JP2639447B2 - シールド・トンネルの地中接合装置及び地中接合工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、１本のトンネルを２台のシールド機を用
いてトンネルの両側端から掘削して、これを途中で接合
するシールド・トンネルの地中接合装置及び地中接合工
法に関するものである。

［従来の技術］ 近年、軟弱な地盤等にトンネルを掘削するシールド工
法の工期短縮化を図る目的で、築造すべきトンネルの両
側端に相当する位置に発進立坑を掘削して、これら発進
立坑から２台のシールド機によりトンネルを掘削し、そ
れらを途中で接合することによりトンネルを完成させ
る、地中接合工法と呼ばれる手法が提案、実施されてい
る。しかし、上記各々のシールド機の先端部には、地山
を掘削するカッタ装置が設置されているのが通常である
ので、これら２台のシールド機が、接合部においてその
先端部を互いに当接する程度にまで接近することは大変
困難である。従って、トンネル接合時には、その接合部
付近において所定距離の地山を残した状態でシールド機
を解体し、この残された地山を何等かの手段により掘
削、除去する必要が生じる。しかしながら、以上のよう
な方法でトンネル接合を行ったのでは、上記残された地
山に対する土留め作業や止水作業が大掛かりになると共
に、工費、工期共に嵩んでしまい、大変不経済であっ
た。

そこで、上記２台のシールド機のうち、一方のシール
ド機にそのスキンプレート内に格納される円筒状の貫入
リングを設けておき、トンネル接合時にこの貫入リング
により接合部の地山を覆うことで、土留め及び止水を行
い、これにより安全かつ確実にトンネル接合を行いうる
地中接合工法が最近提案されている。すなわち、第５図
ないし第８図に示すように、図中、符号Giは両側端から
掘削されてきたシールド・トンネルの接合部付近の地山
であり、この地山Gi内では、シールド機１が、その前部
に設けられたカッタ装置２により右側から左側に向って
トンネルTaを掘削し、また、シールド機３が、その前部
に設けられたカッタ装置４により左側から右側に向って
他方のトンネルTbを掘削している。そして、シールド機
１の後方に形成されたトンネルTaの壁面は、このシール
ド機１の内部で組み立てられたセグメント５、５、…に
よって１次覆工され、同様に、シールド機３の後方に形
成されたトンネルTbの壁面は、このシールド機３の内部
で組み立てられたセグメント６、６、…によって１次覆
工されている。以上の構成において、シールド機１とシ
ールド機３は、築造すべきトンネルの両側端からそれぞ
れトンネルTa、Tbを掘削してそれらを途中で接合する構
造の地中接合装置を構成している。

上記シールド機１の外殻を成す円筒状のスキンプレー
ト７の先端部は、このスキンプレート７と同径に形成さ
れた外筒８と、この外筒８より小径に形成された内筒９
とにより、二重に形成されている。これら外筒８と内筒
９との間には、鉄板を円筒状に形成してなる貫入リング
10が格納されている。

また、図中、符号11は、スキンプレート７内に周方向
に間隔を置いて複数個（第５図に一つのみ図示）設けら
れた押し出しジャッキである、この押し出しジャッキ1
1、11、…の先端は、上記貫入リング10に取り付けられ
ている。また、上記外筒８内周面及び内筒９外周面に
は、リップシール等のシール材12、12、…が、上記貫入
リング10をその両側面から挾持するように設けられ、以
上の構成により、貫入リング10は、スキンプレート７の
軸線に沿って前後方向に摺動自在に構成されている。符
号13は、内筒９内を閉塞するように設けられた仕切り板
である。

一方、上記カッタ装置２は、仕切り板13に軸支された
軸体14と、この軸体14先端部に固定され、スキンプレー
ト７の軸線からその径方向に放射状に延在するスポーク
15、15、スポーク16、16、16と、スポーク15、15、15の
前面に多数取り付けられた切削刃（カッタ）17、17、…
及びスポーク16、16、16の先端部に取り付けられた切削
刃17、17、…とから概略構成されている。

この構成において、スポーク15、15、15はその先端を
通る円の直径が内筒９の内径よりやや小径となるように
形成されており、スポーク16、16、16は伸縮自在に支持
されると共に付設されたジャッキ等からなる伸縮機構18
によりスキンプレート７の径方向に伸縮できるようにな
っている。

また、仕切り板13の後側には、軸体14後端部と係合し
て、この軸体14を回転駆動及び前後移動する油圧モータ
ー等の駆動機構19が取り付けられ、これにより、カッタ
装置２全体が上記スキンプレート７の軸線を中心軸とし
て回転駆動され、また軸方向に前後移動されることとな
る。

また、符号20は、スキンプレート７内に周方向に間隔
を置いて設けられ、上記セグメント５の先端に反力を取
ってシールド機１を前方に促進させるためのシールドジ
ャッキである。

一方、シールド機３は、その構成が以下の部分を除き
シールド機１と同様である。シールド機３のスキンプレ
ート21の先端部が上記シールド機１と同径の円筒状の外
筒22および内筒23とにより二重に形成されている。これ
ら外筒22と内筒23の間が、シールド機１の貫入リング10
が貫入される貫入室24とされている。

この貫入室24内には、上記外筒22及び内筒23間の間隔
より僅かに薄い肉厚に形成された保護リング25が嵌入さ
れている。この保護リング25はジャッキロッド26を介し
て引き込みジャッキ（図示略）によりスキンプレート21
の軸線に沿って前後方向に移動自在に構成されている。

次に、以上のような構成を有する地中接合装置を用い
たシールド・トンネルの地中接合工法について説明す
る。

まず、シールド機１、３を用いて、トンネルの両側端
からトンネルTa、Tbを掘削しつつ、トンネルTa、Tbの壁
面にセグメント５、６を組み立てることで、１次覆工を
行う。この際、カッタ装置２、４の切削刃17、17…を有
するスポーク16、16、16を伸縮機構18、18、18により伸
張させることで、掘削するトンネルTa、Tbの径を外筒
８、22と少なくとも同径としておく。

そして、シールド機３をトンネル接合部に到達させ、
伸張させておいたスポーク16、16、16を内筒23の内径よ
りも短く短縮させた後に、駆動機構19により、カッタ装
置４を内筒23内に収納し、シールド機３をシールドジャ
ッキ20により前方に推進させる。

シールド機１がシールド機３にシールド機１の機長の
３倍程度の距離にまで接近した時点で、シールド機１、
３間の相対位置を確認し、これらシールド機１、３の両
軸線が一致するようにシールド機１の掘進方向を修正し
つつ、さらにトンネル掘削を継続する。

そして、トンネルの接合部において、シールド機１、
３間に所定の長さの地山Gjを残した状態でシールド機１
を停止させる。

次に、シールド機３のカッタ装置４と同様にシールド
機１のカッタ装置２の収納を行う。

次に、押し出しジャッキ11、11、…を駆動すること
で、貫入リング10をシールド機１のスキンプレート７の
軸線に沿って前方に摺動させ、その先端を保護リング25
に当接させる。さらに、押し出しジャッキ11、11、…に
よる貫入リング10の押し出しを続けつつ、これに連動し
て、引き込みジャッキを駆動することで、その保護リン
グ25に貫入リング10の先端を当接させたまま、保護リン
グ25を後方に摺動させ、これにより、貫入リング10を貫
入室24奥にまで引き込む。すなわち、第８図に示すよう
にこの貫入リング10により、シールド機１、３の間に残
されたトンネル接合部の地山Gjを覆うのである。

この後、スキンプレート７、21内の装置及び周辺機材
を解体、撤去し、さらに貫入リング10の両端部を内筒
９、23に溶接して固定する。そして、残された地山Gjを
掘削し、シールド機１、３のスキンプレート７、21内面
に、２次覆工の厚さを含めた場所打ちコンクリートを打
設することで、トンネル接合部の覆工を行う。以上の工
法により、シールド・トンネルの接合部の施工が完了す
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記従来のシールド機１、３においては、
カッタ装置２、４の構成のうち、カッタ装置２、４の伸
縮自在な部分が切削刃を有する伸縮自在なスポーク状と
なっている。しかし、スポーク状となったカッタ装置
２、４の伸縮自在な部分は、伸張させた状態で回転させ
地山を掘削するのに強度的に問題がある場合もあり、長
距離掘進する際に耐久性に不安があった。また、カッタ
装置２、４の外周部分は、スポーク16、16、16となって
いるので、トンネル掘削時にカッタ装置２、４の上部、
すなわちトンネル先端の上部を覆う山留が無く、トンネ
ル先端が崩れる危険があった。さらに、スキンプレート
７、21の先端部は、外筒８、22と内筒９、23との二重構
造になっているために、スキンプレート７、21の先端部
が厚くなり、スキンプレート７、21先端下部から掘削し
た土砂を取り込みにくくなっている。ところが、スキン
プレート７、21の前部に設けられたカッタ装置２、４の
外周部分はスポーク16、16、16となっているため、トン
ネル先端下部にたまった土砂をすくい上げることができ
ず、土砂の取り込みを円滑に行えないという欠点があっ
た。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、カッ
タ装置の耐久性を向上させ、トンネル掘進時にトンネル
先端上部の山留を行うことができると共に、スキンプレ
ート先端下部の土砂取り込みを容易にすることの可能な
シールド・トンネルの地中接合装置及び地中接合工法の
提供を目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明のシールド・トンネルの地中接合装置は、前
部に設けられたカッタにより地山を掘削しつつ、内部で
一次覆工用のセグメントを組み立てながら、シールドジ
ャッキでこのセグメントの先端に反力を取ることで地中
を推進するシールド機を２台用い、築造すべきトンネル
の両側端からそれぞれトンネルを掘削してそれらを途中
で接合することによりトンネルを完成させるシールド・
トンネルの地中接合装置であって、上記一方のシールド
機は、そのスキンプレートの先端部が外筒と内筒とによ
り二重に形成されていると共に、このシールド機の外筒
と内筒との間にはシールド機の前後方向に移動自在な貫
入リングが収納され、かつ、上記他方のシールド機に
は、そのスキンプレートの先端部が上記一方のシールド
機と同径の外筒と内筒とにより二重に形成されることで
上記貫入リングが貫入される貫入室が形成され、さら
に、それぞれのシールド機のカッタはスキンプレートの
半径方向に移動自在に支持されていると共に、これらカ
ッタの最外周には、カッタを有した補強リングが着脱自
在に取り付けられているものである。また、この発明の
地中接合工法は、上記２台のシールド機を対向配置し、
これらシールド機によりトンネルを掘削し、このトンネ
ルの掘削終了直前において上記２台のシールド機の補強
リングをそれぞれカッタから取り外し、この補強リング
をそのまま残し、上記カッタをそれぞれ内筒の内側まで
後退させ、上記一方のシールド機の貫入リングをこのシ
ールド機の軸線に沿ってそれぞれの上記補強リングと上
記カッタ間を通し前方に移動させ、この貫入リングを上
記他方のシールド機の貫入室に貫入することにより上記
２台のシールド機の間に残されたトンネル接合部の地山
を覆い、上記２台のシールド機を解体して接合部の地山
を掘削し、更に上記接合部の壁面を覆工するものであ
る。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。第１図ないし第４図はこの発明のシールド・トンネ
ルの地中接合装置を示すものであり、これら図におい
て、上記第５図ないし第８図に示す従来の技術の構成要
素と同一の要素については、同一符号を付してその説明
を省略する。

第１図ないし第４図に示すシールド機28、29（シール
ド機29は第４図だけに示す）は、上記シールド機１、３
と同様に築造すべきトンネルの両側端から掘削し、それ
らトンネルを途中で接合する地中接合装置である。

上記シールド機28の前部には、地山を掘削するカッタ
装置30が設けられている。このカッタ装置30は、仕切り
板13に軸支された軸体14と、この軸体14先端部に固定さ
れ、スキンプレート７の軸線からその径方向に放射状に
延在するスポーク31、31、31、スポーク32、32、32とス
ポーク31、31、31の前面に取り付けられた切削刃17、1
7、…及びスポーク32、32、32の先端部の前面に取り付
けられた切削刃17、17、…と、スポーク32、32、32の端
部に着脱自在に取り付けられた補強リング34とから概略
構成されている。

この構成において、スポーク31、31、31はその先端を
通る円の直径が内筒９の内径よりやや小径とされてお
り、スポーク32、32、32は伸縮自在に支持されると共に
付設されたジャッキ等からなる伸縮機構33、33、33によ
りスキンプレート７の径方向に伸縮できるようになって
いる。この場合、補強リング34は、伸縮機構33、33、33
により伸張された状態のスポーク32、32、32の端部に取
り付けられている。

上記補強リング34は、少なくともスキンプレート７と
同径とされ、前後方向の幅がスポーク32とほぼ同幅とさ
れ、補強リング34の前面に切削刃35、35、…（第３図及
び第４図に図示）が設けられているものである。

また、シールド機29のカッタ装置36も、カッタ装置30
と同様の構成となっている。

上記シールド機28、29のその他の構成については、上
記第５図ないし第８図に示す従来のシールド機と全く同
様である。

次に、以上のような構成を有する地中接合装置を用い
たシールド・トンネルの地中接合工法について説明す
る。

従来のシールド・トンネルの地中接合工法と同様に、
シールド機28とシールド機29は、築造すべきトンネルの
両側端からそれぞれトンネルを掘進しつつ１次覆工を行
う。このトンネルを掘進する際にシールド機28、29は、
トンネルの内筒９、23の径より内側を、スポーク31、3
1、31に取り付けられた掘削刃17、17、…により掘削
し、その外側を補強リング34、34に補強されたスポーク
32、32、32の先端部前面に取り付けられた掘削刃17、1
7、…と補強リング34に取り付けられた掘削刃35、35、
…とにより掘削する。従って、シールド機28、29におい
ては、補強リング34がスポーク32、32、32を補強し、切
削刃35、35、…が切削刃17、17、…にかかる負担を分担
する。また、シールド機28、29は、カッタ装置30、36の
外周が補強リング34、34に覆われているので、トンネル
先端部を山留した状態で掘削を行う。さらに、掘削され
た土砂は、この補強リング34、34により一旦掻上げられ
てからスキンプレート７、21の先端下部に取り込まれ
る。

次にシールド機28、29がトンネル接合部に近付いた
ら、シールド機28、29間の相対位置を確認し、シールド
機28、29の両軸線を一致させ、トンネル接合部まで掘進
させる。

このトンネル接合部において、シールド機28、29のカ
ッタ装置30、36のそれぞれの補強リング34、34からスポ
ーク32、32、32を取り外し、この補強リング34、34はそ
のままの位置に残す。次に、伸縮機構33、33、33により
カッタ装置30、36のスポーク32、32、32を内筒９、23の
半径よりも短く短縮する。

この際、従来の工法では、トンネル先端部の山留を行
うためカッタ装置２、４を内筒９、23の中に収納し、シ
ールド機１、３を押し出していたが、この工法において
は、トンネル先端部が補強リング34、34により山留され
ているのでその必要はない。

次に、第４図に示すように従来の地中接合工法と同様
にシールド機28の貫入リング10をこのシールド機28の軸
線に沿って補強リング34、34とカッタ装置30、36間を通
し前方に移動させ、この貫入リング10をシールド機29の
貫入室24に貫入することにより２台のシールド機28、29
の間に遺されたトンネル接合部の地山Gjを覆い、２台の
シールド機を解体して接合部の地山を掘削する。この際
に、第３図（ｂ）に示すように貫入リングは、取り外さ
れた補強リング34と短縮されたカッタ30の間を移動する
ので、補強リング34がトンネル接合の障害となることは
ない。

以下、従来のシールド・トンネルの地中接合工法と同
様に２次覆工まで行いトンネルを完成させる。

以上のように、本実施例のシールド・トンネルの地中
接合装置を用いた地中接合工法によれば、カッタ装置3
0、36のスポーク32、32、32の端部に切削刃35、35、…
を有する補強リング34、34を取り付けたことにより、ス
ポーク32、32、32が補強され、かつ、トンネル掘削時に
負担の大きいカッタ装置外周に切削刃35、35、…が取り
付けられ切削刃が増えたためにカッタ装置の耐久性が向
上し長距離掘進が可能となる。

また、補強リング34、34により掘削中のトンネル先端
上部が覆われ、山留がなされるためトンネル先端部が崩
れるのが防止できる。

さらに、補強リング34、34がトンネル先端下部にたま
った土砂を掻上げることにより、スキンプレート７、21
の先端下部からの土砂の取り込みを円滑に行うことがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、シールド機
を２台用い、築造すべきトンネルの両側端からそれぞれ
トンネルを掘削してそれらを途中で接合することにより
トンネルを完成させるシールド・トンネルの地中接合装
置及び地中接合工法において、シールド機のスキンプレ
ート前部に設けられたカッタ装置の最外周にカッタを有
する補強リングを取り付けることにより、この補強リン
グがカッタ装置を補強し、かつ、一番負担のかかるカッ
タ装置最外周のカッタが増えるため、カッタ装置の耐久
性が向上し、トンネルの長距離掘削が可能となる。

また、上記補強リングによりトンネル掘削中にカッタ
装置上部すなわちトンネル先端上部が覆われ山留がなさ
れるためトンネル先端上部が崩れるのを防止することが
できる。

さらに、上記補強リングが掘削された土砂を掻上げる
ためスキンプレート先端下部からの土砂の取り込みを円
滑に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の実施例を示す図であっ
て、第１図はシールド機を示す要部側断面図、第２図は
シールド機のカッタ装置を示す要部正面図、第３図
（Ａ）はトンネル掘削中のシールド機の要部側断面図、
第３図（Ｂ）は貫入リングを押し出しているシールド機
の要部側断面図、第４図は地中で接合している２台のシ
ールド機の要部側断面図、第５図ないし第８図は従来の
技術を示す図であって、第５図はシールド機を示す要部
側断面図、第６図はシールド機のカッタ装置を示す要部
正面図、第７図はトンネル掘削中の２台のシールド機を
示す側断面図、第８図は地中で接合している２台のシー
ルド機を示す側断面図である。 Gi、Gj……地山、Ta、Tb……トンネル、１、３、28、29
……シールド機、２、４、30、36……カッタ装置、７、
21……スキンプレート、10……貫入リング、17、35……
切削刃、24……貫入室、15、16、31、32……スポーク、
34……補強リング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 英樹 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 渡辺 俊雄 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 西岳 茂 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 杉山 雅彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番 １号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前部に設けられたカッタにより地山を掘削
   しつつ、内部で一次覆工用のセグメントを組み立てなが
   ら、シールドジャッキでこのセグメントの先端に反力を
   取ることで地中を推進するシールド機を２台用い、築造
   すべきトンネルの両側端からそれぞれトンネルを掘削し
   てそれらを途中で接合することによりトンネルを完成さ
   せるシールド・トンネルの地中接合装置であって、 上記一方のシールド機は、そのスキンプレートの先端部
   が外筒と内筒とにより二重に形成されていると共に、こ
   のシールド機の外筒と内筒との間にはシールド機の前後
   方向に移動自在な貫入リングが収納され、かつ、上記他
   方のシールド機には、そのスキンプレートの先端部が上
   記一方のシールド機と同径の外筒と内筒とにより二重に
   形成されることで上記貫入リングが貫入される貫入室が
   形成され、さらに、それぞれのシールド機のカッタはス
   キンプレートの半径方向に移動自在に支持されていると
   共に、これらカッタの最外周には、カッタを有した補強
   リングが着脱自在に取り付けられていることを特徴とす
   るシールド・トンネルの地中接合装置。
2. 【請求項２】請求項１記載のシールド・トンネルの地中
   接合装置である２台のシールド機を対向配置し、これら
   シールド機によりトンネルを掘削し、このトンネルの掘
   削終了直前において上記２台のシールド機の補強リング
   をそれぞれカッタから取り外し、この補強リングをその
   まま残し、上記カッタをそれぞれ内筒の内側まで後退さ
   せ、上記一方のシールド機の貫入リングをこのシールド
   機の軸線に沿ってそれぞれの上記補強リングと上記カッ
   タ間を通し前方に移動させ、この貫入リングを上記他方
   のシールド機の貫入室に貫入することにより上記２台の
   シールド機の間に残されたトンネル接合部の地山を覆
   い、上記２台のシールド機を解体して接合部の地山を掘
   削し、更に上記接合部の壁面を覆工することを特徴とし
   たシールド・トンネルの地中接合工法。