JP3382838B2 - トンネル掘削機及び掘削方法 - 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、地下自動車道路や
地下鉄道などに使用するトンネルを掘削形成するトンネ
ル掘削機及び掘削方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削
機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると
共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセ
グメントエレクタが装着されて構成されている。従っ
て、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させな
がら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させ
ることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成
し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたト
ンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築
することができる。

【０００３】ところで、掘削形成するトンネルとして、
例えば、地下を通る自動車用高速道路に利用されるもの
がある。この自動車用高速道路は分岐路や出口のために
途中で車線が増加したり、減少したりしている。そのた
め、このような自動車用高速道路に使用するトンネルを
掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方
向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。

【０００４】このようなトンネル掘削断面形状を掘削途
中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のシールド掘削機
としては、従来から例えば、特開平７−２７９５７９号
公報に記載されたものがある。この公報に記載されたシ
ールド掘削機は、シールド本体を固定部と一対の移動部
によって構成すると共に、移動部を前胴部と後胴部によ
って構成し、固定部と前胴部及び後胴部との間に移動ジ
ャッキを架設し、また、固定部の前端部に余掘り用カッ
タを有するカッタヘッドが駆動回転可能に装着されてい
る。従って、移動ジャッキの収縮状態では移動部が固定
部側に位置しており、カッタヘッドによって通常断面の
トンネルを掘削する一方、移動ジャッキの伸長状態では
移動部が固定部から離間しており、カッタヘッドによっ
て拡幅断面のトンネルを掘削することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
シールド掘削機にあっては、シールド本体が固定部と移
動部によって構成され、且つ、この移動部が前胴部と後
胴部とによって構成され、固定部に対してこの前胴部と
後胴部が移動ジャッキによって別々に移動して拡幅可能
となっている。そのため、構造が複雑となってその拡幅
制御が困難となってしまうという問題がある。

【０００６】また、この従来のシールド掘削機を用いて
掘削途中で拡幅する場合には、移動部が固定部側に位置
した状態で、カッタヘッドを回転駆動しながら固定部及
び移動部を前進することで前方の地盤を掘削すると同時
に、余掘カッタによって側方の地盤を掘削し、余掘され
た空洞部の全長が前胴部の全長となったときに移動ジャ
ッキを伸長してこの前胴部を外方に移動する。そして、
余掘された空洞部の全長が前胴部及び後胴部の全長とな
ったときに移動ジャッキを伸長してこの後胴部を外方に
移動する。この繰り返しによって段階的に拡幅したトン
ネルを掘削することとなる。

【０００７】そのため、途中で拡幅したトンネルは壁部
に長手方向に複数の段差が形成されることとなり、これ
を平滑にする後加工が必要となってしまう。また、余掘
された空洞部は前胴部あるいは後胴部が外方に移動する
まで空間部となって地盤の崩落を招く虞があり、空洞部
の全長が前胴部の全長となっても崩落した土砂などによ
って前胴部を外方に移動することがでない場合がある。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、構造及び掘削制御の簡素化を図ると共に掘削
作業の円滑化及び効率化を図ったトンネル掘削機を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、主掘削機本体
と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を
掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向
側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副
掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前
記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機
構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して側
方移動可能で且つ側方旋回可能とする副掘削機本体支持
機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進
させる推進機構とを具え、前記副掘削機本体支持機構
は、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体のいずれか一
方に設けられた幅方向に沿った長孔と、前記他方に設け
られて該長孔に移動自在に嵌合する支持軸と、前記主掘
削機本体と前記副掘削機本体との間に架設された少なく
とも２つの拡幅ジャッキとを有することを特徴とするも
のである。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】また、請求項２の発明のトンネル掘削方法
は、主掘削機本体に対して幅方向に沿った長孔に支持軸
が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結し、前記主掘
削機本体の前端部に装着された主カッタと該主掘削機本
体の掘進方向側方に配設された前記副掘削機本体の前端
部に装着された副カッタとを駆動回転しながら、前記主
掘削機本体及び副掘削機本体を前進することで前方の地
盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘進位置にて、
拡幅ジャッキを駆動することで前記副掘削機本体の前端
部を外方旋回移動させながら前方及び側方の地盤を掘削
し、該副掘削機本体の前端部が所定拡幅位置を越える位
置まで地盤を掘削した後、該副掘削機本体を旋回移動し
て前記主掘削機本体に対して平行状態として所定長さの
トンネルを掘削形成することを特徴とするものである。

【００１４】また、請求項３の発明のトンネル掘削方法
は、主掘削機本体に対して幅方向に沿った長孔に支持軸
が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結し、前記主掘
削機本体の前端部に装着された主カッタと該主掘削機本
体の掘進方向側方に配設された前記副掘削機本体の前端
部に装着された副カッタとを駆動回転しながら、前記主
掘削機本体及び副掘削機本体を前進することで前方の地
盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘進位置にて、
拡幅ジャッキを駆動することで前記主掘削機本体に対し
て前記副掘削機本体の前端部を外方旋回移動させながら
前方及び側方の地盤を掘削し、該副掘削機本体が所定旋
回角度になると、該副掘削機本体の旋回角度を維持した
ままで該副掘削機本体を外方移動し、該副掘削機本体の
前端部が所定拡幅位置を越える位置まで地盤を掘削する
ことで、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削形成す
ることを特徴とするものである。

【００１５】また、請求項４の発明のトンネル掘削方法
は、主掘削機本体に対して幅方向に沿った長孔に支持軸
が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結し、前記主掘
削機本体の前端部に装着された主カッタと該主掘削機本
体の掘進方向側方に配設された前記副掘削機本体の前端
部に装着された副カッタとを駆動回転しながら、前記主
掘削機本体及び副掘削機本体を前進することで前方の地
盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘進位置にて、
拡幅ジャッキを駆動することで前記主掘削機本体に対し
て前記副掘削機本体の前端部を外方旋回移動させて該副
掘削機本体が最大旋回角度になるまで前方及び側方の地
盤を掘削することで、徐々に幅の拡大したトンネルを掘
削形成することを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項５の発明のトンネル掘削機
は、主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機本体が配設
され、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体のいずれか
一方に幅方向に沿った長孔が設けられる一方、前記他方
に該長孔に移動自在に嵌合する支持軸が設けられ、前記
主掘削機本体と前記副掘削機本体との間に架設された少
なくとも２つの拡幅ジャッキにより該副掘削機本体を該
主掘削機本体に対して側方移動可能で且つ側方旋回可能
とすることを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１に本発明の一実施形態
に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の一部切
欠平面視、図２に本実施形態のシールド掘削機の正面
視、図３に図１のIII−III断面、図４に図１のIV−IV断
面、図５に図１のＶ−Ｖ断面、図６に図１のVI−VI断
面、図７に本実施形態のシールド掘削機の斜視、図８及
び図９に本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネ
ル掘削時の作用を表す概略、図１０に本実施形態のシー
ルド掘削機による縮幅トンネル掘削時の作用を表す概
略、図１１に通常トンネルの掘削断面、図１２に拡幅ト
ンネルの掘削断面を示す。

【００１８】本実施形態のシールド掘削機は、図７に示
すように、前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機構
１１が装着された主掘削機本体１２の掘進方向側方に、
前端部に前方の地盤を掘削する副カッタ機構１３が装着
された左右一対の副掘削機本体１４が、副掘削機本体支
持機構としての支持部１５及び拡幅ジャッキ１６によっ
てそれぞれ水平移動可能で、且つ、水平旋回可能に支持
されて構成され、この主掘削機本体１２及び各副掘削機
本体１４は推進機構としてのシールドジャッキ１７，１
８によって前進できるようになっている。

【００１９】即ち、本実施形態のシールド掘削機におい
て、図１乃至図６に示すように、主掘削機本体１２は上
下が弧状をなく矩形筒形状部１２ａの両側に上下一対の
水平部１２ｂが一体に形成されてなり、この主掘削機本
体１２の前部には掘削土砂や泥水等のずりの内部浸入を
防止するバルクヘッド２１が形成されている。この主掘
削機本体１２の前端部にはバルクヘッド２１を貫通する
ように回転軸２２が配設され、軸受２３によって回転自
在に支持されている。そして、この回転軸２２の先端部
に主カッタ機構１１を構成する円盤状の主カッタヘッド
２４が固定されており、この主カッタヘッド２４の前面
には多数のカッタビット２５が取付けられると共に、移
動ジャッキ２６によって伸縮可能なコピーカッタ２７が
装着されている。また、回転軸２２の後端部にはリング
ギヤ２８が固定されており、主掘削機本体１２側に設け
られた複数の駆動モータ（油圧モータまたは電気モー
タ）２９の駆動ギヤ３０がこのリングギヤ２７に噛み合
っている。従って、駆動モータ２９を駆動すると、駆動
ギヤ３０の駆動力がリングギヤ２８を介して回転軸２２
に伝達され、この回転軸２２と一体の主カッタヘッド２
４を回転駆動することができる。

【００２０】一方、各副掘削機本体１４は断面コ字形状
をなすように開口した一側が主掘削機本体１２の水平部
１２ｂ部に嵌合することで、この主掘削機本体１２と共
に筒形状をなしており、この副掘削機本体１４の前部に
は主掘削機本体１２のバルクヘッド２１に係合するバル
クヘッド３１が形成されている。この副掘削機本体１４
の前端部にはバルクヘッド３１を貫通するように回転軸
３２が配設され、軸受３３によって回転自在に支持され
ている。そして、この回転軸３２の先端部に副カッタ機
構１３を構成する円盤状の副カッタヘッド３４が固定さ
れており、この副カッタヘッド３４の前面には多数のカ
ッタビット３５が取付けられると共に、移動ジャッキ３
６によって伸縮可能なコピーカッタ３７が装着されてい
る。また、回転軸３２の後端部にはリングギヤ３８が固
定されており、副掘削機本体１４側に設けられた複数の
駆動モータ３９の駆動ギヤ４０がこのリングギヤ３７に
噛み合っている。

【００２１】また、各副掘削機本体１４の前端部外側に
位置して上下一対の駆動モータ４１がバルクヘッド３１
に取付けられており、この駆動モータ４１の出力軸４２
の先端部には副カッタ機構１３を構成する円盤状のコー
ナーカッタ４３が固定されており、このコーナーカッタ
４３の前面には多数のカッタビット４４が取付けられる
と共に、移動ジャッキ４５によって伸縮可能な余掘カッ
タ機構としての余掘カッタ４６が装着されている。な
お、左右の副掘削機本体１４におけるコーナーカッタ４
３の装着位置が相違するが、これは後述する枠状トンネ
ルＴ_a ，Ｔ_b の隅部を適正の掘削するためである。即
ち、図３に示すように、一方（図３にて右側）の副掘削
機本体１４の側部にスペーサ１４ａを介してコーナーカ
ッタ４３の支持部分１４ｂを形成しているが、左右同様
の構成にしてもよい。

【００２２】従って、駆動モータ３９を駆動すると、駆
動ギヤ４０の駆動力がリングギヤ３８を介して回転軸３
２に伝達され、この回転軸３２と一体の副カッタヘッド
３４を回転駆動することができる。また、各駆動モータ
４１を駆動すると、出力軸４２と一体のコーナーカッタ
４３を回転駆動するすることができる。

【００２３】ところで、この主掘削機本体１２と各副掘
削機本体１４の間には支持部１５が介在し、主掘削機本
体１２に対して副掘削機本体１４が接近離間するように
水平移動自在で、且つ、垂直軸回りに水平旋回自在に支
持されている。即ち、主掘削機本体１２の左右の水平部
１２ｂには、前後方向中間位置に上下一対の軸受部５１
が固定され、各軸受部５１に幅方向に沿って長孔５２が
形成されている。一方、副掘削機本体１４の一側には、
前後方向中間位置に上下一対の支持軸５３が固定され、
各支持軸５３はこの各長孔５２に移動自在に嵌合してい
る。また、この長孔５２と支持軸５３とから構成される
支持部１５の前後に位置して各４本の拡幅ジャッキ１６
が、主掘削機本体１２と各副掘削機本体１４との間に架
設されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４における拡幅ジャッキ１６の各連結部５５は水平
回動自在となっている。

【００２４】従って、各拡幅ジャッキ１６を伸縮するこ
とで、主掘削機本体１２に対して両側の各副掘削機本体
１４を側方に移動させることができる。このとき、前後
の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を同じにすると、支持軸５
３が長孔５２内を移動し、副掘削機本体１４は主掘削機
本体１２に対してその角度姿勢を維持したままで側方に
平行移動することとなり、主掘削機本体１２と２つの副
掘削機本体１４で構成する掘削機本体の幅を変更するこ
とができる。また、前後の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を
変えると、支持軸５３が長孔５２内を移動しながら回動
し、副掘削機本体１４は主掘削機本体１２に対してその
角度姿勢を変化するように側方に移動することとなる。
つまり、主掘削機本体１２に対して両側の副掘削機本体
１４を水平旋回移動し、図８(ａ)に示すように、主掘削
機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構成する掘削機
本体の前部のみを拡幅して副カッタ機構１３を内方に向
けたり、図８(ｂ)に示すように、掘削機本体の前部を縮
幅して副カッタ機構１３を外方に向けたりすることがで
きる。

【００２５】また、各カッタヘッド２４，３４とバルク
ヘッド２１，３１との間にはチャンバ５５が形成されて
おり、このチャンバ５５には一端がシールド掘削機の外
部に延設された図示しない送泥管及び排泥管の他端が開
口しており、排泥管の開口部分の近傍には掘削土砂と泥
水とを攪拌、混合する図示しないアジテータが設置され
ている。なお、拡幅ジャッキ１６を伸縮して主掘削機本
体１２に対して両側の副掘削機本体１４が水平旋回移動
すると、バルクヘッド２１と３１の係合関係がずれる
が、この場合、例えば、バルクヘッド３１を弾性体とし
たり、両者の間に別のシール部材を設けることで、副掘
削機本体１４内への掘削土砂の浸入を防止できる。

【００２６】更に、主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４の後部には周方向に沿ってそれぞれ複数のシール
ドジャッキ１７，１８が並設されており、その後方に伸
びる駆動ロッドの先端部にはそれぞれスプレッダ５６，
５７が取付けられている。従って、このシールドジャッ
キ１７，１８を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸
長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設
のセグメントＳにスプレッダ５６，５７が押しつけら
れ、その反力により主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４を前進させることができる。

【００２７】また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４の後部には既設トンネルの内壁面にセグメントＳ
を組付けるエレクタ装置５８，５９が装着されている。
この各エレクタ装置５８，５９はほぼ同様の構造となっ
ているが、主掘削機本体１２に装着されたエレクタ装置
５８は矩形断面トンネルの中央部の上下壁面にセグメン
トＳを組付けるものであり、各副掘削機本体１４に装着
されたエレクタ装置５９は矩形断面トンネルの両側部の
上下壁面及び側壁面にセグメントＳを組付けるものであ
る。

【００２８】即ち、各エレクタ装置５８，５９におい
て、各掘削機本体１２，１４には幅方向に沿って水平レ
ール６０が固定され、水平移動体６１が移動自在となっ
ており、この水平移動体６１には垂直方向に沿って垂直
レール６２が固定され、垂直移動体６３が移動自在とな
っている。そして、この垂直移動体６３には旋回体６４
が旋回自在に支持されており、この旋回体６４にセグメ
ント把持部材６５が装着されている。従って、既設トン
ネル内に搬入されたセグメントＳをセグメント把持部材
６５が把持した状態で、水平移動、垂直移動、旋回する
ことで、把持したセグメントＳを所定のセグメント組付
位置に移動することができる。

【００２９】なお、主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４の後部内周面には既設のセグメントＳの外周面に
密着して内部への掘削土砂等の浸入を防止するテールシ
ール６６，６７が固着されている。

【００３０】ここで、上述した本実施形態のシールド掘
削機による矩形断面トンネルの掘削作業について説明す
る。

【００３１】本実施形態では、上述したシールド掘削機
を用いて、図１１及び図１２に示すように、正方形に近
い枠状のトンネルＴを掘削形成し、その後、内部の土砂
を排出することで、この内部を自動車用高速道路のため
のトンネルとして使用する。このトンネルＴは所定距離
をもった２つの立坑を連通するように掘削するものであ
り、ここでは、２種類のシールド掘削機を２つの立坑間
で往復移動して枠状のトンネルＴを掘削する。この場
合、掘削当初は図１１に示す正方形に近い枠状のトンネ
ルＴ_a を掘削するが、分岐路や出口路を同一工程にて掘
削するために、掘削途中でシールド掘削機を拡幅し、図
１２に示すように、トンネル幅が拡大した矩形の枠状の
トンネルＴ_b を連続して掘削する。

【００３２】即ち、図１に示すように、掘削当初は図１
１に示す正方形に近い枠状のトンネルＴ_a を掘削する必
要があることから、前後の拡幅ジャッキ１６を収縮して
副掘削機本体１４を主掘削機本体１２側に移動して平行
とし、主掘削機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構
成する掘削機本体の幅を狭くする。なお、図１乃至図４
に示したシールド掘削機は、各拡幅ジャッキ１６による
副掘削機本体１４の拡幅動作が明確となるように、掘進
方向左側（図１にて下側）の副掘削機本体１４を縮幅状
態とし、掘進方向右側（図１にて上側）の副掘削機本体
１４を拡幅状態としている。

【００３３】このように両側の副掘削機本体１４を主掘
削機本体１２側に移動した縮幅状態から、複数の駆動モ
ータ２９を駆動して主カッタヘッド２４を回転駆動し、
また、複数の駆動モータ３９を駆動して各副カッタヘッ
ド３４を回転駆動すると共に、駆動モータ４１を駆動し
てコーナーカッタ４３を回転駆動する。そして、各カッ
タヘッド２４，３４及びコーナーカッタ４３を回転しな
がら、複数のシールドジャッキ１７，１８を伸長させる
と、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４は既設のセ
グメントＳからの反力により一体となって前進し、多数
のカッタビット２５，３５，４４が前方の地盤を掘削す
ることでトンネルを掘削する。このとき、主カッタヘッ
ド２４と副カッタヘッド３４とはその回転角度に応じ
て、移動ジャッキ２６，３６によってコピーカッタ２
７，３７を伸縮することで、主カッタヘッド２４と副カ
ッタヘッド３４との上下領域を掘削して矩形のトンネル
とすることができる。

【００３４】そして、シールドジャッキ１７，１８が所
定ストローク伸長して主掘削機本体１２及び副掘削機本
体１４が所定距離掘進して矩形トンネルを掘削すると、
シールドジャッキ１７，１８の何れか一つを縮み方向に
作動し、スプレッダ５６，５７と既設のセグメントＳと
の間に空所を形成し、この空所にエレクタ装置５８，５
９によって新しいセグメントＳを装着する。この作動の
繰り返しによって縮幅の矩形トンネルＴ₁ を掘削形成す
る。

【００３５】このように縮幅の矩形トンネルＴ₁ を所定
距離掘削し、分岐路や出口路のためにトンネル幅を拡大
した拡幅の矩形トンネルを掘削する位置までくると、図
８に示すように、前後の拡幅ジャッキ１６を伸長するこ
とで、主掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の外
方旋回を開始する。この場合、拡幅トンネルの掘削開始
位置の手前から、コーナーカッタ４３の回転角度に応じ
て移動ジャッキ４５によって余掘カッタ４６を伸縮し、
各カッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピ
ーカッタ２７，３７による主掘削機本体１２及び副掘削
機本体１４の前方地盤掘削と共に、余掘カッタ４６によ
って副掘削機本体１４の外側方の地盤の掘削を行う。そ
して、余掘カッタ４６によって形成された余掘空間部を
利用し、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体１４を
支点Ｐをほぼ中心として外方旋回させる。

【００３６】この副掘削機本体１４の外方旋回は、当
初、小さい旋回角度（図８に示すθ_S）で行い、前後の
拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長することで副掘削機本体
１４の旋回角度を徐々に大きくしていく。そして、図９
に示すように、副掘削機本体１４が所定の旋回角度θ_M
になると、この副掘削機本体１４の旋回角度θ_M を維持
したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストローク伸
長することで、副掘削機本体１４を外方に移動し、一定
角度で幅の拡大したトンネルを掘削する。この場合、ト
ンネルが一定角度で幅の拡大しているために壁面が平滑
面となり、一種類のセグメントＳだけで対応が可能とな
る。

【００３７】なお、拡幅トンネルの掘削時にもエレクタ
装置５８，５９によってセグメントＳを組み付けていく
が、副掘削機本体１４が外方旋回するとき、この副掘削
機本体１４の後部外端部が若干内方に移動し、既設セグ
メントＳに副掘削機本体１４のテールシール６７が押し
付けられてシール性が低下する虞がある。そのため、副
掘削機本体１４が外方旋回を開始する手前から、図４乃
至図６、図８に示すように、厚さの薄いセグメントＳ_S
を使用し、内径は変えずに若干外径の小さくなってトン
ネル（既設セグメントＳ_S ）を形成し、副掘削機本体１
４のテールシール６７と既設セグメントＳ_S との適正な
シール性を確保するようにしている。

【００３８】そして、旋回角度θ_M に維持された副掘削
機本体１４を外方に移動しながら前進することで、一定
角度で幅の拡大したトンネルを掘削していき、この副掘
削機本体１４の全長が所定拡幅位置（所定拡幅トンネル
の幅Ｗ_L ）を越える位置まで地盤を掘削すると、前後の
拡幅ジャッキ１６を収縮し、主掘削機本体１２に対して
副掘削機本体１４を支点Ｐをほぼ中心として内方旋回さ
せ、主掘削機本体１２と副掘削機本体１４とを平行な状
態とする。この場合、副掘削機本体１４の全長が拡幅ト
ンネルの幅Ｗ_L を完全に越えなくても、副掘削機本体１
４の内方旋回時の押圧力で地盤を破砕したり、側面のカ
ッタなどに装備した掘削機構で地盤を掘削して旋回空間
部を確保してもよい。そして、この状態で、移動ジャッ
キ４５による余掘カッタ４６の伸縮動作を停止し、各カ
ッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピーカ
ッタ２７，３７により、主掘削機本体１２及び副掘削機
本体１４の前方の地盤を掘削することで、幅Ｗ_L に拡幅
した矩形トンネルを連続して掘削することができる。

【００３９】その後、拡幅の矩形トンネルを所定距離掘
削すると、図１０(ａ)に示すように、前後の拡幅ジャッ
キ１６を収縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１２
に対して内方に旋回させ、各カッタヘッド２４，３４、
コーナーカッタ４３、コピーカッタ２７，３７により、
主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４の前方の地盤を
掘削していく。このとき、副掘削機本体１４の旋回角度
を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストロ
ーク収縮して副掘削機本体１４を内方に移動しながら、
両掘削機本体１２，１４を掘進することで、一定角度で
幅の縮小したトンネルを掘削することができる。そし
て、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４が所定距離
掘進すると、図１０(ｂ)に示すように、前後の拡幅ジャ
ッキ１６を伸縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１
２と平行とし、再び、幅Ｗ_S に縮幅した矩形トンネルを
掘削する。

【００４０】このようにして本実施形態のシールド掘削
機を立坑間で往復移動することで、図１１に示すよう
に、まず、矩形トンネルＴ₁ を水平に隣接して３本形成
し、続いて、同様にして図示しないシールド掘削機によ
り、この隣接する矩形トンネルＴ₁ の両側に矩形トンネ
ルＴ₂ を垂直に隣接してそれぞれ３本形成する。そし
て、再び、本実施形態のシールド掘削機により、左右の
矩形トンネルＴ₂ の上部に水平に隣接する矩形トンネル
Ｔ₁ を水平に隣接して３本形成する。この場合、前述し
たように、本実施形態のシールド掘削機によって掘削す
る矩形トンネルＴ₁は、図１２に示すように、途中で拡
幅した矩形トンネルＴ₃ となっている。そして、図１１
及び図１２に示すように、多数の矩形トンネルＴ₁ ，Ｔ
₂ ，Ｔ₃ を枠状に掘削形成し、互いに隣接する各トンネ
ルＴ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ 同志をコンクリート等によって連結
して枠状のトンネルＴ_a ，Ｔ_b とを形成し、内部の土砂
を排出することでここを自動車用高速道路のためのトン
ネルとして使用することができる。なお、各トンネルＴ
₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ の内部は電気ケーブルや通信ケーブルな
どを配設する共同溝として使用したり、コンクリートを
充填して強度部材として使用する。

【００４１】図１３に本発明の他の実施形態に係るトン
ネル掘削機としてのシールド掘削機の平面視を示す。な
お、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有
する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略す
る。

【００４２】本実施形態のシールド掘削機にあっては、
図１３に示すように、副掘削機本体支持機構として、前
述の本実施形態における支持部１５及び拡幅ジャッキ１
６の代わりに、主掘削機本体１２と副掘削機本体１４と
の間に架設された複数の拡幅ジャッキ７１からなるパラ
レルリンク機構７２を用いている。即ち、パラレルリン
ク機構７２は２本の拡幅ジャッキ７１をトラス状に配設
してなり、主掘削機本体１２と副掘削機本体１４の間
に、その前部位置及び後部位置に架設されている。な
お、拡幅ジャッキ７１の各連結部は水平回動自在となっ
ている。従って、前後のパラレルリンク機構７２の各拡
幅ジャッキ７１の伸縮量を変えることで、主掘削機本体
１２に対して副掘削機本体１４を水平旋回することがで
きる。

【００４３】なお、上述の実施形態において、拡幅の矩
形トンネルを掘削するときに、副掘削機本体１４を主掘
削機本体１２に対して旋回して移動ジャッキ４５によっ
て余掘カッタ４６を伸縮し、この余掘カッタ４６により
副掘削機本体１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘削
機本体１４が旋回して副カッタヘッド３４及びコーナー
カッタ４３が外方を向いているため、余掘カッタ４６を
用いなくともトンネルを拡幅して掘削できる。

【００４４】また、上述の実施形態において、主カッタ
機構１１を円盤形状の主カッタヘッド２４、副カッタ機
構１３を円盤形状の主カッタヘッド３４とコーナーカッ
タ４３としたが、この構造に限定されるものではなく、
例えば、棒状の掘削刃を円盤を形成するように回転して
構成してもよい。また、副掘削機本体支持機構として、
支持部１５及び左右４つの拡幅ジャッキ１６とし、且
つ、支持部１５を主掘削機本体１２側の長孔５２と副掘
削機本体１４側の支持軸５２とで構成したり、複数のパ
ラレルリンク機構７２で構成しが、この構造に限定され
るものではない。例えば、主掘削機本体１２側に支持軸
５２を設けて副掘削機本体１４側に長孔５２を設けて支
持部１５を構成してもよく、拡幅ジャッキ１６を５本以
上設けてもよく、あるいは、支持部をリンク機構として
もよく、副掘削機本体が主掘削機本体に対して側方に移
動可能で且つ旋回可能であればよいものである。なお、
拡幅ジャッキ１６，７１で副掘削機本体１４を所定の旋
回角度にて維持する場合、この拡幅ジャッキ１６，７１
を所定の伸縮ストロークて機械的にロックするロック機
構を設けるとよい。

【００４５】更に、枠状のトンネルＴ_a ，Ｔ_b を２つの
シールド掘削機によって掘削したが、これはトンネルＴ
₁ ，Ｔ₃ の内部を共同溝として使用するために掘削断面
の大きなシールド掘削機を使用したからであり、１つの
シールド掘削機によって掘削することもできる。また、
本実施形態では、セグメントＳによって矩形トンネルＴ
₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を形成したが、鉄鋼製の型枠を用いてこ
の型枠とトンネル内壁面との間にコンクリートを打設し
て矩形トンネルＴ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を形成してもよい。そ
して、本発明のトンネル掘削機をシールド掘削機以外
に、岩盤を掘削してトンネルを形成するトンネルボーリ
ングマシンとして用いることもできる。

【００４６】また、本実施形態では、主掘削機本体１２
の左右両側に副掘削機本体１４を配設して横方向に拡幅
可能としたが、主掘削機本体１２の上下両側に副掘削機
本体１４を配設して縦方向に拡幅可能としてもよく、こ
の場合、主掘削機本体１２に対して左側だけ、あるい
は、上側だけに副掘削機本体１４を配設して片方だけ拡
幅可能としてもよい。

【００４７】そして、本実施形態のトンネル掘削方法で
は、当初、前後の拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長して主
掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の旋回角度を
徐々に大きくし、所定の旋回角度θ_M になると、この旋
回角度θ_M を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６
を同ストローク伸長して副掘削機本体１４を外方に移動
することで、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削す
るようにしたが、主掘削機本体１２に対して副掘削機本
体１４の前端部を外方旋回移動させ、この副掘削機本体
１４が最大旋回角度になるまで前方及び側方の地盤を掘
削して徐々に幅の拡大したトンネルを掘削形成するよう
にしてもよい。この場合、短い掘進距離で所定の拡幅量
を確保できる。

【００４８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、主掘
削機本体の前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機構
を装着し、この主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機
本体を配設してその前端部に副カッタ機構を装着し、副
掘削機本体支持機構によって副掘削機本体を主掘削機本
体に対して側方移動可能で且つ側方旋回可能とし、主掘
削機本体及び副掘削機本体を前進させる推進機構を設
け、この副掘削機本体支持機構を、主掘削機本体と副掘
削機本体のいずれか一方に設けられた幅方向に沿った長
孔と、他方に設けられて長孔に移動自在に嵌合する支持
軸と、主掘削機本体と副掘削機本体との間に架設された
少なくとも２つの拡幅ジャッキとで構成したので、掘削
途中でトンネルを拡幅する場合、簡単な構造で且つ少な
い拡幅ジャッキで副掘削機本体を主掘削機本体に対して
旋回移動しながら掘削することとなるため、トンネルの
壁部は長手方向に沿って段差ができずに平滑となって後
加工が不要となると共に、余掘による空洞部が発生する
ことはほとんどなく、掘削トンネルの崩落を阻止するこ
とができ、その結果、容易に拡幅トンネルを掘削するこ
とで掘削作業の円滑化及び効率化を図ることができる。

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】また、請求項２の発明のトンネル掘削方法
によれば、主掘削機本体に対して幅方向に沿った長孔に
支持軸が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結し、主
カッタと副カッタを駆動回転しながら、主掘削機本体と
副掘削機本体を前進して前方の地盤を掘削してトンネル
を形成し、所定の掘進位置にて、拡幅ジャッキを駆動す
ることで主掘削機本体に対して副掘削機本体の前端部を
外方旋回移動させながら前方及び側方の地盤を掘削し、
この副掘削機本体の前端部が所定拡幅位置を越える位置
まで地盤を掘削した後、副掘削機本体を旋回移動して主
掘削機本体に対して平行状態として所定長さのトンネル
を掘削形成するようにしたので、副掘削機本体を旋回移
動することで容易に拡幅トンネルを掘削することがで
き、トンネルの壁部に段差ができたり、空洞部が発生し
てトンネルが崩落することはなく、掘削作業の円滑化及
び効率化を図ることができる。

【００５３】また、請求項３の発明のトンネル掘削方法
によれば、副掘削機本体が所定旋回角度になると、この
副掘削機本体の旋回角度を維持したままで副掘削機本体
を外方移動し、この副掘削機本体の前端部が所定拡幅位
置を越える位置まで地盤を掘削して一定角度で幅の拡大
したトンネルを掘削形成するようにしたので、トンネル
は一定角度で幅の拡大しているため、側方壁面が平滑面
となり、トンネルが拡幅した角度だけ傾斜した一種類の
セグメントＳだけで対応が可能となり、施工費用を低減
することができる。

【００５４】また、請求項４の発明のトンネル掘削方法
によれば、主掘削機本体に対して副掘削機本体の前端部
を外方旋回移動させ、この副掘削機本体が最大旋回角度
になるまで前方及び側方の地盤を掘削して徐々に幅の拡
大したトンネルを掘削形成するようにしたので、短い掘
進距離で拡幅が可能となり、掘削作業の効率化を図るこ
とができる。そして、請求項５の発明のトンネル掘削機
によれば、主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機本体
が配設され、主掘削機本体と副掘削機本体のいずれか一
方に幅方向に沿った長孔が設けられる一方、他方に長孔
に移動自在に嵌合する支持軸が設けられ、主掘削機本体
と副掘削機本体との間に架設された少なくとも２つの拡
幅ジャッキにより副掘削機本体をこの主掘削機本体に対
して側方移動可能で且つ側方旋回可能としたので、拡幅
トンネルを形成する場合、副掘削機本体を主掘削機本体
に対して旋回移動しながら掘削することで、トンネルの
壁部を長手方向に沿って平滑にして崩落を阻止すること
ができ、掘削作業の円滑化及び効率化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機とし
てのシールド掘削機の一部切欠平面図である。

【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】図１のIV−IV断面図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図１のVI−VI断面図である。

【図７】本実施形態のシールド掘削機の斜視図である。

【図８】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネ
ル掘削時の作用を表す概略図である。

【図９】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネ
ル掘削時の作用を表す概略図である。

【図１０】本実施形態のシールド掘削機による縮幅トン
ネル掘削時の作用を表す概略図である。

【図１１】通常トンネルの掘削断面図である。

【図１２】拡幅トンネルの掘削断面図である。

【図１３】本発明の他の実施形態に係るトンネル掘削機
としてのシールド掘削機の平面図である。

【符号の説明】

１１ 主カッタ機構 １２ 主掘削機本体 １３ 副カッタ機構 １４ 副掘削機本体 １５ 支持部（副掘削機本体支持機構） １６ 拡幅ジャッキ（副掘削機本体支持機構） １７，１８ シールドジャッキ（推進機構） ２４ 主カッタヘッド ２７ コピーカッタ ２９ 駆動モータ ３４ 副カッタヘッド ３７ コピーカッタ ３９ 駆動モータ ４１ 駆動モータ ４３ コーナーカッタ ４６ 余掘カッタ ５１ 軸受部 ５２ 長孔 ５３ 支持軸 ５８，５９ エレクタ装置 ７１ 拡幅ジャッキ ７２ パラレルリンク機構（副掘削機本体支持機構） Ｓ，Ｓ_S セグメント Ｔ，Ｔ_a ，Ｔ_b 枠状トンネル Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ 矩形トンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 雅彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 中川 毅 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 大澤 一郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−210193（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−291790（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−67997（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−54917（ＪＰ，Ｂ２) 特許2521589（ＪＰ，Ｂ２) 特許2652518（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端
   部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、
   前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削
   機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機
   本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方
   の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記副掘削機本体を
   前記主掘削機本体に対して側方移動可能で且つ側方旋回
   可能とする副掘削機本体支持機構と、前記主掘削機本体
   及び前記副掘削機本体を前進させる推進機構とを具え、
   前記副掘削機本体支持機構は、前記主掘削機本体と前記
   副掘削機本体のいずれか一方に設けられた幅方向に沿っ
   た長孔と、前記他方に設けられて該長孔に移動自在に嵌
   合する支持軸と、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体
   との間に架設された少なくとも２つの拡幅ジャッキとを
   有することを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 主掘削機本体に対して幅方向に沿った長
   孔に支持軸が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結
   し、前記主掘削機本体の前端部に装着された主カッタと
   該主掘削機本体の掘進方向側方に配設された前記副掘削
   機本体の前端部に装着された副カッタとを駆動回転しな
   がら、前記主掘削機本体及び副掘削機本体を前進するこ
   とで前方の地盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘
   進位置にて、拡幅ジャッキを駆動することで前記副掘削
   機本体の前端部を外方旋回移動させながら前方及び側方
   の地盤を掘削し、該副掘削機本体の前端部が所定拡幅位
   置を越える位置まで地盤を掘削した後、該副掘削機本体
   を旋回移動して前記主掘削機本体に対して平行状態とし
   て所定長さのトンネルを掘削形成することを特徴とする
   トンネル掘削方法。
3. 【請求項３】 主掘削機本体に対して幅方向に沿った長
   孔に支持軸が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結
   し、前記主掘削機本体の前端部に装着された主カッタと
   該主掘削機本体の掘進方向側方に配設された前記副掘削
   機本体の前端部に装着された副カッタとを駆動回転しな
   がら、前記主掘削機本体及び副掘削機本体を前進するこ
   とで前方の地盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘
   進位置にて、拡幅ジャッキを駆動することで前記主掘削
   機本体に対して前記副掘削機本体の前端部を外方旋回移
   動させながら前方及び側方の地盤を掘削し、該副掘削機
   本体が所定旋回角度になると、該副掘削機本体の旋回角
   度を維持したままで該副掘削機本体を外方移動し、該副
   掘削機本体の前端部が所定拡幅位置を越える位置まで地
   盤を掘削することで、一定角度で幅の拡大したトンネル
   を掘削形成することを特徴とするトンネル掘削方法。
4. 【請求項４】 主掘削機本体に対して幅方向に沿った長
   孔に支持軸が移動自在に嵌合して副掘削機本体を連結
   し、前記主掘削機本体の前端部に装着された主カッタと
   該主掘削機本体の掘進方向側方に配設された前記副掘削
   機本体の前端部に装着された副カッタとを駆動回転しな
   がら、前記主掘削機本体及び副掘削機本体を前進するこ
   とで前方の地盤を掘削してトンネルを形成し、所定の掘
   進位置にて、拡幅ジャッキを駆動することで前記主掘削
   機本体に対して前記副掘削機本体の前端部を外方旋回移
   動させて該副掘削機本体が最大旋回角度になるまで前方
   及び側方の地盤を掘削することで、徐々に幅の拡大した
   トンネルを掘削形成することを特徴とするトンネル掘削
   方法。
5. 【請求項５】 主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機
   本体が配設され、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体
   のいずれか一方に幅方向に沿った長孔が設けられる一
   方、前記他方に該長孔に移動自在に嵌合する支持軸が設
   けられ、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との間に
   架設された少なくとも２つの拡幅ジャッキにより該副掘
   削機本体を該主掘削機本体に対して側方移動可能で且つ
   側方旋回可能とすることを特徴とするトンネル掘削機。