(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して外方に移動自在に支持する副掘削機本体ガイド機構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して外方に移動させる副掘削機本体移動機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進させる推進機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体の後部内周面に周方向に沿ってそれぞれ装着された主テールシール及び副テールシールとを具えたトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールの長手方向端部を所定角度をもって交差して重合するように配設したことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールとが掘進方向前後にずれて配設され、掘進方向後方に位置する前記主テールシールあるいは前記副テールシールの長手方向端部が、掘進方向前方に回り込んで掘進方向前方に位置する前記副テールシールあるいは前記主テールシールとほぼ直交して重合することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールとが掘進方向前後にずれて配設され、掘進方向後方に位置する前記副テールシールが平面視掘進前方に傾斜し、その長手方向端部が前記前方に位置する前記主テールシールと交差して重合することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記主テールシール及び前記副テールシールはそれぞれ平行に少なくとも二列設けられており、前記主テールシールあるいは前記副テールシールのいずれか一方のテールシールの全列の長手方向端部が他方の長手方向端部に交差して重合することを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下自動車道路や地下鉄道などに使用するトンネルを掘削形成するトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されて構成されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、掘削形成するトンネルとして、例えば、地下を通る自動車用高速道路に利用されるものがある。この自動車用高速道路は分岐路や出口のために途中で車線が増加したり、減少したりしている。そのため、このような自動車用高速道路に使用するトンネルを掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。
【０００４】
このようなトンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のシールド掘削機としては、従来から例えば、特開平７−２７９５７９号公報に記載されたものがある。この公報に記載されたシールド掘削機は、シールド本体を固定部と一対の移動部によって構成すると共に、移動部を前胴部と後胴部によって構成し、固定部と前胴部及び後胴部との間に移動ジャッキを架設し、また、固定部の前端部に余掘り用カッタを有するカッタヘッドが駆動回転可能に装着されている。従って、固定部及び移動部の後胴部に装着されたシールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進し、このとき、駆動回転するカッタヘッドによって前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。この場合、移動ジャッキの収縮状態では移動部が固定部側に位置しており、カッタヘッドによって通常断面のトンネルを掘削する一方、移動ジャッキの伸長状態では移動部が固定部から離間しており、カッタヘッドによって拡幅断面のトンネルを掘削することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なシールド掘削機では、シールドジャッキを伸縮することでシールド本体を前進し、カッタヘッドによって前方の地盤を掘削することでトンネルを形成しており、掘削機の後部ではこの既設トンネルの壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築している。この場合、シールド本体の後部には周方向に沿って無端のテールシールが設けられており、このテールシールが既設セグメントの外周面に圧接することで、シールド本体内部への浸水を阻止している。
【０００６】
ところが、上述したように従来のシールド掘削機にあっては、シールド本体が固定部と移動部によって構成され、移動ジャッキを伸縮することで固定部に対して移動部が移動して拡幅可能となっている。そのため、このような拡幅可能なシールド掘削機では、シールド本体の後部に周方向に沿って無端のテールシールを設けることはできず、固定部側と移動部側とにそれぞれテールシールを設けても、両者は互いに接近離反するため、拡幅時には両者の間に隙間が発生し、シールド本体内部への浸水を阻止できないという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、拡幅時でも掘削機本体の内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、主掘削機本体と、該主掘削機本体の前端部に装着されて前方の地盤を掘削する主カッタ機構と、前記主掘削機本体の掘進方向側方に配設されて該主掘削機本体と共に筒形状をなす副掘削機本体と、該副掘削機本体の前端部に装着されて前記主カッタ機構と共に前方の地盤を掘削する副カッタ機構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して外方に移動自在に支持する副掘削機本体ガイド機構と、前記副掘削機本体を前記主掘削機本体に対して外方に移動させる副掘削機本体移動機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体を前進させる推進機構と、前記主掘削機本体及び前記副掘削機本体の後部内周面に周方向に沿ってそれぞれ装着された主テールシール及び副テールシールとを具えたトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールの長手方向端部を所定角度をもって交差して重合するように配設したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールとが掘進方向前後にずれて配設され、掘進方向後方に位置する前記主テールシールあるいは前記副テールシールの長手方向端部が、掘進方向前方に回り込んで掘進方向前方に位置する前記副テールシールあるいは前記主テールシールとほぼ直交して重合することを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機において、前記主テールシールと前記副テールシールとが掘進方向前後にずれて配設され、掘進方向後方に位置する前記副テールシールが平面視掘進前方に傾斜し、その長手方向端部が前記前方に位置する前記主テールシールと交差して重合することを特徴とするものである。
【００１１】
更に、請求項４の発明のトンネル掘削機において、前記主テールシール及び前記副テールシールはそれぞれ平行に少なくとも二列設けられており、前記主テールシールあるいは前記副テールシールのいずれか一方のテールシールの全列の長手方向端部が他方の長手方向端部に交差して重合することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に本発明の一第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の一部切欠平面視、図２に本実施形態のシールド掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に図１のIV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断面、図６に図１のVI−VI断面、図７に本実施形態のシールド掘削機の斜視、図８及び図９に本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネル掘削時の作用を表す概略、図１０に本実施形態のシールド掘削機による縮幅トンネル掘削時の作用を表す概略、図１１に通常トンネルの掘削断面、図１２に拡幅トンネルの掘削断面を示す。
【００１４】
本実施形態のシールド掘削機は、図７に示すように、前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機構１１が装着された主掘削機本体１２の掘進方向側方に、前端部に前方の地盤を掘削する副カッタ機構１３が装着された左右一対の副掘削機本体１４が、副掘削機本体支持機構としての支持部１５及び拡幅ジャッキ１６によってそれぞれ水平移動可能で、且つ、水平旋回可能に支持されて構成され、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４は推進機構としてのシールドジャッキ１７，１８によって前進できるようになっている。そして、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部には既設セグメントに圧接して内部への浸水を阻止する主テールシール６６と副テールシール６７が装着されている。
【００１５】
即ち、本実施形態のシールド掘削機において、図１乃至図６に示すように、主掘削機本体１２は上下が弧状をなす矩形筒形状部１２ａの両側に上下一対の水平部１２ｂが一体に形成されてなり、この主掘削機本体１２の前部には掘削土砂や泥水等のずりの内部浸入を防止するバルクヘッド２１が形成されている。この主掘削機本体１２の前端部にはバルクヘッド２１を貫通するように回転軸２２が配設され、軸受２３によって回転自在に支持されている。そして、この回転軸２２の先端部に主カッタ機構１１を構成する円盤状の主カッタヘッド２４が固定されており、この主カッタヘッド２４の前面には多数のカッタビット２５が取付けられると共に、移動ジャッキ２６によって伸縮可能なコピーカッタ２７が装着されている。また、回転軸２２の後端部にはリングギヤ２８が固定されており、主掘削機本体１２側に設けられた複数の駆動モータ（油圧モータまたは電気モータ）２９の駆動ギヤ３０がこのリングギヤ２７に噛み合っている。従って、駆動モータ２９を駆動すると、駆動ギヤ３０の駆動力がリングギヤ２８を介して回転軸２２に伝達され、この回転軸２２と一体の主カッタヘッド２４を回転駆動することができる。
【００１６】
一方、各副掘削機本体１４は断面コ字形状をなすように開口した一側が主掘削機本体１２の水平部１２ｂ部に嵌合することで、この主掘削機本体１２と共に筒形状をなしており、この副掘削機本体１４の前部には主掘削機本体１２のバルクヘッド２１に係合するバルクヘッド３１が形成されている。この副掘削機本体１４の前端部にはバルクヘッド３１を貫通するように回転軸３２が配設され、軸受３３によって回転自在に支持されている。そして、この回転軸３２の先端部に副カッタ機構１３を構成する円盤状の副カッタヘッド３４が固定されており、この副カッタヘッド３４の前面には多数のカッタビット３５が取付けられると共に、移動ジャッキ３６によって伸縮可能なコピーカッタ３７が装着されている。また、回転軸３２の後端部にはリングギヤ３８が固定されており、副掘削機本体１４側に設けられた複数の駆動モータ３９の駆動ギヤ４０がこのリングギヤ３７に噛み合っている。
【００１７】
また、各副掘削機本体１４の前端部外側に位置して上下一対の駆動モータ４１がバルクヘッド３１に取付けられており、この駆動モータ４１の出力軸４２の先端部には副カッタ機構１３を構成する円盤状のコーナーカッタ４３が固定されており、このコーナーカッタ４３の前面には多数のカッタビット４４が取付けられると共に、移動ジャッキ４５によって伸縮可能な余掘カッタ機構としての余掘カッタ４６が装着されている。なお、左右の副掘削機本体１４におけるコーナーカッタ４３の装着位置が相違するが、これは後述する枠状トンネルＴa ，Ｔb の隅部を適正の掘削するためである。即ち、図３に示すように、一方（図３にて右側）の副掘削機本体１４の側部にスペーサ１４ａを介してコーナーカッタ４３の支持部分１４ｂを形成しているが、左右同様の構成にしてもよい。
【００１８】
従って、駆動モータ３９を駆動すると、駆動ギヤ４０の駆動力がリングギヤ３８を介して回転軸３２に伝達され、この回転軸３２と一体の副カッタヘッド３４を回転駆動することができる。また、各駆動モータ４１を駆動すると、出力軸４２と一体のコーナーカッタ４３を回転駆動するすることができる。
【００１９】
ところで、この主掘削機本体１２と各副掘削機本体１４の間には支持部１５が介在し、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体１４が接近離間するように水平移動自在で、且つ、垂直軸回りに水平旋回自在に支持されている。即ち、主掘削機本体１２の左右の水平部１２ｂには、前後方向中間位置に上下一対の軸受部５１が固定され、各軸受部５１に幅方向に沿って長孔５２が形成されている。一方、副掘削機本体１４の一側には、前後方向中間位置に上下一対の支持軸５３が固定され、各支持軸５３はこの各長孔５２に移動自在に嵌合している。また、この長孔５２と支持軸５３とから構成される支持部１５の前後に位置して各４本の拡幅ジャッキ１６が、主掘削機本体１２と各副掘削機本体１４との間に架設されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４における拡幅ジャッキ１６の各連結部５５は水平回動自在となっている。
【００２０】
従って、各拡幅ジャッキ１６を伸縮することで、主掘削機本体１２に対して両側の各副掘削機本体１４を側方に移動させることができる。このとき、前後の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を同じにすると、支持軸５３が長孔５２内を移動し、副掘削機本体１４は主掘削機本体１２に対してその角度姿勢を維持したままで側方に平行移動することとなり、主掘削機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構成する掘削機本体の幅を変更することができる。また、前後の拡幅ジャッキ１６の伸縮量を変えると、支持軸５３が長孔５２内を移動しながら回動し、副掘削機本体１４は主掘削機本体１２に対してその角度姿勢を変化するように側方に移動することとなる。つまり、主掘削機本体１２に対して両側の副掘削機本体１４を水平旋回移動し、図８(ａ)に示すように、主掘削機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構成する掘削機本体の前部のみを拡幅して副カッタ機構１３を内方に向けたり、図８(ｂ)に示すように、掘削機本体の前部を縮幅して副カッタ機構１３を外方に向けたりすることができる。
【００２１】
また、各カッタヘッド２４，３４とバルクヘッド２１，３１との間にはチャンバ５５が形成されており、このチャンバ５５には一端がシールド掘削機の外部に延設された図示しない送泥管及び排泥管の他端が開口しており、排泥管の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合する図示しないアジテータが設置されている。なお、拡幅ジャッキ１６を伸縮して主掘削機本体１２に対して両側の副掘削機本体１４が水平旋回移動すると、バルクヘッド２１と３１の係合関係がずれるが、この場合、例えば、バルクヘッド３１を弾性体としたり、両者の間に別のシール部材を設けることで、副掘削機本体１４内への掘削土砂の浸入を防止できる。
【００２２】
更に、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部には周方向に沿ってそれぞれ複数のシールドジャッキ１７，１８が並設されており、その後方に伸びる駆動ロッドの先端部にはそれぞれスプレッダ５６，５７が取付けられている。従って、このシールドジャッキ１７，１８を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳにスプレッダ５６，５７が押しつけられ、その反力により主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４を前進させることができる。
【００２３】
また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部には既設トンネルの内壁面にセグメントＳを組付けるエレクタ装置５８，５９が装着されている。この各エレクタ装置５８，５９はほぼ同様の構造となっているが、主掘削機本体１２に装着されたエレクタ装置５８は矩形断面トンネルの中央部の上下壁面にセグメントＳを組付けるものであり、各副掘削機本体１４に装着されたエレクタ装置５９は矩形断面トンネルの両側部の上下壁面及び側壁面にセグメントＳを組付けるものである。
【００２４】
即ち、各エレクタ装置５８，５９において、各掘削機本体１２，１４には幅方向に沿って水平レール６０が固定され、水平移動体６１が移動自在となっており、この水平移動体６１には垂直方向に沿って垂直レール６２が固定され、垂直移動体６３が移動自在となっている。そして、この垂直移動体６３には旋回体６４が旋回自在に支持されており、この旋回体６４にセグメント把持部材６５が装着されている。従って、既設トンネル内に搬入されたセグメントＳをセグメント把持部材６５が把持した状態で、水平移動、垂直移動、旋回することで、把持したセグメントＳを所定のセグメント組付位置に移動することができる。
【００２５】
そして、前述したように、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部内周面には既設のセグメントＳの外周面に密着して内部への掘削土砂等の浸入を防止する主テールシール６６と副テールシール６７が装着されている。即ち、図１、図５乃至図７に示すように、主掘削機本体１２の後部は上下一対の水平部１２ｂとなっており、各水平部１２ｂの内面には前後二列に主テールシール６６が固着されている。
【００２６】
一方、左右の副掘削機本体１４の後部はコ字形状をなして主掘削機本体１２の水平部１２ｂより後方に位置しており、各副掘削機本体１４の後部の内面には前後二列に副テールシール６７が固着されている。そして、この副テールシール６７の長手方向両端部が前方へ回り込んで重合部６７ａを形成し、主テールシール６６とほぼ直交して重合するように先端が主テールシール６６の外面に圧接している。
【００２７】
なお、この各テールシール６６，６７は、図示しないが、複数のワイヤブラシの基端部が束ねられて一対の保護板によって挾持され、更に、コ字形状の押え板に保持されて構成されており、この押え板が多数の取付ピンによって各掘削機本体１２，１４の内面に固定されている。そして、各掘削機本体１２，１４に設けられたグリース供給通路からセグメントに圧接している前後二列の各テールシール６６，６７の空間部にグリースが供給されることで、この空間部はグリースが充満して所定の圧力にて維持されることとなり、各掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が防止される。
【００２８】
従って、本実施例のテールシール６６，６７では、主掘削機本体１２の後部内面に固着された前後二列の主テールシール６６に対して、左右の副掘削機本体１４の後部内面に固着された前後二列の副テールシール６７は、長手方向両端部の各重合部６７ａが前方へ回り込んでほぼ直交し、先端が主テールシール６６の外面に圧接していることで、各テールシール６６，６７は先端部が既設セグメントＳの外面に圧接し、且つ、前後にずれて装着されることで形成された隙間は副テールシール６７の重合部６７ａによってなくなり、掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止されるようになっている。
【００２９】
ここで、上述した本実施形態のシールド掘削機による矩形断面トンネルの掘削作業について説明する。
【００３０】
本実施形態では、上述したシールド掘削機を用いて、図１１及び図１２に示すように、正方形に近い枠状のトンネルＴを掘削形成し、その後、内部の土砂を排出することで、この内部を自動車用高速道路のためのトンネルとして使用する。このトンネルＴは所定距離をもった２つの立坑を連通するように掘削するものであり、ここでは、２種類のシールド掘削機を２つの立坑間で往復移動して枠状のトンネルＴを掘削する。この場合、掘削当初は図１１に示す正方形に近い枠状のトンネルＴa を掘削するが、分岐路や出口路を同一工程にて掘削するために、掘削途中でシールド掘削機を拡幅し、図１２に示すように、トンネル幅が拡大した矩形の枠状のトンネルＴb を連続して掘削する。
【００３１】
即ち、図１に示すように、掘削当初は図１１に示す正方形に近い枠状のトンネルＴa を掘削する必要があることから、前後の拡幅ジャッキ１６を収縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１２側に移動して平行とし、主掘削機本体１２と２つの副掘削機本体１４で構成する掘削機本体の幅を狭くする。なお、図１乃至図４に示したシールド掘削機は、各拡幅ジャッキ１６による副掘削機本体１４の拡幅動作が明確となるように、掘進方向左側（図１にて下側）の副掘削機本体１４を縮幅状態とし、掘進方向右側（図１にて上側）の副掘削機本体１４を拡幅状態としている。
【００３２】
このように両側の副掘削機本体１４を主掘削機本体１２側に移動した縮幅状態から、複数の駆動モータ２９を駆動して主カッタヘッド２４を回転駆動し、また、複数の駆動モータ３９を駆動して各副カッタヘッド３４を回転駆動すると共に、駆動モータ４１を駆動してコーナーカッタ４３を回転駆動する。そして、各カッタヘッド２４，３４及びコーナーカッタ４３を回転しながら、複数のシールドジャッキ１７，１８を伸長させると、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４は既設のセグメントＳからの反力により一体となって前進し、多数のカッタビット２５，３５，４４が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。このとき、主カッタヘッド２４と副カッタヘッド３４とはその回転角度に応じて、移動ジャッキ２６，３６によってコピーカッタ２７，３７を伸縮することで、主カッタヘッド２４と副カッタヘッド３４との上下領域を掘削して矩形のトンネルとすることができる。
【００３３】
そして、シールドジャッキ１７，１８が所定ストローク伸長して主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４が所定距離掘進して矩形トンネルを掘削すると、シールドジャッキ１７，１８の何れか一つを縮み方向に作動し、スプレッダ５６，５７と既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、この空所にエレクタ装置５８，５９によって新しいセグメントＳを装着する。この作動の繰り返しによって縮幅の矩形トンネルＴ1 を掘削形成する。
【００３４】
このように縮幅の矩形トンネルＴ1 を所定距離掘削し、分岐路や出口路のためにトンネル幅を拡大した拡幅の矩形トンネルを掘削する位置までくると、図８に示すように、前後の拡幅ジャッキ１６を伸長することで、主掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の外方旋回を開始する。この場合、拡幅トンネルの掘削開始位置の手前から、コーナーカッタ４３の回転角度に応じて移動ジャッキ４５によって余掘カッタ４６を伸縮し、各カッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピーカッタ２７，３７による主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４の前方地盤掘削と共に、余掘カッタ４６によって副掘削機本体１４の外側方の地盤の掘削を行う。そして、余掘カッタ４６によって形成された余掘空間部を利用し、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体１４を支点Ｐをほぼ中心として外方旋回させる。
【００３５】
この副掘削機本体１４の外方旋回は、当初、小さい旋回角度（図８に示すθS）で行い、前後の拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長することで副掘削機本体１４の旋回角度を徐々に大きくしていく。そして、図９に示すように、副掘削機本体１４が所定の旋回角度θM になると、この副掘削機本体１４の旋回角度θM を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストローク伸長することで、副掘削機本体１４を外方に移動し、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削する。この場合、トンネル幅が一定角度で拡大しているために壁面が平滑面となり、一種類のセグメントＳだけで対応が可能となる。
【００３６】
なお、拡幅トンネルの掘削時にもエレクタ装置５８，５９によってセグメントＳを組み付けていくが、副掘削機本体１４が外方旋回するとき、この副掘削機本体１４の後部外端部が若干内方に移動し、既設セグメントＳに副掘削機本体１４のテールシール６７が押し付けられてシール性が低下する虞がある。そのため、副掘削機本体１４が外方旋回を開始する手前から、図４乃至図６、図８に示すように、厚さの薄いセグメントＳS を使用し、内径は変えずに若干外径の小さくなってトンネル（既設セグメントＳS ）を形成し、副掘削機本体１４のテールシール６７と既設セグメントＳS との適正なシール性を確保するようにしている。
【００３７】
そして、旋回角度θM に維持された副掘削機本体１４を外方に移動しながら前進することで、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削していき、この副掘削機本体１４の全長が所定拡幅位置（所定拡幅トンネルの幅ＷL ）を越える位置まで地盤を掘削すると、前後の拡幅ジャッキ１６を収縮し、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体１４を支点Ｐをほぼ中心として内方旋回させ、主掘削機本体１２と副掘削機本体１４とを平行な状態とする。この場合、副掘削機本体１４の全長が拡幅トンネルの幅ＷL を完全に越えなくても、副掘削機本体１４の内方旋回時の押圧力で地盤を破砕したり、側面のカッタなどに装備した掘削機構で地盤を掘削して旋回空間部を確保してもよい。そして、この状態で、移動ジャッキ４５による余掘カッタ４６の伸縮動作を停止し、各カッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピーカッタ２７，３７により、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４の前方の地盤を掘削することで、幅ＷL に拡幅した矩形トンネルを連続して掘削することができる。
【００３８】
この主掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の拡幅時に、図５及び図７に示すように、各テールシール６６，６７は先端部が既設セグメントＳの外面に圧接すると共に、各副掘削機本体１４の副テールシール６７の各重合部６７ａが前方へ回り込んで直交した両端部の先端が主掘削機本体１２の主テールシール６６の外面に圧接し、この副テールシール６７は主テールシール６６との圧接状態を維持して摺接している。従って、主テールシール６６と副テールシール６７が前後にずれて装着されることで発生された隙間は副テールシール６７の重合部６７ａによってなくなっている。そのため、セグメントＳに圧接している前後二列の各テールシール６６，６７の空間部にグリースが供給されることで、この空間部はグリースが充満して所定の圧力にて維持されることとなり、各掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入を確実に防止できる。
【００３９】
その後、拡幅の矩形トンネルを所定距離掘削すると、図１０(ａ)に示すように、前後の拡幅ジャッキ１６を収縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１２に対して内方に旋回させ、各カッタヘッド２４，３４、コーナーカッタ４３、コピーカッタ２７，３７により、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４の前方の地盤を掘削していく。このとき、副掘削機本体１４の旋回角度を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストローク収縮して副掘削機本体１４を内方に移動しながら、両掘削機本体１２，１４を掘進することで、一定角度で幅の縮小したトンネルを掘削することができる。そして、主掘削機本体１２及び副掘削機本体１４が所定距離掘進すると、図１０(ｂ)に示すように、前後の拡幅ジャッキ１６を伸縮して副掘削機本体１４を主掘削機本体１２と平行とし、再び、幅ＷS に縮幅した矩形トンネルを掘削する。
【００４０】
このようにして本実施形態のシールド掘削機を立坑間で往復移動することで、図１１に示すように、まず、矩形トンネルＴ1 を水平に隣接して３本形成し、続いて、同様にして図示しないシールド掘削機により、この隣接する矩形トンネルＴ1 の両側に矩形トンネルＴ2 を垂直に隣接してそれぞれ３本形成する。そして、再び、本実施形態のシールド掘削機により、左右の矩形トンネルＴ2 の上部に水平に隣接する矩形トンネルＴ1 を水平に隣接して３本形成する。この場合、前述したように、本実施形態のシールド掘削機によって掘削する矩形トンネルＴ1は、図１２に示すように、途中で拡幅した矩形トンネルＴ3 となっている。そして、図１１及び図１２に示すように、多数の矩形トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 を枠状に掘削形成し、互いに隣接する各トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 同士をコンクリート等によって連結して枠状のトンネルＴa ，Ｔb とを形成し、内部の土砂を排出することでここを自動車用高速道路のためのトンネルとして使用することができる。なお、各トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 の内部は電気ケーブルや通信ケーブルなどを配設する共同溝として使用したり、コンクリートを充填して強度部材として使用する。
【００４１】
なお、上述の各実施形態において、拡幅の矩形トンネルを掘削するときに、副掘削機本体１４を主掘削機本体１２に対して旋回して移動ジャッキ４５によって余掘カッタ４６を伸縮し、この余掘カッタ４６により副掘削機本体１４の外側方の地盤を掘削したが、副掘削機本体１４が旋回して副カッタヘッド３４及びコーナーカッタ４３が外方を向いているため、余掘カッタ４６を用いなくともトンネルを拡幅して掘削できる。
【００４２】
図１３に本発明の第２の実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視、図１４に本発明の第３の実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視、図１５に本発明の第４の実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４３】
第２実施形態のシールド掘削機において、図１３に示すように、主掘削機本体１２は前端部に主カッタ機構１１が装着され、この主掘削機本体１２の掘進方向両側に副カッタ機構１３が装着された副掘削機本体１４がそれぞれ配設され、支持部１５及び拡幅ジャッキ１６によって移動可能で、且つ、旋回可能に支持されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４は複数のシールドジャッキ１７，１８によって前進できるようになっている。また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部には既設セグメントに圧接して内部への浸水を阻止する主テールシール７１と副テールシール７２が装着されている。各掘削機本体１２，１４のテールシール７１，７２は内面に前後二列にわたって設けられており、副テールシール７２は途中から前方に傾斜する重合部７２ａを形成し、主テールシール７１と交差して重合するように先端が主テールシール７１の外面に圧接している。
【００４４】
従って、本実施形態では、主掘削機本体１２の後部内面に固着された前後二列の主テールシール７１に対して、左右の副掘削機本体１４の後部内面に固着された前後二列の副テールシール７２は、途中から前方に傾斜する重合部７２ａが交差し、先端が主テールシール７１の外面に圧接していることで、各テールシール７１，７２は先端部が既設セグメントの外面に圧接し、且つ、前後にずれて装着されることで形成された隙間は副テールシール７２の重合部７２ａによってなくなり、掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止される。
【００４５】
第３実施形態のシールド掘削機において、図１４に示すように、主掘削機本体１２は前端部に主カッタ機構１１が装着され、この主掘削機本体１２の掘進方向両側に副カッタ機構１３が装着された副掘削機本体１４がそれぞれ配設され、支持部１５及び拡幅ジャッキ１６によって移動可能で、且つ、旋回可能に支持されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４は複数のシールドジャッキ１７，１８によって前進できる。この場合、本実施形態では、主掘削機本体１２の上下の水平部１２ｂがの内側に副掘削機本体１４が位置し、副掘削機本体１４よりも主掘削機本体１２の後部が長くなっている。また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後部には既設セグメントに圧接して内部への浸水を阻止する主テールシール７３と副テールシール７４が装着されている。各掘削機本体１２，１４のテールシール７３，７４は内面に前後二列にわたって設けられており、主テールシール７３は長手方向両端部が前方へ回り込んで各重合部７３ａを形成し、副テールシール７４とほぼ直交して重合するように先端が副テールシール７４の外面に圧接している。
【００４６】
従って、本実施形態では、左右の副掘削機本体１４の後部内面に固着された前後二列の副テールシール７４に対して、主掘削機本体１２の後部内面に固着された前後二列の主テールシール７３は、端部が前方へ回り込んだ各重合部７３ａがほぼ直交し、先端が副テールシール７４の外面に圧接していることで、各テールシール７３，７４は先端部が既設セグメントの外面に圧接し、且つ、前後にずれて装着されることで形成された隙間は主テールシール７３の重合部７３ａによってなくなり、掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止される。
【００４７】
第４実施形態のシールド掘削機において、図１５に示すように、主掘削機本体１２は前端部に主カッタ機構１１が装着され、この主掘削機本体１２の掘進方向両側に副カッタ機構１３が装着された副掘削機本体１４がそれぞれ配設されている。この各副掘削機本体１４は前胴部１４ａと後胴部１４ｂとで構成され、それぞれ副掘削機本体ガイド機構としての図示しないガイド部と移動機構としての拡幅ジャッキ１６によって独立して水平移動可能に支持されており、この主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４はシールドジャッキ１７，１８によって前進できる。また、主掘削機本体１２及び各副掘削機本体１４の後胴部１４ｂの後部には既設セグメントに圧接して内部への浸水を阻止する主テールシール７５と副テールシール７６が装着されている。各掘削機本体１２，１４のテールシール７５，７６は内面に前後二列にわたって設けられており、副テールシール７６は端部が前方へ回り込んで各重合部７６ａを形成し、主テールシール７５とほぼ直交して重合するように先端が主テールシール７５の外面に圧接している。
【００４８】
従って、本実施形態では、主掘削機本体１２の後部内面に固着された前後二列の主テールシール７５に対して、左右の副掘削機本体１４（後胴部１４ｂ）の後部内面に固着された前後二列の副テールシール７６は、端部が前方へ回り込んだ各重合部７６ａがほぼ直交し、先端が主テールシール７５の外面に圧接していることで、各テールシール７５，７６は先端部が既設セグメントの外面に圧接し、且つ、前後にずれて装着されることで形成された隙間は副テールシール７６の重合部７６ａによってなくなり、掘削機本体１２，１４の後部からの水や土砂の侵入が確実に防止される。
【００４９】
なお、上述した各実施形態において、後方に位置するテールシールの端部を前方に回り込ませて前方に位置するテールシールにほぼ直交して重合させたり、テールシールを傾斜させて交差して重合させたりしたが、傾斜してから前方に回り込ませて直交して重合させるようにしてもよい。また、前方に位置するテールシールの端部を後方に回り込ませたり、傾斜させたりして後方に位置するテールシールに交差して重合させるようにしてもよい。更に、主テールシール及び副テールシールを前後に回り込ませたり、傾斜させるようにしてもよい。また、主テールシールと副テールシールとを前後にずらさずに前後方向同位置とし、互いの重合部のみ交差させるようにしてもよい。また、各テールシールを前後二列としたが、三列以上であってもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態において、主カッタ機構１１を円盤形状の主カッタヘッド２４、副カッタ機構１３を円盤形状の主カッタヘッド３４とコーナーカッタ４３としたが、この構造に限定されるものではなく、例えば、棒状の掘削刃を円盤を形成するように回転して構成してもよい。また、副掘削機本体ガイド機構としての支持部１５を主掘削機本体１２側の長孔５２と副掘削機本体１４側の支持軸５２とで構成し、副掘削機本体移動機構を拡幅ジャッキ１６としたが、この構造に限定されるものではない。例えば、主掘削機本体１２側に支持軸５２を設けて副掘削機本体１４側に長孔５２を設けて支持部１５を構成してもよく、拡幅ジャッキ１６を５本以上設けてたり、複数のパラレルリンク機構７２を構成してもよく、あるいは、支持部をリンク機構としてもよく、副掘削機本体が主掘削機本体に対して側方に移動可能で且つ旋回可能であればよいものである。なお、拡幅ジャッキ１６で副掘削機本体１４を所定の旋回角度にて維持する場合、この拡幅ジャッキ１６を所定の伸縮ストロークて機械的にロックするロック機構を設けるとよい。
【００５１】
更に、枠状のトンネルＴa ，Ｔb を２つのシールド掘削機によって掘削したが、これはトンネルＴ1 ，Ｔ3 の内部を共同溝として使用するために掘削断面の大きなシールド掘削機を使用したからであり、１つのシールド掘削機によって掘削することもできる。また、本実施形態では、セグメントＳによって矩形トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 を形成したが、鉄鋼製の型枠を用いてこの型枠とトンネル内壁面との間にコンクリートを打設して矩形トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 を形成してもよい。そして、本発明のトンネル掘削機をシールド掘削機以外に、岩盤を掘削してトンネルを形成するトンネルボーリングマシンとして用いることもできる。
【００５２】
また、本実施形態では、主掘削機本体１２の左右両側に副掘削機本体１４を配設して横方向に拡幅可能としたが、主掘削機本体１２の上下両側に副掘削機本体１４を配設して縦方向に拡幅可能としてもよく、この場合、主掘削機本体１２に対して左側だけ、あるいは、上側だけに副掘削機本体１４を配設して片方だけ拡幅可能としてもよい。
【００５３】
そして、本実施形態のトンネル掘削方法では、当初、前後の拡幅ジャッキ１６を徐々に伸長して主掘削機本体１２に対する副掘削機本体１４の旋回角度を徐々に大きくし、所定の旋回角度θM になると、この旋回角度θM を維持したままで、前後の拡幅ジャッキ１６を同ストローク伸長して副掘削機本体１４を外方に移動することで、一定角度で幅の拡大したトンネルを掘削するようにしたが、主掘削機本体１２に対して副掘削機本体１４の前端部を外方旋回移動させ、この副掘削機本体１４が最大旋回角度になるまで前方及び側方の地盤を掘削して徐々に幅の拡大したトンネルを掘削形成するようにしてもよい。この場合、短い掘進距離で所定の拡幅量を確保できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、主掘削機本体の前端部に前方の地盤を掘削する主カッタ機構を装着し、この主掘削機本体の掘進方向側方に副掘削機本体を配設してその前端部に副カッタ機構を装着し、副掘削機本体を副掘削機本体ガイド機構によって主掘削機本体に対して外方に移動自在に支持し、副掘削機本体移動機構によって副掘削機本体を主掘削機本体に対して外方に移動可能とし、主掘削機本体及び副掘削機本体の後部にその周方向に沿って複数の推進ジャッキを並設し、主掘削機本体及び副掘削機本体の後部内周面に周方向に沿って主テールシール及び副テールシールを装着し、この主テールシールと副テールシールの長手方向端部を所定角度をもって交差して重合するように配設したので、主掘削機本体の主テールシールと副掘削機本体の副テールシールとが交差することで、各テールシールは覆工部材の外面に隙間なく圧接することとなり、掘削途中でトンネルを拡幅するために副掘削機本体が主掘削機本体に対して外方移動しても、各テールシールの交差部は隙間が空くことなく摺接し、掘削機本体の内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図ることができる。
【００５５】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、主テールシールと副テールシールとを掘進方向前後にずれて配設し、後方に位置するテールシールの長手方向端部を前方に回り込ませ、前方に位置するテールシールとほぼ直交して重合するようにしたので、テールシールを容易に製造することができ、製造コストの増大を抑制することができる。
【００５６】
また、請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、主テールシールと副テールシールとを掘進方向前後にずれて配設し、後方に位置するテールシールを平面視掘進前方に傾斜し、その傾斜した長手方向端部を前方に位置するテールシールと交差して重合するようにしたので、主掘削機本体に対する副掘削機本体の外方への移動時にも、主テールシールと副テールシールとの交差部分の摺接動作を円滑にすることができる。
【００５７】
また、請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、主テールシール及び副テールシールをそれぞれ平行に少なくとも二列設け、主テールシールあるいは副テールシールのいずれか一方のテールシールの全列の長手方向端部が他方の長手方向端部に交差して重合するようにしたので、より一層掘削機本体の内部への浸水を確実に防止して防水性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の一部切欠平面図である。
【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図１のVI−VI断面図である。
【図７】本実施形態のシールド掘削機の斜視図である。
【図８】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネル掘削時の作用を表す概略図である。
【図９】本実施形態のシールド掘削機による拡幅トンネル掘削時の作用を表す概略図である。
【図１０】本実施形態のシールド掘削機による縮幅トンネル掘削時の作用を表す概略図である。
【図１１】通常トンネルの掘削断面図である。
【図１２】拡幅トンネルの掘削断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の斜視図である。
【符号の説明】
１１  主カッタ機構
１２  主掘削機本体
１３  副カッタ機構
１４  副掘削機本体
１５  支持部（副掘削機本体ガイド機構）
１６  拡幅ジャッキ（副掘削機本体移動機構）
１７，１８  シールドジャッキ（推進機構）
２４  主カッタヘッド
２７  コピーカッタ
２９  駆動モータ
３４  副カッタヘッド
３７  コピーカッタ
３９  駆動モータ
４１  駆動モータ
４３  コーナーカッタ
４６  余掘カッタ
５１  軸受部
５２  長孔
５３  支持軸
５８，５９  エレクタ装置
６６，７１，７３，７５  主テールシール
６７，７２，７４，７６  副テールシール
６７ａ，７２ａ，７３ａ，７６ａ  重合部
Ｓ，ＳS   セグメント
Ｔ，Ｔa ，Ｔb   枠状トンネル
Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3   矩形トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003727773.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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