JPH07217367A - 掘削装置および掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２つあるいは１つのトンネル間の拡幅部を移
動する主軸胴体および伸縮翼を用いてトンネルの所定距
離を掘削して既設トンネルの拡幅部を施工する。 【構成】 アーチ形または山形の主軸胴体１１の両側に
スライド伸縮可能に連設した伸縮翼１２，１３と、該伸
縮翼１２，１３の各一の側端に連設され、一対あるいは
１つの既設トンネル１，２のセグメント１ａと１ｂある
いは１ｃに形成したガイド溝１４，１５，３２に沿って
案内される円筒状のすらせ１６，１７と、上記主軸胴体
１１の主軸部１９先端に設けられて高圧水を複数の方向
に噴射する噴射ノズル１８とを設け、上記主軸胴体１１
および上記伸縮翼１２，１３に形成された排出溝２０を
通じて、掘削された土砂水流を上記主軸部後端側へ導い
て、上該主軸胴体１１の後方に配置された吸引装置によ
り排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速道路トンネル，
地下河川トンネル，地下鉄駅トンネルなどの大断面トン
ネルを自動的に掘削する掘削装置および掘削工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近では、交通量の増加により都市部に
おける高速道路などにおいては大断面トンネルの必要性
が高まっている。しかし、都市部では作業基地や機械の
搬入路確保に自ら制約があり、大型のシールド機を地下
に搬入することができず、また、かかるシールド機は価
格が高く、施工コストが嵩む。

【０００３】これに対し、小口径のシールド機をトンネ
ル形状に沿うように並べて掘進していき、得られた複数
の小口径の各トンネルを連結して、これらの各トンネル
間を最後に掘削し、結果的として大断面トンネルを繰り
抜くように形成する合理的技術が開発されるに及んでい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の掘削工法にあっては、上記小口径のトンネルを掘
削することは比較的易しいものの、各小口径トンネルを
相互に繋ぐ工事が極めて難しく、一方、軟弱な地盤であ
って、地下水が多いところでは、僅かな隙間を掘っても
水が出やすく、土砂も崩壊するという危険があり、従っ
て、シールド工法のように、密閉式掘進する方法が望ま
しいとされている。

【０００５】また、従来から２つのシールドトンネル間
を全面的に地盤改良を行って裸で掘削するＮＡＴＭ方法
や、地下鉄駅ではカンザシ工法という、片方のセグメン
トから相手方のセグメントへ鋼材を何本も差し込んで天
井を囲み、これの内部に掘削する方法などが提案される
に及んでいるが、工数および費用が嵩むなどの問題点が
あった。

【０００６】請求項１の発明は上記のような従来の問題
点に着目してなされたものであり、２つのトンネル間を
跨いで移動する主軸胴体および伸縮翼を用いて両トンネ
ル間の掘削および連結を安全にかつ効率的に実施できる
掘削装置を提供することを目的とする。

【０００７】請求項２の発明は掘削機本体による掘削に
よってこれの後方に連設したルーフパネル内にトンネル
連結用空間を形成可能にする掘削装置を提供することを
目的とする。

【０００８】請求項３の発明は既設トンネル間に掘削機
本体を移動させるだけでシールド工法と同様にして自動
的かつ迅速に掘進できる掘削工法を提供することを目的
とする。

【０００９】請求項４の発明は掘削機本体による掘進を
簡単かつ安価な設備にて実施できる掘削工法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】請求項５の発明は軟弱な地盤で地下水が多
いところでも安全かつ確実に掘進できる掘削工法を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
掘削装置は、アーチ形または山形の主軸胴体の両側にス
ライド伸縮可能に連設した伸縮翼と、該伸縮翼の各一の
側端に連設され、一対の既設トンネルのセグメントに形
成したガイド溝に沿って案内される円筒状のすらせと、
上記主軸胴体の主軸部先端に設けられて高圧水を複数の
方向に噴射する噴射ノズルとを設け、上記主軸胴体およ
び上記伸縮翼に形成された排出溝を通じて、掘削された
土砂水流を上記主軸部後端側へ導いて、上該主軸胴体の
後方に配置されたルーフパネル側の吸引装置により排出
させるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明にかかる掘削装置は、ルー
フパネルを、アーチ形または山形のルーフパネル主軸胴
体と、該ルーフパネル主軸胴体の両側にこれの幅方向に
スライド伸縮可能に連設されたルーフパネル伸縮翼と、
該ルーフパネル伸縮翼の各一の側端に連設され、一対の
既設トンネルのセグメントに形成したガイド溝に沿って
案内される円筒部とから構成したものである。

【００１３】請求項３の発明にかかる掘削工法は、一対
の既設トンネル間に設けた発進基地および到達基地の区
間を、上記既設トンネルのセグメントに形成したガイド
溝に沿って掘削機本体を牽引移動させ、該牽引移動中に
上記掘削機本体の噴射ノズルから複数方向に高圧水を噴
出させながら該掘削機本体を掘削前進させるようにした
ものである。

【００１４】請求項４の発明にかかる掘削工法は、掘削
機本体の牽引移動は、該掘削機本体を介してこれの後部
に連設されるルーフパネルに一端を固定したケーブル
を、到達基地に設けた牽引ジャッキにて牽引することに
より実施するようにしたものである。

【００１５】請求項５の発明にかかる掘削工法は、掘進
工事終了後に、既設トンネルのセグメントおよびルーフ
パネル間を、上記セグメントのガイド溝内へ水膨張性シ
ール材を注入することによって止水させるようにしたも
のである。

【００１６】

【作用】請求項１の発明における掘削装置は、主軸胴体
をこれに一体の伸縮翼両端のすらせが２つの既設トンネ
ルのセグメントに沿うように移動させる際に、その主軸
胴体に設けた噴射ノズルから高圧水を掘削地盤に噴射さ
せ、この噴射により掘削された土砂水流を上記主軸胴体
および伸縮翼に形成した排出溝を通じて後方のルーフパ
ネル側に連続給送可能にする。

【００１７】請求項２の発明における掘削装置は、主軸
胴体および伸縮翼の後方に連設したルーフパネル主軸胴
体およびルーフパネル伸縮翼を２つの既設トンネル間に
跨がるように設けることで、ルーフパネル下部に両トン
ネルに連通する空間を形成可能にする。

【００１８】請求項３の発明における掘削工法は、２つ
の既設トンネル間の地盤を連続的に迅速に掘削可能にす
る。

【００１９】請求項４の発明における掘削工法は、牽引
ジャッキによってルーフパネルに一端を固定した複数本
のケーブルを介して、掘削機本体を強力かつ容易に到達
基地側へ牽引可能にする。

【００２０】請求項５の発明における掘削工法は、既設
トンネルのセグメントおよびルーフパネル間に注入した
水膨張性シール材により、掘削機本体による地盤の掘進
中に地下水を含む土砂がルーフパネルの内側に流入する
のを未然に防止する。

【００２１】

【実施例】以下に、この発明の一実施例を図について説
明する。図１において、１，２は小口径のシールドトン
ネルとしての一対の既設トンネルで、これらが全長に亘
って高さや間隙が必ずしも一定でない関係を保って並設
されており、これらの各既設トンネル１，２間に適当な
間隔、例えば５０〜１００メートルのスパンをおいて、
掘削の発進基地３および到達基地４が設定される。

【００２２】５は上記発進基地３の上下２ヶ所に設置さ
れる掘削機本体であり、これらの掘削機本体５の後方に
はルーフパネル６が設置されている。７は上記到達基地
４において上記各掘削機本体５に対向設置された反力桁
で、これらの反力桁７には３基づつの油圧ジャッキ８が
一定の間隔をおいて固定されており、これらの油圧ジャ
ッキ８により、掘削機本体５を介して上記ルーフパネル
６に各一端を固着したケーブル９を牽引して、掘削機本
体５およびルーフパネル６の各トンネル１，２に沿った
移動を可能にしている。

【００２３】図２〜図４は上記掘削機本体５の１つを拡
大して示す斜視図，正面図および平面図であり、この掘
削機本体５はアーチ形または山形の主軸胴体１１と、該
主軸胴体１１の両側にこれの幅方向にスライド伸縮可能
に連設された伸縮翼１２と、該伸縮翼１２の各一の側端
に連設され、一対の既設トンネル１，２のセグメント１
ａ，２ａの一部に図５に示すように形成したガイド溝１
４，１５に沿って案内される円筒状のすらせ１６，１７
とからなる。

【００２４】また、１８は上記主軸胴体１１の主軸部１
９先端に設けられて高圧水を３方向に噴射するノズル１
８ａ，１８ｂ，１８ｃを持った噴射ノズル、２０は上記
主軸胴体１１および上記伸縮翼１２の略外周部に連続す
るように形成されて、掘削された土砂水流を上記主軸部
後端側へ導いて、上該主軸胴体１１の後方に配置された
ルーフパネル６側の吸引装置（図示しない）により後述
するルーフパネル６の排出管３０から排出させる排出溝
である。

【００２５】なお、上記噴射ノズル１８による高圧水の
噴射方向は、例えば前方と左右の斜め後方の３方向であ
る。

【００２６】また、図６は上記ルーフパネル６を拡大し
て示す斜視図であり、これがアーチ形または山形のルー
フパネル主軸胴体２１と、該ルーフパネル主軸胴体２１
の両側にこれの幅方向にスライド伸縮可能に連設された
ルーフパネル伸縮翼２２，２３と、該ルーフパネル伸縮
翼２２，２３の各一の側端に連設され、一対の既設トン
ネル１，２のセグメントに形成したガイド溝１４，１５
に沿って案内される円筒部２４，２５とからなる。

【００２７】なお、かかるルーフパネル６およびこれと
同等構造の底板パネル６が掘削機本体５とともに既設ト
ンネル１，２間の上下２個所に、図５に示すように設け
られ、天井ルーフ作業基地および底版作業基地を形成し
ている。なお、２６はルーフパネル主軸胴体２１の中心
部に設けられた主軸部であり、内部に排出管３０を設け
ている。

【００２８】また、図３において、２７ａ，２７ｂは伸
縮翼１２，１３を主軸胴体１１の両側において掘削機が
既設トンネル１，２間の拡狭に応じて伸縮するように弾
性的に支持するスプリングである。

【００２９】さらに、上記ケーブル９の各一端は、それ
ぞれ主軸胴体１１の主軸部１９と伸縮翼１２，１３側端
のすらせ１６，１７を各別に貫通するとともに、ルーフ
パネル６の主軸部２６およびルーフパネル伸縮翼２２，
２３側端の円筒部２４，２５をそれぞれ貫通して、図７
に示すように、ルーフパネル６後端の定着具２８，２９
に固定されている。

【００３０】そして、上記各ケーブル９の他端は、図１
に示すように反力桁７を介して、これの一側に取り付け
られた各一の油圧ジャッキ８に牽引可能に保持されてい
る。

【００３１】次に、かかる構成になる掘削装置の動作に
ついて説明する。まず、一対の既設トンネル１，２間を
掘削して発進基地３および到達基地４を設定し、発進基
地３には掘削機本体５およびルーフパネル６を図１に示
すように配置し、到達基地４には反力桁７の中央と両端
部に取り付けられた牽引ジャッキとしての油圧ジャッキ
８を配置する。

【００３２】このとき、各掘削機本体５では主軸胴体１
１に対する伸縮翼１２，１３の突出量を調節して、各伸
縮翼１２，１３側端のすらせ１６，１７を、既設トンネ
ル１，２を構成する各セグメント１ａ，２ａ外周のトン
ネル軸方向に設けたガイド溝１４，１５にそれぞれ挿入
し、ガイド移行可能にする。

【００３３】続いて、上記各ケーブル９の各一端を、掘
削機本体５の主軸胴体１１に設けた主軸部１９および上
記すらせ１６，１７にそれぞれ通し、さらにこれらをル
ーフパネル６のルーフパネル主軸胴体２１に設けた主軸
部２６および上記円筒部２４，２５にもそれぞれ通し
て、ルーフパネル６の後端において定着具２８，２９に
て固定する。

【００３４】一方、上記ケーブル９の各他端は上記反力
桁７を貫通して各一の油圧ジャッキ８端に固着し、この
油圧ジャッキ８の伸長作動により上記各ケーブル９を均
等圧にて牽引し、ルーフパネル６をガイド溝１４，１５
に沿って到達基地４方向に移動可能にする。

【００３５】次に、上記主軸胴体１１の主軸部１９の先
部に設けた噴射ノズル１８に対して外部のポンプ（図示
しない）から高圧水を供給する。これにより、各ノズル
１８ａ〜１８ｃのうち、正面のノズル１８ａは主軸胴体
１１前方の一定の領域へ高圧水を噴射し、側面のノズル
１８ｂ，１８ｃは左右の斜め後方へ高圧水を噴射する。

【００３６】このため、これらの各方向の噴射水を受け
て各既設トンネル１，２間の地盤が略掘削機の縦断面に
沿うように掘削され、掘削された土砂や水は主軸胴体１
１および伸縮翼１３の前縁部の排出溝２０，伸縮翼１３
の側端縁部の排出溝２０，伸縮翼１３および主軸胴体１
１の各後端縁部の排出溝２０を次々に流れて、ルーフパ
ネル２１の後端に設けられる上記吸引装置によって発進
基地３側および地上に排出される。

【００３７】そして、かかる掘削動作を続け、１パネル
分の牽引終了とともに、各ケーブル９を発進基地３側に
引き戻し、既にあるループパネル２１の直後に新たなル
ーフパネル６を上記のように接続して、再びケーブル９
を牽引して、掘進していき、遂には両既設パネル１，２
間に天井の連設されたルーフパネル６，１６および底部
の連設ルーフパネル６によって囲まれた空間が形成さ
れ、これらが既設トンネル１，２に対して相互に連通さ
れてトンネル覆工部となることとなる。

【００３８】つまり、既設トンネル１，２を繋ぐ大断面
トンネルの掘削を、都市内の小さい作業基地や機械搬入
路を利用して、しかも比較的小型の掘削機本体５を利用
して効率的かつローコストにて実施できる。

【００３９】また、この発明では、既設のセグメント１
ａ，２ａに形成したガイド溝１４，１５およびこれらの
ガイド溝１４，１５内に挿入されたルーフパネル６の伸
縮翼２２，２３端の円筒部２４，２５との間、及び隣接
するルーフパネル６間に液状の水膨張性シール材を注入
することで、これらのセグメント１ａ，２ａおよびルー
フパネル６間の止水性を確保でき、従って軟弱な地盤で
の掘進を安全に実施できることになる。

【００４０】なお、上記トンネル覆工のためのルーフパ
ネル６に代えて、掘削機でのトンネル拡幅掘削後にコン
クリートの吹き付け及びセグメントの巻き立てと裏込材
の注入を行なうこともできる。

【００４１】このように、上記実施例では２本の既設セ
グメント１、２間の所定距離を拡幅連設し、例えば２本
の既設セグメント１、２を地下鉄線路とし拡幅部を地下
鉄駅ホームとすることにより、ホーム両側に線路のある
駅を示す。

【００４２】しかし、上記以外の他の実施例として、図
８に示すように、１本の既設トンネル３１に２本の地下
鉄線路を通し、既設トンネル３１の左右（図８では右側
のみ）に既設セグメント１Ｃに形成したガイド溝３２に
沿って、前記既設トンネル３１の左右を拡幅する。この
拡幅施工は、上述した掘削機本体５とルーフパネル６を
発進基地に設置してケーブル９を既設トンネル３１の前
記発進基地の同側に設置した到達基地に設けた反力桁の
油圧ジャッキによって牽引し、噴射ノズル１８により掘
進しながら行なう。

【００４３】このようにして、他の実施例の左右に拡幅
したトンネルは、既設トンネル３１に２本の線路を敷設
し、左右の拡幅部に地下鉄駅ホームとすることもでき
る。

【００４４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、アーチ形または山形の主軸胴体の両側にスライド伸
縮可能に連設した伸縮翼と、該伸縮翼の各一の側端に連
設され、一対あるいは同一の既設トンネルのセグメント
に形成したガイド溝に沿って案内される円筒状のすらせ
と、上記主軸胴体の主軸部先端に設けられて高圧水を複
数の方向に噴射する噴射ノズルとを設け、上記主軸胴体
および上記伸縮翼に形成された排出溝を通じて、掘削さ
れた土砂水流を上記主軸部後端側へ導いて、上該主軸胴
体の後方に配置されたルーフパネル側の吸引装置により
排出させるように構成したので、２つのトンネル間ある
いは１つのトンネルの左右側部に移動する主軸胴体およ
び伸縮翼を用いてトンネルの所定距離の掘削および連結
を安全にかつ効率的に実施できるものが得られる効果が
ある。

【００４５】請求項２の発明によれば、ルーフパネル
を、アーチ形または山形のルーフパネル主軸胴体と、該
ルーフパネル主軸胴体の両側にこれの幅方向にスライド
伸縮可能に連設されたルーフパネル伸縮翼と、該ルーフ
パネル伸縮翼の各一の側端に連設され、一対あるいは同
一の既設トンネルのセグメントに形成したガイド溝に沿
って案内される円筒部とから構成したので、掘削機本体
による掘削によって拡幅部に連設したルーフパネルをト
ンネル覆工としたのでトンネル空間を安全に形成でき
る。

【００４６】請求項３の発明によれば、一対あるいは同
一の既設トンネルの所定距離間に設けた発進基地および
到達基地の区間を、上記既設トンネルのセグメントに形
成したガイド溝に沿って掘削機本体を牽引移動させ、該
牽引移動中に上記掘削機本体の噴射ノズルから複数方向
に高圧水を噴出させながら該掘削機本体を掘削前進させ
るように構成したので、掘削機本体を移動させるだけで
シールド工法と同様にして一定の領域内の地盤を自動的
かつ迅速に掘進できるものが得られる効果がある。

【００４７】請求項４の発明によれば、掘削機本体の牽
引移動は、該掘削機本体を介してこれの後部に連設され
るルーフパネルに一端を固定したケーブルを、到達基地
に設けた牽引ジャッキにて牽引することにより実施する
ように構成したので、掘削機の推力にて簡単かつ安価に
ルーフパネルをトンネル内に覆工することができる。

【００４８】請求項５の発明によれば、掘進工事終了後
に、既設トンネルのセグメントおよびルーフパネル間
を、水膨張性シール材を注入することによって止水させ
るように構成したので、軟弱な地盤でも安全かつ確実に
掘進できる他に、覆工後のトンネル内への漏水を防止で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による掘削装置の全体を示
す斜視図である。

【図２】図１における掘削機本体の斜視図である。

【図３】図１における掘削機本体の正面図である。

【図４】この発明の掘削装置の全体を示す平面図であ
る。

【図５】図１における掘削機本体の既設トンネルへの取
付構造を示す正面図である。

【図６】この発明におけるルーフパネルを示す斜視図で
ある。

【図７】この発明におけるルーフパネルおよび掘削機本
体の牽引構造を示す平面図である。

【図８】図５とは別の実施例であり、掘削機本体の既設
トンネルの取付構造を示す正面図である。

【符号の説明】

１，２ 既設トンネル １ａ，２ａ セグメント ３ 発進基地 ４ 到達基地 ５ 掘削機本体 ６ ルーフパネル ８ 油圧ジャッキ（牽引ジャッキ） ９ ケーブル １１ 主軸胴体 １２，１３ 伸縮翼 １４，１５ ガイド溝 １６，１７ すらせ １８ 噴射ノズル １９ 主軸部 ２０ 排出溝 ２１ ルーフパネル主軸胴体 ２２，２３ ルーフパネル伸縮翼 ２４，２５ 円筒部 ２６ 主軸部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーチ形または山形の主軸胴体と、該主
   軸胴体の両側にこれの幅方向にスライド伸縮可能に連設
   された伸縮翼と、該伸縮翼の各一の側端に連設され、一
   対あるいは同一の既設トンネルのセグメントに形成した
   ガイド溝に沿って案内される円筒状のすらせと、上記主
   軸胴体の主軸部先端に設けられて高圧水を複数の方向に
   噴射する噴射ノズルと、上記主軸胴体および上記伸縮翼
   に形成されて、掘削された土砂水流を上記主軸部後端側
   へ導いて、上該主軸胴体の後方に配置されたの吸引装置
   により排出させる排出溝とを備えた掘削装置。
2. 【請求項２】 ルーフパネルが、アーチ形または山形の
   ルーフパネル主軸胴体と、該ルーフパネル主軸胴体の両
   側にこれの幅方向にスライド伸縮可能に連設されたルー
   フパネル伸縮翼と、該ルーフパネル伸縮翼の各一の側端
   に連設され、一対の既設トンネルのセグメントに形成し
   たガイド溝に沿って案内される円筒部とを有する請求項
   １に記載の掘削装置。
3. 【請求項３】 一対あるいは同一の既設トンネルの所定
   距離に設けた発進基地および到達基地の区間を、上記既
   設トンネルのセグメントに形成したガイド溝に沿って掘
   削機本体を牽引移動させ、該牽引移動中に上記掘削機本
   体の噴射ノズルから複数方向に高圧水を噴出させながら
   該掘削機本体を掘削前進させる掘削工法。
4. 【請求項４】 掘削機本体の牽引移動は、該掘削機本体
   を介してこれの後部に連設されるルーフパネルに一端を
   固定したケーブルを、到達基地に設けた牽引ジャッキに
   て牽引することにより実施する請求項３に記載の掘削工
   法。
5. 【請求項５】 掘進工事終了後に、既設トンネルのセグ
   メントおよびルーフパネル間に水膨張性シール材を注入
   することによって止水させる請求項３に記載の掘削工
   法。