JPS6349034B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトンネル掘削に使用するシールド掘進
機に係り、特に１台の掘進機によりトンネル区間
中の所要部を拡幅して掘進することのできる掘削
断面可変自在なシールド掘進機に関する。

トンネル施工工事に使用されるシールド掘進機
のうち、横断面形状を円筒形に形成されたシール
ドフレームの前方に該シールドフレームとほぼ同
径のカツタ面板を回転自在に備え、該カツタ面板
の回転によつて地山切羽を掘削するシールド掘進
機は、シールドフレームの外径とほぼ同径な円形
断面のトンネル孔を地山中に掘削することが公知
である。上記掘進機は一般的にトンネル施工区間
に地下水が多く、地質が崩壊しやすい地山に使用
されるために、第１図に示すごとく水密に構成さ
れている。図中１は上記シールド掘進機であり、
２は円筒体状のシールドフレームで地山中に在つ
て土圧および地下水圧に耐える強度を有してい
る。２ｂはその後端縁である。３はカツタ面板で
あり、図示省略したカツタビツトおよび掘削土泥
取込み用スリツトを備えるとともに、図示省略し
た駆動モータ、ピニオン、駆動ギア等からなる駆
動手段により回転する駆動軸４に接続され、その
駆動回転につれて回転して地山切羽を掘削する。
５は隔壁であり、カツタ面板３の後面より所要間
隔を隔ててシールドフレーム２内に張設され、掘
削土泥や地下水がシールドフレーム２内に流入す
ることを制止する。６はカツタチヤンバであり、
上記隔壁５の前面とカツタ面板３の後面およびシ
ールドフレーム２の前方の一部分の内周面２ｃと
により区画形成されて、掘削土泥取込み用スリツ
トから取込んだ土泥を図示省略した排泥管等の排
泥水手段により、トンネルを経由して地上の土泥
処理プラントへ排出移送せしめる。７はリングガ
ーダでありシールドフレーム２の内周に沿つて固
設される補強部材である。８はシールドジヤツキ
であり、シールドフレーム２の内周面に沿つて所
要数が取付けられる。Ｓはセグメントであり、ト
ンネル孔Ｔの防護壁としてその内周に沿つて張設
され、シールドジヤツキ８の推力を支承し、その
反力により掘進機１を前進させる。９はジヤツキ
サポートである。１０はオーバーカツタでありカ
ツタ面板３内に内蔵されて図示省略した油圧制御
系により外方へ出没自在であり、地山中に突出し
てカツタ面板３の回転につれて回転してカツタ面
板３の直径以上の余掘りを行なう。この余掘りは
一般に掘進方向の制御のために実施される。Ｔは
掘削されたトンネル孔の内周面である。なお、上
記セグメントＳを円形に組立てるための配設装置
のエレクタ、およびシールドフレーム２の後端部
分の内方に取付けられて、セグメントＳの外周面
と密接して該部分をシールするテールシールは図
示省略する。

以上により上記掘進機１でシールドフレーム２
とほぼ同径の円形断面トンネル工事が施工され
る。１１はシールドフレーム２の軸芯であり、Ｌ
は軸芯１１を通る水平線、Ｖは同じく垂直線であ
る。

ところで、近年トンネルの利用範囲の拡大やト
ンネルの長大化につれてトンネル内に各種の機器
や設備、例えば電力・通信関係における各種ケー
ブルの接続部や、水道関係の配管集合部や、地下
鉄の駅舎部等が設置されるようになり、この部分
は本来の円形掘削断面の他に、これらを収容すべ
き拡幅部分を増掘削する必要が生じて来た。

しかしながら、上述の従来構成による掘進機で
は同径の円形トンネルを掘削し得るのみなので、
上記拡幅部分の増掘削には、地上より該部分へ至
る立坑を掘削するか、あるいはトンネル内に他の
掘削装置を導入して、以前に張設したセグメント
の一部を除去して拡幅工事を施工した後に再度セ
グメントを張設することを要していた。上記拡幅
工事は地下水の多いという工事条件から常に万全
な安全対策を必要とし、このため多大の作業日数
と工費を要し、きわめて非能率であるとの欠点が
あつた。

本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案さ
れたものであり、その目的はトンネルの所要部分
の拡幅工事をも施工し得る掘削断面可変自在なシ
ールド掘進機を提供することにあり、上記目的を
達成するために本発明者等は、円筒体状のシール
ドフレームの外周側にそのほぼ半円部を覆う半円
形状の被覆体を設け、これを半径方向へ移動自在
にすることにより、シールドフレームの断面形状
を拡縮自在とし掘削断面を円形および長円形に可
変自在となし得ることを見出して本発明を完成さ
せたものである。

以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

第３図乃至第６図において２１は本発明に係る
掘削断面可変自在なシールド掘進機であり、後述
するシールドフレーム２２と被覆体２５およびこ
れらを構成する各付属部材から形成される。なお
上記掘進機２１には従来どおりの部材も組込まれ
るので便宜上これを列記する。３はカツタ面板で
あり、４は駆動軸である。６はカツタチヤンバで
あり、７はリングガーダである。８はシールドジ
ヤツキであり、Ｔは円形断面トンネル孔の内周面
である。エレクタおよびテールシールは図示省略
する。

以下本発明の特長を述べる。

２２ａはシールドフレーム２２の上方半円部で
あり、下方半円部２２ｂと一体的に形成されてい
る。上方半円部２２ａの後方側は一部分を深さ方
向に切除してフリーエツヂ部２２ｃを設け、その
後端を下方半円部２２ｂの後端縁２２ｄと連接せ
しめるとともに、カツタ面板３側に臨む前方側で
隔壁２３の位置を前端面とし、これに隔壁２３を
固設せしめ、その後方に所定間隔を隔てて第２の
隔壁２４を固設する。下方半円部２２ｂは前方側
を従来例どおりカツタ面板３に近接した位置を前
端面とし、上記隔壁２３，２４を上方半円部２２
ａと同一線に固設している。駆動軸４は軸受部４
ｂ内に収納され上記隔壁２３，２４を貫通し、図
示省略した駆動手段により回転自在であり、軸受
部４ｂとの摺接部はシールされている。２５は被
覆体であり、シールドフレーム２２の下方半円部
２２ｂと同等の全長を備えて下方を開放した断面
半円形に形成され、シールドフレーム２２の上方
半円部２２ａおよびこれを一部切除したフリーエ
ツヂ部２２ｃを上方から被覆して、その外周面と
上記下方半円部２２ｂの外周面とにより、トンネ
ル孔Ｔの直径を形成する。したがつて上記上方半
円部２２ａの外径は被覆体２５の厚みだけを減じ
たものである。

上記被覆体２５は前方側に上記上方半円部２２
ａの前端に固設された隔壁２３と重合する上方隔
壁２６を軸受部４ｂ付近までの所要深さに設け重
合部２７を備える。これらにより従来と同様にカ
ツタチヤンバ６が区画形成される。２５ｂは被覆
体２５の下端側であり、シールドフレーム２２の
深さの中央部分２２ｅとの間に重合部２８を備え
る。２５ｃは被覆体２５の下端縁である。上記各
重合部２７，２８はシール構造とし、地下水や土
泥が該部分からシールドフレーム２２および被覆
体２５による被覆部分内へ流入することを制止す
るシール部を形成する。２５ｄは被覆体２５の後
端縁である。３０は掘削断面可変用ジヤツキ（以
下ジヤツキと言う）であり、その伸縮動により上
記被覆体２５を半径方向に移動自在とし、拡幅し
た長円形断面とすることおよびさらに円形断面に
可変自在とすべく、油圧制御系（図示省略）によ
り操作される。該ジヤツキ３０は隔壁２３，２４
間と、掘進機２１の後方側と図示省略した反対側
との左右対称の計４箇所に設けられ下方側のシー
ルドフレーム２２側では隔壁２３，２４間に固設
した支持部材３１と、リングガーダ７から延設さ
れた支持部材３２とに支承され、上方側の被覆体
２５側では上記各支持部材３１，３２と対応する
位置に固設した支持部材３３，３４に支承され垂
直状に取付けられる。３５は特殊な鋼製セグメン
トであり、第５図下方に示すごとく、外周面側を
抉つて空間部を形成し、この空間部にチユーブ状
の可撓性袋３６が組込まれ、図示省略した注入手
段により可撓性袋３６に充填剤等を注入すること
により膨張して、長円形断面に拡幅されたトンネ
ル内周面T₂に到達可能であり、膨張した外表面
をシールドフレームの上方半円部２２ａの内周面
や、被覆板２５の内周面、またはこれらに取付け
たテールシール（図示省略）に密接させて掘進機
２１の後方部分をシールする。なお第３図以下第
６図においては説明の簡明化のため、セグメント
Ｓの図示を省略する。

次に上記実施例の作用を述べる。通常の円形断
面トンネル掘削区間では、第３図、第４図に示す
ごとくシールドフレーム２２の上方半円部２２ａ
に被覆体２５を密接させ、該被覆体２５の外周面
とシールドフレーム２２の下方半円部２２ｂの外
周面とにより所定の円形断面を形成し、これによ
り従来どおりの円形断面のトンネル孔Ｔを掘進
し、トンネル拡幅地点に至つて上方部を拡幅した
長円形断面に掘削するに際し、上記円形断面のま
まカツタ面板３よりオーバーカツタ１０を突出さ
せ、軸芯１１より上方の地山を余掘りする。この
余掘りは被覆体２５を上昇させて所要の長円形断
面を形成し得る深さと、その全長を収容し得る空
間部分を地山中に掘削するものである。余掘り終
了後はオーバーカツタ１０をカツタ面板３内に戻
し、ジヤツキ３０の全数を同期伸長させて被覆体
２５を上記空間部分に平行に上昇移動させ、第５
図、第６図に示すごとく掘進機２１の外周形状を
所要の拡幅長円形断面に形成させる。このとき被
覆体２５に固設されている上方隔壁２６が被覆体
２５と共に上昇し、シールドフレーム２２の上方
半円部２２ａに固設された隔壁２３とにより長円
形の隔壁を形成し、かつ重合部２７の一部が重合
してカツタチヤンバ６がそのシール機能を維持す
る。掘進機２１の後方部では既設された一般の円
形断面のセグメントの前面に上記鋼製セグメント
３５が張設され、組込まれた可撓性袋３６が充填
剤等を注入されて膨張し、被覆体２５の内周面に
到達して該部分をシールすると共に、被覆体２５
の下端側２５ｂと該部分のシールドフレーム２２
の中央部分２２ｅが重合してシール部を形成して
いるために、掘進機２１内への地下水等の流入は
制止される。

ついで、上記拡幅状態において長円形断面トン
ネルの掘進を開始すべく、オーバーカツタ１０を
突出させてカツタ面板３とともに地山切羽を掘削
する。上記オーバーカツタ１０の突出量は上方で
は被覆体２５の外周面と同様になり、下方に近付
くにつれて減少し軸芯１１を通る水平線Ｌ付近で
はゼロとなり、その反対側に至つたときは突出を
再開して逐次に延出し長円形の上方部分を掘削す
るごとくなされる。

掘削された土泥はカツタチヤンバ６に取込まれ
排泥管等を介して地上に排出移送される。上記掘
削が所定量（一般にセグメントＳの長さと同長）
に達したときに掘削を中止して、シールドジヤツ
キを伸長させ推力を上記鋼製セグメント３５に支
承させその反力で掘進機２１を前進させる。前進
した後方部に露呈するトンネル孔の下方の円形部
分には従来どおりのセグメントが配設され、上方
の長円形部分にはこれに沿う形状としたセグメン
トが張設される。以後は上記作業をくりかえして
所要長さの長円形断面トンネルを掘進する。該掘
進が終了して円形断面トンネル掘削に可変するに
はジヤツキ３０を縮小させ被覆体２５を下降させ
掘進機２１を円形断面に復旧させ、オーバーカツ
タ１０はカツタ面板３に戻し、カツタ面板３のみ
にて地山切羽を円形に掘削し、セグメントを円形
に張設し、従来どおりのトンネル掘進を施工す
る。

なお、長円形断面トンネルから円形断面トンネ
ルの掘削に移行するに際し、その段差部には上記
鋼製セグメント３５を使用し、地山からトンネル
内へ地下水等が流入することを制止する。

上記実施例では上方に拡幅した長円形断面トン
ネルを述べたが、被覆体２５を水平方向に取付け
て水平方向に拡幅することも可能であり、さらに
左右両側に取付けて拡幅寸法をより大とすること
も可能である。

上記本発明によれば次のごとき優れた効果が得
られる。

(1) 円筒体状のシールドフレーム上に、その半径
方向に移動自在な被覆板を設けたので掘進機の
断面形状を円形および長円形に可変自在となし
得て、トンネル孔の掘削断面を円形から長円形
に可変することおよび長円形から円形に復旧す
ることができるので、トンネル区間中の所要位
置にて拡幅した長円形断面部分を増掘削するこ
と、および円形トンネル掘削に復旧させること
が可能となる。

(2) １項記載の作用効果により、従来トンネル拡
幅に要した立坑の掘削工事や、トンネル内に導
入した他の掘削機による拡幅部分の掘削工事お
よびこれらに伴なう既設のセグメントの除去工
事などが省略できるので、全体の工期を短縮
し、費用を低減し得る。

(3) シールドフレームの断面の拡幅可変が掘削位
置にて実施できるので、トンネル掘削を中断す
る時間は極めて短時間となり、実質的にはトン
ネル掘削が連続的に行なわれる。

(4) 各部材の重合部がシール部を確実に形成して
いるので、掘削断面を可変した場合にも掘進機
内へ地山中から地下水や土泥が流入することな
くトンネル施工工事が安全に実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知のシールド掘進機の１例を示
す縦断面図、第２図は第１図の―線矢視の後
面図、第３図は本発明シールド掘進機の縦断面
図、第４図は第３図の―線矢視の後面図、第
５図は本発明シールド掘進機の作動状態を示す縦
断面図、第６図は第５図の―線矢視の後面図
である。 図中、２１は掘削断面可変自在なシールド掘進
機、２２はシールドフレーム、２５は被覆体、３
０は被覆体２５の移動手段としたジヤツキ、２５
ｂは被覆体２５の両側端部、２８は上記両側端部
２５ｂとシールドフレーム２２の外周面との間に
設けられた重合部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒体状のシールドフレームの外周側に、そ
   の周方向に沿つてほぼ半円部を覆う被覆体を設
   け、該被覆体にこれをシールドフレームから半径
   方向へ移動させてシールドフレームの径を拡縮す
   るための移動手段を設けると共に、該被覆体の両
   端部を上記シールドフレーム外周面部との間に被
   覆体の移動を許容しつつシールするシール部を設
   けたことを特徴とする掘削断面可変自在なシール
   ド掘進機。