JP3031506B2 - シールド工法 - Google Patents

シールド工法

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JP3031506B2
JP3031506B2 JP4138868A JP13886892A JP3031506B2 JP 3031506 B2 JP3031506 B2 JP 3031506B2 JP 4138868 A JP4138868 A JP 4138868A JP 13886892 A JP13886892 A JP 13886892A JP 3031506 B2 JP3031506 B2 JP 3031506B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシールド工法に係り、特
に水底付近にトンネルを構築する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、海底トンネル等のように水底下に
ある地盤にトンネルを掘削する場合にはシールド工法が
多用されている。
【0003】これは、土砂地盤中で「シールド」と呼ば
れるトンネル堀進機を推進させ、土砂の崩壊を防止しつ
つその内部で安全に掘削作業及び覆工作業を行いトンネ
ルを築造してゆく工法である。この工法によれば、
(1)地山がシールドで支保されているので作業員が安
全に作業を行うことができる、(2)工場で製作したセ
グメントを使用するプレハブ覆工法であるため、施工を
容易かつ迅速に行うことができ、品質管理面でも優れて
いる、(3)同一作業の繰り返しであることから、省力
化し易く、工程管理も容易となる等の利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した従
来の工法により水底にある地盤中にトンネルを築造する
場合、水底面から掘削孔までの距離を一定以上に保たな
ければならないという問題がある。
【0005】即ち、水底面から掘削孔までの距離を少な
く(土被りを薄く)するとトンネル切羽の安定と地表面
の安定を図ることができなくなり、これらを維持するに
は少なくともシールド掘削機の掘削径に等しい深度(土
被り)が必要となる。
【0006】このため掘削可能な深度における地質が掘
削に適さなかったり、あるいは、海底トンネルに連結す
べき他のトンネルとの位置的整合性に支障が出る場合が
あり、施工上の制限を受けることがあった。
【0007】そこで、水底面から掘削して溝を造りここ
にトンネルとなる構造物を埋設するという、沈埋め工法
を採用することも考えられるが、この工法ではトンネル
となるべき部分よりも広範囲にわたって排土する必要が
あることから、能率の面で難点がある。また、排土は極
めて大規模に行われるため周囲の水質汚濁は避けられ
ず、環境への影響も少なくないという問題がある。
【0008】また、掘削途中において、水中に設置した
シールド掘削装置やトンネルブロック内で人間が作業を
するのは安全性の確保において難点がある。さらにこの
ような作業を前提として、水底に設置したシールド掘削
装置やトンネルブロック内部に、掘削途中において一定
の水密の空間を保持しようとすると、これらの比重が水
よりも軽くなると浮力によって、これらを水底に沈める
ときや水底の一定位置に固定しておくこと、及びシール
ド掘削装置の掘削方向の制御等について困難が生じる。
【0009】本発明は前記事項に鑑みてなされたもの
で、水底において遠隔制御による無人化した掘削作業が
実施でき、しかも環境への影響を低減したシールド工法
を提供することを技術的課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前記技術的課題
を解決するために、以下のような方法とした。第1にト
ンネルの構造体となるべき環状のトンネルブロックと、
このトンネルブロックを収容可能なガイドを後尾に接続
され水中で作動し、全体比重が水よりも大きなシールド
掘削機を用意する。
【0011】第2に、掘削出発点と掘削到達点との間の
夫々の水際に出発側立坑と到達側立坑とを夫々形成す
る。第3に、前記出発側立坑内に遠隔操作型の前記シー
ルド掘削機を配置するとともに、このシールド掘削機を
遠隔操作して水中で作動させ、その掘削孔が水底上面か
ら露出する深度で前記到達側立坑方向に前進させる。
【0012】第4に、前進に伴い発生する排土を前記排
土処理部に送給する。第5に、前記トンネルブロックを
台船から前記ガイド内へ供給する。第6に、シールド掘
削機の前進に伴い形成された溝に前記トンネルブロック
を固定する。
【0013】第7に、シールド掘削機の前進に伴い空洞
となった前記ガイド内へ次のトンネルブロックを供給し
て後方に位置するトンネルブロックに順次連結する。第
8に、シールド掘削機が前記到達側立坑に至った際、水
底に連結して固定されたトンネルブロック内を排水す
る。
【0014】以上の工程は施工現場の状況により施工順
序を適宜変更することができるのは勿論である。
【0015】
【作用】シールド掘削機をその掘削孔が水底上面から露
出する深度で前記到達側立坑側に前進させるため、従来
の地中推進型の工法で問題となっていたトンネル切羽の
安定と地表面の安定について考慮する必要がなくなり任
意の深度で推進させることができる。
【0016】したがって、従来の一般的な掘削深度にお
ける地質が掘削に適さなかったり、あるいは、海底トン
ネルに連結すべき他のトンネルとの位置的整合性につい
ての施工上の制限を受けることはない。
【0017】また、トンネルとなるべき部分のみを効率
的に掘削することができるため、極めて能率的であると
ともに、排土を必要最小限とすることができることによ
り環境への影響も少なくすることができる。
【0018】
【実施例】本発明の実施例を図1ないし図8に基づいて
説明する。工法を説明するに際し、まず装置から説明す
る。装置は大別して、水中及び地盤中を推進するシール
ド掘削機4と、水上で前記シールド掘削機4を制御及び
支援する台船1とからなる。
【0019】前記シールド掘削機4は先端に回転カッタ
ー4a(センターシャフト型全断面ロータリーカッタ
ー)を有し、この回転カッター4aの後方に排土を圧送
するポンプ4bを備えている。前記回転カッター4aと
ポンプ4bとの間にはスクリューコンベアが設けられて
おり、泥状になった排土を圧送することができるように
なっている。このポンプ4bのさらに後方(テール部)
には後端に開口部を有する箱型のガイド5が設けられて
いる。これは、例えば横断面が円形状あってもよく特定
形状に限定されないことはいうまでもない。
【0020】このガイド5はその全幅が掘削幅と同一に
設定されており、シールド掘削機4と一体となってい
る。また、シールド掘削機4には前記ガイド5内に突き
出し可能なシールドジャッキ4cが設けられている。
【0021】一方、台船1は水面21上にあり、トンネ
ルの構造体となるべき環状のトンネルブロック2と排土
処理部3を有している。前記トンネルブロック2は内部
が円形で、外部は水平中心線より上側が円状、中心線よ
り下側が角柱状をなしていて前記ガイド5の内部に収容
できる形状になっている。また、前記排土処理部3は泥
水処理装置とズリ固形化処理装置とから構成されてい
る。
【0022】前記トンネルブロック2はプレキャスト
管、ヒューム管、アーチ・カルバート管等が適してい
る。前記ポンプ4bは、排土処理部3とズリ流体輸送用
パイプ10で着脱自在に連結されている。また、シール
ド掘削機4には被制御装置30が設けられ、台船1から
の指令で遠隔操作されるようになっており、水中作業は
全て無人で行うことができるようになっている。
【0023】一例として、湾内に海底トンネルを施工す
る場合において述べる。先ず掘削を開始する前に、掘削
出発点と掘削到達点とを設定する必要がある。そして夫
々の水際に設定された掘削出発点と掘削到達点とに出発
側立坑6と到達側立坑7とを夫々形成する。
【0024】そして、前記出発側立坑6は図2に示すよ
うに、その底部が水底9よりも低い位置に設定されてい
る。この出発側立坑6内には前記シールド掘削機4が配
置される。反力装置20は初段のトンネルブロック2の
後端と地盤との間に介挿してあり、前記シールドジャッ
キ4cをガイド5内に突き出して新たなトンネルブロッ
ク2を既設のトンネルブロック2に圧着する際、既設の
トンネルブロック2が後退してしまわないように支持す
るために設けられている。
【0025】掘削の発進段階においては排土処理部3は
地上に位置させてあり、台船1は図3に示すように水上
に待機させてある。前記シールド掘削機4の進行(矢示
F)によりシールド掘削機4は出発側立坑6の進行側側
面を貫通して掘進する。このとき、シールド掘削機4は
その掘削孔が水底9の上面から露出する深度で前記到達
側立坑7方向に前進させる。なお、到達側立坑7方向と
は必ずしも最短距離を指すものではなく、設計の意図に
沿って蛇行してもよいことは勿論である。
【0026】そして、次のトンネルブロック2が装着で
きる程度(例えば、2.5m程度)にまで掘進すると前
記ガイド5内は空洞となるが、このとき前記台船1から
トンネルブロック2を前記ガイド5内へ吊り降ろし、先
に敷設したトンネルブロック2の先端に位置させ連結す
る。この場合トンネツブロック2内には水が入り込み、
その浮き上がりが防止される。
【0027】これと同時に敷設済みのトンネル上に順次
被覆土工22を施工する。この被覆土工22は、トンネ
ル自体を安定保持させ、内部を排水した際の浮上を防止
するとともに、水上を航行する船舶の投錨及び走錨に対
しての対策ともなっている。
【0028】前進に伴い発生する排土8は、台船1上に
設置した排土処理部3に送給され、前記したトンネルブ
ロック2の連結が順次行われる(図4)。そして、シー
ルド掘削機4が前記到達側立坑7を貫通すると(図
5)、水中作業は終了し、水底9に連結して固定された
トンネルブロック2内を排水する工程に移行する(図
6)。その後空洞となったトンネルブロック2内を清掃
するとともに、この底部からアンカー23を地中に打ち
込みトンネルを固定する。しかし、トンネルブロック2
が水底にしっかり固定されている場合には、アンカー2
3を打ち込む工程を省略してもよい。
【0029】この後、適宜他の既設トンネルに接続して
施工を終了する。以上の動作を図8のフロー図より要約
して説明すると、まずステップ100でスタートした
後、切羽の前方の状態を探査する探査ステップ101に
移行する。この探査ステップ101では台船上から水底
へ超音波を発射し、反射波の波形や周波数応答特性によ
って地質や障害物の有無を検査するものである。またこ
れと同時にシールド掘削機4からの探針による検査も実
行される。シールド掘削機4のすべての制御とデータ交
換は有線によって接続された台船1上の制御装置(図示
せず)で行われる。
【0030】ここで障害物が発見されたときはステップ
102において障害物の除去がなされ、ステップ101
に戻る循環ルーチンに入る。障害物が完全に除去された
ときには、ステップ103で掘進が開始される。そし
て、次のトンネルブロック2が継ぎ足しできる距離まで
掘進した段階でトンネルブロック2を台船1から吊り降
ろし(ステップ104)水中で連結する(ステップ10
5)。この連結に際してはシールドジャッキ4cをガイ
ド5内に突き出し新たなトンネルブロック2を既設のト
ンネルブロック2に圧着するとともに必要な補強処理及
び防水処理を行う。
【0031】そして、順次トンネルブロックを連結して
所定区間の敷設が終了した後、ステップ106で既設ト
ンネルブロックの線形状態、トンネルブロックの浮力計
算(排水後における浮力の予測)及び水質状態の検査を
行う。
【0032】その後、被覆土工を施工しその完了後、ス
テップ107においてトンネルブロック2内の排水を行
う。その後、ステップ108でトンネルブロック2のア
ンカーを施工し、ステップ109で終了する。
【0033】このように、シールド掘削機で掘削するこ
とにより大幅な自動化を図ることができ、省人化図るこ
とができた。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、シールド掘削機をその
掘削孔が水底上面から露出する深度で前記到達側立坑側
に前進させるため、従来の地中推進型の工法で問題とな
っていたトンネル切羽の安定と地表面の安定について考
慮する必要がなくなり任意の深度で推進させることがで
きる。
【0035】したがって、従来の一般的な掘削深度にお
ける地質が掘削に適さなかったり、あるいは、海底トン
ネルに連結すべき他のトンネルとの位置的整合性につい
ての施工上の制限を受けることはない。
【0036】また、トンネルとなるべき部分のみを効率
的に掘削することができるため、極めて能率的であると
ともに、排土を必要最小限とすることができることによ
り環境への影響も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体の側面図
【図2】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
【図3】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
【図4】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
【図5】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
【図6】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
【図7】本発明の一実施例を示す全体の斜視図
【図8】本発明の一実施例を示すフローチャート図
【符号の説明】
1・・台船、 2・・トンネルブロック、 3・・排土処理部、 4・・シールド掘削機、 5・・ガイド、 6・・出発側立坑、 7・・到達側立坑、 8・・排土、 9・・水底。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02D 29/063 - 29/077 E21D 9/06 301 E21D 9/06 311

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トンネルの構造体となるべき環状のトン
    ネルブロックと排土処理部を有する台船と、前記トンネ
    ルブロックを収容可能なガイドを後尾に接続され水中で
    作動し、全体比重が水よりも大きなシールド掘削機を用
    意し、掘削出発点と掘削到達点との間の夫々の水際に出
    発側立坑と到達側立坑とを夫々形成する工程、前記出発
    側立坑内に遠隔操作型の前記シールド掘削機を配置する
    とともに、このシールド掘削機を遠隔操作して水中で作
    動させ、掘削孔が水底上面から露出する深度で前記到達
    側立坑方向に水底を掘削しながら前進させる工程、この
    前進に伴い発生する排土を前記排土処理部に送給する工
    程、前記トンネルブロックを前記台船から前記ガイド内
    へ供給する工程、シールド掘削機の前進に伴い形成され
    た溝に前記トンネルブロックを固定する工程、シールド
    掘削機の前進に伴い空洞となった前記ガイド内へ次のト
    ンネルブロックを供給して後方に位置するトンネルブロ
    ックに順次連結する工程、シールド掘削機が前記到達側
    立坑に至った際、水底に連結して固定されたトンネルブ
    ロック内を排水する工程、とを有していることを特徴と
    するシールド工法。
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CN110409497A (zh) * 2019-06-21 2019-11-05 中交第二航务工程局有限公司 适用于水底浅埋预制装配化隧道的施工方法
CN110318428A (zh) * 2019-06-21 2019-10-11 中交第二航务工程局有限公司 适用于水底浅埋隧道预制拼装施工的敞口式盾构机

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