JPH11101087A - 地中掘削機及び分岐型シールドトンネルの構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 地盤改良等が必要なく分岐路を掘削できる地
中掘削機及び分岐型シールドトンネルの構築方法を提供
する。 【解決手段】 ２台のシールド機２が結合又は分離され
ることにより、１本のトンネルから分岐して２本のトン
ネルを掘削する地中掘削機１において、各シールド機外
殻部５には、後端部側の相対向する鉛直壁５ｂに切欠き
部５ｃが形成され、切欠き部以外の部分に、前部テール
シール１６及び後部テールシール１７を設け、１本のト
ンネルの掘削時には、後部テールシールで、１本のトン
ネルの形状の第１セグメントとの間をシールし、２本の
トンネルの掘削時には、第１セグメントと後部テールシ
ールとでシールした状態で、切欠き部を閉塞プレートで
閉塞すると共に、閉塞プレート側前部テールシールと、
前部テールシールとを環状に連続させて、２本のトンネ
ルの形状に適合した形状の第２セグメントとの間をシー
ルする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地下鉄,道路用
トンネルや上下水道等を構築すべく、そのトンネルを掘
削するのに適した地中掘削機、特に、複数のシールド機
を一体化して掘進した後、地山中で分離し別個のシール
ド機として掘進することにより分岐路を構築できる地中
掘削機及び分岐型シールドトンネルの構築方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からこの種のものとしては、特許第
２６０４２１７号公報に記載されたようなものがある
（図２２及び図２３参照）。

【０００３】これは、二基のシールド掘進機５０，５０
が分離可能に結合され、これらシールド掘進機５０，５
０の前部には、掘削カッタ５１，５１が回転自在に配設
され、この掘削カッタ５１，５１を回転させることによ
り、地山が掘削されるようになっている。

【０００４】そして、分岐路を形成するには、まず、二
基のシールド掘進機５０,５０を結合した状態で、１本
のトンネルを掘削した後、所定の位置で二基を分離し
て、セグメントに反力をとって推進し、２本のトンネル
に分岐させて掘削するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものにあっては、セグメントでトンネルが崩
れないように構築して行くのであるが、分岐路の部分を
如何にして構築するのか不明であり以下のような問題が
生じるものと思われる。すなわち、分岐前の１本のトン
ネルの場合には、このトンネルの形状に適合したセグメ
ントを一体化されたシールド掘進機５０,５０内で組む
必要があるため、この部分では、両シールド掘進機５
０，５０の間に隔壁を形成することが出来ない。しかる
に、両シールド掘進機５０，５０を分離して、分岐した
２本のトンネルを掘削する時には、その隔壁が無ければ
地山がシールド掘進機５０内に露出してしまうため、そ
の部分に高価な地盤改良等を行う必要が生じてしまう。

【０００６】また、分離前の１本のトンネルを掘削する
ために、両シールド掘進機５０，５０の掘削カッタ５
１,５１の掘削範囲が一部重複するように設定されてい
ることから、図２３に示すように、両シールド掘進機５
０，５０を分離した時には、掘削カッタ５１による掘削
断面は、図２３中斜線で示すように、余分な地山を撹拌
することになり、場合によってはセメントミルク等を注
入して補強する必要がある。従って、施工の工期や工費
が増大してしまうという問題が生じる。

【０００７】さらに、その斜線で示す余分な地山を撹拌
するため、その掘削時の反力がシールド掘進機に作用す
ることから、シールド掘進機に横方向の力が作用した
り、撹拌した地山の強度が変わることからシールド掘進
機の掘進施工においてローリング，ピッチング，ヨーイ
ングの制御がし難くなる。

【０００８】そこで、この発明は、高価な地盤改良等が
必要なく分岐路を掘削できる地中掘削機及び分岐型シー
ルドトンネルの構築方法を提供することを課題としてい
る。

【０００９】他の課題は、余分な山地を掘削することな
く、セメントミルク等の注入が必要なく、施工の工期や
工費を減少させることができ、又、掘削時におけるロー
リング，ピッチング，ヨーイングの制御を簡単にできる
ようにすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、２台のシールド機が分
離可能に結合された状態で、１本のトンネルが掘削さ
れ、該２台のシールド機が分離されることにより、前記
１本のトンネルから枝分かれするように２本のトンネル
を掘削する地中掘削機において、前記各シールド機の外
形を形成する筒状の外殻部には、後端部側の相対向する
鉛直壁に、切欠き部が形成され、該後端部の切欠き部以
外の部分に、前部テールシール及び後部テールシールを
設け、前記１本のトンネルの掘削時には、前記後部テー
ルシールで、該１本のトンネルの形状に適合した形状の
第１セグメントとの間をシールし、前記２本のトンネル
の掘削時には、前記第１セグメントとの間を前記後部テ
ールシールでシールした状態で、前記各切欠き部を閉塞
プレートで閉塞すると共に、該閉塞プレートに設けられ
た閉塞プレート側前部テールシールと、前記前部テール
シールとを環状に連続させて該各テールシールで、前記
２本のトンネルの形状に適合した形状の第２セグメント
との間をシールするように設定した地中掘削機としたこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項２に記載された発明は、請求項１の
構成に加え、前記２台のシールド機の両外殻部が、ジョ
イント部材に取り付けられることにより、分離可能に結
合されたことを特徴とする。

【００１２】請求項３に記載された発明は、請求項１の
構成に加え、前記シールド機は、前記外殻部内に支保部
が設けられ、該支保部の前側に、前記シールド機の推進
方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クラ
ンク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレ
ームの前面に複数のビットが配設されたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項４に記載された発明は、２台のシー
ルド機を結合した状態で、１本のトンネルを掘削し、該
２台のシールド機を分離することにより、前記１本のト
ンネルから枝分かれするように２本のトンネルを掘削す
ると同時に、該各トンネルに適合した形状にセグメント
を組み立てながら推進する分岐型シールドトンネルの構
築方法において、前記各シールド機の外形を形成する筒
状の外殻部には、後端部側の相対向する鉛直壁に、切欠
き部が形成され、該後端部の切欠き部以外の部分に、前
部テールシール及び後部テールシールを設け、前記後部
テールシールで、該１本のトンネルの形状に適合した形
状の第１セグメントとの間をシールしながら前記１本の
トンネルの掘削し、前記第１セグメントとの間を前記後
部テールシールでシールした状態で、前記各切欠き部を
閉塞プレートで閉塞すると共に、該閉塞プレートに設け
られた閉塞プレート側前部テールシールと、前記前部テ
ールシールとを環状に連続させて該各テールシールで、
前記２本の各トンネルの形状に適合した形状の各第２セ
グメントとの間をシールし、前記２台のシールド機を分
離して、前記２本のトンネルを枝分かれさせて掘削する
ようにした分岐型シールドトンネルの構築方法としたこ
とを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１５】［発明の実施の形態１］図１乃至図２０に
は、この発明の実施の形態１を示す。

【００１６】まず構成について説明すると、この実施の
形態の地中掘削機１は、２台のシールド機２が分離可能
に構成され、例えば図１８に示すような、１本の地下鉄
複線断面トンネル３（１本のトンネル）を２本の地下鉄
単線断面トンネル４（２本のトンネル）に分離して分岐
路を構築できるようになってる。

【００１７】かかる地中掘削機１は、地下鉄複線断面ト
ンネル３を掘削するため、２台のシールド機２が結合さ
れた状態では、以下のように構成されている。

【００１８】すなわち、各シールド機２は、各角部がＲ
形状に形成された四角筒状を呈する外殻部５を有し、こ
の外殻部５は、水平壁５ａ及び鉛直壁５ｂを有してい
る。そして、この両外殻部５の後端部側の相対向する鉛
直壁５ｂに、図１に示すように、切欠き部５ｃが形成さ
れている。

【００１９】また、この外殻部５内の前部側には、トン
ネル３，４の切羽を掘削する掘削部７と、この掘削部７
を回転自在に支持する支保部８とを有している。

【００２０】この支保部８は、板状を呈し、外殻部５内
に鉛直方向に沿って配設されると共に、前記掘削部７
は、シールド機２の掘進方向と直交する方向に沿う四角
形の格子状のカッターフレーム９が平行クランク機構を
介して前記支保部８に平行運動可能に設けられ、このカ
ッターフレーム９の格子状の各桟に多数のカッタービッ
ト１０が配置されている。

【００２１】その平行クランク機構は、図１及び図２に
示すように、クランク形状の回転子１１が４カ所設けら
れ、これら回転子１１の支保部側軸部１１ａが前記支保
部８の貫通孔に挿通される一方、回転子１１の、前記支
保部側軸部１１ａとオフセットされたカッター側軸部１
１ｂが、前記カッターフレーム９に回転自在に挿通さ
れ、この回転子１１が駆動モータ１２で回転されること
により、カッターフレーム９が平行運動されるようにな
っている。

【００２２】一方、前記支保部８の後方には、スクリュ
ーコンベアから構成されたズリ搬出装置１３が配置され
ると共に、セグメント１４…を後方に押し付けると共に
シールド機２を前進させるシールドジャッキ１５が上下
に配置されている。これらシールドジャッキ１５は、セ
グメント１４に接触する押圧部１５ａが進退自在に設け
られている。

【００２３】さらに、この外殻部５の後端部側には、セ
グメント１４…外面との間をシールする前部テールシー
ル１６と、後部テールシール１７が２列づつ平行に設け
られている。

【００２４】この２列の前部テールシール１６は、図１
及び図３に示すように、外殻部５の切欠き部５ｃ以外の
部分に配置され、図３の状態では環状に連続していない
ため、この地下鉄複線断面トンネル３（１本のトンネ
ル）を掘削する場合にはシール機能を果たさないが、後
部テールシール１７がシール機能を発揮するようになっ
ている。つまり、この後部テールシール１７は、図４に
示すように、前部テールシール１６と比較すると、連続
部１７ａが設けられて、地下鉄複線断面トンネル３に沿
った形状に環状に連続しており、地下鉄複線断面トンネ
ル３の形状に適合して組み立てられた第１セグメントと
してのセグメント４…との間をシールするように設定さ
れている。

【００２５】そして、上下に設けられた２本のジョイン
ト部材１８により、２台のシールド機２が分離可能に結
合されている。このジョイント部材１８は略台形状を呈
し、このジョイント部材１８に両外殻部５がボルト１９
にて固定されて連結されている（図５参照）。

【００２６】次に、このようにして２台のシールド機２
が結合された地中掘削機１により、地下鉄複線断面トン
ネル３を掘削する場合について説明する。

【００２７】シールドジャッキ１５の押圧部１５ａで、
セグメント１４を押すことにより、この反力で地中掘削
機１を前進させて、カッタービット１０を地下鉄複線断
面トンネル３の切羽に押し付ける。これと共に、各駆動
モータ１２を同期駆動させて回転子１１を介してカッタ
ーフレーム９を平行運動させる。これにより、多数のカ
ッタービット１０がそれぞれ所定の半径で回転運動す
る。

【００２８】そして、所定位置まで掘り進んだら、シー
ルドジャッキ１５の押圧部１５ａを所定位置まで前進さ
せる。そして、前部テールシール１６より前方位置で、
外殻部５内において、分割された多数のセグメント１４
と、ジョイントセグメント２０と、中柱セグメント２１
とをネジ止め等により、図１１に示すような形態に組み
合わせる。このように組み合わされたものを第１セグメ
ントという。このように組み合わされたセグメント１４
…を押圧部１５ａで押して前述と同様に掘削して前進さ
せ、これを繰り返すことにより、掘り進むと同時に、セ
グメント１４…にてトンネルを構築して行く。

【００２９】この場合には、後部テールシール１７と上
記のように組み立てられた地下鉄複線断面トンネル３用
のセグメント１４…とでシールされることにより、土や
水等がシールド機２内側へ崩れるようなことがない。

【００３０】次いで、１本の地下鉄複線断面トンネル３
から２本の地下鉄単線断面トンネル４に分離して掘削す
るには、以下のようにして行う。

【００３１】すなわち、この分岐部においては、前記中
柱セグメント２１の代わりに図１２及び図１４に示すよ
うな分離用中柱セグメント２２を組み付け、シールドジ
ャッキ１５により後部テールシール１７の位置まで移動
させる。この状態で確実なシールがなされている。

【００３２】その後、図１２，図１３，図５の（ｂ）に
示すように、閉塞プレート２４を溶接Ｐにより固定し
て、外殻部５の鉛直壁５ｂの切欠き部５ｃを閉塞すると
共に、この閉塞プレート２４に予め配設されている閉塞
プレート側前部テールシール２５が、外殻部５に設けら
れた前部テールシール１６と接続されることにより環状
に連続する。かかる作業中には、セグメント１４…と後
部テールシール１７とにより、シールがなされ、地山に
直接晒されることなく作業できるため、高価な地盤改良
を施す必要がない。

【００３３】そして、ボルト１９を外して、ジョイント
部材１８を切り離して両シールド機２の結合状態を解
く。ボルト１９を外した後の孔は防水のために埋める。

【００３４】その後、今度は、各シールド機２の前部テ
ールシール１６より前方位置で、図１６に示すように、
地下鉄単線断面トンネル４用の「第２セグメント」とし
てのセグメント１４を組み合わせる。これをシールドジ
ャッキ１５の押圧部１５ａにて後方に押すことにより、
前部テールシール１６，２５の位置まで移動させてシー
ルすると共に、前記分離用中柱セグメント２２等と、地
下鉄単線断面トンネル４用のセグメント１４等が連続す
る（図１７等参照）。この地下鉄単線断面トンネル４の
掘削時には、前部テールシール１６，２５によりシール
がなされ、前記地下鉄複線断面トンネル３を掘削してい
た時に使用していた後部テールシール１７は不要とな
る。

【００３５】そして、掘削して推進しながら、地下鉄単
線断面トンネル４用のセグメント１４を順次組み合わせ
ることにより、図１８等に示すように、地下鉄複線断面
トンネル３から地下鉄単線断面トンネル４に分離し、両
地下鉄単線断面トンネル４の間隔を徐々に広げることが
出来る。なお、ジョイント部材１８は、地山に放置す
る。

【００３６】このような掘削時には、四角形に配置され
たカッタービット１０を平行運動させることにより、各
シールド機２はそれぞれ四角形の断面に掘削できるた
め、地下鉄複線断面トンネル３を掘削しているときに
は、従来と異なり重複して掘削する部分が極めて少な
い。従って、両シールド機２を分離して地下鉄単線断面
トンネル４を掘削する場合でも、余分な地山を撹拌する
ことがないことから、セメントミルク等を注入して補強
する必要がないと共に、掘削断面が偏断面となることが
ないため、掘削時の反力がシールド機２の横方向に作用
することがなく、ローリング，ピッチング，ヨーイング
の制御が容易に行える。

【００３７】［発明の実施の形態２］図２１には、この
発明の実施の形態２を示す。

【００３８】この実施の形態２は、後部テールシール１
７がテールプレート２７に取り付けられ、このテールプ
レート２７がボルト２８にて外殻部５の後端部に取り付
けられている。

【００３９】そして、シールド機２の分離後の、地下鉄
単線断面トンネル４の掘削時には、ボルト２８を外し
て、テールプレート２７を後方にスライドさせて地中に
残置することができる。勿論、残置せずに引いて行くこ
ともできる。

【００４０】なお、上記各実施の形態では、カッターフ
レームが平行クランク機構により回転運動するようにな
っているが、これに限らず、他の構成の掘削部でも良い
ことは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項に記
載の発明によれば、１本のトンネルの掘削時には、後部
テールシールで、１本のトンネルの形状に適合した形状
の第１セグメントとの間をシールし、２本のトンネルの
掘削時には、第１セグメントと後部テールシールとでシ
ールした状態で、切欠き部を閉塞プレートで閉塞すると
共に、閉塞プレートに設けられた閉塞プレート側前部テ
ールシールと、前部テールシールとを環状に連続させて
この各テールシールで、２本のトンネルの形状に適合し
た形状の第２セグメントとの間をシールしたため、高価
な地盤改良等が必要なく分岐路を掘削できる。

【００４２】請求項２に記載の発明によれば、上記効果
に加え、２台のシールド機の両外殻部がジョイント部材
に取り付けられて分離可能に結合されたことにより、両
シールド機の分離を簡単に行うことが出来る。

【００４３】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、シールド機は、外殻部内に支保部が設け
られ、支保部の前側に、シールド機の推進方向と直交す
る方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介
して複数のビットが回転運動をするため、余分な山地を
掘削することなく、セメントミルク等の注入が必要な
く、施工の工期や工費を減少させることができ、又、掘
削時におけるローリング，ピッチング，ヨーイングの制
御を簡単にできる、という実用上有益な効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る地中掘削機を示
す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図２】同実施の形態１に係る地中掘削機の正面図であ
る。

【図３】同実施の形態１に係る図１のＢーＢ線に沿う断
面図である。

【図４】同実施の形態１に係る図１のＣーＣ線に沿う断
面図である。

【図５】同実施の形態１に係る両シールド機の連結部分
の状態を示す断面図で、（ａ）は閉塞プレートが取り付
けられていない状態、（ｂ）は閉塞プレートが取り付け
られた状態を示す。

【図６】同実施の形態１に係る分離用中柱セグメントが
配設された後部テールシール配設部分の断面図である。

【図７】同実施の形態１に係る図６のＤ−Ｄ線に沿う断
面図である。

【図８】同実施の形態１に係る図６のＥ−Ｅ線に沿う断
面図である。

【図９】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネル
の掘削状態を示す図１に相当する断面図である。

【図１０】同実施の形態１に係る図９のＦーＦ線に沿う
断面図である。

【図１１】同実施の形態１に係る図９のＧ−Ｇ線に沿う
断面図である。

【図１２】同実施の形態１に係る閉塞プレートで切欠き
部を閉塞した状態を示す図１に相当する断面図である。

【図１３】同実施の形態１に係る図１２のＨーＨ線に沿
う断面図である。

【図１４】同実施の形態１に係る図１２のＩ−Ｉ線に沿
う断面図である。

【図１５】同実施の形態１に係る分岐部分を掘削してい
る状態における図１に相当する断面図である。

【図１６】同実施の形態１に係る図１５のＪーＪ線に沿
う断面図である。

【図１７】同実施の形態１に係る図１６のＫーＫ線に沿
う断面図である。

【図１８】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネ
ルと分岐された地下鉄単線断面トンネルとを示す水平方
向に沿う断面図である。

【図１９】同実施の形態１に係る地下鉄単線断面トンネ
ルの断面図で、（ａ）は図１８のＬーＬ線に沿う断面
図、（ｂ）は（ａ）のＭーＭ線に沿う断面図である。

【図２０】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネ
ルの断面図で、（ａ）は図１８のＮーＮ線に沿う断面
図、（ｂ）は（ａ）のＰーＰ線に沿う断面図である。

【図２１】この発明の実施の形態２に係る図７に相当す
る断面図である。

【図２２】従来例を示す一対のシールド推進機が結合さ
れた状態の正面図である。

【図２３】同従来例を示す一対のシールド推進機が分離
された状態の正面図である。

【符号の説明】

１ 地中掘削機 ２ シールド機 ３ 地下鉄複線断面トンネル（１本のトンネル） ４ 地下鉄単線断面トンネル（２本のトンネル） ５ 外殻部 5b 鉛直壁 5c 切欠き部 ７ 掘削部 ８ 支保部 ９ カッターフレーム 10 ローラビット 14 セグメント 16 前部テールシール 17 後部テールシール 18 ジョイント部材 20 ジョイントセグメント 21 中柱セグメント 22 分離用中柱セグメント 24 閉塞プレート 25 閉塞プレート側前部テールシール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 孝義 東京都中央区新川１丁目24番４号大豊建設 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２台のシールド機が分離可能に結合され
   た状態で、１本のトンネルが掘削され、該２台のシール
   ド機が分離されることにより、前記１本のトンネルから
   枝分かれするように２本のトンネルを掘削する地中掘削
   機において、 前記各シールド機の外形を形成する筒状の外殻部には、
   後端部側の相対向する鉛直壁に、切欠き部が形成され、
   該後端部の切欠き部以外の部分に、前部テールシール及
   び後部テールシールを設け、 前記１本のトンネルの掘削時には、前記後部テールシー
   ルで、該１本のトンネルの形状に適合した形状の第１セ
   グメントとの間をシールし、 前記２本のトンネルの掘削時には、前記第１セグメント
   との間を前記後部テールシールでシールした状態で、前
   記各切欠き部を閉塞プレートで閉塞すると共に、該閉塞
   プレートに設けられた閉塞プレート側前部テールシール
   と、前記前部テールシールとを環状に連続させて該各テ
   ールシールで、前記２本のトンネルの形状に適合した形
   状の第２セグメントとの間をシールするように設定した
   ことを特徴とする地中掘削機。
2. 【請求項２】 前記２台のシールド機の両外殻部が、ジ
   ョイント部材に取り付けられることにより、分離可能に
   結合されたことを特徴とする請求項１記載の地中掘削
   機。
3. 【請求項３】 前記シールド機は、前記外殻部内に支保
   部が設けられ、該支保部の前側に、前記シールド機の推
   進方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行ク
   ランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフ
   レームの前面に複数のビットが配設されたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の地中掘削機。
4. 【請求項４】 ２台のシールド機を結合した状態で、１
   本のトンネルを掘削し、該２台のシールド機を分離する
   ことにより、前記１本のトンネルから枝分かれするよう
   に２本のトンネルを掘削すると同時に、該各トンネルに
   適合した形状にセグメントを組み立てながら推進する分
   岐型シールドトンネルの構築方法において、 前記各シールド機の外形を形成する筒状の外殻部には、
   後端部側の相対向する鉛直壁に、切欠き部が形成され、
   該後端部の切欠き部以外の部分に、前部テールシール及
   び後部テールシールを設け、 前記後部テールシールで、該１本のトンネルの形状に適
   合した形状の第１セグメントとの間をシールしながら前
   記１本のトンネルの掘削し、 前記第１セグメントとの間を前記後部テールシールでシ
   ールした状態で、前記各切欠き部を閉塞プレートで閉塞
   すると共に、該閉塞プレートに設けられた閉塞プレート
   側前部テールシールと、前記前部テールシールとを環状
   に連続させて該各テールシールで、前記２本の各トンネ
   ルの形状に適合した形状の各第２セグメントとの間をシ
   ールし、前記２台のシールド機を分離して、前記２本の
   トンネルを枝分かれさせて掘削するようにしたことを特
   徴とする分岐型シールドトンネルの構築方法。