JPH0610590A - 計画トンネルの外周リング状覆工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大径のトンネルを築造するに際して、予め、
該計画トンネルの外周に沿うリング状覆工を地盤中に形
成する。 【構成】 内外二重円筒枠1a、1bからなるシールド本体
１の前端にリング状回転カッタヘッド５を配設して該リ
ング状カッタヘッド５によりリング状空間部を掘削する
と共にシールド本体１の後端内部に設けた前後摺動自在
のプレスリング13により前記リング状空間部内に充填さ
れるコンクリートを圧密させてリング状覆工を形成し、
さらに、シールド本体１の内側円筒枠1bの内周適所に一
体的に設けた小径シールド体21の前端に配設している小
径の円形カッター20により、上記リング状空間部の掘削
と同時に小径トンネルを掘削させ、この小径トンネルを
コンクリート輸送管等の配管通路や土砂排出通路に利用
するように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大径トンネルを築造する
に際して、その計画トンネルの外周にリング状の覆工を
施工する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、有効な土地の減少に従って地下の
深層部に建築物を構築しようとする傾向が増大し、この
要望を満たすために、大径トンネルの築造に適した掘削
機が開発されている。このような掘削機としては、例え
ば特開平２ー２４４８４号公報に記載されているよう
に、計画トンネルの外周に沿うリング状覆工を掘削しな
がら施工するリングカット式掘削機が知られている。

【０００３】この掘削機の構造は、掘削機本体を施工す
べき覆工の断面形状に略等しい内外二重枠により形成
し、該内外二重枠を周方向に複数分割して各分割フレー
ム内にブームカッタや回転式カッタ、多軸式カッタ等を
夫々配設し、これらのカッタによって掘削機本体前方の
切羽地盤を掘削すると共に本体内に配設したジャッキの
作動により既に打設、形成された覆工の前端面に反力を
支持させながら本体を推進させるようにし、各分割フレ
ーム内に取り入れられる掘削土砂を後方に排出するよう
に構成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の掘
削機によると、数種類のカッタと各カッタを夫々単独的
に駆動、制御する手段を要して構造が極めて複雑化し、
故障の発生率が増大するばかりでなく、各カッタ軸を前
後、左右に揺動させてその先端の掘削ビットで切羽を掘
削するものであるから、一度掘削した部分をビットが何
度も往復動したり掘り残し部分が生じたりして掘削効率
が悪く、又、その駆動制御操作が煩雑である。

【０００５】さらに、各分割フレーム内に取り入れられ
る掘削土砂の排出手段も複雑化する上に、掘削機本体の
後方側に該本体の掘進に従って配管用空間部や土砂排出
用通路を形成する必要があるが、このような空間部や通
路を得るには分割フレームの一部を拡大して余分に掘削
しなければならず、トンネル覆工の施工作業性が低下す
るという問題点があった。本発明はこのような問題点を
解消し得る計画トンネルの外周リング状覆工装置の提供
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決るための手段】上記目的を達成するために
本発明の計画トンネルの外周リング状覆工装置は、円筒
形状の内外二重枠からなるシールド本体の前端開口部に
リング状回転カッタヘッドを配設すると共に後端内にプ
レスリングを前後動自在に配設して前記リング状回転カ
ッタヘッドによって掘削されたリング状掘削孔内に打設
される覆工用コンクリートを圧密させるようにし、さら
に、前記シールド本体の内側円筒枠の内周部適所に小径
シールド体を一体的に設け、この小径シールド体の前端
開口部に小径の円形カッタを配設し、この円形カッタの
回転によって掘削される孔をコンクリート輸送管等の配
管通路や土砂排出通路とするように構成しているもので
ある。

【０００７】

【作用】リング状カッタヘッドを回転させながらシール
ド本体を推進させると、本体の後方にリング状の空間部
が形成されることになる。この空間部にコンクリートを
充填、打設したのち、プレスリングを伸長させて打設コ
ンクリート面に押圧させると、その押圧力によって打設
コンクリートが圧密されてコンクリート覆工が形成され
ると共に、このコンクリート覆工を押圧する該プレスリ
ングに反力をとってシールド本体を推進させるものであ
る。

【０００８】一方、シールド本体の内側円筒枠の内周適
所に一体に設けている小径シールド体の前端開口部に配
設した小径の円形カッタを回転させると、上記プレスリ
ングによるシールド本体の推進に従って、リング状空間
部の形成と同時に小径トンネルが掘削されるものであ
り、この小径トンネルの内周面にセグメント等を連続的
に組み立てゝ作業坑に形成し、この作業坑を通じてシー
ルド本体内に対する作業員の出入りやコンクリート輸送
配管、土砂排出等が可能となるものである。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面について説明すると、
図１において、シールド本体１は内外二重円筒枠1a、1b
からなり、例えば、その内筒枠1bの直径が15ｍ、外筒枠
1aの直径が20ｍに形成されてある。このシールド本体１
の前部内にリング状隔壁２を配設して該隔壁２の内外周
面を内外円筒枠1a、1bの対向内面に固着、一体化させる
ことにより本体１の前端部内を土砂取入室３に、後部内
を機器室４に区画、形成してある。

【００１０】５はシールド本体１の前端開口側に回転自
在に配設したリング状カッタヘッドで、図２に示すよう
に、シールド本体１のリング状正面形状と略同一形状、
大きさに形成されてあり、その前面には周方向に一定間
隔毎にカッタビット６を突設していると共に該カッタビ
ット６に沿って土砂取入口であるスリット７を前後面間
に亘って貫設してある。

【００１１】８は前記リング状カッタヘッド５の駆動モ
ータで、隔壁２の後面に取付けられてあり、その回転軸
を隔壁２を貫通させて前面側に突出させ、その突出端に
固着した歯車９を隔壁の前面に設けた軸受2aに回転自在
に支持された回転枠10に固着している内歯車11に噛合さ
せていると共に、回転枠10の前面とカッタヘッド５の後
面とを支持アーム12により一体に連結して駆動モータ５
によりカッタヘッド５を回転させるように構成してあ
る。

【００１２】13はシールド本体１の後端部内に前後動自
在に配設されたプレスリングで、機器室４内において周
方向に適宜間隔毎に配設された複数個の推進ジャッキ14
の前端をシールド本体１の内面に連結、支持させると共
に後端をこのプレスリング13の前面に連結してこれらの
推進ジャッキ14の作動により前後動させられるものであ
る。

【００１３】15はシールド本体１の後端部内から後方に
向かって適宜長さ部分を突出させている内外二重円筒部
材からなる移動枠で、この移動枠15の前部リング状空間
内に上記プレスリング13が内装され、該プレスリング13
の内外周面における前後部に夫々配設している車輪16と
シール材17を移動枠15の内面に摺動自在に摺接させてあ
る。また、シールド本体１の後端内面に設けたテールシ
ール18を移動枠15の外面に摺接させてある。

【００１４】19は移動枠15の引張りジャッキで、シール
ド本体１の機器室４内の内面複数カ所に配設され、その
前端を機器室４の内面に枢着、支持させていると共に後
端を移動枠15の前端面に一体に連結させてこの引張りジ
ャッキ19の作動により移動枠15を前後動させるように構
成してある。

【００１５】20は前記リング状カッタヘッド５の内周側
一部の前面側にその裏面の外周一部を重複させるように
してシールド本体１の開口端下部に配設した小径の円形
カッタで、円筒形状の小径シールド体21の前端開口部に
回転自在に設けられている。この小径シールド体21は図
１に示すように、シールド本体１の長さよりもやゝ長く
形成されていると共に、該シールド本体１と内筒枠1bと
の交差する部分は、リング状カッタヘッド５の収納部と
なる該内筒枠1bの前端部1b' とプレスリング13を摺動自
在に配設した小径シールド体21の後端部21' とを残して
これらの小径シールド体21とシールド本体１の内筒枠1b
との下周部を除去した構造に形成されてある。

【００１６】従って、リング状カッタヘッド５の下周部
の後方側は小径シールド体21内に連通していると共に、
プレスリング13の下端内周部は小径シールド体21の下周
部の形状に相当した部分を欠如した形状に形成されて該
小径シールド体21の円弧状下周部に摺接した構造となっ
ている。また、小径シールド体21の前後端部は、シール
ド本体１の前後端から前後方向に夫々突出している。さ
らに、上記小径の円形カッタヘッド20は、前後面に連通
する土砂取り込み用スリット22を放射状に設けていると
共に前面には該スリット22に沿って複数個のカッタビッ
ト23を突設してある。なお、この円形カッタヘッド20の
配設位置は、上記のようにシールド本体１の下周部側に
限らず、シールド本体１の開口部の適所にその一部をリ
ング状カッタヘッド５に重複するようにして配設した構
造であってもよい。

【００１７】小径シールド体21の前端部には隔壁24が一
体に設けられていて、この隔壁24の中央部に円形カッタ
ヘッド20の回転軸25が回転自在に挿通、支持されてあ
り、隔壁24の背面に配設した回転駆動モータ26によって
回転させられるものである。そして、この円形カッタヘ
ッド20の掘進によって小径シールド体21の後方には作業
坑27となる小径トンネル28が掘削されるものである。

【００１８】29はプレスリング13の数カ所に前後方向に
貫通状態で挿着しているコンクリート打設管で、その後
端開口部をプレスリング８の後面から後方に臨ませてい
ると共に前端を機器室４内にリング状に配設したコンク
リート供給管30に連結、連通させてあり、さらに、この
コンクリート供給管30の適所を、上記小径シールド体21
内から作業坑27内を通じて継ぎ足し可能に配設されたフ
レキシブルチューブよりなるコンクリート輸送管31に適
宜な継手を介して連結、連通してある。

【００１９】さらに、小径シールド体21内には、先端が
夫々リング状カッタヘッド５の背面土砂取入室３と小径
円形カッタヘッド20の背面側の土砂取入室32とに連通し
ている送排泥管33, 34、35,36 と、先端がシールド本体
１の内外筒枠1a、1bから外部に開口している裏込注入管
37とを設けてあり、これらの管33〜37も上記作業坑27を
通じて継ぎ足し可能に配設してある。

【００２０】このように構成した大径トンネルのリング
状覆工装置を使用して築造すべき計画トンネルの外周面
に沿ったリング状覆工を施工するには、地中に所望深さ
まで発進立坑と到達立坑（図示せず）を掘削して発進立
坑内に本装置を設置したのちリング状カッタヘッド５と
小径の円形カッタヘッド20とを回転させながらシールド
本体１を推進させ、図３、図４に示すように、該本体後
方に形成されるリング状の掘削跡に本体内からコンクリ
ートを打設してリング状覆工38を形成する一方、円形カ
ッタヘッド20によって掘削された小径トンネル28にセグ
メント覆工39して作業坑27を形成していくものである。

【００２１】この施工方法を詳しく説明すると、図５は
シールド本体１のリング状カッタヘッド５によって掘削
された一定長さのリング状空間部にコンクリートの打設
が完了した状態を示すもので、プレスリング13及び移動
枠15はシールド本体１の機器室４側に後退してある。

【００２２】この状態から駆動モータ８及び26を作動さ
せてリング状カッタヘッド５及び小径の円形カッタヘッ
ド20を回転させ、切羽の掘削を行うと共に図６に示すよ
うに推進ジャッキ14を伸長させると、プレスリング13が
後方に押し進められて移動枠15内に打設したコンクリー
トを圧密しながら、その打設コンクリートの前端面に反
力をとってシールド本体１が前進し、切羽地盤が推進ジ
ャッキ14の伸長寸法に応じた長さだけカッタヘッド５、
20により掘削される。

【００２３】このシールド本体１の掘進に従って引張り
ジャッキ19を伸長させることにより移動枠15を後方に大
きく突出させ、この移動枠15内で打設コンクリートを徐
々に硬化させてリング状覆工38を形成していく。シール
ド本体１が一定長、掘進すると、図７に示すように、推
進ジャッキ14と引張りジャッキ19を収縮させて、プレス
リング13と移動枠15とを機器室４内に移動させ、覆工38
の前端面とプレスリング13間に一定長さのリング状空間
部40を形成する。

【００２４】一方、小径の円形カッタヘッド20によって
外周一部がリング状覆工38に食い込んでいる小径トンネ
ル28が掘削され、上記一定長さの掘進毎に小径シールド
体21のテール部内でセグメント覆工39して作業坑27を築
造し、発進立坑側から該作業坑27内を利用して送排泥管
33〜36や裏込注入管37等の配管を行う。このセグメント
覆工作業は、シールド本体１の一定長の掘進毎に作業員
によって行って一連に連続した作業坑27を形成してい
く。又、必要に応じて、図４に示すように、作業坑27内
に台板41を敷設してその台板41の下方空間部に上記各配
管を配設し、上方の空間部を作業員の出入りやその他の
作業空間に利用するようにしてもよい。こうして、作業
坑27を形成したのち、或いは形成中に発進立坑側から裏
込注入管37を通じてモルタル等の裏込剤を供給し、上記
移動枠16の外面に適宜厚みを裏込剤層33を形成する。

【００２５】次いで、作業坑27の形成後に発進立坑側か
らコンクリート輸送管31を通じて適宜に配合されたコン
クリートを流動、供給し、コンクリート供給管30から打
設管29を通じて上記リング状空間部40にコンクリートを
打設、充填すると、既に形成された覆工38に連続一体化
するリング状覆工部分が形成される。空間部40へのコン
クリートの打設後、再びカッタヘッド５を回転させると
共にプレスリング13を押し進めて打設コンクリートを圧
密させながらその前端面に反力を支持させ、シールド本
体１を一定長、掘進させる。以下、プレスリング13の収
縮によるリング状空間部40の形成工程、セグメントの組
立てによる作業坑27の形成工程、裏込剤層の形成工程、
空間部40へのコンクリートの打設工程を順次繰り返し行
って発進立坑から到達立坑に達する大径リング状覆工38
を施工するものである。

【００２６】シールド本体１の掘進方向の修正、制御は
推進ジャッキ９によって行う。又、発進立坑側に配設し
た泥水槽（図示せず）とシールド本体１の土砂取入室
３、32間は送排泥管33〜36で連結、連通させ、これらの
管内に泥水をポンプで還流させてカッタヘッド５、20に
よって掘削された土砂を発進立坑側に排出する。なお、
このような掘削土砂の排出は還流泥水によることなく、
上記作業坑27内を通じてトロ台車（図示せず）により発
進立坑側に運搬、排出してもよい。

【００２７】こうして大径リング状覆工38の形成後、又
はその形成に後続して該覆工38に囲まれた地盤を適宜な
掘削装置により掘削し、大径トンネルを築造する。な
お、覆工38の形成後、上記作業坑27内にコンクリートを
打設、充填して作業坑27を埋設してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の計画トンネルの外
周覆工装置によれば、シールド本体を円筒形状の内外二
重枠から形成し、この本体の前端開口部にカッタヘッド
を回転自在に配設しているので、このカッタヘッドによ
って切羽を円滑且つ均一にリング状に掘削することがで
きると共に本体の推進によってその後端側に精度のよい
リング状空間部を形成することができ、このリング状空
間部にコンクリートを打設することによって一連のリン
グ状覆工を能率良く築造し得るものである。

【００２９】さらに、シールド本体の後端内にプレスリ
ングを前後動自在に配設し、このプレスリングをシール
ド本体の中間部内に配設した推進ジャッキにより前後動
させるように構成しているので、上記リング状空間部に
コンクリートを打設したのちこの打設コンクリートをプ
レスリングにより圧密しながらコンクリート端面に反力
を受止させてシールド本体を正確に推進させながら切羽
をリング状に掘進していくことができると共にシールド
本体を構成している内外二重筒枠の対向内面間の厚みに
応じた均一な肉厚を有する覆工を連続形成できるもので
ある。

【００３０】又、前記リング状回転カッタヘッドに一部
を重複させるようにしてシールド本体の前端開口部に小
径の円形カッタを配設しているので、上記リング状カッ
タヘッドによるリング状覆工用孔の掘削と同時に、該リ
ング覆工用孔の内周側に小径のトンネルを掘削すること
ができ、この小径トンネルにセグメント覆工を施工しす
ることによって作業員が出入り可能な作業坑を精度よく
連続的に築造することができ、この作業坑を利用してコ
ンクリート輸送管や土砂排出等が可能となってリング覆
工の施工が円滑且つ能率良く行えるものである。

【００３１】その上、この作業坑はリング状覆工の内周
側に設けられるので、リング状覆工を形成する際の配筋
作業が該作業坑に邪魔されることなく容易に行えると共
に強度の大なるリング状覆工を施工を形成できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】覆工装置の縦断側面図、

【図２】カッタヘッドの簡略正面図、

【図３】覆工装置により築造されるリング状覆工と小径
トンネルの簡略縦断側面図、

【図４】築造された覆工の縦断正面図、

【図５】リング状空間部にコンクリートを打設した状態
の縦断側面図、

【図６】プレスリングを伸長させた状態の縦断側面図、

【図７】リング状空間部を形成した状態の縦断側面図。

【符号の説明】

１ シールド本体 1a 外筒枠 1b 内筒枠 ５ リング状カッタヘッド 13 プレスリング 14 推進ジャッキ 20 小径の円形カッタヘッド 21 小径シールド体 27 小径トンネル 38 リング状覆工

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形状の内外二重枠からなるシールド
   本体の前端開口部にリング状回転カッタヘッドを配設す
   ると共に後端内にプレスリングを前後動自在に配設して
   前記リング状回転カッタヘッドによって掘削されたリン
   グ状掘削孔内に打設される覆工用コンクリートを圧密さ
   せるようにし、さらに、前記シールド本体の内側円筒枠
   の内周部適所に小径シールド体を一体的に設け、この小
   径シールド体の前端開口部に小径の円形カッタを配設
   し、この円形カッタの回転によって掘削される孔をコン
   クリート輸送管等の配管通路や土砂排出通路とするよう
   に構成したことを特徴とする計画トンネルの外周リング
   状覆工装置。