JP2794639B2 - 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，一般的には掘削と一次覆工作業は交互に
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号公報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後シールドを推進
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に対して前後方向に摺動自在
な摺動リングに複動シリンダよりなる複数本のシールド
ジャッキを設け，これらシールドジャッキの前後に突出
された前部ピストン杆と後部ピストン杆を伸縮させてシ
ールド本体による推進と掘削されたトンネル内壁の一次
覆工を同時に行うようにしたもので，従来のもののよう
にスラストシリンダを設ける必要がなく安価に実施でき
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，
該シールド本体の前後方向へ摺動自在に摺動リングを設
け，この摺動リングの円周方向に，シリンダを摺動リン
グに固着した複数のシールドジャッキを設け，かつこの
シールドジャッキのシリンダ内に収容した複数のピスト
ンより前後方向へ前部ピストン杆及び後部ピストン杆を
突設すると共に，前部ピストン杆の先端はシールド本体
側へ取付け，かつ後部ピストン杆の先端はトンネル内壁
を覆工するセグメントに当接してなり，上記各ピストン
間の油圧を切羽の土圧や水圧に応じて制御しながら上記
前部ピストン杆及び後部ピストン杆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できるようにしたも
ので，切羽を乱すことなく掘進できるとともに，複雑な
シール装置を設ける必要もなく，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で掘削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の内に取込まれ
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
排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の内面と摺動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に円周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の後面に固着さ
れ，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の端面に当接されるようになって
いる。

また図中10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
メントセレクタ,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
ールシールである。

次に作動を説明すると，第１図は既設のセグメント７
を反力受けにして前部ピストン杆4dを伸長させながらシ
ールド本体１を推進させ，カッタヘッド２で切羽を掘削
している状態を示すもので，この状態でさらに各ピスト
ン4b,4cの間の油圧室4₂へ高圧油を供給すると，第２図
に示すように前部ピストン杆4dはさらに伸長してシール
ド本体１を推進させる。

このときシールド本体１の推進とともにシリンダ4aは
シールド本体１に対して相対的に後退し，これに伴いシ
リンダ4aの固着された摺動リング３もシールド本体１の
内面に摺動させながら相対的に後退した状態となる。

また後部ピストン杆4e側の油圧室4₃はブロックされて
いるので，後部ピストン杆4eは作動しない。

次に前部ピストン杆4dがセグメント７の幅だけ１ピッ
チ分伸長されたら，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4e側の油圧室4₃の油圧を抜
出する。

これによってシリンダ4aが第３図に示すように摺動リ
ング３とともに前進する。

またこのとき各ピストン4b,4c間の油圧室4₂には高圧
油がブロックされているので，切羽側よりシールド本体
１に加わる土圧や水圧に対してシールド本体１が押し戻
されることがないため，切羽が乱れたり，地山が崩落す
るのを阻止することができる。

一方シリンダ4a及び摺動リング３がストロークエンド
にまで前進されたら，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第４図に示すようにセグメン
ト７を組立てる。

もちろんこの時，同時に，カッタヘッド２を回転させ
て掘削し，油圧室4₁を開放し，油圧室4₂に高圧油を送っ
てピストン杆4dを伸長し推進する。

以下セグメント１個分ずつ後部ピストン杆4eを短縮
し，かつ組立ての終わったセグメント７に再び後部ピス
トン杆4eを当接して掘進反力を受けながら，円周方向に
次々とセグメント７を組立てて,1リング分を完成すると
ともに掘削，推進も継続する。

また前記作動においてセグメントを組み立てない部分
のシールドジャッキは油圧室4₃を密封することによりシ
リンダ4a,ピストン杆4eが固定され推進反力をセグメン
ト７に支持することができる。

一方セグメントを組立てる部分のシールドジャッキピ
ストン杆4eを締めるときは各ピストン4b,4cの間の油圧
室4₂には掘進反力を受けるのに必要な油圧を加えた状態
で前部ピストン杆4d側の油圧室4₁を開放し，かつ後部ピ
ストン杆4e側の油圧室4₃へ油圧室4₂の油圧より僅かに大
きい油圧を加え油圧室4₂の油をリリーフさせると，後部
ピストン杆4eが縮小しながら前部ピストン杆4dも推力を
発生し伸長する。

これによってセグメント組立て中においてもシールド
本体１の推進反力を摺動リング３を介してセグメント７
に支持しながらすべてのシールドジャッキに推力を発生
させて推進させることができる。

以上のようにして１リング分のセグメント７に既設セ
グメント７の前側に組立てられたら，再び第１図に示す
状態となり上記動作を繰返すもので，シールド本体１に
よる掘進とセグメント７の組立て作業が同時施工できる
ようになる。

また第３図においてシリンダ4aと摺動リング３の前進
動は，摺動リング３の摺動抵抗と油圧の管路抵抗のみが
負荷要因であるため，円滑かつ短時間で行うことができ
る。

（発明の効果） この発明は以上詳述したように，シールド本体に対し
て前後方向に摺動自在な摺動リングに複動シリンダより
なる複数本のシールドジャッキを設け，これらシールド
ジャッキの前後に突出された前部ピストン杆と後部ピス
トン杆を伸縮させてシールド本体による推進と掘削され
たトンネル内壁の一次覆工を同時に行うようにしたもの
で，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対して十分な値に維持制御
することにより，掘削反力によりシールド本体が押し戻
されて切羽を乱したり，カッタヘッドを切羽に押し付け
過ぎることがない。

これによって地山が崩壊したり，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解消することがで
きると共に，シールド本体を一体構造とし，かつ摺動リ
ングをシールド本体内に設けたため，複雑なシール装置
を設ける必要がなく，しかもシール装置が破損したため
に修理や交換に多くの時間や費用を必要とするなどの不
具合も全く発生しない。

しかもスラストシリンダが不要なため，構成が簡単と
なり，安価に実施することが可能である。

【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図は縦断面図，
第２図ないし第４図は工程図である。 １……シールド本体,2……カッタヘッド， ３……摺動リング,4……シールドジャッキ， 4a……シリンダ,4b,4c……ピストン， 4d……前部ピストン杆， 4e……後部ピストン杆， ７……セグメント。

───────────────────────────────────────────────────── 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
   に対して前後方向に摺動自在な摺動リングに複動シリン
   ダよりなる複数本のシールドジャッキを設け，これらシ
   ールドジャッキの前後に突出された前部ピストン杆と後
   部ピストン杆を伸縮させてシールド本体による推進と掘
   削されたトンネル内壁の一次覆工を同時に行うようにし
   た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，外シールド本体の前後方向へ摺動自在に摺動リン
   グを設け，この摺動リングの円周方向に，シリンダを摺
   動リングに固着した複数のシールドジャッキを設け，か
   つこのシールドジャッキのシリンダ内に収容した複数の
   ピストンより前後方向へ前部ピストン杆及び後部ピスト
   ン杆を突設すると共に，前部ピストン杆の先端はシール
   ド本体側へ取付け，かつ後部ピストン杆の先端はトンネ
   ル内壁を覆工するセグメントに当接してなり，上記各ピ
   ストン間の油圧を切羽の土圧や水圧に応じて制御しなが
   ら上記前部ピストン杆及び後部ピストン杆を順次伸縮す
   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。