JP3454442B2 - 大断面地下空間の掘削方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超大断面トンネルや地
下鉄構内などの大断面地下空間を掘削する方法に係り、
特に掘削すべき大断面地下空間の周囲に、相互に連結し
た複数の小径トンネルを構築し、これらのトンネルによ
って囲まれた領域を掘削する大断面地下空間の基礎周壁
構築物、掘削方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大断面トンネルを構築する場合、このト
ンネルの径に合わせた径を有するカッタヘッドを備えた
シールド掘削装置を用いることが検討されている。とこ
ろが、このような大径のカッタヘッドを備えた掘削装置
は、大きすぎて製作や組立てが困難であって価格が非常
に高価となるばかりでなく、掘削装置の運搬や据え付け
も容易でない。このため、掘削しようとする大断面トン
ネルの周囲に多数の小径トンネルを側部が相互に連結す
るように構築して大断面トンネルの周囲の地山を補強し
たのち、小径トンネルによって囲った領域内をエキスカ
ベータ等の他の掘削手段によって掘削することが提案さ
れている。

【０００３】先ず、大断面地下空間の基礎周壁構築物に
関する従来の技術について、図１４、図１５に示される
特開平４−８０４９９号公報、および図１６に示される
特開平４−８５４９９号公報により説明する。図１４に
おいて、一定間隔置きに、かつ長手方向に相互に平行に
構築された複数の先行トンネル１０１は、その外周面を
掘削土とコンクリートよりなる、均質で一定厚の改良土
１０５により覆われている。前記隣合う先行トンネル１
０１，１０１を覆う改良土１０５，１０５の間に、その
改良土１０５，１０５の一部を食い込むように掘削し、
その掘削跡に場所打ちコンクリートにより構築された後
行トンネル１０３は、前記隣合う先行トンネル１０１，
１０１の改良土１０５，１０５と一体に連結されて大断
面地下空間１０６の基礎周壁構築物が形成されている。
図１５において、一定間隔置きに、かつ長手方向に相互
に平行に構築された先行トンネル１０１ａ，１０１ｂ
は、その各外周面を掘削土とコンクリートよりなる、均
質で一定厚の改良土１０５ａ，１０５ｂにより覆われて
いる。これら両先行トンネル１０１ａ，１０１ｂを覆う
各改良土１０５ａ，１０５ｂの間に、その各改良土１０
５ａ，１０５ｂの一部に食い込むように、外周を改良土
１０５ｃで覆った後行トンネル１０１ｃを構築すること
により、各トンネル１０１ａ〜１０１ｃ間の改良土１０
５ａ〜１０５ｃを一体に連結して大断面地下空間の基礎
周壁構築物が形成されている。

【０００４】図１６において、大断面トンネル２３５は
半円形断面のトンネル覆工２４２を有しており、大断面
トンネル２３５の底部にはインバート２４３が構築され
ている。また、トンネル覆工２４２の外周部の地山２１
９部分には、アーチ状に形成された支保工２３３が埋設
されており、この支保工２３３は複数本のパイプルーフ
２４１から構成されている。すなわち、外径Ｄ2 ，内径
Ｄ3 の円筒状に形成されたコンクリート等からなるパイ
プルーフ２４１が複数個、トンネル覆工２４２に沿って
横方向に円環状に連続して埋設されており、これらパイ
プルーフ２４１が全体としてアーチ状の支保工２３３を
形成している。前記パイプルーフ２４１を構成する各パ
イプは現場打ちのコンクリート層２２１とその外周部に
設けられた止水層２０５から形成され、これらパイプル
ーフ２４１からなる支保工２３３を構築する際に、前記
止水層２０５を互いに重なるように構成して、掘削空間
２３４の外部の地山２１９から地下水等の水分２１５が
侵入するのを確実に防止している。

【０００５】次に、大断面地下空間の掘削方法に関する
従来の技術について、図１１に示される特開平４−８０
４９９号公報、および図１６に示される特開平４−８５
４９９号公報により説明する。図１１において、構築予
定の大断面トンネルの外殻形状に沿って、互いに平行、
かつ一定間隔を置いて先行トンネル１０１を構築する際
に、この先行トンネル１０１より所定量大径の大径トン
ネルを掘削し、その大径トンネル中にこれとほぼ同心状
に先行トンネル１０１のセグメントを組み立てる。前記
先行トンネル１０１のセグメント外周と大径トンネルの
周壁間の空間に、削土の一部をセメントと混練した改良
土１０５を圧送して、その空間を均質で一定厚の改良土
１０５で充填する。次に、前記隣合う先行トンネル１０
１，１０１を覆う改良土１０５，１０５の一部に食い込
んで掘削され、その掘削跡に場所打ちコンクリートによ
り形成される後行トンネル１０３を構築する。この場所
打ちコンクリートにより、前記隣合う先行トンネル１０
１，１０１を覆う改良土１０５，１０５と、後行トンネ
ル１０３とを一体に連結する。前記のように先行トンネ
ル１０１，１０１を覆う改良土１０５，１０５と場所打
ちコンクリートによる後行トンネル１０３とを連続的に
連結して、両トンネル１０１，１０３群が包囲する空間
内を掘削して所定の大断面地下空間を得る。

【０００６】図１６において、掘削すべき空間２３４の
掘削方向の両側にそれぞれ立穴（図示せず）を設け、こ
れら立穴を連通する形で掘削すべき空間２３４の断面に
沿って、筒状支保埋設穴を複数個穿設する。これら筒状
支保埋設穴に、現場打ちのコンクリート等からなるコン
クリート層２２１およびその外周部に設けられた所定厚
さＴ2 の止水層２０５から構成されるパイプルーフ２４
１により、支保工２３３を構築する。この支保工２３３
を構築する際に、前記互いに隣接するパイプルーフ２４
１，２４１の各止水層２０５，２０５は互いに重なる形
で施工され、この止水層２０５は全体として、掘削すべ
き空間２３４の上半断面に沿って円環状に一体に連続し
た形で形成され、パイプルーフ２４１を互いに横方向に
接続してアーチ状の支保工２３３を構築し、前記構築さ
れた支保工２３３の下方の地山２１９部分をパワーショ
ベル等の掘削手段（図示せず）により掘削して大断面ト
ンネル２３５を構築する。前記パイプルーフ２４１の施
工順序は、先行トンネルを、Ｐ１からＰ８まで順次形成
した後、これら隣接する先行トンネルＰ１〜Ｐ８の間に
後行トンネルＰ９からＰ１７までを順次構築する。

【０００７】大断面地下空間の掘削装置に関する従来の
技術について、図１０、図１１に示される特開平４−８
０４９９号公報により説明する。図１０は先行トンネル
用先行シールド機の構成を示す図で、先行シールド機１
０２は切羽掘削用の回転カッタ１２１と、削土運搬用の
スクリュコンベア１２２と、掘進用ジャッキ１２３と、
セグメント組立用のエレクタ装置（図示せず）とを備え
ている点は従来機と同じである。この先行シールド機１
０２はテール部が同軸心上に設けられ、外側テールプレ
ート１２４と内側テールプレート１２５とにより構成さ
れ、テール部が内外二重構造になっており、両テールプ
レート１２４，１２５の周面間は円盤場の仕切板１２６
で仕切られている。以上のように、両テールプレート１
２４，１２５で構成される空間域が地山の改良範囲とな
り、内側テールプレート１２５の内側がセグメント組立
用の空間となる。また、この先行シールド機１０２は回
収した一部の削土にセメントを加えて混練するミキサー
１２７を装備しており、混練した削土を二重のテールプ
レート１２４，１２５内へ圧送する圧送ポンプ１２８お
よび配管１２９を装備している。図１１は後行トンネル
１０３用の後行シールド機１０４を示す図で、この後行
シールド機１０４は公知の場所打ち式のシールドである
ため詳細については省略する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平４−
８０４９９号公報に記載された大断面地下空間の基礎周
壁構築物、および大断面地下空間の掘削方法は、隣り合
う各先行トンネル１０１，１０１の周囲を覆う改良土１
０５，１０５同志を後行トンネル１０３の周囲を覆うコ
ンクリートにより連結するか、または隣り合う各先行ト
ンネル１０１ａ，１０１ｂの周囲を覆う改良土１０５
ａ，１０５ｂ同志を後行トンネル１０１ｃの周囲を覆う
改良土１０５ｃにより連結することによって、先行トン
ネル１０１，１０１ａと後行トンネル１０３，１０１ｂ
とを連結している。従って、両トンネル１０１，１０３
間を改良土１０５とコンクリート、あるいは両トンネル
１０１ａ，１０１ｂ間を改良土１０５ａ，１０５ｂ，１
０５ｃにより連結しており、しかもセグメントが他方の
改良土またはコンクリートと結合していないため結合強
度が小さく、大断面トンネルの周囲地山を充分に補強す
ることができないおそれがある。さらに、先行トンネル
の周囲を覆う改良土を削土と固結材とを混練して形成し
ており、削土中に含まれる不純物が混入するため、安定
した品質の改良土を得ることができない。また、特開平
４−８５４９９号公報に記載された構成では、パイプル
ーフ２４１からなる支保工２３３を構築する際に相対的
に薄い止水層２０５を互いに重ねるようにして構成して
いるため、特開平４−８０４９９号公報と同様に大断面
トンネルの周囲地山を充分に補強することができないお
それがある。

【０００９】また、上記特開平４−８０４９９号公報に
記載された大断面地下空間の掘削装置は、先行トンネル
１０１を構築する際に、トンネル径より大きく掘削する
ため、先行トンネル掘削用シールド機１０２と後行トン
ネル掘削用シールド機１０４とのカッタヘッドの径を異
ならせる必要があり、同一のシールド機によって先行ト
ンネル１０１と後行トンネル１０３とを掘削することが
できず、両トンネル１０１，１０３を別々の掘削機を使
用して掘削しなければならないためにコスト高となる。
また、掘削断面、またはその周囲の充填材の調整が不可
能であるという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、第１に、強固な大断面地
下空間を形成するための基礎周壁構築物を得ることであ
り、第２にそれを構築するのに相応しい掘削工法を提供
することであり、第３に先行トンネルと後行トンネルを
掘削する掘削装置の本体を共用することにより、大断面
地下空間の構築費を低減することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る大断面地下空間の基礎周壁構築物は
次の構成からなる。掘削しようとする大断面トンネルの
周囲に、多数の小口径トンネルを側部が相互に連結する
ようにして構築する基礎周壁構築物を構築後、前記基礎
周壁構築物によって囲まれた領域内を掘削する大断面地
下空間の掘削方法において、前記多数の小口径トンネル
は、先行トンネルと後行トンネルをシールド工法にて交
互に形成することからなり、先行トンネルは、先行トン
ネルセグメントとその周囲に環状壁を有し、後行トンネ
ルは、後行トンネルセグメントとその周囲に裏込層を有
し、先行トンネルの環状壁の一部に、後行トンネルセグ
メントと裏込め層を食い込ませて設置した。前記先行ト
ンネルセグメントと後行トンネルセグメントとは、同一
寸法形状のセグメントを用いて構築される。

【００１２】本発明に係る大断面地下空間の第１の掘削
方法は次の各工程からなる。掘削すべき大断面地下空間
の周囲に予め定めた間隔で大径の先行トンネルを掘削す
る第１工程と、前記大径の先行トンネルの空間よりかな
り小径の先行トンネルセグメントを組立配置する第２工
程と、前記先行トンネルセグメント周囲のトンネル空間
内に充填材を注入して環状壁を形成する第３工程と、先
行トンネルを複数形成した後、各先行間に小径の後行ト
ンネルを掘削形成し、その際隣接する前記環状壁の一部
を掘削しながら形成する第４工程と、前記後行トンネル
の空間よりやや小径の後行トンネルセグメントを組立配
置する第５工程と、前記後行トンネルセグメント周囲の
トンネル空間内に裏込め材を注入して裏込め層を形成
し、先行トンネルと後行トンネルとを連結する第６工程
と、両トンネルによって囲まれた内部領域を掘削する第
７工程。

【００１３】本発明に係る大断面地下空間の第２の掘削
方法は次の工程からなる。掘削すべき大断面地下空間の
周囲に予め定めた間隔で大径の先行トンネルを掘削する
際，掘削装置本体に、大径カッタヘッドと，前記本体の
周面に取り外し可能に設けた前記カッタヘッドとほぼ同
径の拡大胴とを取付けて、本体より大径の掘削空間を形
成する第１工程と、前記大径の先行トンネルの空間より
かなり小径の先行トンネルセグメントを組立配置する第
２工程と、前記先行トンネルセグメント周囲のトンネル
空間に充填材を注入して環状壁を形成する第３工程と、
先行トンネルを複数形成した後、各先行トンネル間に小
径の後行トンネルを掘削形成し、その際隣接する前記環
状壁の一部を掘削しながら形成する際、掘進装置本体に
取付けられている大径カッタヘッドを、本体とほぼ同径
のカッタヘッドに交換するとともに、拡大胴を取り外し
てから、本体とほぼ同径の掘削空間を形成する第４工程
と、前記後行トンネルの空間よりやや小径の後行トンネ
ルセグメントを組立配置する第５工程と、前記後行トン
ネルセグメント周囲のトンネル空間内に裏込め材を注入
して裏込め層を形成し、先行トンネルと後行トンネルを
連結する第６工程と、両トンネルによって囲まれた内部
領域を掘削する第７工程。前記先行トンネルと前記後行
トンネルとは、同一寸法形状のセグメントを用いて同径
に形成することができる。

【００１４】本発明に係る大断面地下空間の掘削装置は
次の構成からなる。掘削する穴の径に応じて本体より大
径のカッタヘッド、またはほぼ本体と同径のカッタヘッ
ドがカッタヘッドの回転軸受を介して本体に交換可能に
装着してあるとともに、前記大径のカッタヘッドが装着
されているときに、大径のカッタヘッドとほぼ同径に形
成した拡大胴を本体と拡大胴との間隔保持部材を介して
前記本体の周面に取り外し可能に取り付けられる。前記
拡大シールド胴の後端部と前記本体の後端部との間に
は、拡大シールド胴内側の空間と掘削した空間とを仕切
る隔壁が設けてあるとともに、この隔壁に本体後方の前
記掘削空間に充填材を注入する充填材注入口が設置され
る。

【００１５】

【作用】請求項１記載の大断面地下空間の基礎周壁構築
物においては、後行セグメント及びその裏込め層とが、
先行トンネルの環状壁に一部食い込んでいるため、固い
後行セグメントが固い先行トンネルの環状壁に支持され
る状態となっている。そのため強固な連結を維持でき
る。また、後行セグメントの周囲には薄い裏込め層を形
成していることと、後行トンネルを形成する時、先行ト
ンネルの環状壁を一部掘削しつつ形成しているので、各
セグメント同志はかなり接近して配置することができ
る。そのため、でき上がった基礎周壁構造物はセグメン
トとう骨組みがしっかりしているため、構造上強固な構
造物となる。請求項２記載の大断面地下空間の基礎周壁
構築物においては、セグメント形成を同径にしたため、
先行トンネルと後行トンネルにて同じセグメントが使用
できる。従って、組立部品や組立装置も同じものが使用
できる。

【００１６】請求項３記載の大断面地下空間の掘削方法
においては、最初に先行トンネルに環状壁を作って、次
の後行トンネルを環状壁に一部重ねるようにして掘進す
る。それによって、環状壁が後行トンネル掘進とともに
削り取られるため、後行セグメントおよびその裏込め材
の一部を、環状壁に食い込ませる空間を形成できる。請
求項４記載の大断面地下空間の掘削方法においては、カ
ッタヘッドの交換と拡大胴の着脱により、大径の先行ト
ンネルと小径の後行トンネルを掘削しているので、本体
は共用して使用してできる。請求項５記載の大断面地下
空間の掘削装置においては、セグメント形成を同径にし
たため、先行トンネルと後行トンネルにて同じセグメン
トが使用できる。従って組立部品や組立装置も同じもの
が使用できる。

【００１７】請求項６記載の大断面地下空間の掘削装置
においては、カッタヘッドは、軸受けを介して交換可能
にし、拡大胴は、本体と拡大胴との間隔保持部材を書い
て着脱可能とした。そのため本体は同一とすることがで
きた。請求項７記載の大断面地下空間の掘削装置におい
ては、装置後方の充填材や土砂等が隔壁に阻まれて、拡
大胴の内部に入りこまない。

【００１８】

【実施例】本発明に係る大断面地下空間の基礎周壁構築
物、掘削方法およびその装置の好ましい実施例を添付図
面に基づいて詳細に説明する。図１〜図３は大断面地下
空間の基礎周壁構築物の実施例を示す図で、図１は本発
明に係る大断面地下空間の第１実施例を示す全体図、図
２は本発明に係る大断面地下空間の第２実施例を示す全
体図、図３は図１および図２の要部拡大図である。

【００１９】本発明の大断面地下空間の基礎周壁構築物
の第１実施例を示す図１において、掘削しようとする大
断面地下空間６０の周囲に多数の先行トンネル６２ａ〜
６２ｎを構築後、図３にその要部を示すように前記各先
行トンネル６２ａ〜６２ｎの間に、先行トンネル６２ａ
〜６２ｎの環状壁５０を切欠くように後行トンネル６４
ａ〜６４ｎを構築して、各先行トンネル６２ａ〜６２ｎ
の切欠部に後行トンネル６４ａ〜６４ｎを、その裏込材
により結合して基礎周壁構築物を構築してその基礎周壁
構築物によって囲まれた領域内を掘削して大断面地下空
間６０を得る。従って、先行トンネル６２ａ〜６２ｎは
セグメント４４とその周囲に環状壁５０を有し、後行ト
ンネル６４ａ〜６４ｎはセグメント４４とその周囲に裏
込層６６を有する。なお、地下空間６０の周囲を覆工し
て枠６１と埋込材６３からなる化粧層を設けてもよい。
また、本実施例のように先行トンネルセグメント４４と
後行トンネルセグメント４４とを同一寸法にすれば安価
に施工することができる。

【００２０】本発明の大断面地下空間の基礎周壁構築物
の第２実施例を示す図２において、大断面地下空間７０
が半円状を成している。この場合にも大断面地下空間７
０の周囲に、前記第１実施例と同様にして先行トンネル
６２ａ〜６２ｎと後行トンネル６４ａ〜６４ｎとを重ね
るように構築し、その後、先行トンネル６２ａ〜６２ｎ
と後行トンネル６４ａ〜６４ｎとによって囲まれた領域
７０を掘削する。なお、大断面地下空間６０，７０の形
状は、上記の各実施例に限定されず矩形状等であっても
よい。

【００２１】次に図１乃至図９に示す大断面地下空間の
掘削方法およびその装置の実施例について説明する。図
４乃至図９は大断面地下空間の掘削装置を示す図で、図
４は本発明に係る大断面地下空間の掘削装置におけるシ
ールド本体の実施例を示す断面図、図５は図４のシール
ド本体１２に大径カッタヘッド１６と拡大シールド胴２
０を取付けた時の断面図、図６は図５の正面図、図７は
図５の背面図、図８は図４のシールド本体１２に小径カ
ッタヘッド５６を取付けた時の断面図、図９図８の正面
図である。

【００２２】本発明に係る大断面地下空間の掘削装置に
おけるシールド本体１２の実施例を示す図４において、
円筒状のシールド本体１２の先端部には前方の地山（図
示せず）との間に土砂取込みのチャンバ３０を形成する
ための隔壁１４が設けてあり、その隔壁１４には大径カ
ッタヘッド１６を駆動するための油圧モータ１８、およ
びその油圧モータ１８と大径カッタヘッド１６の間には
歯車装置１９が設置されている。また、シールド本体１
２内には、隔壁１４の前面側のチャンバ３０に泥水を注
入する送泥管３２と、大径カッタヘッド１６によって掘
削した土砂を、送泥管３２が供給した泥水と共に後方に
移送する排泥管３４とが配設してある。そして、送泥管
３２と排泥管３４との間には、バイパス管３６が接続し
てあって、バイパス管３６に設けたバルブを開閉するこ
とにより、両者を連通、遮断することができるようにな
っている。また、排泥管３４には、礫取り箱４０が設け
てあって、排泥管３４によって吸引した泥水中の大きな
石などを取り除き、掘削土砂の排出に支障がないように
している。

【００２３】シールド本体１２内の内部後方には、エレ
クタ４２が設けてある。このエレクタ４２は、鋼製のセ
グメント４４をリング状に組み立てる際、セグメント４
４をシールド本体１２内周面の周方向の任意の位置に支
持する。さらに、隔壁１４の後方には、本体１２の周方
向に地山に向けて伸長する複数のシールドジャッキ４６
が等間隔で設けてある。このシールドジャッキ４６が組
み立てられたセグメント４４に反力を取ってシールド掘
削装置１０を前方の地山に向けて推進するようになって
いる。

【００２４】図５において、図４のシールド本体１２の
歯車装置１９に大径カッタヘッド１６が回転可能に取付
けられている。従って、大径カッタヘッド１６は隔壁１
４の背面に設けた油圧モータ１８に歯車装置１９を介し
て接続されていて、油圧モータ１８によって回転駆動さ
れることによりシールド本体１２より大径の穴を掘削で
きるようになっている。シールド掘削装置１０は、シー
ルド本体１２の先端部に設けられた隔壁１４と前方の地
山（図示せず）との間に土砂取込みのチャンバ３０が形
成されている。

【００２５】一方、シールド本体１２の周囲には、着脱
可能な間隔保持部材２２を介して大径カッタヘッド１６
の外径とほぼ等しい外径を有する回転しない拡大シール
ド胴２０が着脱可能に取付けてある。この拡大シールド
胴２０は、シールド本体１２の周面にボルトなどによっ
て着脱可能に固定した間隔保持部材（複数のリング板ま
たはシールド本体１２の周方向に適宜の間隔で配置した
支柱）２２に着脱可能に支持されている。そして、拡大
シールド胴２０の先端部と後端部との内周面には、内周
側をシールド本体１２に取付けた隔壁リング２６が設け
てあり、シールド本体１２と拡大シールド胴２０との間
の間隙２８に泥水や後述する充填材が浸入するのを防止
している。

【００２６】シールド本体１２と拡大シールド胴２０と
の間に形成された間隙２８には、充填材注入管４８が複
数配設してある。これらの充填材注入管４８は、先端が
シールド本体１２後端部の隔壁リング２６を貫通して本
体後方の掘削空間に開口しており、基端側がシールド本
体１２の内部に引き込まれている。そして、充填材注入
管４８の基端側は、後述するように、後行トンネルを掘
削する際に、セグメント４４に形成した裏込め注入孔
（図示せず）からセグメント４４の周囲に裏込め材を注
入するための図示しない裏込め材注入ポンプに接続して
ある。この注入ポンプは、先行トンネルを構築する際
に、シールド本体１２後方の先行トンネルを形成するセ
グメント４４の周囲の掘削空間に、環状壁５０を形成す
るための充填材であるコンクリート（またはモルタル）
を充填材注入管４８を介して注入する。また、充填材注
入管４８の先端部には、シールド本体１２の内部から引
き出された洗浄管５２が接続してあって、充填材注入管
４８に残留する充填材を洗い流すことができるようにな
っている。そして、シールド本体１２の後端部内周面に
は、ワイヤブラシ式のテールシール５４が取り付けてあ
り、シールド本体１２とセグメント４４との間から泥水
や充填材がシールド本体１２の内部に浸入するのを防止
している。なお、２９は拡大シールド胴２０を補強する
ための補強リブである。

【００２７】先行トンネル６２の掘削が完了すると、続
いて後行トンネル６４を掘削するために、まず、シール
ド本体１２の歯車装置１９から大径カッタヘッド１６の
取付ブラケット１７を外すと共に、シールド本体１２か
ら拡大シールド胴２０を取り外して図４に示される状態
とする。そして小径カッタヘッド５６の取付ブラケット
５７をシールド本体１２の歯車装置１９に取り付けるこ
とにより図８の状態とする。図８に示したように、小径
カッタヘッド５６は先行トンネル６２を掘削するための
大径カッタヘッド１６より小径に形成してあり、シール
ド本体１２の外径とほぼ同径の標準的な径を有するもの
であって、シールド本体１２内の隔壁１４に回転可能に
支持された歯車装置１９に大径カッタヘッド１６と交換
して取り付けられるようになっている。後行トンネル６
４を掘削するときの裏込材の注入は通常のシールド工法
と同様にセグメント４４に予め設けた裏込材注入穴１５
により行われる。

【００２８】次に、このように構成されたシールド掘削
装置１０を用た大断面地下空間６０の掘削方法について
図１乃至図９により説明する。まず、図１に示してある
ように、掘削しようとする大断面地下空間６０の周囲
に、環状壁５０を有する先行トンネル６２ａ〜６２ｎを
所定の間隔をもって構築する。すなわち、シールド掘削
装置１０のシールド本体１２に大径カッタヘッド１６と
拡大シールド胴２０とを取り付け、このシールド掘削装
置１０を推進して断面円形の大断面地下空間６０と同心
円上に所定の間隔を隔ててシールド本体１２外径に比べ
てより大径の掘削穴を形成する。そして、シールド掘削
装置１０の掘進に伴って、既に組み立てたセグメント４
４に連結して新たなセグメント４４をエレクタ４２を用
いてシールド本体１２内で組み立てる。次に、図示しな
い裏込め材注入ポンプを作動し、シールド本体１２後方
のセグメント４４の周囲の掘削空間に充填材であるコン
クリート（またはモルタル）等を充填材注入管４８を介
して注入し、これを固化させてセグメント４４の周囲に
コンクリートからなる環状壁５０を形成し、環状壁５０
を備えた先行トンネル６２ａ〜６２ｎを構築する。

【００２９】先行トンネル６２ａ〜６２ｎの構築間隔
は、図３に示してあるように、隣接する先行トンネル
（例えば、先行トンネル６２ａ、６２ｂ）間に、先行ト
ンネル６２ａ〜６２ｎの中心を結ぶ円上に中心を有する
後行トンネル６４が掘削できる大きさを有するととも
に、後行トンネル６４のセグメント４４（例えば、後行
トンネル６４ａ）と両側の先行トンネル６２ａ、６２ｂ
の環状壁５０とが一部重なり合い、かつ後行トンネル６
４のセグメント４４と先行トンネル６２のセグメント４
４とがなるべく接近するように決定される。これは、後
行トンネル６４を環状壁５０により大きく食い込ませた
状態にすることにより、後行トンネル６４のセグメント
４４および裏込材が先行トンネル６２の環状壁５０によ
って支持され、先行トンネル６２と後行トンネル６４と
の連結性をより安定にし、大断面地下空間６０の周辺の
トンネル全体の安定性を高めるためである。

【００３０】上記のようにして先行トンネル６２ａ〜６
２ｎを構築したならば、シールド本体１２から大径カッ
タヘッド１６と拡大シールド胴２０、充填材注入管４８
を取り外したのち、シールド本体１２とほぼ同径の小径
カッタヘッド５６をシールド本体１２に取り付け、後行
トンネル掘削用の掘削装置に変える。その後、後行トン
ネル用のシールド掘削装置１０を各先行トンネル６２間
に配置し、両側の先行トンネル６２の環状壁５０の一部
を削除しつつ掘進させ、シールド本体１２とほぼ同径の
掘削穴を形成する。そして、前記の先行トンネル６２の
構築の場合と同様に、シールド掘削装置１０の掘進に伴
って、先行トンネル６２を構築した際に使用したのと同
じ寸法形状を有するセグメント４４を用いて、通常のト
ンネル工事と同様にセグメント４４のリングを組み立
て、また裏込め材注入ポンプを作動してシールド本体１
２後方のセグメント４４の周囲に、セグメント４４に形
成した裏込材注入穴１５を介してコンクリート（または
モルタル）からなる裏込め材を注入して裏込め層６６を
形成し、この裏込め層６６を介して後行トンネル６４と
先行トンネル６２とを結合する。

【００３１】このようにして図１に示したように、掘削
しようとする大断面地下空間６０の周囲に、先行トンネ
ル６２ａ〜６２ｎと後行トンネル６４ａ〜６４ｎとを連
結する。そしてその両トンネル６２，６４のセグメント
４４内をコンクリート等で充填し、基礎周壁構築物を構
築する。この基礎周壁構築物の内側を任意の手段によっ
て掘削し、大断面地下空間６０を構築する。なお、大断
面地下空間６０の周囲を覆工して枠６１と埋込材６３と
からなる化粧層を設けてもよい。

【００３２】このように、実施例においては、先行トン
ネル６２を掘削する際には、シールド本体１２より大径
の大径カッタヘッド１６と拡大シールド胴２０とをシー
ルド本体１２に取り付けて掘進し、後行トンネル６４を
掘削するときには、大径カッタヘッド１６をシールド本
体１２とほぼ同径の小径カッタヘッド５６に付け替える
とともに、拡大シールド胴２０を取り外して後行トンネ
ル６４を掘削するようにしているため、先行トンネル６
２掘削用の掘削装置と後行トンネル６４掘削用の掘削装
置とを共用することができ、大断面地下空間６０を構築
する費用を低減することができる。そして、実施例にお
いては、先行トンネル６２と後行トンネル６４とが同径
であって、両トンネルに共用できる同一寸法形状のセグ
メント４４を使用しているため、セグメント４４の製作
費を低減でき、また後行トンネル６４を通常のトンネル
施工と同じように行うため、大断面地下空間６０の構築
コストをより低減することができる。

【００３３】また、実施例においては、後行トンネル６
４を先行トンネル６２の周囲に形成した環状壁５０の一
部に嵌入させた状態で構築してあるため、先行トンネル
６２と後行トンネル６４との結合強度が大きくなり、大
断面地下空間６０の安定性、安全性を向上することがで
きる。しかも、実施例においては、先行トンネル６２の
環状壁５０をコンクリート（またはモルタル）によって
形成しているため、大きな強度が得られるばかりでな
く、安定した品質の環状壁５０を形成することができ
る。しかも、実施例においては、後行トンネル６４に設
けた裏込め層６６が先行トンネル６２の環状壁５０を構
成している充填材と同じコンクリート（またはモルタ
ル）によって構成されているため、環状壁５０と裏込め
層６６とが強固に結合し、先行トンネル６２と後行トン
ネル６４とにより形成した補強層の強度をより高めるこ
とができる。

【００３４】図２は、大断面地下空間６０の第２実施例
を示したもので、大断面地下空間７０が半円状をないし
ている。この場合にも、大断面地下空間７０の周囲に、
図３に示されるように前記実施例と同様にして先行トン
ネル６２ａ〜６２ｎと後行トンネル６４ａ〜６４ｎとを
重ねるように構築し、その後、先行トンネル６２と後行
トンネル６４とによって囲まれた領域を掘削する。前記
二つの実施例では先行トンネル６２ａ〜６２ｎの中心を
結ぶ円上に中心を有する後行トンネル６４ａ〜６４ｎを
掘削したが、後行トンネル６４ａ〜６４ｎの中心は、必
ずしも先行トンネル６２ａ〜６２ｎの中心を結ぶ円上に
配置する必要のないことは勿論である。なお、大断面地
下空間６０，７０の形状は、上記の実施例に限定され
ず、矩形状等であってもよい。

【００３５】また、前記実施例においては、泥水加圧式
シールド掘削装置について説明したが、他の（例えばオ
ーガスクリュー式や泥土圧式）掘削装置にも適用するこ
とができる。さらに、前記実施例においては、拡大シー
ルド胴２０をボルトによってシールド本体１２に取り付
けた場合について説明したが、間隔保持部材２２の周方
向を適宜の間隔で溶接してシールド本体１２に固着し、
拡大シールド胴２０をシールド本体１２から取り外す場
合、溶接部をグラインダによって削除するようにしても
よい。このように、溶接によって拡大シールド胴２０を
取り付けるようにすると、シールド本体１２との連結強
度を大きくでき、ボルト締結をした際に発生するボルト
の緩みなどをなくすことができる。なお、実施例に係る
シールド掘削装置１０は、通常のトンネルの掘削にも使
用することができることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】

（１）請求項１に記載された大断面地下空間の基礎周壁
構造物は、強固な連結を維持し、構造的にも強固である
ため、内部領域を掘削している際、掘削した後におい
て、トンネル周囲の地山からの剪断圧力等に対して、十
分耐え得る基礎周壁構造物となる。従って、大断面地下
空間の安定性、安全性を向上できると共に、止水効果も
向上できる。 （２）請求項２に記載された大断面地下空間の基礎周壁
構造物は、違うものを使うよりも大幅に安価となる。 （３）請求項３に記載された大断面地下空間の掘削方法
は、最初に先行トンネルに環状壁を作って、次の後行ト
ンネルを環状壁に一部重ねるようにして掘進することに
よって、環状壁が後行トンネルの掘進と共に削り取られ
るため、後行セグメントおよびその裏込め材の一部を、
環状壁に食い込ませる空間を形成するので、トンネル周
囲の地山からの剪断圧力等に対して、十分耐え得る基礎
周壁構造物となる。 （４）請求項４に記載された大断面地下空間の掘削方法
は、本体内の装置は全て共用できると共に、本体にそっ
てセグメントを設置すればよいので先行、後行セグメン
トを同一径に作成することが容易であり、工費も安価と
なる。 （５）請求項５に記載された大断面地下空間の掘削方法
は、違うものを使うよりも工費が大幅に経済的になる。 （６）請求項６に記載された大断面地下空間の掘削装置
は、１台の本体で異なった径のトンネルを掘削可能とな
り、しかも１台の本体で拡大胴を着脱可能としたので、
セグメントは同じ径、拡大胴やカッタヘッドの径によっ
てセグメント周囲の空間を自由にコントロールでき、そ
のためセグメント周囲の空間の充填材の注入形成を自由
にコントロールできる。また、本体は共有であるため２
台の別の装置を製作するよりも安価となる。 （７）請求項７に記載された大断面地下空間の掘削装置
は、拡大胴の中の間隔保持部材や、充填材の配管等を傷
めない。充填材が入り込まないので、拡大胴が充填材に
よって本体と固着されることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る大断面地下空間の第１実施例を示
す全体図である。

【図２】本発明に係る大断面地下空間の第２実施例を示
す全体図である。

【図３】図１および図２の要部拡大図である。

【図４】本発明に係る大断面地下空間の掘削装置におけ
るシールド本体の実施例を示す断面図である。

【図５】図４のシールド本体に大径カッタヘッドと拡大
シールド胴を取付けた時の断面図である。

【図６】図５の正面図である。

【図７】図５の背面図である。

【図８】図４のシールド本体に小径カッタヘッドを取付
けた時の断面図である。

【図９】図８の正面図である。

【図１０】第１の従来の技術を示す図である。

【図１１】第１の従来の技術を示す図である。

【図１２】第１の従来の技術を示す図である。

【図１３】第１の従来の技術を示す図である。

【図１４】第１の従来の技術を示す図である。

【図１５】第１の従来の技術を示す図である。

【図１６】第２の従来の技術を示す図である。

【符号の説明】 １０…シールド掘削装置 ３４…排泥管 １２…シールド本体 ４２…エレクタ １４…隔壁 ４４…セグメン
ト １５…裏込材注入穴 ４６…シールド
ジャッキ １６…大径カッタヘッド ４８…充填材注
入管 １７，５７…取付ブラケット ５０…環状壁 １８…油圧モータ ５４…テールシ
ール １９…歯車装置 ５６…小径カッ
タヘッド ２０…拡大シールド胴 ６０，７０…大
断面地下空間 ２２…間隔保持部材 ６１…枠 ２４，２６…リング隔壁 ６２，６２ａ〜
６２ｎ…先行トンネル ２８…間隙 ６３…埋込材 ３０…チャンバ ６４，６４ａ〜
６４ｎ…後行トンネル ３２…送泥管 ６６…裏込層

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の各工程からなる大断面地下空間の掘
   削方法。 第１工程；掘削すべき大断面地下空間の周囲に予め定め
   た間隔で大径の先行トンネルを掘削する。その際、掘削
   装置本体に、大径カッタヘッドと、前記本体の周面に取
   り外し可能に設けた前記カッタヘッドとほぼ同径の拡大
   シールド胴とを取り付けて、本体より大径の掘削空間を
   形成する。 第２工程；前記大径の先行トンネルの空間よりかなり小
   径の先行トンネルセグメントを組立配置する。 第３工程；前記先行トンネルセグメント周囲のトンネル
   空間に充填材を注入して環状壁を形成する。 第４工程；先行トンネルを複数形成した後、各先行トン
   ネル間に小径の後行トンネルを掘削形成し、その際隣接
   する前記環状壁の一部を掘削しながら形成する。その
   際、掘進装置本体に取付けられている大径カッタヘッド
   を、本体とほぼ同径のカッタヘッドに交換するととも
   に、拡大シールド胴を取り外してから、本体とほぼ同径
   の掘削空間を形成する。 第５工程；前記後行トンネルの空間よりやや小径の後行
   トンネルセグメントを組立配置する。 第６工程；前記後行トンネルセグメント周囲のトンネル
   空間内に裏込め材を注入して裏込め層を形成し、先行ト
   ンネルと後行トンネルとを連結する。 第７工程；両トンネルによって囲まれた内部領域を掘削
   する。
2. 【請求項２】 前記先行トンネルと前記後行トンネルと
   は、同一寸法形状のセグメントを用いて同径に形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の大断面地下空間の掘
   削方法。
3. 【請求項３】 掘削する穴の径に応じて本体より大径の
   カッタヘッドまたはほぼ本体と同径のカッタヘッドがカ
   ッタヘッドの回転軸受を介して本体に交換可能に装着し
   てあるとともに、前記大径のカッタヘッドが装着されて
   いるときに、大径のカッタヘッドとほぼ同径に形成した
   拡大シールド胴を本体と拡大シールド胴との間隔保持部
   材を介して前記本体の周面に取り外し可能に取り付けら
   れていることを特徴とする大断面地下空間の掘削装置。
4. 【請求項４】 前記拡大シールド胴の後端部と前記本体
   の後端部との間には、拡大シールド胴内側の空間と掘削
   した空間とを仕切る隔壁が設けてあるとともに、この隔
   壁に本体後方の前記掘削空間に充填材を注入する充填材
   注入口を設けたことを特徴とする請求項３に記載の大断
   面地下空間の掘削装置。