JP3530398B2 - トンネル掘削機 - 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、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、固定部及び移動部の後胴部に装着されたシ
ールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進
し、このとき、駆動回転するカッタヘッドによって前方
の地盤を掘削してトンネルを形成する。この場合、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】一般的なシールド掘削
機では、シールド本体の後端部に周方向に沿って無端の
テールシールが設けられており、このテールシールが既
設セグメントの外周面に圧接することで、シールド本体
内部への浸水を阻止している。しかし、上述した従来の
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、移動ジャッキを伸縮することで
固定部に対して移動部が移動して拡幅可能となっている
ため、シールド本体の後部に周方向に沿って無端のテー
ルシールを設けることはできない。そこで、固定側とな
る中央のフレームの後端と移動側となる両側方のフレー
ムの後端とにテールシールを前後にずらしてそれぞれ設
け、中央フレームのテールシールと側方フレームのテー
ルシールとを拡幅時に移動する範囲だけ重ね合わせてシ
ールすることで、シールドフレーム内部への浸水を阻止
するようにしたものが、例えば、特開平６−１４６７７
７号公報に記載されている。

【０００６】ところが、この公報に記載されているよう
に、中央フレームと側方フレームの後端にそれぞれテー
ルシールを前後にずらして設け、所定の範囲だけ重ね合
わせてシールするようにすると、中央フレームと側方フ
レームとの全長が異なり、中央フレームの後端部よりも
側方フレームの後端部が後方に延出され、中央フレーム
の後方であって左右の側方フレームの後端部の間に空間
部が形成されてしまう。そのため、トンネル掘削作業中
に、上方からの地盤の崩落などによってこの空間部に土
砂が侵入すると、側方フレームが中央フレーム側に移動
するトンネル縮幅時に、空間部に入り込んだ土砂が邪魔
となって側方フレームが移動することができなくなって
しまう虞がある。また、トンネル掘削作業に伴って既設
トンネルの内壁面にセグメントを組み付けると共に、既
設トンネルの内壁面とセグメントとの間にコンクリート
を打設しており、このコンクリートがこの空間部に入り
込んで固化してしまうと、前述と同様に、固化したコン
クリートが邪魔となって側方フレームが中央フレーム側
に移動できなくなってしまう。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、土砂やコンクリートなどの侵入物を適宜排除
することで主掘削機本体に対する副掘削機本体の移動を
適正に行い、拡幅及び縮幅トンネル掘削作業の作業性の
向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【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掘
進方向側方に移動可能に支持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、前記主掘削機本体の側部と嵌合する前記
副掘削機本体の側部に設けられて前記主掘削機本体側へ
の前記副掘削機本体の側方移動時に該主掘削機本体の上
方あるいは下方への侵入物を除去する侵入物除去手段と
を具え 、前記副掘削機本体の後端部は前記主掘削機本体
の後端部よりも掘進方向後方に延出され、該副掘削機本
体の後端延出部に第２の侵入物除去手段が設けられたこ
とを特徴としている。

【００１１】また、請求項２の発明のトンネル掘削機で
は、前記副掘削機本体は前記主掘削機本体の掘進方向両
側方に配設され、前記第２の侵入物除去手段は該各副掘
削機本体の対向する両側部に設けられたことを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項３の発明のトンネル掘削機で
は、前記第２の侵入物除去手段は、基端部が前記副掘削
機本体の後端延出部に固定されて先端部が前記主掘削機
本体側に延出する板材からなるスクレーパで形成されて
いることを特徴としている。

【００１３】また、請求項４の発明のトンネル掘削機で
は、前記第２の侵入物除去手段は、掘進方向側方に移動
可能に構成されていることを特徴としている。

【００１４】また、請求項５の発明のトンネル掘削機で
は、前記第２の侵入物除去手段は、前記副掘削機本体の
後端延出部に掘進方向に沿って配設された回転軸に支持
された刃付き回転ドラムであって、該回転ドラムは回転
駆動手段によって回転駆動可能であることを特徴として
いる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１に本発明の第１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にテールシールを省略したシールド
掘削機の後面視、図７に本実施形態のシールド掘削機の
斜視、図８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９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１０に通常トンネルの掘削断面、図１１に拡幅ト
ンネルの掘削断面を示す。

【００１７】本実施形態のシールド掘削機１０は、図７
に示すように、箱型をなす主掘削機本体１１と、この主
掘削機本体１１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１２と、主掘削機本体１１の掘進方向
側方に配設されてコ字形状をなす副掘削機本体１３，１
４と、この副掘削機本体１３，１４の前端部に装着され
て前方の地盤を掘削する副カッタ機構１５，１６と、主
掘削機本体１１に対して左右の副掘削機本体１３，１４
をそれぞれ独立に側方移動可能で、且つ、側方旋回可能
とする副掘削機本体支持機構としての支持部１７，１８
及び拡幅ジャッキ１９，２０と、主掘削機本体１１及び
副掘削機本体１３，１４を前進させる推進機構として各
掘削機本体１１，１２，１３の後部に装着されたシール
ドジャッキ２１，２２，２３とから構成されている。

【００１８】即ち、本実施形態のシールド掘削機１０に
おいて、図１乃至図６に示すように、主掘削機本体１１
は上下が弧状をなす矩形筒形状部１１ａの両側に上下一
対の水平部１１ｂ，１１ｃが一体に形成されてなり、こ
の主掘削機本体１１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３１が形成されてい
る。この主掘削機本体１１の前端部にはバルクヘッド３
１を貫通するように上下一対の回転軸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、
この各回転軸３２の先端部に主カッタ機構１２を構成す
る主カッタヘッド３４がそれぞれ固定されている。この
主カッタヘッド３４は２本のスポーク３４ａが交差して
端部が連結部３４ｂによって連結されてなり、スポーク
３４ａ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３６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、各回転軸３２の後
端部にはリングギヤ３８がそれぞれ固定されており、主
掘削機本体１１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）３９の駆動ギヤ４０がこのリン
グギヤ３７に噛み合っている。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３２に伝達され、この回転軸３２と一体
の主カッタヘッド３４を回転駆動することができる。

【００１９】一方、各副掘削機本体１３，１４はそれぞ
れ一側部が主掘削機本体１１の水平部１１ｂ，１１ｃに
嵌合することで、この主掘削機本体１１と共に筒形状を
なしており、この副掘削機本体１３，１４の前部には主
掘削機本体１１のバルクヘッド３１に係合するバルクヘ
ッド４１，４２が形成されている。この各副掘削機本体
１３，１４の前端部にはバルクヘッド４１，４２を貫通
するようにそれぞれ回転軸４３，４４が配設され、軸受
４５，４６によって回転自在に支持されている。そし
て、この回転軸４３，４４の先端部に副カッタ機構１
５，１６を構成する副カッタヘッド４７，４８が固定さ
れている。この副カッタヘッド４７，４８は２本のスポ
ーク４７ａ，４８ａが交差して端部が連結リング４７
ｂ，４８ｂによって連結されてなり、スポーク４７ａ，
４８ａの前面には多数のカッタビット４９，５０が取付
けられると共に、移動ジャッキ５１，５２によって伸縮
可能なコピーカッタ５３，５４が装着されている。ま
た、各回転軸４３，４４の後端部にはリングギヤ５５，
５６がそれぞれ固定されており、副掘削機本体１３，１
４に設けられた複数の駆動モータ５７，５８の駆動ギヤ
５９，６０がこのリングギヤ５５，５６に噛み合ってい
る。

【００２０】また、各副掘削機本体１３，１４の前端部
外側に位置して副カッタ機構１５，１６を構成する上下
一対のコーナーカッタ６１，６２がそれぞれ回転軸６
３，６４によって回転自在に支持されており、各副掘削
機本体１３，１４に設けられた駆動モータ６５，６６に
よって回転駆動可能となっている。このコーナーカッタ
６１，６２はスポーク６１ａ，６２ａを有しており、こ
のスポーク６１ａ，６２ａの前面には多数のカッタビッ
ト６７，６８が取付けられると共に、移動ジャッキ６
９，７０によって伸縮可能な余掘カッタ７１，７２が装
着されている。なお、左右の副掘削機本体１３，１４に
おける各コーナーカッタ６１，６２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、
一方の副掘削機本体１３の側部にスペーサ１３ａを介し
てコーナーカッタ５９の支持部分１３ｂを形成している
が、左右同様の構成にしてもよい。

【００２１】従って、駆動モータ５７，５８を駆動する
と、駆動ギヤ５９，６０の駆動力がリングギヤ５５，５
６を介して回転軸４３，４４に伝達され、この回転軸４
３，４４と一体の副カッタヘッド４７，４８を回転駆動
することができる。また、各駆動モータ６５，６６を駆
動すると、回転軸６３，６４と共にコーナーカッタ６
１，６２を回転駆動するすることができる。

【００２２】ところで、この主掘削機本体１１と各副掘
削機本体１３，１４との間にはそれぞれ支持部１７，１
８が介在し、主掘削機本体１１に対してこの副掘削機本
体１３，１４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１１の左右の水平部１１ｂには支持軸
７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂがそれぞれ前後に固定
されている。一方、副掘削機本体１３，１４には幅方向
に沿って長孔７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂが形成さ
れ、各支持軸７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂが長孔７
５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂに移動自在に嵌合してい
る。この場合、前側に位置する各支持軸７３ａ，７４ａ
と長孔７５ａ，７６ａとはほとんど隙間のない嵌合状態
であるが、後側に位置する各支持軸７３ｂ，７４ｂと長
孔７５ｂ，７６ｂとは隙間Ｓをもった遊嵌状態となって
いる。

【００２３】更に、主掘削機本体１１と各副掘削機本体
１３，１４との間にはそれぞれ各５本の拡幅ジャッキ１
９，２０が架設されており、この主掘削機本体１１及び
各副掘削機本体１３，１４における拡幅ジャッキ１９，
２０の各端部は玉軸受により上下左右に揺動自在に連結
されている。

【００２４】従って、各拡幅ジャッキ１９，２０を伸縮
することで、主掘削機本体１１に対して両側の各副掘削
機本体１３，１４を側方に移動させることができる。そ
して、このとき、各拡幅ジャッキ１９，２０の前後の伸
縮量を同じにすると、支持軸７３ａ，７３ｂ，７４ａ，
７４ｂが長孔７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ内を移動
し、各副掘削機本体１３，１４は主掘削機本体１１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
こととなる。また、拡幅ジャッキ１９，２０の前後の伸
縮量を変えると、支持軸７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４
ｂが長孔７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ内を移動しな
がら隙間Ｓの範囲内で回動し、各副掘削機本体１３，１
４は主掘削機本体１１に対してその角度を変化させるよ
うに側方に旋回することとなる。

【００２５】つまり、図８に示すように、主掘削機本体
１１に対して両側の副掘削機本体１３，１４を外方へ水
平旋回し、副カッタ機構１５，１６を外方に向けて前進
することで、トンネルの掘削幅を拡大させたり、図９に
示すように、両側の副掘削機本体１３，１４を内方へ水
平旋回し、副カッタ機構１５，１６を内方に向けて前進
することで、トンネルの掘削幅を縮小することができ
る。

【００２６】また、各カッタヘッド３４，４７，４８と
バルクヘッド３１，４１，４２との間にはチャンバ７７
が形成され、各副掘削機本体１３，１４の前部にはスク
リューコンベヤ７８，７９が装着され、前端部がこのチ
ャンバ７７に位置しており、後端部は配管８０に連結さ
れ、この配管８０は主掘削機本体１１内を通って後方に
延設されている。なお、拡幅ジャッキ１９，２０を伸縮
して主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１
４が水平旋回すると、バルクヘッド３１と４１，４２の
係合関係がずれる虞があるが、この場合、例えば、バル
クヘッド３１と４１，４２とが常時密着するように拡幅
ジャッキ１９，２０の伸縮量を制御したり、バルクヘッ
ド３１，４１，４２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、各掘削機本体１１，１３，
１４内への掘削土砂の浸入を防止できる。

【００２７】更に、主掘削機本体１１及び各副掘削機本
体１３，１４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２１，２２，２３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２１ａ，２２ａ，２３ａが取付けられている。従
って、このシールドジャッキ２１，２２，２３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
トンネル内周面に組み立てられた鋼殻Ｓにスプレッダ２
１ａ，２２ａ，２３ａが押しつけられ、その反力により
主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４を前進さ
せることができる。

【００２８】また、主掘削機本体１１及び各副掘削機本
体１３，１４の後部には既設トンネルの内壁面に鋼殻Ｓ
を組付けるエレクタ装置８１，８２，８３が装備されて
いる。この各エレクタ装置８１，８２，８３はほぼ同様
の構造となっているが、主掘削機本体１１に装着された
エレクタ装置８１は矩形断面トンネルの中央部の上下壁
面に鋼殻Ｓを組付けるものであり、各副掘削機本体１
３，１４に装着されたエレクタ装置８２，８３は矩形断
面トンネルの両側部の上下壁面及び側壁面に鋼殻Ｓを組
付けるものである。

【００２９】即ち、エレクタ装置８１，８２，８３にお
いて、各掘削機本体１１，１３，１４には幅方向に沿っ
て水平レール８４が固定され、水平移動体８５が移動自
在となっており、この水平移動体８５には垂直方向に沿
って垂直レール８６が固定され、垂直移動体８７が移動
自在となっている。そして、この垂直移動体８７には旋
回体８８が旋回自在に支持されており、この旋回体８８
に鋼殻把持部材８９が装着されている。従って、既設ト
ンネル内に搬入された鋼殻Ｓを鋼殻把持部材８９が把持
した状態で、水平移動、垂直移動、旋回することで、把
持した鋼殻Ｓを所定の組付位置に移動することができ
る。

【００３０】なお、主掘削機本体１１及び各副掘削機本
体１３，１４の後部内周面には既設の鋼殻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９１，９２，９３が装着されている。主掘削機本体
１１のテールシール９１は各副掘削機本体１３，１４の
テールシール９２，９３よりも前側に位置し、テールシ
ール９１に対してテールシール９２，９３の端部が重な
り合うことで、各掘削機本体１１，１３，１４と鋼殻Ｓ
との間を隙間なくシールしている。

【００３１】ところで、図１及び図４に示すように、副
掘削機本体１３，１４は、主掘削機本体１１の側部と嵌
合する側の側部にテーパ部１０１，１０２が形成されて
いる。この副掘削機本体１３，１４の各テーパ部１０
１，１０２は、副掘削機本体１３，１４が主掘削機本体
１１側へ側方移動するときに、主掘削機本体１１の上方
あるいは下方へ侵入した侵入物としての土砂やコンクリ
ートなどを除去する侵入物除去手段として構成されるも
のであり、主掘削機本体１１と嵌合する副掘削機本体１
３，１４の嵌合部分全域にわたって形成されている。ま
た、図１及び図６に示すように、副掘削機本体１３，１
４の後端部は主掘削機本体１１の後端部よりも掘進方向
後方に延出され、各後端延出部の対向する側面に第２の
侵入物除去手段としてのスクレーパ板１０３，１０４が
固定されている。このスクレーパ板１０３，１０４はば
ね鋼材によって形成され、先端部が既設の鋼殻Ｓの外面
に押圧して湾曲している。

【００３２】なお、主掘削機本体１１及び副掘削機本体
１３，１４の後端部には、図示しないが、既設トンネル
の内壁面とリング状に組付けられた鋼殻Ｓとの間にコン
クリートを打設する打設ノズルが設けられており、トン
ネル掘削機１０の掘進による鋼殻Ｓの組み立てに伴って
この打設ノズルからコンクリートを吐出している。そし
て、既設トンネルの内壁面と既設の鋼殻Ｓとの間の隙間
にコンクリートを充填固化することで、このコンクリー
トによりリング状の鋼殻Ｓを固定する。

【００３３】従って、各拡幅ジャッキ１９，２０を収縮
して主掘削機本体１１に対して両側の各副掘削機本体１
３，１４を側方、つまり主掘削機本体１１側に移動させ
るとき、各テーパ部１０１，１０２及びスクレーパ板１
０３，１０４が互いに接近する。そのため、周辺地盤の
崩落によって主掘削機本体１１の上方あるいは下方に侵
入した土砂を各テーパ部１０１，１０２によって排除す
ることができ、また、主掘削機本体１１の後方であって
各副掘削機本体１３，１４の後端部の間の空間部（鋼殻
Ｓ上）に侵入した土砂やコンクリートをスクレーパ板１
０３，１０４によって排除することができる。

【００３４】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。

【００３５】本実施形態では、上述したシールド掘削機
１０を用いて、図１０及び図１１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、横長トンネル用のシールド掘削機１
０と縦長トンネル用のシールド掘削機１０ａの２種類の
シールド掘削機を図示しない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１０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１１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。

【００３６】即ち、掘削当初は図１０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１９，２０を収縮して副掘削機本体
１３，１４を主掘削機本体１１側に移動して平行状態と
し、主掘削機本体１１と２つの副掘削機本体１３，１４
で構成する掘削機本体の幅を狭くする。

【００３７】そして、両側の副掘削機本体１３，１４を
主掘削機本体１１側に移動した縮幅状態で、図１に示す
ように、複数の駆動モータ３９を駆動して主カッタヘッ
ド３４を回転駆動し、また、複数の駆動モータ５７，５
８を駆動して各副カッタヘッド４７，４８を回転駆動す
ると共に、駆動モータ６５，６６を駆動してコーナーカ
ッタ６１，６２を回転駆動する。そして、各カッタヘッ
ド３４，４７，４８及びコーナーカッタ６１，６２を回
転しながら、複数のシールドジャッキ２１，２２，２３
を伸長させると、主掘削機本体１１及び副掘削機本体１
３，１４は既設の鋼殻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３５，４９，５０，６７，
６８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３４と副カッタヘッド４
７，４８との回転角度に応じて、移動ジャッキ３６，５
１，５２によってコピーカッタ３７，５３，５４を伸縮
することで、主カッタヘッド３４と副カッタヘッド４
７，４８との間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。

【００３８】そして、シールドジャッキ２１，２２，２
３が所定ストローク伸長して主掘削機本体１１及び副掘
削機本体１３，１４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２１，２２，２３の何れ
か一つを縮み方向に作動し、スプレッダ２１ａ，２２
ａ，２３ａと既設の鋼殻Ｓとの間に空所を形成し、この
空所にエレクタ装置８１，８２，８３によって新しい鋼
殻Ｓを装着し、隣接する既設の鋼殻Ｓと連結固定する。
この作動の繰り返しによって縮幅Ｗ_S の矩形トンネルＴ
₁ を掘削形成する。

【００３９】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、前側の拡幅ジャッキ１９，２０を伸長
することで、主掘削機本体１１に対する各副掘削機本体
１３，１４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６１，
６２の回転角度に応じて移動ジャッキ６９，７０によっ
て余掘カッタ７１，７２を伸縮し、各カッタヘッド３
４，４７，４８、コーナーカッタ６１，６２、コピーカ
ッタ３７，５３，５４による主掘削機本体１１及び副掘
削機本体１３，１４の前方地盤掘削と共に、余掘カッタ
７１，７２によって副掘削機本体１３，１４の外側方の
地盤の掘削を行う。そして、余掘カッタ７１，７２によ
って形成された余掘空間部を利用し、主掘削機本体１１
に対して副掘削機本体１３，１４を外方旋回させる。

【００４０】この副掘削機本体１３，１４の外方旋回
は、当初、小さい旋回角度で行い、前側の拡幅ジャッキ
１９，２０を徐々に伸長することで副掘削機本体１３，
１４の旋回角度を徐々に大きくしていく。そして、この
主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４の掘進動
作に伴い、各エレクタ装置８１，８２，８３は既設トン
ネルの内壁面に鋼殻Ｓを組み付けていき、既設トンネル
の内壁面と組み付けた鋼殻Ｓとの間の隙間にコンクリー
トを充填して固化することで、このコンクリートにより
リング状の鋼殻Ｓを固定する。

【００４１】そして、主掘削機本体１１に対して副掘削
機本体１３，１４が外方移動しながら掘進することで、
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１３，１４が所定の拡幅位置まで地盤を掘
削すると、前側の拡幅ジャッキ１９，２０を収縮し、主
掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４を内方
旋回し、主掘削機本体１１と副掘削機本体１３，１４と
を平行な状態とする。そして、この状態で、移動ジャッ
キ６９，７０による余掘カッタ７１，７２の伸縮動作を
停止し、各カッタヘッド３４，４７，４８、コーナーカ
ッタ６１，６２、コピーカッタ３７，５３，５４によ
り、主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４の前
方の地盤を掘削し、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。

【００４２】その後、拡幅Ｗ_L の矩形トンネルを所定距
離掘削すると、図９に示すように、前側の拡幅ジャッキ
１９，２０を収縮して副掘削機本体１３，１４を主掘削
機本体１１に対して内方に旋回させ、各カッタヘッド３
４，４７，４８、コーナーカッタ６１，６２、コピーカ
ッタ３７，５３，５４により、主掘削機本体１１及び副
掘削機本体１３，１４の前方の地盤を掘削していく。そ
して、主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４が
所定距離掘進すると、拡幅ジャッキ１９，２０を伸縮し
て副掘削機本体１３，１４を主掘削機本体１１と平行と
した後、幅Ｗ_Sに縮幅した矩形トンネルを掘削する。

【００４３】このようなトンネル掘削作業中に、上方か
らの地盤の崩落などにより主掘削機本体１１の上方に土
砂が堆積したり、主掘削機本体１１の後方における副掘
削機本体１３，１４の間に土砂が侵入して鋼殻Ｓ上に堆
積することがある。この場合、土砂が主掘削機本体１１
に対する副掘削機本体１３，１４の内方移動を邪魔し
て、縮幅動作に支障をきたす虞がある。ところが、本実
施形態のシールド掘削機１０では、図６に示すように、
主掘削機本体１１に対する副掘削機本体１３，１４の縮
幅時に、各テーパ部１０１，１０２及びスクレーパ板１
０３，１０４が互いに接近するため、このテーパ部１０
１，１０２が主掘削機本体１１の上部に堆積した土砂を
排除すると共に、スクレーパ板１０３，１０４が副掘削
機本体１３，１４の間の鋼殻Ｓ上に堆積した土砂を排除
する。また、主掘削機本体１１の後方であって各副掘削
機本体１３，１４の後端部の間の空間部にはコンクリー
トが打設されるが、スクレーパ板１０３，１０４によっ
て排除される。このようなテーパ部１０１，１０２及び
スクレーパ板１０３，１０４によって邪魔な土砂やコン
クリートが排除されるため、副掘削機本体１３，１４は
適正に移動して計画どおりに縮幅した矩形トンネルを掘
削することができる。

【００４４】このようにして本実施形態のシールド掘削
機１０を２つの立坑間で往復移動することで、図１０に
示すように、まず、幅Ｗ_S を有する矩形トンネルＴ₁ を
水平に隣接して３本形成し、続いて、同様にして別のシ
ールド掘削機１０ａ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、シールド掘削機１０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、シールド掘削機１０によって掘
削する矩形トンネルＴ₁ は、図１１に示すように、途中
で幅Ｗ_L に拡幅した矩形トンネルＴ₃ となっている。そ
して、図１０及び図１１に示すように、多数の矩形トン
ネルＴ₁，Ｔ₂ ，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Ｔ₁ ，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こ
ともできる。

【００４５】なお、上述の実施形態では、本発明の侵入
物除去手段を副掘削機本体１３，１４の後端部の各側面
に固定したスクレーパ板１０３，１０４としたが、この
スクレーパ板１０３，１０４は移動可能としてもよい。
図１２に本発明の第２実施形態のシールド掘削機の後面
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。

【００４６】図１２に示すように、副掘削機本体１３，
１４の後端部は主掘削機本体１１の後端部よりも掘進方
向後方に延出され、各後端延出部の対向する部分にそれ
ぞれ油圧ジャッキ１１１，１１２が装着されており、各
油圧ジャッキ１１１，１１２の駆動ロッドの先端部には
スクレーパ板１０３，１０４が固定されており、このス
クレーパ板１０３，１０４の先端部は既設の鋼殻Ｓの外
面に押圧している。従って、主掘削機本体１１に対して
両側の各副掘削機本体１３，１４が内方に移動して縮幅
トンネルを掘削する際、事前に、油圧ジャッキ１１１，
１１２を伸長してスクレーパ板１０３，１０４を互いに
接近させることで、各副掘削機本体１３，１４の後端部
の間の空間部に侵入した土砂やコンクリートをこのスク
レーパ板１０３，１０４によって排除することができ
る。また、縮幅トンネルを掘削する以外の必要時に、ス
クレーパ板１０３，１０４を移動して土砂やコンクリー
トを排除することもできる。

【００４７】また、上述の各実施形態では、本発明の侵
入物除去手段を板材からなるスクレーパ板１０３，１０
４としたが、回転ドラム型としてもよい。図１３に本発
明の第３実施形態のシールド掘削機の一部を切欠いた後
部平面視、図１４にそのシールド掘削機の後面視を示
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。

【００４８】図１３及び図１４に示すように、副掘削機
本体１３，１４の後端部は主掘削機本体１１の後端部よ
りも掘進方向後方に延出され、各後端延出部の対向する
部分にはそれぞれブラケット１２１，１２２が固定さ
れ、各ブラケット１２１，１２２には掘進方向に沿って
取付けられた回転軸１２３，１２４によって侵入物除去
手段としての刃付き回転ドラム１２５，１２６が回転自
在に支持されている。そして、各回転ドラム１２５，１
２６の一端部には従動ギヤ１２７，１２８が固定される
一方、副掘削機本体１３，１４には回転駆動手段として
の駆動モータ１２９，１３０が装着されており、各駆動
モータ１２９，１３０の駆動ギヤ１３１，１３２が中間
ギヤ１３３，１３４を介して従動ギヤ１２７，１２８に
噛み合っている。

【００４９】従って、主掘削機本体１１に対して両側の
各副掘削機本体１３，１４が内方に移動して縮幅トンネ
ルを掘削するとき、これと同時に、駆動モータ１２９，
１３０を駆動して駆動ギヤ１３１，１３２、中間ギヤ１
３３，１３４、従動ギヤ１２７，１２８を介して刃付き
回転ドラム１２５，１２６を図１４に示す矢印方向に回
転させることで、各副掘削機本体１３，１４の後端部の
間の空間部に侵入した土砂やコンクリートをこの刃付き
回転ドラム１２５，１２６によってかき上げて排除する
ことができる。

【００５０】なお、上述の実施形態では、副掘削機本体
支持機構として、支持部１８，１９及び拡幅ジャッキ１
９，２０としたが、その代わりに、主掘削機本体１１と
副掘削機本体１３，１４との間に架設された複数の拡幅
ジャッキからなるパラレルリンク機構を用いてもよい。
このパラレルリンク機構は、例えば、２本の拡幅ジャッ
キをトラス状に複数組配設してなるものであり、具体的
には主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との
間にそれぞれ複数組のパラレルリンク機構を配設する必
要がある。

【００５１】また、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１３，１４
を主掘削機本体１１に対して旋回すると共に、移動ジャ
ッキ６９，７０によって余掘カッタ７１，７２を伸縮
し、この余掘カッタ７１，７２により副掘削機本体１
３，１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘削機本体１
３，１４が外方に旋回すると副カッタヘッド４７，４８
及びコーナーカッタ６１，６２が外方を向くため、余掘
カッタ７１，７２を用いなくともトンネルの側方を掘削
できる。

【００５２】更に、上述の実施形態にて、枠状のトンネ
ルＴ_a ，Ｔ_b を２つのシールド掘削機１０，１０ａによ
って掘削したが、これはトンネルＴ₁ ，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１０
によって掘削することもできる。また、本実施形態で
は、鋼殻Ｓによって矩形トンネルＴ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を形
成したが、セグメントを用いて矩形トンネル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。

【００５３】また、本実施形態では、主掘削機本体１１
の左右両側に副掘削機本体１３，１４を配設して横方向
に拡幅可能としたが、主掘削機本体１１の上下両側に副
掘削機本体１３，１４を配設して縦方向に拡幅可能とし
てもよく、あるいは、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１３，１４を配
設して片方だけ拡幅可能としてもよい。更に、主掘削機
本体１１の外側に副掘削機本体１３，１４を嵌合した
が、主掘削機本体１１の内側に副掘削機本体１３，１４
を嵌合してもよい。

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【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主カッタ機構を装着し、この主掘削
機本体の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り主掘
削機本体に対して副掘削機本体をそれぞれ独立して側方
移動可能で且つ側方旋回可能とすると共に、推進機構に
より主掘削機本体及び副掘削機本体を前進可能とし、主
掘削機本体側への副掘削機本体の側方移動時に主掘削機
本体の上方あるいは下方への侵入物を除去する侵入物除
去手段を主掘削機本体の側部と嵌合する副掘削機本体の
側部に設け、更に、 副掘削機本体の後端部を主掘削機本
体の後端部よりも掘進方向後方に延出し、副掘削機本体
の後端延出部に第２の侵入物除去手段を設けたので、主
掘削機本体側への副掘削機本体の移動時に、侵入物除去
手段が主掘削機本体の上方あるいは下方へ侵入した土砂
やコンクリートなどの侵入物を適宜除去することとな
り、副掘削機本体を適正に移動して計画どおりに幅を変
更したトンネルを掘削することができ、その結果、トン
ネル掘削作業の作業性の向上を図ることができる。又、
主掘削機本体の後方に侵入した侵入物を確実に除去する
ことができ、副掘削機本体を適正に移動して計画どおり
に幅を変更したトンネルを掘削することができる。

【００５７】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
よれば、副掘削機本体を主掘削機本体の掘進方向両側方
に配設し、第２の侵入物除去手段を各副掘削機本体の対
向する両側部に設けたので、主掘削機本体の後方であっ
て各副掘削機本体の後端延出部の間に侵入した侵入物を
確実に除去することができ、副掘削機本体を適正に移動
して計画どおりに幅を変更したトンネルを掘削すること
ができる。

【００５８】また、請求項３の発明のトンネル掘削機に
よれば、第２の侵入物除去手段を、基端部が副掘削機本
体の後端延出部に固定されて先端部が主掘削機本体側に
延出する板材からなるスクレーパとしたので、簡単な構
成で第２の侵入物除去手段を形成し、主掘削機本体の上
方あるいは下方へ侵入した土砂やコンクリートなどの侵
入物を確実に除去することができる。

【００５９】また、請求項４の発明のトンネル掘削機に
よれば、第２の侵入物除去手段を掘進方向側方に移動可
能としたので、必要時にスクレーパを移動することで、
副掘削機本体の移動に関係なく侵入物を事前に除去する
ことができる。

【００６０】また、請求項５の発明のトンネル掘削機に
よれば、第２の侵入物除去手段を、副掘削機本体の後端
延出部に掘進方向に沿って配設された回転軸に支持され
た刃付き回転ドラムとし、この回転ドラムを回転駆動手
段によって回転駆動可能としたので、刃付き回転ドラム
が主掘削機本体の上方あるいは下方へ侵入した土砂やコ
ンクリートなどの侵入物をかき上げて強制的に除去する
こととなり、トンネル掘削作業の作業性の向上を図るこ
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】テールシールを省略したシールド掘削機の後面
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】通常トンネルの掘削断面図である。

【図１１】拡幅トンネルの掘削断面図である。

【図１２】本発明の第２実施形態のシールド掘削機の後
面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態のシールド掘削機の一
部を切欠いた後部平面図である。

【図１４】第３実施形態のシールド掘削機の後面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 主掘削機本体 １２ 主カッタ機構 １３，１４ 副掘削機本体 １５，１６ 副カッタ機構 １７，１８ 支持部（副掘削機本体支持機構） １９，２０ 拡幅ジャッキ（副掘削機本体支持機構） ２１，２２，２３ シールドジャッキ（推進機構） ３４ 主カッタヘッド ３７ コピーカッタ ３９ 駆動モータ ４７，４８ 副カッタヘッド ５３，５４ コピーカッタ ５７，５８ 駆動モータ ６１，６２ コーナーカッタ ６５，６６ 駆動モータ ７１，７２ 余掘カッタ ７３ａ，７３ｂ，７４ａ，７４ｂ 支持軸 ７５ａ，７５ｂ，７６ａ，７６ｂ 長孔 ８１，８２，８３ エレクタ装置 ９１，９２，９３ テールシール １０１，１０２ テーパ部（侵入物除去手段） １０３，１０４ スクレーパ板（第２の侵入物除去手
段） １１１，１１２ 油圧ジャッキ １２５，１２６ 刃付き回転ドラム １２９，１３０ 駆動モータ（回転駆動手段） Ｓ 鋼殻 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 田原 明 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 特公 平７−116920（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/087 E21D 9/06 E21D 13/02

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掘進方向
   側方に移動可能に支持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、 前記主掘削機本体の側部と嵌合する前記副掘削機本体の
   側部に設けられて前記主掘削機本体側への前記副掘削機
   本体の側方移動時に該主掘削機本体の上方あるいは下方
   への侵入物を除去する侵入物除去手段とを具え、 前記副掘削機本体の後端部は前記主掘削機本体の後端部
   よりも掘進方向後方に延出され、該副掘削機本体の後端
   延出部に第２の侵入物除去手段が設けられたことを特徴
   とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】請求項１記載のトンネル掘削機において、 前記副掘削機本体は前記主掘削機本体の掘進方向両側方
   に配設され、 前記第２の侵入物除去手段は該各副掘削機本体の対向す
   る両側部に設けられたことを特徴とするトンネル掘削
   機。
3. 【請求項３】請求項１、２記載のトンネル掘削機におい
   て、 前記第２の侵入物除去手段は、基端部が前記副掘削機本
   体の後端延出部に固定されて先端部が前記主掘削機本体
   側に延出する板材からなるスクレーパで形成されている
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】請求項１、２記載のトンネル掘削機におい
   て、 前記第２の侵入物除去手段は、掘進方向側方に移動可能
   に構成されていることを特徴とするトンネル掘削機。
5. 【請求項５】請求項１、２記載のトンネル掘削機におい
   て、 前記第２の侵入物除去手段は、前記副掘削機本体の後端
   延出部に掘進方向に沿って配設された回転軸に支持され
   た刃付き回転ドラムであって、 該回転ドラムは回転駆動手段によって回転駆動可能であ
   ることを特徴とするトンネル掘削機。