(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントによって筒状に構築された一対の平行をなすトンネルに沿って小径のトンネルを掘削形成するトンネル掘削方法において、
掘削機本体の前端部に装着されたカッタビットを有するカッタヘッドを駆動回転しながら、該カッタヘッドから外方にコピーカッタを出没させ、且つ、前端下部両側に設けられたコーナーカッタを回転すると共に、前記掘削機本体を推進することで、前記一対の既設トンネルを形成するセグメントの外周面を切削しながら所定形状断面のトンネルを掘削し、
該掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントを組付けて、前記一対の既設トンネルの上部に小径トンネルを構築することを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘削方法において、
前記既設トンネルを形成するセグメントの所定位置には掘進方向に沿って予めガイド溝が形成され、
該ガイド溝には切削しやすい部材が充填されており、
前記カッタヘッドあるいはコピーカッタ、コーナーカッタは該セグメントの充填部を掘削しながら小径トンネルを構築することを特徴とするトンネル掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下鉄道などに沿って小径の通路のためのトンネルを掘削形成するトンネル掘削方法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、円筒形の掘削機本体の前部に円形の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掘削機本体を前進させることで、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ることで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地下鉄道に利用されるものがある。この地下鉄道として利用されるトンネルは、通常、上り線と下り線の地下鉄が走行するための２本の平行な走行トンネルが必要である。また、地下鉄道には駅が必要であり、この駅を形成するためには、前述した所定の間隔を有して独立した２本のトンネルを連通させ、広い空間部を形成する必要がある。更に、この駅部の上方には駅の利用者が通行する小径のトンネルが必要となる。
【０００４】
従来、地下鉄道に利用するトンネルの掘削方法において、上下線の地下鉄の走行部としての２本のトンネルは、前述したシールド掘削機を２台用い、この２台のシールド掘削機を順に稼働し、所定の間隔を有して独立した２本のトンネルを構築している。そして、駅を形成する広い空間部は、シールド掘削機を３台用い、この３台のシールド掘削機を順に稼働し、例えば、第１のシールド掘削機によって中央部トンネルを形成し、次に、この中央部トンネルとトンネル断面が一部重なるように第２のシールド掘削機によって側部トンネルを形成し、更に、中央部トンネルとトンネル断面が一部重なるように第３のシールド掘削機によって側部トンネルを形成することでトンネルを構築している。更に、利用者が通行する小径のトンネルは中央部トンネルの上部に作業者が手掘りによって掘削形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のトンネルの掘削方法にあっては、利用者が通行する小径のトンネルを構築する場合、作業者が手掘りによって形成しているため、作業者にかかる負担が大きく、掘削効率が良くないという問題があった。また、小径のトンネル掘削機によって掘削することも考えられるが、既設のトンネルに沿って掘削することは困難であった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、作業者にかかる負担を軽減して掘削作業効率の向上を図ったトンネル掘削方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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本発明のトンネル掘削方法は、複数のセグメントによって筒状に構築された一対の平行をなすトンネルに沿って小径のトンネルを掘削形成するトンネル掘削方法において、掘削機本体の前端部に装着されたカッタビットを有するカッタヘッドを駆動回転しながら、該カッタヘッドから外方にコピーカッタを出没させ、且つ、前端下部両側に設けられたコーナーカッタを回転すると共に、前記掘削機本体を推進することで、前記一対の既設トンネルを形成するセグメントの外周面を切削しながら所定形状断面のトンネルを掘削し、該掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントを組付けて、前記一対の既設トンネルの上部に小径トンネルを構築することを特徴とするものである。
【０００８】
従って、前方の地盤は回転するカッタヘッド及びコピーカッタ、コーナーカッタによって掘削され、このとき、地盤と共に既設トンネルを形成するセグメントの外周面が切削され、このセグメントに沿って所定形状断面のトンネルが掘削されることとなる。
【０００９】
また、本発明のトンネル掘削方法は、前記既設トンネルを形成するセグメントの所定位置には掘進方向に沿って予めガイド溝が形成され、該ガイド溝には切削しやすい部材が充填されており、前記カッタヘッドあるいはコピーカッタ、コーナーカッタは該セグメントの充填部を掘削しながら小径トンネルを構築することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、回転するカッタヘッド及びコピーカッタ、コーナーカッタによる掘進時に、セグメントのガイド溝に充填された部材を切削しながら前進し、掘削機本体はこのガイド溝に沿って前進して小径トンネルを形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘削方法を実施するためのシールド掘削機の正面視、図２に本実施例のシールド掘削機の概略を表す図１のII−II断面、図３にコーナーカッタの概略、図４に本実施例のシールド掘削機によって掘削形成されたトンネルの断面を示す。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施例のシールド掘削機は、地下鉄道として構築された３連トンネルの上部に地下通路に利用されるトンネルを掘削形成するものである。即ち、本実施例のシールド掘削機において、上部が円弧状で下部が矩形状の筒状をなす掘削機本体１１の前部には円形状のカッタヘッド１２が傾斜した状態で回転自在に取付けられており、このカッタヘッド１２に放射状に取付けられた複数のスポーク１３には多数のカッタビット１４が固定されている。そして、このカッタヘッド１２の基端部側にはリングギア１５が固定される一方、掘削機本体１１側には駆動モータ１６が取付けられており、この駆動モータ１６の駆動ギア１７がリングギア１５に噛み合っている。従って、この駆動モータ１６を駆動すると、駆動ギア１７及びリングギア１５を介してカッタヘッド１２を回転駆動することができる。
【００１４】
また、カッタヘッド１２の各スポーク１３内にはそれぞれコピーカッタ１８が移動自在に装着されており、この各コピーカッタ１８はそれぞれ油圧シリンダ１９によって外方へ出没自在となっている。更に、掘削機本体１１の下部にはカッタヘッド１２の両側に位置して一対のコーナーカッタ２０が装着されている。
【００１５】
このコーナーカッタ２０において、図１及び図３に示すように、掘削機本体１１に固定された支持外筒２１内には内筒２２が軸方向摺動自在に嵌合しており、この内筒２２内には旋回油圧モータ２３が装着されている。そして、この旋回油圧モータ２３の回転軸２４には前面部及び外周部にカッタビット２５が固定された旋回カッタ２６が固結されている。また、支持外筒２１の前部には開閉自在なゲート２７が設けられており、この旋回カッタ２６が固結された旋回油圧モータ２３は内筒２２と共に図示しない油圧シリンダにより、このゲート２７から出没自在となっている。
【００１６】
図２に示すように、掘削機本体１１の中間部にはバルクヘッド２８が設けられることで、このバルクヘッド２８とカッタヘッド１２との間にチャンバ室２９が形成されている。そして、掘削機本体１１の中央部にはバルクヘッド２８を貫通して前方が下向きをなすスクリューコンベア３０が装着されている。従って、カッタヘッド１２等によって掘削された土砂はチャンバ室２９に取り込まれ、スクリューコンベア３０によって外部に排出される。更に、掘削機本体１１の後部には周方向に沿って複数のシールドジャッキ３１が並設されると共に、セグメントＳを組付けるセグメントエレクタ３２が配設されている。従って、このシールドジャッキ３１を作動して掘進方向後方に伸長させると、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からの反力により掘削機本体１１が前進することができ、セグメントエレクタ３２はシールドジャッキ３１を縮小して形成された既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着することができる。
【００１７】
ここで、上述した本実施例のシールド掘削機によって既設された３連トンネルの上部に地下通路トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００１８】
なお、地下通路トンネルを掘削形成する前には、図４に示すように、図示しないシールド掘削機によって既に３連トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 が掘削形成されており、トンネルＴ1 ，Ｔ2 は地下鉄道Ａの走行用のものであり、トンネルＴ3 は駅部Ｐを形成するためのものであり、以下では、トンネルＴ3 の上部に地下通路トンネルＴ4 を形成する場合について説明する。
【００１９】
この場合、既設のトンネルＴ1 ，Ｔ2 を構築するためのセグメントはスチールで形成され、このセグメントにはその所定の位置には掘進方向に沿って予めガイド溝Ｇが形成され、このガイド溝Ｇに切削しやすい部材として、発砲スチロールやモルタル等の充填材が充填されている。従って、本実施例のシールド掘削機はこのセグメントのガイド溝Ｇ内の充填部を切削しながら掘進するものである。
【００２０】
図１及び図２に示すように、駆動モータ１７を駆動してカッタヘッド１２を回転駆動しながら、シールドジャッキ３１を伸長させると、掘削機本体１２は既設のセグメントＳからの反力により前進し、多数のカッタビット１４が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。そして、このカッタヘッド１２を回転に伴って各油圧シリンダ１９によって各コピーカッタ１８をそれぞれ出没させることで、カッタヘッド１２のカッタビット１４では掘削できない部分を掘削する。更に、旋回油圧モータ２３によって旋回カッタ２６を旋回駆動することで、カッタビット２５によってカッタヘッド１２のカッタビット１４及びコピーカッタ１８では掘削できない部分を掘削する。
【００２１】
即ち、カッタヘッド１２の回転によって前方の地盤を楕円形状に掘削し、回転に伴うコピーカッタ１８の出没によって楕円掘削部の下部両側を掘削し、一対のコーナーカッタ２０の回転によって楕円掘削部の下部両側の隅部、即ち、既設のトンネルＴ1 ，Ｔ2 を構築するためのセグメントのガイド溝Ｇに充填された充填材を掘削しながら、掘削機本体１１はこのガイド溝Ｇにガイドされて推進する。
【００２２】
そして、シールドジャッキ３１を縮小して形成された既設のセグメントＳとの間の空所にセグメントエレクタ３２が新しいセグメントＳを装着していくことで、トンネルＴ4 が構築される。
【００２３】
なお、このように３連トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 及びトンネルＴ3 の上部に地下通路トンネルＴ4 が掘削形成されると、その後、トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 を接合シール材によって強固に接合し、中間梁を立設してから各トンネルＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 との接触部分を切断除去することで連通させ、３連のトンネルが形成される。
【００２４】
【発明の効果】
以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明のトンネル掘削方法によれば、カッタヘッドを駆動回転しながらこのカッタヘッドから外方にコピーカッタを出没させて且つ前面下部両側に設けられたコーナーカッタを回転すると共に、掘削機本体を推進することで、一対の既設トンネルを形成するセグメントの外周面を切削しながら所定形状断面のトンネルを掘削し、この掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントを組付けて、前記一対の既設トンネルの上部に小径トンネルを構築するようにしたので、前方の地盤は回転するカッタヘッド及びコピーカッタ、コーナーカッタによって掘削され、このとき、地盤と共に既設トンネルを形成するセグメントの外周面が切削され、このセグメントに沿って所定形状断面のトンネルが掘削されることとなり、作業者にかかる負担を軽減して多連トンネルを容易に掘削形成することができ、掘削作業効率の向上を図ることができる。
【００２５】
また、本発明のトンネル掘削方法によれば、既設トンネルを形成するセグメントの所定位置に掘進方向に沿って予めガイド溝を形成してこのガイド溝に切削しやすい部材を充填し、カッタヘッドあるいはコピーカッタ、コーナーカッタはセグメントの充填部を掘削しながら小径トンネルを構築するようにしたので、
回転するカッタヘッド及びコピーカッタ、コーナーカッタによる掘進時に、セグメントのガイド溝に充填された部材を切削しながら前進し、掘削機本体はこのガイド溝に沿って適正に前進して小径トンネルを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削方法を実施するためのシールド掘削機の正面図である。
【図２】本実施例のシールド掘削機の概略を表す図１のII−II断面図である。
【図３】コーナーカッタの概略図である。
【図４】本実施例のシールド掘削機によって掘削形成されたトンネルの断面図である。
【符号の説明】
１１  掘削機本体
１２  カッタヘッド
１７  駆動モータ
１８  コピーカッタ
１９  油圧シリンダ
２０  コーナーカッタ
２３  旋回油圧モータ
２６  旋回カッタ
３０  スクリューコンベア
３１  シールドジャッキ
３２  セグメントエレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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