JPH08319793A - シールド機を利用したトンネル構築における覆工部材及び覆工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド機１の到達部において、管路の不等
沈下、地震等による変位を吸収可能な永久構造物となり
得る、シールド機を利用したトンネル構築における覆工
システムを提供する。 【構成】 シールド機１の前胴４を覆う前スキンプレー
ト７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に摺動自在
に連結され、かつ後胴５の一部である嵌合リング７ｂと
よりなるアーティキュレート部において、前記前スキン
プレート７ａと嵌合リング７ｂとの内側、かつ前記摺動
部近傍で前スキンプレート７ａと嵌合リング７７ｂとを
結合する可撓性連結部材よりなることを特徴とするシー
ルド機を利用したトンネル構築における覆工部材および
覆工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド機を利用したト
ンネル構築における覆工部材およびその覆工方法に関
し、特に、前スキンプレートと後胴の一部である嵌合リ
ングとを可撓性連結部材により結合して、可撓性を付与
した覆工部材として使用するようにしたシールド機を利
用したトンネル構築における覆工部材およびその覆工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル周辺の地盤が安定しない地域に
おいては、図４に示されるようにトンネル覆工用可撓セ
グメントを使用することによって、シールド管路３０間
の変位を吸収している。図４において、トンネル覆工用
可撓セグメント３８は次のような箇所について使用され
る。 （１）埋立区域における地盤改良区域３１と軟弱地盤３
２区域との境界、到達立坑３３と地山９との境界、 （２）軟弱地盤３２と硬質地盤３４との地盤が急変する
箇所 （３）地下構造物３６等による二次応力を受ける箇所 （４）道路造成区域 （５）河川管理区域 また、図４に示されるようなトンネル覆工用可撓セグメ
ント３８は次のように作用する。 （１）シールド管路３０の不等沈下による曲げ、伸縮、
捩じれ、剪断等の応力及び変位を吸収する。 （２）シールド管路３０の地震時により発生する曲げ、
伸縮、捩じれ、剪断等の応力及び変位を吸収する。 （３）その他、地下構造物３６等によるシールド管路３
０に発生する二次応力及び変位を吸収する。

【０００３】第１の従来技術として図５に示されるよう
な、可撓セグメントがある。図５において（Ａ）は一次
施工完了状態を示し、（Ｂ）は二次施工完了状態を示
す。次に、この施工方法について説明する。 （１）一時施工（シールド機内での組立） （ａ）カバープレート５１で接続された二つの枠セグメ
ント５２の組立 （ｂ）一次止水ゴム５３の取付 （ｃ）一次施工完了 （２）二次施工（推力の影響が無くなった時点での組
立） （ｆ）推力受材５４の取外し （ｇ）二次止水ゴム５５の取付 （ｈ）耐力バー５６、耐力スリーブ５７、カバークロス
６３の取付 （ｉ）内面カバーゴム５９支持材６２の取付 （ｊ）内面スキンプレート５８の取付 （ｋ）内面カバーゴム５９の取付 （ｌ）二次施工完了

【０００４】また、第２の従来技術として図６に示され
るような「実開平２−１０１８９３」がある。このシー
ルド機７０における胴部（前胴７１，中胴７５，後胴７
６）の後部を別体のテール部８０として、胴部（７１，
７５，７６）とテール部８０の前、後部間を、内側の対
象２箇所位置のテール部８０に固定されたブラケット８
０ａを胴部（７１，７５，７６）方向に延長して、この
ブラケット８０ａと胴部（７１，７５，７６）とをピン
８１結合して連結すると共に、胴部（７１，７５，７
６）とテール部８０の前、後部の少なくとも外側全周間
を弾性体８３により覆って連結したことを特徴とする可
撓テール付きシールド機７０が記載されている。胴部
（７１，７５，７６）とテール部８０の前、後部間を揺
動させないときにはアイボルト８２をブラケット８０ａ
を介して胴部（７１，７５，７６）にねじ止めする。ブ
ラケット８０ａを介して胴部（７１，７５，７６）にね
じ止めされているアイボルト８２を抜き取れば、胴部
（７１，７５，７６）とテール部８０の前、後部間はピ
ン８１回りに揺動することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来技
術は通常のセグメントと比較して、複雑な構造であるた
め非常に高価である欠点があり、図５に示すとおり組立
手順が多段階に別れているので、作業が煩雑になり長い
作業時間を必要とする欠点がある。また、第２の従来技
術には可撓セグメントとして用いる思想はないが、可撓
セグメントの代用とする場合、胴部（７１，７５，７
６）とテール部８０の前、後部間はピン８１の軸線回り
方向だけにしか揺動できない欠点がある。本発明は前記
従来技術の課題を解決するためになされたもので、シー
ルド機の到達部において、管路の不等沈下、地震等によ
る変位を吸収可能な可撓セグメントとなるように、シー
ルド機を永久構造物として使用するシステムを提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るシールド機を利用したトンネル構築に
おける覆工部材の第１の発明は、シールド機１の前胴４
を覆う前スキンプレート７ａと、この前スキンプレート
７ａの内周に摺動自在に連結され、かつ後胴５の一部で
ある嵌合リング７ｂとよりなるアーティキュレート式シ
ールド掘進機において、前記前スキンプレート７ａと嵌
合リング７ｂとの内側、かつ前記摺動部近傍で前スキン
プレート７ａと嵌合リング７ｂとを結合する可撓性連結
部材よりなる。前記可撓性連結部材は、前スキンプレー
ト７ａと嵌合リング７ｂとを連結する連結手段と、この
前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとの連結に可撓
性を付与するためのゴム材とより構成して、前スキンプ
レート７ａと嵌合リング７ｂとを連結する連結手段と、
この前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとの連結に
可撓性を付与するためのばねとより構成してもよい。

【０００７】また、本発明に係るシールド機を利用した
トンネル構築における覆工部材の第２の発明は、シール
ド機１の前胴４を覆う前スキンプレート７ａと、この前
スキンプレート７ａの内周に摺動自在に連結され、かつ
後胴５の一部である嵌合リング７ｂとよりなるアーティ
キュレート式シールド掘進機において、前スキンプレー
ト７ａの内周に固定された前胴側取付座２１と、嵌合リ
ング７ｂの内周に固定された後胴側取付座２２と、これ
ら前胴側取付座２１と後胴側取付座２２または嵌合リン
グ７ｂとを連結する耐力バー２３と、この耐力バー２３
の前胴側受部２３ａと前胴側取付座２１間に介装された
第１弾性体２４と、前記前胴側取付座２１と後胴側取付
座２２または嵌合リング７ｂ内周に固定された受座２５
間に介装された第２弾性体２６と、前スキンプレート７
ａの内周と前胴側取付座２１とに固定され、かつ前記耐
力バー２３の前胴側受部２３ａと第１弾性体２４とを前
スキンプレート７ａの内周にわたって覆う第１カバー２
７と、嵌合リング７ｂの内周と後胴側取付座２２および
受座２５間の少なくとも一方とに固定され、かつ前記耐
力バー２３を嵌合リング７ｂの内周にわたって覆う第２
カバー２８とよりなる。

【０００８】本発明に係るシールド機を利用したトンネ
ル構築における覆工方法は、前胴４の外周部を覆う前ス
キンプレート７ａと、この前スキンプレート７ａの内周
に摺動自在に連結され、かつ後胴５の一部である嵌合リ
ング７ｂを有するシールド機１により目標位置まで掘進
する段階と、前記前スキンプレート７ａと嵌合リング７
ｂとを可撓性連結部材により結合して可撓性を付与した
覆工部材とする段階と、この可撓性を付与した覆工部材
に対するトンネル掘進方向の前後部分を二次覆工する段
階と、前記可撓性を付与した覆工部材として使用する装
置以外を除去する段階とよりなる。

【０００９】

【作用】本発明に係るシールド機を利用したトンネル構
築における覆工部材の第１の発明は、前スキンプレート
７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に摺動自在に
連結された嵌合リング７ｂとよりなるシールド機１が目
標位置まで掘進すると、前スキンプレート７ａと嵌合リ
ング７ｂとを可撓性連結部材により結合して、シールド
機１の前スキンプレート７ａ、嵌合リング７ｂを可撓性
を付与した覆工部材として使用する。前記可撓性連結部
材は、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとを連結
する連結手段と、この前スキンプレート７ａと嵌合リン
グ７ｂとの連結には可撓性を付与するためのゴム材また
はばねを使用すれば、前スキンプレート７ａと嵌合リン
グ７ｂとは軸方向の伸縮、傾斜および剪断の相対変位が
可能な可撓状態に連結される。

【００１０】また、本発明に係るシールド機を利用した
トンネル構築における覆工部材の第２の発明は、前スキ
ンプレート７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に
摺動自在に連結された嵌合リング７ｂとよりなるシール
ド機１が目標位置まで掘進すると、前スキンプレート７
ａの内周に固定された前胴側取付座２１と、嵌合リング
７ｂの内周に固定された後胴側取付座２２または受座２
５とが、耐力バー２３と第１弾性体２４と第２弾性体２
６とにより連結されて可撓性を付与した覆工部材が構成
されると共に、この可撓性を付与した覆工部材は第１カ
バー２７と第２カバー２８とにより二次覆工材からシー
ルされる。従って、前スキンプレート７ａと嵌合リング
７ｂとは軸方向の伸縮、傾斜および剪断の相対変位が可
能な可撓状態に連結される。

【００１１】本発明に係るシールド機を利用したトンネ
ル構築における覆工方法は、前スキンプレート７ａと、
この前スキンプレート７ａの内周に摺動自在に連結され
た嵌合リング７ｂとよりなるシールド機１が目標位置ま
で掘進すると、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂ
とは可撓性連結部材により結合されて可撓性を付与した
覆工部材となるため、この可撓性を付与した覆工部材に
対するトンネル掘進方向の前後部分の二次覆工間は、軸
方向の伸縮、傾斜および剪断の相対変位が可能な可撓状
態に連結される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係るシールド機を利用したト
ンネル構築における覆工部材に関する一実施例について
図１〜図４により詳述する。図１はシールド機全体の側
断面図、図２は本発明に係るシールド機を利用したトン
ネル構築における覆工部材を示す図で、図１のＰ部詳細
図、図３は図２のＱ部詳細図で、（Ａ）は側断面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＺ視を示す図である。

【００１３】図１において、前面にカッタビット２ａを
固定したカッタヘッド２を回転可能に支持したカッタヘ
ッドサポートリング３が前胴４内に固定されている。前
胴４と後胴５とにはピン結合によりアーティキュレート
ジャッキ８が装架されており、後胴５にはシールドジャ
ッキ１５が装着され、このシールドジャッキ１５のピス
トンロッド先端には、シールドジャッキ１５を伸長する
ことにより、セグメント１１から反力をとってシールド
機１を掘進させるためのスプレッダ１６が装着されてい
る。前胴４の外周部にはスキンプレート７が固定されて
おり、後胴５の内部にはセグメント組立装置等の後方設
備１０が設置されていると共に、セグメント１１により
シールドトンネルが覆工されている。また、カッタヘッ
ドサポートリング３にはカッタヘッド２を回転駆動する
ための電動機１２が固定され、前胴４にはチャンバ１３
内の土砂を攪拌するためのアジテータ１４が装着されて
いる。

【００１４】図１の構成による作用について説明する。
シールド機１は、後胴５に固定されたシールドジャッキ
１５を伸長して、このシールドジャッキ１５のピストン
ロッドに装着されたスプレッダ１６により、セグメント
１１から反力をとってシールド機１に推進力を与えなが
ら、カッタヘッドサポートリング３に回転可能に支持し
たカッタヘッド２を回転させて、カッタヘッド２前面に
固定したカッタビット２ａにより地山を掘削してシール
ド機１を地山内に掘進させる。トンネル掘進中において
方向修正が必要な場合には、アーティキュレートジャッ
キ８により方向修正しながらシールド機１を地山内に掘
進させ、シールド機１が所定の位置に達するとトンネル
の掘進を停止する。

【００１５】図２および図３において、トンネル覆工用
可撓構造物３５は、シールド機１を構成する前胴４の外
周部を覆う前スキンプレート７ａと、この前スキンプレ
ート７ａの内周に摺動自在に連結され、かつ後胴５の一
部である嵌合リング７ｂとより構成されている。前スキ
ンプレート７ａの内周には前胴側取付座２１が固定さ
れ、嵌合リング７ｂの内周には後胴側取付座２２が固定
されている。これら前胴側取付座２１と後胴側取付座２
２とは耐力バー２３により連結されており、この耐力バ
ー２３の前胴側受部２３ａと前胴側取付座２１間には第
１弾性体２４とワッシャ２９が介装され、後胴５前端と
前胴側取付座２１との間には第２弾性体２６と受座２５
とが介装されている。なお、第２弾性体２６はトンネル
内の地下水の浸水を防止する役目も兼ねる。前記耐力バ
ー２３の前胴側受部２３ａと第１弾性体２４とワッシャ
２９とを前スキンプレート７ａの内周にわたって覆う第
１カバー２７が、前スキンプレート７ａの内周と前胴側
取付座２１とに固定されている。前記耐力バー２３の後
胴側受部２３ｂと耐力バー２３を嵌合リング７ｂの内周
にわたって覆う第２カバー２８が、スキンプレート７ｂ
の内周と後胴側取付座２２および受座２５とに固定され
ている。また、前記前胴側受部２３ａと後胴側受部２３
ｂは、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとが相対
変位を可能とするために球面軸受に構成されている。

【００１６】図２および図３の構成によるシールド機を
利用したトンネル構築における覆工部材は次のように作
用する。前スキンプレート７ａと、この前スキンプレー
ト７ａの内周に摺動自在に連結された嵌合リング７ｂと
よりなるシールド機１が目標位置まで掘進すると、前ス
キンプレート７ａの内周に固定された前胴側取付座２１
と、嵌合リング７ｂの内周に固定された後胴側取付座２
２とが、第１弾性体２４、ワッシャ２９、第２弾性体２
６、受座２５を介して耐力バー２３により連結して可撓
構造物３５が構成される。また、アーティキュレートジ
ャッキ８を除去した後、前胴フレーム４ａをＸ部から溶
断等で取除き、後胴フレーム５ａをＹ部から同様に溶断
等で取除く。その後、前記可撓構造物３５の前後方向部
分に二次覆工としてコンクリート巻き１７を施工する。
従って、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとは第
１弾性体２４および第２弾性体２６により軸方向の伸
縮、傾斜および剪断の相対変位が可能な可撓状態に連結
されると共に、可撓構造物３５は第１カバー２７と第２
カバー２８および第２弾性体２６によりトンネル内への
地下水の侵入をシールすることができる。

【００１７】図４に示すように、本発明に係るトンネル
覆工用可撓構造物３５は到達立坑３３の近傍、あるいは
（Ｂ）に詳細を示すようなＳ部におけるトンネルの地中
接合部などに使用される。図４（Ｂ）において、地中接
合シールド機３７，３７が所定位置まで接近すると、こ
れら地中接合シールド機３７，３７の少なくとも一方を
図２および図３と同様に構成することにより、到達時の
地中接合シールド機３７，３７を利用して可撓構造物３
５が形成される。なお、地中接合シールド機３７，３７
の両方を図２および図３と同様に構成して二つの可撓構
造物３５を形成すれば、可撓構造物３５としての作用が
増加する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシー
ルド機を利用したトンネル構築における覆工部材及び覆
工方法によれば次の効果が得られる。 （１）シールド管路の不等沈下、地震等が発生した場合
でも、軸方向伸縮、曲げ、および剪断の相対変位などに
よる応力や変位を確実に吸収できる構造であるため、永
久構造物としての安全性を確保できる。 （２）到達時のシールド機を可撓構造物の部品とするこ
とにより、一部の部品を追加するだけで可撓構造物が形
成されるため、取付けが簡単であると共に、可撓セグメ
ント施工現場でのゴム接合等の特殊技術を必要とするこ
となく、工費を大幅に低減できる。 （３）可撓構造物としてシールド機に追加する部品の一
部である第２弾性体にシール機能も持たせたので、他に
シール部材を必要としなく、トンネル内への地下水の侵
入を確実に防止する。 （４）第１カバーおよび第２カバーの取付により、二次
覆工部材が前スキンプレートと嵌合リングとの連結部材
へ侵入するのを防止する。また、二次覆工作業中におい
て前スキンプレートと嵌合リングとの連結部材へ誤って
衝突して破損するのを保護する。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド機全体の側断面である。

【図２】本発明に係るトンネルの可撓構造を示す図で、
図１のＰ部詳細図である。

【図３】図２のＱ部詳細図で、（Ａ）は側断面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＺ視を示す図である。

【図４】本発明に係る可撓構造物、および従来技術の可
撓セグメントの使用箇所を示す図で、（Ａ）は全体図、
（Ｂ）は（Ａ）のＳ部詳細図である。

【図５】第１の従来の技術を示す図で、（Ａ）は一次施
工完了状態を示す図、（Ｂ）は二次施工完了状態を示す
図である。

【図６】第２の従来の技術を示す図、（Ａ）はシールド
機のカッタとシールド部の側断面図、（Ｂ）は作用を示
す平面図、（Ｃ）は作用を示す側断面図、（Ｄ）は
（Ａ）のＲ部詳細を示す平面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＺ視
を示す図である。

【符号の説明】

１ シールド機 ２ カッタヘッド ２ａ カッタビット ３ カッタヘッドサポートリング ４ 前胴 ５ 後胴 ７ スキンプレート ７ａ 前スキンプレート ７ｂ 嵌合リング ８ アーティキュレートジャッキ ９ 地山 １０ 後方設備 １１ セグメント（一次覆工） １２ 電動機 １３ チャンバ １４ アジテータ １５ シールドジャッキ １６ スプレッダ １７ コンクリート巻き（二次覆工） ２１ 前胴側取付座 ２２ 後胴側取付座 ２３ 耐力バー ２３ａ 前胴側受部 ２３ｂ 後胴側受部 ２４ 第１弾性体 ２５ 受座 ２６ 第２弾性体 ２７ 第１カバー ２８ 第２カバー ２９ ワッシャ ３０ シールド管路 ３１ 地盤改良区域 ３２ 軟弱地盤 ３３ 到達立坑 ３４ 硬質地盤 ３５ 可撓構造物 ３６ 地下構造物 ３７ 地中接合シールド機 ３８ 可撓セグメント

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機１の前胴４を覆う前スキンプ
   レート７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に摺動
   自在に連結され、かつ後胴５の一部である嵌合リング７
   ｂとよりなるアーティキュレート式シールド掘進機にお
   いて、 前記前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとの内側、
   かつ前記摺動部近傍で前スキンプレート７ａと嵌合リン
   グ７ｂとを結合する可撓性連結部材よりなることを特徴
   とするシールド機を利用したトンネル構築における覆工
   部材。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド機を利用したト
   ンネル構築における覆工部材において、前記可撓性連結
   部材は、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとを連
   結する連結手段と、この前スキンプレート７ａと嵌合リ
   ング７ｂとの連結に可撓性を付与するためのゴム材とよ
   りなることを特徴とするシールド機を利用したトンネル
   構築における覆工部材。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシールド機を利用したト
   ンネル構築における覆工部材において、前記可撓性連結
   部材は、前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとを連
   結する連結手段と、この前スキンプレート７ａと嵌合リ
   ング７ｂとの連結に可撓性を付与するためのばねとより
   なることを特徴とするシールド機を利用したトンネル構
   築における覆工部材。
4. 【請求項４】 シールド機１の前胴４を覆う前スキンプ
   レート７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に摺動
   自在に連結され、かつ後胴５の一部である嵌合リング７
   ｂとよりなるアーティキュレート式シールド掘進機にお
   いて、 前スキンプレート７ａの内周に固定された前胴側取付座
   ２１と、嵌合リング７ｂの内周に固定された後胴側取付
   座２２と、これら前胴側取付座２１と後胴側取付座２２
   または嵌合リング７ｂとを連結する耐力バー２３と、こ
   の耐力バー２３の前胴側受部２３ａと前胴側取付座２１
   間に介装された第１弾性体２４と、前記前胴側取付座２
   １と後胴側取付座２２または嵌合リング７ｂ内周に固定
   された受座２５間に介装された第２弾性体２６と、前ス
   キンプレート７ａの内周と前胴側取付座２１とに固定さ
   れ、かつ前記耐力バー２３の前胴側受部２３ａと第１弾
   性体２４とを前スキンプレート７ａの内周にわたって覆
   う第１カバー２７と、嵌合リング７ｂの内周と後胴側取
   付座２２および受座２５間の少なくとも一方とに固定さ
   れ、かつ前記耐力バー２３を嵌合リング７ｂの内周にわ
   たって覆う第２カバー２８とよりなることを特徴とする
   シールド機を利用したトンネル構築における覆工部材。
5. 【請求項５】 前胴４の外周部を覆う前スキンプレート
   ７ａと、この前スキンプレート７ａの内周に摺動自在に
   連結され、かつ後胴５の外周部を覆う嵌合リング７ｂを
   有するシールド機１により目標位置まで掘進する段階
   と、 前記前スキンプレート７ａと嵌合リング７ｂとを可撓性
   連結部材により結合して可撓性を付与した覆工部材とす
   る段階と、 この可撓性を付与した覆工部材に対するトンネル掘進方
   向の前後部分を二次覆工する段階と、 前記可撓性を付与した覆工部材として使用する装置以外
   を除去する段階とよりなることを特徴とするシールド機
   を利用したトンネル構築における覆工方法。