JP4191537B2

JP4191537B2 - シールド機

Info

Publication number: JP4191537B2
Application number: JP2003157124A
Authority: JP
Inventors: 克巳内田; 康之鈴木; 徹渡辺; 陽夫磯; 利夫小栗; 憲二三戸; 郁夫大江
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: JP2004360228A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネルなど合流部・分岐部を備えるトンネルを構築するために好適に用いられるシールド機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地下利用の進展に伴い、地下５０ｍ程度の大深度地下空間に、道路トンネルや下水道トンネルなどを構築することが行われつつある。特に、地下利用が進展している都市部の地下空間にトンネルを構築する際には、シールド工法が有利である。
道路トンネル等の構築にあっては、本線トンネルとランプトンネルの合流部においては、互いに寄り添う二本のシールドトンネルを一体的に連結する必要がある。
この場合、路上から開削した合流部にシールドトンネルを接続する方法が考えられるが、地上の専有面積が幅、長さともに広範囲になり、問題が大きい。
地盤が堅固な場合には、所定断面のシールドトンネルを掘進した後に、部分的に地盤改良などを施した上でセグメントとを取り外し、ＮＡＴＭ工法などにより合流部を構築することが考えられている。
【０００３】
また、専ら地下空間内において、本線トンネルとランプトンネルとの合流部を構築する技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１４８０８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の技術においては、本線トンネルとランプトンネルとの合流部を構築する際に、開削区間を小規模に抑えることができる。しかし、本線トンネルとランプトンネルとが連結されてなる「分合流部トンネル」の断面形状が異型であるため、その図７に示されているように、セグメントを内面から厚く補強する必要がある。また大きな土圧がかかる大深度に構築されるトンネルの構築には不向きである。
また、円形断面のシールドトンネル同士を横方向に地中で接続するためには、広範囲の地盤改良及び大規模な接続構造物の構築が必要となる。
【０００６】
本発明の課題は、特に大深度地下空間において、二本のシールドトンネルの合流部を合理的に構築するために好適に使用可能なシールド機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図６に示すように、シールド機本体１１，２１の前方に、このシールド機本体１１，２１とほぼ同断面形状のシールド坑を掘削可能なカッタ１２，２２が備えると共に、
前記シールド機本体１１，２１に、このシールド機本体１１，２１の断面の外側を掘削可能な拡径部用カッタ１４，２４と、この拡径部用カッタ１４，２４によって掘削された坑壁内面を被覆可能な拡径部用スキンプレート１５，２５とが、前記シールド機本体１１，２１から側方に突出し又このシールド機本体１１，２１内に収納可能となるように備えるシールド機１，２であって、
前記シールド機本体１１，２１のスキンプレート１３，２３に沿って摺動させることで、収納された前記拡径部用カッタ１４，２４と前記拡径部用スキンプレート１５，２５とを、このシールド機本体１１，２１のスキンプレート１３，２３とほぼ連続する状態に隠蔽し、又露出することが可能なカバー部材１６，２６が備えられていること
を特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、シールド機本体に、このシールド機本体の断面の外側を掘削可能な拡径部用カッタと、この拡径部用カッタによって掘削された坑壁内面を被覆可能な拡径部用スキンプレートとが、シールド機本体から側方に突出し又このシールド機本体内に収納可能となるように備えられているので、拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとをシールド機本体に収納した状態でシールド坑を掘進し、またトンネル路線途上の所望区間において拡径部用カッタ及び拡径部用スキンプレートをシールド機本体から突出させた状態でシールド坑を掘進することで、路線途上で断面形状が変わるトンネルを、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、少ない費用、労力で短期間に掘進しその覆工を構築することができる。
このように、本線トンネルと支線トンネル（ランプトンネル）とをそれぞれ掘進し、本線トンネルと支線トンネルとの合流部においては、これら二本のトンネルを寄り添わせ、この際、二つのトンネルの断面の包絡線を分割した形状に近くなるように拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとを突出させた状態で掘進した上で、二つのトンネルを横に接続することで、合流部の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、例えば図１〜図７に示すように、請求項１に記載のシールド機１，２において、前記拡径部用カッタ１４，２４と前記拡径部用スキンプレート１５，２５とが、前記シールド機本体１１，２１から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成され、かつ上下一対で前記シールド機本体１１，２１に備えられていること
を特徴とする。
【００１０】
請求項２記載にの発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られると共に、拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとが、シールド機本体から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成されているので、このシールド機によって本線トンネルと支線トンネル（ランプトンネル）とをそれぞれ掘進し、これら本線トンネルと支線トンネルとの合流部においては、本線トンネルと支線トンネルとを寄り添わせるようにほぼＤ型断面に掘進することで二つのトンネルの断面の包絡線がほぼ円形になるようにした上で、この二つのトンネルを横に接続することで、ほぼ円形断面の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。また、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の断面を力学的に安定的な形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築するのに適したシールド機となる。
ここで、上記「ほぼ円形」とは、正円形の他、楕円形や長円形等を指す。
【００１２】
また、前述した請求項１に記載の発明によれば、シールド機本体のスキンプレートに沿って摺動させることで、収納された拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとを、このシールド機本体のスキンプレートとほぼ連続する状態に隠蔽し、又露出することが可能なカバー部材が備えられているので、これら拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとをシールド機本体内に収納した状態でシールド機本体の断面形状のシールド坑を掘進する際に、シールド機本体のスキンプレートとカバー部材とによってシールド坑の坑壁を保持しつつ、シールド機を円滑に掘進させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るシールド機の実施の形態について説明する。
本実施の形態のシールド機１，２は、地下に建設される道路トンネルの本線トンネルＴ１とランプトンネル（支線トンネル）Ｔ２とをそれぞれ掘進すると共に、その合流部を構築するするために用いられるものである。
本線トンネルＴ１は、およそ地下５０ｍの深さに設けられる片側３車線の道路トンネルであり、ランプトンネルＴ２は、本線トンネルＴ１の入口車線および出口車線として設けられるトンネルである。シールド機１，２による道路トンネルＴ１，Ｔ２の掘進状況の概要を図１に示す。
【００１４】
シールド機１による掘進手順の斜視図を図２（ａ）〜（ｅ）に、上面図及び断面図を図４（ａ）〜（ｅ）に示す。また、シールド機１の詳細を、図３に示す。
シールド機２による掘進手順も、シールド機１と同様であるので、図示を省略する。
【００１５】
シールド機１（２）はそれぞれ、図１〜図４に示すように、ほぼ円筒形状のシールド機本体１１（２１）の前方に、このシールド機本体１１（２１）とほぼ同断面形状のシールド坑を掘削可能な回転式等のカッタ１２（２２）が備えられたシールド機である。
シールド機本体１１（２１）には、図２〜図４に示すように、その断面の外側を掘削可能な、揺動式の拡径部用カッタ１４（２４）と、この拡径部用カッタ１４（２４）によって掘削された坑壁内面にセグメント５，６で覆工を組み立て可能な拡径部用スキンプレート１５（２５）とが、シールド機本体１１（２１）から側方に突出し又このシールド機本体１１（２１）内に収納可能となるように備えられている。
【００１６】
そして、シールド機１（２）は、図４に示すように、拡径部用カッタ１４（２４）と拡径部用スキンプレート１５（２５）とがシールド機本体１１（２１）から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成されている。
【００１７】
シールド機１（２）による掘進手順を説明する。
シールド機１（２）が本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部に到達するまでは、図２（ａ）、図４（ａ）に示すように、拡径部用カッタ１４（２４）と拡径部用スキンプレート１５（２５）とはシールド機本体１１（２１）の内部に収納され、カバー部材１６（２６）によって、シールド機本体１１（２１）のスキンプレート１３（２３）とほぼ連続する状態に隠蔽されている。
そして、ほぼ円型断面のシールド坑を掘進し、その後方に、断面がほぼ円型となるようにセグメント３（４）を設置していく。
【００１８】
シールド機１（２）が本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部に近づいたら、図２（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、カバー部材１６（２６）がシールド機本体１１（２１）のスキンプレート１３（２３）に沿って摺動させ、このカバー部材によって隠蔽されていた拡径部用カッタ１４（２４）と拡径部用スキンプレート１５（２５）とを坑壁に向かって露出させる。
【００１９】
そして、図２（ｃ）、図４（ｃ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、液圧ジャッキ１５Ｊ（２５Ｊ）を伸出させることにより、上下一対の拡径部用スキンプレート１５（２５）と、これにそれぞれ取り付けられた拡径部用カッタ１４（２４）とが、シールド機本体１１（２１）の側面から外側に突出させる。この状態で、シールド機本体１１（２１）前方のカッタ１２（２２）と拡幅部用カッタ１４（２４）とにより、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能となる。
【００２０】
シールド機１の拡径部用スキンプレート１５は、図５に示すように、液圧ジャッキ１５Ｊの動作によって上下に並行移動することで突出あるいは収納されるようになっている。シールド機２の拡径部用スキンプレート２５は、図６に示すように、その一端が軸固定されており、液圧ジャッキ２５Ｊの動作によって回転しながら突出あるいは収納されるようになっている。
【００２１】
また、図５、図６に示すように、拡径部用スキンプレート１５，２５の側方には補助スキンプレート１５Ａ又は２５Ａ，２５Ｂが備えられており、拡径部用スキンプレート１５，２５がシールド機本体１１，２１の内部に収納された状態から外側に突出する状態までの間、シールド機本体１１，２１のスキンプレート１３（１３Ａ），２３（２３Ａ）との間に空隙ができないよう密閉するようになっている。拡径部用スキンプレート１５，２５とシールド機本体１１，２１のスキンプレート１３（１３Ａ），２３（２３Ａ）、補助スキンプレート１５Ａ，２５Ａ，２５Ｂとの接触部分には、防水のためのシール機構（図示省略）が備えられている。
【００２２】
次いで、シールド機本体１１（２１）から、テール部１７（２７）を切り離す。そして、このテール部１７（２７）に反力をとって、図２（ｄ）、図４（ｄ）に示すように、残りのシールド機本体１１（２１）でほぼＤ型断面のシールド坑を掘進し、その後方には断面がほぼＤ字型となるようにセグメント５（６）を設置していく。
【００２３】
本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部区間の掘進が終了したら、シールド機本体１１（２１）から更に、拡径部用カッタ１４（２４）と拡径部用スキンプレート１５（２５）とを含む中胴部１８（２８）を切り離す。そして、この中胴部１８（２８）に反力をとって、図２（ｅ）、図４（ｅ）に示すように、残りのシールド機本体１１（２１）で再びほぼ円型断面のシールド坑を掘進し、その後方には断面がほぼ円型となるようにセグメント３（４）を設置していく。
【００２４】
以上のようにして、シールド機１，２を用い、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の合流部区間をそれぞれ掘進していく状況の断面を見ると、図７（ａ）〜図７（ｂ）のようになる。
このように、シールド機１，２を掘進させて、互いに並行するように、セグメント５，６でそれぞれほぼＤ型断面に構築された本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工内部に、図７（ｃ）に示すように、仮設支柱７１を設置する。また本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の覆工間の空隙の上下の部分の地山７２に対して、地盤改良材注入、地盤凍結等により地盤改良を施す。
ここで、仮設支柱７１の設置は、セグメント５，６で覆工を組み立てるのと同時に行っても良い。
【００２５】
次いで、図７（ｄ）に示すように、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２の間のセグメントを部分的に取り外し、二本のトンネルＴ１，Ｔ２を横方向に連続させる。
二本のトンネルの連結部分の上下の覆工は、一部残しておき、図７（ｅ）に示すように、この連結部分の土砂を取り除いた後、コンクリート７４を充填する。そして、ブロック材７３とＰＣ鋼棒７５を用いて、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との覆工を緊結し、一体化する。
これにより、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部の断面がほぼ円形となり、力学的に安定したものとなる。そして、図７（ｆ）に示すように、最後に仮設支柱７１を取り外して、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部を完成させる。
【００２６】
以上、本実施の形態に記載のシールド機１，２によれば、シールド機本体１１，２１に、このシールド機本体１１，２１の断面の外側を掘削可能な拡径部用カッタ１４，２４と、この拡径部用カッタ１４，２４によって掘削された坑壁内面を被覆可能な拡径部用スキンプレート１５，２５とが、シールド機本体１１，２１から側方に突出し又このシールド機本体１１，２１内に収納可能となるように備えられているので、
拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とをシールド機本体１１，２１に収納した状態でシールド坑を掘進し、また本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２路線途上の合流部区間において拡径部用カッタ１４，２４及び拡径部用スキンプレート１５，２５をシールド機本体１１，２１から突出させた状態でシールド坑を掘進することで、路線途上で断面形状が変わる本線トンネルＴ１と支線トンネルＴ２を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、少ない費用、労力で短期間に掘進しその覆工を構築することができる。
このように、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２とをそれぞれ掘進し、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部においては、これら二本のトンネルＴ１，Ｔ２を寄り添わせ、この際、二つのトンネルＴ１，Ｔ２の断面の包絡線を分割した形状に近くなるように拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とを突出させた状態で掘進した上で、二つのトンネルＴ１，Ｔ２を横に接続することで、合流部の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
【００２７】
また、拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とが、シールド機本体１１，２１から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成されているので、このシールド機１，２によって本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２とをそれぞれ掘進し、これら本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部においては、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２とを寄り添わせるようにほぼＤ型断面に掘進することで二つのトンネルＴ１，Ｔ２の断面の包絡線がほぼ円形になるようにした上で、この二つのトンネルＴ１，Ｔ２を横に接続することで、ほぼ円形断面の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。また、本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部の断面を力学的に安定的な形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において本線トンネルＴ１とランプトンネルＴ２との合流部を構築するのに適したシールド機となる。
【００２８】
また、シールド機本体１１，２１に収納された拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とを、このシールド機本体１１，２１のスキンプレート１３，２３とほぼ連続する状態に隠蔽し、又露出することが可能なカバー部材１６，２６が備えられているので、これら拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とをシールド機本体１１，２１内に収納した状態でシールド機本体１１，２１の断面形状のシールド坑を掘進する際に、シールド機本体１１，２１のスキンプレート１３，２３とカバー部材１６，２６とによってシールド坑の坑壁を保持しつつ、シールド機１，２を円滑に掘進させることができる。
【００２９】
また、シールド機本体１１，２１は、拡径部用カッタ１４，２４と拡径部用スキンプレート１５，２５とを含む中胴部１８，２８と、その後方のテール部１７，２７とを切り離し可能に構成されているので、シールド坑のセグメント３〜６の断面が変わる箇所においてこのテール部と中胴部とを切り離し、覆工の一部とすることで、応力が集中しやすい覆工形状の変更箇所に十分な強度を備えると共に、これを簡易に構築することができる。
【００３０】
なお、本発明のシールド機は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記の実施の形態では、シールド機１，２からほぼ三角形状の拡径部用カッタ１４，２４及び拡径部用スキンプレート１５，２５を突出させることで、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能にしているが、拡径部用カッタ及び拡径部用スキンプレートの断面形状を四角形状など他の形状に設定し、これをシールド機本体から突出させることで、Ｄ型断面以外の種々の形状のシールド坑拡径部を掘進させるようにしても良い。
また、上記の実施の形態では、シールド機１，２によって、道路トンネルの本線とランプを掘進すると共にその合流部を構築しているが、分岐部や拡幅部を備える鉄道トンネルや下水道トンネル等を構築する際にも本発明のシールド機を好適に利用できる。
また、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、シールド機本体に、このシールド機本体の断面の外側を掘削可能な拡径部用カッタと、この拡径部用カッタによって掘削された坑壁内面を被覆可能な拡径部用スキンプレートとが、シールド機本体から側方に突出し又このシールド機本体内に収納可能となるように備えられているので、拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとをシールド機本体に収納した状態でシールド坑を掘進し、またトンネル路線途上の所望区間において拡径部用カッタ及び拡径部用スキンプレートをシールド機本体から突出させた状態でシールド坑を掘進することで、路線途上で断面形状が変わるトンネルを、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、少ない費用、労力で短期間に掘進しその覆工を構築することができる。
このように、本線トンネルと支線トンネル（ランプトンネル）とをそれぞれ掘進し、本線トンネルと支線トンネルとの合流部においては、これら二本のトンネルを寄り添わせ、この際、二つのトンネルの断面の包絡線を分割した形状に近くなるように拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとを突出させた状態で掘進した上で、二つのトンネルを横に接続することで、合流部の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。
【００３２】
請求項２記載にの発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られると共に、拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとが、シールド機本体から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成されているので、このシールド機によって本線トンネルと支線トンネルとをそれぞれ掘進し、これら本線トンネルと支線トンネルとの合流部においては、本線トンネルと支線トンネルとを寄り添わせるようにほぼＤ型断面に掘進することで二つのトンネルの断面の包絡線がほぼ円形になるようにした上で、この二つのトンネルを横に接続することで、ほぼ円形断面の覆工を完成させることができる。
したがって、本線トンネルと支線トンネルとの合流部を、ＮＡＴＭ工法や開削工法などを併用することなく、経済的に構築することが可能である。また、本線トンネルと支線トンネルとの合流部の断面を力学的に安定的な形状に構築することができるので、特に大きな土圧を受ける大深度の地下空間において本線トンネルと支線トンネルとの合流部を構築するのに適したシールド機となる。
【００３３】
また、請求項１に記載の発明によれば、シールド機本体のスキンプレートに沿って摺動させることで、収納された拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとを、このシールド機本体のスキンプレートとほぼ連続する状態に隠蔽し、又露出することが可能なカバー部材が備えられているので、これら拡径部用カッタと拡径部用スキンプレートとをシールド機本体内に収納した状態でシールド機本体の断面形状のシールド坑を掘進する際に、シールド機本体のスキンプレートとカバー部材とによってシールド坑の坑壁を保持しつつ、シールド機を円滑に掘進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド機によるシールドトンネルの掘削状況の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るシールド機の動作の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るシールド機の一例の詳細を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るシールド機の動作の一例を示す上面図及び断面図である。
【図５】本発明に係るシールド機の動作の一例を示す断面詳細図である。
【図６】本発明に係るシールド機の動作の他の一例を示す断面詳細図である。
【図７】本発明に係るシールド機によるシールドトンネルの掘削状況の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２シールド機
１１，２１シールド機本体
１２，２２カッタ
１３，２３スキンプレート
１４，２４拡径部用カッタ
１５，２５拡径部用スキンプレート
１６，２６カバー部材

Claims

シールド機本体の前方に、このシールド機本体とほぼ同断面形状のシールド坑を掘削可能なカッタが備えられると共に、
前記シールド機本体に、このシールド機本体の断面の外側を掘削可能な拡径部用カッタと、この拡径部用カッタによって掘削された坑壁内面を被覆可能な拡径部用スキンプレートとが、前記シールド機本体から側方に突出し又このシールド機本体内に収納可能となるように備えられているシールド機であって、
前記シールド機本体のスキンプレートに沿って摺動させることで、収納された前記拡径部用カッタと前記拡径部用スキンプレートとを、このシールド機本体のスキンプレートとほぼ連続する状態に遮蔽し、又露出させることが可能なカバー部材が備えられていることを特徴とするシールド機。
前記拡径部用カッタと前記拡径部用スキンプレートとが、前記シールド機本体から外側に突出された状態で、ほぼＤ型断面のシールド坑を掘進可能な形状に形成され、かつ上下一対で前記シールド機本体に備えられていること
を特徴とする請求項１に記載のシールド機。