JPH0765453B2 - シールド掘進機 - Google Patents

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構築する際に使
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T₁を構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
掘削土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土量はかなり低減
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63−21
8194号公報（特開平２−66295号公報）、実願平１−698
03号公報（実開平３−12993号公報）、実願平１−69805
号公報（実開平３−12994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、カッタ駆動
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連結方向に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ドパッ
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II−II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、該ガイドプレート２の前部に設けられたスクリュ
ウカッタ３と、ガイドプレート２内側の端縁全周から前
記シールド機本体１側面の前後端縁にかけて突設された
シールパッキン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ッキン５とにより構成されてい
る。

シールド機本体１に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ャッキ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の隔壁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て一対の
ドラムカッタ９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10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9a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9e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10a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。

動力伝達機構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14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９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1
7bとが夫々設けられている。

拡幅ジャッキ７は伸縮ジャッキ19と反力ジャッキ20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。

伸縮ジャッキ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。

反力ジャッキ20は前部及び後部シールド機1a、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は前部シールド機1a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ッキン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14a
に固着されたベベルギア14b及びその他のギア14cを介し
て減速機Ｆの出力軸13に連結され、スクリュウ羽3c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III−III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IV−IV線断面図、
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VI−VI線拡大断面図である。

シールパッキン４はブラシパッキン4aと止水パッキン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。

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

止水パッキン4bはゴム材で中空状に形成され、その中空
部4b₁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。

テールパッキン５は前記シールパッキン４と同様にブラ
シパッキン5aと止水パッキン5bとによりなり、該ブラシ
パッキン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。

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

止水パッキン5bはリングパッキン5b₁とスライドパッキ
ン5b₂とによりなり、リングパッキン5b₁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5b₂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。

スライドパッキン5b₂は前部シールド機1aにおける前記
リングパッキン5b₁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5b₃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、該スライドパッキン5b₂はシールド掘進機Ａの
伸張に伴って前記リングパッキン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
ールパッキン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
ジャッキ20を伸張して先行地下空間体Ｂの側壁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ャッ
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の反力ジャッキ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、伸縮ジャッキ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に構築し、これらの貫通
孔a₁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Ｄ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17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を無端状に連結し、
その連結された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、Ｃ、…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、Ｃ、…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連結方向に伸縮自在に連結さ
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II−II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III−III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IV−IV線断面図、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（Ａ）図におけるVI−VI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 1b:後部シールド掘進機 2:ガイドプレート 3:スクリュウカッタ 4:シールパッキン 5:テールパッキン 6:カッタ である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−207496（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213992（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−66394（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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連結方向に伸縮自在に
   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。