JP3777537B2 - シールド掘削機、及びこれを用いたトンネルの築造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準坑と拡幅坑の双方を掘進可能なシールド掘削機、及び標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネルの築造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法により築造されるシールドトンネルは、とりわけ都市部における道路や鉄道等のトンネル掘進において重要性が増してきており、ますます長距離掘進、大深度化が求められている。こうしたシールドトンネルでは、その途中で部分的に拡幅されたトンネルが必要となることが多い。例えば地下鉄等の鉄道トンネルの場合は５００ｍ〜１０００ｍ毎に駅部を設けなければならず、また道路トンネルの場合は約５００ｍ毎に非常駐車帯を設けなければならない、といった事情等によるものである。
従来、トンネル内に拡幅部を築造する方法としては、開削工法、所定断面をなす標準坑のシールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して拡幅坑を掘削・覆工する工法、あるいは拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法、等が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
開削工法においては、地上用地を長期間占有するなど、周辺環境に与える影響が大きく、工事が非常に大規模となってしまう。また、シールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して拡幅坑を掘進・覆工する工法においては、一旦覆工したセグメントを取り外すために無駄が多いとともに、土水圧に対する地盤改良を必要とする。更に、拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法においては、シールド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴わなければならない。このように従来の方法では、多大な労力、工費を要するとともに、工期の長期化を招く結果となっていた。
こうしたことから、最近では、シールド掘削機に拡幅・縮小可能なオーバカッタを設けるとともに、シールド掘削機のスキンプレートの一部を拡幅することで標準坑及び拡幅坑を同時に掘進・覆工する工法が試みられてはいる。しかし、拡幅坑を掘進することによる掘進土砂の取り込み及び排出が充分に行えてはおらず、そのため、こうした作業は人手に頼る等しなくてはならず、工期の短縮あるいは工費節減が充分に行われてはいなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、拡幅坑の掘進及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができるシールド掘削機、及びこれを用いたトンネルの築造方法を提供すること、を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールド掘削機であって、シールド本体の前方に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑を掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部と略面一となって後方に連なる筒状のスキンプレートと、を備え、前記スキンプレートは、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの少なくとも一部を該拡幅坑に向けて突出する拡幅部材を備え、該拡幅部材は、前記標準坑のみを掘進する際に、前記スキンプレートと略面一となって該スキンプレートの少なくとも一部をなすとともに、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの外方に突出して該スキンプレートと略平行に配置可能な第１の拡幅プレートと、前記拡幅坑を掘進する際に、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの周方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記周方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第２及び第３の拡幅プレートと、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの前後方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記前後方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第４及び第５の拡幅プレートと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように、スキンプレートの一部をなすように拡幅部材を設けているので、標準坑を容易に覆工することができるとともに、掘削土砂が取り込まれた拡幅坑を直ちに覆工することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド掘削機を用いたトンネル築造方法であって、標準坑を掘進するとともに該標準坑の内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第１の標準トンネル築造工程と、拡幅坑の掘進を開始し、所定距離の拡幅坑を掘進したところで、前記拡幅部材を突出させるとともに、前記第５の拡幅プレートと該第５の拡幅プレートよりも後側に位置する部分のスキンプレートとを第１の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側の後端部側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して標準トンネルを拡幅する標準トンネル拡幅工程と、前記第１の残置部材が切り離されたスキンプレート及び前記拡幅部材の内側に順次拡幅坑用セグメントを覆工して拡幅トンネルを築造する拡幅トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
このように、第５の拡幅プレートとスキンプレートの一部とを、第１の残置部材として坑外に残置させるようにしているので、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルを築造することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、前記拡幅トンネル築造工程の後に、前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を没入させて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材及びその周方向に連なる部分のスキンプレートとを第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
このように、拡幅部材とスキンプレートの一部とを、第２の残置部材として坑内に残置させるようにしているので、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルから標準トンネルに戻すことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、前記拡幅トンネル築造工程の後に、前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を没入させて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材を第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離すとともに、該第２の残置部材が切り離されることで前記スキンプレートに形成された切欠部を覆うための代替プレートを該スキンプレートに取り付け、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このように、坑外に残置させる第２の残置部材を拡幅部材のみとし、この第２の残置部材が切り離されることでスキンプレートに形成される切欠部を代替プレートで覆い修復するようにしているので、残置させる部材量を少なくでき、またスキンプレートを長期間にわたって使用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削機及びこれを用いたトンネル築造方法の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
まず、シールド掘削機について説明する。このシールド掘削機１は、図１（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、標準坑を掘進するためのカッタ２と、カッタ２から出没可能とされて拡幅坑を掘進する、オーバカッタとしてのコピーカッタ２ａと、カッタ２を後方から支持するシールド本体３と、シールド本体３に設けられた土砂取り込み装置４と、シールド本体３の後方に連なる略筒状のスキンプレート５と、スキンプレート５に備えられた拡幅部材６と、を備えている。
【００１８】
カッタ２は、略円盤形状をなし、シールド本体３の前端に回転可能に設けられている。このカッタ２は、先端部に設けられたカッタビット２ｂが回転することによって、標準坑を掘進するようになっている。カッタ２の前面には、図示は省略するが、標準坑の掘削土砂をシールド本体３内に取り込むための孔が設けられている。
なお、以下において「標準坑」とは、カッタ２のみで掘進される、カッタ２の外径と略同一の断面積を有する坑をいうこととする。
【００１９】
カッタ２には、外側部から標準坑を拡幅する方向、すなわち掘進方向と略直交する方向に出没可能とされたコピーカッタ２ａが内蔵されている。このコピーカッタ２ａは棒状をなしており、標準坑のみを掘進する際にはカッタ２内に没入している。そして拡幅坑を掘削する際にはカッタ２から突出し、突出方向の軸線回りに回転して、その外周面に設けられたカッタビット２ｂによって拡幅坑を掘進できるようになっている。
なお、以下において「拡幅坑」とは、カッタ２では掘進できない坑、すなわちコピーカッタ２ａを用いて掘進された部分の坑を言うこととする。
【００２０】
シールド本体３の両側部には、土砂取り込み装置が設けられている。図１（ａ）及び（ｂ）には、土砂取り込み装置４の一例を示している。
この土砂取り込み装置４は、開閉する開閉部材４ａと、この開閉部材４ａを開閉させる油圧シリンダ４ｃと、を備えている。開閉部材４ａは、その後端部側で、支持部３ａによってシールド本体３に回動可能に軸支されており、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の外側部の一部をなすように閉じられている。そして拡幅坑を掘進する際に、拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に向けて開口する開口部４ｂが形成されて、コピーカッタ２ａの後側から、拡幅坑を掘進することによる掘削土砂をシールド本体３内に取り込むようになっている。なお、シールド本体３内に取り込まれた掘削土砂は、標準坑を掘進することによる掘削土砂とともに、図示しないスクリューコンベヤ等の搬送手段により後方へ搬送され、坑外へと排出される。
【００２１】
また、図２（ａ）及び（ｂ）には、土砂取り込み装置４の他の一例を示している。
この土砂取り込み装置４は、開閉する開閉部材４ｅと、この開閉部材４ｅを開閉させる油圧シリンダ４ｇと、を備えている。開閉部材４ｅは、その前端部側で、支持部３ａによってシールド本体３に回動可能に軸支されており、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の外側部の一部をなすように閉じられている。そして拡幅坑を掘進する際に、拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に向けて開口する開口部４ｆが形成されて、コピーカッタ２ａの後側から、拡幅坑を掘進することによる掘削土砂をシールド本体３内に取り込むようになっている。
上記何れの例による土砂取り込み装置４が採用されてもよい。
【００２２】
スキンプレート５は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっており、このスキンプレート５の内側には、セグメントが順次覆工されていく。なおセグメントとは、後述する標準坑用セグメント、拡幅坑端部用セグメント及び拡幅坑用セグメントを指すものとする。
なお、シールド本体３内又はスキンプレート５の内側には、図示しない押圧ジャッキが周方向に複数備えられている。この押圧ジャッキは、スキンプレート５の内側に順次覆工されていくセグメントを押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させるものである。
【００２３】
拡幅部材６は、側部プレート（第１の拡幅プレート）６ａと、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるように設けられる、上部プレート（第２の拡幅プレート）６ｂ及び下部プレート（第３の拡幅プレート）６ｃと、側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部に各々連なるように設けられる、前部プレート（第４の拡幅プレート）６ｄ及び下部プレート（第５の拡幅プレート）６ｅと、から構成されている。
側部プレート６ａは、標準坑のみを掘進する際には、スキンプレート５と略面一となってスキンプレート５の一部をなすとともに、拡幅坑を掘進する際には、スキンプレート５の外方に突出してスキンプレート５と略平行に配置されるものである。
上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるように設けられて、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。また、前部プレート６ｄ及び後部プレート６ｅは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部に各々連なるように設けられて、側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。
なお、これら上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ、前部プレート６ｄあるいは後部プレート６ｅは、シールド掘削機１が標準坑のみを掘進する際には、側部プレート６ａから取り外されており、拡幅坑を掘進する際に組み立てられるようになっている。
【００２４】
次に、このシールド掘削機１を用いたトンネルの築造方法について説明する。このトンネル築造方法は、第１の標準トンネル築造工程と、標準トンネル拡幅工程と、拡幅トンネル築造工程と、拡幅トンネル縮小工程と、第２の標準トンネル築造工程と、からなる。
【００２５】
まず、「第１の標準トンネル築造工程」として、図３に示すように、標準坑を掘進するとともに標準坑用セグメント１０を覆工して、標準トンネルを構築する。
標準坑を掘進する際には、スキンプレート５及びこれと一体となってその一部をなしている側部プレート６ａとが、断面視略円筒状となるようにしておく。こうすることで、標準坑を掘進していくに従い、スキンプレート５の内側全面を覆うように短尺円筒状の標準坑用セグメント１０を順次覆工していくことができる。
スキンプレート５の最後部側には、シール部材１５ａが取り付けられており、標準坑と標準坑用セグメント１０との間に存在する水あるいは土砂が、スキンプレート５内に侵入することを防止するようになっている。
【００２６】
押圧ジャッキは、掘進方向最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を順次押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進方向に押圧することで、シールド掘削機１は掘進していく。すなわち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方の標準坑は順次標準坑用セグメント１０によって覆工されていき、標準トンネルが築造されていく。
【００２７】
次に「標準トンネル拡幅工程」として、標準トンネルを拡幅するように拡幅坑の掘進を開始するとともに、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
拡幅坑の掘進を開始する際には、図示は省略するが、コピーカッタ２ａをカッタ２から徐々に突出させ、標準坑を掘進しながら、標準坑の左右両側に拡幅坑を徐々に掘進していく。このとき、拡幅坑の掘進に併せて土砂取り込み装置４を突出させて、拡幅坑の掘進による掘削土砂をシールド本体３内に取り込みながら、標準坑及び拡幅坑の掘進を続ける。また、図３及び図１４に示すように、拡幅部材６を予め組み立てておく。なお図１４においては、標準坑用セグメント１０が覆工される位置を、２点鎖線で示している。
【００２８】
所定距離、すなわち拡幅部材６が突出可能となるだけの距離の拡幅坑を掘進したところで、図４に示すように拡幅部材６を突出させ、この突出位置で拡幅部材６とスキンプレート５とを連結・固定する。
そして、後部プレート６ｅを、図中Ａの位置で側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃから切り離すとともに、その後部側に位置するスキンプレート５のうち後部プレート６ｅと高さがほぼ同一である部分を切り離しておく。すなわちこれらの部分は、後述する拡幅坑端部用セグメント１１が覆工された際に、この拡幅坑端部用セグメント１１の後部側に位置してシールド掘削機１の掘進を阻害する部分であるので、これらを第１の残置部材２１として土中に残置できるように準備する。なお、後部プレート５及びその後部側に位置するスキンプレート５の全部を、第１の残置部材２１として切り離し土中に残置するようにしてもよい。
また、第１の残置部材２１はこのまま残置されることとなるので、切り離した部分の直前側、すなわち拡幅部材６及びスキンプレート５の最後部近傍の内面に、シール部材１５ｂを設けておく。
【００２９】
図５に示すように、それまでの標準坑用セグメント１０に替えて、拡幅坑端部用セグメント１１を拡幅部材６内の後端部側に覆工する。
この拡幅坑端部用セグメント１１は、図１５に示すように、拡幅部材６の後部プレート６ｅの内面及び及びスキンプレート５の内面全面を覆うようにして覆工するもので、標準坑用セグメント１０の両側部から後部プレート６ｅを覆工する部分が突出する形状となっている。
【００３０】
次に「拡幅トンネル築造工程」として、図５、図６及び図１６に示すような拡幅坑用セグメント１２を用いて、拡幅坑端部用セグメント１１に連なるように拡幅坑の覆工を行いながら、標準坑及び拡幅坑の掘進を行い、拡幅トンネルを築造していく。このとき、先に切り離しておいた後部プレート６ｅ及びその後部側に位置するスキンプレート５は、拡幅坑端部用セグメント１１の後部側に残置される。
【００３１】
次に「拡幅トンネル縮小工程」として、図７に示すように、拡幅トンネルを縮小するように拡幅坑の掘進を終了するとともに、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
拡幅坑の掘削を終了する際には、コピーカッタ２ａをカッタ２に没入させ、拡幅坑内の掘削土砂の取り込みが終了した時点で土砂取り込み装置４もシールド本体３内に没入させる。すなわち、ここからはまた標準坑の掘進に戻る。
次に図８に示すように、それまでの拡幅坑用セグメント１２に替えて、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
そして、拡幅部材６及びその後部側に位置するスキンプレート５の全部、すなわち前部プレート６ｄよりも後部側を、図中Ｂの位置でスキンプレート５から切り離しておく。これらの部分は、後述する標準坑の掘進を行う際に、標準坑の後部側に位置してシールド掘削機１の掘進を阻害する部分であるので、これらを第２の残置部材２２として土中に残置できるように準備する。
また、第２の残置部材２２はこのまま残置されることとなるので、切り離した部分の直前側、すなわちスキンプレート５の最後部近傍の内面に、シール部材１５ｃを設けておく。
【００３２】
次に図９に示すように、拡幅坑端部用セグメント１１に連なるようにして、標準坑用セグメント１０を用いて、少なくともシール部材１５ｃまでを覆工する。
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、図１０に示すように標準坑用セグメント１０を用いて標準坑の覆工を行いながら、標準坑の掘進を行っていく。このとき、先に切り離しておいた第２の残置部材２２は、拡幅坑端部用プレート１１の近傍に残置される。
こうして、標準トンネルの途中に、拡幅坑用セグメント１１で覆工された部分である拡幅トンネルが築造される。
【００３３】
また、「拡幅トンネル縮小工程」の他の例について、図１１乃至図１３を用いて説明する。
この例においては、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工するまでは上記の拡幅トンネル縮小工程と同様である。
図１１に示すように、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工したら、拡幅部材６のみを第２の残置部材２３として土中に残置できるように、図中Ｃの位置でスキンプレート５から切り離す。これとともに、二重プレート（代替プレート）８をスキンプレート５に取り付ける。この二重プレート８は、外側プレート８ａ及び内側プレート８ｂから構成されており、内側プレート８ｂが外側プレート８ａから後方にスライドすると、第２の残置部材２３が切り離されることでスキンプレート５に形成された切欠部を覆い、スキンプレート５の一部をなすようになっている。
また、第２の残置部材２３はこのまま残置されることとなるので、内側プレート８ｂの最後部近傍の内面に、シール部材１５ｄを設けておく。
【００３４】
拡幅坑端部用セグメント１１に連なるようにして、標準坑用セグメント１０を用いて、少なくともシール部材１５ｄまでを覆工する。
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、図１２及び図１３に示すように標準坑用セグメント１０を用いて標準坑の覆工を行いながら、標準坑の掘進を行っていく。このとき、先に切り離しておいた第２の残置部材２３は、拡幅坑端部用プレート１１の近傍に残置されるので、内側プレート８ｂを後方にスライドさせてスキンプレート５の切欠部を覆い、スキンプレート５を修復する。
こうして、標準トンネルの途中に、拡幅坑用セグメント１２で覆工された部分である拡幅トンネルが築造される。
【００３５】
本実施形態に係るシールド掘削機１においては、拡幅坑を掘削する際に、拡幅坑の掘削土砂をシールド本体３の外側部からシールド本体３内に取り込む土砂取り込み装置４を備えるようにしているので、コピーカッタ２ａの後方から拡幅坑の掘削土砂を取り込むことができ、シールド掘削機１の掘進に伴って、拡幅坑の掘削土砂を積極的にかつ大量に取り込み排出することができる。このため、標準坑と拡幅坑の掘進管理を一元的に行うことができ、トンネル築造を複雑化させずに、施工管理を簡略化させることができる。
【００３６】
また、この土砂取り込み装置４は開閉部材４ａを備え、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の一部をなすように閉じられているので、標準坑の掘進に支障をきたすことなく、円滑な掘進が行え、装置を小型化し作業性も向上させることができる。そして、拡幅坑を掘進する際に、開閉部材４ａが拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に開口する、すなわちシールド本体３に対し扇状に開閉するようにしているので、土砂取り込み装置４の構成を簡易なものとでき、高い耐久性を確保できるとともに装置コストの低廉化を図ることができる。
【００３７】
更に、スキンプレート５の少なくとも一部を拡幅坑に向けて突出する拡幅部材６が備えられているので、掘削土砂が取り込まれた拡幅坑を直ちに覆工することができ、簡易な構成とできるとともに、拡幅坑の覆工作業を小規模なものとでき、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。また状況に応じて、左右一方側だけに拡幅坑を掘進し覆工することもできる。
【００３８】
このシールド掘削機１を用いたトンネルの築造方法においては、後部プレート６ｅとスキンプレート５の一部とを、第１の残置部材２１として坑内に残置させ、また拡幅部材６とスキンプレート５の一部とを、第２の残置部材２２として坑内に残置させるようにしている。このように、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルを築造し、また容易に拡幅トンネルから標準トンネルに戻すことができる。このため、長距離トンネルの中で予定されている拡幅トンネルの築造回数分だけスキンプレート５を連結していれば、何度でも拡大トンネルの築造を行えるので、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００３９】
また、拡幅トンネル縮小工程において、坑内に残置させる第２の残置部材２３を拡幅部材６のみとし、この第２の残置部材２３が切り離されることでスキンプレート５に形成される切欠部を二重プレート８で覆い修復するようにすれば、残置させる部材量を少なくでき、またスキンプレート５を長期間にわたって使用することができ、更に工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシールド掘削機、及びこれを用いたトンネルの築造方法によれば、拡幅坑の掘進及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るシールド掘削機の一実施形態を示す図であって、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】 図１に示したシールド掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態を示す図であって、第１の標準トンネル築造工程を示す断面図である。
【図４】 同標準トンネル拡幅工程を示断面図である。
【図５】 同標準トンネル拡幅工程を示断面図である。
【図６】 同拡幅トンネル築造工程を示す断面図である。
【図７】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図８】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図９】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図１０】 同第２の標準トンネル築造工程を示す断面図である。
【図１１】 上記拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１２】 同拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１３】 同拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１４】 図３におけるＸ−Ｘ線断面矢視図である。
【図１５】 図５におけるＹ−Ｙ線断面矢視図である。
【図１６】 図６におけるＺ−Ｚ線断面矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘削機
２ カッタ
２ａ コピーカッタ
３ シールド本体
４ 土砂取り込み装置
４ａ、４ｅ 開閉部材
４ｂ、４ｆ 開口部
５ スキンプレート
６ 拡幅部材
６ａ 側部プレート（第１の拡幅プレート）
６ｂ 上部プレート（第２の拡幅プレート）
６ｃ 下部プレート（第３の拡幅プレート）
６ｄ 前部プレート（第４の拡幅プレート）
６ｅ 後部プレート（第５の拡幅プレート）
８ 二重プレート（代替プレート）
８ａ 外側プレート
８ｂ 内側プレート
１０ 標準坑用セグメント
１１ 拡幅坑端部用セグメント
１２ 拡幅坑用セグメント
２１ 第１の残置部材
２２，２３ 第２の残置部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、標準坑と拡幅坑の双方を掘進可能なシールド掘削機、及び標準トンネルと拡幅トンネルの双方を築造するトンネルの築造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法により築造されるシールドトンネルは、とりわけ都市部における道路や鉄道等のトンネル掘進において重要性が増してきており、ますます長距離掘進、大深度化が求められている。こうしたシールドトンネルでは、その途中で部分的に拡幅されたトンネルが必要となることが多い。例えば地下鉄等の鉄道トンネルの場合は５００ｍ〜１０００ｍ毎に駅部を設けなければならず、また道路トンネルの場合は約５００ｍ毎に非常駐車帯を設けなければならない、といった事情等によるものである。
従来、トンネル内に拡幅部を築造する方法としては、開削工法、所定断面をなす標準坑のシールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して拡幅坑を掘削・覆工する工法、あるいは拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法、等が実施されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
開削工法においては、地上用地を長期間占有するなど、周辺環境に与える影響が大きく、工事が非常に大規模となってしまう。また、シールドトンネルを築造後に部分的にセグメントを取り外して拡幅坑を掘進・覆工する工法においては、一旦覆工したセグメントを取り外すために無駄が多いとともに、土水圧に対する地盤改良を必要とする。更に、拡幅坑専用のシールド掘削機を用いる工法においては、シールド掘削機の分解、搬送及び組立といった作業を伴わなければならない。このように従来の方法では、多大な労力、工費を要するとともに、工期の長期化を招く結果となっていた。
こうしたことから、最近では、シールド掘削機に拡幅・縮小可能なオーバカッタを設けるとともに、シールド掘削機のスキンプレートの一部を拡幅することで標準坑及び拡幅坑を同時に掘進・覆工する工法が試みられてはいる。しかし、拡幅坑を掘進することによる掘進土砂の取り込み及び排出が充分に行えてはおらず、そのため、こうした作業は人手に頼る等しなくてはならず、工期の短縮あるいは工費節減が充分に行われてはいなかった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、拡幅坑の掘進及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができるシールド掘削機、及びこれを用いたトンネルの築造方法を提供すること、を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シールド掘削機であって、シールド本体の前方に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑を掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部と略面一となって後方に連なる筒状のスキンプレートと、を備え、前記スキンプレートは、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの少なくとも一部を該拡幅坑に向けて突出する拡幅部材を備え、該拡幅部材は、前記標準坑のみを掘進する際に、前記スキンプレートと略面一となって該スキンプレートの少なくとも一部をなすとともに、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの外方に突出して該スキンプレートと略平行に配置可能な第１の拡幅プレートと、前記拡幅坑を掘進する際に、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの周方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記周方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第２及び第３の拡幅プレートと、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの前後方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記前後方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第４及び第５の拡幅プレートと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように、スキンプレートの一部をなすように拡幅部材を設けているので、標準坑を容易に覆工することができるとともに、掘削土砂が取り込まれた拡幅坑を直ちに覆工することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド掘削機を用いたトンネル築造方法であって、標準坑を掘進するとともに該標準坑の内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第１の標準トンネル築造工程と、拡幅坑の掘進を開始し、所定距離の拡幅坑を掘進したところで、前記拡幅部材を突出させるとともに、前記第５の拡幅プレートと該第５の拡幅プレートよりも後側に位置する部分のスキンプレートとを第１の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側の後端部側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して標準トンネルを拡幅する標準トンネル拡幅工程と、前記第１の残置部材が切り離されたスキンプレート及び前記拡幅部材の内側に順次拡幅坑用セグメントを覆工して拡幅トンネルを築造する拡幅トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
このように、第５の拡幅プレートとスキンプレートの一部とを、第１の残置部材として坑外に残置させるようにしているので、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルを築造することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、前記拡幅トンネル築造工程の後に、前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を没入させて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材及びその周方向に連なる部分のスキンプレートとを第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
このように、拡幅部材とスキンプレートの一部とを、第２の残置部材として坑内に残置させるようにしているので、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルから標準トンネルに戻すことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のトンネル築造方法であって、前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、前記拡幅トンネル築造工程の後に、前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を没入させて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材を第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離すとともに、該第２の残置部材が切り離されることで前記スキンプレートに形成された切欠部を覆うための代替プレートを該スキンプレートに取り付け、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このように、坑外に残置させる第２の残置部材を拡幅部材のみとし、この第２の残置部材が切り離されることでスキンプレートに形成される切欠部を代替プレートで覆い修復するようにしているので、残置させる部材量を少なくでき、またスキンプレートを長期間にわたって使用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシールド掘削機及びこれを用いたトンネル築造方法の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
まず、シールド掘削機について説明する。このシールド掘削機１は、図１（ａ）、（ｂ）及び図３に示すように、標準坑を掘進するためのカッタ２と、カッタ２から出没可能とされて拡幅坑を掘進する、オーバカッタとしてのコピーカッタ２ａと、カッタ２を後方から支持するシールド本体３と、シールド本体３に設けられた土砂取り込み装置４と、シールド本体３の後方に連なる略筒状のスキンプレート５と、スキンプレート５に備えられた拡幅部材６と、を備えている。
【００１８】
カッタ２は、略円盤形状をなし、シールド本体３の前端に回転可能に設けられている。このカッタ２は、先端部に設けられたカッタビット２ｂが回転することによって、標準坑を掘進するようになっている。カッタ２の前面には、図示は省略するが、標準坑の掘削土砂をシールド本体３内に取り込むための孔が設けられている。
なお、以下において「標準坑」とは、カッタ２のみで掘進される、カッタ２の外径と略同一の断面積を有する坑をいうこととする。
【００１９】
カッタ２には、外側部から標準坑を拡幅する方向、すなわち掘進方向と略直交する方向に出没可能とされたコピーカッタ２ａが内蔵されている。このコピーカッタ２ａは棒状をなしており、標準坑のみを掘進する際にはカッタ２内に没入している。そして拡幅坑を掘削する際にはカッタ２から突出し、突出方向の軸線回りに回転して、その外周面に設けられたカッタビット２ｂによって拡幅坑を掘進できるようになっている。
なお、以下において「拡幅坑」とは、カッタ２では掘進できない坑、すなわちコピーカッタ２ａを用いて掘進された部分の坑を言うこととする。
【００２０】
シールド本体３の両側部には、土砂取り込み装置が設けられている。図１（ａ）及び（ｂ）には、土砂取り込み装置４の一例を示している。
この土砂取り込み装置４は、開閉する開閉部材４ａと、この開閉部材４ａを開閉させる油圧シリンダ４ｃと、を備えている。開閉部材４ａは、その後端部側で、支持部３ａによってシールド本体３に回動可能に軸支されており、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の外側部の一部をなすように閉じられている。そして拡幅坑を掘進する際に、拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に向けて開口する開口部４ｂが形成されて、コピーカッタ２ａの後側から、拡幅坑を掘進することによる掘削土砂をシールド本体３内に取り込むようになっている。なお、シールド本体３内に取り込まれた掘削土砂は、標準坑を掘進することによる掘削土砂とともに、図示しないスクリューコンベヤ等の搬送手段により後方へ搬送され、坑外へと排出される。
【００２１】
また、図２（ａ）及び（ｂ）には、土砂取り込み装置４の他の一例を示している。
この土砂取り込み装置４は、開閉する開閉部材４ｅと、この開閉部材４ｅを開閉させる油圧シリンダ４ｇと、を備えている。開閉部材４ｅは、その前端部側で、支持部３ａによってシールド本体３に回動可能に軸支されており、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の外側部の一部をなすように閉じられている。そして拡幅坑を掘進する際に、拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に向けて開口する開口部４ｆが形成されて、コピーカッタ２ａの後側から、拡幅坑を掘進することによる掘削土砂をシールド本体３内に取り込むようになっている。
上記何れの例による土砂取り込み装置４が採用されてもよい。
【００２２】
スキンプレート５は、シールド本体３と外形及び断面積が略同一となっており、このスキンプレート５の内側には、セグメントが順次覆工されていく。なおセグメントとは、後述する標準坑用セグメント、拡幅坑端部用セグメント及び拡幅坑用セグメントを指すものとする。
なお、シールド本体３内又はスキンプレート５の内側には、図示しない押圧ジャッキが周方向に複数備えられている。この押圧ジャッキは、スキンプレート５の内側に順次覆工されていくセグメントを押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進させるものである。
【００２３】
拡幅部材６は、側部プレート（第１の拡幅プレート）６ａと、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるように設けられる、上部プレート（第２の拡幅プレート）６ｂ及び下部プレート（第３の拡幅プレート）６ｃと、側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部に各々連なるように設けられる、前部プレート（第４の拡幅プレート）６ｄ及び下部プレート（第５の拡幅プレート）６ｅと、から構成されている。
側部プレート６ａは、標準坑のみを掘進する際には、スキンプレート５と略面一となってスキンプレート５の一部をなすとともに、拡幅坑を掘進する際には、スキンプレート５の外方に突出してスキンプレート５と略平行に配置されるものである。
上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部に各々連なるように設けられて、側部プレート６ａの上側縁部及び下側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。また、前部プレート６ｄ及び後部プレート６ｅは、拡幅坑を掘進する際に、スキンプレート５から突出する側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部に各々連なるように設けられて、側部プレート６ａの前側縁部及び後側縁部とスキンプレート５とを連結するものである。
なお、これら上部プレート６ｂ、下部プレート６ｃ、前部プレート６ｄあるいは後部プレート６ｅは、シールド掘削機１が標準坑のみを掘進する際には、側部プレート６ａから取り外されており、拡幅坑を掘進する際に組み立てられるようになっている。
【００２４】
次に、このシールド掘削機１を用いたトンネルの築造方法について説明する。このトンネル築造方法は、第１の標準トンネル築造工程と、標準トンネル拡幅工程と、拡幅トンネル築造工程と、拡幅トンネル縮小工程と、第２の標準トンネル築造工程と、からなる。
【００２５】
まず、「第１の標準トンネル築造工程」として、図３に示すように、標準坑を掘進するとともに標準坑用セグメント１０を覆工して、標準トンネルを構築する。
標準坑を掘進する際には、スキンプレート５及びこれと一体となってその一部をなしている側部プレート６ａとが、断面視略円筒状となるようにしておく。こうすることで、標準坑を掘進していくに従い、スキンプレート５の内側全面を覆うように短尺円筒状の標準坑用セグメント１０を順次覆工していくことができる。
スキンプレート５の最後部側には、シール部材１５ａが取り付けられており、標準坑と標準坑用セグメント１０との間に存在する水あるいは土砂が、スキンプレート５内に侵入することを防止するようになっている。
【００２６】
押圧ジャッキは、掘進方向最前部に覆工された標準坑用セグメント１０を順次押圧し、その反力でシールド掘削機１を掘進方向に押圧することで、シールド掘削機１は掘進していく。すなわち、シールド掘削機１が掘進するに従い、その後方の標準坑は順次標準坑用セグメント１０によって覆工されていき、標準トンネルが築造されていく。
【００２７】
次に「標準トンネル拡幅工程」として、標準トンネルを拡幅するように拡幅坑の掘進を開始するとともに、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
拡幅坑の掘進を開始する際には、図示は省略するが、コピーカッタ２ａをカッタ２から徐々に突出させ、標準坑を掘進しながら、標準坑の左右両側に拡幅坑を徐々に掘進していく。このとき、拡幅坑の掘進に併せて土砂取り込み装置４を突出させて、拡幅坑の掘進による掘削土砂をシールド本体３内に取り込みながら、標準坑及び拡幅坑の掘進を続ける。また、図３及び図１４に示すように、拡幅部材６を予め組み立てておく。なお図１４においては、標準坑用セグメント１０が覆工される位置を、２点鎖線で示している。
【００２８】
所定距離、すなわち拡幅部材６が突出可能となるだけの距離の拡幅坑を掘進したところで、図４に示すように拡幅部材６を突出させ、この突出位置で拡幅部材６とスキンプレート５とを連結・固定する。
そして、後部プレート６ｅを、図中Ａの位置で側部プレート６ａ、上部プレート６ｂ及び下部プレート６ｃから切り離すとともに、その後部側に位置するスキンプレート５のうち後部プレート６ｅと高さがほぼ同一である部分を切り離しておく。すなわちこれらの部分は、後述する拡幅坑端部用セグメント１１が覆工された際に、この拡幅坑端部用セグメント１１の後部側に位置してシールド掘削機１の掘進を阻害する部分であるので、これらを第１の残置部材２１として土中に残置できるように準備する。なお、後部プレート５及びその後部側に位置するスキンプレート５の全部を、第１の残置部材２１として切り離し土中に残置するようにしてもよい。
また、第１の残置部材２１はこのまま残置されることとなるので、切り離した部分の直前側、すなわち拡幅部材６及びスキンプレート５の最後部近傍の内面に、シール部材１５ｂを設けておく。
【００２９】
図５に示すように、それまでの標準坑用セグメント１０に替えて、拡幅坑端部用セグメント１１を拡幅部材６内の後端部側に覆工する。
この拡幅坑端部用セグメント１１は、図１５に示すように、拡幅部材６の後部プレート６ｅの内面及び及びスキンプレート５の内面全面を覆うようにして覆工するもので、標準坑用セグメント１０の両側部から後部プレート６ｅを覆工する部分が突出する形状となっている。
【００３０】
次に「拡幅トンネル築造工程」として、図５、図６及び図１６に示すような拡幅坑用セグメント１２を用いて、拡幅坑端部用セグメント１１に連なるように拡幅坑の覆工を行いながら、標準坑及び拡幅坑の掘進を行い、拡幅トンネルを築造していく。このとき、先に切り離しておいた後部プレート６ｅ及びその後部側に位置するスキンプレート５は、拡幅坑端部用セグメント１１の後部側に残置される。
【００３１】
次に「拡幅トンネル縮小工程」として、図７に示すように、拡幅トンネルを縮小するように拡幅坑の掘進を終了するとともに、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
拡幅坑の掘削を終了する際には、コピーカッタ２ａをカッタ２に没入させ、拡幅坑内の掘削土砂の取り込みが終了した時点で土砂取り込み装置４もシールド本体３内に没入させる。すなわち、ここからはまた標準坑の掘進に戻る。
次に図８に示すように、それまでの拡幅坑用セグメント１２に替えて、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工する。
そして、拡幅部材６及びその後部側に位置するスキンプレート５の全部、すなわち前部プレート６ｄよりも後部側を、図中Ｂの位置でスキンプレート５から切り離しておく。これらの部分は、後述する標準坑の掘進を行う際に、標準坑の後部側に位置してシールド掘削機１の掘進を阻害する部分であるので、これらを第２の残置部材２２として土中に残置できるように準備する。
また、第２の残置部材２２はこのまま残置されることとなるので、切り離した部分の直前側、すなわちスキンプレート５の最後部近傍の内面に、シール部材１５ｃを設けておく。
【００３２】
次に図９に示すように、拡幅坑端部用セグメント１１に連なるようにして、標準坑用セグメント１０を用いて、少なくともシール部材１５ｃまでを覆工する。
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、図１０に示すように標準坑用セグメント１０を用いて標準坑の覆工を行いながら、標準坑の掘進を行っていく。このとき、先に切り離しておいた第２の残置部材２２は、拡幅坑端部用プレート１１の近傍に残置される。
こうして、標準トンネルの途中に、拡幅坑用セグメント１１で覆工された部分である拡幅トンネルが築造される。
【００３３】
また、「拡幅トンネル縮小工程」の他の例について、図１１乃至図１３を用いて説明する。
この例においては、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工するまでは上記の拡幅トンネル縮小工程と同様である。
図１１に示すように、拡幅坑端部用セグメント１１を覆工したら、拡幅部材６のみを第２の残置部材２３として土中に残置できるように、図中Ｃの位置でスキンプレート５から切り離す。これとともに、二重プレート（代替プレート）８をスキンプレート５に取り付ける。この二重プレート８は、外側プレート８ａ及び内側プレート８ｂから構成されており、内側プレート８ｂが外側プレート８ａから後方にスライドすると、第２の残置部材２３が切り離されることでスキンプレート５に形成された切欠部を覆い、スキンプレート５の一部をなすようになっている。
また、第２の残置部材２３はこのまま残置されることとなるので、内側プレート８ｂの最後部近傍の内面に、シール部材１５ｄを設けておく。
【００３４】
拡幅坑端部用セグメント１１に連なるようにして、標準坑用セグメント１０を用いて、少なくともシール部材１５ｄまでを覆工する。
ここから、「第２の標準トンネル築造工程」として、図１２及び図１３に示すように標準坑用セグメント１０を用いて標準坑の覆工を行いながら、標準坑の掘進を行っていく。このとき、先に切り離しておいた第２の残置部材２３は、拡幅坑端部用プレート１１の近傍に残置されるので、内側プレート８ｂを後方にスライドさせてスキンプレート５の切欠部を覆い、スキンプレート５を修復する。
こうして、標準トンネルの途中に、拡幅坑用セグメント１２で覆工された部分である拡幅トンネルが築造される。
【００３５】
本実施形態に係るシールド掘削機１においては、拡幅坑を掘削する際に、拡幅坑の掘削土砂をシールド本体３の外側部からシールド本体３内に取り込む土砂取り込み装置４を備えるようにしているので、コピーカッタ２ａの後方から拡幅坑の掘削土砂を取り込むことができ、シールド掘削機１の掘進に伴って、拡幅坑の掘削土砂を積極的にかつ大量に取り込み排出することができる。このため、標準坑と拡幅坑の掘進管理を一元的に行うことができ、トンネル築造を複雑化させずに、施工管理を簡略化させることができる。
【００３６】
また、この土砂取り込み装置４は開閉部材４ａを備え、標準坑のみを掘進する際に、その外側部がシールド本体３の外側部と略面一となってシールド本体３の一部をなすように閉じられているので、標準坑の掘進に支障をきたすことなく、円滑な掘進が行え、装置を小型化し作業性も向上させることができる。そして、拡幅坑を掘進する際に、開閉部材４ａが拡幅坑に向けて開くとともに拡幅坑の掘進方向に開口する、すなわちシールド本体３に対し扇状に開閉するようにしているので、土砂取り込み装置４の構成を簡易なものとでき、高い耐久性を確保できるとともに装置コストの低廉化を図ることができる。
【００３７】
更に、スキンプレート５の少なくとも一部を拡幅坑に向けて突出する拡幅部材６が備えられているので、掘削土砂が取り込まれた拡幅坑を直ちに覆工することができ、簡易な構成とできるとともに、拡幅坑の覆工作業を小規模なものとでき、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。また状況に応じて、左右一方側だけに拡幅坑を掘進し覆工することもできる。
【００３８】
このシールド掘削機１を用いたトンネルの築造方法においては、後部プレート６ｅとスキンプレート５の一部とを、第１の残置部材２１として坑内に残置させ、また拡幅部材６とスキンプレート５の一部とを、第２の残置部材２２として坑内に残置させるようにしている。このように、複雑な作業を伴わず、容易に拡幅トンネルを築造し、また容易に拡幅トンネルから標準トンネルに戻すことができる。このため、長距離トンネルの中で予定されている拡幅トンネルの築造回数分だけスキンプレート５を連結していれば、何度でも拡大トンネルの築造を行えるので、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００３９】
また、拡幅トンネル縮小工程において、坑内に残置させる第２の残置部材２３を拡幅部材６のみとし、この第２の残置部材２３が切り離されることでスキンプレート５に形成される切欠部を二重プレート８で覆い修復するようにすれば、残置させる部材量を少なくでき、またスキンプレート５を長期間にわたって使用することができ、更に工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシールド掘削機、及びこれを用いたトンネルの築造方法によれば、拡幅坑の掘進及び拡幅トンネルの築造を容易として、工期の短縮及び工費の節減を図ることができる。
【００４１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るシールド掘削機の一実施形態を示す図であって、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】 図１に示したシールド掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】 本発明に係るトンネル築造方法の一実施形態を示す図であって、第１の標準トンネル築造工程を示す断面図である。
【図４】 同標準トンネル拡幅工程を示断面図である。
【図５】 同標準トンネル拡幅工程を示断面図である。
【図６】 同拡幅トンネル築造工程を示す断面図である。
【図７】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図８】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図９】 同拡幅トンネル縮小工程を示す断面図である。
【図１０】 同第２の標準トンネル築造工程を示す断面図である。
【図１１】 上記拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１２】 同拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１３】 同拡幅トンネル縮小工程の他の一例を示す断面図である。
【図１４】 図３におけるＸ−Ｘ線断面矢視図である。
【図１５】 図５におけるＹ−Ｙ線断面矢視図である。
【図１６】 図６におけるＺ−Ｚ線断面矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘削機
２ カッタ
２ａ コピーカッタ
３ シールド本体
４ 土砂取り込み装置
４ａ、４ｅ 開閉部材
４ｂ、４ｆ 開口部
５ スキンプレート
６ 拡幅部材
６ａ 側部プレート（第１の拡幅プレート）
６ｂ 上部プレート（第２の拡幅プレート）
６ｃ 下部プレート（第３の拡幅プレート）
６ｄ 前部プレート（第４の拡幅プレート）
６ｅ 後部プレート（第５の拡幅プレート）
８ 二重プレート（代替プレート）
８ａ 外側プレート
８ｂ 内側プレート
１０ 標準坑用セグメント
１１ 拡幅坑端部用セグメント
１２ 拡幅坑用セグメント
２１ 第１の残置部材
２２，２３ 第２の残置部材
Claims (4)
- シールド本体の前方に支持され所定断面積の標準坑と拡幅坑を掘進するカッタと、前記シールド本体の外側部と略面一となって後方に連なる筒状のスキンプレートと、を備え、
前記スキンプレートは、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの少なくとも一部を該拡幅坑に向けて突出する拡幅部材を備え、
該拡幅部材は、
前記標準坑のみを掘進する際に、前記スキンプレートと略面一となって該スキンプレートの少なくとも一部をなすとともに、前記拡幅坑を掘進する際に、前記スキンプレートの外方に突出して該スキンプレートと略平行に配置可能な第１の拡幅プレートと、
前記拡幅坑を掘進する際に、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの周方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記周方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第２及び第３の拡幅プレートと、前記第１の拡幅プレートにおける前記スキンプレートの前後方向の両縁部に連なるように設けられて、前記第１の拡幅プレートの前記前後方向の両縁部と前記スキンプレートとを連結する第４及び第５の拡幅プレートと、
を備えたことを特徴とするシールド掘削機。 - 請求項１に記載のシールド掘削機を用いたトンネル築造方法であって、
標準坑を掘進するとともに該標準坑の内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第１の標準トンネル築造工程と、
拡幅坑の掘進を開始し、所定距離の拡幅坑を掘進したところで、前記拡幅部材を突出させるとともに、前記第５の拡幅プレートと該第５の拡幅プレートよりも後側に位置する部分のスキンプレートとを第１の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側の後端部側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して標準トンネルを拡幅する標準トンネル拡幅工程と、
前記第１の残置部材が切り離されたスキンプレート及び前記拡幅部材の内側に順次拡幅坑用セグメントを覆工して拡幅トンネルを築造する拡幅トンネル築造工程と、
を有することを特徴とするトンネル築造方法。 - 前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、
前記拡幅トンネル築造工程の後に、
前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を閉じて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材及びその周方向に連なる部分のスキンプレートとを第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離し、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、
前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のトンネルの築造方法。 - 前記拡幅坑の掘進の際、前記カッタに出没可能に設けられたオーバカッタを前記カッタから突出させて前記拡幅坑を掘削するとともに、前記シールド本体に対して開閉可能に設けられた土砂取り込み装置を前記拡幅坑に向けて開いて該拡幅坑の掘進土砂を前記シール本体内に取り込み、
前記拡幅トンネル築造工程の後に、
前記オーバカッタを没入させるとともに前記土砂取り込み装置を没入させて拡幅坑の掘進を終了し、前記拡幅部材を第２の残置部材として前記スキンプレートから切り離すとともに、該第２の残置部材が切り離されることで前記スキンプレートに形成された切欠部を覆うための代替プレートを該スキンプレートに取り付け、前記拡幅部材の内側に拡幅坑端部用セグメントを覆工して拡幅トンネルを標準トンネルに縮小する拡幅トンネル縮小工程と、
前記第２の残置部材が切り離されたスキンプレートの内側に順次標準坑用セグメントを覆工して標準トンネルを築造する第２の標準トンネル築造工程と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のトンネルの築造方法。
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