JPH0791941B2 - シールドトンネルの地中接合工法及びそのシールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、二台のシールド掘進機を用いて地山の両端側
から掘削し、途中で接合することにより一本のトンネル
を構築するシールドトンネルの地中接合工法及びそのシ
ールド掘進機に関するものである。

〈従来の技術〉 二台のシールド掘進機で一本のトンネルを構築する場
合、上記一方のシールド掘進機でトンネルの一方側を、
他のシールド掘進機でトンネルの他方側をそれぞれ掘削
すると共に、掘削進行に従ってそれぞれの後方のトンネ
ル壁面にセグメントを組立てるようにしている。

また、上記両側から掘削したトンネルが合一する接合部
においては、両シールド掘進機の掘削前端のカッター部
が接触しない程度、例えば30〜100cm程度の間隔に地山
を残して掘削停止させるようにしている。

この場合、上記掘削停止部までのトンネル壁は、セグメ
ントと、カッター部近傍のシールド掘進機外殻を構成す
る円筒状のスキンプレートで覆っている。従って、上記
トンネル壁の止水，土留は問題ないものの、トンネル接
合部の残り地山を掘削する場合には上記接合部周辺の止
水，土留等の対策を予め講じておく必要がある。

この残り地山を安全に掘削してトンネルを接合する工法
としては、例えば、いわゆる凍結工法が知られている。

これは、スキンプレートから上記接合部周辺の地山内に
穿孔式凍結管を所要のピッチで複数本傾斜して放射状に
埋設し、これによりまず周辺地山を凍結させて凍土と化
す。次いで両シールド掘進機のカッター部及びその駆動
機器，部材等を解体除去し、シールド掘進機間の残り地
山を掘削して、この掘削壁面をコンクリート等で覆工す
ることにより一本のトンネルとして接合する工法であ
る。

また、他の工法としては、上記例に対し機械的接合工法
とでもいう工法がある。

これは、一方のシールド掘進機のスキンプレート前端部
に突出可能な貫入リングプレートを設け、他方のシール
ド掘進機のスキンプレート前端部には上記貫入リングプ
レートが納まる貫入室を形成し、両シールド掘進機の掘
削停止した離隔位置で上記貫入リングプレートを貫入室
に進出貫入させ、トンネル接合部の残り地山周囲を覆
う。次いで前記例同様駆動機器等を解体して残り地山を
掘削し、トンネルを接合する工法である。

〈発明が解決しようとする課題〉 前者の凍結工法においては、両シールド掘進機、即ちス
キンプレートが相互に当接していないので、地山を凍結
させても止水や土留が完全とはいい難く、残り地山掘削
中等における凍土の管理が必要で未だ安全上の問題を存
しているものであった。

前記後者の機械的接合工法においては、上記凍結工法の
問題点を解決するものの、貫入リングプレートの正確な
貫入室納まりを実現する為には、両シールド掘進機の接
合角度を精度よく一致させなければならず、地山の質等
条件が場所により異なることからすれば上記工法は確実
性に欠けるものであった。特に、トンネル長さや径が大
きくなるほどに上記貫入精度は一層低下しやすく、より
要求される止水効果や土留効果に重大な問題を呈するこ
とになる。

本発明は上記問題点を解決する為に提供するものであ
る。

本発明の目的は、シールド掘進機に、相互に突出して当
接する接合リングプレートを設けて機械的接合とし、両
接合リングプレートの当接端を極めて精度よく一致させ
て、止水，土留等に優れた安全性の高い作業を実現する
ことが可能なトンネルの接合工法及びその為のシールド
掘進機を得るところにある。

本発明の他の目的は、接合リングプレートを相互に当接
させるに際し、掘削残り地山から接合リングプレートの
進出する周辺の地山を掘削して空間を形成し、これによ
り接合リングプレートのスムーズな進出及び相互当接が
できるようにしたトンネルの接合工法及びその為のシー
ルド掘進機を得るところにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する為に、本発明は、外殻をスキンプレ
ートで形成し、回転式のメインカッターを備えたシール
ド掘進機により地山の両端側からトンネルを掘削推進
し、両トンネルを途中で接合するシールドトンネルの地
中接合工法であって、上記メインカッターに設けた径方
向に出没する外周カッターでスキンプレートの推進対向
部分を掘削すると共に、メインカッターに設けた推進方
向斜め外方に出没するオーバーカッターによりトンネル
接合部で所要間隔にて対向したスキンプレート対向間部
分を掘削し、次いで球面軸受で姿勢角度可変に支持する
押出しジャッキによりスキンプレートの前端内周に摺動
可能に設けた接合リングプレートを押出して相互に当接
させ、その後にシールド掘進機の掘削駆動等機材を解体
除去して上記接合リングプレートで覆われたトンネル接
合部の残留土を排除するようにした工法である。

この場合、接合リングプレートの外周近傍の地山を凍結
させてスキンプレート対向間を掘削してもよい。

また、接合リングプレートの外周部にポケットを形成し
てフレキシブルな袋体を折畳んで収納し、接合リングプ
レートの相互当接後に袋体に充填剤を注入して膨出さ
せ、相互に圧接して二次耐圧部を形成することも可能で
ある。

上記地中接合を行なうシールド掘進機は、接合装置とし
て、スキンプレートの前端内周に摺動可能に設けた接合
リングプレートと、この接合リングプレートを押出すと
共に球面軸受で姿勢角度可変に支持した押出しジャッキ
とで構成し、カッター装置として、シールド掘進機の推
進面部を掘削するメインカッターと、メインカッターか
らその径方向に出没し推進外周部を掘削する外周カッタ
ーと、メインカッターから推進方向斜め外方に出没し接
合リングプレートの突出域を掘削するオーバーカッター
とで構成すればよい。

〈作用〉 接合リングプレートを押出すジャッキは、スキンプレー
ト等に対し角度を可変に球面軸受で支持している。従っ
て、両シールド掘進機の推進角度、即ちスキンプレート
の接合角度がずれた場合でも、スキンプレートから押出
される接合リングプレートの当接面の全面（全周）が均
等に当接するように、押出しジャッキは接合リングプレ
ートの傾きに応じて変角しながら押出し作動する。これ
により、接合リングプレートは常に全面で相互に当接で
き、止水作用，土留作用を効果的に発揮してその後の安
全な作業を補償する。

また、接合リングプレートが押出されて突出する接合部
周辺の地山はオーバーカッターで掘削し、空間を形成す
るので、接合リングプレートの突出に際しスムーズに、
また確実に動作させることができる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図と第２図は本発明の第一実施例に係る接合工法に
利用するシールド掘進機の要部構成を示す断面側面図と
半截した正面図であり、第３図は上記シールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図であ
る。

図において、シールド掘進機１は、その外殻を構成する
円筒状のスキンプレート２の推進前端面に円板状で回転
式のメインカッター３を備えており、これによりトンネ
ルＴを推進方向に掘削する。掘削したトンネルＴの内壁
は、既知の手段でセグメントＳが組立てられる。４はメ
インカッター３を回転中心で支持する支軸であり、５は
メインカッター３の適宜箇所を同心円上の複数位置で支
持する回動軸である。この回動軸５は、隔壁６に取付け
られた駆動モータ７とギヤ機構８で連結されており、こ
れにより支軸４を中心としてメインカッター３が回転す
る。駆動モータ７は必要に応じて複数設けている。

９は推進ジャッキであり、基端9a側を隔壁６に設けた支
圧板6aに取付け、作用端9b側をセグメントＳの端面に当
接させて、カッター３の掘削進行につれてシールド掘進
機１全体を推進させる。この推進ジャッキ９は、スキン
プレート２の内周壁近傍に適宜間隔で複数設けている。

10は接合リングプレートであり、スキンプレート２の推
進前端側内周面に摺動可能に設けている。この接合リン
グプレート10は、地山の両端からのトンネル掘削の最終
段階で、シールド掘進機１が適宜間隔で対向停止した際
に、そのトンネル接合部である対向間の残り地山Ga（第
３図参照）部分を覆う為に利用するものである。その
為、摺動移動量は上記対向間の略半分を覆うことが可能
な程度に設定している。この接合リングプレート10とス
キンプレート２の内周の摺動隙間はシール部材11を介設
し、上記残り地山Gaを覆った際に上記摺動隙間から泥水
等が浸入しないようにしている。また、接合リングプレ
ート10の外周部とスキンプレート２の前端内周部には、
貼付凍結管12a,12bが設けられている。貼付凍結管12a,1
2bは、従来と同様に図示しない凍結装置に接続されてお
り、所要時冷媒が循環する。

13は押出しジャッキである。この押出しジャッキ13は、
その作用ロッド13aの先端を接合リングプレート10に連
結し、接合リングプレート10を上記したトンネル接合時
に押出し、スキンプレート２から摺動突出させる。この
押出しジャッキ13は、シールド掘進機１の隔壁６の構成
部分に球面軸受14で支持しており、またその作用ロッド
13aと接合リングプレート10の連結部も球面軸受，十字
継手等の自在継手15で連結している。球面軸受14で押出
しジャッキ13を支持することにより、後述するように、
接合リングプレート10のスキンプレート２に対する摺動
軸線が傾斜して突出した場合でも、上記押出しジャッキ
13及び／又はスキンプレート２等に不要な押出し応力が
負荷されないようにしている。また、自在継手15を利用
することにより、上記状態における押出しジャッキ13の
スムーズな動作を一層よりよく行なわせることができ
る。

16はオーバーカッターであり、メインカッター３の掘削
面外周部に、掘削推進方向の斜め外方に出没するように
設けている。図例では、対称的な二ヶ所に設けるように
している。16aは、オーバーカッター16の上記出没を行
なうジャッキである。このオーバーカッター16は、その
突出量を、掘削外径がスキンプレート２の外径より若干
大きくなる程度に設定しており、これにより上記斜め突
出と相まって所要時にトンネル接合部の残り地山Gaの上
記スキンプレート２周辺部分を掘削する。即ち、トンネ
ル接合部のスキンプレート対向間を掘削して、空間を形
成し、前記した接合リングプレート10のスムーズな摺動
突出を妨げないようにすると共に、両方向からの当接が
完全に行なえるようにするものである。

17は従来既知の外周カッターであり、ジャッキ17aによ
りメインカッター３からその径方向に出没して、スキン
プレート２の推進対向部の地山Ｇ部分を掘削する。

本実施例においては、この外周カッターと、シールド掘
進機１の推進対向面を掘削するメインカッター3,トンネ
ル接合部でスキンプレート２の対向間を部分的に掘削す
るオーバーカッター16とでシールド掘進機１のカッター
装置Cuを構成している。

18は、シールド掘進機１のメインカッター３と隔壁６で
形成する空間の下方側に設けた従来既知の攪拌装置であ
り、メインカッター３等で掘削し、取入れた掘削土や泥
水土を攪拌して図示しない排土装置での排出をスムーズ
に行なわせる。

以上のような構成のシールド掘進機１を二台利用してト
ンネルＴを掘削構築する場合、掘削当初から最終段階の
トンネル接合地点までは、従来と同様の手順で地山の両
端側から掘削する。そして、上記両トンネルが合一する
接合部分まで掘削してきたときは、両シールド掘進機1,
1のカッター3,3が接触しない所要の間隔、例えば30〜10
0cm程度で掘削及び推進を停止する。

以下、第３図を参照して説明する。

第３図はトンネル接合作業が完了した状態を示している
が、上記シールド掘進機1,1の掘削及び推進が停止した
時点では、接合リングプレート10,10は未だ摺動突出せ
ず、スキンプレート2,2内に収納されたままである。従
って、トンネル接合位置は、メインカッター3,3の対向
間の残り地山Gaとスキンプレート2,2周囲の地山Ｇとが
連続した状態にある。

そこで次に、例えば貼付凍結管12a,12bを作動させ、更
にはスキンプレート2,2から外周の地山Ｇ中に放射状に
穿孔式凍結管19を配設して、このトンネル接合部周辺の
地山Ｇを凍結させる。

この凍結後に、一方のシールド掘進機１のオーバーカッ
ター16、例えば第３図上で左側のオーバーカッター16を
メインカッター３から突出作動させると共にメインカッ
ター３を回転駆動する。そうすると、オーバーカッター
16が突出するにつれて、その対応する残り地山Gaの周辺
が掘削される。この場合、オーバーカッター16がスキン
プレート２の対向間部分、即ち接合リングプレート10の
突出域に対応する掘削外径に達したときには、残り地山
Gaの厚さ方向にはその略半分位まで掘削するようにオー
バーカッター16の傾斜角等を設定していればよい。ま
た、オーバーカッター16の掘削は、両シールド掘進機1,
1がトンネル接合位置で対向停止した後に実行すること
のほか、何れか一方の先着したシールド掘進機１からそ
のまま同時にオーバーカッター16を突出作動させて先行
掘削としてもよい。

次いで、上記掘削完了したオーバーカッター16をメイン
カッター３内に引き込み、対向側のオーバーカッター16
（前記例では右側のオーバーカッター）を作動させて前
記同様に残り地山Gaの周辺を掘削する。この掘削が進む
につれて残り地山Gaの周辺はその厚さが薄くなり、遂に
は回転しているメインカッター３により残り地山Ga全体
が崩れて両トンネル空間が接合される。

これにより、次に上記後作業のオーバーカッター16及び
外周カッター17,17が突出していればこれもメインカッ
ター3,3内に引き込み、そして押出しジャッキ13,13を作
動させる。

押出しジャッキ13,13の作動により、接合リングプレー
ト10,10がスキンプレート2,2に沿って摺動突出し、先端
同士が当接してその内側空間、即ち残り地山Ga部分の空
間とスキンプレート2,2外周辺の地山Ｇとを遮断する
（第３図の状態）。この接合リングプレート10,10の突
出に際しては、その突出域に残り地山Ga等の障害物がな
いので、押出しジャッキ13による突出動作をスムーズに
行なうことができる。

ところで、シールド掘進機1,1は、両者のスキンプレー
ト2,2の推進軸線が一致しないで、僅かに傾斜した状態
で対向停止することがある。そうすると、両方から突出
して当接する接合リングプレート10,10の突出量は必ず
しも均等にならない。従って、この接合角度が一致しな
い状態で接合リングプレート10,10を突出させると、相
互の一部が当接したときにその反力がスキンプレート2,
2及び／又は押出しジャッキ13,13に負荷される。

しかしながら、摺動突出負荷を直接受ける押出しジャッ
キ13,13は球面軸受14,14で支持しているので、上記反力
の発生状態による押出しジャッキ13,13への偏倚応力の
負荷方向に応じて、上記球面軸受14,14を中心として押
出しジャッキ13,13の支持角度が変化する。即ち、押出
しジャッキ13,13の本体と作用ロッド13a,13aに生じるベ
クトルが常に同一になるように押出しジャッキ13,13の
姿勢が変化する。これにより、スキンプレート2,2及び
／又は押出しジャッキ13,13は不要な応力に対応してそ
の破損等から免れることができる。

また、上記の場合の押出しジャッキ13,13は、球面軸受1
4,14による上記姿勢変化でその押出し動作量を配置位置
により異ならせて、両接合リングプレート10,10の摺動
軸線，方向等を一致させ、即ち隙間のない確実な当接を
行なわせることができる。これはまた、押出しジャッキ
13,13の作用ロッド13a,13aと接合リングプレート10,10
の連結部を自在継手15,15で構成することにより、上記
姿勢を一層柔軟に対応させることができる。

これにより、スキンプレート2,2周辺の地山Ｇからの地
中水，泥水等のトンネルＴ内への流入を確実に防ぐこと
ができる。そして、その後のカッター装置Cu,駆動モー
タ７等の掘削駆動等機材の解体，搬出及び残り地山Gaの
崩れ落ちた未排出の泥土等の排除を完全に行なうことが
可能となる。

上記接合リングプレート10,10の当接においては、その
当接部を溶接等により更に強固に密封固定することで上
記止水性等の機能が一層向上する。

第４図は、本発明の工法及びシールド掘進機の別の実施
例を示す要部断面側面図である。

第１図〜第３図においては、接合リングプレート10,10
の接合に際して、周辺の地山Ｇを凍結させた後にオーバ
ーカッター16,16で掘削する方式を説明した。

しかしながら、トンネル構築作業環境、即ち設備，トン
ネルの径，土質，土被り等々によっては上記地山凍結方
式は経済的，技術的に不具合な場合も考えられる。

従って、この第二実施例においては上記凍結方式を利用
せずに、フレキシブルな袋体を利用して、接合リングプ
レート外周を地山に対して遮断する方式としたものであ
る。

図において、接合リングプレート100の外周囲部に適宜
寸法の凹陥したポケット101を形成し、このポケット101
に例えば繊維，ゴム質材等で形成したフレキシブルな袋
体102を折畳んで収納する。この袋体102は、接合リング
プレート100のポケット101内に全周囲一体として形成し
たり、又は所要の単位袋体として形成し、これを複数収
納したりする。そして、この袋体102にシールド掘進機
内から適宜のチューブ（図示せず）を連結し、このチュ
ーブの他端は、モルタル，プラスチック等の流動性があ
り、比較的遅硬性の充填剤の供給源に接続する。カッタ
ー装置Cu,押出しジャッキ13等々の構成は前述した第一
実施例と同様である。

このような構成により、トンネル接合部においては、前
述の第一実施例と同様に、オーバーカッター16,16で接
合リングプレート100,100の突出域を掘削し、次いで押
出しジャッキ13,13により接合リングプレート100,100を
スキンプレート2,2から摺動突出させ、相互に突き合わ
せる。

この後、充填剤供給源から充填剤を袋体102,102に供給
して膨張させる。この膨張により、袋体102,102はポケ
ット101から張り出して、相互に圧接する。そして圧接
後の充填剤の硬結により、上記袋体102,102は二次耐圧
部として止水機能，土留機能を発揮する。

このような袋体102による接合方式は、オーバーカッタ
ー16による掘削に耐えられる程度の硬質な地山Ｇの場合
に、凍結方式よりも極めて容易な接合手段として利用す
ることができる。

〈発明の効果〉 以上詳細に述べてきたように、本発明によれば、スキン
プレートから突出する接合リングプレートの相互当接に
よりトンネル接合部を機械的接合とするに際し、オーバ
ーカッターで接合リングプレートの突出域の地山を掘削
するようにしたので、接合リングプレートの突出をスム
ーズ且つ確実に行なうことができる。

また、接合リングプレートは、球面軸受で支持して姿勢
角度可変とした押出しジャッキで押出すようにしてい
る。従って、スキンプレート相互の接合角度にズレが生
じて接合リングプレート相互の接合角度のズレとなって
も、上記相互当接による反力を押出しジャッキが受けた
際にその球面軸受を支点として反力方向に追従して姿勢
を変えることができるので、接合リングプレート同士の
摺動軸線，方向等を一致させて、その全周囲に亘り隙間
を生ずることなく確実に当接させることができる。

更にまた、接合リングプレートにポケットを形成してフ
レキシブルな袋体を収納し、充填剤による膨出で止水，
土留等の二次耐圧部を形成するようにすれば、トンネル
土質等により接合リングプレートのみによる一次耐圧部
に加えて一層効果的な接合を簡単な構成で得ることがで
きる。

このように、本発明によれば実用性に極めて優れたシー
ルドトンネルの地中接合工法とその為のシールド掘進機
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第一実施例に係る接合工法に利用す
るシールド掘進機の要部構成を示す断面側面図、 第２図は、第１図のシールド掘進機の半截した正面図、 第３図は、本発明の第一実施例に係るシールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図、 第４図は、本発明の第二実施例に係るシールド掘進機に
よるトンネル接合部の接合状態を示す断面側面図であ
る。 １…シールド掘進機,2…スキンプレート,3…メインカッ
ター,6…隔壁,7…駆動モータ,9…推進ジャッキ,10…接
合リングプレート,12a,12b…貼付凍結管,13…押出しジ
ャッキ,14…球面軸受,15…自在継手,16…オーバーカッ
ター,16a…ジャッキ,17…外周カッター,19…穿孔式凍結
管,100…接合リングプレート,101…ポケット,102…袋
体,Cu…カッター装置,Ga…残り地山,G…地山,T…トンネ
ル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外殻をスキンプレートで形成し、回転式の
   メインカッターを備えたシールド掘進機により地山の両
   端側からトンネルを掘削推進し、両トンネルを途中で接
   合するシールドトンネルの地中接合工法であって、 上記メインカッターに設けた径方向に出没する外周カッ
   ターでスキンプレートの推進対向部分を掘削すると共
   に、 メインカッターに設けた推進方向斜め外方に出没するオ
   ーバーカッターによりトンネル接合部で所要間隔にて対
   向したスキンプレート対向間部分を掘削し、 次いで球面軸受で姿勢角度可変に支持する押出しジャッ
   キによりスキンプレートの前端内周に摺動可能に設けた
   接合リングプレートを押出して相互に当接させ、 その後にシールド掘進機の掘削駆動等機材を解体除去し
   て上記接合リングプレートで覆われたトンネル接合部の
   残留土を排除することを特徴とするシールドトンネルの
   地中接合工法。
2. 【請求項２】請求項１記載の工法において、接合リング
   プレートの外周近傍の地山を凍結させた後にスキンプレ
   ート対向間をオーバーカッターで掘削することを特徴と
   するシールドトンネルの地中接合工法。
3. 【請求項３】請求項１記載の工法において、接合リング
   プレートの外周部にポケットを形成してフレキシブルな
   袋体を折畳んで収納し、上記接合リングプレートの相互
   当接後に袋体に充填剤を注入して膨出させ、相互に圧接
   して二次耐圧部を形成することを特徴とするシールドト
   ンネルの地中接合工法。
4. 【請求項４】回転式のカッター装置により地山の両端側
   からトンネルを掘削し、両トンネルを途中で接合するシ
   ールドトンネルの構築に利用するシールド掘進機であっ
   て、トンネル接合部で所要間隔にて対向し、この対向間
   の地山を覆うようにシールド掘進機のスキンプレート間
   を接合する接合装置を備えたものにおいて、 上記接合装置を、スキンプレートの前端内周に摺動可能
   に設けた接合リングプレートと、この接合リングプレー
   トを押出すと共に押出し姿勢角度可変に球面軸受で支持
   した押出しジャッキとで構成し、 カッター装置を、シールド掘進機の推進面部を掘削する
   メインカッターと、メインカッターに設けて径方向に出
   没し推進外周部を掘削する外周カッターと、メインカッ
   ターに設けて推進方向斜め外方に出没し接合リングプレ
   ートの突出域を掘削するオーバーカッターとで構成した
   ことを特徴とするシールド掘進機。