JPH03176591A - シールド掘進機 - Google Patents

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〉 本発明は地下に構築される地下構造物を横築する際に使
用されるシールド掘進機に関するものである。

（従来の技術〉 最近、市街地の地下に構築されるトンネル構造物はシー
ルド工法によって掘削されて構築されることが多い。

従来のシールド工法は、円形断面のシールド掘進機によ
り地中に円形空洞を掘削すると共に、該シールド掘進機
の後部において鋼製又は鉄筋コンクリート製のセグメン
トを前記円形空洞の内側に覆工して円形中空断面のトン
ネル構造物を構築するものである。

ところが、このシールド工法により道路用トンネル又は
地下鉄道用トンネルを構築する場合、複線用の空間を確
保するために第２１図の（Ａ）図に示すように単線用ト
ンネルＴを適宜間隔をもって別個に構築したり、又は同
図の（Ｂ）図に示すように複線用断面を有する大口径の
トンネルＴｌを横築する必要があった。

しかし、前記（Ａ）図の工法においては複数のトンネル
Ｔが夫々別個に掘削して構築されるため、工費の増大と
工期の長期化を招くと共に、工期の長期化に伴って工事
敷地周辺の施設や構造物等に悪影響を及ぼす懸念があっ
た。

また、前記（Ｂ）図の工法においてはトンネル空間が大
きい割りには利用されない無駄な空間が多くなると共に
掘削上量が著しく増大するため工費が嵩むという問題が
あった。

そこで、最近では同図の（Ｃ）図に示すような単線用断
面のトンネルＴ２を２本相互に接触させて掘削する、い
わゆる断面まゆ形のシールド工法が提案されて実用化さ
れつつある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記（Ｃ）図の工法においても断面がま
ゆ形であるため、前記（Ｂ）図の複線用断面を有する大
口径のトンネルと比較した場合に掘削上量はかなり低減
できるが、まだ未利用の空間が残ると共に、覆工構造物
としてのセグメントの形状が複雑化して地下構造物とし
ての力学的な安定性に欠けるという問題があった。

そこで、本出願人らは道路用、地下鉄道用あるいは電力
・通信施設用のトンネルとして、できるだけ無駄な空間
をなくし、かつ工費の低減及び工期の短縮を図ることの
できる四角形断面のシールド工法、例えば特願昭６３−
２１８１９４号公報、実願平１−６９８０３号公報、実
願平１−６９８０５号公報等に記載の工法を開発した。

この工法は従来の四角形断面のトンネルが、力・／夕駆
動部に未切削部分が残されるため、切羽開放型の手掘り
方式でしか施工されていなかったものを、密閉型機械式
のシールド工法によっても施工可能としたものであり、
その技術的手段は一対のドラムカッタとそれらの間に小
径のリングカッタを２個配設し、動力源からの動力をか
さ歯車とひら歯車との組み合わせによりドラムカッタへ
伝達し、更にドラムカッタのギアケースを介してリング
カッタへ伝達する構造としたことである。

このような技術的手段により、カッタ駆動部に未切削部
分が残るという従来技術の問題点が解決され、かつ左右
に伸縮自在にすることによりトンネルの掘削幅を任意に
変えることのできる四角形断面のトンネルを構築するこ
とが可能となり、単体としての地下構造物を構築するた
めの四角形断面シールド工法の完成に至った。

本発明は上記のような四角形断面のシールド工法の技術
をさらに発展させて、複線用あるいは複々線用のシール
ドトンネルを構築できると共に、大深度地下において大
規模断面の地下構造物を連続的に形成できるシールド掘
進機を提供することを目的とする。

（課題を達成するための手段） 以上の課題を達成するための本発明の手段たる構成は、
先端部に複数のカッタユニットを備えた前部シールド機
と後部シールド機とによりなり、これら前部シールド機
及び後部シールド機が伸縮自在に連結されると共に、正
面視における断面が四角形状に形成されたシールド機本
体と、該シールド機本体の側面に突設されたガイドプレ
ートと、該ガイドプレートの前面に設けられたスクリュ
ウカッタと、前記シールド機本体の側面に設けられて土
砂や地下水等の流入を防止するシールパツキンと、シー
ルド機本体の後部に設けられて土砂や地下水等の流入を
防止するテールパツキンとにより構成されたことを特徴
とするシールド掘進機に存する。

（作用） 而して上記構成によれば、シールド掘進機がガイドプレ
ートを介して先行地下空間体に嵌合されると共に、該先
行地下空間体に沿って掘進されることにより先行地下空
間体と隣接した後行地下空間体が構築できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明のシールド掘進機の横断面図、第２図は
同正面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ線断面図、第４図は
同斜視図、第５図はカッタユニットの一部省略拡大断面
図、第６図は第１図の■−■線拡大断面図、第７図はス
クリュウカッタの拡大断面図である。

シールド掘進機Ａは正面視において四角状でかつ横方向
に伸縮自在に形成されたシールド機本体１と、該シール
ド機本体１の側面上下端縁に突設されたガイドプレート
２と、該ガイドブレート２の前部に設けられたスクリュ
ウカッタ３と、ガイドブレート２内側の端縁全周から前
記シールド機本体１測面の前後端縁にかけて突設された
シールパツキン４と前記シールド機本体１後部の内周全
面に突設されたテールパツキン５とにより構成されてい
る。

シールド機本体１は正面視においてコ字状の機体１ｃ前
部にカッタ６を備えた前部シールド掘進機１ａと、後部
シールド機１ｂとが側面開口部１ｄで互いにスライド自
在に連結して形成され、これら前部及び後部シールド機
１ａ、１ｂを左右に伸縮する拡幅ジヤツキ７を備えてい
る。

カッタ６は前部及び後部シールド機１ａ、１ｂのＭ、１
１ｅに支持枠体１２を介してカッタユニット８が横方向
に２つ縦方向に４つ配列されて正面視において四角形状
に形成され、シールド機本体１が収縮すると隣接する側
部同志が前後に重なり合うように、前部シールド機１ａ
のカッタユニット８と後部シールド機１ｂのカッタユニ
ット８とが前後にずれた状態で形成されている。

カッタユニット８は適宜間隔をもって設けられた一対の
ドラムカッタつと、これらドラムカッタ９間の上下に一
対設けられたリングカッタ１ｏとによりなり、支持枠体
１２内の駆動モータＭにより動力伝達機構１１を介して
回転される。

ドラムカッタ９は支持枠体１２に軸支されたシャフト９
ａに回転自在に取り付けられた筒体で、外側に掘削地山
の側面を掘削するオーバーカッタ９ｂを備えると共に、
周面には多数のカッタビット９ｄが螺線状に突設されて
いる。

リングカッタ１０は両側が閉塞した中空の円筒体が支持
枠体１２に軸支されたシャフトｌｏａを介して前記ドラ
ムカッタ９と偏芯して設けられ、前記と同様に周面に多
数のカッタビット１０ｃが螺線状に突設されている。

動力伝達８！構１１は支持枠体１２と、減速機Ｆの出力
軸１３に固着されているベベルギア１４及びその他各種
のギア１５．１６．１７とで構成されている。

ベベルギアＩ４はシャフト１４ａに固着された他のベベ
ルギア１４ｂと噛み合い、該ベベルギア１４ｂの中央部
にはギア１５が固着されている。

そして該ギア１５はその他各種のギア１６．１７を介し
て支持枠体１２に回転自在に支持されたドラムカッタ１
０のシャフト９ａのギア９ｂに連結されている。

また、ドラムカッタ９のシャフト９ａのギア９ｂは他の
ギア１７を介して支持枠体１２に回転自在に支持された
リングカッタ１０のシャフト１０ａのギア１０ｂに連結
されている。

また、前部及び後部シールド機１ａ、１ｂの隔壁１ｅの
上部及び下部には先端が圧力室Ｒに臨んだ送泥管１７ａ
と排泥管１７ｂとが夫々設けられている。

拡幅ジヤツキ７は伸縮ジヤツキ１９と反力ジヤツキ２０
とによりなりシールド機本体１を横方向に伸縮させるも
のである。

伸縮ジヤツキ１９は前部及び後部シールド機１ａ、１ｂ
の内側における上下の連結部に適宜間隔をもって設けら
れ、筒体１９ａが後部シールド機１ｂ側に、シリンダー
ロッド１９ｂが前部シールド機１ａ側に夫々固着されて
油圧により伸縮する。

反力ジヤツキ２０は前部及び後部シールド機ｌａ、１ｂ
内面の収容部２０ａにおける上下両部及び側部に適宜間
隔をもって設けられ、内面にシール材２０ｃが貼着され
た出没孔２０ｂに先端部が収納され、該先端部が油圧に
より外側に突出する。

ガイドプレート２は前部シールドＩｌｌ　１　ａ側面上
下端部に突設され、内面には回転自在なガイドローラー
２ａを備えると共に、内面の端縁全周にはシールパツキ
ン４が突設されている。

スクリュウカッタ３は前記ベベルギア１４のシャフト１
４ａに固着されたベベルギア１４ｂ及びその他のギア１
４ｃを介して減速ｆｉＦの出力軸１３に連結され、スク
リュウ羽３この先端には先行地下空間体の上下面におけ
る土砂や硬化した裏込材を掘削する超硬チップ３ｄが突
設されている。

第８図の（Ａ）図はシールド機本体後部の一部省略平面
図、同図の（Ｂ）図は（Ａ）図のＩＩ−Ｉ［［線断面図
、第９図の（Ａ）図は拡張したシールド機本体後部の一
部省略平面図、同図（Ｂ）図は（Ａ）図の■−■線断面
図２第１０図の（Ａ）図は第８図の（Ａ）図におけるＶ
−Ｖ線拡大断面図、同図の（Ｂ）図は第９図の（Ｂ）図
におけるＶｌ−ＶＩ線線入大断面図ある。

シールパツキン４はブラシパツキン４ａと止水パツキン
４ｂとからなり、これらがガイドプレート２内側の端縁
全周からシールド機本体１側面の前後端縁にかけて突設
され、前記ガイドプレート２が先行地下空間体Ｂに嵌合
されたときに、ガイドプレート２と先行地下空間体Ｂと
の間をシールしてガイドプレート２内に地下水や土砂が
流入するのを防止する。

ブラシパツキン４ａは前記止水パツキン４ｂを保護する
ものであり、止水パ・ンキン４ｂの外側に線状の鋼線が
多数突設して形成されている。

止水パツキン４ｂはゴム材で中空状に形成され、その中
空部４　ｂ　１に充填された空気、水、油等により内圧
がかけられて止水効果を高めている。

テールパツキン５は前記シールパツキン４と同様にブラ
シパツキン５ａと止水パツキン５ｂとによりなり、該ブ
ラシパツキン５ａを外側にした状態でシールド機本体１
後部の内周全面に突設されてシールド機本体１の内面と
セグメントａとの間から地下水や土砂が流入するのを防
止する。

ブラシパツキン５ａは前記止水パツキン５ｂを保護する
ものであり、止水パツキン５ｂの外側に鋼線が多数突設
して形成されている。

止水パツキン５ｂはリングパツキン５ｂ、とスライドパ
ツキン５ｂｚとによりなり、リングパツキン５ｂ＋が前
部及び後部シールド機１ａ、１ｂの後部内周面に適宜間
隔をもって一対並行に突設され、その端部が上下連結部
の中央部で当接されている。またゴム材で形成された中
空部５　ｂ　３に空気、水、油等が充填されて内圧がか
けられることにより止水効果を高めている。

スライドパツキン５ｂ、は前部シールド１ｋ　１　ａに
おける前記リングパツキン５ｂｌの間に突設され、前部
が後部シールド機１ｂのガイド溝５Ｃにスライド自在に
挿入されている。また前記と同様にゴム材で中空状に形
成され、その中空部５ｂｓに充填された空気、水、油等
により内圧がかけられている。

そして、該スライドパツキン５ｂ２はシールド掘進機Ａ
の伸張に伴って前記リングパツキン５ｂ１の当接部に隙
間が開いた場合に、スライドしてその隙間を閉塞する（
第８図及び第９図参照）。

第１１図は両側面にスクリュウカッタ３′及びガイドプ
レート２を設けたシールド掘進機Ａ′の他の実施例であ
る。

また第１２図は全体として台形状に形成されたカッタユ
ニット８゛が正面視において台形状に配設したシールド
掘進機Ａ′の他の実施例であり、前記カッタユニット８
′は適宜間隔をもって設けた円錐台形状のドラムカッタ
９゛間に一対の円錐台形状のリングカッタ１０’が偏芯
して設けられて全体として台形状に形成されている。

以下、本発明のシールド掘進機Ａを用いた地下構造物の
構築工法について説明する。

第１４図は本発明におけるシールド掘進機の使用状態断
面図、第１５図は同斜視図、第１６図は本発明・のシー
ルド掘進機の使用状態横断面図、第１７図の（Ａ）図及
び（Ｂ）図は地下構造物の断面図、第１８図はセグメン
トの連結部の一部省略拡大断面図、第１９図と第２０図
の（Ａ）図、（Ｂ）図、（Ｃ）図は本発明によるシール
ド掘進機によって構築される地下構造物の他の実施例を
示す断面図である。

まず初めに、予め構築された先行地下空間体Ｂの側面に
ガイドプレート２を介してシールド掘進機Ａをスライド
自在に嵌合する。そして該シールド掘進機Ａを先行地下
空間体Ｂに沿って掘進させて先行地下空間体Ｂと隣接し
たシールドトンネルを掘削する（第１４図及び第１５図
参照〉。

このとき前記ガイドプレート２前部のスクリュウカッタ
３は先行地下空間体Ｂの上面部及び下面部の土砂及び硬
化した裏込材を切削すると共に、ガイドプレート２のシ
ールパツキン４がこれらの土砂及び硬化した裏込材或は
地下水のガイドプレート２内への浸入を防ぎ、これらの
土砂及び硬化した裏込材はシールド掘進機Ａのカッタ６
方向へ移送されて圧力室Ｒから排泥管１７ｂにより排出
される。

また掘削中に蛇行修正する場合やトンネル幅の拡幅及び
縮小を行う場合、例えば第１６図に示すような後部シー
ルド機１ｂを伸張させる場合は、前部シールド機１ａ側
の反力ジヤツキ２０を伸張して先行地下空間体ＢのＩＩ
ＩＪ壁ｂ１に反力を作用させてシールド掘進機Ａを固定
する。

そして該シールド掘進機Ａを固定したままで伸縮ジヤツ
キ１９を伸張させると後部シールド機１ｂが左方向に伸
張して蛇行修正或はトンネル幅の拡幅が行われる。

またこれとは反対に前部シールド機１ａを伸張させる場
合は前記と同様の操作により伸張させることができる。

そして伸張したシールド掘進機Ａを収縮する場合は収縮
する側、即ち後部シールド機１ｂの反力ジヤツキ２０を
伸張させてシールドトンネルの側壁地山ｂ２に反力を作
用させると共に、伸縮ジヤツキ１９を収縮することによ
り後部シールド機１ｂが内側に収縮される。

依って、トンネルの掘削中における蛇行修正並びにトン
ネル幅の拡大及び縮小を自在にコントロールすることが
できる。

尚、前記シールド掘進機Ａの伸縮は前述のように横方向
に限らず上下方向へ伸縮することも勿論可能である。

次に、前記先行地下空間体Ａと隣接した前記シールドト
ンネル内にセグメントａを順次覆工して先行地下空間体
Ｂと隣接した後行地下空間体Ｃを構築し、これらの貫通
孔ａｌに挿入された連結材２１を緊張することによりプ
レストレスが与えられた状態で連結され、これら先行及
び後行地下空間体Ｂ、Ｃ間の空隙部ｍに注入口ａ２から
充填材２２を充填して地下構造物りを構築する（第１６
図及び第１７図の（Ａ）図参照）。

尚、これらの地下空間体Ｂ、Ｃは横方向に限らず第１６
図の（Ｂ）図に示すように上下方向に連結することも任
意であり、さらにこれらの地下空間体瑞状に連結してそ
の内側を掘削排 土することにより、第１９図に示すように内部空間ｅが
利用可能な地下構造物Ｅを構築することが可能であり、
いずれの場合も前記と同様の方法により連結する。

また第１２図に示すように全体として台形状に形成され
たカッタ６′を備えたシールド掘進機Ａ′で地下空間体
Ｂ、Ｃ１・・・を連続的に掘削形成し、その内側を掘削
排土することにより第２０図の（Ａ）図、（Ｂ）図、（
Ｃ）図に示すような内部空間ｆが利用可能な地下構造物
Ｆを構築することができる。

これにより個々の地下空間体Ｂ、Ｃ１・・・を個別の目
的、例えば、道路トンネル、地下鉄道トンネル、上下水
道用トンネル等に利用可能にすると共に、地下構造物Ｆ
の内部空間ｆを公共地下空間として有利に活用すること
も可能になる。

（発明の効果） 本発明は以上の様な構成にしたことにより下記の効果を
有する。

■　先端部に複数のカッタユニットを備えた前部シール
ド機と後部シールド機とによりなり、これら前部シール
ド機及び後部シールド機が伸縮自在に連結されると共に
、正面視における断面が四角形状に形成されたシールド
機本体と、該シールド機本体の側面に突設されたガイド
プレートと、該ガイドプレートの前面に設けられたスク
リュウカッタと、前記シールド機本体の側面に設けられ
て土砂や地下水等の流入を防止するシールパツキンと、
シールド機本体の後部に設けられて土砂や地下水等の流
入を防止するテールパツキンとによりシールド掘進機を
構成したことにより、複線用あるいは複々線用のシール
ドトンネルを構築できると共に、大深度地下において大
規模断面の地下構造物を連続的に形成することができる
。

■　セグメントとシールド掘進機との間やガイドプレー
トと先行地下空間体との間に地下水や土砂等が流入する
のを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシールド掘進機の横断面図、第２図は
同正面図、第３図は第１図のＩ−Ｉ線断面図、第４図は
同斜視図、第５図はカッタユニットの一部省略拡大断面
図、第６図は第１図のｎ−■線断面図、第７図はスクリ
ュウカッタの拡大断面図、第８図の（Ａ）図はシールド
機本体後部の一部省略平面図、同図（Ｂ）図は（Ａ）図
の■−■線断面図、第９図の（Ａ）図は拡張したシール
ド機本体後部の一部省略平面図、同図（Ｂ）図は（Ａ）
図の■−■線断面図、第１Ｏ図の（Ａ）図は第８図の（
Ａ）図におけるＶ−Ｖ線拡大断面図、同図の（Ｂ）図は
第９図の（Ａ）図におけるＶｌ−Ｖｌ線拡大断面図、第
１１図及び第１２図はシールド掘進機の他の実施例の正
面図、第１３図は掘削カッタの拡大正面図、第１４図は
使用状態断面図、第１５図は同斜視図、第１６図はシー
ルド掘進機の使用状態横断面図、第１７図の（Ａ）図及
び（Ｂ）図は地下構造物の断面図、第１８図はセグメン
トの連結部の一部省略拡大断面図、第１９図と第２０図
の（Ａ）図、（Ｂ）図、（Ｃ）図は他の地下構造物の断
面図、第２１図は従来のシールドトンネルの構築工法を
示す断面図である。 図中、 Ａ：シールド掘進機 １：シールド機本体 １ａ：前部シールド掘進機 ｌｂ：後部シールド掘進機 ２ニガイドプレート ３：スクリュウカッタ ４：シールパツキン ５：テールパツキン ６：カッタ である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端部に複数のカッタユニットを備えた前部シールド機
   と後部シールド機とからなり、これら前部シールド機及
   び後部シールド機が伸縮自在に連結されると共に、正面
   視における断面が四角形状に形成されたシールド機本体
   と、該シールド機本体の側面に突設されたガイドプレー
   トと、該ガイドプレートの前面に設けられたスクリュウ
   カッタと、前記シールド機本体の側面に設けられて土砂
   や地下水等の流入を防止するシールパッキンと、シール
   ド機本体の後部に設けられて土砂や地下水等の流入を防
   止するテールパッキンとにより構成されたことを特徴と
   するシールド掘進機。