JP3875230B2

JP3875230B2 - 分岐トンネル築造用シールド掘削機

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Publication number: JP3875230B2
Application number: JP2003387471A
Authority: JP
Inventors: 正明大林; 啓氏片平; 博伊達; 潤治小野
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: JP2005146711A

Description

本発明は、地中に築造されている既設のトンネルに対して、外部から該既設トンネルに連通させる分岐トンネルを築造するためのシールド掘削機に関するものである。

地中に築造されている既設トンネルから分岐するトンネルを築造するには、従来から、シールド掘削機によって発進立坑側から上記既設トンネルに向かってトンネルを掘進し、一定長のトンネルを掘削する毎に該シールド掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成したり、或いは、機内でセグメントを組立てながら掘進に従って掘削壁面に覆工することによって管路を形成して行き、既設トンネルに達した時にシールド掘削機を停止させたのち、このシールド掘削機によって築造された上記管路を既設トンネルに交差するように連通させることによって分岐トンネルを築造している。

この際、既設トンネルとシールド掘削機との間の地盤を薬液注入工法や凍結工法などの補助工法を用いて固結状態にし、シールド掘削機のカッタヘッドを解体撤去したのち、このシールド掘削機から人力によって上記固結地盤を掘削しながら且つその掘削壁面を吹き付けコンクリート等により覆工処理しながら既設トンネルの外周壁面にまでトンネル部を掘削すると共に、該既設トンネルの外周壁面を解体することによって既設トンネルに交差状に連通させた分岐トンネルを築造している。

しかしながら、このような分岐トンネルの築造方法では、既設トンネルとシールド掘削機との間の地盤を固結させる補助工法に多大な時間と労力を要すると共に人力による地盤の掘削量も多くなって作業能率が著しく低下するといった問題点があった。

そのため、特許文献１に記載されている分岐トンネル掘削用シールド掘削機が開発された。このシールド掘削機は図17、18に示すように、互いに屈折自在に接続している前後胴部41a 、41b からなるスキンプレート41の開口端に前方の地盤を掘削するカッタヘッド42を設けてなる掘削機本体A1において、上記スキンプレート41の前胴部41a の外周面に円弧状に湾曲した長方形状のフード板片43a を複数枚、周方向に円筒状に組み合わせると共に隣接するフード板片43a 、43a の対向側端面同士を前方に向かって個別に移動自在に連結してなるフード体43を備えている。

そして、このシールド掘削機によって既設トンネルＴに向かって掘削壁面にセグメント覆工を施工しながらトンネルT'を掘進し、カッタヘッド42が既設トンネルＴに達するとシールド掘削機を停止させたのち、各フード板片43a を掘削機本体ない装着している推進ジャッキ（図示せず）により前方の地盤に圧入しながら推進させてそれぞれのフード板片43a の先端を既設トンネルＴの外周壁面部に当接させることにより、フード体43内に取り込まれた地盤と外側の地盤とを縁切りし、しかるのち、フード体43内の地盤を掘削、除去すると共に掘削機内部を解体、撤去し、さらに、フード体43の先端が当接している既設トンネルＴの外周壁面部を破壊することによってトンネルT'内に連通する分岐口を形成している。

特開平８−８６１８７号公報

しかしながら、上記分岐トンネル掘削用シールド掘削機によれば、円筒形状のフード体33を構成している複数枚のフード板片33a は、一枚の直方形状の板材からなるものであるから剛性が低く、そのため、スキンプレート41の前端から地盤中に圧入すると、地盤側からの抵抗力によって拡径方向に、或いは、縮径方向に撓み変形が生じて、軟弱な地盤においては地盤の崩壊が懸念される一方、硬質な地盤における施工では、フード板片43a の推進が困難になり、既設トンネルＴに対する分岐トンネルの築造作業が能率よく行うことができないといった問題点があった。

さらに、各フード板片43a の先端面が該フード板片43a の長さ方向に対して直角な直線状の端面に形成されているため、この先端面を円弧状に湾曲した既設トンネルの外周壁面に当接させると、その先端面の一部が点接触状態に当接するのみでそれ以外の先端面と既設トンネルの外周面間に隙間が生じることになり、この隙間を通じて多量の薬液を地盤に注入したり、或いは、広い範囲に亘って凍結作業を行わなければならず、著しい労力と手間を要することになる。

また、各フード板片43a の先端を既設トンネルの外周壁面に当接させて固定したのちに、シールド掘削機をガス溶断などで搬出可能な大きさに解体してトンネル内を通じて撤去、回収しているが、その解体作業に多大な時間と労力を要するばかりでなく、解体後には再利用できる部品が限られるといった問題点があった。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、既設トンネルに対して分岐トンネルを接続、連通させる作業が能率よく且つ正確に行うことができ、また、カッタヘッド等の回収、撤去作業も円滑に行うことができる分岐トンネル築造用シールド掘削機を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明の分岐トンネル築造用シールド掘削機は、スキンプレートの前方地盤をカッタヘッドにより掘削しながら既設トンネルに向かってトンネルを掘進していき、この既設トンネルに達した時にスキンプレートの先端面を既設トンネルの外周壁面に当接させた状態にして該スキンプレート内に取り込んだ土砂を排除すると共にスキンプレートの先端面で囲まれた既設トンネルの周壁部を破壊することによって既設トンネルに交差状に連通する分岐トンネルを築造するように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機において、請求項１に記載したように、上記既設トンネルの外周壁面に当接させるスキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に接合可能な側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面に形成していると共に、上記スキンプレートの内周面に該内周面から内側に小間隔を存して、分岐トンネルの掘削壁面を覆工している管路よりも小径の外筒体を一体に設けてこの外筒体内に内筒体を前後方向に移動可能に挿入して外筒体に着脱自在に連結してあり、この内筒体の前部に一体に設けている隔壁にスキンプレートの前方地盤を掘削し、且つ、外径が上記外筒体の内径よりも小径となるように縮径可能に構成しているカッタヘッドを回転自在に支持してあり、さらに、上記スキンプレートが互いに屈折自在に接続した前後胴部からなると共に内外筒体も互いに屈折自在な前筒部と後筒部とに分割されていると共に、スキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に複数本の中折れジャッキとシールドジャッキとを配設していることを特徴とする。

本発明の分岐トンネル築造用シールド掘削機によれば、既設トンネルの外周壁面に当接させるスキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に接合可能な側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面に形成しているので、このシールド掘削機のスキンプレートの湾曲前端面を既設トンネルにおける接合すべき外周壁面に殆ど隙間なく全面的に且つ正確に当接させることができ、従って、スキンプレートの先端面と既設トンネルの外周面間からの地盤に対する薬液注入処理や凍結処理などの補助工法も少なくてすむと共に精度のよい分岐トンネルを築造することができる。

さらに、スキンプレート全体を推進させることによってその湾曲前端面を全面的に既設トンネルの外周壁面に当接、接合させることができるので、既設トンネルの外周壁面に対するスキンプレートの接合作業が能率よく行うことができると共に、スキンプレートは周方向に複数分割されていない一本の筒形状に形成されているから剛性が高くて撓み変形することなく、地盤を確実に支保することができる。

また、スキンプレートの内周面に外筒体を一体に設けているので、これらのスキンプレートと外筒体とによって二重筒構造が形成されて一層、強度が増大し、カッタヘッドによって掘削されたトンネル掘削壁面に沿ってスキンプレートにより地盤を確実に支保させながら該スキンプレートを正確に推進させることができる。

その上、上記外筒体の外径は分岐トンネルの掘削壁面を覆工している管路よりも小径であると共に、この外筒体内に内筒体を前後方向に移動可能に挿入して外筒体に着脱自在に連結し、さらに、この内筒体の前部に一体に設けている隔壁にスキンプレートの前方地盤を掘削し、且つ、外径が上記外筒体の内径よりも小径となるように縮径可能に構成しているカッタヘッドを回転自在に支持しているので、トンネルの掘進時にはカッタヘッドの掘削反力をスキンプレートと外筒体側に支持させながスキンプレートと外筒体を一体的に推進させることによって確実に掘進することができる一方、トンネルの掘削終了後に該トンネルを既設トンネルに連通させる際に、カッタヘッドを縮径させると共に外筒体に対する内筒体の連結を解くことによって外筒体をガイドしてカッタヘッドを内筒体と共に簡単に後方に回収、撤去することができ、再使用が可能となる。

また、スキンプレートが互いに屈折自在に接続した前後胴部からなると共に内外筒体も互いに屈折自在な前筒部と後筒部とに分割されてあり、さらに、スキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に複数本の中折れジャッキとシールドジャッキとを配設しているので、内筒体が存在しているにもかかわらず、中折れジャッキやシールドジッャキを内筒体の内周面側ではなく、スキンプレートの内周面側に直接、配設した構造としているから、中折れジャッキの作動力を直接、スキンプレートの前後胴部間に伝達することができて大型の中折れジャッキを用いなくても比較的小さな伸縮力でもってスキンプレート前後胴部間と内外筒体の前後筒部間とを同時に一体的に互いに屈折させることができてシールド掘削機の方向修正や曲線トンネル掘削に必要な外筒体の中折れ角度を確実に得ることができると共に、シールドジャッキのロッドの軸線を掘削壁面に施工したセグメントの前端面にできる限り近接又は当接し得る位置に配設することができて該ロッドに曲げ力が殆ど作用することなく安定的に作動させることができ、その上、機内の作業空間を大きく確保することができて作業能率を向上させることができる。

また、上記中折れジャッキやシールドジャッキはスキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に配設しているので、機内の各種の機器類に邪魔されることなく、また、機器類の邪魔になることなく、所定位置に配置しておくことができる。

次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１はシールド工法によって既設トンネルＴに向かって分岐トンネルとなるトンネルT'を掘削するためのシールド掘削機Ａを示すもので、一定長さを有する円筒形状のスキンプレート１の前端面を側面から見て、接合すべき既設トンネルＴの凸円弧状に湾曲した外周壁面ｔに全面的に当接、接合可能な凹円弧状に湾曲した湾曲端面２に形成している。即ち、スキンプレート１の前端面を該スキンプレート１の上下方向（高さ方向）の中央部が最も後方に窪んであり、この中央部から上下周部に行くに従って徐々に前方に向かって緩やかに湾曲した凹円弧状湾曲端面２に形成しているものである。

なお、既設トンネルＴのトンネル軸線にシールド掘削機Ａの機軸が交差するようにトンネルT'が掘削される場合には、既設トンネルＴの外周壁面に接合させる上記スキンプレート１の凹円弧状湾曲端面２における最も窪んだ端面はそのスキンプレート１の高さ方向の中央部に位置するが、既設トンネルＴのトンネル軸線に対してシールド掘削機Ａの機軸が上下方向にずれていて、スキンプレート１が既設トンネルＴの上周部側の壁面、或いは、下周部側の壁面に偏位した部分に交差状に当接、接合する場合には、当然のことながら、スキンプレート１の凹円弧状湾曲端面２における最も窪んでいる部分が上下方向に偏位しているものであり、さらに、既設トンネルＴに対してトンネルT'が直交することなく交差する場合には、スキンプレート１の凹円弧状湾曲端面２における一側部側と他側部側とではその窪み状態が一方では深く、他方では浅くなっている。

このスキンプレート１は通常のシールド掘削機と同様に、前胴部1aと後胴部1bとに分割されてあり、後胴部1bの前端から突設している外周面が前後方向に円弧状に湾曲している中折れ部1c上に前胴部1aの後端内周面をシール材を介して後胴部1bに対し、屈折自在に接続している。

さらに、スキンプレート１内に該スキンプレート１の内周面から小間隔を存して、外径がシールド掘削機Ａによって掘削されるトンネルT'の掘削壁面に覆工しているセグメントＳからなる管路Ｐの内径よりも小径の外筒体３をスキンプレート１と同心的に配設していると共にこの外筒体３を複数の円環状連結板10によって長さ方向に所定間隔毎に一体に連結、固着し、スキンプレート１の内周面とこの外筒体３の外周面との間に断面円環形状の中空室５を形成している。

外筒体３の前端はスキンプレート１の前端から後方に小間隔を存した位置にあり、この外筒体３の前端をスキンプレート１の前端部内周面に一体に固着している上記最前側の円環状連結板10からスキンプレート１の前端部を前方に突出させて該前端部をフード部1a1 に形成していると共に、上記外筒体３をスキンプレート１の上記中折れ部1cの内方に位置する部分から互いに屈折可能な長さの長い前側筒体部3aと長さの短い後側筒体部3bとに二分割してあり、後側筒体部3bはスキンプレート１の後胴部1bの前端から中折れ部1cの前端に亘る部分の内方に設けられている。

また、外筒体３内に内筒体４を前後方向に移動可能に挿入している。具体的には、外筒体３の前後方向及び周方向の複数個所にガイドローラ11を回転自在に軸支してあり、これらのガイドローラ11に内筒体４の外周面を支持させて該内筒体４を外筒体３内に挿入した状態から後方に引出し可能に構成していると共にこの内筒体４も外筒体３と同様に、互いに屈折可能な前後筒体部4a、4bに二分割されてあり、その分割部分は外筒体３の内外外筒体部3a、3b間の分割部分の内方に重なるようにして設けられていてスキンプレート１及び外筒体３と共に一体的に分割部から屈折可能に構成している。

さらに、外筒体３の前側筒体部3aの内周面の前後端部と中間部とにシール材12を周設してこれらのシール材12に内筒体４の前側筒体部4aの前後端部と中間部とを密接させて止水性をもたせている。また、外筒体３内に内筒体４を互いに内外二重筒構造となるように挿入した状態において、このシールド掘削機Ａによるトンネル掘進時には、内筒体４の前側筒体部4aを外筒体３の前側筒体部3aに適宜な連結具13、例えばボルトによって着脱自在に連結し、これらの内外筒体３、４を一体に固定している。

スキンプレート１と外筒体３との間の上記断面円環形状の中空室５内には複数本の中折れジャッキ６とシールドジャッキ７とを周方向に所定間隔毎に配設されている。そして、中折れジャッキ６は図２に示すように、周方向に小間隔を存した２本を一組として４組を中空室５内の上下左右にそれぞれ配設してあり、これらの中折れジャッキ６の前端をスキンプレート１の前胴部1aの長さ方向の中間部内周面に突設しているブラケット14a に枢着する一方、後端をスキンプレート１の後胴部1bの前端から中折れ部1cの内周面に亘ってその内周面に突設しているブラケット14b に回動自在に枢着することによって連結している。

また、上記各シールドジャッキ７は、上記中折れ部６の内周面に載置された状態で適宜な固定具（図示せず）により取り外し可能に固着されていると共に後端部を上記最後部側の円環状連結板10に挿通、支持させて後方に突出し、そのロッド7aの先端に装着しているスプレッダ7bを管路Ｐを構成したセグメントＳの前端面に押し付けるように構成している。一方、上記内筒体４の内周面に沿って上記各中折れジャッキ６の内側に重なるように、複数（中折れジャッキ６と同数）の伸縮ジャッキ15を配設してあり、この伸縮ジャッキ15の前後端を内筒体４の前後筒体部4a、4bの内周面に回動自在に枢着して前後筒体部4a、4bを互いに屈折可能に連結している。

さらに、この内筒体４の後側筒体部4bの後端部を外筒体３の後側筒体部3bから後方に突出させてその後端にセグメントＳを組み立てるエレクタ装置16を配設している。このエレクタ装置16は、内筒体４の後側筒体部4bの後端部に外径が管路Ｐの内径よりも小径の円形レール部材16a を固着し、この円形レール部材16a にモータ（図示せず）駆動によって回動するリング体16b を回転自在に支持させこのリング体16b にエレクタ16c を装着してなるものである。

上記内筒体４の前部内には隔壁８がその外周端面を内筒体４の内周面に一体に固着することによって設けられていると共に、この隔壁８の中心部にはスキンプレート１の前方地盤を掘削するカッタヘッド９が回転自在に支持されている。このカッタヘッド９は、図１、図３に示すように、隔壁８の中心部にその回転中心軸17を支持させていると共に、該回転中心軸17の先端から外径方向に向かって、長さが外筒体３の内径よりもやや短く且つ前面両側部に前方に向かって複数のカッタビット9cを突設している複数本（図においては、４本）のスポーク9aを放射状に設けていると共に隣接するスポーク9a、9aの外端対向側面間を円弧状の連結片9dによって一体に連結してあり、さらに、各スポーク9aをその外端面が開口した筒状の中空スポーク9aに形成してその内部に外側スポーク片9bを収納し、スポーク9aに装着しているジャッキ18の作動により、外側スポーク片9bを中空のスポーク9aの開口端から出没させてスポーク長をスキンプレート１の外周面に達する長さから内筒体４の内周面内に納まる長さまで伸縮自在に構成している。なお、外側スポーク片9bの前面両側部にも複数本のカッタビット9cを突設していると共に、上記回転中心軸17の前面にセンタビット9c' を突設している。

また、カッタヘッド９の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材19を突設していると共に、これらのアーム部材19の後端を円環状枠材20によって一体に連結して該円環状枠材20を隔壁８から前方に突出している内筒体４の前側筒体部4aの内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材20の後端面に内歯車21を固着している一方、上記隔壁８の外周部後面に駆動モータ22を装着してこの駆動モータ22の回転軸に固着している小歯車23を上記内歯車21に噛合させ、駆動モータ22によってカッタヘッド９を回転させるように構成している。

さらに、カッタヘッド９の後面と上記隔壁８の前面間の空間部を、カッタヘッド９によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室24に形成してあり、この土砂室22から排土手段25を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。この排土手段25は図１に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁８の下部を貫通して上記土砂室24の下端部内に臨ませていると共に隔壁８から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。

なお、カッタヘッド９の上記アーム部材19には外径方向に突出した伸縮自在な攪拌棒26を装着していると共に上記スキンプレート１の後胴部1bの外周面の数個所にはカバー27によって覆われた裏込注入管（図示せず）が配設されている。また、スキンプレート１と外筒体３間の中空室５内にはスキンプレート１の後胴部1b側から地盤改良用の薬液注入管29が配設されてあり、この薬液注入管29の先端はスキンプレート１の前端部を貫通して外周地盤側に開口させている。

次に、以上のように構成した分岐トンネル築造用シールド掘削機Ａによって既設トンネルＴに連通させるための分岐トンネルT'を築造するには、まず、このシールド掘削機Ａを発進立坑（図示せず）内に設置し、そのカッタヘッド９の外側スポーク片9bを伸長させて該カッタヘッド９を拡径させた状態にして回転させながらスキンプレート１から前方の地盤を掘進し、その掘削壁面t'にエレクタ装置26によってセグメントＳを組み立てることにより管路Ｐを形成していく。シールド掘削機の推進は、先に掘削壁面t'に施工したセグメントＳの前端面にシールドジャッキ７のロッド先端に装着しているスプレッダ7bを押しつけ、ロッド7aを伸長させることによって行われる。

この際、セグメントＳはスキンプレート１の後胴部1b内でエレクタ装置16により組み立てられ、シールド掘削機Ａの掘進に従って該後胴部1bの内周面に沿って掘削壁面t'に送りだされる一方、全てのシールドジャッキ７はスキンプレート１の内周面に装着されているので、そのロッド7aの軸心延長線がセグメントＳの前端面にできる限り近接または突き当たる状態となり、従って、シールドジャッキ７のロッド7aに曲げ等の無理な力が生じさせることなくセグメントＳの前端面に反力をとって安定した状態で推進させることができると共に、機内の作業空間を広く確保することができて能率よく作業が行える。

セグメントＳの前端面に反力をとったシールドジャッキ７の推進力は、このシールドジャッキ７を固定させているスキンプレート１の後胴部1b側から中折れジャッキ６を介して前胴部1a及びこの前胴部1aと一体の外筒体３の前側筒体部3aに伝達され、さらに、該外筒体３の前側筒体部3aとボルト等の連結具13によって着脱自在に連結している内筒体４の前側筒体部4aからこの内筒体４に一体に設けている隔壁８を介してカッタヘッド９に伝達される。換言すれば、カッタヘッド９の面に掘削時に作用する切羽側からの圧力は、一体に連結している内外筒体３、４の前側筒体部3a、4aからスキンプレート１、シールドジャッキ７を介して覆工セグメントＳの前端面に支持される。なお、内筒体４の後側筒体部4bは前側筒体部4aと連結している伸縮ジャッキ15を介して前方に引かれて一体的に前進する。

また、トンネルの掘進中において、シールド掘削機の方向を修正したり曲線トンネル部を掘削する場合には、中折れジャッキ６を作動させることにより、スキンプレート１の前胴部1aを後胴部1bに対して所定の方向に屈折させる。この際、スキンプレート１の前胴部1aと一体の外筒体３の前側筒体部3aも後側筒体部3bに対して一体的に屈折すると共に、この外筒体３の前側筒体部3aの内周面によって内筒体４の前側筒体部4aが押圧され、その屈折量に応じて伸縮ジャッキ15を伸縮させながら後側筒体部4bに対して上記スキンプレート１の前胴部1a及び外筒体３の前側筒体部3aと一体に同一方向に同一角度、屈折する。こうして、シールド掘削機Ａを掘進させることにより既設トンネルＴに向かって計画線上に沿って所定の方向にトンネルT'を掘削する。掘削された土砂は土砂室24から排土手段25に送り込まれて該排土手段25からトンネルT'内を通じて発進立坑側に排出される。

こうして、スキンプレート１の前方地盤をカッタヘッド９により掘削しながらシールド掘削機Ａを推進させてトンネルT'を築造して行き、シールド掘削機Ａが既設トンネルＴにおける所定位置、即ち、該既設トンネルＴに上記トンネルT'を交差状に分岐させた状態で連通させる部分に達すると、該部分の外周壁面ｔにスキンプレート１の前端開口部を対向させた状態で停止させる。この状態にして、このシールド掘削機Ａによって築造した上記トンネルT'を既設トンネルＴに連結、連通させる作業を行って既設トンネルＴからトンネルT'を分岐させる。次に、このトンネルT'の分岐作業工程を図１及び図４〜図６に基づいて説明する。

まず、上記図１は、シールド掘削機Ａが既設トンネルＴに達してこの既設トンネルＴの外周壁面ｔにおける所定部分にスキンプレート１のフード部1a1 から突出しているカッタヘッド９が対向した状態を示すもので、このカッタヘッド９のセンタビット9c' を既設トンネルＴの壁体部にトンネルT'を連通させるために設けられる分岐用開口部Ｂ（図６に示す）の中心に合致させた状態にして該開口部Ｂを開設すべき既設トンネルＴの外周壁面ｔの所定部分に近接又は当接、或いは、該センタビット9c' によって既設トンネルＴの壁体部の一部が穿たれた状態となっている。

このようにシールド掘削機Ａが既設トンネルＴにおける所定位置に達すると、まず、図４に示すように、カッタヘッド９の外側スポーク片9bを各スポーク9a内に収縮させることによってこのカッタヘッド９の外径を外筒体３の内径よりも小径にすると共にカッタヘッド９のアーム部材19に装着している攪拌棒26を収縮させる。さらに、外筒体３の前側筒体部3aと内筒体４の前側筒体部4aとを一体に連結しているボルトよりなる連結具13を取り外して内外筒体３、４を互いに前後方向に相対移動可能にすると共に、内筒体４の前後筒体部4a、4bの対向端部間を連結金具28により一体に連結、固定する。

しかるのち、シールドジャッキ７のロッドを伸長させ、管路Ｐを形成しているセグメントＳの前端に反力をとってスキンプレート１を前進させると、該スキンプレート１のフード部1a1 が縮径したカッタヘッド９の外周方を通過して該カッタヘッド９を内包しながらこのカッタヘッド９と既設トンネルＴとの間の地盤に突入、推進し、既設トンネルＴの外周壁面ｔにおける分岐用開口部Ｂを形成すべき位置にその前端面を当接させる。なお、この際、カッタヘッド９やエレクタ16等を備えている内筒体４は必要に応じてウインチ等の牽引装置により固定しておく。

このようにスキンプレート１を推進させると、該スキンプレート１と一体の外筒体３は、その内周面に設けているガイドロール11を内筒体４の外周面に転動させながらスキンプレート１と一体的に推進するので、スキンプレート１を円滑且つ確実に推進させることができる。さらに、スキンプレート１の前端面を既設トンネルＴの外周壁面ｔに当接させると、該前端面は予め、既設トンネルＴにおける分岐用開口部Ｂを形成すべき壁体部の外周壁面ｔに沿って接合する側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面２に形成されているので、該湾曲端面２を既設トンネルＴの外周壁面ｔの所定部分に殆ど隙間なく正確に当接させることができる。なお、図においては、既設トンネルＴの外周壁面ｔとスキンプレート１の前端湾曲端面２との形状関係を明確にするために、これらの対向面間に全面的に隙間を設けた状態を示している。

こうして、既設トンネルＴの外周壁面ｔにおける分岐用開口部Ｂを形成すべき部分にスキンプレート１の湾曲端面２を接合させたのち、機内から薬液注入管29を通じて既設トンネルＴの外周壁面ｔとスキンプレート１の湾曲端面２との接合部周囲の地盤中に薬液を注入し、固化させることにより、止水層Ｃを形成する。しかるのち、スキンプレート１の前端部内に取り込まれているカッタヘッド９前面側の土砂を適宜排除する。

次いで、シールド掘削機Ａから後方の管路Ｐの底部上に軌条（図示せず）を敷設したのち、図５に示すように排土手段25であるスクリューコンベアをシールド掘削機Ａから取り外してこの軌条を走行する台車（図示せず）に乗せ、管路Ｐ内を発進立坑側に回収、撤去する。なお、軌条はシールド掘削機Ａによるトンネル掘進時に、発進立坑側からのセグメント等の部材の搬入用として管路Ｐの底部に敷設した軌条を利用してもよい。

さらに、内筒体４の下周部に上記軌条上を転動する回収用ガイドローラ30を取付け、カッタヘッド９及びエレクタ装置16を備えている該内筒体４を後方側から牽引装置により引っ張って発進立坑側に移動させ、回収する。こうして回収されたカッタヘッド９やエレクタ装置16を備えている内筒体４は再び他のシールド工事に使用する。

一方、掘削壁面ｔを覆っているスキンプレート１はそのシールド掘削機到達個所に残しておくが、このスキンプレート１に装着している中折れジャッキ６やシールドジャッキ７はスキンプレート１から取り外して回収し、次のシールド工事に使用する。次いで、スキンプレート１の前端面によって囲まれている既設トンネルＴの壁体部を既設トンネルＴ内から、或いはトンネルT'側から解体、除去して図６に示すように、既設トンネルＴ内からトンネルT'内に通じる開口部Ｂを開設し、この開口部Ｂとスキンプレート１の前端面間を溶接或いは適宜な覆工処理によって一体化することにより、既設トンネルＴから開口部Ｂを通じて上記トンネルT'を分岐させた分岐トンネルの築造を完了する。なお、スキンプレート１と外筒体３間の中空室５に配設している中折れジャッキ６やシールドジャッキ７も回収する。

上記実施の形態における分岐トンネル築造用シールド掘削機においては、カッタヘッド９を直接、スキンプレート１の側面凹円弧状に湾曲している前端面から前方に突出させた状態で掘進するように構成しているが、このように構成するとカッタヘッド９の背面とスキンプレート１の湾曲端面２との間には側面から見て三日月形状の隙間が生じることなる。図７は湾曲端面２を有するスキンプレート１を備えているにもかかわらず、このような三日月形状の隙間が生じないように構成している分岐トンネル築造用シールド掘削機を示すものである。

即ち、このシールド掘削機A'においては、上記実施の形態で示したシールド掘削機Ａにおいて、スキンプレート１の前胴部1aの前部内周面に沿ってこのスキンプレート１の前端フード部1a1 の長さよりも僅かに長い長さを有し且つ前端面が垂直な直状前端面2'に形成されている短筒形状の内側フード1'をスキンプレート１の前端からその前部が出没可能に配設した構造としている。

具体的には、図８に示すように、前端面が側面凹円弧状の湾曲端面２に形成されているスキンプレート１とこのスキンプレート１の内方に配設している外筒体３とを一体化させている複数の円環状連結板10において、内周端が外筒体３の前端に一体に連結している最前部の円環状連結板10' の外周端面をスキンプレート１の前部内周面に連結することなく、該円環状連結板10' の外周端面とスキンプレート１の前部内周面との間に、上記内側フード1'を前後摺動自在に挿通、支持しているガイド口31を設けていると共に、スキンプレート１の前胴部内周面に沿って中空室５内に複数本のフードスライドジャッキ32を周方向に所定間隔毎に装着し、これらのフードスライドジャッキ32のロッド前端を内側フード1'の後端面に連結してなるものである。その他の構造については上記図１で示した分岐トンネル築造用シールド掘削機Ａと同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

このように構成したので、発進立坑側から既設トンネルＴに向かってトンネルT'を掘削する場合には、フードスライドジャッキ32を伸長させて図８に示すように、内側フード1'の前端部をスキンプレート１のフード部1a1 の前端から前方に突出させてその直状前端面2'をカッタヘッド９の背面近傍部に達した通常のシールド工法による掘削状態にする。この状態にして既設トンネルＴに達するまでトンネルT'を掘進しながらその掘削壁面t'をセグメントＳによって覆工して管路Ｐを形成する。

シールド掘削機A'が既設トンネルＴにおける所定位置に達すると、図９に示すように、カッタヘッド９の外側スポーク片9bを各スポーク9a内に収縮させることによってこのカッタヘッド９を縮径させると共に攪拌棒26も収縮させ、さらに、外筒体３の前側筒体部3aと内筒体４の前側筒体部4aとを一体に連結しているボルトよりなる連結具13を取り外して内外筒体３、４を互いに前後方向に相対移動可能にしたのち、シールドジャッキ７のロッドを伸長させ、セグメントＳの前端に反力をとってスキンプレート１を外筒体３及び内側フード1'と一体的に前進させることによってスキンプレート１のフード部1a1 から突出している内側フード1'の直状前端面2'の上下方向の中央部を既設トンネルＴの外周壁面の対向部分に当接させる。さらに、内筒体４の前後筒体部4a、4bの対向端部間を連結金具28（図10に示す）により一体に連結、固定する。

この状態から、シールドジャッキ７をさらに伸長させてスキンプレート１を外筒体３と一体的に推進させると同時に、該シールドジャッキ７の伸長量に応じて同じ長さだけフードスライドジャッキ32を収縮させることにより、内側フード1'の直状前端面2'を上記のように既設トンネルＴの外周壁面ｔの一部に当接させた状態を保持しながらスキンプレート１に対して相対的に後退させてガイド口30内に没入させる（図10参照）。

このように、スキンプレート１を推進させると、カッタヘッド９が外筒体３内に収納されると共にスキンプレート１がこのカッタヘッド９と既設トンネルＴとの間の地盤に突入、推進して上記実施の形態と同様に既設トンネルＴの外周壁面ｔにおける分岐用開口部Ｂを形成すべき位置にその湾曲端面２を全面的に当接させる。以下、上記実施の形態と同様に、機内から薬液注入管29を通じて既設トンネルＴの外周壁面ｔとスキンプレート１の湾曲端面２との接合部周囲の地盤中に薬液を注入し、固化させることにより、止水層Ｃを形成する。

しかるのち、スキンプレート１の前端部内に取り込まれているカッタヘッド９前面側の土砂を適宜排除すると共に排土手段25であるスクリューコンベアをシールド掘削機Ａから取り外して発進立坑側に回収、撤去し、内筒体４の下周部に取り付けたガイドローラ30をトンネルT'内の軌条上に載せてカッタヘッド９及びエレクタ装置16を備えている該内筒体４を後方側から牽引装置により引張ることにより発進立坑側に移動させ、回収する（図11、図12参照）。

次いで、スキンプレート１の前端面によって囲まれている既設トンネルＴの壁体部を既設トンネルＴ内から、或いはトンネルT'側から解体、除去して既設トンネルＴ内からトンネルT'内に通じる開口部Ｂを開設し、この開口部Ｂとスキンプレート１の前端面間を溶接等によって一体化することにより、既設トンネルＴから開口部Ｂを通じて上記トンネルT'を分岐させた分岐トンネルの築造を完了するものである。なお、スキンプレート１に装着している中折れジャッキ６やシールドジャッキ７はスキンプレート１から取り外して回収する。

なお、以上のいずれの実施の形態においても、カッタヘッド９のスポーク9aは、このスポーク9aを中空に形成してその内部に外側スポーク片9bを出没自在に収納し、スポーク9a内に装着しているジャッキの作動により、外側スポーク片9bを中空のスポーク9aの開口端から出没させてカッタヘッド９の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク9aの外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド９をスキンプレート１の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド４の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。

シールド掘削機全体の簡略縦断側面図。中折れジャッキとシールドジャッキとの配設部分の縦断面図。カッタヘッドの正面図。スキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に当接させた状態の簡略縦断側面図。排土手段およびカッタヘッド等を撤去、回収している状態の簡略縦断側面図。既設トンネルからトンネルを分岐させた状態の簡略縦断側面図。本発明の別な実施の形態を示すシールド掘削機の簡略縦断側面図。その要部の拡大縦断側面図。内側フードを既設トンネルに当接させた状態の簡略縦断側面図。スキンプレートの前端面を既設トンネルの外周壁面に当接させた状態の簡略縦断側面図。カッタヘッド等を撤去、回収する状態の簡略縦断側面図。トンネルを分岐させた状態の簡略縦断側面図。従来例を示す簡略縦断側面図。その簡略平面図。

符号の説明

Ａシールド掘削機
Ｔ既設トンネル
T' 分岐トンネル
Ｐ管路
１スキンプレート
２湾曲端面
３外筒体
４内筒体
５中空室
６中折れジャッキ
７シールドジャッキ
８隔壁
９カッタヘッド
16 エレクタ装置

Claims

既設トンネルに向かって該既設トンネルに交差状に連結、連通させる分岐トンネルを築造するためのシールド掘削機であって、既設トンネルの外周壁面に当接させるスキンプレートの前端面を上記既設トンネルの外周壁面に接合可能な側面凹円弧状に湾曲した湾曲端面に形成していると共に、上記スキンプレートの内周面に該内周面から内側に小間隔を存して、分岐トンネルの掘削壁面を覆工している管路よりも小径の外筒体を一体に設けてこの外筒体内に内筒体を前後方向に移動可能に挿入して外筒体に着脱自在に連結してあり、この内筒体の前部に一体に設けている隔壁にスキンプレートの前方地盤を掘削し、且つ、外径が上記外筒体の内径よりも小径となるように縮径可能に構成しているカッタヘッドを回転自在に支持してあり、さらに、上記スキンプレートが互いに屈折自在に接続した前後胴部からなると共に内外筒体も互いに屈折自在な前筒部と後筒部とに分割されていると共に、スキンプレートの内周面と外筒体の外周面間で形成された円環状の中空室内に複数本の中折れジャッキとシールドジャッキとを配設していることを特徴とする分岐トンネル築造用シールド掘削機。