JP2002242585A - トンネル築造方法及びそれに用いるシールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分
な土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トン
ネル及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮
及び工費の節減を図るトンネル築造方法を提供する。 【解決手段】 標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタ２
と、シールド本体３の外側部にあるスキンプレート５
と、スキンプレート５から拡幅方向に出没可能とされた
拡幅部材６と、を備えたシールド掘削機１を用いて、前
記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するとともに、スキンプ
レート５あるいは拡幅部材６の内側に、標準坑用と拡幅
坑用のセグメントを順次施工していき、標準トンネルと
拡幅トンネルの双方を築造するトンネル築造方法であっ
て、拡幅トンネルの築造を開始する際に、スキンプレー
ト５あるいは拡幅部材６と標準坑用のセグメントとの間
をふさぎ、且つ各々の覆工材同士を接続する境界部材２
０を設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、標準坑と拡幅坑の
双方を掘進可能なシールド掘削機を用いて、標準トンネ
ルと拡幅トンネルの双方を築造する、トンネルの築造方
法及びこれに用いるシールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド工法においては、シー
ルド掘削機に設けられた押圧ジャッキ等の推進装置を用
いて、後方に順次覆工されたセグメント（覆工材）を押
圧し、その反力をシールド掘削機の推力として、掘進し
ながらシールドトンネルを築造していく。こうしたシー
ルドトンネルは、とりわけ都市部における道路や鉄道等
のトンネル築造において重要性が増してきており、ます
ます長距離掘進、大深度化が求められている。シールド
トンネルでは、その途中で部分的に拡幅されたトンネル
が必要となることが多い。例えば地下鉄等の鉄道トンネ
ルの場合は５００ｍ〜１０００ｍ毎に駅部を設けなけれ
ばならず、また道路トンネルの場合は約５００ｍ毎に非
常駐車帯を設けなければならない、といった事情等によ
るものである。従来、トンネル内に拡幅部を築造する方
法としては、開削工法、所定断面をなす標準坑のシール
ドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して
拡幅坑を掘削・覆工する工法、あるいは拡幅坑専用のシ
ールド掘削機を用いる工法、等が実施されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】開削工法においては、
地上用地を長期間占有するなど、周辺環境に与える影響
が大きく、工事が非常に大規模となってしまう。また、
シールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り
外して拡幅坑を掘進・覆工する工法においては、一旦覆
工したセグメントを取り外すために無駄が多いととも
に、土水圧に対する地盤改良を必要とする。更に、拡幅
坑専用のシールド掘削機を用いる工法においては、シー
ルド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴わな
ければならない。このように従来の方法では、多大な労
力、工費を要するとともに、工期の長期化を招く結果と
なっていた。

【０００４】こうしたことから、最近では、シールド掘
削機に拡幅・縮小可能なコピーカッタを設けるととも
に、シールド掘削機のスキンプレートの側部を拡幅する
ことで標準坑及び拡幅坑を同時に掘進・覆工する工法が
試みられている。この工法では、スキンプレートの側部
を拡幅・縮小させて、その内側に、標準坑用のセグメン
ト及び拡幅坑用のセグメントを覆工していき、標準トン
ネル及び拡幅トンネルを築造していく。この場合、標準
トンネルと拡幅トンネルとの境目における止水方法につ
いては、課題が残っていた。すなわち、スキンプレート
の側部を拡大・縮小させるとほぼ同時に、境目を構成す
る特殊形状の専用セグメントを覆工させるのであるが、
こうした複雑な作業を行う際に、摺動部分の隙間から、
シールド掘削機あるいはセグメントの内部に水や土砂が
侵入してくることがあった。特に、水圧や土圧が高くな
る環境下、例えば大深度下においては、侵入してくる水
や土砂は多量となる。その結果、こうした多量の水や土
砂を頻繁に地上側へと排出しなければならず、こうした
作業に多大な労力や時間を要することとなっていた。特
に大深度下では、地上までの距離が長くなることで、非
常に困難な作業が伴うこととなり、結果的に工期の長期
化あるいは工費の高騰化を招いていた。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂
侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及
び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工
費の節減を図ることができるトンネル築造方法を提供す
ること、を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準
坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シールド本体の
外側部にある筒状のスキンプレートと、該スキンプレー
トの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出
没可能とされた拡幅部材と、を備えたシールド掘削機を
用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進するととも
に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材の内側
に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工していき、
標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネル
築造方法であって、前記拡幅トンネルの築造を開始する
際に、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材と前記
標準坑用覆工材との間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材
同士を接続する境界部材を設けることを特徴とする。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のトンネル築造方法であって、前記境界部材は、前記標
準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１
の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動
可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突
出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とす
る。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅ト
ンネルの築造を開始する直前に設けられる標準坑用覆工
材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部
材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とす
る。

【０００９】請求項４に記載の発明は、シールド本体の
前部に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進す
るカッタと、前記シールド本体の外側部にある筒状のス
キンプレートと、該スキンプレートの少なくとも一部を
構成し前記拡幅坑の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部
材と、を備えたシールド掘削機を用いて、前記標準坑及
び前記拡幅坑を掘進するとともに、前記スキンプレート
あるいは前記拡幅部材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の
覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅トンネ
ルの双方を築造するトンネル築造方法であって、前記拡
幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプレート
あるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との間をふ
さぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材を
設けることを特徴とする。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のトンネル築造方法であって、前記境界部材は、前記拡
幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、該第１
の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対して摺動
可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向けて突
出する第２の仕切板と、を備えていることを特徴とす
る。

【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項４又は請
求項５に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅ト
ンネルの築造を終了する直前に設けられる拡幅坑用覆工
材の外周には、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部
材に当接する止水部材が設けられていることを特徴とす
る。

【００１２】請求項７に記載の発明は、標準坑用と拡幅
坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅
トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘
削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断
面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シー
ルド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該ス
キンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡
幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるととも
に、前記拡幅部材を突出させる際には、前記スキンプレ
ートあるいは前記拡幅部材と標準坑用覆工材との間をふ
さぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が
備えられることを特徴とする。

【００１３】請求項８に記載の発明は、標準坑用と拡幅
坑用の覆工材を順次施工していき、標準トンネルと拡幅
トンネルの双方を築造するときに用いられるシールド掘
削機であって、シールド本体の前部に支持され、所定断
面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シー
ルド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該ス
キンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡
幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えるととも
に、前記拡幅部材を没入させる際には、前記スキンプレ
ートあるいは前記拡幅部材と拡幅坑用覆工材との間をふ
さぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が
備えられることを特徴とする。

【００１４】このように、境界部材を用いて、スキンプ
レートあるいは拡幅部材と覆工材との間をふさぎ、且つ
各々の覆工材同士を接続するようにしているので、トン
ネルの拡幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機
あるいは覆工材の内部への水や土砂の侵入を効果的に抑
制することができる。そのため、水圧や土圧の高い環境
下においても、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易に行
うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル築造
方法の実施の形態について、図１乃至図１７を用いて説
明する。まず、シールド掘削機について説明する。この
シールド掘削機１は、図１及び図２に示すように、シー
ルド本体３の前部に支持され、所定断面積の標準坑と拡
幅坑とを掘進するカッタ２と、シールド本体３の外側部
にある筒状のスキンプレート５と、スキンプレート５に
備えられた拡幅部材６と、を備えている。

【００１６】カッタ２は、略円盤形状をなしカッタヘッ
ドサポート４に回転可能に軸支されるカッタヘッド２ａ
と、カッタヘッド２ａから出没可能とされたオーバーカ
ッタ装置２ｂと、からなる。カッタヘッド２ａは、略円
盤形状をなし、シールド本体３の掘進方向の前部に回転
可能に設けられている。このカッタヘッド２ａは、先端
部に設けられたカッタビット（図示省略）が回転するこ
とによって、標準坑を掘進するようになっている。カッ
タヘッド２ａの前面には、標準坑の掘削土砂をシールド
本体３内に取り込むための孔（図示省略）が設けられて
いる。なおここでは、「標準坑」とは、カッタヘッド２
ａのみで掘進される、カッタヘッド２ａの外径と略同一
の断面積を有する坑を言っているが、例えば扁平断面や
矩形断面においては、標準坑をオーバーカッタ装置を用
いて掘進する場合もある。すなわち、断面形状にかかわ
らず、拡幅部材を張り出さない坑が「標準坑」である。

【００１７】カッタヘッド２ａには、外側部から標準坑
を拡幅する方向、すなわち掘進方向と略直交する方向に
出没可能とされた、オーバーカッタ装置２ｂが内蔵され
ている。このオーバーカッタ装置２ｂは棒状をなしてお
り、標準坑のみを掘進する際にはカッタヘッド２ａ内に
没入している。そして拡幅坑を掘削する際にはカッタヘ
ッド２ａから突出し、突出方向の軸線回りに回転して、
その外周面に設けられたカッタビット（図示省略）によ
って拡幅坑を掘進できるようになっている。なおここで
は、「拡幅坑」とは、カッタヘッド２ａ及びオーバーカ
ッタ装置２ｂの双方を用いて掘進された部分の坑、つま
り拡幅部材を張り出す坑を言う。その他、拡幅坑の拡幅
部分の掘削についても、カッタヘッドのオーバーカッタ
装置に限らず、カッタヘッド以外に設けた掘削装置等で
拡幅部分を掘削してもよいことは勿論である。また以下
において、シールド掘削機１の掘進方向を「前」、その
逆側を「後」と称することとする。

【００１８】スキンプレート５は、シールド本体３と外
形及び断面積が略同一となっており、このスキンプレー
ト５の内側には、セグメント（覆工材）が順次覆工され
ていく。なお「セグメント」とは、後述する標準坑用セ
グメント、標準坑端部用セグメント、拡幅坑用セグメン
ト及び拡幅坑端部用セグメントを指すものとする。ま
た、標準坑端部用セグメントは標準坑用セグメントの一
種であり、拡幅坑端部用セグメントは拡幅坑用セグメン
トの一種である。シールド本体３後方のスキンプレート
５の内側には、押圧ジャッキ（図示省略）が周方向に複
数備えられている。この押圧ジャッキは、掘進軸線方向
に伸縮することで、スキンプレート５の内側に順次覆工
されていくセグメントを押圧し、その反力でシールド掘
削機１を掘進させるものである。

【００１９】また、スキンプレート５の内側の後部側に
は、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、
標準坑と標準坑用セグメント１０との間に存在する水あ
るいは土砂がスキンプレート５内に侵入することを防止
するように、すなわち土砂侵入防止機能あるいは止水性
を確保できるようになっている。ここでは、テールパッ
キン７を３段設けるようにしているが、シールド掘削機
１にかかる土圧あるいは水圧の程度によっては、２段と
しても差し支えなく、適宜段数を変更すればよい。

【００２０】拡幅部材６は、図７（ｃ）あるいは図８
（ｂ）に示すように、側部プレート（第１の拡幅プレー
ト）６ａと、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部
に各々連なるように設けられる、上部プレート（第２の
拡幅プレート）６ｂ及び下部プレート（第３の拡幅プレ
ート）６ｃと、側部プレート６ａの前側縁部に連なるよ
うに設けられる前部プレート（第４の拡幅プレート）６
ｄと、から構成されるものである。側部プレート６ａ
は、標準坑のみを掘進する際には、スキンプレート５と
略面一となってスキンプレート５の一部をなすととも
に、拡幅坑を掘進する際には、スキンプレート５の外方
に突出してスキンプレート５と略平行に配置されるもの
である。上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、拡
幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側
部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるよ
うに設けられて、側部プレート６ａの上側縁部及び下側
縁部とスキンプレート５とを連結するものである。これ
ら上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、各々側部
プレート６ａよりも後端部側が若干短くなっている。ま
た、前部プレート６ｄは、拡幅坑を掘進する際に、スキ
ンプレート５から突出する側部プレート６ａの前側縁部
に連なるように設けられて、側部プレート６ａの前側縁
部とスキンプレート５とを連結するものである。なお、
これら上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃあるいは前
部プレート６ｄは、シールド掘削機１が標準坑のみを掘
進する際には、側部プレート６ａから取り外されてお
り、拡幅坑を掘進する際に組み立てられるようになって
いる。

【００２１】次に、このシールド掘削機１を用いたトン
ネル築造方法について説明する。このトンネル築造方法
は、第１の標準トンネル築造工程と、標準トンネル拡幅
工程と、拡幅トンネル築造工程と、拡幅トンネル縮小工
程と、第２の標準トンネル築造工程と、からなる。

【００２２】まず、「第１の標準トンネル築造工程」と
して、図１に示すように、標準坑を掘進するとともに、
スキンプレート５の内側に標準坑用セグメント１０を覆
工して、標準坑内に標準トンネルを築造していく。標準
坑を掘進する際には、スキンプレート５、及びこれと一
体となってその一部をなしている側部プレート６ａと
が、断面視略円筒状となるようにしておき、その内側
に、順次標準坑用セグメント１０を組み立てて覆工して
いく。最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を、
押圧ジャッキによって順次押圧していくことで、その反
力によってシールド掘削機１は掘進方向に押圧されて、
シールド掘削機１は掘進していく。すなわち、シールド
掘削機１が掘進するに従い、その後方の標準坑は順次標
準坑用セグメント１０によって覆工されていき、標準ト
ンネルが築造されていく。

【００２３】このとき、スキンプレート５の後部側に
は、テールパッキン７，７，７が取り付けられており、
標準坑用セグメント１０と摺動するようになっているの
で、これらテールパッキン７，７，７によって、スキン
プレート５の内側と標準坑との間を止水等しながら、標
準トンネルが築造されていく。

【００２４】次に「標準トンネル拡幅工程」として、標
準トンネルを拡幅するように拡幅坑の掘進を開始すると
ともに、標準坑端部用セグメント、境界部材及び拡幅坑
用セグメントを覆工して、拡幅トンネルの築造を開始す
る。拡幅坑の掘進を開始する際には、図２（ａ）に示す
ように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド２ａか
ら突出させ、標準坑を掘進しながら、標準坑の左右両側
に拡幅坑を掘進していく。このとき、拡幅坑の掘進に併
せて、掘削土砂を取り込んでいく（図示省略）。

【００２５】そして、標準坑の端部をなすセグメントと
して、標準坑端部用セグメント１１を覆工する。この標
準坑端部用セグメント１１は、図３に示すように、止水
部材１３を備えている点が、標準坑用セグメント１０と
異なっている。この止水部材１３は、標準坑端部用セグ
メント１１のセグメント本体１２の周囲にわたって設け
られており、複数の拡径パッキン１３ａと、拡径パッキ
ン１３ａを押圧する押圧部材としての複数のボルト１３
ｂと、から構成されている。

【００２６】拡径パッキン１３ａは、各々の前方側を、
回動可能なようにセグメント本体１２の外周側に取り付
けられている略平板状の部材であり、後方側が、セグメ
ント本体１２に対して接近・離間可能となって、セグメ
ント本体１２の外周側を拡径できるようになっている。
また、ボルト１３ｂは、拡径パッキン１３ａと同数設け
られており、セグメント本体１２の内周側から外周側ま
でを貫通するねじ孔に螺合されて、その先端部で拡径パ
ッキン１３ａを押圧できるようになっている。標準坑端
部用セグメント１１の覆工時には、各々のボルト１３ｂ
をセグメント本体１２内側に後退させて、拡径パッキン
１１ａをセグメント本体１２に収納しておき、セグメン
ト本体１２の外周面と拡径パッキン１３ａの外面とが略
面一となるようにしておく。なお、押圧部材としては、
ボルトに限定されるものではなく、例えば、流体を充填
することによって膨らむチューブ状のものでもよい。ま
た、止水部材１３自体をチューブ状のものにして、流体
を充填するようにしてもよい。

【００２７】標準坑端部用セグメント１１の前部に、標
準坑用セグメント１０ａを覆工する。この標準坑用セグ
メント１０ａは、標準坑用セグメント１０と同一の部材
であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入
防止機能あるいは止水性を行うため、及びシールド掘削
機１を掘進させるために、一時的に覆工されるものであ
って、標準トンネルを構成するためのものではない。そ
のため、標準トンネルを構成するための標準坑用セグメ
ント１０とは異なる符号を付している。この標準坑用セ
グメント１０ａを押圧してシールド掘削機１を掘進さ
せ、スキンプレート５の後端部側が止水部材１３の位置
まで達したところで、シールド掘削機１を一旦停止させ
る。このとき、標準坑用セグメント１０ａとスキンプレ
ート５との間は、テールパッキン７，７，７とによって
土砂侵入防止機能あるいは止水性が確保されている。

【００２８】こうしておいて、標準坑端部用セグメント
１１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１
３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体１
２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後
端部側がスキンプレート５に当接・押圧される状態まで
拡径させる。こうして、スキンプレート５内への水ある
いは土砂の侵入は防止される。これで、スキンプレート
５への土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保できるの
で、図４に示すように、標準坑用セグメント１０ａを解
体撤去する。

【００２９】次に、標準トンネルの前端側、すなわち標
準坑端部用セグメント１１の前端側に、境界部材２０を
取り付ける。この境界部材２０は、標準トンネルと拡幅
トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あ
るいは拡幅部材６と標準坑用セグメントとの間をふさ
ぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止
するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコ
ンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成され
ている。境界部材２０は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す
ように、標準坑端部用セグメント１１の前側側部に取付
固定される、セグメント側仕切板（第１の仕切板）２
１，２１及び上下仕切板（第１の仕切板）２３，２３
と、これらセグメント側仕切板２１，２１及び上下仕切
板２３，２３の双方と摺動可能に設けられる、拡幅部仕
切板（第２の仕切板）２２，２２と、から構成されるも
のである。なお、拡幅部仕切板２２は、土圧がかかる部
分となるため、それに耐え得るような剛性を持たせる必
要がある。また、上下仕切板２３は、拡幅部仕切板が摺
動可能となっていれば、拡幅部仕切板に取り付けてもよ
いし、セグメント側仕切板と厚さを同じとしてセグメン
ト側仕切板と一体にしてもよい。この一体としたときに
は、拡幅部仕切板と略同厚の上下仕切板を別途に設ける
こととなる。

【００３０】先ず、図５（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、標準坑端部用セグメント１１の前端側に、セグメン
ト側仕切板２１，２１を取り付ける。これらセグメント
側仕切板２１，２１は、拡幅部仕切板２２，２２と摺動
する部分に設けられ、摺動部分における土砂侵入防止機
能あるいは止水性を確保するためのものである。

【００３１】そして、図６（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、セグメント側仕切板２１，２１の前側に、拡幅部仕
切板２２，２２を、各々のセグメント側仕切板２１，２
１と密接配置となるように取り付ける。これら拡幅部仕
切板２２，２２は、標準坑端部用セグメント１１と拡幅
部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保
しながら、拡幅部材６と一体的に拡幅坑に向けて突出す
るとともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の一方の端
部を形成するためのものである。

【００３２】次に、図６（ａ）、図６（ｂ）及び図７
（ｃ）に示すように、側部プレート６ａ，６ａの内側
に、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ及び前部プレ
ート６ｄを各々取り付け固定して、拡幅部材６，６を組
み立てる。このとき、側部プレート６ａ、上部プレート
６ｂ及び下部プレート６ｃと、拡幅部仕切板２２とは、
これらの間の止水等が確保できるように密接配置させる
か、連結させておく。またこのとき、図示省略するが、
上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃには、テールパ
ッキン７，７，７に対応する位置に、同様のテールパッ
キン７，７，７を取り付けておき、拡幅トンネル築造時
の止水等を確保できるようにしておく。なお、このテー
ルパッキン７，７，７の取り付けは、拡幅部材６の拡幅
後に行ってもよい。

【００３３】次に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、標準坑端部用セグメント１１の前端側の、上部プレ
ート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよりも下側との
各々に、上下仕切板２３，２３を取付固定する。これら
上下仕切板２３，２３は、後述する拡幅坑用セグメント
２０が覆工された際に、標準坑端部用セグメント１１と
拡幅坑用セグメント２０との間に間隙が生じるのを防止
し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保するための
ものである。そのため、この上下仕切板２３，２３の前
後方向の厚みは、セグメント側仕切板２１と拡幅部仕切
板２２とを合わせた厚みと、ほぼ同一となっており、各
々上部プレート６ｂあるいは下部プレート６ｃと密接配
置されるようになっている。このように、境界部材２
０、すなわちセグメント側仕切板２１、拡幅部仕切板２
２及び上下仕切板２３によって、標準トンネル端部側の
土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保されることとな
る。

【００３４】そして、図８に示すように、拡幅部材６，
６と拡幅部仕切板２２，２２とを一体的に突出させる。
このとき、拡幅部仕切板２２，２２は、セグメント側仕
切板２１，２１及び上下仕切板２３，２３の双方に対し
て密着しながら摺動し、また拡幅部材６，６は、上下仕
切板２３，２３に対して密着しながら摺動する。そのた
め、これら摺動部分における土砂侵入防止機能あるいは
止水性を確保できる。図８に示す所定位置まで突出させ
たら、この位置で、拡幅部材６とスキンプレート５とを
連結・固定するとともに、拡幅部仕切板２２をセグメン
ト側部仕切板２１及び上下仕切板２３，２３と連結・固
定する。

【００３５】次に、「拡幅トンネル築造工程」として、
拡幅坑を掘進しながら、スキンプレート５及び拡幅部材
６の内側に、拡幅坑用セグメントを覆工していき、拡幅
トンネルを築造していく。先ず、図９に示すような拡幅
坑用セグメント３０を、拡径部仕切板２２，２２に連な
るように覆工する。こうすることで、拡幅坑用セグメン
ト３０と、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、
テールパッキン７，７，７によって土砂侵入防止機能あ
るいは止水性が確保されることとなる。なお、側部プレ
ート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃと、
拡幅部仕切板２２とが連結されている場合は、拡幅坑用
セグメント３０の覆工前に、予め切り離しておく。

【００３６】この状態で、図１０に示すように、拡幅坑
用セグメント３０を更に覆工し、この拡幅坑用セグメン
ト３０を押圧ジャッキによって押圧する。なお実際に
は、図１０（ｂ）に示すように、拡幅坑用セグメント３
０のうち拡幅部分の内側には、スペーサ３０ａが一体に
取付・固定されて、拡幅坑用セグメントの一部をなして
いる。このスペーサ３０ａを押圧ジャッキ８で押圧する
ことで、シールド掘削機１は反力を得て掘進できるよう
になっている。この他の図においては、スペーサ３０ａ
の図示は省略する。

【００３７】押圧ジャッキが、掘進方向最前部に覆工さ
れた拡幅坑用セグメント３０を順次押圧し、その反力で
シールド掘削機１を掘進方向に押圧することで、図１１
に示すように、シールド掘削機１は掘進していく。すな
わち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方の
拡幅坑は順次拡幅坑用セグメント３０によって覆工され
ていき、拡幅トンネルが築造されていく。なお、スペー
サ３０ａは、シールド掘削機１の掘進に伴って、後方側
のものから順次拡幅坑用セグメント３０より取り外して
いく。この取り外しは、シールド掘削機１が所定距離だ
け離間し、当該スペーサ３０ａによって反力を取る必要
がなくなったときに行う。

【００３８】所定の距離だけ拡幅トンネルを築造した
ら、次に「拡幅トンネル縮小工程」として、拡幅トンネ
ルを縮小して拡幅坑の掘進を終了するとともに、拡幅坑
端部用セグメント、境界部材及び標準坑用セグメントを
覆工して、拡幅トンネルの築造を終了して標準トンネル
の築造に戻す。拡幅坑の掘進を終了する際には、図１２
に示すように、オーバーカッタ装置２ｂをカッタヘッド
２ａに没入させ、拡幅坑内の掘削土砂の取り込みが終了
した時点で土砂取り込み装置４もシールド本体３内に没
入させる。すなわち、ここからはまた標準坑の掘進に戻
る。

【００３９】そして、拡幅坑の端部をなすセグメントと
して、拡幅坑端部用セグメント３１を覆工する。この拡
幅坑端部用セグメント３１は、図１２に示すように、止
水部材３３を備えている点が、拡幅坑用セグメント３０
と異なっている。この止水部材３３は、拡幅坑端部用セ
グメント３１のセグメント本体３２の周囲にわたって設
けられており、複数の拡径パッキン１３ａと、複数のボ
ルト１３ｂとから構成されている。これら拡径パッキン
１３ａとボルト１３ｂとは、図３において示したものと
同一の部材である。すなわち、止水部材３３は、標準坑
端部用セグメント１１に備えられた止水部材１３を、拡
幅坑用セグメントに適用させたものであり、図３に示し
たものに限らず、標準坑端部用セグメント１１の止水部
材１３と同様に、種々の構成を採用し得る。

【００４０】拡幅坑端部用セグメント３１の前部に、拡
幅坑用セグメント３０ａを覆工する。この拡幅坑用セグ
メント３０ａは、拡幅坑用セグメント３０と同一の部材
であるが、テールパッキン７，７，７を用いて土砂侵入
防止機能あるいは止水性を確保するため、及びシールド
掘削機１を掘進させるために、一時的に覆工されるもの
であって、拡幅トンネルを構成するためのものではな
い。そのため、拡幅トンネルを構成するための拡幅坑用
セグメント３０とは異なる符号を付している。この拡幅
坑用セグメント３０ａを押圧してシールド掘削機１を掘
進させ、スキンプレート５及び拡幅部材６の後端部側が
止水部材３３の位置まで達したところで、シールド掘削
機１を一旦停止させる。このとき、拡幅坑用セグメント
３０ａと、スキンプレート５及び拡幅部材６との間は、
テールパッキン７，７，７とによって止水されている。

【００４１】こうしておいて、拡幅坑端部用セグメント
３１の各々のボルト１３ｂを回転させて拡径パッキン１
３ａを押圧し、拡径パッキン１３ａをセグメント本体３
２から外周側に張り出させて、拡径パッキン１３ａの後
端部側がスキンプレート５及び拡幅部材６に当接・押圧
される状態まで拡径させる。こうして、スキンプレート
５及び拡幅部材６内への水あるいは土砂の侵入は防止さ
れる。これで、土砂侵入防止機能あるいは止水性は確保
できるので、図１３に示すように、拡幅坑用セグメント
３０ａを解体撤去する。またこのとき、テールパッキン
７，７，７のうち、最後部のテールパッキン７を一時的
に取り外しておくこともある。これは、後述する境界部
材４０を取り付ける際に、その厚みによる影響を避ける
ようにするためである。

【００４２】次に、拡幅トンネルの前端側、すなわち拡
幅坑端部用セグメント３１の前端側に、境界部材４０を
取り付ける。この境界部材４０は、拡幅トンネルと標準
トンネルとの境界をなすとともに、スキンプレート５あ
るいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの間をふさ
ぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵入を防止
するものである。セグメントとは別の材料、すなわちコ
ンクリート以外の例えば鋼や鋼等の金属により構成され
ている。境界部材４０は、図１５（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）に示すように、拡幅坑端部用セグメント３１の前
側側部に取付固定される、セグメント側仕切板（第１の
仕切板）４１及び上下仕切板（第１の仕切板）４３，４
３と、これらセグメント側仕切板４１及び上下仕切板４
３，４３の双方と摺動可能に設けられる、本体側仕切板
（第２の仕切板）４２，４２と、から構成されるもので
ある。

【００４３】先ず、図１４に示すように、拡幅坑端部用
セグメント３１の前端側に、セグメント側仕切板４１を
取り付ける。これらセグメント側仕切板４１は、本体側
仕切板４２，４２と摺動する部分に設けられ、摺動部分
における土砂侵入防止機能あるいは止水性を確保すると
ともに、拡幅トンネルにおける拡幅部分の他方の端部を
形成するためのものである。

【００４４】そして、セグメント側仕切板４１の前側
に、本体側仕切板４２，４２を、各々のセグメント側仕
切板４１，４１と密接配置となるように取り付ける。こ
れら本体側仕切板４２，４２は、セグメント側仕切板４
１と拡幅部材６との間の土砂侵入防止機能あるいは止水
性を確保しながら、拡幅部材６と一体的にスキンプレー
ト５内に没入するものである。すなわち、本体側仕切板
４２と、側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部
プレート６ｃとは、密接配置された状態となっている。

【００４５】また、セグメント側仕切板４１の前端側
の、上部プレート６ｂよりも上側と下部プレート６ｃよ
りも下側との各々に、上下仕切板４３，４３を取付固定
する。これら上下仕切板４３，４３は、後述する標準坑
用セグメント１０が覆工された際に、拡幅坑端部用セグ
メント３１と標準坑用セグメント１０との間に間隙が生
じるのを防止し、土砂侵入防止機能あるいは止水性を確
保するためのものである。そのため、これら上下仕切板
４３，４３の前後方向の厚みは、本体側仕切板４２，４
２の厚みと略同一となっており、各々上部プレート６ｂ
あるいは下部プレート６ｃと密接配置されるようになっ
ている。このように、境界部材４０、すなわちセグメン
ト側仕切板４１、本体側仕切板４２及び上下仕切板４３
によって、拡幅トンネル端部側の土砂侵入防止機能ある
いは止水性は確保されることとなる。

【００４６】次に図１５に示すように、シールド掘削機
１を若干量だけ掘進させて、拡幅部材６，６の後端部側
を、拡幅坑端部用セグメント３１の位置から、本体側仕
切板４２，４２の位置まで移動させる。こうすること
で、拡幅部材６，６は、本体側仕切板４２，４２ととも
に、スキンプレート５に没入可能となる。このとき、本
体側仕切板４２，４２によって、拡幅坑と、スキンプレ
ート５及び拡幅部材６，６との間は止水等されている。

【００４７】そして、図１６に示すように、拡幅部材
６，６と本体側仕切板４２，４２とを一体的にスキンプ
レート５内に没入させる。このとき、本体側仕切板４
２，４２は、セグメント側仕切板４１及び上下仕切板４
３，４３の双方に対して密着しながら摺動し、また拡幅
部材６，６は、上下仕切板４３，４３に対して密着しな
がら摺動する。そのため、これら摺動部分における土砂
侵入防止機能あるいは止水性を確保できる。側部プレー
ト６ａがスキンプレート５と略面一となるまで没入させ
たら、この位置で、側部プレート６ａとスキンプレート
５とを連結・固定するとともに、本体側仕切板４２、４
２をセグメント側部仕切板４１及び上下仕切板４３，４
３と連結・固定する。

【００４８】次に、図１７に示すように、側部プレート
６ａ，６ａから、上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ
及び前部プレート６ｄを各々取り外して、拡幅部材６，
６を解体撤去する。このとき、上部プレート６ｂ及び下
部プレート６ｃのうち、本体側仕切板４２と密着してい
る部分のみを残置させて、土砂侵入防止機能あるいは止
水性を確保できるようにしておく。なお、境界部材４０
を構成するセグメント側仕切板４１、本体側仕切板４
２，上下仕切板４３を、境界部材２０における各仕切板
と同様の構成とし得ることは、勿論である。

【００４９】ここで、最後部のテールパッキン７が取り
外されていれば、もとの位置に再び取り付けて、テール
パッキン７，７，７を３段の状態に戻しておく。

【００５０】ここから、「第２の標準トンネル築造工
程」として、標準坑を掘進するとともに、境界部材４０
に連なるように標準坑用セグメント１０を覆工してい
き、再び標準坑内に標準トンネルを築造していく。ここ
からは、スキンプレート５の後部側に取り付けられたテ
ールパッキン７，７，７によって、土砂侵入防止機能あ
るいは止水性を確保しながら、再び標準トンネルが築造
されていく。

【００５１】本実施形態に係るトンネル築造方法及びこ
れに用いるシールド掘削機においては、標準トンネル拡
幅工程で、標準坑端部用セグメント１１の前端側に境界
部材２０を設けて、標準トンネルと拡幅トンネルとの境
界をなすとともに、スキンプレート５あるいは拡幅部材
６と標準坑用セグメントとの間をふさぎ、セグメント同
士を接続して、水や土砂の侵入を防止するようにしてい
る。また、拡幅トンネル縮小工程で、拡幅坑端部用セグ
メント３１の前端側に境界部材４０を設けて、拡幅トン
ネルと標準トンネルとの境界をなすとともに、スキンプ
レート５あるいは拡幅部材６と拡幅坑用セグメントとの
間をふさぎ、セグメント同士を接続して、水や土砂の侵
入を防止するようにしている。そのため、トンネルの拡
幅時あるいは縮小時における、シールド掘削機１あるい
はセグメントの内部への水や土砂の侵入を、効果的に防
止することができ、水圧あるいは土圧が高くなる環境
下、例えば大深度下においても十分な土砂侵入防止機能
あるいは止水性を確保できる。そのため、地上側へと排
出しなければならない水あるいは土砂の量を非常に少な
くすることができ、トンネルの拡幅あるいは縮小を容易
に行うことができ、工期の短縮及び工費の節減を図るこ
とができる。

【００５２】また、境界部材２０を、セグメント側に固
定されるセグメント側仕切板２１及び上下仕切板２３
と、これらに対して摺動する拡大部仕切板２２と、から
構成するようにしている。更に、境界部材４０を、セグ
メント側に固定されるセグメント側仕切板４１及び上下
仕切板４３と、これらに対して摺動する本体側仕切板４
２と、から構成するようにしている。このように、板状
体同士を摺動させるので、摺動部分の面積を大きくで
き、簡易な構成でより確実に土砂侵入防止機能あるいは
止水性を確保することができる。なお、これらの部材
を、セグメントとは別材料、例えば鉄や鋼等の金属で構
成するようにすれば、摺動時の耐摩擦性を向上させて、
信頼性、耐久性を更に高いものとできる。更に、従来必
要であった特殊形状の専用セグメントを不要とでき、セ
グメントを構成する部材の種類を減らすことができ、ト
ンネル築造作業をより容易とできるとともに、部材の品
質管理等を容易とできる。

【００５３】なお、本実施形態はあくまでも一つの例示
であって、本発明の趣旨を逸脱しない限り、本実施形態
に限定されずに如何なる形態を採用し得ることは、言う
までもない。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るトン
ネル築造方法及びこれに用いるシールド掘削機によれ
ば、土圧あるいは水圧が高くなる環境下でも十分な土砂
侵入防止機能あるいは止水性を確保し、標準トンネル及
び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工
費の節減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形
態を示す図であって、（ａ）は第１の標準トンネル築造
工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ
線断面矢視図である。

【図２】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図である。

【図３】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形
態において用いる、標準坑端部用セグメントを示す図で
あって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【図４】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形
態を示す図であって、標準トンネル拡幅工程を示す部分
断面図である。

【図５】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図である。

【図６】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図である。

【図７】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図で
ある。

【図８】 同じく、（ａ）は標準トンネル拡幅工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図で
ある。

【図９】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程を
示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面
矢視図である。

【図１０】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程
を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断
面矢視図である。

【図１１】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル築造工程
を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断
面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図
である。

【図１２】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部
分断面図である。

【図１３】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部
分断面図である。

【図１４】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部
分断面図である。

【図１５】 同じく、（ａ）は拡幅トンネル縮小工程
を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断
面矢視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面矢視図
である。

【図１６】 同じく、拡幅トンネル縮小工程を示す部
分断面図である。

【図１７】 同じく、（ａ）は第２の標準トンネル築
造工程を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ線断面矢視図である。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ２ カッタ ２ａ カッタヘッド ２ｂ オーバーカッタ装置 ３ シールド本体 ４ カッタヘッドサポート ５ スキンプレート ６ 拡幅部材 ６ａ 側部プレート ６ｂ 上部プレート ６ｃ 下部プレート ６ｄ 前部プレート ７ テールパッキン １０，１０ａ 標準坑用セグメント（セグメント、覆工
材） １１ 標準坑端部用セグメント（セグメント、覆工材） １３ 止水部材 ２０ 境界部材 ２１ セグメント側仕切板（第１の仕切板） ２２ 拡幅部仕切板（第２の仕切板） ２３ 上下仕切板（第１の仕切板） ３０，３０ａ 拡幅坑用セグメント（セグメント、覆工
材） ３１ 拡幅坑端部用セグメント（セグメント、覆工材） ３３ 止水部材 ４０ 境界部材 ４１ セグメント側仕切板（第１の仕切板） ４２ 本体側仕切板（第２の仕切板） ４３ 上下仕切板（第１の仕切板）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 昭栄 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 渡辺 俊雄 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 細井 元規 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 南 好人 石川県小松市八日町地方５ 株式会社小松 製作所小松工場内 (72)発明者 寺田 紳一 石川県小松市八日町地方５ 株式会社小松 製作所小松工場内 (72)発明者 関山 直樹 石川県小松市八日町地方５ 株式会社小松 製作所小松工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AC02 AD20 BA25 FA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体の前部に支持され、所定
   断面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シ
   ールド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該
   スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の
   拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシー
   ルド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進
   するとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部
   材の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工し
   ていき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造する
   トンネル築造方法であって、 前記拡幅トンネルの築造を開始する際に、前記スキンプ
   レートあるいは前記拡幅部材と前記標準坑用覆工材との
   間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界
   部材を設けることを特徴とするトンネル築造方法。
2. 【請求項２】 前記境界部材は、 前記標準坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、 該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対し
   て摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向
   けて突出する第２の仕切板と、 を備えていることを特徴とする請求項１に記載のトンネ
   ル築造方法。
3. 【請求項３】 前記拡幅トンネルの築造を開始する直
   前に設けられる標準坑用覆工材の外周には、前記スキン
   プレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設
   けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載のトンネル築造方法。
4. 【請求項４】 シールド本体の前部に支持され所定断
   面積の標準坑と拡幅坑とを掘進するカッタと、前記シー
   ルド本体の外側部にある筒状のスキンプレートと、該ス
   キンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑の拡
   幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、を備えたシール
   ド掘削機を用いて、前記標準坑及び前記拡幅坑を掘進す
   るとともに、前記スキンプレートあるいは前記拡幅部材
   の内側に、標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施工して
   いき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するト
   ンネル築造方法であって、 前記拡幅トンネルの築造を終了する際に、前記スキンプ
   レートあるいは前記拡幅部材と前記拡幅坑用覆工材との
   間をふさぎ、且つ前記各々の覆工材同士を接続する境界
   部材を設けることを特徴とするトンネル築造方法。
5. 【請求項５】 前記境界部材は、 前記拡幅坑用覆工材の先端側に設ける第１の仕切板と、 該第１の仕切板の掘進方向前側に該第１の仕切板に対し
   て摺動可能に設け、前記拡幅部材に接して拡幅方向に向
   けて突出する第２の仕切板と、 を備えていることを特徴とする請求項４に記載のトンネ
   ル築造方法。
6. 【請求項６】 前記拡幅トンネルの築造を終了する直
   前に設けられる拡幅坑用覆工材の外周には、前記スキン
   プレートあるいは前記拡幅部材に当接する止水部材が設
   けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に
   記載のトンネル築造方法。
7. 【請求項７】 標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施
   工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造
   するときに用いられるシールド掘削機であって、 シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と
   拡幅坑とを掘進するカッタと、 前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレート
   と、 該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑
   の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、 を備えるとともに、 前記拡幅部材を突出させる際には、前記スキンプレート
   あるいは前記拡幅部材と標準坑用覆工材との間をふさ
   ぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備
   えられることを特徴とするシールド掘削機。
8. 【請求項８】 標準坑用と拡幅坑用の覆工材を順次施
   工していき、標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造
   するときに用いられるシールド掘削機であって、 シールド本体の前部に支持され、所定断面積の標準坑と
   拡幅坑とを掘進するカッタと、 前記シールド本体の外側部にある筒状のスキンプレート
   と、 該スキンプレートの少なくとも一部を構成し前記拡幅坑
   の拡幅方向に出没可能とされた拡幅部材と、 を備えるとともに、 前記拡幅部材を没入させる際には、前記スキンプレート
   あるいは前記拡幅部材と拡幅坑用覆工材との間をふさ
   ぎ、かつ前記各々の覆工材同士を接続する境界部材が備
   えられることを特徴とするシールド掘削機。