JPH0224997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトンネル掘削に使用するシールド掘進
機に係り、特に１台の掘進機によりトンネル区間
中の所要部を拡幅して掘進することのできる密閉
型シールド掘進機に関する。

［従来の技術］ トンネル掘削工事に使用されるシールド掘進機
にあつては、円筒形に形成されたシールドフレー
ムの前方にそのシールドフレームの直径とほぼ同
径のカツタ面板を回転自在に備え、そのカツタ面
板の回転によつて地山切刃を掘削する密閉型シー
ルド掘進機は、シールドフレームの外径に相当す
る円形断面のトンネルを掘削形成することが知ら
れている。この掘進機は一般的にトンネル掘削区
間に地下水が多く地質的に軟弱な地山に使用され
るために、第１図に示すごとく水密構造に構成さ
れている。

図示するように、１はシールド掘進機であり、
２は円筒状のシールドフレームであり、このシー
ルドフレーム２は地山中にあつて土圧および地下
水圧に耐える強度を有している。３はカツタ面板
であり、このカツタ面板３は前面に備えたカツタ
ビツト４により地山切刃を掘削すべく軸５を介し
て回転自在に支持されて掘削土砂取込用スリツト
３ｂを備える。軸５は図示省略した駆動モータ、
駆動ギヤなどからなる駆動手段により回転する。
６は隔壁でありこの隔壁６はカツタ面板３の後面
より所要間隔を隔ててシールドフレーム２内に設
けられ、地下水や掘削土砂がシールドフレーム２
内流入することを制止する。

６ｂは第２の隔壁である。７はカツタ室であ
り、このカツタ室７はカツタ面板３の後面と隔壁
６の前面およびシールドフレーム２の前方の一部
分の内周面とにより形成され、掘削土泥を取込み
下方に挿嵌した排泥管８により地上へ排出移送さ
れる。９は掘削土泥の排泥濃度を調節するために
地上より送水または送泥する送泥水管である。１
０はテールシールであり、このテールシール１０
はシールドフレーム２の後方で一部分厚さを減じ
たシールドフレーム２の内周に沿つて複数列に取
付けられたセグメント１１の外周面に密接してシ
ールドフレーム２の後方からその内部への浸水を
制止する。セグメント１１は掘削されたトンネル
断面の変形やトンネル内への地下水等の浸水を制
止するため、トンネル断面に沿つて張設される。
セグメント１１は複数片に分割作成され、エレク
タ１２によりトンネル孔の所要位置に移送され
る。

１２ａはエレクタリング、１２ｂはエレクタジ
ヤツキ、１２ｃはつかみ部材である。

１３はリングガータであり、シールドフレーム
２の内周に沿つて設けられる補強部材である。

１４はシールドフレーム２の内周に沿つて複数
取付けられたシールドジヤツキであり、このシー
ルドジヤツキ１４はその伸長による推力をセグメ
ント１１に支承させてその反力により掘進機１を
前進させる。１５はジヤツキサポートである。１
６はオーバーカツタであり、このオーバーカツタ
１６はカツタ面板３内に組込まれ油圧等（図示省
略）により伸縮駆動し、伸長してシールドフレー
ム２より突出した部分で地山をカツタ面板３の回
転につれて回転して余掘りを行なう。一般に余掘
りは掘進機１の方向制御用として実施されてい
る。

以上により機械掘り式シールド掘進機ではシー
ルドフレーム２とほぼ同径の円形トンネルが掘削
される。１７はシールドフレーム２の軸心であ
り、Ｔは掘削されたトンネルの内周面である。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、近年トンネルの利用範囲の拡大や、
トンネルの長大化につれてトンネル内に各種の機
器や設備、例えば電力、通信関係における各種ケ
ーブルの接続部や、水道関係の配管集合部や、地
下鉄の駅舎部等が設置されるようになり、この部
分は本来の円形掘削断面の他に、これらを収容す
る拡幅部分を増掘する必要が生じて来た。

しかしながら、従来の密閉型シールド掘進機で
は同径の円形トンネルを掘削し得るのみなので、
拡幅部分の掘削には、地上よりその部分に至る立
杭を掘削するか、あるいはトンネル内に他の掘削
装置を導入して、以前に張設したセグメントの一
部を除去して拡幅工事を施工した後、セグメント
を再度張設する必要があつた。

また、拡幅工事は工事の安全対策を常に万全な
状態として行なわねばならず、このため多大の作
業と工費を要し、きわめて非能率であるとの欠点
があつた。

本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案さ
れたものであり、その目的はトンネルの所要部分
の拡幅工事をも施工し得る密閉型シールド掘進機
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、円筒状のシールドフレームにその地
山側にカツタ面板を有すると共にそのカツタ面板
の後方に上記シールドフレーム内を閉じる隔壁を
設けてカツタ室を形成した密閉型シールド掘進機
において、上記円筒状のシールドフレームを上下
に２分割して、これら分割片の端部を互いに重ね
合せると共に、分割片に互いに上下方向に移動さ
せてシールドフレームの横断面を円形から長円形
状に拡縮するためのジヤツキを設け、且つ上記隔
壁を分割して互いに分割された端部を所定の長さ
重ね合せて上記シールドフレームの拡縮時に上記
カツタ室を密閉させるように構成したものであ
る。

［作用］ まず、通常のトンネル掘削においては上下方向
に分割された分割片が円形のシールドフレームを
形成する。

一方、トンネルの拡幅時においては、シールド
フレームを拡幅移動させることになり、上下方向
に分割された分割片が長円形状断面のシールドフ
レームを形成することになる。この際に、カツタ
面板の後方には上下方向に分割された隔壁が互い
に重ね合わされて密閉されたカツタ室が形成され
る。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。

第３図および第４図において、１はシールド掘
進機であり、このシールド掘進機１には円筒状に
開放されたシールドフレーム２が設けられる。こ
のシールドフレーム２にはその地山側にカツタ面
板３が設けられ、このカツタ面板３はカツタビツ
ト、スリツト（図示省略）を備えて軸５に接続さ
れ駆動手段（図示省略）により回転して地山切刃
を掘削する。１１はセグメント、１４はシールド
ジヤツキ、１５はジヤツキサポート、１６はオー
バーカツタ、１７は軸心である。上記カツタ面板
３より軸心１７までと、図示省略した排泥管、送
泥水管、エレクタは従来例どおりのものである。

また、シールドフレーム２は上下方向にそれぞ
れ半円形に分割された分割片により構成され、そ
のうちの上方片２２は、その内面を下方に臨ませ
た半円形とし下端部に下方片２３と重ね合せるた
めの重合部２４を備える。下方片２３は上方片２
２に対応させて上方に臨ませた半円形とし上端部
に上方片２２の重合部２４と重ね合わされる重合
部２５を備える。これら各片２２，２３は第４図
に示す如く各重合部２４，２５を重ね合せてシー
ルドフレーム２の外周形状を円形に形成する。２
６，２７はリングガーダであり、これらリングガ
ーダ２６，２７は上下に分割されて上方片２２、
下方片２３に取付けられ、各端部に重合部分を備
える。カツタ面板３の後方には下方片２３に固設
された隔壁２８が設けられ、その隔壁２８の後方
にはこれより所定間隔を隔てて第２の隔壁２８ｂ
が設けられ、これらの隔壁２８，２８ｂは上方の
円弧部分を一部切除している。

２９は上方片２２に固設された上方隔壁であ
り、この上方隔壁２９は上記隔壁２８の切除部分
を覆うと共に下方に延出した重合部２９ｂを備え
る。３０，３１はテールシールであり、これらテ
ールシール３０，３１は上下に分割されて上方片
２２と下方片２３とに取付けられ各端部に重合部
分３０ｂを備える。

したがつて、カツタ面板３の後方には隔壁２
８，２９の端部が互いに上下方向に重ね合わさ
れ、かつ上方片２２と下方片２３とで区画された
カツタ室３２が形成され、このカツタ室３２には
カツタ面板３により掘削した土泥が取込まれ、排
泥管（図示省略）を介して地上に排出移送される
ようになつている。

３３はジヤツキであり、このジヤツキ３３はそ
の伸縮動により上記シールドフレーム２を拡幅し
長円形断面とし、さらに円形断面に可変自在とす
べく、上方片２２と下方片２３とを上下方向に結
んで内部側方寄りに垂直状に取付けられる。具体
的にはジヤツキ３３は第３図に示すごとく、隔壁
２８のやや後方と、リングガーダ２６のやや前方
とに設けられると共に、これらの図示省略した反
対側の計４ケ所に設置され、図示省略した流体制
御系により同期的に伸縮動して上方片２２を平行
に昇降移動させる。３４はジヤツキ３３を上方片
２２に固定する支承部材であり、その下方にはジ
ヤツキピストンが接続される。３５，３６はジヤ
ツキ３３を下方片２３に固定する支承部材であ
り、その上部にはジヤツキシリンダが接続され
る。３７はその外周面側を抉つた特殊鋼製セグメ
ントであり、その抉つた部分には充填剤等を注入
することにより膨張するチユーブ状の可撓性袋３
８が組込まれている。この可撓性袋３８は膨張す
ることにより拡幅掘削部分に到達可能であり、そ
の膨張した可撓性袋３８の外面は上方片２２に取
付けられたテールシール３０又はテールプレート
に密接するようになつている。

次に上記実施例の作用を述べる。

通常のトンネル掘削区間では、第３図および第
４図に示すように、シールドフレーム２を形成す
る上方片２２と下方片２３との各端部２４，２５
を互いに重ね合せて円形断面のシールドフレーム
２を形成し、これにより従来どおりの円形断面ト
ンネルを掘削しつつ前進移動することになる。

一方、トンネル拡幅地点に至つて上方部を拡幅
した長円形断面に掘削するに際しては、シールド
フレーム２を円形断面のままオーバカツタを突出
させ、軸心１７より上方の地山を余掘りする。こ
の余掘りは上方片２２を上昇させて所要の長円形
断面を形成し得る深さと、上方片２２の全長を収
容し得る長さの空間部分を地山中に掘削するもの
である。

余掘りが終了した後にはオーバカツタ１６をカ
ツタ面板３内に戻し、第５図および第６図に示す
ように、ジヤツキ３３を同期伸長させて上方片２
２を上記空間部分に上昇させシールドフレーム２
の外周形状を所要の拡幅長円形断面に形成する。
このとき、前方部では上方片２２に固設された上
方隔壁２９が上方片２２のリフト移動と共に上昇
移動し、下方片２３に固設された隔壁２８とによ
り長円形の隔壁を形成すると共に重合部分２９ｂ
が重合して密閉されたカツタ室３２が形成され
る。このため、カツタ室３２から地下水や土泥等
がシールドフレーム２内に流入することがない。
第２の隔壁２８ｂはその部分のジヤツキ３２を保
護するとともに隔壁２８より万一浸水などが生じ
たときにはこれを制止する。シールドフレーム２
の後方部では特種鋼製セグメント３７に組込まれ
た可撓性袋３８が充填剤等の注入により膨張し、
この可撓性袋３８は上方片２２の内周面に到達し
てその部分に備えられたテールシール３０又はテ
ールプレートと密接して地下水等がシールドフレ
ーム２内に流入することを制止する。

上方片２２と下方片２３との各端部の重合部２
４，２５は第６図に示すごとく一部分を重合させ
て、その部分にうける地下水等の流入を制止す
る。これによりシールドフレーム２内への地下水
等の流入は全て制止されシールドフレーム２およ
びトンネルの安全が維持される。

次に上記状態において、長円形断面トンネルの
掘進が開始される。まず、長円形断面となつた特
種鋼製セグメント３７の可撓性袋３８の前方にセ
グメント１１を同断面に張設する。そのセグメン
ト１１はこれまでに張設されたセグメント１１を
一部改造して所要断面となるごとくしたものであ
る。ついでオーバカツタ１６を突出させる。この
突出量は上方で上方片２２の外周と同様になり下
方片２３に近付くにつれて減少し、軸心１７を通
る水平線付近ではゼロとなり、その反対側に至つ
たときに突出を再開し逐次に延出して長円形の上
方部分を掘削するごとく、機械的調節が余掘り技
術を応用してなされており、カツタ面板３と共に
回転して地山切刃を長円形に掘削する。

掘削された土泥はカツタ室３２に取込まれ、排
泥管を介して地上に排出移送される。上記掘削量
が所定量（一般的にはセグメント１１の長さと同
じ長）に達したときにカツタ面板３の回転を停止
して掘削を中止し、シールドジヤツキ１４を伸長
させその推力を上記セグメント１１Ａおよび１１
に支承させて掘進機１を前進させる。以後は上記
手順をくりかえし所要長さの長円形断面トンネル
を掘進する。

この掘進が終了して円形断面トンネル掘削に復
旧するには、長円形断面トンネルの前部にてジヤ
ツキ３３を縮小させて上方片２２を下降移動さ
せ、その各重合部分２４，２５を重合させ、シー
ルドフレーム２をを円形断面に復旧させる。オー
バカツタ１６はカツタ面板３内に戻し、カツタ面
板３のみにて地山切刃を円形に掘削させ、セグメ
ント１１を円形に張設する。これにより従来どお
りのトンネル掘進を実施する。

なお、円形断面トンネルから長円形トンネルお
よびその反対に移行するに際し、その段差部分Ｇ
には鋼製のセグメント等を使用し、地山のトンネ
ル孔とシールドフレーム２とのシールを行なう。

［発明の効果］ 上記本発明によれば次のごとき効果が得られ
る。

(1) シールドフレームを上下に分割形成し、その
上方片を伸長拡幅自在としたので、シールドフ
レームの断面形状を円形から長円形に可変する
ことおよび長円形から円形に復旧することがで
きるので、トンネル掘削中に所要位置にて拡幅
した長円形断面のトンネルを掘削できることお
よび円形トンネル掘削に復旧させることが可能
となる。

(2) シールドフレームの断面の拡幅可変が掘削位
置にて実施できるのでトンネル掘削を中断する
時間は極めて短時間となり、実質的にはトンネ
ル掘削が連続的に行われる。

(3) 各部材の重合部やチユーブ式の可撓性袋によ
り、十分な水密性が維持できるので、掘削断面
を可変したトンネル掘削工事を安全に実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の機械掘り式シールド掘進機
の一例を示す側断面図、第２図は対称部分を省略
した第１図の−線矢視正面図、第３図は本発
明シールド掘進機の側断面図、第４図は対称部分
を省略した第３図の−線矢視断面図、第５図
は本発明シールド掘進機の作動状態を示す側断面
図、第６図は対称部分を省略した第５図の−
線矢視断面図である。 図中、１はシールド掘進機、２はシールドフレ
ーム、２２，２３はシールドフレーム分割片とな
る上下片、２８，２９は隔壁、３３はジヤツキで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状のシールドフレームにその地山側にカ
   ツタ面板を有すると共に該カツタ面板の後方に上
   記シールドフレーム内を閉じる隔壁を設けてカツ
   タ室を形成した密閉型シールド掘進機において、
   上記円筒状のシールドフレームを上下に２分割し
   て、これら分割片の端部を互いに重ね合せると共
   に、分割片に互いに上下方向に移動させてシール
   ドフレームの横断面を円形から長円形状に拡縮す
   るためのジヤツキを設け、且つ上記隔壁を分割し
   て互いに分割された端部を所定の長さ重ね合せて
   上記シールドフレームの拡縮時に上記カツタ室を
   密閉させるように構成したことを特徴とする密閉
   型シールド掘進機。