JP2005146711A - Shield machine for constructing branched tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中に築造されている既設のトンネルに対して、外部から該既設トンネルに連通させる分岐トンネルを築造するためのシールド掘削機に関するものである。 The present invention relates to a shield excavator for constructing a branch tunnel that communicates with an existing tunnel that is built in the ground from the outside.
地中に築造されている既設トンネルから分岐するトンネルを築造するには、従来から、シールド掘削機によって発進立坑側から上記既設トンネルに向かってトンネルを掘進し、一定長のトンネルを掘削する毎に該シールド掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成したり、或いは、機内でセグメントを組立てながら掘進に従って掘削壁面に覆工することによって管路を形成して行き、既設トンネルに達した時にシールド掘削機を停止させたのち、このシールド掘削機によって築造された上記管路を既設トンネルに交差するように連通させることによって分岐トンネルを築造している。 In order to build a tunnel that branches off from an existing tunnel built underground, a tunnel is dug from the start shaft side to the existing tunnel by a shield excavator and every time a fixed length of tunnel is excavated. After the shield excavator, a pipe is formed by sequentially adding buried pipes of a certain length, or a pipe is formed by lining the excavation wall according to excavation while assembling the segments in the machine. Then, after the shield excavator is stopped when the existing tunnel is reached, the branch tunnel is constructed by connecting the pipes constructed by the shield excavator so as to intersect the existing tunnel.
この際、既設トンネルとシールド掘削機との間の地盤を薬液注入工法や凍結工法などの補助工法を用いて固結状態にし、シールド掘削機のカッタヘッドを解体撤去したのち、このシールド掘削機から人力によって上記固結地盤を掘削しながら且つその掘削壁面を吹き付けコンクリート等により覆工処理しながら既設トンネルの外周壁面にまでトンネル部を掘削すると共に、該既設トンネルの外周壁面を解体することによって既設トンネルに交差状に連通させた分岐トンネルを築造している。 At this time, the ground between the existing tunnel and the shield excavator is consolidated using an auxiliary method such as a chemical injection method or a freezing method, and the cutter head of the shield excavator is dismantled and removed from the shield excavator. While excavating the consolidated ground by human power and lining the excavated wall surface with sprayed concrete or the like, excavating the tunnel part to the outer peripheral wall surface of the existing tunnel and dismantling the outer peripheral wall surface of the existing tunnel A branch tunnel is built that crosses the tunnel.
しかしながら、このような分岐トンネルの築造方法では、既設トンネルとシールド掘削機との間の地盤を固結させる補助工法に多大な時間と労力を要すると共に人力による地盤の掘削量も多くなって作業能率が著しく低下するといった問題点があった。 However, in such a construction method of a branch tunnel, the auxiliary construction method for solidifying the ground between the existing tunnel and the shield excavator requires a lot of time and labor, and the amount of ground excavation by manpower increases and the work efficiency increases. There was a problem that the remarkably decreased.
そのため、特許文献1に記載されている分岐トンネル掘削用シールド掘削機が開発された。このシールド掘削機は図17、18に示すように、互いに屈折自在に接続している前後胴部41a 、41b からなるスキンプレート41の開口端に前方の地盤を掘削するカッタヘッド42を設けてなる掘削機本体A1において、上記スキンプレート41の前胴部41a の外周面に円弧状に湾曲した長方形状のフード板片43a を複数枚、周方向に円筒状に組み合わせると共に隣接するフード板片43a 、43a の対向側端面同士を前方に向かって個別に移動自在に連結してなるフード体43を備えている。
For this reason, a shield excavator for branch tunnel excavation described in
そして、このシールド掘削機によって既設トンネルTに向かって掘削壁面にセグメント覆工を施工しながらトンネルT'を掘進し、カッタヘッド42が既設トンネルTに達するとシールド掘削機を停止させたのち、各フード板片43a を掘削機本体ない装着している推進ジャッキ(図示せず)により前方の地盤に圧入しながら推進させてそれぞれのフード板片43a の先端を既設トンネルTの外周壁面部に当接させることにより、フード体43内に取り込まれた地盤と外側の地盤とを縁切りし、しかるのち、フード体43内の地盤を掘削、除去すると共に掘削機内部を解体、撤去し、さらに、フード体43の先端が当接している既設トンネルTの外周壁面部を破壊することによってトンネルT'内に連通する分岐口を形成している。
And this tunnel excavator digs the tunnel T 'while constructing the segment lining on the excavation wall surface toward the existing tunnel T, and when the cutter head 42 reaches the existing tunnel T, the shield excavator is stopped, The
しかしながら、上記分岐トンネル掘削用シールド掘削機によれば、円筒形状のフード体33を構成している複数枚のフード板片33a は、一枚の直方形状の板材からなるものであるから剛性が低く、そのため、スキンプレート41の前端から地盤中に圧入すると、地盤側からの抵抗力によって拡径方向に、或いは、縮径方向に撓み変形が生じて、軟弱な地盤においては磁場の崩壊が懸念される一方、硬質な地盤における施工では、フード板片43a の推進が困難になり、既設トンネルTに対する分岐トンネルの築造作業が能率よく行うことができないといった問題点があった。
However, according to the shield excavator for branch tunnel excavation described above, the plurality of hood plate pieces 33a constituting the cylindrical hood body 33 are made of a single rectangular plate material and thus have low rigidity. Therefore, when press-fitting into the ground from the front end of the
さらに、各フード板片43a の先端面が該フード板片43a の長さ方向に対して直角な直線状の端面に形成されているため、この先端面を円弧状に湾曲した既設トンネルの外周壁面に当接させると、その先端面の一部が点接触状態に当接するのみでそれ以外の先端面と既設トンネルの外周面間に隙間が生じることになり、この隙間を通じて多量の薬液を地盤に注入したり、或いは、広い範囲に亘って凍結作業を行わなければならず、著しい労力と手間を要することになる。
Furthermore, since the front end surface of each
また、各フード板片43a の先端を既設トンネルの外周壁面に当接させて固定したのちに、シールド掘削機をガス溶断などで搬出可能な大きさに解体してトンネル内を通じて撤去、回収しているが、その解体作業に多大な時間と労力を要するばかりでなく、解体後には再利用できる部品が限られるといった問題点があった。
Also, after fixing the tip of each
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既設トンネルに対して分岐トンネルを接続、連通させる作業が能率よく且つ正確に行うことができ、また、カッタヘッド等の回収、撤去作業も円滑に行うことができる分岐トンネル築造用シールド掘削機を提供するにある。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and the purpose of the present invention is to connect a branch tunnel to an existing tunnel and communicate with each other efficiently and accurately. An object of the present invention is to provide a shield tunnel excavator for building a branch tunnel that can smoothly collect and remove a cutter head and the like.
上記目的を達成するために本発明の分岐トンネル築造用シールド掘削機は、スキンプレートの前方地盤をカッタヘッドにより掘削しながら既設トンネルに向かってトンネルを掘進していき、この既設トンネルに達した時にスキンプレートの先端面を既設トンネルの外周壁面に当接させた状態にして該スキンプレート内に取り込んだ土砂を排除すると共にスキンプレートの先端面で囲まれた既設トンネルの周壁部を破壊することによって既設トンネルに交差状に連通する分岐トンネルを築造するように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機において、請求項1に記載したように、上記既設トンネルの外周壁面に当接させるスキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に接合可能な側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面に形成していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the shield tunnel excavator for branch tunnel construction according to the present invention excavates the tunnel toward the existing tunnel while excavating the front ground of the skin plate with the cutter head, and when this tunnel is reached. By removing the earth and sand taken in the skin plate with the tip surface of the skin plate in contact with the outer peripheral wall surface of the existing tunnel and destroying the peripheral wall portion of the existing tunnel surrounded by the tip surface of the skin plate In the shield tunnel excavator for constructing a branch tunnel that is configured to construct a branch tunnel that communicates with the existing tunnel in an intersecting manner, the front end face of the skin plate that is brought into contact with the outer peripheral wall surface of the existing tunnel as described in
このように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機において、請求項2に係る発明は、スキンプレートの内周面に該内周面から内側に小間隔を存して、分岐トンネルの掘削壁面を覆工しているセグメントからなる管路よりも小径の外筒体を一体に設けていると共に、この外筒体内に内筒体を前後方向に移動可能に挿入して外筒体に着脱自在に連結してあり、さらに、この内筒体の前部に一体に設けている隔壁にスキンプレートの前方地盤を掘削し、且つ、外径が上記外筒体の内径よりも小径となるように縮径可能に構成しているカッタヘッドを回転自在に支持していることを特徴とする。
In the shield tunnel excavator for building a branch tunnel constructed in this way, the invention according to
上記請求項1、請求項2に記載したシールド掘削機において、請求項3に係る発明は、管路が掘削壁面に施工されるセグメント覆工からなるものであってこのセグメメント覆工の前端面に推進反力を支持させながらトンネルを掘進する所謂、シールド工法に用いる掘削機であって、スキンプレートが互いに屈折自在に接続した前後胴部からなると共に内外筒体も互いに屈折自在な前筒部と後筒部とに分割されてあり、さらに、スキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に複数本の中折れジャッキとシールドジャッキとを配設していることを特徴とする。
In the shield excavator according to
一方、上記請求項1、請求項2に記載したシールド掘削機において、請求項4に係る発明は、推進埋設管によって管路を形成していく推進工法に用いる掘削機であって、スキンプレートの後端部を推進埋設管の前端に屈折可能に接続していると共にスキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に推進埋設管に対してスキンプレートと外筒体とを一体的に所定方向に屈折させる複数本の中折れジャッキを装着していることを特徴とする。
On the other hand, in the shield excavator according to
本発明の分岐トンネル築造用シールド掘削機によれば、既設トンネルの外周壁面に当接させるスキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に接合可能な側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面に形成しているので、このシールド掘削機のスキンプレートの湾曲前端面を既設トンネルにおける接合すべき外周壁面に殆ど隙間なく全面的に且つ正確に当接させることができ、従って、スキンプレートの先端面と既設トンネルの外周面間からの地盤に対する薬液注入処理や凍結処理などの補助工法も少なくてすむと共に精度のよい分岐トンネルを築造することができる。 According to the shield excavator for building a branch tunnel of the present invention, the front end surface of the skin plate that is brought into contact with the outer peripheral wall surface of the existing tunnel is formed into a curved end surface that is curved in a side concave arc shape that can be joined to the outer peripheral wall surface of the existing tunnel. Therefore, the curved front end surface of the skin plate of the shield excavator can be brought into full contact with the outer peripheral wall surface to be joined in the existing tunnel almost completely without any gaps. Auxiliary methods such as chemical injection and freezing treatment for the ground from between the outer peripheral surfaces of the tunnel can be reduced, and a highly accurate branch tunnel can be constructed.
さらに、スキンプレート全体を推進させることによってその湾曲前端面を全面的に既設トンネルの外周壁面に当接、接合させることができるので、既設トンネルの外周壁面に対するスキンプレートの接合作業が能率よく行うことができると共に、スキンプレートは周方向に複数分割されていない一本の筒形状に形成されているから剛性が高くて撓み変形することなく、地盤を確実に支保することができる。 Furthermore, since the front end surface of the curve can be brought into full contact with and joined to the outer peripheral wall surface of the existing tunnel by propelling the entire skin plate, the skin plate can be efficiently joined to the outer peripheral wall surface of the existing tunnel. In addition, since the skin plate is formed in a single cylindrical shape that is not divided into a plurality of parts in the circumferential direction, the ground plate can be reliably supported without being bent and deformed with high rigidity.
また、請求項2に係る発明によれば、スキンプレートの内周面に外筒体を一体に設けているので、これらのスキンプレートと外筒体とによって二重筒構造が形成されて一層、強度が増大し、カッタヘッドによって掘削されたトンネル掘削壁面に沿ってスキンプレートにより地盤を確実に支保させながら該スキンプレートを正確に推進させることができる。
Further, according to the invention according to
その上、上記外筒体の外径は分岐トンネルの掘削壁面を覆工している管路よりも小径であると共に、この外筒体内に内筒体を前後方向に移動可能に挿入して外筒体に着脱自在に連結し、さらに、この内筒体の前部に一体に設けている隔壁にスキンプレートの前方地盤を掘削し、且つ、外径が上記外筒体の内径よりも小径となるように縮径可能に構成しているカッタヘッドを回転自在に支持しているので、トンネルの掘進時にはカッタヘッドの掘削反力をスキンプレートと外筒体側に支持させながスキンプレートと外筒体を一体的に推進させることによって確実に掘進することができる一方、トンネルの掘削終了後に該トンネルを既設トンネルに連通させる際に、カッタヘッドを縮径させると共に外筒体に対する内筒体の連結を解くことによって外筒体をガイドしてカッタヘッドを内筒体と共に簡単に後方に回収、撤去することができ、再使用が可能となる。 In addition, the outer diameter of the outer cylinder is smaller than the pipe line covering the excavation wall surface of the branch tunnel, and the inner cylinder is inserted into the outer cylinder so as to be movable in the front-rear direction. It is detachably connected to the cylindrical body, and further, the front ground of the skin plate is excavated in the partition wall provided integrally with the front portion of the inner cylindrical body, and the outer diameter is smaller than the inner diameter of the outer cylindrical body. Since the cutter head that can be reduced in diameter is rotatably supported, the excavation reaction force of the cutter head is supported on the skin plate and outer cylinder side when tunneling, but the skin plate and outer cylinder While it is possible to dig reliably by propelling the body integrally, when the tunnel is communicated with the existing tunnel after the tunnel excavation is completed, the cutter head is reduced in diameter and the inner cylinder is connected to the outer cylinder. By solving Easily recovered backwards together with the inner cylindrical body of the cutter head and guide the outer cylindrical body, it can be removed, re-use is possible.
また、請求項3に係る発明によれば、スキンプレートが互いに屈折自在に接続した前後胴部からなると共に内外筒体も互いに屈折自在な前筒部と後筒部とに分割されてあり、さらに、スキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に複数本の中折れジャッキとシールドジャッキとを配設しているので、内筒体が存在しているにもかかわらず、中折れジャッキやシールドジッャキを内筒体の内周面側ではなく、スキンプレートの内周面側に直接、配設した構造としているから、中折れジャッキの作動力を直接、スキンプレートの前後胴部間に伝達することができて大型の中折れジャッキを用いなくても比較的小さな伸縮力でもってスキンプレート前後胴部間と内外筒体の前後筒部間とを同時に一体的に互いに屈折させることができてシールド掘削機の方向修正や曲線トンネル掘削に必要な外筒体の中折れ角度を確実に得ることができると共に、シールドジャッキのロッドの軸線を掘削壁面に施工したセグメントの前端面にできる限り近接又は当接し得る位置に配設することができて該ロッドに曲げ力が殆ど作用することなく安定的に作動させることができ、その上、機内の作業空間を大きく確保することができて作業能率を向上させることができる。
According to the invention of
同様に、推進工法用としての請求項4に記載のシールド掘削機においては、スキンプレートの後端部を推進埋設管の前端に屈折可能に接続していると共にスキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に推進埋設管に対してスキンプレートと外筒体とを一体的に所定方向に屈折させる複数本の中折れジャッキを装着しているので、推進埋設管に対してシールド掘削機の掘進方向を中折れジャッキによって簡単且つ正確に向けることができる。また、上記いずれのシールド掘削機においても、中折れジャッキやシールドジャッキはスキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に配設しているので、機内の各種の機器類に邪魔されることなく、また、機器類の邪魔になることなく、所定位置に配置しておくことができる。
Similarly, in the shield excavator according to
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図1はシールド工法によって既設トンネルTに向かって分岐トンネルとなるトンネルT'を掘削するためのシールド掘削機Aを示すもので、一定長さを有する円筒形状のスキンプレート1の前端面を側面から見て、接合すべき既設トンネルTの凸円弧状に湾曲した外周壁面tに全面的に当接、接合可能な凹円弧状に湾曲した湾曲端面2に形成している。即ち、スキンプレート1の前端面を該スキンプレート1の上下方向(高さ方向)の中央部が最も後方に窪んであり、この中央部から上下周部に行くに従って徐々に前方に向かって緩やかに湾曲した凹円弧状湾曲端面2に形成しているものである。
Next, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a shield excavator A for excavating a tunnel T ′ that becomes a branch tunnel toward an existing tunnel T by a shield method. When the front end surface of the
なお、既設トンネルTのトンネル軸線にシールド掘削機Aの機軸が交差するようにトンネルT'が掘削される場合には、既設トンネルTの外周壁面に接合させる上記スキンプレート1の凹円弧状湾曲端面2における最も窪んだ端面はそのスキンプレート1の高さ方向の中央部に位置するが、既設トンネルTのトンネル軸線に対してシールド掘削機Aの機軸が上下方向にずれていて、スキンプレート1が既設トンネルTの上周部側の壁面、或いは、下周部側の壁面に偏位した部分に交差状に当接、接合する場合には、当然のことながら、スキンプレート1の凹円弧状湾曲端面2における最も窪んでいる部分が上下方向に偏位しているものであり、さらに、既設トンネルTに対してトンネルT'が直交することなく交差する場合には、スキンプレート1の凹円弧状湾曲端面2における一側部側と他側部側とではその窪み状態が一方では深く、他方では浅くなっている。
When the tunnel T ′ is excavated so that the axis of the shield excavator A intersects the tunnel axis of the existing tunnel T, the concave arcuate curved end surface of the
このスキンプレート1は通常のシールド掘削機と同様に、前胴部1aと後胴部1bとに分割されてあり、後胴部1bの前端から突設している外周面が前後方向に円弧状に湾曲している中折れ部1c上に前胴部1aの後端内周面をシール材を介して後胴部1bに対し、屈折自在に接続している。
This
さらに、スキンプレート1内に該スキンプレート1の内周面から小間隔を存して、外径がシールド掘削機Aによって掘削されるトンネルT'の掘削壁面に覆工しているセグメントSからなる管路Pの内径よりも小径の外筒体3をスキンプレート1と同心的に配設していると共にこの外筒体3を複数の円環状連結板10によって長さ方向に所定間隔毎に一体に連結、固着し、スキンプレート1の内周面とこの外筒体3の外周面との間に断面円環形状の中空室5を形成している。
Further, the
外筒体3の前端はスキンプレート1の前端から後方に小間隔を存した位置にあり、この外筒体3の前端をスキンプレート1の前端部内周面に一体に固着している上記最前側の円環状連結板10からスキンプレート1の前端部を前方に突出させて該前端部をフード部1a1 に形成していると共に、上記外筒体3をスキンプレート1の上記中折れ部1cの内方に位置する部分から互いに屈折可能な長さの長い前側筒体部3aと長さの短い後側筒体部3bとに二分割してあり、後側筒体部3bはスキンプレート1の後胴部1aの前端から中折れ部1cの前端に亘る部分の内方に設けられている。
The front end of the outer
また、外筒体3内に内筒体4を前後方向に移動可能に挿入している。具体的には、外筒体3の前後方向及び周方向の複数個所にガイドローラ11を回転自在に軸支してあり、これらのガイドローラ11に内筒体4の外周面を支持させて該内筒体4を外筒体3内に挿入した状態から後方に引出し可能に構成していると共にこの内筒体4も外筒体3と同様に、互いに屈折可能な前後筒体部4a、4bに二分割されてあり、その分割部分は外筒体3の内外外筒体部3a、3b間の分割部分の内方に重なるようにして設けられていてスキンプレート1及び外筒体3と共に一体的に分割部から屈折可能に構成している。
The
さらに、外筒体3の前側筒体部3aの内周面の前後端部と中間部とにシール材12を周設してこれらのシール材12に内筒体4の前側筒体部4aの前後端部と中間部とを密接させて止水性をもたせている。また、外筒体3内に内筒体4を互いに内外二重筒構造となるように挿入した状態において、このシールド掘削機Aによるトンネル掘進時には、内筒体4の前側筒体部4aを外筒体3の前側筒体部3aに適宜な連結具13、例えばボルトによって着脱自在に連結し、これらの内外筒体3、4を一体に固定している。
Further, the sealing
スキンプレート1と外筒体3との間の上記断面円環形状の中空室5内には複数本の中折れジャッキ6とシールドジャッキ7とを周方向に所定間隔毎に配設されている。そして、中折れジャッキ6は図2に示すように、周方向に小間隔を存した2本を一組として4組を中空室5内の上下左右にそれぞれ配設してあり、これらの中折れジャッキ6の前端をスキンプレート1の前胴部1aの長さ方向の中間部内周面に突設しているブラケット14a に枢着する一方、後端をスキンプレート1の後胴部1bの前端から中折れ部1cの内周面に亘ってその内周面に突設しているブラケット14b に回動自在に枢着することによって連結している。
In the
また、上記各シールドジャッキ7は、上記中折れ部6の内周面に載置された状態で適宜な固定具(図示せず)により取り外し可能に固着されていると共に後端部を上記最後部側の円環状連結板10に挿通、支持させて後方に突出し、そのロッド7aの先端に装着しているスプレッダ7bを管路Pを構成したセグメントSの前端面に押し付けるように構成している。一方、上記内筒体4の内周面に沿って上記各中折れジャッキ6の内側に重なるように、複数(中折れジャッキ6と同数)の伸縮ジャッキ15を配設してあり、この伸縮ジャッキ15の前後端を内筒体4の前後筒体部4a、4bの内周面に回動自在に枢着して前後筒体部4a、4bを互いに屈折可能に連結している。
Each
さらに、この内筒体4の後側筒体部4bの後端部を外筒体3の後側筒体部3bから後方に突出させてその後端にセグメントSを組み立てるエレクタ装置16を配設している。このエレクタ装置16は、内筒体4の後側筒体部4bの後端部に外径が管路Pの内径よりも小径の円形レール部材16a を固着し、この円形レール部材16a にモータ(図示せず)駆動によって回動するリング体16b を回転自在に支持させこのリング体16b にエレクタ16c を装着してなるものである。
Further, an
上記内筒体4の前部内には隔壁8がその外周端面を内筒体4の内周面に一体に固着することによって設けられていると共に、この隔壁8の中心部にはスキンプレート1の前方地盤を掘削するカッタヘッド9が回転自在に支持されている。このカッタヘッド9は、図1、図3に示すように、隔壁8の中心部にその回転中心軸17を支持させていると共に、該回転中心軸17の先端から外径方向に向かって、長さが外筒体3の内径よりもやや短く且つ前面両側部に前方に向かって複数のカッタビット9cを突設している複数本(図においては、4本)のスポーク9aを放射状に設けていると共に隣接するスポーク9a、9aの外端対向側面間を円弧状の連結片9dによって一体に連結してあり、さらに、各スポーク9aをその外端面が開口した筒状の中空スポーク9aに形成してその内部に外側スポーク片9bを収納し、スポーク9aに装着しているジャッキ18の作動により、外側スポーク片9bを中空のスポーク9aの開口端から出没させてスポーク長をスキンプレート1の外周面に達する長さから内筒体4の内周面内に納まる長さまで伸縮自在に構成している。なお、外側スポーク片9bの前面両側部にも複数本のカッタビット9cを突設していると共に、上記回転中心軸17の前面にセンタビット9c' を突設している。
A
また、カッタヘッド9の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材19を突設していると共に、これらのアーム部材19の後端を円環状枠材20によって一体に連結して該円環状枠材20を隔壁8から前方に突出している内筒体4の前側筒体部4aの内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材20の後端面に内歯車21を固着している一方、上記隔壁8の外周部後面に駆動モータ22を装着してこの駆動モータ22の回転軸に固着している小歯車23を上記内歯車21に噛合させ、駆動モータ22によってカッタヘッド9を回転させるように構成している。
In addition,
さらに、カッタヘッド9の後面と上記隔壁8の前面間の空間部を、カッタヘッド9によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室24に形成してあり、この土砂室22から排土手段25を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。この排土手段25は図1に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁8の下部を貫通して上記土砂室24の下端部内に臨ませていると共に隔壁8から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。
Further, a space between the rear surface of the
なお、カッタヘッド9の上記アーム部材19には外径方向に突出した伸縮自在な攪拌棒26を装着していると共に上記スキンプレート1の後胴部1bの外周面の数個所にはカバー27によって覆われた裏込注入管(図示せず)が配設されている。また、スキンプレート1と外筒体3間の中空室5内にはスキンプレート1の後胴部1b側から地盤改良用の薬液注入管29が配設されてあり、この薬液注入管29の先端はスキンプレート1の前端部を貫通して外周地盤側に開口させている。
The
次に、以上のように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機Aによって既設トンネルTに連通させるための分岐トンネルT'を築造するには、まず、このシールド掘削機Aを発進立坑(図示せず)内に設置し、そのカッタヘッド9の外側スポーク片9bを伸長させて該カッタヘッド9を拡径させた状態にして回転させながらスキンプレート1から前方の地盤を掘進し、その掘削壁面t'にエレクタ装置26によってセグメントSを組み立てることにより管路Pを形成していく。シールド掘削機の推進は、先に掘削壁面t'に施工したセグメントSの前端面にシールドジャッキ7のロッド先端に装着しているスプレッダ7bを押しつけ、ロッド7aを伸長させることによって行われる。
Next, in order to construct the branch tunnel T ′ for communicating with the existing tunnel T by the shield tunnel excavator A for branch tunnel construction configured as described above, first, the shield excavator A is set to a start shaft (not shown). ), The outer spoke
この際、セグメントSはスキンプレート1の後胴部1b内でエレクタ装置16により組み立てられ、シールド掘削機Aの掘進に従って該後胴部1bの内周面に沿って掘削壁面t'に送りだされる一方、全てのシールドジャッキ7はスキンプレート1の内周面に装着されているので、そのロッド7aの軸心延長線がセグメントSの前端面にできる限り近接または突き当たる状態となり、従って、シールドジャッキ7のロッド7aに曲げ等の無理な力が生じさせることなくセグメントSの前端面に反力をとって安定した状態で推進させることができると共に、機内の作業空間を広く確保することができて能率よく作業が行える。
At this time, the segment S is assembled by the
セグメントSの前端面に反力をとったシールドジャッキ7の推進力は、このシールドジャッキ7を固定させているスキンプレート1の後胴部1b側から中折れジャッキ6を介して前胴部1a及びこの前胴部1aと一体の外筒体3の前側筒体部3aに伝達され、さらに、該外筒体3の前側筒体部3aとボルト等の連結具13によって着脱自在に連結している内筒体4の前側筒体部4aからこの内筒体4に一体に設けている隔壁8を介してカッタヘッド9に伝達される。換言すれば、カッタヘッド9の面に掘削時に作用する切羽側からの圧力は、一体に連結している内外筒体3、4の前側筒体部3a、4aからスキンプレート1、シールドジャッキ7を介して覆工セグメントSの前端面に支持される。なお、内筒体4の後側筒体部4bは前側筒体部4aと連結している伸縮ジャッキ15を介して前方に引かれて一体的に前進する。
The propulsive force of the
また、トンネルの掘進中において、シールド掘削機の方向を修正したり曲線トンネル部を掘削する場合には、中折れジャッキ6を作動させることにより、スキンプレート1の前胴部1aを後胴部1bに対して所定の方向に屈折させる。この際、スキンプレート1の前胴部1aと一体の外筒体3の前側筒体部3aも後側筒体部3bに対して一体的に屈折すると共に、この外筒体3の前側筒体部3aの内周面によって内筒体4の前側筒体部4aが押圧され、その屈折量に応じて伸縮ジャッキ15を伸縮させながら後側筒体部4bに対して上記スキンプレート1の前胴部1a及び外筒体3の前側筒体部3aと一体に同一方向に同一角度、屈折する。こうして、シールド掘削機Aを掘進させることにより既設トンネルTに向かって計画線上に沿って所定の方向にトンネルT'を掘削する。掘削された土砂は土砂室24から排土手段25に送り込まれて該排土手段25からトンネルT'内を通じて発進立坑側に排出される。
Further, when the direction of the shield excavator is corrected or the curved tunnel portion is excavated while the tunnel is being excavated, the front trunk portion 1a of the
こうして、スキンプレート1の前方地盤をカッタヘッド9により掘削しながらシールド掘削機Aを推進させてトンネルT'を築造して行き、シールド掘削機Aが既設トンネルTにおける所定位置、即ち、該既設トンネルTに上記トンネルT'を交差状に分岐させた状態で連通させる部分に達すると、該部分の外周壁面tにスキンプレート1の前端開口部を対向させた状態で停止させる。この状態にして、このシールド掘削機Aによって築造した上記トンネルT'を既設トンネルTに連結、連通させる作業を行って既設トンネルTからトンネルT'を分岐させる。次に、このトンネルT'の分岐作業工程を図1及び図4〜図6に基づいて説明する。
Thus, the tunnel excavator A is propelled while excavating the front ground of the
まず、上記図1は、シールド掘削機Aが既設トンネルTに達してこの既設トンネルTの外周壁面tにおける所定部分にスキンプレート1のフード部1a1 から突出しているカッタヘッド9が対向した状態を示すもので、このカッタヘッド9のセンタビット9c' を既設トンネルTの壁体部にトンネルT'を連通させるために設けられる分岐用開口部B(図6に示す)の中心に合致させた状態にして該開口部Bを開設すべき既設トンネルTの外周壁面tの所定部分に近接又は当接、或いは、該センタビット9c' によって既設トンネルTの壁体部の一部が穿たれた状態となっている。
First, FIG. 1 shows a state in which the shield excavator A reaches the existing tunnel T and the
このようにシールド掘削機Aが既設トンネルTにおける所定位置に達すると、まず、図4に示すように、カッタヘッド9の外側スポーク片9bを各スポーク9a内に収縮させることによってこのカッタヘッド9の外径を外筒体3の内径よりも小径にすると共にカッタヘッド9のアーム部材19に装着している攪拌棒26を収縮させる。さらに、外筒体3の前側筒体部3aと内筒体4の前側筒体部4aとを一体に連結しているボルトよりなる連結具13を取り外して内外筒体3、4を互いに前後方向に相対移動可能にすると共に、内筒体4の前後筒体部4a、4bの対向端部間を連結金具28により一体に連結、固定する。
When the shield excavator A reaches a predetermined position in the existing tunnel T in this way, first, as shown in FIG. 4, the outer spoke
しかるのち、シールドジャッキ7のロッドを伸長させ、管路Pを形成しているセグメントSの前端に反力をとってスキンプレート1を前進させると、該スキンプレート1のフード部1a1 が縮径したカッタヘッド9の外周方を通過して該カッタヘッド9を内包しながらこのカッタヘッド9と既設トンネルTとの間の地盤に突入、推進し、既設トンネルTの外周壁面tにおける分岐用開口部Bを形成すべき位置にその前端面を当接させる。なお、この際、カッタヘッド9やエレクタ16等を備えている内筒体4は必要に応じてウインチ等の牽引装置により固定しておく。
After that, when the rod of the
このようにスキンプレート1を推進させると、該スキンプレート1と一体の外筒体3は、その内周面に設けているガイドロール11を内筒体4の外周面に転動させながらスキンプレート1と一体的に推進するので、スキンプレート1を円滑且つ確実に推進させることができる。さらに、スキンプレート1の前端面を既設トンネルTの外周壁面tに当接させると、該前端面は予め、既設トンネルTにおける分岐用開口部Bを形成すべき壁体部の外周壁面tに沿って接合する側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面2に形成されているので、該湾曲端面2を既設トンネルTの外周壁面tの所定部分に殆ど隙間なく正確に当接させることができる。なお、図においては、既設トンネルTの外周壁面tとスキンプレート1の前端湾曲端面2との形状関係を明確にするために、これらの対向面間に全面的に隙間を設けた状態を示している。
When the
こうして、既設トンネルTの外周壁面tにおける分岐用開口部Bを形成すべき部分にスキンプレート1の湾曲端面2を接合させたのち、機内から薬液注入管29を通じて既設トンネルTの外周壁面tとスキンプレート1の湾曲端面2との接合部周囲の地盤中に薬液を注入し、固化させることにより、止水層Cを形成する。しかるのち、スキンプレート1の前端部内に取り込まれているカッタヘッド9前面側の土砂を適宜排除する。
In this way, after joining the
次いで、シールド掘削機Aから後方の管路Pの底部上に軌条(図示せず)を敷設したのち、図5に示すように排土手段25であるスクリューコンベアをシールド掘削機Aから取り外してこの軌条を走行する台車(図示せず)に乗せ、管路P内を発進立坑側に回収、撤去する。なお、軌条はシールド掘削機Aによるトンネル掘進時に、発進立坑側からのセグメント等の部材の搬入用として管路Pの底部に敷設した軌条を利用してもよい。 Next, after laying a rail (not shown) on the bottom of the pipeline P behind the shield excavator A, the screw conveyor as the soil removal means 25 is removed from the shield excavator A as shown in FIG. It is placed on a carriage (not shown) that travels on the rail, and the inside of the pipe P is collected and removed to the start shaft side. The rail may be a rail laid on the bottom of the pipe P for carrying in a member such as a segment from the start shaft when the tunnel is excavated by the shield excavator A.
さらに、内筒体4の下周部に上記軌条上を転動する回収用ガイドローラ30を取付け、カッタヘッド9及びエレクタ装置16を備えている該内筒体4を後方側から牽引装置により引っ張って発進立坑側に移動させ、回収する。こうして回収されたカッタヘッド9やエレクタ装置16を備えている内筒体4は再び他のシールド工事に使用する。
Further, a
一方、掘削壁面tを覆っているスキンプレート1はそのシールド掘削機到達個所に残しておくが、このスキンプレート1に装着している中折れジャッキ6やシールドジャッキ7はスキンプレート1から取り外して回収し、次のシールド工事に使用する。次いで、スキンプレート1の前端面によって囲まれている既設トンネルTの壁体部を既設トンネルT内から、或いはトンネルT'側から解体、除去して図6に示すように、既設トンネルT内からトンネルT'内に通じる開口部Bを開設し、この開口部Bとスキンプレート1の前端面間を溶接或いは適宜な覆工処理によって一体化することにより、既設トンネルTから開口部Bを通じて上記トンネルT'を分岐させた分岐トンネルの築造を完了する。なお、スキンプレート1と外筒体3間の中空室5に配設している中折れジャッキ6やシールドジャッキ7も回収する。
On the other hand, the
上記実施の形態における分岐トンネル築造用シールド掘削機においては、カッタヘッド9を直接、スキンプレート1の側面凹円弧状に湾曲している前端面から前方に突出させた状態で掘進するように構成しているが、このように構成するとカッタヘッド9の背面とスキンプレート1の湾曲端面2との間には側面から見て三日月形状の隙間が生じることなる。図7は湾曲端面2を有するスキンプレート1を備えているにもかかわらず、このような三日月形状の隙間が生じないように構成している分岐トンネル築造用シールド掘削機を示すものである。
In the shield tunnel excavator for building a branch tunnel in the above embodiment, the
即ち、このシールド掘削機A'においては、上記実施の形態で示したシールド掘削機Aにおいて、スキンプレート1の前胴部1aの前部内周面に沿ってこのスキンプレート1の前端フード部1a1 の長さよりも僅かに長い長さを有し且つ前端面が垂直な直状前端面2'に形成されている短筒形状の内側フード1'をスキンプレート1の前端からその前部が出没可能に配設した構造としている。
That is, in the shield excavator A ′, in the shield excavator A shown in the above embodiment, the front end hood portion 1a1 of the
具体的には、図8に示すように、前端面が側面凹円弧状の湾曲端面2に形成されているスキンプレート1とこのスキンプレート1の内方に配設している外筒体3とを一体化させている複数の円環状連結板10において、内周端が外筒体3の前端に一体に連結している最前部の円環状連結板10' の外周端面をスキンプレート1の前部内周面に連結することなく、該円環状連結板10' の外周端面とスキンプレート1の前部内周面との間に、上記内側フード1'を前後摺動自在に挿通、支持しているガイド口31を設けていると共に、スキンプレート1の前胴部内周面に沿って中空室5内に複数本のフードスライドジャッキ32を周方向に所定間隔毎に装着し、これらのフードスライドジャッキ32のロッド前端を内側フード1'の後端面に連結してなるものである。その他の構造については上記図1で示した分岐トンネル築造用シールド掘削機Aと同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
Specifically, as shown in FIG. 8, a
このように構成したので、発進立坑側から既設トンネルTに向かってトンネルT'を掘削する場合には、フードスライドジャッキ32を伸長させて図1に示すように、内側フード1'の前端部をスキンプレート1のフード部1a1 の前端から前方に突出させてその直状前端面2'をカッタヘッド9の背面近傍部に達した通常のシールド工法による掘削状態にする。この状態にして既設トンネルTに達するまでトンネルT'を掘進しながらその掘削壁面t'をセグメントSによって覆工して管路Pを形成する。
Since it comprised in this way, when excavating tunnel T 'toward the existing tunnel T from the starting pit side, as shown in FIG. 1, the front end part of inner hood 1' is extended by extending the
シールド掘削機A'が既設トンネルTにおける所定位置に達すると、図9に示すように、カッタヘッド9の外側スポーク片9bを各スポーク9a内に収縮させることによってこのカッタヘッド9を縮径させると共に攪拌棒26も収縮させ、さらに、外筒体3の前側筒体部3aと内筒体4の前側筒体部4aとを一体に連結しているボルトよりなる連結具13を取り外して内外筒体3、4を互いに前後方向に相対移動可能にしたのち、シールドジャッキ7のロッドを伸長させ、セグメントSの前端に反力をとってスキンプレート1を外筒体3及び内側フード1'と一体的に前進させることによってスキンプレート1のフード部1a1 から突出している内側フード1'の直状前端面2'の上下方向の中央部を既設トンネルTの外周壁面の対向部分に当接させる。さらに、内筒体4の前後筒体部4a、4bの対向端部間を連結金具28(図10に示す)により一体に連結、固定する。
When the shield excavator A ′ reaches a predetermined position in the existing tunnel T, as shown in FIG. 9, the outer spoke
この状態から、シールドジャッキ7をさらに伸長させてスキンプレート1を外筒体3と一体的に推進させると同時に、該シールドジャッキ7の伸長量に応じて同じ長さだけフードスライドジャッキ32を収縮させることにより、内側フード1'の直状前端面2'を上記のように既設トンネルTの外周壁面tの一部に当接させた状態を保持しながらスキンプレート1に対して相対的に後退させてガイド口30内に没入させる(図10参照)。
From this state, the
このように、スキンプレート1を推進させると、カッタヘッド9が外筒体3内に収納されると共にスキンプレート1がこのカッタヘッド9と既設トンネルTとの間の地盤に突入、推進して上記実施の形態と同様に既設トンネルTの外周壁面tにおける分岐用開口部Bを形成すべき位置にその湾曲端面2を全面的に当接させる。以下、上記実施の形態と同様に、機内から薬液注入管29を通じて既設トンネルTの外周壁面tとスキンプレート1の湾曲端面2との接合部周囲の地盤中に薬液を注入し、固化させることにより、止水層Cを形成する。
As described above, when the
しかるのち、スキンプレート1の前端部内に取り込まれているカッタヘッド9前面側の土砂を適宜排除すると共に排土手段25であるスクリューコンベアをシールド掘削機Aから取り外して発進立坑側に回収、撤去し、内筒体4の下周部に取り付けたガイドローラ30をトンネルT'内の軌条上に載せてカッタヘッド9及びエレクタ装置16を備えている該内筒体4を後方側から牽引装置により引張ることにより発進立坑側に移動させ、回収する(図11、図12参照)。
After that, the sand on the front side of the
次いで、スキンプレート1の前端面によって囲まれている既設トンネルTの壁体部を既設トンネルT内から、或いはトンネルT'側から解体、除去して既設トンネルT内からトンネルT'内に通じる開口部Bを開設し、この開口部Bとスキンプレート1の前端面間を溶接等によって一体化することにより、既設トンネルTから開口部Bを通じて上記トンネルT'を分岐させた分岐トンネルの築造を完了するものである。なお、スキンプレート1に装着している中折れジャッキ6やシールドジャッキ7はスキンプレート1から取り外して回収する。
Next, the wall portion of the existing tunnel T surrounded by the front end surface of the
上記シールド掘削機A、A'はいずれも、機内にシールドジャッキ7を装着しておくと共にエレクタ装置16を配設しておき、このエレクタ装置16によってトンネル掘削壁面に組み立てたセグメントSの前端面に上記シールドジャッキ7の推進反力を受止させながらシールド掘削機を掘進させる所謂シールド工法に使用する掘削機であるが、発進立坑から掘進するシールド掘削機に後続させて埋設管を押圧、推進させることにより、シールド掘削機を掘進させると共にその掘削壁面に上記埋設管を順次、直列状に圧入してこれらの埋設管により管路P'を形成していく、所謂、推進工法に使用されるシールド掘削機A'' を分岐トンネルT'の築造用として構成した場合の本発明のさらに別な実施の形態を次に述べる。
In both the shield excavators A and A ′, the
図13はその推進工法用のシールド掘削機A'' を示すもので、円筒形状のスキンプレート1の後胴部1bを短くして該後胴部1bの後端部を、管路P'を形成する最前部の埋設管の前端面に一体に連結、固定していると共にスキンプレート1の前胴部1aの内方に上記実施の形態と同様に前後方向に所定間隔毎に配設している複数の円環状連結板10を介して一体に連結、固定している外筒体3を設けている。なお、この外筒体3の外径は管路P'の内径よりも小径に形成されている。
FIG. 13 shows a shield excavator A ″ for the propulsion method. The
上記スキンプレート1の前端面は、上記実施の形態と同様に側面から見て、接合すべき既設トンネルTの凸円弧状に湾曲した外周壁面tに全面的に当接、接合可能な凹円弧状に湾曲した湾曲端面2に形成している。さらに、スキンプレート1の前胴部1aと外筒体3との対向面間で形成されている断面円環形状の中空室5の後部内に周方向に所定間隔毎に数本の中折れジャッキ6を装着してその前端部を前胴部1aの内周面に枢着する一方、後端部を前後胴部1a、1b間を屈折自在に接合している中折れ部1cの内周面に枢着している。
The front end surface of the
また、外筒体3内に、この外筒体3と略同じ長さを有する内筒体4を外筒体3の内周面における前後端部と長さ方向の中間部とに装着しているシール材12を介して前後方向に移動可能に挿入していると共に、これらの内外筒体3、4を互いに内外二重筒構造となるように組み合わせた状態において、内外筒体3、4同士を適宜な連結具13、例えばボルトによって着脱自在に連結している。
In addition, an
さらに、上記実施の形態と同様に、内筒体4の前部内には隔壁8がその外周端面を内筒体4の内周面に一体に固着することによって設けられていると共に、この隔壁8の中心部にはスキンプレート1の前方地盤を掘削するカッタヘッド9が回転自在に支持されている。なお、このカッタヘッド9の回転駆動機構及び外径を拡縮させる機構は上記実施の形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
Further, in the same manner as in the above-described embodiment, a
次に、このように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機A'' によって既設トンネルTに連通させるための分岐トンネルT'を築造するには、まず、このシールド掘削機A'' を発進立坑(図示せず)内に設置し、そのスキンプレート1の後胴部1bの後端に一定長さの埋設管を連結し、この埋設管の後端を発進立坑内に設置している推進ジャッキを伸長させることによってシールド掘削機A'' を推進させると共にカッタヘッド9の外側スポーク片9bを伸長させて該カッタヘッド9を拡径させた状態で回転させることにより、スキンプレート1から前方の地盤を掘進する。そして、一本の埋設管が埋設されると、次の埋設管を継ぎ足してその後端面を推進ジャッキにより押し進め、シールド掘削機A'' を掘進させてその掘削壁面を埋設管により被覆した管路P'を形成していく。
Next, in order to build the branch tunnel T ′ for communicating with the existing tunnel T by the shield tunnel excavator A ″ constructed in this way, first, this shield excavator A ″ is set to the start shaft ( A propulsion jack that is installed in the vertical shaft of the
こうして、管路P'を形成しながらシールド掘削機A'' が上記図13に示すように既設トンネルTにおける所定位置に達すると、図14に示すように、カッタヘッド9の外側スポーク片9bを各スポーク9a内に収縮させることによってこのカッタヘッド9を外筒体3よりも小径に縮小させると共に、外筒体3と内筒体4とを一体に連結しているボルトよりなる連結具13を取り外して内外筒体3、4を互いに前後方向に相対移動可能にしたのち、発進立坑内に設置している上記推進ジャッキを伸長させることにより、スキンプレート1を外筒体3と一体的に前進させ、既設トンネルTの外周壁面tにおける分岐用開口部Bを形成すべき位置にスキンプレート1の前端湾曲端面2を全面的に当接させる。この際、隔壁8にカッタヘッド9や排土手段25を備えている内筒体4を後方からウインチ等の牽引装置によって固定しておく。
Thus, when the shield excavator A ″ reaches the predetermined position in the existing tunnel T as shown in FIG. 13 while forming the pipe P ′, the outer spoke
しかるのち、上記実施の形態と同様に、機内から薬液注入管(図示せず)を通じて既設トンネルTの外周壁面tとスキンプレート1の湾曲端面2との接合部周囲の地盤中に薬液を注入し、固化させることにより止水層Cを形成したのち、スキンプレート1の前端部内に取り込まれているカッタヘッド9前面側の土砂を適宜排除すると共に排土手段25であるスクリューコンベアをシールド掘削機A'' から取り外して発進立坑側に回収、撤去し、次いで、カッタヘッド9を備えている内筒体4を上記牽引装置により引張ることにより発進立坑側に移動させ、回収する(図15、図16参照)。この際、図示していないが上記実施の形態と同様に管路P'の底部上に敷設した軌条を利用して上記排土手段25や内筒体4を発進立坑側に撤去、回収するものである。
After that, as in the above embodiment, the chemical solution is injected into the ground around the joint portion between the outer peripheral wall surface t of the existing tunnel T and the
次いで、スキンプレート1の前端面によって囲まれている既設トンネルTの壁体部を既設トンネルT内から、或いはトンネルT'側から解体、除去して既設トンネルT内からトンネルT'内に通じる開口部Bを開設し、この開口部Bとスキンプレート1の前端面間を溶接等によって一体化することにより、既設トンネルTから開口部Bを通じて上記トンネルT'を分岐させた分岐トンネルの築造を完了するものである。なお、スキンプレート1に装着している中折れジャッキ6はスキンプレート1から取り外して回収する。
Next, the wall portion of the existing tunnel T surrounded by the front end surface of the
なお、以上のいずれの実施の形態においても、カッタヘッド9のスポーク9aは、このスポーク9aを中空に形成してその内部に外側スポーク片9bを出没自在に収納し、スポーク9a内に装着しているジャッキの作動により、外側スポーク片9bを中空のスポーク9aの開口端から出没させてカッタヘッド9の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク9aの外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド9をスキンプレート1の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド4の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。
In any of the above-described embodiments, the
A シールド掘削機
T 既設トンネル
T' 分岐トンネル
P 管路
1 スキンプレート
2 湾曲端面
3 外筒体
4 内筒体
5 中空室
6 中折れジャッキ
7 シールドジャッキ
8 隔壁
9 カッタヘッド
16 エレクタ装置
A Shield excavator T Existing tunnel
T 'branch
16 Electa device
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