WO2006112013A1

WO2006112013A1 - シールド掘進機およびトンネル掘削方法

Info

Publication number: WO2006112013A1
Application number: PCT/JP2005/007170
Authority: WO
Inventors: Keizo Miki; Masataka Hayashi; Fumiyuki Yokomizo; Tomonari Maeda; Komei Sakamoto; Yasuharu Hanaoka; Shingo Takahashi
Original assignee: Obayashi Corporation; Hitachi Zosen Corporation
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-26

Abstract

　断面が矩形状にされた胴体(2)内に、それぞれ前後方向で移動自在に配置され且つ掘削断面が略正方形状にされたシールド掘削装置(11)を、上下２段で且つ左右方向４列でもって配置し、これら各シールド掘削装置に設けられるカッタヘッド(18)を、当該掘削装置におけるシールド本体(12)の中心部に回転自在に設けられた回転板体(16)に偏心した位置で回転自在に設けられた回転軸部(18a)と、この回転軸部の前端部に等間隔で放射状に突設された３本のアーム状カッタ部(18b)とから構成するとともに、回転板体と回転軸部とを互いに逆方向で且つ３対４の回転比でもってそれぞれ回転させることにより正方形状のトンネルを掘削し得るように構成したもの。

Description

明細書

シールド掘進機およびトンネル掘削方法

技術分野

[0001] 本発明は、幅が広く且つ断面が矩形状のトンネルを掘削し得るシールド掘進機およびこのシールド掘進機を用いたトンネル掘削方法に関する。

背景技術

[0002] 断面が横に長、矩形状の大き!/、トンネルを掘削するシールド掘進機としては、例えば断面が正方形状のシールド掘削装置を複数個段積み状に設けたものがある (特開 2001— 193386号参照）。

[0003] このシールド掘進機は、断面が矩形状のシールド本体内に、大口径のトンネルを掘削し得るカツタヘッドが 2個設けられるとともに、その上方部分に、断面が正方形状のトンネルを掘削し得る小型のシールド掘削装置が複数台並置されたものである。

[0004] その掘削時においては、上段の小型のシールド掘削装置により上層部の掘削を行い、そしてこの小型のシールド掘削装置を突出させた状態で、下段の大口径用の力ッタヘッドにより安定した状態で掘削を行うようにしたものである。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ところで、上記シールド掘進機の構成によると、横に長い矩形状のトンネルを掘削する際に、上方部分の地山の崩壊を防止しながら、比較的浅い部分にトンネルを構築することができるが、例えば地表に近い部分で円弧状にトンネルを掘削する場合には、その方向制御が困難であるという課題がある。

[0006] そこで、本発明は、地上の 2点間を結ぶトンネルを掘削する際に、その方向の制御を容易に行、得るシールド掘進機およびこのシールド掘進機を用いたトンネル掘削方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明のシールド掘進機は、断面が矩形状にされたシールド掘進機本体内に、それぞれ前後方向で移動自在に配置され且つ掘削断面が略正方形状にされるとともにそれぞれに圧力室が形成されたシールド掘削装置を、上下複数段で且つ左右方向複数列でもって配置し、

上記各シールド掘削装置に設けられるカツタヘッドを、当該シールド掘削装置におけるシールド掘削装置本体の中心部に回転自在に設けられた回転体に偏心した位置で回転自在に設けられた回転軸部と、この回転軸部の前端部に等間隔で放射状に突設された 3本のアーム状カツタ部とから構成するとともに、上記回転体と回転軸部とを互いに逆方向で且つ 3対 4の回転比でもってそれぞれ回転させることにより正方形状のトンネルを掘削し得るように構成したものである。

[0008] また、上記シールド掘進機のシールド掘進機本体内の両側部に、側部カツタ装置を設けたものである。

[0009] さらに、上記側部カツタ装置を、シールド掘進機本体の両側部に形成された側部空間部から前後方向で出退自在に設けられたカツタ本体部と、このカツタ本体部をシールド掘進機本体の前面から出退させる出退用シリンダ装置と、上記カツタ本体部の上下複数箇所にて配置されたカツタ部材とから構成するとともに、

上記カツタ部材を、カツタ本体部に前後方向で配置された筒状部と、この筒状部内を挿通された回転軸部と、この回転軸部の前端に設けられたカツタ部と、カツタ本体部の後壁部に配置されて上記各回転軸部を回転させる回転駆動装置とから構成したものである。

[0010] また、本発明に係るトンネル掘削方法は、上述したシールド掘進機を用いて、所定距離だけ離れた地上の 2点間または立坑と地上を接続するトンネルを掘削する際に、各シールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたは各シールド掘削装置本体の出退量を調整することによりシールド掘進機本体の姿勢を制御する方法である。

[0011] また、上記掘削方法において、掘削開始時に、両側部に配置されたシールド掘削装置を先に突出させて掘削を行う方法である。

[0012] また、上記シールド掘進機を用いて、所定距離だけ離れた地上の 2点間または立坑と地上を接続するトンネルを掘削する際に、各シールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたは各シールド掘削装置本体の出退量を調整することによりシ一ルド掘進機本体の姿勢を制御するとともに、掘削開始時に、シールド掘進機本体の両側部に配置された側部カツタ装置を先に突出させて掘削を行う方法である。

[0013] さらに、上記シールド掘進機によるトンネル掘削時に地中に埋まっている異物を撤去する際に、当該異物と干渉しない上部のシールド掘削装置を前方に突出させて地山の崩壊を防止した状態で撤去作業を行うこと方法である。

発明の効果

[0014] 上記シールド掘進機およびトンネル掘削方法によると、胴体の前部に、上下且つ左右にそれぞれ圧力室を有する複数個のシールド掘削装置を段積み状に配置するとともに、これら各シールド掘削装置を胴体の前面力もそれぞれ別個に出退自在に設けたので、例えば地上の 2点間を結ぶトンネルを構築する場合、上段のシールド掘削装置と下段のシールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたはシールド掘削装置本体の出退量を調節することにより、容易にその方向を制御することができる。すなわち、比較的、浅いトンネルを地上側力容易に掘削することができる。

[0015] また、各シールド掘削装置のカツタヘッドを、等角度でもって放射方向に突設された 3本のアーム状カツタ部により構成するとともにその回転軸部を回転体に偏心した位置で支持し、且つ回転体と回転軸部とを互、に逆方向でし力も 3対 4の回転比でもつて回転させるようにしたので、放射方向に突設されたアーム状カツタ部の回転だけで、断面が正方形状のトンネルを掘削することができ、したがって所定半径のアーム状カツタを回転させるとともに、各カツタ部の先端部内に配置されたコピーカツタ装置を用いて四隅部分だけを矩形状に掘削するものに比べて、断面が正方形状のトンネルを、余分な制御を必要とせずにすなわち容易に掘削することができる。

[0016] さらに、両側部のシールド掘削装置または側部カツタ装置により、胴体の両側部分を、中央部分より先に掘削することにより、地山の側方力の崩壊を防止することができる。

[0017] また、掘削途中において、地中に障害物となる異物が埋まっているような場合、その異物と干渉しな!、部分のシールド掘削装置、例えば異物がシールド掘進機の前方で且つ下段のシールド掘削装置に対応する位置に埋まっている場合には、まず、上段のシールド掘削装置を前方に突出させて掘削を行った後、この突出した状態で、すなわち上方の地山の崩壊を防止した状態で、作業員による異物の除去を行なえば、安全に除去作業を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施の形態 1に係るシールド掘進機の断面図である。

[図 2]図 1の A— A矢視図である。

[図 3]図 1の B— B (—部 C C矢視を含む)矢視図である。

[図 4]同シールド掘進機におけるセグメント組立装置の側面図である。

[図 5]図 4の D— D矢視図である。

[図 6]同シールド掘進機におけるトンネルの掘削作業を説明する概略断面図である。

[図 7]本発明の実施の形態 2に係るシールド掘進機の断面図である。

[図 8]図 7の要部 E— E矢視図である。

[図 9]図 7の要部 F— F矢視図である。

[図 10]図 8の G— G断面図である。

[図 11]図 10の H— H断面図である。

[図 12]同シールド掘進機における排土装置の変形例を示す断面図である。

[図 13]図 12の I I矢視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明に係るシールド掘進機およびこのシールド掘進機を用いたトンネル掘削方法の実施の形態について説明する。

[実施の形態 1]

本実施の形態 1におけるシールド掘進機およびこのシールド掘進機を用いたトンネル掘削方法を、図 1〜図 6に基づき説明する。

[0020] まず、シールド掘進機を、図 1〜図 3に基づき説明する。

[0021] このシールド掘進機 1は、断面が幅方向（水平方向）に長くされた矩形状 (長方形状 )のトンネルを掘削するためのもので、断面が幅方向で長くされた矩形状のシールド掘進機本体すなわち胴体 2の前部には、上下 2段で且つその幅方向である左右に 4 列 (合計 8台）でもって、断面が略正方形状 (以下、正方形という）のトンネルを掘削し得る小型のシールド掘削装置 11が、前後方向で移動自在に、すなわち前面から出退自在に配置されている。

[0022] 上記胴体 2は、特に、地上の 2点間を且つ地表に近い部分にて、例えば道路を地中でもって立体交差するように、すなわち最深部が円弧状で且つ全体としては「V」の字形状のトンネルを掘削し得るように前胴部 2aと、この前胴部 2aに連結具（図示しないが、例えば水平連結ピンが用いられる）を介して鉛直面内で揺動可能に連結された後胴部 2bとから構成されるとともに、中折れ用ジャッキ 3により後胴部 2bに対する前胴部 2aの上下における方向を変更し得るようにされている。なお、後胴部 2b側には、胴体 2を前進させるための掘進機本体用シールドジャッキ 4が多数設けられている。

[0023] そして、シールド掘進機 1の胴体 2の前胴部 2a内には、各シールド掘削装置 11を前後方向で出退可能 (移動可能）にその周囲を案内するための仕切板材 5が配置されている。なお、この仕切板材 3の正面視形状は、高さ方向中央に配置された水平板 5aと、この水平板 5aの上下面にそれぞれ幅方向で 4つの空間部（上下合わせて 8 つの空間）を形成するようにそれぞれ 3枚の鉛直板 5bが設けられている。勿論、上記各空間部内に、それぞれシールド掘削装置 11が配置されている。

[0024] ところで、シールド掘進機 1の空間部内にそれぞれ配置された小型のシールド掘削装置 11は、ルー口の三角形の動作原理を利用したもので、 3本のアームが放射状に突設されてなるカツタヘッドを回転させることにより断面が正方形状のトンネルを掘削するものである。

[0025] ここで、上記シールド掘削装置 11の概略構成について説明する。

[0026] このシールド掘削装置 11は、シールド掘進機 1の前胴部 2a内に設けられた仕切板材 5に支持案内されるとともに前部に配置された隔壁材 12aおよび後述する回転板体 16により圧力室 13が形成されてなる断面が正方形状のシールド掘削装置本体（以下、掘削装置本体という） 12と、この掘削装置本体 12と前胴部 2aとの間で且つ四隅付近に設けられて当該掘削装置本体 12を前後方向で所定ストローク Lでもって出退させる出退用シリンダ装置 14と、上記掘削装置本体 12の前部に軸受部材 (シール材も具備されている） 15を介して鉛直面内で回転自在に設けられるとともに外周側にリング状歯車 16aが設けられた回転板体（回転体） 16と、この回転板体 16の回転中心から所定距離 eでもって偏心した位置に設けられた筒状部材 17の貫通穴内にその回転軸部 18aが回転自在に挿通（支持)されたカツタヘッド 18と、上記回転板体 16の回転軸心と同一軸心を有するように掘削装置本体 12側に固定された中間リング状内歯車 19と、上記回転軸部 18aに固定されるとともに上記中間リング状内歯車 19に嚙合する外歯車 20と、上記回転板体 16を、その外周面に設けられたリング状歯車 16a に嚙合するピニオンを介して、所定方向に回転させる複数台の回転駆動装置 (例えば、油圧モータ、電動機が用いられる） 21とから構成されている。

[0027] この回転駆動装置 21により、回転板体 16を所定方向に回転させると、筒状部材 17 に挿通されている回転軸部 18aが半径 eでもって回転板体 16の回転中心 (掘削装置本体 12の中心軸でもある）の回りに公転し、このとき、回転軸部 18aに固定されている外歯車 20がリング状内歯車 19に嚙合して回転板体 16とは逆方向に回転される。

[0028] また、上記カツタヘッド 18は、上記筒状部材 17の貫通穴内に回転自在に挿通された回転軸部 18aと、この回転軸部 18aの前端部に、 120度間隔で放射状に突設された 3本のアーム状カツタ部 18bとから構成されており、上述したように歯車伝動機構により回転板体 16が所定方向に 1回転する間に、カツタヘッド 18は自転軸回りで且つ逆方向に 4Z3回転し、また掘削装置本体 12に対してカツタヘッド 18は所定方向に 1 Z3回転するように構成されている。すなわち、カツタヘッド 18が 1回転する間に、回転板体 16が 3回転 (公転)して、各アーム状カツタ部 18aの先端が正方形状に移動するため、断面が正方形状のトンネルが掘削されることになる。

[0029] また、上記各シールド掘削装置 11の圧力室 13を形成する隔壁材 12aには、それぞれ掘削土砂を排出するためのスクリュウ式排土装置、例えばスクリュウコンペャ 6が接続されており、これら各スクリュウコンペャ 6には、さらに当該スクリュウコンペャ 6から排出される掘削土砂を外部に搬送するための土砂圧送装置 (例えば、圧送ポンプが用いられる） 7が接続されて、る。

[0030] また、上記シールド掘進機 1の後胴部 2bには、セグメント Sをトンネル内壁面に沿つて組み立てるためのセグメント組立装置 8が配置されており、トンネルの断面幅が長いため、左右にそれぞれ配置されている（なお、図 3においては、後方から見て左側の立装置だけを図示して、る）。 [0031] このセグメント組立装置 8は、図 1および図 3に示すように、後胴部 2bの後側内周面に沿って設けられたシールドジャッキ 4を取り付けるための正面視矩形状の環状支持部材 9に、案内ローラ 31, 32を介して左右に移動可能に配置された正面視矩形状のフレーム体 33と、このフレーム体 33の内側に設けられた支持ローラ 34により鉛直面内で回転自在に支持されたリング状回転体 35と、この回転体 35の内側に設けられた U字形状の取付部材 35aの後面の左右位置にそれぞれ水平方向の支持軸材 36により鉛直面内で揺動可能に支持された一対の揺動部材 37にそれぞれ設けられた一対の移動用シリンダ装置 38と、これら両移動用シリンダ装置 38の出退用ロッド部 38a の先端に両端部がそれぞれ水平連結ピン 39を介して連結支持されるとともにセグメント Sを例えば 2軸方向で移動可能に保持し得るセグメント保持体 40と、上記一方の揺動部材 37と上記回転体 (取付部材 35a) 34側との間に設けられて当該揺動部材 3 7に固定されたシリンダ装置 38の姿勢を調整するための姿勢調整用シリンダ装置 41 とカゝら構成されている。

[0032] なお、上記セグメント保持体 40は、例えば上記水平連結ピン 39と同一軸心上でもつて延設された支持軸部 39aに前後方向で移動自在に設けられた移動部材 42と、この移動部材 42にその移動方向と直交する方向で設けられた一対のガイド軸 43に案内されて左右方向で移動可能に設けられたセグメント連結部材 44と、上記移動部材 42を前後方向で移動させる前後移動用シリンダ装置 45と、上記セグメント連結部材 44を左右方向で移動させる左右移動用シリンダ装置 46とから構成されている。

[0033] ここで、簡単に、セグメント Sの組立て作業について説明しておく。

[0034] シールド掘進機 1により掘削された矩形状のトンネルの内壁面にセグメント Sを組み立てる場合、セグメント保持体 40にセグメント Sを保持させた状態で、リング状回転体 35を回転させて当該セグメント Sの組立位置に移動させるとともに、両シリンダ装置 3 8のロッド部 38aを突出させて、セグメント Sをその組立部位に応じた姿勢にする。

[0035] このとき、回転体 35の回転姿勢によっては、その重量によりセグメント保持体 40の姿勢が変化するが、姿勢調整用シリンダ装置 41が作動されて、セグメント Sが正しい姿勢に維持または正しい姿勢となるように微調整される。

[0036] そして、前後移動用シリンダ装置 45および左右移動用シリンダ装置 46を作動させて、セグメント sをその組立位置に移動させた後、連結ボルトにより既設セグメントに固定すればよい。

[0037] また、上記左側のセグメント組立装置 8寄りの環状支持部材 9の中間部の上下間には、環状に組み立てられたセグメント S間に支柱材 SPを取り付ける際に上下間の間隔を拡げるための内壁面拡張装置 51が設けられて、る。

[0038] この内壁面拡張装置 51は、図 4および図 5に示すように、矩形状の環状支持部材 9 に上下の旋回ピン 52を介して水平面内で旋回可能に且つ上下方向で配置された旋回支柱体 53と、この旋回支柱体 53を旋回させる旋回用シリンダ装置 54と、上記旋回支柱体 53の中間部上下位置に設けられた伸縮用シリンダ装置 55を介して上下方向で設けられた筒状体 56と、この筒状体 56内の上下部にそれぞれ出退自在に配置された拡張用棒状出退部材 57と、同じく筒状体 56内に配置されて上記両棒状出退部材 57を出退させる出退用シリンダ装置 58とから構成されている。

[0039] 上記旋回用シリンダ装置 54により、旋回支柱体 53に設けられた筒状体 56が、環状支持部材 9側の格納位置 (a)とセグメント S側の使用位置 (b)との間で 90度旋回される。

[0040] したがって、トンネルの内壁面に配置された上下のセグメント S間に支柱材 SPを取り付ける際には、まず旋回用シリンダ装置 54により旋回支柱体 53を旋回させるとともに伸縮用シリンダ装置 55により、筒状体 56をセグメント S側に移動させた後、出退用シリンダ装置 58を作動させて上下の棒状出退部材 57を突出させてセグメント S間を押し拡げる。そして、この状態で、支柱材 SPを取り付ければよい。

[0041] なお、図 3においては、セグメント組立装置 8を後方力見て左側のものし力示していないが、勿論、右側にも同様のセグメント組立装置が配置されており、少なくとも、一方だけが左右方向に移動可能に構成されておればよい。この移動可能にしたのは、上壁部および下壁部における中間部分のセグメント sを^ aみ立てるためであり、

V、ずれか一方の組立装置を用いればよ!、からである。

[0042] 次に、上記シールド掘進機 1により、地上側で所定距離だけ離れた 2点間において、地表に近い浅い部分にてトンネルを掘削する場合を、図 1〜図 6を参照して説明する。 [0043] まず、地上側の一方の掘削位置 PIから、シールド掘進機 1によりトンネル Tの掘削を開始する。

[0044] すなわち、一方の掘削位置 P1において、シールド掘進機 1によりトンネルの掘削を開始し得る浅、位置にシールド掘進機 1を据え付けた後、緩、傾斜にて掘削を開始する。

[0045] この掘削を開始する際には、まず、両側部に配置されたシールド掘削装置 11にて

、他の中間部分のシールド掘削装置 11よりも先行して掘削を行い、その後、残りのシ一ルド掘削装置 11により掘削が行われる。

[0046] このように、最初に、両側部を掘削することにより、土被りがない地上 (または、半地下)から地中への掘削を安定した状態で行うことができる（地中力地上への掘削についても同様である）。

[0047] また、掘削中において、シールド掘進機 1の掘進方向の調整は、中折れ用ジャッキ 3および掘進機本体用シールドジャッキ 4により行われるが、その微調整については、上段または下段のシールド掘削装置 11の圧力室 13における排土量および Zまたは出退用シリンダ装置 14による掘削装置本体 12の出退量を調節することによつても行われる。勿論、排土量の調節については、スクリュウコンペャ 6により行われる。

[0048] この状態で掘削を続け、最深部付近においては、ほぼ直線から曲率半径が大きい円弧状でもって掘削が行われ、その後、上向きに直線状に掘削を行うことにより、地上の 2点間 PI, P2を、地表に近い「V」の字形状 (一部が円弧状)のトンネル Tでもつて接続することができる。すなわち、既存の道路の下を潜るような新しいトンネルを容易に掘削することができる。なお、地中から地表に出る部分 (掘削終了時)では、掘削開始時と同様に、先に、両側部におけるシールド掘削装置 11により、先行して掘削が行われる。

[0049] 勿論、シールド掘進機 1の掘進に合わせて、セグメント組立装置 8により、セグメント Sが順次組立てられてトンネル内壁体が構築される。

[0050] また、掘削途中において、地中に障害物となる異物が埋まっている場合、その異物と干渉しな!、部分のシールド掘削装置 11、例えば異物がシールド掘進機 1の前方で且つ下段のシールド掘削装置 11 (11B)に対応する位置に埋まっている場合には、まず、上段のシールド掘削装置 11 (11A)を前方に突出させて掘削を行った後、この突出した状態で、すなわち上方の地山の崩壊を防止した状態で、作業員による異物の除去を行なえば、安全に除去作業を行うことができる。

[0051] さらに、掘削途中において、地山が軟弱である場合には、上記異物の除去と同様に、上段のシールド掘削装置 11 (11A)により先に掘削を行った後、上段のシールド掘削装置 11 (11A)が突出した状態で、下段のシールド掘削装置 11 (11B)を突出させて掘削すれば、地山の崩壊による影響を殆ど受けることなぐすなわち効率良くトンネルを掘削することができる。

[0052] このように、シールド掘進機 1の胴体 2の前部に、上下且つ左右にそれぞれ圧力室 13を有する複数個のシールド掘削装置 11を段積み状に配置するとともに、これら各シールド掘削装置 11を胴体 2の前面力もそれぞれ別個に出退自在に設けたので、例えば地上の 2点間に、比較的浅い位置で、少なくとも一部が円弧状となるようなトンネルを構築する場合、掘進機本体用シールドジャッキ 4に加えて、上段のシールド掘削装置 11 (11A)と下段のシールド掘削装置 11 (11B)の圧力室 13における排土量および Zまたは掘削装置本体 12の出退量を調節することにより、容易にその方向を制御することができる。すなわち、比較的、浅いトンネルを地上側から容易に掘削することがでさる。

[0053] また、各シールド掘削装置 11のカツタヘッド 18を、等角度でもって放射方向に突設された 3本のアーム状カツタ部 (ルー口の三角形に等しい） 18bにより構成するとともにその回転軸部 18aを偏心した位置で支持し、且つ回転板体 16と回転軸部 18aとを互いに逆方向でしかも 3対 4の回転比でもって回転させるようにしたので、放射方向に突設されたアーム状カツタ部 18bの回転だけで、断面が正方形状のトンネルを掘削することができ、したがって所定半径のアーム状カツタを回転させるとともに、各カツタ部の先端部内に配置されたコピーカツタ装置を用いて四隅部分だけを矩形状に掘削するものに比べて、断面が正方形状のトンネルを、余分な制御を必要とせずにすなわち容易に掘削することができる。

[実施の形態 2]

次に、本実施の形態 2におけるシールド掘進機およびトンネル掘削方法にっ、て説明するが、上述した実施の形態 1と異なる箇所は、シールド掘進機の両側部に掘削幅が狭いカツタ装置を具備させるとともに、排土装置についても少し変更されており、したがって本説明においては、異なる部分にだけ着目して説明するとともに、実施の形態 1と同一の構成部材については、同一の番号を付してその説明を省略する。

[0054] すなわち、図 7〜図 11に示すように、シールド掘進機 1の胴体 2の両側部には、仕切り部材 71により、外側の上下段のシールド掘削装置 11に対応する位置で、縦に細長い側部空間部 72が上下に 2個形成されるとともに、これら各側部空間部 72内には、細長い部分を掘削するための側部カツタ装置 73が設けられている。

[0055] これら各側部カツタ装置 73は、側部空間部 72内に且つ前後方向で出退自在に設けられるとともに、前部に配置された隔壁材 74により中央が後方に凹むような側面視が三角形状の土砂取込み用の圧力室 75が形成されたカツタ本体部 76と、このカツタ本体部 76の後面とシールド掘進機 1側との間で且つ上下に設けられて当該カツタ本体部 76を胴体 (シールド装置本体） 2の前面から出退させる側部出退用シリンダ装置 77と、上記カツタ本体部 76の上下に例えば 7箇所に設けられたカツタ部材 78とから構成されている。

[0056] そして、上記各カツタ部材 78は、カツタ本体部 76に前後方向で配置された筒状部 81と、この筒状部 81内を揷通された回転軸部 82と、この回転軸部 82の前端に設けられた非常に小さい穴径のトンネルを掘削し得るカツタ部 83と、カツタ本体部 76の後壁部に配置されて上記各回転軸部 82を回転させる回転駆動装置 84とから構成されている。

[0057] この回転駆動装置 84は、例えば 7本の回転軸部 82を、 2本づつおよび 1本をそれぞれ回転させるもので、図 9および図 10に示すように、上から 1番目および 2番目の回転軸部 82を、上から 3番目および 4番目の回転軸部 82を、上から 6番目および 7番目の回転軸部 82を、それぞれ伝動用歯車などを介して、 1台の電動機 85により、すなわち計 3台の電動機 85により回転させるようにするとともに、 5番目の回転軸部 82 につ、ては、 1台の電動機 85により回転させるようにして、る。

[0058] さらに、中央の 3本の回転軸部（3番目〜 5番目） 82については、その圧力室 75内に取り込まれた掘削土砂を側部空間部 72の後方に排出するために、その外周にはスクリュウ羽根 86が取り付けられて排土機能が具備されている。したがって、この部分の後壁部には、 3本のスクリュウ羽根 86により排出される掘削土砂を纏めて排出するための排土用空間室 87が形成され、勿論、この排土用空間室 87の下面には排土ロ 87aが設けられるとともに、この排土ロ 87aを開閉する開閉ゲート 88および当該ゲートの開閉用シリンダ装置 89が設けられている。

[0059] したがって、各カツタ部 83を電動機 85により回転させながら側部出退用シリンダ装置 77によりカツタ本体部 76を前方に例えば所定距離 L' 突出させると、胴体 2の両側部において幅が非常に狭い前方部分だけを掘削することができ、またこのカツタ本体部 76を突出させた状態で、各シールド掘削装置 11により所定部分の掘削を行うようにすれば、少なくとも、側方力もの地山の崩壊を防止することができる。なお、この側部カツタ装置 73の突出距離 L' は、シールド掘削装置 11の突出距離 Lよりも大きくされており、すなわちカツタ本体部 76の方がシールド掘削装置 11の掘削装置本体 12よりも前方部分を掘削し得るようにされて、る。

[0060] 次に、シールド掘進機 1における排土装置について説明しておくと、上記実施の形態 1においては、各シールド掘削装置 11から排出される掘削土砂を排出するために、スクリュウコンペャおよび土砂圧送装置を設けた力本実施の形態 2においては、土砂圧送装置を設けずに、図 7および図 9に示すように、各シールド掘削装置 11に、比較的排出距離が長いスクリュウコンペャ 91, 92だけを設けたものである。なお、上段のシールド掘削装置 11に接続されるスクリュウコンペャ 91につ、ては、殆ど直線状のものが用いられるが、下段のシールド掘削装置 11に接続されるスクリュウコンペャ 92につ、ては、傾斜部 92aと水平部 92bとから構成されて、る。

[0061] 次に、本実施の形態 2に係る掘削動作を、上述した実施の形態 1と異なる部分に着目して簡単に説明しておく。

[0062] すなわち、地上の 2点間 PI, P2を、地表に沿って側面視が「V」の字形状のトンネル Tの掘削を開始する際に、まず、側部カツタ装置 73により、胴体 2の両側部分を、中央部分に配置された各シールド掘削装置 11による掘削に先行して、掘削を行う。勿論、これは、実施の形態 1で述べたように、上被りがない地上力地中への掘削を容易に行うためである。 [0063] この側部カツタ装置 73により掘削を行う場合、回転駆動装置 84、すなわち電動機 8 5により各カツタ部 83を回転させるとともに、側部出退用シリンダ装置 77を突出させて、胴体 2の両側の細い部分の掘削を行う。

[0064] この掘削により圧力室 75内に取り込まれた土砂は、中間のカツタ部 83に設けられたスクリュウ羽根 86により後方の排土用空間室 87内に移送され、その排土ロ 87aから胴体 2内に排出される。

[0065] このように、側部カツタ装置 73により、胴体 2の両側部分を、中央部分より先に掘削することにより、地山の側方からの崩壊を防止することができる。

[0066] ところで、シールド掘進機 1からの掘削土砂を排出するのに、図 12および図 13に示すように、左側および右側にそれぞれ配置された上下左右の 4台のシールド掘削装置 11に設けられたスクリュウコンペャ 93を、左右それぞれに配置された一台の合流用スクリュウコンペャ 94に接続して、纏めて排出するようにしてもよ!、。

[0067] この場合、合流用スクリュウコンペャ 94の上下面に、それぞれ上段の 2台のシールド掘削装置 11 (11A)からのスクリュウコンペャ 93との接続用の上部接続口 94aおよび下段の 2台のシールド掘削装置 11 (11B)力ものスクリュウコンペャ 93との接続用の下部接続口 94bが設けられるとともに、それぞれ開閉用シリンダ装置 95により各接続口 94a, 94bの途中を開閉し得る開閉ゲート 96が設けられる。

[0068] なお、上部接続口 94aおよび下部接続口 94bに開閉ゲート 96を設けているので、上段のシールド掘削装置 11 (11A)だけにて掘削する場合、または下段のシールド掘削装置 11 (11B)だけで掘削する場合に対応することができる。

[0069] ところで、各実施の形態において、各シールド掘削装置 11を同じ形状'寸法の正方形状とし、その配列個数および側部カツタ装置 73の幅を調整することにより、トンネルの幅方向の変化に容易に対応することができる。

[0070] すなわち、道路のトンネルにおいては、高さ方向が変わる可能性は低いが、幅方向は微妙に変化することが多ぐ正方形状のシールド掘削装置に汎用性を持たせ、どのような幅においてもその掘削装置の設置個数で対応し、また設置個数でどうしても対応することができな、微調整を行う場合には、側部カツタ装置の幅を変更することにより、容易に対応することができる。その結果、正方形状のシールド掘削装置の汎用性が高くなり、種々のトンネル工事に転用することができ、コストダウンを図ることができる。勿論、シールド掘削装置の段積個数を調整することにより、トンネルの高さ方向の変更にっヽても対応することができる。

[0071] また、上記各実施の形態においては、最深部が円弧状にされた側面視が略「V」の字形状にトンネルを掘削する場合について説明したが、勿論、上記シールド掘進機により、全体的に非常に曲率半径が大きい円弧状のトンネルを掘削することもできる

[0072] さらに、上記各実施の形態においては、地上の 2点間に亘つてトンネルを掘削する場合について説明したが、例えば一方が立坑であり、この立坑と所定距離だけ離れた地上とに亘つてトンネルを掘削する場合にも適用することができる。

産業上の利用可能性

[0073] 本発明のシールド掘進機およびトンネル掘削方法によると、胴体の前部に、上下且つ左右に複数個のシールド掘削装置を段積み状に配置するとともに、これら各シールド掘削装置を胴体の前面力もそれぞれ別個に出退自在に設けたので、例えば地上の 2点間に、比較的浅い位置で、少なくとも一部が円弧状となるようなトンネルを構築する場合、掘進機本体用シールドジャッキに加えて、上段のシールド掘削装置と下段のシールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたは掘削装置本体の出退量を調節することにより、容易にその方向を制御することができる。すなわち、比較的、浅、トンネルを地上側力掘削するのに適して、る。

Claims

請求の範囲

[1] 断面が矩形状にされたシールド掘進機本体内に、それぞれ前後方向で移動自在に配置され且つ掘削断面が略正方形状にされるとともにそれぞれに圧力室が形成されたシールド掘削装置を、上下複数段で且つ左右方向複数列でもって配置し、上記各シールド掘削装置に設けられるカツタヘッドを、当該シールド掘削装置におけるシールド掘削装置本体の中心部に回転自在に設けられた回転体に偏心した位置で回転自在に設けられた回転軸部と、この回転軸部の前端部に等間隔で放射状に突設された 3本のアーム状カツタ部とから構成するとともに、上記回転体と回転軸部とを互いに逆方向で且つ 3対 4の回転比でもってそれぞれ回転させることにより正方形状のトンネルを掘削し得るように構成したことを特徴とするシールド掘進機。

[2] シールド掘進機本体内の両側部に、側部カツタ装置を設けたことを特徴とする請求項 1に記載のシールド掘進機。

[3] 側部カツタ装置を、シールド掘進機本体の両側部に形成された側部空間部から前後方向で出退自在に設けられたカツタ本体部と、このカツタ本体部をシールド掘進機本体の前面から出退させる出退用シリンダ装置と、上記カツタ本体部の上下複数箇所にて配置されたカツタ部材とから構成するとともに、

上記カツタ部材を、カツタ本体部に前後方向で配置された筒状部と、この筒状部内を挿通された回転軸部と、この回転軸部の前端に設けられたカツタ部と、カツタ本体部の後壁部に配置されて上記各回転軸部を回転させる回転駆動装置とから構成したことを特徴とする請求項 2に記載のシールド掘進機。

[4] 請求項 1に記載のシールド掘進機を用いて、所定距離だけ離れた地上の 2点間または立坑と地上を接続するトンネルを掘削する際に、各シールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたは各シールド掘削装置本体の出退量を調整することによりシールド掘進機本体の姿勢を制御することを特徴とするトンネル掘削方法。

[5] 掘削開始時に、両側部に配置されたシールド掘削装置を先に突出させて掘削を行うことを特徴とする請求項 4に記載のトンネル掘削方法。

[6] 請求項 2に記載のシールド掘進機を用いて、所定距離だけ離れた地上の 2点間または立坑と地上を接続するトンネルを掘削する際に、各シールド掘削装置の圧力室における排土量および Zまたは各シールド掘削装置本体の出退量を調整することによりシールド掘進機本体の姿勢を制御するとともに、掘削開始時に、シールド掘進機本体の両側部に配置された側部カツタ装置を先に突出させて掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。

[7] 請求項 1に記載のシールド掘進機によるトンネル掘削時に地中に埋まって、る異物を撤去する際に、当該異物と干渉しない上部のシールド掘削装置を前方に突出させて地山の崩壊を防止した状態で撤去作業を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。