JPH0913874A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 裏込め注入材が拡大余堀部から切羽へと流入
するのを防止することができ、拡大余堀部において地山
が崩壊しないように、覆工部の形成及び免震層の形成が
可能なシールド掘削機を提供すること 【構成】 カッターヘッド１０には、伸縮手段１３によ
り半径方向に移動可能な可動面板ピース１１と、固定面
板ピース１２と、伸縮手段１３により半径方向に移動可
能な可動切削刃保持部１４と、固定切削刃保持部１５ａ
と、カッターヘッドの外周面に生じた第一の間隙３０を
閉鎖する第一の封止手段１９とを備え、一方、シールド
掘削機の胴殻部には、複数ピースに分割され、拡径時に
隣接したピース間を閉塞可能に形成した拡径胴殻３１
と、この拡径胴殻の内側に設けた固定胴殻３２と、拡径
胴殻を半径方向に移動可能にする伸縮手段３５と、拡径
胴殻と固定胴殻との間に生じた第二の間隙３８を封止す
る第二の封止手段３３ａ，３４ａを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘削機に関
し、詳細には、掘削断面直径を自在に増減させて地中を
掘進できるようにしたシールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市やその近郊においてトンネル
を構築する場合、シールド工法が採用されており、近
年、かかるトンネルには大地震の地盤変位、すなわち２
５cmから３０cm程度にまで及ぶ地盤変位にも耐え得るよ
うな耐震性が要求されるようになってきた。そのため、
シールドセグメントのリング間に可撓性の継手、例えば
可撓性セグメントリングや弾性リングボルトを設け、こ
れによって周囲地盤の変形に対する耐久性能や、また沈
下する地盤への追従性能を確保することが提案されてい
る。

【０００３】前者の可撓性セグメントリングを用いる方
法では、硬質地層と軟質地層との境界付近において、地
震時の地盤変位が急変するため、この境界付近から正確
に可撓性セグメントリングを設置することが求められ
る。しかしながら、境界部分を正確に探知するのは困難
であり、したがって、境界付近一帯に多数の可撓性セグ
メントリングを設置するため、工事費が増大するといっ
た問題点が生じる。

【０００４】また、後者の弾性リングボルトを設ける方
法では、地震時の周囲地盤の変形が大きい場合、その変
位を吸収できないので、二次覆工として一次覆工の内側
にコンクリートを打設してシールドトンネルを仕上げる
が、この場合、一次覆工と二次覆工との両方に伸縮継ぎ
手を設けなければならず、工事費が増大するという問題
点が生じる。

【０００５】そこで、硬質地層と軟質地層との境界付近
から、硬質地盤内にかけて、セグメント外面と地山面と
の隙間（以下、本明細書において「テールボイド」とい
う。）に免震材料、例えばベントナイトやウレタンを注
入して外圧を吸収する免震層を形成し、この免震層で地
震時の地盤の変位を吸収してトンネルへの影響を緩和す
るという方法が提案されている。しかしながら、通常の
テールボイドは、例えば直径５ｍ級のトンネルでは５cm
程度しかなく、このテールボイドに免震材料を充填した
だけでは、２５cmから３０cm程度にまで及ぶ大地震時の
地盤変位を充分に吸収することはできない。したがっ
て、免震層を形成する区間（以下、本明細書において
「免震区間」という。）のテールボイドを厚くするため
に様々な装置や方法が提案されており、その一つとし
て、特殊なシールド機械、例えばシールドスキンプレー
ト外径と同径に掘削できると共に、シールドスキンプレ
ート外径よりも大径に掘削でき、これら掘削径を適宜選
択することが可能なシールドカッターを装備したシール
ド機械を用いて、免震区間以外ではシールドスキンプレ
ート外径と同径に掘削し、免震区間ではスキンプレート
外径よりも拡径して掘削し、これらの掘削断面の径の差
によって地山側領域、すなわちセグメントのテールボイ
ドに充分な厚さの免震層を形成する方法が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たように、シールド機械のスキンプレート外径周りに拡
大余堀部を形成し、この拡大余堀部にスキンプレート内
側から免震材料を注入するか、またはスキンプレート後
端直後のセグメント内側から免震材料を注入すると、い
ずれの場合にも、免震材料の多くは拡大余堀部を経て切
羽面まで廻り込み、カッターヘッドの面板に形成された
土砂・地下水排出口から、土砂・地下水と共にシールド
機械に取り込まれ、シールドトンネル坑外へと排出され
てしまう。したがって、免震材料が無駄になるという問
題点がある。

【０００７】また、仮に、拡大余堀部に注入された免震
材料が切羽面まで廻り込まないようにするため、免震材
料の注入口を、切羽面及びシールド機械後端から所定長
離して行うとすると、裏込め注入材としての免震材料が
廻り込まない拡大余堀部では、地山からの土砂、地下水
による圧力を支持することができず、また確実な土砂の
取り込みができないため、免震材料の設計機能を発揮で
きなくなるという問題点がある。

【０００８】本発明は前記問題点を解決せんとしたもの
であり、その目的は、拡大余堀部を形成しながら掘削土
砂の取り込みが効率良くできると共に、裏込め注入材が
拡大余堀部から切羽へと流入するのを防止することがで
き、また、拡大余堀部において地山が崩壊すること無
く、覆工部の形成および免震層の形成が可能なシールド
掘削機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的に鑑
みてなされたものであり、その要旨は、シールド掘削機
のカッターヘッドにおいて、複数のピースに分割した面
板と、切羽を切削するための切削刃を備えた切削刃保持
部とを切羽面に対向するように設け、該面板は、伸縮手
段によって半径方向に移動可能な可動面板ピースと、固
定された固定面板ピースとを含み、該切削刃保持部は、
伸縮手段によって半径方向に移動可能な可動切削刃保持
部と、固定された固定切削刃保持部とを含み、前記可動
面板ピースと前記該切削刃保持部とが半径方向に移動し
て拡径した際に、前記カッターヘッドの外周面に生じた
第一の間隙を閉鎖する第一の封止手段を備え、一方、シ
ールド掘削機の胴殻部においては、トンネル縦断方向に
沿って複数ピースに分割して形成した拡径胴殻と、この
拡径胴殻の内側に設けた固定胴殻とで、該胴殻部を二重
に形成し、該拡径胴殻の複数ピースは、シールド掘削機
の前記胴殻部を拡径可能にするために、それぞれ伸縮手
段によって半径方向に移動可能に形成すると共に、拡径
時に円周が増加しても周方向に隣接したそれぞれのピー
ス間を閉塞可能に形成し、前記拡径胴殻の複数ピースが
半径方向に移動して拡径した際に、前記拡径胴殻と前記
固定胴殻との間に生じた第二の間隙を封止する第二の封
止手段を備えたことを特徴とするシールド掘削機にあ
る。

【００１０】本発明のシールド掘削機において、前記第
一の封止手段は、膨張収縮自在な複数の弾性体の袋体で
形成するか、あるいは板体で形成することができる。こ
こで第一の封止手段を板体で形成した場合、この板体
は、カッターヘッドの拡径時には第一の間隙を封止する
ように配置され、カッターヘッドの縮径時には内部に収
納されるように出し入れ自在に設ける。

【００１１】本発明のシールド掘削機において、前記第
二の封止手段は、前記拡径胴殻と前記固定胴殻との間の
トンネル縦断方向両端部の二箇所の全周に配置しても良
く、また、かような二箇所の第二の封止手段をそれぞ
れ、弾性体で形成された膨張収縮自在な複数の袋体で構
成するか、あるいは弾性体でチューブ状に形成された膨
張収縮自在な袋体で構成するか、もしくは固定胴殻の外
面全周にわたって収納自在に設けた複数の板体のみで構
成することができる。ここで二箇所の第二の封止手段を
弾性体で形成した場合、弾性体には、カッターヘッド側
の周面と、胴殻部後端側の周面とに板体を備えても良
い。さらに、二箇所の第二の封止手段と、前記拡径胴殻
と、前記固定胴殻とで囲まれた閉塞部には流体（油や水
等の液体、および空気等の気体）を注入しても良い。

【００１２】本発明のシールド掘削機において、前記可
動面板ピースと前記切削刃保持部とが半径方向に移動し
て拡径した際に、前記可動面板ピースと前記固定面板ピ
ースとの間に生じる間隙には、その面積を調整する第一
の開口制御手段を備えても良い。

【００１３】本発明のシールド掘削機において、前記可
動面板ピースと前記切削刃保持部とが半径方向に移動し
て拡径した際に、隣接する前記可動面板ピース間の切羽
に対向する面に生じる間隙には、その面積を調整する第
二の開口制御手段を備えても良い。

【００１４】

【作用】本発明のシールド掘削機は、免震層を構築する
区間において、カッターヘッドに設けられた伸縮手段に
より可動面板ピースと可動切削刃保持部とを半径方向に
移動してカッターヘッドを拡径すると共に、第一の封止
手段によってカッターヘッド外周に生じた第一の間隙を
封止して、所定長だけ掘進する。シールド掘削機が掘進
して、拡径胴殻の後端が拡大余堀部の中に到達したら、
第二の封止手段を作動させながら、拡径胴殻を拡径す
る。この拡径胴殻を拡径しながら、または充分に拡径し
た後、この拡径胴殻と、固定胴殻と、第二の封止手段と
で囲まれた閉塞部に流体を注入して、第二の間隙の封止
をより確実に行なう。第二の間隙の封止が終了したら、
免震材を拡大余堀部に注入して免震層を形成する。シー
ルド掘削機が免震区間を通過したら、オーバーカッター
をカッターヘッドの中に収納すると共に、伸縮手段を収
縮してカッターヘッドを縮径し、カッターヘッドの第一
の封止手段の封止を解除してシールド掘削機を掘進させ
る。次に、第二の封止手段の封止を解除しながら拡径胴
殻を縮径し、さらに、シールド掘削機を掘進させると、
通常の余堀部を有するトンネルを形成することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明のシールド掘削機のト
ンネル縦断方向の概略断面図、図２(a)は図１のシール
ド掘削機のカッターヘッドが縮径している状態をカッタ
ーヘッド側から見た正面図、図２(b)は図２(a)のカッタ
ーヘッドが拡径している状態を示す正面図、図３は図２
(a)(b)とは異なる実施態様のカッターヘッドが拡径して
いる状態を示す正面図、図４(a)(b)は図２及び図３とは
異なる実施態様の第一の封止手段を示す部分正面図、図
５は図１のシールド掘削機の拡径時と縮径時との状態を
示すために図１の一点鎖線V−V方向から見た断面図、お
よび、図６は図５とは異なる実施態様の第二の封止手段
を示す部分正面図である。本発明のシールド掘削機は、
可動面板ピース１１と、固定面板ピース１２と、可動切
削刃保持部１４と、固定切削刃保持部１５ａ，１５ｂ
と、第一の封止手段としてのフラッパー１９またはエア
バック２３ａ，２３ｂと、拡径胴殻としての拡径スキン
プレート３１と、固定胴殻としての固定スキンプレート
３２と、隣接する拡径スキンプレート３１間を閉塞可能
にする手段としてのスキンプレート当接部３１ａまたは
ダイヤフラム３１ｂと、第二の封止手段としてのフロン
トチューブ３３ａ及びリアチューブ３４ａとを主要部と
して備えている。

【００１６】図１及び図２(a)に示したように、切羽５
６に対向するように設けたカッターヘッド１０のカッタ
ーフェース面には、中央に形成した錐体形状のセンター
カッター９から半径方向に伸びるように六本のロッド１
６，１７を配置し、このロッド１６，１７の内部にジャ
ッキ１３をそれぞれ設ける。

【００１７】この六本のロッドのうち三本のロッド１７
の外周には、中央のセンターカッター９から中間にかけ
て管状の前記固定切削刃保持部１５ａを設け、この固定
切削刃保持部１５ａの内部にロッド１７が貫通して摺動
できるように形成する。また、ロッド１７には、その中
間からカッターヘッド１０の外周にかけて前記可動切削
刃保持部１４を一体に形成する。そして、これら可動切
削刃保持部１４と、前記固定切削刃保持部１５ａとの表
面には、超硬合金製の複数のカッタービットを形成す
る。

【００１８】また、残りの三本のロッド１６のそれぞれ
には、中央のセンターカッター９から中間にかけて略扇
形状の前記固定面板ピース１２を設け、この固定面板ピ
ース１２にカッターヘッド１０の外周に向けて管状の固
定切削刃保持部１５ｂを延設する。さらに、ロッド１６
を固定面板ピース１２と固定切削刃保持部１５ｂとの内
部に貫通させて摺動できるように形成し、固定切削刃保
持部１５ｂの表面に超硬合金製の複数のカッタービット
を形成する。なお、ロッド１６，１７の各一本ずつに
は、その先端に、油圧ジャッキ２０ａと切削刃２０ｂと
からなる公知のオーバーカッター２０を設ける。

【００１９】前記略扇形状に形成された固定面板ピース
１２は、前記固定切削刃保持部１５ｂと交互に位置する
ようにセンターカッター９から延設し、それぞれの外周
で連結片によって連結して円形状に固定する。この時、
固定面板ピース１２と固定切削刃保持部１５ａとの間に
はそれぞれ開口部２５が形成され、この開口部２５は、
カッタービットで切削された切羽の土砂をチャンバー５
０内に取り込むために用いられる。

【００２０】前記可動面板ピース１１は、その外周辺を
カッターヘッド１０の外周を構成するような曲面に形成
し、また、その内周辺を前記固定面板ピース１２の外周
に当接するような曲面に形成し、さらに内周辺には貫通
孔を設ける。この可動面板ピース１１を、湾曲板状の連
結片１８によってロッド１６の先端両側に固定すると共
に、湾曲板状の連結片２２によって可動切削刃保持部１
４の先端の両側にも固定し、それぞれの貫通孔を、固定
面板ピース１２に延設されたガイドロッド２１が摺動自
在に貫通するように配置する。また、この時、これら可
動面板ピース１１の外周面、連結片１８，２２およびロ
ッド１６，１７の先端面は、カッターヘッド１０の円形
外周面を形成するように配置する。さらに、可動面板ピ
ース１１と固定切削刃保持部１５ｂとの間にはそれぞれ
開口部２６を形成し、この開口部２６を前記開口部２５
と同様に、切削土砂をチャンバー５０内に取り込むため
に用いる。なお、前記可動面板ピース１１の内周辺に
は、図８に示した開口制御板４８を設けても良く、この
時、固定面板ピース１２には開口制御板４８が嵌合する
ような凹部（図示せず）を設ける。すなわち、図２及び
図３に示したような可動面板ピース１１と固定面板ピー
ス１２とでは、カッターヘッド１０の拡径時に、可動面
板ピース１１の内周辺と固定面板ピース１２の外周辺と
の間の間隙が大きくなり過ぎて、切羽面５６が崩壊する
場合がある。しかし、所定幅の第一の開口制御板４８を
設ければ、前記内周辺と外周辺との間の間隙面積を適宜
調整することができて、切羽面５６の崩壊を防止するこ
とができる。

【００２１】前記フラッパー１９は、隣接する可動面板
ピース１１の一方に設けて、カッターヘッド拡径時にカ
ッターヘッド１０の外周面に生じた第一の間隙３０を封
止する。すなわち、フラッパー１９は、油圧ジャッキ１
９ａ等の伸縮手段と、その油圧ジャッキ１９ａの先端に
ピン等によって回動自在に設けた板体１９ｂとで形成
し、カッターヘッド拡径時には油圧ジャッキ１９ａを伸
長して板体１９ｂを回動させ、この板体１９ｂでカッタ
ーヘッド１０の外周面とほぼ同一円周面を形成して第一
の間隙３０を封止する。また、カッターヘッド縮径時に
は油圧ジャッキ１９ａを収縮して板体１９ｂを回動さ
せ、板体１９ｂを可動面板ピース１１内に収納する。

【００２２】前記フラッパー１９以外に、第一の間隙３
０を封止する手段としては、図４(a)(b)に示したような
エアバック２３ａまたは２３ｂを使用しても良い。すな
わち隣接する可動面板ピース１１の一方にエアバック２
３ａを設けるか、または両方にエアバック２３ｂを設け
て、それぞれのエアバック２３ａ，２３ｂに空気、油ま
たは水等の流体を供給するために、流体供給源（図示せ
ず）に連通する流体注入管（図示せず）を接続する。そ
して、カッターヘッド拡径時には、空気、油または水等
の流体を圧送してエアバック２３ａ，２３ｂを膨張させ
てカッターヘッド１０の外周面に生じた第一の間隙３０
を封止すると共に、隣接する可動面板ピース１１相互の
切羽対向面の開口を封止して第二の開口制御手段として
も作用し、一方、カッターヘッド縮径時には前記流体を
抜き取ってエアバック２３ａ，２３ｂを収縮させれば、
エアバック２３ａ，２３ｂを可動面板ピース１１内に収
納することができる。なお、ここで、図４(a)において
それぞれのエアバック２３ａの内周側に、さらに同様の
エアバック（図示せず）を各一つずつ設けて第一の間隙
を封止する手段を構成しても良く、また、可動面板ピー
ス１１の両方にエアバックを（図示せず）を各二つずつ
設けても良い。

【００２３】また、第一の間隙３０を封止する手段は、
図９に示したように二つの柱状体４５を、対向する可動
面板ピース１１の両方に設けて形成しても良い。すなわ
ち、三角柱の一面が円弧面の柱状体４５を、それぞれ回
動軸４５ｃによって回動自在に可動面板ピース１１に取
付けると共に可動面板ピース１１の側面に収納自在に設
けて、この柱状体４５を油圧ジャッキ４６等の伸縮手段
によって可動面板ピース側面に出し入れするように形成
する。これにより、カッターヘッド１０の拡径時には、
柱状体側面４５ｂが第二の開口制御板として作用して切
羽面に対向し、可動面板ピース１１，１１間の切羽面側
における間隙を封止することができ、一方、柱状体端面
４５ａが第一の封止手段として作用し、カッターヘッド
１０の周面の第一の間隙３０を封止することができる。

【００２４】さらに、カッターヘッド拡径時における可
動面板ピース１１，１１間の切羽面側間隙を封止する手
段としては、図１０に示したように、可動面板ピース１
１の側面に第二の開口制御板４７を設けても良い。すな
わち、第二の開口制御板４７は、図１０に示したよう
に、フラッパー１９の設けられていない可動面板ピース
１１の側面に、回動軸４７ｃで板体４７ａを回動自在に
固定し、この板体４７ａに油圧ジャッキ４７ｂ等の伸縮
手段を連結して形成する。これにより、カッターヘッド
１０の拡径時には、板体４７ａが切羽面に対向して可動
面板ピース１１，１１間の切羽面側における間隙を封止
することができる。

【００２５】上述したカッターヘッド１０の構成、すな
わち、可動面板ピース１１、固定面板ピース１２、可動
切削刃保持部１４、固定切削刃保持部１５ａ，１５ｂ、
第一の開口制御板４８、およびフラッパー１９、エアバ
ック２３ａ，２３ｂ、柱状体４５または第二の開口制御
板４７は、図２(a)(b)に示したような機構に限定され
ず、これ以外に、例えば図３に示したような機構として
も良い。

【００２６】以上の構成のカッターヘッド１０を拡径す
る場合、ジャッキ１３によってロッド１６，１７はそれ
ぞれ伸長する。この時、ロッド１７は固定切削刃保持部
１５ａの内部を摺動し、可動切削刃保持部１４と可動面
板ピース１１とを地山の方向にスライドさせるように動
き、一方、ロッド１６は固定面板ピース１２と固定切削
刃保持部１５ｂとの内部を摺動して、可動面板ピース１
１を地山の方向にスライドさせるように動く。かように
カッターヘッド１０が拡径すると、隣接する可動面板ピ
ース１１どうしの間には地山に対向する周面に第一の間
隙３０が生じるので、前述したフラッパー１９およびエ
アバック２３ａ，２３ｂによって第一の間隙３０を封止
する。

【００２７】次に、図１、図５及び図６を参照してシー
ルド掘削機１の胴殻部の構成について説明する。シール
ド掘削機１の胴殻部は、トンネル縦断方向に沿って複数
ピースに分割して形成した拡径スキンプレート３１と、
この拡径スキンプレート３１の内側に設けた固定スキン
プレート３２とで二重に形成する。

【００２８】この固定スキンプレート３２の外周面には
複数の凹部を形成し、この複数の凹部に油圧ジャッキ３
５ａ等の伸縮手段、ピン３５ｂおよび連結辺３５ｃ等か
らなるリンク機構３５を設け、このリンク機構３５にピ
ン３５ｂ等を介して前記拡径スキンプレート３１を固定
する。したがって、リンク機構３５の油圧ジャッキ３５
ａを伸長すると、拡径スキンプレート３１は胴殻部を拡
径するように半径方向に動き、また、逆に油圧ジャッキ
３５ａを収縮すると、拡径スキンプレート３１は胴殻部
を縮径するように半径方向に動く。なお、上記リンク機
構３５に替えて、半径方向にまっすぐに伸縮可能な油圧
ジャッキ（図示せず）を凹部に設けても良く、これによ
って同様に拡径スキンプレート３１の拡径や縮径が可能
となる。

【００２９】また、拡径スキンプレート３１のそれぞれ
の長さ（トンネル縦断方向の長さ）は、図１に示したよ
うに固定スキンプレート３２よりも短く形成しても良い
ものの、好ましくは固定スキンプレート３２と同等な長
さに形成し、その先端をカッターヘッド１０との間に数
ミリのクリアランスを作る程度に配置し、その後端を固
定スキンプレート３２のテールエンド５５に達する程度
に配置する。かように拡径スキンプレート３１と固定ス
キンプレート３２とを同等な長さに形成すれば、拡大余
堀部６０の地山の崩壊をより一層確実に防止することが
できる。さらに、拡径スキンプレート３１のそれぞれの
幅（周方向の長さ）は、図５に示したように、縮径時に
も周方向に隣接した拡径スキンプレート３１の両端部が
重ならない長さに形成するか、あるいは、図６に示した
ように、拡径時に円周が増加しても周方向に隣接した拡
径スキンプレート３１の両端部が、当接し合うことがで
きるように充分長く形成することができる。

【００３０】例えば、図５に示したような長さに形成し
た場合には、隣接する拡径スキンプレート３１の端部間
に、ゴム、合成樹脂または鋼板等の弾性材料からなる薄
板で形成されたダイアフラム３１ｂを設ける。かような
ダイアフラム３１ｂによって、拡径時には、隣接する拡
径スキンプレート３１の両端部間に生じた間隙を塞ぐこ
とができ、縮径時にはダイアフラム３１ｂは折れ曲がっ
て、固定スキンプレート３２と拡径スキンプレート３１
との間に挟持されるようにして収納される。

【００３１】また、図６に示したような長さに形成した
場合には、それぞれ隣接する拡径スキンプレートの両端
部に相互に嵌合し合うような配置関係で薄層部３１ａを
形成する。このように薄層部３１ａを形成することによ
って、縮径時や拡径時に隣接する両端部が円滑に摺動し
合うことができる。ここで、図７に示したように嵌合し
合う薄層部３１ａ，３１ａのうちの地山側５７に段差の
ある薄層部３１ａに噴出孔を設け、この噴出孔と洗浄材
供給源（図示せず）とを連通するように圧送管３１ｃを
設けても良い。そして、拡径スキンプレート３１の縮径
時に、洗浄材供給源から圧送管３１ｃを介して水などの
洗浄材を圧送し、噴出孔から薄層部３１ａの外表面に噴
出すれば、薄層部３１ａ，３１ａ間の土砂の噛み込みを
防止することができる。

【００３２】さらに、固定スキンプレート３２の外周面
には、それぞれ拡径スキンプレート３１の前後端に対向
する位置で、全周にわたってフロントチューブ３３ａお
よびリアチューブ３４ａを設け、それぞれのチューブ３
３ａ，３４ａには固定スキンプレート３２の内側に設け
た流体供給源（図示せず）と連通する流体注入管３３
ｂ，３４ｂを接続する。更にまた、フロントチューブ３
３ａとリアチューブ３４ａとの中間の固定スキンプレー
ト３２の外周面には、シールド掘削機１の内部に連通す
る流体注入管（図示せず）を設けても良い。

【００３３】かような流体注入管３３ｂ，３４ｂを介し
て、空気、水または油等の流体を圧送すると、それぞれ
フロントチューブ３３ａとリアチューブ３４ａとは膨張
し、拡径スキンプレート３１が拡径した時に生じる固定
スキンプレート３２と拡径スキンプレート３１との間の
第二の間隙３８を封止することができる。この時、特
に、フロントチューブ３３ａは切羽５６を切削して生じ
た土砂が第二の間隙３８に進入するのを防止し、一方、
リアチューブ３４ａは拡大余堀部４０に注入された免震
材が第二の間隙３８に進入して、切羽面にまで廻り込む
のを防止する。さらにまた、フロントチューブ３３ａと
リアチューブ３４ａとの中間に設けた流体注入管から、
このフロントチューブ３３ａと、リアチューブ３４ａ
と、固定スキンプレート３２と、拡径スキンプレート３
１とで囲まれた閉塞部に空気、水または油等の流体を注
入すると、第二の間隙３８はより一層確実に封止するこ
とができる。

【００３４】なお、固定スキンプレート３２には、図５
に示したように複数のスタビライザー３６を設けても良
く、さらに、この時、拡径スキンプレート３１にはこの
スタビライザー３６が貫通できるような孔を設けても良
い。かように形成した複数のスタビライザー３６によっ
て、拡大余堀部６０を形成している際に、シールド掘削
機１の進行方向を制御する。

【００３５】次に、以上の構成のシールド掘削機１によ
ってトンネルを構築する方法について説明する。最初
に、シールド掘削機１は、カッターヘッド１０を縮径
し、また拡径スキンプレート３１を縮径して、通常の余
堀部６１（図１参照）を有するトンネルを形成しながら
掘進させる。次に、シールド掘削機１が、免震層４０を
構築する区間、すなわち免震区間に到達したら、カッタ
ーヘッド１０からオーバーカッター２０を突出させて拡
大余堀部６０を形成しながら掘進する。そして、カッタ
ーヘッド１０の厚さ（例えば、５０〜１００cm程度）を
越える距離だけ掘進したら、カッターヘッドのロッド１
６，１７を伸長してカッターヘッド１０を拡径すると共
に、フラッパー１９を開いてカッターヘッド外周に生じ
た第一の間隙３０を封止して、さらに掘進を続ける。シ
ールド掘削機１が掘進して、拡径スキンプレート３１の
後端が拡大余堀部６０の中に到達したら、フロントチュ
ーブ３３ａとリアチューブ３４ａを膨張させながら、拡
径スキンプレート３１を拡径する。この拡径スキンプレ
ート３１が充分に拡径したら、この拡径スキンプレート
３１と、固定スキンプレート３２と、フロントチューブ
３３ａと、リアチューブ３４ａとで囲まれた閉塞部に流
体を注入して、第二の間隙３８の封止をより確実に行な
う。必要に応じてスタビライザー３６を作動させてシー
ルド掘削機１の掘進方向を制御して、セグメント５４の
中心に合わせる。第二の間隙３８の封止が終了したら、
免震材注入管３７（図１参照）を通してベントナイトや
ウレタン等の免震材を拡大余堀部６０に注入して免震層
４０を形成する。シールド掘削機１が免震区間を通過し
たら、オーバーカッター２０をカッターヘッド１０の中
に収納すると共に、ロッド１６，１７を収縮してカッタ
ーヘッド１０を縮径し、カッターヘッドのフラッパー１
９を閉じてシールド掘削機１を掘進させる。そして、カ
ッターヘッド１０の厚さを越える距離だけ掘進したら、
次に、フロントチューブ３３ａとリアチューブ３４ａか
ら流体を抜いて収縮しながら、拡径スキンプレート３１
を縮径し、同時に、スタビライザー３６を伸長していれ
ば固定スキンプレート３２の中に収納し、さらに、シー
ルド掘削機１を掘進させて、通常の余堀部６１を有する
トンネルを形成する。

【００３６】

【発明の効果】本発明のシールド掘削機では、カッター
ヘッドに、半径方向に移動可能な可動面板ピースと、伸
縮手段により半径方向に移動可能な可動切削刃保持部
と、カッターヘッドの外周に第一の間隙を封止する第一
の封止手段とを備えているので、カッターヘッドを拡径
したときでも、外周の地山の崩壊を招くこと無く拡大余
堀部を形成することができる。

【００３７】また、本発明のシールド掘削機では、複数
ピースに分割され、拡径時に隣接したピース間を閉塞可
能に形成した拡径胴殻と、拡径胴殻を半径方向に移動可
能にする伸縮手段と、拡径胴殻と固定胴殻との間に生じ
た第二の間隙を封止する第二の封止手段を備えているた
め、拡大余堀部に注入された裏込材が切羽へと流入する
のを防止することができ、また、拡大余堀部において地
山が崩壊すること無く免震層を形成することができる。

【００３８】さらに、本発明のシールド掘削機では、拡
大余堀部の形成時にカッターヘッドの周面を地山に接す
るまで拡径して切羽の切削を行なうため、切削土砂を面
板の土砂取込み口から確実に取込むことができて、切削
土砂がカッターヘッドの後方に廻り込むことを防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘削機のトンネル縦断方向の
概略断面図である。

【図２】(a)は図１のシールド掘削機のカッターヘッド
が縮径している状態をカッターヘッド側から見た正面
図、(b)は(a)のカッターヘッドが拡径している状態を示
す正面図である。

【図３】図２(a)(b)とは異なる実施態様のカッターヘッ
ドが拡径している状態を示す正面図である。

【図４】図２及び図３とは異なる実施態様の第一の封止
手段を示す部分正面図である。

【図５】図１のシールド掘削機の拡径時と縮径時との状
態を示すために図１の一点鎖線V−V方向から見た断面図
である。

【図６】図５とは異なる実施態様の第二の封止手段を示
す部分断面図である。

【図７】図６に示した拡径スキンプレートの一部拡大断
面図である。

【図８】図２乃至図４とは異なる可動面板ピースを示す
簡略斜視図である。

【図９】図２乃至図４とは異なる第一の封止手段を示す
簡略斜視図である。

【図１０】可動面板ピースの切羽対向面における間隙量
制御機構を示す簡略斜視図である。

【符号の説明】

１０ カッターヘッド １１ 可動面板ピース １２ 固定面板ピース １３ 伸縮手段 １４ 可動切削刃保持部 １５ａ 固定切削刃保持部 １９ フラッパー（第一の封止手段） ２３ａ，２３ｂ エアバック（第一の封止手段） ３０ 第一の間隙 ３１ 拡径スキンプレート（拡径胴殻） ３２ 固定スキンプレート（固定胴殻） ３３ａ フロントチューブ（第二の封止手段） ３４ａ リアチューブ（第二の封止手段） ３５ａ 油圧ジャッキ（伸縮手段） ３８ 第二の間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 落合 紘一 茨城県竜ケ崎市南が丘４−２−17 (72)発明者 丸山 雅淑 埼玉県草加市長栄町519−２−301 (72)発明者 甫喜山 准 埼玉県和光市本町31−２−208 (72)発明者 青木 英和 大阪府交野市私部西２−２−11 (72)発明者 竹内 盛代司 東京都練馬区光が丘５−６−２−1108 (72)発明者 小野寺 三男 埼玉県坂戸市西坂戸１−27−３ (72)発明者 稲田 義和 東京都町田市小山田桜台２−４−12−406 (72)発明者 沼口 栄助 埼玉県川口市青木２−13−12 メイツ川口 青木402 (72)発明者 真中 弘 神奈川県横浜市金沢区釜利谷南１−３ Ｃ −502

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘削機のカッターヘッドにおい
   て、複数のピースに分割した面板と、切羽を切削するた
   めの切削刃を備えた切削刃保持部とを切羽面に対向する
   ように設け、 該面板は、伸縮手段によって半径方向に移動可能な可動
   面板ピースと、固定された固定面板ピースとを含み、 該切削刃保持部は、伸縮手段によって半径方向に移動可
   能な可動切削刃保持部と、固定された固定切削刃保持部
   とを含み、 前記可動面板ピースと前記切削刃保持部とが半径方向に
   移動して拡径した際に、前記カッターヘッドの外周面に
   生じた第一の間隙を閉鎖する第一の封止手段を備え、 一方、シールド掘削機の胴殻部においては、トンネル縦
   断方向に沿って複数ピースに分割して形成した拡径胴殻
   と、この拡径胴殻の内側に設けた固定胴殻とで、該胴殻
   部を二重に形成し、 該拡径胴殻の複数ピースは、シールド掘削機の前記胴殻
   部を拡径可能にするために、それぞれ伸縮手段によって
   半径方向に移動可能に形成すると共に、拡径時に円周が
   増加しても周方向に隣接したそれぞれのピース間を閉塞
   可能に形成し、 前記拡径胴殻の複数ピースが半径方向に移動して拡径し
   た際に、前記拡径胴殻と前記固定胴殻との間に生じた第
   二の間隙を封止する第二の封止手段を備えたことを特徴
   とするシールド掘削機。
2. 【請求項２】 前記第二の封止手段を、前記拡径胴殻と
   前記固定胴殻との間のトンネル縦断方向両端部の二箇所
   に形成し、前記拡径胴殻と、前記固定胴殻と、前記二箇
   所の第二の封止手段とで囲まれた閉塞部に流体を注入し
   てなる請求項１記載のシールド掘削機。
3. 【請求項３】 前記可動面板ピースと前記切削刃保持部
   とが半径方向に移動して拡径した際に、前記可動面板ピ
   ースと前記固定面板ピースとの間に生じる間隙の面積を
   調整する第一の開口制御手段を備えた請求項１または請
   求項２記載のシールド掘削機。
4. 【請求項４】 前記可動面板ピースと前記切削刃保持部
   とが半径方向に移動して拡径した際に、隣接する前記可
   動面板ピース間の切羽に対向する面に生じる間隙の面積
   を調整する第二の開口制御手段を備えた請求項１乃至請
   求項３の何れか１項に記載のシールド掘削機。