JP2002061485A - 土留壁の掘削工法及びトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土留壁の掘削工法及びトンネル掘削機におい
て、掘削機の立坑発進時に確実に所定形状の発進口を掘
削して作業性並びに安全性の向上を図る。 【解決手段】 発進立坑５１内にて、シールド掘削機の
カッタヘッド１５及び円盤カッタ３８を回転させなか
ら、複数のシールドジャッキ２９を伸長して掘削機本体
１１を前進させることで、カッタヘッド１５が土留壁５
４における発進口５７を掘削する一方、円盤カッタ３８
が土留壁５４における貫通孔５６を掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発進立坑などに設
けられた土留壁などを掘削する土留壁の掘削工法、並び
にトンネルボーリングマシンやシールドマシンなどのト
ンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シールド掘削機は、円筒形状を
なす掘削機本体の前部に駆動回転可能な円盤形状をなす
カッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッド
にはカッタビットが多数取付けられる一方、後部には掘
削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着さ
れると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み
付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従っ
て、カッタヘッドを回転させながらシールドジャッキを
伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘
削機本体が前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削
し、トンネルを形成することができる。

【０００３】このようなシールド掘削機を用いて所定の
位置にトンネルを構築する場合、発進立坑と到達立坑を
予め掘削しておき、発進立坑内にシールド掘削機を搬入
し、この発進立坑内で掘削反力確保した状態で、発進口
から地山へ貫入して所定のルートに沿って掘削を行う。
そして、シールド掘削機が到達立坑まで掘進すると、予
め形成された到達口よりシールド本体を到達立坑内に引
き出す。このようにして所定の位置にトンネルを構築す
る。

【０００４】ところで、このようなシールド掘削機によ
るトンネル掘削作業において、発進立坑からのシールド
掘削機の発進時には、事前に発進口の開口作業を行う必
要がある。この場合、地山の崩壊、路面の陥没などを防
止するため、一般には、発進口の周辺地盤を薬液注入に
より地盤改良を行っていた。しかし、地盤の改良を行う
ために使用する薬液などに費用がかかって不経済である
と共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くな
い。そのため、最近では、立坑における発進口の形成位
置に所定厚さの仮壁を形成しておき、この仮壁をシール
ド掘削機のカッタヘッドが直接掘削することで、周辺地
盤の改良を不要としたものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シールド掘
削機は、カッタヘッドの回転により前方の地盤を掘削し
ながら前進する一方、エレクタ装置が既設トンネルの内
壁面にセグメントをリング状に組み付けてトンネルを構
築していくが、セグメントは掘削機本体の内側で組み立
てるために既設トンネルの内壁面とリング状の既設セグ
メントの外周面との間には隙間が発生する。そのため、
掘削機本体の外周部には裏込め注入装置が設けられてお
り、この裏込め注入装置が既設トンネルと既設セグメン
トとの隙間にモルタルやコンクリートなどを注入して既
設セグメントを早期に安定させるようにしている。

【０００６】このようにシールド掘削機の本体外周部に
は外方に突出するように裏込め注入装置が設けられてい
ることから、前述した発進立坑からのシールド掘削機の
発進時には、立坑の仮壁に対して掘削機本体と同形の発
進口を形成すると共に、裏込め注入装置に対応して補助
口を形成する必要がある。この場合、カッタヘッドは発
進口は形成できるものの、補助口を形成することはでき
ず、事前に別の工具により補助口を形成せざるをえな
い。ところが、立坑の仮壁には地山から大きな土圧を受
けており、事前に補助口を形成することで強度が低下し
てしまい、発進立坑内に倒壊してしまう虞がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネル掘削機の発進時に確実に所定形状の発
進口を掘削して作業性並びに安全性の向上を図った土留
壁の掘削工法及びトンネル掘削機を提供することを目的
とする。

【０００８】

【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の発明の土留壁の掘削工法は、掘削機本体
の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、外周
部に裏込め注入部が設けられたトンネル掘削機におい
て、トンネル内の土留壁に対向して前記トンネル掘削機
を配置し、該トンネル掘削機の前進時に、回転する前記
カッタヘッドにより該土留壁における前記掘削機本体に
対応した部分を掘削すると同時に、前記掘削機本体の外
周部に設けられた円盤カッタにより前記土留壁における
前記裏込め注入部に対応した部分を掘削することを特徴
とするものである。

【０００９】また、請求項２の発明のトンネル掘削機
は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推
進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に
装着されたカッタヘッドと、既設トンネルの壁面に沿っ
て覆工部材をリング状に組立てるエレクタ装置と、前記
掘削機本体の外周部に設けられた裏込め注入部と、前記
掘削機本体の外周部に該裏込め注入部に対応して出没自
在に設けられて掘進方向に沿った回転軸心を有する円盤
カッタとを具えたことを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項３の発明のトンネル掘削機で
は、前記円盤カッタは前記推進ジャッキの前部に配設さ
れたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項４の発明のトンネル掘削機で
は、前記掘削機本体における前記裏込め注入部の前方に
ハウジングが形成され、該ハウジング内に前記円盤カッ
タが外方に出没自在に装着されると共に、前記ハウジン
グに掘削物排出管が連結されたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項５の発明のトンネル掘削機で
は、前記カッタヘッド及び前記円盤カッタの前面部に同
種の土留壁掘削用カッタビットが装着されたことを特徴
としている。

【００１３】

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

【００１４】図１に本発明の一実施形態に係るシールド
掘削機の概略断面、図２にシールド掘削機の正面視、図
３に円盤カッタの側面視、図４に図３のIV−IV断面、図
５及び図６にシールド掘削機のよる立坑発進時の動作を
表す概略を示す。

【００１５】本実施形態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は円筒形状を
なす前胴１１ａと後胴１１ｂとが球面軸受１２によって
屈曲自在に連結され、複数の中折れジャッキ１３によっ
て屈曲可能となっている。この掘削機本体１１の前胴１
１ａの前部には軸受１４によってカッタヘッド１５が回
転自在に装着されている。このカッタヘッド１５は、放
射状に設けられた複数のカッタスポーク１６と面板１７
とを有し、地盤掘削用の多数のカッタビット１８と、後
述する土留壁掘削用のカッタビット１９が装着されると
共に、掘削土砂取込用開口２０が形成されている。

【００１６】一方、このカッタヘッド１５の後部にはリ
ングギア２１が固定される一方、前胴１１ａには旋回モ
ータ２２が取付けられ、この旋回モータ２２の駆動ギア
２３がこのリングギア２１に噛み合っている。従って、
旋回モータ２２を駆動して駆動ギア２３を回転駆動する
と、リングギア２１を介してカッタヘッド１５を回転す
ることができる。

【００１７】また、前胴１１ａにはカッタヘッド１５の
後方に位置してバルクヘッド２４が取付けられており、
カッタヘッド１５とこのバルクヘッド２４との間にチャ
ンバ２５が形成されている。そして、このチャンバ２５
には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管２
６及び排泥管２７の他端が開口しており、排泥管２７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２８が装着されている。

【００１８】更に、掘削機本体１１の後胴１１ｂの前部
内周辺にはシールドジャッキ２９が周方向に沿って複数
並設されており、このシールドジャッキ２９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既
設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘
削機本体１１を前進することができる。また、この後胴
１１ｂには支持部材３０によって旋回リング３１が旋回
自在で、駆動モータ３２により旋回可能となっており、
この旋回リング３１にセグメントＳを組立てるエレクタ
装置３３が装着されている。

【００１９】また、掘削機本体１１の後胴１１ｂの外周
部には既設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外壁
面との隙間に裏込め材を注入する裏込め注入装置３４が
設けられている。この裏込め注入装置３４は、後胴１１
ｂの外周上部に２箇所突出部３５が掘進方向に沿って形
成され、この突出部３５内に注入管３６が配設され、基
端部が連結管３７を介して前胴１１ａ内に延出して図示
しない裏込め材供給装置に連結される一方、先端部が既
設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外壁面との隙
間に開口して構成されている。この場合、裏込め材とし
ては、例えば、モルタルやコンクリートなどが使用され
る。

【００２０】ところで、このようなシールド掘削機を用
いてトンネルを構築する場合、発進立坑と到達立坑を予
め掘削しておき、発進立坑内にシールド掘削機を搬入
し、この発進立坑内に形成した発進口から地山へ貫入し
て所定のルートに沿って到達立坑までトンネルを掘削す
る。この場合、本実施形態では、発進立坑における発進
口の形成位置に所定厚さの土留壁を形成しておき、この
土留壁をシールド掘削機のカッタヘッド１５が直接掘削
することで、発進口を形成するようにしており、前述し
たように、カッタヘッド１５に地盤掘削用のカッタビッ
ト１８と土留壁掘削用のカッタビット１９を多数装着し
ている。

【００２１】また、このカッタヘッド１５は掘削機本体
１１の外径よりやや大きめの円形断面を掘削可能である
が、裏込め注入装置３４の突出部３５が貫通する部分ま
で掘削することができない。そこで、本実施形態では、
掘削機本体１１の外周部に円盤カッタ３８が出没自在に
設けられており、この円盤カッタ３８は裏込め注入装置
３４の突出部３５に対応した位置に２つ配設されてい
る。

【００２２】即ち、図３及び図４に示すように、掘削機
本体１１の前胴１１ａには裏込め注入装置３４の突出部
３５に対応してその前部には収納開口３９が形成され、
開閉ジャッキ４０によりシャッタ４１を移動することで
開閉可能となっている。また、この収納開口３９のフラ
ンジ部３９ａには箱型のハウジング４２が掘削機本体１
１の径方向に沿って移動自在に支持されており、移動ジ
ャッキ４３により移動可能となっている。そして、この
ハウジング４２内に取付けられたギヤケース４４内で駆
動モータ４５の駆動ギヤ４６と中間ギヤ４７と円盤カッ
タ３８の従動ギヤ４８が噛み合っている。この円盤カッ
タ３８は、カッタヘッド１５と同様に、掘進方向に沿っ
た回転軸心を有し、前面部に土留壁掘削用のカッタビッ
ト１９と同種の土留壁掘削用のカッタビット４９が固定
されると共に、外周部に側面保護ビット５０が取付けら
れている。

【００２３】従って、開閉ジャッキ４０によりシャッタ
４１を移動して収納開口３９を開けた状態で、移動ジャ
ッキ４３を収縮すると、ハウジング４２が移動し、円盤
カッタ３８を収納開口３９から掘削機本体１１の外方に
突出することができ、この状態で、駆動モータ４５を駆
動すると、駆動力が駆動ギヤ４６、中間ギヤ４７、従動
ギヤ４８を介して円盤カッタ３８に伝達され、この円盤
カッタ３８を回転することができる。

【００２４】ここで、このように構成された本実施形態
のシールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明
する。

【００２５】トンネルを掘削形成するには、図５(ａ)に
示すように、まず、掘削開始位置に所定の深さまで発進
立坑５１を掘削し、この発進立坑５１内に受台５２と反
力受け設備５３を設置すると共に、発進口の形成位置に
対応して土留壁５４を形成する。この土留壁５４は炭素
繊維強化複合材料製のストランドまたはロッドを補強筋
とした新素材コンクリートであって、カッタヘッド１５
に装着された土留壁掘削用のカッタビット１９により掘
削可能となっている。そして、シールド掘削機をこの発
進立坑５１内に搬入し、受台５２上に載置して所定の向
きに位置決めし、掘削機本体１１と反力受け設備５３と
の間にセグメントＳを仮組みする。

【００２６】このように発進立坑５１内にシールド掘削
機がセットされると、図５(ｂ)に示すように、旋回モー
タ２２によってカッタヘッド１５を回転させながら、複
数のシールドジャッキ２９を伸長して既設セグメントＳ
への押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させ、
カッタヘッド１５を土留壁５４に接近させる。同時に、
開閉ジャッキ４０によりシャッタ４１を移動して収納開
口３９を開け、移動ジャッキ４３を収縮してハウジング
４２が移動することで、円盤カッタ３８を収納開口３９
から掘削機本体１１の外方に突出させる。

【００２７】そして、図６(ａ)に示すように、カッタヘ
ッド１５を回転させたままで、駆動モータ４５を駆動し
て円盤カッタ３８を回転し、この状態でシールドジャッ
キ２９を伸長して掘削機本体１１を前進させ、主として
土留壁掘削用のカッタビット１９により土留壁５４を掘
削して発進口５７を形成し、続いて円盤カッタ３８が土
留壁５４に接近して土留壁掘削用のカッタビット４９及
び側面保護ビット５０によって土留壁５４を掘削して発
進口５７に連通する貫通孔５６を形成する。

【００２８】この作動を継続、つまり、カッタヘッド１
５及び円盤カッタ３８を回転させなから、複数のシール
ドジャッキ２９を伸長して掘削機本体１１を前進させる
ことで、土留壁５４における発進口５７及び貫通孔５６
が形成される。そして、図６(ｂ)に示すように、円盤カ
ッタ３８により土留壁５４を貫通する貫通孔５６が形成
されたら、駆動モータ４５による円盤カッタ３８の回転
を停止し、移動ジャッキ４３を伸長して円盤カッタ３８
を収納開口３９内に収納すると共に、開閉ジャッキ４０
によりシャッタ４１を移動して収納開口３９を閉じる。
その後、カッタヘッド１５の主として地盤掘削用のカッ
タビット１８により前方の地盤を掘削し、掘削された土
砂はチャンバ２５内に取り込まれ、送泥管２６からの送
水と共に排泥管２７から外部に排出される。一方、エレ
クタ装置３３がセグメントＳを継続して組み立ててい
く。

【００２９】この作業の繰り返しによって所定長さのト
ンネルを掘削形成し、図示しない到達立坑に連通させ
る。

【００３０】このように本実施形態のトンネル掘削機に
あっては、発進立坑５１内にシールド掘削機を搬入し、
カッタヘッド１５及び円盤カッタ３８を回転させなか
ら、複数のシールドジャッキ２９を伸長して掘削機本体
１１を前進させることで、カッタヘッド１５が土留壁５
４における発進口５７を掘削する一方、円盤カッタ３８
が土留壁５４における貫通孔５６を掘削するようにして
いる。従って、別途、土留壁掘削用の工具が不要となる
と共に、この工具により事前に土留壁を掘削する必要が
なくなり、作業効率が幸治要すると共に、作業の安全性
が確保される。

【００３１】なお、上述の実施形態において、円盤カッ
タ３８をシールドジャッキ２９の前部に設けたが、装着
位置はここに限定されるものではなく、裏込め注入装置
３４の突出部３５の前方であればよい。

【００３２】また、本実施形態では、発進立坑５１の土
留壁５４を掘削する場合に適用したが、既設トンネル内
から新設のトンネルを掘削する場合に、既設トンネルに
設けられた土留壁を掘削する場合にも適用できる。

【００３３】更に、上述の実施形態では、本発明のトン
ネル掘削機を、カッタヘッド１５にカッタビット１８，
１９を装着したシールド掘削機として説明したが、ディ
スクカッタを設けたトンネルボーリングマシンに適用す
ることもできる。更に、本発明のトンネル掘削機を泥水
式シールド掘削機として説明したが、泥土圧式シールド
掘削機としてもよく、この場合、送水管、排水管、アジ
テータに代えてスクリューコンベヤを用いればよい。

【００３４】

【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の発明の土留壁の掘削工法によれば、ト
ンネル内の土留壁に対向してトンネル掘削機を配置し、
トンネル掘削機の前進時に、回転するカッタヘッドによ
り土留壁における掘削機本体に対応した部分を掘削する
と同時に、掘削機本体の外周部に設けられた円盤カッタ
により土留壁における裏込め注入部に対応した部分を掘
削するようにしたので、土留壁における掘削機本体の対
応部分と裏込め注入部の対応部分とを同時に掘削するこ
ととなり、別途、土留壁掘削用の工具が不要となると共
に、この工具により事前に土留壁を掘削する必要がなく
なり、トンネル掘削機の発進時に確実に所定形状の発進
口を掘削して作業性並びに安全性の向上を図ることがで
きる。

【００３５】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
よれば、筒状の掘削機本体を推進ジャッキにより前進可
能とし、掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッ
ドを装着すると共に、既設トンネルの壁面に沿って覆工
部材をリング状に組立てるエレクタ装置と、掘削機本体
の外周部に設けられた裏込め注入部と、掘削機本体の外
周部に裏込め注入部に対応して出没自在に設けられて掘
進方向に沿った回転軸心を有する円盤カッタを設けたの
で、土留壁における掘削機本体の対応部分と裏込め注入
部の対応部分とを同時に掘削することとなり、別途、土
留壁掘削用の工具が不要となると共に、この工具により
事前に土留壁を掘削する必要がなくなり、トンネル掘削
機の発進時に確実に所定形状の発進口を掘削して作業性
並びに安全性の向上を図ることができる。

【００３６】請求項３の発明のトンネル掘削機によれ
ば、円盤カッタを推進ジャッキの前部に配設したので、
装置のコンパクト化を図ることができる。

【００３７】請求項４の発明のトンネル掘削機によれ
ば、掘削機本体における裏込め注入部の前方にハウジン
グを形成し、このハウジング内に円盤カッタが外方に出
没自在に装着されると共に、ハウジングに掘削物排出管
を連結したので、既存の施設で土留壁の掘削物を確実に
排出することができる。

【００３８】請求項５の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタヘッド及び円盤カッタの前面部に同種の土留
壁掘削用カッタビットを装着したので、土留壁における
掘削機本体の対応部分と裏込め注入部の対応部分とを同
種のカッタにより掘削することとなり、カッタの共用化
を図ってコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘削機の概
略断面図である。

【図２】シールド掘削機の正面図である。

【図３】円盤カッタの側面図である。

【図４】図３のIV−IV断面図である。

【図５】シールド掘削機のよる立坑発進時の動作を表す
概略図である。

【図６】シールド掘削機のよる立坑発進時の動作を表す
概略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １５ カッタヘッド １８ 地盤掘削用の多数のカッタビット １９ 土留壁掘削用のカッタビット ２２ 旋回モータ ２９ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ３３ エレクタ装置 ３４ 裏込め注入装置 ３５ 突出部 ３８ 円盤カッタ ３９ 収納開口 ４２ ハウジング ４３ 移動ジャッキ ４５ 駆動モータ ４９ 土留壁掘削用のカッタビット ５１ 発進立坑（トンネル） ５４ 土留壁 ５５ ドリル ５６ 貫通孔 ５７ 発進口

フロントページの続き (72)発明者 津田 充徳 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 川嶋 潤二 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 (72)発明者 阿部 茂木 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 (72)発明者 梶山 雅生 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AC05 AD19 AD22 BA03 BA25 BB02 BB05 CA01 DA12 EA01 EA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動
   回転可能に装着され、外周部に裏込め注入部が設けられ
   たトンネル掘削機において、トンネル内の土留壁に対向
   して前記トンネル掘削機を配置し、該トンネル掘削機の
   前進時に、回転する前記カッタヘッドにより該土留壁に
   おける前記掘削機本体に対応した部分を掘削すると同時
   に、前記掘削機本体の外周部に設けられた円盤カッタに
   より前記土留壁における前記裏込め注入部に対応した部
   分を掘削することを特徴とする土留壁の掘削工法。
2. 【請求項２】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
   進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動
   回転可能に装着されたカッタヘッドと、既設トンネルの
   壁面に沿って覆工部材をリング状に組立てるエレクタ装
   置と、前記掘削機本体の外周部に設けられた裏込め注入
   部と、前記掘削機本体の外周部に該裏込め注入部に対応
   して出没自在に設けられて掘進方向に沿った回転軸心を
   有する円盤カッタとを具えたことを特徴とするトンネル
   掘削機。
3. 【請求項３】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記円盤カッタは前記推進ジャッキの前部に配設さ
   れたことを特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記掘削機本体における前記裏込め注入部の前方に
   ハウジングが形成され、該ハウジング内に前記円盤カッ
   タが外方に出没自在に装着されると共に、前記ハウジン
   グに掘削物排出管が連結されたことを特徴とするトンネ
   ル掘削機。
5. 【請求項５】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記カッタヘッド及び前記円盤カッタの前面部に同
   種の土留壁掘削用カッタビットが装着されたことを特徴
   とするトンネル掘削機。