JP3031507B2 - シールド到着方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド到着方法に係
り、特に水底付近にトンネルを構築する場合において、
シールド掘削機が目的の地点へ到達したときの工法に関
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到着方
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。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。

【０００８】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到着
方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２
を有する台船１と、前記トンネルブロック２を収容可能
なガイド５を後尾に接続し、全体比重が水よりも大きい
遠隔操作型のシールド掘削機４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６と到達側立坑７とを夫々形成
する。第３に、前記出発側立坑６内に前記シールド掘削
機４を配置するとともに、このシールド掘削機４を水中
で作動させ、遠隔操作により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７方向に前進させる。

【００１２】第４に、前記トンネルブロック２を前記ガ
イド５内へ供給する工程、シールド掘削機４の前進に伴
い形成された溝に前記トンネルブロック２を固定する。
第５に、シールド掘削機４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２を供給して後方に
位置するトンネルブロック２に順次連結する。

【００１３】第６に、シールド掘削機４が前記到達側立
坑７に至った際、シールド掘削機４が前記到達側立坑７
を貫通して到達側立坑７内部に至る。第７に、前記トン
ネルブロック２を前記到達側立坑７に貫通して敷設す
る。

【００１４】第８に、前記到達側立坑７内及びこれに連
通したトンネルブロック２内部を排水する。 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
出する深度の水中で、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】特に、シールド掘削機が前記到達側立坑に
至った際、前記トンネルブロックを前記到達側立坑に貫
通して敷設することによって、到達側立坑とトンネルブ
ロック内部とが連通し到達側立坑内を排水するだけでこ
れに連通したトンネルブロック内部を排水することがで
きる。このためトンネル内の排水が確実で安全なものと
なる。

【００１９】

【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。なお、この工法を説明するにあたり、関連す
る一連の工法を併せて説明するとともに、まず方法の実
施に用いる装置から説明する。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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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、無人で作業を行
うことができるようになっている。

【００２４】一例として湾内に海底トンネルを施工する
場合において説明する。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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。このトンネルブロック５は、水中に没する際に内部
に水が充填される。

【００２８】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。

【００２９】そして、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の進行によりシールド掘削機４が
前記到達側立坑７を貫通すると図５に示すように内部に
浸水するが、トンネルブロック２の連結作業を続行して
図６に示すように前記到達側立坑７と連通させる。ここ
で防水及び補強のための施工を行った後、到達側立坑７
内を排水する。これにより、トンネルブロック２内も排
水され水中トンネルが形成される。

【００３０】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。トンネルブロック２が
水底にしっかり定着してが浮き上がる危険がない場合に
は、上記アンカー２３を打ち込む工程を省略してもよ
い。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。この後、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。

【００３５】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。

【００３６】

【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。

【００３７】またシールド掘削機の作動制御はすべて被
制御装置により外部から行えるため、水中作業の無人化
が達成され、作業の安全性が確保される。特に、シール
ド掘削機が前記到達側立坑に至った際、前記トンネルブ
ロックを前記到達側立坑に貫通して敷設することによっ
て、到達側立坑とトンネルブロック内部とが連通し到達
側立坑内を排水するだけでこれに連通したトンネルブロ
ック内部を排水することができる。このためトンネル内
の排水が確実で安全なものとなった。

【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

【図３】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
図

【図４】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
図

【図５】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
図

【図６】本発明の一実施例を示す工程説明のための側面
図

【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 - 29/073 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
   ネルブロックを搭載し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水中で作動させ、遠隔操作に
   より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工程、前記トンネルブロックを
   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、シールド掘削機が前記到
   達側立坑を貫通して到達側立坑内部に至る工程、前記ト
   ンネルブロックを前記到達側立坑を貫通して敷設する工
   程、前記到達側立坑内及びこれに連通したトンネルブロ
   ック内部を排水する工程、とを有していることを特徴と
   するシールド到着方法。