JP4248734B2 - シールド機及びシールド工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド機及びシールド工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを施工する方法として、特開平２０００−１４５３６２号公報に示すように、いわゆるＭＭＳＴ（マルチ−マイクロ シールド トンネリング）工法が知られている。
このＭＭＳＴ工法は、トンネルの外殻部を構成する単体トンネルを複数構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築した後、トンネル内部土砂を掘削することでトンネルを構築する方法である。
【０００３】
ここで、単体トンネルは、単体シールド機で地山を掘削して掘削孔を形成しつつ、単体シールド機内において作製された筒型鋼殻であるセグメントリングを掘削孔内部に順次設けていくことで構築される。
また、隣接する単体トンネルどうしの接続は、土留め板を隣接する単体トンネルの一方の単体トンネルから他方の単体トンネルに向かって押し込んだ後、単体トンネル間の土砂を掘削することで行われる。
ＭＭＳＴ工法によれば、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築するので、地山を掘削するに際して、単体トンネルどうしの間隔を変化させることで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネルの断面形状を大きくするために隣接する単体トンネルどうしの間隔を大きくすると、より長い土留め板を架設しなければならないので、隣接する単体トンネル間に土留め板を架設する作業に手間がかかるようになる。
また、単体トンネル間の土砂の量も多くなるので、単体トンネル間の土砂を掘削する作業に手間がかかるようになる。
したがって、隣接する単体トンネルどうしの間隔を大きくすると、単体トンネルどうしの接続に手間がかかり、よって断面形状の大きさが異なるトンネルの構築に手間がかかっていた。
本発明の課題は、断面形状の大きさが異なるトンネルを容易に構築することができるシールド機及びシールド工法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば図１及び図３に示すように、胴体１１と、該胴体１１の先端部に配置されたカッター４０とを備えた単体シールド機１０を複数備えたシールド機１であって、前記単体シールド機１０は、該単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に複数配置されており、隣接する前記胴体１１どうしの側面間の隙間を塞ぐ側面閉塞部材２０と、隣接する前記胴体１１どうしの先端面間の隙間を塞ぐ先端面閉塞部材３０とを備え、隣接する前記カッター４０どうしの一部が、前記単体シールド機１０の進行方向と交差する方向において重ねられており、隣接する前記単体シールド機１０どうしが、前記単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに接離可能となっており、前記側面閉塞部材２０は、複数の第１閉塞プレート２１、２５を備えており、複数の前記第１閉塞プレート２１、２５どうしの一部は、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第１閉塞プレート２１、２５は、隣接する前記胴体１１のそれぞれに固定されており、隣接する前記第１閉塞プレート間２１、２５の隙間が止水材２７で塞がれていることを特徴とする。
【０００６】
ここで、単体シールド機としては、従来のＭＭＳＴ工法における単体シールド機を使用することができる。また、側面閉塞部材としては、例えば請求項１または３記載の発明における側面閉塞部材があり、先端面閉塞部材としては、例えば請求項２または４記載の発明における先端面閉塞部材がある。また、隣接する単体シールド機どうしを、単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに接離可能とするには、例えば、単体シールド機どうしをジャッキで連結すればよい。また、止水材２７としては、例えばシールパッキンや止水用のグリスなどがある。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、地山を掘削している際に、単体シールド機どうしの間の隙間に土砂が入り込むことがなく、また、地山中で隣接するシールド機どうしを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜接離させることで、シールド機の断面形状の大きさを地山中で変更することができる。
したがって、本請求項のシールド機を用いて以下のようにして断面形状の異なるトンネルを構築することができる。
【０００８】
まず、隣接する単体シールド機どうしの間隔を所定の大きさに設定して、シールド機で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、第１の掘削孔の内周に、第１の掘削孔の断面形状に合わせた第１のトンネルを構築する。ここで、トンネルは例えばセグメントリングで構成される。
【０００９】
次いで、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機どうしの間隔を変更して、シールド機でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、第２の掘削孔の内周に、第２の掘削孔の断面形状に合わせた第２のトンネルを構築する。
このようにして構築された第１のトンネルの断面形状は第２のトンネルの断面形状と異なっている。すなわち、断面形状の大きさの異なるトンネルを構築することができる。
【００１０】
したがって、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００１１】
さらに、隣接する前記カッターどうしの一部が、単体シールド機の進行方向と交差する方向において重ねられているので、単体シールド機どうしを互いに離しても、カッターどうしが単体シールド機の進行方向と交差する方向において離れることがない。したがって、単体シールド機どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
【００１２】
また、ＭＭＳＴ工法でトンネルを構築するに際して、複数の単体トンネルのうち少なくとも一つを本請求項のシールド機を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
すなわち、本請求項のシールド機を用いて構築される単体トンネルの断面形状の大きさは異なっているので、この単体トンネルと他の複数の単体トンネルとを互いに近接するようにして構築しても、これら単体トンネルどうしを接続することで構築されるトンネルの断面形状の大きさは異なっていることとなる。
【００１３】
したがって、断面形状が地山中で大きくなるトンネルを構築するに際しては、従来のように単体トンネルどうしの間隔を大きくする必要がないので、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００１５】
また、請求項１記載の発明によれば、複数の第１閉塞プレート及び止水材が胴体どうしの側面間の隙間を塞いでおくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、複数の第１閉塞プレートを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、単体シールド機どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、例えば図４に示すように、請求項１記載の発明において、先端面閉塞部材３０は、複数の第２閉塞プレート（閉塞プレート）３１・３５を備えており、複数の前記第２閉塞プレート３１・３５どうしの一部は、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第２閉塞プレート３１・３５は、隣接する胴体１１のそれぞれに固定されており、隣接する前記第２閉塞プレート３１・３５間の隙間が止水材３７で塞がれていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、複数の第２閉塞プレート及び止水材が胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、複数の第２閉塞プレートを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、例えば図１５に示すように、請求項１記載の発明において、先端面閉塞部材は、一枚の第４閉塞プレート（閉塞プレート）３８を備えており、前記第４閉塞プレート３８の一方の端部が、隣接する胴体１１のうち一方の胴体１１ａに固定されており、前記第４閉塞プレート３８の他方の端部が、隣接する胴体１１のうち他方の胴体１１ｂに該胴体１１ｂに対して単体シールド１０の進行方向に交差する方向にスライド可能に接続されており、前記第４閉塞プレート３８の他方の端部と前記他方の胴体１１ｂとの間の隙間が止水材３９で塞がれていることを特徴とする。ここで、第４閉塞プレートの部位のうち単体シールドどうしの間の隙間に対向する部位を他の部位よりも厚く形成するのが望ましい。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、第４閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、第４閉塞プレートを他方の胴体に対して単体シールド機の進行方向と交差する方向に適宜スライドさせることで、胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、例えば図７に示すように、請求項１〜３のいずれか記載の発明において、補助カッター５０・・・が、複数のカッター４０どうしの間と、複数の前記カッター４０のうち両端側のカッター４０の外側とにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、複数のカッターどうしの間に配置された補助カッターで地山を掘削することができるので、カッターどうしの間の地山部分を確実に掘削できる。また、両端側のカッターの外側に配置された補助カッターで地山を掘削することで、シールド機前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。したがって、シールド機前方の地山を確実に掘削することができ、よってシールド機を確実に掘進させることができる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、例えば図７及び図９に示すように、請求項４記載の発明において、前記補助カッター５０は、トンネルの切羽面と平行な方向に移動可能となっていることを特徴とする。請求項５記載の発明によれば、補助カッターを適宜移動させながら、この補助カッターで地山を掘削することができるので、請求項４記載の発明に比してカッターどうしの間の地山部分をより確実に掘削できる他、シールド機前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、例えば図１、図２、図１０及び図１１に示すように、請求項１〜５のいずれか記載のシールド機１を用いたシールド工法であって、隣接する単体シールド機１０どうしの間隔を所定の大きさに設定して、前記シールド機１で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、前記第１の掘削孔の内周に、前記第１の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０を形成していく工程と、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機１０どうしの間隔を変更して、前記シールド機１でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、前記第２の掘削孔の内周に、該第２の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６５を形成していく工程とを含み、前記セグメントリング６０、６５は、複数のセグメントどうしの側端面を接続することで形成されるものであり、前記複数のセグメントのうち少なくとも一つは、その両側端面が外周面側から内周面側に向かうに従って漸次内側に傾斜した楔形セグメント６１、６２、６３であり、両側端面間の長さの異なる複数種類の楔形セグメント６１、６２、６３を用意しておき、前記複数種類の楔形セグメント６１、６２、６３の内所定の楔形セグメントを選択し、選択された楔形セグメントと他の複数のセグメント６４とを接続することで、掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０、６５を形成することを特徴とする。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機どうしの間隔を変更して、前記シールド機でさらに地山を掘削することで、第１の掘削孔に対して断面形状の大きさが異なる第２の掘削孔が形成される。そして、第１の掘削孔の内周と第２の掘削孔の内周とのそれぞれに、掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリングを形成することで断面形状の異なるトンネルを構築することができる。
【００２７】
したがって、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
また、本発明を用いてＭＭＳＴ工法における単体トンネルを構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００２９】
また、請求項６記載の発明によれば、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。さらに、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状ごとに大きさの異なる複数種類のセグメントを用意する必要がないので、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
まず、図１〜図８に基づいて構成を説明する。
図１及び図７に示すように、本実施の形態のシールド機１は、ＭＭＳＴ工法で使用される二つの単体シールド機１０と、６つの補助カッター５０とを備えている。
単体シールド機１０は、胴体１１とカッター４０とを備えている。
【００３１】
胴体１１は、中空部を備えた断面矩形状の鋼殻であり、先端部にバルクヘッド１９が設けられており、基端部において胴体１１どうしを仕切る側壁が除去されている。
また、図５及び図６に示すように、胴体１１どうしは連結ジャッキ５８で連結されており、連結ジャッキ５８を伸縮させることで単体シールド機１０どうしの間隔が適宜変更される。
【００３２】
バルクヘッド１９どうしの間の隙間は先端面閉塞部材３０で塞がれており、胴体１１どうしの上下の側面間の隙間は側面閉塞部材２０・２０で塞がれている。
なお、側面閉塞部材２０は、胴体１１から、単体シールド１０の進行方向における後方に突出している。
【００３３】
側面閉塞部材２０は、シールド機１の進行方向に長尺な板状部材である閉塞プレート（第１閉塞プレート）２１・２５を備えている。閉塞プレート２１は二つの胴体１１のうち一方の胴体１１ａに固定されており、閉塞プレート２５は他方の胴体１１ｂに固定されている。
【００３４】
図３に示すように、閉塞プレート２１の下端部の右側端部には、第１の切欠き２２が閉塞プレート２１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されており、閉塞プレート２１の下端部における第１の切欠き２２の内側には、第２の切欠き２２が閉塞プレート２１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。
【００３５】
一方、閉塞プレート２５の上端部の左側端部には、切欠き２６が閉塞プレート２５の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。そして、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とが、閉塞プレート２１の切欠き２３における下端面２３ａと閉塞プレート２５の切欠き２６における上端面２６ａとが対向するようにして重なり合っている。
【００３６】
さらに、閉塞プレート２１の下端面２３ａと閉塞プレート２５との間の隙間が止水材（シールパッキンや止水用のグリースなどで構成される）２７で塞がれており、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とは、単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１において左右方向）にスライド可能となっている。
【００３７】
同様に、先端面閉塞部材３０は、図１において上下に長尺な板状部材である閉塞プレート（第２閉塞プレート）３１・３５を備えている。そして、閉塞プレート３１は胴体１１ｂに固定されており、閉塞プレート３５は胴体１１ａに固定されている。
【００３８】
閉塞プレート３１の表面部の右側端部には、第１の切欠き３２が閉塞プレート３１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されており、閉塞プレート３１の表面部における第１の切欠き３２の内側には、第２の切欠き３２が閉塞プレート３１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。
【００３９】
一方、閉塞プレート３５の裏面部の左側端部には、切欠き３６が閉塞プレート３５の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。そして、閉塞プレート３１と閉塞プレート３５とが、閉塞プレート３１の切欠き３３における表面２３ａと閉塞プレート３５の切欠き３６における裏面３６ａとが対向するようにして重なり合っている。
【００４０】
さらに、閉塞プレート２１の下端面２３ａと閉塞プレート２５との間の隙間が止水材（シールパッキンや止水グリースなどで構成される）２７で塞がれており、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とは、単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１において左右方向）にスライド可能となっている。
【００４１】
胴体１１内部の構造は、公知の単体シールド機とほぼ同様である。すなわち、図８に示すように、胴体１１内部には、チャンバー１２、チャンバー１２から掘削土を排出するためのコンベア（図示せず）、切刃全面に泥水を送る送水管１３、排泥水を排出する排泥管１４、カッター３１を回転させるモータ１５、セグメント組み付け用のエレクター１６、シールドジャッキ１７、シールド機１を中折りさせる中折りジャッキ１８などが設けられている。なお、シールドジャッキ１７は、セグメントを押してその反力で単体シールド機１０を前進させるものである。
また、胴体１１内部には、図９に示すような補助カッター５０の駆動機構が６つ設けられている。
【００４２】
カッター４０は、公知の単体シールド機が備えるカッターと同様である。すなわち、カッター４０は、軸回りに回転する円板状の基体４１と、基体４１の軸方向先端面に複数設けられたビット４２と、回転軸４３等を備えている。
また、カッター４０どうしの一部が、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向（図７における左右方向）において重ねられている。
【００４３】
補助カッター５０は、カッター４０どうしの間において上下に二つ配置され、また、各カッター４０の外側において上下に２つ配置されている。
補助カッター５０は、軸回りに回転する基体５１と、基体５１の軸方向先端面に複数設けられたビットとを備えている。また、補助カッター５０は、図９に示す駆動機構により、軸回りに回転し、かつ構築される単体トンネルの切羽面と平行な方向に移動可能となっている。
【００４４】
ここで、駆動機構について説明する。すなわち、補助カッター５０は、第１部材５２により支持されており、第１部材５２と第２部材５３とがアーム部材５４によってクランク状に固定連結されている。そして、第２部材５３は軸受け部材５５を通してバルクヘッド１９を貫通している。
【００４５】
補助カッター５０を回転させるモータ５６はバルクヘッド１９後方に配設されており、モータ５６の回転駆動力は第１部材５２、第２部材５３及びアーム部材２３の内部を通してチェーン伝動機構などの公知の機構（図示略）で伝達される。
そして、補助カッター５０の往復動機構として駆動シリンダ５７が用いられている。この駆動シリンダ５７によって、第２部材５３のバルクヘッド１９後方部分に形成されたブラケット２２ａを押し引きすることにより、第２部材５３の軸回りにアーム部材５４を回動させて補助カッター５０を矢印Ａ方向に回動させる。
【００４６】
従って、補助カッター５０を完全な直線移動ではないが、補助カッター５０を所定の方向に往復動させることができる。そして、このような駆動機構が各補助カッター５０に配設されており、図７に示すように、各補助カッター５０は矢印Ａ方向に移動可能となっている。
【００４７】
次に、図１、図２、図１０〜図１３に基づいて、シールド機１を用いてトンネルを形成する方法について説明する。なお、本実施の形態においては、所定の間隔を隔てて形成された２つの立坑間を連結するトンネルであって、地山中で断面形状の変化する上下に２層に分かれたトンネルを形成する方法について説明する。
まず、一方の立坑内部における所定の位置で、連結ジャッキ５８を操作して、単体シールド機１０どうしの間隔を所定の大きさに設定するとともに、所定のセグメントを用意する。
【００４８】
用意するセグメントは、側端面間の長さの異なる複数種類の楔形セグメント６１・６２・６３と、楔形セグメントどうしを連結するとともにセグメントリングの角部を構成する連結セグメント６４・・・である。ここで、楔形セグメントは、その両側端面が外周面側から内周面側に向かうに従って漸次内側に傾斜したセグメントである。
【００４９】
ついで、シールド機１で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、楔形セグメント６１・６１・６２・６２を選択して、これら楔形セグメント６１・６１・６２・６２と連結セグメント６４とを接続することで、前記第１の掘削孔の内周に第１の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０を形成する。
そして、上記操作を順次繰り返して、地山中の所定の位置まで第１の単体トンネルを形成する。
【００５０】
シールド機１が地山中の所定の位置に達したら、連結ジャッキ５８を延ばして単体シールド機１０どうしの間隔を大きくする。
ついで、シールド機１でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、楔形セグメント６３・６３・６２・６２を選択して、これら楔形セグメント６３・６３・６２・６２と連結セグメント６４とを接続することで、前記第２の掘削孔の内周に第２の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６５を形成する。
そして、上記操作を順次繰り返して、他方の立坑まで第２の単体トンネルを形成する。
【００５１】
さらに、シールド機１を用いて地山中の所定の位置に上記と同様の単体トンネルを複数構築する。具体的には、図１２及び図１３に示すように、構築されるトンネルの４つの角部及び上側の層と下側の層とを仕切る仕切部分の両端部に対応する部分に、上記と同様の単体トンネルを構築する。
【００５２】
ついで、第１の単体トンネルどうしの間及び第２の単体トンネルどうしの間に、公知のＭＭＳＴ工法における単体トンネルと同様の単体トンネル７０・７１を構築する。ここで、単体トンネル７０・７１は、単体トンネル７０・７１と第１の単体トンネル及び第２の単体トンネルとが互いに近接するようにして構築される。
ついで、公知のＭＭＳＴ工法と同様にして、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築した後、トンネル内部土砂を掘削することでトンネルを構築する。
【００５３】
したがって、第１の実施の形態によれば、地山を掘削している際に、単体シールド機１０どうしの間の隙間に土砂が入り込むことがなく、また、地山中で隣接するシールド機１０どうしを単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに適宜接離させることで、シールド機１の断面形状の大きさを地山中で変更することができる。
【００５４】
したがって、ＭＭＳＴ工法でトンネルを構築するに際して、上記の方法により、複数の単体トンネルのうち少なくとも一つをシールド機１を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
すなわち、シールド機１を用いて構築される単体トンネルの断面形状の大きさは異なっているので、この単体トンネルと他の複数の単体トンネル７０・７１とを互いに近接するようにして構築しても、これら単体トンネルどうしを接続することで構築されるトンネルの断面形状の大きさは異なっていることとなる（図１２及び図１３参照）。
【００５５】
したがって、断面形状が地山中で大きくなるトンネルを構築するに際しては、従来のように単体トンネルどうしの間隔を大きくする必要がないので、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
さらに、隣接するカッター４０どうしの一部が、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向において重ねられているので、単体シールド機１０どうしを互いに離しても、カッター４０どうしが単体シールド機の進行方向と交差する方向において離れることがない。したがって、単体シールド機１０どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
【００５６】
ここで、通常のシールド工法でトンネルを構築するに際してシールド機１を使用しても良い。この場合においては、断面形状の異なるトンネルを構築するのに、従来のＭＭＳＴ工法のように隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００５７】
また、閉塞プレート２１・２５・３１・３５及び止水材２７・３７で胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を塞いでおくことができる他、単体シールド機１０どうしの間隔を変更するに際しては、閉塞プレート２１・２５・３１・３５を単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００５８】
また、カッター４０・４０どうしの間に配置された補助カッター５０・５０で地山を掘削することができるので、カッター４０・４０どうしの間の地山部分を確実に掘削できる。また、両端側のカッター４０・４０の外側に配置された補助カッター５０・・・で地山を掘削することで、シールド機１０前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
したがって、シールド機１０前方の地山を確実に掘削することができ、よってシールド機１０を確実に掘進させることができる。
【００５９】
また、補助カッター５０・・・を適宜移動させながら、補助カッター５０・・・で地山を掘削することができるので、カッター４０・４０どうしの間の地山部分をより確実に掘削できる他、シールド機１０前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
【００６０】
また、トンネルを構築するに際しては、セグメント６４・・・に関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。
さらに、セグメント６４・・・に関しては、セグメントリングの断面形状ごとに大きさの異なる複数種類のセグメントを用意する必要がないので、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【００６１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態における先端面閉塞部材３０及び側面閉塞部材２０が複数の閉塞プレートで構成されているのに対し、本第２の実施の形態における先端面閉塞部材及び側面閉塞部材は一枚の閉塞プレートで構成されている点である。
したがって、以下に前記相違点について詳しく説明し、第１の実施の形態と共通構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
まず、図１４に基づいて側面閉塞部材について説明する。
側面閉塞部材は、一枚の閉塞プレート（第３閉塞プレート）２８で構成されており、閉塞プレート２８の一方の端部が胴体１１ａに固定され、他方の端部が胴体１１ｂに胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１４において左右方向）にスライド可能に接続されている。
【００６３】
また、閉塞プレート２８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されている。
そして、閉塞プレート２８の他方の端部と胴体１１ｂとの間の隙間が止水材２９で塞がれている。
【００６４】
次に、図１５に基づいて先端面閉塞部材について説明する。
先端面閉塞部材は、一枚の閉塞プレート（第４閉塞プレート）３８で構成されており、閉塞プレート３８の一方の端部が胴体１１ａに固定され、他方の端部が胴体１１ｂに胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１５において左右方向）にスライド可能に接続されている。
【００６５】
また、閉塞プレート３８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されている。
そして、閉塞プレート３８の他方の端部と胴体１１ｂとの間の隙間が止水材３９で塞がれている。
【００６６】
したがって、本第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第１の実施の形態に特有な効果も得ることができる。
すなわち、閉塞プレート２８・３８及び止水材２９・３９で胴体どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
また、閉塞プレート２８・３８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されているので、閉塞プレート２８・３８に作用する土圧や水圧に確実に耐えることができる。
【００６７】
また、単体シールド機１０どうしの間隔を変更するに際しては、閉塞プレート２８・３８を胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に適宜スライドさせることで、胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００６８】
なお、以上の実施の形態においては、単体シールド機１０を２機備えるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３機以上備えるものとしてもよい。また、補助カッターの個数も任意である。
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
さらに、単体シールド機どうしを互いに離しても、カッターどうしが離れることがないので、単体シールド機どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
また、ＭＭＳＴ工法において複数の単体トンネルのうち少なくとも一つを本請求項のシールド機を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００６９】
また、請求項１記載の発明によれば、第１閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの側面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第２閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第４閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかと同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、シールド機前方の地山を確実に掘削することができるので、シールド機を確実に掘進させることができる。請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、シールド機前方の地山を請求項４記載の発明に比してより確実に掘削することができる。
【００７４】
請求項６記載の発明によれば、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。また、本発明を用いてＭＭＳＴ工法における単体トンネルを構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００７５】
また、請求項６記載の発明によれば、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。また、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態のシールド機の構成を示す斜視図である。
【図２】同、単体シールド機どうしの間隔を大きくした態様を示す斜視図である。
【図３】同、側面閉塞部材の構成を示す縦断面図である。
【図４】同、先端面閉塞部材の構成を示す平断面図である。
【図５】同、単体シールド機どうしの連結構造を示す平面図である。
【図６】同、単体シールド機どうしの連結構造を示す平面図である。
【図７】同、掘削部の構成を示す正面図である。
【図８】同、単体シールド機の内部構造を示す平断面図である。
【図９】同、補助カッターの駆動機構を示す斜視図である。
【図１０】同、セグメントリングの構成の一例を示した縦断面図である。
【図１１】同、セグメントリングの構成の一例を示した縦断面図である。
【図１２】本発明をＭＭＳＴ工法に適用することで構築されたトンネルの縦断面図である。
【図１３】本発明をＭＭＳＴ工法に適用することで構築されたトンネルの縦断面図である。
【図１４】本発明を適用した他の実施の形態のシールド機における側面閉塞部材の構成を示す縦断面図である。
【図１５】同、先端面閉塞部材の構成を示す平断面図である。
【符号の説明】
１ シールド機
１０ 単体シールド機
１１ 胴体
１９ バルクヘッド（先端面）
２０ 側面閉塞部材
２１・２５ 閉塞プレート（第１閉塞プレート）
２７ 止水材
２８ 閉塞プレート（第３閉塞プレート）
２９ 止水材
３０ 先端面閉塞部材
３１・３５ 閉塞プレート（第２閉塞プレート）
３７ 止水材
３８ 閉塞プレート（第４閉塞プレート）
３９ 止水材
４０ カッター
５０ 補助カッター
６０・６５ セグメントリング
６１・６２・６３ 楔形セグメント
６４ セグメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド機及びシールド工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを施工する方法として、特開平２０００−１４５３６２号公報に示すように、いわゆるＭＭＳＴ（マルチ−マイクロ シールド トンネリング）工法が知られている。
このＭＭＳＴ工法は、トンネルの外殻部を構成する単体トンネルを複数構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築した後、トンネル内部土砂を掘削することでトンネルを構築する方法である。
【０００３】
ここで、単体トンネルは、単体シールド機で地山を掘削して掘削孔を形成しつつ、単体シールド機内において作製された筒型鋼殻であるセグメントリングを掘削孔内部に順次設けていくことで構築される。
また、隣接する単体トンネルどうしの接続は、土留め板を隣接する単体トンネルの一方の単体トンネルから他方の単体トンネルに向かって押し込んだ後、単体トンネル間の土砂を掘削することで行われる。
ＭＭＳＴ工法によれば、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築するので、地山を掘削するに際して、単体トンネルどうしの間隔を変化させることで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネルの断面形状を大きくするために隣接する単体トンネルどうしの間隔を大きくすると、より長い土留め板を架設しなければならないので、隣接する単体トンネル間に土留め板を架設する作業に手間がかかるようになる。
また、単体トンネル間の土砂の量も多くなるので、単体トンネル間の土砂を掘削する作業に手間がかかるようになる。
したがって、隣接する単体トンネルどうしの間隔を大きくすると、単体トンネルどうしの接続に手間がかかり、よって断面形状の大きさが異なるトンネルの構築に手間がかかっていた。
本発明の課題は、断面形状の大きさが異なるトンネルを容易に構築することができるシールド機及びシールド工法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば図１及び図３に示すように、胴体１１と、該胴体１１の先端部に配置されたカッター４０とを備えた単体シールド機１０を複数備えたシールド機１であって、前記単体シールド機１０は、該単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に複数配置されており、隣接する前記胴体１１どうしの側面間の隙間を塞ぐ側面閉塞部材２０と、隣接する前記胴体１１どうしの先端面間の隙間を塞ぐ先端面閉塞部材３０とを備え、隣接する前記カッター４０どうしの一部が、前記単体シールド機１０の進行方向と交差する方向において重ねられており、隣接する前記単体シールド機１０どうしが、前記単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに接離可能となっており、前記側面閉塞部材２０は、複数の第１閉塞プレート２１、２５を備えており、複数の前記第１閉塞プレート２１、２５どうしの一部は、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第１閉塞プレート２１、２５は、隣接する前記胴体１１のそれぞれに固定されており、隣接する前記第１閉塞プレート間２１、２５の隙間が止水材２７で塞がれていることを特徴とする。
【０００６】
ここで、単体シールド機としては、従来のＭＭＳＴ工法における単体シールド機を使用することができる。また、側面閉塞部材としては、例えば請求項１または３記載の発明における側面閉塞部材があり、先端面閉塞部材としては、例えば請求項２または４記載の発明における先端面閉塞部材がある。また、隣接する単体シールド機どうしを、単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに接離可能とするには、例えば、単体シールド機どうしをジャッキで連結すればよい。また、止水材２７としては、例えばシールパッキンや止水用のグリスなどがある。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、地山を掘削している際に、単体シールド機どうしの間の隙間に土砂が入り込むことがなく、また、地山中で隣接するシールド機どうしを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜接離させることで、シールド機の断面形状の大きさを地山中で変更することができる。
したがって、本請求項のシールド機を用いて以下のようにして断面形状の異なるトンネルを構築することができる。
【０００８】
まず、隣接する単体シールド機どうしの間隔を所定の大きさに設定して、シールド機で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、第１の掘削孔の内周に、第１の掘削孔の断面形状に合わせた第１のトンネルを構築する。ここで、トンネルは例えばセグメントリングで構成される。
【０００９】
次いで、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機どうしの間隔を変更して、シールド機でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、第２の掘削孔の内周に、第２の掘削孔の断面形状に合わせた第２のトンネルを構築する。
このようにして構築された第１のトンネルの断面形状は第２のトンネルの断面形状と異なっている。すなわち、断面形状の大きさの異なるトンネルを構築することができる。
【００１０】
したがって、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００１１】
さらに、隣接する前記カッターどうしの一部が、単体シールド機の進行方向と交差する方向において重ねられているので、単体シールド機どうしを互いに離しても、カッターどうしが単体シールド機の進行方向と交差する方向において離れることがない。したがって、単体シールド機どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
【００１２】
また、ＭＭＳＴ工法でトンネルを構築するに際して、複数の単体トンネルのうち少なくとも一つを本請求項のシールド機を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
すなわち、本請求項のシールド機を用いて構築される単体トンネルの断面形状の大きさは異なっているので、この単体トンネルと他の複数の単体トンネルとを互いに近接するようにして構築しても、これら単体トンネルどうしを接続することで構築されるトンネルの断面形状の大きさは異なっていることとなる。
【００１３】
したがって、断面形状が地山中で大きくなるトンネルを構築するに際しては、従来のように単体トンネルどうしの間隔を大きくする必要がないので、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００１５】
また、請求項１記載の発明によれば、複数の第１閉塞プレート及び止水材が胴体どうしの側面間の隙間を塞いでおくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、複数の第１閉塞プレートを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、単体シールド機どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、例えば図４に示すように、請求項１記載の発明において、先端面閉塞部材３０は、複数の第２閉塞プレート（閉塞プレート）３１・３５を備えており、複数の前記第２閉塞プレート３１・３５どうしの一部は、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第２閉塞プレート３１・３５は、隣接する胴体１１のそれぞれに固定されており、隣接する前記第２閉塞プレート３１・３５間の隙間が止水材３７で塞がれていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、複数の第２閉塞プレート及び止水材が胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、複数の第２閉塞プレートを単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、例えば図１５に示すように、請求項１記載の発明において、先端面閉塞部材は、一枚の第４閉塞プレート（閉塞プレート）３８を備えており、前記第４閉塞プレート３８の一方の端部が、隣接する胴体１１のうち一方の胴体１１ａに固定されており、前記第４閉塞プレート３８の他方の端部が、隣接する胴体１１のうち他方の胴体１１ｂに該胴体１１ｂに対して単体シールド１０の進行方向に交差する方向にスライド可能に接続されており、前記第４閉塞プレート３８の他方の端部と前記他方の胴体１１ｂとの間の隙間が止水材３９で塞がれていることを特徴とする。ここで、第４閉塞プレートの部位のうち単体シールドどうしの間の隙間に対向する部位を他の部位よりも厚く形成するのが望ましい。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、第４閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。また、単体シールド機どうしの間隔を変更するに際しては、第４閉塞プレートを他方の胴体に対して単体シールド機の進行方向と交差する方向に適宜スライドさせることで、胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、例えば図７に示すように、請求項１〜３のいずれか記載の発明において、補助カッター５０・・・が、複数のカッター４０どうしの間と、複数の前記カッター４０のうち両端側のカッター４０の外側とにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、複数のカッターどうしの間に配置された補助カッターで地山を掘削することができるので、カッターどうしの間の地山部分を確実に掘削できる。また、両端側のカッターの外側に配置された補助カッターで地山を掘削することで、シールド機前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。したがって、シールド機前方の地山を確実に掘削することができ、よってシールド機を確実に掘進させることができる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、例えば図７及び図９に示すように、請求項４記載の発明において、前記補助カッター５０は、トンネルの切羽面と平行な方向に移動可能となっていることを特徴とする。請求項５記載の発明によれば、補助カッターを適宜移動させながら、この補助カッターで地山を掘削することができるので、請求項４記載の発明に比してカッターどうしの間の地山部分をより確実に掘削できる他、シールド機前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、例えば図１、図２、図１０及び図１１に示すように、請求項１〜５のいずれか記載のシールド機１を用いたシールド工法であって、隣接する単体シールド機１０どうしの間隔を所定の大きさに設定して、前記シールド機１で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、前記第１の掘削孔の内周に、前記第１の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０を形成していく工程と、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機１０どうしの間隔を変更して、前記シールド機１でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、前記第２の掘削孔の内周に、該第２の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６５を形成していく工程とを含み、前記セグメントリング６０、６５は、複数のセグメントどうしの側端面を接続することで形成されるものであり、前記複数のセグメントのうち少なくとも一つは、その両側端面が外周面側から内周面側に向かうに従って漸次内側に傾斜した楔形セグメント６１、６２、６３であり、両側端面間の長さの異なる複数種類の楔形セグメント６１、６２、６３を用意しておき、前記複数種類の楔形セグメント６１、６２、６３の内所定の楔形セグメントを選択し、選択された楔形セグメントと他の複数のセグメント６４とを接続することで、掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０、６５を形成することを特徴とする。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機どうしの間隔を変更して、前記シールド機でさらに地山を掘削することで、第１の掘削孔に対して断面形状の大きさが異なる第２の掘削孔が形成される。そして、第１の掘削孔の内周と第２の掘削孔の内周とのそれぞれに、掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリングを形成することで断面形状の異なるトンネルを構築することができる。
【００２７】
したがって、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
また、本発明を用いてＭＭＳＴ工法における単体トンネルを構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００２９】
また、請求項６記載の発明によれば、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。さらに、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状ごとに大きさの異なる複数種類のセグメントを用意する必要がないので、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
まず、図１〜図８に基づいて構成を説明する。
図１及び図７に示すように、本実施の形態のシールド機１は、ＭＭＳＴ工法で使用される二つの単体シールド機１０と、６つの補助カッター５０とを備えている。
単体シールド機１０は、胴体１１とカッター４０とを備えている。
【００３１】
胴体１１は、中空部を備えた断面矩形状の鋼殻であり、先端部にバルクヘッド１９が設けられており、基端部において胴体１１どうしを仕切る側壁が除去されている。
また、図５及び図６に示すように、胴体１１どうしは連結ジャッキ５８で連結されており、連結ジャッキ５８を伸縮させることで単体シールド機１０どうしの間隔が適宜変更される。
【００３２】
バルクヘッド１９どうしの間の隙間は先端面閉塞部材３０で塞がれており、胴体１１どうしの上下の側面間の隙間は側面閉塞部材２０・２０で塞がれている。
なお、側面閉塞部材２０は、胴体１１から、単体シールド１０の進行方向における後方に突出している。
【００３３】
側面閉塞部材２０は、シールド機１の進行方向に長尺な板状部材である閉塞プレート（第１閉塞プレート）２１・２５を備えている。閉塞プレート２１は二つの胴体１１のうち一方の胴体１１ａに固定されており、閉塞プレート２５は他方の胴体１１ｂに固定されている。
【００３４】
図３に示すように、閉塞プレート２１の下端部の右側端部には、第１の切欠き２２が閉塞プレート２１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されており、閉塞プレート２１の下端部における第１の切欠き２２の内側には、第２の切欠き２２が閉塞プレート２１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。
【００３５】
一方、閉塞プレート２５の上端部の左側端部には、切欠き２６が閉塞プレート２５の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。そして、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とが、閉塞プレート２１の切欠き２３における下端面２３ａと閉塞プレート２５の切欠き２６における上端面２６ａとが対向するようにして重なり合っている。
【００３６】
さらに、閉塞プレート２１の下端面２３ａと閉塞プレート２５との間の隙間が止水材（シールパッキンや止水用のグリースなどで構成される）２７で塞がれており、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とは、単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１において左右方向）にスライド可能となっている。
【００３７】
同様に、先端面閉塞部材３０は、図１において上下に長尺な板状部材である閉塞プレート（第２閉塞プレート）３１・３５を備えている。そして、閉塞プレート３１は胴体１１ｂに固定されており、閉塞プレート３５は胴体１１ａに固定されている。
【００３８】
閉塞プレート３１の表面部の右側端部には、第１の切欠き３２が閉塞プレート３１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されており、閉塞プレート３１の表面部における第１の切欠き３２の内側には、第２の切欠き３２が閉塞プレート３１の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。
【００３９】
一方、閉塞プレート３５の裏面部の左側端部には、切欠き３６が閉塞プレート３５の長さ方向における先端から基端に亙って形成されている。そして、閉塞プレート３１と閉塞プレート３５とが、閉塞プレート３１の切欠き３３における表面２３ａと閉塞プレート３５の切欠き３６における裏面３６ａとが対向するようにして重なり合っている。
【００４０】
さらに、閉塞プレート２１の下端面２３ａと閉塞プレート２５との間の隙間が止水材（シールパッキンや止水グリースなどで構成される）２７で塞がれており、閉塞プレート２１と閉塞プレート２５とは、単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１において左右方向）にスライド可能となっている。
【００４１】
胴体１１内部の構造は、公知の単体シールド機とほぼ同様である。すなわち、図８に示すように、胴体１１内部には、チャンバー１２、チャンバー１２から掘削土を排出するためのコンベア（図示せず）、切刃全面に泥水を送る送水管１３、排泥水を排出する排泥管１４、カッター３１を回転させるモータ１５、セグメント組み付け用のエレクター１６、シールドジャッキ１７、シールド機１を中折りさせる中折りジャッキ１８などが設けられている。なお、シールドジャッキ１７は、セグメントを押してその反力で単体シールド機１０を前進させるものである。
また、胴体１１内部には、図９に示すような補助カッター５０の駆動機構が６つ設けられている。
【００４２】
カッター４０は、公知の単体シールド機が備えるカッターと同様である。すなわち、カッター４０は、軸回りに回転する円板状の基体４１と、基体４１の軸方向先端面に複数設けられたビット４２と、回転軸４３等を備えている。
また、カッター４０どうしの一部が、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向（図７における左右方向）において重ねられている。
【００４３】
補助カッター５０は、カッター４０どうしの間において上下に二つ配置され、また、各カッター４０の外側において上下に２つ配置されている。
補助カッター５０は、軸回りに回転する基体５１と、基体５１の軸方向先端面に複数設けられたビットとを備えている。また、補助カッター５０は、図９に示す駆動機構により、軸回りに回転し、かつ構築される単体トンネルの切羽面と平行な方向に移動可能となっている。
【００４４】
ここで、駆動機構について説明する。すなわち、補助カッター５０は、第１部材５２により支持されており、第１部材５２と第２部材５３とがアーム部材５４によってクランク状に固定連結されている。そして、第２部材５３は軸受け部材５５を通してバルクヘッド１９を貫通している。
【００４５】
補助カッター５０を回転させるモータ５６はバルクヘッド１９後方に配設されており、モータ５６の回転駆動力は第１部材５２、第２部材５３及びアーム部材２３の内部を通してチェーン伝動機構などの公知の機構（図示略）で伝達される。
そして、補助カッター５０の往復動機構として駆動シリンダ５７が用いられている。この駆動シリンダ５７によって、第２部材５３のバルクヘッド１９後方部分に形成されたブラケット２２ａを押し引きすることにより、第２部材５３の軸回りにアーム部材５４を回動させて補助カッター５０を矢印Ａ方向に回動させる。
【００４６】
従って、補助カッター５０を完全な直線移動ではないが、補助カッター５０を所定の方向に往復動させることができる。そして、このような駆動機構が各補助カッター５０に配設されており、図７に示すように、各補助カッター５０は矢印Ａ方向に移動可能となっている。
【００４７】
次に、図１、図２、図１０〜図１３に基づいて、シールド機１を用いてトンネルを形成する方法について説明する。なお、本実施の形態においては、所定の間隔を隔てて形成された２つの立坑間を連結するトンネルであって、地山中で断面形状の変化する上下に２層に分かれたトンネルを形成する方法について説明する。
まず、一方の立坑内部における所定の位置で、連結ジャッキ５８を操作して、単体シールド機１０どうしの間隔を所定の大きさに設定するとともに、所定のセグメントを用意する。
【００４８】
用意するセグメントは、側端面間の長さの異なる複数種類の楔形セグメント６１・６２・６３と、楔形セグメントどうしを連結するとともにセグメントリングの角部を構成する連結セグメント６４・・・である。ここで、楔形セグメントは、その両側端面が外周面側から内周面側に向かうに従って漸次内側に傾斜したセグメントである。
【００４９】
ついで、シールド機１で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、楔形セグメント６１・６１・６２・６２を選択して、これら楔形セグメント６１・６１・６２・６２と連結セグメント６４とを接続することで、前記第１の掘削孔の内周に第１の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６０を形成する。
そして、上記操作を順次繰り返して、地山中の所定の位置まで第１の単体トンネルを形成する。
【００５０】
シールド機１が地山中の所定の位置に達したら、連結ジャッキ５８を延ばして単体シールド機１０どうしの間隔を大きくする。
ついで、シールド機１でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、楔形セグメント６３・６３・６２・６２を選択して、これら楔形セグメント６３・６３・６２・６２と連結セグメント６４とを接続することで、前記第２の掘削孔の内周に第２の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリング６５を形成する。
そして、上記操作を順次繰り返して、他方の立坑まで第２の単体トンネルを形成する。
【００５１】
さらに、シールド機１を用いて地山中の所定の位置に上記と同様の単体トンネルを複数構築する。具体的には、図１２及び図１３に示すように、構築されるトンネルの４つの角部及び上側の層と下側の層とを仕切る仕切部分の両端部に対応する部分に、上記と同様の単体トンネルを構築する。
【００５２】
ついで、第１の単体トンネルどうしの間及び第２の単体トンネルどうしの間に、公知のＭＭＳＴ工法における単体トンネルと同様の単体トンネル７０・７１を構築する。ここで、単体トンネル７０・７１は、単体トンネル７０・７１と第１の単体トンネル及び第２の単体トンネルとが互いに近接するようにして構築される。
ついで、公知のＭＭＳＴ工法と同様にして、隣接する単体トンネルどうしを接続してトンネル外殻部を構築した後、トンネル内部土砂を掘削することでトンネルを構築する。
【００５３】
したがって、第１の実施の形態によれば、地山を掘削している際に、単体シールド機１０どうしの間の隙間に土砂が入り込むことがなく、また、地山中で隣接するシールド機１０どうしを単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに適宜接離させることで、シールド機１の断面形状の大きさを地山中で変更することができる。
【００５４】
したがって、ＭＭＳＴ工法でトンネルを構築するに際して、上記の方法により、複数の単体トンネルのうち少なくとも一つをシールド機１を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
すなわち、シールド機１を用いて構築される単体トンネルの断面形状の大きさは異なっているので、この単体トンネルと他の複数の単体トンネル７０・７１とを互いに近接するようにして構築しても、これら単体トンネルどうしを接続することで構築されるトンネルの断面形状の大きさは異なっていることとなる（図１２及び図１３参照）。
【００５５】
したがって、断面形状が地山中で大きくなるトンネルを構築するに際しては、従来のように単体トンネルどうしの間隔を大きくする必要がないので、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
さらに、隣接するカッター４０どうしの一部が、単体シールド機１０の進行方向と交差する方向において重ねられているので、単体シールド機１０どうしを互いに離しても、カッター４０どうしが単体シールド機の進行方向と交差する方向において離れることがない。したがって、単体シールド機１０どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
【００５６】
ここで、通常のシールド工法でトンネルを構築するに際してシールド機１を使用しても良い。この場合においては、断面形状の異なるトンネルを構築するのに、従来のＭＭＳＴ工法のように隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００５７】
また、閉塞プレート２１・２５・３１・３５及び止水材２７・３７で胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を塞いでおくことができる他、単体シールド機１０どうしの間隔を変更するに際しては、閉塞プレート２１・２５・３１・３５を単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に互いに適宜スライドさせることで、胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００５８】
また、カッター４０・４０どうしの間に配置された補助カッター５０・５０で地山を掘削することができるので、カッター４０・４０どうしの間の地山部分を確実に掘削できる。また、両端側のカッター４０・４０の外側に配置された補助カッター５０・・・で地山を掘削することで、シールド機１０前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
したがって、シールド機１０前方の地山を確実に掘削することができ、よってシールド機１０を確実に掘進させることができる。
【００５９】
また、補助カッター５０・・・を適宜移動させながら、補助カッター５０・・・で地山を掘削することができるので、カッター４０・４０どうしの間の地山部分をより確実に掘削できる他、シールド機１０前方の掘削孔の断面形状をより大きくすることができる。
【００６０】
また、トンネルを構築するに際しては、セグメント６４・・・に関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。
さらに、セグメント６４・・・に関しては、セグメントリングの断面形状ごとに大きさの異なる複数種類のセグメントを用意する必要がないので、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【００６１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態における先端面閉塞部材３０及び側面閉塞部材２０が複数の閉塞プレートで構成されているのに対し、本第２の実施の形態における先端面閉塞部材及び側面閉塞部材は一枚の閉塞プレートで構成されている点である。
したがって、以下に前記相違点について詳しく説明し、第１の実施の形態と共通構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
まず、図１４に基づいて側面閉塞部材について説明する。
側面閉塞部材は、一枚の閉塞プレート（第３閉塞プレート）２８で構成されており、閉塞プレート２８の一方の端部が胴体１１ａに固定され、他方の端部が胴体１１ｂに胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１４において左右方向）にスライド可能に接続されている。
【００６３】
また、閉塞プレート２８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されている。
そして、閉塞プレート２８の他方の端部と胴体１１ｂとの間の隙間が止水材２９で塞がれている。
【００６４】
次に、図１５に基づいて先端面閉塞部材について説明する。
先端面閉塞部材は、一枚の閉塞プレート（第４閉塞プレート）３８で構成されており、閉塞プレート３８の一方の端部が胴体１１ａに固定され、他方の端部が胴体１１ｂに胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向に交差する方向（図１５において左右方向）にスライド可能に接続されている。
【００６５】
また、閉塞プレート３８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されている。
そして、閉塞プレート３８の他方の端部と胴体１１ｂとの間の隙間が止水材３９で塞がれている。
【００６６】
したがって、本第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第１の実施の形態に特有な効果も得ることができる。
すなわち、閉塞プレート２８・３８及び止水材２９・３９で胴体どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
また、閉塞プレート２８・３８の部位のうち、単体シールド機１０どうしの間の隙間に対向する部位は、他の部位に比して厚く形成されているので、閉塞プレート２８・３８に作用する土圧や水圧に確実に耐えることができる。
【００６７】
また、単体シールド機１０どうしの間隔を変更するに際しては、閉塞プレート２８・３８を胴体１１ｂに対して単体シールド機１０の進行方向と交差する方向に適宜スライドさせることで、胴体１１どうしの先端面間及び側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００６８】
なお、以上の実施の形態においては、単体シールド機１０を２機備えるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３機以上備えるものとしてもよい。また、補助カッターの個数も任意である。
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、従来のように、複数の単体トンネルを、地山中で隣接する単体トンネルどうしの間隔を変更するようにして構築し、隣接する単体トンネルどうしを接続するという作業が不要となるので、断面形状の異なるトンネルを容易に構築することができる。
さらに、単体シールド機どうしを互いに離しても、カッターどうしが離れることがないので、単体シールド機どうしの間の地山を確実に掘削することができる。
また、ＭＭＳＴ工法において複数の単体トンネルのうち少なくとも一つを本請求項のシールド機を用いて構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００６９】
また、請求項１記載の発明によれば、第１閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの側面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの側面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７０】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第２閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、第４閉塞プレート及び止水材で胴体どうしの先端面間の隙間を塞いでおくことができる他、地山中で単体シールド機どうしの間隔を変更しても、胴体どうしの先端面間の隙間を閉塞しておくことができる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかと同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、シールド機前方の地山を確実に掘削することができるので、シールド機を確実に掘進させることができる。請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、シールド機前方の地山を請求項４記載の発明に比してより確実に掘削することができる。
【００７４】
請求項６記載の発明によれば、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。また、本発明を用いてＭＭＳＴ工法における単体トンネルを構築することで、断面形状の大きさの異なるトンネルを容易に構築することができる。
【００７５】
また、請求項６記載の発明によれば、他の複数のセグメントに関しては、セグメントリングの断面形状が変化しても同じセグメントを使用することができるので、セグメントリングの断面形状が変化するごとに必要なセグメントを選択するという手間がかからない。したがって断面形状の異なるセグメントリングを容易に形成することができる。また、セグメントリングの個数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態のシールド機の構成を示す斜視図である。
【図２】同、単体シールド機どうしの間隔を大きくした態様を示す斜視図である。
【図３】同、側面閉塞部材の構成を示す縦断面図である。
【図４】同、先端面閉塞部材の構成を示す平断面図である。
【図５】同、単体シールド機どうしの連結構造を示す平面図である。
【図６】同、単体シールド機どうしの連結構造を示す平面図である。
【図７】同、掘削部の構成を示す正面図である。
【図８】同、単体シールド機の内部構造を示す平断面図である。
【図９】同、補助カッターの駆動機構を示す斜視図である。
【図１０】同、セグメントリングの構成の一例を示した縦断面図である。
【図１１】同、セグメントリングの構成の一例を示した縦断面図である。
【図１２】本発明をＭＭＳＴ工法に適用することで構築されたトンネルの縦断面図である。
【図１３】本発明をＭＭＳＴ工法に適用することで構築されたトンネルの縦断面図である。
【図１４】本発明を適用した他の実施の形態のシールド機における側面閉塞部材の構成を示す縦断面図である。
【図１５】同、先端面閉塞部材の構成を示す平断面図である。
【符号の説明】
１ シールド機
１０ 単体シールド機
１１ 胴体
１９ バルクヘッド（先端面）
２０ 側面閉塞部材
２１・２５ 閉塞プレート（第１閉塞プレート）
２７ 止水材
２８ 閉塞プレート（第３閉塞プレート）
２９ 止水材
３０ 先端面閉塞部材
３１・３５ 閉塞プレート（第２閉塞プレート）
３７ 止水材
３８ 閉塞プレート（第４閉塞プレート）
３９ 止水材
４０ カッター
５０ 補助カッター
６０・６５ セグメントリング
６１・６２・６３ 楔形セグメント
６４ セグメント
Claims (6)
- 胴体と、該胴体の先端部に配置されたカッターとを備えた単体シールド機を複数備えたシールド機であって、前記単体シールド機は、該単体シールド機の進行方向と交差する方向に複数配置されており、隣接する前記胴体どうしの側面間の隙間を塞ぐ側面閉塞部材と、隣接する前記胴体どうしの先端面間の隙間を塞ぐ先端面閉塞部材とを備え、隣接する前記カッターどうしの一部が、前記単体シールド機の進行方向と交差する方向において重ねられており、隣接する前記単体シールド機どうしが、前記単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いに接離可能となっており、前記側面閉塞部材は、複数の第１閉塞プレートを備えており、複数の前記第１閉塞プレートどうしの一部は、単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第１閉塞プレートは、隣接する前記胴体のそれぞれに固定されており、隣接する前記第１閉塞プレート間の隙間が止水材で塞がれていることを特徴とする請求項１記載のシールド機。
- 先端面閉塞部材は、複数の第２閉塞プレートを備えており、複数の前記第２閉塞プレートどうしの一部は、単体シールド機の進行方向と交差する方向に互いにスライド可能に重ね合わされており、両端側の前記第２閉塞プレートは、隣接する胴体のそれぞれに固定されており、隣接する前記第２閉塞プレート間の隙間が止水材で塞がれていることを特徴とする請求項１記載のシールド機。
- 先端面閉塞部材は、一枚の第４閉塞プレートを備えており、前記第４閉塞プレートの一方の端部が、隣接する胴体のうち一方の胴体に固定されており、前記第４閉塞プレートの他方の端部が、隣接する胴体のうち他方の胴体に該胴体に対して単体シールドの進行方向に交差する方向にスライド可能に接続されており、前記第４閉塞プレートの他方の端部と前記他方の胴体との間の隙間が止水材で塞がれていることを特徴とする請求項１記載のシールド機。
- 補助カッターが、複数のカッターどうしの間と、複数の前記カッターのうち両端側のカッターの外側とにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のシールド機。
- 前記補助カッターは、トンネルの切羽面と平行な方向に移動可能となっていることを特徴とする請求項４記載のシールド機。
- 請求項１から５のいずれか記載のシールド機を用いたシールド工法であって、隣接する単体シールド機どうしの間隔を所定の大きさに設定して、前記シールド機で地山を掘削して第１の掘削孔を形成しつつ、前記第１の掘削孔の内周に、前記第１の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリングを形成していく工程と、地山中の所定の位置で隣接する単体シールド機どうしの間隔を変更して、前記シールド機でさらに地山を掘削して第２の掘削孔を形成しつつ、前記第２の掘削孔の内周に、該第２の掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリングを形成していく工程とを含み、前記セグメントリングは、複数のセグメントどうしの側端面を接続することで形成されるものであり、前記複数のセグメントのうち少なくとも一つは、その両側端面が外周面側から内周面側に向かうに従って漸次内側に傾斜した楔形セグメントであり、両側端面間の長さの異なる複数種類の楔形セグメントを用意しておき、前記複数種類の楔形セグメントの内所定の楔形セグメントを選択し、選択された楔形セグメントと他の複数のセグメントとを接続することで、掘削孔の断面形状に合わせたセグメントリングを形成することを特徴とするシールド工法。
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