JPH1130090A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、作業コストの低減
を図ると共に掘削作業能率の向上を図る。 【解決手段】 所定間隔をもって平行に掘削形成された
一対の既設トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間に、摺動自在
な２つの枠体５２，５３からなる筒状の掘削機本体１１
を位置すると共に、シールドジャッキによって移動自在
に支持し、この掘削機本体１１の前端部に前方の地盤を
掘削するカッタ２９，３０を装着し、駆動モータ３５，
３６によって回転駆動可能とし、枠体５２，５３との間
に幅調整ジャッキ１８を介装することで、掘削機本体１
１の幅を一対の既設トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔に
変化に応じて調整可能とする。

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地
下鉄道など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に稼働し、所定の間隔を有し
て独立した２本のトンネルを掘削している。そして、駅
を形成する広い空間部は、３台目のシールド掘削機によ
って独立した２本のトンネルの間を掘削している。

【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、所定の間隔を有し
て独立した２本の側部トンネルの間に、中央部トンネル
を掘削する場合、各側部トンネルと平行に中央部トンネ
ル用のシールド掘削機を掘進させる必要がある。ところ
が、既設の各側部トンネルの間隔はトンネルの長手方向
でばらつきがあり、その姿勢制御や方向制御が困難とな
ってしまうという問題がある。また、掘削後に３つのト
ンネルを連結する場合、隣接するトンネルの隙間部分に
薬液を注入して地盤改良を行ってから作業者が連結した
り、あるいは、ルーフシールド工法やメッセル工法など
を用いて機械的な防護を行いながら連結していて。とこ
ろが、このような掘削方法では、作業コストが増加する
と共に工期も長くなってしまい、作業能率が良くないと
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、作業コストの低減を図って掘削作業能率の向
上を図ると共に掘削姿勢や掘削方向を高精度に制御可能
としたトンネル掘削機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
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、所定間隔をも
って平行に掘削形成された一対の既設トンネル構造体の
間を掘削するトンネル掘削機において、前記一対の既設
トンネル構造体の間に位置して該既設トンネル構造体に
沿って移動自在に支持された筒状の掘削機本体と、該掘
削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前
端部に装着されて前方の地盤を掘削するカッタ装置とを
具え、前記掘削機本体の幅が前記一対の既設トンネル構
造体の間隔に変化に応じて調整可能とあることを特徴と
するものである。

【０００８】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
おいて、前記掘削機本体には前記既設トンネル構造体の
外周部に係合するガイド機構が設けられたことを特徴と
するものである。

【０００９】

【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。

【００１０】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−I
II断面、図４に図３のIV−IV断面、図５にスキンプレー
トの幅が変更された掘削機の断面を示す。

【００１１】本実施形態のトンネル掘削機において、図
１乃至図４に示すように、掘削機本体１１は、断面がコ
字形状の左右の枠体１２，１３がシール部材１４を介し
て互いに嵌合することで、ほぼ四角筒形状となるように
構成されており、各枠体１２，１３の両側部には側部ト
ンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の側面に接触するガイド部材１
５が装着されている。この掘削機本体１１は側部トンネ
ル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔の大きさに合わせてその幅が
調整できるようになっている。即ち、各枠体１２，１３
内にはそれぞれ上下一対の支持筒１６，１７が固定さ
れ、各支持筒１６，１７は互いに摺動自在に嵌合してお
り、内部に幅調整ジャッキ１８が配設され、シリンダ部
が一方の枠体１２に連結され、ロッド部が他方の枠体１
３に連結されている。

【００１２】掘削機本体１１の前部において、各枠体１
２，１３にはそれぞれ左右のバルクヘッド１９，２０が
固定され、互いに一部分が重合することで掘削機本体１
１の内部への掘削土砂の侵入を防止している。そして、
このバルクヘッド１９，２０の前方には前方の地盤を掘
削するカッタ装置が装着されている。即ち、バルクヘッ
ド１９，２０の両側には前方に延出された上下一対の支
持フレーム２１，２２の基端部が固定されており、この
各支持フレーム２１，２２の先端部にはそれぞれ鉛直な
回転軸２３，２４が回転自在に支持されている。そし
て、各回転軸２３，２４には固定筒２５，２６が水平方
向両側に直線状をなしてそれぞれ固定され、この固定筒
２５，２６内には油圧ジャッキ２７，２８によってカッ
タ２９，３０が移動自在に装着されており、各カッタ２
９，３０の先端部にはカッタビット３１，３２が固定さ
れいる。

【００１３】この場合、回転軸２３のカッタ２９と回転
軸２４のカッタ３０とは回転時に接触しないように取付
角度が９０度ずれており、且つ、中間部分に位置するカ
ッタ２９とカッタ３０とは上下方向にもずれて取付けら
れている。そして、各回転軸２３，２４にはそれぞれ従
動ギヤ３３，３４が固結される一方、各枠体１２，１３
にはそれぞれ２つの駆動モータ３５，３６によって回転
駆動する駆動ギヤ３７，３８が支持されており、この駆
動ギヤ３７，３８と従動ギヤ３３，３４とはそれぞれ多
数の連結ギヤ３９，４０によって駆動連結されている。

【００１４】従って、駆動モータ３５，３６によって駆
動ギヤ３７，３８をそれぞれ回転駆動すると、各回転駆
動力は多数の連結ギヤ３９，４０を介して従動ギヤ３
３，３４に伝達され、回転軸２３，２４を回転させる。
すると、各カッタ２９，３０は互いに接触しないように
図１に表した矢印方向に回転し、このとき、カッタ２
９，３０の所定回転角度にて油圧ジャッキ２７，２８を
伸縮することで、各カッタ２９，３０による回転軌跡を
図１に表すように楕円形とし、多数のカッタビット３
１，３２によって前方の地盤を掘削することができる。
そして、各カッタ２９，３０の間の隙間から掘削機本体
１１の前部に掘削土砂を取り込み、図示しない排土装置
によってこの土砂を外部に排出することができる。

【００１５】また、図示しないが、掘削機本体１１の後
部内周面に推進手段としての複数のシールドジャッキが
並設されると共に、セグメントエレクタが設けられてい
る。更に、掘削機本体１１の後部にはこの掘削機本体１
１よりも小さいテール部４１が設けられており、このテ
ール部４１の外周面にはセグメントＳが組付けられて構
成された中央部トンネル構造体Ｔ₃ との間でシールを行
うシール部材４２が取付けられている。

【００１６】ここで、このように構成された本実施形態
のトンネル掘削機を用いて、既設の側部トンネル構造体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間にトンネルを掘削して中央部トンネル構
造体Ｔ₃ を形成するトンネル掘削方法について説明す
る。

【００１７】まず、駆動モータ３５，３６によって駆動
ギヤ３７，３８、連結ギヤ３９，４０、従動ギヤ３３，
３４をを介して各回転軸２３，２４を回転し、各カッタ
２９，３０を図１にて表した矢印方向に回転すると共
に、カッタ２９，３０の所定回転角度にて油圧ジャッキ
２７，２８を伸縮することで、各カッタ２９，３０は楕
円形軌跡となるように回転する。これと同時に、各シー
ルドジャッキを所定ストローク伸長し、既設のセグメン
トＳへの押付反力によって掘削機本体１１を前進させ
る。すると、各カッタ２９，３０が前方の地盤に圧接さ
れ、多数のカッタビット３１，３２が地盤を掘削する。

【００１８】そして、このカッタ２９，３０の地盤掘削
によって生じた掘削土砂は両者の隙間から掘削機本体１
１の前部に取り込まれ、排土装置によって外部に排出さ
れる。その後、各シールドジャッキのいずれか一つを収
縮して、既設のセグメントＳとの間の空所を形成し、セ
グメントエレクタがこの空所に新しいセグメントＳを装
着し、ボルト締結装置によって側部トンネル構造体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ と連結していく。この作動の繰り返しによっ
て連続してトンネルを掘削し、側部トンネル構造体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間に連結された中央部トンネル構造体Ｔ₃
を構築していく。

【００１９】また、本実施形態にあっては、側部トンネ
ル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔に変化に応じて掘削機本体１
１の断面筒形状、即ち、幅を調整することができる。図
４に示すように、側部トンネル構造体Ｔ₁ とＴ₂ との間
隔が最小Ｌ₁ であるとき、掘削機本体１１の幅調整ジャ
ッキ１８を収縮状態とし、各枠体１２と１３を接近させ
る。一方、側部トンネル構造体Ｔ₁ とＴ₂ との間隔が最
大Ｌ₂ であるとき、掘削機本体１１の幅調整ジャッキ１
９を伸長状態とし、各枠体１２と１３を離間させる。そ
して、この枠体１２と１３の移動に伴って各回転軸２
３，２４の間隔が変化することで、カッタ２９，３０が
移動し、このカッタ２９，３０による掘削断面形状を変
えることができる。このように側部トンネル構造体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔に変化に応じて掘削機本体１１の幅と
カッタ２９，３０による掘削断面形状を調整することが
でき、汎用性が高い。

【００２０】図６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平面視、図７に本実
施形態のシールド掘削機の正面視、図８に図６のVIII−
VIII断面を示す。

【００２１】本実施形態のトンネル掘削機において、図
６乃至図８に示すように、掘削機本体５１は、断面がコ
字形状の左右の枠体５２，５３がシール部材５４を介し
て互いに嵌合することで、ほぼ四角筒形状となるように
構成されている。そして、各枠体５２，５３の両側部に
は側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ にそれぞれ嵌合するフ
ランジ部５２ａ，５３ａが一体に形成され、このフラン
ジ部５２ａ，５３ａにガイド機構としてのガイドローラ
５５，５６がそれぞれ装着されている。この各ガイドロ
ーラ５５，５６は側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の上面
及び下面に沿って転動自在であり、図示しないばねによ
って圧接されると共に、側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂
の上面及び下面が傾斜しても常時圧接できるように傾斜
可能となっている。

【００２２】そして、この掘削機本体５１は側部トンネ
ル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔の大きさに合わせてその幅が
調整できるようになっている。即ち、各枠体５２，５３
内にはそれぞれ上下一対の支持筒５７，５８が固定さ
れ、各支持筒５７，５８は互いに摺動自在に嵌合してお
り、内部に幅調整ジャッキ５９が配設され、シリンダ部
が一方の枠体５２に連結され、ロッド部が他方の枠体５
３に連結されている。

【００２３】掘削機本体５１の前部において、各枠体５
２，５３にはそれぞれ左右のバルクヘッド６０，６１が
固定され、互いに一部分が重合することで掘削機本体１
１の内部への掘削土砂の侵入を防止している。そして、
このバルクヘッド６０，６１の前方には前方の地盤を掘
削するカッタ装置が装着されている。即ち、バルクヘッ
ド６０，６１の両側には前方に延出された上下一対の支
持フレーム６２，６３の基端部が固定されており、この
各支持フレーム６２，６３の先端部にはそれぞれ鉛直な
回転軸６４，６５が回転自在に支持されている。そし
て、一方の回転軸６４の上端部及び下端部には長軸状カ
ッタ６６が水平方向両側にそれぞれ固定され、その中間
部には多数の短軸状カッタ６７が水平方向両側にそれぞ
れ固定されている。また、他方の回転軸６５の上端部及
び下端部には長軸状カッタ６８が水平方向両側にそれぞ
れ固定され、その中間部には多数の短軸状カッタ６９が
それぞれ固定されている。なお、各カッタ６６，６７，
６８，６９の先端部にはカッタビット７０が固定されい
る。

【００２４】この場合、回転軸６４のカッタ６６，６７
と回転軸６５のカッタ６８，６９とは回転時に接触しな
いように取付角度が９０度ずれており、且つ、カッタ６
７とカッタ６９とは上下方向にもずれて取付けられてい
る。そして、各回転軸６４，６５にはそれぞれ従動ギヤ
７１，７２が固結される一方、各枠体５２，５３にはそ
れぞれ２つの駆動モータ７３，７４によって回転駆動す
る駆動ギヤ７５，７６が支持されており、この駆動ギヤ
７５，７６と従動ギヤ７３，７４とはそれぞれ多数の連
結ギヤ７７，７８によって駆動連結されている。

【００２５】従って、駆動モータ７３，７４によって駆
動ギヤ７５，７６をそれぞれ回転駆動すると、各回転駆
動力は多数の連結ギヤ７７，７８を介して従動ギヤ７
３，７４に伝達され、回転軸６４，６５を回転させる。
すると、各カッタ６６，６７と６８，６９は互いに接触
しないように図６に表した矢印方向に回転し、多数のカ
ッタビット７０によって前方の地盤を掘削することがで
きる。そして、各カッタ６６，６７，６８，６９の間の
隙間から掘削機本体５１の前部に掘削土砂を取り込み、
図示しない排土装置によってこの土砂を外部に排出する
ことができる。

【００２６】また、図示しないが、前述の実施形態と同
様に、掘削機本体５１の後部内周面に推進手段としての
複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメン
トエレクタが設けられている。更に、掘削機本体５１の
後部にはこの掘削機本体５１と各トンネル構造体Ｔ₁ ，
Ｔ₂ ，Ｔ₃ との間をシールする図示しない環状のシール
部材が装着されている。

【００２７】ここで、このように構成された本実施形態
のトンネル掘削機を用いて、既設の側部トンネル構造体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間にトンネルを掘削して中央部トンネル構
造体Ｔ₃ を形成するトンネル掘削方法について説明す
る。

【００２８】まず、駆動モータ７３，７４によって駆動
ギヤ７５，７６、連結ギヤ７７，７８、従動ギヤ７１，
７２をを介して各回転軸６４，６５を回転し、各カッタ
６６，６７，６８，６９を図６にて表した矢印方向に回
転する。これと同時に、各シールドジャッキを所定スト
ローク伸長し、既設のセグメントＳへの押付反力によっ
て掘削機本体５１を前進させる。すると、各カッタ６
６，６７，６８，６９が前方の地盤に圧接され、多数の
カッタビット７０が地盤を掘削する。

【００２９】そして、このカッタ６６，６７，６８，６
９の地盤掘削によって生じた掘削土砂は両者の隙間から
掘削機本体５１の前部に取り込まれ、排土装置によって
外部に排出される。その後、各シールドジャッキのいず
れか一つを収縮して、既設のセグメントＳとの間の空所
を形成し、セグメントエレクタがこの空所に新しいセグ
メントを装着し、ボルト締結装置によって側部トンネル
構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ と連結していく。この作動の繰り返し
によって連続してトンネルを掘削し、側部トンネル構造
体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間に中央部トンネル構造体を構築してい
く。

【００３０】このとき、掘削機本体１１は各ガイドロー
ラ５５，５６が側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の上面及
び下面に沿って転動しながら掘進することとなり、この
側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間に平行な中央部トン
ネルを掘削することができる。

【００３１】また、本実施形態にあっては、図８に示す
ように、側部トンネル構造体Ｔ₁ ，Ｔ₂ の間隔に変化に
応じて掘削機本体５１の断面筒形状、即ち、幅Ｌを調整
することができる。即ち、側部トンネル構造体Ｔ₁ とＴ
₂ との間隔に合わせて、幅調整ジャッキ５９を収縮、伸
長状態とすることで、各枠体５２と５３を接近離間さ
せ、その幅を調整できる。そして、この枠体５２と５３
の移動に伴って各回転軸６３，６４の間隔が変化するこ
とで、カッタ６６，６７，６８，６９が移動し、このカ
ッタ６６，６７，６８，６９による掘削断面形状を変え
ることができる。このように側部トンネル構造体Ｔ₁ ，
Ｔ₂ の間隔に変化に応じて掘削機本体５１の幅とカッタ
６６，６７，６８，６９による掘削断面形状を調整する
ことができ、汎用性が高い。

【００３２】

【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、所定
間隔をもって平行に掘削形成された一対の既設トンネル
構造体の間に位置した筒状の掘削機本体を推進手段によ
って移動自在に支持し、この掘削機本体の前端部に前方
の地盤を掘削するカッタ装置を装着して掘削機を構成
し、この掘削機本体の幅を一対の既設トンネル構造体の
間隔に変化に応じて調整可能としたので、既設トンネル
構造体の間に位置した掘削機本体を前進しながらカッタ
装置を駆動することで、前方の地盤を掘削して新設トン
ネルを掘削形成することができ、このとき、既設トンネ
ル構造体の間隔に変化に応じて掘削機本体の幅を調整す
ることで、既設トンネル構造体の間を適切に掘削するこ
とができ、掘削機の汎用性が高くなり、間隔の異なる一
対の既設トンネル構造体に対して専用の掘削機を用意す
る必要がなく、低コスト化を図ることができ、その結
果、作業コストの低減を図ることができると共に掘削作
業能率の向上を図ることができる。

【００３３】また、請求項２の発明のトンネル掘削機に
よれば、掘削機本体に既設トンネル構造体の外周部に係
合するガイド機構を設けたので、掘削姿勢や掘削方向を
高精度に制御可能とすることで、一対の既設トンネル構
造体の間に新設のトンネル構造体を容易に形成すること
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３のIV−IV断面図である。

【図５】スキンプレートの幅が変更された掘削機の断面
図である。

【図６】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平面図である。

【図７】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。

【図８】図６のVIII−VIII断面図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２，１３ 枠体 １５ ガイド部材 １６，１７ 支持筒 １８ 幅調整ジャッキ ２１，２２ 支持フレーム ２３，２４ 回転軸 ２５，２６ 固定筒 ２７，２８ 油圧ジャッキ ２９，３０ カッタ（カッタ装置） ３３，３４ 従動ギヤ ３５，３６ 駆動モータ ３７，３８ 駆動ギヤ ３９，４０ 連結ギヤ ５１ 掘削機本体 ５２，５３ 枠体 ５５，５６ ガイドローラ（ガイド機構） ５７，５８ 支持筒 ５９ 幅調整ジャッキ ６２，６３ 支持フレーム ６４，６５ 回転軸 ６６，６８ 長軸状カッタ（カッタ装置） ６７，６９ 短軸状カッタ（カッタ装置） ７１，７２ 従動ギヤ ７３，７４ 駆動モータ ７５，７６ 駆動ギヤ ７７，７８ 連結ギヤ Ｓ セグメント Ｔ₁ ，Ｔ₂ 側部トンネル構造体 Ｔ₃ 中央部トンネル構造体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 別所 俊彦 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 宇野沢 史生 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定間隔をもって平行に掘削形成された
   一対の既設トンネル構造体の間を掘削するトンネル掘削
   機において、前記一対の既設トンネル構造体の間に位置
   して該既設トンネル構造体に沿って移動自在に支持され
   た筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進
   手段と、前記掘削機本体の前端部に装着されて前方の地
   盤を掘削するカッタ装置とを具え、前記掘削機本体の幅
   が前記一対の既設トンネル構造体の間隔に変化に応じて
   調整可能とあ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、前記掘削機本体には前記既設トンネル構造体の外周
   部に係合するガイド機構が設けられたことを特徴とする
   トンネル掘削機。