JPH11256983A - トンネル掘削機及びトンネル覆工部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、拡幅時でも掘削機
本体の内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図
る。 【解決手段】 主掘削機本体１２の前端部に主カッタ機
構１１を装着し、この主掘削機本体１２の掘進方向両側
に副掘削機本体１４を配設してその前端部に副カッタ機
構１３を装着し、各副掘削機本体の支持軸５３を主掘削
機本体の長孔５２に移動自在に嵌合し、２つの拡幅ジャ
ッキ１６を架設することで、副掘削機本体１４を主掘削
機本体１２に対して水平移動可能で且つ水平旋回可能と
し、主掘削機本体１２の後部に固着された主テールシー
ル６６と副掘削機本体１４の後部に固着された副テール
シール６７とを前後同位置とし、主テールシール６６の
端部に外方延設部６６ａ及び摺接部６６ｂを形成し、副
テールシール６７をこの摺接部６６ｂに密接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下自動車道路や
地下鉄道などに使用するトンネルを掘削形成するトンネ
ル掘削機及びトンネル覆工部材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、筒状の掘削
機本体の前部に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シールドジャッキ及びセ
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、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させ
ることで、前方の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てトンネルを構築
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、
例えば、地下を通る自動車用高速道路に利用されるもの
がある。この自動車用高速道路は分岐路や出口のために
途中で車線が増加したり、減少したりしている。そのた
め、このような自動車用高速道路に使用するトンネルを
掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方
向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。

【０００４】このようなトンネル掘削断面形状を掘削途
中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のシールド掘削機
としては、従来から例えば、特開平７−２７９５７９号
公報に記載されたものがある。この公報に記載されたシ
ールド掘削機は、シールド本体を固定部と一対の移動部
によって構成すると共に、移動部を前胴部と後胴部によ
って構成し、固定部と前胴部及び後胴部との間に移動ジ
ャッキを架設し、また、固定部の前端部に余掘り用カッ
タを有するカッタヘッドが駆動回転可能に装着されてい
る。従って、固定部及び移動部の後胴部に装着されたシ
ールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進
し、このとき、駆動回転するカッタヘッドによって前方
の地盤を掘削してトンネルを形成する。この場合、移動
ジャッキの収縮状態では移動部が固定部側に位置してお
り、カッタヘッドによって通常断面のトンネルを掘削す
る一方、移動ジャッキの伸長状態では移動部が固定部か
ら離間しており、カッタヘッドによって拡幅断面のトン
ネルを掘削することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的なシールド掘削
機では、シールドジャッキを伸縮することでシールド本
体を前進し、カッタヘッドによって前方の地盤を掘削す
ることでトンネルを形成しており、掘削機の後部ではこ
の既設トンネルの壁面にセグメントを組み付けてトンネ
ルを構築している。この場合、シールド本体の後部には
周方向に沿って無端のテールシールが設けられており、
このテールシールが既設セグメントの外周面に圧接する
ことで、シールド本体内部への浸水を阻止している。

【０００６】ところが、上述したように従来のシールド
掘削機にあっては、シールド本体が固定部と移動部によ
って構成され、移動ジャッキを伸縮することで固定部に
対して移動部が移動して拡幅可能となっている。そのた
め、このような拡幅可能なシールド掘削機では、シール
ド本体の後部に周方向に沿って無端のテールシールを設
けることはできず、固定部側と移動部側とにそれぞれテ
ールシールを設けても、両者は互いに接近離反するた
め、拡幅時には両者の間に隙間が発生し、シールド本体
内部への浸水を阻止できないという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、拡幅時でも掘削機本体の内部への浸水を確実
に防止して防水性の向上を図ったトンネル掘削機を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、主掘削機本体
と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を
掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向
側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副
掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前
記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機
構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して掘
進方向側方に移動自在に支持する副掘削機本体ガイド機
構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して移
動させる副掘削機本体移動機構と、前記主掘削機本体及
び前記副掘削機本体を前進させる推進機構と、前記主掘
削機本体及び前記副掘削機本体の後部内周面に周方向に
沿ってそれぞれ装着された主テールシール及び副テール
シールとを具えたトンネル掘削機において、前記主テー
ルシールと前記副テールシールとは掘進方向前後位置が
ほぼ同じに配設されると共に、該主テールシールの端部
と該副テールシールの端部とが互いに重合するように配
設され、内側に位置する前記主テールシールあるいは前
記副テールシールのいずれか一方のテールシールの周方
向端部が外方に延設して外側に位置する前記他方のテー
ルシールに密接することを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
おいて、前記主テールシール及び前記副テールシールが
圧接するトンネル覆工部材の外表面には、前記他方のテ
ールシールにおける外方延設部に対応する掘進方向前後
方向に沿った段部が形成されたことを特徴とするもので
ある。

【００１０】また、請求項３の発明のトンネル覆工部材
は、前端部に主カッタ機構を有して後端部に主テールシ
ールが装着された主掘削機本体に、前端部に副カッタ機
構を有して後端部に副テールシールが装着された副掘削
機本体が掘進方向側方に移動自在に支持されて掘削機本
体が構成され、該掘削機本体が前進することで掘削した
トンネル内壁面に組付けて筒状のトンネル構造体を形成
するトンネル覆工部材において、外表面に前記主テール
シールと前記副テールシールとの端部が互いに密接した
重合部に対応して掘進方向前後方向に沿った段部が形成
されたことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図１に本発明の一第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一部切欠平面視、
図２に本実施形態のシールド掘削機の正面視、図３に図
１のIII−III断面、図４に図１のIV−IV断面、図５に図
１のＶ−Ｖ断面、図６に図１のVI−VI断面、図７に主テ
ールシールと副テールシールの摺接部を表す概略、図８
にセグメントの斜視、図９に構築された小型トンネルの
概略、図１０に本実施形態のシールド掘削機の斜視、図
１１及び図１２に本実施形態のシールド掘削機による拡
幅トンネル掘削時の作用を表す概略、図１３に本実施形
態のシールド掘削機による縮幅トンネル掘削時の作用を
表す概略、図１４に通常トンネルの掘削断面、図１５に
拡幅トンネルの掘削断面を示す。

【００１３】本実施形態のシールド掘削機は、図１０に
示すように、前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機
構１１が装着された主掘削機本体１２の掘進方向側方
に、前端部に前方の地盤を掘削する副カッタ機構１３が
装着された左右一対の副掘削機本体１４が、副掘削機本
体支持機構としての支持部１５及び拡幅ジャッキ１６に
よってそれぞれ水平移動可能で、且つ、水平旋回可能に
支持されて構成され、この主掘削機本体１２及び各副掘
削機本体１４は推進機構としてのシールドジャッキ１
７，１８によって前進できるようになっている。そし
て、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部に
は既設セグメントに圧接して内部への浸水を阻止する主
テールシール６６と副テールシール６７が装着されてい
る。

【００１４】即ち、本実施形態のシールド掘削機におい
て、図１乃至図６に示すように、主掘削機本体１２は上
下が弧状をなく矩形筒形状部１２ａの両側に上下一対の
水平部１２ｂが一体に形成されてなり、この主掘削機本
体１２の前部には掘削土砂や泥水等のずりの内部浸入を
防止するバルクヘッド２１が形成されている。この主掘
削機本体１２の前端部にはバルクヘッド２１を貫通する
ように回転軸２２が配設され、軸受２３によって回転自
在に支持されている。そして、この回転軸２２の先端部
に主カッタ機構１１を構成する円盤状の主カッタヘッド
２４が固定されており、この主カッタヘッド２４の前面
には多数のカッタビット２５が取付けられると共に、移
動ジャッキ２６によって伸縮可能なコピーカッタ２７が
装着されている。また、回転軸２２の後端部にはリング
ギヤ２８が固定されており、主掘削機本体１２側に設け
られた複数の駆動モータ（油圧モータまたは電気モー
タ）２９の駆動ギヤ３０がこのリングギヤ２７に噛み合
っている。従って、駆動モータ２９を駆動すると、駆動
ギヤ３０の駆動力がリングギヤ２８を介して回転軸２２
に伝達され、この回転軸２２と一体の主カッタヘッド２
４を回転駆動することができる。

【００１５】一方、各副掘削機本体１４は断面コ字形状
をなすように開口した一側が主掘削機本体１２の水平部
１２ｂ部に嵌合することで、この主掘削機本体１２と共
に筒形状をなしており、この副掘削機本体１４の前部に
は主掘削機本体１２のバルクヘッド２１に係合するバル
クヘッド３１が形成されている。この副掘削機本体１４
の前端部にはバルクヘッド３１を貫通するように回転軸
３２が配設され、軸受３３によって回転自在に支持され
ている。そして、この回転軸３２の先端部に副カッタ機
構１３を構成する円盤状の副カッタヘッド３４が固定さ
れており、この副カッタヘッド３４の前面には多数のカ
ッタビット３５が取付けられると共に、移動ジャッキ３
６によって伸縮可能なコピーカッタ３７が装着されてい
る。また、回転軸３２の後端部にはリングギヤ３８が固
定されており、副掘削機本体１４側に設けられた複数の
駆動モータ３９の駆動ギヤ４０がこのリングギヤ３７に
噛み合っている。

【００１６】また、各副掘削機本体１４の前端部外側に
位置して上下一対の駆動モータ４１がバルクヘッド３１
に取付けられており、この駆動モータ４１の出力軸４２
の先端部には副カッタ機構１３を構成する円盤状のコー
ナーカッタ４３が固定されており、このコーナーカッタ
４３の前面には多数のカッタビット４４が取付けられる
と共に、移動ジャッキ４５によって伸縮可能な余掘カッ
タ機構としての余掘カッタ４６が装着されている。な
お、左右の副掘削機本体１４におけるコーナーカッタ４
３の装着位置が相違するが、これは後述する枠状トンネ
ルＴ_a ，Ｔ_b の隅部を適正の掘削するためである。即
ち、図３に示すように、一方（図３にて右側）の副掘削
機本体１４の側部にスペーサ１４ａを介してコーナーカ
ッタ４３の支持部分１４ｂを形成しているが、左右同様
の構成にしてもよい。

【００１７】従って、駆動モータ３９を駆動すると、駆
動ギヤ４０の駆動力がリングギヤ３８を介して回転軸３
２に伝達され、この回転軸３２と一体の副カッタヘッド
３４を回転駆動することができる。また、各駆動モータ
４１を駆動すると、出力軸４２と一体のコーナーカッタ
４３を回転駆動するすることができる。

【００１８】ところで、この主掘削機本体１２と各副掘
削機本体１４の間には支持部１５が介在し、主掘削機本
体１２に対して副掘削機本体１４が接近離間するように
水平移動自在で、且つ、垂直軸回りに水平旋回自在に支
持されている。即ち、主掘削機本体１２の左右の水平部
１２ｂには、前後方向中間位置に上下一対の軸受部５１
が固定され、各軸受部５１に幅方向に沿って長孔５２が
形成されている。一方、副掘削機本体１４の一側には、
前後方向中間位置に上下一対の支持軸５３が固定され、
各支持軸５３はこの各長孔５２に移動自在に嵌合してい
る。また、この長孔５２と支持軸５３とから構成される
支持部１５の前後に位置して各４本の拡幅ジャッキ１６
が、主掘削機本体１２と各副掘削機本体１４との間に架
設されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４における拡幅ジャッキ１６の各連結部５５は水平
回動自在となっている。

【００１９】従って、各拡幅ジャッキ１６を伸縮するこ
とで、主掘削機本体１２に対して両側の各副掘削機本体
１４を側方に移動させることができる。このとき、前後
の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を同じにすると、支持軸５
３が長孔５２内を移動し、副掘削機本体１４は主掘削機
本体１２に対してその角度姿勢を維持したままで側方に
平行移動することとなり、主掘削機本体１２と２つの副
掘削機本体１４で構成する掘削機本体の幅を変更するこ
とができる。また、前後の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を
変えると、支持軸５３が長孔５２内を移動しながら回動
し、副掘削機本体１４は主掘削機本体１２に対してその
角度姿勢を変化するように側方に移動することとなる。
つまり、主掘削機本体１２に対して両側の副掘削機本体
１４を水平旋回移動し、図８(ａ)に示すように、主掘削
機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構成する掘削機
本体の前部のみを拡幅して副カッタ機構１３を内方に向
けたり、図８(ｂ)に示すように、掘削機本体の前部を縮
幅して副カッタ機構１３を外方に向けたりすることがで
きる。

【００２０】また、各カッタヘッド２４，３４とバルク
ヘッド２１，３１との間にはチャンバ５５が形成されて
おり、このチャンバ５５には一端がシールド掘削機の外
部に延設された図示しない送泥管及び排泥管の他端が開
口しており、排泥管の開口部分の近傍には掘削土砂と泥
水とを攪拌、混合する図示しないアジテータが設置され
ている。なお、拡幅ジャッキ１６を伸縮して主掘削機本
体１２に対して両側の副掘削機本体１４が水平旋回移動
すると、バルクヘッド２１と３１の係合関係がずれる
が、この場合、例えば、バルクヘッド３１を弾性体とし
たり、両者の間に別のシール部材を設けることで、副掘
削機本体１４内への掘削土砂の浸入を防止できる。

【００２１】更に、主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４の後部には周方向に沿ってそれぞれ複数のシール
ドジャッキ１７，１８が並設されており、その後方に伸
びる駆動ロッドの先端部にはそれぞれスプレッダ５６，
５７が取付けられている。従って、このシールドジャッ
キ１７，１８を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸
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Ｓにスプレッダ５６，５７が押しつけら
れ、その反力により主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４を前進させることができる。

【００２２】また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本
体１４の後部には既設トンネルの内壁面にセグメントＳ
を組付けるエレクタ装置５８，５９が装着されている。
この各エレクタ装置５８，５９はほぼ同様の構造となっ
ているが、主掘削機本体１２に装着されたエレクタ装置
５８は矩形断面トンネルの中央部の上下壁面にセグメン
トＳを組付けるものであり、各副掘削機本体１４に装着
されたエレクタ装置５９は矩形断面トンネルの両側部の
上下壁面及び側壁面にセグメントＳを組付けるものであ
る。

【００２３】即ち、各エレクタ装置５８，５９におい
て、各掘削機本体１２，１４には幅方向に沿って水平レ
ール６０が固定され、水平移動体６１が移動自在となっ
ており、この水平移動体６１には垂直方向に沿って垂直
レール６２が固定され、垂直移動体６３が移動自在とな
っている。そして、この垂直移動体６３には旋回体６４
が旋回自在に支持されており、この旋回体６４にセグメ
ント把持部材６５が装着されている。従って、既設トン
ネル内に搬入されたセグメントＳをセグメント把持部材
６５が把持した状態で、水平移動、垂直移動、旋回する
ことで、把持したセグメントＳを所定のセグメント組付
位置に移動することができる。

【００２４】そして、主掘削機本体１２及び各副掘削機
本体１４は掘進方向にてほぼ同じ長さであって、前述し
たように、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の
後部内周面には既設のセグメントＳの外周面に密着して
内部への掘削土砂等の浸入を防止する主テールシール６
６と副テールシール６７が装着されており、この主テー
ルシール６６と副テールシール６７は掘進方向前後位置
がほぼ同じに装着され、各テールシール６６，６７の端
部が互いに重合している。

【００２５】即ち、図１、図５乃至図７、図１０に示す
ように、主掘削機本体１２の後部は上下一対の水平部１
２ｂとなっており、各水平部１２ｂの側端部には外切欠
部１２ｃ及び内切欠部１２ｄが形成されている。そし
て、この内切欠部１２ｄには内方に延出する前後二列に
主テールシール６６が固着されており、各列の主テール
シール６６における長手方向端部が外方に屈曲延出して
外方延設部６６ａをなし、その先端部に外切欠部１２ｃ
の平面部とほぼ平滑をなす平坦な摺接部６６ｂが形成さ
れている。一方、左右の副掘削機本体１４の後部はコ字
形状をなしており、各副掘削機本体１４の後部の内面に
は前後二列に副テールシール６７が固着されている。そ
して、各列の副テールシール６７の長手方向端部が各列
の主テールシール６６の外方延設部６６ａに重合するよ
うに先端がこの主テールシール６６の摺接部６６ｂに圧
接している。

【００２６】なお、この各テールシール６６，６７は、
図示しないが、複数のワイヤブラシの基端部が束ねられ
て一対の保護板によって挾持され、更に、コ字形状の押
え板に保持されて構成されており、この押え板が多数の
取付ピンによって各掘削機本体１２，１４の内面に固定
されている。そして、各掘削機本体１２，１４に設けら
れたグリース供給通路からセグメントに圧接している前
後二列の各テールシール６６，６７の空間部にグリース
が供給されることで、この空間部はグリースが充満して
所定の圧力にて維持されることとなり、各掘削機本体１
２，１４の後部からの水や土砂の侵入が防止される。

【００２７】また、トンネルを覆工するセグメントの形
状は、このような主テールシール６６及び副テールシー
ル６７の形状に対応したものとなっている。即ち、図８
に示すように、通常のセグメントＳは、この図８に実線
で表す所定厚さの板形状をなすが、主テールシール６６
と副テールシール６７の各端部が重合する部分に用いる
セグメントＳ₁ は、この図８に二点鎖線で表す所定幅の
凹部ｄを有するものとなっている。そして、このセグメ
ントＳ₁ の凹部ｄに主テールシール６６及び外方延設部
６６ａが圧接し、且つ、外表面ｆが摺接部６６ｂと平滑
面をなし、このセグメントＳ_S の外表面ｆ及び摺接部６
６ｂに副テールシール６７が圧接する。

【００２８】従って、本実施形態のテールシール６６，
６７にて、主掘削機本体１２の後部内面に固着された主
テールシール６６は長手方向両端部が外方に屈曲延出し
て外方延設部６６ａをなし、その先端部が平坦な摺接部
６６ｂとなっており、この摺接部６６ｂに対して左右の
副掘削機本体１４の後部内面に固着された副テールシー
ル６７が圧接することで、テールシール６６，６７の各
端部の隙間はなくなり、また、各テールシール６６，６
７の先端部が既設セグメントＳの外面及び既設セグメン
トＳ₁ の外面ｆ及び凹部ｄに圧接することで、掘削機本
体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止
されるようになっている。

【００２９】なお、掘削したトンネルの内壁面にセグメ
ントＳ₁ ，Ｓ₁ を組み付けてトンネル構造体を構築する
場合、図９(ａ)に示すように、上下中央は凹部ｄを有す
るセグメントＳ₁ を用い、その他の部分は板状のセグメ
ントＳを用いる。すると、図９(ｂ)に示すように、途中
で拡幅するトンネル構造体は上下外面の中央部に凹部ｄ
が直線上に連続して段差が形成されたものとなる。

【００３０】ここで、上述した本実施形態のシールド掘
削機による矩形断面トンネルの掘削作業について説明す
る。

【００３１】本実施形態では、上述したシールド掘削機
を用いて、図１４及び図１５に示すように、正方形に近
い枠状のトンネルＴを掘削形成し、その後、内部の土砂
を排出することで、この内部を自動車用高速道路のため
のトンネルとして使用する。このトンネルＴは所定距離
をもった２つの立坑を連通するように掘削するものであ
り、ここでは、２種類のシールド掘削機を２つの立坑間
で往復移動して枠状のトンネルＴを掘削する。この場
合、掘削当初は図１４に示す正方形に近い枠状のトンネ
ルＴ_a を掘削するが、分岐路や出口路を同一工程にて掘
削するために、掘削途中でシールド掘削機を拡幅し、図
１５に示すように、トンネル幅が拡大した矩形の枠状の
トンネルＴ_b を連続して掘削する。

【００３２】即ち、図１に示すように、掘削当初は図１
４に示す正方形に近い枠状のトンネルＴ_a を掘削する必
要があることから、前後の拡幅ジャッキ１６を収縮して
副掘削機本体１４を主掘削機本体１２側に移動して平行
とし、主掘削機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構
成する掘削機本体の幅を狭くする。なお、図１乃至図４
に示したシールド掘削機は、各拡幅ジャッキ１６による
副掘削機本体１４の拡幅動作が明確となるように、掘進
方向左側（図１にて下側）の副掘削機本体１４を縮幅状
態とし、掘進方向右側（図１にて上側）の副掘削機本体
１４を拡幅状態としている。

【００３３】このように両側の副掘削機本体１４を主掘
削機本体１２側に移動した縮幅状態から、複数の駆動モ
ータ２９を駆動して主カッタヘッド２４を回転駆動し、
また、複数の駆動モータ３９を駆動して各副カッタヘッ
ド３４を回転駆動すると共に、駆動モータ４１を駆動し
てコーナーカッタ４３を回転駆動する。そして、各カッ
タヘッド２４，３４及びコーナーカッタ４３を回転しな
がら、複数のシールドジャッキ１７，１８を伸長させる
と、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４は既設のセ
グメントＳからの反力により一体となって前進し、多数
のカッタビット２５，３５，４４が前方の地盤を掘削す
ることでトンネルを掘削する。このとき、主カッタヘッ
ド２４と副カッタヘッド３４とはその回転角度に応じ
て、移動ジャッキ２６，３６によってコピーカッタ２
７，３７を伸縮することで、主カッタヘッド２４と副カ
ッタヘッド３４との上下領域を掘削して矩形のトンネル
とすることができる。

【００３４】そして、シールドジャッキ１７，１８が所
定ストローク伸長して主掘削機本体１２及び副掘削機本
体１４が所定距離掘進して矩形トンネルを掘削すると、
シールドジャッキ１７，１８の何れか一つを縮み方向に
作動し、スプレッダ５６，５７と既設のセグメントＳと
の間に空所を形成し、この空所にエレクタ装置５８，５
９によって新しいセグメントＳを装着する。この作動の
繰り返しによって縮幅の矩形トンネルＴ₁ を掘削形成す
る。

【００３５】このように縮幅の矩形トンネルＴ₁ を所定
距離掘削し、分岐路や出口路のためにトンネル幅を拡大
した拡幅の矩形トンネルを掘削する位置までくると、図
１１に示すように、前後の拡幅ジャッキ１６を伸長する
ことで、主掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の
外方旋回を開始する。この場合、拡幅トンネルの掘削開
始位置の手前から、コーナーカッタ４３の回転角度に応
じて移動ジャッキ４５によって余掘カッタ４６を伸縮
し、各カッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、
コピーカッタ２７，３７による主掘削機本体１２及び副
掘削機本体１４の前方地盤掘削と共に、余掘カッタ４６
によって副掘削機本体１４の外側方の地盤の掘削を行
う。そして、余掘カッタ４６によって形成された余掘空
間部を利用し、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体
１４を支点Ｐをほぼ中心として外方旋回させる。

【００３６】この副掘削機本体１４の外方旋回は、当
初、小さい旋回角度（図１１に示すθ _S ）で行い、前後
の拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長することで副掘削機本
体１４の旋回角度を徐々に大きくしていく。そして、図
１２に示すように、副掘削機本体１４が所定の旋回角度
θ_M になると、この副掘削機本体１４の旋回角度θ_M を
維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストロー
ク伸長することで、副掘削機本体１４を外方に移動し、
一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削する。この場
合、トンネルが一定角度で幅の拡大しているために壁面
が平滑面となり、一種類のセグメントＳだけで対応が可
能となる。

【００３７】なお、拡幅トンネルの掘削時にもエレクタ
装置５８，５９によってセグメントＳを組み付けていく
が、副掘削機本体１４が外方旋回するとき、この副掘削
機本体１４の後部外端部が若干内方に移動し、既設セグ
メントＳに副掘削機本体１４のテールシール６７が押し
付けられてシール性が低下する虞がある。そのため、副
掘削機本体１４が外方旋回を開始する手前から、図４乃
至図６、図１１に示すように、厚さの薄いセグメントＳ
_S を使用し、内径は変えずに若干外径の小さくなってト
ンネル（既設セグメントＳ_S ）を形成し、副掘削機本体
１４のテールシール６７と既設セグメントＳ_S との適正
なシール性を確保するようにしている。

【００３８】そして、旋回角度θ_M に維持された副掘削
機本体１４を外方に移動しながら前進することで、一定
角度で幅の拡大したトンネルを掘削していき、この副掘
削機本体１４の全長が所定拡幅位置（所定拡幅トンネル
の幅Ｗ_L ）を越える位置まで地盤を掘削すると、前後の
拡幅ジャッキ１６を収縮し、主掘削機本体１２に対して
副掘削機本体１４を支点Ｐをほぼ中心として内方旋回さ
せ、主掘削機本体１２と副掘削機本体１４とを平行な状
態とする。この場合、副掘削機本体１４の全長が拡幅ト
ンネルの幅Ｗ_L を完全に越えなくても、副掘削機本体１
４の内方旋回時の押圧力で地盤を破砕したり、側面のカ
ッタなどに装備した掘削機構で地盤を掘削して旋回空間
部を確保してもよい。そして、この状態で、移動ジャッ
キ４５による余掘カッタ４６の伸縮動作を停止し、各カ
ッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピーカ
ッタ２７，３７により、主掘削機本体１２及び副掘削機
本体１４の前方の地盤を掘削することで、幅Ｗ_L に拡幅
した矩形トンネルを連続して掘削することができる。

【００３９】この主掘削機本体１２に対する副掘削機本
体１４の拡幅時に、図７に示すように、各テールシール
６６，６７は先端部が既設セグメントＳの外面に圧接す
ると共に、長手方向端部では主テールシール６６が外方
に屈曲延出して外方延設部６６ａをなして先端部が摺接
部６６ｂとなっており、副テールシール６７がこの摺接
部６６ｂに対して圧接状態で摺動している。従って、各
テールシール６６，６７の各端部の隙間はなくなってい
る。そのため、セグメントＳに圧接している前後二列の
各テールシール６６，６７の空間部にグリースが供給さ
れることで、この空間部はグリースが充満して所定の圧
力にて維持されることとなり、各掘削機本体１２，１４
の後部からの水や土砂の侵入を確実に防止できる。

【００４０】その後、拡幅の矩形トンネルを所定距離掘
削すると、図１３(ａ)に示すように、前後の拡幅ジャッ
キ１６を収縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１２
に対して内方に旋回させ、各カッタヘッド２４，３４、
コーナーカッタ４３、コピーカッタ２７，３７により、
主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４の前方の地盤を
掘削していく。このとき、副掘削機本体１４の旋回角度
を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストロ
ーク収縮して副掘削機本体１４を内方に移動しながら、
両掘削機本体１２，１４を掘進することで、一定角度で
幅の縮小したトンネルを掘削することができる。そし
て、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４が所定距離
掘進すると、図１３(ｂ)に示すように、前後の拡幅ジャ
ッキ１６を伸縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１
２と平行とし、再び、幅Ｗ_S に縮幅した矩形トンネルを
掘削する。

【００４１】このようにして本実施形態のシールド掘削
機を立坑間で往復移動することで、図１４に示すよう
に、まず、矩形トンネルＴ₁ を水平に隣接して３本形成
し、続いて、同様にして図示しないシールド掘削機によ
り、この隣接する矩形トンネルＴ₁ の両側に矩形トンネ
ルＴ₂ を垂直に隣接してそれぞれ３本形成する。そし
て、再び、本実施形態のシールド掘削機により、左右の
矩形トンネルＴ₂ の上部に水平に隣接する矩形トンネル
Ｔ₁ を水平に隣接して３本形成する。この場合、前述し
たように、本実施形態のシールド掘削機によって掘削す
る矩形トンネルＴ₁は、図１５に示すように、途中で拡
幅した矩形トンネルＴ₃ となっている。そして、図１４
及び図１５に示すように、多数の矩形トンネルＴ₁ ，Ｔ
₂ ，Ｔ₃ を枠状に掘削形成し、互いに隣接する各トンネ
ルＴ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ 同志をコンクリート等によって連結
して枠状のトンネルＴ_a ，Ｔ_b とを形成し、内部の土砂
を排出することでここを自動車用高速道路のためのトン
ネルとして使用することができる。なお、各トンネルＴ
₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ の内部は電気ケーブルや通信ケーブルな
どを配設する共同溝として使用したり、コンクリートを
充填して強度部材として使用する。

【００４２】なお、上述の各実施形態において、拡幅の
矩形トンネルを掘削するときに、副掘削機本体１４を主
掘削機本体１２に対して旋回して移動ジャッキ４５によ
って余掘カッタ４６を伸縮し、この余掘カッタ４６によ
り副掘削機本体１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘
削機本体１４が旋回して副カッタヘッド３４及びコーナ
ーカッタ４３が外方を向いているため、余掘カッタ４６
を用いなくともトンネルを拡幅して掘削できる。

【００４３】また、セグメントＳ，Ｓ₁ を枠状に組み付
けてトンネル構造体を形成するとき、掘削トンネルの壁
面とトンネル構造体（セグメントＳ，Ｓ₁ ）の外面との
間にコンクリートを打設して強度を確保するが、本実施
形態では、主テールシール６６の外方延設部６６ａに対
応してセグメントＳ₁ に凹部ｄが形成されており、この
セグメントＳ₁ における凹部ｄ以外の部分とセグメント
Ｓとを通常よりも厚く形成することができ、掘削トンネ
ルの壁面とトンネル構造体（セグメントＳ，Ｓ ₁ ）の空
間を減少してコンクリート打設量を低減することができ
る。

【００４４】図１６に本発明の他の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斜視を示す。な
お、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有
する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略す
る。

【００４５】本実施形態のシールド掘削機において、図
１６に示すように、主掘削機本体１２は前端部の主カッ
タ機構１１が装着され、この主掘削機本体１２の掘進方
向両側に副カッタ機構１３が装着された副掘削機本体１
４がそれぞれ配設されている。この各副掘削機本体１４
は前胴部１４ａと後胴部１４ｂとで構成され、それぞれ
副掘削機本体ガイド機構としての図示しないガイド部と
移動機構としての拡幅ジャッキ１６によって独立して水
平移動可能に支持されており、この主掘削機本体１２及
び各副掘削機本体１４はシールドジャッキ１７，１８に
よって前進できる。また、主掘削機本体１２及び各副掘
削機本体１４の後胴部１４ｂの後部には既設セグメント
に圧接して内部への浸水を阻止する主テールシール７１
と副テールシール７２が装着されている。各掘削機本体
１２，１４のテールシール７１，７２は内面に前後二列
にわたって設けられており、後列の主テールシール７１
の端部が外方に屈曲延出して外方延設部７１ａをなし、
その先端部に平坦な摺接部７１ｂが形成される一方、副
テールシール７２の端部がこの主テールシール７１の外
方延設部７１ａに重合するように先端が摺接部７１ｂに
圧接している。

【００４６】従って、本実施形態では、主掘削機本体１
２の後部内面に固着された主テールシール７１は端部が
外方に屈曲延出して外方延設部７１ａをなし、その先端
部が平坦な摺接部７１ｂとなっており、左右の副掘削機
本体１４（後胴部１４ｂ）の後部内面に固着された副テ
ールシール７２がこの摺接部７１ｂに圧接していること
で、各テールシール７１，７２は先端部が既設セグメン
トＳ，Ｓ₁ の外面に圧接し、且つ、内外にずれて装着さ
れることで形成された隙間は主テールシール７１の外方
延設部７１ａによってなくなり、掘削機本体１２，１４
の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止される。

【００４７】なお、上述した各実施形態において、主掘
削機本体１２の外側に左右の副掘削機本体１４を嵌合し
て拡幅自在としたが、主掘削機本体１２の内側に左右の
副掘削機本体１４を嵌合して拡幅自在とし、副テールシ
ール６７に外方延設部及び摺接部を形成し、主テールシ
ール６６をこの摺接部に圧接するようにしてもよい。ま
た、各テールシールを前後二列としたが、三列以上であ
ってもよい。

【００４８】また、上述の実施形態において、主カッタ
機構１１を円盤形状の主カッタヘッド２４、副カッタ機
構１３を円盤形状の主カッタヘッド３４とコーナーカッ
タ４３としたが、この構造に限定されるものではなく、
例えば、棒状の掘削刃を円盤を形成するように回転して
構成してもよい。また、副掘削機本体ガイド機構として
の支持部１５を主掘削機本体１２側の長孔５２と副掘削
機本体１４側の支持軸５２とで構成し、副掘削機本体移
動機構を拡幅ジャッキ１６としたが、この構造に限定さ
れるものではない。例えば、主掘削機本体１２側に支持
軸５２を設けて副掘削機本体１４側に長孔５２を設けて
支持部１５を構成してもよく、拡幅ジャッキ１６を５本
以上設けてたり、複数のパラレルリンク機構７２を構成
してもよく、あるいは、支持部をリンク機構としてもよ
く、副掘削機本体が主掘削機本体に対して側方に移動可
能で且つ旋回可能であればよいものである。なお、拡幅
ジャッキ１６で副掘削機本体１４を所定の旋回角度にて
維持する場合、この拡幅ジャッキ１６を所定の伸縮スト
ロークて機械的にロックするロック機構を設けるとよ
い。

【００４９】更に、枠状のトンネルＴ_a ，Ｔ_b を２つの
シールド掘削機によって掘削したが、これはトンネルＴ
₁ ，Ｔ₃ の内部を共同溝として使用するために掘削断面
の大きなシールド掘削機を使用したからであり、１つの
シールド掘削機によって掘削することもできる。また、
本実施形態では、セグメントＳによって矩形トンネルＴ
₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を形成したが、鉄鋼製の型枠を用いてこ
の型枠とトンネル内壁面との間にコンクリートを打設し
て矩形トンネルＴ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ を形成してもよい。そ
して、本発明のトンネル掘削機をシールド掘削機以外
に、岩盤を掘削してトンネルを形成するトンネルボーリ
ングマシンとして用いることもできる。

【００５０】また、本実施形態では、主掘削機本体１２
の左右両側に副掘削機本体１４を配設して横方向に拡幅
可能としたが、主掘削機本体１２の上下両側に副掘削機
本体１４を配設して縦方向に拡幅可能としてもよく、こ
の場合、主掘削機本体１２に対して左側だけ、あるい
は、上側だけに副掘削機本体１４を配設して片方だけ拡
幅可能としてもよい。

【００５１】そして、本実施形態のトンネル掘削方法で
は、当初、前後の拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長して主
掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の旋回角度を
徐々に大きくし、所定の旋回角度θ_M になると、この旋
回角度θ_M を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６
を同ストローク伸長して副掘削機本体１４を外方に移動
することで、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削す
るようにしたが、主掘削機本体１２に対して副掘削機本
体１４の前端部を外方旋回移動させ、この副掘削機本体
１４が最大旋回角度になるまで前方及び側方の地盤を掘
削して徐々に幅の拡大したトンネルを掘削形成するよう
にしてもよい。この場合、短い掘進距離で所定の拡幅量
を確保できる。

【００５２】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、主掘
削機本体の前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機構
を装着し、この主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機
本体を配設してその前端部に副カッタ機構を装着し、副
掘削機本体を副掘削機本体ガイド機構によって主掘削機
本体に対して掘進方向側方に移動自在に支持し、副掘削
機本体移動機構によって副掘削機本体を主掘削機本体に
対して移動可能とし、主掘削機本体及び副掘削機本体の
後部にその周方向に沿って複数の推進ジャッキを並設
し、主掘削機本体及び副掘削機本体の後部内周面に周方
向に沿って主テールシール及び副テールシールを装着
し、各テールシールの端部が互いに重合するように配設
し、内側に位置するテールシールの周方向端部を外方に
延設して外側に位置するテールシールに密接するように
したので、内側のテールシールの外方延設部に外側のテ
ールシールが圧接することで、各テールシールは覆工部
材の外面に隙間なく圧接することとなり、掘削途中でト
ンネルを拡幅するために副掘削機本体が主掘削機本体に
対して側方移動しても、各テールシールの交差部は隙間
が空くことなく摺接し、掘削機本体の内部への浸水を確
実に防止して防水性の向上を図ることができる。

【００５３】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
よれば、主テールシール及び副テールシールが圧接する
トンネル覆工部材の外表面に、他方のテールシールにお
ける外方延設部に対応する掘進方向前後方向に沿った段
部を形成したので、掘削機本体の掘進時に、外方延設部
がトンネル覆工部材の段部に密着して移動することとな
り、掘削機本体の内部への浸水を確実に防止することが
できる。

【００５４】また、請求項３の発明のトンネル覆工部材
によれば、前端部に主カッタ機構を有して後端部に主テ
ールシールが装着された主掘削機本体に、前端部に副カ
ッタ機構を有して後端部に副テールシールが装着された
副掘削機本体が掘進方向側方に移動自在に支持して掘削
機本体を構成し、この掘削機本体が前進することで掘削
したトンネル内壁面に組付けて筒状のトンネル構造体を
形成するトンネル覆工部材において、その外表面に主テ
ールシールと副テールシールとの端部が互いに密接した
重合部に対応して掘進方向前後方向に沿った段部を形成
したので、掘削機本体の掘進時に、重合部がトンネル覆
工部材の段部に密着して移動することとなり、掘削機本
体の内部への浸水を確実に防止することができ、また、
この段部を境にしてトンネル覆工部材を既設トンネルの
外方に組み付けることとなり、覆工後に掘削トンネルの
壁面とトンネル覆工部材との空間へのコンクリート打設
量を減少してコストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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一部切欠平面図である。

【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】図１のIV−IV断面図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図１のVI−VI断面図である。

【図７】主テールシールと副テールシールの摺接部を表
す概略図である。

【図８】セグメントの斜視図である。

【図９】構築された小型トンネルの概略図である。

【図１０】本実施形態のシールド掘削機の斜視図であ
る。

【図１１】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トン
ネル掘削時の作用を表す概略図である。

【図１２】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トン
ネル掘削時の作用を表す概略図である。

【図１３】本実施形態のシールド掘削機による縮幅トン
ネル掘削時の作用を表す概略図である。

【図１４】通常トンネルの掘削断面図である。

【図１５】拡幅トンネルの掘削断面図である。

【図１６】本発明の他の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斜視図である。

【符号の説明】

１１ 主カッタ機構 １２ 主掘削機本体 １３ 副カッタ機構 １４ 副掘削機本体 １５ 支持部（副掘削機本体支持機構） １６ 拡幅ジャッキ（副掘削機本体支持機構） １７，１８ シールドジャッキ（推進機構） ２４ 主カッタヘッド ２９ 駆動モータ ３４ 副カッタヘッド ３９ 駆動モータ ４３ コーナーカッタ ４６ 余掘カッタ ５１ 軸受部 ５２ 長孔 ５３ 支持軸 ５８，５９ エレクタ装置 ６６，７１ 主テールシール ６７，７２ 副テールシール ６６ａ，７１ａ 外方延設部 ６６ｂ，７１ｂ 摺接部 Ｓ，Ｓ₁ ，Ｓ_S セグメント Ｔ，Ｔ_a ，Ｔ_b 枠状トンネル Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ 矩形トンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 幸信 神奈川県横浜市中区太田町四丁目51番地 鹿島建設株式会社横浜支店内 (72)発明者 大澤 一郎 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端
   部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、
   前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削
   機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機
   本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方
   の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記副掘削機本体を
   前記主掘削機本体に対して掘進方向側方に移動自在に支
   持する副掘削機本体ガイド機構と、前記副掘削機本体を
   前記主掘削機本体に対して移動させる副掘削機本体移動
   機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進
   させる推進機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機
   本体の後部内周面に周方向に沿ってそれぞれ装着された
   主テールシール及び副テールシールとを具えたトンネル
   掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシ
   ールとは掘進方向前後位置がほぼ同じに配設されると共
   に、該主テールシールの端部と該副テールシールの端部
   とが互いに重合するように配設され、内側に位置する前
   記主テールシールあるいは前記副テールシールのいずれ
   か一方のテールシールの周方向端部が外方に延設して外
   側に位置する前記他方のテールシールに密接することを
   特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記主テールシール及び前記副テールシールが圧接
   するトンネル覆工部材の外表面には、前記他方のテール
   シールにおける外方延設部に対応する掘進方向前後方向
   に沿った段部が形成されたことを特徴とするトンネル掘
   削機。
3. 【請求項３】 前端部に主カッタ機構を有して後端部に
   主テールシールが装着された主掘削機本体に、前端部に
   副カッタ機構を有して後端部に副テールシールが装着さ
   れた副掘削機本体が掘進方向側方に移動自在に支持され
   て掘削機本体が構成され、該掘削機本体が前進すること
   で掘削したトンネル内壁面に組付けて筒状のトンネル構
   造体を形成するトンネル覆工部材において、外表面に前
   記主テールシールと前記副テールシールとの端部が互い
   に密接した重合部に対応して掘進方向前後方向に沿った
   段部が形成されたことを特徴とするトンネル覆工部材。