JP4074214B2 - シールド掘進機及びそれを用いた地盤の掘削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土被りの浅いトンネルを構築する場合に使用するシールド掘進機とそれを用いた地盤の掘削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を掘削して土被りの浅いトンネルを構築するシールド掘進機として、オープンシールド掘進機ａが知られている。オープンシールド掘進機ａを使用したオープンシールド工法は、開削工法とシールド工法の利点を兼ね備えた工法であり、前方および上方を開放したオープンシールド掘進機ａを使用し、切羽掘削チャンバー内の地山をバックホウで掘削して排土し、油圧ジャッキｆにより敷設した函体ｅを反力にシールド掘進機を推進し、函体を敷設し、テールボイドの注入をおこない、函体ｅ上部を埋戻していく工法である（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０４８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のオープンシールド掘進機にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞地上ｄからバックホウによって掘削を行うため、掘削可能な深さに限界がある。このため、天井の高い大断面トンネルを土被りの浅い位置に構築する場合でも、トンネルの底面まで地上ｄから掘削することが難しい。また、バックホウをオープンシールド掘進機ａの内部に降ろして掘削したとしても、大規模な山留めが必要となる。
＜ロ＞従来のオープンシールド掘進機には、機体後方にテールシールが配置されていないため、地下水や土砂などが機体後方よりトンネル内に浸入する場合がある。
＜ハ＞地中に既設の埋設物ｃがあり、その埋設物ｃの真下にトンネルを構築する場合、地上まで直立したオープンシールド掘進機ａの側壁板ｂの一部を撤去しないと、埋設部ｃと側壁板ｂが衝突することになる（図５参照）。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、土被りが浅い条件下でのトンネル高さの高いトンネルの構築を可能にするシールド掘進機及びそれを用いた地盤の掘削方法を提供することを目的とする。
また、地上まで開削した溝の掘削と、土被りを保持した地中のトンネル掘削の両方に使用できるシールド掘進機及びそれを用いた地盤の掘削方法を提供することを目的とする。
さらに、原則としてオープンシールド掘削を行うことで、工事費の低減が可能なシールド掘進機及びそれを用いた地盤の掘削方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、地盤を掘削するシールド掘進機であって、前面に掘削カッタを備えた密閉型の下段部と、前面を開放し、天井には開閉式の開口部を設けた開放型の上段部と、からなり、前記上段部はスライド式の庇部とスライド式の側壁部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記したシールド掘進機を用いた地盤の掘削方法は、地上から前記上段部の内部を掘削する場合は、側壁を形成しない前記庇部より前記側壁部を掘進方向に突出させ、前記上段部の内側から上段部の前方を掘削する場合は、前記側壁部と共に前記庇部を掘進方向に突出させることを特徴とする方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
＜イ＞シールド掘進機
シールド掘進機１は上段部３と下段部２から構成される。上段部３は少なくとも前面が開放された開放型掘進機である。また、下段部２は前面に掘削カッタ２１を備えた密閉型掘進機である。上段部３は下段部２よりも掘進方向に突出させておくのが好ましい。このように上段部３を突出させることで、下段部２の前面を密閉状態にでき、下段部３を土圧式シールド機とした場合の排土を円滑に行うことができる。
シールド掘進機１の後方には、セグメント５と外殻の間からの地下水や土砂の侵入を阻止するための公知のテールシール１１を配置する。また、掘進用のシールドジャッキ１２を必要箇所に配置する。
また、シールド掘進機１は、曲線区間を施工する場合には、外殻をトンネル軸方向で分割し、中折れジャッキ１４を配置するなどして公知の中折れ構造とすることが好ましい。
【００１０】
＜ロ＞下段部
下段部２は、シールド掘進機１の下部を構成する部分であり、掘削カッタ２１で掘削しながら掘進を行う部分である。下段部２の断面視は、例えば矩形や正方形などの四角形や、上段部３との境界で截頭した円形に形成することができる。
前面に配置する掘削カッタ２１には、公知の密閉型のシールド掘進機用の掘削カッタが使用できる。また、図２に示すように、掘進軸方向の掘進軸回りに揺動する揺動カッタ２１を複数配備して使用することもできる。かかる複数の揺動カッタ２１は夫々の揺動カッタ２１の掘削範囲を重複させないように制御することができる。例えば２基の揺動カッタ２１を同一平面内又は双方が前後するように配置して、夫々の揺動カッタ２１を自己の持分範囲のみを掘削させる。矩形断面を掘進する場合には、矩形断面を例えば均等に２分割して、２基の揺動カッタ２１が各分割範囲内を揺動しながら地盤を切削することができる。この場合に、揺動カッタ２１の揺動は揺動軸を中心に双方が相反する方向に揺動するように制御することができる。かかる制御によって、２基の揺動カッタ２１は相互に干渉することなく、またシールド掘進機１の進行方向を一定方向に確保しながら掘進させることが可能となる。
【００１１】
下段部２を土圧式にした場合は、排土のためのスクリューコンベア２２を配置する。また、スクリューコンベア２２の後方には、例えば掘削土砂をトンネル内で搬送するためのベルトコンベア２３を配置して、下段部２の掘削土砂を下段部２で搬出させることができる。
【００１２】
＜ハ＞上段部
上段部３は、シールド掘進機１の上部を構成する部分である。上段部３の断面視は、矩形や正方形などの四角形に形成することができる。上段部３は、天井及び側壁と、必要に応じて下段部２との境界に配置する底板で構成する。
上段部３の側壁の掘進方向の最前部は、スライド式の側壁部３２とする。側壁部３２は、スライド用ジャッキ３４などで掘進方向に向けて伸びたり、縮んだりすることができる。側壁部３２は一体となって伸縮するようにも構成できるが、複数段に分けて、それぞれ別個に稼動できるように構成するのが好ましい。図１，２に示した側壁部３２は、３段に分割した側壁部３２の実施例である。
また、上段部３の天井の掘進方向の最前部は、スライド式の庇部３１とする。庇部３１も側壁部３２と同様に、スライド用ジャッキ３４などで伸縮が可能である。ただし、庇部３１と側壁部３２は、独立して別個に稼動するように構成する。庇部３１も側壁部３２と同様に複数に分割して構成することができる。図２のように組み合わせると、庇部３1の両端は側壁部３２の役割も果たすことになる。庇部３１や側壁部３２の先端は、地盤に押し込み易いように刃型に形成するのが好ましい（図１の庇部３１の先端参照）。
【００１３】
地上６１から上段部３を掘削する場合は、庇部３１を縮めて地上６１に設置した大型のバックホウ７などを使用して掘削をおこなう。また、庇部３１を伸ばして上段部３の内側から掘削を行う場合は、油圧ショベルや回転カッタなどの公知の開放型シールド機で使用する掘削機を使用したり、小型のバックホウなどの掘削機械を上段部３に設置したりして掘削をおこなう。
また、上段部３の天井には、開閉式の開口部３３を設けるのが好ましい。開口部３３は、地上６１から掘削を行うときには開放し、シールド掘進機１の天井が地中に埋もれる場合には閉塞させる。開口部３３の開閉は機械式に限定されるものではなく、必要に応じて鋼板などで穴を塞ぐという構成であってもよい。開口部３３は、セグメント５や資材の搬入、掘削土砂の排出などに使用することができる。
上段部３の排土は、地上から掘削を行う場合は地上に排出することができるが、内側から掘削を行う場合は、ベルトコンベア３６などを配置して掘削土砂の搬送を行う。また、上段部３の姿勢を制御するために公知の可動ソリ３５などを上段部３の側面に配置することもできる。
【００１４】
＜ニ＞切削山留め体
上段部３を地上６１から掘削する場合は、地上６１と上段部３の上端の間を山留めするための切削山留め体４を配置するのが好ましい。切削山留め体４はシールド掘進機１の上段部３の天井に着脱可能な構造で取り付ける。
ここで、切削山留め体４とは、例えば２つの山留め板４１をシールド掘進機１の幅程度の間隔を置いてほぼ並行に直立させて配置し、かかる間隔に複数の間隔保持部材４２を夫々の山留め板４１に垂直に連結させて製作したものである。山留め板４１としては例えば鋼製板など山留め部材としての剛性を有する材料を使用するのが好ましい。また、間隔保持部材４２としては、例えばＨ型鋼材を使用できる。
切削山留め体４を使用する目的は、シールド掘進機１の掘進に応じて山留め板４１を地盤内に推進させ、かかる山留め板４１で土留めをしながら、山留め板４１内を地上からバックホウ７等で掘削するためである。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の地盤の掘削方法について説明する。
【００１６】
＜イ＞溝型掘削を行う場合（図１，２，３）
シールド掘進機１を使用して地盤に断面視矩形の掘削溝を開削する方法について説明する。
シールド掘進機１の上段部３の天井には、必要に応じて切削山留め体４を取り付ける。上段部３の開口部３３は開放させておく。
掘削は、下段部２は掘削カッタ２１で行い、上段部３から地上６１まではバックホウ７などの地上６１に設置した掘削機でおこなう。掘削に先立って、または掘削と並行して、上段部３の側壁部３２を掘進方向にスライドして伸長させる。このとき庇部３１は縮めた状態にしておくが、側壁の役割も果たす両端の庇部３１がある場合は側壁部３２と同様に伸長させておいてもよい。また、側壁部３２は掘削に合わせて段ごとに伸長させることができるので、例えば掘削が先行する上方の側壁部３２を長めに伸長して階段状に側壁部３２を配置することもできる。
【００１７】
掘削後は、開口部３３からプレキャスト製のセグメント５を搬入して、掘削溝内でセグメント５を組み立てる。セグメント５は、狭いトンネル構内を搬送するのではなく、クレーンなどを使用して地上から搬入し、そのまま組み立てができるので、分割数の少ない大きなセグメント５が使用でき、組み立てに必要な作業を削減できる。
【００１８】
セグメント５を組み立てた後は、上部を埋戻していく。埋戻し６２工程は、上記のセグメント５設置工程と並行しながら進めていくのが好ましい。埋戻し６２工程を完了することによってトンネルが構築でき、埋戻し６２面を舗装することで、地上を道路などとして供用することができる。
【００１９】
＜ロ＞地中掘削を行う場合（図４）
地中に撤去不能な既設の埋設物６３が存在したり、供用を停止できない交差する道路が地上に存在したり、撤去不能な建築物が存在したりする場合など、地上６１からの開削ができないことがある。このような場合には、通常のシールド掘進機と同様に、土被りを保持したまま地中を掘進することになる。
本発明のシールド掘進機１は、オープンシールド機と地中を掘進するシールド機を兼用したシールド機である。地上６１を開削しないで掘削を行う場合は、切削山留め体４を取り外し、開口部３３を閉塞して掘進をおこなう。
ここでは、上段部３の庇部３１を側壁部３２と共に掘進方向に突出させて掘削をおこなう。庇部３１の先端は側壁部３２の先端より突出させるのが好ましいが、地盤の状態によっては同じ位置であってもよい。上段部３の掘削は、公知の開放型シールドと同様にして行うことができる。なお、下段部２の掘削は、溝型掘削の場合と同じである。
【００２０】
掘削後にトンネル内に設置するセグメント５の搬入は、埋戻し６２の一部に土留めをしてトンネル内部と連通させた搬入口５１からおこなうことができる。搬入口５１は、資材などの搬入の他に、掘削土砂を排出するために使用することもできる。このようにトンネルの途中に搬入口５１を設けることで、搬送距離を短くすることができる。
ここでは、通常のシールド工法と同様に、セグメントは分割したものを用い、切羽においてエレクタ又はチェーンブロック等を使用して組み立てる。
そして、埋設物６３などを通過して地中部の掘削を終了した後は、再び地上を開削する掘削方法に変更することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のシールド掘進機及びそれを用いた地盤の掘削方法は、以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞シールド掘進機の下段部は内側からの掘削となるため、地上からの掘削が行えないようなトンネル高さの高いトンネルであっても構築できる。
＜ロ＞必要に応じて土被りを保持した地中のトンネル掘削に切り替えることができるため、全線を通じて同じシールド掘進機を使用できる。
＜ハ＞オープンシールド掘削及び開放型シールド掘削を基本とするため、機械設備費を大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機の実施例の縦断面図。
【図２】本発明のシールド掘進機の実施例の正面図。
【図３】本発明のシールド掘進機を使用した開削部の地盤の掘削方法の実施例の説明図。
【図４】本発明のシールド掘進機を使用した非開削部の地盤の掘削方法の実施例の説明図。
【図５】従来のオープンシールド掘進機の実施例の説明図。
【符号の説明】
１・・・シールド掘進機
２・・・下段部
２１・・掘削カッタ
３・・・上段部
３１・・庇部
３２・・側壁部
３３・・開口部
４・・・切削山留め体
４１・・山留め板
４２・・間隔保持部材

Claims (4)

1. 地盤を掘削するシールド掘進機であって、
   前面に掘削カッタを備えた密閉型の下段部と、
   前面を開放し、天井には開閉式の開口部を設けた開放型の上段部と、からなり、
   前記上段部はスライド式の庇部とスライド式の側壁部とを備えたことを特徴とする、
   シールド掘進機。
2. 請求項１に記載のシールド掘進機において、
   前記下段部よりも前記上段部が掘進方向に突出していることを特徴とする、
   シールド掘進機。
3. 請求項１又は２に記載のシールド掘進機において、
   間隔を置いて並行に配置した山留め板を直立させ、間隔保持部材にて連結させてなる切削山留め体を、前記上段部の天井に着脱可能に備えたことを特徴とする、シールド掘進機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機を用いた地盤の掘削方法において、
   地上から前記上段部の内部を掘削する場合は、側壁を形成しない前記庇部より前記側壁部を掘進方向に突出させ、
   前記上段部の内側から上段部の前方を掘削する場合は、前記側壁部と共に前記庇部を掘進方向に突出させることを特徴とする、
   地盤の掘削方法。

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