JP2711300B2 - 複断面シールド機の変向方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、二つの掘削穴断面が一部重なりあった状
態で連なる二連形のトンネルを複断面シールド機によっ
て構築するシールド工法に係り、特に該複断面シールド
機で掘削する各掘削穴の相対位置を水平状態から起立状
態に変更していく際などに、該複断面シールド機をトン
ネルの軸まわりに回転させながら掘進して各掘削穴の掘
進方向を変更していく複断面シールド機の変向方法に関
するものである。

「従来の技術」 シールド工法は、一般的に軟弱な地盤に対してトンネ
ルを掘削する際に適用され、シールド機によって、切羽
の安定と周辺地山の崩壊を積極的に防御しつつトンネル
を掘削し、かつ、トンネル周壁にセグメント等により覆
工を施していくトンネル工法である。

第４図中符号１は、このようなシールド工法に用いら
れる一般的なシールド機の平断面を示しており、このシ
ールド機１は、外殻を形成する円筒状のスキンプレート
２と、スキンプレート２内の前部に設けられその前方開
口を塞ぐ隔壁３と、この隔壁３前方に設けられ、かつそ
の軸が隔壁３を貫通するカッタ４と、スキンプレート２
内にその周方向に沿って所定数配設されたシールドジャ
ッキ５…とを備えている。

各シールドジャッキ５は、第５図に示すように、シリ
ンダ5aと、このシリンダ5a内に、油圧により伸縮作動す
るよう嵌装されたロッド5bと、このロッド5b先端に固定
されたスプレッダ5cとから構成されている。シリンダ5a
の前後には、作動油の供給・排出をなすための油圧管接
続口5dがそれぞれ設けられている。スプレッダ5cは、そ
の先端面全体がセグメントＳ前端面に当接してロッド5b
の押圧力がセグメントＳに対して均等に伝達されるよ
う、ロッド5bに対してある程度の範囲内で揺動可能に取
り付けられている。

これらシールドジャッキ５…は、シリンダ5aの後端面
が、隔壁３の後方であってスキンプレート２内面に沿っ
て設けられた支持板６に当接させられている。

このようなシールド機１によれば、カッタ４によって
地山を掘削しながら、各シールドジャッキ５先端のスプ
レッダ5cを、覆工用セグメントＳの前端部に当接させた
状態でロッド5bを一定の圧力で伸長し、セグメントＳに
反力を取ってシールド機１を推進してトンネルを掘進し
ていく。また、掘削したトンネル周壁に、エレクタ装置
によりセグメントＳを組み付けて一次覆工を施す。

ところで、近年、鉄道用トンネルなどの大断面トンネ
ル構造物を構築するための大断面シールド工法として、
複円形特殊断面シールド工法と呼ばれるものが行なわれ
るようになった。

この工法は、眼鏡形の複断面形状に形成されているス
キンプレートの前部を塞ぐ隔壁の前方に二基の円板状カ
ッタが左右並列に備えられた構造の複断面シールド機を
用いて、二つの円の一部が重なった状態で連なる形の複
円形特殊断面形状に、地山あるいは地盤を掘削し、その
掘削穴の内面に、セグメントを組み立てて筒状壁体を形
成し、この筒状壁体を穴に沿って複数ボルト結合して連
結し（一次覆工）、この一次覆工のセグメントの背面、
すなわちセグメントと地山との間に、空隙を埋める注入
材を充填した後、一次覆工の内面にコンクリートを巻き
立て（二次覆工）、それらによって地山を支持して、所
定の内空を構成する、というものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、上記のような二つの掘削穴からなる二連形
トンネルを複断面シールド機によって構築する場合に
は、該二連形トンネルを、例えばその二つの掘削穴の相
対位置が水平状態から起立状態になるように、あるいは
その逆に起立状態から水平状態になるように、その断面
形状を変更していく際に、上記複断面シールド機を軸ま
わりに回転させながら前方へ掘進させていかなければな
らない。そして、該複断面シールド機の回転力を得るた
めの一手段としては、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）に
示すように、複断面シールド機１を回転させるべき方向
（図の矢印Ａ方向）と反対側の可動ソリ９、９を外殻
（スキンプレート２）の外側へ突出させて地盤を押圧す
ることによって、地盤反力（図の矢印Ｂ方向へ掛かる
力）を利用して側圧を発生させることにより該複断面シ
ールド機１を軸まわり（図のＺ軸まわり）に観点させな
がら前方へ掘進させていく方法が考えられている。

ところが、このようにして複断面シールド機１を可動
ソリ９により回転させる場合には、地盤が軟弱な場合に
は有効な側圧が得られないという問題があり、また、第
７図に示すように、有効な側圧を得るために、外殻（ス
キンプレート２）の各位置に配される各可動ソリ９を、
それぞれ前後に直列に二個以上づつ設けることも考えら
れるが、その場合にも、該複断面シールド機１の外殻
（スキンプレート２）と地山Ｇとの間に空隙Ｅが生じる
ため、その空隙Ｅにより、後方の可動ソリ９を突出させ
ても地山Ｇに届かなくなり、そのために後方の可動ソリ
９は有効な側圧を発生させることができず、したがっ
て、該複断面シールド機１に必要な回転力を与えること
ができなくなるという問題がある。

また、二連形トンネルを掘削する際に各掘削穴の相対
位置を変更していく方法としては、外殻が前胴と後胴と
に二分割されかつそれらが回転軸を介して連結されてい
るネジリ型の複断面シールド機を用いる方法も考えられ
ており、その場合、二連形トンネルの各掘削穴の相対位
置を変更していく際に、前胴を後胴に対して回転させな
がら該複断面シールド機を掘進させていくことになる。
しかし、この種の複断面シールド機では、前胴を後胴に
対して回転させる機構がいずれも複雑になるため、複断
面シールド機自体の価格が極めて高価になるなどの問題
があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡易
な機構の複断面シールド機により軟弱地盤でも軸まわり
の回転力が確実に得られ、かつ複断面形状の二連形トン
ネルを構築する際のコストも低減することのできる複断
面シールド機の変向方法を提供することを目的としてい
る。

「課題を解決するための手段」 この発明の複断面シールド機の変向方法は、二つの筒
状部を一部重ね合わせて連ねた二連形の複断面形状の外
殻を有する複断面シールド機により前方の地山をカッタ
で掘削しながら、該複断面シールド機のシールドジャッ
キを覆工用セグメントの端部に反力を取って伸長させる
ことにより該複断面シールド機を推進させ、それによっ
て、二つの掘削穴からなる複断面形状の二連形トンネル
を構築していくシールド工法において、 上記複断面シールド機の外殻の各筒状部の上部と下部
に、それぞれ外方へ突出可能な複数の可動ソリを直列に
配設しておき、 該複断面シールド機で掘削する二連形トンネルを、各
掘削穴の相対位置が異なる断面形状の二連形トンネルに
変更していく際に、該複断面シールド機のシールドジャ
ッキを伸長させていくと同時に、上記外殻の一方の筒状
部の上部の各可動ソリおよび他方の筒状部の下部の各可
動ソリを突出させ、かつそれらの各可動ソリの前方で外
殻の外側へ裏込材を高圧注入することにより、その外殻
の各筒状部に対して側圧を発生させ、それによって該複
断面シールド機を軸まわりに回転させながら、各筒状部
の回転方向の側部の地山を前部のカッタにより余掘りし
ながら該複断面シールド機を前方へ掘進させていくもの
である。

「作用」 この発明の複断面シールド機の変向方法では、可動ソ
リを突出させる際に、その可動ソリの前方で裏込材の高
圧注入を行なうことによって、複断面シールド機の変向
を行なう際にその外殻と地山との間に空隙が発生したと
しても、前後の可動ソリが全て有効に働いて、該複断面
シールド機を回転させるべき方向へ作用する側圧、すな
わち地盤反力が発生し、しかも該裏込材の注入圧自体も
変向力として働くので、軟弱地盤であっても確実に、か
つ簡易な機構で該複断面シールド機を変向させることが
でき、変向方向の制御も確実に行なうことができる。

「実施例」 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

この実施例の複断面シールド機の変向方法において
は、第１図ないし第３図に示すような複断面シールド機
１を使用する。

この複断面シールド機１は、二つの円が一部重なりあ
って連なる二連形の複断面形状をしたスキンプレート２
と、このスキンプレート２内の前部に設けられその前方
開口を塞ぐ隔壁３と、この隔壁３前方に二基並列に設け
られ、かつその軸が互いに平行な状態で隔壁３を貫通し
ているカッタ４、４と、上記スキンプレート２内の周方
向に沿って所定数配設されたシールドジャッキ５（第３
図参照）とを備えているものである。

上記カッタ４は、面板型もしくはスポーク型で（この
実施例では円形の面板型）、軸回りに回転することによ
り切羽G₁を掘削するように構成されているものであっ
て、上記スキンプレート２前部の隔壁３に取り付けられ
ているものである。そして、このカッタ４の外周部に
は、径方向に突出してスキンプレート２の径と同程度の
径まで伸びる伸縮カッタ10が伸縮自在に取り付けられ、
この伸縮カッタ10を突出させることにより各カッタ４の
周囲の地山Ｇを余掘りすることができるようになってい
る。また、同外周部には、後方に突出した円筒状の側方
面板11が形成されており、この側方面板11によって、該
カッタ４と隔壁３との間の空間が中央部の泥水圧室12と
その外側とに区画され、外側下部は泥土圧室13になって
いる。

また、第２図中において、符号14は、該複断面シール
ド機１の後方から泥水を上記泥水圧室12へ送泥する送泥
管、15は、泥水圧室12の泥水を該複断面シールド機１の
後方へ排泥する排泥管、16は、掘削後の地山Ｇとスキン
プレート２との間に注入する裏込材を供給する裏込材供
給管、17は、掘削後の二連形トンネルＴの周壁T₁にセグ
メントＳを組み付けるために上記スキンプレート２内に
装備されたエレクタ装置である。

そして、この複断面シールド機１のスキンプレート２
を形成している第１図および第３図の左右の各筒状部1
8、18には、それぞれの上部と下部に、外方へ突出可能
な可動ソリ19が二個づつ直列に配設され（第２図参
照）、これら各可動ソリ19にはソリ可動用ジャッキ20が
連結されており、また、各筒状部18、18の各可動ソリ19
の前方には、上記裏込材供給管16から供給される裏込材
をスキンプレート２の外側の地山Ｇへ注入する裏込材注
入口21が設けられている。なお、各筒状部18、18の下部
先端には固定ソリ22が設けられている。

このような構成の複断面シールド機１を使用して二連
形トンネルＴを構築する場合には、該複断面シールド機
１により前方の地山（切羽G₁）をカッタ４で掘削しなが
ら、該複断面シールド機１のシールドジャッキ５をセグ
メントＳの端部に反力を取って伸長させることにより該
複断面シールド機１を推進させ、それによって、二つの
掘削穴からなる複断面形状の二連形トンネルＴを構築し
ていく。

次に、このようにして例えば二つの掘削穴の相対位置
が水平状態の二連形トンネルＴを構築した後、この二連
形トンネルＴと連続して、各掘削穴の相対位置が起立状
態の二連形トンネルＴを構築していく際の上記複断面シ
ールド機１の変向方法について説明する。

まず、上記複断面シールド機１のシールドジャッキ５
を伸長させていくと同時に、スキンプレート２の一方の
筒状部18（第１図および第３図における右側の筒状部1
8）の上部の各可動ソリ９、９および他方の筒状部18
（第１図および第３図における左側の筒状部18）の下部
の各可動ソリ９、９を突出させ、かつそれらの各可動ソ
リ18の前方の裏込材注入口21からスキンプレート２の外
側へ裏込材を高圧注入することにより、そのスキンプレ
ート２の各筒状部18、18に対して側圧を発生させる。そ
して、さらに各筒状部18、18の前部のカッタ４、４を回
転させ、その際に、上記一方の筒状部18の前部のカッタ
４の外周部の伸縮カッタ10を該カッタ４の上部において
径方向へを突出させることにより、該複断面シールド機
１の回転方向の地山Ｇを余掘りしていき、同時に上述の
各筒状部18、18に対する側圧よって該複断面シールド機
１を軸まわり（第１図上および第３図上における逆時計
回り）に回転させながら、該複断面シールド機１を前方
へ掘進させていく。

このようにして該複断面シールド機１を変向していっ
た場合には、各可動ソリ９を突出させる際に、それらの
各可動ソリ９の前方の裏込材注入口21から裏込材の高圧
注入を行なうことによって、該複断面シールド機１の変
向を行なう際にそのスキンプレート２と地山Ｇとの間に
空隙が発生したとしても、前後の各可動ソリ９が全て有
効に働いて、該複断面シールド機１を回転させるべき方
向へ作用する側圧、すなわち地盤反力が発生し、しかも
該裏込材の注入圧自体も変向力として働くので、掘削す
る軟弱地盤であったとしても、該複断面シールド機１を
確実に変向させることができ、かつその変方向の制御も
確実に行なうことができる。

また、このようにして該複断面シールド機１を変向し
ながら構築していった二連形トンネルＴの覆工を行なう
場合には、例えば、覆工用のセグメントＳの前端面およ
び後端面に、それぞれ筒状壁体どうしを軸線方向に連結
するためのボルト挿通孔を設け、かつ、セグメントＳの
前端面および後端面に位置するボルト挿通孔のうちセグ
メントＳの後端面に位置するボルト挿通孔を、その軸線
がセグメントの前端面に位置するボルト挿通孔の軸線よ
りも、筒状壁体を壁体自身の軸線を中心として所定角度
回転させた位置に位置するように設けておく。

そして、覆工を行なう際には、上述のセグメントＳの
後端面に位置するボルト挿通孔を、その軸線がセグメン
トＳの前端面に位置するボルト挿通孔の軸線よりも、筒
状壁体を壁体自身の軸線を中心として所定角度回転させ
た位置に位置するように設けておき、セグメントＳを掘
削穴の軸線方向に沿って連結する際に、セグメントＳ後
端面のボルト挿通孔とセグメントＳ前端面のボルト挿通
孔とを合わせてこれらをボルト止めし、セグメントＳに
より環状に組み立てられる筒状壁体を所定角度回転させ
ていけば良い。

「発明の効果」 この発明の複断面シールド機の変向方法によれば、複
断面シールド機の外殻の各筒状部の上部と下部に、それ
ぞれ外方へ突出可能な複数の可動ソリを直列に配設して
おき、該複断面シールド機で掘削する二連形トンネル
を、各掘削穴の相対位置が異なる断面形状の二連形トン
ネルに変更していく際に、該複断面シールド機のシール
ドジャッキを伸長させていくと同時に、上記外殻の一方
の筒状部の上部の各可動ソリおよび他方の筒状部の下部
の各可動ソリを突出させ、かつそれらの各可動ソリの前
方で外殻の外側へ裏込材を高圧注入することにより、そ
の外殻の各筒状部に対して側圧を発生させ、それによっ
て該複断面シールド機を軸まわりに回転させながら、各
筒状部の回転方向の側部の地山を前部のカッタにより余
掘りしながら該複断面シールド機を前方へ掘進させてい
くので、以下に示すような優れた効果を奏することがで
きる。

すなわち、可動ソリを突出させる際に、その可動ソリ
の前方で裏込材の高圧注入を行なうので、複断面シール
ド機の変向を行なう際にその外殻と地山との間に空隙が
発生したとしても、前後の可動ソリが全て有効に働かせ
ることができ、それによって該複断面シールド機を回転
させるべき方向へ作用する側圧、すなわち地盤反力を発
生させることができる。さらに、この複断面シールド機
の変向方法では、該裏込材の注入圧自体も変向力として
働くので、掘削する地盤が軟弱地盤であったとしても、
確実に、かつ簡易な機構で該複断面シールド機を変向さ
せることができ、その変向方向の制御も確実に行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、この発明の複断面シールド機の
変向方法を説明するための図であって、第１図は複断面
シールド機の正面図、第２図は同側断面図、第３図は同
横断面図である。第４図ないし第７図は、従来の技術を
説明するための図であって、第４図は一般的な円筒断面
の外殻を有するシールド機の平断面図、第５図はその要
部の拡大図、第６図は複断面シールド機の回転力を得る
ための一手段を説明する説明図、第７図は該複断面シー
ルド機の可動ソリを二個直列に設けた場合の説明図であ
る。 Ｇ……地山、G₁……切羽、Ｅ……空隙、Ｓ……セグメン
ト、Ｔ……トンネル、T₁……周壁、１……シールド機、
２……スキンプレート、３……隔壁、４……カッタ、５
……シールドジャッキ、5a……シリンダ、5b……ロッ
ド、5c……スプレッダ、5d……油圧管接続口、６……支
持板、９……可動ソリ、10……伸縮カッタ、11……側方
面板、12……泥水圧室、13……泥土圧室、14……送泥
管、15……排泥室、16……裏込材供給管、17……エレク
タ装置、18……筒状部、19……可動ソリ、20……ソリ可
動用ジャッキ、21……裏込材注入口、22……固定ソリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二つの筒状部を一部重ね合わせて連ねた二
   連形の複断面形状の外殻を有する複断面シールド機によ
   り前方の地山をカッタで掘削しながら、該複断面シール
   ド機のシールドジャッキを覆工用セグメントの端部に反
   力を取って伸長させることにより該複断面シールド機を
   推進させ、それによって、二つの掘削穴からなる複断面
   形状の二連形トンネルを構築していくシールド工法にお
   いて、 上記複断面シールド機の外殻の各筒状部の上部と下部
   に、それぞれ外方へ突出可能な複数の可動ソリを直列に
   配設しておき、 該複断面シールド機で掘削する二連形トンネルを、各掘
   削穴の相対位置が異なる断面形状の二連形トンネルに変
   更していく際に、該複断面シールド機のシールドジャッ
   キを伸長させていくと同時に、上記外殻の一方の筒状部
   の上部の各可動ソリおよび他方の筒状部の下部の各可動
   ソリを突出させ、かつそれらの各可動ソリの前方で外殻
   の外側へ裏込材を高圧注入することにより、その外殻の
   各筒状部に対して側圧を発生させ、それによって該複断
   面シールド機を軸まわりに回転させながら、各筒状部の
   回転方向の側部の地山を前部のカッタにより余掘りしな
   がら該複断面シールド機を前方へ掘進させていくことを
   特徴とする複断面シールド機の変向方法。