JP2004218280A - Tunnel boring machine for underground connection and underground connection method for the tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中接合用トンネル掘削機およびトンネルの地中接合方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトンネルの地中接合方法は、例えば特開平7−208644号公報に示すものがある。この接合方法は新設管の先端部が外筒と、この外筒に内挿された接合管との二重構造になっている。
一方、他の接合方法として、一般的に図15に示すものが行われている。このうち(1)に示す方法は、既設トンネル50に構築された立坑52に新設トンネル51を接合するものであり、(2)に示す方法は、既設トンネル50の近傍の立坑52に新設トンネル51を接合し、前記立坑52と既設トンネル50との間の地盤53を凍結工法で地盤改良して接合するものであり、(3)に示す方法は、既設トンネル50の近傍まで新設トンネル51を構築し、その間の地盤53を凍結工法で改良して接合するものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−208644号公報(図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特開平7−208644号公報の発明は、新設管を二重管とするため工費が増大するという問題があった。また図15の(1)〜(3)の接合方法は、立坑用地の確保の困難、地中埋設物の切り回し作業の必要性から工費および工期の増大、地盤改良のための製作ヤードの確保の困難、地盤改良の範囲拡大による工費の増大などの問題があった。
【0005】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、地盤改良をせずに低コストで、かつ短期間にトンネルの地中接合ができるトンネル掘削機およびその接合方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を達成するための地中接合用トンネル掘削機は、シールド本体の前部に設置された、掘削方向にスライド自在で、かつ円周方向に回転自在なリングカッタと、該リングカッタの前部に設置され、カッタースポークの先端部から径方向に伸縮する伸縮カッタを備えたカッタヘッドとから構成され、前記リングカッタ内面の固定手段にカッタースポークの先端から伸びた伸縮カッタが固定され、該伸縮カッタの回転でリングカッタが回転する構成である。またリングカッタ内面の固定手段は、底部に緩衝材を備えた凹部または伸縮カッタを摩擦固定させる固定用パッドであることを含むものである。
またトンネルの地中接合方法は、地中に構築された既設トンネルの側面に新設トンネルを接合するトンネルの地中接合方法であって、請求項1または2の地中接合用トンネル掘削機を既設トンネルの側面に接するまで掘進させた後、カッタヘッドの伸縮カッタをリングカッタの内側にまで縮めるとともに、該リングカッタを掘進方向にスライドさせ、その内面の固定手段に径方向に伸ばした伸縮カッタを固定し、該伸縮カッタの回転によってリングカッタを回転させながら前方に押し出して既設トンネルの側面を切削する構成である。またリングカッタで既設トンネルの側面を切削した後、該切削部の外側の地盤にトンネルの内側から止水材を注入することを含む。さらにリングカッタで既設トンネルの側面を切削した後、カッタヘッドを解体・撤去して、リングカッタおよびシールド本体の内側に新設トンネルを構築することを含むものである。
【0007】
カッタヘッドで地山を掘削するとともに、リングカッタ内面の固定手段に固定した伸縮カッタで、リングカッタを円周方向に回転させて、既設トンネルの側面を切削する。リングカッタ内面の凹部への伸縮カッタの押し入れ、固定用パッドへの伸縮カッタの摩擦接着により、該伸縮カッタをリングカッタの内面に固定することができる。
また地中接合用トンネル掘削機をシールドジャッキで既設トンネルの近傍まで掘進させた後、リングカッタによって既設トンネルの側面に新設トンネルの内径とほぼ同じ径の孔を切削することができる。また既設トンネルの切削部の外側の止水処理がトンネルの内側からおこなえる。カッタヘッドを解体・撤去することにより、シールド本体とリングカッタとで一次覆工することができ、この内側に新設トンネルを構築して既設トンネルに接合する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の地中接合用トンネル掘削機(以下掘削機という)およびトンネルの地中接合方法(以下接合方法という)の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
本発明の実施の形態における接合方法は、掘削機で掘削した横孔に新設管を推進させて、既設トンネルの側面に新設トンネルを接合するものであり、はじめに、この方法に使用する掘削機の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明し、その後に、この掘削機を使用した接合方法の実施の形態を図5〜図14に基づいて説明する。また各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。
【0010】
図1〜図3は第1の実施の形態の掘削機1を示したものであり、この掘削機1は円筒状のシールド本体2と、該シールド本体2の前部に設置された掘進方向にスライド自在で、かつ円周方向に回転自在な円筒状のリングカッタ4と、該リングカッタ4の前部に設置されたカッタヘッド5とから構成されている。
【0011】
シールド本体2は、球面軸受け6で屈曲自在に接続された前部シールド7と後部シールド8とから構成されている。この後部シールド8の内面には複数のシールドジャッキ(例えば3機)9が設置され、このシールドジャッキ9のスプレッダ10が新設管11を反力として伸びることにより、掘削機1を前方に掘進させるものである。
【0012】
一方、前部シールド7の前部には円筒状の突出シールド3が設けられ、この突出シールド3を覆うようにしてリングカッタ4が回転自在に設けられている。
【0013】
このリングカッタ4は既設トンネルの側面に、新設トンネルを接続するための接続口を切削・開口するものであり、その前面には既設トンネルの側面を切削するカッタビット14が多数設置されている。またリングカッタ4の後端部には内側へ折れ曲がったガイド片15が形成され、該ガイド片15が突出シールド3のガイド部16に設置され、該ガイド部16によりリングカッタ4のスライドを安定させる。
【0014】
このガイド片15には前部シールド7の内面に設置したスライドジャッキ17のスプレッダ18が取り付けられている。したがって、図2に示すように、前記のスプレッダ18が伸長するとリングカッタ4が前方にスライドし、これとともにリングカッタ4の後部に接合したリングカバー19もスライドして、スライドジャッキ17とガイド部16とが保護される。
【0015】
またリングカッタ4の内面には、後述する伸縮カッタを固定する固定手段としての凹部20が3つ形成され、この底部には緩衝材21、例えばスポンジ製のパッキンが設置されている。
【0016】
また突出シールド3の前部にはバルクヘッド22が形成され、このバルクヘッド22には駆動モータ23と減速機24とからなる駆動装置25が設置され、該駆動装置25には軸受け26を介してカッタヘッド5が設置されている。
【0017】
このカッタヘッド5は前部シールド7の前面に位置し、中央の円筒部28に中空のカッタースポーク29が放射状に3つ設置され、該カッタースポーク29内には伸縮カッタ30が収納されている。この伸縮カッタ30はカッタースポーク29内に収納された伸縮スポーク31の先端に設置され、カッタースポーク29内のシリンダー32で径方向に伸縮するようになっている。また上記のカッタースポーク29の前面にはカッタビット(図示せず)が多数設置されている。
【0018】
したがって、図3に示すように、伸縮カッタ30はシリンダー32の伸長によって突出シールド3の外面まで(突出シールドの外面と伸縮カッタの外面とが同じ面になる位置)伸びるとともに、シリンダー32の収縮によって突出シールド3の内側まで縮むようになっている。
【0019】
また伸縮カッタ30を突出シールド3の内側まで縮めて、リングカッタ4を突出シールド3の前方に突出させた後、前記伸縮カッタ30を径方向に伸ばすと凹部20内に押し込まれるので、リングカッタ4が円周方向に回転可能になる。なお、前記凹部20は常に伸縮カッタ30が押し込まれる箇所に位置している。
【0020】
またバルクヘッド22とカッタヘッド5との間に形成された圧力チャンバ33には排土管34の先端が設置され、該排土管34によって圧力チャンバ33内の掘削土が排出される。
【0021】
また図4は第2の実施の形態の掘削機35を示したものであり、この掘削機35は固定手段としての凹部20が固定用パッド36になったものであり、これ以外は第1の実施の形態の掘削機1と同じ構成である。この固定用パッド36は摩擦力によって伸縮カッタ30をリングカッタ4に固定するものであり、該リングカッタ4が回転できる摩擦力を有する。
【0022】
次に、第1の実施の形態の掘削機1を使用した接合方法を図5〜図14に基づいて説明する。この接合方法は、地中に構築した既設トンネル40の側面に新設トンネル41を接合するものである。
【0023】
はじめに、図5に示すように、掘削機1を既設トンネル40の側面から約1mの手前まで掘進させる。この掘削機1はカッタヘッド5で地山42を掘削するとともに、この掘削土を圧力チャンバ33から排土管34で排出しながら、新設管11に反力をとったシールドジャッキ9で掘進するものである。
【0024】
そして、図6に示すように、掘削機1を既設トンネル40の側面から約1mの手前で停止させた後、さらに30cm掘進させる。
【0025】
次に、図7に示すように、掘削機1をカッタヘッド5が既設トンネル40の側面に接するまで掘進させる。
【0026】
次に、図8に示すように、掘削機1を既設トンネル40の側面から約30cmの手前まで後退させると、カッタヘッド5と既設トンネル40との間に僅かな掘削空間43が形成される。
【0027】
次に、図9に示すように、伸縮カッタ30を突出シールド3の内側まで収縮させるとともに、リングカッタ4を掘削空間43までスライドさせる。これにともなってリングカバー19がスライドして、スライドジャッキ17とガイド部16とが保護される。
【0028】
次に、図10に示すように、伸縮カッタ30を伸ばしてリングカッタの凹部20に押し込むと、リングカッタ4の円周方向への回転が可能になる。また伸縮カッタ30が凹部20へ押し込まれると底部の緩衝材21が押しつぶされる。
【0029】
次に、図11に示すように、リングカッタ4を伸縮カッタ30で回転させながら前進させて、既設トンネル40の側壁を切削するとともに、この切削部の地盤44にカッタヘッド5近傍の注入口(図示せず)から止水材45を注入して地盤改良をおこなう。
【0030】
このように既設トンネル40の側壁を切削した後、図12に示すように、伸縮カッタ30を縮めて凹部20から引き抜くと、リングカッタ4が既設トンネル40の側壁に接続された状態になる。
【0031】
次に、図13に示すように、カッタヘッド5と駆動装置25とを突出シールド3とともに前部シールド7から解体すると、シールド本体2とリングカッタ4とからなるトンネル46が形成される。
【0032】
次に、図14に示すように、既設トンネルの切削された側壁47を撤去して接続口12を形成するとともに、前記トンネル46の内側に新設管11を推進・設置させると、新設トンネル41が既設トンネル40に接合される。
【0033】
また上記のような接合方法の他に、突出シールド3とともにシールド本体2およびリングカッタ4を解体してから(図13参照)新設管11を推進・設置して、新設トンネルを構築することもできる。
【0034】
なお、上記の接合方法の実施の形態は第1の実施の形態の掘削機1を使用したが、第2の実施の形態の掘削機35を用いても同じ方法で接合でき、かつ同じ効果を奏する。
【0035】
また上記の接合方法は推進工法に基づいて説明したが、これに限らず、シールド工法でも適用することができる。
【0036】
【発明の効果】
地盤改良などをせずに低コストで、かつ短期間にトンネルの地中接合ができる。またこの接合ができる掘削機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の掘削機の長さ方向の断面図である。
【図2】リングカッタをスライドさせた掘削機の長さ方向の断面図である。
【図3】(1)は図1のA−A線断面図、(2)は(1)の平面図である。
【図4】第2の実施の形態の掘削機の断面図である。
【図5】接合方法を示したものであり、既存トンネルの側面近傍まで掘削機を掘進させた断面図である。
【図6】接合方法を示したものであり、既存トンネルの側面近傍まで掘削機を掘進させた断面図である。
【図7】接合方法を示したものであり、既存トンネルの側面に接するまで掘削機を掘進させた断面図である。
【図8】接合方法を示したものであり、既存トンネルの側面近傍まで掘進させた掘削機を後退させた断面図である。
【図9】接合方法を示したものであり、伸縮ジャッキを縮めてリングカッタを伸ばした掘削機の断面図である。
【図10】接合方法を示したものであり、伸縮ジャッキを伸ばしてリングカッタに固定した掘削機の断面図である。
【図11】接合方法を示したものであり、リングカッタで既設トンネルの側壁を切削した断面図である。
【図12】接合方法を示したものであり、伸縮ジャッキをリングカッタから取り外した掘削機の断面図である。
【図13】接合方法を示したものであり、突出シールドおよびカッタヘッドを解体した掘削機の断面図である。
【図14】接合方法を示したものであり、既設トンネルに新設トンネルを接合した断面図である。
【図15】従来の接合方法を示したものであり、(1)は既設トンネルに立坑を構築した断面図、(2)は既設トンネル近傍に立坑を構築した断面図、(3)は既設トンネル近傍の地盤を改良した断面図である。
【符号の説明】
1、35 掘削機
2 シールド本体
3 突出シールド
4 リングカッタ
5 カッタヘッド
6 球面軸受け
7 前部シールド
8 後部シールド
9 シールドジャッキ
10、18 スプレッダ
11 新設管
12 接続口
14 カッタビット
15 ガイド片
16 ガイド部
17 スライドジャッキ
19 リングカバー
20 凹部
21 緩衝材
22 バルクヘッド
23 駆動モータ
24 減速機
25 駆動装置
26 軸受け
28 円筒部
29 カッタースポーク
30 伸縮カッタ
31 伸縮スポーク
32 シリンダー
33 圧力チャンバ
34 排土管
36 固定用パッド
40、50 既設トンネル
41、51 新設トンネル
42 地山
43 掘削空間
44、53 地盤
45 止水材
46 トンネル
47 側壁
52 立坑[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavator for underground joining and a method for underground joining of tunnels.
[0002]
[Prior art]
A conventional tunnel underground bonding method is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-208644. This joining method has a double structure in which the tip of the newly installed pipe has an outer cylinder and a joining pipe inserted into the outer cylinder.
On the other hand, as another joining method, the method shown in FIG. 15 is generally performed. The method shown in (1) is for joining the
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-208644 (FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the invention of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-208644 has a problem that the construction cost increases because the newly installed pipe is a double pipe. In addition, the joining methods (1) to (3) in FIG. 15 increase the construction cost and the construction period due to the difficulty of securing the shaft site, the necessity of the work of turning underground buried objects, and securing the production yard for ground improvement. There were problems such as difficulties in construction, and an increase in construction costs due to expansion of the ground improvement range.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a tunnel excavator capable of underground joining of a tunnel in a short time and without a ground improvement, and a joining method thereof. To provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An underground junction tunnel excavator for achieving the above object is provided with a ring cutter slidably mounted in the excavation direction and rotatable in the circumferential direction, which is installed at the front of the shield body. A cutter head provided with a telescopic cutter that is installed at the front part and expands and contracts radially from the tip of the cutter spoke, and a telescopic cutter extending from the tip of the cutter spoke is fixed to the fixing means on the inner surface of the ring cutter, The ring cutter is rotated by the rotation of the telescopic cutter. Further, the fixing means on the inner surface of the ring cutter includes a fixing pad for friction-fixing a concave portion provided with a cushioning material on the bottom or a telescopic cutter.
The underground joining method of a tunnel is an underground joining method of a tunnel in which a new tunnel is joined to a side surface of an existing tunnel constructed underground, and the tunnel excavator for underground joining according to
[0007]
The ground is excavated with the cutter head, and the ring cutter is rotated in the circumferential direction by a telescopic cutter fixed to the fixing means on the inner surface of the ring cutter to cut the side surface of the existing tunnel. The telescopic cutter can be fixed to the inner surface of the ring cutter by pushing the telescopic cutter into the recess on the inner surface of the ring cutter and frictionally bonding the telescopic cutter to the fixing pad.
Further, after the tunnel excavator for underground joining is excavated near the existing tunnel with the shield jack, a hole having a diameter substantially equal to the inner diameter of the new tunnel can be cut on the side surface of the existing tunnel by the ring cutter. In addition, the water stopping process outside the cutting portion of the existing tunnel can be performed from the inside of the tunnel. By dismantling and removing the cutter head, primary lining can be performed with the shield body and the ring cutter, and a new tunnel is constructed inside this and joined to the existing tunnel.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a tunnel excavator for underground joining (hereinafter, referred to as an excavator) and a method for underground joining of a tunnel (hereinafter, referred to as a joining method) of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
The joining method in the embodiment of the present invention is to join a new tunnel to the side of an existing tunnel by propelling a new pipe into a lateral hole excavated by the excavator. An embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4, and thereafter, an embodiment of a joining method using this excavator will be described with reference to FIGS. 5 to 14. Further, in each embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and only different components are denoted by different reference numerals.
[0010]
FIGS. 1 to 3 show an
[0011]
The
[0012]
On the other hand, a
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
On the inner surface of the
[0016]
A
[0017]
The
[0018]
Therefore, as shown in FIG. 3, the
[0019]
When the
[0020]
The tip of a discharging
[0021]
FIG. 4 shows an
[0022]
Next, a joining method using the
[0023]
First, as shown in FIG. 5, the
[0024]
Then, as shown in FIG. 6, after the
[0025]
Next, as shown in FIG. 7, the
[0026]
Next, as shown in FIG. 8, when the
[0027]
Next, as shown in FIG. 9, the
[0028]
Next, as shown in FIG. 10, when the
[0029]
Next, as shown in FIG. 11, the
[0030]
After the side wall of the existing
[0031]
Next, as shown in FIG. 13, when the
[0032]
Next, as shown in FIG. 14, the cut side wall 47 of the existing tunnel is removed to form the connection port 12, and the
[0033]
In addition to the joining method as described above, a new tunnel can be constructed by dismantling the
[0034]
In the embodiment of the joining method described above, the
[0035]
Although the above-described joining method has been described based on the propulsion method, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a shield method.
[0036]
【The invention's effect】
Underground connection of tunnels can be made at low cost and in a short period of time without any ground improvement. Further, an excavator capable of performing this joining can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an excavator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an excavator with a ring cutter slid.
3A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG. 3B is a plan view of FIG.
FIG. 4 is a sectional view of an excavator according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a joining method, in which an excavator is dug up to near a side surface of an existing tunnel.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a joining method, in which an excavator is dug up to near a side surface of an existing tunnel.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a joining method and excavating the excavator until the excavator contacts a side surface of an existing tunnel.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a joining method, in which an excavator that has been dug up to near a side surface of an existing tunnel is retracted.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an excavator showing a joining method, in which a telescopic jack is contracted to extend a ring cutter.
FIG. 10 shows a joining method, and is a cross-sectional view of an excavator in which a telescopic jack is extended and fixed to a ring cutter.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a joining method, in which a side wall of an existing tunnel is cut by a ring cutter.
FIG. 12 shows a joining method and is a cross-sectional view of an excavator in which a telescopic jack has been removed from a ring cutter.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an excavator showing a joining method and dismantling a protruding shield and a cutter head.
FIG. 14 shows a joining method and is a cross-sectional view in which a new tunnel is joined to an existing tunnel.
15A and 15B show a conventional joining method, in which (1) is a cross-sectional view in which a shaft is built in an existing tunnel, (2) is a cross-sectional view in which a shaft is built in the vicinity of the existing tunnel, and (3) is a cross-sectional view in which the existing tunnel is built. It is sectional drawing which improved the ground of the vicinity.
[Explanation of symbols]
1, 35
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