JPH0794793B2 - 拡大シールド工法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は拡大シールド工法および
装置に係り、特にトンネル掘削に際してマンホールや待
避所等の用途に供される拡径断面部を同時掘削できるよ
うにした拡大シールド工法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、マンホール等の地下構造物を構
築する場合、通常は開削工法が採用される。これは既設
の地下構造物を包含する広い作業領域を地上に確保し、
地上側から掘削して地下構造物を構築し、連絡とう道と
の接続を図り、埋め戻しを行って作業を完了するように
している。また、トンネルの途中に待機所等の拡大掘削
部を施工する場合もほぼ同様に行われ、開削工法により
既設トンネルの周囲に拡大掘削を施して待機所等を構築
するようにしていた。ところが、上記のような開削工法
では、地上に広い作業領域を確保しなければならず、都
市等の市街化地域では路面を占有してしまう等の問題が
あり、実際上開削工法が不可能な場合がある。

【０００３】このようなことから、近年、拡大シールド
工法が提案されている。これは一次シールド施工時に拡
大予定部に円周シールドの施工に使用するガイドリング
を予め組立てておく。そして拡大予定部の一次トンネル
下部に発進基地として下部セグメント底部ピースを撤去
し、山留めを行いながら手掘り作業によって掘削する。
その後、発進基地内で円周シールドをガイドリングにセ
ットし、円周シールド掘進と円周セグメントの組立てを
繰り返して拡大シールド発進基地を造る。円周シールド
により切広げた基地内で、分割搬入した拡大シールドを
組立てた後、拡大シールドのトンネル軸方向への掘進、
拡大セグメントの組立ておよび一次セグメントの解体・
撤去という一連の作業を繰り返して拡大シールドを前進
させて所定の範囲をリング状に掘削するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の拡
大シールド工法では、一次トンネルの下部に発進基地を
手掘り作業によって掘削施工する必要があるため、発進
基地の築造が非常に困難であるばかりか、予め発進基地
の施工箇所を定めておかなければならない不都合があっ
た。したがって、設計変更によりシールド掘進作業の途
中で拡大掘削することは非常に困難なこととなってお
り、主シールド掘削作業に並行して拡大掘削することが
できないという問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目し、主
シールド掘削を行いながら任意の位置で並行して拡大シ
ールド掘削を行わせることができるようにした拡大シー
ルド工法および装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る拡大シールド工法は、主シールド掘削
機による掘進途中でシールド壁からスライドカッタを備
えた側方拡張ユニットにより張り出し掘削させた後、こ
の側方拡張ユニットにおける張り出し掘削胴の側壁に予
め収納されスライドカッタが備えられた周回掘削ユニッ
トを当該側壁から発進させ、この周回掘削ユニットを前
記側方拡張ユニットに設けたガイドに沿って周回掘削さ
せることにより拡大シールドを構築するように構成し
た。

【０００７】また、本発明に係る拡大シールド装置は、
主シールド掘削機の後端部に内挿されセグメント先端と
主シールド掘削機の間を閉塞する側方拡張ユニット装置
を設け、この側方拡張ユニット装置には側方に張り出し
可能に収容するとともに張り出し先端面にスライドカッ
タを有する側方張り出し掘削胴を備え、かつこの側方張
り出し掘削胴にはその側面にスライドカッタを臨ませ前
記主シールド掘削機およびセグメントの周方向に発進可
能に収容された周回掘削ユニットを備えた構成としたも
のである。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、主シールド掘削機によって
通常のトンネル掘削を行うが、拡大掘削部に到達した場
合には側方拡張ユニットから側方張り出し掘削胴によっ
て側方に張り出し掘削させる。これは側方張り出し掘削
胴の前端面に設けたスライドカッタによって拡張ユニッ
トの側方に突出させながら掘進させることで実現され
る。所定の張り出し掘削が終了した後、側方張り出し掘
削胴の内部に予め収容していた周回掘削ユニットを当該
掘削胴の側壁面から発進させる。周回掘削ユニットも掘
削前面にスライドカッタを備えた構造とし、これを側方
拡張ユニットの外周面に形成したガイドを案内として周
回するようにしておく。周回掘削ユニットの掘進に同期
させてその後方の側方拡張ユニットの内部から拡大セグ
メントを押出し、拡大掘削部のセグメント構築をなすの
である。そして周回した掘削ユニットは側方張り出し掘
削胴の反対側壁面から内部に収容することにより主シー
ルドの断面より拡大された空間が構築される。したがっ
て、水平掘削時には地中線ケーブル接合部や、トンネル
内非常駐車帯等を構築でき、立坑掘削時には地上開削を
行うことなく、地中内でマンホールを直接構築できる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明に係る拡大シールド工法および
装置の具体的実施例を立坑を深層下部の既設トンネルか
ら上方に向けて立坑を掘削し、立坑先端に拡大シールド
掘削を行ってマンホールを構築する場合について図面を
参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は本工法の概念図である。この図に示
すように、この工法では水平シールド掘削機１０によっ
て掘削された既設水平トンネル１２を発進基地として上
方に向けて主シールド掘削機１４によって立坑１６を掘
削し、この立坑１６の掘削先端にマンホールのための拡
大掘削部１８を構築するようにしたものである。すなわ
ち、地中の深層部分にて水平シールド掘削機１０による
水平とう道掘削の一次覆工作業中に、水平とう道セグメ
ント２０に対し予め箱抜き部を形成して組立てる。これ
はセグメント２０の天板部に立坑用主シールド掘削機１
４のシールド本体２２の外周を囲繞するように、シール
ド本体と同形状に垂下されたエントランス２４を構成さ
せる。そして、箱抜き部のエントランス２４の内周面に
エントランスシールを装着した状態で立坑用主シールド
掘削機１４を組込み、当該掘削機２２の下部と一次覆工
セグメントとの間に推進ジャッキ２６等を配置するので
ある。そして、立坑用主シールド掘削機１４を駆動して
箱抜き部を貫通させ、水平トンネルを反力支持部材とし
て立坑セグメント２８を組み上げ推進させつつ上方に掘
進させ、地上側に向けて掘り上げることができる。

【００１１】ここで、上記立坑用主シールド掘削機１４
は、図２〜３に示しているように、断面が長円形状のシ
ールド本体２２を有し、その前端面に一対の円盤カッタ
３０を取付けて回転掘削可能としているとともに、両円
盤カッタ３０の間に配置されるスライドカッタ３２を備
え、これを水平往復駆動することにより円盤カッタ３０
の間の掘削を行うことができるようにしている。この場
合において、シールド本体２８は円盤カッタ３０とスラ
イドカッタ３２による立坑の掘削作業は、カッタによる
掘削土砂を本体内部のチャンバ内に導入させるが、この
ときカッタによりチャンバへの土砂流入口を間欠的に開
閉させ、閉鎖時にチャンバ内容積を縮小させるようにす
ることでシールド前端面に加わる土圧を前面保持させつ
つ、排土処理を行わせ、もって上方に向けての立坑掘進
が実現されるようにしている。このため、シールド本体
２２の前部にはカッタ３０、３２の下面に沿ってスリッ
トプレート３４を設けるとともに、シールド本体２２の
後端部に保持プレート３６を設け、両プレート３４、３
６の間に配置されてチャンバ容積を可変とするバルクヘ
ッド３８をスリットプレート３４に対して接離駆動可能
に取付けている。これによりスリットプレート３４とバ
ルクヘッド３８により区画されるチャンバ４０の内容積
を可変にしている。したがって、カッタ３０、３２の駆
動によって間欠的にスリットプレートの土砂流入口が開
閉され、チャンバ４０は間欠的に密閉状態となり、上方
からシールド掘削機に加わる土圧を保持できるようにな
る。そして、チャンバ４０の閉塞時にチャンバ４０の内
容積をバルクヘッド３８の前進移動等により縮小させる
ことができるので、内部土砂を強制排土させることがで
きる。これにより排土作業に際して、上部土圧による影
響が排土経路に及ぶことを防止でき、もって継続的に立
坑掘削を行うことができる。また、チャンバを形成した
掘削処理ができるため、軟弱地盤に対しての上向き立坑
シールド掘削が可能となる。

【００１２】このような立坑用主シールド掘削機１４に
よって地上側に向けて掘進し、マンホール構築位置まで
掘進する。マンホールの構築位置に達した時点で掘削径
を拡大するために、当該主シールド掘削機１４の後部に
は側方拡張ユニット４２が備えられている。この側方拡
張ユニット４２は、シールド本体２２の後方に連続する
シールド胴４４を設け、シールド胴４４によって立坑セ
グメント２８との間を閉塞するようにしている。そし
て、このシールド胴４４の内部には矩形断面の側方張り
出し掘削胴としての箱型シールド４６が装備されてお
り、シールド胴４４の側面から箱型シールド４６を側方
に張り出し可能に装着するようにしているのである。箱
型シールド４６はその先端面に側方スライドカッタ４８
を設けたもので、主シールド掘削機１４のスライドカッ
タ３２と同様な構造とされ、側方スライドカッタ４８を
箱型シールド４６の先端面で往復スライド駆動させるこ
とにより掘削作業をなし、箱型シールド４６を内部から
押圧して掘進させるようにしている。このような箱型シ
ールド４６は、図４〜５に示すように、シールド胴４４
の一方の側面から掘進によって張り出した後、他方の側
面部分にも装着して張り出し掘削を施し、シールド胴４
６の両側部に箱型シールド４６を張り出させるようにし
ている。

【００１３】また、掘進によって側方に張り出される一
方の箱型シールド４６には、その側壁部分から発進し、
シールド胴４４の円弧部分を周回掘削して他方の箱型シ
ールド４６の側壁に到達する周回掘削ユニット５０が内
蔵されている。これは扇形シールド５２を有し、その先
端面にスライドカッタ５４を取付けたもので、側方スラ
イドカッタ４８と同様に往復スライド駆動により掘削
し、後方からシールドジャッキにより押圧することによ
り掘進可能に構成されている。扇形シールド５２は主シ
ールド掘削機１４の後部に連接されているシールド胴４
４の外周面に形成したガイドレール５６を案内にして周
回移動されるように構成され、掘進に伴って箱型シール
ド４６内で拡張セグメント５８を組付けつつ掘進される
ようになっている。拡張セグメント５８は扇型シールド
５２と同様に断面扇形に形成されており、掘進の進行に
伴って発進側の箱型シールド４６からシールド胴４４の
外周部分に拡張セグメント５８による拡大掘削部１８が
形成されるのである。扇形シールド５２が反対側の箱型
シールド４６に到達したときには、この内部に引き込ん
で収容し、拡大掘削部１８の全体を拡張セグメント５８
によって閉塞して拡大掘削を完了する。

【００１４】このような構成に係る拡大シールド装置で
は、既設水平トンネル１２を発進基地として主シールド
掘削機１４により上方に向けて掘り上げ、これが所定深
度すなわちマンホールの構築深さに達した時点で掘進を
停止させる。そして図４に示すようにシールド胴４４の
一方の側壁に箱型シールド４６を装着し、これを側方に
図示しないジャッキにより押圧するとともに側方スライ
ドカッタ４８によって掘進させる。これにより箱型シー
ルド４６が側方に張り出すものとなる。一方の箱型シー
ルド４６の張り出しが終了した後、図５に示すように他
方のシールド胴４４の側面部にもう一つの側方拡張ユニ
ット４２を装着し、同様に箱型シールド４６を張り出さ
せる。

【００１５】その後、図６に示すように、一方の箱型シ
ールド４６の側壁部分に対応して設けた周回掘削ユニッ
ト５０を側壁から発進させる。これはスライドカッタ５
４による掘削を行わせつつジャッキにより扇形シールド
５２を押出して掘進させ、その後方に拡張セグメント５
８を接続しつつ送り出す。扇形シールド５２はガイドレ
ール５６に案内されてシールド胴４４の円弧部を周回
し、反対側にて張り出されている他方の箱型シールド４
６の側壁面に到達する。そして最終的に扇形シールド５
２が到達箱型シールド４６内に収容されるまで掘進さ
せ、円弧部分を拡張セグメント５８によって構築するの
である。

【００１６】これによって主シールド掘削機１４によっ
て掘削された径よりも拡大された掘削部１８が箱型シー
ルド４６および拡張セグメント５８によって構築される
ことになる。この構築作業は地上側からの掘削作業を必
要とせず、地中側から上方に向けての立坑掘削に継続し
て行うので、拡大掘削のための発進基地を新たに築造す
る必要がなく、任意の箇所で拡大掘削ができるので、設
計変更によりシールド掘進作業の途中で拡大掘削するも
簡単にできるものとなる。

【００１７】なお、上記実施例では立坑掘削時に拡大掘
削部１８を構築する例を説明したが、これは水平トンネ
ルの掘削の場合にも適用できるのはいうまでもない。ま
た、前記箱型シールド４６の前端面および扇形シールド
５２の前端面に設けたスライドカッタ４８、５４を図７
に示した構造とすることもできる。これはシールド４
６、５２の前端部にスリット板６０を固定しておき、こ
れに積層するようにプレートカッタ６２を取付ける。そ
してこのプレートカッタ６２に一対の円盤カッタ６４を
填め込んで回転できるようにしておき、円盤カッタ６４
の各々の背面部には駆動シャフト６６を偏心（偏心量
ｅ）して取付けたものである。したがって、一対の駆動
シャフト６６を回転駆動することにより、プレートカッ
タ６２はスリット板６０に対する摺動運動を行って掘削
を行うとともに、円盤カッタ６４は回転掘削をなすもの
となる。このようなスライドカッタ構造を採用すること
により掘削範囲はｅだけオーバカットすることができ、
より有効な掘削を行わせることができる。このような構
造のカッタは主シールド掘削機のスライドカッタ３２に
も適用できる。

【００１８】上記実施例では側方拡張ユニット４２を主
シールドの後部に接続して拡張掘削を行わせるようにし
ているが、これは掘削によって施工される鋼管やセグメ
ントの途中に配置して拡張掘削を行わせてもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主シールド掘削機の後端部に内挿されセグメント先端と
主シールド掘削機の間を閉塞する側方拡張ユニット装置
を設け、この側方拡張ユニット装置には側方に張り出し
可能に収容するとともに張り出し先端面にスライドカッ
タを有する側方張り出し掘削胴を備え、かつこの側方張
り出し掘削胴にはその側面にスライドカッタを臨ませ前
記主シールド掘削機およびセグメントの周方向に発進可
能に収容された周回掘削ユニットを備えた掘削機によっ
て、主シールド掘削機による掘進途中でシールド壁から
スライドカッタを備えた側方張り出し掘削胴を張り出し
掘削させた後、この側方張り出し掘削胴の側壁に予め収
納されスライドカッタが備えられた周回掘削ユニットを
当該側壁から発進させ、この周回掘削ユニットを前記側
方拡張ユニットのシールド胴に設けたガイドに沿って周
回掘削させることにより拡大シールドを構築するように
構成したので、主シールド掘削を行いながら任意の位置
で並行して拡大シールド掘削を行わせることができると
いう優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る拡大シールド工法による掘削作業
状態の全体斜視図である。

【図２】実施例による拡大掘削部の作業状態の説明図で
ある。

【図３】主シールド掘削機の要部断面図である。

【図４】側方拡張ユニットを収容した状態のシールド胴
部分の断面図である。

【図５】一方の側方拡張ユニットを張り出し掘削させた
状態の断面図である。

【図６】周回掘削ユニットによる掘削状態の説明図であ
る。

【図７】スライドカッタの変形例を示す断面図とカッタ
部背面斜視図である。

【符号の説明】

１０ 水平シールド掘削機 １２ 水平トンネル １４ 立坑用主シールド掘削機 １６ 立坑 １８ 拡大掘削部 ２２ 主シールド本体 ２８ 立坑セグメント ３０ 円盤カッタ ３２ スライドカッタ ４２ 側方拡張ユニット ４４ シールド胴 ４６ 箱型シールド ４８ 側方スライドカッタ ５０ 周回掘削ユニット ５２ 扇形シールド ５４ スライドカッタ ５６ ガイドレール ５８ 拡張セグメント

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主シールド掘削機による掘進途中でシー
   ルド壁からスライドカッタを備えた側方拡張ユニットに
   より張り出し掘削させた後、この側方拡張ユニットにお
   ける張り出し掘削胴の側壁に予め収納されスライドカッ
   タが備えられた周回掘削ユニットを当該側壁から発進さ
   せ、この周回掘削ユニットを前記側方拡張ユニットに設
   けたガイドに沿って周回掘削させることにより拡大シー
   ルドを構築することを特徴とする拡大シールド工法。
2. 【請求項２】 主シールド掘削機の後端部に内挿されセ
   グメント先端と主シールド掘削機の間を閉塞する側方拡
   張ユニット装置を設け、この側方拡張ユニット装置には
   側方に張り出し可能に収容するとともに張り出し先端面
   にスライドカッタを有する側方張り出し掘削胴を備え、
   かつこの側方張り出し掘削胴にはその側面にスライドカ
   ッタを臨ませ前記主シールド掘削機およびセグメントの
   周方向に発進可能に収容された周回掘削ユニットを備え
   たことを特徴とする拡大シールド装置。