JP2698971B2 - シールドトンネル掘削工法およびシールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド工法による
トンネルの築造を簡易かつ経済的に築造するためのシー
ルドトンネル掘削工法およびその工法に使用されるシー
ルド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば上り線と下り線のように、１対
のトンネル(1)(2)が平行して築造されている場合に、駅
と駅の中間点で新駅を築造するようなときには、図２４
に示されるように、新駅の始端部および終端部に始端立
坑(3) および終端立坑(4) が設けられ、両トンネル(1)
(2)間の掘削に際してはその切羽安定のため、図２５に
示されるように、両トンネル(1)(2)間の上方の地盤(G)
の改良をした後、ルーフシールドと称される工法により
両トンネルの上方のみをルーフシールド掘進装置(6) に
より掘削し、天井部分を覆工した後その下側を機械的
に、もしくは人為的に掘削し、図２７に示されるように
中柱を立て、床部分を覆工して駅を築造していた。

【０００３】また、トンネルを新たに築造し、適宜場所
に駅を築造するようなときには、駅の始端部および終端
部に設けられた始端立坑(3) および終端立坑(4) までの
１対のトンネル(1)(2)については、単一のシールド掘進
機を始端立坑(3) および終端立坑(4) で転回させて１対
のトンネル(1)(2)を掘削し、覆工して築造するか、ある
いは１対のシールド掘進機により１対のトンネル(1)(2)
を各別に掘削し、覆工して築造していた。そして、これ
らの始端立坑(3) および終端立坑(4) 間の駅部分の築造
に際しては、図２６に示されるような３連型のシールド
掘進機(5) により図２７のような中間部トンネル(7) の
掘削と覆工が行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の工法では既設のトンネル間に新駅を築造する場合、
先端立坑と終端立坑間の両トンネルの上方の地盤安定の
ための土壌改良や圧気工法を必要とするから、土壌安定
用薬液の使用や、工期の長期化のため、コスト高となる
ばかりでなく、ルーフシールド工法によると、両トンネ
ル間の上方と下方の掘削が各別に行われるため、ローリ
ング等の施工性に問題があり、一層工期が長くなってさ
らにコストが高くなるとともに、工事の安全性にも不安
があるという問題点があった。また、３連型のシールド
掘進機を使用すると、シールド掘進機自体が高価である
と同時に、その組立・解体に長期間を要するので、駅の
築造等のような短区間の掘削工法としては築造コストお
よび工期いずれの見地からも好ましくないという問題点
もあった。本発明は、このような問題点を解決し、簡易
かつ安全で、しかも低コストで駅間のトンネルを可及的
短期間で連続掘削できるシールドトンネル掘削工法およ
びこの工法に使用されるシールド掘進機を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、既設または先行掘削のいずれかの左右１対のトンネ
ルの間に、両トンネルを連通する中間部トンネルがシー
ルド工法により築造されるシールドトンネル築造工法に
おいて、中間部トンネルの始端と終端に設けられた先端
立坑および終端立坑の一方から他方へ向けて、前記両ト
ンネル間を、中央部分に回転カッターを有し、その外円
周部分に両トンネル側に対向する部分を除いた上下の外
円周部分が中央部分の回転カッター(20)と独立して駆動
する揺動カッターを有するカッターディスクを備えたシ
ールド掘進機におけるカッターディスクの回転カッター
を回転させ、揺動カッターを揺動させながら同時に掘進
させて両トンネルを連通させること、および、左右１対
のトンネルの間に、両トンネルを連通する中間部トンネ
ルがシールド工法により築造される多連型のシールドト
ンネル築造工法において、中間部トンネルの始端と終端
に設けられた始端立坑および終端立坑の一方から他方へ
向けて、先に中間部トンネルを、中央部分に回転カッタ
ーを有し、その外円周部分に回転および両トンネル側に
対向する部分を除いた上下の外円周部分が中央部分の回
転カッター(20)と独立して駆動する回転用と揺動用に改
造可能な回転・揺動カッターを有するカッターディスク
を備えたシールド掘進機におけるカッターディスクの回
転カッターと回転用の回転・揺動カッターとを回転させ
ながら掘進させ、その後シールド掘進機が到達した他方
の立坑でシールド掘進機を転回させ、掘削されたこの中
間部トンネルに沿って左右１対のトンネルの一方を、カ
ッターディスクの回転カッターを回転させ、揺動用の回
転・揺動カッターを揺動させながら掘進させ、さらにシ
ールド掘進機が到達した一方の立坑でシールド掘進機を
再転回させ、再び上記中間部トンネルに沿って左右１対
のトンネルの他方を、カッターディスクの回転カッター
を回転させ、揺動用の回転・揺動カッターを揺動させな
がら掘進させて、１台のシールド掘進機により多連型の
シールドトンネルを築造すること、ならびに、左右１対
のトンネルの間に、両トンネルを連通する中間部トンネ
ルがシールド工法により築造される多連型のシールドト
ンネル築造工法において、中間部トンネルの始端と終端
に設けられた始端立坑および終端立坑の一方から他方へ
向けて、先に両トンネルの一方を、中央部分に回転カッ
ターを有し、その外円周部分に回転および両トンネル側
に対向する部分を除いた上下の外円周部分が中央部分の
回転カッター(20)と独立して駆動する回転用と揺動用に
改造可能な回転・揺動カッターを有するカッターディス
クを備えたシールド掘進機におけるカッターディスクの
回転カッターと回転用の回転・揺動カッターを回転させ
ながら掘進させ、その後、シールド掘進機が到達した他
方の立坑でシールド掘進機を転回させ、掘削されたこの
一方のトンネルに沿って中間部トンネルをカッターディ
スクの回転カッターを回転させ、揺動用の回転・揺動カ
ッターを揺動させながら掘進させ、さらにシールド掘進
機が到達した一方の立坑でシールド掘進機を再転回さ
せ、再び上記中間部トンネルに沿って左右１対のトンネ
ルの他方を、カッターディスクの回転カッターを回転さ
せ、揺動用の回転・揺動カッターを揺動させながら掘進
させて１台のシールド掘進機により多連型のシールドト
ンネルを築造すること、さらに、左右１対のトンネルの
間に、両トンネルを連通する中間部トンネルがシールド
工法により築造される多連型のシールドトンネル築造工
法において、中間部トンネルの始端と終端に設けられた
始端立坑および終端立坑の一方から他方へ向けて、立坑
の一方まで左右１対のトンネルを各別に掘進してきた中
央部分に回転カッターを有し、その外円周部分に回転お
よび両トンネル側に対向する部分を除いた上下の外円周
部分が中央部分の回転カッター(20)と独立して駆動する
回転用と揺動用に改造可能な回転・揺動カッターを有す
るカッターディスクを備えたシールド掘進機の一方のシ
ールド掘進機で、中間部トンネルまたは立坑間の１対の
トンネルの一方のいずれかを、カッターディスクの回転
カッターと回転用の回転・揺動カッターを回転させなが
ら掘進させ、他方のシールド掘進機で立坑間の１対のト
ンネルの一方または中間部トンネルのいずれかを先行の
掘削されたトンネルに沿ってカッターディスクの回転カ
ッターを回転させ、揺動用の回転・揺動カッターを揺動
させながら掘進させ、立坑の他方に到達したシールド掘
進機のいずれかを他方の立坑内で転回させて１対のトン
ネルの他方を先行の掘削された中間部トンネルに沿って
カッターディスクの回転カッターを回転させ、揺動用の
回転・揺動カッターを揺動させながら掘進させて多連型
のシールドトンネルを築造すること、をそれぞれ特徴と
している。

【０００６】このようなシールドトンネル掘削工法にお
いては、先行して掘削されたトンネルに沿って掘削され
る後行掘削トンネルが、先行掘削トンネルのセグメント
に設けられたガイドに沿って後行掘削トンネルの掘削用
シールド掘進機がガイドされて後行掘削トンネルが掘進
されるようにすることが好ましい。

【０００７】上記したシールドトンネル掘削工法に使用
されるシールドトンネル掘削用のシールド掘進機のシー
ルドカッターディスクは、回転・揺動カッターが、先行
掘削トンネルに対向する部分が着脱自在であるシールド
カッターディスクからなるか、先行掘削トンネルに対向
する部分を除いた上下の外円周部分が中央部分の回転カ
ッター(20)と独立して駆動する回転・揺動カッターと取
替自在であるシールドカッターディスクからなることが
好ましい。

【０００８】

【作用】請求項１の発明では、始端立坑と終端立坑との
間の１対のトンネル間に両トンネルを連通する中間部ト
ンネルの掘削が、カッターディスクの回転カッターを回
転させることにより、１対のトンネルの対向側面が円形
に掘削され、揺動カッターを揺動させることにより両ト
ンネルの対向する部分を除いた回転カッターの上側と下
側の外円周部分が同時に掘削され、両トンネルが１掘削
工程で掘削連通される。

【０００９】請求項２の発明では、始端立坑と終端立坑
との間の１対のトンネルと両トンネルを連通する中間部
トンネルからなる多連型のトンネルの中間部トンネル
が、カッターディスクの回転カッターディスクと回転用
の回転・揺動カッターとを同時に回転させることにより
円形に掘削され、始端立坑と終端立坑の一方から他方へ
到達した後、他方の立坑でシールド掘進機を転回させ、
掘削されたこの中間部トンネルに沿ってカッターディス
クの回転カッターを回転させ、回転・揺動カッターを揺
動用の回転・揺動カッターに改造して揺動させることに
より、中間部トンネルと連通された１対のトンネルの一
方が掘削される。この一方のトンネルを掘削したシール
ド掘進機が到達した一方の立坑内でこのシールド掘進機
を再転回させ、再び上記中間部トンネルに沿ってカッタ
ーディスクの回転カッターを回転させ、揺動用の回転・
揺動カッターを揺動させながら掘進させることにより、
左右１対のトンネルの他方を掘削し、１台のシールド掘
進機により各トンネルが連通された多連型のシールドト
ンネルが築造される。

【００１０】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
ける工法と同様の工法により多連型のシールドトンネル
が築造されるが、請求項２の発明における中間部トンネ
ルに代え、１対のトンネルの一方を先にシールド掘進機
のカッターディスクを回転させて円形のトンネルを掘削
させ、次に到達した一方の立坑内でシールド掘進機を転
回させてカッターディスクの回転・揺動カッターを揺動
用の回転・揺動カッターに改造させた後、先に掘削され
た一方のトンネルに沿って回転カッターを回転させ、回
転・揺動カッターを揺動させながら中間部トンネルを掘
進させた後、さらに到達した他方の立坑内でシールド掘
進機を再転回させて中間部トンネルに沿って回転カッタ
ーを回転させ、揺動用の回転・揺動カッターを揺動させ
ながら他方のトンネルを掘進させることにより１台のシ
ールド掘進機により多連型のシールドトンネルが築造さ
れる。

【００１１】請求項４の発明では、始端立坑および終端
立坑の一方から他方へ向けて、立坑の一方まで左右１対
のトンネルを各別に掘進してきたシールド掘進機の一方
のシールド掘進機で、中間部トンネルまたは立坑間の１
対のトンネルの一方のいずれかを、カッターディスクの
回転カッターと回転用の回転・揺動カッターを回転させ
ながら掘進させ、他方のシールド掘進機で立坑間の１対
のトンネルの一方または中間部トンネルのいずれかを先
行の掘削されたトンネルに沿ってカッターディスクの回
転カッターを回転させ、揺動用に改造された回転・揺動
カッターを揺動させながら掘進させ、立坑の他方に到達
したシールド掘進機のいずれかを他方の立坑内で転回さ
せて１対のトンネルの他方を先行の掘削された中間部ト
ンネルに沿ってカッターディスクの回転カッターを回転
させ、揺動用に改造された回転・揺動カッターを揺動さ
せながら掘進させることにより、複数のシールド掘進機
で多連型のシールドトンネルが築造される。

【００１２】請求項５の発明では、先行して掘削された
トンネルに沿って掘削される後行掘削トンネルが、先行
掘削トンネルのセグメントに設けられたガイドに沿って
後行掘削トンネルの掘削用シールド掘進機がガイドされ
て後行掘削トンネルが掘進され、先行掘削トンネルと後
行掘削トンネル間のローリング、ピッチング、あるいは
ヨーイング等の施工上の問題を考慮することなくそれぞ
れのトンネルが平行に築造される。

【００１３】請求項６の発明では、シールド掘進機のカ
ッターディスク中、回転・揺動カッターが先行掘削トン
ネルに対向する部分が着脱自在であることにより、回転
・揺動カッターを回転用または揺動用への変更が部分的
な改造で足りる。

【００１４】請求項７の発明では、回転・揺動カッター
が、先行掘削トンネルに対向する部分を除いた上下の外
円周部分が揺動する回転・揺動カッターと取替自在であ
ることにより、回転・揺動カッターが適宜外径を有する
揺動用の回転・揺動カッターに変更使用が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、図に基づいて本発明に係るシールドト
ンネル掘削工法およびシールド掘進機の実施例を説明す
る。 ［実施例１］（図１乃至図９） この実施例ではあらかじめ１対のトンネル間に駅を築造
する予定があったときの既設のトンネル間に中間部トン
ネルが築造される場合を示す。図１は１対の既設のトン
ネル間に駅を築造する場合、駅の始端および終端の位置
に掘削形成された始端立坑および終端立坑の始端立坑内
にシールド掘進機が配置された状態を示す説明図、図２
は図１におけるシールド掘進機が中間部トンネルを掘削
している状態を示す説明図、図３は両トンネルの対向す
る側面に築造された中柱とガイド溝が形成されたセグメ
ントを示す両トンネルの断面図、図４は中央部分に回転
カッターを備え、その円周部分に揺動カッターを備えた
カッターディスクにより中間部トンネルを掘削する状態
を示す説明図、図５は築造された中間部トンネルの状態
を示す説明図、図６はカッターディスクの正面図、図７
はカッターディスクの回転カッターおよび揺動カッター
が前後にずらせて配設されたときの側断面図、図８はカ
ッターディスクの回転カッターおよび揺動カッターを同
一平面に配設させたときの側断面図、図９はカッターデ
ィスクの揺動カッターの他の実施例により中間部トンネ
ルを掘削する状態を示す説明図である。

【００１６】あらかじめ１対のトンネル(8)(9)間に駅を
築造する予定があるときの各トンネル(8)(9)には、図３
に示されるように、両トンネル(8)(9)の対向する側の側
壁部分に中柱(14)(15)が立設され、その上側のセグメン
ト(18)(19)にガイド溝(16)(17)が形成されたものが用い
られるとともに、中柱(14)(15)外側の弧状面、すなわち
両トンネル(8)(9)の対向する面(24)(25)は後日シールド
掘進機での掘削が容易なように、低強度のコンクリート
で製作したセグメントや裏込材で充填し、覆工してお
く。

【００１７】このような構成からなる１対のトンネル
(8)(9)間に、駅を築造するための中間部トンネル(13)を
掘削するには、駅の始端および終端に始端立坑(10)およ
び終端立坑(11)を掘削形成し、始端立坑(10)内でシール
ド掘進機(12)を組み立てる。このシールド掘進機(12)
は、図６に示されるように、中央部分に一方向に回転す
る回転カッター(20)を有し、その外円周部分に両トンネ
ル(8)(9)側に対向する部分を除いた上下の外円周部分が
揺動する揺動カッター(21)を有するカッターディスクが
備えられているとともに、シールド掘進機の胴部(26)の
上方両側には前記セグメント(18)(19)のガイド溝(16)(1
7)と係合し、ガイド溝(16)(17)に沿って移動可能な突起
(27)(28)が設けられている。揺動カッター(21)は、その
上方の外側縁のカッタービット(22)が、揺動カッター(2
1)が揺動されたとき、１対のトンネルの中柱(14)(15)の
上半分の位置まで揺動され、下方の外側縁のカッタービ
ット(23)が、揺動カッター(21)が揺動されたとき、１対
のトンネルの中柱(14)(15)の下半分の位置まで揺動され
るものが用いられる。カッターディスクの回転カッター
(20)と揺動カッター(21)とは、図７のように前後にずれ
ていても、あるいは図８のように同一平面であっても差
し支えない。図中、(29)は回転カッター(20)の駆動モー
タ、(30)は揺動カッター(21)の揺動モータで、揺動カッ
ター(21)は図示されていないラックとピニオンを介して
揺動モータ(30)に連結され、揺動モータ(30)の回転・反
転により揺動される。

【００１８】このように構成され、組み立てられたシー
ルド掘進機(12)の胴部(26)の突起(27)(28)を、両トンネ
ル(8)(9)のセグメント(18)(19)のガイド溝(16)(17)に嵌
入させ、カッターディスクの回転カッター(20)の駆動モ
ータ(29)および揺動カッター(21)の揺動モータ(30)を回
転させれば、回転カッター(20)で両トンネル(8)(9)の外
円周間の中心軸間が円形に掘削され、揺動カッター(21)
で両トンネル(8)(9)の上方および下方、ならびに両中柱
(14)(15)間が掘削されるから、常法にしたがって図５に
示されるように中間部トンネル(13)の中柱(14a)(15a)を
構築し、両トンネル(8)(9)間の上方と下方をセグメント
(31)(32)で覆工させ、ホーム(33)を築造すればよい。

【００１９】ここで、シールド掘進機(12)としては、上
記構成よりなるものに限らず、たとえば図９に示される
ように、カッターディスクの揺動カッター(21)のカッタ
ービット(22)(23)を、両トンネル(8)(9)の外周縁まで掘
削する形状として、揺動カッター(21)を揺動させて両ト
ンネル(8)(9)間を掘削し、両トンネル(8)(9)の対向する
面(24)(25)は他の手段で掘削するようにしてもよい。こ
の実施例では両トンネル(8)(9)にシールド掘進機(12)を
密着させて中間部トンネル(13)を掘削させるため、シー
ルド掘進機(12)の胴部(26)の上方両側にセグメント(18)
(19)のガイド溝(16)(17)と係合し、ガイド溝(16)(17)に
沿って移動可能な突起(27)(28)が設けられたものが示さ
れているが、この密着構造は必ずしも必要ではなく、ま
たシールド掘進機(12)の胴部(26)の上方両側に限らず、
下方両側にも突起を設け、これと対応するセグメントに
もガイド溝を設けた上下密着構造を採用してもよいこと
は自明である。

【００２０】なお上記とは異なり、１対のトンネル間に
駅を築造する予定がなかったときの既設のトンネル間に
中間部トンネルを築造する場合は、中柱(14)(15)がない
ので、シールド掘進機(12)本体を両トンネル(8)(9)に沿
わせ、カッターディスクの回転カッター(20)を回転さ
せ、カッタービット(22)(23)が両トンネル(8)(9)の外周
縁まで掘削する形状からなる揺動カッター(21)を揺動さ
せることにより掘進させればよい。

【００２１】［実施例２］（図１０乃至図２１） この実施例ではあらたに１対のトンネルが築造され、こ
れら１対のトンネル間に駅が築造されるときの多連型の
シールドトンネルが、１台のシールド掘進機により築造
される場合を示す。図１０乃至図１２は１対の新設のト
ンネル間に駅を築造する場合、駅の始端および終端の位
置に掘削形成された始端立坑および終端立坑間の多連型
トンネルの掘進順序を説明する説明図、図１３は中央部
に回転カッターを備え、その外周に回転用の回転・揺動
カッターを備えたカッターディスクの正面図、図１４は
図１３のカッターディスクを用いて掘削し、両側面に中
柱が築造され、中柱上のセグメントにガイド溝が形成さ
れて覆工された中間部トンネルの断面図、図１５はカッ
ターディスクの回転・揺動カッターを、回転用から揺動
用の回転・揺動カッターに改造したときのカッターディ
スクの正面図、図１６は図１５のカッターディスクを中
間部トンネルに密着させた状態を示す正面図、図１７は
図１６のカッターディスクを用いて掘削し、覆工された
一方のトンネルと中間部トンネルの断面図、図１８は図
１６のカッターディスクを用いて掘削し、覆工された他
方のトンネルと中間部トンネルと一方のトンネルからな
る多連型トンネルの完成された断面図、図１９乃至図２
１は多連型トンネル中、一方のトンネルが先に掘削・覆
工され、次に中間部トンネルが掘削・覆工され、最後に
他方のトンネルが掘削・覆工されて多連型のトンネルが
築造された状態を示す断面図である。

【００２２】あらたに１対のトンネル(34)(35)が築造さ
れ、これら１対のトンネル(34)(35)間に中間部トンネル
(13)が築造されて駅が築造されるときに、１台のシール
ド掘進機(12)で多連型のシールドトンネルを掘削する順
序としては、はじめに中間部トンネル(13)を掘削・覆工
した後両トンネル(34)(35)の一方ずつを掘削・覆工する
場合、あるいは両トンネル(34)(35)の一方を掘削・覆工
した後中間部トンネル(13)を掘削・覆工し、さらに他方
のトンネルを掘削・覆工する場合がある。また、１対の
トンネル(34)(35)を交互に掘削・覆工した後中間部トン
ネル(13)を掘削・覆工する場合もあるが、これについて
は実施例１において説明されているので、ここでは多連
型のトンネルを、はじめに中間部トンネル(13)を掘削・
覆工した後両トンネル(34)(35)の一方ずつを掘削・覆工
する場合について説明する。

【００２３】１対のトンネル(34)(35)は従来の工法によ
り掘削され、覆工されるが、駅を築造するための中間部
トンネル(13)を掘削する区間、すなわち駅の始端及び終
端には始端立坑(10)及び終端立坑(11)が掘削形成される
とともに、この始端立坑(10)内であらたなシールド掘進
機(12)が組み立てられるか、始端立坑(10)まで掘進して
きたシールド掘進機(12)のカッターディスクの取り替え
が行われる。このシールド掘進機(12)には、図１３に示
されるように、中央部分に一方向に回転する回転カッタ
ー(20)を有し、その外円周部分に回転および揺動が可能
な回転・揺動カッター(36)を有するカッターディスクが
備えられているとともに、後述の図１４乃至図１６に示
されるように、実施例１と同様、その胴部の上方片側に
はセグメント(37)(38)のガイド溝(39)(40)と係合し、ガ
イド溝(39)(40)に沿って移動可能な突起(41)が設けられ
ているものが用いられる。カッターディスクにおける上
記回転・揺動カッター(36)は、回転用の回転・揺動カッ
ター(36)を揺動用の回転・揺動カッター(46)に改造でき
るか、取替自在に構成されたものが用いられるととも
に、掘削されるトンネルの直径に応じた大きさの回転・
揺動カッター(46)が使用される。

【００２４】そして、この揺動用の回転・揺動カッター
(46)としては、図１５及び図１６に示されるように、そ
の上方の外側縁で、先行トンネル側のカッタービット(4
2)が、揺動カッター(36)が揺動されたとき、トンネルの
中柱(14a)(15a)の上半分の位置まで揺動され、下方の外
側縁で、先行掘削トンネル側のカッタービット(43)が、
揺動カッター(36)が揺動されたとき、トンネルの中柱(1
4a)(15a)の下半分の位置まで揺動されるとともに、揺動
カッター(36)の上方と下方の外側縁で、先行トンネルと
反対側のカッタービット(44)(45)が、揺動カッター(36)
が回転及び反転したときにそれぞれ回転カッター(20)の
中心を通る線上の位置まで回動される揺動カッター(46)
に構成されたものが用いられる。カッターディスクにお
ける回転カッター(20)と回転・揺動カッター(36)(46)の
前後面の配置およびそれぞれの駆動機構は、実施例１に
おいて使用されたものと同様である。

【００２５】始端立坑(10)で図１３に示すように組み立
てられたシールド掘進機(12)は、最初にカッターディス
クにおける回転カッター(20)と回転用の回転・揺動カッ
ター(36)を同一方向に回転させ、中間部トンネル(13)を
掘削する。中間部トンネル(13)は、図１４に示されるよ
うに、両トンネル(34)(35)と対向する側の側壁部分に中
柱(14a)(15a)が立設され、その上側のセグメント(37)(3
8)にガイド溝(39)(40)が形成されたものが用いられると
ともに、中柱(14a)(15a)外側の弧状面、すなわち両トン
ネル(34)(35)と対向する面(47)(48)は後からシールド掘
進機(12)での掘削が容易なように、低強度のコンクリー
トで製作したセグメントや裏込材で充填し、覆工してお
く。

【００２６】シールド掘進機(12)が終端立坑(11)に到達
し、中間部トンネル(13)が築造されたら、終端立坑(11)
内でシールド掘進機(12)を反転させ、カッターディスク
の回転用の回転・揺動カッター(36)を揺動用の回転・揺
動カッター(46)に取り替えるか改造し、シールド掘進機
(12)の胴部に設けられた突起(41)を中間部トンネル(13)
のセグメント(37)に設けられたガイド溝(39)に嵌め込
み、カッターディスクの回転カッターディスク(20)を回
転させ、揺動用の回転・揺動カッター(46)を揺動させて
図１６に示されるように、一方のトンネル(34)を中間部
トンネル(13)に沿わせて掘削し、これを覆工して図１７
に示されるような中間部トンネル(13)と一方のトンネル
(34)が連設されたトンネルが築造される。

【００２７】シールド掘進機(12)が始端立坑(10)に到達
したら、始端立坑(10)内で再度シールド掘進機(12)を反
転させ、シールド掘進機(12)の胴部に設けられた突起(4
1)を中間部トンネル(13)のセグメント(38)に設けられた
ガイド溝(40)に嵌め込み、カッターディスクの回転カッ
ターディスク(20)を回転させ、揺動用の回転・揺動カッ
ター(46)を揺動させて、一方のトンネル(34)の掘削のと
きと同様に、中間部トンネル(13)に沿わせて他方のトン
ネル(35)を掘削し、これを覆工すれば図１８に示される
ような中間部トンネル(13)と両方のトンネル(34)(35)が
結合された多連型のトンネルが築造される。

【００２８】この実施例では、多連型のトンネルを築造
するに際し、中間部トンネル(13)を先に掘削した後１対
のトンネル(34)(35)を掘削するものが示されているが、
図１９乃至図２１に示されるように、先に１対のトンネ
ル(34)(35)の一方(34)を掘削した後中間部トンネル(13)
を掘削し、その後他方のトンネル(35)を掘削してもよい
ことは当然である。この場合の掘削および覆工は上記工
法に準ずる。

【００２９】［実施例３］（図２２乃至図２５） この実施例ではあらたに１対のトンネルが築造され、こ
れら１対のトンネル間に駅が築造されるときの多連型の
シールドトンネルが、複数のシールド掘進機により築造
される場合を示す。図面はいずれも１対の新設のトンネ
ル(47)(48)間に駅を築造する場合、駅の始端および終端
の位置に掘削形成された始端立坑(49)、終端立坑(50)間
の多連型シールドトンネルの掘進順序を説明する説明図
で、図２２は１対のトンネル(47)(48)を掘削してきたシ
ールド掘進機(51)(52)中、先に始端立坑(49)に到達した
シールド掘進機(51)が中間部トンネル(13)を掘削し、後
に始端立坑(49)に到達したシールド掘進機(52)が中間部
トンネル(13)に沿って一方のトンネル(48)を掘削すると
きの説明図であり、図２３は図２２における後着のシー
ルド掘進機(52)が終端立坑(50)で反転させられ、他方の
トンネル(47)を掘削するときの説明図である。

【００３０】１対のトンネル(47)(48)は各別のシールド
掘進機(51)(52)で従来の工法により掘削され覆工される
が、駅を築造するための中間部トンネル(13)を掘削する
区間、すなわち駅の始端および終端には始端立坑(49)お
よび終端立坑(50)が掘削形成される。そして１対のトン
ネル(47)(48)を掘削してきたシールド掘進機(51)(52)
中、先に始端立坑(49)内に到達したシールド掘進機(51)
は、中間部トンネル(13)の掘削位置まで移動され、この
シールド掘進機(51)により中間部トンネル(13)が掘削さ
れ覆工される。後に始端立坑(49)内に到達したシールド
掘進機(52)は、そのカッターディスクが実施例２におけ
る中間部トンネル(13)に沿って１対のトンネル(34)(35)
の一方が掘削されるときと同様のカッターディスクに取
り替えられるか改造されて、１対のトンネル(47)(48)の
一方(48)が掘削され覆工される。

【００３１】終端立坑(50)に到達した中間部トンネル(1
3)を掘進してきた先行のシールド掘進機(51)は、終端立
坑(50)内でただちに解体されるか、さらに終端立坑(50)
より先のトンネル(47)(48)の一方の掘削に用いられる。
終端立坑(50)に後から到達した一方のトンネル(48)を掘
削してきた他方のシールド掘進機(52)は、終端立坑(50)
内で方向が転回され、他方のトンネル(47)の掘削位置ま
で移動され、このシールド掘進機(52)により再び中間部
トンネル(13)に沿わせて他方のトンネル(47)が掘削さ
れ、覆工されて他方のトンネル(47)が築造され、多連型
のシールドトンネル(13)(47)(48)が築造される。この実
施例で用いられるシールド掘進機のシールドカッターの
構成およびシールド掘進機によるトンネル(47)(48)の築
造工法は実施例２におけると同様の構成からなるものが
使用され、同様の工法で施工される。この実施例では多
連型シールドトンネル(13)(47)(48)の掘削に際して、１
対のシールド掘進機(51)(52)中、一方のシールド掘進機
で先に中間部トンネル(13)を掘削する場合が示されてい
るが、先に１対のトンネル(47)(48)の一方を掘削した後
中間部トンネル(13)を掘削してもよいことは自明であ
り、その掘削順序は適宜選択できる。なお、上記各実施
例ではシールドカッターとして面版方式のものが示され
ているが、これをスポーク方式とすることは自由であ
る。また回転・揺動カッターは回転用と揺動用に必ずし
も交換または改造しなければならないものではなく、必
要に応じては回転用を揺動用に、揺動用を回転用に利用
することもできる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、既設の１対の
トンネル間に新駅を築造するような場合でも、従来のル
ーフシールド工法とは異なり、両トンネル間上方の地盤
改良や圧気工法を採用する必要がなく、通常のシールド
トンネルを掘削するときと同様、１台のシールド掘進機
で掘進し、続いてその覆工ができて、大幅な工期の短縮
とコストの削減ができる。

【００３３】請求項２および請求項３の発明によれば、
多連型のシールドトンネルをシールド掘進機のカッター
ディスクの同心円上にある回転・揺動カッターを取り替
えるか改造し、始端立坑および終端立坑間を往復させる
ことのみで掘削できるので、高価な３連型のシールド掘
進機を使用しなくても単型のシールド掘進機１台で掘削
できて、シールド掘進機自体の費用の削減と、シールド
掘進機の組み立てに要する費用と期間の短縮に役立ち、
１台のシールド掘進機で往復掘削する工期を考慮して
も、駅の築造のように、短区間の工法としては工期の短
縮とコストの削減が大である。

【００３４】請求項４の発明によれば、１対のトンネル
を築造してきた１対のシールド掘進機を、駅を築造する
区間の始端立坑または終端立坑内でそのシールドカッタ
ーを改造するか取り替えることのみで多連型のトンネル
の掘削が可能であり、多連型のトンネルを築造するため
に高価な専用の多連型シールド掘進機を新たに使用した
り、立坑内で組み立てる必要がないので、駅部分の掘削
が容易かつ安価でしかも短期間で掘削できる利点があ
る。

【００３５】請求項５の発明によれば、後行掘削トンネ
ルのシールド掘進機が先行掘削トンネルのセグメントに
設けられたガイドに沿って掘進されるので、先行掘削ト
ンネルと後行掘削トンネルとは正確かつ確実に平行して
掘削され、ローリング等の施工性に問題を生じない。

【００３６】請求項６および請求項７の発明によれば、
シールドトンネルの掘削形態に応じて単にカッターディ
スクを部分改造するか一部の取り替えをするのみで対応
できるので、カッターディスク全体を取り替えたりシー
ルド掘進機自体を取り替えたりするものに比し、著しく
改造期間や組み立て期間を短縮できるとともに、それら
に必要なコストも削減できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】１対の既設のトンネル間に駅を築造する場合、
駅の始端および終端の位置に掘削形成された始端立坑、
終端立坑の始端立坑内にシールド掘進機が配置された状
態を示す本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】図１におけるシールド掘進機が中間部トンネル
を掘削している状態を示す説明図である。

【図３】両トンネルの対向する側面に築造された中柱と
ガイド溝が形成されたセグメントを示す両トンネルの断
面図である。

【図４】中央部分に回転カッターを備え、その円周部分
に揺動カッターを備えたカッターディスクにより中間部
トンネルを掘削する状態を示す説明図である。

【図５】築造された中間部トンネルの状態を示す説明図
である。

【図６】カッターディスクの正面図である。

【図７】カッターディスクの回転カッターおよび揺動カ
ッターが前後にずらせて配設されたときの側断面図であ
る。

【図８】カッターディスクの回転カッターおよび揺動カ
ッターを同一平面に配設させたときの側断面図である。

【図９】カッターディスクの揺動カッターの他の実施例
により中間部トンネルを掘削する状態を示す説明図であ
る。

【図１０】１対の新設のトンネル間に駅を築造する場
合、駅の始端および終端の位置に掘削形成された始端立
坑、終端立坑間の多連型トンネルの掘進順序を説明する
もので、シールド掘進機が中間部トンネルを掘削する方
向を示す説明図である。

【図１１】図１０におけるシールド掘進機が終端立坑内
で方向を転回され、１対のトンネルの一方を掘削すると
きの説明図である。

【図１２】図１１におけるシールド掘進機が始端立坑内
で方向を転回され、１対のトンネルの他方を掘削すると
きの説明図である。

【図１３】中央部に回転カッターを備え、その外周に回
転用の回転・揺動カッターを備えたカッターディスクの
正面図である。

【図１４】図１３のカッターディスクを用いて掘削し、
両側面に中柱が築造され、中柱上のセグメントにガイド
溝が形成されて覆工された中間部トンネルの断面図であ
る。

【図１５】カッターディスクの回転・揺動カッターを、
回転用から揺動用の回転・揺動カッターに改造したとき
のカッターディスクの正面図である。

【図１６】図１５のカッターディスクを中間部トンネル
に密着させた状態を示す正面図である。

【図１７】図１６のカッターディスクを用いて掘削し、
覆工された一方のトンネルと中間部トンネルの断面図で
ある。

【図１８】図１６のカッターディスクを用いて掘削し、
覆工された他方のトンネルと中間部トンネルと一方のト
ンネルからなる多連型トンネルの完成された状態を示す
断面図である。

【図１９】多連型トンネル中、一方のトンネルが先に掘
削・覆工された状態を示す断面図である。

【図２０】多連型トンネル中、一方のトンネルが先に掘
削・覆工された後、中間部トンネルが掘削・覆工された
状態を示す断面図である。

【図２１】多連型トンネル中、一方のトンネルが先に掘
削・覆工された後、中間部トンネルが掘削・覆工され、
最後に他方のトンネルが掘削・覆工された多連型トンネ
ルの完成された状態を示す断面図である。

【図２２】１対のトンネルを掘削してきたシールド掘進
機中、先に始端立坑に到達したシールド掘進機が中間部
トンネルを掘削し、後に始端立坑に到達したシールド掘
進機が中間部トンネルに沿って一方のトンネルを掘削す
るときの説明図である。

【図２３】図２２における後着のシールド掘進機が終端
立坑で反転させられ、他方のトンネルを掘削するときの
説明図である。

【図２４】１対のトンネル間に駅を築造する場合、駅の
始端および終端の位置に掘削形成された始端立坑および
終端立坑間の多連型トンネルが従来工法により掘削され
る場合の説明図である。

【図２５】従来のルーフシールド工法の説明図である。

【図２６】従来の３連型シールド掘進機のカッターディ
スクの正面図である。

【図２７】従来のルーフシールド工法により施工された
多連型トンネルの断面図である。

【符号の説明】

８、９、３４、３５、４７、４８：トンネル １０、４９：始端立坑 １１、５０：終端立坑 １２、５１、５２：シールド掘進機 １３：中間部トンネル １６、１７、３９、４０：ガイド溝（ガイド） １８、１９、３７、３８：セグメント ２０：回転カッター ２１：揺動カッター ３６：回転用の回転・揺動カッター ４６：揺動用の回転・揺動カッター

フロントページの続き (72)発明者 藤木 育雄 東京都台東区東上野３丁目19番６号 帝 都高速度交通営団内 (72)発明者 米島 賢二 東京都台東区東上野３丁目19番６号 帝 都高速度交通営団内 (72)発明者 村松 泰 東京都台東区東上野３丁目19番６号 帝 都高速度交通営団内 (72)発明者 沼澤 憲二郎 東京都台東区東上野３丁目19番６号 帝 都高速度交通営団内 (72)発明者 助川 禎 東京都港区赤坂五丁目４番５号 メトロ 開発株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−115096（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−28179（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−41718（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−65454（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既設または先行掘削のいずれかの左右１対
   のトンネル(8)(9)の間に、両トンネル(8)(9)を連通する
   中間部トンネル(13)がシールド工法により築造されるシ
   ールドトンネル築造工法において、中間部トンネル(13)
   の始端と終端に設けられた始端立坑(10)および終端立坑
   (11)の一方から他方へ向けて、前記両トンネル(8)(9)間
   を、中央部分に回転カッター(20)を有し、その外円周部
   分に両トンネル(8)(9)側に対向する部分を除いた上下の
   外円周部分が中央部分の回転カッター(20)と独立して駆
   動する揺動カッター(21)を有するカッターディスクを備
   えたシールド掘進機(12)におけるカッターディスクの回
   転カッター(20)を回転させ、揺動カッター(21)を揺動さ
   せながら同時に掘進させて両トンネル(8)(9)を連通させ
   ることを特徴とするシールドトンネル掘削工法。
2. 【請求項２】左右１対のトンネル(34)(35)の間に、両ト
   ンネル(34)(35)を連通する中間部トンネル(13)がシール
   ド工法により築造される多連型のシールドトンネル築造
   工法において、中間部トンネル(13)の始端と終端に設け
   られた始端立坑(10)および終端立坑(11)の一方(10)から
   他方(11)へ向けて、先に中間部トンネル(13)を、中央部
   分に回転カッター(20)を有し、その外円周部分に回転お
   よび両トンネル(34)(35)側に対向する部分を除いた上下
   の外円周部分が中央部分の回転カッター(20)と独立して
   駆動する回転用と揺動用に改造可能な回転・揺動カッタ
   ー(36)を有するカッターディスクを備えたシールド掘進
   機(12)におけるカッターディスクの回転カッター(20)と
   回転用の回転・揺動カッター(36)とを回転させながら掘
   進させ、その後シールド掘進機(12)が到達した他方の立
   坑(11)でシールド掘進機(12)を転回させ、掘削されたこ
   の中間部トンネル(13)に沿って左右１対のトンネル(34)
   (35)の一方(34)を、カッターディスクの回転カッター(2
   0)を回転させ、揺動用の回転・揺動カッター(36)を揺動
   させながら掘進させ、さらにシールド掘進機(12)が到達
   した一方の立坑(10)でシールド掘進機(12)を再転回さ
   せ、再び上記中間部トンネル(13)に沿って左右１対のト
   ンネル(34)(35)の他方(35)を、カッターディスクの回転
   カッター(20)を回転させ、揺動用の回転・揺動カッター
   (36)を揺動させながら掘進させて、１台のシールド掘進
   機(12)により多連型のシールドトンネルを築造すること
   を特徴とするシールドトンネル掘削工法。
3. 【請求項３】左右１対のトンネル(34)(35)の間に、両ト
   ンネル(34)(35)を連通する中間部トンネル(13)がシール
   ド工法により築造される多連型のシールドトンネル築造
   工法において、中間部トンネル(13)の始端と終端に設け
   られた始端立坑(10)および終端立坑(11)の一方(10)から
   他方(11)へ向けて、先に両トンネル(34)(35)の一方(34)
   を、中央部分に回転カッター(20)を有し、その外円周部
   分に回転および両トンネル(34)(35)側に対向する部分を
   除いた上下の外円周部分が中央部分の回転カッター(20)
   と独立して駆動する回転用と揺動用に改造可能な回転・
   揺動カッター(36)を有するカッターディスクを備えたシ
   ールド掘進機(12)におけるカッターディスクの回転カッ
   ター(20)と回転用の回転・揺動カッター(36)を回転させ
   ながら掘進させ、その後、シールド掘進機(12)が到達し
   た他方の立坑(11)でシールド掘進機(12)を転回させ、掘
   削されたこの一方のトンネル(34)に沿って中間部トンネ
   ル(13)をカッターディスクの回転カッター(20)を回転さ
   せ、揺動用の回転・揺動カッター(36)を揺動させながら
   掘進させ、さらにシールド掘進機(12)が到達した一方の
   立坑(10)でシールド掘進機(12)を再転回させ、再び上記
   中間部トンネル(13)に沿って左右１対のトンネル(34)(3
   5)の他方(35)を、カッターディスクの回転カッター(20)
   を回転させ、揺動用の回転・揺動カッター(36)を揺動さ
   せながら掘進させて１台のシールド掘進機(12)により多
   連型のシールドトンネルを築造することを特徴とするシ
   ールドトンネル掘削工法。
4. 【請求項４】左右１対のトンネル(47)(48)の間に、両ト
   ンネル(47)(48)を連通する中間部トンネル(13)がシール
   ド工法により築造される多連型のシールドトンネル築造
   工法において、中間部トンネル(13)の始端と終端に設け
   られた始端立坑(49)および終端立坑(50)の一方(49)から
   他方(50)へ向けて、立坑(49)(50)の一方(49)まで左右１
   対のトンネル(47)(48)を各別に掘進してきた中央部分に
   回転カッター(20)を有し、その外円周部分に回転および
   両トンネル(47)(48)側に対向する部分を除いた上下の外
   円周部分が中央部分の回転カッター(20)と独立して駆動
   する回転用と揺動用に改造可能な回転・揺動カッター(3
   6)を有するカッターディスクを備えたシールド掘進機(5
   1)(52)の一方のシールド掘進機(51)で、中間部トンネル
   (13)または立坑(49)(50)間の１対のトンネル(47)(48)の
   一方(47)のいずれかを、カッターディスクの回転カッタ
   ー(20)と回転用の回転・揺動カッター(36)を回転させな
   がら掘進させ、他方のシールド掘進機(52)で立坑(49)(5
   0)間の１対のトンネル(47)(48)の一方(47)または中間部
   トンネル(13)のいずれかを先行の掘削されたトンネルに
   沿ってカッターディスクの回転カッター(20)を回転さ
   せ、揺動用の回転・揺動カッター(36)を揺動させながら
   掘進させ、立坑の他方(50)に到達したシールド掘進機(5
   1)(52)のいずれかを他方の立坑(50)内で転回させて１対
   のトンネル(47)(48)の他方(48)を先行の掘削された中間
   部トンネル(13)に沿ってカッターディスクの回転カッタ
   ー(20)を回転させ、揺動用の回転・揺動カッター(36)を
   揺動させながら掘進させて多連型のシールドトンネルを
   築造することを特徴とするシールドトンネル掘削工法。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４におけるシールドト
   ンネル掘削工法において、先行して掘削されたトンネル
   に沿って掘削される後行掘削トンネルが、先行掘削トン
   ネルのセグメント(18)(19)(39)(40)に設けられたガイド
   (16)(17)(39)(40)に沿って後行掘削トンネルの掘削用シ
   ールド掘進機がガイドされて後行掘削トンネルが掘進さ
   れることを特徴とするシールドトンネル掘削工法。
6. 【請求項６】請求項２乃至請求項４におけるシールド掘
   進機(12)(51)(52)において、カッターディスクの回転・
   揺動カッター(36)(46)が、先行掘削トンネルに対向する
   部分が着脱自在であるシールドカッターディスクからな
   ることを特徴とするシールドトンネル掘削用シールド掘
   進機。
7. 【請求項７】請求項２乃至請求項４におけるシールド掘
   進機(12)(51)(52)において、カッターディスクの回転・
   揺動カッターが、先行掘削トンネルに対向する部分を除
   いた上下の外円周部分が中央部分の回転カッター(20)と
   独立して駆動する揺動用の回転・揺動カッター(36)(46)
   と取替自在であるシールドカッターディスクからなるこ
   とを特徴とするシールドトンネル掘削用シールド掘進
   機。