(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に複数に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）として所定半径の螺旋トンネルを掘削する時に、
前記捻り角：β（rad）を、β＝tan-1（θ×tanα）とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
【請求項２】
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられた複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）として所定半径の螺旋トンネルを掘削する時に、
前記捻り角：β（rad）を、β＝tan-1（θ×tanα）とすることにより、
前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
【請求項３】
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に３個以上に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
前記捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の１／２、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の１／２とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
【請求項４】
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられて前後に３個以上に分割された複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
前記捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の１／２、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の１／２とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させる
ことを特徴とする螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
【請求項５】
連結部に、前側胴部の連結端面と後側胴部の連結端面との合致部分からはみ出す胴部拡張部が形成され、
前側胴部と後側胴部の連結部側の外面に、前記胴部拡張部を削除する削除面部および前記胴部拡張部に連続する増径面部の少なくとも一方を設けた
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の螺旋トンネル掘削用シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、矩形断面や長円形断面、まゆ形断面などの非円形断面の螺旋トンネルを掘削するためのシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば地下大空間の周壁や地下道路の立体ジャンクションを形成するために、螺旋トンネルを掘削することがある。このような場合、従来では、図１９（ａ）に示すように、前胴１と後胴２とを球面継手を介して屈曲中心３を中心に屈曲自在に連結した掘削機本体４を使用している。しかし、上記構成では、曲率が小さくなるほど大きい断面を余掘りしなければならなくなり、特に密閉形の場合には余掘り量に制約を受けること、余掘り後の注入剤の使用が増大すること、急勾配の螺旋トンネルの場合の施工工期が長くなることなどの問題点がある。これらの問題点を解消するものとして提案された特許文献１の掘削機本体７は、図１９（ｂ）に示すように、前胴５と後胴６とを螺旋トンネルの曲率と同一の円弧状に形成している。これにより、余掘りをなくすことができ、余掘りによる注入剤の削減や地盤沈下を防止することができる。
【０００３】
ところで、特許文献１は円形断面トンネルを掘削するものであるが、トンネル内に道路などを設置する場合、円形断面では、使用面積に対する掘削面積が広く、使用効率が低いために、矩形断面やまゆ形断面、長円形断面、釣鐘形断面などの非円形断面が数多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１７６５９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
螺旋トンネルを非円形断面で掘削する場合、セグメントは常に正立姿勢、たとえば矩形断面の場合には、上下面が水平で、内外周面が鉛直となるように、組み立てる必要がある。図１９（ｂ）に示す円弧状の掘削機本体８を使用して、螺旋トンネルを掘削する場合のトンネルの傾きについて、図１９（ｃ）を参照して説明する。
【０００６】
まず、図１９（ｃ６〜ｃ８）は、上記従来の円弧状の掘削機本体８を水平に配置した中心軸心上の平面視の断面を示す円弧面ＣＰである。この円弧面ＣＰを、螺旋半径に沿う後端辺を中心に勾配αだけ前部上方に傾斜させると、図１９（ｃ３〜ｃ５）に示す傾斜姿勢となる。一方、傾斜姿勢の円弧面ＣＰと同じ占有角θで同じ勾配αの螺旋面ＳＰは、図１９（ｃ１，ｃ２）に示すとおりである。
【０００７】
前記傾斜円弧面ＣＰと螺旋面ＳＰとを比較すると、後端辺はそれぞれ水平であるが、螺旋面ＳＰの前端辺が水平であるのに対して、円弧面ＣＰの前端辺がＢ−Ｂ矢視でβだけ内周側下方に傾斜され、捻り角βが生じている点で相違している。
【０００８】
したがって、図１９（ｄ）に示すように、円弧状の掘削機本体４を、勾配分θだけ前部上方に傾斜させて、螺旋経路上をたとえば左のカーブに沿って掘進させても、一点鎖線で示す正立姿勢の螺旋トンネルＴｓに対して、前端部では捻り角βだけ掘進方向に向かって反時計方向に捻れた実線の傾斜円弧トンネルＴｃしか掘削することができず、掘進するに従って反時計方向に捻れたトンネルが形成されて、螺旋トンネルをスムーズに掘削できないという問題があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決して、非円形断面のトンネルを正立姿勢で螺旋経路に沿って容易に掘進できるとともに、製作も容易で低コストで提供できる螺旋トンネル掘削用シールド掘進機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】
【００１０】
請求項１記載の発明は、
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に複数に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）として所定半径の螺旋トンネルを掘削する時に、
前記捻り角：β（rad）を、β＝tan-1（θ×tanα）とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
請求項２記載の発明は、
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられた複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）として所定半径の螺旋トンネルを掘削する時に、
前記捻り角：β（rad）を、β＝tan-1（θ×tanα）とすることにより、
前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、螺旋軸を中心とする円弧状に形成するとともに、前後に３個以上に分割された複数の胴部により構成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
前記捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の１／２、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の１／２とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
請求項４記載の発明は、
螺旋軸を中心として所定の勾配の螺旋経路に沿って、非円形断面の螺旋トンネルを掘削する螺旋トンネル掘削用シールド掘進機であって、
前部に掘削装置を有し、後部に螺旋トンネルに沿って覆工体を組み立てるエレクタ装置を有するシールド本体を、前後に複数に分割された複数の胴部により構成するとともに、当該各胴部を、螺旋トンネルに内接するように中間部で折り曲げられて前後に３個以上に分割された複数の直状断面の分割胴部により形成し、
互いに隣接される後方の胴部に対して前方の胴部を、掘進方向に向かって左右一方に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合に、左右他方に所定の捻り角で捻って連結固定し、
前記捻り角は、連結部の前後の胴部の合計の周長または螺旋軸を中心とする占有角の比率により設定され、ここで周長は、端部の胴部は全周長、中間の胴部は周長の１／２、また占有角は、端部の胴部は全占有角、中間の胴部は占有角の１／２とすることにより、前端の胴部の前端面と後端の胴部の後端面とをそれぞれ螺旋経路上の螺旋トンネル断面に略合致させるものである。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、
連結部に、前側胴部の連結端面と後側胴部の連結端面との合致部分からはみ出す胴部拡張部が形成され、
前側胴部と後側胴部の連結部側の外面に、前記胴部拡張部を削除する削除面部および前記胴部拡張部に連続する増径面部の少なくとも一方を設けたものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、非円形断面のシールド本体を、螺旋軸を中心とする螺旋半径に沿った円弧状に形成するとともに、シールド本体を構成する胴部の連結部で、後側胴部に対して前側胴部を、掘進方向に向かって左方向に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合は、右方向（時計方向）に所定の捻り角［螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）とした時に、前記捻り角：β（rad）＝tan-1（θ×tanα）］だけ捻り、掘進方向に向かって右方向に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合は、左方向（反時計方向）に所定の捻り角［螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）とした時に、前記捻り角：β（rad）＝tan-1（θ×tanα）］だけ捻って連結固定することにより、シールド本体の前端面と後端面とを螺旋経路上のトンネル断面に略合致させる。これにより、前部で掘削した螺旋トンネル断面を後方の胴部が通過する時に、シールド本体をローリングさせる捻り力を付与することができ、前端面と後端面の捻れの位相差により、シールド本体を旋回させつつ螺旋トンネルを掘進することができ、余掘り量を少なくして、非円形断面の螺旋トンネルをスムーズに掘削することができる。またシールド本体自体を捻った立体形状にすることなく、円弧状に形成した胴部を捻って連結するだけでよいので、低コストで製作でき、さらに捻り角を変更することにより、勾配の異なる螺旋トンネルの掘削にも適用することができ、汎用性を拡大することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、非円形断面のシールド本体を構成する各胴部を、螺旋軸を中心とする螺旋トンネルに内接する折り曲げ形状に形成するとともに、シールド本体を構成する胴部の連結部で、後側胴部に対して前側胴部を、掘進方向に向かって左方向に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合は、右方向（時計方向）に所定の捻り角［螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）とした時に、前記捻り角：β（rad）＝tan-1（θ×tanα）］だけ捻り、掘進方向に向かって右方向に旋回して螺旋トンネルを掘削する場合は、左方向（反時計方向）に所定の捻り角［螺旋軸を中心とする螺旋トンネルの占有角：θ（rad）、螺旋トンネルのリード角：α（rad）とした時に、前記捻り角：β（rad）＝tan-1（θ×tanα）］だけ捻って連結固定することにより、シールド本体の前端面と後端面とを螺旋経路上のトンネル断面に略合致させる。これにより、前端面で掘削した螺旋トンネル断面を後方の胴部が通過する時に、シールド本体をローリングさせる捻り力を付与することができ、前端面と後端面の捻れの位相差により、シールド本体を旋回させつつ螺旋トンネルを掘進することができ、余掘り量を少なくして、非円形断面の螺旋トンネルをスムーズに掘削することができる。また各胴部を円弧形状にすることなく、直状断面の分割胴部を折り曲げて形成するとともに、前後の胴部を捻って連結してシールド本体を形成するだけでよく、容易に短期間で製作でき、製作コストを削減することができる。さらに捻り角や折り曲げ角を変更することにより、勾配や半径の異なる螺旋トンネルの掘削にも適用することができ、汎用性を拡大することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１の作用効果に加えて、連結固定される複数の胴部の捻り角を、その胴部の占有角または周長から求めることにより、螺旋トンネルから突出する胴部断面積を少なくして余掘り量を減少させることができ、スムーズに非円形断面の螺旋トンネルを掘削することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項２の作用効果に加えて、連結固定される複数の胴部の捻り角を、その胴部の占有角または周長から求めることにより、螺旋トンネルから突出する胴部断面積を少なくして余掘り量を減少させることができ、スムーズに非円形断面の螺旋トンネルを掘削することができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、前側胴部と後側胴部の連結部に、胴部拡張部に連続する増径面部や胴部拡張部を削除する削除面部を形成することにより、連結部における断部をなくして連続面を形成することができ、掘進抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の実施例１を示し、シールド本体の概略斜視図である。
【図２】シールド本体の連結部を示す正面視の横断面図である。
【図３】螺旋トンネルを示す側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は捻り角の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は同図（ａ）に示すＡ−Ａ矢視図である。
【図５】シールド掘進機を示す平面視の断面図である。
【図６】シールド掘進機を示す縦断面図である。
【図７】本発明に係る螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の実施例２を示し、３つの胴部を有するシールド掘進機の概略平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ他の非円形断面の螺旋トンネルを掘削するシールド掘進機の胴部を示す正面図で、（ａ）は楕円形断面、（ｂ）はまゆ形断面、（ｃ）は角丸正方形断面、（ｄ）は長円形断面、（ｅ）は釣鐘形断面、（ｆ）は長辺膨出タイプの矩形断面を示す。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明に係るシールド掘進機の胴部の実施例３を示し、（ａ）は実施例１の連結部を示す横断面図、（ｂ）は実施例１の連結部を示す斜視図、（ｃ）は第１連結構造の増設部と削除部を示す斜視図、（ｄ）は第１連結構造の増径面部と削除面部を示す斜視図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施例３の第２連結構造を示し、（ａ）は増設部と削除部を示す斜視図、（ｂ）は増径面部と削除面部を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施例３の第３連結構造を示し、（ａ）は増設部と削除部を示す斜視図、（ｂ）は増径面部と削除面部を示す斜視図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明に係るまゆ形断面の螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の胴部の実施例４の基本構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ実施例４の連結部の第１連結構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ実施例４の連結部の第２連結構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は平面図である。
【図１５】本発明に係る螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の折り曲げ部を有する胴部の実施例５の基本構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は分解斜視図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ実施例５の連結部を示し、（ａ）は第１連結構造を示す斜視図、（ｂ）は第２連結構造を示す斜視図、（ｃ）は第３連結構造を示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の折り曲げ部を有する胴部の実施例６の基本構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は分解斜視図である。
【図１８】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ実施例６の連結部を示し、（ａ）は第１連結構造を示す斜視図、（ｂ）は第２連結構造を示す斜視図である。
【図１９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ従来の技術を説明するシールド掘進機と掘削トンネルを示し、（ａ）は従来の屈曲式シールド掘進機、（ｂ）は特許文献１に開示された円弧状の屈曲式シールド掘進機、（ｃ１）は螺旋面の正面図、（ｃ２）は螺旋面の左側面端面図、（ｃ３）は傾斜円弧面の平面図、（ｃ４）は傾斜円弧面の正面図、（ｃ５）は（ｃ３）に示すＢ−Ｂ矢視端面図、（ｃ６）は水平円弧面の正面図、（ｃ７）は（ｃ８）に示すＣ−Ｃ矢視端面図、（ｃ８）は水平円弧面の平面、（ｄ）は螺旋トンネルと傾斜円弧トンネルの比較斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係るシールド掘進機の実施例を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
図１，図３に示すように、この螺旋トンネル掘削用シールド掘進機は、螺旋軸Ｏｓを中心とする勾配：α、ピッチ：Ｐの螺旋経路Ｓに沿って矩形（正方形を含む）断面の螺旋トンネルＴｓを、上下辺が水平で左右側辺が鉛直な正立姿勢で掘削するもので、切羽崩壊土圧を保持する圧力室を有しない開放形に構成されている。もちろん、密閉形（圧力保持形）であってもよい。このシールド掘進機のシールド本体１１は、互いに連結された前胴１２と後胴１３とを具備し、螺旋トンネルＴｓよりひと回り大きい相似形の略矩形断面に形成されている。また前胴１２および後胴１３は、螺旋トンネルＴｓの螺旋軸Ｏｓを中心とする円弧状にそれぞれ形成されている。
【００２０】
前胴１２および後胴１３の外殻（スキンプレート）は、平板状の上面プレート１２Ｕ，１３Ｕおよび下面プレート１２Ｄ，１３Ｄと、円弧板状の内周面プレート１２Ｉ，１３Ｉおよび外周面プレート１２Ｏ，１３Ｏにより形成されている。
【００２１】
図５，図６に示すように、前胴１２の前部に、上下方向の中央部に配置された水平区画板１４と、幅方向の中央部に配置された垂直区画板１５が設けられて、上下左右に四つの掘削室１６が形成され、各掘削室１６に、作業員によりそれぞれ操作されるバックホー形の掘削装置１７が２基ずつを設置されている。また各掘削室１６には、集荷排土コンベヤ１８がそれぞれ設置され、掘削した土砂を集荷排土コンベヤ１８から合流排土コンベヤ１９を介してシールド本体１１の後方に搬出する。
【００２２】
後胴１３には、螺旋トンネルＴｓの内面に沿って複数のセグメント（覆工体）２３を矩形断面に組み立てるエレクタ装置２１が配置されている。またエレクタ装置２１の外周部には、組み立てられたセグメント２３を反力受けとしてシールド本体１１を推進させる複数の推進ジャッキ２２が周方向所定間隔ごとに設置されている。
【００２３】
このシールド本体１１は、たとえば略１／２の占有角（θ／２）で旋回軸Ｏｓの半径方向でシールド本体１１の軸心（シールド軸心Ｏという）に直交する平面で分割された前胴１２と後胴１３とで構成され、前胴１２と後胴１３とは連結部３１で連結されている。この連結部３１では、前胴１２と後胴１３とをシールド軸心Ｏ周りに所定方向に所定の捻り角βで捻った状態で連結固定され、前胴１２の前端面と後胴１３の後端面とを、それぞれ螺旋トンネルＴｓに略合致させている。ここで「略」とは、掘削した螺旋トンネルＴｓ内でセグメント２３を組み立てる範囲で支障のない誤差をいう。
【００２４】
すなわち、この連結部３１は、前胴１２の後端部に、スキンプレート１２Ｕ，１２Ｄ，１２Ｉ，１２Ｏからシールド軸心Ｏに直交する平面上で内側に直角に折り曲げられた前フランジ板３２が設けられ、後胴１３の前端部に、スキンプレート１３Ｕ，１３Ｄ，１３Ｉ，１３Ｏからシールド軸心Ｏに直交する平面上で内側に直角に折り曲げられて、前記前フランジ板３２に対面される後フランジ板３３が設けられている。そしてこれら前フランジ板３２と後フランジ板３３が、たとえば周方向所定間隔ごとに取り付けられた複数の連結具である連結ボルト（連結手段）３４により連結固定されている。この連結ボルト３４は、連結手段として特に限定されるものではなく、溶接接合などを用いてもよい。
【００２５】
（前胴と後胴の捻りについて）
ここで、前胴１２と後胴１３との捻り角βが必要な理由を簡単に説明する。
矩形断面の螺旋トンネルを掘削する場合、セグメントは正立姿勢で組み立てられるため、後胴の後端面を正立姿勢に保持する必要がある。円弧状のシールド本体では、前述したように、掘進方向に左右一方に旋回して螺旋経路Ｓを掘削する場合、シールド本体は左右一方に回転するので、左右他方側に強制的に捻りを加えながら掘進する必要がある。たとえば掘進方向に左旋回して螺旋経路Ｓを掘進する場合、シールド本体は反時計回りに回転するので、強制的に時計回りに捻りを加えながら掘進する。
【００２６】
この場合、シールド本体前端の掘削部では、予め通過するシールド本体後方側の捻り分の余掘り量を掘削するが、この余掘り量は余分な空間を形成するだけであり、これだけでシールド本体の姿勢を変更するだけのローリング（捻り）力が働くものではない。またシールド本体は、後部周囲に設けられた推進ジャッキにより推力を与えられ、これら推進ジャッキの伸縮量により（屈曲式シールドの場合は、屈曲ジャッキによる上下左右の屈曲と共に）姿勢制御を行っているが、シールド本体１１が矩形断面の螺旋トンネル内で拘束されているので、シールド軸心Ｏ周りのローリング（捻り）制御は極めて困難である。
【００２７】
このため、本発明では、前胴１２と後胴１３とを、予め所定の捻り角βで捻って連結固定しておくことで、前胴１２の前端部でほぼ螺旋トンネルの断面に沿って掘削すれば、この掘削面を後胴１３が通過するときに捻り力が働き、これが連続的に行われることにより、螺旋経路Ｓに沿って捻りながら掘進できるとともに掘削断面も正立姿勢で連続させることかでき、余掘り量も少なくすることができて地盤沈下も抑制することができる。
【００２８】
ところで、上記対策として、シールド本体を螺旋トンネルに一致するように、予め捻った立体形状に形成することも考えられる。しかし、シールド本体の外殻であるスキンプレートを、予め捻られた立体形状に形成するためには、極めて高度な技術が必要で、製作コストが嵩む。またシールド本体が、螺旋半径および勾配の決まった螺旋トンネルしか掘削することができない専用機となることから、再利用が困難で汎用性が低いという問題がある。
【００２９】
（捻り角）
次に前胴１２と後胴１３の捻り角βについて、図４を参照して説明する。
螺旋軸Ｏｓを中心とし、螺旋半径：Ｒの螺旋経路Ｓ上で、点Ｐ０から占有角：θ（rad）を隔てた点Ｐ１に至る円弧の周長：Ｌ（円弧面の内周長とする）は、
Ｌ＝Ｒ×θ…（１）式で求められる。
また螺旋経路Ｓのリード角：αとすると、点Ｐ０−Ｐ１間のリード：Ｈは、
tanα＝Ｈ／Ｌ→Ｈ＝Ｌ×tanα…（２）式で求められる。
さらに図４（ｃ）に示すように、円弧面の前辺の傾き角∠ＰＯ−Ｏｓ’−Ｐ１である捻れ角β（rad）から求められる点Ｐ０−Ｐ１間のリード：Ｈは、
tanβ＝Ｈ／Ｒ→Ｈ＝Ｒ×tanβ…（３）式で求められる。ここで捻れ角β（rad）は、（円弧面の前辺の傾き角∠ＰＯ−Ｏｓ’−Ｐ１）
上記（１）、（２）式から、
Ｒ×tanβ＝Ｌ×tanα、（３）式を代入すると、
Ｒ×tanβ＝Ｒ×θ×tanα
β＝tan-1(θ×tanα)…（４）式により、捻り角：βを求めることができ、螺旋トンネルＴｓを掘削するには、後胴１３に対して前胴１２を捻り角：βとは逆方向にβだけ捻ればよい。
【００３０】
（実施例１の効果）
上記実施例によれば、矩形断面のシールド本体１１を構成する前胴１２と後胴１３を円弧状に形成するとともに、その連結部３１で、後胴１３に対して前胴１２を、掘進方向に左旋回して螺旋トンネルを掘削する場合には、時計方向に所定の捻り角だけ捻って連結固定し、また掘進方向に右旋回して螺旋トンネルを掘削する場合には、反時計方向に所定の捻り角だけ捻って連結固定し、これにより、シールド本体１１の前端面と後端面とを螺旋経路Ｓ上の螺旋トンネルＴｓの断面に略合致させることにより、余掘り量を極力少なくして、シールド本体１１を掘進することで掘削した螺旋トンネルＴｓの断面により、シールド本体をローリングさせる捻り力を付与することができ、螺旋トンネルＴｓを正立姿勢でスムーズに掘削することができる。またシールド本体１１を、螺旋経路Ｓを中心とする円弧状に形成した前胴１２と後胴１３とを、連結部３１で捻って連結するだけでよいので、低コストで製作できる。さらに連結部３１で捻り角を変更することにより、勾配の異なる螺旋トンネルＴｓを掘削することができ、汎用性を拡大することができる。
【００３１】
（実施例１の変形例）
上記実施例１および２では、矩形断面のトンネルＴｓを掘削するシールド掘進機で説明したが、図８（ａ）に示すように、前胴５１ｆと後胴５１ｒとを有する楕円形断面のシールド本体５１や、図８（ｂ）に示すように、前胴５２ｆと後胴５２ｒとを有するまゆ形断面のシールド本体５２、図８（ｃ）に示すように、前胴５３ｆと後胴５３ｒとを有する角丸矩形断面のシールド本体５３、図８（ｄ）に示すように、前胴５４ｆと後胴５４ｒとを有する長円形断面のシールド本体５４、図８（ｅ）に示すように、前胴５５ｆと後胴５５ｒとを有する釣鐘形断面のシールド本体５５、図８（ｆ）に示すように、前胴５６ｆと後胴５６ｒとを有する長辺膨出タイプの矩形断面のシールド本体５６であってもよい。
【００３２】
これらシールド本体５１〜５６をそれぞれ螺旋軸を中心とした円弧形に形成するとともに、前胴５１ｆ〜５６ｆと後胴５１ｒ〜５６ｒとで形成し、後胴５１ｒ〜５６ｒに対して前胴５１ｆ〜５６ｆをシールド軸心Ｏ周りに所定方向の捻り角βだけ捻って連結固定することにより、螺旋トンネルＴｓをそれぞれスムーズに掘削することができる。またこれらのシールド本体５１〜５６は、さらに中胴を付加した前後三連以上の胴部で構成してもよい。
【００３３】
［実施例２］
このシールド本体４１は、図７に示すように、掘進方向に向かって左旋回する螺旋トンネルＴｓを掘削するもので、前胴４２と中胴４３とを前連結部４５を介して掘進方向に向かって時計方向に捻り角β１で捻って連結固定し、中胴４３と、後胴４４とを後連結部４６を介して掘進方向に向かって時計方向に捻り角β２で捻って連結固定したものである。これにより前胴４２の前端面と後胴の後端面とを、螺旋経路Ｓ上の螺旋トンネルＴｓの断面に略合致される。さらに連結部４５，４６の捻り角：β１およびβ２は、連結部４５，４６に接する前後の胴部の長さ（占有角）、すなわち端部の胴部４２，４４は全占有角、中間の胴４３部は占有角の１／２の比で求められる。すなわち、前胴４２の占有角：θ１、中胴４３の占有角：θ２、後胴４４の占有角：θ３とすると、
β１：β２＝（θ１＋θ２／２）：（θ２／２＋θ３）…（５）式
となる。
【００３４】
なお、上記占有角θ１〜θ３に替えて、各胴部４２〜４３のシールド軸心Ｏ上の周長Ｌ１〜Ｌ３であってもよい。
β１：β２＝（Ｌ１＋Ｌ２／２）：（Ｌ２／２＋Ｌ３）…（６）式
上記構成によれば、連結部４５，４６を複数個所設けて捻り角β１，β２を付与することにより、周長の長いシールド本体４１や螺旋半径の小さい螺旋トンネルであっても、スムーズに掘削することができる。
【００３５】
［実施例３］
螺旋トンネル掘削用シールド掘進機の実施例３を、図９〜図１１を参照して説明する。このシールド掘進機は、正方形断面の螺旋トンネルを掘削するためのもので、実施例１と同一、略同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、前胴１２と後胴１３とで構成されたシールド本体１１は、その連結部３１で捻り角βで捻られて連結されており、この連結部３１では、後胴１３の後胴連結端面６３に対して前胴１２の前胴連結端面６２が外側にはみ出す前胴拡張部（胴部拡張部）６４と、前胴連結端面６２に対して後胴連結端面６３が外側にはみ出す後胴拡張部（胴部拡張部）６５とが断付き状に形成される。このような前胴拡張部６４および後胴拡張部６５は、掘削トンネルの内面に接触し掘進抵抗を与えるおそれがあるため、この掘進抵抗を軽減することが望ましい。
【００３７】
この対策として、図９（ｃ），（ｄ）に示すように、後胴連結端面６３を基準面とする第１連結構造と、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、前胴連結端面６２を基準面とする第２連結構造と、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、前胴連結端面６２と後胴連結端面６３との合致面を規準面とする第３連結構造を提案している。
【００３８】
（第１連結構造）
第１連結構造は、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、後胴連結端面６３を基準として、前胴１２のスキンプレート１２Ｕ，１２Ｄ，１２Ｏ，１２Ｉに、前胴１２の中間部にある前胴中央横断面ＦＣＰから後胴拡張部６５の外縁に至る高さの低い直角三角錐空間Ｐに増径面部６６Ｆを増設することにより、その平坦な外面で前胴１２外面から後胴拡張部６５に連続させる。
【００３９】
また前胴１２の中間部にある前胴中央横断面ＦＣＰから前胴拡張部６４に至る高さの低い直角三角錐形部分Ｑを削除する削除面部６７Ｆを形成することにより、その平坦な削除面で前胴１２の外面から後胴１３の外面に連続させる。
【００４０】
（第２連結構造）
第２連結構造は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、前胴連結端面６２を基準として、後胴１３のスキンプレート１３Ｕ，１３Ｄ，１３Ｏ，１３Ｉに、前胴拡張部６４の外縁から後胴１３の後胴中央横断面ＲＣＰに至る高さの低い直角三角錐空間Ｐに増径面部６６Ｒを増設することにより、その平坦な外面で前胴拡張部６４から後胴１３の外面に連続させる。
【００４１】
また後胴拡張部６５から後胴中央横断面ＲＣＰに至る高さの低い直角三角錐形部分Ｑを削除して削除面部６７Ｒを形成することにより、その平坦な削除面で前胴１２の外面から後胴１３の外面に連続させる。
【００４２】
（第３連結構造）
第３連結構造は、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、前胴連結端面６４と後胴連結端面６３とが互いに重なり合う八角形の合致面を基準として、前胴１２のスキンプレート１２Ｕ，１２Ｄ，１２Ｏ，１２Ｉに、前胴中央横断面ＦＣＰから前胴拡張部６４に至る高さの低い直角三角錐形部分ＱＦを削除して削除面部６７Ｆを形成することにより、その平坦な削除面で前胴１２の外面から後胴１３の外面を連続させる。
【００４３】
また後胴１３のスキンプレート１３Ｕ，１３Ｄ，１３Ｏ，１３Ｉに、後胴拡張部６５から後胴中央横断面ＲＣＰに至る高さの低い直角三角錐形の部分ＱＲを削除して削除面部６７Ｒを形成することにより、その平坦な削除面で前胴１２の外面と後胴１３の外面とを連続させる。
【００４４】
なお、これら第１〜第３連結構造以外に、増径面部６６Ｆ，６６Ｒのみを増設することで連結部３１を構成することもできる。しかし、この場合には胴部外径が大きくなることから、掘進抵抗となるおそれがある。
【００４５】
上記第１〜第３連結構造によれば、前胴１２と後胴１３の連結部３１で、前胴１２と後胴１３のスキンプレート１２Ｕ，１２Ｄ，１２Ｉ，１２Ｏ，１３Ｕ，１３Ｄ，１３Ｉ，１３Ｏの連結部３１側に、前胴拡張部６４と後胴拡張部６５の段付き部をなくすために、前胴１２と後胴１３の外面を連続させる増径面部６６Ｆ，６６Ｒと削除面部６７Ｆ，６７Ｒ、または削除面部６７Ｆ，６７Ｒを設けたので、連結部３１における掘進抵抗を減少させて螺旋トンネルＴｓをスムーズに掘削することができる。
【００４６】
［実施例４］
上記実施例１〜３では、矩形（正方形）断面の螺旋トンネルＴｓを掘削するシールド掘進機について説明したが、実施例４では、まゆ形断面の螺旋トンネルＴｓを掘削するシールド掘進機について、図１２，図１３を参照して説明する。なお、ここで、シールド本体の前部に設けられる掘削装置や後部に設けられるエレクタ装置などの内部機構の説明は省略する。
【００４７】
このシールド掘進機は、螺旋軸を中心として掘進方向に向かってたとえば左方向に旋回してまゆ形断面の螺旋トンネルＴｓを掘削するもので、前胴７２および後胴７３からなるシールド本体７１は、螺旋軸を中心とする円弧状にそれぞれ形成されるとともに、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、その連結部７４で後胴７３に対して前胴７２がシールド軸Ｏを中心に、左側に旋回する掘進方向に向かって時計方向にβだけ捻られて連結固定されている。
【００４８】
この連結部７４では、後胴７３の後胴連結端面７４Ｒに対して前胴７２の前胴連結端面７４Ｆがはみ出す２箇所の前胴拡張部７５と、前胴７２の前胴連結端面７４Ｆに対して後胴７３の後胴連結端面７４Ｒがはみ出す２箇所の後胴拡張部７６が対称位置に形成される。
【００４９】
（第１連結構造）
図１３に示すように、この連結部７４には、掘進抵抗を軽減するために、後胴７３の連結端側に、対称位置の２つの後胴拡張部７６をそれぞれ削除する円筒テーパ面状の部分削除面部７７が形成されている。この部分削除面部７７により、前胴連結端面７４Ｆから後胴７３の外面に連続させることができ、掘進抵抗を軽減させることができる。
【００５０】
（第２連結構造）
図１４に示すように、シールド本体７１の後胴７３の連結端側に、後胴連結端面７４Ｒを含む全周にわたって全周削除面部７８を形成したもので、全周削除面部７８の外径が前胴連結端面７４Ｆと略同一か、小さく形成されている。この全周削除面部７８により２つの後胴拡張部７６を削除している。
【００５１】
この第２連結構造によれば、筒状の後胴７３の前部に、全周削除面部７８を形成するテーパ筒を接合することにより、後胴７３を容易に製作することができる。
上記実施例４によれば、実施例１と同様の作用効果を奏することができるとともに、前胴７２と後胴７３の連結部７４で、後胴７３のスキンプレートに、後胴拡張部６６の突出を削除する部分削除面部７７または全周削除面部７８を形成したので、連結部における後胴拡張部７６を無くすことができ、掘進抵抗を減少させて螺旋トンネルＴｓをスムーズに掘削することができる。
【００５２】
［実施例５］
上記各実施例１〜４では、シールド本体１１を螺旋軸を中心とする円弧状に形成した。ところで、図８（ａ）〜（ｆ）に示すような非円形断面では、特に内外周部に湾曲面を有している胴部は、円弧状に加工することがきわめて難しく、製作工程が複雑となり、製作期間も長く必要で、製作コストが嵩むという問題がある。このため、この実施例５では、軸方向に同一断面形状である直状断面に形成した複数の分割胴部を使用し、これら分割胴部を、螺旋軸を中心とする掘削トンネルの内外周線ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように、所定角度折り曲げて接合形成して、シールド本体８１を製作している。
【００５３】
すなわち、図１６に示すように、正方形断面のシールド本体８１では、前胴８２と後胴８３とを、螺旋軸Ｏｓを中心とする掘削トンネルの円弧線（内外周線）ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように、前中央横断面ＦＣＰおよび後中央横断面ＲＣＰでそれぞれ所定の折り曲げ角γで折り曲げて形成している。なお、掘削装置やエレクタ装置などの内部機構は説明を省略する。
【００５４】
製作に際しては、前胴８２と後胴８３の上下面は、それぞれ１枚の平板状の上下面プレート８２Ｕ，８２Ｄ，８３Ｕ，８３Ｄにより形成され、また内外周面は、それぞれ前後に２分割された平板状の分割内外周面プレート８２Ｉｆ，８２Ｉｒ、８２Ｏｆ，８２Ｏｒ、８３Ｉｆ，８３Ｉｒ、８３Ｏｆ，８３Ｏｒを、所定の折り曲げ角γで折り曲げた状態で溶接接合して形成される。さらに中央部で折り曲げられたこれら前胴８２と後胴８３とが、連結部３１で、先の実施例と同様に捻り角βだけ捻って連結固定される。
【００５５】
上記構成によれば、円弧状に湾曲した前胴および後胴を製作するのに比較して、直状断面の分割胴部８２ｆ，８２ｒ、８３ｆ，８３ｒを内外周線ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように折り曲げた状態で前胴８２と後胴８３を製作するので、容易に製作することができ、製作コストおよび製作時間を削減することができる。
【００５６】
（実施例５の第１〜第３変形例）
この連結部３１に、実施例３における第１連結構造の増径面部６６Ｆと削除面部６７Ｆを前胴８２に設けたものを図１７（ａ）に示し、第２連結構造の増径面部６６Ｒと削除面部３７Ｒを後胴８３に設けたものを図１７（ａ）に示し、第３連結構造の削除面部６７Ｆ，６７Ｒを前胴８２と後胴８３設けたものを図１７（ａ）に示す。これら第１〜第３変形例によれば、上記作用効果に加えて、連結部３１に突出部がなくなり、掘進抵抗を軽減することができる。
【００５７】
［実施例６］
実施例６では、まゆ形断面の螺旋トンネルを掘削するシールド掘進機の実施例６を、図１８，図１９を参照して説明する。掘削装置やエレクタ装置などの内部機構は説明を省略する。
【００５８】
まゆ形断面のシールド本体９１は、前胴９２と後胴９３とを、螺旋軸Ｏｓを中心とする掘削トンネルの円弧線（内外周線）ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように、前中央横断面ＦＣＰおよび後中央横断面ＲＣＰでそれぞれ所定の折り曲げ角γで折り曲げて形成している。
【００５９】
前胴８２は、まゆ形の直状断面の分割前胴９２ｆ，９２ｒを、内外周線ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように、所定の折り曲げ角γで溶接接合して形成している。また後胴９３も同様に、まゆ形の直状断面の分割後胴９３ｆ，９３ｒを、掘削トンネルの円弧線（内外周線）ＭＳｉ，ＭＳｏに内接するように所定の折り曲げ角γで溶接接合して形成している。
【００６０】
すなわち、まゆ形で直状断面の筒体により、所定寸法および形状の分割前胴９２ｆ，９２ｒおよび分割後胴９３ｆ，９３ｒをそれぞれ形成し、前後の分割前胴９２ｆ，９２ｒおよび分割後胴９３ｆ，９３ｒをそれぞれ折り曲げ角γで溶接接合して前胴９２と後胴９３を形成する。そして前胴９２と後胴９３を連結部７４で、所定の捻り角βで捻って連結固定しシールド本体９１を形成している。
【００６１】
図１８（ａ）（ｂ）は、シールド本体９１の連結部３１に、実施例４の部分削除面部７７または全周削除面部７８をそれぞれ形成したものである。
上記構成によれば、円弧状に製作するのが困難なまゆ形断面のシールド本体９１であっても、掘削トンネルに内接するようにまゆ形直状断面の分割前胴９２ｆ，９２ｒおよび分割後胴９３ｆ，９３ｒを折り曲げて接合することにより前胴９２と後胴９３を形成し、連結部３１で捻り角βだけ捻って連結固定することにより、まゆ形断面の螺旋トンネルを正立姿勢でスムーズに掘削することができる。また前胴９２および後胴９３を容易に製作することができ、製作コストおよび製作期間を削減することができる。
【００６２】
また、連結部３１に部分削除面部７７または全周削除面部７８を形成することにより、前胴９２と後胴９３の外面を連続させることができ、掘進抵抗を減少させて螺旋トンネルＴｓをスムーズに掘削することができる。
【００６３】
なお、上記実施例５および６では、各胴部について、折れ曲がり箇所を１箇所としているが、２箇所以上であってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
Ｔｓ  螺旋トンネル
Ｏｓ  螺旋軸
Ｏ    シールド軸心（掘削機軸心）
Ｓ    螺旋経路
β    捻り角
Ｒ    半径
α    勾配
θ    占有角
ＦＣＰ  前胴中央断面
ＲＣＰ  後胴中央断面
ＭＳｉ  内周線
ＭＳｏ  外周線
１１    シールド本体
１２    前胴
１３    後胴
１４    水平区画板
１５    垂直区画板
１６    掘削室
１７    掘削装置
１８    集荷排土コンベヤ
１９    合流排土コンベヤ
２２    推進ジャッキ
２３    セグメント
３１    連結部
２１    エレクタ装置
３２    前フランジ板
３３    後フランジ板
３４    連結ボルト
４１    シールド本体
４２    前胴
４３    中胴
４４    後胴
５１〜５５  シールド本体
５１ｆ〜５５ｆ  前胴
５１ｒ〜５５ｒ  後胴
６４    前胴拡張部
６５    後胴拡張部
６６Ｆ，６６Ｒ  増径面部
６７Ｆ，６７Ｒ  削除面部
７１    シールド本体
７２    前胴
７３    後胴
７４Ｆ  前胴連結端面
７４Ｒ  後胴連結端面
７５    前胴拡張部
７６    後胴拡張部
７７    部分削除面部
７８    全周削除面部
８１    シールド本体
８２    前胴
８３    後胴
８２Ｕ，８３Ｕ  上面プレート
８２Ｄ，８３Ｄ  下面プレート
８２Ｉｆ，８２Ｉｒ、８３Ｉｆ，８３Ｉｒ  分割内周面プレート
８２Ｏｆ，８２Ｏｒ、８３Ｏｆ，８３Ｏｒ  分割外周面プレート
【図１】
0005538965.tif 000002
【図２】
0005538965.tif 000003
【図３】
0005538965.tif 000004
【図４】
0005538965.tif 000005
【図５】
0005538965.tif 000006
【図６】
0005538965.tif 000007
【図７】
0005538965.tif 000008
【図８】
0005538965.tif 000009
【図９】
0005538965.tif 000010
【図１０】
0005538965.tif 000011
【図１１】
0005538965.tif 000012
【図１２】
0005538965.tif 000013
【図１３】
0005538965.tif 000014
【図１４】
0005538965.tif 000015
【図１５】
0005538965.tif 000016
【図１６】
0005538965.tif 000017
【図１７】
0005538965.tif 000018
【図１８】
0005538965.tif 000019
【図１９】
0005538965.tif 000020