド掘進機２１のカッタディスク１に取り
付けられているサイドオーバカッタ２４をスキンプレー
ト２３の外径の外側まで突出させ、次に駆動源１３を回
転させると、スキンプレート２３の内部に設けられてい
る軸受台９に支承した回転支持体１０が回転される。そ
の回転に伴って、回転支持体１０の前面側に位置すると
共に支持アーム１４，１４を介して回転支持体１０と一
体化されたカッタディスク１が回転され、カッタディス
ク１の前面の地山が掘削される。このとき、カッタディ
スク１に取り付けられているサイドオーバカッタ２４も
スキンプレート２３の外周部近傍の地山を掘削する。そ
して、シールド掘進機２１が前進するにつれて、スキン
プレート２３の外径より大きいトンネルを必要に応じて
順次形成させることができる。図４のごとく、二つのシ
ールド掘進機２１Ａ，２１Ｂをトンネル接合部Ｍに向け
て対向するように掘進させる場合には、両トンネルを接
合する時点で、一方のシールド掘進機２１Ａの引込手段
２５により、軸受台９と回転支持体１０とカッタディス
ク１と駆動源１３とをシールド本体２の軸線Ｎ方向へ後
退させ、スキンプレート２３内に退避させる。これによ
って、他方のシールド掘進機２１Ｂのカッタディスク１
Ｂを、一方のシールド掘進機２１Ａのスキンプレート２
３Ａ内に嵌入させることができるようになる。

【０００９】トンネル接合工法においては、二つのシー
ルド掘進機２１Ａ，２１Ｂをトンネル接合部Ｍに向けて
対向するように掘進させる（図３参照）。各シールド掘
進機２１Ａ，２１Ｂにおいては、サイドオーバカッタ２
４Ａ，２４Ｂをスキンプレート２３Ａ，２３Ｂの外径の
外側まで突出させて所望する径のトンネルを形成させな
がら、トンネル接合部Ｍに到達させる。一方のシールド
掘進機２１Ａがトンネル接合部Ｍに到達した時点で、そ
のサイドオーバカッタ２４Ａがスキンプレート２３Ａ内
に退避するようにカッタディスク１Ａに格納する。そし
て、引込手段２５により、軸受台９と回転支持体１０と
カッタディスク１と駆動源１３とをシールド本体２の軸
線Ｎ方向へ後退させ、スキンプレート２３Ａ内に退避さ
せる。他方のシールド掘進機２１Ｂにおいてもサイドオ
ーバカッタ２４Ｂが突出している場合には、それをカッ
タディスク１Ｂに格納し、そのカッタディスク１Ｂをカ
ッタディスク１Ａが後退したシールド掘進機２１Ａのス
キンプレート２３Ａ内の空間へ嵌入するように、他方の
シールド掘進機２１Ｂを前進させる。トンネル接合部Ｍ
においては二つのシールド掘進機２１Ａ，２１Ｂのスキ
ンプレート２３Ａ，２３Ｂの接触もしくは近接により、
トンネルの接合が簡単になされ、高価な補助工法の採用
を可及的に抑えて長いトンネルを形成することができ
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明のシールド掘進機によれば、サイ
ドオーバカッタをカッタディスクからスキンプレートの
外径を越えて突出させ、カッタディスクによる掘削では
達成することができない径のトンネルを、必要に応じて
形成することができる。また、二つのシールド掘進機を
用いて長いトンネルを掘進させる場合には、その両トン
ネルの接合の時点でカッタディスクをスキンプレート内
へ後退させ、他方のシールド掘進機の接近を実現してト
ンネルの接合作業の容易化・円滑化が図られる。

【００１１】トンネル接合工法によれば、一方のシール
ド掘進機のカッタディスクと他方のシールド掘進機のカ
ッタディスクとを、極めて僅かな距離を隔てた位置に近
接させることができ、一方側および他方側から地山を掘
削して長いトンネルを形成させる際に、トンネル接合部
で対向する両シールド掘進機間に地山に連なる地盤が無
くなるか極めて少なくすることができる。その結果、地
盤の改良などの大掛りな補助工法の採用をしなくて済む
か、または、極めて僅かな領域のみの改良で済ませるこ
とができる。したがって、立坑が必要とされることもな
く、工期の大幅な短縮と工事の安全性を高く確保できる
と共に、工費の著しい低減を図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明をその実施例に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明に係るシールド掘進機２１
の縦断面図で、カッタディスク１を引込手段２５の縮小
でもってスキンプレート２３内に後退させることができ
るようになっているものである。本例は泥水シールド機
であり、機械室３を仕切って前方にカッタチャンバ４を
形成させるバルクヘッド５があり、それを貫通して送泥
管６と排泥管７がカッタチャンバ４内に突入して開口さ
れている。そして、地山である切羽８を掘削するカッタ
を装着して回転するカッタディスク１がシールド本体２
の前面にあり、軸受台９に支承された回転支持体１０
が、ピニオン１１および旋回ベアリング１２を介して伝
動される油圧モータなどの駆動源１３からの動力で回転
されるようになっている。

【００１３】カッタディスク１は支持アーム１４，１４
を介して回転支持体１０に一体化され、このカッタディ
スク１を回転させる回転支持体１０の摺動部にはシール
材１５，１６が介装され、軸受台９およびバルクヘッド
５の間から泥水などが機内に侵入するのが防止されてい
る。そして、軸受台９の後方には周上に複数個のシール
ドジャッキ１７（図示は一つ）が設置され、テールプレ
ート１８の内部に構築された円環状のセグメント１９で
掘進反力をとることができる。一方、機械室３の後部に
は、セグメント１９を組み立てるためのエレクタ装置２
０があり、シールド本体２が前進した後に停止している
とき、円弧状のセグメントを順次環状に組み上げる。

【００１４】以上の構成は従来から一般によく見かける
ものと変わるところはなく、後述する後行シールド掘進
機２１Ｂ（図２参照）はこのような構成で十分である。
しかし、上述したように図１はカッタディスク１を後退
させることができるシールド掘進機２１であり、上記の
構成に加えて、ピニオン１１，旋回ベアリング１２や油
圧モータなどの駆動源１３よりなる駆動系統２２とカッ
タディスク１とを一体にしてシールド本体２の軸線Ｎの
方向へ後退させ、スキンプレート２３内に退避させる引
込手段２５としての引込ジャッキが設けられている。

【００１５】すなわち、上記した軸受台９が外殻を形成
するスキンプレート２３に対して摺動可能とされ、引込
ジャッキ２５の縮小に伴って駆動系統２２およびバルク
ヘッド５と共に後退させることができる。一方、カッタ
ディスク１にはサイドオーバカッタ２４が装着され、そ
れを半径方向へ移動させることにより、スキンプレート
２３の外径よりも外側へ突出させることができるように
なっている。上記のようなカッタディスク１の後退を可
能にするために、スキンプレート２３を軸受台９とは一
体化させることができず、シールド本体２の前部のスキ
ンプレート２３は、その後部よりは厚肉とされてそれ自
体の剛性の向上が図られている。そして、軸受台９をシ
ールド本体２の軸線Ｎ方向へ後退させるために、上述し
たように、縮小作動する引込ジャッキ２５が上記のシー
ルドジャッキ１７と例えば交互に円周方向に適数個配列
される。この引込ジャッキ２５はそのピストンロッド２
５ａの後端がシールド本体２に固定され、シリンダ本体
２５ｂが補強リング２６に対して変位可能に支持されて
いる。

【００１６】ところで、駆動系統２２はトンネル接合時
にスキンプレート２３に対して移動されるが、掘進する
際は固定されている必要がある。そのときは、引込ジャ
ッキ２５が伸長状態に維持され、かつ、スキンプレート
２３と軸受台９との間に両者の密着と一体化を図り、し
かも、地下水の侵入を防止するための不定形材が充填さ
れる。その充填材は例えばエポキシ系樹脂などであり、
軸受台９をスキンプレート２３に対して移動させる隙間
が確保されるように配慮されている。なお、掘進反力を
とるシールドジャッキ１７は軸受台９に当接させておく
必要があるので、カッタディスク１の後退距離分の長さ
のスペーサ２７が取外可能に介在される。

【００１７】このようなシールド掘進機２１は、図２に
示すように、先行シールド掘進機２１Ａとして機能し、
そのカッタディスク１Ａは上記したスペーサ２７の長さ
の分だけ後退され、そのスキンプレート２３Ａ内には、
後述するように後行シールド掘進機２１Ｂが進出してき
たとき、そのカッタディスク１Ｂが進入して嵌め込むこ
とができる。その結果、先行シールド掘進機２１Ａのス
キンプレート２３Ａと後行シールド掘進機２１Ｂのスキ
ンプレート２３Ｂとは、当接するかもしくは僅かな隙間
を残して近接することができる。接合位置での地盤は、
円筒状の二つのスキンプレート２３Ａ，２３Ｂあるいは
カッタディスク１Ｂの外輪１ｂによって支持され、地盤
の崩壊や陥没の発生を防止することができる。また、二
つのシールド掘進機２１Ａ，２１Ｂ間から侵入する地下
水や土砂は少なくなり、しかも、本例にあっては、後述
する固化材を注入することにより止水したり、流入阻止
を図ることもできる。

【００１８】上述した構成のシールド掘進機２１Ａ，２
１Ｂにより掘削されたトンネルは、以下のようにして、
立坑を用いることなく地中で接合され、長いトンネルを
形成することができる。図３に示すように、二つのシー
ルド掘進機２１Ａ，２１Ｂをトンネル接合部Ｍに向けて
対向するように掘進させる。図４のように、先行シール
ド掘進機２１Ａを先にトンネル接合部Ｍに到達させ、そ
の位置で停止状態にしておく。

【００１９】次に、一方のシールド掘進機２１Ａのサイ
ドオーバカッタ２４Ａを縮め、カッタディスク１Ａをス
キンプレート２３Ａ内へ後退させる準備をする。そこ
で、軸受台９とシールドジャッキ１７との間に支え材と
して介装されているスペーサ２７（図１参照）を取り外
す。引込ジャッキ２５を縮小作動させてカッタディスク
１Ａを後退させ、スキンプレート２３の前部空間３０に
薬液注入などを行って、地盤の崩壊を防ぐようにしてお
く。その状態で、他方のシールド掘進機２１Ｂを停止し
ているシールド掘進機２１Ａに近づけ、図５に示すよう
に、サイドオーバカッタ２４Ｂを縮小させる。そして、
カッタディスク１Ｂを回転させながら掘削するようにし
て先行シールド掘進機２１Ａのスキンプレート２３Ａ内
にカッタディスク１Ｂのみを嵌入させ、カッタディスク
１Ａに接近した対峙状態とする。

【００２０】そこで、図示のバルクヘッド５，５を貫通
している注入パイプ３１Ａ，３１Ｂを介して、両シール
ド掘進機２１Ａ，２１Ｂのカッタチャンバ４Ａ，４Ｂ内
およびカッタディスク１Ａ，１Ｂの対向する隙間を閉塞
させるべく、固化材を図６に示すように注入する。な
お、カッタディスク１Ｂが先行シールド掘進機２１Ａの
スキンプレート２３Ａ内に完全に嵌入させにくい場合
は、図７に示すように、カッタディスク１Ｂの先端がス
キンプレート２３Ａと僅かに重なるような状態となるま
で前進させた後に、固化材を注入すればよい。固化材が
固化すると、いずれものシールド掘進機２１Ａ，２１Ｂ
のスキンプレート２３Ａ，２３Ｂを残して、機内の各種
装置や部材を解体し、図８のようにシールド掘進機２１
Ａ，２１Ｂから取り除かれる。そして、両スキンプレー
ト２３Ａ，２３Ｂおよび後行シールド掘進機２１Ｂのカ
ッタディスク１Ｂの外輪１ｂ（図９参照）を残し、その
状態で、セグメント１９の内周と固化材注入部との間に
トンネル壁としてのコンクリート３２が打設される。そ
の後に、固化材注入部をくり抜いて、図示のように開通
させる。両機の対向面間には、図示したように極く僅か
な隙間があるかもしくは当接状態にあり、固化材の充填
効果がよく発揮されることよって、接合地点の地盤改良
をほとんど必要とせず、地盤の崩壊や陥没などの発生す
るのが防止される。

【００２１】図１０は、図６における固化材の異なる注
入方法の例である。例えば図１１に示す後行シールド掘
進機４１Ｂでは、カッタディスク１の外輪１ｂの周面に
例えば120 度隔てた三個所（図示は二個所）の注入孔４
２，４２が設けられ、固化材がその外輪１ｂとスキンプ
レート２３との間に注入されるようになっている。固化
材は、前述した図５から図６に至る間で、カッタディス
ク１を回転させながら注入される。なお、接合地点に到
達するまでの掘進においては固化材が注入されることは
ないので、注入孔４２から地下水が逆流したり砂などが
入って目詰りを起こさないように、逆止弁４３が図１０
に示すように設けられている。その注入孔４２に固化材
を供給する配管は回転支持体１０や支持アーム１４の中
に設置される。これは、カッタディスク１Ｂと一体で回
転するため、シールド本体の後方から送られてくる固化
材が、バルクヘッド５の後面に設けた放射状通路４４を
経て、それに連通する環状通路４５へ供給されるように
なっている。そして、その環状通路４５に摺動して回転
する環状カバー４６を介して、上記回転支持体１０に固
定されている連結管４７へと流通させることができる。

【００２２】上述した固化材の注入を行うカッタディス
ク１Ｂは、シールド掘進機２１Ｂの前面に完全に突出し
ている場合のみならず、図１１に示したように、ディス
ク幅Ｗが広く後部の一部がスキンプレート２３Ｂ内に残
されているような配置の場合にも効果的である。すなわ
ち、固化材は外輪１ｂから注入されることから、両シー
ルド掘進機２１Ａ，２１Ｂの接近または当接状態にある
スキンプレート２３Ａ，２３Ｂ間の隙間４８（図１０参
照）に充填することが容易となり、シールド本体内への
地下水の侵入を確実に阻止することができる。なお、カ
ッタディスク１はスキンプレート２３の外径より大きく
することができないので、カッタディスク１の半径方向
に出入りするサイドオーバカッタ４９は、図１１に示す
ように、スキンプレート２３より前面に突出した部分で
のみ出入りするようやや前方へずらせて配置される。

【００２３】このような構造のシールド掘進機を使用す
れば、図２に示した場合と同様に、両シールド本体の接
合作業が円滑となり、工期の短縮化と経済性の向上が実
現される。なお、カッタディスク１Ｂとスキンプレート
２３Ａ，２３Ｂとの間にシール材５０Ａ，５０Ｂ（図１
０参照）を挟むようにしておけば、固化材の過剰な消費
を回避したり、流動性の調整が簡単になる利点がある。
以上、泥水式シールド掘進機を例にして説明したが、本
発明は土圧シールド掘進機や泥土圧シールド掘進機な
ど、密閉形式のシールド掘進機にも効果的に適用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 カッタディスクが後退するシールド掘進機の
縦断面図。

【図２】 他方のシールド掘進機のカッタディスクが一
方のシールド掘進機のスキンプレート内に嵌入した状態
の説明図。

【図３】 トンネル接合部に向けて対向した二つのシー
ルド掘進機がトンネルを掘削している状態図。

【図４】 先行シールド掘進機が停止すると共に後行シ
ールド掘進機がトンネル接合部に向けて前進している状
態図。

【図５】 先行シールド掘進機のカッタディスクが後退
すると共に後行シールド掘進機のカッタディスクが先行
機内に嵌入されている状態図。

【図６】 固化材が注入されている状態図。

【図７】 後行シールド掘進機のカッタディスク先端が
先行シールド掘進機のスキンプレートと僅かに重なるよ
うにされた状態図。

【図８】 二つのシールド掘進機のスキンプレートを残
して、機内の各種装置や部材を解体して取り除かれてい
る状態図。

【図９】 両トンネルが接合部で接合された状態図。

【図１０】 固化材を対向するスキンプレートの間の隙
間に注入している状態の拡大図。

【図１１】 異なる後行シールド掘進機の縦断面図。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ…カッタディスク、２…シールド本体、
９…軸受台、１０…回転支持体、１３…駆動源、１４…
支持アーム、２１，２１Ａ…シールド掘進機（先行シー
ルド掘進機）、２１Ｂ，４１Ｂ…シールド掘進機（後行
シールド掘進機）、２３，２３Ａ，２３Ｂ…スキンプレ
ート、２４，２４Ａ，２４Ｂ…サイドオーバカッタ、２
５…引込手段（引込ジャッキ）、Ｍ…トンネル接合部、
Ｎ…軸線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のスキンプレートの前部に、地山
   を掘削するためのカッタディスクを備えたシールド掘進
   機において、 前記スキンプレートの内部でシールド本体の軸線方向へ
   変位可能に設けた軸受台に支承されて回転自在な回転支
   持体と、 該回転支持体の前面側に支持アームを介して前記回転支
   持体に一体化されたカッタディスクと、 該カッタディスクに取り付けられると共にスキンプレー
   トの外径の外側まで突出可能なサイドオーバカッタと、 前記カッタディスクを前記回転支持体を介して回転させ
   る駆動源と、 前記軸受台と回転支持体とカッタディスクと駆動源と
   を、シールド本体の軸線方向へ後退させて前記スキンプ
   レート内に退避可能とする引込手段と、 を具備していることを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 カッタディスクに取り付けたサイドオー
   バカッタをスキンプレートの外径の外側まで突出させる
   ことができるようにした二つのシールド掘進機を、トン
   ネル接合部に向けて対向するように掘進させ、 該トンネル接合部に到達した一方のシールド掘進機の前
   記サイドオーバカッタを退避させ、 その後に前記カッタディスクをスキンプレート内に後退
   させ、 他方のシールド掘進機を前進させて、そのサイドオーバ
   カッタを縮小させ、 そのカッタディスクのみを対向する前記一方のシールド
   掘進機のスキンプレート内に嵌入させることを特徴とす
   るトンネル接合工法。