JPH1077781A

JPH1077781A - トンネル掘削機及び掘削方法

Info

Publication number: JPH1077781A
Application number: JP8233937A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Inoue; 年史井上; Michio Furui; 道夫古井; Yoshikazu Kido; 義和木戸; Hirotomo Kawachi; 汎友河内; Yoshiyuki Kawamura; 良之河村; Yoshihiro Uchiyama; 吉宏内山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル掘削機において、装置の小型軽量化
及び低コスト化を図ると共に、掘削作業効率の向上を図
る。【解決手段】円形状の第１カッタヘッド１１が装着さ
れた第１掘削機本体１２に第１トンネルＴ₁の内壁面に
セグメントＳ₁を組付ける第１セグメントエレクタ１９
を設ける一方、半円形状の第２、第３カッタヘッド２
１，３１が装着されて第１トンネルＴ₁の外周面に沿っ
て前進可能な第２、第３掘削機本体２２，３２に第２、
第３トンネルＴ₂，Ｔ₃の内壁面であって第１トンネル
Ｔ₁のセグメントＳ₁と対向しない部分にセグメントＳ
₂，Ｓ₃を組付ける第２、第３セグメントエレクタ２９
を設け、第１トンネルＴ₁のセグメントＳ₁と第２、第
３トンネルＴ₂，Ｔ₃のセグメントＳ₂，Ｓ₃とをボル
トＢによって接合させることで各トンネルＴ₁，Ｔ₂，
Ｔ₃を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下鉄道などのト
ンネルを掘削形成するトンネル掘削機及びトンネル掘削
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機は、円筒形の掘
削機本体の前部に円形のカッタヘッドが回転自在に装着
されると共に、この掘削機本体の後部にセグメントエレ
クタが装着されて構成されている。従って、このカッタ
ヘッドを駆動モータによって旋回させながら掘削機本体
を前進させることで、地盤を掘削してトンネルを掘削形
成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成された
トンネルの内壁面にセグメントを組付けることでトンネ
ルを構築することができる。

【０００３】ところで、掘削形成するトンネルとして地
下鉄道に利用されるものがある。この地下鉄道として利
用されるトンネルは、通常、上り線と下り線の地下鉄が
走行するための２本の平行な走行トンネルが必要であ
る。また、地下鉄道には駅が必要であり、この駅を形成
するためには、前述した所定の間隔を有して独立した２
本のトンネルを連通させ、広い空間部を形成する必要が
ある。

【０００４】従来、地下鉄道に利用するトンネルの掘削
方法において、上下線の地下鉄の走行部としての２本の
トンネルは、前述したシールド掘削機を２台用い、この
２台のシールド掘削機を順の稼働し、所定の間隔を有し
て独立した２本のトンネルを構築している。また、駅を
形成する広い空間部は、シールド掘削機を３台用い、こ
の３台のシールド掘削機を順の稼働し、例えば、第１の
シールド掘削機によって中央部トンネルを形成し、次
に、この中央部トンネルとトンネル断面が一部重なるよ
うに第２のシールド掘削機によって第２トンネルを形成
し、更に、中央部トンネルとトンネル断面が一部重なる
ように第３のシールド掘削機によって側部トンネルを形
成することでトンネルを構築している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のトンネルの掘削方法にあっては、地下鉄道として
のトンネルを構築する場合、３台のシールド掘削機が必
要となり、設備が大がかりで掘削機の搬入及び搬出作業
も困難なものとなり、高コストなトンネル掘削作業とな
ってしまうという問題がある。また、第１のシールド掘
削機が中央部トンネルを形成し、第２及び第３のシール
ド掘削機がこの中央部トンネルと一部重なる部分を含む
ように作動することで各側部トンネルを形成することと
なる。そのため、第２及び第３のシールド掘削機のカッ
タヘッドは中央部トンネルと重なる部分、即ち、掘削部
分のない空間部を空回りすることとなり、掘削効率が良
くないという問題があった。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ると共
に、掘削作業効率の向上を図ったトンネル掘削機及びト
ンネル掘削方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、前端部に回転自在な円
形状の第１カッタヘッドが装着された第１掘削機本体
と、該第１カッタヘッドを駆動回転する駆動手段と、前
記第１掘削機本体を前進させる第１推進手段と、前記第
１カッタヘッドの回転及び前記第１掘削機本体の前進に
よって掘削形成された第１トンネルの内壁面にセグメン
トをリング状に組付ける第１セグメントエレクタと、前
端部に揺動自在な非円形状の第２カッタヘッドが装着さ
れて前記第１トンネルのセグメント外周側面に沿って移
動自在な第２掘削機本体と、該第２カッタヘッドを往復
揺動する揺動手段と、前記第２掘削機本体を前進させる
第２推進手段と、前記第２カッタヘッドの揺動及び前記
第２掘削機本体の前進によって掘削形成された第２トン
ネルの内壁面であって前記第１トンネルのセグメントと
対向しない部分にセグメントを組付ける第２セグメント
エレクタと、前記第１トンネルのセグメントと前記第２
トンネルのセグメントとを接合する接合手段とを具えた
ことを特徴とするものである。

【０００８】従って、円形状の第１カッタヘッドを駆動
回転しながら第１掘削機本体を前進することでトンネル
を掘削し、このトンネル内壁面にセグメントをリング状
に組付けることで第１トンネルを構築し、一方、非円形
状の第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本
体を前進することでトンネルを掘削し、このトンネル内
壁面であってリング状のセグメントと接触しない部分に
セグメントを組付けることで第２トンネルを構築し、接
合手段によって第１トンネルのリング状のセグメントの
外周面に第２トンネルのセグメントの端部が接合され、
多連トンネルが掘削形成されることとなる。

【０００９】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第２掘削機本体には前記第１及び第２トンネルのセ
グメント外周面隣接部に空洞部を形成する補助掘削手段
が設けられたことを特徴とするものである。

【００１０】従って、この第１及び第２トンネルのセグ
メント外周面隣接部が補助掘削手段によって掘削されて
空洞部が形成されることとなり、第１トンネルと第２ト
ンネルの連通が容易となる。

【００１１】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第２掘削機本体には、前記補助掘削手段によって掘
削された前記第１及び第２トンネルのセグメント外周面
隣接部の空洞部に接合シール材を注入する注入手段が設
けられたことを特徴とするものである。

【００１２】従って、第１トンネルと第２トンネルとの
セグメント外周面隣接部の空洞部に注入手段によって接
合シール材が注入されることで、両者は強固に接合され
ると共にトンネル内への浸水が防止される。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記接合シール材によって接合された前記第１及び第２
トンネルの各セグメントの区画部分を切断除去して両ト
ンネル内を連通するセグメント切断除去手段が設けられ
たことを特徴とするものである。

【００１４】従って、第１トンネルと第２トンネルとは
互いに接合されてから、セグメント切断除去手段によっ
て区画部分が切断除去されることで、両トンネル内は連
通することとなり、容易に多連のトンネルが形成可能と
なる。

【００１５】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第２カッタヘッドは中心部の支持軸が前記第２掘削
機本体の前端部に回動自在に支持されると共に、該支持
軸から揺動アームが径方向に延設され、本体が該第２掘
削機本体に枢着された流体シリンダの駆動ロッドが該揺
動アームに連結されたことを特徴とするものである。

【００１６】従って、流体シリンダを作動し、駆動ロッ
ドを連続して伸縮駆動することで揺動アームが揺動し、
支持軸を介して第２カッタヘッドを所定角度範囲内で連
続して揺動させることで、この連続揺動する第２カッタ
ヘッドによって容易に第２トンネルが掘削可能となる。

【００１７】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第２掘削機本体には、該第２掘削機本体と前記第１
トンネルのセグメントとの接触部分及び該第２掘削機本
体と前記第２トンネルのセグメントの接触部分にわたっ
てシール部材が装着されたことを特徴とするものであ
る。

【００１８】従って、第２セグメントエレクタによるセ
グメントの組付時に、シール部材によって第１トンネル
のセグメントと第２トンネルのセグメントとの接合部か
らのトンネル内への浸水が防止される。

【００１９】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記シール部材は、基端部が前記第２掘削機本体に固定
される一方、先端部が前記第１及び第２トンネルの各セ
グメントに弾圧可能であって、該各セグメントに吸着可
能な吸着部材が取付けられたことを特徴とするものであ
る。

【００２０】従って、第２セグメントエレクタによるセ
グメントの組付時に、シール部材の先端部が第１及び第
２トンネルの各セグメントに弾圧し、且つ、吸着部材が
各セグメントに吸着することで、第１トンネルのセグメ
ントと第２トンネルのセグメントとの接合部からのトン
ネル内への浸水が確実に防止される。

【００２１】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第１トンネルは円形断面をなす中央部トンネルであ
って、前記第２トンネルは該中央部トンネルの両側に形
成される左右一対の側部トンネルであることを特徴とす
るものである。

【００２２】従って、３連トンネルが容易に掘削形成さ
れることとなる。

【００２３】また、本発明のトンネル掘削機において、
前記第１トンネルは円形断面をなす左右一対の側部トン
ネルであって、前記第２トンネルは該側部トンネルの間
に形成される中央部トンネルであることを特徴とするも
のである。

【００２４】従って、３連トンネルが容易に掘削形成さ
れることとなる。

【００２５】また、本発明のトンネル掘削方法は、前端
部に装着された円形状の第１カッタヘッドを駆動回転し
ながら第１掘削機本体を前進することで第１トンネルを
掘削形成し、この掘削形成した第１トンネルの内壁面に
セグメントをリング状に組付けて第１トンネルを構築
し、その後、前端部に装着された非円形状の第２カッタ
ヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本体を前記第１ト
ンネルのセグメント外周側面に沿って前進することで第
２トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第２トンネ
ルの内壁面であって前記第１トンネルのセグメントと接
触しない部分にセグメントを組付けて第２トンネルを構
築し、前記第１トンネルのセグメントと前記第２トンネ
ルのセグメントとを接合することを特徴とするものであ
る。

【００２６】従って、第１カッタヘッドは円形断面の第
１トンネルを掘削形成し、第２カッタヘッドはこの第１
トンネルに沿った第２トンネルを掘削形成することで、
それぞれ独立した部分のみを掘削することとなり、ま
た、第１トンネルのリング状のセグメントと第２トンネ
ルのセグメントとを接合させることで、第１トンネルを
構成するセグメントと第２トンネルを構成するセグメン
トとを容易に接合することが可能なる。

【００２７】また、本発明のトンネル掘削方法におい
て、前記第１トンネルのセグメントの側方に第２トンネ
ルのセグメントが接合材によって接合された状態で、こ
の接合された各セグメントの区画部分を切断除去するこ
とで前記第１トンネルと前記第２トンネルとの内部を連
通して異形断面のトンネルを構築することを特徴とする
ものである。

【００２８】従って、第１トンネルのリング状のセグメ
ントと第２トンネルのセグメントの区画部分を切断除去
することで、この第１トンネルと第２トンネルとを容易
に連通して異形断面のトンネルが構築可能となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。

【００３０】図１に本発明の第１実施形態に係るトンネ
ル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図２にこのシ
ールド掘削機の正面視、図３に図２のIII−III断面、図
４に図２のIV−IV断面、図５にシールド掘削機に装着さ
れたシール部材の概略、図６にシール部材が装着された
第３掘削機本体の平面視、図７に図６のVII−VII断面、
図８に図６のVIII−VIII断面、図９に図６のIX−IX断
面、図１０乃至図１３に本実施形態のシールド掘削機に
よるトンネルの形成方法を説明するための要部断面、図
１４に本実施形態のシールド掘削機によって構築された
トンネルの断面を示す。

【００３１】図１に示すように、本実施形態のシールド
掘削機は、地下鉄道に利用されるトンネルを掘削形成す
るものであり、前端部に回転自在な円形状のカッタヘッ
ド１１が装着された第１掘削機本体１２と、前端部に揺
動自在な半円形状のカッタヘッド２１が装着されて第１
掘削機本体１２によって掘削形成された中央部トンネル
に沿って移動自在な第２掘削機本体２２と、前端部に揺
動自在な半円形状のカッタヘッド３１が装着されて第１
掘削機本体１２によって掘削形成された中央部トンネル
Ｔ₁のセグメント外周他側面に沿って移動自在な第３掘
削機本体３２とから構成されている。

【００３２】即ち、図２乃至図４に示すように、第１掘
削機本体１２の前部には多数のカッタビット１３が固定
された円形状の第１カッタヘッド１１が回転軸１４によ
って回転自在に取付けられている。そして、この回転軸
１４にはリングギア１５が固定される一方、第１掘削機
本体１２側には駆動モータ１６が取付けられており、こ
の駆動モータ１６の駆動ギア１７がリングギア１５に噛
み合っている。従って、この駆動モータ１６を駆動する
と、駆動ギア１７及びリングギア１５を介して回転軸１
４と共にカッタヘッド１１を回転駆動し、多数のカッタ
ビット１３によって前方の地盤を掘削することができ
る。

【００３３】また、第１掘削機本体１２の後部には周方
向に沿って複数のシールドジャッキ１８が並設されると
共に、セグメントＳ₁を組付けるセグメントエレクタ１
９が配設されている。従って、このシールドジャッキ１
８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削したト
ンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ₁からの
反力により第１掘削機本体１２が前進することができ、
セグメントエレクタ１９はシールドジャッキ１８を縮小
して形成された既設のセグメントＳ₁との間の空所に新
しいセグメントＳ₁を装着し、このセグメントＳ₁をリ
ング状に組み付けることができる。

【００３４】一方、第２掘削機本体２２の前部には多数
のカッタビット２３が固定された半円形状の第２カッタ
ヘッド２１が回転軸２４によって回転自在に取付けられ
ている。そして、この回転軸２４には一対の揺動アーム
２５が一体に固定される一方、第２掘削機本体２２側に
は一対の油圧シリンダ２６が取付けられており、この油
圧シリンダ２６の各駆動ロッド２７が揺動アーム２５の
先端部に連結されている。従って、この各油圧シリンダ
２６を駆動すると、各駆動ロッド２７及び揺動アーム２
５を介して回転軸２４と共にカッタヘッド２１を回転駆
動し、多数のカッタビット２３によって前方の地盤を掘
削することができる。

【００３５】また、第２掘削機本体２２の後部における
既設セグメントＳ₁と接触しない部分には、周方向に沿
って複数のシールドジャッキ２８が並設されると共に、
セグメントＳ₂を組付ける図示しないセグメントエレク
タが配設されている。従って、このシールドジャッキ２
８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削したト
ンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ₂からの
反力により第２掘削機本体２２が前進することができ、
セグメントエレクタはシールドジャッキ２８を縮小して
形成された既設のセグメントＳ₂との間の空所に新しい
セグメントＳ₂を装着し、このセグメントＳ₂をＣ字形
状に組み付けることができる。

【００３６】また、第３掘削機本体３２はこの第２掘削
機本体２２とほぼ同様の構成をなしており、前部に多数
のカッタビット３３が固定された半円形状の第３カッタ
ヘッド３１が回転軸３４によって回転自在に取付けられ
ている。そして、この回転軸３４の各揺動アーム３５に
一対の油圧シリンダ３６の各駆動ロッド３７が連結され
ており、この各油圧シリンダ３６を駆動することで、カ
ッタヘッド３１を回転駆動することができる。また、第
３掘削機本体３２の後部には複数のシールドジャッキ３
８及びセグメントエレクタ３９が配設されている。

【００３７】従って、このシールドジャッキ３８を伸長
させると、トンネル内周面に構築された既設のセグメン
トＳ₃からの反力により第３掘削機本体３２が前進する
ことができ、セグメントエレクタ３９は既設のセグメン
トＳ₃との間の空所に新しいセグメントＳ₃を装着し、
このセグメントＳ₃をＣ字形状に組み付けることができ
る。

【００３８】また、第２掘削機本体２２及び第３掘削機
本体３２には、中央部トンネルＴ₁の外周面との接触端
部に小筒のハウジング４１が一体に固定され、このハウ
ジング４１内にはスクリューコンベア４２が装着されて
いる。このスクリューコンベア４２は、中央部トンネル
Ｔ₁を形成するセグメントＳ₁と各側部トンネルＴ₂，
Ｔ₃を形成するセグメントＳ₂，Ｓ₃との接合部近傍を
掘削するものであり、ハウジング４１内には掘削土砂排
出後に接合シール材を注入する注入管４３が設けられて
いる。

【００３９】更に、第２掘削機本体２２及び第３掘削機
本体３２の後部には、中央部トンネルＴ₁を構成する既
設セグメントＳ₁の外周面に接触することで、掘削中に
おける第２掘削機本体２２及び第３掘削機本体３２への
水の侵入を防止するシール部材がそれぞれ設けられてい
る。なお、第２掘削機本体２２と第３掘削機本体３２に
設けられたこのシール部材はぼ同様の構造であるため、
第３掘削機本体３２に設けられたシール部材についての
み説明する。

【００４０】図５乃至図８に示すように、シール部材４
４はリング状をなし、第２掘削機本体２２における中央
部トンネルＴ₁を構成する既設セグメントＳ₁の外周面
と接触しない部分の内周面に沿った第１シール部４４ａ
と、第２掘削機本体２２における中央部トンネルＴ₁を
構成する既設セグメントＳ₁の外周面と接触する部分の
外周面に沿った第２シール部４４ｂと、この第１シール
部４４ａと第２シール部４４ｂとを接続する第３シール
部４４ｃ及び第４シール部４４ｄとを有している。そし
て、第１シール部４４ａと第２シール部４４ｂとは掘削
方向にずれて位置している。従って、第２掘削機本体２
２の掘進時に、シール部材４４の第１シール部４４ａは
セグメントエレクタ３９が組立てるセグメントＳ₃に弾
接し、また、第２シール部４４ｂはセグメントエレクタ
１９が組立てるセグメントＳ₁に弾接することで、第２
掘削機本体２２の内部への地下水や掘削土砂、注入材の
侵入を防止できる。

【００４１】この場合、シール部材４４の断面形状は、
例えば、図９(ａ)に示すように、取付ブラケット４５を
介してボルト４６により第２掘削機本体２２に固定され
る基部４４ｅとこの基部４４ｅから掘進方向後方に延出
された舌片４４ｆとを有し、セグメントＳ₁が鋼製であ
る場合には、この舌片４４ｆに永久磁石４７が装着され
ている。従って、第２掘削機本体２２の掘進時に、シー
ル部材４４の舌片４４ｆがセグメントＳ₁に弾接し、且
つ、永久磁石によって吸着されることで、第２掘削機本
体２２の内部への地下水や掘削土砂、注入材の侵入を防
止できる。

【００４２】なお、シール部材の断面形状は、これに限
らず、例えば、図９(ｂ)に示すように、シール部材４８
を、取付ブラケット４５を介してボルト４６により第２
掘削機本体２２に固定される基部４８ｅとこの基部４８
ｅから外方に突出された中空部４８ｆとで構成してこの
中空部４８ｆに連通する加圧空気供給管４９を接続する
と共に、中空部４８ｆに永久磁石４７を装着してもよ
い。また、図９(ｃ)に示すように、シール部材５０を、
取付ブラケット４５を介してボルト４６により第２掘削
機本体２２に固定される基部５０ｅとこの基部５０ｅか
ら外方に突出された膨出部５０ｆとで構成し、この膨出
部５０ｆに永久磁石４７を装着してもよい。

【００４３】ここで、上述した本実施形態のシールド掘
削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削
形成する作動について説明する。

【００４４】本実施例のシールド掘削機によって地盤を
掘削するには、まず、図２及び図３に示すように、第１
掘削機本体１２において、駆動モータ１６を駆動してカ
ッタヘッド１１を回転駆動しながら、シールドジャッキ
１８を伸長させると、第１掘削機本体１２は既設のセグ
メントＳ₁からの反力により前進し、多数のカッタビッ
ト１３が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削す
る。そして、シールドジャッキ１８を縮小して形成され
た既設のセグメントＳ₁との間の空所にセグメントエレ
クタ１９が新しいセグメントＳ₁を装着していくこと
で、図１０に示すように、中央部トンネルＴ₁が構築さ
れる。

【００４５】次に、第２掘削機本体２２は第１掘削機本
体１２によって形成された中央部トンネルＴ₁の外周面
に案内されている。従って、図２に示すように、この第
２掘削機本体２２において、油圧シリンダ２６を連続駆
動してカッタヘッド２１を往復揺動しながら、シールド
ジャッキ２８を伸長させると、第２掘削機本体２２は既
設のセグメントＳ₂からの反力により中央部トンネルＴ
₁の長手方向に沿って前進し、多数のカッタビット２３
が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。そ
して、シールドジャッキ２８を縮小して形成された既設
のセグメントＳ ₂との間の空所にセグメントエレクタが
新しいセグメントＳ₂を装着していき、端部をボルトＢ
（あるいは、溶接でもよい。）によってセグメントＳ₁
に連結固定する。このようにして、図１１に示すよう
に、円形断面の中央部トンネルＴ₁を構成するリング状
のセグメントＳ₁の側方に近接して、ほぼ半円形断面の
側部トンネルＴ₂を構成するＣ字形状のセグメントＳ₂
が組付けられる。

【００４６】一方、第３掘削機本体３２は第１掘削機本
体１２によって形成された中央部トンネルＴ₁の外周面
に案内されている。従って、図２及び図４に示すよう
に、第２掘削機本体２２と同様に、カッタヘッド３１を
往復揺動しながら第３掘削機本体３２を前進すること
で、多数のカッタビット３３が前方の地盤を掘削してト
ンネルを掘削する。そして、図示しないセグメントエレ
クタによってセグメントＳ ₃を装着していき、端部をボ
ルト（あるいは、溶接でもよい。）によってセグメント
Ｓ₁に連結固定する。このようにして円形断面の中央部
トンネルＴ₁を構成するリング状のセグメントＳ₁の側
方に近接して、ほぼ半円形断面の側部トンネルＴ₃を構
成するＣ字形状のセグメントＳ₃が組付けられる。

【００４７】一方、図１１に示すように、この第２及び
第３掘削機本体２２，３２による側部トンネルＴ₂，Ｔ
₃の構築に伴って各スクリューコンベア４２が前方の地
盤を掘削することで、中央部トンネルＴ₁と各側部トン
ネルＴ₂，Ｔ₃との接触部近傍に空洞部Ａをそれぞれ形
成する。そして、この各空洞部Ａに注入管４３から接合
シール材を注入すると、図１２に示すように、接合シー
ル材は各空洞部Ａから各トンネルＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃（セ
グメントＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）と地盤との隙間に流動し、
硬化することで接合部Ｃを形成し、各トンネルＴ₁，Ｔ
₂，Ｔ₃が強固に接合される。また、中央部トンネルＴ
₁の両側には中間梁５１を立設する。

【００４８】このとき、第２及び第３掘削機本体２２，
３２に装着された各シール部材４４は、第１シール部４
４ａが各セグメントＳ₂，Ｓ₃に弾接し、また、第２シ
ール部４４ｂがセグメントＳ₁に弾接しながら、第２及
び第３掘削機本体２２，３２は掘進し、セグメントＳ₁
の側方に沿ってセグメントＳ₂，Ｓ₃を組み付けること
でトンネルＴ₂，Ｔ₃を構築しており、第２掘削機本体
２２の内部への地下水や掘削土砂、注入材などの侵入が
防止される。

【００４９】そして、図１３に示すように、トンネルの
掘削に伴ってトンネルＴ₁とＴ₂、トンネルＴ₁とＴ₃
の間に位置するセグメントＳ₁の一部を切断除去するこ
とで、中央部トンネルＴ₁と各側部トンネルＴ₂，Ｔ₃
とが連通することとなり、３連のトンネルを形成するこ
とができる。

【００５０】なお、このように掘削形成された地下鉄道
用のトンネルは、駅部分では、図１４(ａ)に示す形状と
なり、留置部分では、図１４(ｂ)に示す形状となる。

【００５１】図１５に本発明の第２実施形態に係るトン
ネル掘削機としてのシールド掘削機の正面視、図１６に
このシールド掘削機のカッタヘッドの駆動機構を表す断
面、図１７に本実施形態のシールド掘削機によって構築
されたトンネルの断面を示す。

【００５２】本実施形態のシールド掘削機は、図１５及
び図１６に示すように、前端部に回転自在な円形状のカ
ッタヘッドが装着された第１掘削機本体及び第２掘削機
本体と、この第１掘削機本体及び第２掘削機本体によっ
て掘削形成された一対の側部トンネルの間に沿って移動
自在であって前端部に揺動自在なカッタヘッドが装着さ
れた鼓筒状の第３掘削機本体とから構成されている。な
お、第１掘削機本体及び第２掘削機本体は、前述の第１
実施形態の第１掘削機本体と同様であるため、説明は省
略する。

【００５３】本実施形態のシールド掘削機において、図
１１及び図１２に示すように、第３掘削機本体６１は鼓
形の筒状をなし、前部には多数のカッタビット６２が固
定された第３カッタヘッド６３が回動軸６４によって回
動自在に取付けられている。そして、この回動軸６４に
は一対の揺動アーム６５が一体に固定される一方、掘削
機本体６１側にはそれぞれ一対の油圧シリンダ６６が取
付けられており、この油圧シリンダ６６の各駆動ロッド
６７が揺動アーム６５の先端部に連結されている。従っ
て、この各油圧シリンダ６６を駆動すると、各駆動ロッ
ド６７及び揺動アーム６５を介して回動軸６４と共に第
３カッタヘッド６３を回動し、多数のカッタビット６２
によって前方の地盤を掘削することができる。

【００５４】また、掘削機本体６１の後部には周方向に
沿って複数のシールドジャッキ６８が並設されると共
に、セグメントＳ₃を組付ける図示しないセグメントエ
レクタが配設されている。従って、このシールドジャッ
キ６８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削し
たトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ₃か
らの反力により掘削機本体６１が前進することができ、
セグメントエレクタはシールドジャッキ６８を縮小して
形成された既設のセグメントＳ₃との間の空所に新しい
セグメントＳ₃を装着し、このセグメントＳ₃をセグメ
ントＳ₂とＳ₃との間の上部及び下部に組み付けること
ができる。

【００５５】また、第３掘削機本体６１の両側部には、
側部トンネルＴ₁，Ｔ₂の外周面との接触端部に小筒の
ハウジング７１が一体に固定され、このハウジング７１
内にはスクリューコンベア７２が装着されている。この
スクリューコンベア７２は、側部トンネルＴ₂，Ｔ₃を
形成するセグメントＳ₂，Ｓ₃と中央部トンネルＴ₃を
形成するセグメントＳ₃との接合部近傍を掘削するもの
であり、ハウジング７１内には掘削土砂排出後に接合シ
ール材を注入する図死しない注入管が設けられている。

【００５６】更に、第３掘削機本体６１の後部には、両
側部トンネルＴ₁，Ｔ₂を構成する既設セグメント
Ｓ₁，Ｓ₂の外周面に接触することで、掘削中における
第３掘削機本体６１への水の侵入を防止するシール部材
７４が設けられている。即ち、このシール部材７４はリ
ング状をなし、第３掘削機本体６１における側部トンネ
ルＴ₁，Ｔ₂を構成する既設セグメントＳ₁，Ｓ₂の外
周面と接触しない部分の内周面に沿った上下一対の第１
シール部７４ａと、第３掘削機本体６１における側部ト
ンネルＴ₁，Ｔ₂を構成する既設セグメントＳ₁，Ｓ₂
の外周面と接触する部分の外周面に沿った左右一対の第
２シール部７４ｂとを有しており、この第１シール部７
４ａと第２シール部７４ｂとは掘削方向にずれて位置し
ている。従って、第３掘削機本体６１の掘進時に、シー
ル部材７４の第１シール部７４ａはセグメントＳ₃に弾
接し、また、第２シール部７４ｂはセグメントＳ₁，Ｓ
₂に弾接することで、第３掘削機本体６１の内部への地
下水や掘削土砂、注入材の侵入を防止できる。このシー
ル部材７４の断面形状は、前述の第１実施形態のシール
部材４４と同様である。

【００５７】ここで、上述した本実施形態のシールド掘
削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削
形成する作動について説明する。

【００５８】本実施例のシールド掘削機によって地盤を
掘削するには、まず、図１７に示すように、図示しない
第１掘削機本体及び第２掘削機本体によって円形断面の
トンネルＴ₁，Ｔ₂（セグメントＳ₁，Ｓ₂）を掘削形
成する。次に、図１５及び図１６に示すように、第３掘
削機本体６１は各側部トンネルＴ，Ｔ₂（セグメントＳ
₁，Ｓ₂）の間に位置しており、この状態でカッタヘッ
ド６３を往復揺動しながらこの第３掘削機本体６１を前
進することで、多数のカッタビット６２が前方の地盤を
掘削してトンネルを掘削する。そして、図示しないセグ
メントエレクタによってセグメントＳ₃を装着していく
ことで、円形断面の各側部トンネルＴ₁，Ｔ₂を構成す
るリング状のセグメントＳ₁，Ｓ₂の間の上部及び下部
に中央部トンネルＴ₃を構成するセグメントＳ₃が組付
けられる。

【００５９】一方、この第３掘削機本体６１による中央
部トンネルＴ₃の構築に伴って各スクリューコンベア７
２が前方の地盤を掘削することで、と各側部トンネルＴ
₁，Ｔ₂と中央部トンネルＴ₃の接触部近傍に空洞部Ａ
をそれぞれ形成する。そして、この各空洞部Ａに注入管
から接合シール材を注入すると、図１７に示すように、
接合シール材は各空洞部Ａから各トンネルＴ₁，Ｔ₂，
Ｔ₃（セグメントＳ₁，Ｓ₃，Ｓ₃）と地盤との隙間に
流動し、硬化することで接合部Ｃを形成し、各トンネル
Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃が強固に接合される。そして、前述の
実施形態と同様に、地下鉄道用のトンネルに適応する形
状となる。

【００６０】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、前端部に回転自
在な円形状の第１カッタヘッドが装着されて推進可能な
第１掘削機本体に掘削形成された第１トンネルの内壁面
にセグメントを組付ける第１セグメントエレクタを設け
る一方、前端部に揺動自在な非円形状の第２カッタヘッ
ドが装着されて第１トンネルのセグメント外周側面に沿
って推進自在な第２掘削機本体に掘削形成された第２ト
ンネルの内壁面であって第１トンネルのセグメントと対
向しない部分にセグメントを組付ける第２セグメントエ
レクタを設けると共に、第１トンネルのセグメントと第
２トンネルのセグメントと接合する接合手段を設けたの
で、第１掘削機本体によって円形断面の第１トンネルを
形成し、第２掘削機本体がこの第１トンネルに沿って移
動しながら必要部分のみを掘削して第２トンネルを第１
トンネルと平行に形成し、接合手段によって第１トンネ
ルのセグメントと第２トンネルのセグメントとを接合す
ることで、第２掘削機本体の構造を簡素化して装置の小
型軽量化及び低コスト化を図ることができると共に、多
連トンネルを容易に掘削形成することで、掘削作業効率
の向上を図ることができる。

【００６１】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
第２掘削機本体に第１及び第２トンネルのセグメント外
周面隣接部に空洞部を形成する補助掘削手段を設けたの
で、この第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接
部が補助掘削手段によって掘削されてに空洞部が形成さ
れることとなり、中央部トンネルと側部トンネルの連通
を容易に行うことができる。

【００６２】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
補助掘削手段によって掘削された第１及び第２トンネル
のセグメント外周面隣接部の空洞部に接合シール材を注
入する注入手段が設けたので、第１トンネルと第２トン
ネルとのセグメント外周面隣接部の空洞部に注入手段に
よって接合シール材が注入されることで、両者は強固に
接合されると共にトンネル内への浸水を防止することが
できる。

【００６３】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
接合シール材によって接合された第１及び第２トンネル
の各セグメントの区画部分を切断除去して両トンネル内
を連通するセグメント切断除去手段を設けたので、セグ
メント切断除去手段によって第１トンネルと第２トンネ
ルとは互いに接合された接触中央部を切断除去すること
で、両トンネル内が連通することとなり、容易に多連の
トンネルが形成することができる。

【００６４】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
第２カッタヘッドは支持軸が本体に回動自在に支持され
てこの支持軸と一体の揺動アームに流体シリンダの駆動
ロッドが連結されたので、流体シリンダの伸縮駆動によ
り揺動アームを介して第２カッタヘッドを所定角度範囲
内で連続して揺動させることができ、この連続揺動する
第２カッタヘッドによって容易に側部トンネルを掘削す
ることができる。

【００６５】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
第２掘削機本体にこの第２掘削機本体と第１トンネルの
セグメントとの接触部分及び第２掘削機本体と第２トン
ネルのセグメントの接触部分にわたってシール部材を装
着したので、第２セグメントエレクタによるセグメント
の組付時に、シール部材によって第１トンネルのセグメ
ントと第２トンネルのセグメントとの接合部からのトン
ネル内への浸水を容易に防止することができる。

【００６６】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
シール部材の基端部を第２掘削機本体に固定する一方、
先端部を第１及び第２トンネルの各セグメントに弾圧可
能とすると共に各セグメントに吸着可能な吸着部材を取
付けたので、第２セグメントエレクタによるセグメント
の組付時に、シール部材の先端部が第１及び第２トンネ
ルの各セグメントに弾圧し、且つ、吸着部材が各セグメ
ントに吸着することで、第１トンネルのセグメントと第
２トンネルのセグメントとの接合部からのトンネル内へ
の浸水を確実に防止することができる。

【００６７】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
第１トンネルを円形断面をなす中央部トンネルとし、第
２トンネルを中央部トンネルの両側に形成される左右一
対の側部トンネルとしたので、３連トンネルを容易に掘
削形成することができる。

【００６８】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
第１トンネルを円形断面をなす左右一対の側部トンネル
とし、第２トンネルを側部トンネルの間に形成される中
央部トンネルとしたので、３連トンネルを容易に掘削形
成することができる。

【００６９】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、円形状の第１カッタヘッドを駆動回転しながら第１
掘削機本体を前進することで第１トンネルを掘削形成
し、この第１トンネルの内壁面にセグメントをリング状
に組付けて第１トンネルを構築し、その後、非円形状の
第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本体を
第１トンネルのセグメント外周側面に沿って前進するこ
とで第２トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第２
トンネルの内壁面であって第１トンネルのセグメントと
接触しない部分にセグメントを組付けて第２トンネルを
構築し、第１トンネルのセグメントと第２トンネルのセ
グメントとを接合して異形断面のトンネルを構築するよ
うにしたので、第１カッタヘッドは円形断面の中央部ト
ンネルを掘削形成し、第２カッタヘッドはこの第１トン
ネルに沿った第２トンネルを掘削形成することとなり、
それぞれ独立した部分のみを掘削することで、掘削効率
の向上を図ることができる。

【００７０】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、第１トンネルのセグメントの側方に第２トンネルの
セグメントが接合材によって接合された状態で、この接
合された各セグメントの区画部分を切断除去して第１ト
ンネルと第２トンネルとの内部を連通して異形断面のト
ンネルを構築するようにしたので、この第１トンネルと
第２トンネルとを連通することで、異形断面のトンネル
を容易に構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機と
してのシールド掘削機の概略図である。

【図２】シールド掘削機の正面図である。

【図３】図２のIII−III断面図である。

【図４】図２のIV−IV断面図である。

【図５】シールド掘削機に装着されたシール部材の概略
図である。

【図６】シール部材が装着された第３掘削機本体の平面
図である。

【図７】図６のVII−VII断面図である。

【図８】図６のVIII−VIII断面図である。

【図９】図６のIX−IX断面図である。

【図１０】本実施形態のシールド掘削機によるトンネル
の形成方法を説明するための要部断面図である。

【図１１】本実施形態のシールド掘削機によるトンネル
の形成方法を説明するための要部断面図である。

【図１２】本実施形態のシールド掘削機によるトンネル
の形成方法を説明するための要部断面図である。

【図１３】本実施形態のシールド掘削機によるトンネル
の形成方法を説明するための要部断面図である。

【図１４】本実施形態のシールド掘削機によって構築さ
れたトンネルの断面図である。

【図１５】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機
としてのシールド掘削機の正面図である。

【図１６】シールド掘削機のカッタヘッドの駆動機構を
表す断面図である。

【図１７】本実施形態のシールド掘削機によって構築さ
れたトンネルの断面図である。

【符号の説明】

１１第１カッタヘッド１２第１掘削機本体１６駆動モータ（駆動手段）１８推進ジャッキ（第１推進手段）１９第１セグメントエレクタ２１第２カッタヘッド２２第２掘削機本体２６油圧シリンダ（揺動手段）２８シールドジャッキ（第２推進手段）２９第２セグメントエレクタ３１第３カッタヘッド３２第３掘削機本体３６油圧シリンダ（揺動手段）３８シールドジャッキ（第３推進手段）４１ハウジング４２スクリューコンベヤ（掘削補助手段）４３注入管（注入手段）４４シール部材４７永久磁石（吸着部材）６１第３掘削機本体６３第３カッタヘッド６６油圧シリンダ（揺動手段）６８シールドジャッキ（第３推進手段）７１ハウジング７２スクリューコンベヤ（掘削補助手段）Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃ セグメントＴ₁，Ｔ₂，Ｔ₃ トンネルＢボルト（接合手段）

フロントページの続き (72)発明者木戸義和東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内 (72)発明者河内汎友東京都新宿区津久戸町１番８号株式会社熊谷組東京支店内 (72)発明者河村良之東京都新宿区津久戸町２番１号株式会社熊谷組東京本社内 (72)発明者内山吉宏兵庫県神戸市兵庫区和田宮通７丁目１番14 号西菱エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前端部に回転自在な円形状の第１カッタ
ヘッドが装着された第１掘削機本体と、該第１カッタヘ
ッドを駆動回転する駆動手段と、前記第１掘削機本体を
前進させる第１推進手段と、前記第１カッタヘッドの回
転及び前記第１掘削機本体の前進によって掘削形成され
た第１トンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付
ける第１セグメントエレクタと、前端部に揺動自在な非
円形状の第２カッタヘッドが装着されて前記第１トンネ
ルのセグメント外周側面に沿って移動自在な第２掘削機
本体と、該第２カッタヘッドを往復揺動する揺動手段
と、前記第２掘削機本体を前進させる第２推進手段と、
前記第２カッタヘッドの揺動及び前記第２掘削機本体の
前進によって掘削形成された第２トンネルの内壁面であ
って前記第１トンネルのセグメントと対向しない部分に
セグメントを組付ける第２セグメントエレクタと、前記
第１トンネルのセグメントと前記第２トンネルのセグメ
ントとを接合する接合手段とを具えたことを特徴とする
トンネル掘削機。
【請求項２】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記第２掘削機本体には前記第１及び第２トンネル
のセグメント外周面隣接部に空洞部を形成する補助掘削
手段が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】請求項２記載のトンネル掘削機におい
て、前記第２掘削機本体には、前記補助掘削手段によっ
て掘削された前記第１及び第２トンネルのセグメント外
周面隣接部の空洞部に接合シール材を注入する注入手段
が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】請求項３記載のトンネル掘削機におい
て、前記接合シール材によって接合された前記第１及び
第２トンネルの各セグメントの区画部分を切断除去して
両トンネル内を連通するセグメント切断除去手段が設け
られたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項５】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記第２カッタヘッドは中心部の支持軸が前記第２
掘削機本体の前端部に回動自在に支持されると共に、該
支持軸から揺動アームが径方向に延設され、本体が該第
２掘削機本体に枢着された流体シリンダの駆動ロッドが
該揺動アームに連結されたことを特徴とするトンネル掘
削機。
【請求項６】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記第２掘削機本体には、該第２掘削機本体と前記
第１トンネルのセグメントとの接触部分及び該第２掘削
機本体と前記第２トンネルのセグメントの接触部分にわ
たってシール部材が装着されたことを特徴とするトンネ
ル掘削機。
【請求項７】請求項６記載のトンネル掘削機におい
て、前記シール部材は、基端部が前記第２掘削機本体に
固定される一方、先端部が前記第１及び第２トンネルの
各セグメントに弾圧可能であって、該各セグメントに吸
着可能な吸着部材が取付けられたことを特徴とするトン
ネル掘削機。
【請求項８】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記第１トンネルは円形断面をなす中央部トンネル
であって、前記第２トンネルは該中央部トンネルの両側
に形成される左右一対の側部トンネルであることを特徴
とするトンネル掘削機。
【請求項９】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記第１トンネルは円形断面をなす左右一対の側部
トンネルであって、前記第２トンネルは該側部トンネル
の間に形成される中央部トンネルであることを特徴とす
るトンネル掘削機。
【請求項１０】前端部に装着された円形状の第１カッ
タヘッドを駆動回転しながら第１掘削機本体を前進する
ことで第１トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第
１トンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けて
第１トンネルを構築し、その後、前端部に装着された非
円形状の第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削
機本体を前記第１トンネルのセグメント外周側面に沿っ
て前進することで第２トンネルを掘削形成し、この掘削
形成した第２トンネルの内壁面であって前記第１トンネ
ルのセグメントと接触しない部分にセグメントを組付け
て第２トンネルを構築し、前記第１トンネルのセグメン
トと前記第２トンネルのセグメントとを接合させること
を特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項１１】請求項９記載のトンネル掘削方法にお
いて、前記第１トンネルのセグメントの側方に第２トン
ネルのセグメントが接合された状態で、この接合された
各セグメントの区画部分を切断除去することで前記第１
トンネルと前記第２トンネルとの内部を連通して異形断
面のトンネルを構築することを特徴とするトンネル掘削
方法。