JP2001132395A - トンネル施工方法及びトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル施工方法において、装置の小型軽量
化及び低コスト化を図ると共に作業性の向上を図る。 【解決手段】 施工計画トンネルＴの外周部長手方向を
シールド掘削機１０により掘削しながら鋼枠Ｓを順次組
立てると共に、掘削機本体１１に内蔵する押出ジャッキ
３２，３３によりスライド鋼板Ｃを隣接する鋼枠Ｓの側
面に沿う位置に押し出し、隣接する鋼枠Ｃ同志を相互に
連結する工程を繰り返すことで、施工計画トンネルＴの
外周全面を鋼枠Ｓにより取り囲んだ後、この鋼枠で取り
囲まれた部分の土砂を取り除くことにより大断面のトン
ネルＴを構築する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的大断面のト
ンネルを構築するトンネル施工方法、並びにこのトンネ
ル施工方法に用いられるトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的大断面のトンネルを構築す
る施工方法として、シールド掘削機により断面が矩形の
小トンネルを複数個掘削し、この小トンネルを四角い枠
状に連結して中央部の土砂を排出することで、大断面ト
ンネルを構築する方法が知られている。

【０００３】このトンネル施工方法では、この小トンネ
ル同志の連結工事を容易にするため、シールド掘進機が
小トンネルを掘削するとき、併せて隣接する小トンネル
同士の空間部も掘削し、掘削後にこの空間部にセメント
及び裏込め剤を充填することで、隣接する小トンネル間
の接続工事を行っている。また、隣接する小トンネルの
接続工事を安全に施工するため、矩形に組付けられた小
トンネルの鋼枠に向けて、隣接する小トンネルの鋼枠か
らスライド鋼板を押し出し、隣接する小トンネルの連結
部の両側にこのスライド鋼板を沿わせて固定すること
で、連結工事時の土圧防護及びトンネル連結部の強度部
材とする工法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
トンネル施工方法にあっては、シールド掘進機とは別に
スライド鋼板を圧入するスライド鋼板圧入装置を組み立
てられた鋼枠内に独立して設けており、シールド掘進機
による小トンネル掘削後、つまり、鋼枠を矩形に組付け
て小トンネルを形成した後、既設の小トンネル内に位置
するスライド鋼板圧入装置により隣接する小トンネルの
鋼枠に向けてスライド鋼板を押し出して側部に沿わせる
ようにしていた。

【０００５】そのため、スライド鋼板圧入装置が大掛か
りなものとなり、既設の小トンネル（鋼枠）内に配設す
ると、小トンネル内の作業空間を阻害してしまって他の
作業に支承をきたしてしまう。また、このスライド鋼板
圧入装置では、小トンネル内から外部に位置するスライ
ド鋼板を移動させなければならず、小トンネルを構成す
る鋼枠にスリットを形成し、スライド鋼板圧入装置のア
ームをこのスリットから小トンネルの外方に突出させ、
アーム先端部によりスライド鋼板を保持して移動させて
いる。そのため、作業中にこのスリットを通して外部か
ら掘削土砂や泥水が浸入する虞があるが、これを機械的
に止水することが困難で、別途止水対策を施す必要があ
り、コスト高になってしまう。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ると共に
作業性の向上を図ったトンネル施工方法及びトンネル掘
削機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル施工方法は、施工計画トンネルの
外周部長手方向を掘削機により掘削しながら覆工部材を
順次組立てると共に、該掘削機に内蔵する押出装置によ
り連結部材を隣接する前記覆工部材の側面に沿う位置に
押し出し、隣接する前記覆工部材同志を相互に連結する
工程を繰り返すことで、前記施工計画トンネルの外周全
面を前記覆工部材により取り囲んだ後、該覆工部材で取
り囲まれた部分の土砂を取り除くことにより大断面のト
ンネルを構築することを特徴とするものである。

【０００８】また、本発明のトンネル掘削機は、矩形筒
状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に駆動回転
自在に装着されたカッタヘッドと、前記掘削機本体を前
進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の後部に装着
された既設トンネルの内壁面に覆工部材を組立てるエレ
クタ装置と、前記掘削機本体のテール部の側部に形成さ
れた連結部材の出口用スリットと、前記掘削機本体内に
側方に沿って配設されて前記連結部材を前記出口用スリ
ットから押し出す押出装置とを具えたことを特徴とする
するものである。

【０００９】

【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。

【００１０】図１に本発明の一実施形態に係るトンネル
掘削機としてのシールド掘削機の断面概略、図２に図１
のII−II断面、図３にシールド掘削機に装着された押出
装置としての押出ジャッキの支持構造を表す掘削機本体
の要部断面、図４に連結部材としてのスライド鋼板の出
口用スリットを表す掘削機本体の要部断面、図５に本発
明のトンネル施工方法によって構築された大断面トンネ
ルの概略を示す。

【００１１】本実施形態では、図５に示すように、後述
したシールド掘削機１０を用いて複数の小トンネルＴ
１，Ｔ２，Ｔ３を枠状に掘削形成し、その後、内部の土
砂を排出することで、この内部に大トンネルＴを構築す
る。

【００１２】このシールド掘削機において、図１及び図
２に示すように、掘削機本体１１は矩形筒状をなし、前
端部にバルクヘッド１２が固定され、掘削機本体１１内
への掘削土砂の侵入を阻止している。掘削機本体１１に
はこのバルクヘッド１２を貫通して掘削方向前後に延び
る円筒状の支持フレーム１３が固定されており、この支
持フレーム１３の先端部には支持シャフト１４が固結さ
れ、この支持シャフト１４には、中央に主取付ブラケッ
ト１５が固定され、その両側には副取付ブラケット１６
が固定されている。そして、この主取付ブラケット１５
及び副取付ブラケット１６に、掘進方向にほぼ直交する
横方向に沿った上下一対の水平軸心をもって、上部ドラ
ムカッタ１７と下部ドラムカッタ１８とが回転自在に支
持されており、このドラムカッタ１７，１８とバルクヘ
ッド１２との間にチャンバ１９が形成されている。

【００１３】この上部ドラムカッタ１７及び下部ドラム
カッタ１８はほぼ同様の構成をなし、且つ、それぞれ左
右対称となっており、掘削機本体１１の前方の前面部に
位置している。そして、この上部ドラムカッタ１７及び
下部ドラムカッタ１８にはそれぞれ周方向に沿って所定
間隔をあけてカッタスポーク２０，２１が固定され、各
カッタスポーク２０，２１には多数のカッタビット２
２，２３が取付けられている。この場合、上部ドラムカ
ッタ１７と下部ドラムカッタ１８におけるカッタビット
２２，２３の先端部の回転軌跡は長さＳだけオーバーラ
ップしているが、各カッタビット２２，２３の取付位置
が回転方向でずれているため、カッタビット２２，２３
同志が干渉しないようになっている。そして、各ドラム
カッタ１７，１８は内蔵された駆動モータにより回転駆
動することができる。

【００１４】また、掘削機本体１１の後部内周辺には円
周方向に複数のシールドジャッキ２４が並設されてお
り、このシールドジャッキ２４が掘進方向後方に伸長し
て後述する既設の覆工部材としての鋼枠Ｓに押し付ける
ことで、その反力により掘削機本体１１、即ち、シール
ド掘削機全体を前進することができる。更に、掘削機本
体１１の後部には旋回リング２５が旋回自在に支持さ
れ、この旋回リング２５に昇降台２６が支持され、この
昇降台２６にエレクタ装置２７が支持されており、この
エレクタ装置２７はシールドジャッキ２４によって前進
した掘削機本体１１と既設の鋼枠Ｓとの間の空所に新し
い鋼枠Ｓを装着することができる。なお、掘削機本体１
１に形成されたチャンバ１９には一端がシールド掘削機
の外部に延設された図示しない送泥管及び排泥管の他端
が開口しており、排泥管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が設置されてい
る。

【００１５】ところで、本実施形態にあっては、掘削機
本体１１のテール部３１に、鋼枠Ｓを組み立てて構成し
た隣接する小トンネル同士を強固に連結するための連結
部材としてのスライド鋼板Ｃを圧入するための装置が設
けられている。

【００１６】即ち、図１乃至図３に示すように、テール
部３１は掘削機本体１１とほぼ同断面形状をなし、上部
内面及び下部内面の左右両側には、押出装置としてのそ
れぞれ４本の押出ジャッキ３２，３３がトンネル長手方
向に直交する水平方向に沿って配設されている。この各
押出ジャッキ３２，３３は基端部がテール部３１に固定
されたブラケット３４，３５に連結軸３６，３７により
連結される一方、各駆動ロッド３８，３９の先端部には
圧入アタッチメント４０，４１が連結され、この圧入ア
タッチメント４０，４１にはスライド鋼板Ｃを係止する
切欠４２が形成されている。また、押出ジャッキ３２，
３３に隣接して、この押出ジャッキ３２，３３の圧入ア
タッチメント４０，４１側を鋼枠Ｓの外周面側に押し付
けるスプリングを有する押出ジャッキ押付装置４３，４
４が設けられている。

【００１７】一方、スライド鋼板Ｃは、矩形に組み立て
られた鋼枠Ｓ（小トンネル）の上面及び下面の左右両側
に配設され、ガイド４５によりトンネル長手方向に直交
する水平方向に沿って移動自在に支持されている。即
ち、スライド鋼板Ｃの外側に前述した押出ジャッキ３
２，３３が位置することとなる。また、テール部３１の
左右側部の上部及び下部には、スライド鋼板Ｃに対応し
てこのスライド鋼板Ｃを掘削機本体１１の外方に押し出
すための出口用スリット４６，４７が形成されている。
そして、図４に詳細に示すように、この出口用スリット
４６，４７の周囲にはこのスリット４６，４７から内部
への土砂や泥水の浸入を阻止するための主シール４８
と、補助シール４９，５０が設けられており、この主シ
ール４８及び補助シール４９，５０はほぼ切れ目なく配
設されている。

【００１８】また、テール部３１の左右側部内面には、
それぞれ６つの鋼枠サポートジャッキ５１，５２が設け
られており、この鋼枠サポートジャッキ５１，５２を伸
長することで、テール部３１と鋼枠Ｓとを一体とし、押
出ジャッキ３２，３３によりスライド鋼板Ｃの押出反力
を得ることができるようになっている。更に、図１に
て、テール部３１の内周面には、押出ジャッキ３２，３
３の前側及び後側に位置して主テールシール５３及び補
助テールシール５４とが周方向に連続して装着されてい
る。また、掘削機本体１１の後部には油圧供給源５５が
搭載されており、油圧配管５６を通して各押出ジャッキ
３２，３３に連結されている。なお、この油圧供給源５
５をシールドジャッキ２４やエレクタ装置２７を駆動す
るために使用してもよく、この場合、機外に配管するの
に比べて配管系統が簡素化する。

【００１９】なお、上述の実施形態において、押出ジャ
ッキ３２，３３をテール部３１の上下及び左右のそれぞ
れ４本ずつ設けたのは、押し出すスライド鋼板Ｃの位置
に応じて適正な２本の押出ジャッキ３２，３３を用いれ
ばよいからであり、また、大きな押出力を得るために４
本の押出ジャッキ３２，３３を用いてもよい。そして、
押出ジャッキを所定数だけテール部３１に着脱自在に設
け、必要時に、使用する位置に装着して使用するように
しても良い。更に、押出ジャッキ３２，３３の圧入アタ
ッチメント４０，４１の形状も、スライド鋼板Ｃを確実
に係止して押し出せればよく、切欠４２に限定されるも
のではない。

【００２０】また、この押出ジャッキ３２，３３により
押し出すスライド鋼板Ｃの出口用スリット４６，４７が
形成されている。そして、図４に詳細に示すように、こ
の出口用スリット４６，４７の周囲に、主シール４８及
び補助シール４９，５０を設けることで、内部への土砂
や泥水の浸入を阻止するようにしたが、スライド鋼板Ｃ
を押し出さないときは、出口用スリット４６，４７に図
示しない蓋を設けてもよい。更に、押出ジャッキ押付装
置４３，４４をスプリングを有する構造としたが、油圧
ジャッキとしてもよい。

【００２１】以下、このように構成された本実施形態の
シールド掘削機１０によるトンネル構築作業について説
明する。

【００２２】まず、図１及び図２に示すように、内蔵さ
れた駆動モータにより上下のドラムカッタ１７，１８を
回転駆動しながら、シールドジャッキ２４を所定ストロ
ーク伸長すると、既設の鋼枠Ｓへの押付反力によって掘
削機本体１１が前進し、互いに逆方向に回転駆動するド
ラムカッタ１７，１８が前方の地盤を掘削する。そし
て、シールドジャッキ２４のいずれか一つ、あるいは複
数を収縮し、既設の鋼枠Ｓとの間の空所を形成し、エレ
クタ装置２７がこの空所に新しい鋼枠Ｓを装着する。こ
の作動の繰り返しにより矩形断面のトンネルを連続して
構築することができる。

【００２３】このようなシールド掘削機１０の作動によ
り、図５に示すように、まず、下部の３つのトンネルＴ
１を構築し、続いて左右の３つのトンネルＴ２を構築
し、最後に上部のトンネルＴ３を構築することで、小ト
ンネルＴ１，Ｔ２，Ｔ３を枠状に形成し、その後、内部
の土砂を排出することで、この内部に大トンネル（施工
計画トンネル）Ｔを構築する。

【００２４】このように複数の小トンネルＴ１，Ｔ２，
Ｔ３を隣接して枠状に形成する場合、隣接するトンネル
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３（鋼枠Ｓ）同士をテールボイドＢで接
合すると共に、スライド鋼板Ｃにより強度を向上させ
る。

【００２５】即ち、図２及び図３に示すように、ドラム
カッタ１７，１８により前方の地盤を掘削して掘削機本
体１１が前進すると共に、エレクタ装置２７が鋼枠Ｓを
組み付けていく。この作業の後に、図示しないボイド充
填装置により隣接するトンネルＴ１，Ｔ２，Ｔ３（鋼枠
Ｓ）のテールボイドＢに裏込め材を充填して両者を接合
する。また、鋼枠Ｓの外側に予め用意されたスライド鋼
板Ｃに対して対応する押出ジャッキ３２，３３を伸長
し、圧入アタッチメント４０，４１を介してスライド鋼
板Ｃを移動し、このスライド鋼板Ｃを出口用スリット４
６，４７を通してテール部３１の外部に押し出す。する
と、スライド鋼板Ｃは、図５に示すように、隣接するト
ンネルＴ１，Ｔ２，Ｔ３（鋼枠Ｓ）の両側に圧入され、
図示しない締結装置によりスライド鋼板ＣとトンネルＴ
１，Ｔ２，Ｔ３の鋼枠Ｓとをボルトまたは溶接等により
締結する。この作業を枠状のトンネルＴ１，Ｔ２，Ｔ３
全て二わたって実施する。

【００２６】なお、上述の実施形態では、各トンネルＴ
１，Ｔ２，Ｔ３の断面形状が異なっているが、これは断
面形状の異なる複数のシールド掘削機を同時、または時
間差をつけて作動した場合について説明したものであ
る。本発明では、この実施形態に限らず、各トンネルＴ
１，Ｔ２，Ｔ３を同じ断面形状で構築することも可能で
ある。

【００２７】このように本実施形態のシールド掘削機１
０を用いたトンネル施工方法にあっては、従来の方法に
比べて以下に示す作用効果を奏することができる。

【００２８】(1) スライド鋼板Ｃを押し出す押出ジャッ
キ３２，３３を掘削機本体１１のテール部に内蔵したの
で、押出反力を掘削機本体１１自体が確実に受け止める
ことができ、押出ジャッキ３２，３３の周辺構造を小型
軽量化できると共に低コスト化できる。 (2) 押出ジャッキ３２，３３をスライド鋼板Ｃと対応す
るテール部の内面に装着したので、圧入アタッチメント
４０，４１の支持構造が容易となる。 (3) 押出ジャッキ３２，３３等の前後に主テールシール
５３及び補助テールシール５４を設けたので、スライド
鋼板Ｃや押出ジャッキ３２，３３等がほぼ止水された環
境内に配設されることとなり、作業の安全性が向上す
る。 (4) スライド鋼板Ｃをガイド４５により鋼枠Ｓの外周面
に移動自在に支持したので、所定の位置に容易に圧入す
るできる。 (5) 押出ジャッキ３２，３３の圧入アタッチメント４
０，４１側を鋼枠Ｓの外周面側に押し付ける押出ジャッ
キ押付装置４３，４４を設けたので、圧入アタッチメン
ト４０，４１のセットが容易となる。 (6) スライド鋼板Ｃを外部に押し出すスリット４６，４
７をテール部３１の両側に設け、このスリット４６，４
７を被覆する主シール４８及び補助シール４９，５０を
設けたので、土砂や泥水の浸入を確実に阻止することが
できると共に、各位置で押出ジャッキ３２，３３を共用
することで低コスト化が図れる。

【００２９】なお、上述の実施形態では、トンネルの覆
工部材を鋼枠ＳとしてトンネルＴ１，Ｔ２，Ｔ３を構築
したが、覆工部材としては、ＲＣセグメントなどを用い
てもよい。また、連結部材としてスライド鋼板Ｃを用い
たが、これと同等の強度、機能を有する部材であっても
よい。更に、押出装置として押出ジャッキ３２，３３を
用いたが、モータ等を利用してもよい。また、掘削機本
体の前部に装着されたカッタをドラムカッタ１７，１８
としたが、円盤状のカッタヘッドであってもよい。

【００３０】

【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の発明のトンネル施工方法によれば、施
工計画トンネルの外周部長手方向を掘削機により掘削し
ながら覆工部材を順次組立てると共に、掘削機に内蔵す
る押出装置により連結部材を隣接する覆工部材の側面に
沿う位置に押し出し、隣接する覆工部材同志を相互に連
結する工程を繰り返すことで、施工計画トンネルの外周
全面を覆工部材により取り囲んだ後、覆工部材で取り囲
まれた部分の土砂を取り除くことにより大断面のトンネ
ルを構築するようにしたので、トンネルの構築作業を連
続して実施することができ、特に、覆工部材の組み立て
作業に平行して覆工部材の連結作業を行うことができ、
且つ、この作業も掘削機内で行うことができ、作業性及
び安全性を向上することができる。

【００３１】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
よれば、矩形筒状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自
在なカッタを装着し、推進ジャッキによって掘削機本体
を前進可能とし、掘削機本体の後部に既設トンネルの内
壁面に覆工部材を組立てるエレクタ装置を設け、掘削機
本体のテール部の側部に連結部材の出口用スリットを形
成し、押出装置により連結部材を出口用スリットから押
し出し可能としたので、従来のように大掛かりな連結部
材の圧入装置を用いる必要はなく、装置の小型軽量化及
び低コスト化を図ることができると共に、トンネル内に
大きなスペースが確保でき、作業性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機とし
てのシールド掘削機の断面概略図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】シールド掘削機に装着された押出ジャッキの支
持構造を表す掘削機本体の要部断面図である。

【図４】スライド鋼板の出口用スリットを表す掘削機本
体の要部断面図である。

【図５】本発明のトンネル施工方法によって構築された
大断面トンネルの概略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １７，１８ ドラムカッタ（カッタ） ２４ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ２７ エレクタ装置 ３１ テール部 ３２，３３ 押出ジャッキ（押出装置） ４０，４１ 圧入アタッチメント ４２ 切欠 ４３，４４ 押出ジャッキ押付装置 ４６，４７ スリット ５１，５２ 鋼枠サポートジャッキ Ｓ 鋼枠（覆工部材） Ｃ スライド鋼板（連結部材） Ｔ 施工計画トンネル

フロントページの続き (72)発明者 多田 幸司 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 吉沢 武久 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 宇佐美 彰 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 柳楽 毅 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 松下 清一 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 谷口 徹 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 高橋 潤 東京都中央区京橋一丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AB05 AC01 AD19 AD20 BA03 2D055 BA01 BB03 DA11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 施工計画トンネルの外周部長手方向を掘
   削機により掘削しながら覆工部材を順次組立てると共
   に、該掘削機に内蔵する押出装置により連結部材を隣接
   する前記覆工部材の側面に沿う位置に押し出し、隣接す
   る前記覆工部材同志を相互に連結する工程を繰り返すこ
   とで、前記施工計画トンネルの外周全面を前記覆工部材
   により取り囲んだ後、該覆工部材で取り囲まれた部分の
   土砂を取り除くことにより大断面のトンネルを構築する
   ことを特徴とするトンネル施工方法。
2. 【請求項２】 矩形筒状をなす掘削機本体と、該掘削機
   本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタと、前記
   掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本
   体の後部に装着された既設トンネルの内壁面に覆工部材
   を組立てるエレクタ装置と、前記掘削機本体のテール部
   の側部に形成された連結部材の出口用スリットと、前記
   掘削機本体内に側方に沿って配設されて前記連結部材を
   前記出口用スリットから押し出す押出装置とを具えたこ
   とを特徴とするトンネル掘削機。