JPS6147958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複線の地下鉄道路などを構築するのに
適した横坑を掘削するシールド掘削方法およびこ
の方法に用いるシールド掘削機に関する。

従来、複線の地下道路を構築するには、第１図
に示すように各単線を構築する横坑を、それぞれ
別個のシールド掘削機により掘削して地下鉄道路
Ａ，Ｂに構築したり、あるいは大きな切羽断面を
形成できる１本のシールド掘削機を以て第２図に
示すような大きな断面の横坑を掘削し、複線分の
スペースを有る地下鉄道路Ｃを構築する工法が採
られている。

また、上記第１図に示す単線の横坑を別個に掘
削して地下鉄道路Ａ，Ｂを構築する横坑の掘削に
おいては、駅部のプラツトホームが島式に構築さ
れるが、この場合そのホームＨ部分は、第３図に
示すように２本の単線の横坑をそれぞれにシール
ド掘削した後、前記２本の単線横坑の間をルーフ
シールド工法などにより掘削する構築法が採られ
ている。

なお、上記各図においてＤは路床、Ｒは軌条で
ある。

しかして上記の各図に示した従来工法には、以
下述べるような難点がある。まず、第１図に示す
例では少なくとも２本の線の掘削工事が別々に施
工されるため、工事費が多大になるのみならず、
工期も長期化し易いといつた難点のほか各線の横
坑を近接させて掘削することが困難なため幅広い
地下空間を必要とする欠点がある。

第２図に示すものでは掘削工事自体は横坑１本
分で済むが構築後に利用されない無駄な空間を掘
削するため、掘削土量も多く、また大断面である
ゆえ切羽崩壊の危険性もあるなどの難点がある。

第３図に示す駅部構築のための掘削にあつて
は、工期、工事費が多大となるのみならず、各単
線のために掘削した横坑の間の掘削は不安定な切
羽の掘削をしなければならない欠点がある。

本発明は上記の点に鑑み提案されたもので、１
台のシールド機による一の掘削工事によつて複線
の地下鉄道路のような地中構造物の構築に適した
特有の断面形状を有する横坑を掘削して形成する
シールド掘削方法およびこの方法に使用するシー
ルド機を提供することを目的としてなされたもの
である。

以下、本発明方法並びに装置の構成をその実施
例を示す図に沿つて説明する。

第４図および第５図は本発明のシールド掘削機
の一実施例の正面図および該正面図におけるＡ−
Ａ断面図、各図において、１は同径の２つの円を
それらの中心間の距離がその円の半径よりも大き
いが直径よりも小さくなるようにして横に並べた
場合、前記２つの円の外周縁が形成するいわゆる
まゆ形乃至はダルマ形状をなしている、例えば鋼
板により製造したシールド外筒、２はこのシール
ド外筒１の前端側に形成される切羽泥土室、３は
前記外筒１の断面外形を形成する前記２つの円の
中心を回転中心とした２基の回転型カツターで、
このカツター３は、それぞれ先端にセンタービツ
ト４が設けられ、かつ中心線上に粘性付与剤注入
管５を形成したセンターシヤフト６と、このシヤ
フト６の前端部に軸受７を介して取付けた略十字
状のスポーク８と、各スポーク８の前面に取付け
た複数の切刃９と、当該スポーク８の後面に取付
けた複数の練混翼１０と、前記センターシヤフト
６の後端側に外周に放射状に取付けた複数の後部
練混翼１１とにより構成されている。

１２は前記シールド外筒１に設けた水密性の隔
壁１３にシール１４および軸受１５を介して前記
センターシヤフト６と同芯的に軸支されたカツタ
ー駆動用円筒で、この円筒１２は、その前端部か
ら前方へ延設した４本の連結杆１６の先端部が前
記カツター３の各スポーク８の後面側に連結さ
れ、前記カツター３を回転可能に支持している。

１７は前記カツター駆動用円筒１２の後端に取
付けた大歯車、１８はその大歯車１７に噛合する
ピニオン１９を介して連結した駆動モータで、こ
のモータ１８は前記カツター駆動用円筒１２の内
周壁を通し、この円筒１２の後方において切羽泥
土室２に連通形成される後部泥土室２０を構成す
る後部隔壁２１に取付けられている。

しかして、上記カツター３およびそれに付随す
る構成は、同一の各溝成部材が第４図並びに第５
図に示すように、１基の回転型カツター３につい
てそれぞれに設けられているが、両回転型カツタ
ー３，３のそれぞれの十字状スポーク８は、第４
図に示すように、45度の位相差を付されて配設さ
れており、互に相反する方向に各駆動モータ１
８，１８によつて同一速度で回転させられるよう
構成されている。

一方、先に述べた２本のセンターシヤフト６
は、それぞれの後端側が前記後部泥土室２０を形
成する後部隔壁２１に設けたシール兼軸受２２に
軸支され、かつシヤフト６後端に取付けた歯車２
３に、前記隔壁２１に取付けて設けた駆動モータ
２４の出力がピニオン２５を介して伝達されるよ
うにしてあり、かくして２本のセンターシヤフト
６は、前記カツター３とはそれぞれ別個の駆動源
によつて単独に回転させられるようになつてい
る。

そして、２室に形成された後部泥土室２０，２
０は対向壁が開口されて、前記後部隔壁２１によ
つて形成された掘削土排出室２６に連通されてい
る。

２７は前端が前記排出室２６に連通したコンベ
ア外筒２８に内装されたスクリユーコンベアで、
外筒２８の後端に設けた駆動モータ２９と、この
モータ２９により回転させられるスクリユー羽根
３０と、このスクリユー羽根３０の先端側の軸に
取付けて前記排出室２６内に臨ませた練混翼３１
と、前記外筒２８の後端側面に開口した搬出口３
２とから形成されている。

３３は前記スクリユーコンベア２７の泥土搬出
口３２の下方に配設した泥土搬送用のベルトコン
ベア、３４は後部隔壁２１の後面においてシール
ド外筒１の内周壁面に沿つて適宜の間隔で配設し
たシールド外筒１前進用のオイルジヤツキで、前
端が前記隔壁２１に、また後端は組立てられて先
端に位置するセグメント３５の前端面に当接させ
られている。

しかして上記オイルジヤツキ３４は、切羽泥土
室２と後部泥土室２０内に充満した泥土の圧力を
一定に保つため、スクリユーコンベア２７の泥土
の排出量を考慮しつつ動され、前記シールド外筒
１を前進させる。ここで、上記両泥土室２，２０
の泥土の圧力は、切羽泥土室２に面した隔壁１３
に設けた土圧計の如き圧力計３６Ａによつて検出
するようにしてある。

また、前記２基のカツター３，３により掘削さ
れる切羽の掘削土は、泥土室２，２０内に取込ま
れるが、この掘削土を切羽Ｇの地山と同程度の含
水比で塑性流動性および不透水性のつまり切羽を
押えるに足る泥土に泥土化するため、シールド外
筒１の内壁面前方部と、切羽泥土室２に面した隔
壁１３には、それぞれ粘性付与剤注入管５′、同
５″が配設されている。

以上のように構成される本発明掘削機は以下に
説明するように作動する。

第５図において駆動モータ１８，１８をそれぞ
れ回転させると、２基の回転型カツター３，３の
十字状の各スポーク８は、それぞれのピニオン１
９、大歯車１７、カツター駆動用円筒１２、連結
杆１６等を介して位相が45度ずれた状態で互に時
計方向、または反時計方向に回転する。

一方、駆動モータ２４，２４を回転させると、
各回転型カツター３，３のセンターシヤフト６６
はピニオン２５、歯車２３等を介して回転するの
で、前記スポーク８の切刃９および前記各シヤフ
ト６のセンタービツト４は地山の切羽Ｇを掘削す
る。

掘削された切羽Ｇの土砂は、切羽泥土室２に入
り込むので、この時地山が砂層や砂礫層のような
砂質土層の場合粘性付与剤注入管５，５′，５″か
ら前記泥土室２内に、例えばベントナイト、
CMC水溶液などによる粘性付与剤を注入して、
当該泥土室２内に入り込んだ前記掘削土砂は、注
入された粘性付与剤と練混翼１０の回転によつて
練り混ぜられ、前記切羽Ｇの地山と殆んど同程度
の単位重量を持ち、かつ地山と同程度の含水比を
有する塑性流動性と不透水性のある泥土にされ
る。又、地山がシルト層や粘土層などの粘性土層
の場合、前述の粘性付与剤を使用しなくても練混
翼１０で練り混ぜることで所要の泥土を作ること
ができる。

上記泥土は切羽泥土室２および後部泥土室２０
に充満するので、この泥土の圧力が切羽Ｇの土圧
と同等になるように圧力計３６Ａにより監視しつ
つ、オイルジヤツキ３４の駆動によるシールド外
筒１の推進とスクリユーコンベア２７による泥土
の排出量とを制御することによつて、前記泥土室
２，２０の圧力を一定圧に管理し、切羽Ｇの崩壊
を効果的に阻止できる。

このようにして、切羽Ｇの掘削が進められる
と、切羽泥土室２内の泥土は充満した状態で順次
後部泥土室２０に移動し、この泥土室２０内で後
部練混翼により更に練り混ぜられて排出室２６に
至り、スクリユーコンベア２７の外筒２８内に流
入する。従つて、ここでコンベア２７の駆動モー
タ２９を起動させスクリユー羽根３０を回転させ
ると、流入した前記泥土は外筒２８の後方搬出口
３２から排出されベルトコンベア３３により外部
へ搬出される。

しかして、掘削された横坑にはその掘削断面、
すなわちシールド外筒１の外形よりもやや小さ
く、かつ組立てられて断面まゆ形乃至はダルマ形
をなすセグメント３５がシールド外筒１の後端側
において順次組立てられ土留筒に構築されるので
ある。第６図は本発明方法により掘削した横坑内
にセグメント３５を組立てて構築した複線用軌条
Ｒ，Ｒを有する地下鉄道路Ｅの一例の断面を、第
７図は中央部に島式ホームＨを有する駅部を形成
した複線地下鉄道路Ｆを本発明方法により掘削し
た横坑内に構築した一例の断面を表わした図であ
る。

上記セグメント３５は、例えば第８図に示すよ
うに組立てられて全体の正面形状がまゆ形乃至は
ダルマ形をなし、中央部がくびれているので、こ
のくびれた部分には必要に応じ開口部３６ａを有
する支保壁となるセグメント３６が設けてある。
第９図は前記支保壁用のセグメント３６を表わす
第８図のＢ−Ｂ線断面図である。

以上に説明した本発明のシールド掘削機は、２
基の回転型カツター３，３の回転軌跡、すなわち
切羽Ｇの掘削断面外周縁形状と、前記カツター
３，３を設けたシールド外筒１の外形はほぼ同形
状であつたが、掘削すべき地盤がＮ値の小さな軟
弱シルト層や軟弱粘土層の場合には、本発明掘削
機は、第１０図に示すように、そのシールド外筒
１′を、前記２基のカツター３，３の回転軌跡が
形成する２つの円をそれらの垂直方向での直径点
Ａ，Ｃおよび同Ｂ，Ｄを結んで合成される長円形
の断面形状を有するように形成してもよい。

この場合、掘削断面は、両カツター３，３の回
転軌跡が成す領域α，β部分で、斜線を施した
γ，δの部分は前記カツター３，３によつては掘
削されないが、地盤がＮ値の小さな軟弱シルト層
乃至粘土層であるから、前記領域γ，δの土は、
本発明掘削機の推進力によつて塑性流動化されて
掘削領域α，βへ移動するため、前記シールド外
筒１′の形状に即した掘削ができる。

この掘削横坑に組立てられるセグメント３５′
は全体として、第１１図に示す長円形状をしてお
り、中央部に支保壁となるセグメント３６′を有
する中空長円形状の土留筒に構築されるのであ
る。

本発明は以上の通りであつて、２基の回転型カ
ツターを位相差を付けて有する１台の掘削機によ
り、断面まゆ形ないしはダルマ形状に地中を掘削
して、複線地下鉄道路等の地中構造物を構築する
横坑を掘るので、一の掘削工事でしかも掘削土量
の少ないシールド掘削を行うことができ、またシ
ールド掘削機の泥土室内に溜る掘削土は粘性付与
剤が注入されて混練されることにより、塑性流動
性で不透水性の泥土にされ、かつこの泥土の圧力
をシールドジヤツキの駆動力によつて切羽の土圧
とほぼ等しくなるように維持管理することによつ
て、切羽の崩壊を有効に防止することができる効
果が得られる。

また、掘削に際して切羽の掘削断面を略同一と
しているから、２基の回転型掘削具に生ずる掘削
抵抗力はほとんど同一であり、かつ２基の回転型
掘削具を相互に逆方向に回転させるようにしたた
め、回転方向の掘削抵抗力は互に相殺され、シー
ルド機に偏した力を与えることがないので、シー
ルド機の姿勢をくずすことがなく、常に正常な掘
進を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法により掘削して形成した複線
地下鉄道路の正断面図、第２図は従来の別の方法
により掘削形成した複線地下鉄道路の正断面図、
第３図は第１図の様式による地下鉄道路の島式ホ
ームを有する駅部の断面図、第４図は本発明シー
ルド掘削機の一例の正面図、第５図は第４図のＡ
−Ａ線断面図、第６図は本発明方法により掘削形
成した複線地下鉄道路の正断面図、第７図は同じ
く島式ホームを有する駅部の正断面図、第８図は
本発明方法の実施に使用するセグメントにより形
成した土留筒の一例の正面図、第９図は第８図の
Ｂ−Ｂ線断面図、第１０は本発明シールド掘削機
の別例の正面概要を示す正面図、第１１図は第１
０図のシールド掘削機により掘削した横坑内に組
立てるセグメントの一例の正面図である。 １……シールド外筒、２……切羽泥土室、３…
…回転型カツター、４……センタービツト、５，
５′，５″……粘性付与剤注入管、６……センター
シヤフト、７……軸受、８……スポーク、９……
切刃、１０……練混翼、１１……後部練混翼、１
２……カツター駆動用円筒、１３……隔壁、１４
……シール、１５……軸受、１６……連結杆、１
７……大歯車、１８……駆動モータ、１９……ピ
ニオン、２０……後部泥土室、２１……後部隔
壁、２２……シール兼軸受、２３……歯車、２４
……駆動モータ、２５……ピニオン、２６……排
出室、２７……スクリユーコンベア、２８……外
筒、２９……駆動モータ、３０……スクリユー羽
根、３１……練混翼、３２……排出口、３３……
ベルトコンベア、３４……オイルジヤツキ、３
５，３６，３５′，３６′……セグメント、Ｇ……
切羽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心距離が半径よりは大きいが直径よりも小
   さく配設され、かつ略同一掘削面内に位置付けら
   れた２基のスポーク状の回転型掘削具を、該両掘
   削具の回転軌跡の外周縁が形成するほぼまゆ形乃
   至はダルマ形の断面形状で、かつ前後を水密性の
   隔壁で仕切り該隔壁の前方を泥土室および同後方
   を作業室に形成してなるシールド掘削機の前記泥
   土室に設け、前記両掘削具に予め位相差を与えて
   同時に、かつ相互に逆方向に回転させながら地中
   を掘進させ、同時にこの掘進により前記泥土室に
   取込まれる掘削土砂に必要により粘性付与剤を付
   与しつつ練混することにより、切羽を押えるに足
   る泥土とし、該泥土を前記泥土室に充満せしめる
   と共に、該泥土にシールドジヤツキの推力を及ぼ
   しめて切羽を安定させるに足りる圧力を生ぜし
   め、この圧力をシールド掘削機の推進中切羽の崩
   壊を防止すべく維持しつつ前記泥土を作業室側へ
   排出することによつて横坑を掘削することを特徴
   とするシールド掘削方法。 ２ 中心間の距離が半径よりも大きく直径よりも
   小さくして配設した２つの円の外周が描く断面ほ
   ぼまゆ形若しくはダルマ形又は長円形の断面外形
   で、前方に水密性の隔壁を設けて該隔壁の前方を
   泥土室、その後方を作業室となしたシールド外筒
   と、回転軌跡が前記シールド外筒の断面外形とほ
   ぼ同等で、かつ予め位相差を付して前記隔壁の前
   面側に相互に逆方向に回転可能に支持せしめた、
   略同一掘削面内に位置付けられた２基のスポーク
   状の回転型掘削具と、該掘削具の後面側であつて
   前記泥土室内に設けられ、掘削具を介し掘削され
   る掘削土砂およびこの掘削土砂に対し必要に応じ
   注入された粘性付与剤とを練混ぜ泥土化する練混
   装置と、前記泥土室内の泥土を外部に排出すべく
   前記隔壁に前部が接続された排土用スクリユーコ
   ンベアと、前記シールド外筒に推力を付与するシ
   ールドジヤツキとを備えたことを特徴とするシー
   ルド掘削機。