JP2794638B2 - トンネルの掘削工法及び掘削に用いるシールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はトンネルの掘削と一次覆工を同時に施工し
ながらトンネルを掘進するトンネルの掘削工法及び掘削
に用いるシールド掘進機に関する。

（従来の技術） 従来トンネルを掘削するトンネル掘削工法としては，
シールド掘進機により掘進するシールド工法が一般に採
用されており，シールド掘進機が掘削した直後のトンネ
ル内壁をセグメントにより一次覆工しながら掘進するシ
ールド工法は，一般的には掘削とセグメント組立作業は
交互に行なわれているが，近年，工期の短縮化を図る上
から，掘削と一次覆工が同時に施工できる手段が求めら
れるようになってきた。

この手段として，例えば特開昭58−213993号公報や特
開昭58−213994号などに記載されたものがある。

前者シールド掘進機は，シールド本体を前後に２分割
して後部シールド側にシールド本体を推進させるシール
ドジャッキを，そして前部シールドと後部シールドの間
に後部シールドに対して前後シールドをスライドさせる
スライドジャッキを設けた構造で，シールドジャッキに
よりシールド本体をセグメントの１リング分を推進させ
た後さらにスライドジャッキにより前部シールドを推進
させ，この間にシールドジャッキを部分的に戻すことに
より形成される既設セグメントとシールドジャッキの間
の空間に新たにセグメントを組立てるようにしたもの
で，トンネルの掘削と一次覆工が同時に施工できるた
め，掘進能率の大幅な向上が図れる効果を有している。

また後者のシールド掘進機は，一体構造のシールド本
体内に環状の摺動部材を設けて，この摺動部材に反力受
用ジャッキを，そしてシールド本体の前部と上記摺動部
材の間にシールドジャッキを設けた構成で，反力受用ジ
ャッキとシールドジャッキを交互に伸長させて，トンネ
ルの掘削と一次覆工を同時に施工するようにしたもの
で，上記実施例と同様大幅な工期の短縮が図れる効果を
有している。

（発明が解決しようとする課題） しかし前者のシールド本体を２分割して，後部シール
ドに対して前部シールドを摺動させるようにしたもので
は，前部シールドを推進した際後部シールドの摺動面が
直接地山の土砂や水に触れるため，摺動嵌合部に耐土砂
摩耗性，耐水圧性を有するシールを設けて，土砂や水な
どが摺動部に侵入するのを防止する必要があり，シール
構造が複雑になると共に，シールが破損した場合修理や
交換に多くの時間と費用を必要とする不具合があった。

また後者のシールド本体内に環状の摺動部材を設けた
ものでは，セグメントを１リング分組立てた後シールド
ジャッキを伸長し，その後反力受用ジャッキを短縮する
際に両ジャッキを同期作動させる必要があるが，この同
期作動が困難なため切羽を乱すことがあり，その結果地
山に崩壊が発生する不具合があった。

この不具合は前者のシールド本体を２分割したシール
ド掘進機にも同様に発生した。

この発明は上記従来の不具合を改善する目的でなされ
たもので，切羽を乱すことなくトンネルの掘削と一次覆
工が同時に施工できるトンネルの掘削工法及び掘削に用
いるシールド掘進機を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段及び作用） この発明は上記目的を達成するために，前部にカッタ
ヘッドを有するシールド本体を２組の摺動リング及びシ
ールドジャッキを介して推進反力を受けながらスラスト
シリンダにより推進させ，その後シールドジャッキを伸
長してシールドジャッキによりシールド本体に作用する
推進反力を支持しながらスラストシリンダを短縮して一
方の摺動リングを前進させ，次にシールドジャッキのシ
リンダとともに他方の摺動リングを前進させてスラスト
シリンダに作用する推進反力を受ける状態となったら再
びスラストシリンダによりシールド本体を推進させなが
ら，シールドジャッキの後部ピストン杆を順次短縮し
て，セグメントをリング状に組立てることにより，トン
ネルの掘削と一次覆工が同時に施工できるようにしたも
のである。

また前部にカッタヘッドを有するシールド本体内に２
組の摺動リングをシールド本体の前後方向へ移動自在に
設け，一方の摺動リングには複動シリンダよりなるシー
ルドジャッキを設けて，該シールドジャッキの前後へ突
出した前部ピストン杆と後部ピストン杆の先端をシール
ド本体及びセグメントへそれぞれ当接自在となすと共
に，他方の摺動リングとシールド本体の間にスラストシ
リンダを設けてなり，スラストシリンダによりシールド
本体を推進させる際の推進反力を上記２組の摺動リング
とシールドジャッキで担持しながらシールドジャッキ及
びスラストシリンダを順次伸縮することにより掘削と一
次覆工を同時に施工するようにしたもので，これにより
切羽を乱すことなくトンネルの掘削が行えるとともに，
複雑なシール装置を設けるる必要もなく安全で確実な掘
削と一次覆工の同時施工が可能となる。

（実施例） この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図において１は一体構造のシールド本体で，前部
に図示しないカッタヘッドモータにより回転されるカッ
タヘッド２が設けられている。

上記カッタヘッド２で掘進された土砂はカッタヘッド
２と隔壁1aの間に設けられたチャンバ1b内に取込まれた
後図示しない排土装置によりシールド本体１の後方へ搬
出されるようになっている。

また図中３はシールド本体１内に設けられた摺動リン
グで，シールド本体１の内面と摺接しながらシールド本
体１の前後方向に移動自在となっており，この摺動リン
グ３に円筒方向に間隔を置いて複数本のシールドジャッ
キ４が設けられている。

上記シールドジャッキ４は単一のシリンダ4a内に複数
のピストン4b,4cが収容された複動シリンダにより構成
されていて，シリンダ4aの中央部が溶接などの手段で摺
動リング３に固着されていると共に，一方のピストン4b
からは前方へ向けて前部ピストン杆4dが，そして他方の
ピストン4cからは後方に向けて後部ピストン杆4eがそれ
ぞれ突設されている。

上記各ピストン杆4d,4eのうち前部ピストン杆4dの先
端はボールジョイント５を介して隔壁1aの後面に当接で
きるようになっており，また後部ピストン杆4eの先端は
ボールジョイント６を介してセグメント７の端面に当接
できるようになっている。

一方上記シールド本体１内にはガイド筒1cが設けられ
ていて，このガイド筒1cの外周部に，別の摺動リング８
が摺動自在に嵌挿されている。

そしてこの摺動リング８にスラストシリンダ９の基端
部が枢着されていると共に，スラストシリンダ９より前
方へ突出されたピストン杆9aの先端は隔壁1aの後面に枢
着されている。

また上記ガイド筒1cの後端は支持フレーム1dによりシ
ールド本体１側に取付けられていると共に，支持フレー
ム1dにはシールド本体１が掘削した直後のトンネル内壁
に沿ってセグメント７をリング状に組立てるセグメント
エレクタ10が取付けられている。

なお図中11はシールド本体１の後端とセグメント７外
周面の間より土砂や水が侵入するのを防止するテールシ
ールを示す。

次にトンネルの掘削方法及びシールド掘進機の作動を
説明する。

第１図は前後ピストン杆4d,4eを最縮小し，かつ後部
ピストン杆4eを組立て中のセグメント７へ当接した状態
で，スラストシリンダ９を伸長させてシールド本体１に
より推進している状態を示す。

このときスラストシリンダ９に作用する推進反力は摺
動リング８により摺動リング３を介してシールドジャッ
キ４へ伝達され，セグメント７を支持体としてシールド
ジャッキ４により担持される。

またシールドジャッキ４の前部ピストン杆4d側油圧室
4₁及び後部ピストン杆4e側油圧室4₃にはそれぞれスラス
トシリンダ９の推進力に対して十分に対向できる油圧が
ブロックされている。

次に第２図に示すようにスラストシリンダ９がセグメ
ント７の幅だけ１ピッチ分伸長すると，セグメント７の
１リング分の組立ても完了する。

そしてこの状態から各ピストン4b,4cの間の油圧室4₂
へ油圧を供給し，前部ピストン杆4d側の油圧室4₁の油圧
を抜出すると，第３図に示すように前部ピストン杆4dが
伸長して前部ピストン杆4dの先端に設けられたボールジ
ョイント５が隔壁1aへ当接される。

これによって切羽側の土圧や水圧によりシールド本体
１が押し戻されないようにシールドジャッキ４により支
持される。（第３図参照） 次にこの状態でスラストシリンダ９を短縮させると第
４図に示すように摺動リング８がガイド筒1cの外周面に
摺接しながら前進される。

このときスラストシリンダ９には反力が作用していな
いので，滑らかに摺動リング８を前進させることができ
ると同時に，シールドジャッキ４の油圧室4₂内の圧力を
切羽側よりシールド本体１に加わる土圧や水圧に応じて
制御することにより，シールド本体１を安定した状態に
維持することができる。

上記工程によりスラストシリンダ９が短縮されたら，
前部ピストン杆4d側の油圧室4₁へ油圧を供給し，後部ピ
ストン杆4₃側の油圧を抜出する。

これによって第５図に示すようにシールドジャッキ４
のシリンダ4aが摺動リング３とともに前進され，摺動リ
ング３がスラストシリンダ９側の摺動リング８へ当接さ
れる。

摺動リング３が摺動リング８に当接して，スラストシ
リンダ９に作用する推進反力が担持できるようになった
ら，再びスラストシリンダ９を伸長してシールド本体１
を推進させてカッタヘッド２により掘削すると同時に，
第６図に示すように後部ピストン杆4eの一部を短縮して
セグメント１個分の空間を形成し，セグメントエレクタ
10を使用してこの空間にセグメント７を組立てる。

以下セグメント１個分ずつ後部ピストン杆4eを短縮し
て残りのセグメント７を次々に組立て，組立ての終った
セグメント７には再び後部ピストン杆4eを当接して反力
を担持する。

そしてトンネル内壁に沿って１リング分のセグメント
７の組立てが完了したら，再び第１図に示す状態となり
上記動作を繰返すことにより，シールド本体１による推
進とセグメント７の組立て作業が同時に施工できるよう
になる。

また第３図から第５図に示す工程での動作は，摺動リ
ング3,8の極めて小さい摺動抵抗と油圧の管路抵抗のみ
が負荷要因であるため，極めて短時間のうちに円滑に行
える。

（発明の効果） この発明は以上詳述したようにシールド本体を推進さ
せながら，同時にシールド本体が掘削したトンネルの内
壁をセグメントにより一次覆工するようにしたことか
ら，トンネルの掘削が短時間で能率よく行える。

またシールド本体内に前後方向に摺動自在な２組の摺
動リングを設けて，一方の摺動リングに複数シリンダよ
りなるシールドジャッキを，そして他方の摺動リングと
シールド本体の間にスラストシリンダを設けて，これら
シールドジャッキの前後ピストン杆とスラストシリンダ
を順次伸縮しながら２組の摺動リングでシールド本体の
推進反力を担持するようにしたことから，切羽からの土
圧や水圧によりシールド本体が押し戻されることがな
い。

これによって切羽が乱れて地山の崩壊を招くなどの不
具合を解消することができると共に，シールドジャッキ
内に設けられた複数のピストン間の油圧を切羽の土圧や
水圧に応じて制御することにより，カッタヘッドが切羽
に押し付け過ぎて，カッタヘッドの構成部品が変形や破
損するなどの不具合を防止することができる。

しかもシールド本体は一体構造となっていて摺動部が
外部へ露出しないので，複雑な構造のシール装置を設け
る必要がないと共に，シールが破損したために作業が長
時間中断されるなどの不具合も解消することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し，第１図は断面図，第
２図ないし第６図は工程図である。 １……シールド本体,2……カッタヘッド， 3,8……摺動リング， ４……シールドジャッキ,7……セグメント， ９……スラストシリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 雄一 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 宮沢 和夫 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−213993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213994（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−147790（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前部にカッタヘッドを有するシールド本体
   を２組の摺動リング及びシールドジャッキを介して推進
   反力を受けながらスラストシリンダにより推進させ，そ
   の後シールドジャッキを伸長してシールドジャッキによ
   りシールド本体に作用する推進反力を支持しながらスラ
   ストシリンダを短縮して一方の摺動リングを前進させ，
   次にシールドジャッキのシリンダとともに他方の摺動リ
   ングを前進させてスラストシリンダに作用する推進反力
   を受ける状態となったら再びスラストシリンダによりシ
   ールド本体を推進させながら，シールドジャッキの後部
   ピストン杆を順次短縮して，セグメントをリング状に組
   立てることを特徴とするトンネルの掘削工法。
2. 【請求項２】前部にカッタヘッドを有するシールド本体
   内に２組の摺動リングをシールド本体の前後方向へ移動
   自在に設け，一方の摺動リングには複数シリンダよりな
   るシールドジャッキを設けて，該シールドジャッキの前
   後へ突出した前部ピストン杆と後部ピストン杆の先端を
   シールド本体及びセグメントへそれぞれ当接自在となす
   と共に，他方の摺動リングとシールド本体の間にスラス
   トシリンダを設けてなり，スラストシリンダによりシー
   ルド本体を推進させる際の推進反力を上記２組の摺動リ
   ングとシールドジャッキで担持しながらシールドジャッ
   キ及びスラストシリンダを順次伸縮することにより掘削
   と一次覆工を同時に施工することを特徴とするシールド
   掘進機。