JP3137902B2 - 地中連続壁構築用の掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地中連続壁構築用の
掘削装置に関し、特に、地下の地盤中に自動車道路用ト
ンネル又は自動車及び鉄道併用トンネルのような、巨大
断面積を有するトンネルを構築する際、まず地中連続壁
を構築し、その後、トンネルを構築する場合の前記地中
連続壁を構築するのに適する掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】左右方向に所定の間隔をおいて一対のパ
イロット坑を地盤中に先進させ、一対のパイロット坑を
利用して各パイロット坑の下側の地盤中に土留壁を構築
して、左右の土留壁間に支保地盤を形成し、一対のパイ
ロット坑間の地盤を掘削してルーフ坑を支保地盤の上側
に位置するように形成し、掘削されたルーフ坑に地盤支
持部材を設置し、左右の土留壁と地盤支持部材とにより
地盤を支持しながら、ルーフ坑より下側の支保地盤を掘
り下げてトンネル空間を形成するトンネル構築方法（特
開平7-197771号公報）では、土留壁は、１本１本を柱状
に形成するように現場打ちされたモルタル坑と、このモ
ルタル坑中に埋設されたＨ鋼とによって形成している。
そこで、壁となるべき箇所を機械的に掘削し、この掘削
した箇所に連続壁の形態の土留壁を形成するトンネル構
築方法が別途提案された（特願平7-349490号）

【０００３】この提案に係るトンネル構築方法は、ま
ず、地盤に立坑を設ける。その後、水平方向へ間隔をお
いた前記立坑の２つの部位のそれぞれから前記地盤を掘
削して予備トンネルを構築し、これら２つの予備トンネ
ルを結ぶ屋根部材を構築する。この屋根部材の構築に先
だって、又は屋根部材の構築と並行して、又は屋根部材
の構築後、前記予備トンネルの下方の地盤を前記立坑か
ら縦長の水平方向掘削機を使用して掘削すると共に、掘
削した箇所に前記予備トンネルに接続する地中連続壁を
構築する。その後、前記２つの予備トンネルと、前記屋
根部材と、前記２つの地中連続壁とで囲まれた地盤を掘
削して地下空間を設けることを含む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記地中連続壁は、前
記予備トンネルの軸線に直交する仮想面で切断した断面
が長手方向と短手方向とを有する長方形状を呈する形態
であり、多数のセグメントを前後および上下で連結して
構築する。ところが、短手方向の長さが長手方向の長さ
と比べて非常に短いことから、セグメントを搬送して組
み立てるための坑道を地中連続壁内に設けることができ
ない。

【０００５】本発明は、短手方向の長さが長手方向の長
さと比べて非常に短い長方形断面を有し、セグメントを
搬送して組み立てるための坑道をそれ自体に設けること
ができない地中連続壁の構築を可能にする掘削装置を提
供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用および効果】本発明
は、地盤中に地中連続壁を構築するための掘削装置であ
って、ケーシングと、カッタと、カッタの揺動手段と、
複数のジャッキと、掘削土砂の排出手段とを備える。ケ
ーシングは、掘削方向に直交する仮想面で切断した断面
が長手方向の長さと短手方向の長さとを有する長方形状
を呈するように形成され、内部が空間となっている。こ
の空間を前方のチャンバと後方の支保枠室とに仕切る隔
壁と、支保枠用の支保枠ピースを上方から前記支保枠室
に挿入可能な穴と、前記支保枠室を後方に開放する開口
とがケーシングに設けられる。このケーシングの前方の
端部に配置される前記カッタは、正面形状が長方形状を
呈するもので、長手方向へ伸びる軸線の回りを揺動可能
であり、前記軸線が前記ケーシングの短手方向の中央に
位置するように配列され、揺動手段による揺動によって
前記ケーシングの短手方向の長さ以上の幅を掘削する。
複数のジャッキは、前記ケーシングの長手方向に間隔を
おいて前記支保枠室内に配置される。排出手段は、前記
カッタで掘削された土砂を前記チャンバから外部へ排出
する。

【０００７】揺動手段によってカッタを揺動しながら、
複数のジャッキによってケーシングを推進すると、切羽
の土砂がカッタで掘削される。掘削された土砂は排出手
段によってチャンバから外部へ排出される。支保枠ピー
スの長さに相当する距離を推進したとき、揺動手段によ
るカッタの揺動を停止して複数のジャッキを縮め、支保
枠ピースを上方からケーシングの穴を通して支保枠室に
挿入する。複数の支保枠ピースを上下方向に接続して支
保枠を作り、その後、前記操作を繰り返すと、支保枠は
水平方向に連続した状態となり、ケーシングの後方の開
口から地盤中に現れる。このような支保枠の連続したも
のをそのまま、または支保枠にコンクリートを打設して
地中連続壁とする。

【０００８】ケーシングが長方形状の断面を有すること
と、カッタの正面形状が長方形状であってカッタの長手
方向へ伸びる軸線が前記ケーシングの短手方向の中央に
位置するようにカッタが配列され、揺動によって前記ケ
ーシングの短手方向の長さ以上の幅を掘削することか
ら、カッタを揺動させながらケーシングを推進すると、
カッタの軸線に直交する仮想面では地盤は円弧状に掘削
されるが、掘削方向に直交する仮想面では地盤は長方形
断面として掘削される。この掘削箇所に複数の支保枠ピ
ースを配列することによって支保枠を構築でき、支保枠
を水平方向へ連続することによって地中連続壁を構築で
きるため、ケーシングの短手方向の長さを地中連続壁に
必要とされる寸法よりわずかに大きく定め、カッタによ
る掘削幅をケーシングの短手方向の長さと同じか、わず
かに大きく定める。そして、カッタを可能な限り長くす
ることによって長手方向の長さが短手方向の長さと比べ
て長い断面の地中連続壁を構築できる。

【０００９】２つのカッタを備えることが好ましい。こ
の場合、２つのカッタは、１つのカッタの軸線の延長上
に別のカッタの軸線がくるように直列に配列し、共通の
前記揺動手段によって互いに逆向きに揺動される。

【００１０】単一の揺動手段によって２つのカッタを揺
動させるため、揺動手段の数量を減らすことができる。
加えて、２つのカッタを互いに逆向きに揺動させること
によって、２つのカッタを同じ向きに揺動させる場合に
生じ勝ちであるケーシングのねじれの発生を防止するこ
とができる。

【００１１】さらに、前記２つのカッタと前記揺動手段
との組を前記ケーシングの長手方向に複数配置すること
が好ましい。

【００１２】地中連続壁に必要とされる長手方向の長さ
によっては、２つのカッタでは長さが不足する事態が起
こりうる。この場合、２つのカッタと揺動手段との組の
１つまたは複数をケーシングの長手方向に配置すること
によって対処できる。換言すると、２つのカッタと揺動
手段とを基本のモジュールとし、地中連続壁の長手方向
の長さによってモジュールの数量を選定してケーシング
に設置する。

【００１３】前記ケーシングは、前記掘削装置が推進す
るとき、前記掘削装置が推進すべき地盤の上側に構築さ
れた予備トンネルによって案内されることが好ましい。
この場合、前記ケーシングは、前記穴の周りの外側面に
配置され、前記予備トンネルとの間を水密に保つ第１の
止水手段と、前記ケーシングの内側面の前記開口の近く
に配置され、地中連続壁との共同で前記支保枠室を水密
に保つ第２の止水手段とを有する。

【００１４】掘削装置を使用する際、掘削装置の上側に
予備トンネルを構築しておき、この予備トンネルによっ
て掘削装置のケーシングを案内すると共に、支保枠ピー
スを予備トンネルからケーシングに挿入する。ケーシン
グの穴が地下水位より低い位置にあるとき、地下水が予
備トンネルおよびケーシングの支保枠室の内部に浸入す
るのを第１および第２の止水手段によって防ぎ、予備ト
ンネルおよびケーシングの内部を水圧から開放する。

【００１５】

【発明の実施の形態】地盤中に地中連続壁を構築するに
は、まず前記地盤に立坑を設ける。この立坑は公知の方
法によって形成できる。立坑を構築した後、立坑の所要
箇所から前記立坑に実質的に直交する方向の地盤を掘削
して予備トンネルを構築するが、これはシールド工法に
よって構築できる。予備トンネルは、たとえば、直径が
6000mm程度の円形にする。

【００１６】予備トンネルを構築した後、掘削装置のケ
ーシングを予備トンネルによって案内させながら、ケー
シングを推進する。ケーシングは、掘削方向に直交する
仮想面で切断した断面において、たとえば、8000〜1200
0mm の長手方向長さと、800〜1200mmの短手方向長さと
を有する長方形状に形成する。ケーシングの前方の端部
には、２つのカッタと１つの揺動手段との組からなるモ
ジュールを、たとえば、３つ配置する。カッタは、正面
形状が長方形状を呈し、かつ、平面形状が円弧状を呈す
るように形成することができる。２つのカッタは、長手
方向へ伸びる軸線の回りを揺動可能なもので、軸線がケ
ーシングの短手方向の中央となり、かつ、１つのカッタ
の軸線の延長上に別のカッタの軸線がくるように直列に
配置する。２つのカッタの互いに他のカッタと隣り合せ
て位置する部分に歯車列を配置し、この歯車列を逆向き
に配置した２つの流体圧シリンダ装置で作動することに
よって、２つのカッタを互いに逆向きに揺動させる。

【００１７】

【実施例】地盤中に地中連続壁を構築するための掘削装
置は、図１ないし図３を参照すると、ケーシング１０
と、カッタ１２、１４と、揺動手段１６とを備える。

【００１８】ケーシング１０は 上プレート１８と、下
プレート２０と、２つの側プレート２２、２４とによっ
て、掘削方向に直交する仮想面で切断した断面が長手方
向Ａの長さと短手方向Ｂの長さとを有する長方形状を呈
するように形成されている。ケーシング１０の内部は空
間となっており、ケーシング１０は、空間を前方のチャ
ンバ２６と後方の支保枠室２８とに仕切る隔壁３０と、
支保枠用の支保枠ピースを上方から支保枠室２８に挿入
可能な、上プレート１８に開けた穴３２と、支保枠室２
８を後方に開放する開口３４とを有する。

【００１９】図示の実施例では、ケーシング１０は、穴
３２の周りの外側面に配置された止水手段３６と、ケー
シングの内側面の開口３４近くに配置された止水手段３
８とを有する。止水手段３６は、グリスを封入したワイ
ヤブラシによって形成したもので、上プレート１８と２
つの側プレート２２、２４とに取り付けてあり、後述す
る予備トンネルに設ける凹状のガイド部に密接し、予備
トンネルとの間を水密に保つ。一方、止水手段３８は止
水手段３６と同様に形成したもので、地中連続壁との共
同で支保枠室２８を水密に保つ。

【００２０】カッタ１２、１４はケーシング１０の前方
の端部に配置され、正面形状が長方形状を呈している。
図示の実施例では、２つのカッタ１２、１４と揺動手段
１６との組からなるモジュールが３つ配置されている。
２つのカッタ１２、１４はいずれも平面形状が円弧状と
なり、円周方向の実質的に９０°にわたる長さを有する
が、カッタ１２とカッタ１４とは円周方向へ９０°ずれ
て位置するようにそれぞれ軸４０、４２に固定されてい
る。軸４０、４２は、その軸線が長手方向Ａへ伸び、ケ
ーシング１０の短手方向Ｂの中央に位置する。さらに、
軸４０の軸線の延長上に軸４２の線軸がくるように直列
に配列されている。カッタ１２、１４は多数のビット１
３を有するもので、シールドにおいて公知の面板タイプ
またはスポークタイプとすることができる。２つのカッ
タ１２、１４は、後述するように、揺動手段１６によっ
て揺動されるとき、ケーシング１０の短手方向Ｂの長さ
以上の幅を掘削する。

【００２１】揺動手段１６は、図４に示すように、歯車
列４４と、２つの流体圧シリンダ装置４６、４８とを備
える。歯車列４４は３つのかさ歯車５０、５２、５４か
らなり、これらかさ歯車はケース５６内に収容されてい
る。かさ歯車５０は軸４０に連結され、かさ歯車５２は
軸４２に連結され、そしてかさ歯車５４は軸５８に連結
されている。軸４０、４２、５８がケース５６を貫通す
る箇所にシール６０を取り付け、さらにベアリング６２
を配置し、ケース５６内への水その他の異物の進入を防
ぐと共に、軸４０、４２、５８の円滑な回転を確保して
いる。軸５８はレバー６４の中央部に連結され、２つの
互いに逆向きに配置した流体圧シリンダ装置４６、４８
のピストンロッド４７がレバー６４の端部に連結されて
いる。その結果、２つの流体圧シリンダ装置４６、４８
を伸ばすと、軸４０がＣ向きに、また軸４２がＤ向きに
揺動する。逆に、２つの流体圧シリンダ装置４６、４８
を縮めると、軸４０がＤ向きに、また軸４２がＣ向きに
揺動する。これを繰り返して２つのカッタ４０、４２を
揺動させる。

【００２２】ケーシング１０の長手方向Ａに等間隔をお
いて複数のジャッキ６６が支保枠室２８内に配置されて
いる。これらジャッキ６６は油圧シリンダ装置からなる
もので、２枚の支持プレート６８、７０によって支持さ
れており、ケーシング１０を推進する。ジャッキ６６は
紙面に垂直な方向に２列に配置されている。

【００２３】カッタ１２、１４で掘削された土砂をチャ
ンバ２６から外部へ排出する手段は、送泥水管７２と排
泥水管７４とからなる。攪拌装置７６がチャンバ２６の
下方に配置されている。

【００２４】地盤中に地中連続壁を構築する場合、ま
ず、地盤に立坑を設け、立坑の所要箇所に予備トンネル
を構築する。予備トンネルの構築は、シールド工法によ
って行う。すなわち、シールドで地盤の土砂を防護しつ
つ掘削しながら、ジャッキによって推進する。シールド
の後方では鉄又はコンクリート製の覆工部材を環状に組
み立てて覆工体を形成し、予備トンネルとする。

【００２５】掘削装置は、図５に示すように、予備トン
ネル８０によって上方の端部を案内させて推進する。図
示の実施例では、予備トンネル８０は、凹状のガイド部
８２を有し、掘削装置のケーシング１０の上方の端部１
１がガイド部８２に入っている。ガイド部８２の頂部に
は、ふた８４がガイド部８２の全長にわたって開閉可能
に配置されている。予備トンネル８０を利用して搬送し
た支保枠ピースをケーシング１０の支保枠室２８に挿入
するとき、ふた８４を開ける。ガイド部８２に貧配合コ
ンクリート８６を中詰めしておき、掘削装置が推進する
とき、貧配合コンクリート８６を掘削装置で削り取らせ
るようにする。

【００２６】送泥水管７２によって泥水をチャンバ２６
に供給し、揺動手段１６によってカッタ１２、１４を揺
動しながら、複数のジャッキ６６を支保枠に当てがって
反力を持たせてケーシング１０を推進すると、切羽の土
砂がカッタ１２、１４で掘削される。掘削された土砂と
泥水とは攪拌装置７６によって攪拌され、排泥水管７４
によってチャンバ２６から穴３２を経て外部へ排出され
る。支保枠ピース１００の掘削方向の長さに相当する距
離を推進したとき、揺動手段１６によるカッタ１２、１
４の揺動を停止して複数のジャッキ６６を縮め、支保枠
ピース１００を上方からケーシング１０の穴３２に通し
て支保枠室２８に挿入する。複数の支保枠ピース１００
を上下方向に接続して支保枠を作り、その後、前記操作
を繰り返すと、支保枠は水平方向に連続した状態とな
り、ケーシングの後方の開口３４から地盤中に現れる。
このような支保枠の連続したものをそのまま、または支
保枠にコンクリートを打設して地中連続壁とする。

【００２７】支保枠ピース１００は鋼板を折り曲げて、
またはコンクリートのブロックとして形成することがで
きる。図６に示す支保枠ピース１００は、鋼板を水平断
面形状が多角形状を呈するように折り曲げて中空に形成
したもので、前面１０１の中央に上下方向へ伸びる１条
の溝１０２を、後面１０３の中央に後方へ突出していて
上下方向へ伸びる１条の突起１０４を有する。溝１０２
と突起１０４とは、水平断面形状が台形状を呈するよう
に形成されている。突起１０４は、当該支保枠ピースの
後方に位置する別の支保枠ピースの溝１０２に嵌まる。
支保枠ピース１００は、さらに、同図（ｂ）に示すよう
に、下の端部に先細状の差込み部１０６を、上の端部に
差込み部１０６を嵌合するガイド部１０７を有する。差
込み部１０６は、当該支保枠ピースの下方に位置する別
の支保枠ピースのガイド部１０７に嵌合し、上方の支保
枠ピースを正しい位置に導く。複数の推進用補強材１０
８が支保枠ピース１００の内周面に前後方向へ伸びるよ
うに取り付けられている。これは、ジャッキ６６の反力
を受け持つ。上下方向及び前後方向で隣り合って位置す
る支保枠ピース１００の間には水膨潤シール１１０を配
置する。支保枠ピース１００を所定位置に設置した後、
中空内に鉄筋を建て込み、コンクリートを充填する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る地中連続壁構築用の掘削装置の実
施例の断面図で、図３の１−１線に沿って切断したもの
である。

【図２】図１に示した掘削装置の左側面図である。

【図３】図１に示した掘削装置の平面図である。

【図４】揺動手段の実施例で、（ａ）は一部を断面とし
た側面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図で一部を示してい
る。

【図５】掘削装置の使用状態を示す正面図である。

【図６】地中連続壁の構築に使用する支保枠ピースの実
施例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
ｂ−ｂ線で切断した断面図である。

【符号の説明】

１０ ケーシング １２、１４ カッタ １６ 揺動手段 ２６ チャンバ ２８ 支保枠室 ３０ 隔壁 ３２ 穴 ３４ 開口 ３６、３８ 止水手段 ６６ ジャッキ １００ 支保枠ピース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 甲田 信 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会 社熊谷組東京本社内 (72)発明者 山森 規安 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会 社熊谷組東京本社内 (72)発明者 佐々木 博文 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会 社熊谷組東京本社内 (56)参考文献 特開 平９−177470（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 13/00 - 13/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤中に地中連続壁を構築するための掘
   削装置であって、 掘削方向に直交する仮想面で切断した断面が長手方向の
   長さと短手方向の長さとを有する長方形状を呈するケー
   シングであって内部が空間となり、この空間を前方のチ
   ャンバと後方の支保枠室とに仕切る隔壁と、支保枠用の
   支保枠ピースを上方から前記支保枠室に挿入可能な穴
   と、前記支保枠室を後方に開放する開口とを有するケー
   シングと、 このケーシングの前方の端部に配置される正面形状が長
   方形状を呈するカッタであって長手方向へ伸びる軸線の
   回りを揺動可能であり、前記軸線が前記ケーシングの短
   手方向の中央に位置するように配列され、揺動によって
   前記ケーシングの短手方向の長さ以上の幅を掘削するカ
   ッタと、 このカッタを揺動させる揺動手段と、 前記ケーシングの長手方向に間隔をおいて前記支保枠室
   内に配置され、前記ケーシングを推進する複数のジャッ
   キと、 前記カッタで掘削された土砂を前記チャンバから外部へ
   排出する手段とを備える、地中連続壁構築用の掘削装
   置。
2. 【請求項２】 ２つのカッタを備え、これらカッタは、
   １つのカッタの軸線の延長上に別のカッタの軸線がくる
   ように直列に配列され、かつ、共通の前記揺動手段によ
   って互いに逆向きに揺動される、請求項１に記載の地中
   連続壁構築用の掘削装置。
3. 【請求項３】 前記２つのカッタと前記揺動手段との組
   が前記ケーシングの長手方向に複数配置された、請求項
   ２に記載の地中連続壁構築用の掘削装置。
4. 【請求項４】 前記ケーシングは、前記掘削装置が推進
   するとき、前記掘削装置が推進すべき地盤の上側に構築
   された予備トンネルによって案内され、前記ケーシング
   は、さらに、前記穴の周りの外側面に配置され、前記予
   備トンネルとの間を水密に保つ第１の止水手段と、前記
   ケーシングの内側面の前記開口の近くに配置され、地中
   連続壁との共同で前記支保枠室を水密に保つ第２の止水
   手段とを有する、請求項１または請求項２に記載の地中
   連続壁構築用の掘削装置。