JP2951980B2 - シールド掘進機を用いるトンネル連結方法 - 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に関し、もつと詳しくは、１
つのトンネルを２台のシールド掘進機を用いてトンネル
の両端部から掘削し、これらのシールド掘進機を接合す
ることができるようにしたシールド掘進機を用いるトン
ネル連結方法に関する。

従来の技術 典型的な先行技術は、たとえば特開昭63−47499に開
示されている。この先行技術では、接合可能な２つのシ
ールド掘進機の各カツタデイスクの外径は、それよりも
後方にあるスキンプレートの外径よりも小さく構成し、
一方のシールド掘進機のカツタデイスクはスキンプレー
トの前方に突出して配置されており、他方のシールド掘
進機のカツタデイスクはスキンプレートの軸線方向内方
に入り込むことができるように構成されており、これら
の２つのシールド掘進機の接合時に、各シールド掘進機
のスキンプレートが対向した状態で、前記一方シールド
掘進機の突出しているカツタデイスクが、他方シールド
掘進機のスキンプレートの軸線方向内方でその他方シー
ルド掘進機のカツタデイスクが後退して形成された空間
内に、入り込み、この状態で、固化剤を注入して固化
し、その後、カツタデイスクおよびその駆動系統を解体
してトンネルを連結接合する。トンネル掘削時には、カ
ツタデイスクに設けられているコピーカツタまたは外周
カツタが半径方向外方に突出して、スキンプレートの外
径と同一の内径を有するトンネルを掘削することがで
き、前述の接合時には、この外周カツタは半径方向内方
に退避される。

発明が解決しようとする課題 このような先行技術では、カツタデイスクの外径は、
掘削されるトンネルの内径よりも小さく、したがつて半
径方向に、その空隙が存在することによつて、土質の安
定な保持が不可能であり、土砂が崩壊するおそれがあ
る。

また先行技術では、カツタデイスクの外周面とスキン
プレートの内周面との間の隙間に、トンネルの内周面を
掘削した土砂が入り込んで詰まりやすい。そのため掘削
した土砂を、カツタデイスクと、それよりも後方でスキ
ンプレートに固定されている隔壁との間に形成されるカ
ツタチヤンバに取込むことが困難となり、そのカツタチ
ヤンバから隔壁を経て、土砂を排出することが困難とな
る。

本発明の目的は、掘削時における不所望な土砂の崩壊
を防ぎ、また掘削土砂をカツタチヤンバ内に円滑に取込
むことが可能であるシールド掘進機を用いるトンネル連
結方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、先行シールド掘進機１と、後行シールド掘
進機２とを準備し、 先行シールド掘進機１は、 第１スキンプレート34の前方に第１カッタディスク32
を配置してトンネル掘削を行うシールド掘進機であっ
て、第１カッタディスク32の少なくとも外周部を周方向
に分割し、その分割された周方法に相互に隣接する第１
分割部分36,37は、半径方向に延びる第１凹溝64と第１
凹溝64に嵌り込む第１案内突起65との組合せによって、
第１伸縮駆動手段50,61によって半径方向に伸縮変位可
能とし、これによって第１スキンプレート34の外径に対
して第１カッタディスク32の外径をほぼ同一および小さ
くすることができるようにし、 後行シールド掘進機２は、第２スキンプレート34aの
前方に第２のカッタディスク32aを配置してトンネル掘
進を行うシールド掘進機であって、第２カッタディスク
32aの少なくとも外周部を周方向に分割し、その分割さ
れた周方向に相互する隣接する第２分割部分は、半径方
向に延びる第２凹溝と第２凹溝に嵌り込む第２案内突起
との組合せによって、第２伸縮駆動手段50a,60aによっ
て半径方向に伸縮変位可能とし、それによって第２スキ
ンプレート34aの外径に対して第２カッタディスク32aの
外径をほぼ同一および小さくすることができるように
し、第２カッタディスク32aを引込み手段71によって第
２スキンプレート34a内に引込み可能とし、 先行および後行シールド掘進機1,2を、第１および第
２カッタディスク32,32aを対向して接合位置76付近に到
達させ、 後行シールド掘進機２の第２駆動手段50a,61aによっ
て前記第２分割部分を半径方向内方に縮小した状態で、
引込み手段71によって第２カッタディスク32aを後退さ
せ、 先行シールド掘進機１の前記第１分割部分を、半径方
向内方に縮小した状態で、第１カッタディスク32を回転
させながら掘削しつつ、前記第１分割部分を、第２スキ
ンプレート34a内に嵌入するとともに、第１および第２
スキンプレート34,34aは、相互に当接またはごく近接さ
せ、 先行および後行シールド掘進機1,2のカッタチャンバ
4,4aならびに第１および第２カッタディスク32、32a間
に、固化剤を注入して固化させ、 第１および第２スキンプレート34,34aを残して、セグ
メント19,19aの半径方向内方にトンネル壁79を形成する
ことを特徴とするシールド掘進機を用いるトンネル連結
方法である。

作 用 本発明に従えば、先行および後行シールド掘進機1,2
によってトンネルを掘削し、そのトンネルを連結するこ
とができる。先行および後行シールド掘進機1,2では、
第１および第２カッタディスク32,32aの少なくとも外周
部を周方向に分割し、その第１および第２分割部分を半
径方向に伸縮変位可能とし、第１および第２伸縮駆動手
段59,61;50a,61aによって、第１および第２スキンプレ
ート34,34aの外径に対して第１および第２カッタディス
ク32,32aの外径をほぼ同一としてトンネルの掘削を行
い、また外径を小さくして一対のシールド掘進機1,2の
接合を可能にする。したがってトンネル掘削時において
は、第１および第２カッタディスク32,32aの外径を上述
のように第１および第２スキンプレート34,34aと外径と
ほぼ同一することによって、カッタディスク32,32aの外
周面とトンネルの内周面との空隙が生じず、そのため土
砂の崩壊を防ぐことができ、土質の安定な保持が可能に
なる。

しかもこの掘削時においては、上述のように第１およ
び第２カッタディスク32,32aの外径と第１および第２ス
キンプレート34,34aの外径とがほぼ同一であるので、第
１および第２カッタディスク32,32aの外周面と第１およ
び第２スキンプレート34,34aの内周面との間に隙間が生
じることはなく、したがってこの隙間に掘削土砂が詰っ
てしまうという問題が生じない。これによってトンネル
内周面を掘削した土砂などを、第１および第２カッタデ
ィスク32,32aとそれよりも内方の隔壁との間に形成され
たカッタチャンバ4,4a内に円滑に取込むことができ、掘
削土砂の排出が容易に可能になる。

こうして本発明に従い、先行および後行シールド掘進
機1,2によって掘削されたトンネルを、連結することが
できる。

また本発明に従えば、第１図および第６図などから明
らかなように、先行シールド掘進機１の複数の第１分割
部分36,37は、第１凹溝64と第１案内突起65との組合せ
によって半径方向に伸縮可能とし、したがってこれらの
複数の第１分割部分36,37は、第１カッタディスク32の
軸線方向のほぼ同一位置にあり、その軸線方向にずれて
いない。また後行シールド掘進機２の複数の第２分割部
分も同様に、第２凹溝と第２案内突起との組合せによっ
て半径方向に伸縮変位可能であり、これらの複数の第２
分割部分は、第２カッタディスク32aの軸線方向のほぼ
同一位置にあり、その軸線方向にずれていない。したが
って第１および第２カッタディスク32,32aを、前記各軸
線方向に短くして小形化することができ、これによって
これらの第１および第２カッタディスク32,32aが嵌入さ
れる第２スキンプレート34aを、前記軸線方向に短く構
成することができ、構成の小形化を図ることができると
ともに、第１および第２カッタディスク32,32aを近接し
て第１および第２カッタディスク32,32a間への固化剤の
注入量をできるだけ少なくすることができ、注入量の節
減を図ることができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の一方のシールド掘進機１
の縦断面図であり、第２図はそのシールド掘進機１の正
面図である。このシールド掘進機１と、第７図に関連し
て後述する他方のシールド掘進機２とを用いて、トンネ
ルの両端部から掘削を行い、これらの掘進機1,2を、後
述の第８図および第９図で示されるようにして接合し
て、トンネルの形成を行う。

第１図および第２図を参照して、泥水式シールド掘進
機１において、機械室３を仕切つて前方にカツタチヤン
バ４を形成させるバルクヘツドとよばれる隔壁５が形成
され、それを貫通して送泥管６と排泥管７とがカツタチ
ヤンバ４内に突入して開口されている。切羽８を掘削す
るカツタビツト31を装着して回転するカツタデイスク32
は、シールド本体33の前方にあり、環状の軸受台９はス
キンプレート34に固定されており、この軸受台９には回
転支持体10がピニオンおよび旋回ベアリングを介して支
承され、油圧モータなどの駆動源13によつて回転駆動さ
れる。

軸受台９の後方には、周上に複数個のシールドジヤツ
キ17が設置され、テールプレート18の内部に構築された
円環状のゼグメント19によつて掘進反力を受けさせるこ
とができる。機械室３の後方には、セグメント19を組立
てるためのエレクタ装置20が設けられ、シールド本体33
が前進した後、停止しているときに、円弧状のセグメン
ト19を順次、環状に組合げる。

カツタデイスク32は、周方向に複数設けられる第１カ
ツタスポーク36と、この第１カツタスポーク36の相互間
に設けられる複数の第２カツタスポーク37と、これらの
第１および第２カツタスポーク36,37が連結される中心
部38とを有し、中心部38は、回転支持体10によつて回転
自在に支持される。

第３図は第１カツタスポーク36を示し、これは第１図
の切断面線III−IIIから見た断面図である。この第１カ
ツタスポーク36は、中心部38に基端部が固定されてその
カツタデイスク32の半径方向に延びる外筒42と、この外
筒42が嵌り込む内筒41とを有する。

第４図は、第３図の切断面線IV−IVから見た断面図で
ある。外側42は、前方（第１図の右方、第４図の上方）
に設けられる前端板43と、後方に配置される後端板44
と、それらを連結する両側板45,46とを含み、前端板43
は大略的に扇形に形成されており、その両側部には前方
に突出したカツタビツト31が固定される。前後の端板4
3,44間に亘つて半径方向外周部には外輪の一部を構成す
る外周壁48が設けられる。この外筒42内には支持板49が
固定される。複動油圧シリンダ50のシリンダ端部はクレ
ビスピン51によつて中心部38に連結され、ピストン棒は
ピン52によつて支持板49に連結される。このピン51,52
の軸線は、本件シールド本体33の軸線に平行である。油
圧シリンダ50を伸縮することによつて、外筒42をカツタ
デイスク32の半径方向に伸縮変位することができる。

外筒42内には、コピーカツタ53が設けられ、このカツ
タ53は複動油圧シリンダ54のシリンダ端部に固定されて
おり、そのピストン棒55はピン56によつて支持板49に連
結される。これによつてカツタ53は、（ａ）第３図の実
線で示されるように、掘進時に、カツタデイスク32の外
周壁48の外周面を含む仮想円筒面内にカツタ先端が位置
し、また（ｂ）仮想線57で示すように前記仮想円筒面よ
りも外方に突出して、シールド本体33の屈曲したトンネ
ルの掘進時にトンネル軸線の半径方向を掘削する働きを
する。

第２カツタスポーク37は、基本的には、中心部38に基
端部が固定されカツタデイスク32の半径方向に延びる外
筒58と、この外筒58内に嵌り込んで半径方向に変位方向
に変位可能な内筒59と、内筒59の半径方向外方端に固定
されて外輪の一部を構成する外周壁60とを有する。内筒
59の基端部には、復動油圧シリンダ61のピストン棒がピ
ン62によつてピン結合され、そのシリンダ61の端部はピ
ン63によつて中心部38に連結される。前述の第１カツタ
スポーク36に設けられているシリンダ50と、第２カツタ
スポーク37に設けられているシリンダ61とは連動し、外
周壁48,60は、それらの外周面がカツタデイスク32の軸
線を有する一仮想円筒面内にあるように、連動する。

第５図は第２図の矢符Ｖから見た平面図であり、第６
図はその付近の斜視図である。外周壁60の周方向の端部
には半径方向に延びる凹溝64が形成されている。この凹
溝64には、案内突起65が嵌り込む。案内突起65は、取付
部材66を介して外周壁48に固定される。このように第２
カッタスポーク37の外周壁60と、その外周壁60に周方向
に相互に隣接する第１のカッタスポーク37の取付部材66
とは、凹溝64と案内突起65との組合せによって半径方向
に相互に変位可能であり、したがってカッタディスク32
の軸線方向のほぼ同一位置にある。このことはシールド
掘進機２に関しても同様である。

トンネル掘削時にはシリンダ50,61を伸長して第２図
（１）で示す状態で、外周壁48,60の外径を、スキンプ
レート34の外径に対してほぼ同一の状態とする。カツタ
53は、シリンダ54によつて、第３図の実線で示されるよ
うに、外周壁48,60を含む一仮想円付面内に先端が位置
する。したがつて切羽８は前述のようにカツタ31によつ
て掘削され、またトンネル内周面はコピーカツタ53によ
つて掘削される。掘削された土砂は、第１および第２カ
ツタスポーク36,37間の開口68を経て、カツタデイスク3
2と隔壁５との間のカツタチャンバ４内に、円滑に入り
込む。このカツタチヤンバ４内の土砂は排泥管７から排
出される。また上述のように第１および第２カツタスポ
ーク36,37の外周壁48,60の外径は、スキンプレート34の
外径にほぼ等しいので、このような外周壁48,60の外周
面とスキンプレート34の内周面との間に、前述の先行技
術に関連して述べたように土砂が詰つてしまうという問
題は、本発明では、生じない。シリンダ50,61を縮小し
た状態は第２図（２）に示されているとおりであり、こ
の状態で、もう１つのシールド掘進機２との接合が行わ
れる。

第７図は、シールド掘進機２の断面図である。このシ
ールド掘進機２は前述のシールド掘進機１に対応してお
り、対応する部分には同一の参照符で、またはその参照
符の数字に添え字ａを付して示す。このシールド掘進機
２では、回転支持体10aと、それに固定されているカツ
タデイスク32aと、駆動源13などとが一体的に、シール
ド本体33a内へ後退することができるように構成されて
いる。軸受台9aは、スキンプレート34aに対して軸線方
向に摺動可能とされ、この軸受台9aに固定されている隔
壁5aとともに、後退する。カツタデイスク32aは、シー
ルド掘進機１のカツタデイスク32と同様な構成を有し、
シリンダ50a,61aを縮小して、第２図（２）に対応する
状態とし、この状態で、カツタデイスク32aなどを、後
退する。スキンプレート34は、軸受台9aと一体化されて
おらず、したがつてそのスキンプレート34aの剛性の向
上を図るために、その後部よりも厚肉とされる。

軸受台9aを後退させるために複動油圧シリンダである
引込みジヤツキ71が設けられる。この引込みジヤツキ71
のピストン棒はシールド本体33aのブラケツト72に連結
され、その引込みジヤツキ71のシリンダはシールド本体
33aに固定されている補強リング73に、軸線方向に変位
可能に支持される。掘進時には、引込みジヤツキ71は伸
長状態に保たれ、推進反力を受けるジヤツキ17aと軸受
台9aとの間には、取外し可能にスペーサ74が介在され
る。このスペーサ74の軸線方向の長さは、カツタデイス
ク32aの後退可能な距離にほぼ等しい値である。その他
の構成は、シールド掘進機１と同様である。

第８図を参照して、トンネル掘進およびシールド掘進
機1,2の接合によるトンネルの連結動作を説明する。ま
ず第８図（ａ）に示されるように、２つのシールド掘進
機1,2が、トンネルの接合位置76に向けて対向するよう
に屈伸する。

次に第８図（ｂ）のように、先行するシールド掘進機
１を、先に、その接合位置76に到達させ、その位置で停
止状態にしておく。

次に後行シールド掘進機２を接合位置76に到達させ、
その位置でシリンダ50a,61aを縮小して第１および第２
カツタスポーク36a,37aを半径方向内方に縮小してお
き、これによつてカツタデイスク32aがスキンプレート3
4a内に後退させる準備をする。

そこで軸受台9aとシールドジヤツキ17aとの間に介在
されているスペーサ74を、取外す。そこで引込みジヤツ
キ71を縮小作動させ、カツタデイスク32aを第７図の右
方に後退させる。

この状態で、もう１つの先行シールド掘進機１を、停
止している後行シールド掘進機２に近付けて第８図
（ｃ）の状態とする。この第８図（ｃ）において、シー
ルド掘進機１の第１および第２カツタスポーク36,37は
シリンダ50,61によつて第２図（２）で示されるように
縮小した状態で、カツタデイスク32を回転させながら掘
削しつつ、シールド掘進機２のスキンプレート34a内に
嵌入させる。この嵌入状態では、第９図に明らかに示さ
れるようにスキンプレート34,34aは相互に当接してお
り、あるいはまたごく近接している。

そこで第８図（ｄ）に示すように、両シールド掘進機
1,2のカツタチヤンバ4,4aおよびカツタデイスク32,32a
間に、固化剤を注入する。この固化剤は隔壁5,5aを貫通
して設けられる注入管77,77aから圧送される。固化剤
は、たとえばモルタルなどを含む。

固化剤か固化した後、第８図（ｅ）のようにシールド
掘進機1,2内の各種の装置や部材を解体して、シールド
本体34,34aから取除かれる。固化した固化剤は参照符78
で示されている。

そこで第８図（ｆ）のように、スキンプレート34、34
aあるいはカツタデイスク外輪48,48a,60,60aなどを残し
て、セグメント19,19aの半径方向内方に、トンネル壁と
してのコンクリート79が打設され、トンネルの接合が行
われる。スキンプレート34,34aの対向する端部付近から
外方に漏れ出た固化剤またはコンクリートは、参照符80
で示すように、これらのスキンプレート34,34aの隙間を
閉塞して、止水効果を向上する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、第１および第２カッタ
ディスク32,32aの少なくとも外周部を周方向に分解して
半径方向に第１および第２伸縮駆動手段50,61;50a,61a
によって、伸縮変位駆動するようにし、これによって第
１および第２スキンプレート34,34aの外径と第１および
第２カッタディスク32,32aの外径をほぼ同一としてトン
ネルの掘削を行う。したがって第１および第２カッタデ
ィスク32,32aの外径と掘削されたトンネルの内径とは等
しく、これによって土砂が崩壊することはなく、土質の
安定な保持が可能になる。また第１および第２カッタデ
ィスク32,32aの外周面と第１および第２スキンプレート
34,34aの内周面との間の隙間は存在せず、これによって
その隙間に掘削土砂が詰ってしまうという前述の先行技
術の問題は、本発明では解消される。

第１および第２スキンプレート34,34aの外径に対して
第１および第２カッタディスク32,32aの外径を小さくす
ることによって、一対のシールド掘進機1,2の第１およ
び第２スキンプレート34,34aを対向した状態でそれらの
第１および第２スキンプレート34,34a内に、第１および
第２カッタディスク32,32aを嵌め込んで、接合してトン
ネルを連結することができる。

さらに本発明では、固化剤を、カッタチャンバ4,4aな
らびに第１および第２カッタディスク32,32a間を注入し
て固化することによって、掘削したトンネル内から先行
および後行シールド掘進機1,2を解体することが容易で
あり、また安全性が確保され、この解体後の第１および
第２スキンプレート34,34aを残したままで、先行および
後行シールド掘進機1,2の残余の構成要素の大部分を、
トンネル内から取除き、また固化した固化剤の大部分を
トンネル内から取除く。こうしてトンネル内から先行お
よび後行シールド掘進機1,2を取出すことが容易に可能
になる。その後、トンネル壁79を形成して、連結された
トンネルを形成することができる。

さらに本発明によれば、先行シールド掘進機１の複数
の第１分割部分36,37は第１凹溝64と第１案内突起65と
の組合せによって伸縮変位可能とされ、したがって複数
の第１分割部分は、第１カッタディスク32の軸線方向の
ほぼ同一位置にあり、このことはまた後行シールド掘進
機２に関しても同様であり、これによって第１および第
２分割部分が嵌入される第２スキンプレート34aを、そ
の軸線方向に短く構成し、構成を小形化することがで
き、しかも第１および第２カッタディスク32,32aを近接
して第１および第２カッタディスク32,32a間に注入され
る固化剤の使用量を減少して節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の一方のシールド掘進機１の
断面図、第２図はシールド掘進機１の正面図、第３図は
カツタデイスク32を構成する第１カツタスポーク36付近
の断面図、第４図は第３図の切断面線IV−IVから見た簡
略化した断面図、第５図は第１図の矢符Ｖから見た断面
図、第６図は第１カツタスポーク36に固定されている取
付部材66と第２カツタスポーク37との取付構造を示す斜
視図、第７図は本発明の一実施例のもう１つのシールド
掘進機２の断面図、第８図はシールド掘進機1,2を用い
てトンネルを掘削して連結して接合する動作を説明する
ための断面図、第９図はシールド掘進機1,2を接合した
状態を示す簡略化した断面図である。 1,2……シールド掘進機、４……カツタチヤンバ、５…
…隔壁、31……カツタビツト、32,32a……カツタデイス
ク、36,36a……第１カツタスポーク、37,37a……第２カ
ツタスポーク、50,50a,61,61a……複動油圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−80787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−308194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−47499（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−31194（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先行シールド掘進機１と、後行シールド掘
   進機２とを準備し、 先行シールド掘進機１は、 第１スキンプレート34の前方に第１カッタディスク32を
   配置してトンネル掘削を行うシールド掘進機であって、
   第１カッタディスク32の少なくとも外周部を周方向に分
   割し、その分割された周方向に相互に隣接する第１分割
   部分36,37は、半径方向に延びる第１凹溝64と第１凹溝6
   4に嵌り込む第１案内突起65との組合せによって、第１
   伸縮駆動手段50,61によって半径方向に伸縮変位可能と
   し、これによって第１スキンプレート34の外径に対して
   第１カッタディスク32の径をほぼ同一および小さくする
   ことができるようにし、 後行シールド掘進機２は、第２スキンプレート34aの前
   方に第２カッタディスク32aを配置してトンネル掘進を
   行うシールド掘進機であって、第２カッタディスク32a
   の少なくとも外周部を周方向に分割し、その分割された
   周方向に相互隣接する第２分割部分は、半径方向に延び
   る第２凹溝と第２凹溝に嵌り込む第２案内突起との組合
   せによって、第２伸縮駆動手段50a,61aによって半径方
   向に伸縮変位可能とし、これによって第２スキンプレー
   ト34aの外径に対して第２カッタディスク32aの外径をほ
   ぼ同一および小さくすることができるようにし、第２カ
   ッタディスク32aを引込み手段71によって第２スキンプ
   レート34a内に引込み可能とし、 先行および後行シールド掘進機1,2を、第１および第２
   カッタディスク32,32aを対向して接合位置76付近に到達
   させ、 後行シールド掘進機２の第２駆動手段50a,61aによって
   前記第２分割部分を半径方向内方に縮小した状態で、引
   込み手段71によって第２カッタディスク32aを後退さ
   せ、 先行シールド掘進機１の前記第１分割部分を、半径方向
   内方に縮小した状態で、第１カッタディスク32を回転さ
   せながら掘削しつつ、前記第１分割部分を、第２スキン
   プレート34a内に嵌入するとともに、第１および第２ス
   キンプレート34,34aは、相互に当接またはごく近接さ
   せ、 先行および後行シールド掘進機1,2のカッタチャンバ4,4
   aならびに第１および第２カッタディスク32,32a間に、
   固化剤を注入して固化させ、 第１および第２スキンプレート34,34aを残して、セグメ
   ント19,19aの半径方向内方にトンネル壁79を形成するこ
   とを特徴とするシールド掘進機を用いるトンネル連結方
   法。