JP2889964B2 - 複式シールド掘削機とそれを使用するトンネル掘進工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トンネルの掘削工事に使用するシールド式
掘削機に係り、とくに、特殊な断面のトンネル掘進に適
する掘削機と、その掘削機に使用するトンネル工事にお
けるシールド工法に関するものである。

［従来の技術］ 最近では、都市部での地下鉄用のトンネル掘削工事の
増加に伴い、円形断面の特徴を活用するシールド掘削機
の使用が増えている。シールド掘削機には各種のものが
使用されているが、その一例を第５図によって説明すれ
ば、シールド掘削機Ａは泥水シールド機として知られる
ものであり、外殻１の前端に、多数のカッター２を備え
て外殻１の内周に沿って回転駆動されるカッターヘッド
３を装備し、内部にはカッターヘッド３の駆動装置４
と、掘削ずりと泥水との混合用のアジテーター５と、泥
水の送泥管、排泥管からなる循環装置６と、後方のセグ
メントＳに反力をとる元押しジャッキ７と、セグメント
ＳのエレクターＥ等を装備してある。

第６図に示すシールド機Ａは、外殻１を分割シールド
型に形成し、各刃口８を先行させるようにしたものであ
り、掘削推進の基本的な機構は前例と同様の構成になっ
ている。また、この例では、地山に反力をとって掘進方
向を制御する操向装置９が示され、掘削ずりに関して
は、揚上装置のコンベア5Aが設けられている。

一方、地下鉄路線の複数部分や駅舎部分の工事では、
大断面の掘削が要求されることから、掘削断面の大型化
に対応するシールド掘削機には、駅舎用の横型、狭い道
路の下方で使用する縦型のもの等が提供され、この大型
シールド掘削機にも各種のものが使用されているが、こ
れらのシールド掘削機は、トンネルの断面に適合させて
その都度特注によって設計製作されるものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような大型シールド掘削機で
は、全体のシールドの外殻を形成するスキンプレートを
断面横長型または縦長型断面に形成することによって、
所要のトンネル断面を掘削するようにしているため、そ
の形状が固定されて、掘進に要求される機械の性能に制
約を受ける。また、トンネルの端面は、円形の場合に最
も安定しており、所定の断面に対しても、円形を重ね合
わせた曲線を基本にすることから、後続するセグメント
の形状が特殊なものとなり、それぞれのシールド掘削機
の形状は特殊なものにならざるを得ない。さらに、縦長
の断面の場合には、掘削機全体の姿勢制御が困難にな
る。等の不利益に対処することが必要である。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記のような実情に鑑み、従来技術の問題
点を一掃することに着目点を置いて創案されたものであ
って、シールド掘削機の基本の構成を、基本的に同一性
能、同一形状の２台のシールド掘削機を各個に独立に形
成したものとし、これを親子の一組として掘進方向に並
行に平列させて、複式のシールド掘削機を構成したこと
を要旨とするものである、そして、そのための技術的手
段は、実質的に同性能、同規模の一対のシールド掘削機
を軸線方向に並列させ、相互に係着装置を介して結合さ
せた親機と子機とからなる複式シールド掘削機を構成
し、親機と子機とは、外殻の母線に沿って摺動自在な係
着装置によって嵌合係着させてあり、その係着装置は、
親機の前後の中間部における外殻外周にベアリングを介
して環設され、親機からの駆動によって親機の周囲で回
転するガイドリングに接続されて、親機の軸線回りに子
機を回転させ、子機の親機に対する相対位置を変更可
能、かつ分離可能に構成したものであり、具体的には、
各種のシールド掘削機に対応する構造を構成しており、
また、上記のようなシールド掘削機を使用するシールド
工法を完成させたことを特徴とするものである。これに
よって、親子のシールド機は、その連設方向が簡単に自
由化され、トンネルの断面に対応する形状に使用するこ
とができるばかりでなく、その機械を使用する工法の改
善をもたらすことができる。

［実施例］ 本発明の複式シールド掘削機とそれを使用するトンネ
ル掘進工法とを、好適な実施例を示す図面に基づいて詳
細に説明する。第１図は本発明のシールド掘削機の全体
を、一部を切り欠いた斜視図で示し、第２図はその主要
断面を概略図で示す。第５図、第６図の参照番号は該当
部分について共通にしてある。

図に示すように、本発明の複式シールド掘削機10は、
単独にシールド掘削機としての性能を有し、相互にほぼ
同規模に構成した２台一対の円形シールド掘削機を、一
方を親機20とし、他方を子機30としてなり、親機20と子
機30とは、係着装置40によってそれぞれの軸線を平行に
組合わせて、２連の複式シールド掘削機を形成すると共
に、親機20内には、子機30を親機20のまわりに回転させ
るガイドリング50を装備してある。

本発明の特徴とする係着装置40は、親機20の外殻21の
一つの母線22上に、子機30に向かって突出する係合部材
23と、子機30の一つの外殻31の母線32上に、親機20の係
合部材23を受け入れるように対応して、外殻31の一部に
形成した係合溝33とからなり、係合部材23の係合溝33内
への嵌合によって、親機20と子機30とを結合させてい
る。ここで、子機30の係合溝33は、母線32の方向に、後
方で使用されるセグメントＳの単位長さに対応して、例
えば、4mの長さを有し、従って、係着装置40としては、
子機30が親機20に対して摺動可能であると共に、標準的
には、両機の先頭のカッターヘッド３を揃える位置に保
持可能とし、その相対移動を可能とするように、子機30
側に、係合部材23の係脱を可能にした調整装置41を設け
るものである。

次に、第３図に示すように、親機20の係合部材23は、
子機30の外殻31を貫通しており、その基端24を、ガイド
リング50に固定してある。ガイドリング50は、外殻21の
前後方向ほぼ中央において、親機20の外周に、外殻21と
の間に設けたベアリング51を介して、親機20に対して回
転自在に装着された円形の帯状部材である。その内面に
は、全周にわたってラック52が一体に設けてあり、外殻
21の窓孔25から一部を突出させたピニオン53と係合して
あり、内部の駆動装置54の回転をピニオン53に伝達する
ことによって、ガイドリング50が回転し、従って、係合
部材23と係合溝33との嵌合によって、親機20に対して子
機30がその外周で回転する。

本発明の複式シールド掘削機10は、上記の実施例に限
定されないことはもちろんであり、例えば、係着装置40
は、親機20と子機30に対して、係合部材と係合溝の関係
を凹凸交換して形成することができ、嵌合溝の断面形状
を変更することもできる。また、係合部材23を係合溝33
に係着する手段において、係合部材23の頭部26を、係合
溝33の長さ方向と該長さ方向に対して直交する方向とに
回転可能に構成することができ、また、その中間部にお
いて２分し、接離可能に構成する等の変更が可能であ
る。もちろん、分離に際しては、係合部材を切断しても
目的は達せられる。

さらに、複式シールド掘削機10が第６図に示したよう
な形式のもので、親機20と子機30とが基本的に正立して
作動する必要がある場合には、他の実施例として子機30
にもガイドリング50を環設し、係着装置40は子機30のガ
イドリング50に係着させて独立に作動するようにするこ
とができる。すなわち、子機30には、第３図のようなガ
イドリング50の駆動装置54と伝動機構を設け、親機20の
まわりに公転すると共に、その逆方向に自転するように
構成することができる。

［作 用］ 次に、本発明の複式シールド掘削機の作用をその構成
について説明すると共に、この掘削機を使用して実施す
るトンネルの掘進工法を説明する。

本発明による複式シールド掘削機10は、上記の構成に
よって、親機20と子機30の独立のシールド機としてのそ
れぞれの作用によって、２連の円形断面に従い、通常の
シールド工法によって、２連の円形断面のトンネルを同
時に掘進する。その間に、両掘削に地山の条件による進
行の相違が生じても、子機30に形成した係合溝33には長
さがとってあり、調整装置41が設けてあるので、セグメ
ントＳの２リング程度の進行の差違には対応することが
できる。また、両シールド掘削機の接続部に形成される
くびれ部分の拡幅掘削は、必要に応じて、他の手段によ
って行うことになる。

上記のような標準の掘削に対して、ガイドリング50を
回転させ、従って、親機20のまわりに子機30を回転させ
ることによって、本発明の複式シールド掘削機10は、第
４図に示すように、例えば、縦型から横型への並列関係
を任意に操作することができ、このことは、狭い道路の
下方の縦型の姿勢から、駅舎にさしかかる横型の掘削に
転換するような工程に該当する。ここで親機20と子機30
とは相対的であるから、親機20としての基準は、親機20
に設ける操向装置９を操作して、地山の抵抗を利用する
ことでき、両者の作動姿勢は、複式シールド掘削機10を
構成する親機20と子機30との形式に左右されない。

第４図にはまた、路線Ｐの所望の位置における複式シ
ールド掘削機10の分離の状況を示してある。例えば、路
線Ｐの駅舎を過ぎた点において、係着装置40の係合部材
23と係合溝33との嵌合を解離することによって、親機20
の直進に対して、子機30を側方にカーブさせることがで
き、以後、シールド掘削機20、30は通常の作用によって
別個に独立して掘進する。

［発明の効果］ 本発明の複式シールド、掘削機とそれを使用するトン
ネル掘進工法は、実質的に同性能、同規模の一対のシー
ルド掘削機を軸線方向に並列させ、相互に係着装置を介
して係合させた親機と子機とからなる複式シールド掘削
機を構成し、親機と子機とは、外殻の母線に沿って摺動
自在な係着装置によって嵌合係着させてあり、その係着
装置は、親機の前後の中間部における外殻外周にベアリ
ングを介して環設され、親機からの駆動によって親機の
周囲で回転するガイドリングに接続されて、親機の軸線
まわりに子機を回転させ、子機の親機に対する相対位置
を変更可能、かつ分離可能に構成した複式シールド掘削
機と、それを使用するトンネルの掘進工法であるから、
親機と子機の係着装置と親機に環設したガイドリングに
よって係着した時には、２連の大型断面を有するトンネ
ルを縦横任意の形状で掘削するのに適すると共に、その
解離時には単独の通常のシールド掘削機として使用する
ことができる。従って、狭い道路の下方等用地に制約を
受ける場合には縦型に構成して道路に沿って作業が可能
であり、上部構造物との土かぶりが要求されたり、また
は、駅舎部分の構築用の場合には横型の姿勢で対応する
ことができる等、１台の複式シールド掘削機によって多
様のトンネル工法が実施できるばかりでなく、路線の分
岐部で分離させたときには、構成単位のシールド掘削機
ごとに、単独のトンネル築造が可能である。また、それ
ぞれの構成単位が独立の機構を持っているため、セグメ
ント自体は独立しており、その構造に煩雑さがなく、子
機の回転に伴う水平、垂直の変位、あるいは蛇行の修正
に際しても、従来のテーパーセグメントによって対応す
ることができる。さらに、２機のシールド掘削機はそれ
ぞれ単独で掘進可能であるから、一方に故障等が発生し
ても、他方は継続作業が可能であり、相互の位置の調整
によってセグメントの２リング程度の進行作業の差違に
は対応することができる、等の新規な特徴を有し、多く
のシールド工事において、大断面に対処できる有利性と
掘削機の形式の自由度を有し、トンネル建設工事の全般
において極めて画期的な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の複式シールド掘削機とそれを使用するト
ンネル掘進工法を説明するものであり、第１図は複式シ
ールド掘削機の全体を一部を切り欠いて示す斜視図、第
２図はその概略の垂直断面図、第３図は係着装置とガイ
ドリングを説明する詳細断面図、第４図は本発明の複式
シールド掘削機を使用する工法における回転と分離を説
明する路線の斜視図であり、第５図はシールド掘削機の
一般例を説明する断面図、第６図はシールド掘削機の他
の実施例である。 １……外殻、２……カッター、３……カッターヘッド、
４……カッターヘッドの駆動装置、８……刃口、９……
操向装置、10……複式シールド掘削機、20……親機、2
1、31……外殻、22、32……母線、23……係合部材、24
……基端、25……窓孔、26……頭部、30……子機、33…
…係合溝、40……係着装置、41……調整装置、50……ガ
イドリング、51……ベアリング、52……ラック、53……
ピニオン、54……駆動装置、Ｓ……セグメント、Ｐ……
路線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 雅好 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 浅利 城太郎 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 飯島 博 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 島 厚夫 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63−308195（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278696（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に同性能、同規模の一対のシールド
   掘削機を軸線方向に並列させ、相互に係着装置を介して
   結合させた親機と子機とからなる複式シールド掘削機を
   構成し、親機と子機とは、外殻の母線に沿って摺動自在
   に係着装置によって嵌合係着させてあり、その係着装置
   は、親機の前後の中間部における外殻外周にベアリング
   を介して環設され、親機からの駆動によって親機の周囲
   で回転するガイドリングに接続されて、親機の軸線まわ
   りに子機を回転させ、子機の親機に対する相対位置を変
   更可能、かつ分離可能に構成したことを特徴とする複式
   シールド掘削機。
2. 【請求項２】係着装置は、親機と子機とに対設される係
   合部材と係合溝とによって係脱可能に構成してあり、そ
   れぞれが単独のシールド掘削機として掘進可能であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の複式シールド掘削機。
3. 【請求項３】子機の前後の中間部における外殻外周にも
   ガイドリンクが環設され、子機内からの駆動によって子
   機が親機の周囲に回転することによって、親機の軸線ま
   わりに子機を回転させ、子機の親機に対する正立位置を
   保持可能に構成したことを特徴とする請求項１または２
   に記載の複式シールド掘削機。
4. 【請求項４】実質的に同性能、同規模の一対のシールド
   掘削機を軸線方向に並列させ、相互に係着装置を介して
   結合させた親機と子機とからなる複式シールド掘削機を
   使用し、子機を親機の周囲に回転させて、縦横任意の二
   連の断面を有するトンネルを掘削することを特徴とする
   複式シールド掘削機を使用するトンネル掘進工法。
5. 【請求項５】実質的に同性能、同規模の一対のシールド
   掘削機を軸線方向に並列させ、相互に係着装置を介して
   結合させた親機と子機とからなる複式シールド掘削機を
   使用して、縦横任意の二連の断面を有するトンネルを掘
   削し、所定の分岐点において係着装置を解離して、以
   後、それぞれに単独のシールド掘削機によって掘進する
   ことを特徴とする複式シールド掘削機を使用するトンネ
   ル掘進工法。