JP2010190015A - トンネル構築工法及びその構築工法にて構築されるトンネル - Google Patents

Abstract

【課題】地山を掘進中のシールド機を空間に到達させて、その空間から再び地山に進入させることにより、シールド機の方向転換が可能で、かつ、トンネルを効率良く構築可能なトンネルの構築工法を提供する。
【解決手段】シールド機１を地上から発進させて空間１４に到達させることにより、地山１３内に往路トンネル２２ａが構築される。また、空間１４内でシールド機を方向転換させて、シールド機１を空間１４から発進させて到達穴に到達させることにより、地山１３内に復路トンネル２２ｂが構築される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、シールド機によるトンネル構築工法及びその構築後方にて構築されるトンネルに関する。

本出願人は、例えば、特許文献１において、シールド機を地上から発進させて地上に到達させるトンネル構築工法を提案している。本工法は、まず、シールド機を地上から発進させて、所定の掘削深度に達するまでの下り勾配を有する下りアプローチ区間を構築し、次に、所定の掘削深度でトンネル区間を構築し、最後に、トンネル区間の終点部から地上に達するまでの上り勾配を有する上りアプローチ区間を構築して、シールド機を地上に到達させる。
特開２００５−１１３５９４号公報

しかし、特許文献１に記載されているトンネル構築工法では、各アプローチ区間又はトンネル区間を横切るように障害物が存在すると、シールド機ではその障害物を通過できないので、本工法を適用できないという問題点があった。また、その障害物近傍までトンネルを構築する場合には、シールド機を地上から発進させて障害物近傍まで進行したら、シールド機を掘進させながらＵターンさせて地上に到達させることとなる。このシールド機をＵターンさせる際に、曲率半径の小さいトンネルの施工は困難であるという問題点があった。

そこで、本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであって、地山を掘進中のシールド機を空間に到達させて、その空間から再び地山に進入させることにより、シールド機の方向転換が可能で、かつ、トンネルを効率良く構築可能なトンネルの構築工法を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、トンネルを構築する構築工法において、シールド機を地上から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を空間へ到達させることを特徴とする。

本発明によれば、シールド機を地上から発進させて空間に到達させるので、地上から空間に連通するトンネルを構築することができる。
また、シールド機を空間に到達させることにより、空間内でシールド機を方向転換することができる。

本発明は、トンネルを構築する構築工法において、シールド機を空間から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を地上へ到達させることを特徴とする。
また、シールド機を地上に到達させることにより、地上でシールド機を方向転換することができる。

本発明によれば、シールド機を空間から発進させて地上に到達させるので、空間から地上に連通するトンネルを構築することができる。

本発明は、トンネルを構築する構築工法において、シールド機を地上から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を空間へ到達させて往路トンネルを構築し、前記空間内にて前記シールド機を方向転換し、前記シールド機を前記空間から前記地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を地上へ到達させて復路トンネルを構築することを特徴とする。

本発明によれば、シールド機を地上から発進させて空間に到達させるので、地上から空間に連通する往路トンネルを構築することができる。
また、方向転換したシールド機を空間から発進させて地上に到達させるので、空間から地上に連通する復路トンネルを構築することができる。
さらに、空間内でシールド機を方向転換させるので、シールド機の旋回能力に左右されること無く、所望の位置に復路トンネルを構築することができる。

本発明において、前記空間は、立坑であることとすれば、立坑内でシールド機を方向転換することができる。
また、本発明において、前記空間は、地山内の空洞であることとすれば、空洞内でシールド機を方向転換することができる。
さらに、本発明において、前記空間は、明かりであることとすれば、明かりでシールド機を方向転換することができる。

本発明のトンネルは、上述したトンネル構築工法により構築されたことを特徴とする。

本発明によれば、地山を掘進中のシールド機を空間に到達させて、その空間から発進させることにより、シールド機の方向転換が可能となる。また、シールド機を方向転換させることによりトンネルを効率良く構築することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るシールド機１の正面図及び側断面図である。
図１及び図２に示すように、シールド機１は、互いに独立して駆動可能なカッター部２、３をそれぞれ上段及び下段に備えたフード部４と、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５等を備えたガーダ部６と、セグメント７を組み立てるエレクタ８等を備えたテール部９とから構成され、地上発進及び地上到達が可能である。

上段のカッター部２及び下段のカッター部３は、シールド機１本体の前面に設けられ、地山１３を掘削するためのカッターヘッド１０と、カッターヘッド１０を回転させるための駆動源１１とを備えており、各カッター部２、３は、それぞれ独立して駆動可能である。

上段のカッター部２は、シールド機１本体内に、下段のカッター部３よりも進行方向に所定の長さだけ突出するように配置されている。なお、突出する長さは、地質条件等により異なる値であって、設計等により現場毎に適宜決定される。

各カッター部２、３は、それぞれ複数のカッターヘッド１０を備えており、本実施形態においては、それぞれ３台ずつ設けた。なお、掘削対象断面の形状、大きさ等に応じて適宜のカッターヘッド１０の数を変更する。

ガーダ部６には、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５や各カッター部２、３で掘削した土砂を排出するためのスクリューコンベア１２等が設置されている。

テール部９には、エレクタ８等が設置されている。このエレクタ８により、掘削したトンネル２２の内面に順次セグメント７が組み立てられ、内壁が構築される。

次に、上述したシールド機１を、地上と、地中の障害物近傍に設けられた立坑である空間１４との間を往復させて、往路トンネル２２ａ及び復路トンネル２２ｂを構築する場合について説明する。

まず、シールド機１を地上から発進させて立坑である空間１４に到達させることにより、往路トンネル２２ａを構築する方法について説明する。

図３及び図４は、それぞれシールド機１を発進させるための発進穴１８ａの平面図及び側断面図である。
図３及び図４に示すように、地山１３にシールド機１を発進させるための発進穴１８ａを発進地点に掘削する。この発進穴１８ａは、シールド機１の高さＨの、例えば、１．３倍の深さで、外周全体に法面１９が形成されている。なお、本実施形態においては、発進穴１８ａの外周全体に法面１９を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、シールド機１の進行方向のみに法面１９が形成され、他の側面には土留め壁が形成されていてもよい。

図５は、シールド機１を発進穴１８ａ内の架台２０上に設置した状態を示す側断面図である。
図５に示すように、発進穴１８ａの底盤に掘削予定の往路トンネル２２ａの傾斜角度に沿った架台２０と、シールド機１の発進の際に反力を得るための反力壁２１とを構築する。
その後、シールド機１を架台２０上に設置し、このシールド機１の後端と反力壁２１との間にセグメント７を設置する。

図６は、シールド機１の発進方法を示す図である。
図６に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールドジャッキ５を伸張させることによりシールド機１本体を推進させる。そして、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させる。
そして、シールド機１を所定の距離だけ掘進させたら、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０の回転を停止し、掘削を一旦停止する。

次に、シールドジャッキ５を収縮させて、テール部９とセグメント７との間に新たなセグメント７を構築する。
そして、上述したように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させ、シールドジャッキ５を伸張させることにより所定の距離だけ掘進してから、シールドジャッキ５を収縮してセグメント７を構築するまでの一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、発進穴１８ａから空間１４までの地山１３内を掘進する。

次に、シールド機１を空間１４へ到達させる到達方法について説明する。なお、以下の説明では、到達時に利用する立坑を空間１４という。

図７は、障害物の近傍に設けられた立坑である空間１４の縦断面図である。
図７に示すように、障害物の近傍に設けられた空間１４は、シールド機１の到達位置であって、シールド機１の方向転換作業を行うための作業空間として使用されるため、底盤に、昇降及び回転可能なターンテーブル２３が設置されている。

図８は、シールド機１の空間１４への到達方法を示す図である。
図８に示すように、シールド機１本体の周囲を土留め壁１５の坑口１６ａに設けられた止水手段２４で止水しながら、空間１４にシールド機１本体を進入させて、空間１４の底盤に設置されたターンテーブル２３上に停止させる。

シールド機１が地上から発進させて空間１４に到達することにより、図９に示すように、地山１３内に往路トンネル２２ａが構築される。

図１０は、シールド機１を空間１４内で方向転換した状態を示す図である。
図１０に示すように、ターンテーブル２３を上昇させて、シールド機１を構築予定の復路トンネル２２ｂの坑口１６ｂ前に設置する。次に、ターンテーブル２３を回転させて、シールド機１の前面を復路トンネル２２ｂ側に向ける。そして、シールド機１の後方に、シールド機１の発進の際に反力を得るための反力壁２１を設置する。

次に、シールド機１を空間１４から発進させて地上に到達させることにより、復路トンネル２２ｂを構築する方法について説明する。

図１１は、シールド機１の発進方法を示す図である。
図１１に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールド機１本体の周囲を土留め壁１５の坑口１６ｂに設けられた止水手段２４で止水しながら、地山１３内にシールド機１本体を進入させる。
その後、往路トンネル２２ａの構築時と同様に、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させて所定の距離だけ掘進してからセグメント７を構築するまでの一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、空間１４から地上までの地山１３内を掘進する。

次に、シールド機１を地上へ到達させる到達方法について説明する。

図１２は、シールド機１を到達させるための到達穴１８ｂの側断面図である。
図１２に示すように、地山１３の到達予定箇所に到達穴１８ｂを掘削する。この到達穴１８ｂは、発進穴１８ａと同様に、シールド機１の高さＨの１．３倍の深さで、外周全体に法面１９が形成されている。
到達穴１８ｂの底盤に掘削予定の復路トンネル２２ｂの傾斜角度に沿った架台２０を構築する。

図１３は、シールド機１の到達方法を示す図である。
図１３に示すように、シールド機１本体を推進させて、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、到達穴１８ｂ内にシールド機１を進入させる。
上段のカッター部２及び下段のカッター部３が法面１９を通過したら、両カッター部２、３のカッターヘッド１０の回転を停止し、シールド機１を到達穴１８ｂの中央付近まで進入させる。

シールド機１が空間１４から発進させて到達穴１８ｂに到達することにより、図１４に示すように、地山１３内に復路トンネル２２ｂが構築される。
上述した本実施形態におけるトンネル構築工法によれば、シールド機１を地上から発進させて空間１４に到達させるので、地上から空間１４に連通する往路トンネル２２ａを構築することができる。

また、シールド機１を空間１４に到達させることにより、この空間１４内でシールド機１を方向転換することができる。
そして、方向転換したシールド機１を空間１４から発進させて地上に到達させるので、空間１４から地上に連通する復路トンネル２２ｂを構築することができる。

さらに、空間１４内でシールド機１を方向転換させるので、シールド機１の旋回能力に左右されること無く、所望の位置に復路トンネル２２ｂを構築することができる。
なお、本実施形態においては、シールド機１が地上に設けられた発進穴１８ａから地山１３内に進入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、地表面から地山１３内に進入してもよい。

また、本実施形態においては、シールド機１が空間１４から地上に設けられた到達穴１８ｂに到達する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、地表面上に到達してもよい。
そして、本実施形態においては、上段のカッター部２が下段のカッター部３よりも進行方向に所定の長さだけ突出するように固定配置されているシールド機１を用いた場合について説明したが、このシールド機１に限定されるものではなく、一般的なシールド機であれば、本発明に適用可能である。

さらに、本実施形態においては、空間１４として立坑を利用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、地下道路のランプ線部、地下鉄の駅等の地下の空洞にも適用可能である。また、図１５及び図１６に示すように、崖から明かりである空間１４に到達する場合や明かりから崖に進入する場合にも適用可能であり、崖から明かりに到達したシールド機１を明かりで方向転換し、この方向転換したシールド機１を崖に進入させてもよい。

また、本実施形態においては、空間１４の近傍に障害物を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、空間１４の近傍に障害物が存在しなくてもよい。

また、本実施形態においては、空間１４内でシールド機１を１８０°方向転換させる場合について説明したが、この角度に限定されるものではなく、所望の向きに方向転換させることができる。

本発明の実施形態に係るシールド機の正面図である。 本発明の実施形態に係るシールド機の側断面図である。 シールド機を発進させるための発進穴の平面図である。 シールド機を発進させるための発進穴の側断面図である。 シールド機を発進穴内の架台上に設置した状態を示す側断面図である。 シールド機の発進方法を示す図である。 障害物の近傍に設けられた立坑である空間の縦断面図である。 シールド機の空間への到達方法を示す図である。 地山内に構築されたトンネルを示す側断面図である。 シールド機を空間内で方向転換した状態を示す図である。 シールド機の発進方法を示す図である。 シールド機を到達させるための到達穴の側断面図である。 シールド機の到達方法を示す図である。 地山内に構築されたトンネルを示す側断面図である。 シールド機を空間に到達させる他の実施例を示す図である。 シールド機を空間から発進させる他の実施例を示す図である。

１ シールド機
２ 上段のカッター部
３ 下段のカッター部
４ フード部
５ シールドジャッキ
６ ガーダ部
７ セグメント
８ エレクタ
９ テール部
１０ カッターヘッド
１１ 駆動源
１２ スクリューコンベア
１３ 地山
１４ 空間
１５ 土留め壁
１６ａ 坑口
１６ｂ 坑口
１８ａ 発進穴
１８ｂ 到達穴
１９ 法面
２０ 架台
２１ 反力壁
２２ トンネル
２２ａ 往路トンネル
２２ｂ 復路トンネル
２３ ターンテーブル
２４ 止水手段

Claims (7)

1. トンネルを構築する構築工法において、
   シールド機を地上から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を空間へ到達させることを特徴とするトンネル構築工法。
2. トンネルを構築する構築工法において、
   シールド機を空間から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を地上へ到達させることを特徴とするトンネル構築工法。
3. トンネルを構築する構築工法において、
   シールド機を地上から地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を空間へ到達させて往路トンネルを構築し、
   前記空間内にて前記シールド機を方向転換し、
   前記方向転換したシールド機を前記空間から前記地山へ進入させて前記地山内を所定の距離だけ掘削した後、前記シールド機を地上へ到達させて復路トンネルを構築することを特徴とするトンネル構築工法。
4. 前記空間は、立坑であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトンネル構築工法。
5. 前記空間は、地山内の空洞であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトンネル構築工法。
6. 前記空間は、明かりであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトンネル構築工法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のトンネル構築工法にて構築されたことを特徴とするトンネル。

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