JPH07293187A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 凍結工法によらず、より短期間に安全、かつ
安価に、トンネルを連通させる地中ドッキングを行うこ
とができるシールド掘進機の提供。 【構成】 シールドハル２と、このシールドハルの外周
部の一部として構成され、シールドハルの前方へ摺動可
能な筒状のスライドシェル４と、シールドハルの前面に
装備され、その外径がスライドシェルの内径より小さい
回転カッタ６と、この回転カッタの外周部に装着され、
スライドシェルの前進時にスライドシェルの摺動範囲よ
り退避可能な外周部掘削ビット１０と、一端がシールド
ハルに係止されたシールドジャッキ３９と、このシール
ドジャッキの他端をスライドシェルに連結する手段とを
設け、シールド掘進機から突き出したスライドシェルに
より地中接合部の周辺地山を支える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中でトンネルを連通
させるのに使用されるシールド掘進機に係わり、特に、
地中ドッキングを凍結工法によることなく短期間に安
全、かつ安価に行うのに好適なシールド掘進機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転カッタを備えたシールド掘進
機同士を地中ドッキング、すなわち地中接合させようと
する場合、各シールド掘進機の前面には図９に示すよう
に、回転カッタ６，７の掘削ビット８，９が設けられて
いるため、回転カッタ６，７の前面同士が接触する位置
まで各シールド掘進機１Ａ，１Ｂを接近させることはで
きず、このため該回転カッタ６，７間の未掘削部となる
距離ｌは、大口径シールド掘進機では約１ｍになる場合
がある。そして、この回転カッタ６，７間の未掘削部と
なる距離ｌは、各シールド掘進機１Ａ，１Ｂの計画路線
からのずれや、機体の傾きの違い等によりさらに開くこ
ともある。

【０００３】ところで、前記シールド掘進機同士の地中
接合に際して、従来は上記未掘削部となる距離ｌ間の周
辺地山を支えるものは何もなく、そのため、地山の崩壊
を防止して施工の安全性を確保するために、事前に地中
接合部近傍の地盤強化を必要とする範囲に対して、凍結
工法による地山安定処理を施工するのが一般的であっ
た。

【０００４】上記凍結工法を用いた地中接合工事は、図
９中に斜線で示す地中接合部近傍の地盤強化を必要とす
る範囲７０に対して、シールド掘進機１Ａ，１Ｂ内から
のボーリングにより所定間隔に凍結管を埋設し、この凍
結管を通して冷却したブライン（不凍液）を循環させる
ことにより、該各凍結管の周囲の地山を土中間隙水の氷
結温度まで冷却して地山を凍結させる。そして、地中に
埋設した測温管により地中温度の測定を入念に行い、地
山の凍結範囲が拡大して周辺地山の安定が確保されたこ
とを確認した後、各シールド掘進機１Ａ，１Ｂの回転カ
ッタ６，７および隔壁２０，２１の解体と未掘削部の開
削とを行い、トンネル坑内を連通させる工事である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記凍結工法を用いた
従来のトンネルの連通工事は、測温による地山凍結状態
の確認が可能で、高い信頼性が得られてはいるものの、
凍結工法の施工には大がかりな設備と、通常、数か月の
日数とを要し、工期が長く費用がかさむ問題点を有して
いた。

【０００６】このため、上記凍結工法を用いることなく
地中接合部近傍の地下水や湧水等を止水して切羽の安定
と周辺地山の崩壊を防止し、安全、かつ安価に地中接合
工事を行うことができるシールド掘進機の出現が待望さ
れていた。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
凍結工法によらず、より短期間に安全、かつ安価に、ト
ンネルを連通させる地中ドッキングを行うことができる
シールド掘進機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のシールド掘進機は、掘進方向前面に掘削具
を装着した回転カッタを有する筒状のシールドハルと、
該シールドハルの外周部に摺動自在に嵌合装着され切羽
側先端を前記回転カッタより前方まで移動可能なスライ
ドシェルと、該スライドシェルの内周に固着され、スラ
イドシェルの移動時にその力を伝えてスライドシェルと
ともに移動するブラケットと、該ブラケットの移動範囲
に対応してシールドハルを切り欠き、該切欠き部に前記
ブラケットを収納するとともに地山とトンネル坑内とを
隔離可能に形成した凹状のボックス構造部と、前記スラ
イドシェルを前記ブラケットを介してシールドハルの長
手方向に前後進させる移動手段とを備える構成にしたも
のである。

【０００９】そして、前記スライドシェルのテール側
に、該スライドシェルが前進した際、前記シールドハル
に形成した切り欠き部を覆うテールプレートを設ける構
成にするとよい。

【００１０】また、前記スライドシェルと嵌合したシー
ルドハル外周の切羽側端部およびテール側端部に、スラ
イドシェルに接するシールを装着する構成にすることが
好ましい。

【００１１】

【作用】上記構成としたことにより、地中接合部近傍ま
での通常掘進時には、スライドシェル外周部を回転カッ
タに装着されている外周部掘削ビットにより掘削し、シ
ールド掘進機を地中接合の所定位置に停止させた後は、
外周部掘削ビットをスライドシェルの摺動範囲から退避
させることが可能になり、スライドシェルの前進時に、
該スライドシェルと外周部掘削ビットとの干渉を一切な
くすことができ、シールドハルの外周部の一部として構
成されているスライドシェルを、回転カッタの外周部を
越えてその前方切羽側へ突き出すことができる。

【００１２】スライドシェルの突き出しにより、該スラ
イドシェルを介してシールドハルの外部と機内とを遮断
するため、地中接合部周辺の土砂や地下水の機内への侵
入および地山の崩壊を防止し、安全、かつ安価に、トン
ネルを連通させる地中ドッキングを行うことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図６を
参照して説明する。図１は泥水加圧式を例にしたシール
ド掘進機の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３
は図２中のエレクタローラブラケットの拡大図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、図４は図１のＢ−Ｂ
断面図、図５は図１のＣ矢視図、図６は図１のＤ矢視図
である。

【００１４】本実施例は、泥水加圧式のシールド掘進機
を例にして説明するが、シールド方式は土圧式でも泥土
加圧式でもよい。また、カッタ支持方式がセンタシャフ
ト方式となっているが、周辺支持や中間支持でもよく、
さらに、回転カッタが面板付となっているが、面板のな
いもの、あるいはスポーク形式の回転カッタであっても
よい。

【００１５】図１において、２はシールドハル、４は外
径がシールドハル２のテール部の外径寸法と同じに形成
されている円筒形状のスライドシェル、５はシールドハ
ル２のテール部と段差を設けて該テール部と一体に形成
されたシールドハル２の前部を形成するガイドで、該ガ
イド５の外周はスライドシェル４の内周と嵌合してスラ
イドシェル４が軸方向に摺動する際の案内となる。６は
回転カッタ、１０は外周部掘削ビット、１２は外周部掘
削ビット１０用のジャッキ、１４はオーバカッタ、１６
はオーバカッタ１４用のジャッキ、１８はカッタチャン
バ、２０は隔壁（バルクヘッド）、２２はセンタシャフ
ト、２４はアジテータ、２６はスライドシェル４に取り
付けられたテールプレート、２７はシールドハル２に後
続するセグメントである。

【００１６】本実施例は次のように構成されている。シ
ールド掘進機の前面に装着されている回転カッタ６はセ
ンタシャフト２２で支持され、隔壁２０の機内側に装着
されたカッタ駆動モータ２９により回転駆動される。回
転カッタ６と隔壁２０の間に形成されたカッタチャンバ
１８には送泥水管３０と排泥水管３１とが接続され、下
部にはアジテータ２４が設置されている。回転カッタ６
は面板付で、図５にも示すように前面に掘削ビット８，
９が装着されている。回転カッタ６の外径はスライドシ
ェル４の内径より小径に形成されており、その面板がシ
ールドハル２より切羽側に突き出た先掘り形となってい
る。５５は回転カッタ６の面板に設けられている複数個
のマンホールである。

【００１７】回転カッタ６には、掘削ビット８，９のほ
か、シールドハル２の外周部を掘削するための外周部掘
削ビット１０が、複数本（図５では１０−１〜１０−３
の３本）装備されている。各外周部掘削ビット１０は、
それぞれ回転カッタ６内部に装着されたジャッキ１２に
取り付けられ、該ジャッキ１２の伸縮により回転カッタ
６の径方向に移動するようになっている。本実施例で
は、ジャッキ１２を最大ストロークにした位置で、外周
部掘削ビット１０の先端部がスライドシェル４またはシ
ールドハル２の最外周に一致するように、シム３２を介
してジャッキ１２の装着位置を調整して取り付けてい
る。回転カッタ６には、このほか図５に示すようにオー
バカッタ１４が１個所に取り付けられており、余掘りが
できるようにジャッキ１６はオーバカッタ１４をスライ
ドシェル４外周より外側へ突出させ得るストロークを有
している。各外周部掘削ビット１０およびオーバカッタ
１４は、スライドシェル４を切羽側へ突き出す際に回転
カッタ６の回転中心方向に引っ込み、スライドシェル４
と干渉しないように構成されている。

【００１８】シールドハル２の前部、すなわち、ガイド
５の外周には円筒形状のスライドシェル４が嵌合装着さ
れているが、スライドシェル４の切羽側先端部４ａは、
前進して地山に貫入する際の抵抗を少なくするために、
鋭角状のエッジに形成されている。本実施例では、スラ
イドシェル４を前進させる際にその力を伝える突き出し
ロッド装着用ブラケット３３が、スライドシェル４の内
周の３個所に固着されている。ブラケット３３はスライ
ドシェル４が前進する際、スライドシェル４と同時に移
動するので、その移動範囲に対応してガイド５を切り欠
くとともに、その切欠き部３５に相当する部分を凹状の
ボックス構造部３６に形成し、図１に示すように、ボッ
クス構造部３６内にブラケット３３を収納するとともに
地山とトンネル坑内とを隔離している。一方、スライド
シェル４のテール側端部には、スライドシェル４の前進
時に切欠き部３５を覆って土砂の侵入を防ぐように、ス
ライドシェル４の前進ストロークより長い長さと、切欠
き部３５の幅より大きい幅を有するテールプレート２６
が取り付けられている。また、スライドシェル４の内周
とガイド５の切羽側端部近傍間、およびスライドシェル
４の内周とガイド５のテール側端部近傍間との間には、
スライドシェル４内周に接するシール３７，３８を装着
して土砂、地下水の侵入を防止している。土砂や地下水
が侵入すると、スライドシェル４とガイド５との間が錆
付いてスライドシェル４の作動が困難になるからであ
る。この錆付きを防止するために、前記切羽側（前端
側）のシール３７およびテール側（後端側）のシール３
８をそれぞれ複数段配置し、各段間にグリース給脂が行
えるように給脂配管を接続しておくと錆付き防止効果を
一層向上させることができる。

【００１９】本実施例では、シールドハル２内部にシー
ルドジャッキ３９が８本設置されており、図４に示すよ
うにシールドジャッキ３９−１と３９−８との間、３９
−３と３９−４との間、３９−５と３９−６との間に、
前述のボックス構造部３６−１〜３６−３を配置すると
ともに、該ボックス構造部３６−１〜３６−３内にそれ
ぞれ前述した突き出しロッド装着用ブラケット３３−１
〜３３−３、およびロッド継手３４−１〜３４−３が配
置されている。各ロッド継手３４のロッド部とボックス
構造部３６の後部に取り付けられたボス４０との間に
は、シール４１が装着されており、各ボックス構造部３
６とトンネル坑内とを隔離している。また、各ロッド継
手３４のロッド部の端部にはねじ穴が穿設されており、
該ねじ穴に泥が詰まらないように盲プラグ４２を装着し
てある。この盲プラグ４２の外径は、ロッド継手３４の
ロッド部の径より大きく形成されているので、スライド
シェル４が外力により切羽側へ引っ張られたような場合
でも、盲プラグ４２がボス４０にひっかかりロッド継手
３４が該ボス４０より抜け出すことはない。

【００２０】エレクタ４３は、図２に示すようにその周
囲を５個のローラブラケット４４で支持されている。こ
のうち、シールドジャッキ３９−３と３９−４の各スプ
レッダ４９−３と４９−４との間、および３９−５と３
９−６の各スプレッダ４９−５と４９−６との間に配置
されるローラブラケット４４−２と４４−４とは、図３
に示すようにシールドハル２にボルト４５で取り付けら
れていて、スライドシェル４を突き出す際に、この２つ
のローラブラケット４４−２および４４−４は取外し可
能になっている。

【００２１】つぎに、本実施例のスライドシェル４を突
き出す際の手順について説明する。

【００２２】（１）地中接合部近傍では、オーバカッタ
１４をスライドシェル４外周より伸ばし、全周をオーバ
カットしながら掘進する。これはスライドシェル４を前
進させるに当って、その外周面の摺動抵抗を少なくする
ためであり、さらに、接合部付近まで掘進してくる間に
外周部掘削ビット１０の外周端が摩耗していると、スラ
イドシェル４の外周部に切り残しが発生している可能性
があるためである。従って、オーバカッタ１４により全
周をオーバカットすることで、スライドシェル４を突き
出す際の突き出し力を軽減することができる。

【００２３】（２）切羽の掘進を、所定位置、すなわ
ち、相手側との干渉がなく、シールドジャッキ３９がセ
グメント２７を１リング押し切ったような位置で停止
し、オーバカッタ用のジャッキ１６および外周部掘削ビ
ット用の各ジャッキ１２を短縮し、オーバカッタ１４お
よび外周部掘削ビット１０をスライドシェル４の摺動範
囲から退避させる。

【００２４】（３）シールドジャッキ３９−３と３９−
４の各スプレッダ４９−３と４９−４との間、および３
９−５と３９−６の各スプレッダ４９−５と４９−６と
の間に配置されているローラブラケット４４−２と４４
−４とを取り外す。

【００２５】（４）シールドジャッキ３９−２と３９−
７とを伸長し、スライドシェル４を突き出す際にシール
ド掘進機自体が後退することのないように、スプレッダ
４９−２と４９−７とをセグメント２７に押圧して反力
を受けられるようにするとともに、シールドジャッキ３
９−４と３９−５との間には、両端部がセグメント２７
とシールドハル２に固設したリングガーダ４６に接する
ように、図示しないまくら木を介挿する。

【００２６】（５）各ロッド継手３４のロッド部端部よ
り盲プラグ４２を外し、図６に示すように突き出しロッ
ド４７を各ロッド継手３４のロッド部端部のねじ穴にね
じ込む。（図６では突き出しロッド４７−１のみ示す）
突き出しロッド４７−１〜４７−３を装着後、その各他
端にロッド継手４８を取り付ける。

【００２７】（６）シールドジャッキ３９−１，３９−
８を伸長し、各々のスプレッダ４９−１，４９−８に引
張り継手５０−１，５０−８を取り付ける。そして、引
張り継手５０−１，５０−８とロッド継手４８−１とを
クロスバー５１−１を介して連結する。

【００２８】（７）シールドジャッキ３９−３，３９−
４とロッド継手４８−２との連結も上記（６）と同様に
して行う。

【００２９】（８）シールドジャッキ３９−５，３９−
６とロッド継手４８−３との連結も上記（６）と同様に
して行う。

【００３０】（９）上記（６），（７），（８）の各作
業を終了し、シールドジャッキ３９−１と３９−８、シ
ールドジャッキ３９−３と３９−４、シールドジャッキ
３９−５と３９−６をそれぞれ引き動作させると、突き
出しロッド４７−１〜４７−３が押され、それに伴いス
ライドシェル４が前進する。この場合、これら各シール
ドジャッキの引き動作に伴う反力は、リングガーダ４６
に設けた各支持部材５２で受けるようにしているが、こ
れを切羽側の支持部材５３を強化して受けさせるように
してもよい。

【００３１】（10）上記突き出した突き出しロッド４７
−１〜４７−３を、その突き出しストロークを測定しな
がら各ストロークが均等になるように少しずつ押し出
す。

【００３２】（11）スライドシェル４の突き出しは、該
スライドシェル４が相手側に当接してシールドジャッキ
の油圧が上昇するか、または、シールドジャッキが所定
ストローク長に達すると、その位置で停止する。スライ
ドシェル４と相手側との相対位置が上記状態になるまで
は、突き出しロッド４７−１〜４７−３をそれぞれ継ぎ
足して上記動作を繰り返し行う。ここで、相手側の位置
は、隔壁２０より図５に示すカッタスリット５４を介し
て検知棒を突き出し、該検知棒を相手側に当てて確認す
る。

【００３３】（12）スライドシェル４を突き出した状態
では、該スライドシェル４に取り付けられているテール
プレート２６がガイド５の切欠き部３５を覆うため、機
内への土砂や地下水の侵入を防止することができる。そ
して、トンネル連通作業時には、ボックス構造部３６を
その内部に固化材を充填してから切り取るが、その際直
接、地山が露出しないため安全である。

【００３４】つぎに、本発明の第２の実施例を図７およ
び図８を参照して説明する。図７はシールド掘進機の縦
断面図、図８は図７に示すスライドシェルと外周部掘削
ビットの作動状態の説明図である。

【００３５】本実施例は、カッタ支持方式が、前記第１
の実施例のセンタシャフト方式と異なり、面板付きの回
転カッタ６をリング状支持部材５６とカッタベアリング
５７とで支持する、いわゆる中間支持方式の構成であ
る。このほか前記図１〜図６に示す第１の実施例との主
な相違点は、外周部掘削ビットの取り付け構造と、専用
のスライドシェル突き出し用のジャッキを備えている点
である。

【００３６】外周部掘削ビット１０は、図８（ａ）に示
すようにホルダ５８に溶接され、そのホルダ５８は回転
カッタ６上のピン５９により支持されている。そして、
外周部掘削ビット１０は、ストッパ６０によりテール側
には回転できないようになっており、また、ストッパ６
１によりある程度の力で該ストッパ６１を破壊しない限
り、切羽側にも回転しないようになっている。

【００３７】スライドシェル４が、前進する途中でホル
ダ５８に当り、突き出し力でストッパ６１を破壊し、図
８（ｂ）に示すように外周部掘削ビット１０とホルダ５
８をピン５９の回りに回転させ、スライドシェル４の摺
動範囲から退避させる。

【００３８】スライドシェル４突き出し用のジャッキ６
２は、必要推力に見合った個数がシールドジャッキ３９
の間に均等に配設されており、該ジャッキ６２の突き出
しロッド６３をスライドシェル４の突き出しロッド装着
用のブラケット３３に連結し、ジャッキ６２の押し動作
によりスライドシェル４を前進させる構成になってい
る。ジャッキ６２についてはその引き動作を利用する構
成にしてもよい。なお、スライドシェル４内周のガイド
５に、突き出しロッド装着用のブラケット３３の移動範
囲だけ切欠き部３５を設け、ボックス構造部３６内にブ
ラケット３３を収納するとともに地山とトンネル坑内と
を隔離している点は、前記図１に示す第１の実施例と同
様である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シール
ド掘進機から突き出したスライドシェルにより地中接合
部の周辺地山を支えるようにしたから、機内への土砂や
地下水の侵入防止を可能にして地山の崩壊を防止し、従
来一般的に行われていた凍結工法によることなく、より
短期間に安全、かつ安価に、トンネルを連通させる地中
ドッキングを行うことができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘進機の第１の実施例を示す
縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２に示すエレクタローラブラケットの拡大図
である。

【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図１のＣ矢視図である。

【図６】図１のＤ矢視図である。

【図７】本発明のシールド掘進機の第２の実施例を示す
縦断面である。

【図８】図７に示すスライドシェルと外周部掘削ビット
の作動状態の説明図である。

【図９】従来の凍結工法による地中接合時の接合部周辺
の状態説明図である。

【符号の説明】

２…シールドハル、４…スライドシェル、５…スライド
シェル内周のガイド、６…回転カッタ、８，９…前面掘
削ビット、１０…外周部掘削ビット、１２…外周部掘削
ビット用のジャッキ、２０…隔壁、２６…テールプレー
ト、３３…突き出しロッド装着用のブラケット、３５…
切欠き部、３７，３８…シール、３９…シールドジャッ
キ、４７…突き出しロッド、４８…ロッド継手、５０…
引張り継手、５１…クロスバー、５８…外周部掘削ビッ
ト用のホルダ、５９…ホルダ支持ピン、６０，６１…ス
トッパ、６２…スライドシェル突き出し用のジャッキ、
６３…突き出しロッド。

フロントページの続き (72)発明者 澤田 斉 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 久保田 五十一 東京都千代田区富士見二丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (72)発明者 土屋 清 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 高野 文哉 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進方向前面に掘削具を装着した回転カ
   ッタを有する筒状のシールドハルと、該シールドハルの
   外周部に摺動自在に嵌合装着され切羽側先端を前記回転
   カッタより前方まで移動可能なスライドシェルと、該ス
   ライドシェルの内周に固着され、スライドシェルの移動
   時にその力を伝えてスライドシェルとともに移動するブ
   ラケットと、該ブラケットの移動範囲に対応してシール
   ドハルを切り欠き、該切欠き部に前記ブラケットを収納
   するとともに地山とトンネル坑内とを隔離可能に形成し
   た凹状のボックス構造部と、前記スライドシェルを前記
   ブラケットを介してシールドハルの長手方向に前後進さ
   せる移動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進
   機。
2. 【請求項２】 前記スライドシェルのテール側に、該ス
   ライドシェルが前進した際、前記シールドハルに形成し
   た切り欠き部を覆うテールプレートを設けてなる請求項
   １記載のシールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記スライドシェルと嵌合したシールド
   ハル外周の切羽側端部およびテール側端部に、スライド
   シェルに接するシールを装着してなる請求項１記載のシ
   ールド掘進機。