JPH10306685A - シールド掘進機およびその埋設物除去工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削方向にある埋設物を土砂の崩壊なく安全
に除去する。 【解決手段】 シールド本体１の外周部に内蔵された筒
状カッタ１１を、カッタヘッド２の外周部から前方に突
出させ、筒状カッタ１１およびカッタヘッド２を回転駆
動してシールド本体１を前進させることにより、筒状カ
ッタ１１の切断ビット１２により埋設物を切断してその
切断埋設物を筒状カッタ１１内に取り込み、シールド本
体１に設けられた切削カッタ装置３２の切削チューブ３
２ｂをカッタヘッド２の土砂取り入れ口２４Ａ，２４Ｂ
を貫通して前方に突出させ、埋設物を切断してシールド
本体１内に取り込む。崩壊土圧の影響の少ない筒状カッ
タ１１内で埋設物を切断除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削途中
に埋設される埋設障害物、たとえば鉄筋コンクリート杭
（ＰＩＰ杭）やＨ鋼、シートパイル、コンクリート杭な
どを除去可能な機能を備えたシールド掘進機およびその
埋設物除去工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によりトンネルを掘削途中
に、たとえば地上構造物の地下を通過する時などに、構
造物の基礎杭等の埋設物が掘削経路に出現すると、従来
ではシールド掘進機により破砕できないため、撤去作業
を実施して取り除く必要がある。このような場合、埋設
物の手前でシールド掘進機を停止させ、そしてその周囲
に、固化用の薬剤を注入して地山を固めた後、既設のト
ンネルまたはシールド掘進機内から、作業員がブレーカ
等の工具を使用して、埋設物を破壊し鉄筋などを切断し
た後、シールド掘進機を前進させてトンネルの構築が行
われていた。

【０００３】しかし上述した障害物の切断撤去作業は非
常に面倒であり、また危険も伴うという問題があった。
このため、近年ではたとえば「建設の機械化」１９９６
年１１月号第４６頁〜第４９頁に、障害物を切断して除
去するシールド掘進機および掘削工法が提案されてい
る。すなわち、障害物の手前でシールド掘進機の前胴部
外周に設けたスライド外筒を前方に突出しておき、障害
物が確認できる直前位置までシールド掘進機を掘進して
停止後、スライド外筒を残したまま前胴部を後退させ、
カッタヘッドに揺動自在に設けた障害物切断撤去装置を
使用して障害物を切断し、破砕物を前胴部内に取り込ん
で除去するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、地山の
崩壊があるため、特に軟弱地盤では、固化用薬剤を注入
して地山を固めた後でないと、前胴部を後退したスライ
ド外筒内の空洞部や障害物を除去した後の空洞部に地山
が崩れ落ち、地盤の陥没を引き起こす危険があった。

【０００５】そこで、本発明は、地山の崩壊を防止して
安全かつ迅速に埋設物を除去することができるシールド
掘進機およびその埋設物除去工法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】上記課題を解決するため
に本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部に、
カッタビットを有するカッタヘッドを回転自在に配設し
たシールド掘進機であって、シールド本体の前端部周囲
にわたって形成された環状空間室に、カッタヘッドの外
周を通って前方に出退自在でかつ回転自在に収納され前
縁部複数箇所に埋設物を切断可能な切断ビットを有する
筒状カッタと、シールド本体の前部に、カッタヘッドの
空間部を通って前方に出退自在で、かつ埋設物を切断し
てシールド本体内に回収可能な切削カッタ装置とを具備
し、シールド本体を前進させて筒状カッタによりシール
ド本体前方の埋設物をその外周位置で切断した後、筒状
カッタ内にある埋設物を前記切削カッタ装置により切断
回収して除去するように構成したものである。

【０００７】また、本発明のシールド掘進機の埋設物除
去工法は、シールド本体の前部のカッタヘッドを回転駆
動してトンネルを掘削し、掘削中に前方に出現する埋設
物を除去するに際して、シールド本体の外周部に内蔵さ
れた筒状カッタを、カッタヘッドの外周部を介して前方
に突出させ、前記筒状カッタおよびカッタヘッドを回転
駆動してシールド本体を前進させ、筒状カッタの先端部
に設けられた切断ビットにより埋設物を切断してその切
断埋設物を筒状カッタ内に取り入れ、シールド本体に設
けられた切削カッタ装置の切削ビットをカッタヘッドの
空間部を通って前方に突出させ、切断埋設物を切断して
シールド本体内に取り込み、崩壊土圧の影響の少ない筒
状カッタ内で切断埋設物を切断除去するものである。

【０００８】上記シールド掘進機およびその障害物除去
工法によると、筒状カッタに取り付けられた切断ビット
により、シールド掘進機前方の埋設物の掘削範囲境界部
分を切断して埋設物を筒状カッタ内に取り込み、筒状カ
ッタにより外部の地山の崩壊土圧の影響を極めて少なく
した後、切削カッタ装置により埋設物を切断してシール
ド本体内に撤去するので、埋設物撤去後の空洞部が崩落
することもなく、安全かつ迅速に障害物を除去すること
ができ、トンネルを形成することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るシールド掘進
機の実施の形態を図１〜図１０に基づき説明する。

【００１０】図１および図２において、１は泥水式シー
ルド掘進機のシールド本体で、その前部には、カッタヘ
ッド２がシールド軸心Ｏを中心に回転自在に設けられて
おり、またこのシールド本体１の前部の周囲（外周部）
には、外側のスキンプレート３と内側環状部材４とによ
り、全周にわたる円筒状の筒状カッタ１１を出退自在に
収容する環状空間室５が形成されている。そして、前記
内側環状板４の内側には、崩壊土圧を保持する圧力隔壁
６が設けられて、カッタヘッド２の後部に圧力室７が形
成されている。カッタヘッド２を回転させるための回転
駆動体８が回転自在に設けられている。

【００１１】図３に示すように、前記圧力隔壁６には、
内側環状板４の内方に配置された外側支持部６Ａと中央
隔壁部６Ｂとの間に旋回軸受１６を介して旋回自在に配
置された回転駆動体８と、前記外側支持部６Ａに配設さ
れて回転駆動体８をリングギヤ９ａおよびピニオン９ｂ
を介して回転させる回転駆動装置（例えば、油圧モー
タ）９とが設けられており、前記回転駆動体８に支持脚
１０を介してカッタヘッド２が連結されている。

【００１２】前記カッタヘッド２は、シールド軸心Ｏか
ら放射状に設けられた６本の主旋回ビーム２１Ａおよび
主旋回ビーム２１Ａ間で外周側に放射状に設けられた６
本の副旋回ビーム２１Ｂと、これら旋回ビーム２１Ａ，
２１Ｂの前面および両側部に多数取り付けられたカッタ
ビット２２Ａおよびセンター部材２１Ｃに取り付けられ
たセンタービット２２Ｂと、旋回ビーム２１Ａ，２１Ｂ
の両側でカッタ面板２３Ａ，２３Ｂに形成された土砂取
り入れ口２４Ａ，２４Ｂと、２本の主旋回ビーム２１Ａ
の外周端に余掘りするために配設されて出退シリンダ２
５ａによりカッタ部２５ｂを出退自在なコピーカッタ装
置２５と、突出状態の筒状カッタ１１とカッタヘッド２
とを連結するために、主旋回ビーム２１Ａおよび副旋回
ビーム２１Ｂの外周端に配設されて出退シリンダ２６ａ
と連結ピン２６ｂからなる連結装置２６とが具備されて
いる。なお、コピーカッタ装置２５のカッタ部２５ｂに
も、突出状態の筒状カッタ１１とカッタヘッド２とを連
結する連結ピン２５ｃが突設されている。

【００１３】前記環状空間室５内には、シールド本体１
のスキンプレート（外周面）３に沿って環状に形成され
た筒状カッタ１１が回転自在にかつ前後方向で摺動自在
（出退自在）に配置されている。この筒状カッタ１１
は、図４に示すように、円筒状胴部１１ａの前縁部に切
断ビット１２が多数設けられ、胴部１１ａの後部側に、
連結装置２６およびコピーカッタ装置２５の連結ピン２
６ｂ，２５ｃがそれぞれ嵌合される連結穴１１ｂがたと
えば３０度置きで１２箇所に形成されている。また胴部
１１ａの後端部に突出時に後方から押し出される受圧部
１１ｃが形成されている。また、この環状空間室５内の
前部には、筒状カッタ１１の胴部１１ａを前後方向に摺
動自在に支持する旋回台１３が配設され、この旋回台１
３は旋回軸受１４を介してシールド軸心Ｏ周りに回転自
在に支持されている。また、図５に示すように、この筒
状カッタ１１の前縁部の適所には、水噴出口１５が形成
されるとともに、筒状カッタ１１自身に水供給穴（水供
給路の一例で、図示せず）が形成され、さらにその後端
開口部には水供給用ホース（図示せず）が接続されてい
る。

【００１４】なお、前記筒状カッタ１１の切断ビット１
２は、既設のたとえば鉄筋コンクリート杭（ＰＩＰ杭）
やＨ鋼、シートパイル、コンクリート杭などを切断可能
なものである。

【００１５】さらに、前記シールド本体１内には、受圧
部１１ａを介して筒状カッタ１１を前方に押し出すため
の押出装置である押出用シリンダ装置１７が配置されて
いる。すなわち、環状空間室５を構成する後端壁部５ａ
には、押出用シリンダー装置１７の出力ロッドに接続さ
れた押出部材１８が挿通可能な穴部５ｂが形成され、さ
らに筒状カッタ１１の前方への移動に従って押出部材挿
入口２０から環状空間室５内の受圧部１１ａと押出部材
１８との間にその押出力を伝える押出伝達部材１９が挿
入配置される。

【００１６】前記筒状カッタ１１は、図３に実線出示す
退入位置（イ）と仮想線で示す突出（切断）位置（ロ）
の間で出退可能に構成されており、この退入位置と切断
位置とをそれぞれ固定するために、退入位置において
は、その受圧部１１ｃを環状空間室５を構成する後端壁
部５ａにボルトを介して固定され、またその突出位置に
おいては、受圧部１１ｃを旋回台１４にボルトを介して
固定される。

【００１７】ここで、この筒状カッタ１１は、連結孔１
１ｂから連結ピン２６ｂ，２５ｃを退入して抜き出すと
ともに、押出伝達部材１９を取り除き、押出用シリンダ
装置１７を収縮した状態で、カッタヘッド２を駆動して
シールド本体１を前進させることにより、地山の抵抗で
筒状カッタ１１を環状空間室５に退入させることができ
る。

【００１８】図１に示すように、前記圧力隔壁６の中央
隔壁部６Ｂで背面側には、たとえばシールド軸心Ｏを中
心として９０°隔てた４箇所にそれぞれ球面継手３１を
介して切削カッタ装置３２が取り付けられ、切削カッタ
装置３２は揺動シリンダ３３により揺動アーム３４を介
して狙い位置を調整可能に設けられている。この切削カ
ッタ装置３２は、球面継手３１を介して揺動自在に取り
付けられた本体部３２ａと、本体部３２ａから球面継手
３１を貫通して前方に出退自在でかつ内蔵された切削駆
動装置により回転駆動される円筒状の切削チューブ３２
ｂを具備している。また切削チューブ３２ｂの先端部に
は、切削ビットが多数取り付けられており、切削チュー
ブ３２ａをカッタヘッド２の土砂取り入れ口２４Ａ，２
４Ｂを介してカッタヘッド２の前方に突出し、切削ビッ
トにより埋設物Ｉを切断して内部に取り込み、この切断
片を切断チューブ３２ｂからシールド本体１内に回収す
ることができる。

【００１９】図１において、４１，４２は圧力隔壁６を
貫通して圧力室７に接続され泥水を供給するとともに、
掘削土砂をスラリー状にして排出する送泥管および排泥
管、４３はシールド本体１の後部で一次覆工体であるセ
グメントＳを組み立てるエレクタ装置、４４は組み立て
られたセグメントを反力受けとしてシールド本体１を推
進させる推進ジャッキである。

【００２０】次に前記構成のシールド掘進機を使用して
トンネルの掘削中に障害となる埋設物Ｉが出現した場合
の埋設物除去工法を図６〜図９を参照して説明する。ま
ず図６に示すように、前方探査システムによりシールド
本体１内から埋設物Ｉの位置が探査される。そしてシー
ルド掘進機を埋設物Ｉの手前まで掘削推進させる。さら
に前方探査システムにより、埋設物Ｉとカッタヘッド２
との位置関係を計測し、埋設物Ｉのデータがシールド掘
進機のコンピュータに入力される。

【００２１】図７に示すように、コピーカッタ装置２５
のカッタ部２５ｂを退入させるとともに、後端壁部５ａ
の固定用ボルトを外して筒状カッタ１１の固定を解除し
た後、押出シリンダ装置１７を伸展して筒状カッタ１１
を突出させ、さらに押出伝達部材１９を介装して筒状カ
ッタ１１をさらに突出させる。次いで、コピーカッタ装
置２５および連結装置２６の連結ピン２５ｃ，２６ｂを
突出させて筒状カッタ１１の連結穴１１ｃに嵌合させ、
カッタヘッド２と筒状カッタ１１とを連結する。

【００２２】図８に示すように、回転駆動装置９により
カッタヘッド２および筒状カッタ１１を回転させつつシ
ールド本体１を前進させて地山を掘削するとともに、筒
状カッタ１１により埋設物Ｉを切断する。そして埋設物
Ｉが切断されて埋設物Ｉがカッタヘッド２に接近され、
切断された埋設物Ｉが地山の安定する筒状カッタ１１内
に取り込まれると、カッタヘッド２が停止される。この
時、筒状カッタ１１の水噴出口１５から水が噴出され
て、掘削屑（切削屑）が水とともに外部に洗い出され、
同時に切削ビット１２が冷却される。

【００２３】図９に示すように、コンピュータに入力さ
れた埋設物Ｉのデータから、カッタヘッド２の停止位置
を決め、土砂取り入れ口２４Ａ，２４Ｂから切削カッタ
装置３２の切削チューブ３２ｂを突出させて埋設物Ｉを
切断する。切断された小片は切削チューブ３２ｂ内の奥
側に順次押し込まれてシールド本体１の大気室側に送り
込まれる。障害物を除去した空洞部には切削カッタ装置
３２に付設されたあるいは別に設けられた裏込め剤注入
装置（図示せず）から裏込め材注入剤を注入し、切り羽
の安定を図る。これを繰り返して切断された埋設物Ｉの
全てを切断し除去する。障害物の除去後には、連結孔１
１ｂから連結ピン２６ｂ，２５ｃを退入しさらに押出伝
達部材１９を取り除き、押出用シリンダ装置１７を収縮
した状態で、カッタヘッド２を駆動してシールド本体１
を前進させることにより、地山の抵抗で筒状カッタ１１
を退入して環状空間室５に収納することができる。

【００２４】上記実施の形態によれば、筒状カッタ１１
により障害物を切断して内部に取り込み、地山が安定し
た筒状カッタ１１内で切削カッタ装置３２により障害物
を切断して除去するので、切り羽の崩壊や地盤の陥没が
生じることがなく、固化用の薬剤の注入も不要で、安全
かつ迅速に障害となる埋設物Ｉを取り除くことができ
る。また障害物除去後の空洞部に裏込め剤を充填するこ
とで、さらに安定した掘削が可能となる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明のシールド掘進機お
よびその埋設物除去工法によれば、筒状カッタに取り付
けられた切断ビットにより、シールド掘進機前方の埋設
物の掘削範囲境界部分を切断して埋設物を筒状カッタ内
に取り込み、筒状カッタにより外部の地山の崩壊土圧の
影響を極めて少なくした後、切削カッタ装置により埋設
物を切断してシールド本体内に撤去するので、埋設物撤
去後の空洞部が崩落することもなく、安全かつ迅速に障
害物を除去することができ、トンネルを形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘進機の実施の形態を示す全
体縦断面図である。

【図２】同シールド掘進機の正面図である。

【図３】同シールド掘進機の環状空間室を示す拡大縦断
面図である。

【図４】同シールド掘進機の筒状カッタを示す全体縦断
面図である。

【図５】同筒状カッタを示す部分正面図である。

【図６】同シールド掘進機による埋設物の除去手順を説
明する側面断面図である。

【図７】同シールド掘進機による埋設物の除去手順を説
明する側面断面図である。

【図８】同シールド掘進機による埋設物の除去手順を説
明する側面断面図である。

【図９】同シールド掘進機による埋設物の除去手順を説
明する側面断面図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ カッタヘッド ３ スキンプレート ４ 内側環状板 ５ 環状空間室 １１ 筒状カッタ １１ａ 胴部 １１ｂ 受圧部 １１ｃ 連結穴 １２ 切断ビット １３ 旋回軸受 １４ 旋回台 １５ 水噴射口 １７ 押出用シリンダ装置 １９ 押出伝達部材 ２１Ａ，２１Ｂ カッタビット ２４Ａ，２４Ｂ 土砂取り入れ口 ２４ カッタ部 ２５ コピーカッタ装置 ２６ 連結装置 ３１ 球面継手 ３２ 切削カッタ装置 ３２ｂ 切削チューブ Ｉ 埋設物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド本体の前部に、カッタビットを有
   するカッタヘッドを回転自在に配設したシールド掘進機
   であって、 シールド本体の前端部周囲にわたって形成された環状空
   間室に、カッタヘッドの外周を通って前方に出退自在で
   かつ回転自在に収納され前縁部複数箇所に埋設物を切断
   可能な切断ビットを有する筒状カッタと、 シールド本体の前部に、カッタヘッドの空間部を通って
   前方に出退自在で、かつ埋設物を切断してシールド本体
   内に回収可能な切削カッタ装置とを具備し、 シールド本体を前進させて筒状カッタによりシールド本
   体前方の埋設物をその外周位置で切断した後、筒状カッ
   タ内にある埋設物を前記切削カッタ装置により切断回収
   して除去するように構成したことを特徴とするシールド
   掘進機。
2. 【請求項２】シールド本体の前部のカッタヘッドを回転
   駆動してトンネルを掘削し、掘削中に前方に出現する埋
   設物を除去するに際して、 シールド本体の外周部に内蔵された筒状カッタを、カッ
   タヘッドの外周部を介して前方に突出させ、 前記筒状カッタおよびカッタヘッドを回転駆動してシー
   ルド本体を前進させ、筒状カッタの先端部に設けられた
   切断ビットにより埋設物を切断してその切断埋設物を筒
   状カッタ内に取り入れ、 シールド本体に設けられた切削カッタ装置の切削ビット
   をカッタヘッドの空間部を通って前方に突出させ、 切断埋設物を切断してシールド本体内に取り込み、崩壊
   土圧の影響の少ない筒状カッタ内で切断埋設物を切断除
   去することを特徴とするシールド掘進機の埋設物除去工
   法。