JP2009264047A - Tunnel excavation method - Google Patents

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JP2009264047A JP2008117044A JP2008117044A JP2009264047A JP 2009264047 A JP2009264047 A JP 2009264047A JP 2008117044 A JP2008117044 A JP 2008117044A JP 2008117044 A JP2008117044 A JP 2008117044A JP 2009264047 A JP2009264047 A JP 2009264047A
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Masahiko Sugiyama
Manabu Taya
実 保苅
孝義 大塚
雅彦 杉山
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茂一 町田
政夫 須田
廣臣 飯田
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Japan Railway Construction Transport & Technology Agency
Mitsubishi Heavy Industries Tunneling Machinery & Geotechnology Co Ltd
Nippon Civic Engineering Consultant Co Ltd
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日本シビックコンサルタント株式会社
株式会社 レールウェイエンジニアリング
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Abstract

【課題】スパイラルトンネルを効果的に応用して鉄道トンネルの駅部や道路トンネルの分岐・合流部及び両トンネルの待機部等を少ない工期と工費で構築することができるトンネル掘削工法を提供する。
【解決手段】親トンネル掘削機により本トンネル10を掘削する第1の工程と、前記本トンネルの発進部11から子トンネル掘削機12を本トンネル外に発進させる準備をする第2の工程と、前記発進部から子トンネル掘削機を発進させ、本トンネルを囲繞するように螺旋状に掘進してスパイラルトンネル13を掘削する第3の工程と、前記子トンネル掘削機が本トンネルの到達部から本トンネル内に到達する第4の工程と、を備えた。
【選択図】図3
Provided is a tunnel excavation method capable of constructing a railway tunnel station part, a road tunnel branching / merging part, a standby part of both tunnels, etc. with a short construction period and cost by effectively applying a spiral tunnel.
A first step of excavating a main tunnel by a parent tunnel excavator; a second step of preparing to start a child tunnel excavator from the start portion of the main tunnel out of the main tunnel; A child tunnel excavator is started from the starting portion, and a spiral tunnel 13 is excavated in a spiral shape so as to surround the main tunnel to excavate the spiral tunnel 13, and the child tunnel excavator is connected to the main tunnel from the arrival portion of the main tunnel. A fourth step of reaching the tunnel.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、本トンネル掘削後に当該本トンネルを囲繞するように螺旋状にスパイラルトンネルを掘削するトンネル掘削工法に関するものである。   The present invention relates to a tunnel excavation method for excavating a spiral tunnel in a spiral shape so as to surround the main tunnel after excavation of the main tunnel.

鉄道トンネルの駅部や道路トンネルの分岐・合流部及び両トンネルの待機部等を構築する際には、既設トンネルの断面を拡幅させる必要がある。この拡幅工法として、立坑の構築や地上からの補助工法を必要とせずにトンネル断面を変化させるトンネル掘削工法が、従来、種々提案されている。   When constructing railway tunnel stations, road tunnel branches / merging sections, and standby sections of both tunnels, it is necessary to widen the cross section of the existing tunnel. As this widening method, various tunnel excavation methods that change the cross section of the tunnel without requiring the construction of a shaft or an auxiliary method from the ground have been proposed.

そして、近年では、特許文献1等で、地中空洞の構築方法として、スパイラルトンネルを掘削する技術が開示されている。   In recent years, Patent Document 1 discloses a technique for excavating a spiral tunnel as a method for constructing an underground cavity.

特許文献1によれば、地中に空洞を構築する→この地中空洞の外周に、地中空洞を取囲む状態で、らせん状のトンネルを構築する→このスパイラルトンネルの一箇所から、スパイラルトンネルの他の個所に向けて連結孔を構築する→この連結孔から地中に向けて補強材または止水材を敷設する→この補強材または止水材の敷設後に、空洞を構築するあるいはスパイラルトンネルの構築と平行して行うことで、スパイラルトンネルの間隔が広い場合にも、充分で確実な補強あるいは止水を行うことができる、とある。   According to Patent Document 1, a hollow is constructed in the ground → a spiral tunnel is constructed on the outer periphery of the underground cavity so as to surround the underground cavity → a spiral tunnel from one place of the spiral tunnel Build a connection hole toward the other part → Lay a reinforcement or water-stopping material from this connection hole into the ground → Build a cavity after this reinforcement or water-stopping material is installed, or a spiral tunnel By performing in parallel with the construction of the above, it is possible to perform sufficient and reliable reinforcement or water stop even when the interval between the spiral tunnels is wide.

特開2002−106299号公報JP 2002-106299 A

ところで、上記特許文献1には、従来公知の各種のトンネル掘削機を用いた水平スパイラルによる地中空洞が記載されているが、これを応用して重力方向に逆らう上下スパイラルの地中空洞(シールドトンネル)を構築する場合は、従来公知の各種のトンネル掘削機の使用方法を変更する、例えば泥水式シールド掘削機における送泥管と排泥管を交互に使用する等の必要があるが、上下スパイラルに適したトンネル掘削機の開発も要求される。そこで、本出願人は後述する発明を実施するための最良の形態において、上下スパイラルに適したトンネル掘削機も提案している。   By the way, although the above-mentioned patent document 1 describes the underground cavity by the horizontal spiral using various conventionally well-known tunnel excavators, the underground spiral of the up-and-down spiral (shield) which resists the direction of gravity by applying this is described. When constructing a tunnel), it is necessary to change the method of using various conventionally known tunnel excavators, for example, to alternately use a mud pipe and a mud pipe in a muddy water type shield excavator. Development of tunnel excavator suitable for spiral is also required. Therefore, the applicant of the present invention has also proposed a tunnel excavator suitable for an upper and lower spiral in the best mode for carrying out the invention described later.

本発明は、このような実情に鑑み提案されたもので、上述したスパイラルトンネルを効果的に応用して鉄道トンネルの駅部や道路トンネルの分岐・合流部及び両トンネルの待機部等を少ない工期と工費で構築することができるトンネル掘削工法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such circumstances, effectively applying the above-described spiral tunnel to reduce the number of railway tunnel stations, road tunnel branches and junctions, and standby sections of both tunnels. The purpose is to provide a tunnel excavation method that can be constructed with construction costs.

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削工法は、
親トンネル掘削機により本トンネルを掘削する第1の工程と、
前記本トンネルの発進部から子トンネル掘削機を本トンネル外に発進させる準備をする第2の工程と、
前記発進部から子トンネル掘削機を発進させ、本トンネルを囲繞するように螺旋状に掘進してスパイラルトンネルを掘削する第3の工程と、
前記子トンネル掘削機が本トンネルの到達部から本トンネル内に到達する第4の工程と、
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the tunnel excavation method according to the present invention includes:
A first step of excavating the tunnel with a parent tunnel excavator;
A second step of preparing the child tunnel excavator to start out of the main tunnel from the starting part of the main tunnel;
A third step of starting a child tunnel excavator from the starting portion and excavating the spiral tunnel by excavating in a spiral shape so as to surround the main tunnel;
A fourth step in which the child tunnel excavator reaches the inside of the tunnel from the reach of the tunnel;
It is provided with.

また、前記第4の工程後、前記スパイラルトンネルを支保工として拡幅部のトンネルを掘削し、前記本トンネルを撤去・取壊しする第5の工程を備えたことを特徴とする。   Further, after the fourth step, there is provided a fifth step of excavating a tunnel of a widened portion using the spiral tunnel as a supporting work, and removing and demolishing the main tunnel.

また、前記第5の工程後、前記拡幅部のトンネル内を連結工を介して立坑と連結し駅部等の構築を完了する第6の工程を備えたことを特徴とする。   Moreover, after the said 5th process, the inside of the tunnel of the said widening part was connected with a shaft via a connecting work, and the 6th process was completed, Comprising: The construction of a station part etc. was completed.

また、前記第5の工程に先立って、スパイラルトンネルから注入又は凍結工法により止水する第7の工程を備えたことを特徴とする。   Further, prior to the fifth step, a seventh step of stopping water by pouring or freezing from a spiral tunnel is provided.

また、前記子トンネル掘削機は、並列的に複数台設けられ各々で掘削領域の全域を掘削することを特徴とする。   In addition, a plurality of the above-described child tunnel excavators are provided in parallel and each excavate the entire excavation region.

また、前記子トンネル掘削機は、単列で複数台設けられ各々が掘削領域を分担して掘削することを特徴とする。   In addition, a plurality of the above-described tunnel excavators are provided in a single row and each excavates while sharing an excavation area.

また、前記スパイラルトンネルのピッチは、土質に応じて変化されることを特徴とする。   The pitch of the spiral tunnel may be changed according to soil quality.

本発明に係るトンネル掘削工法によれば、子トンネル掘削機によるスパイラルトンネルは直進トンネルの場合のような幾度もある発進・到達の段取りが不要であると共に、本トンネルからの発進・到達であるため大規模な立坑の構築や地上設備の設置等を必要とせず、工期及び工費の短縮化が図れる。また、子トンネル掘削機の掘進半径を変えることで、必要なトンネル断面の確保が自由にできる。   According to the tunnel excavation method according to the present invention, the spiral tunnel by the sub-tunnel excavator does not need to be started and reached many times as in the case of a straight-ahead tunnel, and starts and reaches from this tunnel. Construction of a large shaft and installation of ground facilities are not required, and the construction period and cost can be shortened. Also, by changing the digging radius of the child tunnel excavator, the necessary tunnel cross-section can be secured freely.

以下、本発明に係るトンネル掘削工法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, a tunnel excavation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の実施例1を示すトンネル掘削工法の概念図、図2は子トンネル掘削機の発進部の説明図、図3は子トンネル掘削機の発進から到達までの軌跡を示す説明図、図4はスパイラルトンネルのピッチ(間隔)を示す説明図、図5はトンネル掘削工法の工程図、図6はトンネル掘削工法の工程図、図13は子トンネル掘削機の断面図、図14は図13のB−B線断面図、図15は図13のC−C線断面図、図16は後続台車の平面図、図17は後続台車の側面図、図18は後続台車のカーブ移動時の要部側面図、図19は図17のD−D線断面図、図20は図17のE−E線断面図、図21は別の子トンネル掘削機の断面図である。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a tunnel excavation method showing Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a start part of a child tunnel excavator, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a trajectory from start to arrival of the sub tunnel excavator 4 is an explanatory diagram showing the pitch (interval) of the spiral tunnel, FIG. 5 is a process diagram of the tunnel excavation method, FIG. 6 is a process diagram of the tunnel excavation method, FIG. 13 is a sectional view of the child tunnel excavator, and FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 13, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 13, FIG. 16 is a plan view of the following carriage, FIG. 19 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 17, FIG. 20 is a sectional view taken along the line EE of FIG. 17, and FIG. 21 is a sectional view of another child tunnel excavator.

図1及び図2に示すように、図示しない親トンネル掘削機により例えば鉄道トンネルの本トンネル10が掘削された後、この本トンネル10の発進部11において予め発進準備されていた後述する子トンネル掘削機12が本トンネル10外に発進され、本トンネル10を囲繞するように螺旋状に本トンネル10の長さ方向に掘進してスパイラルトンネル13が掘削される。このスパイラルトンネル13の掘削後、子トンネル掘削機12は本トンネル10の到達部にて本トンネル10内に到達される。   As shown in FIGS. 1 and 2, after the main tunnel 10 of a railway tunnel, for example, is excavated by a parent tunnel excavator (not shown), the child tunnel excavation described later prepared in advance in the starter 11 of the main tunnel 10 is prepared in advance. The machine 12 is started out of the main tunnel 10 and is spirally dug in the length direction of the main tunnel 10 so as to surround the main tunnel 10 to excavate the spiral tunnel 13. After the excavation of the spiral tunnel 13, the child tunnel excavator 12 reaches the inside of the main tunnel 10 at the arrival part of the main tunnel 10.

前記本トンネル10の発進部11においては、複数個(図示例では隣り合う2個)の既設セグメントS1に亙って予めボルト止めされていた複数分割(図示例では2分割)の発進用セグメントS2を取り外すことで子トンネル掘削機12が発進される。即ち、発進用セグメントS2と子トンネル掘削機12のカッタヘッドとは略同じ大きさに形成されるのである。   In the starting part 11 of the main tunnel 10, a starting segment S2 of a plurality of divisions (two divisions in the illustrated example) that is bolted in advance over a plurality (two adjacent in the illustrated example) of existing segments S1. The child tunnel excavator 12 is started by removing. That is, the starting segment S2 and the cutter head of the child tunnel excavator 12 are formed to have substantially the same size.

図1では、子トンネル掘削機12が並列的に2台設けられ、各々で後述する駅部に相当する掘削領域の全域を掘削するようになっているが、図3及び図4に示すように、1台でも良い。図3において、子トンネル掘削機12は12−1→12−2→12−3→12−4→12−5→12−6の順で掘進してスパイラルトンネル13を掘削し、駅部における必要な断面を確保しうるようになっている。また、図4に示すように、スパイラルトンネル13の間隔Cは、子トンネル掘削機12の直径Hが例えばH=2000mmの場合はC=1000mmが好適であるが、これは土質に応じて変更される。   In FIG. 1, two child tunnel excavators 12 are provided in parallel and each excavates the entire excavation area corresponding to a station portion to be described later, but as shown in FIG. 3 and FIG. 4. One may be sufficient. In FIG. 3, the child tunnel excavator 12 excavates the spiral tunnel 13 in the order of 12-1, 12-2, 12-3, 12-4, 12-5, 12-6, and is necessary at the station. A simple cross section can be secured. As shown in FIG. 4, the distance C between the spiral tunnels 13 is preferably C = 1000 mm when the diameter H of the child tunnel excavator 12 is H = 2000 mm, for example, but this is changed according to the soil quality. The

次に、図5及び図6を用いて、本トンネルの掘削から駅部の構築までのステップを詳述すると、先ず、第1ステップで例えば泥水式シールド掘削機からなる親トンネル掘削機により鉄道トンネルの本トンネル10が掘削される(第1の工程)。図中15a,15bは上,下2線の鉄道車両を示す。   Next, the steps from the excavation of the tunnel to the construction of the station part will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6. First, in the first step, the railway tunnel is operated by the parent tunnel excavator composed of, for example, a muddy shield excavator. The main tunnel 10 is excavated (first step). In the figure, reference numerals 15a and 15b denote railcars on the upper and lower lines.

次に、第2ステップで本トンネル10内であらかじめ発進準備された例えば泥水式シールド掘削機からなる子トンネル掘削機12が本トンネル10外に発進されて本トンネル10を囲繞するようにして螺旋状にスパイラルトンネル13が掘削される(第2の工程,第3の工程)。   Next, the child tunnel excavator 12 made of, for example, a muddy water type shield excavator prepared in advance in the main tunnel 10 in the second step is started out of the main tunnel 10 so as to surround the main tunnel 10 and spiral. Then, the spiral tunnel 13 is excavated (second step, third step).

次に、第3ステップで子トンネル掘削機12が本トンネル10内へ到達されてスパイラルトンネル13の掘削が完了する(第4の工程)。この後、帯水層の場合は、スパイラルトンネル13から注入又は凍結工法により止水される(第7の工程)。   Next, in a third step, the child tunnel excavator 12 reaches the main tunnel 10 to complete excavation of the spiral tunnel 13 (fourth step). Thereafter, in the case of an aquifer, water is stopped from the spiral tunnel 13 by injection or freezing (seventh step).

次に、第4ステップで、本トンネル10内からスパイラルトンネル13内へと土砂搬出管16が設置される等の切り拡げ(拡幅部の)トンネルの掘削準備がなされた後、前記スパイラルトンネル13を支保工(骨組み)として逆巻き工法(図中Lの掘削レベル参照)で切り拡げトンネルの一次掘削が行われる(第5の工程)。   Next, in the fourth step, after preparation for excavation of the widened tunnel (in the widened portion) such as the earth and sand unloading pipe 16 is installed from the main tunnel 10 into the spiral tunnel 13, the spiral tunnel 13 is As a support work (framework), primary excavation is performed by a reverse winding method (see excavation level L in the drawing) (fifth step).

次に、第5ステップから第7ステップで切り拡げトンネルの二次掘削から四次掘削が行われ、本トンネル10が撤去・取り壊しされる(第5の工程)。即ち、第5ステップでは切り拡げトンネル内に上,下2線の鉄道車両15c,15dが増加されるべく駅中間杭(深礎)や柱等の鉄骨構造17が構築され、第6ステップでは側壁18が構築されると共に本トンネル10の撤去・取り壊しが開始され、第7ステップでは底盤19が構築されると共に本トンネル10が完全に撤去・取り壊しされるのである。   Next, from the fifth step to the seventh step, the secondary excavation of the widening tunnel is performed from the secondary excavation to the fourth excavation, and the tunnel 10 is removed and demolished (fifth step). That is, in the fifth step, a steel structure 17 such as a station intermediate pile (deep foundation) or a pillar is constructed so that the upper and lower two rail cars 15c and 15d are increased in the widened tunnel, and in the sixth step, the side walls are 18 is constructed and removal / demolition of the main tunnel 10 is started. In the seventh step, the bottom board 19 is constructed and the main tunnel 10 is completely removed / destructed.

次に、第8ステップで底床版20とホーム21が構築された後、第9ステップで切り拡げトンネル内が連結工22を介して立坑23と連結される。そして、第10ステップで軌道階と安全区画と避難設備を備えた駅部の構築が完了する(第6の工程)。   Next, after the bottom floor slab 20 and the platform 21 are constructed in the eighth step, the inside of the tunnel is cut and expanded in the ninth step and connected to the vertical shaft 23 via the connecting work 22. And construction of the station part provided with the track floor, the safety section, and the evacuation equipment is completed in the tenth step (sixth step).

本実施例で説明する子トンネル掘削機12は、図13乃至図15に示すように、切羽及びチャンバ内に泥水を供給し、泥水圧で土圧及び水圧に対向しながら掘削土砂を泥水と共に排泥することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥水式シールド掘削機である。   As shown in FIGS. 13 to 15, the child tunnel excavator 12 described in the present embodiment supplies mud water into the face and the chamber and discharges the excavated sediment together with the mud water while facing the earth pressure and the water pressure with the mud water pressure. It is a muddy water type shield excavator that builds a tunnel while stabilizing the face by mud.

即ち、掘削機本体30は前胴30aと後胴30bとに分割形成される。そして、前胴30aの後部と後胴30bの前部とは図示しない複数本の中折れジャッキにて結合され、首振りしたい軸に近い中折れジャッキを油圧でロックしてそれ以外の両者間に架設された図示しない中折れジャッキの伸縮により、前胴30aが3次元方向に首振り(中折れ)可能になっている。尚、図13中31は後胴30bの前面部に付設した球面継手で、この球面継手31に前胴30aの後部が嵌合している。また、図13及び図14中32は前胴30aと後胴30bとの間に架設されて前胴30aの抜け出しを防止する4本の連結ジャッキであるが、これは特に設けなくても良い。   That is, the excavator main body 30 is divided into a front cylinder 30a and a rear cylinder 30b. The rear part of the front cylinder 30a and the front part of the rear cylinder 30b are coupled by a plurality of middle folding jacks (not shown), and the middle folding jack close to the axis to be swung is locked with hydraulic pressure between the other parts. The front trunk 30a can be swung (broken) in a three-dimensional direction by extending and contracting a not-shown half-fold jack. In FIG. 13, reference numeral 31 denotes a spherical joint provided on the front surface of the rear cylinder 30b, and the rear part of the front cylinder 30a is fitted to the spherical joint 31. In FIG. 13 and FIG. 14, reference numeral 32 denotes four connecting jacks that are installed between the front cylinder 30 a and the rear cylinder 30 b to prevent the front cylinder 30 a from coming out, but this need not be provided.

前胴30aの前部には隔壁33が設けられ、この隔壁33の中心部に回転可能に支持されて前胴30aの前方に設けられたカッタヘッド34との間でチャンバ室35を画成している。このチャンバ室35には送泥管36と排泥管37が連通接続され、チャンバ室35内に送泥管36より泥水が供給される一方、チャンバ室35内の掘削土砂は泥水と共に排泥管37より排出されるようになっている。図13中38は送泥管36と排泥管37のバイパス管である。   A partition wall 33 is provided at the front portion of the front cylinder 30a, and a chamber chamber 35 is defined between the partition wall 33 and a cutter head 34 that is rotatably supported at the center of the partition wall 33 and provided in front of the front cylinder 30a. ing. A mud pipe 36 and a mud pipe 37 are connected in communication with the chamber chamber 35, and mud water is supplied from the mud pipe 36 into the chamber room 35, while the excavated sediment in the chamber room 35 is mud pipe together with the mud water. 37 is discharged. In FIG. 13, reference numeral 38 denotes a bypass pipe for the mud pipe 36 and the mud pipe 37.

カッタヘッド34の前面には多数のカッタビット39が取り付けられると共に、側面からは余掘り用のコピーカッタ40が必要に応じて突出可能になっている。カッタヘッド34の後面には、カッタヘッド34の回転によりチャンバ室35内の掘削土砂を泥水とともに攪拌するアジテータ41が取り付けられている。また、カッタヘッド34は、隔壁33に支持された図中上下二つの駆動モータ42によりギア機構43を介して回転駆動されるようになっている。   A large number of cutter bits 39 are attached to the front surface of the cutter head 34, and a copy cutter 40 for extra excavation can protrude from the side surface as needed. On the rear surface of the cutter head 34, an agitator 41 for agitating the excavated earth and sand in the chamber chamber 35 together with the muddy water by the rotation of the cutter head 34 is attached. The cutter head 34 is rotationally driven via a gear mechanism 43 by two upper and lower drive motors 42 supported by the partition wall 33 in the drawing.

後胴30bの前部にはフランジ板(補強版)44が設けられ、このフランジ板44には周方向に所定間隔離間して8本のシールドジャッキ45が取り付けられている。また、フランジ板44には駆動モータ46が取り付けられ、この駆動モータ46にギア機構47を介して回転駆動される旋回リング48が後胴30bの前部において円周方向に等配された4つのローラ49により回転可能に支持されている。前記旋回リング48にはセグメントSを組み立てるエレクタ装置50が取り付けられる。   A flange plate (reinforcing plate) 44 is provided at the front portion of the rear barrel 30b, and eight shield jacks 45 are attached to the flange plate 44 at a predetermined interval in the circumferential direction. Further, a drive motor 46 is attached to the flange plate 44, and a swiveling ring 48 that is rotationally driven by the drive motor 46 via a gear mechanism 47 is arranged in four circumferentially arranged at the front portion of the rear barrel 30b. A roller 49 is rotatably supported. An erector device 50 for assembling the segment S is attached to the swivel ring 48.

従って、カッタヘッド34の回転駆動下でシールドジャッキ45が既設のセグメントSに反力をとって伸長することで、掘削機本体30(厳密には前胴30a)が掘進される一方、その後シールドジャッキ45を収縮してできたスペースに新しいセグメントSが組み立てられることで、スパイラルトンネル13が掘削されることになる。   Accordingly, the excavator main body 30 (strictly, the front trunk 30a) is excavated by the shield jack 45 extending against the existing segment S under the rotational drive of the cutter head 34, while the shield jack 45 is thereafter excavated. The spiral segment 13 is excavated by assembling a new segment S in the space formed by shrinking 45.

この際、子トンネル掘削機12は螺旋状にスパイラルトンネル13を掘削するので、姿勢において上下(天地)方向が逆になることがあるが、本実施例ではアジテータ41がカッタヘッド34に設けられているので、送泥管36と排泥管37の上下(天地)方向の位置が逆になっても掘削土砂を泥水と共に良好に攪拌して排出することができる。   At this time, since the child tunnel excavator 12 excavates the spiral tunnel 13 in a spiral shape, the vertical (top and bottom) direction may be reversed in the posture, but in this embodiment, the agitator 41 is provided in the cutter head 34. Therefore, even if the positions of the mud pipe 36 and the mud pipe 37 in the vertical (top and bottom) direction are reversed, the excavated earth and sand can be well stirred and discharged together with the mud water.

また、子トンネル掘削機12としては、図21に示すように、隔壁33にアジテータ41を排泥管37の開口部に近接させて支持させた場合に、掘削機本体30の前胴30aに対し隔壁33を支持ブラケット52及びベアリング53を介して駆動モータ55により回転可能でかつ所定の回転位置で固定可能に支持させて、排泥管37の開口部及びアジテータ41を常に上下(天地)方向の下方位置に位置させるようにしてもよい。尚、図中54はシール部材である。   Further, as shown in FIG. 21, the child tunnel excavator 12, when the agitator 41 is supported on the partition wall 33 in the vicinity of the opening of the mud pipe 37, the front trunk 30 a of the excavator main body 30 is supported. The partition wall 33 is supported by the drive motor 55 via the support bracket 52 and the bearing 53 so that the partition wall 33 can be rotated and can be fixed at a predetermined rotational position, so that the opening of the sludge pipe 37 and the agitator 41 are always in the vertical direction. You may make it locate in a downward position. In the figure, reference numeral 54 denotes a seal member.

そして、前記子トンネル掘削機12の油圧機器に油圧を供給する油圧ユニットや電気機器に電気を供給する電気ユニット等は、図16乃至図20に示す複数台(図示例では5台)の後続台車51a〜51eにそれぞれ搭載される。   The hydraulic unit that supplies hydraulic pressure to the hydraulic equipment of the child tunnel excavator 12, the electrical unit that supplies electricity to the electrical equipment, and the like are a plurality of (5 in the illustrated example) subsequent carriages shown in FIGS. It is mounted on each of 51a to 51e.

5台の後続台車51a〜51eは、それぞれ上下一対の牽引ジャッキ52a,52bで連結されると共に、六角筒状に形成された本体部53の前,後両部に位置して上下に2個宛設けた車輪54がスパイラルトンネル13の内面に敷設したレール55上を転動するようになっている。尚、図19中56は台車組付時に、車輪54をレール55上に押し付けるための着脱可能な押付ジャッキである。   The five subsequent carriages 51a to 51e are connected by a pair of upper and lower traction jacks 52a and 52b, respectively, and are located at both the front and rear parts of the main body 53 formed in a hexagonal cylindrical shape, and are directed to two in the vertical direction. The provided wheel 54 rolls on a rail 55 laid on the inner surface of the spiral tunnel 13. In FIG. 19, reference numeral 56 denotes a detachable pressing jack for pressing the wheel 54 onto the rail 55 when the carriage is assembled.

そして、5台の後続台車51a〜51eは、一台目と五台目の後続台車51a,51eの後面に取り付けた反力用クランプ57と推進用ジャッキ58との協働で所謂尺取り虫のように前進可能になっている。また、六角筒状に形成された本体部53内をセグメントSが通過可能にもなっている。   The five subsequent carriages 51a to 51e are like so-called scale insects in cooperation with the reaction force clamp 57 and the propulsion jack 58 attached to the rear surfaces of the first and fifth subsequent carriages 51a and 51e. It is possible to move forward. Further, the segment S can pass through the main body 53 formed in a hexagonal cylindrical shape.

このようにして本実施例では、子トンネル掘削機12によりスパイラルトンネル13を掘削し、このスパイラルトンネル13を支保工として鉄道トンネルの駅部等の拡幅部のトンネルを掘削するようにしたので、子トンネル掘削機により複数本の直進トンネルを掘削し、この複数本の直進トンネルを支保工として鉄道トンネルの駅部等の拡幅部のトンネルを掘削する場合に比べて、子トンネル掘削機の幾度もある発進・到達の段取りが不要であると共に、本トンネル10からの発進・到達であるため大規模な立坑の構築や地上設備の設置等を必要とせず、工期及び工費の短縮化が図れる。   In this way, in this embodiment, the spiral tunnel 13 is excavated by the sub-tunnel excavator 12, and the tunnel of the widened portion such as the station portion of the railway tunnel is excavated using the spiral tunnel 13 as a supporting work. Compared to excavating multiple straight tunnels with a tunnel excavator, and excavating wide tunnels such as railway tunnel stations using the multiple straight tunnels as support, there are many times for the child tunnel excavator. Starting and reaching are not required, and starting and reaching from the tunnel 10 makes it unnecessary to construct a large-scale shaft or install ground facilities, thereby shortening the construction period and cost.

また、子トンネル掘削機12の掘進半径を変えることで、必要なトンネル断面の確保が自由にできる。また、子トンネル掘削機12の直径Hが例えばH=2000mmと大きいため、スパイラルトンネル13から注入又は凍結工法により止水する場合は、スパイラルトンネル13内に作業者が入って行えるため、地盤改良及び連結掘削等の空間構築作業等がより確実でかつ容易に行えると共に、より一層のコストダウンが図れる。   Further, by changing the digging radius of the child tunnel excavator 12, a necessary tunnel cross section can be secured freely. Moreover, since the diameter H of the child tunnel excavator 12 is as large as H = 2000 mm, for example, when water is injected from the spiral tunnel 13 or water is stopped by a freezing method, an operator can enter the spiral tunnel 13 to improve the ground. Space construction work such as connected excavation can be performed more reliably and easily, and cost can be further reduced.

図7は本発明の実施例2を示すトンネル掘削工法の概念図、図8は子トンネル掘削機による掘削方法の説明図、図9は図8のA部詳細図、図10は子トンネル掘削機による別の掘削方法の説明図である。   7 is a conceptual diagram of a tunnel excavation method showing Embodiment 2 of the present invention, FIG. 8 is an explanatory diagram of a excavation method using a sub-tunnel excavator, FIG. 9 is a detailed view of part A in FIG. 8, and FIG. It is explanatory drawing of another excavation method by.

これは、道路トンネルの分岐・合流部等の拡幅部のトンネルを掘削する場合に本発明を適用した例であり、図7に示すように、本線トンネル60と分岐トンネル61の内の分岐トンネル61を本トンネル10として子トンネル掘削機12を発進・到達させてスパイラルトンネル13を構築するようにした例である。図7(a)は掘削開始時、図7(b)は掘削到達時、図7(c)は本線トンネル60と分岐トンネル61を撤去・取壊した状態の拡幅部のトンネルをそれぞれ示す。勿論、この場合、本線トンネル60と分岐トンネル61の内の本線トンネル60を本トンネル10として子トンネル掘削機12を発進・到達させてスパイラルトンネル13を構築するようにしても良い。   This is an example in which the present invention is applied when excavating a wide-width tunnel such as a branching / merging portion of a road tunnel. As shown in FIG. This is an example in which the spiral tunnel 13 is constructed by starting and reaching the child tunnel excavator 12 with the main tunnel 10 being used. FIG. 7A shows the tunnel of the widened portion when excavation is started, FIG. 7B shows when the excavation arrives, and FIG. 7C shows the tunnel of the widened portion with the main tunnel 60 and the branch tunnel 61 removed and demolished. Of course, in this case, the main tunnel 60 of the main tunnel 60 and the branch tunnel 61 may be used as the main tunnel 10 to start and reach the child tunnel excavator 12 to construct the spiral tunnel 13.

また、子トンネル掘削機12によりスパイラルトンネル13を構築する際は、図8に示すように、子トンネル掘削機12を並列的に複数台(図示例では6台)設け、掘削領域の全域を掘削する方法がある。また、この際、図9に示すように、スパイラルトンネル13の間隔(ピッチ)を相互に隣接する各々の裏込め部62がラップするように設定すれば良い。   Further, when the spiral tunnel 13 is constructed by the sub tunnel excavator 12, as shown in FIG. 8, a plurality of sub tunnel excavators 12 (six in the illustrated example) are provided in parallel to excavate the entire excavation area. There is a way to do it. At this time, as shown in FIG. 9, the interval (pitch) between the spiral tunnels 13 may be set so that the respective backfill portions 62 adjacent to each other wrap.

この際用いられる子トンネル掘削機12は、図22乃至図24に示すように、切羽及びチャンバ内に泥水を供給し、泥水圧で土圧及び水圧に対向しながら掘削土砂を泥水と共に排泥することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥水式シールド掘削機である。   As shown in FIGS. 22 to 24, the child tunnel excavator 12 used at this time supplies muddy water into the face and the chamber, and discharges the excavated soil together with the muddy water while facing the earth pressure and the water pressure by the muddy water pressure. Therefore, it is a muddy water type shield excavator that constructs a tunnel while stabilizing the face.

即ち、掘削機本体70は前胴70aと後胴70bとに分割形成される。そして、前胴70aの後部と後胴70bの前部とは複数本(図示例では12本)の中折れジャッキ71にて結合され、首振りしたい軸に近い中折れジャッキ71を油圧でロックしてそれ以外の両者間に架設された中折れジャッキ71の伸縮により、前胴70aが3次元方向に首振り(中折れ)可能になっている。図示例では、後胴70bの前部に球面継手80が付設され、この球面継手80に前胴70aの後部が嵌合している。   That is, the excavator main body 70 is divided into a front trunk 70a and a rear trunk 70b. The rear portion of the front barrel 70a and the front portion of the rear barrel 70b are coupled by a plurality of (12 in the illustrated example) middle-folding jacks 71, and the middle-folding jacks 71 near the axis to be swung are hydraulically locked. The front barrel 70a can be swung (broken) in the three-dimensional direction by expansion and contraction of the middle folding jack 71 installed between the two. In the illustrated example, a spherical joint 80 is attached to the front portion of the rear barrel 70b, and the rear portion of the front barrel 70a is fitted to the spherical joint 80.

前胴70aの前部には隔壁72が設けられ、この隔壁72の中心部に回転可能に支持されて前胴70aの前方に設けられたカッタヘッド73との間でチャンバ室74を画成している。このチャンバ室74には送泥管75と排泥管76が連通接続され、チャンバ室74内に送泥管75より泥水が供給される一方、チャンバ室74内の掘削土砂は泥水と共に排泥管76より排出されるようになっている。尚、図24中76aは排泥予備管である。   A partition wall 72 is provided at the front portion of the front cylinder 70a, and a chamber chamber 74 is defined with a cutter head 73 that is rotatably supported at the center of the partition wall 72 and provided in front of the front cylinder 70a. ing. The chamber chamber 74 is connected to a mud pipe 75 and a drain mud pipe 76, and mud water is supplied into the chamber room 74 from the mud pipe 75, while excavated sediment in the chamber chamber 74 is drained along with the mud water. No. 76 is discharged. In FIG. 24, 76a is a waste mud reserve pipe.

カッタヘッド73の前面にはカッタビットを含む各種ビット77a〜77dが取り付けられると共に、側面からは余掘り用のコピーカッタ78が必要に応じて突出可能になっている。また、カッタヘッド74は、隔壁72に支持された複数の油圧駆動モータ78によりギア機構79を介して回転(旋回)駆動されるようになっている。   Various bits 77a to 77d including cutter bits are attached to the front surface of the cutter head 73, and a copy cutter 78 for extra excavation can protrude from the side surface as necessary. The cutter head 74 is driven to rotate (turn) through a gear mechanism 79 by a plurality of hydraulic drive motors 78 supported by the partition wall 72.

後胴70bの前部(厳密には球面継手80)にはフランジ板(補強版)81が設けられ、このフランジ板81には周方向に所定間隔離間して8本の主シールドジャッキ82が取り付けられている。また、主シールドジャッキ82の外側に位置したフランジ板81とこのフランジ板81の後方に位置して後胴80bに付設したドーナツ状の妻枠83との間には周方向に所定間隔離間して12本の副シールドジャッキ84が架設される。   A flange plate (reinforcing plate) 81 is provided on the front portion (strictly speaking, spherical joint 80) of the rear barrel 70b, and eight main shield jacks 82 are attached to the flange plate 81 at a predetermined interval in the circumferential direction. It has been. In addition, the flange plate 81 located outside the main shield jack 82 and a donut-shaped wife frame 83 provided behind the flange plate 81 and attached to the rear trunk 80b are spaced apart by a predetermined distance in the circumferential direction. Twelve auxiliary shield jacks 84 are installed.

また、フランジ板81には図示しない油圧駆動モータが取り付けられ、この油圧駆動モータにギア機構85を介して回転駆動される旋回リング86が後胴80bの前部において円周方向に等配された4つのローラ87により回転可能に支持されている。前記旋回リング86には前記妻枠83の内周に沿ってセグメントSを組み立てるエレクタ装置88が取り付けられる。   Further, a hydraulic drive motor (not shown) is attached to the flange plate 81, and a turning ring 86 that is rotationally driven by the hydraulic drive motor via a gear mechanism 85 is equally arranged in the circumferential direction at the front portion of the rear barrel 80b. Four rollers 87 are rotatably supported. An erector device 88 for assembling the segment S along the inner periphery of the end frame 83 is attached to the turning ring 86.

従って、カッタヘッド83の回転駆動下で主シールドジャッキ82が既設のセグメントSに、また副シールドジャッキ84が妻枠83にそれぞれ反力をとって伸長することで、掘削機本体80(厳密には前胴80a)が掘進される一方、その後主シールドジャッキ82及び副シールドジャッキ84を収縮してできたスペースに新しいセグメントSが組み立てられると共に妻枠83後方に裏込め剤が注入されることで、スパイラルトンネル13が掘削されることになる。   Therefore, when the cutter head 83 is driven to rotate, the main shield jack 82 extends to the existing segment S and the sub shield jack 84 extends to the end frame 83 to counteract the excavator body 80 (strictly speaking, While the front barrel 80a) is dug, a new segment S is assembled in a space formed by shrinking the main shield jack 82 and the sub shield jack 84, and a backfilling agent is injected into the rear of the wife frame 83. The spiral tunnel 13 is excavated.

この際、スパイラルトンネル13の間隔(ピッチ)が相互に隣接する各々の裏込め部62がラップするように設定されているので、子トンネル掘削機12はカッタヘッド73の外周部で既設のスパイラルトンネル13の裏込め部62の外周部を削り取ることになる(図9参照)。   At this time, since the spacing (pitch) of the spiral tunnel 13 is set so that the respective backfilling portions 62 adjacent to each other wrap, the child tunnel excavator 12 is provided with an existing spiral tunnel at the outer peripheral portion of the cutter head 73. The outer peripheral portion of the 13 backfill portions 62 is scraped off (see FIG. 9).

また、他の掘削方法として、図10に示すように、子トンネル掘削機12を単列で複数台(図示例では6台)設け、各々が掘削領域を分担して掘削する方法もある。   As another excavation method, as shown in FIG. 10, there is also a method in which a plurality of child tunnel excavators 12 (six in the illustrated example) are provided in a single row, and each excavates by sharing an excavation area.

図11は本発明の実施例3を示すトンネル掘削工法の概念図である。   FIG. 11 is a conceptual diagram of a tunnel excavation method showing Embodiment 3 of the present invention.

これは、道路トンネルの分岐・合流部等の拡幅部のトンネル63を本トンネル10から発進する複数台(図示例では4台)の子トンネル掘削機12によるスパイラルトンネルで構築し、これに続く二つの分岐トンネル64a,64Bも、拡幅部のトンネル63に用いた子トンネル掘削機12を二手に分けるなどして、複数台(図示例では2台宛)の子トンネル掘削機12によるスパイラルトンネルで構築するようにした例である。   In this method, a widening tunnel 63 such as a branching / merging part of a road tunnel is constructed by a spiral tunnel by a plurality of (four in the illustrated example) child tunnel excavators 12 starting from the main tunnel 10, followed by two The two branch tunnels 64a and 64B are also constructed by spiral tunnels using a plurality of (two in the illustrated example) child tunnel excavators 12 by dividing the child tunnel excavator 12 used for the widening portion tunnel 63 into two hands. This is an example.

図12は本発明の実施例4を示すトンネル掘削工法の概念図である。   FIG. 12 is a conceptual diagram of a tunnel excavation method showing Embodiment 4 of the present invention.

これは、鉄道トンネルの駅部等の拡幅部のトンネルを構築する際に、本トンネル10から発進して本トンネル10に到達する図示しない子トンネル掘削機(図1の子トンネル掘削機12参照)によるスパイラルトンネルで第1番目のトンネル65を構築した後、同じく子トンネル掘削機によるスパイラルトンネルで第2番目のトンネル66を構築し、最後に同じく子トンネル掘削機によるスパイラルトンネルで第3番目のトンネル67を構築するようにした例である。この際、第2番目のトンネル66と第3番目のトンネル67の切り拡げの土砂は本トンネル10に備えた図示しない土砂搬出管(図5の土砂搬出管16参照)を介して搬出される。   This is because a child tunnel excavator (not shown) that starts from the main tunnel 10 and reaches the main tunnel 10 when constructing a widened tunnel such as a railway tunnel station (see the sub tunnel excavator 12 in FIG. 1). After constructing the first tunnel 65 by the spiral tunnel by, the second tunnel 66 is constructed by the spiral tunnel by the child tunnel excavator, and finally the third tunnel by the spiral tunnel by the child tunnel excavator This is an example in which 67 is constructed. At this time, the earth and sand spread and expanded in the second tunnel 66 and the third tunnel 67 are carried out via a sand and sand unloading pipe (see the earth and sand unloading pipe 16 in FIG. 5) provided in the tunnel 10.

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明は、トンネルの通常断面は円形に限らないと共に縮幅等変更する新断面もD型に限らずその他の形状のものにも適用できる。さらに、本発明は、泥水式シールド掘削機を用いる例を示したが、土圧式シールド掘削機を用いて良い。   Needless to say, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the present invention is applicable not only to the circular normal section of the tunnel but also to a new cross section that is changed not only in the D shape but also in other shapes. Furthermore, although this invention showed the example using a muddy water type | mold shield excavator, you may use an earth pressure type shield excavator.

本発明の実施例1を示すトンネル掘削工法の概念図である。It is a conceptual diagram of the tunnel excavation method which shows Example 1 of this invention. 子トンネル掘削機の発進部の説明図である。It is explanatory drawing of the start part of a child tunnel excavator. 子トンネル掘削機の発進から到達までの軌跡を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the locus | trajectory from start to arrival of a child tunnel excavator. スパイラルトンネルのピッチ(間隔)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the pitch (interval) of a spiral tunnel. トンネル掘削工法の工程図である。It is process drawing of a tunnel excavation construction method. トンネル掘削工法の工程図である。It is process drawing of a tunnel excavation construction method. 本発明の実施例2を示すトンネル掘削工法の概念図である。It is a conceptual diagram of the tunnel excavation method which shows Example 2 of this invention. 子トンネル掘削機による掘削方法の説明図である。It is explanatory drawing of the excavation method by a child tunnel excavator. 図8のA部詳細図である。FIG. 9 is a detailed view of part A in FIG. 8. 子トンネル掘削機による別の掘削方法の説明図である。It is explanatory drawing of another excavation method by a child tunnel excavator. 本発明の実施例3を示すトンネル掘削工法の概念図である。It is a conceptual diagram of the tunnel excavation method which shows Example 3 of this invention. 本発明の実施例4を示すトンネル掘削工法の概念図である。It is a conceptual diagram of the tunnel excavation method which shows Example 4 of this invention. 子トンネル掘削機の断面図である。It is sectional drawing of a child tunnel excavator. 図13のB−B線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line of FIG. 図3のC−C線断面図である。It is CC sectional view taken on the line of FIG. 後続台車の平面図である。It is a top view of a succeeding carriage. 後続台車の側面図である。It is a side view of a succeeding carriage. 後続台車のカーブ移動時の要部側面図である。It is a principal part side view at the time of the curve movement of a succeeding trolley | bogie. 図17のD−D線断面図である。It is the DD sectional view taken on the line of FIG. 図17のE−E線断面図である。It is the EE sectional view taken on the line of FIG. 別の子トンネル掘削機の断面図である。It is sectional drawing of another child tunnel excavator. さらに別の子トンネル掘削機の断面図である。It is sectional drawing of another child tunnel excavator. カッタヘッドの正面図である。It is a front view of a cutter head. 図22のG−G線及びF−F線断面図である。It is the GG line and FF sectional view taken on the line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 本トンネル
11 発進部
12 子トンネル掘削機
13 スパイラルトンネル
15a〜15d 鉄道車両
16 土砂搬出管
17 鉄骨構造
18 側壁
19 底盤
20 底床版
21 ホーム
22 連結工
23 立坑
60 本線トンネル
61 分岐トンネル
62 裏込め部
63 拡幅部のトンネル
64a,64b 分岐トンネル
65 第1番目のトンネル
66 第2番目のトンネル
67 第3番目のトンネル
S1 既設セグメント
S2 発進用セグメント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tunnel 11 Starting part 12 Child tunnel excavator 13 Spiral tunnel 15a-15d Railway vehicle 16 Sediment carry-out pipe 17 Steel structure 18 Side wall 19 Bottom board 20 Bottom floor slab 21 Home 22 Connection work 23 Shaft 60 Main tunnel 61 Branch tunnel 62 Backfill Part 63 Widened part tunnel 64a, 64b Branch tunnel 65 First tunnel 66 Second tunnel 67 Third tunnel S1 Existing segment S2 Starting segment

Claims (7)

  1. 親トンネル掘削機により本トンネルを掘削する第1の工程と、
    前記本トンネルの発進部から子トンネル掘削機を本トンネル外に発進させる準備をする第2の工程と、
    前記発進部から子トンネル掘削機を発進させ、本トンネルを囲繞するように螺旋状に掘進してスパイラルトンネルを掘削する第3の工程と、
    前記子トンネル掘削機が本トンネルの到達部から本トンネル内に到達する第4の工程と、
    を備えたことを特徴とするトンネル掘削工法。
    A first step of excavating the tunnel with a parent tunnel excavator;
    A second step of preparing the child tunnel excavator to start out of the main tunnel from the starting part of the main tunnel;
    A third step of starting a child tunnel excavator from the starting portion and excavating the spiral tunnel by excavating in a spiral shape so as to surround the main tunnel;
    A fourth step in which the child tunnel excavator reaches the inside of the tunnel from the reach of the tunnel;
    A tunnel excavation method characterized by comprising:
  2. 前記第4の工程後、前記スパイラルトンネルを支保工として拡幅部のトンネルを掘削し、前記本トンネルを撤去・取壊しする第5の工程を備えたことを特徴とする請求項1記載のトンネル掘削工法。   2. The tunnel excavation method according to claim 1, further comprising a fifth step of excavating a tunnel of a widened portion using the spiral tunnel as a support after the fourth step, and removing and destroying the main tunnel. .
  3. 前記第5の工程後、前記拡幅部のトンネル内を連結工を介して立坑と連結し駅部等の構築を完了する第6の工程を備えたことを特徴とする請求項2記載のトンネル掘削工法。   3. The tunnel excavation according to claim 2, further comprising a sixth step of completing the construction of the station portion and the like by connecting the inside of the tunnel of the widened portion with a shaft through a connecting work after the fifth step. Construction method.
  4. 前記第5の工程に先立って、スパイラルトンネルから注入又は凍結工法により止水する第7の工程を備えたことを特徴とする請求項2記載のトンネル掘削工法。   The tunnel excavation method according to claim 2, further comprising a seventh step of stopping water by pouring or freezing from a spiral tunnel prior to the fifth step.
  5. 前記子トンネル掘削機は、並列的に複数台設けられ各々で掘削領域の全域を掘削することを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のトンネル掘削工法。   The tunnel excavation method according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein a plurality of the sub-tunnel excavators are provided in parallel and each excavates the entire excavation region.
  6. 前記子トンネル掘削機は、単列で複数台設けられ各々が掘削領域を分担して掘削することを特徴とする請求項1,2,3又は4記載のトンネル掘削工法。   5. The tunnel excavation method according to claim 1, wherein a plurality of the sub-tunnel excavators are provided in a single row and each excavates while sharing an excavation region.
  7. 前記スパイラルトンネルのピッチは、土質に応じて変化されることを特徴とする請求項1,2,3,4,5又は6記載のトンネル掘削工法。   The tunnel excavation method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6, wherein the pitch of the spiral tunnel is changed according to soil quality.
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