JP4462127B2 - シールド機及び側部地盤変状防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド機及び側部地盤変状防止方法に関し、特に、道路等をアンダーパスするトンネルを構築するのに有効なシールド機及び側部地盤変状防止方法に関する。

一般に、道路等をアンダーパスするトンネルを構築する場合、シールド機を用いて地盤を掘進しながら、掘削した部分に順次セグメントを敷設するシールド工法が用いられる。
シールド工法は、道路等を開削することなく、道路等をアンダーパスするトンネルを構築することができるので、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することができるものである。また、交通を遮断する必要がないので、周辺の住宅環境に影響を与えることもないものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１８４２６８号公報

ところで、上記のようなシールド工法によってトンネルへのアプローチ区間を掘進する場合に、アプローチ区間の両外側の部分は一般の自動車等が走行する工事占用外区間となっているため、掘削によって地盤変状が起こるのを防止する必要がある。このため、通常は、アプローチ区間の両側に矢板等を打設し、両側の地盤が崩壊するのを防止しているが、その作業に非常に手間がかかるため、工期が長くなり、工事費が高くついてしまう。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、道路等をアンダーパスするトンネルを構築する場合に、トンネルへのアプローチ区間の両側の地盤が崩れるのを容易に防止でき、これにより、工期を短縮することができて、工事費を安く抑えることができるシールド機及び側部地盤変状防止方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。

すなわち、請求項１に係る発明は、道路等をアンダーパスするトンネルを構築する際に用いられるシールド機であって、縦横に所定の配列で組み合わされるとともに、各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールドと、両側の主シールドの外側にそれぞれ独立して駆動可能に設けられるとともに、主シールドよりも小幅の複数の矩形状の側部シールドとを備え、トンネルへのアプローチ区間を掘進する際に、前記側部シールドを前記主シールドに先行させて駆動させ、その後に前記主シールドを駆動させるように構成し、前記主シールドは、当該主シールドの矩形領域を掘削するように挙動するとともに、前記側部シールド側に移動可能なカッターを有し、トンネル区間を掘進する際に、前記側部シールドの駆動を停止させた状態で、前記矩形領域を前記側部シールド側に移動することにより、前記側部シールドに対応する部分も前記主シールドにより掘削するように構成したことを特徴とする。 本発明によるシールド機によれば、アプローチ区間を掘進する際に、側部シールドによって掘削対象箇所の両側の部分を小幅で掘削することができるので、矢板等を打設することなく、その外側の部分が崩壊するのを防止できることになる。また、トンネル区間においては、側部シールドの駆動を停止させた状態で、主シールドのみによって地盤を掘削することができるので、掘削効率を高めることができる。

請求項３に係る発明は、道路等をアンダーパスするトンネルを構築する際に用いられるシールド機であって、縦横に所定の配列で組み合わされるとともに、各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールドと、両側の主シールドの外側にそれぞれ独立して駆動可能に設けられるとともに、主シールドよりも小幅の複数の矩形状の側部シールドとを備え、トンネルへのアプローチ区間を掘進する際に、前記側部シールドを前記主シールドに先行させて駆動させ、その後に前記主シールドを駆動させるように構成し、前記主シールドは、当該主シールドの矩形領域を掘削するように挙動するカッターを有し、トンネル区間を掘進する際に、前記側部シールドの駆動を停止させた状態で、補助カッターにより前記側部シールドに対応する部分を掘削するように構成したことを特徴とする。
本発明によるシールド機によれば、トンネル区間においては、側部シールドの駆動を停止させた状態で、主シールドのみによって地盤を掘削することができるので、掘削効率を高めることができる。

以上、説明したように、本発明のシールド機及び側部地盤変状防止方法によれば、道路等をアンダーパスするトンネルを構築する場合に、トンネルへのアプローチ区間において、アプローチ区間の両側に矢板等を打設することになく、側部シールドを主シールドよりも先に駆動させることによって、アプローチ区間の両側からの崩壊を防止することができることになる。従って、アプローチ区間の掘削作業が容易になるので、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することもできる。また、トンネル区間においては、主シールドによって側部シールドの領域まで掘削することができるので、掘削効率を大幅に高めることができ、これによっても工期を短縮でき、工事費を削減することができる。さらに、トンネル区間においては、側部シールドをケーシング内に没入された状態で主シールドを駆動させることができるので、シールド機の方向を変えるような場合に、側部シールドが邪魔になるようなことはなく、円滑にシールド機の方向を変えることができる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図１４には、本発明によるシールド機及び側部地盤変状防止方法の一実施の形態が示されていて、このシールド機及び側部地盤変状防止方法は、道路等をアンダーパスするトンネルを構築するのに有効なものである。

すなわち、この実施の形態によるシールド機１は、図１〜図１０、図１１〜図１４に示すように、地盤を掘削するためのカッター刃９、１８を備えた機械本体部２と、機械本体部２を推進させるための動力部２５と、機械本体部２と動力部２５とを連結する連結手段（図示せず）とから構成されている。

機械本体部２は、矩形筒状の前胴体（ケーシング）３と、前胴体３内に縦横に所定の組合せで配列されるとともに、各々が独立して前胴体３から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールド６と、幅方向の両端の主シールド６と前胴体３との間に設けられるとともに、各々が独立して前胴体３から出没可能、かつ各々が独立して駆動可能な複数の主シールド６よりも小幅の矩形状の側部シールド１５とを備えている。

前胴体３の内部は、各主シールド６及び各側部シールド１５がスライド自在に設けられ、前胴体３からその前方に向かって出没可能に構成されている。各シールド６及び各側部シールド１５は、独立して前胴体３から出没可能に構成されている。なお、各主シールド６間、及び主シールド６と側部シールド１５との間には、前胴体３と一体の隔壁を設けることもできる。

主シールド６の配列は、構築するトンネルの掘削断面の形状、大きさ等に応じて適宜の組合せとすることができ、図１〜図１０に示すものは、縦×横＝２（段）×３（列）とし、図１１〜図１４に示すものは、縦×横＝１（段）×２（列）としている。

各主シールド６は、前胴体３内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体７と、シールド本体７と前胴体３との間に設けられて、シールド本体７を進退させるスライドジャッキ１０と、シールド本体７の前面側に主シールド６の矩形領域を掘削するように挙動するとともに、図１２に示すように側部シールド１５側に向けて直線状または弧を描きつつ水平方向にシフト可能であり、先端部にカッター刃９を有するカッターヘッド（カッター）８と、シールド本体７に設けられる駆動源１１と、駆動源１１の駆動力をカッターヘッド８に伝達する動力伝達機構１２とを備えており、各主シールド６は、独立して駆動可能に構成されている。カッターヘッド８は、主シールド６の矩形領域を掘削するため、例えば、公知のＯＨＭ工法（Ｏmni-sectional(あらゆる断面に対応できる）Ｈedge（取り囲む) tunnelling Ｍethod(トンネル工法）の略称で、シールドカッタ部の３本のスポーク駆動軸を偏心逆回転させることで、角形掘進形状を掘削することができる）と同様な機構となっている。ただし、ＯＨＭ工法に用いられている機構に限定されるものではなく、他の機構を用いても良い。

各側部シールド１５は、前胴体３内にスライド自在に設けられる矩形状のシールド本体１６と、シールド本体１６と前胴体３との間に設けられて、シールド本体１６を進退させるスライドジャッキ１９と、シールド本体１６の前面側に回転可能に設けられるとともに、先端部にカッター刃１８を有するカッターヘッド１７と、シールド本体１６に設けられる駆動源２０と、駆動源２０の駆動力をカッターヘッド１７に伝達する動力伝達機構２１とを備えており、各側部シールド１５は、独立して駆動可能に構成されている。

各主シールド６のシールド本体７及び各側部シールド１５のシールド本体１６には、掘削した土砂を排出するための排出装置（図示せず）がそれぞれ接続されている。

動力部２５は、機械本体部２の前胴体３の後部に連結手段（図示せず）を介して連結される矩形筒状の後胴体２６と、後胴体２６内の４隅に設けられてシールド機全体１を推進させる複数のシールドジャッキ２７とを備えている。

連結手段は、前胴体３と後胴体２６とを、上下方向及び左右方向に相対的に屈曲自在に連結する連結継手（図示せず）と、前胴体３と後胴体２６との間に設けられて、前胴体３の後胴体２６に対する上下方向及び左右方向への相対的な屈曲角度を所定の値に設定する中折れジャッキ２８とから構成されている。

後胴体２６の内側にはセグメント組立装置（図示せず）が設けられ、このセグメント組立装置により、掘削した部分の内面に順次セグメント（図示せず）が組み立てられ、セグメントによる内壁が構築される。

そして、上記のように構成したこの実施の形態によるシールド機１を用いてトンネルを構築するには、まず、シールド機１をトンネルへのアプローチ区間の端部に位置する地上発進部に設置し、図１及び図２に示すように、下段の両外側に位置する側部シールド１５、１５のカッターヘッド１７、１７を回転駆動させ、スライドジャッキ１９、１９を作動させて側部シールド１５、１５を前胴体３から所定の速度で突出させ、側部シールド１５、１５の前方に位置する地盤をカッターヘッド１７、１７のカッター刃１８、１８により掘削する。

次に、図３に示すように、下段の両外側に位置する主シールド６、６のカッターヘッド８、８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０、１０を作動させて両主シールド６、６を前胴体３から所定の速度で突出させ、両主シールド６、６の前方に位置する地盤をカッターヘッド８、８のカッター刃９、９により掘削し、その掘削した部分を側部シールド１５、１５によって掘削した部分に連通させる。

次に、図４に示すように、下端の中央部に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０を作動させて主シールド６を前胴体３から所定の速度で突出させ、その主シールド６の前方に位置する地盤をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削し、その掘削した部分を両側の主シールド６、６により掘削した部分に連通させる。

このようにして、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５により、アプローチ区間に対する第１段階の掘削が完了する。

次に、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シード１５、１５を前胴体３から突出させた状態で、動力部２５のシールドジャッキ２７を作動させることにより、シールド機１全体を前進させ、図５〜図７に示すように、下段の両側の側部シールド１５、１５のカッターヘッド１７、１７を回転駆動させ、スライドジャッキ１９、１９を作動させることにより両側部シールド１５、１５を前胴体３から所定の速度で突出させ、両側部シールド１５、１５の前方に位置する地盤をカッターヘッド１７、１７のカッター刃１８、１８により掘削し、その掘削した部分を最初に掘削した部分に連通させる。

次に、図８に示すように、下段の両外側に位置する主シールド６、６のカッターヘッド８、８を回転駆動させ、スライドジャッキ１０、１０を作動させて両主シールド６、６を前胴体３から所定の速度で突出させ、両主シールド６、６の前方に位置する地盤をカッターヘッド８、８のカッター刃９、９により掘削し、その掘削した部分を側部シールド１５、１５によって掘削した部分に連通させる。

次に、図９に示すように、下端の中央部に位置する主シールド６のカッターヘッド８を回転駆動させ、その主シールド６のスライドジャッキ１０を作動させることにより、その主シールド６を前胴体３から所定の速度で突出させ、その主シールド６の前方に位置する地盤をカッターヘッド８のカッター刃９により掘削し、その掘削した部分を両側の主シールド６、６により掘削した部分に連通させる。

このようにして、下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５により、アプローチ区間に対する第２段階の掘削が完了する。そして、このような下段の３つの主シールド６、６、６及び２つの側部シールド１５、１５による掘削を繰り返し行うことにより、トンネルへのアプローチ区間の全長を掘削することができる。

なお、上記の場合、アプローチ区間の深さが下段の主シールド６、６、６及び側部シールド１５、１５の高さよりも深い場合には、上段の主シールド６、６、６及び側部シールド１５、１５を駆動させることにより、そのような深さのアプローチ区間の掘削に対応することができるものである。

そして、上記のようなアプローチ区間の掘削が完了した後に、トンネル区間の掘削を継続して行うには、側部シールド１５、１５を前胴体３内に没入させ、側部シールド１５、１５を停止させた状態で、下段の３つの主シールド６、６、６、上段の３つの主シールド６、６、６をそれぞれ駆動させれば良いものである。この場合、カッター刃９の回転軸をシフトすることにより、カッター刃９によって掘削される矩形領域を側部シールド１５側に移動することができ、側部シールド１５に対応する部分も主シールド６，６により掘削することができる。トンネル区間の掘削を実行する際、側部シールド１５，１５を作動させると、シールド機の方向を変えるような場合に、側部シールドが邪魔をするおそれがあるが、側部シールド１５、１５を作動させることなく、円滑に方向を変えることができながら、当該側部シールドに対応する部分も掘削することができる。

ところで、カッター刃９によって掘削される矩形領域を側部シールド１５側に移動すると、もとの主シールド６の矩形領域にカッター刃９によっては掘削されない領域が生じる。この領域は、シールド機１全体では内側に位置するため、土質によっては、別途、カッターによって掘削するまでもなく、シールド機１を掘進させることもできるが、例えば、カッターヘッド８の先端から出没可能なコピーカッターを補助的に設け、このコピーカッターにより上記非掘削部分を掘削することもできる。

なお、カッター刃９によって掘削される矩形領域を側部シールド１５側に移動することに代えて、カッターヘッド８の先端から出没可能に補助的に設けられたコピーカッターその他の補助カッターにより側部シールド１５に対応する部分を掘削することもできる。

上記のように構成したこの実施の形態によるシールド機及び側部地盤変状防止方法にあっては、トンネルへのアプローチ区間を掘削する場合に、側部シールド１５を主シールド６に先行させて駆動させ、側部シールド１５によりアプローチ区間の両側を小幅で掘削するように構成したので、アプローチ区間の両側が崩壊するのを防止できることになる。従って、アプローチ区間の両側に崩壊を防止するために矢板等を打設する必要がなくなるので、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することもできる。

また、トンネル区間を掘削する場合には、側部シールドを停止させた状態で主シールドを駆動させることにより、トンネル区間を掘削することができるので、効率よくトンネル区間の掘削を行うことができる。

さらに、トンネル区間を掘削する場合には、側部シールド１５を前胴体３内に没入させた状態とするので、シールド機１全体の方向を変える場合に、側部シールド１５が邪魔になるようなことはなく、円滑にシールド機１全体の方向を変えることができることになる。

本発明によるシールド機及びシールド機の発進方法の一実施の形態を示した概略図であって、第１段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。 図１の側部シールドを更に掘進させた状態を示した説明図である。 下段の両側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。 下段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。 第２段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。 図５の側部シールドを更に掘進させた状態を示した説明図である。 図５の側部シールドを更に掘進させた状態を示した説明図である。 下段の両側の主シールドの掘進状態を示した説明図である。 下段の真中の主シールドの掘進状態を示した説明図である。 第３段階の掘削における下段の両側の側部シールドの掘進状態を示した説明図である。 １段×２列のシールド機を示した正面図である。 図１１のシールド機の主シールドの偏心状態を示した説明図である。 図１１のＡ−Ａ線断面図である。 図１１のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ シールド機
２ 機械本体部
３ 前胴体
６ 主シールド
７ シールド本体
８ カッターヘッド（カッター）
９ カッター刃
１０ スライドジャッキ
１１ 駆動源
１２ 動力伝達機構
１５ 側部シールド
１６ シールド本体
１７ カッターヘッド（カッター）
１８ カッター刃
２６ 後胴体

Claims (2)

1. 道路等をアンダーパスするトンネルを構築する際に用いられるシールド機であって、
   縦横に所定の配列で組み合わされるとともに、各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールドと、両側の主シールドの外側にそれぞれ独立して駆動可能に設けられるとともに、主シールドよりも小幅の複数の矩形状の側部シールドとを備え、トンネルへのアプローチ区間を掘進する際に、前記側部シールドを前記主シールドに先行させて駆動させ、その後に前記主シールドを駆動させるように構成し、
   前記主シールドは、当該主シールドの矩形領域を掘削するように挙動するとともに、前記側部シールド側に移動可能なカッターを有し、トンネル区間を掘進する際に、前記側部シールドの駆動を停止させた状態で、前記矩形領域を前記側部シールド側に移動することにより、前記側部シールドに対応する部分も前記主シールドにより掘削するように構成したことを特徴とするシールド機。
2. 道路等をアンダーパスするトンネルを構築する際に用いられるシールド機であって、
   縦横に所定の配列で組み合わされるとともに、各々が独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールドと、両側の主シールドの外側にそれぞれ独立して駆動可能に設けられるとともに、主シールドよりも小幅の複数の矩形状の側部シールドとを備え、トンネルへのアプローチ区間を掘進する際に、前記側部シールドを前記主シールドに先行させて駆動させ、その後に前記主シールドを駆動させるように構成し、
   前記主シールドは、当該主シールドの矩形領域を掘削するように挙動するカッターを有し、トンネル区間を掘進する際に、前記側部シールドの駆動を停止させた状態で、補助カッターにより前記側部シールドに対応する部分を掘削するように構成したことを特徴とするシールド機。

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