JP2000034885A - 地中接合式トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中接合式トンネル掘削機において、掘削機
同志を接合するための空間部への大礫の通過を防止する
ことでトンネル工事の作業性の向上を図る。 【解決手段】 第１トンネル掘削機１０を一方向に掘進
させると共に第２トンネル掘削機４０を反対側から掘進
させて両者を接合して連続したトンネルを掘削する地中
接合式トンネル掘削機にて、第１トンネル掘削機１０
を、掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１３を回転自
在に装着し、この掘削機本体１１内から前方に突出可能
な円筒２９を設けて構成する一方、第２トンネル掘削機
４０を、掘削機本体４１の前部に内側カッタヘッド４３
と外側カッタへっと４６を回転自在に装着し、円筒２９
が挿入される空間部Ｓを開閉可能な大礫通過防止枠６６
を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２台のトンネル掘
削機によって互いに逆方向から掘削を行い、これらのト
ンネル掘削機の先端側を接合して連続したトンネルを掘
削する地中接合式トンネル掘進機に関するものであり、
シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用する
ことができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、地上より深いところに長距離のト
ンネルを形成するとき、２台のシールド掘削機を用いて
作業を行うことがある。この場合、第１トンネル掘削機
で一方向から掘進して第１トンネルを形成すると共に、
第２トンネル掘削機で第１トンネル掘削機の掘進方向の
反対側から掘進して第２トンネルを形成し、互いのトン
ネル掘削機の先端側を突き合わせてトンネル掘削機を停
止し、その後、各トンネル掘削機の先端部側を接合して
から内部土砂を排出し、各トンネル掘削機が掘削した第
１及び第２トンネルを連結して連続したトンネルを構築
するようにしている。

【０００３】このような従来の地中接合式トンネル掘進
機としては、実開平５−３８０９３号公報に開示された
ものがある。

【０００４】図５に従来の地中接合式シールド掘削機の
断面、図６に従来の地中接合式シールド掘削機によるト
ンネル接合作業を表す断面を示す。

【０００５】従来の地中接合式シールド掘削機におい
て、図５に示すように、第１シールド掘削機100は筒状
の掘削機本体101の前部に駆動回転するカッタヘッド102
が装着される一方、後部に複数のシールドジャッキ103
が周方向に並設されている。また、掘削機本体101の前
部は若干小径となって外周部に外筒104がＶＤシール105
を介して前方に移動自在に嵌合し、伸縮ジャッキ106に
よって前方に移動することができる。更に、カッタヘッ
ド102の外周部にはオーバカッタ107が装着されており、
通常の掘削時には、掘削機本体101よりわずかに大きな
掘削径が得られる程度に外方に伸長して掘削する。

【０００６】一方、第２シールド掘削機200は筒状の掘
削機本体201の前部に駆動回転するカッタヘッド202が装
着される一方、後部に複数のシールドジャッキ203が周
方向に並設されている。この掘削機本体201及びカッタ
ヘッド202の外径は、第１シールド掘削機100の外筒104
の内径よりも若干小径であり、前端部にはドッキングシ
ール伸縮用ジャッキ204によって外方に伸縮可能なドッ
キングシール205が装備されている。

【０００７】従って、第１シールド掘削機100と第２シ
ールド掘削機200を、構築しようとするトンネルの両端
部からそれぞれ接近するように逆方向に向って掘進させ
る。そして、規定の間隔に達したときに各掘削機100，2
00の掘削を停止し、図６に示すように、まず、第１シー
ルド掘削機100のカッタヘッド102に装備されているオー
バカッタ107を収縮してカッタヘッド102内に収納し、カ
ッタヘッド102による掘削外径を外筒104の内径より小さ
い状態にする。次に、第１シールド掘削機100の外筒104
を伸縮ジャッキ106によって前方に移動し、地山Ｇ
₁ と、第１シールド掘削機100と第２シールド掘削機200
との間にある地山Ｇ₂ とを隔離しつつ、第２シールド掘
削機200の掘削機本体201の外周部に嵌合する。

【０００８】そして、第２シールド掘削機200と外筒104
との接合部の止水性を高めるため、第２シールド掘削機
200の掘削機本体201のドッキングシール205をドッキン
グシール伸縮用ジャッキ204によって外方に移動して圧
接し、第１シールド掘削機100の外筒104との隙間をなく
し、第１シールド掘削機100と外筒104との間のシール10
5と共に、地山Ｇ₁ よりの止水を確実にする。止水が確
実に行なわれた時点で第１シールド掘削機100及び第２
シールド掘削機200の内部を解体し、第１シールド掘削
機100と第２シールド掘削機200の間にある地山Ｇ₂ を取
り除き、その後、トンネルの二次施工を実施する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の地中接
合式シールド掘削機では、第１シールド掘削機100の前
端部と第２シールド掘削機200の前端部を接合すること
で、第１シールド掘削機100が掘削した第１トンネルと
第２シールド掘削機200が掘削した第２トンネルとを連
結して長距離のトンネルを構築している。この第１トン
ネルと第２トンネルとはほぼ同口径のトンネルである
が、近年、途中で口径や断面の異なるトンネルの需要が
あり、例えば、第１シールド掘削機が掘削した小口径の
第１トンネルと第２シールド掘削機が掘削した大口径の
第２トンネルを連結して長距離のトンネルを構築するこ
とがある。この場合、第２シールド掘削機の本体を第１
シールド掘削機掘削の本体よりも大径とし、この第２シ
ールド掘削機の前面部に、第１シールド掘削機の外筒が
嵌入するリング状の嵌入孔を形成する必要がある。とこ
ろが、第１シールド掘削機と第２シールド掘削機との連
結前は、各掘削機を前方の地盤を掘削する一般的なシー
ルド掘削機として使用している。そのため、前面部、つ
まり、カッタヘッドにリング状の嵌入孔が形成された第
２シールド掘削機によるトンネル掘削作業時に、掘削土
砂に混じった大礫がこのリング状の嵌入孔に入り込み、
排泥管内で閉塞して土砂の排出作業に支障きたしてしま
うばかりか、掘削不能となってしまうという問題があ
る。

【００１０】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、掘削機同志を接合するための空間部への大礫の
通過を防止することでトンネル工事の作業性の向上を図
った地中接合式トンネル掘削機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】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機は、第
１トンネル掘削機を一方向に掘進させると共に第２トン
ネル掘削機を前記第１シールド掘削機の掘進方向反対側
から掘進させて該第１及び第２トンネル掘削機の掘進側
を接合して連続したトンネルを掘削する地中接合式トン
ネル掘削機において、前記第１トンネル掘削機は、筒状
をなす第１掘削機本体と、該第１掘削機本体の前部に回
転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能な第１カッタ
ヘッドと、前記第１掘削機本体内から掘進方向に前方に
突出可能な接合部とを有する一方、前記第２トンネル掘
削機は、筒状をなす第２掘削機本体と、該第２掘削機本
体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能
な第２カッタヘッドと、前記第１トンネル掘削機の接合
部が挿入される空間部と、該空間部を開閉可能な大礫通
過防止枠とを有することを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１３】図１に本発明の一実施形態に係る地中接合
式トンネル掘削機を構成する第２シールド掘削機の正面
視、図２に第２シールド掘削機の側面概略断面、図３に
本実施形態の地中接合式トンネル掘削機を構成する第１
シールド掘削機の側面概略断面、図４に本実施形態の地
中接合式トンネル掘削機の接合状態を表す側面概略断面
を示す。

【００１４】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機
は、図４に示すように、掘削口径の異なる２台のシール
ド掘削機１０，４０によって互いに逆方向から掘削を行
い、これらのトンネル掘削機１０，４０の先端側を接合
して連続したトンネルを掘削するものである。

【００１５】第１シールド掘削機１０は小口径トンネル
を掘削するためのものであり、図１に示すように、円筒
形状をなす掘削機本体１１の前端部にバルクヘッド１２
が固定され、このバルクヘッド１２には前方の地盤を掘
削可能なカッタヘッド１３が装着されている。このカッ
タヘッド１３は円盤形状をなしてバルクヘッド１２に回
転自在に支持され、放射状に固定されたカッタスポーク
１４には多数のカッタビット１５が取付けられている。
このカッタヘッド１３の外周部には複数のスライドスポ
ーク１６が放射方向に沿って移動自在に支持され、移動
ジャッキ１７によって移動可能となっている。そして、
この各スライドスポーク１６には伸縮ジャッキ１８によ
って伸縮自在なコピーカッタ１９が装着されている。

【００１６】また、カッタヘッド１２の後部にはリング
ギヤ２０が固定される一方、掘削機本体１１には駆動モ
ータ２１が装着されており、この駆動モータ２１の駆動
ギヤ２２がリングギヤ２０に噛み合っている。従って、
駆動モータ２１を駆動すると、駆動ギヤ２２の駆動力が
リングギヤ２０を介してカッタヘッド１３に伝達され、
このカッタヘッド１３を回転駆動することができる。

【００１７】掘削機本体１１の後部には円周方向に沿っ
て複数のシールドジャッキ２３が並設されており、この
シールドジャッキ２３が掘進方向後方に伸長して掘削し
たトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメ
ントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１
１、即ち、第１シールド掘削機１０全体を前進すること
ができる。また、掘削機本体１１の後部には図示しない
エレクタ装置が搭載されており、前進した掘削機本体１
１と既設のセグメントとの間の空所に新しいセグメント
を装着してトンネルを構築することができる。なお、カ
ッタヘッド１３とバルクヘッド１２との間のチャンバ２
４には一端がシールド掘削機１０の外部に延設された送
泥管２５及び排泥管２６の他端が開口しており、排泥管
２６の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混
合するアジテータ２７が設置されている。

【００１８】また、掘削機本体１１の内側には格納筒２
８が固定されており、この格納筒２８内には接合部とし
ての内筒２９が掘進方向に沿って移動自在に支持されて
おり、移動ジャッキ３０によって前方に移動可能となっ
ている。この場合、掘削作業時には、格納筒２８の前方
にスライドスポーク１６が位置しており、掘削作業の終
了後に、第１シールド掘削機１０を第２シールド掘削機
４０に接合するとき、移動ジャッキ１７によりスライド
スポーク１６を径方向内方に移動することで、掘削機本
体１１とカッタヘッド１３との間にリング状の開口部を
形成し、移動ジャッキ３０によってこの開口部から内筒
２９を掘進方向前方に押し出すことができる。

【００１９】一方、第２シールド掘削機４０は大口径ト
ンネルを掘削するためのものであり、図１及び図２に示
すように、円筒形状をなす掘削機本体４１の前端部にバ
ルクヘッド４２が固定され、このバルクヘッド４２には
前方の地盤を掘削可能な内側カッタヘッド４３が装着さ
れている。この内側カッタヘッド４３は前述した第１シ
ールド掘削機１０の掘削機本体１１に装着された円筒２
９よりも小径な円盤形状をなしてバルクヘッド４２に回
転自在に支持され、放射状に固定されたカッタスポーク
４４には多数のカッタビット４５が取付けられている。
内側カッタヘッド４３の外周側には所定の間隔（空間部
Ｓ）をあけてリング形状をなす外側カッタヘッド４６が
回転自在に支持されている。この外側カッタヘッド４６
は内径が円筒２９よりも大径な円盤形状をなし、外径が
掘削機本体４１とほぼ同じとなっており、放射状に固定
されたカッタスポーク４７には多数のカッタビット４８
が取付けられている。

【００２０】そして、内側カッタヘッド４３の外周部に
は複数のスライドスポーク４９が放射方向に沿って移動
自在に支持され、移動ジャッキ５０によって移動可能と
なっている。従って、この移動ジャッキ５０を駆動して
各スライドスポーク４９の先端部を空間部Ｓを通して外
側カッタヘッド４６の各連結孔３１に嵌脱することで、
内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との連結
解除を行うことができる。そして、このスライドスポー
ク４９には伸縮ジャッキ５１によって伸縮自在なコピー
カッタ５２が装着されている。また、外側カッタヘッド
４６にも伸縮ジャッキ５３によって伸縮自在なコピーカ
ッタ５４が装着されている。更に、外側カッタヘッド４
６の外周部には転倒防止ジャッキ５５が装着される一
方、掘削機本体４１の先端内周面には横振れ防止リング
５６が固定されている。

【００２１】また、内側カッタヘッド４３の後部にはリ
ングギヤ５７が固定される一方、掘削機本体４１には駆
動モータ５８が装着されており、この駆動モータ５８の
駆動ギヤ５９がリングギヤ５７に噛み合っている。従っ
て、駆動モータ５８を駆動すると、駆動ギヤ５８の駆動
力がリングギヤ５７を介して内側カッタヘッド４３に伝
達され、この内側カッタヘッド４３を回転駆動すること
ができる。

【００２２】掘削機本体４１の後部には円周方向に沿っ
て複数のシールドジャッキ６０が並設されており、この
シールドジャッキ６０が掘進方向後方に伸長して掘削し
たトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメ
ントに押し付けることで、その反力により掘削機本体４
１、即ち、第１シールド掘削機４０全体を前進すること
ができる。また、掘削機本体４１の後部には図示しない
エレクタ装置が搭載されており、前進した掘削機本体４
１と既設のセグメントとの間の空所に新しいセグメント
を装着してトンネルを構築することができる。なお、各
カッタヘッド４３，４６とバルクヘッド４２との間のチ
ャンバ６１には一端がシールド掘削機４０の外部に延設
された送泥管６２及び排泥管６３の他端が開口してお
り、排泥管６３の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水と
を攪拌、混合するアジテータ６４が設置されている。

【００２３】また、前述したように、掘削機本体４１に
おける内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６と
の間には、第１シールド掘削機１０における掘削機本体
１１の内筒２９が進入可能なリング形状の空間部Ｓが形
成されている。そして、バルクヘッド４２にはこの空間
部Ｓに対向してリング形状をなすシール部材６５が固定
されている。また、内側カッタヘッド４３には各スライ
ドスポーク４９の間に位置して複数の大礫通過防止枠６
６が径方向に移動自在に支持され、移動ジャッキ６７に
よって空間部Ｓを開閉自在となっている。

【００２４】この場合、掘削作業時には、スライドスポ
ーク４９がこの空間部Ｓを通して外側カッタヘッド４６
に係止しており、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘ
ッド４６とを一体連結すると共に、移動ジャッキ６７に
より大礫通過防止枠６６が突出して空間部Ｓを閉止する
位置にある。そして、掘削作業の終了後に、第１シール
ド掘削機１０を第２シールド掘削機４０に接合すると
き、スライドスポーク４９がこの空間部Ｓから内側カッ
タヘッド４３内に戻り、内側カッタヘッド４３と外側カ
ッタヘッド４６との連結を解除すると共に、移動ジャッ
キ６７により大礫通過防止枠６６が引き込まれて空間部
Ｓを開放する位置にある。そのため、第１シールド掘削
機１０から押し出された内筒２９がこの空間部Ｓを通し
てチャンバ６１に進入すると、このシール部材６５は内
筒２９の先端部を受け止めてシールすることができる。

【００２５】ここで、上述した第１シールド掘削機１０
と第２シールド掘削機４０による掘削作業、並びに、こ
の第１シールド掘削機１０と第２シールド掘削機４０と
の接合作業について説明する。

【００２６】図３に示すように、第１シールド掘削機１
０にて、まず、駆動モータ２１によりカッタヘッド１３
を回転駆動しながら、複数のシールドジャッキ２３を伸
長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削
機本体１１を前進させると、カッタヘッド１３に取付け
られた多数のカッタビット１５及びコピーカッタ１９に
よって前方の地盤を掘削する。そして、カッタヘッド１
３によって掘削された土砂はチャンバ２４に取り込ま
れ、送泥管２５によって供給された泥水と共にアジテー
タ２７によって攪拌され、排泥管２６によって外部に排
出される。次に、シールドジャッキ２３の何れか一つを
縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形
成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメン
トを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さの
小径トンネルを掘削形成する。

【００２７】一方、図１及び図２に示すように、まず、
この第１シールド掘削機１０の掘進方向前方の反対側に
位置した第２シールド掘削機４０にて、移動ジャッキ５
０を伸長駆動することで、スライドスポーク４９の先端
部を外側カッタヘッド４６の連結孔３１に嵌入し、内側
カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６とを一体に連
結すると共に、移動ジャッキ６７を伸長駆動すること
で、大礫通過防止枠６６を突出して空間部Ｓを閉止す
る。この状態で、駆動モータ５８により各カッタヘッド
４３，４６を回転駆動しながら、複数のシールドジャッ
キ６０を伸長して既設のセグメントへの押し付け反力に
よって掘削機本体４１を前進させると、カッタヘッド４
３，４６に取付けられた多数のカッタビット４５，４８
及びコピーカッタ５２，５４によって前方の地盤を掘削
する。このとき、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘ
ッド４６との間の空間部Ｓは複数のスライドスポーク４
９及び大礫通過防止枠６６によって閉止されているた
め、掘削土砂の通過する隙間が小さくなり、大礫の通過
を防止できる。

【００２８】そのため、カッタヘッド４３，４６によっ
て掘削された土砂は大礫通過防止枠６６の小さい隙間を
通過した細かいものだけチャンバ６１に取り込まれ、送
泥管６２によって供給された泥水と共にアジテータ６４
によって攪拌され、排泥管６３によって外部に排出され
る。従って、排泥管６３が大礫によって閉塞することは
ない。次に、シールドジャッキ６０の何れか一つを縮み
方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成
し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメント
を装着する。この作業の繰り返しによって所定長さの大
径トンネルを掘削形成する。

【００２９】このように第１シールド掘削機１０と第２
シールド掘削機４０とによってそれぞれ小径トンネルと
大径トンネルを掘削し、互いの掘進側が所定距離に接近
すると両者の掘進を停止する。そして、図４に示すよう
に、第２シールド掘削機４０にて、移動ジャッキ５０を
収縮駆動することでスライドスポーク４９を径方向内方
に移動し、先端部を外側カッタヘッド４６の連結孔３１
から抜き取り、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッ
ド４６とを離脱すると共に、移動ジャッキ６７を収縮駆
動することで、大礫通過防止枠６６を引き込んで両者の
間にリング形状の空間部Ｓを形成する。

【００３０】一方、第１シールド掘削機１０にて、移動
ジャッキ１７を収縮駆動することでスライドスポーク１
６を径方向内方に移動し、このスライドスポーク１６と
掘削機本体１１との間にリング形状の空間部を形成す
る。そして、移動ジャッキ３０を伸長駆動して内筒２９
をスライドスポーク１６と掘削機本体１１との間の開口
部から掘進方向前方に押し出す。すると、内筒２９の先
端部は第２シールド掘削機４０における内側カッタヘッ
ド４３と外側カッタヘッド４６との空間部を通してチャ
ンバ６１に進入し、シール部材６５に当接する。この第
２シールド掘削機４０のシール部材６５はこの内筒２９
の先端部を所定の圧力で弾接的に受け止め、シールす
る。

【００３１】このようにして第１シールド掘削機１０と
第２シールド掘削機４０とが止水状態を維持して接合さ
れると、各シールド掘削機１０，４０の各カッタヘッド
１３，４３，４６を解体して外部に搬出すると共に、内
部に残った土砂を排出することで第１シールド掘削機１
０が掘削した小径トンネルと第２シールド掘削機４０が
掘削した大径トンネルを連続することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機によ
れば、第１トンネル掘削機を一方向に掘進させると共に
第２トンネル掘削機を第１シールド掘削機の掘進方向反
対側から掘進させて両者を接合して連続したトンネルを
掘削する地中接合式トンネル掘削機にて、第１トンネル
掘削機を、筒状をなす第１掘削機本体の前部に前方の地
盤を掘削可能な第１カッタヘッドを回転自在に装着し、
この第１掘削機本体内から掘進方向に前方に突出可能な
接合部を設けて構成する一方、第２トンネル掘削機を、
筒状をなす第２掘削機本体の前部に前方の地盤を掘削可
能な第２カッタヘッドを回転自在に装着し、この第１ト
ンネル掘削機の接合部が挿入される空間部を開閉可能な
大礫通過防止枠を設けて構成したので、掘削作業時に
は、空間部に大礫通過防止枠が位置してこれを閉止し、
掘削土砂が通過する隙間を小さくして大礫の通過を防止
することができ、掘削土砂排出作業を円滑に行うこと
で、トンネル工事の作業性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル
掘削機を構成する第２シールド掘削機の正面図である。

【図２】第２シールド掘削機の側面概略断面図である。

【図３】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機を構成
する第１シールド掘削機の側面概略断面図である。

【図４】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機の接合
状態を表す側面概略断面図である。

【図５】従来の地中接合式シールド掘削機の断面図であ
る。

【図６】従来の地中接合式シールド掘削機によるトンネ
ル接合作業を表す断面図である。

【符号の説明】

１０ 第１シールド掘削機 １１ 掘削機本体 １３ カッタヘッド（第１カッタヘッド） １６ スライドスポーク ２３ シールドジャッキ ２９ 内筒（接合部） ３０ 移動ジャッキ ４０ 第２シールド掘削機 ４１ 掘削機本体 ４３ 内側カッタヘッド（第２カッタヘッド） ４６ 外側カッタヘッド（第２カッタヘッド） ４９ スライドスポーク ６０ シールドジャッキ ６５ シール部材 ６６ 大礫通過防止枠 ６７ 移動ジャッキ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１トンネル掘削機を一方向に掘進させ
   ると共に第２トンネル掘削機を前記第１シールド掘削機
   の掘進方向反対側から掘進させて該第１及び第２トンネ
   ル掘削機の掘進側を接合して連続したトンネルを掘削す
   る地中接合式トンネル掘削機において、前記第１トンネ
   ル掘削機は、筒状をなす第１掘削機本体と、該第１掘削
   機本体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削
   可能な第１カッタヘッドと、前記第１掘削機本体内から
   掘進方向に前方に突出可能な接合部とを有する一方、前
   記第２トンネル掘削機は、筒状をなす第２掘削機本体
   と、該第２掘削機本体の前部に回転自在に装着されて前
   方の地盤を掘削可能な第２カッタヘッドと、前記第１ト
   ンネル掘削機の接合部が挿入される空間部と、該空間部
   を開閉可能な大礫通過防止枠とを有することを特徴とす
   る地中接合式トンネル掘削機。