JP3737493B2 - 大断面シールド掘削工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば近年の都市部におけるシールドトンネル構築等に使用される大断面シールド掘削工法に係り、特に大型の掘削機フードのテール部の保護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
掘削シールド工法とは、シールドトンネル等を構築する際に使用される工法であり、掘削機を地中において前方に推進させて掘削し、掘削後直ちに覆工作業を行ってトンネル等を構築するものを指標する。従来、このシールド工法に使用される掘削機は略円盤状に配置された複数のカッタビットを回転軸を中心として回転させ、推進、掘削するものであった。
【０００３】
そして、前記道路用のシールドトンネル等を構築する際にもこの回転型の掘削機が使用されていた。すなわち従来シールドトンネル等の大断面大型トンネルの掘削を行う場合、大型の回転型掘削機を使用し、掘削を行うが、通常道路用等のシールドトンネルは断面矩形をなすもので足りるし、少なくとも底面は水平面であることが要求される。
【０００４】
しかし、回転掘削型の掘削機では断面円形にしか掘削できないため、大型の円形に掘削した後、その円形の中で矩形状のトンネルを形成し、残余の掘削部分、すなわち、上下左右に出来る円弧の部分を各種配管の収納路等として形成し、過度掘削に対応するものとしていた。このような従来の工法ではあまりに無駄堀りが多すぎ、かつ、大型の回転型掘削機を使用しなければならないため工事も大型化し、作業コストが高価なものとならざるを得なかった。
【０００５】
また、前記回転型の掘削機は回転駆動によって掘削を行うため、カッタビットの取付位置により角速度、カッタビット摺動距離も異なり、これに応じて個別のカッタビットに摩耗の差異が発生し、掘削機全体として切削速度及び掘進スピードの低下をもたらすことがあった。また、大型の回転型掘削機を使用して大断面大型トンネルの掘削を行う場合、図１９に示すように、掘削する上下方向の地中範囲が広くなるため、掘削すべき最上部の箇所と最下部の箇所で地下水圧及び地下土圧が大きく異なり、掘削設定土圧Ｈ0の決定が難しく、特に土被りが浅い場合には掘削箇所の真上地上部に隆起部が生じたり、地中撹乱の影響により地中掘削箇所から地上に泥水が流出したりすることがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処するために創案されたものであって、道路用トンネル等の大断面矩形状で大型のシールドトンネルの掘削を行う場合において、上下左右に揺動させて掘削する小型の掘削機を使用し、矩形大断面の掘削箇所を数回に分けて掘削するため、より正確な大断面矩形状に掘削することが出来、しかも大型の掘削機を使用しないため工事の規模が大型化せず、作業コストも安価にすることが出来、掘削機自体の切削速度及び掘進スピードの低下をももたらさず、図２０に示すように、数回に分けて小型の掘削機で掘削するため、掘削設定土圧をＨ1，Ｈ2，Ｈ3と細かく設定でき、もって掘削箇所の真上地上部に土盛りを生じさせたり、地上に泥水を流出させたりすることのない大断面シールド掘削工法を提供することを目的とするものであり、また、大型掘削機を使用する際の掘削機フードのテール部の保護を図るシールド掘削工法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による大断面シールド掘削工法は、
大断面の矩形をなす角筒体内を断面格子状に仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部の前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し全体として大断面矩形の掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により掘削内面に補強壁を取り付けてなり、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と大断面矩形状をなす掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部には液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材が介在されたことを特徴とし、
または、大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に補強壁を取り付け、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とし、
または、大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に板状の外殻セグメントを取り付けると共に、内部には充填材を充填して補強壁とし、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による大断面シールド掘削工法の一実施例を図に基づいて説明する。図１において符号１は大断面の矩形をなす角筒体内を断面格子状に仕切り、複数の角筒状掘削小分け部２を形成した掘削機フードを示す。
【０００９】
該掘削機フード１は一般に金属製部材で略角筒状の形状に構成され、内部においても仕切り材３で仕切られ、複数の角筒状をなす掘削小分け部２を有して構成されている。図１及び図２において、符号５は掘削機４のカッタビットであり、該カッタビット５は矩形状（本実施例では正方形）に散点されて取り付けられている。
【００１０】
ここで掘削機４について図３乃至図５を参照して説明すると、本発明で使用される掘削機４はいわゆるカッタビット５を円状に回転させて掘削するのではなく、カッタビット５を上下左右に揺動させて掘削するものである。すなわち、掘削機フード１内において、仕切り材３で仕切られ形成された掘削小分け部２内には複数のカッタビット５が矩形状に取り付けられた掘削部６が前方へ押し出し可能に構成されて収納されている。
【００１１】
符号７はカッタビット取付板で、水平方向に配置され、一定の間隔をおいて、上下に３枚設けられている。そしてこのカッタビット取付板７上下辺には間隔をおいて複数のカッタビット５が取り付けられている。さらに、カッタビット取付板７間には取付杆８が配置され、該取付杆８にも複数のカッタビット７が取り付けられている。よって、複数のカッタビット７は図示するように正方形状に散点状態で取り付けられる（図２等参照）。
【００１２】
ここで、図３は掘削小分け部２に設置され、掘削小分け部２の前方を掘削する状態で設置された掘削機４の使用状態図であり、複数のカッタビット５が取り付けられた掘削部６は揺動杆９を介して上下揺動ジャッキ１０に接続され、かつ図３乃至図５に示すように、左右揺動ジャッキ１１が各カッタビット取付板７後部に設けられている。
【００１３】
尚、図５では上下揺動ジャッキ１０の構成が異なっており、隔壁２５に球面軸受け２６を介して小型の上下揺動ジャッキ１０が取り付けられ、この上下揺動ジャッキ１０の先端にリンク機構２７が介在されて複数のカッタビット５が接続されている。よって上下揺動ジャッキ１０を水平方向に突出、後退させることによりリンク機構２７を介して複数のカッタビット５が上下動する。このような構成であれば、比較的上下動幅を広く取ることが出来る。
【００１４】
尚、図示してはいないが、図３及び図５のように、上下揺動ジャッキ１０を掘削機フード１の中間位置に設け、揺動杆９あるいはリンク機構２７を介してカッタビットを上下に揺動させる構造とせず、掘削部６自体に上下揺動ジャッキ１０を組み込んでも構わない。しかして、複数のカッタビット５は上下動しつつ、左右にも揺動し、かつ推進ジャッキ２４により前方に押し出されて掘削すべき面を矩形に掘削することになる。
【００１５】
ここで、図１で示す複数の掘削小分け部２には前述の掘削機４が各々設置されており、それらが作動して掘削される。すなわち、掘削は複数の掘削機４を順次作動して行われ、１カ所の掘削小分け部２での掘削が終了したら、隣の掘削小分け部２での掘削機４が作動し、そこでの掘削を行う。そして、順次掘削を行い、最終的に全ての掘削小分け部２の掘削が終了したら大断面矩形の掘削となる。
【００１６】
その後さらに、掘削機フード１を前方に移動し、再度各掘削小分け部２での掘削を行うことになる。尚、図３及び図５において符号２８は送泥枝管を示し、符号２９は排泥枝管を示す。送泥枝管２８からは掘削機４のチャンバー室３２へ水が流入され、チャンバー室３２内に収納した掘削土砂を泥水状にし、外部へ排出し易いようにしている。
【００１７】
そして、泥水状にされた掘削土砂は排泥枝管２９により外部へ排出されるものとなる。ここで、本発明では各掘削小分け部２に配置された複数の掘削機４による掘削土砂の排出をスムーズに行えるよう制御されている。すなわち、図２３に示すように、各々の掘削機４に設けられた送泥枝管２８と排泥枝管２９は１本の送泥本管３０と排泥本管３１とに接続されており、前記各々の掘削機４に設けられた送泥枝管２８と排泥枝管２９の調整バルブ３３を切り替えて使用することにより１セットの送泥本管３０及び排泥本管３１で対応できるよう構成され、製品コストと作業コストの低廉化が図られている。
【００１８】
予定する長さでの大断面矩形全体掘削が終了したら、図７及び図１０に示す様に掘削した後部において設置されたセグメント組立装置１４によって掘削面の内部補強のため複数のセグメント１３が組み立てられ補強壁１２が構築される。構築された補強壁１２を背面から見た図を図６に示す。該補強壁１２は図６から理解されるように矩形リング状に構築され、大断面矩形をなす掘削内面を補強する。尚、図６には図示されていないが、組み立てられたセグメント１３同士はボルト等の連結部材で連結される。
【００１９】
補強壁１２を構成するセグメント１３は前進した掘削幅とほぼ同様の幅からなり、全ての掘削小分け部２での予定する掘削が一段落すると、前述のようにその後方でセグメント組立装置１４が作動し、セグメント１３を組み立て、補強壁１２を形成していく。そのセグメント１３の組立状態を図７から図１０に示す。
【００２０】
図７では既に掘削機４の後方にセグメント１３が２ユニット分、矩形リング状に取り付けられ、補強壁１２の一部が形成されている。この状態から図８に示すように、補強壁１２の３つ目のユニットを組み上げる。そして図８から理解されるように、ユニットの組み上げは掘削内面下側から行われる。図９に示すように、セグメント１３により３つ目の補強壁１２のユニットが組みあがったら、押し出しジャッキ１５を図１０に示す如く伸ばし、かつ掘削機４の推進ジャッキ１６を縮め、掘削部６を掘削機フード１内に収納する。
【００２１】
そしてその状態から、図８に示すように再び掘削機４の推進ジャッキ１６を伸ばし、前方の掘削を行うのである。尚、図７乃至図１０において、各掘削小分け部２にそれぞれ掘削機４が収納されており、それぞれの掘削機４が各掘削小分け部２前方を順次掘削する。ところで、図７乃至図１０から理解されるように、本実施例では、全ての掘削小分け部２に配置された掘削機４の後方には一台のセグメント組立装置１４が設置されており、当該複数の掘削機４と一台のセグメント組立装置１４とにより掘削装置１７が構成される。
【００２２】
ところで図２１に示すように、掘削機フード１のテール部には形成された補強壁１２と掘削機フード１の内面との間にワイヤーブラシ等から形成されたテールシール３５が設けられていると共に、クッション部材３６が設けられている。特に、クッション部材３６は掘削機フード１の内面にエンドレスの環状にして取り付けられており、主に掘削機フード１のテール部が荷重により補強壁１４側へ折曲しないよう機能する。そしてこのクッション部材３６内部には長手方向に向けて中空室が複数形成され、それぞれの中空室には各々液体性充填材３７を注入する注入管３９が接続され、該中空室に前記の液体性充填材３７が注入されて弾力室３８とされている。
【００２３】
よって、注入管３９からの各弾力室３８への液体性充填材３７の注入を調節、制御すれば、例えば上下左右方向の弾力状態を変更することができ、掘削機４の掘削前進に伴う掘削機フード１の前進移動にフレキシブルに対応し、大型の掘削機フード１のテール部が保護される。次に図１１乃至図１８に本発明による他の実施例を示す。
【００２４】
この実施例で使用される掘削機フード１は断面略矩形リング状ドーナッツ型の掘削枠部２４を有して構成される（図１１参照）。そして断面略矩形リング状ドーナッツ型の掘削枠部２４では、その内部が仕切り片３４で仕切られ、前記の実施例と同様に複数の角筒状掘削小分け部２が形成される。
【００２５】
そして、この掘削枠部２４内の掘削小分け部２前方を掘削するべく複数の掘削機４が各々の掘削小分け部２に設置され、その前方が掘削される。所定の掘削小分け部２に設置された掘削機４で一定の長さ分掘削した後、次の隣接する掘削小分け部２前方を当該掘削小分け部２に設置されている掘削機４で一定長さ分掘削する。
【００２６】
そして、次々に掘削が行なわれ、最終的に掘削枠部２４内全ての掘削が行なわれる。よって、掘削は矩形リング状ドーナッツ型の掘削となり（図１２参照）、内部には掘削しない土砂が残土する状態となる。この際、矩形リング状ドーナッツ型に掘削した後の掘削内面には板状の外殻セグメント２３を取り付けることにより補強壁１２が構成される。
【００２７】
尚、本実施例においても前記の実施例と同様に、掘削機フード１のテール部には、形成された補強壁１２と掘削機フード１の内面との間にもクッション部材３６が設けられている（図２２参照）。そして、図１３から理解されるように、補強壁１２は矩形リング状ドーナッツ型をなす掘削枠部２４の外側を補強する外殻セグメント２３と内側を補強する外殻セグメント２３と、これら外殻セグメント２３が湾曲しないよう補強する一定間隔毎に立設された補強片２２を有して構成され（図１２参照）、内部にはコンクリート等の充填材１８が充填される。
【００２８】
ここで、充填材１８の充填順序は図１３に図示するように、下側から行なわれ、少なくとも上部側の１カ所が掘削用資材、掘削用機器等の搬入路とされる。このように充填材１８が充填され、固化した後には強固な補強壁１２が構成される。さらに、図１４に示すように補強壁１２で囲まれた内部は掘削重機２０等で掘削される。そして、内部掘削した箇所には支保杆２１が立設され、掘削箇所の上側に取り付けた補強壁１２を構成する外殻セグメント２３が変形しないように補強される（図１５参照）。
【００２９】
図１６に示すように、充填材１８が全て固化し、強固な補強壁１２が完成したときには支保杆２１は外される。そして図１７に示すように最終的に大断面矩形状の掘削内面に化粧壁１９を打設し、シールドトンネルが完成するものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
かくして本発明は以上の構成よりなる。そして本発明の大断面シールド掘削工法によれば、大断面矩形状で大型のシールドトンネルの掘削を行う場合において、上下左右に揺動させて掘削する小型の掘削機を使用し、矩形大断面の掘削箇所を数箇所に分けて掘削するため、より正確な大断面矩形状に効率よく掘削することが出来、しかも大型の掘削機を使用しないため工事が大規模化せず、作業コストも安価にすることが出来、掘削機自体の切削速度及び掘進スピードの低下をももたらさず、数回に分けて小型の掘削機で掘削するため、掘削設定土圧もＨ1，Ｈ2，Ｈ3と細かく設定でき、もって掘削箇所の真上地上部に隆起部を生じさせたり、地上に泥水を流出させたりすることがなく地山における撹乱の発生をも防止できるとの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による掘削機フードの正面図である。
【図２】本発明による複数のカッタビットの取り付け状態を説明する説明図である。
【図３】本発明のよる掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その１）である。
【図４】本発明による掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その２）である。
【図５】本発明による掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その３）である。
【図６】本発明による補強壁の取り付け状態を説明する概略構成説明図である。
【図７】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その１）である。
【図８】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その２）である。
【図９】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その３）である。
【図１０】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その４）である。
【図１１】本発明の他の実施例による掘削機フードの正面図である。
【図１２】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その１）である。
【図１３】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その２）である。
【図１４】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その３）である。
【図１５】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その４）である。
【図１６】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その５）である。
【図１７】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その６）である。
【図１８】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その７）である。
【図１９】従来の大型回転式掘削機による設定圧土Ｈ０決定の概略を示す説明図である。
【図２０】本発明の掘削機による設定土圧決定の概略を示す説明図である。
【図２１】掘削機フードテール部に形成されたクッション部材の構成を説明する構成説明図である。
【図２２】他の実施例における掘削機フードテール部に形成されたクッション部材の構成を説明する構成説明図である。
【図２３】送泥枝管及び排泥枝管と送泥枝管及び排泥枝管との配管状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 掘削機フード
２ 掘削小分け部
３ 仕切り材
４ 掘削機
５ カッタビット
６ 掘削部
７ カッタビット取付板
８ 取付杆
９ 揺動杆
１０ 上下揺動ジャッキ
１１ 左右揺動ジャッキ
１２ 補強壁
１３ セグメント
１４ セグメント組立装置
１５ 押し出しジャッキ
１６ 推進ジャッキ
１７ 掘削装置
１８ 充填材
１９ 化粧壁
２０ 掘削重機
２１ 支保杆
２２ 補強片
２３ 外殻セグメント
２４ 掘削枠部
２５ 隔壁
２６ 球面軸受け
２７ リンク機構
２８ 送泥枝管
２９ 排泥枝管
３０ 送泥本管
３１ 排泥本管
３２ チャンバー室
３３ 調整バルブ
３４ 仕切り片
３５ テールシール
３６ クッション部材
３７ 液体性充填材
３８ 弾力室
３９ 注入管
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば近年の都市部におけるシールドトンネル構築等に使用される大断面シールド掘削工法に係り、特に大型の掘削機フードのテール部の保護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
掘削シールド工法とは、シールドトンネル等を構築する際に使用される工法であり、掘削機を地中において前方に推進させて掘削し、掘削後直ちに覆工作業を行ってトンネル等を構築するものを指標する。従来、このシールド工法に使用される掘削機は略円盤状に配置された複数のカッタビットを回転軸を中心として回転させ、推進、掘削するものであった。
【０００３】
そして、前記道路用のシールドトンネル等を構築する際にもこの回転型の掘削機が使用されていた。すなわち従来シールドトンネル等の大断面大型トンネルの掘削を行う場合、大型の回転型掘削機を使用し、掘削を行うが、通常道路用等のシールドトンネルは断面矩形をなすもので足りるし、少なくとも底面は水平面であることが要求される。
【０００４】
しかし、回転掘削型の掘削機では断面円形にしか掘削できないため、大型の円形に掘削した後、その円形の中で矩形状のトンネルを形成し、残余の掘削部分、すなわち、上下左右に出来る円弧の部分を各種配管の収納路等として形成し、過度掘削に対応するものとしていた。このような従来の工法ではあまりに無駄堀りが多すぎ、かつ、大型の回転型掘削機を使用しなければならないため工事も大型化し、作業コストが高価なものとならざるを得なかった。
【０００５】
また、前記回転型の掘削機は回転駆動によって掘削を行うため、カッタビットの取付位置により角速度、カッタビット摺動距離も異なり、これに応じて個別のカッタビットに摩耗の差異が発生し、掘削機全体として切削速度及び掘進スピードの低下をもたらすことがあった。また、大型の回転型掘削機を使用して大断面大型トンネルの掘削を行う場合、図１９に示すように、掘削する上下方向の地中範囲が広くなるため、掘削すべき最上部の箇所と最下部の箇所で地下水圧及び地下土圧が大きく異なり、掘削設定土圧Ｈ0の決定が難しく、特に土被りが浅い場合には掘削箇所の真上地上部に隆起部が生じたり、地中撹乱の影響により地中掘削箇所から地上に泥水が流出したりすることがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、本発明は前記従来の課題に対処するために創案されたものであって、道路用トンネル等の大断面矩形状で大型のシールドトンネルの掘削を行う場合において、上下左右に揺動させて掘削する小型の掘削機を使用し、矩形大断面の掘削箇所を数回に分けて掘削するため、より正確な大断面矩形状に掘削することが出来、しかも大型の掘削機を使用しないため工事の規模が大型化せず、作業コストも安価にすることが出来、掘削機自体の切削速度及び掘進スピードの低下をももたらさず、図２０に示すように、数回に分けて小型の掘削機で掘削するため、掘削設定土圧をＨ1，Ｈ2，Ｈ3と細かく設定でき、もって掘削箇所の真上地上部に土盛りを生じさせたり、地上に泥水を流出させたりすることのない大断面シールド掘削工法を提供することを目的とするものであり、また、大型掘削機を使用する際の掘削機フードのテール部の保護を図るシールド掘削工法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による大断面シールド掘削工法は、
大断面の矩形をなす角筒体内を断面格子状に仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部の前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し全体として大断面矩形の掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により掘削内面に補強壁を取り付けてなり、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と大断面矩形状をなす掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部には液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材が介在されたことを特徴とし、
または、大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に補強壁を取り付け、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とし、
または、大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に板状の外殻セグメントを取り付けると共に、内部には充填材を充填して補強壁とし、前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による大断面シールド掘削工法の一実施例を図に基づいて説明する。図１において符号１は大断面の矩形をなす角筒体内を断面格子状に仕切り、複数の角筒状掘削小分け部２を形成した掘削機フードを示す。
【０００９】
該掘削機フード１は一般に金属製部材で略角筒状の形状に構成され、内部においても仕切り材３で仕切られ、複数の角筒状をなす掘削小分け部２を有して構成されている。図１及び図２において、符号５は掘削機４のカッタビットであり、該カッタビット５は矩形状（本実施例では正方形）に散点されて取り付けられている。
【００１０】
ここで掘削機４について図３乃至図５を参照して説明すると、本発明で使用される掘削機４はいわゆるカッタビット５を円状に回転させて掘削するのではなく、カッタビット５を上下左右に揺動させて掘削するものである。すなわち、掘削機フード１内において、仕切り材３で仕切られ形成された掘削小分け部２内には複数のカッタビット５が矩形状に取り付けられた掘削部６が前方へ押し出し可能に構成されて収納されている。
【００１１】
符号７はカッタビット取付板で、水平方向に配置され、一定の間隔をおいて、上下に３枚設けられている。そしてこのカッタビット取付板７上下辺には間隔をおいて複数のカッタビット５が取り付けられている。さらに、カッタビット取付板７間には取付杆８が配置され、該取付杆８にも複数のカッタビット７が取り付けられている。よって、複数のカッタビット７は図示するように正方形状に散点状態で取り付けられる（図２等参照）。
【００１２】
ここで、図３は掘削小分け部２に設置され、掘削小分け部２の前方を掘削する状態で設置された掘削機４の使用状態図であり、複数のカッタビット５が取り付けられた掘削部６は揺動杆９を介して上下揺動ジャッキ１０に接続され、かつ図３乃至図５に示すように、左右揺動ジャッキ１１が各カッタビット取付板７後部に設けられている。
【００１３】
尚、図５では上下揺動ジャッキ１０の構成が異なっており、隔壁２５に球面軸受け２６を介して小型の上下揺動ジャッキ１０が取り付けられ、この上下揺動ジャッキ１０の先端にリンク機構２７が介在されて複数のカッタビット５が接続されている。よって上下揺動ジャッキ１０を水平方向に突出、後退させることによりリンク機構２７を介して複数のカッタビット５が上下動する。このような構成であれば、比較的上下動幅を広く取ることが出来る。
【００１４】
尚、図示してはいないが、図３及び図５のように、上下揺動ジャッキ１０を掘削機フード１の中間位置に設け、揺動杆９あるいはリンク機構２７を介してカッタビットを上下に揺動させる構造とせず、掘削部６自体に上下揺動ジャッキ１０を組み込んでも構わない。しかして、複数のカッタビット５は上下動しつつ、左右にも揺動し、かつ推進ジャッキ２４により前方に押し出されて掘削すべき面を矩形に掘削することになる。
【００１５】
ここで、図１で示す複数の掘削小分け部２には前述の掘削機４が各々設置されており、それらが作動して掘削される。すなわち、掘削は複数の掘削機４を順次作動して行われ、１カ所の掘削小分け部２での掘削が終了したら、隣の掘削小分け部２での掘削機４が作動し、そこでの掘削を行う。そして、順次掘削を行い、最終的に全ての掘削小分け部２の掘削が終了したら大断面矩形の掘削となる。
【００１６】
その後さらに、掘削機フード１を前方に移動し、再度各掘削小分け部２での掘削を行うことになる。尚、図３及び図５において符号２８は送泥枝管を示し、符号２９は排泥枝管を示す。送泥枝管２８からは掘削機４のチャンバー室３２へ水が流入され、チャンバー室３２内に収納した掘削土砂を泥水状にし、外部へ排出し易いようにしている。
【００１７】
そして、泥水状にされた掘削土砂は排泥枝管２９により外部へ排出されるものとなる。ここで、本発明では各掘削小分け部２に配置された複数の掘削機４による掘削土砂の排出をスムーズに行えるよう制御されている。すなわち、図２３に示すように、各々の掘削機４に設けられた送泥枝管２８と排泥枝管２９は１本の送泥本管３０と排泥本管３１とに接続されており、前記各々の掘削機４に設けられた送泥枝管２８と排泥枝管２９の調整バルブ３３を切り替えて使用することにより１セットの送泥本管３０及び排泥本管３１で対応できるよう構成され、製品コストと作業コストの低廉化が図られている。
【００１８】
予定する長さでの大断面矩形全体掘削が終了したら、図７及び図１０に示す様に掘削した後部において設置されたセグメント組立装置１４によって掘削面の内部補強のため複数のセグメント１３が組み立てられ補強壁１２が構築される。構築された補強壁１２を背面から見た図を図６に示す。該補強壁１２は図６から理解されるように矩形リング状に構築され、大断面矩形をなす掘削内面を補強する。尚、図６には図示されていないが、組み立てられたセグメント１３同士はボルト等の連結部材で連結される。
【００１９】
補強壁１２を構成するセグメント１３は前進した掘削幅とほぼ同様の幅からなり、全ての掘削小分け部２での予定する掘削が一段落すると、前述のようにその後方でセグメント組立装置１４が作動し、セグメント１３を組み立て、補強壁１２を形成していく。そのセグメント１３の組立状態を図７から図１０に示す。
【００２０】
図７では既に掘削機４の後方にセグメント１３が２ユニット分、矩形リング状に取り付けられ、補強壁１２の一部が形成されている。この状態から図８に示すように、補強壁１２の３つ目のユニットを組み上げる。そして図８から理解されるように、ユニットの組み上げは掘削内面下側から行われる。図９に示すように、セグメント１３により３つ目の補強壁１２のユニットが組みあがったら、押し出しジャッキ１５を図１０に示す如く伸ばし、かつ掘削機４の推進ジャッキ１６を縮め、掘削部６を掘削機フード１内に収納する。
【００２１】
そしてその状態から、図８に示すように再び掘削機４の推進ジャッキ１６を伸ばし、前方の掘削を行うのである。尚、図７乃至図１０において、各掘削小分け部２にそれぞれ掘削機４が収納されており、それぞれの掘削機４が各掘削小分け部２前方を順次掘削する。ところで、図７乃至図１０から理解されるように、本実施例では、全ての掘削小分け部２に配置された掘削機４の後方には一台のセグメント組立装置１４が設置されており、当該複数の掘削機４と一台のセグメント組立装置１４とにより掘削装置１７が構成される。
【００２２】
ところで図２１に示すように、掘削機フード１のテール部には形成された補強壁１２と掘削機フード１の内面との間にワイヤーブラシ等から形成されたテールシール３５が設けられていると共に、クッション部材３６が設けられている。特に、クッション部材３６は掘削機フード１の内面にエンドレスの環状にして取り付けられており、主に掘削機フード１のテール部が荷重により補強壁１４側へ折曲しないよう機能する。そしてこのクッション部材３６内部には長手方向に向けて中空室が複数形成され、それぞれの中空室には各々液体性充填材３７を注入する注入管３９が接続され、該中空室に前記の液体性充填材３７が注入されて弾力室３８とされている。
【００２３】
よって、注入管３９からの各弾力室３８への液体性充填材３７の注入を調節、制御すれば、例えば上下左右方向の弾力状態を変更することができ、掘削機４の掘削前進に伴う掘削機フード１の前進移動にフレキシブルに対応し、大型の掘削機フード１のテール部が保護される。次に図１１乃至図１８に本発明による他の実施例を示す。
【００２４】
この実施例で使用される掘削機フード１は断面略矩形リング状ドーナッツ型の掘削枠部２４を有して構成される（図１１参照）。そして断面略矩形リング状ドーナッツ型の掘削枠部２４では、その内部が仕切り片３４で仕切られ、前記の実施例と同様に複数の角筒状掘削小分け部２が形成される。
【００２５】
そして、この掘削枠部２４内の掘削小分け部２前方を掘削するべく複数の掘削機４が各々の掘削小分け部２に設置され、その前方が掘削される。所定の掘削小分け部２に設置された掘削機４で一定の長さ分掘削した後、次の隣接する掘削小分け部２前方を当該掘削小分け部２に設置されている掘削機４で一定長さ分掘削する。
【００２６】
そして、次々に掘削が行なわれ、最終的に掘削枠部２４内全ての掘削が行なわれる。よって、掘削は矩形リング状ドーナッツ型の掘削となり（図１２参照）、内部には掘削しない土砂が残土する状態となる。この際、矩形リング状ドーナッツ型に掘削した後の掘削内面には板状の外殻セグメント２３を取り付けることにより補強壁１２が構成される。
【００２７】
尚、本実施例においても前記の実施例と同様に、掘削機フード１のテール部には、形成された補強壁１２と掘削機フード１の内面との間にもクッション部材３６が設けられている（図２２参照）。そして、図１３から理解されるように、補強壁１２は矩形リング状ドーナッツ型をなす掘削枠部２４の外側を補強する外殻セグメント２３と内側を補強する外殻セグメント２３と、これら外殻セグメント２３が湾曲しないよう補強する一定間隔毎に立設された補強片２２を有して構成され（図１２参照）、内部にはコンクリート等の充填材１８が充填される。
【００２８】
ここで、充填材１８の充填順序は図１３に図示するように、下側から行なわれ、少なくとも上部側の１カ所が掘削用資材、掘削用機器等の搬入路とされる。このように充填材１８が充填され、固化した後には強固な補強壁１２が構成される。さらに、図１４に示すように補強壁１２で囲まれた内部は掘削重機２０等で掘削される。そして、内部掘削した箇所には支保杆２１が立設され、掘削箇所の上側に取り付けた補強壁１２を構成する外殻セグメント２３が変形しないように補強される（図１５参照）。
【００２９】
図１６に示すように、充填材１８が全て固化し、強固な補強壁１２が完成したときには支保杆２１は外される。そして図１７に示すように最終的に大断面矩形状の掘削内面に化粧壁１９を打設し、シールドトンネルが完成するものとなる。
【００３０】
【発明の効果】
かくして本発明は以上の構成よりなる。そして本発明の大断面シールド掘削工法によれば、大断面矩形状で大型のシールドトンネルの掘削を行う場合において、上下左右に揺動させて掘削する小型の掘削機を使用し、矩形大断面の掘削箇所を数箇所に分けて掘削するため、より正確な大断面矩形状に効率よく掘削することが出来、しかも大型の掘削機を使用しないため工事が大規模化せず、作業コストも安価にすることが出来、掘削機自体の切削速度及び掘進スピードの低下をももたらさず、数回に分けて小型の掘削機で掘削するため、掘削設定土圧もＨ1，Ｈ2，Ｈ3と細かく設定でき、もって掘削箇所の真上地上部に隆起部を生じさせたり、地上に泥水を流出させたりすることがなく地山における撹乱の発生をも防止できるとの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による掘削機フードの正面図である。
【図２】本発明による複数のカッタビットの取り付け状態を説明する説明図である。
【図３】本発明のよる掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その１）である。
【図４】本発明による掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その２）である。
【図５】本発明による掘削装置の概略構成を説明する概略構成説明図（その３）である。
【図６】本発明による補強壁の取り付け状態を説明する概略構成説明図である。
【図７】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その１）である。
【図８】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その２）である。
【図９】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その３）である。
【図１０】本発明の使用状態を説明する使用説明図（その４）である。
【図１１】本発明の他の実施例による掘削機フードの正面図である。
【図１２】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その１）である。
【図１３】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その２）である。
【図１４】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その３）である。
【図１５】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その４）である。
【図１６】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その５）である。
【図１７】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その６）である。
【図１８】本発明の他の実施例の使用状態を説明する使用説明図（その７）である。
【図１９】従来の大型回転式掘削機による設定圧土Ｈ０決定の概略を示す説明図である。
【図２０】本発明の掘削機による設定土圧決定の概略を示す説明図である。
【図２１】掘削機フードテール部に形成されたクッション部材の構成を説明する構成説明図である。
【図２２】他の実施例における掘削機フードテール部に形成されたクッション部材の構成を説明する構成説明図である。
【図２３】送泥枝管及び排泥枝管と送泥枝管及び排泥枝管との配管状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 掘削機フード
２ 掘削小分け部
３ 仕切り材
４ 掘削機
５ カッタビット
６ 掘削部
７ カッタビット取付板
８ 取付杆
９ 揺動杆
１０ 上下揺動ジャッキ
１１ 左右揺動ジャッキ
１２ 補強壁
１３ セグメント
１４ セグメント組立装置
１５ 押し出しジャッキ
１６ 推進ジャッキ
１７ 掘削装置
１８ 充填材
１９ 化粧壁
２０ 掘削重機
２１ 支保杆
２２ 補強片
２３ 外殻セグメント
２４ 掘削枠部
２５ 隔壁
２６ 球面軸受け
２７ リンク機構
２８ 送泥枝管
２９ 排泥枝管
３０ 送泥本管
３１ 排泥本管
３２ チャンバー室
３３ 調整バルブ
３４ 仕切り片
３５ テールシール
３６ クッション部材
３７ 液体性充填材
３８ 弾力室
３９ 注入管
Claims (3)
- 大断面の矩形をなす角筒体内を断面格子状に仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、
該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部の前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し全体として大断面矩形の掘削を行い、
前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により掘削内面に補強壁を取り付けてなり、
前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と大断面矩形状をなす掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部には液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材が介在されたことを特徴とする大断面シールド掘削工法。 - 大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、
該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、
前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に補強壁を取り付け、
前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、
次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とする大断面シールド掘削工法。 - 大断面矩形をなす角筒体内を矩形のリング状に仕切って略矩形リング状ドーナッツ型に掘削する掘削枠部を形成し、かつ掘削枠部内を仕切り片で仕切り複数の角筒状掘削小分け部を形成した掘削機フードを備え、該掘削小分け部内には上下左右に揺動するカッタビットにより矩形状に掘削しうる掘削機を設置し、後方には掘削内面壁組立装置を配置して掘削装置を形成してなり、
該掘削装置を地中内に設置し、前記掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、次いで順次他の掘削小分け部に設置した掘削機を作動して掘削小分け部前方を掘削し、全体として矩形リング状ドーナッツ型掘削を行い、
前記掘削機フードを掘削した前方に移動し、後方では掘削内面壁組立装置により矩形リング状ドーナッツ型掘削内面に板状の外殻セグメントを取り付けると共に、内部には充填材を充填して補強壁とし、
前記掘削内面壁組立装置により取り付けられた補強壁と掘削機フードの内周面間には、エンドレスの環状に形成され、内部に液体性充填材が封入された各弾力室が各々弾力状態変更可能にして形成されたクッション部材を介在させてなり、
次いで、補強壁で囲まれた内部を掘削することを特徴とする大断面シールド掘削工法。
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