JP4298142B2

JP4298142B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP4298142B2
Application number: JP2000200698A
Authority: JP
Inventors: 雅彦杉山; 隆史東; 幸信佐々木; 寛昌五十嵐; ▲隆▼ 三井; 達郎玉井; 吉宏内山; 道夫古井
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2020-07-03
Also published as: JP2002021485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下自動車道路や地下鉄道などに使用するトンネルを掘削形成するトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されて構成されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、掘削形成するトンネルとして、例えば、地下を通る自動車用高速道路に利用されるものがある。この自動車用高速道路は分岐路や出口のために途中で車線が増加したり、減少したりしている。そのため、このような自動車用高速道路に使用するトンネルを掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。
【０００４】
このようなトンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のシールド掘削機としては、従来から例えば、特開平７−２７９５７９号公報に記載されたものがある。この公報に記載されたシールド掘削機は、シールド本体を固定部と一対の移動部によって構成すると共に、移動部を前胴部と後胴部によって構成し、固定部と前胴部及び後胴部との間に移動ジャッキを架設し、また、固定部の前端部に余掘り用カッタを有するカッタヘッドが駆動回転可能に装着されている。従って、固定部及び移動部の後胴部に装着されたシールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進し、このとき、駆動回転するカッタヘッドによって前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。この場合、移動ジャッキの収縮状態では移動部が固定部側に位置しており、カッタヘッドによって通常断面のトンネルを掘削する一方、移動ジャッキの伸長状態では移動部が固定部から離間しており、カッタヘッドによって拡幅断面のトンネルを掘削することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なシールド掘削機では、シールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進し、カッタヘッドによって前方の地盤を掘削することでトンネルを形成しており、掘削機の後部ではこの既設トンネルの壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築している。この場合、シールド本体の後部には周方向に沿って無端のテールシールが設けられており、このテールシールが既設セグメントの外周面に圧接することで、シールド本体内部への浸水を阻止している。
【０００６】
ところが、上述したように従来のシールド掘削機にあっては、シールド本体が固定部と移動部によって構成され、移動ジャッキを伸縮することで固定部に対して移動部が移動して拡幅可能となっている。そのため、このような拡幅可能なシールド掘削機では、シールド本体の後部に周方向に沿って無端のテールシールを設けることはできず、固定部側と移動部側とにそれぞれテールシールを設けても、両者は互いに接近離反するため、拡幅時には両者の間に隙間が発生し、シールド本体内部への浸水を阻止できないという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、拡幅時でも掘削機本体の内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００８】
【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の発明のトンネル掘削機は、上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記主掘削機本体あるいは前記副掘削機本体のいずれか一方に設けられた仕切り壁と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して掘進方向側方に移動可能に支持する副掘削機本体支持機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進させる推進機構と、前記主掘削機本体の後部に装着された主テールシールと、前記副掘削機本体の後部に装着された副テールシールと、前記仕切り壁の後部に前記主テールシールあるいは副テールシールの一部としてそれぞれ装着されて前記主テールシールあるいは前記副テールシールの一方に連続する第１シール部及び前記主テールシールあるいは前記副テールシールの他方に摺接する第２シール部を有する補助テールシールとを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記仕切り壁が前記主掘削機本体に一体に形成されることで該主掘削機本体は矩形断面をなす一方、前記副掘削機本体は該主掘削機本体の外周部に嵌合するコ字形断面をなし、前記主テールシールに前記第１シール部が連続する一方、前記副テールシールに前記第２シール部が摺接することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記副掘削機本体は前記主掘削機本体の両側方に配設されて前記仕切り壁が該各副掘削機本体にそれぞれ一体に形成されることで該主掘削機本体は矩形断面をなす一方、前記主掘削機本体は該副掘削機本体の外周部に嵌合する断面形状をなし、前記副テールシールに前記第１シール部が連続する一方、前記主テールシールに前記第２シール部が摺接することを特徴としている。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の後部概略、図２に本実施形態のシールド掘削機の前部概略、図３に主テールシールと副テールシールの嵌合部を表すシールド掘削機の要部後面視、図４に図３のIV−IV断面、図５にシールド掘削機により構築されたトンネル断面、図６に枠型トンネルの概略を示す。
【００１３】
本実施形態のシールド掘削機１０は、図１及び図２に示すように、矩形断面をなす主掘削機本体１１と、この主掘削機本体１１の前端部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構１２と、主掘削機本体１１の掘進方向両側方に配設されてコ字形断面をなす副掘削機本体１３，１４と、この副掘削機本体１３，１４の前端部にそれぞれ装着されて前方の地盤を掘削する副カッタ機構１５，１６と、主掘削機本体１１に対して左右の副掘削機本体１３，１４をそれぞれ独立に側方へ移動可能とする副掘削機本体支持機構としての拡幅ジャッキ１７，１８と、主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４を前進させる推進機構として各掘削機本体１１，１２，１３の後部に装着されたシールドジャッキ１９，２０，２１とから構成されている。
【００１４】
この場合、主カッタ機構１２は、主掘削機本体１１の前端部に上下に装着された主カッタヘッド２２により構成され、図示しない複数の駆動モータにより回転駆動することができる。一方、副カッタ機構１５，１６は、各副掘削機本体１３，１４の前端部に装着された副カッタヘッド２３，２４と、上下一対のコーナーカッタ２５，２６により構成され、図示しない複数の駆動モータにより回転駆動することができる。
【００１５】
また、主掘削機本体１１に対して各副掘削機本体１３，１４は図示しないスライド嵌合部により接近離間するように水平移動自在となっており、この主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との間には架設されたそれぞれ各５本の拡幅ジャッキ１７，１８を伸縮することで、トンネルの掘削幅を縮小あるいは拡大させることができる。
【００１６】
更に、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後部には周方向に沿ってそれぞれ複数のシールドジャッキ１９，２０，２１が並設されており、このシールドジャッキ１９，２０，２１を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させ、掘削したトンネル内周面に組み立てられた鋼殻にスプレッダが押し付けることで、その反力により主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４を前進させることができる。
【００１７】
なお、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後部にはそれぞれ既設トンネルの内壁面に鋼殻を組付けるエレクタ装置が装備されている。この各エレクタ装置はほぼ同様の構造となっているが、図５に示すように後述するが、主掘削機本体１１に装着されたエレクタ装置は矩形断面トンネルとなるように壁面に鋼殻を組付け、各副掘削機本体１３，１４に装着されたエレクタ装置はコ字形断面トンネルとなるように壁面に鋼殻を組付けるものである。
【００１８】
そして、主掘削機本体１１及び各副掘削機本体１３，１４の後部には既設の鋼殻の外周面に密着して内部への掘削土砂等の浸入を防止する主テールシール３１及び副テールシール３２，３３がそれぞれ装着されている。即ち、図１及び図３に示すように、本実施形態では、主掘削機本体１１に副掘削機本体１３，１４との仕切り壁が一体に形成されることで矩形断面をなしており、主掘削機本体１１の左右の縦壁１１ａが仕切り壁となっている。そして、この主掘削機本体１１の後部の主テール部には周方向に連続する主テールシール３１が装着されており、主テールシール３１における主掘削機本体１１の縦壁１１ａの装着部が補助テールシールの第１シール部３１ａとなっている。
【００１９】
一方、各副掘削機本体１３，１４はこの主掘削機本体１１の外周部に嵌合するコ字形断面をなしており、各副掘削機本体１３，１４の後部の副テール部には周方向に連続する副テールシール３２，３３が装着されている。また、主掘削機本体１１の縦壁１１ａには主テールシール３１の第１シール部３１ａと平行なすように補助テールシールの第２シール部３１ｂが装着されている。そして、この第２シール部３１ｂは副テールシール３２，３３と摺接するようになっている。
【００２０】
各テールシール３１，３２，３３はほぼ同様の構造となっており、図４に示すように、前後に二重に装着されてその間にグリースが充填されることでシールしている。そして、例えば、主テールシール３１の第１シール部３１ａは、複数のブラシワイヤ４１の基端部が束ねられると共に上保護板４２と下保護板４３によって挾持され、その基端部がコ字形状のケーシング４４に保持されて構成されており、このケーシング４４が主掘削機本体１１のテール部の内周面に連続して固定されている。一方、第２シール部３１ｂも同様に、複数のブラシワイヤ４１の基端部が束ねられると共に上保護板４２と下保護板４３によって挾持され、その基端部がコ字形状のケーシング４４に保持されて構成されており、このケーシング４４が主掘削機本体１１のテール部の縦壁１１ａの外周面に連続して固定されている。
【００２１】
従って、第１シール部３１ａを含めた主テールシール３１は先端部が中央の既設鋼殻Ｓ１の外面に圧接し、第２シール部３１ｂを含めた副テールシール３２，３３は先端部が両側の既設鋼殻Ｓ２，Ｓ３の外面に圧接しており、各掘削機本体１１，１３，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止できる。そして、第２シール部３１ｂと副テールシール３２，３３とが互いに密着しており、主掘削機本体１１に対して副掘削機本体１３，１４が側方に移動する拡幅動作に応じて、この部分が摺接することとなり、主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との嵌合領域が変化しても、掘削機本体１１，１３，１４の後部からの水や土砂の侵入を確実に防止できる。
【００２２】
ここで、上述した本実施形態のシールド掘削機による矩形断面トンネルの掘削作業について説明する。
【００２３】
本実施形態では、図６に示すように、上述したシールド掘削機１０，１０ａを用いて複数のトンネルＴ１，Ｔ２を枠状に掘削形成し、その後、内部の土砂を排出することで、この内部に自動車用高速道路のためのトンネルＴを構築する。このトンネルＴは所定距離をもった２つの立坑を連通するように掘削するものであり、ここでは、横長トンネル用のシールド掘削機１０と縦長トンネル用のシールド掘削機１０ａの２種類のシールド掘削機を図示しない２つの立坑間で往復移動してトンネルＴを掘削する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、掘削当初は前後の拡幅ジャッキ１９，２０を収縮して副掘削機本体１３，１４を主掘削機本体１１側に移動し、主掘削機本体１１と２つの副掘削機本体１３，１４で構成する掘削機本体の幅を狭くする。そして、主カッタ機構１２及び副カッタ機構１５，１６を回転駆動しながら、複数のシールドジャッキ１９，２０，２１を伸長させると、主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４は既設の鋼殻からの反力により一体となって前進し、前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。
【００２５】
そして、シールドジャッキ１９，２０，２１が所定ストローク伸長して主掘削機本体１１及び副掘削機本体１３，１４が所定距離掘進して矩形トンネルを掘削すると、シールドジャッキ１９，２０，２１の何れか一つを縮み方向に作動し、既設の鋼殻との間に空所を形成し、この空所に各エレクタ装置によって新しい鋼殻を装着し、隣接する既設の鋼殻同志を連結固定する。この作動の繰り返しにより、図５に示すように、３つの鋼殻Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３がテールボイドＢで連結された矩形トンネルＴ₁を掘削形成することができる。
【００２６】
このように縮幅の矩形トンネルＴ₁を所定距離掘削し、分岐路や出口路のためにトンネル幅を拡大した拡幅の矩形トンネルを掘削する位置の所定距離手前までくると、副カッタ機構１５，１６に装着された図示しないコピーカッタにより側方の地盤を掘削しながら拡幅ジャッキ１７，１８を伸長することで掘削するトンネル幅を拡大していく。そして、トンネル幅が所定の幅まで拡大すると、拡幅ジャッキ１７，１９を停止し、この状態で前述と同様に掘削作業を行う。すると、図６に二点鎖線で示すように、全体として幅Ｗ１から幅Ｗ２に拡幅した矩形トンネルを連続して掘削することができる。
【００２７】
この主掘削機本体１１に対する副掘削機本体１３，１４の拡幅時に、図３に示すように、主掘削機本体１１の第２シール部３１ｂに対して副掘削機本体１３，１４の副テールシール３２，３３が摺接しながら移動することとなり、主掘削機本体１１と各副掘削機本体１３，１４との嵌合領域が変化しても、掘削機本体１１，１３，１４の後部からの水や土砂の侵入を確実に防止できる。
【００２８】
そして、図６に示すように、多数の矩形トンネルＴ₁，Ｔ₂を枠状に掘削形成し、互いに隣接する各トンネルＴ₁，Ｔ₂同志をコンクリート等によって連結して枠状のトンネルＴを形成し、内部の土砂を排出することでここを自動車用高速道路のためのトンネルとして使用することができる。なお、各トンネルＴ₁，Ｔ₂の内部は電気ケーブルや通信ケーブルなどを配設する共同溝として使用したり、コンクリートを充填して強度部材として使用することもできる。
【００２９】
なお、上述の実施形態では、主掘削機本体１１を矩形断面とし、副掘削機本体１３，１４をコ字形断面としたが、逆であってもよい。図７に本発明の第２実施形態に係る主テールシールと副テールシールの嵌合部を表すシールド掘削機の要部後面視、図８にシールド掘削機により構築されたトンネル断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３０】
本実施形態では、図７に示すように、各副掘削機本体４２に主掘削機本体４１との仕切り壁が一体に形成されることで矩形断面をなしており、副掘削機本体４２の主掘削機本体４１側の縦壁４２ａが仕切り壁となっている。そして、この副掘削機本体４２の後部の副テール部に周方向に連続する副テールシール４４が装着されており、副テールシール４４における副掘削機本体４２の縦壁４２ａの装着部が補助テールシールの第１シール部４４ａとなっている。
【００３１】
一方、主掘削機本体４１はこの副掘削機本体４２の外周部に嵌合するニ字形断面をなしており、後部の主テール部には上下に主テールシール４３が装着されている。また、副掘削機本体４２の縦壁４２ａには副テールシール４４の第１シール部４４ａと平行なすように補助テールシールの第２シール部４４ｂが装着されている。そして、この第２シール部４４ｂは主テールシール４３と摺接するようになっている。
【００３２】
従って、図７及び図８に示すように、第１シール部４４ａを含めた副テールシール４４は先端部が側方の既設鋼殻Ｓ２，Ｓ３の外面に圧接し、第２シール部４４ｂを含めた主テールシール４３は先端部が中央の既設鋼殻Ｓ１の外面に圧接しており、各掘削機本体４１，４２の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止できる。そして、第２シール部４４ｂと主テールシール４１とが互いに密着しており、主掘削機本体４１に対して副掘削機本体４２が側方に移動する拡幅動作に応じて、この部分が摺接することとなり、主掘削機本体４１と各副掘削機本体４２との嵌合領域が変化しても、後部からの水や土砂の侵入を確実に防止できる。
【００３３】
なお、上述の実施形態では、主掘削機本体の両側に副掘削機本体を移動自在に設けたが、主掘削機本体の左右のいずれか一方のみに副掘削機本体を移動自在に設けてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、シールド掘削機１０，１０ａを用いて複数のトンネルＴ１，Ｔ２を枠状に掘削形成し、内部の土砂を排出することでトンネルＴを構築するようにしたが、一つのシールド掘削機１０のみで構築したトンネルを地下鉄等が走行するトンネルとして使用するようにしてもよく、この場合、駅に該当する領域だけ拡幅したトンネルを掘削するようにすればよい。
【００３５】
【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の発明のトンネル掘削機によれば、主掘削機本体の前端部に主カッタ機構を装着し、この主掘削機本体の側方に副掘削機本体を配設してその前端部に副カッタ機構を装着すると共に、主掘削機本体あるいは副掘削機本体のいずれか一方に仕切り壁を設け、副掘削機本体支持機構により主掘削機本体に対して副掘削機本体をそれぞれ独立して側方移動可能とすると共に、推進機構により主掘削機本体及び副掘削機本体を前進可能とし、主掘削機本体の後部に主テールシールを装着すると共に、副掘削機本体の後部に副テールシールを装着し、主テールシールあるいは副テールシールの一方に連続する第１シール部及び他方に摺接する第２シール部を有する補助テールシールを設けたので、掘削途中でトンネルを拡幅するために副掘削機本体が主掘削機本体に対して側方移動しても、第２シール部が主テールシールあるいは副テールシールに摺接するため、テールシールは既設の覆工部材の外面に隙間なく圧接することとなり、掘削機本体内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図ることができる。
【００３６】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、仕切り壁を主掘削機本体に一体に形成することで主掘削機本体を矩形断面とする一方、副掘削機本体を主掘削機本体の外周部に嵌合するコ字形断面とし、主テールシールに第１シール部を連続する一方、副テールシールに第２シール部を摺接するようにしたので、主掘削機本体に対して副掘削機本体が側方移動して拡幅しても、第２シール部が副テールシールに摺接するため掘削機本体内部への浸水を確実に防止することができる。
【００３７】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、副掘削機本体を主掘削機本体の両側方に配設して仕切り壁を各副掘削機本体にそれぞれ一体に形成することで副掘削機本体を矩形断面とする一方、主掘削機本体を各副掘削機本体の外周部にそれぞれ嵌合する断面形状とし、副テールシールに第１シール部を連続する一方、主テールシールに第２シール部が摺接するようにしたので、主掘削機本体に対して副掘削機本体が側方移動して拡幅しても、第２シール部が主テールシールに摺接するため掘削機本体内部への浸水を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の後部概略図である。
【図２】本実施形態のシールド掘削機の前部概略図である。
【図３】主テールシールと副テールシールの嵌合部を表すシールド掘削機の要部後面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】シールド掘削機により構築されたトンネル断面図である。
【図６】枠型トンネルの概略図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る主テールシールと副テールシールの嵌合部を表すシールド掘削機の要部後面図である。
【図８】シールド掘削機により構築されたトンネル断面図である。
【符号の説明】
１１主掘削機本体
１２主カッタ機構
１３，１４副掘削機本体
１５，１６副カッタ機構
１７，１８拡幅ジャッキ（副掘削機本体支持機構）
１９，２０，２１シールドジャッキ（推進機構）
３１，４１主テールシール
３２，３３，４２副テールシール
３１ａ，４２ａ第１シール部
３１ｂ，４２ｂ第２シール部

Claims

主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記主掘削機本体あるいは前記副掘削機本体のいずれか一方に設けられた仕切り壁と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して掘進方向側方に移動可能に支持する副掘削機本体支持機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進させる推進機構と、前記主掘削機本体の後部に装着された主テールシールと、前記副掘削機本体の後部に装着された副テールシールと、前記仕切り壁の後部に前記主テールシールあるいは副テールシールの一部としてそれぞれ装着されて前記主テールシールあるいは前記副テールシールの一方に連続する第１シール部及び前記主テールシールあるいは前記副テールシールの他方に摺接する第２シール部を有する補助テールシールとを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記仕切り壁が前記主掘削機本体に一体に形成されることで該主掘削機本体は矩形断面をなす一方、前記副掘削機本体は該主掘削機本体の外周部に嵌合するコ字形断面をなし、前記主テールシールに前記第１シール部が連続する一方、前記副テールシールに前記第２シール部が摺接することを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記副掘削機本体は前記主掘削機本体の両側方に配設されて前記仕切り壁が該各副掘削機本体にそれぞれ一体に形成されることで該副掘削機本体は矩形断面をなす一方、前記主掘削機本体は該各副掘削機本体の外周部に嵌合する断面形状をなし、前記副テールシールに前記第１シール部が連続する一方、前記主テールシールに前記第２シール部が摺接することを特徴とするトンネル掘削機。