(57)【要約】【課題】円形断面と異形断面の双方を掘削でき、構造が簡素なシールド機を提供する。【解決手段】親シールド機本体２とこの親シールド機本体２の軸方向に挿入可能な子シールド機本体３とを備えるシールド機１について、子シールド機本体３の前方に設けられこの子シールド機本体３の筒体断面とほぼ同形状でかつ自身が子シールド機本体３の前面と平行な面内で回動可能なカッタディスク４を、親シールド機本体２の外周にほぼ内接するように摺動可能となるように構成する。具体的には、例えば子シールド機本体３の前方にこの子シールド機本体３の筒体の長さ方向と直交する面内で回動可能なレール部５を備えておき、これにカッタディスク４を摺動自在に取り付ける。【選択図】        図１
2004293076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親シールド機本体とこの親シールド機本体の軸方向に挿入可能な子シールド機本体とを備えるシールド機であって、
前記子シールド機本体の前方に設けられこの子シールド機本体の筒体断面とほぼ同形状でかつ自身が前記子シールド機本体の前面と平行な面内で回動可能なカッタディスクを備え、
前記カッタディスクは、前記親シールド機本体の外周にほぼ内接するように摺動可能とされていること
を特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記子シールド機本体の前方に備えられこの子シールド機本体の筒体の長さ方向と直交する面内で回動可能なレール部に、前記カッタディスクが摺動自在に取り付けられていること
を特徴とする請求項１記載のシールド機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削断面を途中で変更できるシールド機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市部では、地下・地上空間の利用上の制約から、シールド工法によってトンネルを構築することが多い。
ここで、図１０、図１１に示すように、道路トンネルのランプ部や、鉄道トンネルの駅部などでは、本線部分に比べてその断面を大きくする必要がある。このようなトンネルをシールド工法によって構築する場合、拡幅部に開削工法やＮＡＴＭ工法を併用する必要が生じる。しかし、これらの工法を適用すると、長期間にわたって地上を広範囲に占有したり地盤改良などの補助工法を行ったりする必要が生じ、また拡幅部のコンクリート構造物の厚さが大きくなるなどの問題点があった。
【０００３】
一方、シールドトンネルの拡幅部において、本線シールド機の側部に子機シールドを着脱して掘削する工法もある。この場合においては、親機・子機の駆動部が別々に必要なため、機械構造が複雑となり機械価格が非常に高価であった。また、セグメント構造が内面平滑にならないため、応力が集中する箇所に中柱が必要となり、道路トンネルでは採用することが困難である。
【０００４】
そこで、シールド機の内部に、そのシールド機の径よりも小さい径の子シールド機を内蔵することで、一つのシールド機で２種類の径のトンネルを掘削可能としたシールド機も実用化されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１００８６号公報
【０００６】
しかし、このような親子シールド機では、掘削可能な断面形状は本線部分、拡幅部とも円形であることが一般的であり、円形断面と異形断面とを同一のシールド機で連続掘進することは困難であった。道路トンネルや鉄道トンネルでは、トンネル内の空間を有効活用できるよう、拡幅部は楕円形など偏平な断面形状とするのが経済的に望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、円形断面と異形断面の双方を掘削でき、構造が簡素なシールド機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明であるシールド機は、例えば図１〜図９に示すように、
親シールド機本体２とこの親シールド機本体２の軸方向に挿入可能な子シールド機本体３とを備えるシールド機１であって、
前記子シールド機本体３の前方に設けられこの子シールド機本体３の筒体断面とほぼ同形状でかつ自身が前記子シールド機本体３の前面と平行な面内で回動可能なカッタディスク４を備え、
前記カッタディスク４は、前記親シールド機本体２の外周にほぼ内接するように摺動可能とされていること
を特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、カッタディスクが親シールド機本体の外周にほぼ内接するように摺動可能とされているので、子シールド機本体を親シールド機本体に挿入した状態でカッタディスクやこれを動作させる駆動部を交換することなく、子シールド機本体断面より大径の親シールド機本体断面を掘削することができる。すなわち、小径のトンネルと大径のトンネルの双方を掘削するためのカッタディスクとその駆動部とが共用されるので、シールド機の機構が簡単であり製作費を大幅に低減することができる。
【００１０】
また、カッタディスクが揺動可能とされているので、シールド機によって掘削するトンネルの断面形状は円形に限られることなく、カッタディスクのスライド距離とスライド位置制御により、楕円形など任意の形状の異形断面が掘削可能である。またカッタディスクを揺動させて掘進することで掘削断面が円滑な形状となり、トンネル断面が応力的に安定した形状で中柱が不要となるため、道路トンネルの合流・分流のランプ部、非常駐車帯や鉄道トンネルの駅部などを掘削するのに好適である。
【００１１】
また、子シールド機本体に親シールド機本体を着脱する地点だけに立坑を設ければ良く、広範囲にわたって地上部を占有する必要がないため、地上交通や周辺環境に与える影響が少ない。
また、親シールド機本体、子シールド機本体とも繰り返し転用が可能であり、立坑部において複数回の着脱が可能で長期間の掘進も可能である。
また、地盤改良などの補助工法を必要とするのは発進・到達部のみであり、ＮＡＴＭ工法の場合のように全線にわたって地盤改良を必要としない。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、例えば図２〜図４、図６〜図８に示すように、請求項１記載のシールド機１において、
前記子シールド機本体３の前方に備えられこの子シールド機本体３の筒体の長さ方向と直交する面内で回動可能なレール部５に、前記カッタディスク４が摺動自在に取り付けられていること
を特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、カッタディスクを自身の周りに回動させつつ、このカッタディスクをレール部に沿って摺動させることで、異形断面を掘削することができる。
また、カッタディスクが、子シールド機本体の前部に備えられたレール部に取り付けられているので、カッタディスクの子シールド機本体に対する取付強度が比較的高いものとなる。したがって、シールド機で比較的長い路線を安定的に掘進することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係るシールド機の実施の形態を具体的に説明する。
【００１５】
本実施の形態のシールド機１は、図１（ａ）〜（ｆ）に示すように、子シールド機本体３で道路トンネルや鉄道トンネル（例えば図１０、図１１参照）などの本線Ｔ１を掘進し、この子シールド機３を親シールド機２に挿入して接続した状態で本線Ｔ１より幅の大きい拡幅部（駅部）Ｔ２を掘進可能に構成されたシールド機である。
子シールド機２の筒体の断面形状は、トンネルの本線Ｔ１に合わせて円形に形成され、親シールド機本体２の筒体の断面形状は、トンネルの拡幅部（駅部）Ｔ２に合わせて楕円形状に形成されている。
【００１６】
子シールド機本体３の縦断面図、正面図をそれぞれ図２、図３に示す。また、図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図をそれぞれ図４、図５に示す。
【００１７】
子シールド機本体３の前方には、図２に示すように、子シールド機本体３の筒体断面とほぼ同形状でかつ自身が子シールド機本体３の前面と平行な面内で回動可能なカッタディスク４が備えられている。カッタディスク４は、その背面に備えられた環状のラック３２に咬合するピニオン３１の動作によって自転するようになっている。
【００１８】
この自転可能に構成されたカッタディスク４は、図２、図４に示すように、さらに子シールド機本体３の前面を覆う基板３Ｄに固定されたレール５上を摺動自在となるように取り付けられている。すなわち、カッタディスク４は、自転しながらレール５上を揺動可能となるように構成されている。基板３Ｄ側に取り付けられたラック３４に、カッタディスクの背面側に取り付けられたピニオン３３が咬合し、このピニオン３３の動作によってカッタディスク４が揺動するようになっている。
【００１９】
さらに、面板３Ｄは、その背面に備えられた環状のラック３６に咬合するピニオン３５の動作によって、回転するようになっている。この面板３Ｄの回転動作によってレール５の向きが変わり、カッタディスク４の揺動方向が変化するようになっている。
【００２０】
面板３Ｄには、図２に示すように、送泥管３７ａと排泥管３８ａを脱着可能な接続管３７，３８が設けられている。
【００２１】
また、子シールド機本体３の筒体は、中央部３Ａと、その前方と後方とに脱着可能なフード部３Ｂ、テール部３Ｃとから構成されている。図２に示すように、上記のカッタディスク４の駆動機構は中央部３Ａに取り付けられ、シールドジャッキ３Ｊ、エレクタ３Ｅはテール部３Ｃに取り付けられている。
【００２２】
親シールド機本体２に子シールド機本体３を挿入して接続した状態の縦断面図、正面図をそれぞれ図６、図７に示す。また、図６におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図およびＣ−Ｃ断面図をそれぞれ図８、図９に示す。
【００２３】
親シールド機本体２の前方には、図６に示すように、送泥管２７ａと排泥管２８ａを脱着可能な接続管２７，２８が設けられている。
また、親シールド機本体２の後方には、図６に示すように、エレクタ２Ｅを脱着可能になっている。
【００２４】
そして、図６、図８に示すように、カッタディスク４が自転しつつ、ピニオン３３，３５の動作によって親シールド機本体２の外周にほぼ内接するように回転し、親シールド機本体２の前面全体を覆うような軌跡を描きつつ掘削を行うようになっている。
【００２５】
シールド機１によるトンネルの掘削手順を説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、発進立坑内で子シールド機本体３を組み立て、本線の掘進を開始する。到達立坑では、図１（ｂ）に示すように、子シールド機本体３が到達するのに先立って、親シールド機本体２を組み立てておく。
到達立坑に子シールド機本体３が到達したら、その筒体の中央部３Ａからフード部３Ｂとテール部３Ｃとを取り外すとともに、送泥管３７ａ、排泥管３８ａを接続管３７，３８から取り外し、トンネル拡幅部の掘削に備えて面板３Ｄが筒体に対して回動可能となるようにする。
【００２６】
そして、この状態で図１（ｄ）〜（ｅ）に示すように、子シールド機３を親シールド機２に挿入して固定する。さらに、親シールド機２の接続管２７，２８にそれぞれ親シールド機用の送泥管２７ａ、排泥管２８ａを取り付けるとともに、親シールド機２の後方に拡幅部用のエレクタ２Ｅを取り付ける。
【００２７】
そして、図１（ｆ）に示すように、拡幅部の掘進を開始する。
シールド機１が次の立坑に到達し拡幅部の掘進が終了したら、再び親シールド機本体２から子シールド機本体３を分離し、子シールド機本体３のみでさらに先の本線を掘進する。
以上の工程を繰り返し、トンネルの本線と拡幅部を連続して掘進することができる。
【００２８】
以上、本実施の形態のシールド機１によれば、カッタディスク４を自身の周りに回動させつつ、このカッタディスク４をレール部５に沿って摺動させることで、カッタディスク４が親シールド機本体２の外周にほぼ内接するように摺動可能とされているので、子シールド機本体３を親シールド機本体２に挿入した状態でカッタディスク４やこれを動作させる駆動部を交換することなく、子シールド機本体断面より大径の親シールド機本体断面を掘削することができる。すなわち、小径のトンネルと大径のトンネルの双方を掘削するためのカッタディスク４とその駆動部とが共用されるので、シールド機の機構が簡単であり製作費を大幅に低減することができる。
【００２９】
また、カッタディスク４が揺動可能とされているので、シールド機１によって掘削する拡幅部のトンネルの断面形状は、カッタディスクのスライド距離とスライド位置制御により、任意の形状の異形断面に設定して掘削可能である。またカッタディスク４を揺動させて掘進することで掘削断面が円滑な形状となり、トンネル断面が応力的に安定した形状で中柱が不要となるため、道路トンネルの合流・分流のランプ部、非常駐車帯や鉄道トンネルの駅部などを掘削するのに好適である。
【００３０】
また、子シールド機本体３に親シールド機本体２を着脱する地点だけに立坑を設ければ良く、広範囲にわたって地上部を占有する必要がないため、地上交通や周辺環境に与える影響が少ない。
また、親シールド機本体２、子シールド機本体３とも繰り返し転用が可能であり、立坑部において複数回の着脱が可能で長期間の掘進も可能である。
また、地盤改良などの補助工法を必要とするのは発進・到達部のみであり、ＮＡＴＭ工法の場合のように全線にわたって地盤改良を必要としない。
【００３１】
また、カッタディスク４が、子シールド機本体３の前部に備えられたレール部５に取り付けられているので、カッタディスク４の子シールド機本体３に対する取付強度が比較的高いものとなる。したがって、シールド機で比較的長い路線を安定的に掘進することができる。
【００３２】
なお、本発明のシールド機は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内おいて、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、カッタディスク４は、ラック３４とピニオン３３の組み合わせでなく、油圧ジャッキなどによって摺動させてもよい。
また、一つの子シールド機本体に対して複数種類の断面形状の親シールド機本体を用意することにより、複数種類の幅の拡幅部を持つトンネルを掘進したり、他のトンネルの掘進に転用したりすることが可能なシールド機とすることができる。
さらに、子シールド機本体の断面形状も円形でなく楕円形などの異形に設定し、本線部分の掘削断面も扁平にすることも可能である。
その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、カッタディスクが親シールド機本体の外周にほぼ内接するように摺動可能とされているので、子シールド機本体を親シールド機本体に挿入した状態でカッタディスクやこれを動作させる駆動部を交換することなく、子シールド機本体断面より大径の親シールド機本体断面を掘削することができる。すなわち、小径のトンネルと大径のトンネルの双方を掘削するためのカッタディスクとその駆動部とが共用されるので、シールド機の機構が簡単であり製作費を大幅に低減することができる。
【００３４】
また、カッタディスクが揺動可能とされているので、シールド機によって掘削するトンネルの断面形状は円形に限られることなく、カッタディスクのスライド距離とスライド位置制御により、楕円形など任意の形状の異形断面が掘削可能である。またカッタディスクを揺動させて掘進することで掘削断面が円滑な形状となり、トンネル断面が応力的に安定した形状で中柱が不要となるため、道路トンネルの合流・分流のランプ部、非常駐車帯や鉄道トンネルの駅部などを掘削するのに好適である。
【００３５】
また、子シールド機本体に親シールド機本体を着脱する地点だけに立坑を設ければ良く、広範囲にわたって地上部を占有する必要がないため、地上交通や周辺環境に与える影響が少ない。
また、親シールド機本体、子シールド機本体とも繰り返し転用が可能であり、立坑部において複数回の着脱が可能で長期間の掘進も可能である。
また、地盤改良などの補助工法を必要とするのは発進・到達部のみであり、ＮＡＴＭ工法の場合のように全線にわたって地盤改良を必要としない。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、カッタディスクを自身の周りに回動させつつ、このカッタディスクをレール部に沿って摺動させることで、異形断面を掘削することができる。
また、カッタディスクが、子シールド機本体の前部に備えられたレール部に取り付けられているので、カッタディスクの子シールド機本体に対する取付強度が比較的高いものとなる。したがって、シールド機で比較的長い路線を安定的に掘進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド機を用いたトンネルの掘削手順の一例を示す概要図である。
【図２】本発明のシールド機の一例における子シールド機本体の縦断面図である。
【図３】本発明のシールド機の一例における子シールド機本体の正面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２におけるＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明のシールド機の一例において親シールド機本体に子シールド機本体が接続した状況の縦断面図である。
【図７】本発明のシールド機の一例において親シールド機本体に子シールド機本体が接続した状況の正面図である。
【図８】図６におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】図６におけるＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図である。
【図１０】本発明のシールド機の適用例を示す概要図である。
【図１１】本発明のシールド機の他の適用例を示す概要図である。
【符号の説明】
１        シールド機
２        親シールド機本体
３        子シールド機本体
４        カッタディスク
５        レール部
【図１】
2004293076.tif 000003
【図２】
2004293076.tif 000004
【図３】
2004293076.tif 000005
【図４】
2004293076.tif 000006
【図５】
2004293076.tif 000007
【図６】
2004293076.tif 000008
【図７】
2004293076.tif 000009
【図８】
2004293076.tif 000010
【図９】
2004293076.tif 000011
【図１０】
2004293076.tif 000012
【図１１】
2004293076.tif 000013