JP2752483B2 - トンネル掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はシールド掘進機を用いたトンネル掘削装置に
係り、特に大径のトンネルの先に複数の小径のトンネル
を分岐して掘削形成するトンネル掘削装置に関する。

［従来の技術］ シールド掘進機を用いてトンネルを掘削するに際し
て、第13図に示すように大径のトンネルａの先に小径の
トンネルｂを分岐させて掘削形成する場合、次のように
行うことが一般的であった。

先ず、トンネルの起点に起点立坑ｃを設け、この起点
立坑ｃから大径のシールド掘進機を坑内に降ろし、この
大径のシールド掘進機によって分岐点まで大径のトンネ
ルａを掘削形成する。

その後、分岐点に分岐点立坑ｄを設け、この分岐点立
坑ｄから二機の小径のシールド掘進機を坑内に降ろし、
これら二機の小径のシールド掘進機によって分岐点から
二本の小径のトンネルｂを大径のトンネルａの先に接続
させて夫々掘削形成する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようにして大径のトンネルａに小
径のトンネルｂを分岐形成すると、大径のシールド掘進
機が一機、小径のシールド掘進機が二機、合計三機のシ
ールド掘進機が必要となりコストアップを招くことにな
る。

また、トンネルの起点に設けられる起点立坑ｃとは別
に、トンネルの分岐点に分岐点立坑ｄを設けなければな
らないため、地上に分岐点立坑ｄの用地を確保する必要
があり、工事場所が制約される。また、この分岐点立坑
ｄを形成することは更なるコストアップを招くことにな
る。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、シ
ールド掘進機を用いて大径のトンネルの先に小径のトン
ネルを分岐形成するに際して、分岐点立坑を設けること
なく低コストで連続的に掘削形成できるトンネル掘削装
置を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明に係るトンネルの掘
削装置は、円筒状シールドフレームを掘進方向に前後に
分割して前胴部と後胴部とを形成し、これらを中折ジャ
ッキで互いに屈曲自在に接続した中折式シールド掘進機
を同一掘進方向に複数機並設し、上記前胴部を覆って束
ねる前胴外筒フレームと上記後胴部を覆って束ねる後胴
外筒フレームとを夫々の胴部に対して係脱自在に設けた
ことから構成されている。

［作用］ 上記構成によれば、先ず同一掘進方向に複数機並設さ
れた中折式シールド掘進機の前胴部とこれを覆って束ね
る前胴外筒フレームとを係止すると共に、上記中折式シ
ールド掘進機の後胴部とこれれを覆って束ねる後胴外筒
フレームとを係止する。このように複数機の中折式シー
ルド掘進機が上記前胴外筒フレーム及び後胴外筒フレー
ムによって束ねられた状態で大径のトンネルを掘削形成
する。

この際、束ねられた複数機の中折式シールド掘進機
は、その前胴部と後胴部とが夫々前胴外筒フレームと後
胴外筒フレームとによって独立に束ねられているので、
束ねられた状態でも中折ジャッキにより屈曲することが
でき、上記大径のトンネルを屈曲自在に掘削形成するこ
とができる。

その後、複数機の中折式シールド掘進機を束ねるため
係止されていた前胴外筒フレームと前胴部、及び後胴外
筒フレームと後胴部を夫々切り離す。そして、切り離さ
れた夫々の中折式シールド掘進機が独自に小径のトンネ
ルを上記大径のトンネルの先に分岐して屈曲自在に掘削
形成する。

このようにして大径のトンネルの先に小径のトンネル
を複数分岐させて連続的に屈曲自在に形成できる。

［実施例］ 本発明に係るトンネル掘削装置の一実施例を添付図面
に従って説明する。

このトンネル掘削装置の概要は、第１図に示すよう
に、円筒状のシールドフレーム１を掘進方向に前後に前
胴部1aと後胴部1bとに分割し、これらを中折れジャッキ
で屈曲自在に接続した中折式シールド掘進機２を二機同
一掘削方向に夫々のカッタスポーク３を臨ませて上下に
積み重ねると共に、これらのシールド掘進機２の前胴部
1aを覆って束ねるメガネ状の前胴外筒フレーム4aと上記
後胴部1bを覆って束ねるメガネ状の後胴外筒フレーム4b
とを夫々の胴部1a,1bに対して係脱自在に設けたもので
ある。

そして、先ず第１図に示すように、上記二機のシール
ド掘進機２を上記メガネ状の前胴外筒フレーム4a及び後
胴外筒フレーム4bで覆って束ねた状態で第２図に示すよ
うなメガネ状のトンネル５を掘削する。次に、第３図に
示すように二機のシールド掘進機２を夫々前胴外筒フレ
ーム4a及び後胴外筒フレーム4bから切り離して第４図に
示す如く上記メガネ状のトンネル５の先に小径のトンネ
ル６を分岐させて掘削する。このようにして、メガネ状
のトンネル５の先に二本の小径のトンネル６を分岐させ
て連続的に形成できる。

次に、第１図に示すトンネル掘削装置の詳細について
述べる。

第５図に示すように円筒状のシールドフレーム１の前
面部に地山を掘削するカッタスポーク３を有するシール
ド掘進機２が二機同一掘削方向に夫々のカッタスポーク
３を臨ませて上下に積み重ねられている。上記カッタス
ポーク３部には、余掘りのためのコピーカッタ７が出没
自在に設けられている。

またこのシールド掘進機２はその胴部となる上記シー
ルドフレーム１が掘進方向に対して前後に前胴部1aと後
胴部1bとに分割されて屈曲自在に接続されており、いわ
ゆる中折式シールド掘進機２になっている。第５図に示
すように前胴部1aと後胴部1bとは胴部1a、1b内に設けら
れた中折ジャッキ８によって屈曲されたトンネルのカー
ブ掘削が可能となる。これらの前胴部1aと後胴部1bとの
接続部には通常の中折式シールド掘進機と同様の円筒状
の中折れシール部材９が設けられ、接続部における土砂
及び水分のシール性を保っている。

また、第５図及び第７図に示すように、胴部1a,1b内
には、シールド掘進機２を掘進させるシールドジャッキ
10が上記中折ジャッキ８と交互に設けられていると共
に、掘削されたトンネルの内壁に沿ってセグメント11を
組み立てるためのセグメント組立部12が設けられてい
る。

このような構成の中折式シールド掘進機２が第５図に
示すように二機上下に積み重ねられ、その外側部となる
前胴部1a及び後胴部1bを覆ってこれらのシールド掘進機
２を束ねるためのメガネ状の前胴外筒フレーム4a及び後
胴外筒フレーム4bが夫々の胴部1a,1bに対して係脱自在
に設けられている。

これら前胴及び後胴外筒フレーム4a,4bは、上記前胴
部1aと後胴部1bとをそれぞれ別々に覆っており、これら
によって束ねられる二機の中折式シールド掘進機２の中
折れを許容している。

ところで、第５図及び第７図に示すように、二機のシ
ールド掘進機２が上記外筒フレーム4a,4bによって覆わ
れて束ねられた状態のときには、二機のシールド掘進機
２同志が接するシールド掘進機２の後胴部1bの一部13が
取り外されている。すなわち、第５図及び第７図に黒塗
りで示す後胴部1bの一部13が取り外されている。これ
は、第２図に示す中間セグメント11aをシールドフレー
ム１となる後胴部1b内で組み立てる必要があるためであ
る。

図中、前胴外筒フレーム4aと前胴部1aとの間、及び後
胴外筒フレーム4bと後胴部1bとの間の斜線14で示す部分
は、これらの間のシール性を保つシール部である。

このシール部の詳細を第８図に示す。図示するよう
に、メガネ状の後胴外筒フレーム4bとシールド掘進機２
の後胴部1bとの間にゴム質のシール材15が介設されてお
り、シール剤としてグリス16が封入されている。また、
上記シール材15部には後胴外筒フレーム4bと後胴部1bと
を係脱自在とするためのボルト・ナット17が設けられて
いる。また、上記外筒フレーム4bの後端及び後胴部1bの
後端には、夫々ワイヤブラシからなるテールブラシ18が
設けられ、地山19からこの後端部を通ってトンネル20内
に侵入する土砂及び水分のシール性を保っている。図
中、11はトンネル内壁に張設されるセグメント、10はシ
ールド掘進機を掘進させるシールドジャッキである。ま
た、上記ゴム質シール材15及びグリス16は、第５図に示
す前胴外筒フレーム4aと前胴部1aとの間の斜線14で示す
シール部にも同様に介設されている。

以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。

先ず、第５図に示すように前胴外筒フレーム4aと前胴
部1a、及び後胴外筒フレーム4bと後胴部1bを第８図に示
すボルト・ナット17で係止してこれら外筒フレーム4a、
4bによって二機の中折式シールド掘進機２を覆って束ね
た状態で第２図に示す如くメガネ状のトンネル５を掘削
する。

この際、第５図に示すように、中折式シールド掘進機
２の外側部である前胴部1aが上記前胴外筒フレーム4aに
覆われているので、この前胴外筒フレーム4aがその板厚
分22だけカッタ面板３より側部地山側へ突出した状態と
なっている。よって、この突出した分をカッタスポーク
３部に設けられたコピーカッタ７を突出させて余掘りす
ることになる。

また、第５図及び第７図に黒塗りで示すシールド掘進
機２の後胴部1bの一部13が取り外されているので、第２
図に示すようにトンネル５の内壁に張設されるセグメン
ト11のうち中間セグメント11aをシールドフレーム１と
なる後胴部1b内で安全に組み立てられることになる。

このように、前胴外筒フレーム4a及び後胴外筒フレー
ム4bによって束ねられた二機の中折式シールド掘進機２
を用いて第２図に示すようなメガネ状のトンネル５が掘
削形成できる。

この際、束ねられた二機の中折式シールド掘進機２
は、その前胴部1aと後胴部1bとが夫々前胴外筒フレーム
4aと後胴外筒フレーム4bとによって独立に束ねられてい
るので、束ねられた状態でも中折ジャッキ８により屈曲
することができ、上記大径のトンネル５を屈曲自在に掘
削形成することができる。

次に、第３図に示すように二機の中折式シールド掘進
機２を前胴外筒フレーム4a及び後胴外筒フレーム4bから
切り離す場合、第５図に示すように前胴外筒フレーム4a
と前胴部1a及び後胴外筒フレーム4aと後胴部1bを夫々係
止していた上記ボルト・ナット17を取り外すと共に、後
胴外筒フレーム4bの後端とこれに対向するセグメント11
とをボルト・ナット21で固着させる。これと同時に、第
５図及び第７図に黒塗りで示す取り外されていた後胴部
1bの一部13をトンネル内に搬入し、溶接によって取り付
ける。この溶接によって二機の中折式シールド掘進機２
は夫々単独で完全に機能することになる。そして、前胴
外筒フレーム1aの板厚分22だけ突出されていたカッタス
ポーク１内のコピーカッタ７をカッタスポーク１内に完
全に引き込んで地山を掘削する。

すると、第５図の前胴外筒フレーム4aの切羽地山に臨
む前面の板厚分22が地山に対して抵抗となり、且つ後胴
外筒フレーム4bの後端がボルト・ナット21によってセグ
メント11と固定されているので、カッタスポーク１の掘
削土量に応じて掘進するシールドジャッキ10の掘進力に
よって上記メガネ状の前胴・後胴外筒フレーム4a,4b内
に束ねられていた二機のシールド掘進機２が第３図に示
すようにこれら外筒フレーム4a,4bから抜け出すことに
なる。この際、上記外筒フレーム4a,4bの夫々の側部に
はトンネルの深度に応じた土圧が加わっていると共に、
前胴外筒フレーム4aと前胴部1a、及び後胴外筒フレーム
4bと後胴部1bの夫々の間には第８図に示すようにゴム質
のシール材15によってグリス16が封入されているので、
このグリス16が潤滑剤となって前胴外筒フレーム4aと前
胴部1a、及び後胴外筒フレーム4bと後胴部1bのスライド
離間はスムーズに行われる。

このようにして、上記外筒フレーム4a,4bからスライ
ド離間した二機の中折式シールド掘進機２によって、第
４図に示すようにトンネル５の分岐点23に立坑を設ける
ことなくメガネ状のトンネル５の先に小径の円形トンネ
ル６を二本分岐させて連続的に屈曲自在に掘削形成する
ことができる。図中、分岐点23にはスライド離間した前
胴外筒フレーム4a及び後胴外筒フレーム4bが取り残され
ることになる。また、この小径の円形トンネル６内壁に
張設されるセグメント11は通常の場合と同様円形とな
る。

次に変形実施例を第９図〜第12図に示す。

この変形実施例は、中折式シールド掘進機２の後胴部
1b部分が前実施例と異なるのみで、その他の構成は全く
同一である。第９図に示すように、この変形実施例にあ
っては、前実施例のように第５図及び第７図に黒塗りで
示す後胴部1bの一部13が取り外されているのではなく、
第11図に黒塗りで示す如く後胴部1bの全周部分24が取り
外されて後胴部1bが極めて短くなっている。よって、第
５図に示す前実施例と比べると、この第９図に示す変形
実施例は、後胴部1bの板厚プラス図中、斜線14で示すシ
ール部の厚さの分だけセグメント11の設置位置をトンネ
ルの外方とすることができる。すなわち、前実施例に比
べてこの変形実施例は、テールボイド25を小さくし、第
２図に示すメガネ状のトンネル５の有効トンネル断面積
を大きくすることができる。

上記後胴部1b部分の詳細を第12図に示す。

図示するように、後胴部1bがその全周に亘って短く取
り外されているため、第８図に示す前実施例と比べてセ
グメント11の設置位置をトンネルの外方へズラすことが
できる。このズレに対応するためシールドジャッキ10と
セグメント11との間にはスペーサ26が介設されており、
シールドジャッキ10の推進力はこのスペーサ26を介して
セグメント11に伝達するようになっている。

このような変形実施例にあっては、第４図に示すトン
ネルの分岐点23において、第11図に黒塗りで示す取り外
されていた後胴の全周部分24をトンネル内に搬入して全
周に亘って溶接する必要があることはもちろんである。

なお、これらの実施例にあっては、二機の中折式のシ
ールド掘進機２を上下に束ねた例を示したが、これに限
らず、三機、四機のシールド掘進機を上下に或いは左右
に或いは円状に束ねるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、次のごとく優
れた効果が発揮できる。

（１）シールド掘進機を用いて大径のトンネルの先に小
径のトンネルを分岐形成する際に、トンネルの分岐点に
立坑を設けることなく低コストで連続的に掘削形成する
ことができる。

（２）上記大径のトンネル及び小径のトンネルを夫々屈
曲自在に形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すトンネル掘削装置の斜
視図、第２図は第１図に示す装置を用いて掘削したトン
ネルを示す斜視図、第３図は第１図に示す装置の動作を
表す斜視図、第４図は第３図に示す装置を用いて掘削し
たトンネルを示す斜視図、第５図は第１図に示すトンネ
ル掘削装置の側断面図、第６図は第５図のVI−VI線矢視
図、第７図は第５図のVII−VII線矢視図、第８図は第５
図の部分拡大図、第９図は変形実施例を示すトンネル掘
削装置の側断面図、第10図は第９図のＸ−Ｘ線断面図、
第11図は第９図のXI−XI線断面図、第12図は第９図の部
分拡大図、第13図は従来例を表わすトンネルの斜視図で
ある。 図中、１はシールドフレーム、1aは前胴部、1bは後胴
部、２は中折式シールド掘進機、4aは前胴外筒フレー
ム、4bは後胴外筒フレーム、５は大径のトンネルである
メガネ状のトンネル、６は小径のトンネルである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 隆三郎 愛知県名古屋市港区昭和町13番地 石川 島播磨重工業株式会社名古屋工場内 (72)発明者 門田 克美 愛知県名古屋市港区昭和町13番地 石川 島播磨重工業株式会社名古屋工場内 (56)参考文献 特開 平３−151495（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状シールドフレームを掘進方向に前後
   に分割して前胴部と後胴部とを形成し、これらを中折ジ
   ャッキで互いに屈曲自在に接続した中折式シールド掘進
   機を同一掘進方向に複数機並設し、上記前胴部を覆って
   束ねる前胴外筒フレームと上記後胴部を覆って束ねる後
   胴外筒フレームとを夫々の胴部に対して係脱自在に設け
   たことを特徴とするトンネル掘削装置。