JP3814767B2 - 異径シールド掘進機を用いたトンネル接合工法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外径の異なる２台のシールド掘進機が対向して掘削したトンネルを地中で接合する異径シールド掘進機におけるトンネル接合工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１台のシールド掘進機により掘削できる距離には限界があるため、トンネルが長大となる場合は、一般に、ｌ台のシールド掘進機で掘削可能な距離に竪抗を設け、この竪坑間をそれぞれにシールド掘進機で掘削し、これらそれぞれ掘削されたトンネルを竪抗で接続して長いトンネルにする工法が行われている。
また、トンネル上が海や過密化した都市等のため、竪抗を設けることが出来ない場合には、２台のシールド掘進機を対向させて掘進させ、双方のシールド掘進機が接合地点に到達したところで、地中においてトンネルを接合する工法が実施されている。
【０００３】
すなわち、２台のシールド掘進機をトンネルの接合地点に向けて対向するように掘進させ、２台のシールド掘進機が接合地点に到達したところで、接合地点の地盤を凍結させるか又は地盤に対して固化剤等を注入して地盤を固化させ、次にシールド掘進機のカッタ装置を解体し、最後に、２台のシールド掘進機間に残された地山を掘削してその壁面を覆工することにより、左右から掘削してきたトンネルを接合して、トンネルを完成させるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シールド掘進機の前端部にはカッタ装置が設けられているため、これらカッタ装置が互いに当接するまで両方のシールド掘進機を接近させることは困難であり、通常は上述したようにシールド掘進機間にある程度の距離を残した状態で接合工事を行う。そのために、残された地盤の凍結や固化といった補助工法が必要となるが、地盤の固化を行う工法では止水や土留めが完全とは言えず、安全性に問題があり、また凍結工法では多くの工費や工期を要するという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、トンネル接合部付近の止水や土留めを確実なものとし、安全に施工ができると共に、トンネル接合に要する工費の低減や工期の短縮ができる異径シールド掘進機におけるトンネル接合工法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る異径シールド掘進機を用いたトンネル接合工法は、バルクヘッドの中央部に形成されたリング状の開口部と、該開口部に設置された駆動装置と、該駆動装置によって駆動されるカッタ中心軸とを有する本体と、外端側がカッタ外周部に回動可能に取り付けられ、内端側が前記カッタ中心軸に着脱可能に取り付けられたカッタスポークを有するカッタヘッドと、前記本体の前端部に前方へ突出可能に設けられて、突出時に前記カッタヘッドを保持するカッタヘッド保持手段と、を備えた大径シールド掘進機と、
該大径シールド掘進機の前記リング状の開口部に挿入可能な外形を有し、カッタヘッドの外周部に設置され前方かつ外方に突出可能なロッドを備えた小径シールド掘進機とを用いたトンネル接合工法であって、
前記大径シールド掘進機の前記カッタヘッド保持手段を前方に突出させて前記カッタヘッドを保持する工程と、前記大径シールド掘進機のカッタスポークの内端側を前記カッタ中心軸から離脱させる工程と、前記大径シールド掘進機の前記駆動装置及び前記カッタ中心軸を機内側に後退させる工程と、前記小径シールド掘進機を前記大径シールド掘進機に対向配置して該小径シールド掘進機のカッタヘッドを回転させて前記ロッドによって前記大径シールド掘進機のカッタースポークをかき分け、前記小径シールド掘進機の前端部分を前記大径シールド掘進機のリング状の開口部に挿入する工程と、前記大径シールド掘進機の内部機器及び、前記小径シールド掘進機のカッタヘッド及び内部機器を撤去して、この状態で機内におけるトンネル接合工事を行う工程と、を備えたものである。
【０００７】
また、カッタスポークを略へ字状に屈曲形成したものである。
【０００８】
さらに、カッタスポークの内端に挿入孔を設け、カッタ中心軸側に設置した伸縮ジャッキの先端を該挿入孔に出し入れすることによって、前記カッタスポークの内端と前記カッタ中心軸との着脱を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に適用する大径シールド掘進機の断面図、図２は図１に示した大径シールド掘進機の正面図である。図において、１は大径シールド掘進機であり、円筒状の本体３と該本体３の前方に回転可能に取り付けられたカッタヘッド５とを備えている。
カッタヘッド５は、図２に示すように、リング状のカッタ外周部７と、該カッタ外周部７の上下左右の４箇所に一端側がピン結合された４本のカッタスポーク９，１１，１３，１５と、本体３側からカッタヘッド５の中心部に挿入されてカッタスポーク９乃至１５の他端側が着脱可能に取り付けられたカッタ中心軸１７とから構成されている。
【００１０】
カッタスポーク９乃至１５は同一の方向に略ヘ字状に屈曲形成され、その前面には複数の切削刃１９が取り付けられている。カッタスポーク９乃至１５の外端側は、上述したように、カッタ外周部７に回動可能にピン結合され、また、カッタスポーク９乃至１５の内端側はカッタ中心軸１７に着脱可能に取り付けられている。
カッタスポーク９乃至１５の内端のカッタ中心軸１７への取付構造について説明すると、図２の部分拡大図（図面を見やすくするためにカッタスポーク９乃至１５を斜線で示している。）に示すように、カッタ中心軸１７には各カッタスポーク９乃至１５に対応させて４本の伸縮ジャッキ２１，２３，２５，２７が取り付けられており、これら各伸縮ジャッキ２１乃至２７の先端が各カッタスポーク９乃至１５の内端に設けられた挿入孔９ａ乃至１５ａに挿入可能に構成されており、伸縮ジャッキ２１乃至２７を伸長させたときには伸縮ジャッキ２１乃至２７の先端がこれら挿入孔９ａ乃至１５ａに入り、伸縮ジャッキ２１乃至２７を縮退させたときには伸縮ジャッキ２１乃至２７の先端が前記挿入孔から抜ける構造になっている。すなわち、伸縮ジャッキ２１乃至２７を伸長させたときにはカッタスポーク９乃至１５の内端がカッタ中心軸１７側に固定され、伸縮ジャッキ２１乃至２７を縮退させたときにはカッタスポーク９乃至１５の内端がカッタ中心軸１７側から外れるようになっている。なお、図２においては、上下に配置された伸縮ジャッキ２１，２５が縮退した状態を示しており、左右に配置した伸縮ジャッキ２３，２７が伸長した状態を示している。
【００１１】
次に、再び図１に基づいて本体３の構造について説明する。３１はバルクヘッド３３の外周部における４箇所に取り付けられたカッタヘッド固定装置である。カッタヘッド固定装置３１は伸縮ジャッキ等から構成され、本体３側からカッタヘッド５まで到達する伸縮可能なロッドを有しており、後述するようにカッタヘッド５が本体３側から離脱したときに、カッタヘッド５を保持する役割をするものである。
３５はカッタ中心軸１７を回転駆動させる駆動装置であり、中心にカッタ中心軸１７の貫通孔が設けられた有底枠体状のカッタケーシング３７、カッタケーシング３７の内部に収容されたギア３９、ギア３９を駆動するカッタモータ４１等を備えている。
カッタケーシング３７は、本体３の前端に設けられた円筒状の本体側リング４３にスライド可能に取り付けられている。なお、シールド掘進機１を掘進させているときにはカッタケーシング３７は本体側リング４３にボルト等によって固定されている。
【００１２】
４５は図示しない油圧ポンプからの圧油をカッタ中心軸１７の先端側に取り付けられた伸縮ジャッキ２１乃至２７に送るためのロータリージョイントである。
４７はバルクヘッド３３の前方の掘削土砂を本体３の内部に取り込むスクリュウコンベア、４９は本体３の内周面に設置されて本体３のスキンプレートを内面側から支持するリング状のリングガーダ、５１は本体３の後端側に設置されてセグメントを組み立てるエレクタ、５３はトンネル状に組み立てられたセグメント５５に反力を取ってシールド掘進機１を掘進させる掘進ジャッキである。
【００１３】
図３は本発明の一実施の形態に適用する小径シールド掘進機の断面図である。６１は小径シールド掘進機であり、本体６３と、該本体６３の前方に回転可能に取り付けられたカッタヘッド６５を備えている。６７はカッタヘッド６５の外周部に設けられた伸縮ジャッキであり、大径シールド掘進機１のカッタスポーク９乃至１５に対応するように上下左右の４箇所に設けられている。そして、伸縮ジャッキ６７は斜め外方に向けて伸長できるようになっており、伸長させた状態では図３の破線で示すように、カッタヘッド６５の外周の外側へ突出できるようになっている。
【００１４】
図４乃至図９は本発明にかかるトンネル接合工法の手順を説明する説明図である。以下、図４乃至図９に基づいてトンネル接合工法を説明する。
大径シールド掘進機１がトンネル接合地点に到着すると、カッタヘッド固定装置３１の伸縮ジャッキを伸長させてカッタヘッド５の位置までロッドを延出させる。次に、カッタ中心軸１７に取り付けられた伸縮ジャッキ２１乃至２７を縮退させて、カッタスポーク９乃至１５とカッタ中心軸１７とを切り離す。カッタスポーク９乃至１５とカッタ中心軸１７とを切り離すことによってカッタヘッド５は本体３から分離されることになるが、カッタヘッド固定装置３１のロッドによって保持されるため、カッタヘッド５が倒れたり、移動したりすることはない。さらに、スクリュウコンベア４７を取り外し、駆動装置３５の内部機器をカッタケーシング３７を残して取り外す。
【００１５】
次に、図５に示すように、カッタケーシング３７とリングガーダ４９の間にジャッキ７１を設置して、このジャッキ７１を縮退させることによってカッタケーシング３７を本体側リング４３に対して後方に移動させる。
さらに、図６に示すように、カッタ中心軸１７とリングガーダ４９の間にジャッキ７３を設置して、このジャッキ７３を縮退させることによってカッタ中心軸１７をカッタケーシング３７に対して後方に移動させる。このように、カッタケーシング３７及びカッタ中心軸１７を後方に移動させることによって、図６に示すように、本体側リング４３の内周部にリング状開口部７５ができる。
【００１６】
次に、小径シールド掘進機６１を、小径シールド掘進機６１のカッタヘッド６７と大径シールド掘進機１のカッタヘッド５とが当接する直前まで掘進させる。そして、伸縮ジャッキ６７を伸長させ、この状態でカッタヘッド６５を回転させながら除々に掘進させる。このとき、伸縮ジャッキ６７がカッタヘッド６５の前方に突出しているので、伸縮ジャッキ６７の先端が大径シールド掘進機１のカッタスポーク９乃至１５に係合して、図８に示すように、カッタスポーク９乃至１５を外端を中心に回動させ、その内端を外方に向かって移動させる。これによって、図８に示すように、大径シールド掘進機１の中央部が開口することになる。
なお、本実施の形態のカッタスポーク９乃至１５は略へ字状に屈曲形成されているので、伸縮ジャッキ６７はカッタスポーク９乃至１５の内角側に係合させるようにする。これによって、カッタスポーク９乃至１５を土砂の抵抗に抗して回動させる動作が容易になる。
【００１７】
大径シールド掘進機１の中央部が開口すると、図９に示すように、伸縮ジャッキ６７を縮退させ、その状態で小径シールド掘進機６１を掘進させて、カッタヘッド６５を含む前端部を大径シールド掘進機１の本体３に形成されたリング状開口部７５に挿入させる。
次に、大径シールド掘進機１のカッタケーシング３７、カッタ中心軸１７、掘進用ジャッキ５３、リングガーダ４９等の内部機器を取り外し、さらに小径のシールド掘進機６１のカッタヘッド６５等の内部機器を取り外す。その後、図１０に示すように、大径シールド掘進機１及び小径シールド掘進機６１のそれぞれの内周部にコンクリート７７を打設してトンネルの接合を完了する。
【００１８】
以上のように、本実施の形態によれば、地盤の凍結又は固化するような補助工法が不要となり、作業の安全性と円滑化、経済性が向上する。
【００１９】
なお、本実施の形態においては、カッタスポーク９乃至１５を略へ字状に屈曲形成したので、リング状開口部７５の径が大きい場合であっても、図１１（ａ）に示すように、カッタスポーク９乃至１５（図１１ではカッタスポーク９のみを示している）を回動させたときに、カッタスポーク９乃至１５がカッタ外周部７に沿う形になるため、カッタスポーク９乃至１５の中間部分がリング状開口部７５側に出っ張ることがない。すなわち、外形の大きな小径シールド掘進機にも対応が可能である。なお、図１１（ｂ）には比較のために真っ直ぐな形状のカッタスポーク７９を回動させた状態を示している。図１１（ｂ）から分かるように、真っ直ぐなカッタスポーク７９の場合にはカッタスポーク７９の中間部がリング状開口部７５側に出っ張ることになる。
【００２０】
なお、上記の実施の形態においては、小径シールド掘進機６１のカッタヘッド６５の４箇所に伸縮ジャッキ６７を設けた例を示したが、この伸縮ジャッキ６７は必ず４箇所に設ける必要はなく、大径シールド掘進機１のカッタヘッド５の半分側に設置されたカッタスポークの数だけ設ければ足りる。
また、大径シールド掘進機１のカッタスポークの数が４本のものを例に挙げて説明したが、このカッタスポークの数についても特に限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明においては、大径シールド掘進機と小径シールド掘進機とを対向配置して、小径シールド掘進機の前端に設けたロッドによって大径シールド掘進機のカッタスポークをかき分け、小径シールド掘進機の前端部分を前記大径シールド掘進機のリング状の開口部に挿入することによって大径シールド掘進機と小径シールド掘進機とを連結させて、異径のトンネルを接合するようにしたので、地盤の凍結又は固化するような補助工法が不要となり、作業の安全性、迅速性及び経済性が向上する。
【００２２】
また、カッタスポークを略へ字状に屈曲形成したので、該カッタスポークの内角側に小径シールド掘進機のロッドを係合させて該カッタスポークをかき分けるようにすれば、カッタスポークがリング外周部に沿って屈曲することになり、大径シールド掘進機の中央の開口部を広くすることができ、小径シールド掘進機の径が大きくなっても対応が可能になる。
【００２３】
さらに、カッタスポークの内端に挿入孔を設け、カッタ中心軸側に設置した伸縮ジャッキの先端を該挿入孔に出し入れすることによって、前記カッタスポークの内端と前記カッタ中心軸との着脱を行うようにしたので、着脱動作を簡単かつ迅速に行うことができ、作業の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に用いる大径シールド掘進機の断面図である。
【図２】 本発明の一実施の形態に用いる大径シールド掘進機の正面図である。
【図３】 本発明の一実施の形態に用いる小径シールド掘進機の前端部分の断面図である。
【図４】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図５】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図６】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図７】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図８】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図９】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態のトンネル接合工程を説明する説明図である。
【図１１】 本発明の一実施の形態の効果を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 大径シールド掘進機
３ 本体
５ カッタヘッド
７ カッタ外周部
９，１１，１３，１５ カッタスポーク
１７ カッタ中心軸
２１，２３，２５，２７ 伸縮ジャッキ
３１ カッタヘッド固定装置
３３ バルクヘッド
３５ 駆動装置
６１ 小径シールド掘進機
６３ 本体
６５ カッタヘッド
６７ 伸縮ジャッキ
７５ リング状開口部

Claims (3)

1. バルクヘッドの中央部に形成されたリング状の開口部と、該開口部に設置された駆動装置と、該駆動装置によって駆動されるカッタ中心軸とを有する本体と、
   外端側がカッタ外周部に回動可能に取り付けられ、内端側が前記カッタ中心軸に着脱可能に取り付けられたカッタスポークを有するカッタヘッドと、
   前記本体の前端部に前方へ突出可能に設けられて、突出時に前記カッタヘッドを保持するカッタヘッド保持手段と、を備えた大径シールド掘進機と、
   該大径シールド掘進機の前記リング状の開口部に挿入可能な外形を有し、カッタヘッドの外周部に設置され前方かつ外方に突出可能なロッドを備えた小径シールド掘進機とを用いたトンネル接合工法であって、
   前記大径シールド掘進機の前記カッタヘッド保持手段を前方に突出させて前記カッタヘッドを保持する工程と、
   前記大径シールド掘進機のカッタスポークの内端側を前記カッタ中心軸から離脱させる工程と、
   前記大径シールド掘進機の前記駆動装置及び前記カッタ中心軸を機内側に後退させる工程と、
   前記小径シールド掘進機を前記大径シールド掘進機に対向配置して該小径シールド掘進機のカッタヘッドを回転させて前記ロッドによって前記大径シールド掘進機のカッタースポークをかき分け、前記小径シールド掘進機の前端部分を前記大径シールド掘進機のリング状の開口部に挿入する工程と、
   前記大径シールド掘進機の内部機器及び、前記小径シールド掘進機のカッタヘッド及び内部機器を撤去して、この状態で機内におけるトンネル接合工事を行う工程と、を備えたことを特徴とする異径シールド掘進機を用いたトンネル接合工法。
2. 前記カッタスポークを略へ字状に屈曲形成したことを特徴とする請求項１記載の異径シールド掘進機を用いたトンネル接合工法。
3. 前記カッタスポークの内端に挿入孔を設け、前記カッタ中心軸側に設置した伸縮ジャッキの先端を該挿入孔に出し入れすることによって、前記カッタスポークの内端と前記カッタ中心軸との着脱を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の異径シールド掘進機を用いたトンネル接合工法。

Images