JPH02213593A - シールド掘削機 - Google Patents

シールド掘削機

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JPH02213593A
JPH02213593A JP3444889A JP3444889A JPH02213593A JP H02213593 A JPH02213593 A JP H02213593A JP 3444889 A JP3444889 A JP 3444889A JP 3444889 A JP3444889 A JP 3444889A JP H02213593 A JPH02213593 A JP H02213593A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、トンネルを構築するシールド工法に用いるシ
ールド掘削機に係り、特に、大断面かつ任意断面のトン
ネルを形成する際に用いて好適なシールド機に関するも
のである。
[従来の技術] 近年、都市部の地盤等に鉄道用トンネル等の大断面トン
ネルを構築する目的で、両型に形成したスキンプレート
の前面に2台のカッタを設けたシ−ルド掘削機を用いて
トンネルを形成する、マルチフェースシールド工法、ま
たはダブルオーチューブ工法と呼ばれる新規なシールド
工法が提案、実施されている。
従来、前記マルチフェースシールド工法に使用する掘削
機としては、たとえば特開昭62−1998号公報に開
示されているように、調型断面のスキンプレートの前面
に2台の面板型のカッタを、掘進方向に対して若干ずら
して配置し、カッタどうしの相互干渉を防ぐ構造のもの
が知られており、また、ダブルオーチューブ工法に使用
する掘削機としては、カッタをスポーク型として、それ
らを調型断面のスキンプレート前面に配置し、スポーク
どうしがぶつからないように、それらの位相をずらした
状態で、互いに逆方向に回転させる構造のものが知られ
ている(たとえば特開昭61−47958号公報参照)
[発明が解決しようとする課題] 前記従来の大断面シールド工法によれば、それぞれの工
法に適用されるシールド掘削機の特徴を生かすことによ
って、都市部の地盤等に大口径で、かつ異形断面のトン
ネルを構築することができる。
しかしながら、このようなシールド掘削機においても、
たとえば、次のような点で解決すべき課題が残されてい
る。
第1に、前記従来の大断面シールド工法に適用される2
種類のシールド掘削機は、いずれも調型断面のスキンプ
レートの前面に2台のカッタを設けた基本構造となって
いるため、これらのシールド掘削機では、馬蹄形、矩形
といった断面構造のトンネル構造物を構築することがで
きない点である。
第2に、前述した従来のシールド掘削機は、調型断面の
スキンブレー−トの前面に2台のカッタを並列配置した
構成としているので、その方向制御や修正等のマシンの
制御が難しいといった点である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、制御
が容易であり、大断面、かつ任意断面のトンネルを掘進
し得る、より有効なシールド掘進機を提供することを目
的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、非円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレート
の前部に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前記
外側スキンプレートの内部に、円形の内殻を形成する円
筒形状の内側スキンプレートを設けることにより、この
内側スキンプレート内を泥水が圧送される円筒形の泥水
圧室として、また、前記内側スキンプレートと前記外側
スキンプレートとの間に形成される異形のスペースを泥
土圧室として構成し、前記泥水圧室の開口部に、地山を
円形に掘削する大口径カッタを前記内側スキンプレート
と略同軸的に配設し、前記泥土圧室の開口部に、複数の
小口径カッタをその開口部に沿って配設し、さらに、前
記内側スキンプレートに、前記泥土圧室内の土砂を前記
泥水圧室内に取り入れるためのスリットを、その周方向
に沿って複数設けたことを特徴とし、これに加えて、前
記内側スキンプレートを、前記大口径カッタと一体に形
成したこと、ならびに、前記大口径カッタの周部に、該
カッタの径方向に突出する凸状カッタを、その周方向に
沿った任意の位置に複数形成したことを含むものである
[作用] 本発明のシールド掘削機によれば、大口径力、。
夕が掘削する円形の切羽を、泥水圧室内に圧送した泥水
圧により安定させ、また、小口径カッタが掘削する異形
の切羽を、泥水圧および泥土圧により安定させながら、
各カッタにより切羽を掘削する一方、泥土圧室内の土砂
を内側スキンプレートのスリットより泥水圧室内に移送
させて泥水圧室内の土砂とともに外部に排出していくの
で、従来泥土圧室シールド工法に要したスクリューコン
ベヤは不要となり、円形部と異形部との組み合わせによ
り、非円形かつ大断面のトンネルを容易に構築すること
ができる。
泥土圧室内から泥水圧室内へ土砂を移送・する手段は、
スリットによるため、構造が簡単で、かつ動力を省略で
き、もって安価に構成できる。
また、大口径カッタに内側スキンプレートを一体に形成
すれば、泥土圧室内および泥水圧室内の土砂に流動性が
与えられて土砂の排出効率の向上が図られ、さらに、大
口径カッタに凸状カッタを形成すれば、大口径カッタが
掘削した土砂の排出が円滑に進行する。
[実施例] 以下、第1図ないし第3図を参照して本発明の一実施例
を説明する。
これら図中符号1で示すものが本実施例にかかるシール
ド掘削機である。このシールド掘削11は、外殼を形成
する筒状の外側スキンプレート2の前部に設けられた大
口径カッタ3および小口径カッタ4により地山を掘削し
つつ、スキンプレート2内部で、−次覆工用のセグメン
ト(コンクリートセグメント等)Sを組み立てながら地
中を掘進する基本構成となっている。
外側スキンプレート2は、上面が円弧状となった断面馬
蹄形状に形成されたもので、その前部には、先端開口部
を覆って隔壁5が設けられている。
この隔壁5の前面であって外側スキンプレート2内の略
中央には、内殻を形成する円筒形状の内側スキンプレー
ト6が一体に固着されている。そして、この内側スキン
プレート6内が、泥水が圧送される円形の泥水圧室7と
して、また、内側スキンプレート6と外側スキンプレー
トとの間に形成される異形のスペースが、泥土圧室8と
して構成されている。
また、内側スキンプレー1−6には、泥水圧室7内と泥
土圧室8内とを連通し、泥水圧室8内の土砂を泥水圧室
7内に取り込むためのスリット9が、その周方向に沿っ
て間隔をおいて複数設けられている。スリット9は、内
側スキンプレート6の軸方向に沿った長尺な切込みによ
って形成されている。このスリット9は、図示せぬシャ
ッタによりその開度が調節できるようになっている。
前記泥水圧室7には、地山を円形に掘削する前記大口径
カッタ3が配設されるとともに、その上部には、送水管
lOの端部が開口しており、さらにその下部には、排泥
管11の端部が接続されている。
一方、泥土圧室8の内部には、複数の前記小口径カッタ
4が、泥土圧室8の開口部に沿って、すなわちこの場合
であれば、第1図に示すように、両端下部を埋めるべく
、かつ若干の相互間隔をおいて設けられている。
なお、外側スキンプレート2内には、シールド掘削機l
自身を推進させるためのシールドジャ・ツキ12が、外
側スキンプレート2の周方向に沿って複数配設されてい
るとともに、セグメントSを組み立てるためのエレクタ
装置13が設けられている。
シールドジヤツキ12は、外側スキンプレート2内面に
固定された支持板14に後端が支持され、エレクタ装置
13によって組み立てられたセグメントS・・・の最前
端に反力を取ることにより、シールド掘削機l自身を前
方に推進させるものである。
次に、前記大口径カッタ3と小口径カッタ4について詳
述する。
まず、大口径カッタ3は、内側スキンプレート6と略同
径であって、切羽に対面する円形状の面板プレート15
と、この面板プレート15の軸心から後方に延びて図示
せぬ軸受けに回転自在に支持された回転軸16と、この
回転軸I6をギヤ16aを介して軸回りに回転させる駆
動モータ17とを主体として構成されている。回転軸1
6は、内側スキンプレート6の軸心と一致して延びてお
り、すなわち面板プレート15は、内側スキンプレート
6と同軸的に配設されている。
面板プレート15には、第1図に示すように、土砂を取
り込むスリブ)15aが、半径方向に沿って放射状に複
数(この場合4つ)形成されており、また、このスリッ
ト15aの周辺には、複数のカッタビット15bが固定
されている。
また、面板プレート15の周部には、径方向に突出し、
それ自体が地山を掘削する複数(この場合3つ)の凸状
カッタ18が、面板プレート15と一体に、等間隔に形
成されている。これら凸状カッタ18は、面板ブレー1
−15が回転して最下端および最上端に位置したとき、
その先端が外側スキンプレート2の外周面と略一致する
ようにその動作が制御されるようになっている。
これら凸状カッタ18のうちの少なくとも1つには、や
はり地山を掘削するコピーカッタ19が収納されている
。このコピーカッタ19は、面板プレート15の径方向
に出没自在に収納され、凸状カッタ18からの突出量は
、図示せぬ制御部により無段階に制御されるようになっ
ている。
この大口径カッタ15によれば、駆動モータ17の動力
が、回転軸16を介して面板プレート15に伝達して面
板プレート15が回転し、カッタビ1.ト15bおよび
凸状カッタ18によって地山を円形に掘削する。第1図
Aで示す円形部が、その掘削範囲である。
さらに、コピーカッタ19を突出させれば、掘削径はそ
の分大きくなるとともに、円板プレート15が1回転す
る途中でその突出量を無段階に変化させ、それを一定の
パターンとして制御すれば、円形に限らず、円形に近い
異形の掘削断面が形成される。
一方、小口径カッタ4は、切羽に対面し、その面に大口
径カッタ3と同様のカッタビット20aを有する面板プ
レート20と、この面板プレート20の軸心から後方に
延びて図示せぬ軸受けに回転自在に支持された回転軸2
1と、この回転軸21を軸回りに回転させる駆動モータ
22とを備えており、回転軸21には、該回転軸21と
一体に回転して泥土圧室8内の土砂を撹拌する撹拌翼2
3が設けられている。この撹拌翼23に撹拌された泥土
圧室8内の土砂は、流動性が与えられ、泥土圧室8内か
ら、内側スキンプレート6の各スリット9を通過して泥
水圧室7内に取り込まれるようになっている。
これら小口径カッタ4によれば、駆動モータ22の動力
が、回転軸21を介して面板プレート20に伝達して面
板プレート20が回転し、カッタビット20bによって
地山を掘削する。これら小口径カッタ4においては、外
側スキンプレート2内における大口径カッタ3の掘削範
囲を除く、泥土圧室8の前面である異形部(第1図Bで
示す)が掘削範囲となっている。
なお、上記各小口径カッタ4は面板型であるが、スポー
ク型を用いてもよい。
また、図中符号24は、シールド掘削機1の外側スキン
プレート2の後端部に設けられ、外側スキンプレート2
の内面で組み立てられたセグメントSと外側スキンプレ
ート2との間を閉塞するテールパツキンである。
上記構成からなるシールド掘削機lを用いて地山を掘削
するには、まず、送水管loから泥水圧室7内に泥水を
供給して泥水圧室7内を泥水加圧し、大口径カッタ3に
より掘削される円形部の切羽を安定させる。また、内側
スキンプレー1・6のスリット9の開度を適宜に設定し
、各小口径力。
夕4により掘削されて、泥土圧室8から泥水圧室7に取
り込まれる土砂の量を調節することにより、泥土圧室8
前面の異形部に泥水圧と泥土圧とを発生させて切羽の崩
壊を防止する。
次いで、大口径カッタ3を回転させて円形部への切羽を
掘削するとともに、各小口径カッタ4を回転させて異形
部Bの切羽を掘削する。
この際、大口径カッタ3に備えられたコピーカッタ夕1
9の突出量を、先端か、第2図C−+Dで示す上側半分
を通過するときは、外側スキンプレート2の外周の半円
弧状部分に一致し、C−+Dで示す下側半分を回転する
ときは、下に向かうに従い徐々に引っ込み、最下端に位
置するときに全体が凸状カッタ18内に収納され、そこ
から徐々に出現するよう制御する。これにより、大口径
カッタ3の掘削範囲・は、左右に広かった楕円形となる
一方、エレクタ装置13によりトンネル周壁に組み付け
たセグメントS・・・の最前端に反力を取ることにより
、シールドジヤツキ12を伸長してシールド掘削機l自
体を前方に推進させ、泥水圧室7内および泥土圧室8内
に土砂を取り込んでいく。
この際、各小口径カッタ4によって掘削された土砂を、
これら小口径力ッタ4周囲の泥土圧室8の開口部から、
泥土圧室8内に取り込み、さらに、小口径カッタ4に取
り付けられた撹拌翼23により、スリット9から泥水圧
室7内に取り入れる。
このように泥水圧室7内および泥土圧室8内に取り込ん
だ泥水を含む土砂を、排泥管11によってトンネル後方
に排出する。この土砂は、最終的に地上に運搬されて、
土砂と泥水とに分離され、泥水は、再び送水管lOから
泥土圧室7内に供給される。 ところで、本実施例の7
一ルド掘削機1の大口径カッタ3において、その掘削径
は、局部に一体に設けられた複数の凸状カッタ18によ
る。凸状カッタ18によって掘削された土砂は、凸状カ
ッタト8間に形成される円弧状の空間から、その後方の
泥土圧室8内に取り込まれる。
このように、本実施例のシールド掘削機1によれば、大
口径カッタ3で掘削する円形の切羽を泥水圧により安定
させ、また複数の小口径カッタ4で掘削する異形の切羽
を泥水圧および泥土圧により安定させて、大口径カッタ
3および各小口径カッタ4で掘削した土砂を流体輸送し
ていく構成であるから、図示例のような馬蹄形状でかつ
大断面のトンネルを、容易に掘削形成することができる
また、異形部は、各小口径カッタ4で独立して掘削する
ようにしているから、方向制御等マシンの制御も簡単で
あるといった利点がある。
また、泥土圧室8から泥水圧室7への土砂の移送は、各
小口径カッタ4に取り付けられた撹拌翼23によって内
側スキンプレート6のスリット9からなされるから、構
造が簡単で、かつ動力を省略でき、もって安価に構成で
きる。
また、凸状カッタ18により、外側および内側スキンプ
レート2.6間に形成される泥土圧室8内への削土の取
り込みが円滑に行われ、したがって土砂の流体輸送が速
やかに行われ、作業時間の短縮が図られる。
さらに、各小口径カッタ4によって掘削した土砂を、泥
土圧室8に取り入れた後、泥水圧室7に導き、泥水圧室
7の内に直接取り入れた土砂とともに排泥管11を介し
て外部に排出するようにしているので、排土設備は泥水
式シールド工法に用いるシールド掘削機の設備のみで対
応することが可能であり、イニシャルコストの低減を図
ることができるといった利点がある。
第4図および第5図は本発明の他の実施例を示している
。両図において前記実施例と同一構成要素には、同一の
符号を付し説明を省略する。
本実施例のシールド掘削機30においては、大口径カッ
タ3に内側スキンプレー1−31が一体に設けられてい
る。すなわち、第5図に示すように、大口径カッタ3を
構成する面板プレート15の周部裏面に、この面板プレ
ート15と同軸的に円筒状の内側スキンプレート31が
形成されている。
そして、この内側スキンプレート31の後端部には、泥
土圧室8内の土砂を泥水圧室7内に取り込むためのスリ
・ット32が、周方向に沿って複数間隔をおいて形成さ
れている。また。これらスリット32の周辺には、カッ
タビット33が設けられている。
本実施例のシールド掘削機30によれば、内側スキンプ
レート31が大口径カッタ3とともに回転することによ
り、泥土圧室8内および泥水圧室7内の土砂に流動性が
与えられて、土砂の排出効率の向上が図られるといった
利点を有する。
第6図ないし第9図は外側スキンプレートの断面形状が
、上記各実施例に示した馬蹄形状とは異なるシールド掘
削機の例を示している。
すなわち、第6図の外側スキンプレート41は角が丸い
縦長の長方形状、第7図の外側スキンプレート42は卵
形、第8図の外側スキンプレート43は前記各実施例の
外側スキンプレート2よりも縦長の馬蹄形状、第9図の
スキンプレート44は横長の小判形となっている。これ
ら図において、Aは大口径力・/夕3の掘削範囲であり
、このうちA1は凸状カッタ18の掘削範囲である。ま
た、Eはコピーカッタ19の掘削範囲である。そして、
Bは異形部であって、小口径カッタ4による掘削断面で
ある。
このように、コピーカッタ19の突出量を制御(7、か
つ異形部Bに小口径カッタ4を配すれば、各形状の外側
スキンプレートに対応した掘削断面が形成される。
さらに、これらのようなシールド掘削機を並べて同時に
作動させれば、第10図および第11図に示すようにさ
らに大なる断面のトンネルをm l’JI+形成するこ
とができる。ちなみに、第10図は第6図に示したシー
ルド掘削機、第11図は第8図のシールド掘削機を用い
た例である。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明のシールド機によれば、非
円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレートの前部
に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前記外側ス
キンプレートの内部に、円形の内殻を形成する円筒形状
の内側スキンプレートを設けることにより、この内側ス
キンプレート内を泥水が圧送される円形の泥水圧室とし
て、また、前記内側スキンプレートと前記外側スキンプ
レートとの間に形成される異形のスペースを泥土圧室と
して構成し、前記泥水圧室の開口部に、地山を円形に掘
削する大口径カッタを前記内側スキンプレートと略同軸
的に配設し、前記泥土圧室の開口部に、複数の小口径カ
ッタをその開口部に沿って配設し、さらに、前記内側ス
キンプレートに、前記泥土圧室内の土砂を前記泥水圧室
内に取り入れるためのスリットを、その周方向に沿って
複数設けたことを特徴とするから、円形部と異形部との
組み合わせによって非円形かつ大断面のトンネルを構築
することができる。泥土圧室から泥水圧室へ土砂を移送
する手段は内側スキンプレートに形成したスリットによ
るため、構造が簡単で、かつ動力を省略でき、もって安
価に構成できる。
また、内側スキンプレートを、大口径カッタと一体に形
成したり、大口径カッタの周部に、該カッタの径方向に
突出する凸状カッタを、その周方向に沿って複数形成す
れば、土砂の流動性が向上して掘削能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第1図はその正面図、第2図は第1図の■−■線矢
視断面図、第3図は第2図の■■線矢視断面図、第4図
および第5図は本発明の他の実施例を示し、第4図は側
断面図、第5図は大口径カッタの斜視図、第6図ないし
第9図はそれぞれ断面形状の異なる外側スキンプレート
の例を示す正面概略図、第10図および第11図はそれ
ぞれ第6図および第8図に示したシールド機を複数並べ
て大断面のトンネルを形成する例を示す正面概略図であ
る。 ■、30、・・・・・・シールド機、2.41.42.
43.44・・・・・・外側スキンプレート、3・・・
・・・大口径カッタ、4・・・・・・小口径カッタ、5
・・・・・・隔壁、6・・・・・・内側スキンプレート
、7・・・・・・泥水圧室、8・・・・・・泥土圧室、
9・・・・・・スリット、18・・・・・・凸状カッタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)非円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレー
    トの前部に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前
    記外側スキンプレートの内部に、円形の内殻を形成する
    円筒形状の内側スキンプレートを設けることにより、 この内側スキンプレート内を泥水が圧送される円筒形の
    泥水圧室として、また、前記内側スキンプレートと前記
    外側スキンプレートとの間に形成される異形のスペース
    を泥土圧室として構成し、前記泥水圧室の開口部に、地
    山を円形に掘削する大口径カッタを前記内側スキンプレ
    ートと略同軸的に配設し、 前記泥土圧室の開口部に、複数の小口径カッタをその開
    口部に沿って配設し、 さらに、前記内側スキンプレートに、前記泥土圧室内の
    土砂を前記泥水圧室内に取り入れるためのスリットを、
    その周方向に沿って複数設けたことを特徴とするシール
    ド掘削機。(2)前記内側スキンプレートを、前記大口
    径カッタと一体に形成したことを特徴とする請求項1記
    載のシールド掘削機。 (3)前記大口径カッタの周部に、該カッタの径方向に
    突出する凸状カッタを、その周方向に沿った任意の位置
    に複数形成したことを特徴とする請求項1および2記載
    のシールド掘削機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0340394U (ja) * 1989-08-24 1991-04-18
WO2006003916A1 (ja) * 2004-07-02 2006-01-12 Obayashi Corporation シールド機の推進工法及びシールド機
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