JP2965923B2 - シールド掘進機およびシールド工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、比較的大径のシ
ールド機の内側からその側壁の一部を貫通して側方へ小
径のシールド機が掘進し得るように構成された、いわゆ
る分岐式のシールド掘進機、およびそれを使用してトン
ネルを掘削するシールド工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地中にトンネルを掘削する場合、所定の
距離だけ掘り進んだ後にそれまでとは直角の（またはそ
れに近い）方向に掘進経路を転換する目的で、いわゆる
分岐式のシールド掘進機が使用されることがある。分岐
式のシールド掘進機は、比較的大径のシールド機（以下
「大径機」という）の内側からその側方へ、小径のシー
ルド機（以下「小径機」という）を分岐させて進め得る
ように構成されたものである。大径機にも小径機にも、
地山を削るカッターやその駆動手段、および推進力をも
たらすためのシールドジャッキなどが掘進の際にはそれ
ぞれ装備される。このようなシールド掘進機を使用する
と、たとえば、大径機によって横向き（水平または水平
に近い方向）にトンネルを掘削したうえ、ある地点から
は小径機により、たとえばそれまでと直角な横向きにト
ンネル掘ることが可能になる。

【０００３】大径機が所定距離を掘削したのちにその側
方へ小径機が進むためには、前者の側壁を貫通して後者
が進み出るのが好ましい。それを可能とするために、大
径機の側壁の一部には、小径機のカッターによって掘削
することのできる部材が設けられる。大径機の側壁全体
を鉄板等で構成すると小径機がそれを掘削・貫通するこ
とができないため、鉄板を設けるのと同程度の強度をも
たらしながらも小径機によって掘削され得る特殊な部材
を、大径機の側壁の一部に設けるのである。そのような
掘削可能な高強度の部分は、ＮＯＭＳＴ部材などと呼ば
れる新素材（コンクリートを主体とする複合材）によっ
て形成されることが多い。ただし、大径機の側壁には掘
削域の深度に応じて相当の土圧・水圧が作用するため、
耐圧壁としてのかなり厚めの壁がその掘削可能部材に形
成される。なお、同様の部材を大径機の側壁に設けてい
る分岐式のシールド掘進機は、特開平７−２６８８０号
公報（以下「文献１」という）や特開平８−２１８７６
９号公報（以下「文献２」という）に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の文献１および文
献２に記載されているものを含め、従来の分岐式シール
ド掘進機には以下の点で改善の余地があった。すなわ
ち、イ ) 大径機および小径機がそれぞれ一体の胴体のみから
なるものであるため、急なカーブをもつ（いわゆる急曲
進ルートの）トンネルを掘削するうえで不利である。胴
体が各一体であることは、たとえば文献１における図１
や文献２の図１・図１３などに記載されている。各胴体
は剛体であってカーブに沿って曲がることができないた
め、胴体が長いと、掘削可能なカーブの曲率半径がそれ
だけ大きくなってしまうのである。

【０００５】ロ) 上記イ)の観点から大径機の胴体を短く
すべく、その推進手段であるシールドジャッキを胴体の
前寄りに配置すれば、上記の掘削可能部材の内部に同ジ
ャッキの配置のための穴をあける必要が生じ、当該掘削
可能部材の強度が低下してしまう。当該部材にシールド
ジャッキの配置穴が設けられる点は、文献２における図
２などに記載されている。かかる強度低下を補うために
は、その部材に補強材を追加したり厚さを増したりする
必要があり、重量やコストが相当に増大してしまう。ま
た、文献２における図５や段落番号００３１に記載され
ているように、当該配置穴の長さ（上記掘削可能部材の
長さに等しいため、同部材を貫通する小径機の直径以上
の寸法をもつ）を越えるだけの、極めて長尺のジャッキ
をその部分に使用しなければならないという不都合もあ
る。なお、上記イ)のように胴体が一体である大径機にお
いて、文献１における図１のように掘削可能部材よりも
後方にシールドジャッキを配置すれば、大径機の胴体が
長くなって急曲進ルートをますます掘削し難くなる。

【０００６】ハ) 小径機によって大径機の側方への掘削
を始める際、大径機内のスクリューコンベヤ等を取り外
す前に大径機のカッターチャンバー内などで土砂を固化
させる必要があり、そのための薬液の注入等にかなりの
手間とコストがかかる。大径機の内側で小径機の発進準
備（組立など）をするには、大径機に設けられていたス
クリューコンベヤ等を取り外す必要があるが、従来は同
コンベヤがカッターチャンバーの排土口に直結されてい
たため、その取外しによって大径機内に土砂が入るのを
防ぐには、カッターチャンバー付近の土砂を事前に固化
させねばならないのである。薬液を注入してその付近の
土砂を固化させることは、文献２における段落番号００
３２の部分などに記載されている。

【０００７】ニ) そのほか、小径機には、排土手段とし
て圧送ポンプ（ロータリーポンプ）が装備されるため、
小径機での排土性能が劣るという不利がある。圧送ポン
プを排土手段とすることは、文献２の段落番号００４１
および図１３に示されているが、排土性能が劣るにもか
かわらずそれを採用するのは、大径機の内部から小径機
が掘削を開始することに関連するスペース上の理由によ
る。

【０００８】本発明の目的は、急曲進ルートの掘削に好
適であるとともに掘削可能部材に対する補強が少なくて
すむなど、上記した課題の解決等に有利なシールド掘進
機、およびそれを用いるシールド工法を提供せんとする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１のシールド掘進
機は、つぎのように構成したものである。すなわち、 a)大径機（大径のシールド機）の内側から、その側壁の
一部に形成された掘削可能部材を貫通して小径機（小径
のシールド機）が側方（上下左右を含む）へ掘進し得る
形式のシールド掘進機であって、b)屈曲可能に接続され
た前胴および後胴によって大径機の側壁を構成し、c)そ
の大径機について、上記の掘削可能部材を前胴のうちに
設け、屈曲のための中折れジャッキをその掘削可能部材
よりも内側（前胴の軸心寄りの位置）に配置して同ジャ
ッキにより前胴・後胴間を連結し、推進のためのシール
ドジャッキを後胴に取り付けている。

【００１０】請求項１に記載のこのシールド掘進機は、
まず上記のa)により、大径機にて所定の距離を掘削した
のちに、それまでと直角（またはほぼ直角）な向きに小
径機にて掘削を進めることができる。つまり、たとえば
横向き（水平または水平に近い方向）に掘削したトンネ
ルについて所定の地点からそれまでと直角な横向きに掘
削を進めたり、下向きに立坑を掘削したのち横向きにト
ンネルを掘削したり、あるいは、横向きのトンネルを掘
削したのち上向きに立坑を掘削したりすることが可能で
ある。

【００１１】従来の分岐式のシールド掘進機とは違って
上記b)のように前胴および後胴を含めて大径機の側壁を
構成するため、この掘進機は、いわゆる急曲進ルートの
掘削を有利に進めることができる。大径機の側壁を前胴
と後胴とで構成したうえ両者間を屈曲させれば、トンネ
ルのカーブに全長を沿わせやすくなるので、曲率半径が
かなり小さい急曲進のトンネルを掘削することも可能な
のである。

【００１２】また、このシールド掘進機は上記c)の構成
を有するため、大径機に形成された掘削可能部材のうち
にシールドジャッキの配置穴などを設ける必要がない。
大径機のうち前胴の部分に同部材を設け、シールドジャ
ッキは、前胴ではなく後胴に取り付けているからであ
る。前胴・後胴間を屈曲させる中折れジャッキについて
も、同部材から離してその内側に配置するため、同部材
に配置穴等を形成する必要はない。シールドジャッキの
場合、側壁のすぐ内側に構築されるセグメントの端面を
押す必要があるため側壁に沿って配置されねばならない
が、中折れジャッキについてはそのような必要性がない
ため、大径機の側壁や掘削可能部材から内側に離れた位
置に配置しても差し支えないのである。掘削可能部材の
うちに穴などを設ける必要がなくなると、特別な補強を
しなくとも同部材の強度が安定的に確保される。また、
シールドジャッキや中折れジャッキを同部材の内部に通
して配置するのでない以上、同部材の寸法に合わせてそ
れらジャッキを長尺にする必要も生じない。

【００１３】なお、シールドジャッキを後胴の位置に設
けることにより、前胴にある掘削可能部材のうちにそれ
を配置した場合（前記ロ)）と比べて大径機の全長は長く
ならざるを得ないが、大径機が上記b)のとおり屈曲可能
な構成を有するため、全長が増しても急曲進ルートへの
対応が不利になることはない。シールドジャッキを後胴
に設けると、前胴・後胴間が屈曲（中折れ）した場合を
含めてセグメントの端面をほぼ直角に押すことができ、
セグメントを破損する恐れが少ないという点でも、前胴
に設けた場合より有利である。

【００１４】請求項２のシールド掘進機は、さらに、d)
上記した大径機に排土手段としてスクリューコンベヤを
設けるものとし、前部のカッターチャンバーに臨む排土
口からそのスクリューコンベヤを分離可能に取り付ける
接続部分までの間に開閉ゲートを設けたことをも特徴と
する。

【００１５】かかる請求項２のシールド掘進機は、請求
項３に記載のシールド工法、すなわち、大径機による
掘削を停止して上記の開閉ゲートを閉じたうえ、上記
の接続部分にてスクリューコンベヤを分離し、その
後、小径機により大径機の上記掘削可能部材を貫通させ
て側方への掘進を開始する、というシールド工法をとる
ことができる。

【００１６】請求項２に記載のシールド掘進機によって
請求項３のシールド工法を実現すれば、小径機の発進準
備のために大径機からスクリューコンベヤを取り外す
際、開閉ゲートにてカッターチャンバーからの排土口を
塞ぐことができるので、薬液等の注入を行うことなく大
径機内への土砂の流入を防止することが可能になる。開
閉ゲートにてカッターチャンバーの排土口を閉じること
は、カッターチャンバーの付近に薬液を注入して土砂を
固化させるのに比べ、極めてコストが低く手間もかから
ない。

【００１７】請求項４のシールド掘進機は、e)上記した
小径機に、排土手段としてロータリーポンプおよびスク
リューコンベヤを選択的に取り付けることのできる接続
部を設け、f)前部のカッターチャンバーに臨む排土口か
らその接続部までの間に開閉ゲートを設けたことをも特
徴とする。

【００１８】かかるシールド掘進機は、請求項５のシー
ルド工法、すなわち、大径機の上記掘削可能部材を貫
通して小径機が側方への掘進を開始する際には、上記の
接続部にロータリーポンプを取り付け、小径機が前進
した時点で、そのロータリーポンプに代えてスクリュー
コンベヤを当該接続部に取り付ける−といったシール
ド工法をとることができる。

【００１９】請求項４のシールド掘進機によって請求項
５のシールド工法を行えば、小径機が内部に有するスペ
ースの範囲内で、掘削土質に対し最適の排土手段が小径
機に装備されることになる。すなわち、まず、小径機が
側方への掘進を開始してまだ十分には大径機から離れて
いない間は、小径機の内部に広いスペースが確保されな
いため、排土性能はすぐれないもののコンパクトである
という特徴のあるロータリーポンプを小径機の排土手段
とする。そして小径機が相当の距離を前進し、小径機内
から大径機の内部にかけて十分に大きなスペースができ
た時点で、上記のロータリーポンプを、排土性能の高い
スクリューコンベヤに置き換えるのである。その置き換
えの際、上記f)の開閉ゲートを閉鎖すれば、カッターチ
ャンバーから小径機内に土砂が入るのを防ぐことができ
る。

【００２０】請求項６のシールド掘進機は、さらに、g)
屈曲可能に接続された前胴および後胴によって小径機の
側壁を構成したことをも特徴とする。小径機の側壁をこ
のように構成しておれば、大径機から離れて小径機がト
ンネルを掘削する際にも、その側壁である前胴および後
胴をカーブに沿わせやすいため、小径機によっても急曲
進ルートの掘削を有利に進めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜図６に基づき、発明の実施
について一形態を紹介する。図１(ａ)〜(ｃ)は、大径機
（大径のシールド機）２を中心としてシールド掘進機１
の概要を示す縦断面図（図１(ａ)・(ｂ)）および横断面
図（同(ｃ)）であり、図２(ａ)〜(ｄ)は、図１等に示す
各部の詳細図である。また図３は、いわゆる中折れ状態
にある大径機２の縦断面図（図１(ａ)とは直角な方向か
ら見たもの）、図４は、掘進中の小径機（小径のシール
ド機）３を示す縦断面図である。そして図５(ａ)〜(ｅ)
および図６(ｆ)〜(ｋ)は、大径機２から小径機３を分岐
させて掘進させるための手順を示す説明図である。

【００２２】図１に示すシールド掘進機１は、水平また
は水平に近い横向きにトンネルを掘削したうえ、ある地
点からはそれまでと直角な横向きにトンネルを掘るよう
構成したものである。その地点に達するまでは図１(ａ)
のように大径機２の状態で掘削を進めるが、当該地点に
達するとその運転を止めて内側で小径機３（図４）を組
み立て、その小径機３に、大径機２の側壁の一部を貫通
させて側方へトンネルを掘り進めさせる。

【００２３】大径機２の概ねの構造はつぎのとおりであ
る。図１(ａ)・(ｃ)に示すように、大径機２の外側には
円筒状の側壁を設け、その最前部に回転式のカッターデ
ィスク１１を配置している。カッターディスク１１の後
方にはバルクヘッド１２を設けることにより、その前面
に、掘削した土砂等を取り込むカッターチャンバー１２
ａを形成している。そして、バルクヘッド１２や円筒状
の側壁の内側の部分には、カッターディスク１１の駆動
手段１３や、排土手段であるスクリューコンベヤ１６、
推進手段であるシールドジャッキ２１などを配置してい
る。以下、大径機２の各部分について構造と機能を説明
する。

【００２４】まず、大径機２の側壁は、前胴１０と後胴
２０とを屈曲可能に接続することにより構成している。
つまり、図１(ａ)のように側壁を前胴１０と後胴２０と
に分け、前胴１０の後端部１０ａと後胴２０の前端部２
０ａとを球面（屈曲中心を中心とする球面）同士を接触
させた状態で接続している。両球面の間にシール部材を
付けてもいるので、前胴１０と後胴２０との接続部間に
は屈曲時にも隙間が生じず、水や土砂の通過が防止され
る。そして屈曲を起こさせる手段としては、前胴１０の
内側に設けたブラケット１０ｂと後胴２０の内側のブラ
ケット２０ｂとの間に中折れジャッキ１５を複数配置し
ている。中折れジャッキ１５のいくつかを伸ばして残り
を縮めることにより前胴１０と後胴２０との間を図３の
ように屈曲させると（図３の場合は図示上方の側の中折
れジャッキ１５を伸長させている）、急なカーブをもつ
トンネルを掘削することも容易になる。なお、図３にお
ける符号１１ａはコピーカッターであり、カーブを掘削
するときトンネルの側方を多めに削って急カーブの掘削
を円滑にする。

【００２５】後胴２０の内側には、図１(ａ)・(ｃ)のよ
うに複数（合計１６本）のシールドジャッキ２１と一組
のセグメントエレクター２２を設けている。エレクター
２２は、掘削したトンネルの内周に支保としてセグメン
トＡの壁を構築する手段であり、シールドジャッキ２１
は、構築したその壁の前端面を後方へ押すことにより前
方への推進力を大径機２にもたらす手段である。シール
ドジャッキ２１は、セグメントＡの前端面に押し当てる
スプレッダ２１ａを後ろ向きの伸縮端に備え、後胴２０
の内側に設けたブラケット（リングガータ）２０ｂ上に
本体部分を固定している。

【００２６】一方の前胴１０においては、側壁の一部
（大径機２の掘進方向に対して左側となる部分）に、図
１(ｂ)または図３に示す掘削可能部材１９を設けてい
る。掘削可能部材１９は、ＮＯＭＳＴ部材と一般に称さ
れる複合材であり、石灰石を骨材とする圧縮強度８００
ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の高強度コンクリートのうちに、や
はり高強度の炭素繊維を補強材として含んでいる。図の
ように適当な厚みをもたせたことによって前胴１０にお
ける他の鋼板製の側壁部分に劣らない強度を発揮する
が、鋼板とは違ってこの部材１９は、小径機３のカッタ
ーディスク３１（図４）の切削作用によって掘削され得
るものである。上記のとおり大径機２が所定の地点まで
トンネルを掘削したのち、小径機３が、この部材１９を
内側から掘削し貫通することによって側方への掘削を開
始する。

【００２７】前胴１０に設けたこの掘削可能部材１９と
中折れジャッキ１５、および後胴２０に設けたシールド
ジャッキ２１との位置関係については、図３のように、
前胴１０内にある掘削可能部材１９の内側（軸心寄り）
に中折れジャッキ１５を配置し、掘削可能部材１９より
も後方の位置にシールドジャッキ２１を設けている。後
胴２０の側壁に極めて近い内側の位置で構築されるセグ
メントＡの端面を押すため、シールドジャッキ２１は側
壁に近い位置に配置されねばならないが、上記のように
掘削可能部材１９よりも後方にシールドジャッキ２１を
配置すると、同部材１９との間で接触を避けるための特
別な工夫は不要である。中折れジャッキ１５は、同部材
１９よりも内側に配置してそれとの接触を避けたが、と
くに側壁の近傍に配置されねばならない理由はないた
め、必要な機能をその位置において円滑に果たすことが
できる。

【００２８】前胴１０の内側には、以上のほか、図１
(ａ)に示す駆動手段１３やスクリューコンベヤ１６、小
径機３用の組立架台１８などをも配置している。

【００２９】駆動手段１３は、油圧モータ１３ａの駆動
力によってカッターディスク１１を回転させるものであ
る。図２(ｄ)に示すとおり、モータ１３ａは、前胴１０
の内側に取り付けた円筒板１４の内部に固定しており、
その出力軸に設けたピニオン１３ｂと旋回ベアリング１
３ｃ、および、カッターディスク１１の後部に一体化し
たフレーム１３ｄ・１３ｅを介してカッターディスク１
１を回転させる。フレーム１３ｅの一部にはバルクヘッ
ド１２の外方に続く仕切り板１３ｆを付属させている。
また、バルクヘッド１２および前胴１０の側壁（これら
は回転しないため、回転するフレーム１３ｅとの間に相
対回転がある）とフレーム１３ｅとの間を密封するよう
にシール部材１３ｇを取り付けている。なお、油圧モー
タ１３ａとピニオン１３ｂ・旋回ベアリング１３ｃ・フ
レーム１３ｄなどは、のちに円筒板１４とともに小径機
３においてそのまま使用する。その際の小径機３への組
み込みが容易であるように、円筒板１４は接合面１４ａ
によって大径機２と分離可能に接続しており、またフレ
ーム１３ｄは接合面１３ｇにてフレーム１３ｅと分離可
能に接続し、かつ、独立したシール部材１３ｉをフレー
ム１３ｄの内外周に付設している。

【００３０】図１(ａ)に示すスクリューコンベヤ１６は
大径機２の排土手段であり、カッターディスク１１で掘
削されることによってカッターチャンバー１２ａ内に溜
まる土砂を搬出するものである。ただし、バルクヘッド
１２の排土口に直接このコンベヤ１６を接続するのでは
なく、当該排土口にはまず、開閉ゲート１７ａを有する
短管１７を接続し、その短管１７の後部に設けたフラン
ジにスクリューコンベヤ１６を接続している。土砂を搬
送しやすくするため、図２(ａ)のようにコンベヤ１６の
内部のオーガ（スクリュー）１６ａはカッターチャンバ
ー１２ａ内にまで突出しているが、ゲート１７ａを閉じ
ることができるよう、オーガ１６ａは後方へ退避できる
ように組み込んでいる。すなわち、スクリューコンベヤ
１６のケーシングを前部１６ｂと後部１６ｃとに分けた
うえ、図２(ｂ)のように両者間にシール部材１６ｅをは
さみ、後部１６ｃを後退させ得る油圧シリンダ１６ｄに
よって前部１６ｂ・後部１６ｃ間を連結している。ゲー
ト１７ａを閉じるときには、このシリンダ１６ｄを伸ば
すことにより図２(ｃ)のようにケーシングの後部１６ｃ
とともにオーガ１６ａを後退させておくのである。

【００３１】大径機２の前胴１０のうち鉛直下方となる
位置には、図１(ａ)のように、小径機３を組み立てるた
めの架台１８を取り付けている。前記したように小径機
３において使用する駆動手段１３の一部や円筒板１４を
この架台１８上で移動または旋回させ、さらに他の必要
な部品をもこの架台１８上で組み付けることにより小径
機３を構成するのである。架台１８の上面と円筒板１４
の下部との間には、上記の移動・旋回を円滑にするため
の摺動板１８ａを敷いている。

【００３２】さて、大径機２の内側から出てその側方へ
掘削を進める小径機３は、最終的には図４のように構成
する。すなわち、大径機２で使用した円筒板１４をその
まま側壁として使用し、その前方位置にカッターディス
ク３１を設けるとともにバルクヘッド３２を取り付けて
カッターチャンバー３２ａを形成し、その一方、円筒板
１４の後方には、前胴３０を一体化したうえその前胴３
０に対して屈曲可能に後胴４０を接続する。前胴３０の
後端部３０ａと後胴４０の前端部４０ａとは球面同士を
接触させて摺動自在に接続するほか、その接続部分に
は、泥水等の進入を防ぐシール部材を装着する。そし
て、バルクヘッド３２の後方であり前胴３０および後胴
４０の内側となる部分には、大径機２において使用した
上記の駆動手段１３のほか、前胴３０・後胴４０を連結
して両者間を屈曲させる中折れジャッキ３５、カッター
チャンバー３２ａからの排土手段であるスクリューコン
ベヤ３６、推進手段であるシールドジャッキ４１、およ
びセグメントエレクター４２などを配置する。駆動手段
１３のうちには、図２(ｄ)に示したように油圧モータ１
３ａやピニオン１３ｂ・旋回ベアリング１３ｃ・フレー
ム１３ｄ・シール部材１３ｉが含まれており、これらが
円筒板１４の内側に取り付けてある。スクリューコンベ
ヤ３６は、開閉ゲート３７ａつきの短管３７を介してバ
ルクヘッド３２の排土口に接続する。シールドジャッキ
４１は後胴４０の内側に固定したが、小径機３の側壁に
は大径機２における掘削可能部材１９は存在しないた
め、シールドジャッキ４１の一部は前胴３０の側に大き
く迫り出させ、後胴４０の短縮をはかっている。なお、
前胴３０には円筒板１４を一体化させて側壁の前半部分
としたが、後胴４０においても、前部４０ｆと後部４０
ｒとを溶接で一体化することにより側壁の後半部分とし
ている。図示した最終的な状態では、小径機３は大径機
２と同様、エレクター４２によって構築するセグメント
Ｂの壁の前端面をシールドジャッキ４１で押すことによ
り前進し、カッターディスク３１の作用で地山を掘削し
ながら、その土砂をスクリューコンベヤ３６にて排出す
ることにより、トンネルを掘削する。

【００３３】図１などに示した大径機２の状態にあるシ
ールド掘進機１が所定距離を掘り進んだのち、その内部
から側方へと図４のような小径機３を掘進させるための
手順は、図５および図６に示すとおりである。すなわ
ち、 １．（図５(ａ)参照） 大径機２が所定の位置（分岐位
置）に到達すると、駆動手段１３を停止してカッターデ
ィスク１１の回転を止めたうえ、スクリューコンベヤ１
６の前部にある短管１７の開閉ゲート１７ａを閉じる。
また、短管１７からの土砂の進入防止をさらに確実にす
べく、スクリューコンベヤ１６を撤去した後その短管１
７の後端接続部分にブラインドフランジを接合してお
く。

【００３４】２．（図５(ｂ)参照） 小径機３の組み立
て用スペースを確保するために、図５(ａ)の中折れジャ
ッキ１５やスクリューコンベヤ１６、エレクター２２、
ブラケット１０ｂ（図２(ｄ)）などの内部構造物を撤去
する。バルクヘッド１２とカッターディスク１１とを結
合して両者が不動の状態になるよう固定する。また、駆
動手段１３等と一体になっている円筒板１４は接合面１
４ａから元の（大径機２の）前胴１０と分離し、駆動手
段１３の一部であるフレーム１３ｄは、接合面１３ｇで
カッターディスク１１と分離する。

【００３５】３．（図５(ｃ)参照） 大径機２の下部に
ある架台１８の上で、駆動手段１３を含む上記の円筒板
１４をやや後方へ移動し、かつ旋回させる。

【００３６】４．（図５(ｄ)参照） 円筒板１４に小径
機３用のバルクヘッド３２を取り付け、さらに、駆動手
段１３のフレーム１３ｄに小径機３用のカッターディス
ク３１を取り付けることにより、初期形態の小径機３を
組み立てる。一方、大径機２の前胴１０に設けてある掘
削可能部材１９に向けてエントランスパッキン１９ａ
（水など液体圧にて膨張させる形式のもの）の一部を取
り付ける。

【００３７】５．（図５(ｅ)参照） 上記した初期形態
の小径機３を再び少し旋回させて、掘削開始のための定
位置にセットする。この定位置とは、小径機３の中心線
が掘削可能部材１９の中心に向かう位置である。またこ
のとき、エントランスパッキン１９ａの残り全部を取り
付ける。

【００３８】６．（図６(ｆ)参照） 初期形態の小径機
３の後部に仮シールドジャッキ４１ｘを取り付けるとと
もに、大径機２の内部における対向する側（掘削可能部
材１９と反対の側）に反力受け部材１０ｘを設置する。
また、バルクヘッド３２の排土口に短管３７（開閉ゲー
ト３７ａを含む）を取り付けたうえ、ボールバルブ３６
ｘ・ゴムホース３６ｙ・ロータリーポンプ（図示せず）
を含む排土手段をその短管３７に接続する。かかる排土
手段は、排土性能が十分であるとはいえないがコンパク
トであるため、発進前または発進初期の、小径機３と大
径機２との間のスペースが狭くてスクリューコンベヤを
配置できない段階で機能を発揮する。

【００３９】７．（図６(ｇ)参照） 小径機３の側壁
（円筒板１４など）との間でシール機能を発揮させ得る
ようにエントランスパッキン１９ａに水を入れて膨らま
せたうえ、小径機３を前進させる。小径機３の前進は、
仮シールドジャッキ４１ｘを伸ばして反力受け１０ｘか
ら推進力を得ながら、駆動手段１３を起動してカッター
ディスク３１を回転させることにより行う。掘削可能部
材１９の削りくず（または後に地山を掘削して生じる土
砂）は、カッターチャンバー３２ａ内に溜まってその圧
力が上昇することにより、バルブ３６ｘやホース３６ｙ
を経てロータリーポンプに達し、機外へ排出される。

【００４０】８．（図６(ｈ)参照） 初期形態の小径機
３が掘削可能部材１９を貫通する程度にまで前進し、そ
の後部と大径機２との間のスペースが多少拡大した段階
で、前記円筒板１４の後端に前胴３０を溶接にて接続す
る。なお、小径機３が前進するに連れて、反力受け１０
ｘの前方に小寸法の仮セグメントＸを配列し、仮シール
ドジャッキ４１ｘにはそれら仮セグメントＸを押させ
る。

【００４１】９．（図６(ｉ)参照） 小径機３が地山を
掘削して、大径機２の内部から円筒板１４が出る程度に
前進すると、大径機２のスペース内において前胴３０の
後ろに後胴４０の前部４０ｆを接続する。この接続は、
前胴３０の後端部３０ａ（球面）に後胴４０の前端部４
０ａ（球面）を接続するとともに前胴３０・後胴４０間
に中折れジャッキ３５を連結することにより行う。ま
た、前記の仮シールドジャッキ４１ｘに代えて、小径機
３用の本来のシールドジャッキ４１を後胴４０に取り付
ける。

【００４２】１０．（図６(ｊ)参照） 小径機３がさら
に前進して前胴３０が大径機２から出るようになると、
後胴４０の後部４０ｒを溶接にて前部４０ｆに接続し、
また後胴４０（前部４０ｆ）の内部にエレクター４２を
取り付ける。先に取り付けたシールドジャッキ４１は、
仮シールドジャッキ４１ｘよりも長いストロークを有す
るため、このエレクター４２には、先の仮セグメントＸ
に代えて本来の（やや寸法の大きい）セグメントＢを取
り扱わせることができる。

【００４３】１１．（図６(ｋ)参照） 小径機３が十分
に（つまりスクリューコンベヤを内部に配置できる程度
に）前進した段階で、上記のボールバルブ３６ｘやロー
タリーポンプ等に代えてスクリューコンベヤ３６を取り
付ける。ただしこのとき、機内に土砂が入るのを防ぐた
めに、まずは短管３７の開閉ゲート３７ａを遮断したう
えでバルブ３６ｘとポンプとを取り外し、その後コンベ
ヤ３６を取り付けたのちにゲート３７ａを開放するとい
う手順をとる。スクリューコンベヤ３６の排土性能が高
いために、小径機３は、掘削土砂に対して本来の掘削性
能を最大限に発揮して能率的にトンネルを掘り進むこと
ができる。

【００４４】なお、本例は、大径シールド機２の外径に
比して小径シールド機３の外径が比較的大きい場合を示
したものである。大径シールド機２の外径に比して外径
の比較的小さな小径シールド機３を分岐させる場合、小
径シールド機３の前胴３０・後胴４０等の分割は、大径
シールド機２内のスペースを考慮して決定される。した
がって、たとえば図６(ｈ)のように前胴３０の分割片を
接続する工程を省略できる場合もある。

【００４５】以上、実施形態を一つ紹介したが、請求項
１の発明は、上記のようにスクリューコンベヤを使用す
るいわゆる泥土圧式のシールド掘進機のみにおいて実施
できるというものではない。カッターチャンバーに対し
て送水管と排泥管とを接続した、いわゆる泥水式のシー
ルド掘進機においてもその実施は可能である。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に記載のシールド掘進機は、屈
曲可能な前胴および後胴によって大径機の側壁を構成す
るため、曲率半径が小さい急曲進のトンネルを掘削する
うえで有利である。

【００４７】また、このシールド掘進機では、大径機の
掘削可能部材と、上記屈曲のための中折れジャッキ、お
よび推進のためのシールドジャッキとを適切な位置関係
に配置しているため、それらジャッキを配置するための
穴などを当該掘削可能部材に設ける必要がない。同部材
に穴などを設ける必要がない以上、同部材の強度が確保
されやすい。同部材の穴に上記いずれかのジャッキを通
すのでない以上、ジャッキのいずれかを特に長尺にする
必要もない。そのほか、シールドジャッキを後胴に設け
ることから、セグメントの端面をほぼ直角に押すことが
できてセグメントを破損する恐れが少ない、という利点
もある。

【００４８】請求項２のシールド掘進機および請求項３
のシールド工法によると、小径機を発進させるために大
径機からスクリューコンベヤを取り外す際、付近の地山
に薬液（固化剤）等を注入する必要がなくなる。すなわ
ち、開閉ゲートを閉じるという簡単な操作によって大径
機内への土砂の流入を防止することが可能になり、薬液
注入を行う場合に比べてコストと手間を大幅に削減でき
る。

【００４９】請求項４のシールド掘進機および請求項５
のシールド工法では、小径機の掘進距離にしたがい大径
機との間にできるスペースに合わせて、つねに適切な排
土手段を小径機に装備するため、小径機による掘削性能
が高い。しかも、排土手段を取り換える際、小径機内に
土砂が入るのを防ぐことができる。

【００５０】請求項６のシールド掘進機によると、大径
機のみならず小径機によっても急曲進ルートの掘削を有
利に進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施についての一形態を示す図であり、
図１(ａ)は、大径機（大径のシールド機）２を中心とし
てシールド掘進機１の概要を示す縦断面図である。また
図１(ｂ)は図１(ａ)におけるｂ−ｂ断面図、図１(ｃ)は
図１(ａ)におけるｘ−ｘ断面図（左半分）およびｙ−ｙ
矢視図（右半分）である。

【図２】図２(ａ)〜(ｄ)は、図１等に示した各部の詳細
図である。すなわち、まず図２(ａ)は図１(ａ)に示した
スクリューコンベヤ１６の一部断面図、図２(ｂ)は図２
(ａ)におけるｂ部の詳細図、図２(ｃ)は図２(ａ)のスク
リューコンベヤ１６について別の状態を示す一部断面
図、また図２(ｄ)は、図１(ａ)におけるｄ部の詳細図で
ある。

【図３】図１に示した大径機２がいわゆる中折れ状態に
あるときの縦断面図である。ただし、図１(ａ)とは直角
な方向から見たものである。

【図４】掘進中の小径機（小径のシールド機）３を示す
縦断面図である。

【図５】図５(ａ)〜(ｅ)は、大径機２から小径機３を分
岐させて掘進させるための手順を示す説明図であり、図
６の各図へと続く前半の手順を示すものである。

【図６】図６(ｆ)〜(ｋ)は、大径機２から小径機３を分
岐させて掘進させるための手順を示す説明図であり、図
５の各図から続く後半の手順を示すものである。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ 大径機（大径のシールド機） １０ 前胴 １２ａ カッターチャンバー １５ 中折れジャッキ １６ スクリューコンベヤ １７ａ 開閉ゲート １９ 掘削可能部材 ２０ 後胴 ２１ シールドジャッキ ３ 小径機（小径のシールド機） ３０ 前胴 ３６ スクリューコンベヤ ３７ａ 開閉ゲート ４０ 後胴

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大径のシールド機の内側から、その側壁
   の一部に形成された掘削可能部材を貫通して小径のシー
   ルド機が側方へ掘進し得る形式のシールド掘進機であっ
   て、 屈曲可能に接続された前胴および後胴によって大径のシ
   ールド機の側壁を構成し、その大径のシールド機につい
   て、上記の掘削可能部材を前胴のうちに設け、屈曲のた
   めの中折れジャッキをその掘削可能部材よりも内側に配
   置して同ジャッキにより前胴・後胴間を連結し、推進の
   ためのシールドジャッキを後胴に取り付けたことを特徴
   とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 上記した大径のシールド機に排土手段と
   してスクリューコンベヤを設けるものとし、前部のカッ
   ターチャンバーに臨む排土口からそのスクリューコンベ
   ヤを分離可能に取り付ける接続部分までの間に開閉ゲー
   トを設けたことを特徴とする請求項１に記載のシールド
   掘進機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載したシールド掘進機を用
   いてトンネルを掘削する場合、大径のシールド機による
   掘削を停止して上記の開閉ゲートを閉じたうえ、上記の
   接続部分にてスクリューコンベヤを分離し、その後、小
   径のシールド機により大径のシールド機の上記掘削可能
   部材を貫通させて側方への掘進を開始することを特徴と
   するシールド工法。
4. 【請求項４】 上記した小径のシールド機に、排土手段
   としてロータリーポンプならびにスクリューコンベヤを
   選択的に取り付けることのできる接続部を設け、前部の
   カッターチャンバーに臨む排土口からその接続部までの
   間に開閉ゲートを設けたことを特徴とする請求項１また
   は２に記載のシールド掘進機。
5. 【請求項５】 請求項４に記載したシールド掘進機を用
   いてトンネルを掘削する場合、大径のシールド機の上記
   掘削可能部材を貫通して小径のシールド機が側方への掘
   進を開始する際には上記の接続部にロータリーポンプを
   取り付け、小径のシールド機が前進した時点でそのロー
   タリーポンプに代えてスクリューコンベヤを当該接続部
   に取り付けることを特徴とするシールド工法。
6. 【請求項６】 屈曲可能に接続された前胴および後胴に
   よって小径のシールド機の側壁を構成したことを特徴と
   する請求項１、２または４に記載のシールド掘進機。