JP2736954B2 - 掘削装置および掘削工法 - 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、高速道路トンネル，
地下河川トンネル，地下鉄駅トンネルなどの大断面トン
ネルを自動的に掘削する掘削装置および掘削工法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近では、交通量の増加により都市部に
おける高速道路などにおいては大断面トンネルの必要性
が高まっている。しかし、都市部では作業基地や機械の
搬入路確保に自ら制約があり、大型のシールド機を地下
に搬入することができず、また、かかるシールド機は価
格が高く、施工コストが嵩む。

【０００３】これに対し、小口径のシールド機をトンネ
ル形状に沿うように並べて掘進していき、得られた複数
の小口径の各トンネルを連結して、これらの各トンネル
間を最後に掘削し、結果的として大断面トンネルを繰り
抜くように形成する合理的技術が開発されるに及んでい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の掘削工法にあっては、上記小口径のトンネルを掘
削することは比較的易しいものの、各小口径トンネルを
相互に繋ぐ工事が極めて難しく、一方、軟弱な地盤であ
って、地下水が多いところでは、僅かな隙間を掘っても
水が出やすく、土砂も崩壊するという危険があり、従っ
て、シールド工法のように、密閉式掘進する方法が望ま
しいとされている。

【０００５】また、従来から２つのシールドトンネル間
を全面的に地盤改良を行って裸で掘削するＮＡＴＭ方法
や、地下鉄駅ではカンザシ工法という、片方のセグメン
トから相手方のセグメントへ鋼材を何本も差し込んで天
井を囲み、これの内部に掘削する方法などが提案される
に及んでいるが、工数および費用が嵩むなどの問題点が
あった。

【０００６】請求項１の発明は上記のような従来の問題
点に着目してなされたものであり、２つのトンネル間を
跨いで移動する主軸胴体および伸縮翼を用いた掘削機に
より、既設トンネル間の掘削および連結を安全にかつ効
率的に実施できる掘削装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】請求項２の発明は請求項１の掘削機の後方
に連設したルーフパネルにより、既設トンネルの連結用
空間を形成可能にする掘削装置を提供することを目的と
する。

【０００８】請求項３の発明は既設トンネル間に掘削機
を移動させるだけで、シールド工法と同様にして自動的
かつ迅速に掘進できて、さらに、掘削機とトンネル覆工
部となるルーフパネルによる掘進により、簡単かつ安価
な設備にて実施できる掘削工法を提供することを目的と
する。

【０００９】請求項４の発明は軟弱な地盤で地下水が出
水するところでも安全かつ確実に掘進できる掘削工法を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
掘削装置は、アーチ形または山形の主軸胴体の両側にス
ライド伸縮可能に連設した伸縮翼と、該伸縮翼の各一の
側端に連設され、一対の既設トンネルのセグメントに形
成したガイド溝に沿って案内される円筒状のすらせと、
上記主軸胴体の主軸部先端に設けられて高圧水を複数の
方向に噴射する噴射ノズルとを設け、上記主軸胴体およ
び上記伸縮翼に形成された排出溝を通じて、掘削された
土砂水流を上記主軸部後端側へ導いて、上該主軸胴体の
後方に配置されたルーフパネル側の吸引装置により排出
させるようにした掘削機を含むものである。

【００１１】請求項２の発明にかかる掘削装置は、上記
掘削機の他に、該掘削機の後部に連設したルーフパネル
を、アーチ形または山形のルーフパネル本体と、該ルー
フパネル本体の両側に周方向にスライド伸縮可能に連設
されたルーフパネル伸縮翼と、該ルーフパネル伸縮翼の
各一の側端に連設され、一対の既設トンネルのセグメン
トに形成したガイド溝に沿って案内される円筒状のガイ
ドとから構成したものである。

【００１２】請求項３の発明にかかる掘削工法は、一対
の既設トンネル間に設けた発進基地と到達基地の区間
を、上記既設トンネルのセグメントに形成したガイド溝
に沿って掘削機を牽引移動させ、該牽引移動中に上記掘
削機の噴射ノズルから複数方向に高圧水を噴出させなが
ら該掘削機を掘削前進させるようにしたものであって、
上記掘削機の牽引移動は、該掘削機の後部に連設したル
ーフパネルに一端を固定したケーブルを、上記到達基地
に設けた牽引ジャッキにて牽引することによりルーフパ
ネルとともに移動するようにしたものである。

【００１３】請求項４の発明にかかる掘削工法は、掘進
工事終了後に、既設トンネルのセグメントおよびルーフ
パネル間を、上記セグメントのガイド溝内へ水膨張性シ
ール材を注入することによって止水させるようにしたも
のである。

【００１４】

【作用】請求項１の発明における掘削装置は、掘削機に
おける主軸胴体をこれに伸縮可能に連設した伸縮翼の両
端のすらせが２つの既設トンネルのセグメントに沿うよ
うに移動させる際に、上記主軸胴体に設けた噴射ノズル
から高圧水を掘削地盤に噴射させ、この噴射により掘削
された土砂水流を上記主軸胴体および伸縮翼に形成した
排出溝を通じて後方のルーフパネル側に連続排出可能に
する。

【００１５】請求項２の発明における掘削装置は、掘削
機の後方に連設したルーフパネル本体およびルーフパネ
ル伸縮翼を２つの既設トンネル間に跨がるように設ける
ことで、ルーフパネル下部に両トンネルに連通する空間
を形成可能にする。

【００１６】請求項３の発明における掘削工法は、掘削
機の噴射ノズルにより、２つの既設トンネル間の地盤を
連続的に迅速に掘削可能にするとともに、牽引ジャッキ
によってルーフパネルに一端を固定した複数本のケーブ
ルを牽引して、ルーフパネルとともに掘削機を強力かつ
容易に到達基地側へ移動可能にする。

【００１７】請求項４の発明における掘削工法は、既設
トンネルのセグメントおよびルーフパネル間に注入した
水膨張性シール材により、掘削機による地盤の掘進中に
地下水を含む土砂がルーフパネルの内側に流入するのを
未然に防止する。

【００１８】

【実施例】以下に、この発明の一実施例を図について説
明する。図１において、１，２は小口径のシールドトン
ネルとしての一対の既設トンネルで、これらが全長に亘
って高さや間隙が必ずしも一定でない関係を保って並設
されており、これらの各既設トンネル１，２間に適当な
間隔、例えば５０〜１００メートルのスパンをおいて、
掘削の発進基地３および到達基地４が設定される。

【００１９】５は上記発進基地３の上下２ヶ所に設置さ
れる掘削機であり、これらの掘削機５の後方にはルーフ
パネル６が連設されている。７は上記到達基地４におい
て上記各掘削機５に対向設置された反力桁で、これらの
反力桁７には３基づつの油圧ジャッキ８が一定の間隔を
おいて固定されており、これらの油圧ジャッキ８によ
り、掘削機５を介して上記ルーフパネル６に各一端を固
着した３本のケーブル９を牽引して、掘削機５およびル
ーフパネル６の各既設トンネル１，２に沿った移動を可
能にしている。

【００２０】図２〜図４は上記掘削機５の１つを拡大し
て示す斜視図，正面図および平面図であり、この掘削機
５はアーチ形または山形の主軸胴体１１と、該主軸胴体
１１の両側にこれの幅方向にスライド伸縮可能に連設さ
れた伸縮翼１２，１３と、該伸縮翼１２，１３の各一の
側端に連設され、一対の既設トンネル１，２のセグメン
ト１ａ，２ａの一部に図５に示すようにそれぞれ対向し
て形成した上下のガイド溝１４，１５に沿って案内され
る円筒状のすらせ１６，１７とからなる。

【００２１】また、１８は上記主軸胴体１１の主軸部１
９先端に設けられて高圧水を３方向に噴射するノズル１
８ａ，１８ｂ，１８ｃを持った噴射ノズル、２０は上記
主軸胴体１１および上記伸縮翼１２，１３の略外周部に
連続するように形成されて、掘削された土砂水流を上記
主軸部先端側から後端側へ導いて、これを上記主軸胴体
１１の後方に配置されたルーフパネル６側の吸引装置
（図示しない）により、後述するルーフパネル６の排出
管３０に接続して排出させる排出溝である。

【００２２】なお、上記噴射ノズル１８による高圧水の
噴射方向は、例えば前方と左右の斜め後方の３方向であ
る。

【００２３】また、図６は上記ルーフパネル６を拡大し
て示す斜視図であり、これがアーチ形または山形のルー
フパネル本体２１と、該ルーフパネル本体２１の両側に
これの幅方向にスライド伸縮可能に連設されたルーフパ
ネル伸縮翼２２，２３と、該ルーフパネル伸縮翼２２，
２３の各一の側端に連設され、一対の既設トンネル１，
２のセグメントに形成したガイド溝１４，１５に沿って
案内される円筒状のガイド２４，２５とからなる。

【００２４】なお、かかるルーフパネル６およびこれと
同等構造でルーフパネル６の下方に対向してある底板パ
ネル６が上下にある掘削機５とともに既設トンネル１，
２間の上下２個所に、図５に示すように設けられ、天井
ルーフ作業基地および底版作業基地を形成している。な
お、２６はルーフパネル本体２１の中心部に設けられた
主軸部であり、内部に上記した排出溝と接続して排出管
３０を設けている。

【００２５】また、図３において、２７ａ，２７ｂは伸
縮翼１２，１３を主軸胴体１１の両側において掘削機が
既設トンネル１，２間の拡狭に応じて伸縮するように弾
性的に支持するスプリングである。

【００２６】さらに、上記３本のケーブル９のうち両側
２本は、それぞれ掘削機５の伸縮翼１２，１３側端のす
らせ１６，１７を各別に貫通するとともに、ルーフパネ
ル伸縮翼２２，２３側端のガイド２４，２５をそれぞれ
貫通し、一方、残りの１本は掘削機５の主軸部１９とル
ーフパネル６の主軸部２６とをそれぞれ貫通し、３本の
ケーブル９のそれぞれは、図７に示すように、ルーフパ
ネル６後端の３箇所の定着具２８，２９に固定されてい
る。

【００２７】そして、上記３本のケーブル９の他端は、
図１に示すように反力桁７を介して、これの一側に取り
付けられた各一の油圧ジャッキ８にそれぞれ牽引可能に
保持されている。

【００２８】次に、かかる構成になるこの発明の掘削装
置の動作について説明する。まず、一対の既設トンネル
１，２間を掘削して発進基地３および到達基地４を設定
し、発進基地３には掘削機５およびルーフパネル６を図
１に示すように配置し、到達基地４には反力桁７の中央
と両端部に取り付けられた牽引ジャッキとしての油圧ジ
ャッキ８を配置する。

【００２９】このとき、上下の掘削機５では主軸胴体１
１に対する伸縮翼１２，１３の突出量を調節して、各伸
縮翼１２，１３側端のすらせ１６，１７を、既設トンネ
ル１，２を構成する各セグメント１ａ，２ａ外周のトン
ネル軸方向に設けたガイド溝１４，１５にそれぞれ挿入
し、ガイド移行可能にする。

【００３０】続いて、上記３本のケーブル９の各一端
を、掘削機５の主軸胴体１１に設けた主軸部１９および
上記すらせ１６，１７にそれぞれ通し、さらにこれらを
ルーフパネル６のルーフパネル本体２１に設けた主軸部
２６および上記ガイド２４，２５にもそれぞれ通して、
ルーフパネル６の後端において定着具２８，２９にて固
定する。

【００３１】一方、上記ケーブル９の各他端は上記反力
桁７を貫通して各一の油圧ジャッキ８端に固着し、この
油圧ジャッキ８の伸長作動により上記各ケーブル９を均
等圧にて牽引し、ルーフパネル６を掘削機５とともに既
設トンネル１，２のガイド溝１４，１５に沿って到達基
地４方向に移動可能にする。

【００３２】次に、上記主軸胴体１１の主軸部１９の先
部に設けた噴射ノズル１８に対して外部のポンプ（図示
しない）から高圧水を供給する。これにより、各ノズル
１８ａ〜１８ｃのうち、正面のノズル１８ａは主軸胴体
１１前方の一定の領域へ高圧水を噴射し、側面のノズル
１８ｂ，１８ｃは左右の斜め後方へ高圧水を噴射する。

【００３３】このため、これらの各方向の噴射水を受け
て各既設トンネル１，２間の地盤が略掘削機の縦断面に
沿うように掘削され、掘削された土砂や水は主軸胴体１
１および伸縮翼１３の前縁部の排出溝２０，伸縮翼１３
の側端縁部の排出溝２０，伸縮翼１３および主軸胴体１
１の各後端縁部の排出溝２０を次々に流れて、ルーフパ
ネル６の後端に設けられる上記吸引装置によって排出管
３０より発進基地３側および地上に排出される。

【００３４】そして、かかる掘削動作を続け、１パネル
分の牽引終了とともに、各ケーブル９を発進基地３側に
引き戻し、既にあるループパネル２１の直後に新たなル
ーフパネル６を上記のように接続して、再びケーブル９
を牽引して、掘進していき、遂には両既設トンネル１，
２間のに天井に連設されたルーフパネル６および底部に
連設されたルーフパネル６によって囲まれた空間が形成
され、これらが既設トンネル１，２に対して相互に連通
されてトンネル覆工部となることとなる。

【００３５】つまり、既設トンネル１，２を繋ぐ大断面
トンネルの掘削を、都市内の小さい作業基地や機械搬入
路を利用して、しかも比較的小型の掘削機５を利用して
効率的かつローコストにて実施できる。

【００３６】また、この発明では、既設のセグメント１
ａ，２ａに形成したガイド溝１４，１５およびこれらの
ガイド溝１４，１５内に挿入されたルーフパネル伸縮翼
２２，２３端のガイド２４，２５との間、及び隣接する
ルーフパネル６間に液状の水膨張性シール材を注入する
ことで、これらのセグメント１ａ，２ａおよびルーフパ
ネル６間の止水性を確保でき、従って軟弱な地盤での掘
進を安全に実施できることになる。

【００３７】なお、上記トンネル覆工のためのルーフパ
ネル６に代えて、掘削機でのトンネル拡幅掘削後にコン
クリートの吹き付け及びセグメントの巻き立てと裏込材
の注入を行なうこともできる。

【００３８】このように、上記実施例では２本の既設セ
グメント１、２間の所定距離を拡幅連設し、例えば２本
の既設トンネル１、２を地下鉄線路とし拡幅部を地下鉄
駅ホームとすることにより、ホーム両側に線路のある駅
を得ることができる。

【００３９】しかし、上記以外の他の実施例として、図
８に示すように、１本の既設トンネル３１に２本の地下
鉄線路を通し、既設トンネル３１の左右（図８では右側
のみ）に既設セグメント１Ｃに形成したガイド溝３２に
沿って、前記既設トンネル３１の左右を拡幅する。この
拡幅施工は、上述した掘削機５とルーフパネル６を発進
基地に設置してケーブル９を既設トンネル３１の前記発
進基地の同側に設置した到達基地に設けた反力桁の油圧
ジャッキによって牽引し、噴射ノズル１８により掘進し
ながら行なう。

【００４０】このようにして、他の実施例の左右に拡幅
したトンネルは、既設トンネル３１に２本の線路を敷設
し、左右の拡幅部に地下鉄駅ホームを設置することもで
きる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、掘削機のアーチ形または山形の主軸胴体の両側にス
ライド伸縮可能に連設した伸縮翼と、該伸縮翼の各一の
側端に連設され、一対あるいは同一の既設トンネルのセ
グメントに形成したガイド溝に沿って案内される円筒状
のすらせと、上記主軸胴体の主軸部先端に設けられて高
圧水を複数の方向に噴射する噴射ノズルとを設け、上記
主軸胴体および上記伸縮翼に形成された排出溝を通じ
て、掘削された土砂水流を上記主軸部後端側へ導いて、
上該主軸胴体の後方に配置されたルーフパネル側の吸引
装置により排出させるように構成したので、２つのトン
ネル間あるいは１つのトンネルの側部に移動する主軸胴
体および伸縮翼を用いてトンネルの所定距離の掘削およ
び連結を安全にかつ効率的に実施できるものが得られ
る。

【００４２】請求項２の発明によれば、掘削機の後部に
連設したルーフパネルを、アーチ形または山形のルーフ
パネル本体と、該ルーフパネル本体の両側に周方向にス
ライド伸縮可能に連設されたルーフパネル伸縮翼と、該
ルーフパネル伸縮翼の各一の側端に連設され、一対ある
いは同一の既設トンネルのセグメントに形成したガイド
溝に沿って案内される円筒状のガイドとから構成したの
で、掘削機による掘削によって拡幅部に連設したルーフ
パネルをトンネル覆工としたのでトンネル空間を安全に
形成できる。

【００４３】請求項３の発明によれば、一対あるいは同
一の既設トンネルの所定距離間に設けた発進基地と到達
基地の区間を、上記既設トンネルのセグメントに形成し
たガイド溝に沿って掘削機を牽引移動させ、該牽引移動
中に上記掘削機の噴射ノズルから複数方向に高圧水を噴
出させながら該掘削機を掘削前進させるように構成した
ので、掘削機を移動させるだけでシールド工法と同様に
して既設トンネルの一定の領域内の地盤を自動的かつ迅
速に掘進できるものが得られる効果がある。

【００４４】さらに、請求項３の発明によれば、掘削機
の牽引移動は、該掘削機を介してこれの後部に連設した
ルーフパネルに一端を固定したケーブルを、到達基地に
設けた牽引ジャッキにて牽引することにより実施するよ
うに構成したので、簡単かつ安価にルーフパネルをトン
ネル内に覆工することができる。

【００４５】請求項４の発明によれば、掘進工事終了後
に、既設トンネルのセグメントおよびルーフパネル間
を、水膨張性シール材を注入することによって止水させ
るように構成したので、軟弱な地盤でも安全かつ確実に
掘進できる他に、覆工後のトンネル内への漏水を防止で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による掘削装置の全体を示
す斜視図である。

【図２】図１における掘削機の斜視図である。

【図３】図１における掘削機の正面図である。

【図４】この発明の掘削装置の全体を示す平面図であ
る。

【図５】図１における掘削機の既設トンネルへの取付構
造を示す正面図である。

【図６】この発明におけるルーフパネルを示す斜視図で
ある。

【図７】この発明におけるルーフパネルおよび掘削機の
牽引構造を示す平面図である。

【図８】図５とは別の実施例であり、掘削機の既設トン
ネルの取付構造を示す正面図である。

【符号の説明】

１，２ 既設トンネル １ａ，２ａ セグメント ３ 発進基地 ４ 到達基地 ５ 掘削機 ６ ルーフパネル ８ 油圧ジャッキ（牽引ジャッキ） ９ ケーブル １１ 主軸胴体 １２，１３ 伸縮翼 １４，１５ ガイド溝 １６，１７ すらせ １８ 噴射ノズル １９ 掘削機の主軸部 ２０ 排出溝 ２１ ルーフパネル本体 ２２，２３ ルーフパネル伸縮翼 ２４，２５ ガイド ２６ ルーフパネル本体の主軸部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーチ形または山形の主軸胴体と、該主
   軸胴体の両側の周方向にスライド伸縮可能に連設された
   伸縮翼と、該伸縮翼の各一の側端に連設され、一対ある
   いは同一の既設トンネルのセグメントに形成したガイド
   溝に沿って案内される円筒状のすらせと、上記主軸胴体
   の主軸部先端に設けられて高圧水を複数の方向に噴射す
   る噴射ノズルと、上記主軸胴体および上記伸縮翼に形成
   されて、掘削された土砂水流を上記主軸部後端側へ導い
   て、上該主軸胴体の後方に配置された吸引装置により排
   出させる排出溝とを備えた掘削機を含む掘削装置。
2. 【請求項２】 上記掘削機の後部に連設してトンネル覆
   工部となるルーフパネルをさらに備え、該ルーフパネル
   が、アーチ形または山形のルーフパネル本体と、該ルー
   フパネル本体の周方向にスライド伸縮可能に連設された
   ルーフパネル伸縮翼と、該ルーフパネル伸縮翼の各一の
   側端に連設され、一対の既設トンネルのセグメントに形
   成したガイド溝に沿って案内される円筒状のガイドとを
   有する請求項１に記載の掘削装置。
3. 【請求項３】 一対あるいは同一の既設トンネルの所定
   距離に設けた発進基地と到達基地の区間を、上記既設ト
   ンネルのセグメントに形成したガイド溝に沿って掘削機
   を牽引移動させ、該牽引移動中に上記掘削機の噴射ノズ
   ルから複数方向に高圧水を噴出させながら該掘削機を掘
   削前進させる掘削工法であって、上記掘削機の牽引移動
   は、該掘削機の後部に連設したルーフパネルに一端を固
   定したケーブルを、上記到達基地に設けた牽引ジャッキ
   にて牽引することによりルーフパネルとともに移動する
   ことを特徴とする掘削工法。
4. 【請求項４】 掘進工事終了後に、既設トンネルのセグ
   メントおよびルーフパネル間に水膨張性シール材を注入
   することによって止水させる請求項３に記載の掘削工
   法。