JP4177948B2

JP4177948B2 - 地中接合式トンネル掘削機及びトンネル接合工法

Info

Publication number: JP4177948B2
Application number: JP2000086945A
Authority: JP
Inventors: 儀徳塩屋; 幸司山崎; 良文高橋; 敏行出口; 公一服部; 義和木戸; 規安山森; 徹後藤; 伸司関; 徹渡辺; 陽夫磯; 康昭竹之内; 勉萩原; 治川上; 幹男平井; 秀樹田中; 豊藤野
Original assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp; Nishimatsu Construction Co Ltd; Penta Ocean Construction Co Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp; Nishimatsu Construction Co Ltd; Penta Ocean Construction Co Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001271586A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に地中に埋設された既設トンネルの側面部に、新たに構築したトンネルを接合するために掘削作業に使用される地中接合式トンネル掘削機、並びにトンネル接合工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既に地中に埋設された既設トンネルに対して側方に延びる新たにトンネルを構築する場合、既設トンネルの内部から外方に向けて新たなるトンネルを掘削する方法と、外部に新たなるトンネルを掘削して既設トンネルの側部に接合する方法とがある。既設トンネルの内部から新設トンネルを掘削する方法では、既設トンネルが既に使用されていることを考えると、既設トンネルの内部に掘削機を持ち込むことは困難であるため、新設トンネルを既設トンネルの外部から側部に接合する方法が一般に適用されている。
【０００３】
このような既設トンネルの側部に新設トンネルを接合する掘削作業に用いられる、所謂、地中接合式トンネル掘削機は、一般的に、円筒形状をなす掘削機本体の後部に複数のシールドジャッキ及びエレクタ装置を装着する一方、掘削機本体の前部に円板形状のカッタヘッドを駆動回転自在に装着して多数の切削刃を固定し、このカッタヘッドの外周部に複数のコピーカッタを装着して油圧ジャッキにより出没自在とする一方、掘削機本体の前部に回転リングを回転自在に装着して先端部に多数の切削刃を固定し、この回転リングの凹溝にコピーカッタの先端部が係合可能として構成されている。
【０００４】
従って、新たなるトンネルを掘削するには、カッタヘッドを回転させながら、各シールドジャッキを伸長することで掘削機本体を前進させ、カッタヘッドに取付けられた多数の切削刃により前方の地盤を掘削してトンネルを形成する一方、エレクタ装置によりセグメントを掘削トンネルの内壁面に組み付けていく。このようにトンネルを形成して新設トンネルの先端部が既設トンネルの側部に所定距離接近すると、掘削機本体の前進及びカッタヘッドの回転を停止し、カッタヘッドを後退させてからコピーカッタを伸長し、回転リングの凹溝にコピーカッタの先端部を係合する。そして、カッタヘッドと回転リングとを一体回転した状態で、このカッタヘッド及び回転リングを前進させると、回転リングの先端部に取付けられた切削刃が既設トンネルの側部に接触し、既設セグメントを切断することで新設トンネルと既設トンネルとが連通する。その後、セグメントや打設コンクリート等を用いて両トンネルを接合することで、Ｔ字形に接合されたトンネルが完成する。
【０００５】
なお、このような地中接合式トンネル掘削機としては、例えば、特公平７−１８３１４号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の地中接合式トンネル掘削機により新設トンネルを形成すると共に、この新設トンネルの先端部を既設トンネルに接合する場合、既設トンネルの側壁を回転リングが切削して除去し、両トンネルの内部を連通するようにしている。この場合、回転リングが既設トンネルの側壁を円板状に切断してしまうと、切断された大重量の円板を撤去することが困難であるため、回転リングは既設トンネルの側壁を途中まで切削して停止し、その後は別の建設機械などを用いて円板状に切断する既設トンネルの側壁を破壊して撤去している。
【０００７】
このような新設トンネルと既設トンネルとを接合して連通する工法では、弧状をなす既設トンネルの側壁を回転リングが切削するため、回転リングは既設トンネルの側壁の上部及び下部では貫通しないが、両側部では貫通することとなる。この作業にて、周辺地盤が硬質の地盤でなく軟弱で泥水等が発生する場合には、泥水が回転リングにより切削された既設トンネル側壁の貫通部から、この既設トンネルの内部に浸入してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、既設トンネルに新設トンネルを接合する際の止水を確実に行うことで作業の信頼性の向上を図った地中接合式トンネル掘削機及びトンネル接合工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】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機は、円筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて該掘削機本体よりもやや小径のカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着された複数の伸縮カッタと、前記掘削機本体の内側に掘進方向に沿って移動自在で且つ周方向に回転自在に設けられた切削リングと、該切削リングを掘進方向に沿って移動させる切削リング移動手段と、前記カッタヘッドと前記切削リングとを周方向に一体回転可能に係合させる切削リング係合手段と、前記切削リングの先端部近傍に設けられた吐出口から該切削リングの外周面と掘削トンネルの壁面との隙間にシール剤を注入するシール剤注入手段とを具えると共に、前記切削リングは、周方向及び掘進方向に互いに相対移動自在に嵌合する一対の内外リングからなり、該内リングの先端部にカッタビットが取付けられる一方、該外リングの先端部に前記吐出口が設けられることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明の地中接合式トンネル掘削機では、前記吐出口は前記外リングの先端部に掘進方向に沿った異なる位置に設けられ、掘進方向後方側の前記吐出口は前方への掘削土砂の流動を阻止するための充填材吐出口であり、掘進方向前方の前記吐出口は周辺地盤を改良するための薬液吐出口であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３の発明のトンネル接合工法は、掘削機本体の前部に装着されたカッタヘッドを回転しながら推進することで地盤を掘削して新設トンネルを形成し、既設トンネルの側壁面に対して所定距離接近した位置で掘進を停止し、前記掘削機本体から内外二重の切削リングを回転しながら前進することで前記既設トンネルの側壁を第１深さまで切削したら、該第１深さにて前記外リングの先端部に形成された充填材吐出口から充填材を吐出して前方への掘削土砂の流動を阻止した後、該外リングの先端部に前記充填材吐出口よりも前側に形成された薬液吐出口から薬液を吐出して周辺地盤を改良しながら、前記内リングのみを前進して第２深さまで切削して新設トンネルを既設トンネルに接合することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１に本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル掘削機の概略断面、図２に地中接合式トンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に切削リングの構造を表す掘削機本体の要部断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６及び図７に地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接合作業を表す概略を示す。
【００１５】
本実施形態の地中接合式トンネル掘削機において、図１乃至図３に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と後胴１２とが球面軸受１３を介して屈曲自在に連結されて構成されている。前胴１１の前部にはバルクヘッド１４が形成されており、このバルクヘッド１４には軸受１５により回転体１６が回転自在に支持され、この回転体１６の前端部にはカッタヘッド１７が装着されている。このカッタヘッド１７は、中心の円筒部１８から４つのカッタスポーク１９が放射状をなして固定されると共に、各カッタスポーク１９の間に扇形状をなす面板２０が固定されている。また、各カッタスポーク１９の先端部にはそれぞれ伸縮スポーク（伸縮カッタ）２１が径方向に沿って移動自在に装着され、伸縮ジャッキ２２により伸縮可能となっている。そして、カッタスポーク１９、面板２０、伸縮スポーク２１には多数のカッタビット２３が取付けられている。更に、対向する２つの伸縮スポーク２１にはコピーカッタ２４が油圧ジャッキ２５により径方向外方に突出可能に装着されている。
【００１６】
カッタヘッド１７の回転体１６の後部には外歯のリングギア２６が固定される一方、前胴１１には複数のカッタ旋回モータ（油圧モータまたは電気モータ）２７が取付けられ、この各カッタ旋回モータ２７の駆動ギア２８がこのリングギア２６に噛み合っている。従って、各カッタ旋回モータ２７を同期駆動して駆動ギア２８を回転駆動すると、リングギア２６及び回転体１６を介してカッタヘッド１７を旋回することができる。
【００１７】
また、前胴１１の前部には前述したカッタヘッド１７とバルクヘッド１４との間にチャンバ２９が形成されており、このチャンバ２９には一端が掘削機本体の外部に延設された送泥管３０及び排泥管３１の他端が開口している。
【００１８】
更に、前胴１１の後部及び後胴１２の前部にはリング状の支持壁３２，３３がそれぞれ対向して固定され、両支持壁３２，３３の間には複数の中折ジャッキ３４が屈曲自在に架設されており、この各中折ジャッキ３４の伸縮ストロークを変化させることで後胴１２に対して前胴１１を屈曲し、掘削機本体の掘進方向を変更することができる。なお、この中折ジャッキ３４は必要に応じて着脱自在となっている。
【００１９】
また、後胴１２の前部内周辺には円周方向に沿って複数のシールドジャッキ（推進手段）３５が並設されており、この各シールドジャッキ３５が掘進方向後方に伸長してスプレッダ３６を既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により前胴１１及び後胴１２を前進することができる。更に、後胴１２の支持壁３２にの隣接して旋回リング３７が回転自在に支持されており、この旋回リング３７にはエレクタ装置３８が装着されている。このエレクタ装置３８は既設トンネル内に搬入されたセグメントＳを把持することができると共に、把持したセグメントＳを既設トンネルの径方向、周方向、長手方向に移動し、前胴１１及び後胴１２が前進した後、シールドジャッキ３５の収縮によって形成されたスプレッダ３６と既設セグメントＳとの間の空所に、把持したセグメントＳを組み付けることができる。
【００２０】
ところで、本実施形態の地中接合式トンネル掘削機は地盤を掘削してトンネルを構築するだけでなく、既に地中に埋設された既設トンネルの側面部に対して、新たに構築したトンネルを接合することができる。即ち、図１、図４及び図５に示すように、前胴１１の内側には内筒４１が位置し後部が支持壁３２に固定されることで環状の収容部４２が形成されており、この収容部４２に切削リング４３が収容されている。この切削リング４３は外リング４４と内リング４５とから構成され、各リング４４，４５は互いに掘進方向に相対移動自在で、且つ、周方向に相対回転自在に嵌合している。
【００２１】
この切削リング４３の構造を詳説すると、収容部４２にて、前胴１１の内面には掘進方向に沿って所定長さの摺動溝４６が形成され、この摺動溝４６には外リング４４の後部外周面に固定されたキー４７が摺動自在に嵌合している。そして、この外リング４４の内周面には内リング４５がシール４８を介して掘進方向及び周方向に移動自在に嵌合しているが、内リング４５の前端部は外リング４４の前方に位置するように拡大した拡径部４９を有し、この拡径部４９の前端面には周方向に沿って多数のカッタビット５０が取付けられている。なお、この拡径部４９は収容部４２の入口部、つまり、前胴１１の内周面及び内筒４１の外周面にシール５１，５２を介して摺接している。
【００２２】
一方、外リング４４の後端部内周面にはキー溝５３が形成される一方、この外リング４４の後端部と内筒４１との間には断面Ｌ字形状の支持リング５４が介在し、この支持リング５４の外周面にはキー溝５５が形成されており、外リング４４のキー溝５３と支持リング５４のキー溝５５とには所定長さのキー５６が嵌入することで、外リング４４に対して支持リング５４を周方向には移動不能に係止し、掘進方向には移動自在としている。この支持リング５４は内リング４５の後端部を軸受メタル５７を介して周方向移動自在に支持しており、内周面が内筒４１に摺接している。そして、支持リング５４の前方側には内リング４５と内筒４１との間にシール部材５８が介装されている。なお、内リング４５の後部外周面には周方向に切欠５９が形成され、キー５６により外リング４４あるいは支持リング５４と係止しないようになっている。
【００２３】
また、この切削リング４３の後方に位置する後胴１２（球面軸受１３）には一対のリングスライドジャッキ（切削リング移動手段）６１，６２が着脱自在となっている。この場合、リングスライドジャッキ６１，６２のその取付位置が中折ジャッキ３４と重なるため、地盤の掘削時にはこの位置に中折ジャッキ３４を装着し、既設トンネルの壁面（セグメント）の切断時には中折ジャッキ３４を取外してリングスライドジャッキ６１，６２を装着するようにしている。各リングスライドジャッキ６１，６２は油圧の給排により伸縮自在な駆動ロッド６３，６４を有しており、一方のリングスライドジャッキ６１の駆動ロッド６３の先端部は外リング４４の後端部に形成されたフランジ部６５を押圧可能であり、他方のリングスライドジャッキ６２の駆動ロッド６４の先端部はこのフランジ部６５のないために露出した支持リング５４の後壁面６６を押圧可能となっている。
【００２４】
なお、リングスライドジャッキ６１はその伸縮駆動により外リング４４を押圧して各リング４４，４５を前方移動可能であり、また、リングスライドジャッキ６２はその伸縮駆動により支持リング５４を押圧して内リング４５を前方移動可能であるが、各リング４４，４５の移動ストロークに対してリングスライドジャッキ６１，６２の伸縮ストロークが短いため、駆動ロッド６３，６４に図示しない連結ロッドを連結することで不足するストロークを補足している。また、前述した前胴１１の摺動溝４６、キー４７、外リング４４のキー溝５３、支持リング５４のキー溝５５、キー５６はそれぞれ複数（４つ程度）が周方向にほぼ均等間隔で設けられている。また、一対のリングスライドジャッキ６１，６２は複数組（８組程度）が周方向にほぼ均等間隔で設けられている。
【００２５】
また、カッタヘッド１７の対向する各面板２０にはドッキングピン７１を出没自在なドッキングジャッキ７２が装着されている。一方、切削リング４３を構成する内リング４５の内周面には周方向に対向して掘進方向に沿った２本の係合溝７３が形成されている。そして、切削リング４３が収容部４２が前方に移動したときに、ドッキングジャッキ７２により突出したドッキングピン７１が係合溝７３に係合可能となっている。従って、このドッキングピン７１によりカッタヘッド１７と内リング４５とを掘進方向に沿って相対移動可能で、且つ、周方向には一体回転可能に係合させることができ、本実施形態では、ドッキングピン７１、ドッキングジャッキ７２、係合溝７３により切削リング係合手段を構成しており、周方向均等間隔に設けられている。
【００２６】
なお、前胴１１と内筒４１とで形成した収容部４２は内リング４５の内周側に空間部７４が形成されており、この空間部７４にはバルブ７５を介して注水管７６が接続されている。これは、切削リング４３が収容部４２が前方に移動したときに、係合溝７３によりシール５２が不十分となり、外部の泥水等が内部に浸入する虞があるため、空間部７４に水を充満して外部より高圧に維持することで、係合溝７３を通して外部から空間部７４への泥水の浸入を防止している。
【００２７】
更に、外リング４４には掘進方向に沿って薬液注入路７７と充填材注入路７８とが形成されており、それぞれ基端部は図示しない薬液供給源と充填材供給源に接続されている。一方、外リング４４の前部において、先端面に第１吐出口７９が、外周面に第２吐出口８０、第３吐出口８１がそれぞれ周方向に複数形成されており、薬液注入路７７の先端部が第１吐出口７９及び第２吐出口８０に接続され、充填材注入路７８の先端部が第３吐出口８１に接続されている。この場合、充填材及び薬液がシール剤であって、薬液注入路７７及び第１、第２吐出口７９，８０と充填材注入路７８及び第３吐出口８１とによりシール剤注入手段が構成されている。なお、この充填材は、外リング４４と地盤の掘削壁面との間に注入して停留させることで、泥水等の浸入（流動）を阻止するものであり、ゴム系で高粘度を有する一方、低浸透性のものが好適である。また、薬液は、外リング４４と地盤の掘削壁面との間に注入して地盤に浸透させることで、地盤を硬化して崩壊を阻止するものであり、ゴム系で低粘度を有し、且つ、高浸透性のものが好適である。
【００２８】
なお、図示しないが、前胴１１、後胴１２、内筒４１、外リング４４、内リング４５などにはグリース注入路が設けられており、各種のシール部分にグリースを充填可能となっている。
【００２９】
ここで、上述した本実施形態の地中接合式トンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにトンネル接合作業について説明する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、各伸縮ジャッキ２２を伸長して各伸縮スポーク２１を前胴１１の外径とほぼ同位置まで突出し、この状態で、まず、カッタ旋回モータ２７によってカッタヘッド１７を回転し、複数のシールドジャッキ３５を伸長方向に作動し、既設のセグメントＳへの押し付け反力によって前胴１１及び後胴１２を前進させると、カッタヘッド１７に取付けられた多数のカッタビット２３が前方の地盤を掘削する。このとき、カッタビット２３によって掘削された土砂はチャンバ２９内に取り込まれ、送泥管３０からの送水と共に排泥管３１から外部に排出される。次に、シールドジャッキ３５の何れか一つを収縮方向に作動して既設セグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置４９によりこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成することができる。
【００３１】
このような地中接合式トンネル掘削機により掘削作業により、図６(ａ)に示すように、新設のトンネル、つまり、カッタヘッド１７が既設のトンネルＴの側面部に対して、所定距離に接近すると、カッタヘッド１７の回転を停止すると共にシールドジャッキ３５の駆動を停止し、前胴１１及び後胴１２の前進を停止し、ここから新設トンネルと既設トンネルＴとの接合作業を行う。
【００３２】
即ち、図１及び図３に示すように、全ての中折ジャッキ３４を取外してここにリングスライドジャッキ６１，６２を装着し、図６(ｂ)に示すように、各伸縮ジャッキ２２を収縮して各伸縮スポーク２１をカッタスポーク１９内に収納すると共に、バルブ７５を開放して注水管７６から空間部７４に水を充満して外部より高圧に維持する。この状態で、一方のリングスライドジャッキ６１のみの駆動ロッド６３を伸長し、フランジ部６５を介して外リング４４を押圧し、切削リング４３を前方に突出する。そして、切削リング４３が所定距離前方に移動すると、各ドッキングジャッキ７２を伸長駆動してドッキングピン７１を突出し、先端部を内リング４５の係合溝７３に係合させ、カッタヘッド１７と内リング４５とを一体に連結する。このとき、係合溝７３によりシール５２が不十分となるが、空間部７４が高圧状態となっているために係合溝７３を通して外部から空間部７４への泥水の浸入が防止される。この状態で、カッタ旋回モータ２７を駆動すると、カッタヘッド１７と共に内リング４５が回転することができる。この場合、内リング４５に対して外リング４４及び支持リング５４は回転せず、内リング４５の後端部と支持リング５４との間に介在する軸受メタル５７により内リング４５の回転抵抗を軽減している。
【００３３】
そして、内リング４５を回転した状態で、各リングスライドジャッキ６１により外リング４４を介して切削リング４３を前方に移動すると、図７(ａ)に示すように、内リング４５のカッタビット５０が既設トンネルＴの一次覆工部Ｓ₁の表面に接触し、この一次覆工部Ｓ₁の切削を開始する。この場合、リングスライドジャッキ６２の小型化を図るために伸縮ストロークを短く設定しており、駆動ロッド６３に随時連結ロッドを連結して外リング４４を押圧している。
【００３４】
このようにして内リング４５を回転して前進することで、内リング４５のカッタビット５０が既設トンネルＴの一次覆工部Ｓ₁、更に二次覆工部Ｓ₂を切削し、図７(ａ)に示す位置（第１深さ）にくると、ここで一端切削リング４３の先進を停止する。そして、充填材注入路７８に充填材を供給して外リング４４の先端部に形成された第３吐出口８１から外リング４４の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に充填材を供給し、続いて、薬液注入路７７に薬液を供給して外リング４４の先端部に形成された第１吐出口７９及び第２吐出口８０から外リング４４の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に薬液を供給する。すると、外リング４４の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に供給された充填材により防波堤ができ、切削リング４３の前端側への泥水等の浸入が防止され、この充填材により形成された防波堤に前方に位置する、外リング４４の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に供給された薬液が掘削トンネルの内壁面から地盤に浸透し、周辺地盤を改良、つまり、硬化する。
【００３５】
そして、切削リング４３の前端周辺部に地盤が改良されると、他方のリングスライドジャッキ６２のみの駆動ロッド６５を伸長し、支持リング５４を介して内リング４５を押圧し、外リング４４をその位置に停止したままで内リング４５のみを回転したままで前進し、図７(ｂ)に示すように、内リング４５のカッタビット５０により既設トンネルＴの一次覆工部Ｓ₁及び二次覆工部Ｓ₂を切削する。この場合、外リング４４を停止したまま内リング４５のみを前進するため、外リング４４の外周面と充填材との接触面のシール性は確保され、泥水が薬液側に流れ込むことはない。その後、内リング４５のカッタビット５０による切削が進行し、図７(ｂ)に示す位置（第２深さ）にくると、ここで内リング４５による切削を終了する。このとき、既設トンネルＴ（二次覆工部Ｓ₂）は、内リング４５により上部及び下部は貫通しておらずに側部が貫通しているが、薬液により周辺地盤が硬化しているため、既設トンネルＴ内へ泥水等が浸入することはない。
【００３６】
このように内リング４５が既設トンネルＴの側面部を所定量切削すると、カッタヘッド１７等を解体すると共に、エレクタ装置３８等により新設トンネルの内壁面にセグメントＳを組み付けると共にコンクリートを打設することで、既設トンネルＴと新設トンネルとを接合し、内リング４５が切削した既設トンネルＴの側壁部を図示しない建設機械により除去して既設トンネルＴと新設トンネルとの内部を連通して２つのトンネルの地中接合作業が完了する。なお、切削リング４３は新設トンネルの構造体として埋設する。
【００３７】
このように本実施形態の地中接合式トンネル掘削機にあっては、前胴１１に互いに相対移動自在な外リング４４と内リング４５とからなる切削リング４３を装着し、内リング４５をカッタ旋回モータ２７を用いてカッタヘッド１７と共に一体に回転可能とし、内リング４５の前端部に多数のカッタビット５０を取付ける一方、外リング４４の先端部に第１、第２、第３吐出口７９，８０，８１を形成し、薬液注入路７７を第１吐出口７９及び第２吐出口８０に接続し、充填材注入路７８の先端部を第３吐出口８１に接続している。
【００３８】
そのため、内リング４５が既設トンネルＴの各覆工部Ｓ₁，Ｓ₂を切削して第１深さにくると、ここで第３吐出口８１から外リング４４の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に充填材を供給して前端側への泥水等の浸入が防止し、続いて第１、第２吐出口７９，８０から薬液を供給して周辺地盤を改良し、その後、内リングのみを前進して既設トンネルＴの各覆工部Ｓ₁，Ｓ₂を第２深さまで切削することとなり、既設トンネルＴに新設トンネルを接合する際に既設トンネルＴ内に浸入する泥水等を確実に阻止することができる。
【００３９】
なお、前述した実施形態では、ドッキングピン７１とドッキングジャッキ７２と係合溝７３により切削リング係合手段を構成したが、カッタヘッドにドッキングジャッキにより伸縮可能なドッキング凹部を設け、内リング９３の内周面に形成されたガイド突起部に係合可能としてもよい。また、カッタヘッドを掘進方向に沿って移動可能とすると共にドッキングジャッキにより伸縮可能なドッキングピンを設け、内リング９３の内周面に掘進方向に沿って形成された複数の係合孔に係脱可能とし、カッタヘッドの移動により内リング９３を前進することで、リングスライドジャッキ６１，６２を省略してもよい。この切削リング係合手段を（ドッキングピン７１、ドッキングジャッキ７２、係合溝７３）を３組以上周方向均等間隔で配設してもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、切削リング４３を外リング４４と内リング４５とで二重リング構造としたが、これは、切削リング４３が既設トンネルＴ（二次覆工部Ｓ₂）の内部に貫通するまで切削するようにしたために途中で充填材や薬液の注入による周辺地盤の改良が必要になるからであり、切削リング４３が既設トンネルＴ（二次覆工部Ｓ₂）の内部に貫通する手前で切削をやめるようにすれば、切削リングを一重リング構造としてもよくい。
【００４１】
また、上述の実施形態では、切削リング４３の前方移動時に、外リング４４及び内リング４５を同時に前方移動させる場合と、内リング４５のみを前方移動させる場合があるため、一対のリングスライドジャッキ６１，６２を設けたが、一本のリングスライドジャッキを周方向に平行移動可能に支持することで、共用化してリングスライドジャッキの本数を減少するようにしてもよい。また、外リング４４，９２のフランジ部６５を着脱自在とすることで、一本のリングスライドジャッキによりフランジ部６５と支持リング５４の後壁面６６とを押圧可能としてもよい。
【００４２】
更に、上述の実施形態では、掘削機本体を屈曲自在に連結した前胴１１及び後胴１２で構成したが、一つの胴としてもよく、３つ以上の胴から構成してもよい。更に、上述の実施形態では、本発明の地中接合式トンネル掘削機をシールド掘削機として説明したが、岩盤を掘削するトンネルボーリングマシンに適用することもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機によれば、円筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて該掘削機本体よりもやや小径のカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着された複数の伸縮カッタと、前記掘削機本体の内側に掘進方向に沿って移動自在で且つ周方向に回転自在に設けられた切削リングと、該切削リングを掘進方向に沿って移動させる切削リング移動手段と、前記カッタヘッドと前記切削リングとを周方向に一体回転可能に係合させる切削リング係合手段と、前記切削リングの先端部近傍に設けられた吐出口から該切削リングの外周面と掘削トンネルの壁面との隙間にシール剤を注入するシール剤注入手段とを具えると共に、前記切削リングは、周方向及び掘進方向に互いに相対移動自在に嵌合する一対の内外リングからなり、該内リングの先端部にカッタビットが取付けられる一方、該外リングの先端部に前記吐出口が設けられるので、カッタヘッドによる地盤掘削後に切削リングにより既設トンネルの側壁を切削して接合するとき、事前に切削リングの外周面と掘削トンネルの壁面との隙間にシール剤を注入することで、既設トンネル内に浸入する泥水等を確実に阻止することができ、作業の信頼性の向上を図ることができる。また、外リングを内リングの前進ガイド部として利用できると共に、途中で吐出口からシール剤を注入してシールした後に、内リングのみを前進してカッタビットにより既設トンネルの側壁を切削することとなり、既設トンネル内に浸入する泥水等を確実に阻止することができる。
【００４５】
また、請求項２の発明の地中接合式トンネル掘削機によれば、外リングの先端部に掘進方向に沿った異なる位置に吐出口を設け、掘進方向後方側の吐出口を前方への掘削土砂の流動を阻止するための充填材吐出口とし、掘進方向前方の吐出口を周辺地盤を改良するための薬液吐出口としたので、充填材が防波堤となって泥水等の浸入を阻止すると共に、薬液の漏れを阻止することで、既設トンネル内に浸入する泥水等を確実に阻止することができる。
【００４６】
また、請求項３の発明のトンネル接合工法によれば、カッタヘッドを回転しながら推進することで地盤を掘削して新設トンネルを形成し、既設トンネルの側壁面に対して所定距離接近した位置で掘進を停止し、掘削機本体から内外二重の切削リングを回転しながら前進することで既設トンネルの側壁を第１深さまで切削したら、ここで外リングの先端部に形成された充填材吐出口から充填材を吐出して前方への掘削土砂の流動を阻止した後、外リングの先端部に充填材吐出口よりも前側に形成された薬液吐出口から薬液を吐出して周辺地盤を改良しながら、内リングのみを前進して第２深さまで切削して新設トンネルを既設トンネルに接合するようにしたので、既設トンネルＴ内に浸入する泥水等を確実に阻止することができ、作業の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】地中接合式トンネル掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】切削リングの構造を表す掘削機本体の要部断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接合作業を表す概略図である。
【図７】地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接合作業を表す概略図である。
【符号の説明】
１１前胴（掘削機本体）
１２後胴（掘削機本体）
１７カッタヘッド
２１伸縮スポーク（伸縮カッタ）
２２伸縮ジャッキ
２３カッタビット
２４コピーカッタ
２７カッタ旋回モータ
３４中折ジャッキ
３５シールドジャッキ（推進手段）
３８エレクタ装置
４１内筒
４２収容部
４３切削リング
４４外リング
４５内リング
６１，６２リングスライドジャッキ（切削リング移動手段）
７１ドッキングピン
７２ドッキングジャッキ（油圧ジャッキ）
７３係合溝
７７充填材注入路（シール剤注入手段）
７８薬液注入路（シール剤注入手段）
７９第１吐出口（薬液吐出口）
８０第２吐出口（薬液吐出口）
８１第３吐出口（充填材吐出口）

Claims

円筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて該掘削機本体よりもやや小径のカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着された複数の伸縮カッタと、前記掘削機本体の内側に掘進方向に沿って移動自在で且つ周方向に回転自在に設けられた切削リングと、該切削リングを掘進方向に沿って移動させる切削リング移動手段と、前記カッタヘッドと前記切削リングとを周方向に一体回転可能に係合させる切削リング係合手段と、前記切削リングの先端部近傍に設けられた吐出口から該切削リングの外周面と掘削トンネルの壁面との隙間にシール剤を注入するシール剤注入手段とを具えると共に、前記切削リングは、周方向及び掘進方向に互いに相対移動自在に嵌合する一対の内外リングからなり、該内リングの先端部にカッタビットが取付けられる一方、該外リングの先端部に前記吐出口が設けられることを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
請求項１記載の地中接合式トンネル掘削機において、前記吐出口は前記外リングの先端部に掘進方向に沿った異なる位置に設けられ、掘進方向後方側の前記吐出口は前方への掘削土砂の流動を阻止するための充填材吐出口であり、掘進方向前方の前記吐出口は周辺地盤を改良するための薬液吐出口であることを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
掘削機本体の前部に装着されたカッタヘッドを回転しながら推進することで地盤を掘削して新設トンネルを形成し、既設トンネルの側壁面に対して所定距離接近した位置で掘進を停止し、前記掘削機本体から内外二重の切削リングを回転しながら前進することで前記既設トンネルの側壁を第１深さまで切削したら、該第１深さにて前記外リングの先端部に形成された充填材吐出口から充填材を吐出して前方への掘削土砂の流動を阻止した後、該外リングの先端部に前記充填材吐出口よりも前側に形成された薬液吐出口から薬液を吐出して周辺地盤を改良しながら、前記内リングのみを前進して第２深さまで切削して新設トンネルを既設トンネルに接合することを特徴とするトンネル接合工法。