JPH1096391A - 親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来構造の親子シールド掘進機に改変を加え
ることなく、大口径トンネルの中心線に対して小口径ト
ンネルの中心線を偏心させて施工を行えるようにする。 【解決手段】 子シールド機２の発進地点に至る前に、
小口径トンネル１８の中心線Ｃ２に子シールド機２の中
心軸を合わせるように屈曲施工し、これによって親子一
体の掘進により形成される大口径トンネル１７の中心線
Ｃ１に対し、子シールド機２の単独掘進により形成され
る小口径トンネル１８の中心線Ｃ２を偏心させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、子シールド機の中
心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シー
ルド掘進機を用いて、子シールド機を親シールド機によ
り施工された大口径トンネルの中心線に対して偏心する
ように発進させる親子シールド掘進機における子シール
ド機の偏心発進工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大口径トンネルの掘削に引き続い
て小口径トンネルの掘削を行えるようにしたシールド掘
進機が、親子シールド掘進機として知られている。通
常、この親子シールド掘進機は、子シールド機の中心軸
を親シールド機の中心軸に一致させてなる構造とされ、
掘削後のトンネル形状も、親子一体での掘進により形成
される大口径トンネルの中心線と、子シールド機の単独
掘進により形成される小口径トンネルの中心線とが一致
しているのが普通である。

【０００３】ところで、例えば下水道の配管設備もしく
は地下鉄の駅等のように、掘削後のトンネルの利用用途
によっては、大口径トンネルの中心線に対して小口径ト
ンネルの中心線を偏心させて施工を行う必要性が生じる
場合がある。従来、このような偏心トンネルの施工を実
現するために、図７に示されているような、親シールド
機の中心軸に対して子シールド機の中心軸を半径方向に
移動できるようにした親子シールド掘進機５１が提案さ
れている。この親子シールド掘進機５１においては、親
カッタヘッド５２にＵ字溝５３が形成されてその溝５３
内に子カッタヘッド５４が摺動可能に配置されるととも
に、子シールド機５５が親シールド機５６内の回転ドラ
ム５７に支持された構造とされている。このような親子
シールド掘進機５１において、子カッタヘッド５４を親
カッタヘッド５２の中心部に位置する状態から図示のよ
うな偏心位置まで移動させるには、まずＵ字溝５３の開
口部を横にした状態で親カッタヘッド５２の回転を停止
させ、次いで子シールド機５５と親カッタヘッド５２と
の接合を解除して回転ドラム５７とともに親カッタヘッ
ド５２を９０°回転させると、子シールド機５５がＵ字
溝５３に沿って外方へ摺動して偏心位置まで移動する。

【０００４】また、他の従来例として、特開平２−２１
０１８９号公報に開示されているものがある（図８
（ａ）（ｂ）参照）。この公報に記載の親子シールド掘
進機６１では、親シールド機６２の周囲に複数の子シー
ルド機６３を偏心させて配置し、大径のトンネルから複
数の小径トンネルを連続して掘削できるように構成され
ている。

【０００５】さらに、特開平２−８８８８３号公報（図
９参照）に開示されている親子シールド掘進機７１にお
いては、親シールド機７２から子シールド機７３を分岐
するようにし、分岐後にこの子シールド機７３を円弧状
の中心線７４に沿ってカーブ施工させるように構成され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示されている親子シールド掘進機５１では、親カッタヘ
ッド５２にＵ字溝５３を形成する必要があるために、掘
削性の低下が避けられないという問題点があり、また親
カッタヘッド内に子カッタヘッドを内蔵する構造である
ために、親シールド機の掘削径に対する子シールド機の
掘削径の比率が制限されてしまうという問題点がある。
さらに、子シールド機５５を偏心位置へ移動させるのに
回転ドラム５７を用いているために、親シールド機の機
長が長くなって急曲線対応が困難であるとともに大きな
立坑が必要であり、また装置が大がかりになってコスト
高であり、かつ親シールド機のカッタヘッドの回転と回
転ドラムの回転との制御が複雑であるといった問題点も
ある。

【０００７】次に、図８に示されている親子シールド掘
進機６１では、必要断面を掘削するのに多数のカッタヘ
ッドが必要であるとともに、各カッタヘッド毎に駆動機
構が必要であり、装置全体が複雑化してコストアップが
避けられないという問題点がある。また、削り残しを生
じ、トンネル断面全体を完全に掘削することが困難であ
る。

【０００８】一方、図９に示されている親子シールド掘
進機７１では、大口径トンネルの先端部から子シールド
機を発進させて小口径トンネルをカーブ施工するように
しているために、大口径トンネルの中心線に対して小口
径トンネルの中心線を偏心させて施工するという用途に
は用いることができない。

【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、従来構造の親子シールド掘進機に改変を加
えることなく、大口径トンネルの中心線に対して小口径
トンネルの中心線を偏心させて施工を行うことのできる
親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工
法を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述の
目的を達成するために、本発明による親子シールド掘進
機における子シールド機の偏心発進工法は、子シールド
機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親
子シールド掘進機を用いて、親子一体の掘進により形成
される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の
単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏
心させるように掘削する親子シールド掘進機における子
シールド機の偏心発進工法であって、前記子シールド機
の発進地点に至る前に、前記小口径トンネルの中心線に
子シールド機の中心軸を合わせるように屈曲施工するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】本発明の発進工法においては、子シールド
機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親
子シールド掘進機が用いられ、子シールド機の発進地点
に至る前の親子一体での掘進時に、予め計画されている
小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心線を合わ
せるように屈曲施工が行われる。これによって、親子一
体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対
し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径ト
ンネルの中心線を偏心させることができる。したがっ
て、従来構造の親子シールド掘進機に特別の改変を加え
ることなく、言い換えれば装置が複雑化してコストアッ
プを招いたりすることなく、子シールド機を親シールド
機により掘削された大口径トンネル中心線に対して偏心
させて発進させることができる。こうして、例えば下水
道の配管設備もしくは地下鉄の駅等の利用用途に応じた
所望のトンネルの掘削を極めて容易に行うことが可能と
なる。

【００１２】前記屈曲施工は、仕上がりトンネル形状の
利用用途に応じて、親子シールド掘進機を大口径トンネ
ルの中心線に対して一方向にのみ屈曲させて掘進する施
工であっても良いし、あるいは親子シールド掘進機を大
口径トンネルの中心線に対して一方向に屈曲させた後に
その方向とは逆の方向に屈曲させて掘進するＳ字状の施
工であっても良い。

【００１３】本発明においては、さらに、子シールド機
の発進後に掘削済みの不要空間をライニング等にて埋め
戻す埋め戻し工程を有するのが好適である。このように
すれば、例えば大口径トンネルと小口径トンネルとの境
界部にできるエア溜まりをなくすなどして、仕上がりト
ンネル形状を必要形状にすることができる。なお、この
エア溜まりを無くすのは、特に雨水幹線，下水幹線等の
貯留管の場合に有効である。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明による親子シールド
掘進機における子シールド機の偏心発進工法の具体的な
実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１に本発明の一実施例に係る親子シール
ド掘進機の縦断面図が、図２に同親子シールド掘進機の
正面図がそれぞれ示されている。

【００１６】本実施例の親子シールド掘進機は、親シー
ルド機１とその親シールド機１の内部に設けられる子シ
ールド機２とにより構成されている。ここで、親シール
ド機１の中心軸と子シールド機２の中心軸とは一致する
ようにそれら両者の位置関係が設定されている。

【００１７】前記親シールド機１は、前部シールド１ａ
と、この前部シールド１ａに対しアーティキュレートジ
ャッキ３により屈曲自在に接続される後部シールド１ｂ
とよりなり、親シールドジャッキ４によりセグメント５
に反力を得つつ地中を掘進するようにされている。この
親シールド機１においては、前部に多数のスポーク６を
有する環状の親カッタヘッド７が中心軸回りに回転自在
に支承され、各スポーク６の両側に多数個のツールビッ
ト８が装着されてそれらツールビット８により切羽が掘
削されるようになっている。

【００１８】一方、前記子シールド機２は、子シールド
ジャッキ９の推進力により親シールド機１内から発進で
きるようにその親シールド機１内に同心的に収容されて
おり、前部に、子カッタヘッド用駆動モータ１０により
回転される子カッタヘッド１１を有している。この子カ
ッタヘッド１１は、親カッタヘッド７と同様、多数のス
ポーク１２を有してそれらスポーク１２の両側に装着さ
れるツールビット８により切羽が掘削されるようになっ
ている。こうして、各ツールビット８により掘削された
土砂は親カッタヘッド７および子カッタヘッド１１の前
面開口より親シールド機１および子シールド機２の前部
に設けられるチャンバー１３内に取り込まれた後、親シ
ールド機用スクリュウコンベア１４によって後方へ排出
されるようになっている。なお、子シールド機２の単独
掘進時には、掘削土砂は子カッタヘッド１１の前面開口
より子シールド機２の前部に設けられるチャンバー１３
内に取り込まれた後、子シールド機用スクリュウコンベ
ア１５によって後方へ排出される。

【００１９】前記親カッタヘッド７と子カッタヘッド１
１との間には、子カッタヘッド１１側の回転トルクを親
カッタヘッド７側へ伝達するために先端部が円錐テーパ
形状の少なくとも１基以上のトルク伝達ロッド１６が設
けられている。このトルク伝達ロッド１６は、親シール
ド機１と子シールド機２との一体掘進時に伸長方向に作
動されて先端部が親カッタヘッド７側の円錐テーパ穴に
係合され、子シールド機２の単独掘進時に収縮方向に作
動されて前記円錐テーパ穴から抜き出される。

【００２０】次に、図３，図４を参照しつつ、前述の構
成よりなる親子シールド掘進機を用いて、仕上がり径が
互いに異なり、かつ大口径トンネル１７の中心線Ｃ１と
小口径トンネル１８の中心線Ｃ２とが互いにずれている
トンネルを掘削する際の掘削工法について説明する。

【００２１】親シールド機１と子シールド機２とを本体
連結ピン（図示せず）で互いに連結して一体化するとと
もに、子カッタヘッド１１のトルク伝達ジャッキ１６を
伸長方向に作動してその先端部を親カッタヘッド７側の
円錐テーパ穴に係合して、子カッタヘッド用駆動モータ
１０により子カッタヘッド１１および親カッタヘッド７
を同時に回転させながら、親シールドジャッキ４により
セグメント５を反力受けにしつつ親シールド機１および
子シールド機２を一体で掘進させ、大口径トンネル１７
を中心線Ｃ１に沿って掘削する。なお、この掘削により
生じる土砂は親カッタヘッド７および子カッタヘッド１
１の前面開口よりチャンバ１３内に取り込まれ、親シー
ルド機用スクリュウコンベア１４により後方へ排出され
る。

【００２２】この親子シールド掘進機が子シールド機２
の発進地点１９の少し手前位置まで掘進すると、アーテ
ィキュレートジャッキ３を操作して後部シールド１ｂに
対して前部シールド１ａを偏心させる方向（図３の例で
は図中上方向）へ屈曲させて所定距離掘進する。次い
で、再度アーティキュレートジャッキ３の操作により前
部シールド１ａを逆方向（図３の例では図中下方向）へ
屈曲させ、子シールド機２の中心線（掘削予定線）Ｃ２
に親子シールド掘進機の中心線Ｃ１を一致させる。こう
して、親子シールド掘進機のＳ字状の屈曲施工によって
小口径トンネル１８の掘削予定線Ｃ２に子シールド機２
の中心線が合わせられる。

【００２３】この後、親子シールド掘進機が子シールド
機発進地点１９に到達すると、親シールド機１の所要機
器類等の取り外しおよび子シールド機２側への所要機器
類等の取り付け等の各作業を行うとともに、トルク伝達
ジャッキ１６の先端部を親カッタヘッド７から抜き出す
ことにより親カッタヘッド７と子カッタヘッド１１との
間を切り離し、この状態で子カッタヘッド用駆動モータ
１０により子カッタヘッド１１のみを回転させながら、
子シールド機２の後方に組み立てられる小口径セグメン
ト（図示せず）を反力受けにしつつ子シールドジャッキ
９により子シールド機２を発進させる。

【００２４】こうして大口径トンネル１７に対して偏心
させた小口径トンネル１８が施工されると、図４に示さ
れているように、大口径トンネル１７の終端部近傍に形
成されている不要空間２０をライニング２１等によって
埋め戻すことで、所望のトンネルを得ることができる。

【００２５】本実施例の場合、仕上がりトンネル形状
は、大口径トンネル１７の天井壁と小口径トンネル１８
の天井壁とが略一直線に形成されるとともに、小口径ト
ンネル１８の底壁に対して大口径トンネル１７の底壁が
段差を持った形状となる。このようなトンネル形状は、
雨水幹線もしくは下水幹線における管頂流入用トンネル
に使用するのが好適である。

【００２６】図５，図６には、本発明の他の実施例に係
るトンネル掘削工法が示されている。

【００２７】前記実施例では、親子シールド掘進機のＳ
字状の屈曲施工により小口径トンネル１８の掘削予定線
Ｃ２に子シールド機２の中心線を合わせるものとした
が、本実施例では、親子シールド掘進機の一方向への屈
曲施工のみによって小口径トンネル１８’の掘削予定線
Ｃ２’に子シールド機２の中心線を合わせるようにし、
これによって掘削予定線Ｃ２’を大口径トンネル１７’
の中心線Ｃ１’に対して偏心させるようにしたものであ
る。

【００２８】この実施例の場合、子シールド機２は、親
シールド機１の機内から発進した後に親子シールド掘進
機の屈曲方向とは逆方向に屈曲され、結果的に中心線Ｃ
１’と中心線Ｃ２’とは平行になる。なお、本実施例に
おいても、大口径トンネル１７’の終端部近傍に形成さ
れる不要空間２０’はライニング２１’等によって埋め
戻される。

【００２９】前記各実施例においては、水平方向への掘
進から上方へ向けて屈曲施工することにより親子シール
ド掘進機の中心線を小口径トンネルの掘削予定線に一致
させるものとしたが、この屈曲施工の方向は上下左右の
任意の方向とすることができ、大口径トンネル中心線と
小口径トンネル中心線との偏心量を任意の値に設定でき
ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係る親子シールド
掘進機の縦断面図である。

【図２】図２は、本実施例の親子シールド掘進機の正面
図である。

【図３】図３は、本実施例におけるトンネル掘削工法説
明図である。

【図４】図４は、本実施例のトンネル掘削工法により得
られる仕上がりトンネル形状を示す図である。

【図５】図５は、他の実施例におけるトンネル掘削工法
説明図である。

【図６】図６は、他の実施例のトンネル掘削工法により
得られる仕上がりトンネル形状を示す図である。

【図７】図７は、従来例を示す図である。

【図８】図８（ａ）（ｂ）は、従来例を示す図であ
る。

【図９】図９は、従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 親シールド機 ２ 子シールド機 ７ 親カッタヘッド １０ 子カッタヘッド用駆動モータ １１ 子カッタヘッド １６ トルク伝達ジャッキ １７，１７’ 大口径トンネル １８，１８’ 小口径トンネル １９ 子シールド機発進地点 ２０ 不要空間 ２１ ライニング Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１’，Ｃ２’ 中心線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 子シールド機の中心軸を親シールド機の
   中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、
   親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心
   線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小
   口径トンネルの中心線を偏心させるように掘削する親子
   シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法で
   あって、前記子シールド機の発進地点に至る前に、前記
   小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心軸を合わ
   せるように屈曲施工することを特徴とする親子シールド
   掘進機における子シールド機の偏心発進工法。
2. 【請求項２】 前記屈曲施工は、親子シールド掘進機を
   大口径トンネルの中心線に対して一方向にのみ屈曲させ
   て掘進する施工である請求項１に記載の親子シールド掘
   進機における子シールド機の偏心発進工法。
3. 【請求項３】 前記屈曲施工は、親子シールド掘進機を
   大口径トンネルの中心線に対して一方向に屈曲させた後
   にその方向とは逆の方向に屈曲させて掘進するＳ字状の
   施工である請求項１に記載の親子シールド掘進機におけ
   る子シールド機の偏心発進工法。
4. 【請求項４】 さらに、子シールド機の発進後に掘削済
   みの不要空間をライニング等にて埋め戻す埋め戻し工程
   を有する請求項１，２または３に記載の親子シールド掘
   進機における子シールド機の偏心発進工法。