(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形断面トンネルの一部を掘削可能な半円形状の第１カッタヘッドと、
前端部に該第１カッタヘッドが回動自在に装着された筒状の掘削機本体と、
前記第１カッタヘッドを駆動する駆動手段と、
前記掘削機本体を前進させる推進手段と
前記第１カッタヘッドの駆動及び前進によって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セグメントエレクタと、
前記第１カッタヘッドに係合することで円形状となり、円形断面トンネルを掘削可能な第２カッタヘッドとを具え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、
前記第１カッタヘッドのみが駆動するとき、前記掘削機本体は既に前記セグメントエレクタによって組付けられたセグメントの外周面に沿って移動自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
請求項２記載のトンネル掘削機において、
前記掘削機本体には円筒状の既設セグメントの外周面に嵌合する円弧ガイド部が凹設され、該円弧ガイド部に掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、
一方、前記第１カッタヘッドに対して前記第２カッタヘッドは着脱自在であり、該第１カッタヘッドは前記掘削機本体の前面部内を往復回動自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項２記載のトンネル掘削機において、
前記掘削機本体には一対の平行をなす円筒状の既設セグメントの対向する外周面に嵌合する一対の円弧ガイド部が凹設され、該円弧ガイド部にそれぞれ掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、
一方、前記第１カッタヘッドに対して前記第２カッタヘッドは着脱自在であり、該第１カッタヘッドは前記掘削機本体の前面部内を回動自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項５】
請求項２記載のトンネル掘削機において、
前記掘削機本体には平面状ガイド部が形成され、該平面状ガイド部に掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、外方に出没自在なスイングカッタを有し、該スイングカッタが前記掘削機本体の前面部内を回動することで前記第１カッタヘッドを構成し、該スイングカッタが前記掘削機補助体の前面部内を回動することで前記第２カッタヘッドを構成することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
請求項２記載のトンネル掘削機において、
前記掘削機本体には既設セグメントの外周面との接触端部に位置してスクリューコンベアが着脱自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項７】
請求項６記載のトンネル掘削機において、
前記掘削機本体には前記スクリューコンベアによって掘削された補助トンネルに接合シール材を注入する注入手段が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項８】
請求項３及び４記載のトンネル掘削機において、
前記第１カッタヘッドは中心部の支持軸が前記掘削機本体の前端部に回動自在に支持されると共に、該支持軸から揺動アームが径方向に延設され、本体が該掘削機本体に枢着された流体シリンダの駆動ロッドが該揺動アームに連結されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項９】
請求項２記載のトンネル掘削機において、
前記第１カッタヘッドのみが装着された掘削機本体は既設セグメントの外周面に形成されたガイド部に沿って移動自在であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項１０】
第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して円形断面の中央部トンネルを掘削形成し、
この掘削形成した中央部トンネルの内壁面にセグメントを組付けて中央部トンネルを構築し、
その後、前記第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を前記中央部トンネルのセグメント外周側面に沿って前進して略半円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、
この掘削形成した一対の側部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて一対の側部トンネルを構築し、
前記中央部トンネルのセグメント外周面と前記一対の側部トンネルのセグメント外周面との接触端部に接合シール材を注入することで両者を接合し、
この接合された前記中央部トンネルと前記側部トンネルとの接触中央部に位置するセグメントを切断除去することで前記中央部トンネルと前記各側部トンネルとの内部が連通した異形断面の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１１】
第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して平行をなす円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、
この掘削形成した一対の側部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて一対の側部トンネルを構築し、
その後、第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を前記一対の側部トンネルの対向するセグメント外周面に沿って前進して中央部トンネルを掘削形成し、
この掘削形成した中央部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて中央部トンネルを構築し、
該中央部トンネルのセグメント外周面と前記一対の側部トンネルのセグメント外周面との接触端部に接合シール材を注入することで両者を接合し、
この接合された前記中央部トンネルと前記側部トンネルとの接触中央部に位置するセグメントを切断除去することで前記中央部トンネルと前記各側部トンネルとの内部が連通した異形断面の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、地下鉄道などのトンネルを掘削形成するトンネル掘削機及び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。
【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。また、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。
【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、地下鉄道としてのトンネルを構築する場合、３台のシールド掘削機が必要となり、設備が大がかりで掘削機の搬入及び搬出作業も困難なものとなり、高コストなトンネル掘削作業となってしまうという問題がある。また、第１のシールド掘削機が中央部トンネルを形成し、第２及び第３のシールド掘削機がこの中央部トンネルと一部重なる部分を含むように作動することで各側部トンネルを形成することとなる。そのため、第２及び第３のシールド掘削機のカッタヘッドは中央部トンネルと重なる部分、即ち、掘削部分のない空間部を空回りすることとなり、掘削効率が良くないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、装置の小型軽量化を図ると共に低コスト化を図り、且つ、掘削作業効率の向上を図ったトンネル掘削機及び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機は、円形断面トンネルの一部を掘削可能な半円形状の第１カッタヘッドと、前端部に該第１カッタヘッドが回動自在に装着された筒状の掘削機本体と、前記第１カッタヘッドを駆動する駆動手段と、前記掘削機本体を前進させる推進手段と、前記第１カッタヘッドの駆動及び前進によって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セグメントエレクタと、前記第１カッタヘッドに係合することで円形状となり、円形断面トンネルを掘削可能な第２カッタヘッドとを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合した状態で、駆動手段によって第１カッタヘッドと共に第２カッタヘッドを回動させながら推進手段によって掘削機本体を前進させ、セグメントエレクタによって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、円形断面のトンネルが構築され、一方、駆動手段によって第１カッタヘッドのみを回動させながら推進手段によって掘削機本体を前進させ、セグメントエレクタによって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、異形断面のトンネルが構築される。
【０００９】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記第１カッタヘッドのみが駆動するとき、前記掘削機本体は既に前記セグメントエレクタによって組付けられたセグメントの外周面に沿って移動自在であることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、第１カッタヘッドのみを回動させながら掘削機本体を既設のセグメントの外周面に沿って移動させることで、既設のトンネルと平行な異形断面のトンネルが構築される。
【００１１】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記掘削機本体には円筒状の既設セグメントの外周面に嵌合する円弧ガイド部が凹設され、該円弧ガイド部に掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、一方、前記第１カッタヘッドに対して前記第２カッタヘッドは着脱自在であり、該第１カッタヘッドは前記掘削機本体の前面部内を往復回動自在であることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、円形断面トンネルの掘削時には、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを装着して円形状のカッタヘッドを回動すると共に、掘削機本体に掘削機補助体を装着して円筒状の掘削機本体を前進させる一方、異形断面のトンネルの掘削時には、第１カッタヘッドを掘削機本体の前面部内で回動すると共に、掘削機本体の円弧ガイド部を円筒状の既設セグメントの外周面に嵌合しながら前進させる。
【００１３】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記掘削機本体には一対の平行をなす円筒状の既設セグメントの対向する外周面に嵌合する一対の円弧ガイド部が凹設され、該円弧ガイド部にそれぞれ掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、一方、前記第１カッタヘッドに対して前記第２カッタヘッドは着脱自在であり、該第１カッタヘッドは前記掘削機本体の前面部内を回動自在であることを特徴とするものである。
【００１４】
従って、円形断面トンネルの掘削時には、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを装着して円形状のカッタヘッドを回動すると共に、掘削機本体に掘削機補助体を装着して円筒状の掘削機本体を前進させる一方、異形断面のトンネルの掘削時には、第１カッタヘッドを掘削機本体の前面部内で回動すると共に、掘削機本体の一対の円弧ガイド部を円筒状の既設セグメントの対向する外周面に嵌合しながら前進させる。
【００１５】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記掘削機本体には平面状ガイド部が形成され、該平面状ガイド部に掘削機補助体が装着されることで円筒状をなし、外方に出没自在なスイングカッタを有し、該スイングカッタが前記掘削機本体の前面部内を回動することで前記第１カッタヘッドを構成し、該スイングカッタが前記掘削機補助体の前面部内を回動することで前記第２カッタヘッドを構成することを特徴とするものである。
【００１６】
従って、円形断面トンネルの掘削時には、スイングカッタを掘削機本体及び掘削機補助体の前面部内で回動すると共に、掘削機本体に掘削機補助体を装着して円筒状の掘削機本体を前進させる一方、異形断面のトンネルの掘削時には、スイングカッタを掘削機本体の前面部内で回動すると共に、掘削機本体の平面状ガイド部を既設セグメントの外周面に接触しながら前進させる。
【００１７】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記掘削機本体には既設セグメントの外周面との接触端部に位置してスクリューコンベアが着脱自在であることを特徴とするものである。
【００１８】
従って、円形断面トンネルと異形断面トンネルの各セグメント外周面の接触端部がスクリューコンベアによって掘削されて空洞部が形成されることとなり、両トンネルの連通が容易となる。
【００１９】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記掘削機本体には前記スクリューコンベアによって掘削された補助トンネルに接合シール材を注入する注入手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００２０】
従って、円形断面トンネルと異形断面トンネルとの接触端部には注入手段によって接合シール材が注入されることとなり、両者は強固に接合されると共にトンネル内への浸水が防止される。
【００２１】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記第１カッタヘッドは中心部の支持軸が前記掘削機本体の前端部に回動自在に支持されると共に、該支持軸から揺動アームが径方向に延設され、本体が該掘削機本体に枢着された流体シリンダの駆動ロッドが該揺動アームに連結されたことを特徴とするものである。
【００２２】
従って、流体シリンダを作動し、駆動ロッドを連続して伸縮駆動することで揺動アームが揺動し、支持軸を介して第１カッタヘッドを所定角度範囲内で連続して揺動させることで、この連続揺動する第１カッタヘッドによって容易に所望の断面形状のトンネルが掘削可能となる。
【００２３】
また、本発明のトンネル掘削機は、前記第１カッタヘッドのみが装着された掘削機本体は既設セグメントの外周面に形成されたガイド部に沿って移動自在であることを特徴とするものである。
【００２４】
従って、掘削機本体は既設セグメントの外周面に形成されたガイド部に案内されて正確に推進可能となる。
【００２５】
また、本発明のトンネル掘削方法は、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して円形断面の中央部トンネルを掘削形成し、この掘削形成した中央部トンネルの内壁面にセグメントを組付けて中央部トンネルを構築し、その後、前記第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を前記中央部トンネルのセグメント外周側面に沿って前進して略半円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、この掘削形成した一対の側部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて一対の側部トンネルを構築し、前記中央部トンネルのセグメント外周面と前記一対の側部トンネルのセグメント外周面との接触端部に接合シール材を注入することで両者を接合し、この接合された前記中央部トンネルと前記側部トンネルとの接触中央部に位置するセグメントを切断除去することで前記中央部トンネルと前記各側部トンネルとの内部が連通した異形断面のトンネルを構築することを特徴とするものである。
【００２６】
従って、一対の平行なトンネルの所定位置に駅部などを構成するための異形断面部を構築する場合、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動して円形断面の中央部トンネルを掘削形成してから、第１カッタヘッドのみを駆動して中央部トンネルの両側に側部トンネルを掘削形成し、各トンネル連通することで異形断面のトンネルが構築される。
【００２７】
また、本発明のトンネル掘削方法は、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して平行をなす円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、この掘削形成した一対の側部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて一対の側部トンネルを構築し、その後、第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を前記一対の側部トンネルの対向するセグメント外周面に沿って前進して中央部トンネルを掘削形成し、この掘削形成した中央部トンネルの内壁面にそれぞれセグメントを組付けて中央部トンネルを構築し、該中央部トンネルのセグメント外周面と前記一対の側部トンネルのセグメント外周面との接触端部に接合シール材を注入することで両者を接合し、この接合された前記中央部トンネルと前記側部トンネルとの接触中央部に位置するセグメントを切断除去することで前記中央部トンネルと前記各側部トンネルとの内部が連通した異形断面のトンネルを構築することを特徴とするものである。
【００２８】
従って、一対の平行なトンネルの所定位置に駅部などを構成するための異形断面部を構築する場合、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動して円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成してから、第１カッタヘッドのみを駆動して側部トンネルの間に中央部トンネルを掘削形成し、各トンネル連通することで異形断面のトンネルが構築される。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１に本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機として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断面を表す図１のII−II断面、図３に図２のIII−III断面、図４に図３のIV−IV断面、図５に本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略、図６に図５のVI−VI断面を示す。
【００３１】
本実施例のシールド掘削機は地下鉄道に利用されるトンネルを掘削形成するものであり、図１乃至図４に示すように、掘削機本体１１は半円形の筒状をなし、円弧ガイド面１２が凹設されている。そして、この掘削機本体１１の円弧ガイド面１２には掘削機補助体１３が装着されることで、全体が円筒状をなすような形状となっている。なお、この掘削機本体１１と掘削機補助体１３とは複数の固定ボルト１４によって着脱自在に固定されている。
【００３２】
掘削機本体１１の前部には多数のカッタビット１５が固定された第１カッタヘッド１６が回動軸１７によって回動自在に取付けられており、この第１カッタヘッド１６は掘削機本体１１に対して周方向に若干短い半円形をなし、円弧ガイド面１８が凹設されている。そして、この第１カッタヘッド１６の円弧ガイド面１８には多数のカッタビット１９が固定された第２カッタヘッド２０が装着されることで、全体が円形状をなすような形状となっている。なお、この第１カッタヘッド１６と第２カッタヘッド２０とは図示しない複数の固定ボルトによって着脱自在となっている。
【００３３】
また、第１カッタヘッド１６の回動軸１７には一対の揺動アーム２１が一体に固定される一方、掘削機本体１１側には一対の油圧シリンダ２２が取付けられており、この油圧シリンダ２２の各駆動ロッド２３が揺動アーム２１の先端部に連結されている。従って、この各油圧シリンダ２２を駆動すると、各駆動ロッド２３及び揺動アーム２１を介して回動軸１７と共に第１カッタヘッド１６を回動し、多数のカッタビット１５によって前方の地盤を掘削することができる。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２４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２５が配設されている。従って、このシールドジャッキ２４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２５はシールドジャッキ２４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。なお、掘削機補助体１３の後部にも周方向に沿って複数のシールドジャッキ２６が並設されている。
【００３４】
ところで、本実施例のシールド掘削機にあっては、掘削機本体１１から掘削機補助体１３を外し、且つ、第１カッタヘッド１６から第２カッタヘッド２０を外した状態で、既設のトンネルに沿って第１カッタヘッド１６のみを回動しながら掘削機本体１１が推進できるようになっている。即ち、図５に示すように、セグメントが組付けられて形成された既設のトンネルＴには、その両側部に掘進方向に沿ってそれぞれ一対のガイド溝Ｇが形成されている。一方、この各ガイド溝Ｇに対応した掘削機本体１１にはガイド突起２７が形成されており、この掘削機本体１１のガイド突起２７は既設トンネルＴのガイド溝Ｇに嵌合して摺動自在となっている。なお、このトンネルＴを構成するセグメントには各ガイド溝Ｇの形成位置に予め発砲スチロール等の充填材が充填されている。
【００３５】
また、図５及び図６に示すように、掘削機本体１１には既設のトンネルＴの外周面との接触端部に小筒のハウジング２８が着脱自在となっており、このハウジング２８内にはスクリューコンベア２９が装着されている。このスクリューコンベア２９は既設の円形断面のトンネルＴとこれに隣接して形成される異形断面との接合部近傍を掘削するものであり、ハウジング２８内には掘削土砂排出後に接合シール材を注入する注入管３０が設けられている。
【００３６】
ここで、上述した本実施例のシールド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００３７】
本実施例のシールド掘削機によって地盤を掘削するには、まず、図１乃至図３に示すように、掘削機本体１１に掘削機補助体１３を装着して固定ボルト１４によって固定すると共に、第１カッタヘッド１６に第２カッタヘッド２０を装着して固定ボルトによって固定し、この状態で、一対の油圧シリンダ２２を連続駆動して各駆動ロッド２３を往復駆動すると、揺動アーム２１を介して回動軸１７が回動し、一体となった円形状の第１カッタヘッド１６及び第２カッタヘッド２０が往復回動する。これに伴って掘削機本体１１及び掘削機補助体１３の各シールドジャッキ２４，２６を伸長させると、掘削機本体１１及び掘削機補助体１３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１５，１９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、シールドジャッキ２４，２６を順次縮小し、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２５が新しいセグメントＳを装着することで、円形断面の中央部トンネルＴが構築される。
【００３８】
このように円形断面の中央部トンネルＴを所定長さ構築すると、図５及び図３に示すように、次に、掘削機本体１１から掘削機補助体１３を外すと共に、第１カッタヘッド１６から第２カッタヘッド２０を外す。そして、掘削機本体１１のガイド突起２７を既設された中央部トンネルＴのガイド溝Ｇに嵌合することで、掘削機本体１１をこの既設トンネルＴに沿って移動自在とする。この状態で、前述と同様に、油圧シリンダ２２を連続駆動して第１カッタヘッド１６のみを往復揺動しながら、シールドジャッキ２４を伸長させると、掘削機本体１１は既設のセグメントＳからの反力により中央部トンネルＴの長手方向に沿って前進し、多数のカッタビット１５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、シールドジャッキ２４を縮小して空所にセグメントエレクタ２５が新しいセグメントＳを装着することで、円形断面の中央部トンネルＴの側方にほぼ半円形断面の側部トンネルが構築される。
【００３９】
そして、円形断面の中央部トンネルＴと半円形断面の側部トンネルを所定長さ構築すると、前述と同様に、掘削機本体１１及び第１カッタヘッド１６によって中央部トンネルＴの側方にほぼ半円形断面の側部トンネルを構築し、平行な３つのトンネルが形成される。
【００４０】
なお、ほぼ半円形断面の各側部トンネルの構築に伴って各スクリューコンベア２９が前方の地盤を掘削することで、中央部トンネルＴと各側部トンネルとの接触部近傍に空洞部を形成し、この各空洞部に注入管３０から接合シール材を注入することで、接合シール材は各空洞部から中央部トンネルＴの各ガイド溝Ｇを含む両者のセグメントの間の隙間や各トンネルと地盤との隙間に流動して硬化し、各トンネルが強固に接合される。その後、中央部トンネルと各側部トンネルとの各接触部分を切断除去することで連通させ、３連のトンネルを形成する。このように掘削形成された地下鉄道用のトンネルは、例えば、各側部トンネルが鉄道の通路で、中央部トンネルが駅部分となる。
【００４１】
図７に本発明の第２実施例に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面視、図８に本実施例のシールド掘削機の断面を表す図７のVIII−VIII断面、図９に図８のIX−IX断面、図１０に本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略、図１１に図１０のXI−XI断面を示す。
【００４２】
本実施例のシールド掘削機において、図７乃至図９に示すように、掘削機本体３１は鼓形の筒状をなし、両側に円弧ガイド面３２がそれぞれ凹設されている。そして、この掘削機本体３１の各円弧ガイド面３２にはそれぞれ掘削機補助体３３が装着されることで、全体が円筒状をなすような形状となっている。なお、この掘削機本体３１と各掘削機補助体３３とは複数の固定ボルト３４によって着脱自在に固定されている。
【００４３】
掘削機本体３１の前部には多数のカッタビット３５が固定された第１カッタヘッド３６が回動軸３７によって回動自在に取付けられており、この第１カッタヘッド３６は掘削機本体３１に対して若干短い幅であり、両側に円弧ガイド面３８がそれぞれ凹設されている。そして、この第１カッタヘッド３６の各円弧ガイド面３８にはそれぞれ多数のカッタビット３９が固定された第２カッタヘッド４０が装着されることで、全体が円形状をなすような形状となっている。なお、この第１カッタヘッド３６と各第２カッタヘッド４０とは図示しない複数の固定ボルトによって着脱自在となっている。
【００４４】
また、第１カッタヘッド３６の回動軸３７には一対の揺動アーム４１が一体に固定される一方、掘削機本体３１側にはそれぞれ一対の油圧シリンダ４２が取付けられており、この油圧シリンダ４２の各駆動ロッド４３が揺動アーム４１の先端部に連結されている。従って、この各油圧シリンダ４２を駆動すると、各駆動ロッド４３及び揺動アーム４１を介して回動軸３７と共に第１カッタヘッド３６を回動し、多数のカッタビット３５によって前方の地盤を掘削することができる。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４４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４５が配設されている。従って、このシールドジャッキ４４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４５はシールドジャッキ４４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。なお、掘削機補助体１３の後部にも周方向に沿って複数のシールドジャッキ４６が並設されている。
【００４５】
ところで、本実施例のシールド掘削機にあっては、掘削機本体３１から掘削機補助体３３を外し、且つ、第１カッタヘッド３６から第２カッタヘッド４０を外した状態で、既設のトンネルに沿って第１カッタヘッド３６のみを回動しながら掘削機本体３１が推進できるようになっている。即ち、図１０に示すように、セグメントが組付けられて形成された一対の既設のトンネルＴは所定の間隔をあけて平行に形成されており、その対向する各外側面が掘削機本体３１のガイド面Ｇを形成している。一方、この各ガイド面Ｇに対して掘削機本体３１の各円弧ガイド面３２が嵌合自在であり、この掘削機本体３１は各円弧ガイド面３２が既設トンネルＴのガイド面Ｇにガイドされながら移動自在となっている。
【００４６】
また、図１０及び図１１に示すように、掘削機本体３１には既設のトンネルＴの外周面との接触端部に小筒のハウジング４８が着脱自在となっており、このハウジング４８内にはスクリューコンベア４９が装着されている。このスクリューコンベア４９は既設の円形断面のトンネルＴとこれに隣接して形成される異形断面との接合部近傍を掘削するものであり、ハウジング４８内には掘削土砂排出後に接合シール材を注入する注入管５０が設けられている。
【００４７】
ここで、上述した本実施例のシールド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００４８】
本実施例のシールド掘削機によって地盤を掘削するには、まず、図７乃至図９に示すように、掘削機本体３１に各掘削機補助体３３を装着して固定ボルト３４によって固定すると共に、第１カッタヘッド３６に各第２カッタヘッド３０を装着して固定ボルトによって固定し、この状態で、一対の油圧シリンダ４２を連続駆動して各駆動ロッド４３を往復駆動すると、揺動アーム４１を介して回動軸３７が回動し、一体となった円形状の第１カッタヘッド３６及び第２カッタヘッド４０が往復回動する。これに伴って掘削機本体３１及び掘削機補助体３３の各シールドジャッキ４４，４６を伸長させると、掘削機本体３１及び掘削機補助体３３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３５，３９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、シールドジャッキ４４，４６を順次縮小し、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４５が新しいセグメントＳを装着することで、円形断面のトンネルＴが構築される。
【００４９】
この作業を２度繰り返すことで円形断面のトンネルＴを２本所定長さ構築すると、図１０及び図１１に示すように、次に、掘削機本体３１から掘削機補助体３３を外すと共に、第１カッタヘッド３６から第２カッタヘッド４０を外す。そして、掘削機本体３１の各円弧ガイド面３８が既設トンネルＴのガイド面Ｇにガイドさせ、この掘削機本体３１をこの既設トンネルＴの間を長手方向に沿って移動自在とする。この状態で、前述と同様に、油圧シリンダ４２を連続駆動して第１カッタヘッド３６のみを往復揺動しながら、シールドジャッキ４４を伸長させると、掘削機本体３１は既設のセグメントＳからの反力により中央部トンネルＴの長手方向に沿って前進し、多数のカッタビット３５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、シールドジャッキ４４を縮小して空所にセグメントエレクタ４５が新しいセグメントＳを装着することで、一対の円形断面の側部トンネルＴの間に鼓状断面の中央部トンネルが構築される。
【００５０】
そして、ほぼ半円形断面の各側部トンネルの構築に伴って各スクリューコンベア４９が前方の地盤を掘削することで、中央部トンネルと各側部トンネルとの接触部近傍に空洞部を形成し、この各空洞部に注入管５０から接合シール材を注入することで、接合シール材は各空洞部から中央部トンネルと側部トンネルのセグメントの間の隙間や各トンネルと地盤との隙間に流動して硬化し、各トンネルが強固に接合される。その後、中央部トンネルと各側部トンネルとの各接触部分を切断除去することで連通させ、３連のトンネルを形成する。このように掘削形成された地下鉄道用のトンネルは、例えば、各側部トンネルが鉄道の通路で、中央部トンネルが駅部分となる。
【００５１】
図１２に本発明の第３実施例に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面視、図１３に本実施例のシールド掘削機の断面を表す図１２のXIII−XIII断面、図１４に図１２のXIV−XIV断面、図１５に本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略、図１６に本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略、図１７に図１６のXVII−XVII断面を示す。
【００５２】
本実施例のシールド掘削機において、図１２及び図１３に示すように、掘削機本体５１は筒状をなし、両側部に垂直ガイド面５２が形成されている。そして、この掘削機本体５１の各垂直ガイド面５２にはそれぞれ掘削機補助体５３が装着されることで、全体が円筒状をなすような形状となっている。なお、この掘削機本体５１と掘削機補助体５３とは複数の固定ボルト５４によって着脱自在に固定されている。
【００５３】
掘削機本体５１の前部には多数のカッタビット５５が固定された円形状のカッタヘッド本体５６が回転自在に装着されており、このカッタヘッド本体５６の基端部にはリングギヤ５７が固定されている。そして、掘削機本体５１には複数の駆動モータ５８が装着されており、各駆動モータ５８の駆動ギヤ５９がこのリングギヤ５７に噛み合っている。従って、駆動モータ５８を駆動すると、駆動ギヤ５９と噛み合うリングギヤ５７が回転し、カッタヘッド本体５６を回転することができる。
【００５４】
また、このカッタヘッド本体５６の外周部には複数（本実施例では６本）のスイングカッタ６０の基端部が支持軸６１によって揺動自在に取付けられている。そして、この各スイングカッタ６０には油圧シリンダ６２の本体が連結されており、この油圧シリンダ６２の各駆動ロッド６３はカッタヘッド本体５６に連結されている。従って、この各油圧シリンダ６２を駆動すると、各駆動ロッド６３が伸縮して各スイングカッタ６０をカッタヘッド本体５６内の収納位置と外方に突出した突出位置との間で揺動することができる。即ち、全てのスイングカッタ６０を突出した状態でカッタヘッド本体５６を回転させると、各スイングカッタ６０によって円形断面のトンネルを掘削形成することができる。一方、各スイングカッタ６０を収納した状態でカッタヘッド本体５６を回転させると、各スイングカッタ６０によって岩盤を掘削形成することはない。また、カッタヘッド本体５６を回転させながらスイングカッタ６０を出没させると、各スイングカッタ６０によって掘削機本体５１と同形の異形断面のトンネルを掘削形成することができる。
【００５５】
掘削機本体５１の後部には周方向に沿って複数のシールドジャッキ６４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６５が配設されている。従って、このシールドジャッキ６４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５１が前進することができ、セグメントエレクタ６５はシールドジャッキ６４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。なお、各掘削機補助体５３の後部にも周方向に沿って複数のシールドジャッキ６６が並設されている。
【００５６】
ところで、本実施例のシールド掘削機にあっては、掘削機本体５１から各掘削機補助体５３を外し、且つ、各スイングカッタ６０の一部を掘削機本体５１の前面部内に収納した状態で、既設のトンネルに沿ってカッタヘッド本体５６を回転しながら掘削機本体５１が推進できるようになっている。即ち、図１６に示すように、セグメントが組付けられて形成された既設のトンネルＴには、その両側部に掘進方向の両側に沿ってガイド面Ｇが形成されている。一方、この各ガイド面Ｇに対して掘削機本体５１の各垂直ガイド面５２が密着可能であり、この掘削機本体５１は各垂直ガイド面５２が既設トンネルＴのガイド面Ｇにガイドされながら移動自在となっている。
【００５７】
また、図１６及び図１７に示すように、掘削機本体５１には既設のトンネルＴの外周面との接触端部に小筒のハウジング６８が着脱自在となっており、このハウジング６８内にはスクリューコンベア６９が装着されている。このスクリューコンベア６９は既設の円形断面のトンネルＴとこれに隣接して形成される異形断面との接合部近傍を掘削するものであり、ハウジング６８内には掘削土砂排出後に接合シール材を注入する注入管７０が設けられている。
【００５８】
ここで、上述した本実施例のシールド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００５９】
本実施例のシールド掘削機によって地盤を掘削するには、まず、図１３及び図１５に示すように、掘削機本体５１から各掘削機補助体５３を外した状態とする。そして、駆動モータ５８を駆動し、駆動ギヤ５９及びリングギヤ５７を介してカッタヘッド本体５６を回転させると共に、掘削機本体５１の各シールドジャッキ６４を伸長させると、掘削機本体５１は既設のセグメントＳからの反力により前進する。このとき、各油圧シリンダ６２を駆動してカッタヘッド本体５６から所定のスイングカッタ６０を出没させ、各スイングカッタ６０を掘削機本体５１の前面部内で揺動させることで、多数のカッタビット５５及びスイングカッタ６０が前方の地盤を掘削し、この掘削機本体５１と同形の異形断面のトンネルを掘削形成する。その後、シールドジャッキ６４を順次縮小し、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６５が新しいセグメントＳを装着することで、異形断面の中央部トンネルＴが構築される。
【００６０】
このように円形断面の中央部トンネルＴを所定長さ構築すると、図１６及び図１７に示すように、次に、掘削機本体５１に一方の掘削機補助体５３を装着して固定ボルト５４にによって固定する。この状態で、前述と同様に、駆動モータ５８を駆動してカッタヘッド本体５６を回転させると共に、掘削機本体５１の各シールドジャッキ６４を伸長させて前進させる。このとき、各油圧シリンダ６２を駆動してカッタヘッド本体５６から所定のスイングカッタ６０を出没させ、各スイングカッタ６０を掘削機本体５１及び一方の掘削機補助体５３の前面部内で揺動させることで、多数のカッタビット５５及びスイングカッタ６０が前方の地盤を掘削し、この掘削機本体５１と一方の掘削機補助体５３を合わせた形状と同形の異形断面のトンネルを掘削形成され、中央部トンネルＴの側方にほぼ半円形断面の側部トンネルが構築される。
【００６１】
そして、中央部トンネルＴと半円形断面の側部トンネルを所定長さ構築すると、前述と同様に、掘削機本体５１及びカッタヘッド本体５６、スイングカッタ６０によって中央部トンネルＴの側方にほぼ半円形断面の側部トンネルを構築し、平行な３つのトンネルが形成される。
【００６２】
なお、ほぼ半円形断面の各側部トンネルの構築に伴って各スクリューコンベア６９が前方の地盤を掘削することで、中央部トンネルＴと各側部トンネルとの接触部近傍に空洞部を形成し、この各空洞部に注入管７０から接合シール材を注入することで、接合シール材は各空洞部から中央部トンネルＴの各ガイド溝Ｇを含む両者のセグメントの間の隙間や各トンネルと地盤との隙間に流動して硬化し、各トンネルが強固に接合される。その後、中央部トンネルと各側部トンネルとの各接触部分を切断除去することで連通させ、３連のトンネルを形成する。このように掘削形成された地下鉄道用のトンネルは、例えば、各側部トンネルが鉄道の通路で、中央部トンネルが駅部分となる。
【００６３】
【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機によれば、円形断面トンネルの一部を掘削可能な半円形状の第１カッタヘッドを筒状の掘削機本体の前端部に回動自在に装着し、この第１カッタヘッドに係合することで円形状となり、円形断面トンネルを掘削可能な第２カッタヘッドを設けたので、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して回動させながら前進させて円形断面のトンネルを形成することができ、また、第１カッタヘッドのみを回動させながら前進させて異形断面のトンネルを形成することができ、１つの掘削機を分割可能とすることで多連トンネルを容易に構築することが可能となり、掘削機自体の構造を簡素化して装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができると共に、掘削作業効率の向上を図ることができる。
【００６４】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１カッタヘッドのみが駆動するときに掘削機本体を既設セグメントの外周面に沿って移動自在としたので、既設のトンネルと平行な異形断面のトンネルを容易に構築することができる。
【００６５】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体に円筒状の既設セグメントの外周面に嵌合する円弧ガイド部を凹設してこの円弧ガイド部に掘削機補助体を装着することで円筒状とし、一方、第１カッタヘッドに対して第２カッタヘッドを着脱自在としてこの第１カッタヘッドを掘削機本体の前面部内で往復回動自在としたので、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを装着した円形状のカッタヘッドを回動することで円形断面トンネルが掘削可能となり、第１カッタヘッドのみを掘削機本体の前面部内で回動することで異形断面トンネルが掘削可能となり、容易に多連トンネルを構築することができる。
【００６６】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体に一対の平行な円筒状の既設セグメントの対向する外周面に嵌合する一対の円弧ガイド部を凹設してこの円弧ガイド部にそれぞれ掘削機補助体を装着することで円筒状とし、一方、第１カッタヘッドに対して第２カッタヘッドを着脱自在としてこの第１カッタヘッドを掘削機本体の前面部内を回動自在としたので、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを装着した円形状のカッタヘッドを回動することで円形断面トンネルが掘削可能となり、第１カッタヘッドのみを掘削機本体の前面部内で回動することで異形断面トンネルが掘削可能となり、容易に多連トンネルを構築することができる。
【００６７】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体に平面状ガイド部を形成してこの平面状ガイド部に掘削機補助体を装着することで円筒状とし、外方に出没自在なスイングカッタを掘削機本体の前面部内を回動することで第１カッタヘッドを構成し、スイングカッタが掘削機補助体の前面部内を回動することで第２カッタヘッドを構成するようにしたので、スイングカッタを掘削機本体及び掘削機補助体の前面部内で回動することで円形断面トンネルが掘削可能となり、スイングカッタを掘削機本体の前面部内で回動するすることで異形断面トンネルが掘削可能となり、容易に多連トンネルを構築することができる。
【００６８】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体に既設セグメントの外周面との接触端部に位置してスクリューコンベアを着脱自在に設けたので、円形断面トンネルと異形断面トンネルの各セグメント外周面の接触端部がスクリューコンベアによって掘削されて空洞部が形成されることとなり、中央部トンネルと側部トンネルの連通を容易に行うことができる。
【００６９】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体にスクリューコンベアによって掘削された補助トンネルに接合シール材を注入する注入手段を設けたので、中央部トンネルと側部トンネルとの接触端部に注入された接合シール材によって両者が強固に接合され、トンネル内への浸水を防止することができる。
【００７０】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１カッタヘッドは支持軸が掘削機本体に回動自在に支持されてこの支持軸と一体の揺動アームに流体シリンダの駆動ロッドが連結されたので、流体シリンダの伸縮駆動により揺動アームを介して第１カッタヘッドを所定角度範囲内で連続して揺動させることができ、この連続揺動する第１カッタヘッドによって容易に所望の断面形状のトンネルを掘削することができる。
【００７１】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１カッタヘッドのみが装着された掘削機本体を既設セグメントの外周面に形成されたガイド部に沿って移動自在としたので、掘削機本体を正確に推進可能となり、容易に多連のトンネルを構築することができる。
【００７２】
また、本発明のトンネル掘削方法によれば、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して円形断面の中央部トンネルを掘削形成し、次に、第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を中央部トンネルに沿って前進して略半円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、この各トンネルを接合してこの接合された接触中央部を切断除去することで内部が連通した異形断面のトンネルを構築するようにしたので、１台の掘削機を一体に、あるいは、分割して使用してトンネルを掘削することで、掘削機自体の構造を簡素化して装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【００７３】
また、本発明のトンネル掘削方法によれば、第１カッタヘッドに第２カッタヘッドを係合して駆動しながら掘削機本体を前進して平行をなす円形断面の一対の側部トンネルを掘削形成し、次に、第１カッタヘッドのみを駆動しながら掘削機本体を一対の側部トンネルの対向するセグメント外周面に沿って前進して中央部トンネルを掘削形成し、この各トンネルを接合してこの接合された接触中央部を切断除去することで内部が連通した異形断面のトンネルを構築するようにしたので、１台の掘削機を一体に、あるいは、分割して使用してトンネルを掘削することで、掘削機自体の構造を簡素化して装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機として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断面を表す図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】本発明の第２実施例に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面図である。
【図８】本実施例のシールド掘削機の断面を表す図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【図１０】本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略図である。
【図１１】図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】本発明の第３実施例に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面図である。
【図１３】本実施例のシールド掘削機の断面を表す図１２のXIII−XIII断面図である。
【図１４】図１２のXIV−XIV断面図である。
【図１５】本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略図である。
【図１６】本実施例のシールド掘削機によるトンネル掘削状態を表す概略図である。
【図１７】図１６のXVII−XVII断面図である。
【符号の説明】
１１，３１，５１  第１掘削機本体
１２，３２  円弧ガイド面
１３，３３，５３  掘削機補助体
１４，３４，５４  固定ボルト
１６，３６，５６  第１カッタヘッド
１７，３７  回動軸
１８，３８  円弧ガイド面
２０，４０  第２カッタヘッド
２２，４２  油圧シリンダ
２４，２６，４４，４６  シールドジャッキ
２５，４５，６５  セグメントエレクタ
２９，４９，６９  スクリューコンベア
Ｓ  セグメント
Ｔ  トンネル
５２  垂直ガイド面
５６  カッタヘッド本体
５８  駆動モータ
６０  スイングカッタ
６２  油圧シリンダ
【図１】
0003690854.tif 000002
【図２】
0003690854.tif 000003
【図３】
0003690854.tif 000004
【図４】
0003690854.tif 000005
【図５】
0003690854.tif 000006
【図６】
0003690854.tif 000007
【図７】
0003690854.tif 000008
【図８】
0003690854.tif 000009
【図９】
0003690854.tif 000010
【図１０】
0003690854.tif 000011
【図１１】
0003690854.tif 000012
【図１２】
0003690854.tif 000013
【図１３】
0003690854.tif 000014
【図１４】
0003690854.tif 000015
【図１５】
0003690854.tif 000016
【図１６】
0003690854.tif 000017
【図１７】
0003690854.tif 000018