JPH073158B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、トンネルを構築するためのシールド掘進機
に関し、特に、掘進直後にトンネル内壁をライニング
（一次覆工）する技術の改良に関するものである。

《従来の技術》 シールド掘進機を用いたトンネル工事では、シールド本
体（鋼製の筒）の前面に配したカッターヘッドによって
シールド本体の外径とほぼ同径のトンネルを掘削すると
ともに、掘削した土砂をシールド本体内から後方へ排出
しながらシールド本体を前方へ推進する。シールド本体
の後方においては、すでに設置されているライニング材
を油圧ジャッキで押して、その反力でシールド本体を前
方へ推進する。これでトンネルが掘進されるが、油圧ジ
ャッキが伸びきったらシールド本体の推進を停止して、
ジャッキを盛り替えながらシールド本体の後内部におい
て、トンネル内壁を適宜なライニング材でもって覆工す
る。この一次覆工は、一般に鋼製あるいは鉄筋コンクー
ト製などのブロックを組立てて円管状のトンネル壁体を
構築するセグメント方式か、型枠を設置して早強性のコ
ンクリートを打設してトンネルの壁をつくる場所打ちラ
イニング方式によって行なう。

《発明が解決しようとする課題》 上述したようなシールド工法について高速化および省力
化の技術改良が盛んに研究されているが、高速化および
省力化の最大の障害になるのは一次覆工であり、これを
能率よく合理的に行なえるようにすればシールド工法全
体の高速化および省力化が実現できる。また、場所打ち
ライニング方式の一次覆工では、カーブしたトンネルの
施工において、シールド本体の推進反力を得る部分でラ
イニング材に偏心圧が作用して、過大な応力によりひび
割れの発生する場合があった。

この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、一次覆工を自動的に能率良く行なうこ
とができ、またカーブしたトンネルの施工も問題なく行
なえるようにしたシールド掘進機を提供することにあ
る。

《課題を解決するための手段》 この発明に係るシールド掘進機は、シールド本体の前面
に配したカッターヘッドによって前記シールド本体の外
径より大きな径のトンネルを掘削するとともに、掘削し
た土砂を前記シールド本体内から後方へ搬出する掘削手
段と、前記カッターヘッドの前記シールド本体の外方へ
突出する部分の直後に開口する配管であって、前記カッ
ターヘッドの突出部分直後のシールド本体外周面のゆる
み域に、前記シールド本体の内部後方から供給される固
化材を注入して当該シールド本体外周囲のゆるみ域の地
山を一次覆工として固化させる一次覆工手段と、前記掘
削および前記一次覆工を行ないながら前記シールド本体
を前方へ推進する推進手段と、前記シールド本体の推進
に伴ってその後方に現れる前記充填材で一次覆工された
トンネル内壁にラジアル方向の力を加えてスラスト方向
の固定力を得て、この部分で前記推進手段の推進反力を
得るグリップ手段を備えたものである。

《作用》 前記カッターヘッドによって前記シールド本体の外径よ
り大きな径のトンネルが掘削され、従って前記カッター
ヘッドの背部においては前記シールド本体の外周に径差
分のゆるみ域が生じる。このゆるみ域に前記固化材が注
入され、この固化材は前記シールド本体の後部外周にお
いて固化するよう調合する。したがって、前記シールド
本体が前方へ推進されると、その後方に地山と固化材が
混合されて固化したライニング材が形成される。このよ
うに一次覆工されたトンネル内壁に前記グリップ手段が
作用し、前記推進手段の推進反力が得られる。

《実施例》 図は本発明の一実施例によるシールド掘進機の概略構成
を示している。１はシールド本体で、その前方の開口部
分にカッターヘッド２がベアリング３を介して回転自在
に取付けられている。カッターヘッド２はシールド本体
１の内部に配置されたカッターモータ４によって回転駆
動される。また、カッターヘッド２の前面には多数のビ
ット５があるとともに、その外周部にはいくつかのオー
バーカッター６が突出して取付けられている。このオー
バーカッター６の存在が本発明の特徴の一つであり、こ
のオーバーカッター６によってシールド本体１の外径よ
り大きな径のトンネルが掘削され地山がゆるめられる。
なお、カッターヘッド２で掘削された土砂はシールド本
体１内のスクリューコンベア７やパイプ（図示省略）を
通して坑口へと排出される。

シールド本体１の後方にはこれを前方へ推進する反力を
得るためのグリッパ８が配置され、さらにその後方には
各種の機材を搭載した台車９が連結されている。グリッ
パ８の構成と動作およびシールド本体１を推進する機構
については後述する。

前述したようにカッターヘッド２のオーバーカッター６
によってシールド本体１より大径のトンネルを掘削する
ので、オーバーカッター６が回転している部分の直後の
地山は土砂が乱されてできたゆるみ域10となっている。
一方、オーバーカッター６の背部には一次覆工手段とし
ての注入パイプ12の噴射孔11が開口し、ここからゆるみ
域10に向けて前記固化材としてのセメントが噴出され
る。つまり、噴射孔11は注入パイプ12,13によって台車
９側に連通しており、台車９に搭載されたセメント供給
ポンプ14から圧送されるセメントが噴射孔11から噴出す
る。噴出したセメントはオーバーカッター６の回転によ
ってゆるみ域10の土砂と混合される。なお、セメントは
ミルク状で用い適宜カーボンファイバ、スチールファイ
バ、気泡などを混入することがある。

カッターヘッド２のすぐ後方のシールド本体１の外周囲
には複数の噴射孔15があり、この噴射孔15からセメント
の凝結を著しく促進して短時間に固化させるための急結
剤が外周囲に噴出する。つまり、噴射孔15はパイプ16で
台車９に搭載されたポンプ17につながっており、ポンプ
17から圧送される急結剤が噴射孔15から噴出する。噴出
した急結剤は前記ゆるみ域10に充填されたセメントとま
ざり、このセメントを急速に固化させる。すなわちシー
ルド本体１の外周囲のゆるみ域10がセメントによって即
時に固められ、それが裏込不用の一次覆工のライニング
材となる。

このようにして一次覆工されたトンネル内径はトンネル
本体１の外径と等しい。従来のシールド工法ではシール
ド本体の外径で形成されたトンネル内壁にシールド本体
内で組立てた一次覆工を施すので、覆工されたトンネル
内径はシールド本体の外径よりかなり小さくなる。

次にグリッパ８について説明する。グリッパ８の基本構
造体はシールド本体１の後に連続したベースドラム18で
ある。ベースドラム18の外径はシールド本体１より小さ
く形成し、ドラム18の外周囲には多数のフランジ19が適
宜間隔をおいて配設されている。フランジ19の間隔部分
に自動車のタイヤチューブ様のフレキシブルバッグ20が
ドラム18の全周にわたって取付けられている。各バッグ
20はパイプ21、バルブ22を介して台車９に搭載されてい
るポンプ23につながっており、ポンプ23から供給される
圧力流体（オイル、水あるいは空気）が各バッグ20に注
入されるとともに、バルブ制御によってバッグ20から圧
力流体を排出することができる。

フレキシブルバッグ20に圧力流体が供給されると、その
圧力によってバッグ20が膨らむ。膨らんだバッグ20はベ
ースドラム18の外周と一次覆工済のトンネル内壁との間
にラジアル方向に力を加える。バック20の外周面にはト
ンネル内壁と接して大きな摩擦を発生するように、タイ
ヤのトレッド状の凹凸が形成されている。すなわち、バ
ッグ20を膨脹させた状態では、ベースドラム18をスラス
ト方向にすべらないように固定力を発生させる。このよ
うにグリッパ８をトンネル内壁に固定した状態でシール
ド本体１の推進ジャッキ24を伸ばすと、グリッパ８を反
力としてシールド本体１が前方へ推進される。この際、
固定力がライニング材の許容応力を上まわる程の大きさ
を要する場合には、グリッパ８の数を増やす方法、土圧
室内に気泡などの滑材を入れてシールドの推進力を低減
する方法を採るとよい。

推進ジャッキ24が伸びきったならば、グリッパ８のフレ
キシブルバッグ20から圧力流体を排出し、グリッパ８の
固定を解除する。その状態でジャッキ24を縮めると、グ
リッパ８がシールド本体１側に引き寄せられる。このと
きグリッパ８と一緒に台車９も前方へ進む。

上記のようにしてトンネルの掘削と一次覆工とが同時進
行する。なお図において、25は二次覆工によるライニン
グ体であり、この二次覆工を行なうに際しては、まず鉄
筋26を釘27で一次覆工部分に固定し、ここにコンクリー
トなどを吹き付ける。二次覆工はトンネルの用途に応じ
て他の方法で行なってもよい。

《発明の効果》 以上詳細に説明したように、この発明に係るシールド掘
進機では、回転するカッターヘッドによってシールド本
体よりも大径のトンネルを掘削し、シールド本体の外周
囲にゆるみ域を作り、同時に固化材をゆるみ域に注入し
て固化させ、この固化部分を一次復覆工のライニング材
とするように構成したので、掘削の進行と一次覆工とが
並行して行われるので一次覆工をシールド掘進時間内に
形成できること、シールド本体の外径と等しい内空の一
次覆工を形成できるので小径のシールド掘進機で内空断
面の大きなトンネルを構築できること、シールド坑外に
搬出する土砂は少なくて済むこと、シールドの掘進を自
動化しやすいことなど、従来のシールド施工法には見ら
れない省力化、省材料化、施工の高速化を果たすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例によるシールド掘進機の概略構成
図である。 １……シールド本体、２……カッターヘッド ６……オーバーカッター、８……グリッパ ９……台車、10……ゆるみ域 11……噴射孔、12,13……注入パイプ（一次覆工手段） 14……セメント供給ポンプ、15……噴射孔 16……パイプ、17……急結剤供給ポンプ 18……ベースドラム、20……フレキシブルバッグ 23……ポンプ、24……推進ジャッキ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド本体の前面に配したカッターヘッ
   ドによって前記シールド本体の外径より大きな径のトン
   ネルを掘削するとともに、掘削した土砂を前記シールド
   本体内から後方へ搬出する掘削手段と、 前記カッターヘッドの前記シールド本体の外方へ突出す
   る部分の直後に開口する配管であって、前記カッターヘ
   ッドの突出部分直後のシールド本体外周囲のゆるみ域
   に、前記シールド本体の内部後方から供給される固化材
   を注入して当該シールド本体外周囲のゆるみ域の地山を
   一次覆工として固化させる一次覆工手段と、 前記掘削および前記一次覆工を行ないながら前記シール
   ド本体を前方へ推進する推進手段と、 前記シールド本体の推進に伴ってその後方に現れる前記
   充填材で一次覆工されたトンネル内壁にラジアル方向の
   力を加えてスラスト方向の固定力を得て、この部分で前
   記推進手段の推進反力を得るグリップ手段と、 を備えたシールド掘進機。
2. 【請求項２】前記グリップ手段が、前記シールド本体よ
   り少し小径のベースドラムと、このベースドラムの外周
   面に装着されたフレキシブルバッグと、このフレキシブ
   ルバッグに圧力流体を供給してこれを膨脹させるととも
   に、前記圧力流体を前記バッグから排出してこれを縮小
   させる制御手段とを備えていることを特徴とする請求項
   １記載のシールド掘進機。