JPH05272290A - シールド機の地中接合のための拡径掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 主としてシールド機の地中接合方法の実施に
おいて採用される、半径にしてシールド機外径よりも１
ｍ乃至２ｍ程度大きい拡径掘削の方法を提供する。 【構成】 シールド機前面のカッターヘッド６により、
拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を拡径ビット
の掘削幅相当の行程だけ行ない、次にシールド機２を停
止させた状態で拡径ビット７による拡径掘削を前記行程
の範囲内で行ない、以下カッターヘッド６による通常径
の前進掘削と拡径ビット７による拡径掘削とを前記行程
ずつ交互にくり返して目的の地点まで拡径の前進掘削を
行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主としてシールド機
の地中接合方法の実施に採用される、シールド機の通常
掘削径よりも半径にして１ｍ乃至２ｍ程度大きい拡径掘
削の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地表部からのアクセスが困難な大深度の
長距離地下鉄や道路、共同溝などを構築するシールド工
法、又は海底区間が長く、しかも海面の占有が不可能な
ルートによる海底横断トンネルなどを構築する長距離シ
ールド工法の施工においては、シールド機同士の地中接
合を達成することにより、立坑の構築を無用とし、工期
を短縮し、楽で経済的な施工を可能ならしめると考えら
れている。

【０００３】そこで従来、シールド機の地中接合の方
法、技術について研究が進められ、既にいくつかの技術
が公知に属する（例えば特開昭６２−２８８２９８号、
特開昭６３−１６７８９５号公報など）。しかし、現在
のところ、シールド機の地中接合方法に関しては、凍結
工法併用の地中接合方法が唯一信頼性のある実用化され
た技術と考えられている。但し、この方法も工期、コス
トの面からみて一般的に利用できる技術とは言い難い欠
点がある。

【０００４】上述した特開昭６２−２８８２９８号、特
開昭６３−１６７８９５号公報に記載された地中接合方
法を縦覧しても、前記凍結工法併用の技術にとって代わ
るだけの確立された技術まで完成されていないのが実情
である。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】シールド機の地中接
合を実現する上で困難な技術上の問題は、およそ次のと
おりである。 １）接合地点の地盤の不安定、地下水圧の作用及び止水
処理の対策。 ２）接合しようとする２台のシールド機の位置ずれに対
する修正又は精度の確保の問題。

【０００６】上記凍結工法併用の地中接合方法は、接合
地点の地盤を相当広範囲にわたり凍結することによって
前記１）、２）の問題点の解決を図っている。ところ
が、地盤の凍結だけでも数ケ月もかかり、当然、地盤凍
結に必要なランニングコストも莫大なので、一般的に利
用し難いのである。これに対して、本発明者らは、接合
地点にシールド計画線上に同心の配置でシールド機の外
径よりも半径にして１ｍ乃至２ｍも大きい大径の空洞部
を作り、この空洞部にコンクリート打設をして大径のコ
ンクリート塊を構築し、このコンクリート塊が強度を発
現した後に、シールド機で同コンクリート塊を掘進せし
め、２台のシールド機をコンクリート塊の略中央位置の
接合計画線のところで出会わせて地中接合を達成する方
法を研究し、実現するための開発を進めている。この方
法の実施においてまず問題になるのは、前記大径の空洞
部をどのような方法、手段で作るかである。従来、シー
ルド機の拡径掘削の技術としては、所謂コピーカッター
による掘削技術が認められるにすぎない。しかし、コピ
ーカッターでは半径にして１ｍ〜２ｍも大きい拡径掘削
は不可能である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、本発明に係るシールド機の地中接合の
ための拡径掘削方法は、図面に実施例を示したとおり、
シールド機前面のカッターヘッド６により、拡径ビット
を使用しない通常径の前進掘削を拡径ビットの掘削幅相
当の行程だけ行ない、次にシールド機２を停止させた状
態で拡径ビット７による拡径掘削を前記行程の範囲内で
行ない、以下カッターヘッド６による通常径の前進掘削
と拡径ビット７による拡径掘削とを前記行程ずつ交互に
くり返して目的の地点まで拡径の前進掘削を行なうこと
を特徴とする。

【０００８】第２の発明は、シールド機前面のカッター
ヘッド６により、拡径ビットを使用しない通常径の前進
掘削を１ｍ乃至数ｍの施工単位で行ない、次にシールド
機２を当該施工単位における元の掘削開始位置まで後退
させ、その位置から拡径ビット７による拡径の前進掘削
を前記施工単位分だけ行ない、以下カッターヘッド６に
よる通常径の前進掘削と拡径ビット７による拡径の前進
掘削とを前記の施工単位で交互にくり返して目的の地点
まで拡径の前進掘削を行なうことを特徴とする。

【０００９】第３の発明は、拡径掘削の開始位置でシー
ルド機２の拡径ビット７を突き出させ、前面のカッター
ヘッド６と拡径ビット７とを併用した拡径の前進掘削を
目的の地点まで連続的に行なうことを特徴とする。第４
の発明は、シールド機前面のカッターヘッド６により、
拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を地中接合の
目的地点まで行ない、目的地点に到達した段階で拡径ビ
ット７を突き出させ、シールド機２の位置を固定した状
態で拡径ビット７の掘削幅相当分の拡径掘削を行ない、
次にシールド機２を拡径ビット７の掘削幅以内の行程だ
け後退させ、その位置にシールド機２の位置を固定して
拡径掘削を行ない、以下拡径ビット７による掘削とシー
ルド機２の後退及び位置固定とを交互にくり返して目標
地点まで拡径の後退掘削を行なうことを特徴とする。

【００１０】第５の発明は、シールド機前面のカッター
ヘッド６により、拡径ビットを使用しない通常径の前進
掘削を地中接合の目的地点まで行ない、目的地点に到達
した段階で拡径ビット７を突き出させ、シールド機２を
順次後退移動させながら拡径ビット７による拡径の後退
掘削を目標地点まで連続的に行なうことを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１の発明の拡径掘削方法によれば、カッター
ヘッド６による前進掘削時には切羽前面の切削抵抗が軸
力としてのみ作用し、拡径ビット７による拡径掘削時に
は円周方向の切削抵抗力のみが作用する。従って、シー
ルド機２は、各々の抵抗作用力にのみ耐える構造であれ
ば足りる。

【００１２】第２の発明の拡径掘削方法は、施工単位が
１ｍ乃至数ｍと長い分だけ第１の発明よりも掘削能率に
優れる。但し、拡径ビット７による前進掘削時には拡径
掘削部の軸方向及び円周方向の切削抵抗力が同時に作用
する。このため、シールド機２は前記２種の作用力の複
合に耐える構造とする必要がある。第３の発明の拡径掘
削方法は、カッターヘッド６による切羽前面の前進掘削
に対する切削抵抗力（軸力）と、拡径ビット７による拡
径の前進掘削により発生する軸方向及び円周方向の切削
抵抗とが複合的に作用するので、シールド機２はこれら
の作用力の複合に耐える構造にする必要がある。

【００１３】第４、第５の発明の拡径掘削方法は、後退
掘削の方法であるが、シールド機２に作用する軸方向及
び円周方向の切削抵抗力の加わり方は、前進掘削の場合
とは軸力だけが逆向きである点を除き、大差ない。ただ
し、前進掘削の場合、拡径掘削の長さが大きいと、シー
ルド機２が拡径掘削部４（空洞部）内の泥水中に浮く状
態となるが、後退掘削の場合は掘削長さの大小にかかわ
らずシールド機２はその外殻体が常に地盤でしっかり拘
束されており安定性が高い。

【００１４】

【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１Ａ、Ｂは、地中接合される２台のシールド機１と２
が接合計画線３の近辺に到達し、右側のシールド機２が
拡径の前進掘削をしている。図中４は拡径掘削部（空洞
部）を示し、符号５はセグメントを指している。

【００１５】シールド機２による拡径の前進掘削の方法
は、次に述べる３態様に大別される。 (1) 第一の態様は、まずシールド機前面のカッターヘッ
ド６により、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削
をおよそ２０〜４０cmの行程だけ行なう。次に、シール
ド機２の前進を停止させた状態で拡径ビット７を突き出
させ、拡径ビット７を使用した拡径掘削を前記行程（２
０〜４０cm）の範囲内で行なう。要するに、拡径ビット
７の有効掘削幅が２０〜４０cmであることを前提とし
て、その有効掘削幅ずつピッチ刻みの前進掘削を行なう
態様である。以下、カッターヘッド６による通常径の前
進掘削と、拡径ビット７による拡径掘削とを前記の行程
ずつ交互にくり返して目的地点まで拡径の前進掘削を段
階的に行なうのである。

【００１６】この態様の拡径掘削方法の場合、通常径の
前進掘削の際には切羽前面から軸方向の掘削抵抗力が作
用し、拡径ビット７による拡径掘削時には円周方向の切
削抵抗力が作用するが、各々抵抗力は別々に作用するの
で、シールド機２のカッターヘッド部分の構造は比較的
簡単になる。 (2) 第二の態様は、まずシールド機前面のカッターヘッ
ド６により、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削
を１ｍ乃至２ｍ程度を施工単位とした行程だけ行なう。
この施工単位の前進掘削を終えると、シールド機２は当
該施工単位における元の掘削開始位置まで後退させ、そ
の位置で拡径ビット７を突き出させ、同拡径ビット７に
よる拡径の前進掘削を同じ施工単位の範囲内において連
続的に行なう。その後再び、カッターヘッド６による通
常径の前進掘削と、拡径ビット７による拡径の前進掘削
とを、前述の施工単位毎にくり返して目的の地点まで拡
径の前進掘削を行なう。従って、拡径掘削を比較的効率
良く行なえる。しかし、拡径の前進掘削時には拡径ビッ
ト７に軸方向及び円周方向の切削抵抗力が同時に複合的
に作用するため、シールド機２のカッターヘッド部分の
機構、構造が上記第一の方法のものよりも大規模になる
不利がある。 (3) 第三の態様は、拡径掘削の開始位置において、当初
からシールド機２の拡径ビット７を突き出させ、前面の
カッターヘッド６による切羽の掘削と、拡径ビット７に
よる拡径掘削とを同時に目的の地点まで連続的に行なう
拡径の前進掘削を行なう方法である。従って、拡径掘削
を最も効率的に行なうことができる。しかし、拡径の前
進掘削の際、切羽前面及び拡径部切羽において軸方向の
切削抵抗力（軸力＝スラスト力）が作用し、また、拡径
切羽部には円周方向の切削抵抗力が作用し、これらの負
荷が同時に複合的に作用するため、シールド機２のカッ
ターヘッド部分の機構、構造は前記第二の方法のものよ
りもさらに大規模になる不利がある。

【００１７】上述した３態様の前進掘削方法のいずれを
実施するにせよ、拡径掘削方法を実施するに際しては、
まず図２Ａ、Ｂのように拡径掘削開始位置の少し手前の
位置から底部に余掘部８の形成を開始する。余掘部８
は、後述するスライム処理管を使用するための準備であ
る。余掘りはシールド機１の推進を一時停止し、拡径ビ
ット７を使用して行なう。拡径ビット７としては、伸縮
機構によって半径方向への起伏及びその突き出し量の微
調整が可能なバケット型ビットを使用するのが好まし
い。該拡径ビット７は、カッターフェースの回転中心に
対し点対称の配置で１対（図３Ａ）又は２対程度設置さ
れる。拡径掘削は、図３Ａ、Ｂに示したように拡径ビッ
ト７を順次少しずつ突き出させ（又は起立させ）つつ、
シールド機２のカッターフェースを回転させながら行な
う。掘削土は、拡径ビット７（バケット型ビット）の前
側位置のカッターフェースの外周面に設けたスリットか
らシールド機２のチャンバー内に取り込まれる。拡径ビ
ット７の有効掘削幅分の拡径掘削を完了すると、一旦拡
径ビット７を引込ませ、図４Ａ、Ｂのように前記余掘部
８内にスライム処理管９を挿入し、図示省略の排泥管を
通じて、底部に沈積した土砂、スライムを排除する。

【００１８】

【第２の実施例】図５Ａは、地中接合される２台のシー
ルド機１と２が接合計画線３の近辺に到達した段階で、
右側のシールド機２のみが拡径ビットを使用しない通常
径の前進掘削を接合計画線３の位置を超えて数ｍ進んだ
段階をしている。そして、図５Ｂは前記通常径の前進掘
削の終了段階の位置で拡径ビット７を突き出させ、次に
は逆に拡径の後退掘削を接合計画線３より手前数ｍまで
行ない、拡径掘削部４を形成した段階を示している。

【００１９】シールド機２による拡径の後退掘削の方法
は、次に述べる２態様に大別される。 (1) 第一の態様は、シールド機２を停止させた状態で、
拡径ビット７による拡径掘削を同ビットの有効掘削幅
（通例２０〜４０cm）の範囲内で行ない、その後シール
ド機２を前記有効掘削幅以内の行程だけ後退させ、停止
させた位置にシールド機２を固定して拡径掘削を行な
う。要するに、拡径ビット７の有効掘削幅が２０〜４０
cmであることを前提として、その有効掘削幅ずつピッチ
刻みの後退掘削を行なう方法である。以下、拡径ビット
７による拡径掘削をピッチ刻みにくり返して目標地点ま
で拡径の後退掘削を段階的に行なうのである。

【００２０】この態様の拡径掘削方法の場合、通常径の
前進掘削の際には切羽前面の切削抵抗が軸力としてのみ
作用し、拡径ビット７による拡径掘削時には円周方向の
切削抵抗力だけが作用する。要するに２種の切削抵抗は
別々に作用するので、シールド機２のカッターヘッド部
分の構造は比較的簡単になる。 (2) 第２の態様は、シールド機の後退を連続的に行なわ
しめ、同時に拡径ビット７による拡径の後退掘削を目的
の地点まで連続的に行なう方法である。従って、拡径掘
削を効率的に行なうことができる。しかし、その後退掘
削の際に、拡径部切羽において軸方向の切削抵抗力（軸
力＝スラスト力）と円周方向の切削抵抗力とが同時に複
合的に作用するため、シールド機２のカッターヘッド部
分の機構、構造は前記第一の方法のものよりも大規模に
なる不利がある。

【００２１】

【本発明が奏する効果】本発明に係るシールド機の地中
接合のための拡径掘削方法は、シールド機の地中接合を
実現するための中核技術として有用である。特に、地中
接合地点にシールド計画線に沿ってシールド機１、２の
外径よりも半径にして１ｍ乃至２ｍも大きい大径の空洞
部の掘削を容易に可能ならしめるから、この空洞部にコ
ンクリート打設をして大径のコンクリート塊を構築し、
同コンクリート塊を掘進せしめた２台のシールド機をコ
ンクリート塊の略中央に位置する接合計画線３のところ
で出会わせて地中接合を達成する方法の実現に大きく寄
与するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ、Ｂは拡径の前進掘削の施工図である。

【図２】Ａ、Ｂは余堀部の施工図である。

【図３】Ａ、Ｂは拡径掘削の要領図である。

【図４】Ａ、Ｂはスライム処理の要領図である。

【図５】Ａ、Ｂは拡径の後退掘削の施工図である。

【符号の説明】

１、２ シールド機 ６ カッターヘッド ７ 拡径ビット

フロントページの続き (72)発明者 南 好人 大阪府枚方市上野三丁目１番１号 株式会 社小松製作所大阪工場内 (72)発明者 浅井 勝稔 東京都江東区南砂二丁目５番14号 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 藤井 義文 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 花田 通義 愛知県名古屋市中区錦一丁目18番22号 株 式会社竹中土木名古屋支店内 (72)発明者 山本 次雄 愛知県名古屋市中区錦一丁目18番22号 株 式会社竹中土木名古屋支店内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機前面のカッターヘッドによ
   り、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を拡径ビ
   ットの掘削幅相当の行程だけ行ない、次にシールド機を
   停止させた状態で拡径ビットによる拡径掘削を前記行程
   の範囲内で行ない、以下カッターヘッドによる通常径の
   前進掘削と拡径ビットによる拡径掘削とを前記行程ずつ
   交互にくり返して目的の地点まで拡径の前進掘削を行な
   うことを特徴とする、シールド機の地中接合のための拡
   径掘削方法。
2. 【請求項２】 シールド機前面のカッターヘッドによ
   り、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を１ｍ乃
   至数ｍの施工単位で行ない、次にシールド機を当該施工
   単位における元の掘削開始位置まで後退させ、その位置
   から拡径ビットによる拡径の前進掘削を前記施工単位分
   だけ行ない、以下カッターヘッドによる通常径の前進掘
   削と拡径ビットによる拡径の前進掘削とを前記の施工単
   位で交互にくり返して目的の地点まで拡径の前進掘削を
   行なうことを特徴とする、シールド機の地中接合のため
   の拡径掘削方法。
3. 【請求項３】 拡径掘削の開始位置でシールド機の拡径
   ビットを突き出させ、前面のカッターヘッドと拡径ビッ
   トとを併用した拡径の前進掘削を目的の地点まで連続的
   に行なうことを特徴とする、シールド機の地中接合のた
   めの拡径掘削方法。
4. 【請求項４】 シールド機前面のカッターヘッドによ
   り、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を地中接
   合の目的地点まで行ない、目的地点に到達した段階で拡
   径ビットを突き出させ、シールド機の位置を固定した状
   態で拡径ビットの掘削幅相当分の拡径掘削を行ない、次
   にシールド機を拡径ビットの掘削幅以内の行程だけ後退
   させ、その位置にシールド機の位置を固定して拡径掘削
   を行ない、以下拡径ビットによる掘削とシールド機の後
   退及び位置固定とを交互にくり返して目標地点まで拡径
   の後退掘削を行なうことを特徴とする、シールド機の地
   中接合のための拡径掘削方法。
5. 【請求項５】 シールド機前面のカッターヘッドによ
   り、拡径ビットを使用しない通常径の前進掘削を地中接
   合の目的地点まで行ない、目的地点に到達した段階で拡
   径ビットを突き出させ、シールド機を順次後退移動させ
   ながら拡径ビットによる拡径の後退掘削を目標地点まで
   連続的に行なうことを特徴とする、シールド機の地中接
   合のための拡径掘削方法。