JP4180539B2 - トンネルの掘削方法及び可変断面カッタ並びに親子シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を変更するトンネルの掘削方法及び可変断面カッタ並びに親子シールド掘進機に関するものである。

シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を変更する掘削工事としては、例えば、地中で互いに近接して複数本並列されている道路や鉄道の上り線用トンネル等の第一トンネルと下り線用トンネル等の第二トンネル間を掘削して接続し、分岐線用トンネル等の新設トンネルを新たに構築する工事がある。この工事は、第一トンネルと第二トンネル間の接続部近傍まで道路等の円形全断面を掘削した後に、掘削断面を変形させて第一トンネルと第二トンネル間を掘削するようになっている。

この場合、従来は、第一トンネルと第二トンネル間の接続掘削部分全長に渡って開削して、開放された空間で新設トンネルの接続部分を形成するようになっていた。そのため、大規模な開削工事が必要となる。

そこで、第一トンネルと第二トンネル間の接続部近傍まで道路等の円形全断面を掘削した後に、掘削断面を変形させて第一トンネルと第二トンネル間を掘削することができる可変断面カッタ及び親子シールド掘進機が要求されている。

掘削断面を掘進途中で小さくして掘進できるシールド掘進機としては、大きい円形の掘削断面を掘削する親シールド機から、小さい円形の掘削断面を掘削する子シールド機が発進する親子シールド掘進機があった（例えば特許文献１参照）。

また、掘削断面を掘進途中で変形可能なカッタとしては、面板を略扇形に分割して、軸回りに回転可能に支持し、分割した面板を回転させることで、カッタの径を変更させるカッタ装置があった（例えば特許文献２参照）。

特許第３２４７８５２号公報 特許第２８１８８７５号公報

しかしながら、上述のトンネルの掘削方法では、第一トンネルと第二トンネル間の掘削部分は、道路等の勾配や曲率を考慮すると非常に長距離となるため、開削区間が長く、開削工事が大規模となり、地上の道路での交通規制や施工費用等、多くの障害があった。

一方、上記特許文献１に記載の親子シールド掘進機は、地下鉄道の駅部分を親子シールド掘進機全体で掘削して、駅部分から続く車両走行用のトンネル部分を親シールド機から発進した子シールド機で掘削するものであるため、第一トンネルと第二トンネル間に新設トンネルを掘削構築する際には適用できなかった。

すなわち、上述の第一トンネルと第二トンネル間を掘削する際には、略矩形の異形断面を掘削することが要求されるが、上述の親子シールド掘進機では、上記異形断面は掘削できず、その他にも、円形断面を掘削した後に、第一トンネルと第二トンネル間の接続部の異形断面を掘削することができるシールド掘進機はなかった。

また、上記特許文献２に記載のカッタ装置は、大径円形断面を小径円形断面に変形するものであり、円形断面を掘削した後に、第一トンネルと第二トンネル間の接続部の異形断面を掘削することはできない。

そこで、本発明の目的は、所定の間隔を隔てて設けられた第一トンネルと第二トンネルとの間に、開削工事を行うことなく円形断面及び異形断面の新設トンネルを掘削構築することができる新規なトンネルの掘削方法及び可変断面カッタ並びに親子シールド掘進機を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を略円形断面からこの断面とは異なる形状の異形断面に、或いはその異形断面から略円形断面に変更するトンネルの掘削方法において、異形断面形状に形成した異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けると共にその翼状面板の突出時に円形断面形状になるようにカッタを形成し、円形掘削断面時に上記翼状面板を突出させて円形断面を掘削し、異形断面掘削時に上記翼状面板を上記異形カッタ面板に収容してその異形カッタ面板で掘削するトンネルの掘削方法である。

請求項２の発明は、所定の間隔を隔てて形成された第一トンネルと第二トンネルとの間に新設トンネルを掘削構築するトンネルの掘削方法において、異形断面形状に形成した異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けてなるカッタを備えた子シールド機を、親シールド機内に収容する親子シールド掘進機を形成し、上記翼状面板を突出させてカッタを回転駆動させながら上記親子シールド掘進機で地上部から上記第一トンネルと第二トンネルとの接続部近傍まで掘削して新設トンネルを構築した後、上記翼状面板を没入させてカッタを揺動駆動させながら上記子シールド機を親シールド機から発進させて上記第一トンネルと第二トンネルとの間を掘削して、第一トンネルと第二トンネルとを互いに結合させて新設トンネルの接続部を構築した後、カッタを揺動駆動させたままで子シールド機で地上部或いは立坑部まで掘削するようにしたトンネルの掘削方法である。

請求項３の発明は、シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を略円形断面からこの断面とは異なる形状の異形断面に、或いはその異形断面から略円形断面に変更するための可変断面カッタにおいて、異形断面形状に形成した異形カッタ面板に、その周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設け、その翼状面板の突出時に円形断面形状となるように構成した可変断面カッタである。

請求項４の発明は、上記翼状面板が、上記異形カッタ面板に設けられその周縁部からシールド径方向に沿って移動自在な移動スポークの側面部に取り付けられた可変断面カッタである。

請求項５の発明は、上記翼状面板の突出時に、隣接する翼状面板の一部が重合して互いに保持し合うように構成された可変断面カッタである。

請求項６の発明は、上記異形カッタ面板が、上記略円形断面の側部を切り欠いた略多角形状に形成され、その周縁部の側部に上記翼状面板が出没自在に設けられた可変断面カッタである。

請求項７の発明は、上記異形カッタ面板が、上記略円形断面よりも小さい径の小径円形状に形成され、その周縁部の全周部に上記翼状面板が出没自在に設けられた可変断面カッタである。

請求項８の発明は、親シールド機内に子シールド機を発進可能に収容する親子シールド掘進機において、上記子シールド機に異形断面形状に形成した異形カッタ面板を設け、該異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けた親子シールド掘進機である。

本発明によれば、開削工事を行うことなく円形断面及び異形断面の新設トンネルを掘削構築することができるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１０及び図１１に示すように、本実施の形態に係る親子シールド掘進機１は、地中で所定の間隔を隔てて複数並列されている道路や鉄道等の上り線用トンネル等の第一トンネル２ａと、下り線用トンネル等の第二トンネル２ｂとの間を掘削して接続すると共に地上まで延びる分岐線用トンネル等の新設トンネル３を新たに構築するためのものである。

なお、本実施の形態では、泥水式シールドを例示して、本発明に係る親子シールド掘進機１を説明する。

図５及び図６に示すように、かかる親子シールド掘進機１は、略円形断面に形成された親シールド機５の親シールドフレーム６内に、この親シールドフレーム６内面の少なくとも一部に接触する接触面を有する異形断面の子シールドフレーム８と、この子シールドフレーム８の前方に回転駆動及び揺動駆動可能に設けられた断面形状を変更可能な可変断面カッタ２１とを有する子シールド機７を発進可能に収容して構成されている。

図６に示すように、子シールド機７の子シールドフレーム８は、上記親シールド機５の親シールドフレーム６内面の上部と下部にそれぞれ接する接触面を外周に有する一対の円弧状フレーム１１ａ、１１ｂと、その一対の円弧状フレーム１１ａ、１１ｂ同士を連結する直線状フレーム１２ａ、１２ｂとで構成されている。

円弧状フレーム１１ａ、１１ｂは、親シールドフレーム６と比較してその厚さ分、小径に形成されている。直線状フレーム１２ａ、１２ｂは、上下方向に一対の円弧状フレーム１１ａ、１１ｂの左右両端同士を繋ぐように設けられている。直線状フレーム１２ａ、１２ｂの後部には、後述するシールドジャッキ１４を設置するためのシールドジャッキ設置枠１５が形成されている。これら上下の円弧状フレーム１１ａ、１１ｂと左右の直線状フレーム１２ａ、１２ｂとで、子シールドフレーム８は上下が円弧状に形成された略矩形の断面形状に構成される。

親シールドフレーム６の内側後部のうち、子シールドフレーム８の直線状フレーム１２ａ、１２ｂの両外側部には、周方向に沿って所定ピッチでシールドジャッキ１４が複数設けられている。子シールドフレーム８の上下の円弧状フレーム１１ａ、１１ｂの内側後部には、周方向に沿って所定ピッチでシールドジャッキ１４が複数設けられている。直線状フレーム１２ａ、１２ｂの内側後部のジャッキ設置枠１５には、上下方向（長手方向）に沿って所定ピッチでシールドジャッキ（図示せず）が複数設けられる。このシールドジャッキ１４は、予め親シールドフレーム６に設置されていたシールドジャッキ１４を子シールド機７の発進時に、直線状フレーム１２ａ、１２ｂの内側に移し替えるものである。

なお、子シールド機７の発進時には、掘削断面が小さくなるため、子シールドフレーム８の上下に設けられたシールドジャッキ１４のみで、十分な推進力を得られる場合がある。この場合には、直線状フレーム１２ａ、１２ｂにシールドジャッキ１４を移し替えなくてもよい。

図７に示すように、子シールドフレーム８の前面には、子シールドフレーム８の断面と同形状のバルクヘッド１６が設けられている。バルクヘッド１６の両外側部位置の親シールドフレーム６の前面には、弓形形状の側部バルクヘッド（図示せず）がそれぞれ設けられている。バルクヘッド１６と側部バルクヘッドとは、分離して設けられており、その間にはシール部材（図示せず）が設けられている。

図５及び図７に示すように、子シールドフレーム８の前面に設けられたバルクヘッド１６には、その中心を貫通して前方に延出したカッタ回転軸１７が設けられている。このカッタ回転軸１７の先端には、回転或いは揺動駆動される可変断面カッタ２１が設けられている。

子シールドフレーム８内には、可変断面カッタ２１を駆動させる駆動モータ３５が設けられている。駆動モータ３５は、油圧或いは電動モータにて構成されており、回転駆動及び揺動駆動を切替自在に行えるように構成されている。駆動モータ３５は、カッタ回転軸１７に同軸上に設けられたリングギヤ３６に噛合するように、リングギヤ３６の周方向に沿って複数設けられている。バルクヘッド１６の上部には送泥管３７が接続され、下部には先端にアジテータ３８が設けられた排泥管３９が接続されている。送泥管３７と排泥管３９は、機内後方に設けられエレクタ４０（図６参照）を支持する筒状のエレクタ支持部材４１の内部を通って掘進方向後方に延出している。

図１乃至図３に示すように、可変断面カッタ２１は、カッタ回転軸１７の先端に取り付けられた異形カッタ面板９に、その周縁部２２からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板２３を設け、その翼状面板２３の突出時に円形断面形状となるように構成したことを特徴とする。異形カッタ面板９は円形断面の側部を切り欠いた略多角形状に形成され、揺動回転することで、子シールドフレーム８の断面と同形の略矩形断面を掘削するようになっている。

異形カッタ面板９の前面には、複数のカッタビット１８が放射状に配列されている。異形カッタ面板９は、所定角度揺動することで上下に円弧状フレーム１１ａ、１１ｂを有する子シールドフレーム８の断面と同形の略矩形断面を掘削すべく、上下に円弧状フレーム１１ａ、１１ｂと同等の曲率半径の円弧状部分２４を有すると共に、子シールドフレーム８の断面形状と同形の略矩形の形状の上下左右４箇所に面取部２５を形成してなる略八角形の異形断面形状（略多角形状）に形成されている。面取部２５の切断面はそれぞれ直線状に形成され、対角線上に位置する面取部２５の切断面同士が互いに平行になるように形成されている。

異形カッタ面板９がその揺動折返し点に位置したときに、対角線上に位置する各面取部２５の切断面が互いに直線状フレーム１２ａ、１２ｂに平行になるようになっており、略矩形の断面形状の直線状の側面部を掘削形成する。よって、異形カッタ面板９を所定角度で揺動駆動することで、子シールド機７の子シールドフレーム８と略同形の断面形状が掘削される。

異形カッタ面板９の周縁部２３の側部２７には、翼状面板２３が出没自在に設けられている。翼状面板２３は、異形カッタ面板９に設けられシールド径方向に沿って移動自在な移動スポーク２６に取り付けられている。移動スポーク２６は、異形カッタ面板９の周縁部２３の側部２７にシールド径方向に延びて複数設けられている。移動スポーク２６は、異形カッタ面板９の周縁部２３の側部２７近傍に形成された切欠部２８に配置されており、移動スポーク２６の前面が、異形カッタ面板９の切欠部２８より前方の切羽に臨むように構成されている。移動スポーク２６は、シールド径方向に移動自在に設けられたロッド２９の先端に設けられている。ロッド２９は、異形カッタ面板９の内部にシールド径方向に沿って設けられたシリンダ３１内に挿入支持されている。移動スポーク２６は断面方形に形成されており、その前面には、複数のカッタビット１８が設けられている。

移動スポーク２６の側面部３２（図４参照）には、翼状面板２３が設けられている。翼状面板２３は、シールド周方向に延出して形成されており、その基端部が移動スポーク２６の側面部３２に固定されている。翼状面板２３は、シールド径方向に所定の長さを有しており、移動スポーク２６が異形カッタ面板９からシールド径方向外方へ突出したときに、隣接する移動スポーク２６間の隙間を塞ぐように構成されている。また、翼状面板２３は、移動スポーク２６が異形カッタ面板９に没入したときに、隣接する移動スポーク２６と干渉しない幅（シールド周方向長さ）を有している。翼状面板２３のシールド外周側は、円弧状部分２４と略同径の曲率半径を有する円弧状に形成されており、移動スポーク２６が異形カッタ面板９からシールド径方向外方へ突出したときに、異形カッタ面板９と移動スポーク２６と翼状面板２３とで、円形断面を呈するように構成されている。

図４に示すように、翼状面板２３は、上記形状の二枚の板材をシールド軸方向に所定の間隔を隔てて配置し、そのシールド外周側端部同士を連結板３３で一体的に連結して構成されている。翼状面板２３は、異形カッタ面板９の内部で表面板１０の裏側（後側）に配置されており、移動スポーク２６が異形カッタ面板９に没入したときに、異形カッタ面板９の表面板１０に干渉しないように構成されている。

また、本実施の形態では、隣接する翼状面板２３の一部が重合して互いに保持し合うように構成されている。具体的には、隣接する移動スポーク２６間に互いに向き合って形成された翼状面板２３同士は、一方の翼状面板２３の二枚の板材が他方の翼状面板２３の二枚の板材の間に位置するようにシールド軸方向にずれて配置されており、移動スポーク２６が異形カッタ面板９に没入したときに、隣接する翼状面板２３同士が互いに干渉しないように構成されている。隣接する翼状面板２３は、移動スポーク２６が異形カッタ面板９からシールド径方向外方へ突出したときに、隣接する翼状面板２３の一部（先端部同士）が接触して重合し、互いに保持し合うように構成されている。これにより、隣接する翼状面板２３同士は、地山２７の切羽からの土圧に対して一体的に対抗できる。すなわち、翼状面板２３単体では、移動スポーク２６に対して片持ち支持となるが、隣接する翼状面板２３同士が一体で、その両端で移動スポーク２６に両端支持されるのと同様になる。

図３に示すように、複数の移動スポーク２６のうち、一つおきに配置された移動スポーク２６のシールド外周側端部には、シールド径方向外方に突出するカッタビット３４が設けられている。このカッタビット３４は、親シールド機５の親シールドフレーム６の厚さ分突出しており、可変断面カッタ２１が回転駆動する際に、親シールドフレーム６の外周面部分まで延びて、親シールドフレーム６の外周面と同径の円形断面を掘削するように構成されている。

また、移動スポーク２６が突出したときに、可変断面カッタ２１の移動軌跡上でカッタビット１８が存在しない部分（回転時に移動スポーク２６を支持するロッド２９のみが通過する部分）が発生するが、その部分の回転軌跡上に位置する異形カッタ面板９の長径部分の前面には、カッタビット１８がシールド径方向に連続して多数設けられている。

次に、上記構成の親子シールド掘進機１を用いたトンネルの掘削方法について説明する。

図１０に示すように、まず、親子シールド掘進機１を地上部から発進させて地山２７を掘削して、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂの近傍まで新設トンネル３を構築する。

このとき、可変断面カッタ２１は、図２に示すように、予め移動スポーク２６を突出させて、異形カッタ面板９と移動スポーク２６と翼状面板２３とで、大径の円形断面を構成しておく。そして、円形断面に形成された可変断面カッタ２１を回転駆動させながら、円形断面の新設トンネル３を掘削する。

この掘削では、可変断面カッタ２１は、翼状面板２３をシールド径方向外方へ突出させたことによって、全体で円形断面となるので、効率的な掘削ができる。また、移動スポーク２６が突出して回転するときに、移動スポーク２６を支持するロッド２９のみが通過する部分の異形カッタ面板９の長径部分に、カッタビット１８を連続して多数設けたので、カッタビット１８が通過しない部分はなく、さらに効率的な掘削ができる。

一方、掘削時には、可変断面カッタ２１は、掘削する地山２７の切羽より土圧を受けるが、本実施の形態によれば、異形カッタ面板９に複数の移動スポーク２６を設け、その移動スポーク２６に複数の翼状面板２３を設けたことによって、個々の翼状面板２３の面積が小さくなり、一つの翼状面板２３で受ける土圧を低減することができる。さらに、隣接する翼状面板２３の一部が重合して互いに保持し合うように構成されているので、隣接する翼状面板２３同士が一体で、その両端で隣接する移動スポーク２６に両端支持される状態となり、地山２７の切羽からの土圧に確実に対抗できる。そして、異形カッタ面板２３と移動スポーク２６と翼状面板２３の後面には泥水室が形成される。

そして、親子シールド掘進機１が、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂとの間に近接した後に、親シールド機５から子シールド機７を発進させる。

このとき、子シールド機７を発進させる前に、図１及び図１１に示すように、可変断面カッタ２１の移動スポーク２６を異形カッタ面板９内に没入させる。このとき、翼状面板２３は、互いに重合し合って異形カッタ面板９内に収容されて、可変断面カッタ２１は、異形カッタ面板９の外周形状である異形断面形状となる。このように、本発明によれば、移動スポーク２６を異形カッタ面板９内に没入するだけで、円形断面から異形断面への変形ができる。

これと同時に、図８に示すように、子シールド機７を若干前進させた後、シールドジャッキ１４を部分的に縮退させて、その隙間に子シールド機７用のテールフレーム４３とテールシール４４を溶接等によって取り付ける。

テールフレーム４３とテールシール４４の取付けが終了したならば、断面円形に組み立てられた新設トンネル３の既設セグメント４５に続けて、セグメントを略矩形断面に組み立て、親シールドフレーム６に設置されていたシールドジャッキ１４を、直線状フレーム１２ａ、１２ｂの内側に移し替える。

一方、図７に示すように、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂの互いに向かい合う対向部分４６は、子シールド機７で地山と共に掘削されるので、シールド掘進機で掘削可能な材料で構築しておく。例えば、予め鉄筋が除去された無筋セグメント等にて対向部分４６を構築しておく。そして、各トンネル２ａ、２ｂの対向部分４６のトンネル内側部に、掘削時の土圧を一時的に保持するための隔壁４７をそれぞれ形成しておく。

なお、対向部分４６は、上記構成に限られるものではない。例えば、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂの構築時に、トンネル壁と共に、地山の土圧を保持できる隔壁を形成しておき、隔壁の外側部分（地山側）に土砂等の充填材を充填させておいてもよい。

そして、可変断面カッタ２１を駆動モータ１９によって揺動駆動させながら、子シールド機７を発進させる。なお、可変断面カッタ２１を揺動させるために、駆動モータ１９に代えて油圧ジャッキを揺動方向に合わせて適宜組み合わせて設置した駆動機構を形成し、その油圧ジャッキの伸縮によって揺動させるようにしてもよい。

この状態で、子シールド機７により第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂとの間の地山２７を各トンネル２ａ、２ｂの無筋の対向部分４６と共に所定長さ（例えば２００〜４００ｍ程度）掘削して、新設トンネル３の接続部分を構築していく。新設トンネル３の接続部分の掘削が終了した後、引き続き異形断面形状の可変断面カッタ２１を揺動駆動させながら、子シールド機７によって地上部或いは立坑部（図示せず）まで掘進する。その後、子シールド機７を解体して回収する。

新設トンネル３の接続部分では、第一トンネル２ａ、新設トンネル３の接続部分及び第二トンネル２ｂの上下の地山２７に薬液を注入する等して、上下の地山２７を地盤改良する。そして、第一トンネル２ａ、新設トンネル３の接続部分及び第二トンネル２ｂを鉄筋コンクリート等で一体的に接続固定して、隔壁４７を除去した後に、その内部に、道路等を形成する。

以上のように、上記構成の可変断面カッタ２１を備えた親子シールド掘進機１を形成して、この親子シールド掘進機１で地上部から上記第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂとの接続部近傍まで掘削して新設トンネル３を構築した後、上記子シールド機７を親シールド機５から発進させて上記第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂとの間を掘削し、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂとを互いに結合させて新設トンネル３の接続部を構築するようにしたことによって、開削工事を行うことなく、一台の親子シールド掘進機１で、途中で掘削断面が変更される新設トンネル３を掘削構築することができる。よって、工事の施工効率が大幅に向上すると共に、施工費用の大幅な削減が達成される。

一方、地上から第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂの近傍までは、翼状面板２３を異形カッタ面板９から突出させて円形断面とした可変断面カッタ２１を回転駆動させて円形断面を掘削しているので、掘削効率が高く掘削時間の短縮を達成できる。そして、その後は、翼状面板２３を異形カッタ面板９に没入させて異形断面とした後、この可変断面カッタ２１を揺動駆動するので、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂ間の異形断面を掘削することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、新設トンネル３の接続部分を掘削する際に、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂの一部を同時に掘削しているが、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂを掘削せずに、その間に新設トンネル３の接続部分を形成して、第一トンネル２ａ及び第二トンネル２ｂと新設トンネル３とを部分的に接続するようにしてもよい。この場合、接続部分の断面形状は円形或いは矩形のどちらでもよい。但し、矩形断面の方が、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂのより近傍に掘削できるため、地盤改良等の補助方向の施工スペースを小さくすることができることとなり好ましい。

また、上記実施の形態では、上り線用トンネルを第一トンネル２ａ、下り線用トンネルを第二トンネル２ｂとして説明したがこれに限られるものではない。例えば、第一トンネル２ａと第二トンネル２ｂが共に上り線用トンネル或いは下り線用トンネルであってもよく、また、上下線両方を備えたトンネルであってもよい。

なお、本実施の形態では、大径の円形断面から異形断面へと変形する場合を説明したが、上記構成の可変断面カッタ２１では、翼状面板２３を突出させるだけで、異形断面から円形断面への変更も容易に行える。

図１２及び図１３に本発明に係る可変断面カッタの他の実施の形態を示す。

本実施の形態に係る可変断面カッタ５１は、異形カッタ面板５２が、翼状面板５３がシールド径方向外方に突出した際の円形断面よりも小さい径の小径円形状の異形断面に形成され、その周縁部５４の全周部５５に渡って翼状面板５３が放射状に出没自在に設けられている。なお、本実施の形態では、小径円形状を、大径の円形断面とは異なる異形断面としている。

翼状面板５３は、異形カッタ面板５２に等角度ピッチで設けられシールド径方向に沿って移動自在な移動スポーク５６に取り付けられている。移動スポーク５６は、異形カッタ面板５２の周縁部５４の全周部５５にシールド径方向に延びて形成された切欠部５８に配置されており、移動スポーク５６の前面が、異形カッタ面板５２の切欠部５８より前方の切羽に臨むように構成されている。移動スポーク５６は、シールド径方向に移動自在に設けられたロッド５９の先端に設けられている。ロッド５９は、異形カッタ面板５２の内部にシールド径方向に沿って設けられたシリンダ５７内に挿入支持されている。移動スポーク５６は断面方形に形成されており、その前面には、複数のカッタビット１８が設けられている。

移動スポーク５６は、一つおきに、径方向長さが円形断面の径と小径断面の径との差の長さである長軸移動スポーク５６ａと、径方向長さが長軸移動スポーク５６ａの略半分である短軸移動スポーク５６ｂとが交互に配置されて構成されている。これら長軸移動スポーク５６ａと短軸移動スポーク５６ｂの長さに応じて、径方向長さ長短二種類の切欠部５８が一つおきに形成されている。長軸移動スポーク５６ａと短軸移動スポーク５６ｂは、異形カッタ面板５９に没入した際には、移動スポーク５６の先端面と、異形カッタ面板５９の外周面とで、小径の円周部を構成する。長軸移動スポーク５６ａの中心側半分には、カッタビット１８が外周側よりも多数設けられている。これは、長軸移動スポーク５６ａの外周側半分の回転軌跡は、短軸移動スポーク５６ｂの回転軌跡と重合するため、カッタビット１８は、十分な数を備えているが、長軸移動スポーク５６ａの中心側半分の回転軌跡には、短軸移動スポーク５６ｂが位置しないので、カッタビット１８が不足するためである。

また、移動スポーク５６が突出したときに、可変断面カッタ５１の移動軌跡上でカッタビット１８が存在しない部分（移動スポーク５６を支持するロッド５９のみが位置する部分）が発生するが、その部分の回転軌跡上に位置する異形カッタ面板５２の前面部分には、複数のカッタビット１８が設けられている。

移動スポーク５６の側面部には、翼状面板５３が設けられている。翼状面板５３は、シールド周方向に延出して形成されており、その基端部が移動スポーク５６の側面部に固定されている。翼状面板５３は、シールド径方向に所定の長さを有しており、移動スポーク５６が異形カッタ面板５２からシールド径方向外方へ突出したときに、隣接する移動スポーク５６間の隙間を塞ぐように構成されている。また、翼状面板５３は、移動スポーク５６が異形カッタ面板５２に没入したときに、隣接する移動スポーク５６と干渉しない幅（シールド周方向長さ）を有している。翼状面板５３のシールド外周側は、大径の円形と略同径の曲率半径を有する円弧状に形成されており、移動スポーク５６が異形カッタ面板５２からシールド径方向外方へ突出したときに、移動スポーク５６と翼状面板５３の先端面で、大径の円形を呈するように構成されている。隣接する翼状面板５３は、上記実施の形態の翼状面板２３と同様に、先端部同士が重合して互いに保持し合うように構成されている。

上記構成によれば、上述の実施の形態と同様に、移動スポーク５６の出没だけで断面を変形可能とすることができ、翼状面板５３は一体的に切羽からの土圧に対抗することができる。また、かかる可変断面カッタ５１では、大径の円形断面と、小径の円形断面の異形断面との間で、変形させることができるので、大径の親シールド機内に小径の子シールド機を収容した通常の泥水式親子シールド掘進機にも適用することができる。

本発明に係る可変断面カッタの好適な実施の形態を示した正面図である。 本発明に係る可変断面カッタの好適な実施の形態を示した正面図である。 本発明に係る可変断面カッタの好適な実施の形態を示した部分拡大正面図である。 本発明に係る可変断面カッタの好適な実施の形態を示した部分側面断面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機を示した断面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機を示した後面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機の子シールド機の掘削状態を示した正面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機を示した断面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機を示した後面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機の掘削状態を示した側面断面図である。 本発明に係る親子シールド掘進機の掘削状態を示した正面断面図である。 本発明に係る可変断面カッタの好適な他の実施の形態を示した正面図である。 本発明に係る可変断面カッタの好適な他の実施の形態を示した正面図である。

符号の説明

１ 親子シールド掘進機
５ 親シールド機
７ 子シールド機
９ 異形カッタ面板
２１ 可変断面カッタ
２２ 周縁部
２３ 翼状面板
２６ 移動スポーク
５１ 可変断面カッタ
５２ 異形カッタ面板
５３ 翼状面板
５４ 周縁部
５５ 全周部
５６ 移動スポーク

Claims (8)

1. シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を略円形断面からこの断面とは異なる形状の異形断面に、或いはその異形断面から略円形断面に変更するトンネルの掘削方法において、異形断面形状に形成した異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けると共にその翼状面板の突出時に円形断面形状になるようにカッタを形成し、円形掘削断面時に上記翼状面板を突出させて円形断面を掘削し、異形断面掘削時に上記翼状面板を上記異形カッタ面板に収容してその異形カッタ面板で掘削することを特徴とするトンネルの掘削方法。
2. 所定の間隔を隔てて形成された第一トンネルと第二トンネルとの間に新設トンネルを掘削構築するトンネルの掘削方法において、異形断面形状に形成した異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けてなるカッタを備えた子シールド機を、親シールド機内に収容する親子シールド掘進機を形成し、上記翼状面板を突出させてカッタを回転駆動させながら上記親子シールド掘進機で地上部から上記第一トンネルと第二トンネルとの接続部近傍まで掘削して新設トンネルを構築した後、上記翼状面板を没入させてカッタを揺動駆動させながら上記子シールド機を親シールド機から発進させて上記第一トンネルと第二トンネルとの間を掘削して、第一トンネルと第二トンネルとを互いに結合させて新設トンネルの接続部を構築した後、カッタを揺動駆動させたままで子シールド機で地上部或いは立坑部まで掘削するようにしたことを特徴とするトンネルの掘削方法。
3. シールド掘進機でトンネルを掘削施工する途中でトンネル断面を略円形断面からこの断面とは異なる形状の異形断面に、或いはその異形断面から略円形断面に変更するための可変断面カッタにおいて、異形断面形状に形成した異形カッタ面板に、その周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設け、その翼状面板の突出時に円形断面形状となるように構成したことを特徴とする可変断面カッタ。
4. 上記翼状面板が、上記異形カッタ面板に設けられその周縁部からシールド径方向に沿って移動自在な移動スポークの側面部に取り付けられた請求項３記載の可変断面カッタ。
5. 上記翼状面板の突出時に、隣接する翼状面板の一部が重合して互いに保持し合うように構成された請求項３または４記載の可変断面カッタ。
6. 上記異形カッタ面板が、上記略円形断面の側部を切り欠いた略多角形状に形成され、その周縁部の側部に上記翼状面板が出没自在に設けられた請求項３〜５いずれかに記載の可変断面カッタ。
7. 上記異形カッタ面板が、上記略円形断面よりも小さい径の小径円形状に形成され、その周縁部の全周部に上記翼状面板が出没自在に設けられた請求項３〜５いずれかに記載の可変断面カッタ。
8. 親シールド機内に子シールド機を発進可能に収容する親子シールド掘進機において、上記子シールド機に異形断面形状に形成した異形カッタ面板を設け、該異形カッタ面板にその周縁部からシールド径方向に沿って出没自在の翼状面板を設けたことを特徴とする親子シールド掘進機。
   

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