JP3556843B2 - トンネル掘削機 - Google Patents
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Description
【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】
上述した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、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。
【０００６】
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きない場合がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、拡幅及び縮幅トンネル掘削作業の作業性の向上を図ると共に掘削作業時の防水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】
【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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは、前記主バルクヘッドと前記副バルクヘッドとのいずれか一方に固着され、他方に摺接する縦方向に沿った少なくとも２列の突起部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機では、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記側部シールは、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体とのいずれか一方に固着され、他方に摺接自在であると共に、該側部シールの後端部には、前記他方の掘削機本体の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部に摺接自在な後部シールが一体に形成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記後部シールは、縦方向に沿った少なくとも２列の縦突起部を有すると共に、横方向に沿った少なくとも２列の横突起部を有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明のトンネル掘削機では、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは前記副バルクヘッドに固着されて前記主バルクヘッドに摺接自在であると共に、前記側部シールは前記副掘削機本体に固着されて前記主掘削機本体に摺接自在であることを特徴としている。
【００１４】
【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。
【００１５】
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部詳細断面、図７に他の前部シールを表す断面、図８に図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面、図９に図８のＩＸ−ＩＸ断面、図１０に後部シールと縦壁部との関係を表す概略、図１１に本実施形態のシールド掘削機の斜視、図１２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１３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１４に通常トンネルの掘削断面、図１５に拡幅トンネルの掘削断面を示す。
【００１６】
本実施形態のシールド掘削機１０は、図１１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１３，１４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。
【００１７】
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５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主バルクヘッド３１が形成されている。この主掘削機本体１１の前端部には主バルクヘッド３１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。
【００１８】
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の主バルクヘッド３１に係合する副バルクヘッド４１，４２が形成されている。この各副掘削機本体１３，１４の前端部には副バルクヘッド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１５，１６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４７ｂ，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１３，１４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。
【００１９】
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６３，６４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６９，７０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Ｔａ ，Ｔｂ 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。
【００２０】
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５５，５６を介して回転軸４３，４４に伝達され、この回転軸４３，４４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６１，６２を回転駆動するすることができる。
【００２１】
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１７，１８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７５ａ，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。
【００２２】
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１９，２０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。
【００２３】
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，７４ｂ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１３，１４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。
【００２４】
つまり、図１２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１３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。
【００２５】
また、各カッタヘッド３４，４７，４８と各バルクヘッド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。
【００２６】
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２１ａ，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。
【００２７】
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１３，１４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。
【００２８】
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。
【００２９】
ところで、本実施形態のシールド掘削機１０では、前述したように、拡幅ジャッキ１９，２０を伸縮することで、主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１４を側方移動できるように両者が摺動自在に嵌合している。そのため、主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との嵌合部には、泥水や泥土などの内部浸入を防止するシール部材が必要となる。また、このシールド掘削機１０では、主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１４が水平旋回可能であるため、主バルクヘッド３１と副バルクヘッド４１，４２との係合関係がずれる虞があるため、この係合部にも泥水や泥土などの内部浸入を防止するシール部材が必要となる。
【００３０】
そのため、シールド掘削機１０には、図１及び図２に示すように、主掘削機本体１１と左右の副掘削機本体１３，１４との間に、この主掘削機本体１１に対する副掘削機本体１３，１４の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材９１，９２が介装されている。このシール部材９１，９２は同様の形状をなし、主掘削機本体１１の主バルクヘッド３１と左右の副掘削機本体１３，１４の各副バルクヘッド４１，４２との重合部に介装された前部シール９３，９４と、主掘削機本体１１の左右の側部と対向する副掘削機本体１３，１４の側部との嵌合部に介装された側部シール９５，９６とから構成されている。
【００３１】
この主バルクヘッド３１の左右端部は左右の副掘削機本体１３，１４の端部は前後に重なり合っており、前部シール９３（９４）は、図６（ａ）に示すように、副バルクヘッド４１（４２）における主バルクヘッド３１側の端部に縦方向に沿って固定されている。そして、この前部シール９３（９４）は主バルクヘッド３１の端部に摺接する縦方向に沿った２列の中空の突起部９７ａ，９７ｂを有している。従って、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動すると、副バルクヘッド４１（４２）に固定された前部シール９３（９４）が主バルクヘッド３１に対して摺動することで止水される。また、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が旋回して主バルクヘッド３１に対して副バルクヘッド４１（４２）が傾くと、前部シール９３（９４）の一方の突起部９７ａ，９７ｂが押しつぶされることで、主バルクヘッド３１と副バルクヘッド４１（４２）との間に隙間があくことはなく止水される。
【００３２】
なお、前部シール９３，９４の突起部９７ａ，９７ｂの中空部内にエアやグリースなどの圧力流体を供給することで主バルクヘッド３１に対する接触圧力を上げて止水正を向上させてもよい。また、この前部シール９３，９４の形状は上述したもの（図６に表したもの）に限定されるものではなく、図７（ａ）に示すように、半円断面形状の前部シール９３ａとして構造を簡素化したり、図７（ｂ）に示すように、中空半円断面形状の前部シール９３ｂとしたり、図７（ｃ）に示すように、舌片断面形状の前部シール９３ｃとして外部からの圧力に対して止水性を向上させるようにしてもよい。
【００３３】
また、主掘削機本体１１の側部には副掘削機本体１３，１４の側部が外方から嵌合しており、側部シール（９５）９６は、図８及び図９に示すように、副掘削機本体（１３）１４における主掘削機本体１１側の端部下面に前後方向に沿って固定されており、主掘削機本体１１の上面に摺接自在となっている。そして、側部シール（９５）９６の後端部には、主掘削機本体１１の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部１１ｄに摺接自在な後部シール９８が一体に形成されている。この後部シール９８は、図１０に示すように、縦方向に沿った２列の縦突起部９９ａ，９９ｂと横方向に沿った２列の横突起部１００ａ，１００ｂが連続して形成されて構成されている。
【００３４】
なお、図１及び図８に示すように、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１０１，１０２，１０３が前後に２列にわたってそれぞれ装着されている。各テールシール１０１，１０２，１０３は金属ブラシを多数束ねて形成されたものであり、主掘削機本体１１の主テールシール１０１が各副掘削機本体１３，１４の副テールシール１０２，１０３よりも前側に位置し、主テールシール１０１の後列と副テールシール１０２，１０３の前列が重なり合うように設けられている。そして、主テールシール１０１の前後列の間の空間部と副テールシール１０２，１０３の前後列の間の空間部にグリースを供給することで、各テールシール１０１，１０２，１０３により掘削機本体１１，１３，１４と鋼殻Ｓとの間を隙間なくシールして止水している。
【００３５】
従って、図８及びに示すように、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動すると、副掘削機本体（１３）１４に固定された側部シール（９５）９６が主掘削機本体１１に対して摺動すると共に、後部シール９８が主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄに対して摺動することで止水される。また、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が旋回すると、この後部シール９８が縦壁部１１ｄに対して押しつぶされることで、主掘削機本体１１と副掘削機本体（１３）１４との間に隙間があくことはなく止水される。この場合、後部シール９８と縦壁部１１ｄとの摺接部が副掘削機本体（１３）１４の旋回中心となることが望ましい。なお、この後部シール９８と主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄとの摺接部において、側方からの浸水に対しては２列の縦突起部９９ａ，９９ｂが二重にシールし、下方、即ち、主テールシール１０１と副テールシール１０２，１０３とが重なり合った部分からの浸水に対しては２列の横突起部１００ａ，１００ｂが二重にシールしている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施形態では、上述したシールド掘削機１０を用いて、図１４及び図１５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１０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１４に示す正方形に近い枠状のトンネルＴａ 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１５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Ｔｂ を連続して掘削する。
【００３９】
即ち、掘削当初は図１４に示す正方形に近い枠状のトンネルＴａ 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。
【００４０】
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５７，５８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１３，１４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４７，４８との回転角度に応じて、移動ジャッキ３６，５１，５２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４７，４８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。
【００４１】
そして、シールドジャッキ２１，２２，２３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，２２ａ，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ＷＳ の矩形トンネルＴ１ を掘削形成する。
【００４２】
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１２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３４，４７，４８、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＷＬ 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。
【００４５】
その後、拡幅ＷＬ の矩形トンネルを所定距離掘削すると、図１３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ＷＳ に縮幅した矩形トンネルを掘削する。
【００４６】
このようなトンネル掘削作業中、主掘削機本体１１と副掘削機本体１３，１４との嵌合部では、シール部材９１，９２の前部シール９３，９４と側部シール９５，９６と後部シール９８とによって外部からの泥水や泥土の内部浸入が防止されている。つまり、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動及び旋回するとき、副バルクヘッド４１，４２に固定された前部シール９３，９４が主バルクヘッド３１に対して摺動することで止水される。また、このとき、副掘削機本体１３，１４に固定された側部シール９５，９６が主掘削機本体１１に対して摺動すると共に、後部シール９８が主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄに対して摺動することで止水される。更に、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後部内周面に装着された各テールシール１０１，１０２，１０３が既設の鋼殻Ｓの外周面に密着することで、内部への掘削土砂等の浸入が防止される。
【００４７】
なお、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後方空間部にはコンクリートが打設され、既設トンネルの内壁面に対して鋼殻Ｓが固定される。
【００４８】
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１４に示すように、まず、幅ＷＳ 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１５に示すように、途中で幅ＷＬ に拡幅した矩形トンネルＴ３ となっている。そして、図１４及び図１５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Ｔａ ，Ｔｂ 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。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、主掘削機本体１１と左右の副掘削機本体１３，１４との間に介装したシール部材９１，９２を前部シール９３，９４と側部シール９５，９６とから構成したが、別々に形成してもよい。また、シール部材９１，９２をそれぞれ左右の副掘削機本体１３，１４側に固定したが、主掘削機本体１１側に固定してもよい。
【００５０】
また、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１９，２０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１３，１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘削機本体１３，１４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Ｔａ ，Ｔｂ 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】
【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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは、前記主バルクヘッドと前記副バルクヘッドとのいずれか一方に固着され、他方に摺接する縦方向に沿った少なくとも２列の突起部を有するので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。また、主バルクヘッドと副バルクヘッドとの重合部では二重のシール性を得ることができ、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時は２列の突起部が他方のバルクヘッドに押しつぶされながら変形してシールすることとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記側部シールは、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体とのいずれか一方に固着され、他方に摺接自在であると共に、該側部シールの後端部には、前記他方の掘削機本体の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部に摺接自在な後部シールが一体に形成されたので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部では後部シールが縦壁部に圧接することとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、後部シールに縦方向に沿った少なくとも２列の縦突起部を設けると共に、横方向に沿った少なくとも２列の横突起部を設けたので、主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部では二重のシール性を得ることができ、主掘削機本体に対する副掘削機本体の移動時は２列の突起部が他方の掘削機本体に押しつぶされながら変形してシールすることとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５７】
また、請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは前記副バルクヘッドに固着されて前記主バルクヘッドに摺接自在であると共に、前記側部シールは前記副掘削機本体に固着されて前記主掘削機本体に摺接自在であるので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。また、移動する側にシールを固着することとなり、見栄え良く主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部を確実にシールすることができる。
【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部詳細断面図である。
【図７】他の前部シールを表す断面図である。
【図８】図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】後部シールと縦壁部との関係を表す概略図である。
【図１１】本実施形態のシールド掘削機の斜視図である。
【図１２】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１３】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１４】通常トンネルの掘削断面図である。
【図１５】拡幅トンネルの掘削断面図である。
【符号の説明】
１１ 主掘削機本体
１１ｄ 縦壁部
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 シール部材
９３，９４ 前部シール
９５，９６ 側部シール
９７ａ，９７ｂ 突起部
９８ 後部シール
９９ａ，９９ｂ 縦突起部
１００ａ，１００ｂ 横突起部
１０１，１０２，１０３ テールシール
Ｓ 鋼殻
Ｔ，Ｔａ ，Ｔｂ 枠状トンネル
Ｔ１ ，Ｔ２ ，Ｔ３ 矩形トンネル
【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】
上述した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、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。
【０００６】
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きない場合がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、拡幅及び縮幅トンネル掘削作業の作業性の向上を図ると共に掘削作業時の防水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】
【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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは、前記主バルクヘッドと前記副バルクヘッドとのいずれか一方に固着され、他方に摺接する縦方向に沿った少なくとも２列の突起部を有することを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機では、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記側部シールは、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体とのいずれか一方に固着され、他方に摺接自在であると共に、該側部シールの後端部には、前記他方の掘削機本体の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部に摺接自在な後部シールが一体に形成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記後部シールは、縦方向に沿った少なくとも２列の縦突起部を有すると共に、横方向に沿った少なくとも２列の横突起部を有することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明のトンネル掘削機では、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは前記副バルクヘッドに固着されて前記主バルクヘッドに摺接自在であると共に、前記側部シールは前記副掘削機本体に固着されて前記主掘削機本体に摺接自在であることを特徴としている。
【００１４】
【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。
【００１５】
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部詳細断面、図７に他の前部シールを表す断面、図８に図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面、図９に図８のＩＸ−ＩＸ断面、図１０に後部シールと縦壁部との関係を表す概略、図１１に本実施形態のシールド掘削機の斜視、図１２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１３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１４に通常トンネルの掘削断面、図１５に拡幅トンネルの掘削断面を示す。
【００１６】
本実施形態のシールド掘削機１０は、図１１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１３，１４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。
【００１７】
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５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主バルクヘッド３１が形成されている。この主掘削機本体１１の前端部には主バルクヘッド３１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。
【００１８】
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の主バルクヘッド３１に係合する副バルクヘッド４１，４２が形成されている。この各副掘削機本体１３，１４の前端部には副バルクヘッド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１５，１６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４７ｂ，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１３，１４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。
【００１９】
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６３，６４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６９，７０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Ｔａ ，Ｔｂ 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。
【００２０】
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５５，５６を介して回転軸４３，４４に伝達され、この回転軸４３，４４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６１，６２を回転駆動するすることができる。
【００２１】
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１７，１８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７５ａ，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。
【００２２】
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１９，２０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。
【００２３】
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，７４ｂ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１３，１４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。
【００２４】
つまり、図１２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１３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。
【００２５】
また、各カッタヘッド３４，４７，４８と各バルクヘッド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。
【００２６】
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２１ａ，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。
【００２７】
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１３，１４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。
【００２８】
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。
【００２９】
ところで、本実施形態のシールド掘削機１０では、前述したように、拡幅ジャッキ１９，２０を伸縮することで、主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１４を側方移動できるように両者が摺動自在に嵌合している。そのため、主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との嵌合部には、泥水や泥土などの内部浸入を防止するシール部材が必要となる。また、このシールド掘削機１０では、主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１４が水平旋回可能であるため、主バルクヘッド３１と副バルクヘッド４１，４２との係合関係がずれる虞があるため、この係合部にも泥水や泥土などの内部浸入を防止するシール部材が必要となる。
【００３０】
そのため、シールド掘削機１０には、図１及び図２に示すように、主掘削機本体１１と左右の副掘削機本体１３，１４との間に、この主掘削機本体１１に対する副掘削機本体１３，１４の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材９１，９２が介装されている。このシール部材９１，９２は同様の形状をなし、主掘削機本体１１の主バルクヘッド３１と左右の副掘削機本体１３，１４の各副バルクヘッド４１，４２との重合部に介装された前部シール９３，９４と、主掘削機本体１１の左右の側部と対向する副掘削機本体１３，１４の側部との嵌合部に介装された側部シール９５，９６とから構成されている。
【００３１】
この主バルクヘッド３１の左右端部は左右の副掘削機本体１３，１４の端部は前後に重なり合っており、前部シール９３（９４）は、図６（ａ）に示すように、副バルクヘッド４１（４２）における主バルクヘッド３１側の端部に縦方向に沿って固定されている。そして、この前部シール９３（９４）は主バルクヘッド３１の端部に摺接する縦方向に沿った２列の中空の突起部９７ａ，９７ｂを有している。従って、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動すると、副バルクヘッド４１（４２）に固定された前部シール９３（９４）が主バルクヘッド３１に対して摺動することで止水される。また、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が旋回して主バルクヘッド３１に対して副バルクヘッド４１（４２）が傾くと、前部シール９３（９４）の一方の突起部９７ａ，９７ｂが押しつぶされることで、主バルクヘッド３１と副バルクヘッド４１（４２）との間に隙間があくことはなく止水される。
【００３２】
なお、前部シール９３，９４の突起部９７ａ，９７ｂの中空部内にエアやグリースなどの圧力流体を供給することで主バルクヘッド３１に対する接触圧力を上げて止水正を向上させてもよい。また、この前部シール９３，９４の形状は上述したもの（図６に表したもの）に限定されるものではなく、図７（ａ）に示すように、半円断面形状の前部シール９３ａとして構造を簡素化したり、図７（ｂ）に示すように、中空半円断面形状の前部シール９３ｂとしたり、図７（ｃ）に示すように、舌片断面形状の前部シール９３ｃとして外部からの圧力に対して止水性を向上させるようにしてもよい。
【００３３】
また、主掘削機本体１１の側部には副掘削機本体１３，１４の側部が外方から嵌合しており、側部シール（９５）９６は、図８及び図９に示すように、副掘削機本体（１３）１４における主掘削機本体１１側の端部下面に前後方向に沿って固定されており、主掘削機本体１１の上面に摺接自在となっている。そして、側部シール（９５）９６の後端部には、主掘削機本体１１の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部１１ｄに摺接自在な後部シール９８が一体に形成されている。この後部シール９８は、図１０に示すように、縦方向に沿った２列の縦突起部９９ａ，９９ｂと横方向に沿った２列の横突起部１００ａ，１００ｂが連続して形成されて構成されている。
【００３４】
なお、図１及び図８に示すように、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１０１，１０２，１０３が前後に２列にわたってそれぞれ装着されている。各テールシール１０１，１０２，１０３は金属ブラシを多数束ねて形成されたものであり、主掘削機本体１１の主テールシール１０１が各副掘削機本体１３，１４の副テールシール１０２，１０３よりも前側に位置し、主テールシール１０１の後列と副テールシール１０２，１０３の前列が重なり合うように設けられている。そして、主テールシール１０１の前後列の間の空間部と副テールシール１０２，１０３の前後列の間の空間部にグリースを供給することで、各テールシール１０１，１０２，１０３により掘削機本体１１，１３，１４と鋼殻Ｓとの間を隙間なくシールして止水している。
【００３５】
従って、図８及びに示すように、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動すると、副掘削機本体（１３）１４に固定された側部シール（９５）９６が主掘削機本体１１に対して摺動すると共に、後部シール９８が主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄに対して摺動することで止水される。また、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が旋回すると、この後部シール９８が縦壁部１１ｄに対して押しつぶされることで、主掘削機本体１１と副掘削機本体（１３）１４との間に隙間があくことはなく止水される。この場合、後部シール９８と縦壁部１１ｄとの摺接部が副掘削機本体（１３）１４の旋回中心となることが望ましい。なお、この後部シール９８と主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄとの摺接部において、側方からの浸水に対しては２列の縦突起部９９ａ，９９ｂが二重にシールし、下方、即ち、主テールシール１０１と副テールシール１０２，１０３とが重なり合った部分からの浸水に対しては２列の横突起部１００ａ，１００ｂが二重にシールしている。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施形態では、上述したシールド掘削機１０を用いて、図１４及び図１５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１０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１４に示す正方形に近い枠状のトンネルＴａ 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１５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Ｔｂ を連続して掘削する。
【００３９】
即ち、掘削当初は図１４に示す正方形に近い枠状のトンネルＴａ 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。
【００４０】
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５７，５８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１３，１４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４７，４８との回転角度に応じて、移動ジャッキ３６，５１，５２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４７，４８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。
【００４１】
そして、シールドジャッキ２１，２２，２３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，２２ａ，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ＷＳ の矩形トンネルＴ１ を掘削形成する。
【００４２】
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１２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３４，４７，４８、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＷＬ 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。
【００４５】
その後、拡幅ＷＬ の矩形トンネルを所定距離掘削すると、図１３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ＷＳ に縮幅した矩形トンネルを掘削する。
【００４６】
このようなトンネル掘削作業中、主掘削機本体１１と副掘削機本体１３，１４との嵌合部では、シール部材９１，９２の前部シール９３，９４と側部シール９５，９６と後部シール９８とによって外部からの泥水や泥土の内部浸入が防止されている。つまり、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が移動及び旋回するとき、副バルクヘッド４１，４２に固定された前部シール９３，９４が主バルクヘッド３１に対して摺動することで止水される。また、このとき、副掘削機本体１３，１４に固定された側部シール９５，９６が主掘削機本体１１に対して摺動すると共に、後部シール９８が主掘削機本体１１の縦壁部１１ｄに対して摺動することで止水される。更に、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後部内周面に装着された各テールシール１０１，１０２，１０３が既設の鋼殻Ｓの外周面に密着することで、内部への掘削土砂等の浸入が防止される。
【００４７】
なお、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後方空間部にはコンクリートが打設され、既設トンネルの内壁面に対して鋼殻Ｓが固定される。
【００４８】
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１４に示すように、まず、幅ＷＳ 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１５に示すように、途中で幅ＷＬ に拡幅した矩形トンネルＴ３ となっている。そして、図１４及び図１５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Ｔａ ，Ｔｂ 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。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、主掘削機本体１１と左右の副掘削機本体１３，１４との間に介装したシール部材９１，９２を前部シール９３，９４と側部シール９５，９６とから構成したが、別々に形成してもよい。また、シール部材９１，９２をそれぞれ左右の副掘削機本体１３，１４側に固定したが、主掘削機本体１１側に固定してもよい。
【００５０】
また、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１９，２０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１３，１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘削機本体１３，１４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Ｔａ ，Ｔｂ 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】
【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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは、前記主バルクヘッドと前記副バルクヘッドとのいずれか一方に固着され、他方に摺接する縦方向に沿った少なくとも２列の突起部を有するので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。また、主バルクヘッドと副バルクヘッドとの重合部では二重のシール性を得ることができ、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時は２列の突起部が他方のバルクヘッドに押しつぶされながら変形してシールすることとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記側部シールは、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体とのいずれか一方に固着され、他方に摺接自在であると共に、該側部シールの後端部には、前記他方の掘削機本体の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部に摺接自在な後部シールが一体に形成されたので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部では後部シールが縦壁部に圧接することとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５６】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、後部シールに縦方向に沿った少なくとも２列の縦突起部を設けると共に、横方向に沿った少なくとも２列の横突起部を設けたので、主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部では二重のシール性を得ることができ、主掘削機本体に対する副掘削機本体の移動時は２列の突起部が他方の掘削機本体に押しつぶされながら変形してシールすることとなり、防水性の向上を図ることができる。
【００５７】
また、請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは前記副バルクヘッドに固着されて前記主バルクヘッドに摺接自在であると共に、前記側部シールは前記副掘削機本体に固着されて前記主掘削機本体に摺接自在であるので、掘削途中でトンネル幅を変更する場合、副掘削機本体を主掘削機本体に対して旋回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面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して容易に拡幅及び縮幅トンネルを掘削することできると共に、このときにシール部材が副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール両者の嵌合部を確実にシールすることができ、その結果、掘削作業の作業性の向上を図ることができると共に、掘削作業時の防水性の向上を図ることができる。また、主掘削機本体に対する副掘削機本体の旋回時に、副掘削機本体の前部と側部で確実にシールすることができ、防水性の向上を図ることができる。また、移動する側にシールを固着することとなり、見栄え良く主掘削機本体と副掘削機本体との嵌合部を確実にシールすることができる。
【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部詳細断面図である。
【図７】他の前部シールを表す断面図である。
【図８】図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】後部シールと縦壁部との関係を表す概略図である。
【図１１】本実施形態のシールド掘削機の斜視図である。
【図１２】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１３】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１４】通常トンネルの掘削断面図である。
【図１５】拡幅トンネルの掘削断面図である。
【符号の説明】
１１ 主掘削機本体
１１ｄ 縦壁部
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 シール部材
９３，９４ 前部シール
９５，９６ 側部シール
９７ａ，９７ｂ 突起部
９８ 後部シール
９９ａ，９９ｂ 縦突起部
１００ａ，１００ｂ 横突起部
１０１，１０２，１０３ テールシール
Ｓ 鋼殻
Ｔ，Ｔａ ，Ｔｂ 枠状トンネル
Ｔ１ ，Ｔ２ ，Ｔ３ 矩形トンネル
Claims (4)
- 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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは、前記主バルクヘッドと前記副バルクヘッドとのいずれか一方に固着され、他方に摺接する縦方向に沿った少なくとも２列の突起部を有することを特徴とするトンネル掘削機。
- 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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記側部シールは、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体とのいずれか一方に固着され、他方に摺接自在であると共に、該側部シールの後端部には、前記他方の掘削機本体の後端部に掘進方向側方に沿って形成された縦壁部に摺接自在な後部シールが一体に形成されたことを特徴とするトンネル掘削機。
- 請求項２記載のトンネル掘削機において、前記後部シールは、縦方向に沿った少なくとも２列の縦突起部を有すると共に、横方向に沿った少なくとも２列の横突起部を有することを特徴とするトンネル掘削機。
- 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で且つ旋回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、前記主掘削機本体と前記副掘削機本体との嵌合部に介装されて該主掘削機本体に対する該副掘削機本体の側方移動時及び旋回時に追従してシール可能なシール部材とを具え、前記シール部材は、前記主掘削機本体の前端部に形成された主バルクヘッドと前記副掘削機本体の前端部に形成された副バルクヘッドとの重合部に介装された前部シールと、前記主掘削機本体の側部と対向する前記副掘削機本体の側部との嵌合部に介装された側部シールとを有すると共に、前記前部シールは前記副バルクヘッドに固着されて前記主バルクヘッドに摺接自在であると共に、前記側部シールは前記副掘削機本体に固着されて前記主掘削機本体に摺接自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
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