JPS62296097A - 環状シ−ルド工法および環状シ−ルド、環状セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は地中に巨大な空間を待つｌ１ｉｉ造物を構築す
る場合に好適な環状シールド工法およびその工法に用い
られる環状シールド、環状セグメントに関する。

（従来技術およびその問題点） 地中に巨大な空間を持つ構造物を構築する場合、一般に
大口径の掘削断面が得られる大型のシールド肥削機を用
いている。

この場合、大口径になればなる程シールド蝕削機自体が
大型となり、このシールド掘削機の回転型カッターの駆
動方式は一般的にセンターシャフトタイプのものとなっ
ている。しかして、シールド掘削機が大口径となるとカ
ッターに作用する荷重が大きくなるため、その荷重に耐
えられるようカッタースポークやセンターシャフト等を
太くしている。したがって、シールド掘削機の自重が重
くなり、運搬、発進側立孔内へのセツティングが大変で
あった。

また、シールド蝕削似のセンターシャフトを支持する軸
受にも大きな負担がかがるためにそれに応じたものを用
いなければならないなど、シールド【削機の各部も大型
化に対応した構成とする必要があり製造が煩雑であった
。

また、大型の回転型カッターを有するシールド飄削機を
用いて切羽や横坑の内周面などを安定させながら所定の
地点まで掘削していくことは容易なことではなく、特に
地盤が軟弱なものであるときは一挙に大口径の掘削断面
を掘削しつつ所定区間まで掘進作業をしていくことは工
期が長期化し、費用の増大を招いたり、多大の労力、技
術力などを要する口とがあった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の点に鑑み提案されたもので、その目的と
するところは、比較的大口径の環状の横坑を地中に構築
するようにし、地盤の安定化を図り得るようにしたこと
により、大口径の横坑の構築、ひいては巨大空間を持つ
構造物の構築を容易とした環状シールド工法およびその
工法に用いられる環状シールド、環状セグメントを提供
することにある。

（作用） 本発明は、要するに地中に比較的大口径の環状の横坑を
構築することにより、環状横坑の内側部分、つまり未掘
削の地山を安定させ、その部分の掘削を容易としたもの
である。

（実施例１） 第１図は本発明装置の側断面図、第２図は同上の正面図
、第３図は本発明の工法によって発進側立坑から到達側
立坑までの環状の横坑の構築状態を示す説明図である。

しかして、この実施例は地山Ｇが比較的安定した中位の
硬さの粘土や地下水圧の小さい地盤などに適用される、
いわゆる手掘開放形の工法とその装置であり、以下、第
１図および第２図を参照しつつ先ずこの実施例の１ｉ！
Ｒ置を説明する。

図中、１は横長の長円形環状断面を成す環状のシールド
である。この環状シールド１は長円形を呈し、かつ、例
えば鋼板にて成る外筒２と、この外筒２より小形であっ
て内側に配設され、かつ内部が中空状の内筒３とを備え
、この内筒３と外筒２との間は適宜に配設された継材４
によって連結され、この環状シールド１を介して長円形
環状断面しが形成される。

また５５はｌｉ状シールド１の前方部内に形成された切
羽室で、この切羽室５はシールド１の前方に面する切羽
ａと、刃口外筒２ａの周面およびＣれと対向する刃口内
筒３ａの周面などによって区画形成され、この切羽室５
において人力および、／もしくは機械力を介して切羽ａ
の掘削作業が行なわれる。６は外筒２および内ｒ：Ｉ３
の内周面に突設されたフランジ状の壁体で、シールド後
部外筒２ｂおよびシールド１粱部内筒３ｂに沿って適数
個配設された外側のシールドジヤツキ７および内側のシ
ールドジヤツキ８の推力を環状シールド１に伝達するた
めのちのである。なお、ｌｆｉ状シールド１の！！ｉ！
進時の各シールドジヤツキ７．８の反力は環状シールド
１の形状と略対応してその後方に組立てられたセグメン
ト本体９の前端部によって採られる。

このセグメント本体９はシールドジヤツキ７゜８の直１
妥方に形成されたセグメント組立至１０内において順次
組立てられるもので、例えば鉄筋コンクリートや鋼板等
により作られた外殻部署オ９ａ、内殻部材９ｂおよびそ
れらの間に配設された支保材Ｑｃにより構成される。な
お、これらの外殻部材９ａ、内殻部材９ｂ、支保材９Ｃ
はそれぞれ適形状をなす複数個のセグメントをボルト等
で結合しながら組上げて構成される。また、図示の実施
例において支保材９Ｃは連続型状であるが、設計強度上
柱状あるいは有孔壁状とすることも可能である。

次に上記各図に加え第３図をも参照しつつ本発明の工法
について説明する。

地盤に予め構設された発進立坑Ｓがら到達立坑Ｅに向か
って環状シールド１が発進される。この場合、環状シー
ルド１は、地山Ｇの環状をなす切羽ａを人力そして、′
あるいは機械力により掘削し、同時に、その内部の後方
で組立てられたセグメントに掘進の反力が取られるとと
もに、シールドジヤツキ７．８を作動せしめると環状シ
ールド１内に突設された壁体６に一端が当接されている
ので、１ｉ状シールド１は切羽側へ推進される。しがし
て、ｌｉ状シールド１のセグメント組立至１０にｊ＞い
て複数個の外殻部材９ａ、内殻部材９ｈ、支保材９０な
どで構成されるセグメント木体９がボルト等で組立てら
れ、すてにＩＡ坑Ｔを形成しているセグメント本体にボ
ルト等で新たに組立てられたセグメント本体９は接合さ
れていく。そして、セグメント本体９の組立完了１娶、
切羽室５において、人力およびもしくは機械力により地
山Ｇの切羽ａの土砂が掘削され、切羽室５よりセグメン
ト本体９によって構築された横坑Ｔの後方の坑口へ、ベ
ルトコンベア、ずりトロッコ等の運搬手段（図示せず）
により掘削土砂が排出される。これと同時にシールドジ
ヤツキ７．８を作動させ、適宜シールドジヤツキ７．８
を伸長させ、組立てられたセグメント本体９の前端部に
反力を取ることによって長円形の１責状シールド１は切
羽前方へ推進される。

なお、環状シールド１において、内側のシールドジヤツ
キ８については、例えば地山が軟弱な場合であって推力
がそれ程必髪ない場合、必ずしも設けなくても良い。ま
た、外側のジヤツキ７と内側のジヤツキ８が必ずしも同
数個必要である必要はない。

当該シールド１の掘進において、地山Ｇはこの環状シー
ルド１の切１１断面部Ｌ（１零状断面部）の部分の地山
が先行して掘削され、長円形環状内部分、つまり未掘削
の地山Ｇ１は未掘削のままとし、長円形の環状シールド
１が掘進されていく。

このようにして地山ＧＬ：構設された発進立坑Ｓより発
進した環状シールド１は上記の工程を繰り返して到達立
坑Ｅへ到達する。この過程で、第３図に示すように、発
進立坑Ｓから到達立′ｒＬＥ間に長円形環状の横坑Ｔが
構築される。

そして、必要に応じｔｉｌｌ坑Ｔの未掘削の内側部分の
地山Ｇ＋を在来の適当な方法および装置を用いて掘削す
れば良い。この場合において、地山Ｇ１の部分はすでに
構築された長円形環状の横坑Ｔの内側にあるため、その
地山Ｇ＋の框削時に地山Ｇ全体の崩壊は生じないので安
全に掘削できる。

口の際、地山Ｇ＋の掘削に先立ら、長円形環状］ヘンネ
ル゛「の内部を所要の強度の鉄筋コンクリート構造物な
どで補強しても艮い。なお、地山Ｇ１に地下水が豊富に
有るなどして地山Ｇ１の掘削に支障をきたすような場合
、例えば第３図に示すように予めバイブ１１を未掘削の
地山Ｇ＋内に圧入しバキュームポンプ１２により地山Ｇ
＋内の地下水を複いて地山Ｇ、を安定化することが必要
であり、また、必要により地山Ｇ１内に薬液注入を行い
地盤改良を図り、安全に掘削を行う場合もある。更に、
地山Ｇ１の掘削に伴い圧気を使用する場合もある。

このようにして、地山Ｇ１を掘削しセグメント本体９の
不用部分９°を除去すれば容易に巨大な地下空間１３を
構築することができる。

なお、上記において環状シールド１の形状は横長の長円
形に限られるものでなく、縦長としたり、あるいは他の
形状、例えば楕円形、馬てい形、多角形などの任愈の形
状としても良いことは勿論である。また、推進工法とし
てシールドジヤツキ７゜８を不用として他の推進手段に
代えることも可能である。

第４図ないし第７図は本発明の第２実施例を示すもので
、前述の実施例が手掘り式であったのに対し、この実施
例では機械式とした点にＶＩ徴を有している。

すなわち、この実施例において環状シールド１は正面か
ら見た揚台に小円形シールド）ａを円弧の一部が互いに
重合した状態で全体として略円形に果合・配夕１１シて
構成した形状となっている。そして、各小円形シールド
１ａの前方部内には隔壁１ｂが設けられており、切羽ａ
と小円形シールド１ａ内周面と隔壁１ｂとにより切羽室
５が区画形成され、かつこの切羽室５に回転型カッター
１４が設けられている。この回転型カッター１４は前部
に多数のピッ１−１５が突設されたスポーク状のカッタ
ースポーク１Ｇを備え、このカッタースポーク１６は小
円形シールド１ａの略中央部であってその軸方向に延び
るセンターシャフト１１の先端部に設けられ、このセン
ターシャフト１７は軸受け１８を介し隔１ｉ！１ｂに貫
設され、かつ坑内側に設けられたモータ１９および歯車
磯Ｍ４２０等にてなる駆動装置によって回転可能に構成
されている。

この１Ｍ合、各小円形シールド１ａにはそれぞれ何社型
カッター１４が設けられているため、好削時の荷重は個
々に分散されるので、カッタースポーク１６やセンター
シャツ１−１フ等は従前のように太くする必要はない。

なお、各小円形シールド１ａにそれぞれ配設された隣接
する回転型カッター１４の各カッタースポーク１６相互
は衝突しないよう小円形シールド軸方向に■誦する位置
に設けられている。

しかしながら、例えばこれらの回転型カッター１４が偶
数塁であり、回転型カッター１４間の中心配置距離およ
び回転型カッター１４のスポークが適切な数、例えば２
〜５本程度に配置される場合、相隣る回転型カッター１
４を亙いに異方向へ同速度で回転させる口とにより、多
数の回転型カッター１４が同一平面上であっても良く、
口の場合、回転型カッター１４は互いに衝突する口とは
なく、切羽ａを掘削することができる。したがって、こ
のように構成することも可能である。

なお、カッタースポーク１Ｇの後方には撹拌羽根２１が
心髄に応じ設けられる。また、センターシャフト１７内
には粘性付与材注入管１７ａが必要に応じ設けられ、こ
の粘性付与材注入管１１８の先端部はセンターシャフト
１７の先端部において通常切］〕ａに臨んで間口してい
る。一方、粘性付与材注入管１７の後端にはスイベルジ
ヨイント２２および注入管１７ｂが接続されている。な
お、粘性付与材注入管１７ａに分岐管（図示せず）を延
設し、この分岐管をカッタースポーク１６の適箇所に開
口さけることも可能である。

次にこの実施例の工法について説明する。

切羽ａは駆動装置を動作させることにより各回転型カッ
ター１４を介し掘削され、かつ掘削土砂は切羽室５内に
取込まれる。この過程で地山が、例えば水分を多量に含
む砂や砂ｉ［ｔｌの場合、粘性付与材注入管１７ａを介
し粘性付与材が切羽Ｊ５よびもしくは切羽室５内に適量
注入され、掘削土砂に粘性付与材が添加される。これは
掘削土砂を、切羽ａを押え切羽ａを安定させるものに変
換する目的で添加される。なお、粘性付与材としては、
例えばベントナイト、０ＭＣ１高分子吸水材、気泡材等
が用いられるが切羽ａを安定できれば他のものであって
も良い。しかして、切羽室５内において撹拌羽根２１に
よって掘削土砂と粘性付与材とが（党痒・混合され、掘
削土砂は切羽を安定するに足る流動性に冨む泥土ないし
は泥状の混合体に変換され、口の混合体がｌ、ｒＩ羽Ｔ
ｂ内に充満され、これに、例えばシールドジヤツキ２３
の推力などを介し圧力を生せしめて切羽ａを押えて安定
させながら環状シールド１は掘進される。この掘進と共
に、切羽ａを安定させつつ隔壁１ｂに＃ｉ端開開口部接
続されたスクリューコンベヤや排出尾管等の排土装置ｆ
ｆ　２４を制ｒＪＩＩ　しつつ適量の混合体が外部に排
出される。排土装置２４がスクリューコンベヤの場合、
環状シールド１の既進速度に応じてその回転速度を調節
してｖｊ罪することにより混合体の排土量を調節し、切
羽ａを押えるに好適な圧力が維持される。

口の圧力は隔壁１１に適宜設けられた、例えば土圧計の
（ｌｌｊｌキ圧力ｚｔ（図示せず）によって検出される
。

なお、地山Ｇが非常に軟弱なシルトや軟い粘土層のとぎ
には粘性付！：５材の注入は不要の場合がある。また、
１党痒羽根２１も特に設ける必要がない場合もある。

しかして、環状シールド１の掘進に伴なってその後方に
セグメント本体９が順次組立てられ、第７図に示すよう
に、環状シールド１の形状と略対応した環状の横坑Ｔが
構築される。

なお、小円形シールド１ａを、例えば全体として楕円状
になるように配列し、かつそれに応じて内部機構も構成
して掘削を行えばｍ円状の横坑を構築することができ、
環状の横坑の形状は１１：意に選定することが可能であ
る。更に特に図示はしないが、例えば掘削土質がシルト
、粘土層などの比較的軟弱な地層の場合、７１４４図の
如くに、１′Ａ状シールド１が小円形シールド１ａの円
弧の一部が重なるようにして構成することの必要はなく
、第２図の如き環状断面の内部に、切羽掘削用の回転型
カッターが適数個設置するようにしても良い。この場合
、回転型カッターは、互いに第４図の回転型カッター１
４のようにそれぞれの掘削範囲を■１ねるように配置す
ることは必ずしも必要としない。

口のようにして、環状シールド１の全屁進が終了の後、
あるいはこの環状シールド１の掘進と略併行して未掘削
部分の地山Ｇ１を適当な方法で掘削し、かつ第１実施例
のように不用なセグメンｉ・を除去すれば巨大な地下空
間を構築しくη、地山が軟弱地盤な場合には従前に比べ
極めて作業性等が良い。

なお、上記各実施例においてセグメントを用いず、環状
シールドの後方で場所打のコンクリ−１・を打設して、
このトンネル構造物にシールドジヤツキの反力をとり、
環状シールドを前進させる、いわゆる場所打シールド工
法を適用しても良いことは勿論である。

（発明の効果） 以上のように構成した本発明によれば次の効果を得る口
とができる。

（イ）地中に巨大な空間を持つ構造物を構築する場合、
本発明においては先ず、所要断面の外周部分を、所定の
断面を持つ環状シールドで掘進し、環状のセグメントで
横坑を８１！簗するので、環状の未屁削の地山を掘削す
る場合、安全に簡易な方法で容易に掘削ができる。

（ロ）また、上記（イ）に起因して従前のシールド紅削
礪を用いて大断面の横坑を構築する場合に比ベニ期が大
巾に遅れることがないため、経済的である。

（ハ）：・ンネルの断面が大ぎい程、メリン１−が大き
い。

（ニ）環状断面の形状は略円形に限るものではなく。

楕円形、馬てい形、多角形などの任０の形状が可能であ
るので、他山に必要に応じた形状の大断面の横坑を構築
する場合に有利である。

（ホ）未続削部分の地山の掘削については、例えば１１
状シールドが発進立坑より充分艮いｙ［離掘進じた後に
、同地山の掘削を併行に行うＣともでき、作業性が良い
。

（へ）また、周囲に既に環状のセグメントが組み込末れ
ているため、未眠削部分の細則をする場合、特にシール
ド掘削機を用いる必要がなく、手掘りゃ一般に地上等で
用いられている郊削ｇ装置等により容易に掘削すること
ができる。

なお、本発明の方法および３Ａ置は泥水加圧シールド、
土圧シールド、泥土加圧シールド、泥しようシールド等
にも適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例で、第１図は
本発明装置の側断面図、第２図は同上の正面図、第３図
は横坑ないし地下空間の構築状態説明図、第４図ないし
第７図は本発明の第２実施例で、第４図は同上のｖＲ置
の正面図、第５図は同上の部分側面図、第６図は内部構
造を示す部分側断面図、第７図は構築された横坑の正面
図を示す。 １・・・・環状シールド、２・・・・外筒、３・・・・
内筒、４・・・・継材、９ａ・・・・外殻部材、９【）
・・・・内殻部材、９Ｃ・・・・支保材、Ｇ・・・・地
山、Ｇ、・・・・未眠削の他山、Ｔ・・・・横坑 はが１名 第４図 １つ 第６図 第７図 手続ネ巾正書（自発） 昭和６１年　７月２５日 昭和６１年　待　ｉ　　ＩＱ　　１１３９８４２号２、
発明の名称 環状シールド工法および環状シールド、環状セグメント
３．５補正をする者 事件との関係　５ｆＩ許出願人 名　称　　大豊建設株式会社 ４、代　　理　　人　　〒１６０ 住　　所　　　東京都新宿区西新宿７丁目１０番１３号
エナミビル５ｒ！Ｉ３ ５、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄 １、明ｍ書の「特許請求の範囲」を法文のように訂正す
る。 ［（１）環状シールドにより地山の環状の切羽部分を掘
削しつつ舶記環状シールドを掘進せしめて地中に環状の
横坑を構築することを￥Ｉ徴とした環状シールド工法。 （２）外筒と、この外筒と一体に形成され、かつ外筒よ
り小形であって内側に配設された内筒とを備え、推進装
置により地中を掘進することを特徴とした環状シールド
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）環状シールドにより地山の環状の切羽部分を掘削
   しつつ前記環状シールドを掘進せしめて地中に環状の横
   坑を構築することを特徴とした環状シールド工法。
2. （２）外筒と、この外筒と一体に形成され、かつ外筒小
   形であって内側に配設された内筒とを備え、推進装置に
   より地中を掘進することを特徴とした環状シールド。
3. （３）環状シールドの形状と略対応してその後方に組立
   てられ、かつ外殻部材、内殻部材およびそれらの間に配
   設された支保材にて成ることを特徴とした環状シールド
   工法における環状セグメント。