(57)【要約】【課題】トンネルを十分な強度に維持しつつ拡幅トンネルを掘削でき、容易に分岐トンネルを掘削できるシールド掘進機を提供する。【解決手段】掘進方向前方に主トンネル２を掘削するための主カッタ７と掘進方向後方に主トンネル２の内壁に沿ってセグメント２ａを組み立てるための主セグメント組立部４４とを有する主シールド本体６と、上記主カッタ７と主セグメント組立部４４との間の上記主シールド本体６に、径方向外方に出没自在に設けられ、前面部に副カッタ２６を有し、該副カッタ２６で上記主トンネル２の側部にこれに沿って拡幅トンネル４を掘削すると共に上記主シールド本体６より径方向外方に発進し上記主トンネル２より分岐トンネル３３を掘削形成するための分岐シールド５と、該分岐シールド５と上記主セグメント組立部４４との間に設けられ上記拡幅トンネル４の内壁に沿ってトンネル壁を構成する壁部材９を組み立てるための副壁部材組立部４６とを備えたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進方向前方に主トンネルを掘削するための主カッタと掘進方向後方に主トンネルの内壁に沿ってセグメントを組み立てるための主セグメント組立部とを有する主シールド本体と、上記主カッタと主セグメント組立部との間の上記主シールド本体に、径方向外方に出没自在に設けられ、前面部に副カッタを有し、該副カッタで上記主トンネルの側部にこれに沿って拡幅トンネルを掘削すると共に上記主シールド本体より径方向外方に発進し上記主トンネルより分岐トンネルを掘削形成するための分岐シールドと、該分岐シールドと上記主セグメント組立部との間に設けられ上記拡幅トンネルの内壁に沿ってトンネル壁を構成する壁部材を組み立てるための副壁部材組立部とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記分岐シールドの副カッタが上記主シールド本体の側壁を形成し、拡幅トンネル掘削時に、上記副カッタを主シールド本体の掘進方向前方を基端部として他端部を上記主シールド本体の径方向外方に押し出し傾動させるように構成した請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記分岐シールドは掘進方向前方に副カッタを有し掘進方向後方に分岐トンネル内壁に沿ってセグメントを組み立てるための分岐セグメント組立部を有し、且つ上記副カッタを主シールド本体の掘進方向前方を基端部として他端部を上記主シールド本体の径方向外方に押し出して傾動させると共に主トンネルより分岐方向に臨ませて傾動させるための分岐シールド傾動手段とを有した請求項１又は２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記分岐シールド傾動手段は、上記主シールド本体側に液密にシールされつつ縦軸回り回動可能に支持され、上記分岐シールドの外周を液密に囲う球面受座を有する請求項３記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記副壁部材組立部は上記主シールド本体より径方向外方に出没自在に設けられると共に掘進方向後方に臨んで開放された作業スペースを有する請求項１〜４いずれかに記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの径方向外側にトンネルを拡幅する拡幅トンネルと拡幅トンネルから分岐する分岐トンネルとを掘削するシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路等のトンネルにランプ（引き込み道路）を設ける場合、トンネルの脇に車線変更用の拡幅部を形成すると共に、この拡幅部から分岐される分岐トンネルを形成する必要がある。
【０００３】
トンネルを拡幅する工法としては特許文献１記載のものが知られている。
【０００４】
この工法は、図１５に示すように、主トンネル５０を形成した後、主トンネル５０の一側の外側にシールド掘進機５１を発進させるための発進基地５２を設け、この発進基地５２からシールド掘進機５１を主トンネル５０に沿って掘進させ、主トンネル５０のセグメント５３を取り外しながら副トンネル用セグメントピース５４を組み立てて主トンネル５０を拡幅するものである。
【０００５】
この工法によれば、主トンネル５０外に発進基地５２を設置した後は、シールド掘進機５１を掘進させることで容易に主トンネル５０を拡幅できる。
【０００６】
また、分岐トンネル（図示せず）を掘削する場合、拡幅部５５を形成した後、外方から拡幅部５５へ向けて他のシールド掘進機（図示せず）を掘進させ、接続する方法等により行っていた。
【０００７】
【特許文献１】
特公平７−６５４５４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記工法では土中に設置した主トンネル５０の一部を開き、この開いた部分に副トンネル用セグメントピース５４を組み立ててトンネル空間を広げるものであるため、工事中はトンネルの強度が不足しやすく、地山の性状等の条件によっては十分な強度を確保するのが難しい場合もあり、改良の余地が残されていた。また、分岐トンネルは主トンネルとは別に掘削しなければならず、手間がかかるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トンネルを十分な強度に維持しつつ拡幅トンネルを掘削でき、容易に分岐トンネルを掘削できるシールド掘進機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、掘進方向前方に主トンネルを掘削するための主カッタと掘進方向後方に主トンネルの内壁に沿ってセグメントを組み立てるための主セグメント組立部とを有する主シールド本体と、上記主カッタと主セグメント組立部との間の上記主シールド本体に、径方向外方に出没自在に設けられ、前面部に副カッタを有し、該副カッタで上記主トンネルの側部にこれに沿って拡幅トンネルを掘削すると共に上記主シールド本体より径方向外方に発進し上記主トンネルより分岐トンネルを掘削形成するための分岐シールドと、該分岐シールドと上記主セグメント組立部との間に設けられ上記拡幅トンネルの内壁に沿ってトンネル壁を構成する壁部材を組み立てるための副壁部材組立部とを備えてシールド掘進機を構成したものである。
【００１１】
また、上記分岐シールドの副カッタが上記主シールド本体の側壁を形成し、拡幅トンネル掘削時に、上記副カッタを主シールド本体の掘進方向前方を基端部として他端部を上記主シールド本体の径方向外方に押し出し傾動させるように構成するとよい。
【００１２】
そして、上記分岐シールドは掘進方向前方に副カッタを有し掘進方向後方に分岐トンネル内壁に沿ってセグメントを組み立てるための分岐セグメント組立部を有し、且つ上記副カッタを主シールド本体の掘進方向前方を基端部として他端部を上記主シールド本体の径方向外方に押し出して傾動させると共に主トンネルより分岐方向に臨ませて傾動させるための分岐シールド傾動手段とを有するとよい。
【００１３】
また、上記分岐シールド傾動手段は、上記主シールド本体側に液密にシールされつつ縦軸回り回動可能に支持され、上記分岐シールドの外周を液密に囲う球面受座を有するとよい。
【００１４】
そして、上記副壁部材組立部は上記主シールド本体より径方向外方に出没自在に設けられると共に掘進方向後方に臨んで開放された作業スペースを有するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、主シールド３と、主シールド３から発進可能な分岐シールド５とからなる。
【００１７】
主シールド３は、掘進方向前方に主トンネル２を掘削するための主カッタ７と、掘進方向後方に主トンネル２の内壁に沿ってセグメント２ａを組み立てるための主セグメント組立部４４とを有する主シールド本体６と、主セグメント組立部４４の前側の主シールド本体６に設けられ拡幅トンネル４の内壁に沿って副セグメント９を組み立てるための副セグメント組立部４６とを備えて構成されている。
【００１８】
図１及び図３に示すように、主カッタ７は、主シールド本体６のバルクヘッド１１に回転自在に設けられており、回転中心から径方向外方へ放射状に延びる複数のスポーク１２と、それぞれのスポーク１２に設けられた多数のカッタビット１３と、スポーク１２の外側端部に径方向出没自在に設けられたコピーカッタ１４とを備えて構成されている。バルクヘッド１１には、主カッタ７を回転駆動するためのカッタ駆動モータ１５が設けられている。
【００１９】
主セグメント組立部４４には、エレクタ（図示せず）が設けられている。
【００２０】
副セグメント組立部４６は、主シールド本体６に径方向出没自在に設けられ主シールド本体６の径方向外側に副セグメント９を組み立てるスペースを確保するための拡幅シールドフレーム８からなる。
【００２１】
図１及び図２に示すように、拡幅シールドフレーム８は、後述する分岐シールド５と主セグメント組立部４４との間に配置されており、主シールド本体６から径方向外方へ突出されたときに前端を区画する前端壁部１６と、前端壁部１６の外縁から後方へ延びる周壁部１７とを備えて構成されている。拡幅シールドフレーム８は、内部に掘進方向後方に臨んで開放された作業スペースを有し、後述する分岐シールド５の副カッタ２６で掘削した拡幅トンネル４内に突出するようになっている。
【００２２】
また、拡幅シールドフレーム８と主シールド３のシールドフレーム１８との間にはシール部材（図示せず）が設けられており、これらフレーム８、１８間から機内に浸水しないようになっている。そして、拡幅シールドフレーム８には、後述する副セグメント組立部４６で組み立てた副セグメント９を後方へ押圧するためのジャッキ１９が設けられている。図４に示すように、ジャッキ１９は、拡幅シールドフレーム８に沿って複数設けられている。図２に示すように、拡幅シールドフレーム８の後端部には、副セグメント９と拡幅シールドフレーム８との間を止水するためのテールシール２０が全周に渡って設けられている。
【００２３】
そして、拡幅シールドフレーム８内には、副セグメント９を組み立てるための副セグメント組立装置１０が設けられている。
【００２４】
副セグメント組立装置１０は、拡幅シールドフレーム８内に機幅方向に延びて設けられたガイドレール２１と、ガイドレール２１に走行自在に設けられた走行部２２と、走行部２２に前後移動自在に設けられ副セグメント９を係脱自在に把持する把持部２３とを備えて構成されている。
【００２５】
図４及び図５に示すように、副セグメント９は、ループ状に閉じた形状に形成されており、掘進方向に重ねてつなげることでチューブ状に形成されるようになっている。また、副セグメント９は、主シールド本体６及び主トンネル２の外周形状に沿う形状に形成された嵌合部２４を有し、拡幅シールドフレーム８から後方へ離れたのちも主シールド本体６又は主トンネル２に沿って延びるように構成されている。
【００２６】
図１及び図８に示すように、分岐シールド５は、主カッタ７と主セグメント組立部４４との間の主シールド本体６に、径方向外方に出没自在に設けられている。分岐シールド５は、前面部に地山を掘削するための副カッタ２６を有し、副カッタ２６で主トンネル２の側部にこれに沿って拡幅トンネル４を掘削すると共に主シールド本体６より径方向外方に発進し主トンネル２より分岐トンネル３３を掘削形成するように構成されている。
【００２７】
また、分岐シールド５は、掘進方向後方に分岐トンネル３３の内壁に沿ってセグメント３４を組み立てるための分岐セグメント組立部４５と、副カッタ２６を主シールド本体６の掘進方向前方を基端部として他端部を主シールド本体６の径方向外方に押し出して傾動させると共に主トンネル２より分岐方向に臨ませて傾動させるための分岐シールド傾動手段２７とを有する。
【００２８】
分岐シールド傾動手段２７は、主シールド本体６側に液密にシールされつつ縦軸回り回動可能に支持され、分岐シールド５の外周を液密に囲う球面受座２８と、主シールド本体６に設けられ球面受座２８と主シールド本体６の間を止水するシール部材２９とからなる。球面受座２８は、機内側に延長して形成され分岐シールド５を発進方向後側から支える発進基部３０を有する。
【００２９】
そして、分岐シールド５は、主シールド本体６内に完全に収容された状態では副カッタ２６で主シールド本体６の側壁を形成して地山に干渉せず、主シールド本体６から所定の微小長さだけ突出させ、かつ、副カッタ２６を前方へ向けるように傾けたときに副カッタ２６で主シールド本体６の径方向外側を主トンネル２に沿って掘削するようになっている。すなわち、分岐シールド５の副カッタ２６は、拡幅トンネル４を掘削するためのカッタとしても機能するようになっている。また、分岐シールド本体２５は、その機軸方向に多段に分割可能に形成されており、主シールド本体６内に収容されているときには後部を取り外して収納スペースを節約するように構成されている。
【００３０】
次に作用について述べる。
【００３１】
拡幅トンネル４を掘削する場合、機内に完全に収容されている分岐シールド５を徐々に径方向外方へ発進させながら副カッタ２６のカッタ面を前方へ向けるように傾動させる。このとき、分岐シールド５の発進量に応じて予め分割しておいた分岐シールド５の後部を適宜組み戻しながら行う。そして、分岐シールド５と共に拡幅シールドフレーム８を徐々に径方向外側へ突出させる。分岐シールド５の外周は球面受座２８にシールされており、球面受座２８はシール部材２９により主シールド本体６との間をシールされているため、分岐シールド５を発進させたり、傾動させたりしても主シールド本体６内に浸水することはない。
【００３２】
図３及び図７に示すように少なくとも掘削すべき拡幅トンネル４の幅と同じ長さだけ副カッタ２６を径方向外側へ突出させ、かつ、拡幅トンネル４を掘削すべき所定の地点に到達したら、副カッタ２６で掘削した拡幅トンネル４内に副セグメント９を組み立て始める。
【００３３】
副セグメント９の組み立て作業は、まず、拡幅トンネル４の後端を塞ぐための蓋部材３２をジャッキ１９で後方へ押し、副セグメント組立部４６で蓋部材３２の前側に副セグメント９を組み立てる。そして、主シールド３の掘進量に応じて既設の副セグメント９の前側に新たな副セグメント９を組み立てる作業を順次繰り返す。
【００３４】
分岐シールド５が、分岐トンネルを掘削すべき地点に到達したら、主シールド３の掘進を一旦停止させ、図８に示すように、分岐シールド５を径方向外側へ分岐発進させる。
【００３５】
分岐シールド５は、分岐シールド傾動手段２７の発進基部３０から反力を取りながら掘進経路上に分岐トンネル３３用のセグメント３４を組み立てる。そして、副カッタ２６で掘削した拡幅トンネル４内にセグメント３４を組み立てたらそのセグメント３４からなるトンネル壁３７の先端に径方向に延びる第１蓋３５を設けて塞ぎ、この第１蓋３５に別体の第２蓋３６を重ね合わせて配置する。この後、第２蓋３６に分岐トンネル３３用のセグメント３４を組み立てながら分岐シールド５を掘進させ、適宜の位置で一旦停止させる。これにより、分岐トンネル３３内に組み立てたセグメント３４のうち拡幅トンネル４内に組み立てたセグメント３４と、拡幅トンネル４外に組み立てたセグメント３４とを分離可能に隔絶することができる。
【００３６】
この後、図１３に示すように主シールド３側の分岐シールド傾動手段２７にトンネル壁３７を機内側へ引き込むための引き込み装置３９を設け、トンネル壁３７を引き込み装置３９で主シールド本体６内に引き込みながら分解してトンネル壁３７を撤去する。このとき、トンネル壁３７を引き抜いた跡の空間に充填材を注入するための充填管４０を第１蓋３５に設け、その空間に充填材を注入するとよい。土圧を保持できると共に、トンネル壁３７を引き込むための推力を土圧によって補助できる。また、引き込み装置３９は、例えばトンネル壁３７に連結するワイヤ４１と、ワイヤ４１を引くジャッキ４２とで構成するとよい。
【００３７】
図９及び図１４に示すように、トンネル壁３７を撤去できたら、主シールド３を再び掘進させ、図１０に示すように、副カッタ２６で掘削した分岐トンネル３３の前端近傍まで副セグメント９を組み立てる。拡幅シールドフレーム８に充填管４３を設けて分岐トンネル３３内に薬注を施し、地盤を改良したのち、土木的な手法によって分岐トンネル３３の更に前方を掘削する。
【００３８】
そして、図１１に示すように更に主シールド３を掘進させ、分岐トンネル３３の基端を塞ぐ第２蓋３６と、拡幅トンネル４とが完全にラップする位置まで副セグメント９を組み立てた後、副セグメント９の前側に蓋部材３２を設ける。
【００３９】
この後、図１２に示すように再び主シールド３を掘進させ、拡幅シールドフレーム８を主シールド本体６内に収納し、更に主シールド３を掘進させて主トンネル２を掘削する。また、分岐シールド５を再び掘進させて分岐トンネル３３を掘削する。
【００４０】
そして、図６に示すように互いに近接して掘削された主トンネル２と拡幅トンネル４との間に薬注を施して地盤を改良したのち、土木的な手法で主トンネル２のセグメント２ａと拡幅トンネル４の副セグメント９とを切り開いて接合する。また、同様の手法で拡幅トンネル４と分岐トンネル３３とを接合することでランプ部を構築できる。
【００４１】
このように、掘進方向前方に主トンネル２を掘削するための主カッタ７と掘進方向後方に主トンネル２の内壁に沿ってセグメント２ａを組み立てるための主セグメント組立部４４とを有する主シールド本体６と、主カッタ７と主セグメント組立部４４との間の主シールド本体６に、径方向外方に出没自在に設けられ、前面部に副カッタ２６を有し、副カッタ２６で主トンネル２の側部にこれに沿って拡幅トンネル４を掘削すると共に主シールド本体６より径方向外方に発進し主トンネル２より分岐トンネル３３を掘削形成するための分岐シールド５と、分岐シールド５と主セグメント組立部４４との間に設けられ拡幅トンネル４の内壁に沿って副セグメント９を組み立てるための副セグメント組立部４６とを備えてシールド掘進機１を構成したため、主トンネル２を十分な強度に維持しつつ拡幅トンネル４を容易に掘削でき、容易に分岐トンネル３３を掘削できる。そして、高速道路等のトンネルに分岐又は合流車線用のゾーンを有するランプを容易に構築できる。
【００４２】
また、分岐シールド５は、主シールド本体６内に完全に収容された状態では副カッタ２６で主シールド本体６の側壁を形成するように構成したため、主トンネル２のみを掘削するときに副カッタ２６が邪魔となるのを防ぐことができ、シールド掘進機１の構造を簡単にできる。
【００４３】
そして、分岐シールド５は、拡幅トンネル４掘削時に、副カッタ２６を主シールド本体６の掘進方向前方を基端部として他端部を主シールド本体６の径方向外方に押し出し傾動させるように構成したため、副カッタ２６を用いて拡幅トンネル４を容易に掘削できる。
【００４４】
分岐シールド５は、掘進方向前方に副カッタ２６を有し掘進方向後方に分岐トンネル３３内壁に沿ってセグメント３４を組み立てるための分岐セグメント組立部４５を有し、且つ上記副カッタ２６を主シールド本体６の掘進方向前方を基端部として他端部を上記主シールド本体６の径方向外方に押し出して傾動させると共に主トンネル２より分岐方向に臨ませて傾動させるための分岐シールド傾動手段２７とを有して構成したため、副カッタ２６を用いて拡幅トンネル４を容易に掘削できると共に、主シールド３から分岐シールド５を任意の角度傾斜させて発進することができる。
【００４５】
分岐シールド傾動手段２７は、主シールド本体６側に液密にシールされつつ縦軸回り回動可能に支持され、分岐シールド５の外周を液密に囲う球面受座２８を有するため、分岐シールド５側と主シールド本体６側のシールを保ちつつ分岐シールド５を傾動させることができる。
【００４６】
また、副セグメント組立部４６は主シールド本体６より径方向外方に出没自在に設けられると共に掘進方向後方に臨んで開放された作業スペースを有するため、主シールド３で主トンネル２のみを掘削するとき、主シールド本体６内に没入させて掘進の邪魔となるのを防ぐことができ、主シールド本体６から径方向外方に突出させることで主トンネル２に沿う位置に副セグメント９を組み立てることができる。
【００４７】
なお、上述の実施の形態では分岐シールド５を斜め前方へ発進させるものとしたが、これに限るものではない。例えば、分岐シールド傾動手段２７を回動させて分岐シールド５を主シールド３の機軸に対して直交する方向に向け、この方向へ発進させてもよく、同様に分岐シールド５を斜め後方へ向けて発進させてもよい。
【００４８】
また、拡幅トンネル４の内壁に沿って副セグメント９を組み立てるための副セグメント組立部４６を主シールド本体６より径方向外方に出没自在に設けたが、拡幅トンネル４内に組み立てる壁部材はセグメント以外の他のタイプのものであってもよい。この場合、副セグメント組立部４６に替えて他の壁部材を組み立てるための壁部材組立部を主シールド本体６に径方向外方に出没自在に設けるとよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）トンネルを十分な強度に維持しつつ拡幅トンネルを掘削でき、容易に分岐トンネルを掘削できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の平面断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の正面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】拡幅トンネルを掘削中のシールド掘進機の平面断面図である。
【図８】分岐シールドを発進させたシールド掘進機の平面断面図である。
【図９】分岐トンネルの一部を撤去した状態の平面説明図である。
【図１０】分岐トンネルの一部を撤去した位置まで副セグメントを組み立てた状態の平面説明図である。
【図１１】図１０に示す状態から更に副セグメントを組み立てた状態の平面説明図である。
【図１２】副セグメントを所定の位置まで組み立て終わった状態の平面説明図である。
【図１３】分岐トンネルのトンネル壁の一部を撤去するときの状態を示す平面説明図である。
【図１４】分岐トンネルのトンネル壁の一部を撤去した状態の平面説明図である。
【図１５】従来のトンネルを拡幅する工法の平面説明図である。
【符号の説明】
１  シールド掘進機
２  主トンネル
２ａ  セグメント
４  拡幅トンネル
５  分岐シールド
６  主シールド本体
７  主カッタ
９  副セグメント（壁部材）
２６  副カッタ
２７  分岐シールド傾動手段
２８  球面受座
３３  分岐トンネル
３４  セグメント
４４  主セグメント組立部
４５  分岐セグメント組立部
４６  副セグメント組立部（副壁部材組立部）
【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】
2004308373.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004308373.tif 000013
【図１２】
2004308373.tif 000014
【図１３】
2004308373.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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