JP3150298B2 - トンネルの掘進方法およびシールド機 - 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、トンネルの掘進方
法およびシールド機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来技術の一例としての限定圧気
シールドの概念図である。

【０００３】この図５に示す限定圧気シールドのシール
ド機４８は、シールド機本体４９と、面板５１およびカ
ッタヘッド５２を有するカッタ部５０と、チャンバ５３
と、圧気装置（図示せず）と、コンプレッサ（図示せ
ず）に接続された気圧配管５４と、中央スクリューコン
ベア５５と、これに付設された気密排土機構（ロータリ
フィーダ）５６と、排土用のベルトコンベア５７と、下
部スクリューコンベア５８と、シールドジャッキ５９
と、テールシール６０等を装備している。なお、図５
中、４１は地山、４２は堀削土砂、４７はセグメントを
示す。また、図５中にハッチングを施した部分は圧気部
を示している。

【０００４】そして、この限定圧気シールドはシールド
機４８のチャンバ５３のみを密閉し、ここに限定して圧
気を加える工法で、崩壊しやすい地盤においても、カッ
タ部５０の面板５１とチャンバ５３内に溜まった掘削土
砂４２によって切羽の崩壊を防ぐとともに、チャンバ５
３内の圧気によって地下水の流入を防ぎ、切羽前方の地
盤の緩みを防止する工法である。また、カッタヘッド５
２で掘削した堀削土砂４２は、中央スクリューコンベア
５５を経て気密排土機構５６により、圧気部から大気圧
部へ排出する。

【０００５】次に、図６は他の従来技術としての泥土圧
シールドを示すもので、固結粘性土層の地山を掘削する
ために適する泥土圧シールド機の縦断側面図である。

【０００６】この図６に示す泥土圧シールド機６１は、
シールド機本体６２と、機械室６３と、隔壁（バルクヘ
ッド）６４と、フード部６５と、カッタ部６６と、この
カッタ部６６の駆動装置７２と、作泥土材注入手段を構
成している作泥土材注入管７８および作泥土材注入口７
９と、排土装置であるスクリューコンベア８０と、シー
ルドジャッキ８４と、中折れジャッキ８５と、テールシ
ール８６と、エレクタ８７等を装備している。なお、図
６中、４１は地山、４７はセグメントを示す。

【０００７】前記カッタ部６６は、隔壁６４に支持され
た回転軸６７と、これに取り付けられたカッタフレーム
６８と、これに多数設けられたカッタビット６９と、カ
ッタフレーム６８の前面中央部に設けられたフィッシュ
テール７０と、カッタフレーム６８の後面に複数本取り
付けられた練り混ぜ翼７１とを有している。

【０００８】前記カッタ部６６の駆動装置７２は、隔壁
６４に取り付けられたギヤボックス７３と、これに支持
された回転駆動源７４と、これに連結されたピニオン７
５と、前記回転軸６７に取り付けられかつピニオン７５
に噛み合わされたメインギヤ７６とを有している。

【０００９】前記作泥土材注入管７８は、作泥土材供給
源（図示せず）に接続されかつ前記回転軸６７の内部を
通って、前記フィッシュテール７０まで延びている。前
記作泥土材注入口７９は、前記フィッシュテール７０の
部分に開口している。

【００１０】前記スクリューコンベア８０は、回転駆動
装置８１と、排土口８２と、排土口開閉手段８３とを有
している。

【００１１】前記シールドジャッキ８４は、シールド機
本体６２の後部で組み立てられたセグメント４７に反力
を取って泥土圧シールド機６１を推進させる。

【００１２】前記中折れジャッキ８５は、シールド機本
体６２の前半部と後半部間に設けられていて、トンネル
の掘進方向を制御する。

【００１３】前記テールシール８６は、セグメント４７
の外周に密接に当接し、シールド機本体６２の外部から
内部への泥水等の浸入を防止する。

【００１４】前記エレクタ８７は、坑内を走行する資材
運搬設備からセグメントピースを受け取り、そのセグメ
ントピースを組み立て位置に差し出す。

【００１５】そして、この泥土圧シールド機６１では、
カッタ部６６のカッタビット６９で地山４１を掘削し、
その掘削土砂４２をチャンバ７７内に取り込み、この取
り込んだ掘削土砂４２に、作泥土材注入管７８を経て作
泥土材注入口７９からベントナイト、粘土や高分子付着
防止剤などの作泥土材を注入し、掘削土砂４２と作泥土
材とをカッタ部６６に付属の練り混ぜ翼７１で攪拌混合
し、掘削土砂４２を泥土化し、シールドジャッキ８４の
推力により加圧し、その泥土圧を切羽全体に作用させて
切羽の安定を図りながらスクリューコンベア８０により
排土する。

【００１６】カッタ部６６の周りの地山４１を所定範囲
掘削しながら、シールド機本体６２の後部で組み立てら
れたセグメント４７に反力を取ってシールドジャッキ８
４により泥土圧シールド機６１を堀進させる。

【００１７】さらに、他の従来技術としての気泡シール
ドでは、泥土圧シールドの切羽またはチャンバ内に、加
泥材の代わりに特殊気泡剤により作られた気泡を注入す
る。

【００１８】そして、この気泡シールドは注入された微
細なシェービングクリーム状の気泡と掘削土砂とを混合
し、掘削土砂に流動性と止水性を付与し、切羽の安定を
保持しつつ、掘進する工法である。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術のうちの、限定圧気シールドは次のような問題があ
る。 （１）気密排土機構５６に問題があり、礫層では気密排
土機構５６に礫が噛み混み、排土口から掘削土砂４２を
排出するときに、掘削土砂４２が噴発する。 （２）テールシール６０に問題があり、シールド機後部
に廻り込んだ高圧空気がテールシール６０からシールド
機内に漏気する可能性がある。 （３）圧気工法に比べて圧気容積が少ないため、圧気管
理に精度が要求され、漏気による危険度が圧気工法に比
べて大きい。 （４）チャンバ５３と中央スクリューコンベア５５内を
圧気して地下水圧に対抗させるので、圧気圧が高く、地
上への噴発も起きやすい。 （５）多量の空気が必要となり、圧気設備が比較的大規
模となる。

【００２０】また、従来技術の泥土圧シールドには、次
のような問題がある。すなわち、粘性の高い土質では十
分に練り混ぜ機構が働かず、掘削土砂４２がチャンバ７
７内やスクリューコンベア８０内で固結して排出でき
ず、掘進不能となる場合がある。

【００２１】さらに、従来技術における気泡シールドに
は、次のような問題がある。 （１）加泥材の代わりの気泡剤が高価である。 （２）排土中の気泡が自然消泡しない場合は、特殊消泡
剤を散布する必要がある。 （３）気泡剤や消泡剤は、自然界に多くは存在しない各
種界面活性剤やセルロース系の高分子剤であり、産業廃
棄物として扱わなければならない場合が生ずる。 （４）起泡材作成設備、気泡注入設備、気泡制御設備、
および消泡設備は高価であり、設備費が嵩む。 （５）立坑には、起泡材作成設備が必要であり、広い立
坑用地を必要とする。 （６）後続設備にも、気泡注入設備、気泡制御設備、お
よび消泡設備が必要であり、後続設備が長くなるととも
に、初期掘進延長を長くする必要がある。

【００２２】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、シールド機のチャンバや
排土装置内での掘削土砂の固結を少量の高圧空気を噴射
させるだけで有効に防止でき、掘進速度を上げ、掘進効
率の向上を図ることができ、しかも小型で簡素な設備で
実施し得るトンネルの掘進方法を提供することにある。

【００２３】また、本発明の他の目的は、前記掘進方法
を的確に実施し得るシールド機を提供することにある。

【００２４】さらに、本発明の他の目的は、作泥土材注
入手段を備えたシールド機であって、前記掘進方法をよ
り良く実施し得るシールド機を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明方法ではシールド機前部のチャンバ内に取り
込んだ掘削土砂４２に高圧空気４０を噴射し、掘削土砂
４２とカッタ部１６のほぼ中央部の後部または前部から
注入された加泥材または作泥土材とをシールド機のカッ
タ部１６の背面に延設された後方に向って延びる肉厚状
の練り混ぜ部材または練り混ぜ翼７１と高圧空気４０と
により攪拌混合し、掘削土砂４２に大小の空気塊４５を
混在させた不透水性と塑性流動性とを持った空気混入土
４６を作成し、チャンバ内の空気混入土４６を一定圧力
に維持しつつシールド機を推進させながら、前記空気混
入土４６を排出するようにしている。

【００２６】また、前記目的を達成するため、本発明シ
ールド機ではシールド機前部に取り付けられかつ地山４
１を掘削するカッタ部と、シールド機前部に設けられか
つ掘削土砂４２を取り込むチャンバと、機械室側からチ
ャンバ内の掘削土砂４２に加泥材を注入する加泥材注入
手段または作泥土材を注入する作泥土材注入手段と、前
記チャンバ内を一定圧力に維持しつつ前記加泥材または
作泥土材を混合した泥土を排出する排土装置と、シール
ド機後部で組み立てられたセグメント４７に反力を取っ
てシールド機を推進させるシールドジャッキとを装備し
たシールド機であって、前記シールド機の機械室からチ
ャンバにわたって、このチャンバ内に取り込んだ掘削土
砂４２に高圧空気４０を噴射し，カッタ部１６の背面に
延設された後方に向って延びる肉厚状の練り混ぜ部材ま
たは練り混ぜ翼７１にて攪拌混合させて大小の空気塊４
５を混在させた空気混入土４６を作成するための高圧空
気噴射手段を設置している。

【００２７】さらに、前記目的を達成するため、本発明
シールド機では作泥土材注入手段を備えたシールド機に
おいて、隔壁に、チャンバ２４に向かって高圧空気４０
を噴射する高圧空気噴射孔のほかに、シールド機のフー
ド部、カッタフレーム、フィッシュテールのうちの少な
くとも一つにも高圧空気噴射孔を設けている。

【００２８】さらに、前記目的を達成するため、シール
ド機前部のチャンバ内に取り込んだ掘削土砂４２に対
し、前記シールド機の隔壁、シールド機のフード部、カ
ッタフレーム、フィッシュテールに設けられた高圧空気
噴射孔から高圧空気４０を噴射し、掘削土砂４２とカッ
タ部１６のほぼ中央部の前部から注入された加泥材また
は作泥土材とを、シールド機のカッタ部１６の背面に延
設された後方に向って延びる練り混ぜ翼７１と高圧空気
４０とにより攪拌混合し、掘削土砂４２に大小の空気塊
４５を混在させた不透水性と塑性流動性とを持った空気
混入土４６を作成し、チャンバ内の空気混入土４６を一
定圧力に維持しつつシールド機を堀進させながら、前記
空気混入土４６を排出するようにしている。

【００２９】また、さらに、前記目的を達成するためシ
ールド機前部に取り付けられかつ地山４１を掘削するカ
ッタ部と、シールド機前部に設けられかつ掘削土砂４２
を取り込むチャンバと、機械室側からチャンバ内の掘削
土砂４２にカッタのほぼ中央部の前部から加泥材を注入
する加泥材注入手段または作泥土材を注入する作泥土材
注入手段と、前記チャンバ内を一定圧力に維持しつつ前
記加泥材または作泥土材を混合した泥土を排出する排土
装置と、シールド機後部で組み立てられたセグメント４
７に反力を取ってシールド機を堀進させるシールドジャ
ッキとを装備したシールド機であって、前記シールド機
の機械室からチャンバにわたって、このチャンバ内に取
り込んだ掘削土砂４２に対し、前記シールド機の隔壁、
シールド機のフード部、カッタフレーム、フィッシュテ
ールに設けられた高圧空気噴射孔から高圧空気４０を噴
射し，カッタ部１６の背面に延設された後方に向って延
びる練り混ぜ翼７１にて攪拌混合させて大小の空気塊４
５を混在させた空気混入土４６を作成するようにしてい
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００３１】図１は泥土圧シールドにおける本発明の第
１実施例を示すもので、玉石層の地山の掘削に適する泥
土圧シールド機の縦断側面図、図２は図１のＡ部分の拡
大詳細図である。

【００３２】その図１に示す泥土圧シールド機１１は、
シールド機本体１２と、機械室１３と、隔壁１４と、フ
ード部１５と、カッタ部１６と、カッタ部１６の駆動装
置２１と、チャンバ２４と、加泥材注入手段と、排土装
置であるスクリューコンベア２７と、シールドジャッキ
３１と、中折れジャッキ３２と、テールシール３３と、
エレクタ３４と、高圧空気噴射手段３５等を装備してい
る。

【００３３】前記カッタ部１６は、隔壁１４に支持され
た回転軸１７と、これに取り付けられたカッタフレーム
１８と、このカッタフレーム１８に設けられた多数のカ
ッタビット１９およびローラビット２０とを有して構成
されている。また、カッタ部１６の背面には後方に向っ
て延びる肉厚状の練り混ぜ部材が延設されている。

【００３４】前記カッタ部１６の駆動装置２１は、回転
駆動源２２と、これに連結されたピニオン（図示せず）
と、このピニオンに噛み合わされたメインギヤ２３とを
備えて構成され、カッタ部１６を回転駆動するようにな
っている。

【００３５】前記加泥材注入手段は、加泥材作成設備
（図示せず）と、これに接続されかつカッタ部１６の回
転軸１７の内部を通してチャンバ２４に加泥材注入口２
６を臨ませて設けられた加泥材注入管２５とを備え、チ
ャンバ２４内に取り込まれた掘削土砂４２に、カッタ部
１６のほぼ中央部の後部に設けられた加泥材注入口２６
から加泥材を注入するようになっている。

【００３６】前記スクリューコンベア２７は、駆動装置
２８と、排土ゲート２９と、排土口３０とを備え、チャ
ンバ２４内を掘削土砂４２で一定圧力に維持しつつ、そ
の掘削土砂４２をシールド機内の後方に搬出し、排土口
３０から排出するようになっている。

【００３７】前記シールドジャッキ３１は、シールド機
後部で組み立てられたセグメント４７に反力を取って、
シールド機１１を堀進させる。

【００３８】前記中折れジャッキ３２は、シールド機本
体１２の前半部と後半部間に設けられていて、泥土圧シ
ールド機１１の掘進方向を制御する。

【００３９】前記テールシール３３は、セグメント４７
の外周に密接に当接し、シールド機本体１２の外部から
内部への泥水等の浸入を防止する。

【００４０】前記エレクタ３４は、坑内を走行する資材
運搬設備からセグメントピースを受け取り、セグメント
ピースの組み立て位置に差し出す。

【００４１】前記高圧空気噴射手段３５は、シールド機
１１の機械室１３内に設置された小容量のコンプレッサ
３６と、これに接続されかつ高圧空気噴射孔３８をチャ
ンバ２４に臨ませて配管された高圧空気管３７と、この
高圧空気管３７間に設けられたエアバルブ３９とを備
え、チャンバ２４内に取り込まれた掘削土砂４２に高圧
空気噴射孔３８を通じて高圧空気４０を噴射するように
構成されている。

【００４２】しかして、この泥土圧シールドでは、泥土
圧シールド機１１におけるカッタ部１６の駆動装置２１
によりカッタ部１６を回転させると同時に、シールドジ
ャッキ３１をセグメント４７に押し付け、カッタ部１６
のカッタビット１９やローラビット２０により地山４１
を切削，破砕し、その掘削土砂４２をシールド機前部の
チャンバ２４内に取り込む。

【００４３】前記チャンバ２４に取り込んだ掘削土砂４
２に、加泥材注入手段を構成している加泥材注入管２５
および加泥材注入口２６から粘性付与材、流動性付与
材、ベントナイト、粘土や高分子加泥材などの加泥材を
注入するとともに、高圧空気噴射手段３５のコンプレッ
サ３６で生成した高圧空気４０を、高圧空気管３７、エ
アバルブ３９および高圧空気噴射孔３８を通じてチャン
バ２４内に噴射させる。高圧空気噴射量は、高圧空気管
３７の途中に設けられたエアバルブ３９により制御す
る。

【００４４】ついで、前記チャンバ２４内に取り込んだ
掘削土砂４２と加泥材とを、高圧空気４０、カッタフレ
ーム１８やカッタビット１９により攪拌混合し、掘削土
砂４２を図２に示すように、泥土４３とずり４４とに大
小の空気塊４５が混入した不透水性と塑性流動性とを有
する空気混入土４６とし、この空気混入土４６をチャン
バ２４とスクリューコンベア２７に充満させて切羽を抑
える。

【００４５】そして、チャンバ２４内の空気混入土４６
を一定の圧力に維持しつつ、シールドジャッキ３１によ
り泥土圧シールド機１１を堀進させ、前記空気混入土４
６をスクリューコンベア２７により排出し、ずり積み込
み機やポンプにより坑外に排出する。

【００４６】以上の作業を繰り返して行い、トンネルを
掘進して行く。

【００４７】次に、前記泥土圧シールドによる施工の実
施例について説明する。 （１）シールド外径２，１３０φ（ｍｍ）の小口径泥土
圧シールドである。土質条件は、１ｍ程度の転石が存在
する砂礫層である。 （２）大礫対応の泥土圧シールドを使用した。 （３）高圧空気４０の生成には、通称ベビーコンプレッ
サと呼ばれる小容量のコンプレッサ３６を使用した。こ
のコンプレッサ３６は小型であり、シールド機本体１２
の機械室１３内に設置した。使用したコンプレッサ３６
の諸元は、次のようである。 空気圧力：噴射圧力は、最高圧９ｋｇｆ／ｃｍ^２で
ある。 チャンバ２４内の圧力＝０．７〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２
に対して十分な空気噴射効果を発揮できる圧力である。 空気量：チャンバ２４の容積＝約１．５ｍ^３（１，
５００リットル）に対して８０リットル／ｍｉｎの吹き
出し能力がある。 シールドは、毎分３〜４ｃｍ掘進できた。掘進中は、コ
ンプレッサ３６を稼働させ、８０リットル／ｍｉｎで高
圧空気４０を噴射させた。 高圧空気噴射量：チャンバ２４の容量に対して、毎
分５％程度の少量である。（８０／１，５００＝０．０
５３） 地山掘削土量に対しては、５０〜８０％である。 ２，１３０φ（ｍｍ）（断面積＝３．５６ｍ^２） ８０／１０７＝０．７５（０．０３ｍ／ｍｉｎ×３．５６ｍ^２ ＝０．１０７ｍ^３／ｍｉｎ） ８０／１４２＝０．５６（０．０４ｍ／ｍｉｎ×３．５６ｍ^２ ＝０．１４２ｍ^３／ｍｉｎ） （４）当初、加泥材の注入を行っても掘削土砂４２の固
結が激しく、掘進速度は毎分０．２〜０．５ｃｍで、１
方当たり１．８〜２．７ｍ（２〜３リング９０ｃｍセグ
メント）の日進量で、殆ど掘進能率が上がらなかった。 （５）当初と同じ量の加泥材を注入するとともに、高圧
空気４０を噴射したところ、チャンバ２４内およびスク
リューコンベア２７内での掘削土砂４２の固結が解消さ
れ、スクリューコンベア２７の排土口３０では大小の空
気塊４５が良く混ざった空気混入土４６を効率よく排出
することができた。このため、掘進速度は毎分３〜４ｃ
ｍとなり、日進量は１方当たり５．４〜６．３ｍ（６〜
７リング）掘進することができた。 （６）大小の空気塊４５の混入した空気混入土４６は、
スクリューコンベア２７から排出されるときに、空気塊
４５は殆ど消滅した。空気塊４５が残っていても有害で
はない。 （７）実施例の効果 少量の高圧空気４０を噴射するだけで、掘削土砂４
２に大小の空気塊４５が混入した不透水性と塑性流動性
とを持った空気混入土４６に速やかに変換することがで
きる。この空気混入土４６により、切羽を抑え、かつチ
ャンバ２４内での掘削土砂４２の固結を防止し、チャン
バ２４内への掘削土砂４２の取り込みを良くし、かつス
クリューコンベア２７からの排土抵抗を軽減できるの
で、掘進効率が良くなり、掘進速度（掘進能率）を上げ
ることができた。 設備は、簡素で小容量のコンプレ
ッサ３６で済み、経済的である。 掘削土砂４２を不
透水性と塑性流動性とを持った土質に変換するための材
料は空気であり、したがって材料費が不要である。
小型のコンプレレッサ３６で足りるため、シールド機の
機械室１３内にも十分設置できる。小口径泥土圧シール
ドにも適用できる。 高圧空気噴射量は少量であり、
しかも空気混入土４６と一緒にスクリューコンベア２７
から排出されるため、テールシール３３から回り込むこ
とがない。 高圧空気噴射のために必要な設備は小容
量のコンプレッサ３６のみで、そのための立坑用地が不
要である。

【００４８】ついで、図３は泥土圧シールドにおける本
発明の第２実施例を示すもので、固結粘性土層の地山の
掘削に適する泥土圧シールド機の縦断側面図、図４は図
３のＢ部分の拡大詳細図である。

【００４９】これら図３および図４において、従来技術
として図６に示した泥土圧シールド機６１と同じ部材に
は同じ符号を付けて示し、これ以上の説明を省略し、本
発明方法を実施するために付設した部材のみを説明す
る。

【００５０】前記図３および図４に示す泥土圧シールド
機６１では、シールド機本体６２内の機械室６３側から
シールド機前部側に、第１，第２，第３高圧空気噴射手
段８８，９３，９８が設置されている。

【００５１】前記第１高圧空気噴射手段８８は、機械室
６３内に設置された小容量のコンプレッサ８９と、この
コンプレッサ８９と隔壁６４間に配管された高圧空気管
９０と、隔壁６４に設けられた高圧空気噴射孔９１と、
高圧空気管９０の途中に設けられたエアバルブ９２とを
備え、隔壁６４からチャンバ７７とカッタ部６６に向か
って高圧空気４０を噴射するようにしている。

【００５２】前記第２高圧空気噴射手段９３は、機械室
６３内に設置された小容量のコンプレッサ９４と、この
コンプレッサ９４から隔壁６４を貫通してフード部６５
に延びる高圧空気管９５と、フード部６５の内側に設け
られた高圧空気噴射孔９６と、高圧空気管９５の途中に
設けられたエアバルブ９７とを備え、フード部６５から
チャンバ７７とカッタフレーム６８に向かって高圧空気
４０を噴射するようにしている。

【００５３】前記第３高圧空気噴射手段９８は、機械室
６３内に設置された小容量のコンプレッサ９９と、この
コンプレッサ９９からカッタフレーム６８の内部まで延
びる高圧空気管１００と、この高圧空気管１００の出口
に連通し、カッタフレーム６８の内部からフィッシュテ
ール７０に貫通する高圧空気噴射通路１０１と、同カッ
タフレーム６８の内部を通ってカッタフレーム６８の外
周面の一部に貫通する高圧空気通路１０２と、この高圧
空気通路１０２からカッタフレーム６８の外周寄りの位
置で切羽側とチャンバ７７側とに分岐された高圧空気通
路１０３，１０４と、前記高圧空気通路１０１〜１０４
の開口である高圧空気噴射孔１０５〜１０８と、前記高
圧空気管１００の途中に設けられたエアバルブ１０９と
を備え、高圧空気噴射孔１０５からはカッタ部６６の中
心部から切羽に向かって、高圧空気噴射孔１０６からは
カッタ部６６の外周面の一部から地山４１に向かって、
また高圧空気噴射孔１０７からはカッタ部６６の外周寄
りから切羽に向かって、さらに高圧空気噴射孔１０８か
らはカッタ部６６の外周寄りからチャンバ７７内にそれ
ぞれ高圧空気４０を噴射するようにしている。

【００５４】なお、前記コンプレッサ８９，９４，９９
を後方設備台車上に一括して搭載するようにしてもよ
い。

【００５５】この泥土圧シールド機６１では、カッタ部
６６のカッタビット６９で地山４１を掘削し、その掘削
土砂４２をチャンバ７７内に取り込む。このチャンバ７
７内に取り込んだ掘削土砂４２にカッタ部の前部に先端
が設けられた作泥土材注入管７８および作泥土材注入口
７９を通じて、ベントナイト、粘土や高分子付着防止剤
などの作泥土材を注入するとともに、第１，第２，第３
高圧空気噴射手段８８，９３，９８の小容量のコンプレ
ッサ８９，９４，９９により生成された高圧空気４０
を、当該高圧空気管９１，９５，１００や高圧空気通路
１０１〜１０４を経て高圧空気噴射孔９１，９６，１０
５〜１０８からチャンバ７７、カッタ部６６の前方切
羽、同カッタ部６６の外周側の地山４１に向かって噴射
させる。高圧空気噴射量は、第１，第２，第３高圧空気
噴射手段８８，９３，９８のエアバルブ９２，９７，１
０９により制御する。

【００５６】前述のごとく、チャンバ７７内に取り込ん
だ掘削土砂４２に、作泥土材を注入するとともに、高圧
空気４０を噴射し、カッタ部６６に設けられた練り混ぜ
翼７１と、噴射された高圧空気４０とにより攪拌混合
し、掘削土砂４２に大小の空気塊が混入した不透水性と
塑性流動性とを持った空気混入土４６を速やかに作成
し、この空気混入土４６をチャンバ７７およびスクリュ
ーコンベア８０内に充満させ、切羽を抑える。

【００５７】そして、シールド機本体６２の後方で組み
立てられたセグメント４７に反力を取って、シールドジ
ャッキ８４により泥土圧シールド機６１を推進させる。

【００５８】このとき、空気混入土４６をスクリューコ
ンベア８０により排出し、ずり積み込み設備やポンプに
より坑外に排出する。

【００５９】なお、中折れジャッキ８５やテールシール
８６、エレクタ８７の作用は前記図６に示す泥土圧シー
ルド機の場合と同様である。

【００６０】以上の作業を繰り返して行い、トンネルを
掘進して行く。

【００６１】この第２実施例においても、前記図１に示
す実施例と同様の効果を奏する。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法ではシ
ールド機前部のチャンバ内に取り込んだ掘削土砂４２に
高圧空気４０を噴射し、掘削土砂４２とカッタ部１６の
ほぼ中央部の後部または前部から注入された加泥材また
は作泥土材とをシールド機のカッタ部１６の背面に延設
された後方に向って延びる肉厚状の練り混ぜ部材または
練り混ぜ翼７１と高圧空気４０とにより攪拌混合し、掘
削土砂４２に大小の空気塊４５を混在させた不透水性と
塑性流動性とを持った空気混入土４６を作成し、チャン
バ内の空気混入土４６を一定圧力に維持しつつシールド
機を推進させながら、前記空気混入土４６を排出するよ
うにしているので、掘削土砂４２をこれに大小の空気塊
が混入した不透水性と塑性流動性とを持った空気混入土
４６に速やかに変換でき、切羽を確実に抑えることがで
き、しかもこの空気混入土４６により、シールド機前部
のチャンバへの掘削土砂４２の取り込みを良くし、かつ
排土装置からの排土抵抗を軽減できるので、掘進効率を
良くし、掘進速度の向上を図り得る効果がある。また、
本発明方法では高圧空気４０を噴射するための設備は小
容量のコンプレッサで足りる。したがって高圧空気４０
を噴射するための設備を坑内に持ち込むための立坑用地
を必要としないし、掘削土砂４２に不透水性と塑性流動
性とを持たせるための材料は空気であるため、材料費が
不要である点で、経済的性に優れた効果がある。さら
に、本発明方法では掘削土砂４２に不透水性と塑性流動
性とを持たせる材料は、前述のごとく高圧空気４０であ
るため、空気混入土４６をそのまま廃棄処分しても環境
汚染などの公害の発生を防止し得る効果がある。

【００６３】また、本発明シールド機ではシールド機前
部に取り付けられかつ地山４１を掘削するカッタ部と、
シールド機前部に設けられかつ掘削土砂４２を取り込む
チャンバと、機械室側からチャンバ内の掘削土砂４２に
加泥材を注入する加泥材注入手段または作泥土材を注入
する作泥土材注入手段と、前記チャンバ内を一定圧力に
維持しつつ前記加泥材または作泥土材を混合した泥土を
排出する排土装置と、シールド機後部で組み立てられた
セグメント４７に反力を取ってシールド機を推進させる
シールドジャッキとを装備したシールド機において、前
記シールド機の機械室からチャンバにわたって、このチ
ャンバ内に取り込んだ掘削土砂４２に高圧空気４０を噴
射し，カッタ部１６の背面に延設された後方に向って延
びる肉厚状の練り混ぜ部材または練り混ぜ翼７１にて攪
拌混合させて大小の空気塊４５を混在させた空気混入土
４６を作成するための高圧空気噴射手段を設置している
ので、小型で簡素な設備で前記本発明方法を的確に実施
し得る効果がある。

【００６４】さらに、本発明シールド機では作泥土材注
入手段を備えたシールド機において、隔壁に、チャンバ
２４に向かって高圧空気４０を噴射する高圧空気噴射孔
を設けるとともに、シールド機のフード部、カッタフレ
ーム、フィッシュテールのうちの少なくとも一つにも高
圧空気噴射孔を設けているので、前記本発明方法をより
良く実施し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための第１実施例を示す
もので、泥土圧シールド機の縦断側面図である。

【図２】図１のＡ部分の拡大詳細図である。

【図３】本発明方法を実施するための第２実施例を示す
もので、泥土圧シールド機の縦断側面図である。

【図４】図３のＢ部分の拡大詳細図である。

【図５】従来技術としての限定圧気シールドの概念図で
ある。

【図６】他の従来技術としての泥土圧シールド機を示す
縦断側面図である。

【符号の説明】

１１ 泥土圧シールド機 １２ シールド機本体 １３ 機械室 １４ 隔壁 １５ フード部 １６ カッタ部 ２１ カッタ部の駆動装置 ２４ チャンバ ２５ 加泥材注入管 ２６ 加泥材注入口 ２７ 排土装置であるスクリューコンベア ３１ シールドジャッキ ３３ テールシール ３５ 高圧空気の噴射手段 ３６ 小容量のコンプレッサ ３７ 高圧空気管 ３８ 高圧空気噴射孔 ３９ エアバルブ ４０ 高圧空気 ４１ 地山 ４２ 掘削土砂 ４５ 空気塊 ４６ 空気混入土 ６１ 泥土圧シールド機 ６２ シールド機本体 ６３ 機械室 ６４ 隔壁 ６５ フード部 ６６ カッタ部 ６８ カッタフレーム ６９ カッタビット ７０ フィッシュテール ７１ 練り混ぜ翼 ７２ カッタ部の駆動装置 ７７ チャンバ ７８ 作泥土材注入管 ７９ 作泥土材注入口 ８０ 排土装置であるスクリューコンベア ８４ シールドジャッキ ８６ テールシール ８８ 第１高圧空気噴射手段 ８９ 小容量のコンプレッサ ９０ 高圧空気管 ９１ 高圧空気噴射孔 ９２ エアバルブ ９３ 第２高圧空気噴射手段 ９４ 小容量のコンプレッサ ９５ 高圧空気管 ９６ 高圧空気噴射孔 ９７ エアバルブ ９８ 第３高圧空気噴射手段 ９９ 小容量のコンプレッサ １００ 高圧空気管 １０１〜１０４ 高圧空気通路 １０５〜１０８ 高圧空気噴射孔 １０９ エアバルブ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機前部のチャンバ内に取り込ん
   だ掘削土砂（４２）に高圧空気（４０）を噴射し、 掘削土砂（４２）とカッタ部（１６）のほぼ中央部の後
   部または前部から注入された加泥材または作泥土材と
   を、シールド機のカッタ部（１６）の背面に延設された
   後方に向って延びる肉厚状の練り混ぜ部材または練り混
   ぜ翼（７１）と高圧空気（４０）とにより攪拌混合し、
   掘削土砂（４２）に大小の空気塊（４５）を混在させた
   不透水性と塑性流動性とを持った空気混入土（４６）を
   作成し、 チャンバ内の空気混入土（４６）を一定圧力に維持しつ
   つシールド機を堀進させながら、前記空気混入土（４
   ６）を排出する、 ことを特徴とするトンネルの掘進方法。
2. 【請求項２】 シールド機前部に取り付けられかつ地山
   （４１）を掘削するカッタ部と、シールド機前部に設け
   られかつ掘削土砂（４２）を取り込むチャンバと、機械
   室側からチャンバ内の掘削土砂（４２）に加泥材を注入
   する加泥材注入手段または作泥土材を注入する作泥土材
   注入手段と、前記チャンバ内を一定圧力に維持しつつ前
   記加泥材または作泥土材を混合した泥土を排出する排土
   装置と、シールド機後部で組み立てられたセグメント
   （４７）に反力を取ってシールド機を堀進させるシール
   ドジャッキとを装備したシールド機であって、 前記シールド機の機械室からチャンバにわたって、この
   チャンバ内に取り込んだ掘削土砂（４２）に高圧空気
   （４０）を噴射し，カッタ部（１６）の背面に延設され
   た後方に向って延びる肉厚状の練り混ぜ部材または練り
   混ぜ翼（７１）にて攪拌混合させて大小の空気塊（４
   ５）を混在させた空気混入土（４６）を作成するための
   高圧空気噴射手段を設置した、 ことを特徴とするシールド機。
3. 【請求項３】 前記作泥土材注入手段を備えたシールド
   機であって、前記シールド機の隔壁に、チャンバに向か
   って高圧空気（４０）を噴射する高圧空気噴射孔を設け
   るとともに、シールド機のフード部、カッタフレーム、
   フィッシュテールのうちの少なくとも一つにも高圧空気
   噴射孔を設けたことを特徴とする請求項２記載のシール
   ド機。
4. 【請求項４】 シールド機前部のチャンバ内に取り込
   んだ掘削土砂（４２）に対し、前記シールド機の隔壁、
   シールド機のフード部、カッタフレーム、フィッシュテ
   ールに設けられた高圧空気噴射孔から高圧空気（４０）
   を噴射し、 掘削土砂（４２）とカッタ部（１６）のほぼ中央部の前
   部から注入された加泥材または作泥土材とを、シールド
   機のカッタ部（１６）の背面に延設された後方に向って
   延びる練り混ぜ翼（７１）と高圧空気（４０）とにより
   攪拌混合し、掘削土砂（４２）に大小の空気塊（４５）
   を混在させた不透水性と塑性流動性とを持った空気混入
   土（４６）を作成し、 チャンバ内の空気混入土（４６）を一定圧力に維持しつ
   つシールド機を堀進させながら、前記空気混入土（４
   ６）を排出する、 ことを特徴とするトンネルの掘進方法。
5. 【請求項５】 シールド機前部に取り付けられかつ地山
   （４１）を掘削するカッタ部と、シールド機前部に設け
   られかつ掘削土砂（４２）を取り込むチャンバと、機械
   室側からチャンバ内の掘削土砂（４２）にカッタのほぼ
   中央部の前部から加泥材を注入する加泥材注入手段また
   は作泥土材を注入する作泥土材注入手段と、前記チャン
   バ内を一定圧力に維持しつつ前記加泥材または作泥土材
   を混合した泥土を排出する排土装置と、シールド機後部
   で組み立てられたセグメント（４７）に反力を取ってシ
   ールド機を堀進させるシールドジャッキとを装備したシ
   ールド機であって、 前記シールド機の機械室からチャンバにわたって、この
   チャンバ内に取り込んだ掘削土砂（４２）に対し、前記
   シールド機の隔壁、シールド機のフード部、カッタフレ
   ーム、フィッシュテールに設けられた高圧空気噴射孔か
   ら高圧空気（４０）を噴射し，カッタ部（１６）の背面
   に延設された後方に向って延びる練り混ぜ翼（７１）に
   て攪拌混合させて大小の空気塊（４５）を混在させた空
   気混入土（４６）を作成することを特徴とするシールド
   機。