JP2712686B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トンネルを掘削すると共にセグメントを順
次組み立てて覆工するシールド掘進機に関する。

［従来の技術］ シールド工法によりトンネル掘削を行うシールド掘進
機のうち、泥水の還流により切羽の安定と掘削土砂の排
出を行うものとして、泥水式シールド掘進機が知られて
いる。

第７図に示すように、従来この種のシールド掘進機
は、回転して地盤を掘削するカッタ１と、カッタ１を回
転自在に支持すると共に隔壁２で切羽から隔てられたシ
ールドフレーム３と、セグメント４を組み立てるエレク
タ５とにより主として構成され、泥水を切羽に供給・循
環させるための送泥管６及び排泥管７が備えられてい
る。

そしてシールドジャッキ８による推力と、シールドフ
レーム３に設けられた駆動用モータ９による回転力と
で、所定の孔径のトンネルを掘進すると共に、セグメン
ト４の幅だけ掘進する度ごとにセグメント４を組み立て
ることで、順次シールドするようになっている。

またこの他、シールドフレーム３の後端部には、掘進
するシールドフレーム３とセグメント４との間を止水す
るためのテールシール10が設けられ、さらに地山とセグ
メント４との間を充填するための裏込め注入装置（図示
せず）が設けられている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで近来にあっては、地中の利用率が高まり、特
に都市地盤においては上下水道、地下鉄、電線のための
埋設管等々の地中構造物が密集して設けられている。こ
のため、ケーブルの増設などの要求があっても、これに
対応すべくトンネルを新規構築することは極めて困難な
状況にある。

従って、地中スペースを有効に利用するために、既存
の埋設管（トンネル）を拡径することが考えられる。こ
の場合、既存の埋設管を取り壊しつつ掘進することは、
工事期間中に既存設備の供用を中断することとなるの
で、供用と並行して掘進することが望ましい。

しかしながら、既存のトンネルに影響を与えず、供用
したまま掘進するシールド掘進機は、従来なかった。

また、単に掘進機を中空筒体状に変形して、既存埋設
管の周囲を掘進するように構成しても、機械本体と既存
埋設管との隙間に入り込んでくる地下水（泥水）に対処
できないと、シールド内での作業が困難となるばかり
か、既存埋設管内に漏水して供用中のケーブル等に悪影
響を及ぼすことにもなる。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、既存トンネルを拡
径でき、しかもその供用に影響を与えることのないシー
ルド掘進機を提供すべく創案されたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、既存埋設管に沿ってその外周を掘削するカ
ッタを有した前部フレームと、この前部フレームに重合
されその掘進と交互に推進される後部フレームと、上記
両フレームにそれぞれ設けられその待機停止中に既存埋
設管との隙間を封止するシール部とを備えたものであ
る。

［作 用］ 上記構成によって、前部フレームは、カッタの回転に
より既存埋設管の外周にトンネルを掘削する。後部フレ
ームは、この掘進に追従する。シール部は、他方のフレ
ームが掘進或いは推進しているときに停止中のフレーム
と既存埋設管との間を止水し、地下水及び泥水の進入を
阻む。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明す
る。

第１図は、本発明に係るシールド掘進機の一実施例を
示したものであり、従来と同様の構成には同一符号を付
し、その説明を省略する。

このシールド掘進機は、既存埋設管たる既設セグメン
ト21の外周を掘削するカッタ22を有した前部フレーム23
と、この前部フレーム23に摺動可能に重合された後部フ
レーム24と、これらフレーム23,24にそれぞれ設けられ
たシール部25,26とにより主として構成され、機械全体
が略中空筒体状に形成されている。

カッタ22は、第３図にも示すように、ドーナツ状に形
成されたカッターフレーム27と、その前端面となる円環
板28に適宜配設されたカッタビット29とで成り、円環板
28の内径は、既設セグメント21の外径よりもわずかに大
きく形成されている。また円環板28の最も軸心側に位置
されたカッタビット30は、既存セグメント21の外壁に分
布する裏込め注入材（モルタル）ｍをも切削できるよう
に形成されている。

第２図に示すように、前部フレーム23は、カッタ22の
外径に略等しい外殻31と、切羽からその後方を遮断する
隔壁32と、既設セグメント21を囲繞するように形成され
た内殻33とを有し、これらを適宜縦横に骨組みして構成
されている。

一方カッタ22には、この前部フレーム23側に後方へ延
出された中間リング34が連結され、この延出端側に、軸
ブロック35が取り付けられている。そして外殻31と内殻
33との間に、この軸ブロック35を適宜軸受けするための
軸受部36が形成されている。さらに、軸ブロック35の後
方端部にはラック37が形成されており、これと噛合する
出力端38を有した駆動用モータ39が、内殻33と外殻31と
の間に固定支持されている。即ち、中間リング34を介し
て、カッタ22が駆動用モータ39により回転駆動されるよ
うになっている。

この中間リング34には、隔壁32の前方において泥水を
撹拌するための撹拌翼40が取り付けられていると共に、
中間リング34と、隔壁32、軸受部36及び内殻33との間に
はそれぞれシールブロック41,42,43が設けられ、前部フ
レーム23に泥水等が浸入しないようになっている。また
内殻33の軸受部36の内方に相当する位置には、既設セグ
メント21に沿って前部フレーム23を案内するためのガイ
ドローラ44が回転自在に取り付けられている。

第１図に示したように、後部フレーム24は、前部フレ
ーム23の外殻31と略同径の外殻45と、前部フレーム23の
内殻31よりも僅かに大きい径で成る内殻46とを有して形
成されていると共に、この外殻45の前半部分が縮径され
て、前部フレーム23の後半部分に挿入される形になって
いる。またこれら外殻31,45同士及び内殻33,46同士の間
には、摺動可能で且つ機密を保持するように形成された
シール部材47が設けられている。

そしてこの後部フレーム24の前半部分に、所定の推進
力を得るための掘進ジャッキ48と保持ジャッキ49とが固
定されている。

掘進ジャッキ48は、その進退ロッド50の先端が前部フ
レーム23に当接するようになっており、伸長したとき
に、フレーム23,24同士が離反するようになっている。
即ち、後部フレーム24に反力をとることで、掘進のため
の推力を得るようになっている。また保持ジャッキ49
は、その進退ロッド51の先端が、組み立てられたセグメ
ント４の前端面に当接するようになっており、伸長した
ときに後部フレーム24が前進するようになっている。

これらジャッキ48,49は、第４図に示したように、周
方向に交互に配置されている。そしてその作動は、掘進
工程において交互に行われるようになっており、掘進ジ
ャッキ48によって前部フレーム23が前進するときには後
部フレーム24は停止し、所定長の掘進がなされたとき
に、後部フレーム24が保持ジャッキ49の伸長で前部フレ
ーム23側へと引き付けられるようになっている。従っ
て、両フレーム23,24の前進は交互に行われることにな
る。

そして本発明の特長となるシール部25,26は、両フレ
ーム23,24の内殻33,46に設けられ、既設セグメント21と
の隙間Ｓを封止するようになっている。

第５図に示すように、このシール部25,26は、内殻33,
46に形成された複数の環状凹部50と、これら環状凹部50
に保持されたタイヤ状のチューブ51とで成る。チューブ
51の外周端には鍔52が形成されて、これが内殻33,46に
ボルト止めされていると共に、チューブ51内に流体（空
気）を注入するための注入孔53が形成されている。そし
てその注入圧（量）を調節することで、内殻33,46から
膨出したチューブ51の内側端面が、カッタ22によって切
り残された裏込め注入材ｍの凹凸状の外表面に接着、或
いは離間するようになっている。従ってこれらシール部
25,26は、実際には、変化する裏込め注入材ｍとの間隙S
₀を封止していることになる。

またこれら環状凹部50の間には、チューブ51同士の間
に充填材（グリース）ｇを注入するためのノズル54が設
けられている。

このほか前部フレーム23には、第１図に示したよう
に、径方向に伸縮するサポートジャッキ55が支持されて
おり、後部フレーム24が前進して前部フレーム23側に引
き付けられる際に、既設セグメント21に当接すること
で、前部フレーム23が動かないように固定できるように
なっている。

また、カッタ22には任意に余掘りを行うための公知の
オーバーカッタ56が取り付けられていると共に、フレー
ム23,24内には送泥管57及び排泥管58が適宜延長されて
設けられている。さらに後部フレーム24には、新規なセ
クメント62を組み立てるためのエレクタ59が設けられ、
このエレクタ59を適宜作動させるためのエレクタ昇降ジ
ャッキ60とエレクタ摺動ジャッキ61とが備えられてい
る。

次に本実施例の作用を説明する。

ケーブル等が配設されて供用されているシールドトン
ネルを利用して、これを拡径するに際して、まず前部フ
レーム23及び後部フレーム24を、その発進立坑（図示せ
ず）において既設セグメント21に同心状にセットする。

そして、後部フレーム24を固定しておき、送泥管57及
び排泥管58によって泥水を循環させつつ、駆動用モータ
39及び掘進ジャッキ48を作動させることで、カッタ22の
所定の回転及び推進力をもって既設セグメント21の外周
を掘進する。

この掘進の際、後部フレーム24は待機停止された状態
になっている。そして、そのシール部26において、チュ
ーブ51に流体を注入してこれを適宜膨張させることで、
既設セグメント21の周囲に分布している切り残された裏
込め注入材ｍに圧接させ、切羽側からカッタ22及び前部
フレーム23と既設セグメント21との隙間Ｓを通って後方
に浸入してくる地下水及び泥水を遮断する。

所定の長さだけ掘進した後、前部フレーム23をサポー
トジャッキ55によって、その位置で固定させると共に、
そのシール部25においてチューブ51を膨張させることで
止水を行う。そして後部シール部26のチューブ圧を除去
して既設セグメント21側から離間させた後、掘進ジャッ
キ48を短縮、保持ジャッキ49を伸長させることで、後部
フレーム24を前進させ、前部フレーム23内に挿入し重ね
合わせる。そしてエレクタ59によって、掘進した分の新
設セグメント62の組み立てを行う。

セグメント62の組み立て終了後、後部フレーム24はセ
グメント62に反力をとることで保持ジャッキ55により保
持され、以降、カッタ22及び前部フレーム23による掘
進、後部フレーム24の追従、セグメント62の組み立てが
繰り返されて、既設セグメント21の外周に、断面が同心
円状の拡径されたトンネルが構築される。

このように、掘進する前部フレーム23とこれに追従す
る後部フレーム24とを形成し、それぞれのシール部25,2
6によって、既設セグメント21との隙間Ｓを封止するよ
うにしたので、既存のトンネルに影響を与えることな
く、拡径したシールドトンネルを構築することができ
る。

即ち、既設管内の施設を供用させたまま、これと並行
して掘進作業ができ、ケーブルの増設などの規模拡張工
事を行うに際し、その工期短縮に貢献できる。

そして、両フレーム23,24を交互に前進させて、停止
している方のシール部25,26を作動するようにしたの
で、既設セグメント21周囲の凹凸がある注入材ｍ層表面
に対して確実にシールでき、地下水（泥水）の浸入を防
止して、シールド内での作業環境保全が図れると共に、
既存トンネル内への漏水を未然に防ぐ。

なお、シール部25,26の構成としては、上記実施例に
限るものではなく、例えば第６図に示すように構成して
もよい。

このシール部71は、内殻33,46の端部に取り付けられ
た鍵状の延長板72と、その内側（既設セグメント21側）
に設けられた前記実施例と同様のチューブ73及びチュー
ブ保持体74と、内殻33,46及びチューブ保持体74とを連
結する弾性板75とで構成されている。

チューブ保持体74には、環状凹部76が形成されてチュ
ーブ73を保持するようになっていると共に、延長板71の
鍵状の先端部の内壁に対して径方向に摺動自在に形成さ
れている。そして保持体74と延長板71との間に区画され
た密閉室には所定圧の流体ｎが充填され、弾性板75の弾
性力と相俟って、保持体74を常時内側に適宜押し付ける
ようになっている。

従って、このチューブ73は、フレーム23,24の相対的
な位置とは無関係に、既設セグメント21（注入材ｍ）に
嵌め合わされる形になり、掘進のフレがあっても、常に
接着するものである。言い換えると、チューブ73の膨張
は必要最少限のものでよく、シール部の操作管理上、或
いは部材の耐久性からみて極めて実際的である。

なお、この新設トンネルを供用するに際しては、既設
セグメントをそのまま残しても、或いは掘進完了後に壊
して拡径トンネルとして利用してもどちらでもよく、汎
用性のあるトンネルとして利用できるものである。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果
を発揮する。

既存埋設管に沿ってその外周を掘削するカッタを有し
た前部フレームと、これに重合されその掘進と交互に掘
進される後部フレームと、両フレームにそれぞれ設けら
れその待機停止中に既存埋設管との隙間を封止するシー
ル部とを備えたので、既存設備を供用させたままトンネ
ルを拡径できると共に、既存埋設管と掘進機との間を確
実に止水して作業環境保全及び既存埋設管内への漏水防
止ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシールド掘進機の側断面図、第２
図は第１図中のII部拡大図、第３図は第１図中のIII−I
II線矢視断面図、第４図は第１図中のIV−IV線矢視断面
図、第５図は第１図のシール部の拡大図、第６図はシー
ル部の他の実施例を示した側断面図、第７図は従来のシ
ールド掘進機を示した側断面図である。 図中、21は既存埋設管たる既設セグメント、22はカッ
タ、23は前部フレーム、24は後部フレーム、25,26はシ
ール部である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】既存埋設管に沿ってその外周を掘削するカ
   ッタを有した前部フレームと、該前部フレームに重合さ
   れその掘進と交互に推進される後部フレームと、上記両
   フレームにそれぞれ設けられその待機停止中に上記既存
   埋設管との隙間を封止するシール部とを備えたことを特
   徴とするシールド掘進機。