JP3012863B2 - 掘削装置、垂直水平掘削装置、掘削工法及びトンネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、多角形状に掘削を行
う掘削装置、垂直水平掘削装置、掘削工法及びトンネル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、地下鉄道等は、シールド機によっ
て構築されることが多い。すなわちシールド機によって
地盤内を円形に掘削してトンネルを構築する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、昨今、掘削
環境等に応じて、地盤内を四角形あるいは所望の多角形
に掘削したいという要望がある。

【０００４】本発明は、このような要望に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、地盤内をほぼ多角
形状に掘削できるシールド機、掘削工法等を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 前述した目的を達成す
るために第１の発明は、外殻と、前記外殻の前面に設け
られた複数の掘削機と、を具備し、前記掘削機を前記外
殻の内部に回収可能であることを特徴とする掘削装置で
ある。

【０００６】 また、第２の発明は、外殻と、前記外殻
の前面に設けられた折り畳み可能な複数の掘削機と、前
記外殻内部に設けられた前記掘削機を折りたたんで収納
するための円筒状の収納室と、を具備することを特徴と
する掘削装置である。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】 第３の発明は、一部にシールド機のカッ
ターで掘削可能な材質で構成された掘削可能面を有する
外殻と、前記外殻の前面に設けられる複数の掘削機と、
を有し、前記複数の掘削機で掘削を行いつつ、前記外殻
の後部で多角形状にセグメントを組み立てて、多角形状
のトンネルを構築する第１のシールドと、前記第１のシ
ールド機の内部に、垂直方向と水平方向に向きを変えら
れるように設置された第２のシールド機と、を具備する
垂直水平掘削装置である。

【００１２】 第４の発明は、前述した垂直水平掘削装
置の第１のシールド機により多角形状に立坑を掘削する
工程と、前記立坑が所定の深さまで到達すると、前記第
２のシールド機を水平方向に向け、該第２のシールド機
で前記掘削可能面を貫いて水平方向の掘削を行う工程
と、を具備する掘削工法である。

【００１３】 第５の発明は、第４の発明に係る掘削工
法によって構築されたトンネルである。

【００１４】

【作用】シールド機の前面に設けられる複数の掘削機を
駆動させ、地盤を多角形状に掘削する。

【００１５】また垂直水平掘削装置では第１のシールド
機により地盤をほぼ多角形状に掘削して立坑を構築し、
立坑が所定の深さまで到達すると、外殻内部の第２のシ
ールド機を水平方向に向け、該第２のシールド機で外殻
の掘削可能面を貫いて水平方向の掘削を行なう。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本実施例に係るシールド機１の概
略側面図である。図２は、図１のＡ−Ａによる矢視図で
ある。図３は、図１のＢ−Ｂによる断面図である。

【００１７】このシールド機１では、掘削部前面に４つ
のスポークタイプの掘削機３ａ、３ｂ……を設ける。外
殻５の内部に、掘削機３ａ、３ｂ……を駆動するモータ
７ａ、７ｂ……と、推進用のジャッキ９を設け、外殻５
内の後部に矩形筒状のテールプレート１１を取り付け
る。

【００１８】 このシールド機１では、掘削機３ａ、３
ｂ……で掘削しながら、ジャッキ９によりシールド機１
全体をＣ方向に前進させる。このシールド機１で掘削を
行うと、掘削領域１３は、図３に示すように、外縁が波
形のほぼ矩形状となる。テールプレート１１の内部で、
平板状のセグメント１５とＬ型状のセグメント１７を矩
形状に組み立てる。次に、矩形状に組み立てられたセグ
メント１５、１７と掘削領域１３との隙間に、注入口１
９より裏込め材２０を注入する。

【００１９】なお、前述した実施例では、テールプレー
ト１１を外殻５の内側に取り付けたが、テールプレート
を外殻５の後部に突出するように設けてもよい。この場
合、シールド機は多角形の筒状の外殻の後部に多角形の
箱状の外殻が接合した構造になる。

【００２０】図４は、他の実施例に係るシールド機２１
の概略側面図、図５は図４のＤ−Ｄによる矢視図、図６
は図４のＥ−Ｅによる断面図である。

【００２１】外殻２３の内部にモータ２５、および４つ
のモータ２７ａ、２７ｂ……が設けられる。シールド機
２１の前方には面板タイプの中央掘削機２９が設けら
れ、中央掘削機２９の周辺に４つの面板タイプの周辺掘
削機３１ａ、３１ｂ……が設けられる。中央掘削機２９
はモータ２５によって駆動され、周辺掘削機３１ａ、３
１ｂ……はモータ２７ａ、２７ｂ……によって駆動され
る。

【００２２】このシールド機２１で掘削を行なう際に
は、図６に示すように、外縁が波形のセグメント３２、
３３を用いることにより、裏込め材料を減らすことがで
きる。

【００２３】図７は、他の実施例に係るシールド機４１
の概略側面図、図８は、図７のＦ−Ｆによる矢視図であ
る。このシールド機４１では、中央掘削機４３と４つの
周辺掘削機４５ａ、４５ｂ……を、単一のモータ４７で
駆動する。外殻４９内に設けたモータ４７に歯車５１が
設けられ、この歯車５１に４つの歯車５３ａ、５３ｂ…
…が歯合される。この歯車５３ａ、５３ｂ……には周辺
掘削機４５ａ、４５ｂ……が設けられる。

【００２４】モータ４７が回転すると、歯車５１、５３
ａ……が回転し、これに伴い中央掘削機４３と４つの周
辺掘削機４５ａ、４５ｂ……が回転し、地盤内がほぼ矩
形状に掘削される。

【００２５】図９は、図１に示すスポークタイプのシー
ルド機１を２機並列させて、ほぼ長方形断面の掘削を行
なうシールド機５５の概要図である。この場合、図１０
に示すような形状に、セグメント５７を設ける。

【００２６】図１１は、面板タイプの９つの掘削機５９
を用いて、ほぼ矩形状に掘削を行なうシールド機６１の
概要図である。この場合、図１２に示すようにセグメン
ト６３を設ける。

【００２７】図１３は、面板タイプの中央掘削機６５の
周辺に、スポークタイプの周辺掘削機６７を配置して構
成し、多角形断面の掘削を行なうシールド機６９の概要
図である。この場合には、図１４に示すような、くの字
形のセグメント７０を用いる。 図１５は、スポークタ
イプの複数の掘削部７５ａ、７５ｂを具備する垂直掘削
装置７１の概略構成図である。軸７３ａ、７３ｂにスポ
ークタイプの掘削部７５ａ、７５ｂが設けられ、この軸
７３ａ、７３ｂはモータ等の駆動手段により回転する。
外殻７７の内部にジャッキ７９ａ、７９ｂ……が設けら
れ、その上方でセグメント８１を組み立てる。

【００２８】この垂直掘削装置７１で所定の深さまで立
坑を掘削すると、図１６に示すように、複数の掘削部７
５ａ、７５ｂを上方に引き上げて、その下方に底板のコ
ンクリート８３を打設し、その後、掘削部７５ａ、７５
ｂを回収する。

【００２９】図１７は、拡大縮小の可能な掘削機を具備
した垂直掘削装置９１の概略構成図である。軸９３ａ、
９３ｂの端部に掘削部９５ａ、９５ｂを設け、この掘削
部９５ａ、９５ｂの周囲に折りたたみ可能に周辺掘削部
９７ａ、９７ｂを設ける。

【００３０】外殻９９の内部には、壁１０１により円筒
状に収納室１０３ａ、１０３ｂが設けられる。なお、１
０５ａ、１０５ｂ……はジャッキであり、１０７はセグ
メントを表わす。

【００３１】この垂直掘削装置９１で所定の深さまで掘
削を行なうと、周辺掘削部９７ａ、９７ｂを図の矢印で
示す方向に折りたたみ、軸９３ａ、９３ｂを引き上げる
ことにより、掘削部９５ａ、９５ｂ、周辺掘削部９７
ａ、９７ｂを収納室１０３ａ、１０３ｂに収納させる。
その後、掘削した空間の下部にコンクリートを打設し、
底板とする。

【００３２】なお、前述した実施例では、掘削部７５ａ
……、掘削部９５ａ、９５ｂ、周辺掘削部９７ａ、９７
ｂを回収する例について説明したが、掘削機あるいは掘
削部の一部または全部を底板のコンクリートの中に埋め
殺して、立坑の底板の補強材として用いることができ
る。

【００３３】図１５、１６および１７に示した垂直掘削
装置７１、９１で、シールド機の発進立坑または到達立
坑を構築する場合には、外殻７７、９９の一部にシール
ド機のカッターで掘削可能な材質で構成された掘削可能
面（図示せず）を設けるようにしてもよい。この掘削可
能面の材質は、カーボン繊維などの高強度新素材で補強
されたコンクリートなどである。掘削部７５ａ……、掘
削部９５ａ、９５ｂ、周辺掘削部９７ａ、９７ｂを回収
した後、他のシールド機を立坑底面に設置し、このシー
ルド機で掘削可能面を掘削してトンネルを構築する。

【００３４】図１８は、垂直水平掘削装置１１１の概略
構成図である。図１９は、図１８のＧ−Ｇによる断面図
である。垂直水平掘削装置１１１では筒状の外殻１１３
内にシールド機１１５が備えられる。シールド機１１５
の前面には、回転面板（掘削盤）１１７が設けられ、ス
キンプレート１１９の内部には駆動部（モータ）１２１
が設けられる。外殻１１３の一部には、シールド機１１
５で掘削可能な掘削可能面１２３が設けられる。この掘
削可能面１２３はカーボン繊維等の高強度新素材で補強
されたコンクリートなどからなり、シールド機１１５で
掘削可能である。外殻１１３の掘削可能面１２３以外の
部分は鋼製である。

【００３５】シールド機１１５は外殻１１３に対して垂
直方向と水平方向に向きを変えられるように設置され
る。図１８に示す状態ではシールド機１１５が垂直方向
に向けられて設置されている。

【００３６】外殻１１３の下側に中央掘削機１２５と周
辺掘削機１２７ａ、１２７ｂ……が設けられ、これらの
掘削機は結合部１２９を介してシールド機１１５に連結
されている。結合部１２９に歯車１３１が設けられ、こ
の歯車１３１に歯車１３３ａ、１３３ｂ……が歯合す
る。この歯車１３１には中央掘削機１２５が、歯車１２
７ａ、１２７ｂ……には周辺掘削機１２７ａ、１２７ｂ
……が設けられる。

【００３７】次に、この垂直水平掘削装置１１１を用い
て垂直水平トンネルを構築する手順について説明する。
垂直水平掘削装置１１１の駆動部１２１を駆動すること
により、中央掘削機１２５および周辺掘削機１２７ａ、
１２７ｂ……を回転させて垂直方向Ｈの掘削を行なう。
垂直方向Ｈの掘削を行ないつつ垂直水平掘削装置１１１
の後方にセグメント１３５を設けて周壁を構築する。

【００３８】立坑が所定の深さになると、図２０に示す
ように結合部１２９を取り去り、外殻１１３の内部でシ
ールド機１１５の向きを水平方向Ｊに設置し直す。そし
て結合部１２９より下位にコンクリート等を打設して立
坑の底板１３７とし、立坑底部からの地下水などの浸透
を防ぐ。すなわち結合部より下位にある歯車１３１、１
３３ａ、１３３ｂ……、周辺掘削機１２７ａ、１２７ｂ
……、中央掘削機１２５は、この底板の補強材として機
能する。なお、コンクリート等を打設するときに、他の
鉄筋（図示せず）等を配置して補強材としてもよい。

【００３９】掘削可能面１２３の方向に向きを変えられ
たシールド機１１５により水平方向の掘削を行なう。す
なわちシールド機１１５を駆動して回転面板１１７を回
転させてＪ方向に掘進する。このとき掘削可能面１２３
はカーボン繊維等の高強度新素材で補強されたコンクリ
ートからなっているので、シールド機１２１の回転面板
１１７で容易に掘削される。なお水平方向の掘削につい
ては通常の手順に従い、シールド機１１５の後方にセグ
メント（図示せず）を配設しつつ行なう。

【００４０】このように本実施例によれば単一の垂直水
平掘削装置１１１により垂直方向および水平方向の掘削
を行なうことができる。また結合部より下位にある歯車
１３１、１３３ａ、１３３ｂ……、周辺掘削機１２７
ａ、１２７ｂ……、中央掘削機１２５を、立坑の底板１
３７の補強材として用いることができ、地下水等の浸透
を防止することができる。

【００４１】図２１はシールド機２０１の斜視図、図２
２はシールド機２０１の断面図、図２３はシールド機２
０１の正面図、図２４は図２２のＫ−Ｋによる断面図、
図２５は図２２のＬ−Ｌによる断面図である。

【００４２】このシールド機２０１は、前面に９台の掘
削機を備え、矩形状に地盤内を掘削し、セグメント２０
５を設けていくものである。図２２において、２０７は
それぞれの掘削機２０３を駆動するモータ、２０９はジ
ャッキを表わす。図２５において、２１１は注入管を示
す。

【００４３】図２６から図３７は、複数台の掘削機を用
いて矩形状に掘削を行うシールド機とセグメントの形状
を示したものである。図２６に示すシールド機３０１
は、２台の掘削機を並べたもので、図２７に示すような
セグメント３０３を用いる。

【００４４】 図２８に示すシールド機３０５は、３台
の掘削機を並べたもので、図２９に示すようなセグメン
ト３０７を用いる。図３０に示すシールド機３０９は、
４台の掘削機を並べたもので、図３１に示すようなセグ
メント３１１を用いる。図３２に示すシールド機３１３
は、６台の掘削機を並べたもので、図３３に示すような
セグメント３１５を用いる。図３４に示すシールド機３
１７は、９台の掘削機を並べたもので、図３５に示すよ
うなセグメント３１９を用いる。図３６に示すシールド
機３２１は、１２台の掘削機を並べたもので、図３７に
示すようなセグメント３２３を用いる。

【００４５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、多角形状の断面をもつ立坑およびトンネルを構築
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド機１の概略側面図

【図２】図１のＡ−Ａによる矢視図

【図３】図１のＢ−Ｂによる断面概要図

【図４】シールド機２１の概略側面図

【図５】図４のＤ−Ｄによる矢視図

【図６】図４のＥ−Ｅによる断面図

【図７】単一モーターで駆動するシールド機４１の概略
側面図

【図８】図７のＦ−Ｆによる矢視図

【図９】長方形に掘削するシールド機５５の概要図

【図１０】セグメント５７を示す図

【図１１】シールド機６１の概要図

【図１２】セグメント６３を示す図

【図１３】多角形断面に掘削するシールド機６９の概要
図

【図１４】セグメント７０を示す図

【図１５】垂直掘削装置７１の概略構成図

【図１６】立坑の底にコンクリートを打設して底板とす
る説明図

【図１７】垂直掘削装置９１の概略構成図

【図１８】垂直水平掘削装置１１１の概略構成図

【図１９】図１８のＧ−Ｇによる断面図

【図２０】垂直水平掘削装置１１１の一部を底板補強材
として用いる説明図

【図２１】シールド機２０１の斜視図

【図２２】シールド機２０１の断面図

【図２３】シールド機２０１の正面図

【図２４】図２２のＫ−Ｋによる断面図

【図２５】図２２のＬ−Ｌによる断面図

【図２６】シールド機３０１の概略構成図

【図２７】セグメント３０３を示す図

【図２８】シールド機３０５の概略構成図

【図２９】セグメント３０７を示す図

【図３０】シールド機３０９の概略構成図

【図３１】セグメント３１１示す図

【図３２】シールド機３１３の概略構成図

【図３３】セグメント３１５を示す図

【図３４】シールド機３１７の概略構成図

【図３５】セグメント３１９を示す図

【図３６】シールド機３２１の概略構成図

【図３７】セグメント３２３を示す図

【符号の説明】

１………シールド機 ３………スポークタイプの掘削機 ５………外殻 ７………モータ ９………ジャッキ １１………テールプレート １３………掘削領域 １５………平板状のセグメント １７………Ｌ型状のセグメント １９………裏込め材料の注入口 ２０………裏込め材料 ２１………シールド機 ２９………中央掘削機 ３１………周辺掘削機 ４１………シールド機 ４３………中央掘削機 ４５………周辺掘削機 ４７………モータ ５１………歯車 ５３………歯車 ５５………シールド機 ５９………掘削機 ６１………シールド機 ６５………中央掘削機 ６７………周辺掘削機 ６９………シールド機 ７１………垂直掘削装置 ７５………掘削機 ８３………立坑の底板コンクリート ９１………垂直掘削装置 ９５………掘削部 ９７………周辺掘削部 １０３………掘削機の収納室 １１１………垂直水平掘削装置 １１３………外殻 １２３………掘削可能面 １２９………結合部 １１５………シールド機 １１９………スキンプレート １３７………立坑の底板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 1/03 - 1/06 E21D 9/06 301

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外殻と、 前記外殻の前面に設けられた複数の掘削機と、 を具備し、 前記掘削機を前記外殻の内部に回収可能であることを特
   徴とする掘削装置。
2. 【請求項２】 外殻と、 前記外殻の前面に設けられた折り畳み可能な複数の掘削
   機と、 前記外殻内部に設けられた前記掘削機を折りたたんで収
   納するための円筒状の収納室と、を具備することを特徴
   とする掘削装置。
3. 【請求項３】 一部にシールド機のカッターで掘削可能
   な材質で構成された掘削可能面を有する外殻と、前記外
   殻の前面に設けられる複数の掘削機と、を有し、前記複
   数の掘削機で掘削を行いつつ、前記外殻の後部で多角形
   状にセグメントを組み立てて、多角形状のトンネルを構
   築する第１のシールドと、 前記第１のシールド機の内部に、垂直方向と水平方向に
   向きを変えられるように設置された第２のシールド機
   と、 を具備する垂直水平掘削装置。
4. 【請求項４】 前記掘削可能な材質は、カーボン繊維、
   またはその他の高強度新素材で補強されたコンクリート
   であることを特徴とする請求項３記載の水平垂直掘削装
   置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の垂直水平掘削装置の第１
   のシールド機により多角形状に立坑を掘削する工程と、 前記立坑が所定の深さまで到達すると、前記第２のシー
   ルド機を水平方向に向け、該第２のシールド機で前記掘
   削可能面を貫いて水平方向の掘削を行う工程と、を具備
   する掘削工法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の掘削工法によって構築さ
   れたトンネル。