(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本のトンネルを掘削する際は、筒状の外殻部同士が分離可能に結合された２台のシールド機で掘削しトンネル内面に沿って第１セグメントを設け、前記１本のトンネルの掘削途中で枝分かれするように２本のトンネルを掘削する際は、前記両外殻部同士を分離して各シールド機で掘削しトンネル内面に沿って第２セグメントを設ける地中掘削機において、
前記両外殻部は、前記１本のトンネルを掘削する際には、後端部側の相対向する鉛直壁に切欠き部が形成され、前記２本のトンネルを掘削する際には、前記各切欠き部が閉塞プレートにより閉塞され、前記２台のシールド機に分離可能とされ、
前記各外殻部の後端部の前記切欠き部に対応し前記切欠き部以外の部分に、各シールド機の外殻部に密着する環状断面の筒状に形成され、前記１本のトンネルを掘削する際に前記第１セグメントに密着してシールを行う後部テールシールと、
前記各外殻部の後端部の前記後部テールシールの前側にて前記切欠き部に対応し前記切欠き部以外の部分に、各シールド機のテールプレートの外殻部に密着する断面Ｃの殻状に形成され、前記２本のトンネルを掘削する際に前記第２セグメントに密着してシールを行う前部テールシールと、
さらに、前記閉塞プレートの内面に備えられ、前記前部テールシールと連続して環状断面となり、前記前部テールシールと共働して前記２本のトンネルを掘削する際に前記第２セグメントに密着してシールを行う閉塞プレート側前部テールシールと、
を備えたことを特徴とする地中掘削機。
【請求項２】
前記両外殻部は、両外殻部の上側の接合部の上面に重ねられたジョイント部材及び下側の接合部の下面に重ねられたジョイント部材により分離可能に結合され、前記２本のトンネルを掘削する際には、前記ジョイント部材を外して前記２台のシールド機に分離可能とされた、
ことを特徴とする請求項１記載の地中掘削機。
【請求項３】
前記シールド機は、前記外殻部内に支保部が設けられ、該支保部の前側に、前記シールド機の推進方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設されたことを特徴とする請求項１又は２記載の地中掘削機。
【請求項４】
２台のシールド機を結合した状態で、１本のトンネルを掘削し、該２台のシールド機を分離することにより、前記１本のトンネルから枝分かれするように２本のトンネルを掘削すると同時に、該各トンネルに適合した形状にセグメントを組み立てながら推進する分岐型シールドトンネルの構築方法において、
前記各シールド機の外形を形成する筒状の外殻部には、後端部側の相対向する鉛直壁に、切欠き部が形成され、該後端部の切欠き部以外の部分に、前部テールシール及び後部テールシールを設け、
前記後部テールシールで、該１本のトンネルの形状に適合した形状の第１セグメントとの間をシールしながら前記１本のトンネルの掘削し、
前記第１セグメントとの間を前記後部テールシールでシールした状態で、前記各切欠き部を閉塞プレートで閉塞すると共に、該閉塞プレートに設けられた閉塞プレート側前部テールシールと、前記前部テールシールとを環状に連続させて該各テールシールで、前記２本の各トンネルの形状に適合した形状の各第２セグメントとの間をシールし、前記２台のシールド機を分離して、前記２本のトンネルを枝分かれさせて掘削するようにしたことを特徴とする分岐型シールドトンネルの構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地下鉄,道路用トンネルや上下水道等を構築すべく、そのトンネルを掘削するのに適した地中掘削機、特に、複数のシールド機を一体化して掘進した後、地山中で分離し別個のシールド機として掘進することにより分岐路を構築できる地中掘削機及び分岐型シールドトンネルの構築方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からこの種のものとしては、特許第２６０４２１７号公報に記載されたようなものがある（図２２及び図２３参照）。
【０００３】
これは、二基のシールド掘進機５０，５０が分離可能に結合され、これらシールド掘進機５０，５０の前部には、掘削カッタ５１，５１が回転自在に配設され、この掘削カッタ５１，５１を回転させることにより、地山が掘削されるようになっている。
【０００４】
そして、分岐路を形成するには、まず、二基のシールド掘進機５０,５０を結合した状態で、１本のトンネルを掘削した後、所定の位置で二基を分離して、セグメントに反力をとって推進し、２本のトンネルに分岐させて掘削するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、セグメントでトンネルが崩れないように構築して行くのであるが、分岐路の部分を如何にして構築するのか不明であり以下のような問題が生じるものと思われる。すなわち、分岐前の１本のトンネルの場合には、このトンネルの形状に適合したセグメントを一体化されたシールド掘進機５０,５０内で組む必要があるため、この部分では、両シールド掘進機５０，５０の間に隔壁を形成することが出来ない。しかるに、両シールド掘進機５０，５０を分離して、分岐した２本のトンネルを掘削する時には、その隔壁が無ければ地山がシールド掘進機５０内に露出してしまうため、その部分に高価な地盤改良等を行う必要が生じてしまう。
【０００６】
また、分離前の１本のトンネルを掘削するために、両シールド掘進機５０，５０の掘削カッタ５１,５１の掘削範囲が一部重複するように設定されていることから、図２３に示すように、両シールド掘進機５０，５０を分離した時には、掘削カッタ５１による掘削断面は、図２３中斜線で示すように、余分な地山を撹拌することになり、場合によってはセメントミルク等を注入して補強する必要がある。従って、施工の工期や工費が増大してしまうという問題が生じる。
【０００７】
さらに、その斜線で示す余分な地山を撹拌するため、その掘削時の反力がシールド掘進機に作用することから、シールド掘進機に横方向の力が作用したり、撹拌した地山の強度が変わることからシールド掘進機の掘進施工においてローリング，ピッチング，ヨーイングの制御がし難くなる。
【０００８】
そこで、この発明は、高価な地盤改良等が必要なく分岐路を掘削できる地中掘削機及び分岐型シールドトンネルの構築方法を提供することを課題としている。
【０００９】
他の課題は、余分な山地を掘削することなく、セメントミルク等の注入が必要なく、施工の工期や工費を減少させることができ、又、掘削時におけるローリング，ピッチング，ヨーイングの制御を簡単にできるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、１本のトンネルを掘削する際は、筒状の外殻部同士が分離可能に結合された２台のシールド機で掘削しトンネル内面に沿って第１セグメントを設け、前記１本のトンネルの掘削途中で枝分かれするように２本のトンネルを掘削する際は、前記両外殻部同士を分離して各シールド機で掘削しトンネル内面に沿って第２セグメントを設ける地中掘削機において、前記両外殻部は、前記１本のトンネルを掘削する際には、後端部側の相対向する鉛直壁に切欠き部が形成され、前記２本のトンネルを掘削する際には、前記各切欠き部が閉塞プレートにより閉塞され、前記２台のシールド機に分離可能とされ、前記各外殻部の後端部の前記切欠き部に対応し前記切欠き部以外の部分に、各シールド機の外殻部に密着する環状断面の筒状に形成され、前記１本のトンネルを掘削する際に前記第１セグメントに密着してシールを行う後部テールシールと、前記各外殻部の後端部の前記後部テールシールの前側にて前記切欠き部に対応し前記切欠き部以外の部分に、各シールド機のテールプレートの外殻部に密着する断面Ｃの殻状に形成され、前記２本のトンネルを掘削する際に前記第２セグメントに密着してシールを行う前部テールシールと、さらに、前記閉塞プレートの内面に備えられ、前記前部テールシールと連続して環状断面となり、前記前部テールシールと共働して前記２本のトンネルを掘削する際に前記第２セグメントに密着してシールを行う閉塞プレート側前部テールシールと、を備えた地中掘削機としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加え、前記両外殻部は、両外殻部の上側の接合部の上面に重ねられたジョイント部材及び下側の接合部の下面に重ねられたジョイント部材により分離可能に結合され、前記２本のトンネルを掘削する際には、前記ジョイント部材を外して前記２台のシールド機に分離可能とされた、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記シールド機は、前記外殻部内に支保部が設けられ、該支保部の前側に、前記シールド機の推進方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して回転自在に配設され、該カッターフレームの前面に複数のビットが配設されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、２台のシールド機を結合した状態で、１本のトンネルを掘削し、該２台のシールド機を分離することにより、前記１本のトンネルから枝分かれするように２本のトンネルを掘削すると同時に、該各トンネルに適合した形状にセグメントを組み立てながら推進する分岐型シールドトンネルの構築方法において、前記各シールド機の外形を形成する筒状の外殻部には、後端部側の相対向する鉛直壁に、切欠き部が形成され、該後端部の切欠き部以外の部分に、前部テールシール及び後部テールシールを設け、前記後部テールシールで、該１本のトンネルの形状に適合した形状の第１セグメントとの間をシールしながら前記１本のトンネルの掘削し、前記第１セグメントとの間を前記後部テールシールでシールした状態で、前記各切欠き部を閉塞プレートで閉塞すると共に、該閉塞プレートに設けられた閉塞プレート側前部テールシールと、前記前部テールシールとを環状に連続させて該各テールシールで、前記２本の各トンネルの形状に適合した形状の各第２セグメントとの間をシールし、前記２台のシールド機を分離して、前記２本のトンネルを枝分かれさせて掘削するようにした分岐型シールドトンネルの構築方法としたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
［発明の実施の形態１］
図１乃至図２０には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１６】
まず構成について説明すると、この実施の形態の地中掘削機１は、２台のシールド機２が分離可能に構成され、例えば図１８に示すような、１本の地下鉄複線断面トンネル３（１本のトンネル）を２本の地下鉄単線断面トンネル４（２本のトンネル）に分離して分岐路を構築できるようになっている。
【００１７】
かかる地中掘削機１は、地下鉄複線断面トンネル３を掘削するため、２台のシールド機２が結合された状態では、以下のように構成されている。
【００１８】
すなわち、各シールド機２は、各角部がＲ形状に形成された四角筒状を呈する外殻部５を有し、この外殻部５は、水平壁５ａ及び鉛直壁５ｂを有している。そして、この両外殻部５の後端部側の相対向する鉛直壁５ｂに、図１に示すように、切欠き部５ｃが形成されている。
【００１９】
また、この外殻部５内の前部側には、トンネル３，４の切羽を掘削する掘削部７と、この掘削部７を回転自在に支持する支保部８とを有している。
【００２０】
この支保部８は、板状を呈し、外殻部５内に鉛直方向に沿って配設されると共に、前記掘削部７は、シールド機２の掘進方向と直交する方向に沿う四角形の格子状のカッターフレーム９が平行クランク機構を介して前記支保部８に平行運動可能に設けられ、このカッターフレーム９の格子状の各桟に多数のカッタービット１０が配置されている。
【００２１】
その平行クランク機構は、図１及び図２に示すように、クランク形状の回転子１１が４カ所設けられ、これら回転子１１の支保部側軸部１１ａが前記支保部８の貫通孔に挿通される一方、回転子１１の、前記支保部側軸部１１ａとオフセットされたカッター側軸部１１ｂが、前記カッターフレーム９に回転自在に挿通され、この回転子１１が駆動モータ１２で回転されることにより、カッターフレーム９が平行運動されるようになっている。
【００２２】
一方、前記支保部８の後方には、スクリューコンベアから構成されたズリ搬出装置１３が配置されると共に、セグメント１４…を後方に押し付けると共にシールド機２を前進させるシールドジャッキ１５が上下に配置されている。これらシールドジャッキ１５は、セグメント１４に接触する押圧部１５ａが進退自在に設けられている。
【００２３】
さらに、この外殻部５の後端部側には、セグメント１４…外面との間をシールする前部テールシール１６と、後部テールシール１７が２列づつ平行に設けられている。
【００２４】
この２列の前部テールシール１６は、図１及び図３に示すように、外殻部５の切欠き部５ｃ以外の部分に配置され、図３の状態では環状に連続していないため、この地下鉄複線断面トンネル３（１本のトンネル）を掘削する場合にはシール機能を果たさないが、後部テールシール１７がシール機能を発揮するようになっている。つまり、この後部テールシール１７は、図４に示すように、前部テールシール１６と比較すると、連続部１７ａが設けられて、地下鉄複線断面トンネル３に沿った形状に環状に連続しており、地下鉄複線断面トンネル３の形状に適合して組み立てられた第１セグメントとしてのセグメント４…との間をシールするように設定されている。
【００２５】
そして、上下に設けられた２本のジョイント部材１８により、２台のシールド機２が分離可能に結合されている。このジョイント部材１８は略台形状を呈し、このジョイント部材１８に両外殻部５がボルト１９にて固定されて連結されている（図５参照）。
【００２６】
次に、このようにして２台のシールド機２が結合された地中掘削機１により、地下鉄複線断面トンネル３を掘削する場合について説明する。
【００２７】
シールドジャッキ１５の押圧部１５ａで、セグメント１４を押すことにより、この反力で地中掘削機１を前進させて、カッタービット１０を地下鉄複線断面トンネル３の切羽に押し付ける。これと共に、各駆動モータ１２を同期駆動させて回転子１１を介してカッターフレーム９を平行運動させる。これにより、多数のカッタービット１０がそれぞれ所定の半径で回転運動する。
【００２８】
そして、所定位置まで掘り進んだら、シールドジャッキ１５の押圧部１５ａを所定位置まで前進させる。そして、前部テールシール１６より前方位置で、外殻部５内において、分割された多数のセグメント１４と、ジョイントセグメント２０と、中柱セグメント２１とをネジ止め等により、図１１に示すような形態に組み合わせる。このように組み合わされたものを第１セグメントという。このように組み合わされたセグメント１４…を押圧部１５ａで押して前述と同様に掘削して前進させ、これを繰り返すことにより、掘り進むと同時に、セグメント１４…にてトンネルを構築して行く。
【００２９】
この場合には、後部テールシール１７と上記のように組み立てられた地下鉄複線断面トンネル３用のセグメント１４…とでシールされることにより、土や水等がシールド機２内側へ崩れるようなことがない。
【００３０】
次いで、１本の地下鉄複線断面トンネル３から２本の地下鉄単線断面トンネル４に分離して掘削するには、以下のようにして行う。
【００３１】
すなわち、この分岐部においては、前記中柱セグメント２１の代わりに図１２及び図１４に示すような分離用中柱セグメント２２を組み付け、シールドジャッキ１５により後部テールシール１７の位置まで移動させる。この状態で確実なシールがなされている。
【００３２】
その後、図１２，図１３，図５の（ｂ）に示すように、閉塞プレート２４を溶接Ｐにより固定して、外殻部５の鉛直壁５ｂの切欠き部５ｃを閉塞すると共に、この閉塞プレート２４に予め配設されている閉塞プレート側前部テールシール２５が、外殻部５に設けられた前部テールシール１６と接続されることにより環状に連続する。かかる作業中には、第２セグメントとしてのセグメント１４…と後部テールシール１７とにより、シールがなされ、地山に直接晒されることなく作業できるため、高価な地盤改良を施す必要がない。
【００３３】
そして、ボルト１９を外して、ジョイント部材１８を切り離して両シールド機２の結合状態を解く。ボルト１９を外した後の孔は防水のために埋める。
【００３４】
その後、今度は、各シールド機２の前部テールシール１６より前方位置で、図１６に示すように、地下鉄単線断面トンネル４用の第２セグメントとしてのセグメント１４を組み合わせる。これをシールドジャッキ１５の押圧部１５ａにて後方に押すことにより、前部テールシール１６，２５の位置まで移動させてシールすると共に、前記分離用中柱セグメント２２等と、地下鉄単線断面トンネル４用のセグメント１４等が連続する（図１７等参照）。この地下鉄単線断面トンネル４の掘削時には、前部テールシール１６，２５によりシールがなされ、前記地下鉄複線断面トンネル３を掘削していた時に使用していた後部テールシール１７は不要となる。
【００３５】
そして、掘削して推進しながら、地下鉄単線断面トンネル４用の第２セグメントとしてのセグメント１４を順次組み合わせることにより、図１８等に示すように、地下鉄複線断面トンネル３から地下鉄単線断面トンネル４に分離し、両地下鉄単線断面トンネル４の間隔を徐々に広げることが出来る。なお、ジョイント部材１８は、地山に放置する。
【００３６】
このような掘削時には、四角形に配置されたカッタービット１０を平行運動させることにより、各シールド機２はそれぞれ四角形の断面に掘削できるため、地下鉄複線断面トンネル３を掘削しているときには、従来と異なり重複して掘削する部分が極めて少ない。従って、両シールド機２を分離して地下鉄単線断面トンネル４を掘削する場合でも、余分な地山を撹拌することがないことから、セメントミルク等を注入して補強する必要がないと共に、掘削断面が偏断面となることがないため、掘削時の反力がシールド機２の横方向に作用することがなく、ローリング，ピッチング，ヨーイングの制御が容易に行える。
【００３７】
［発明の実施の形態２］
図２１には、この発明の実施の形態２を示す。
【００３８】
この実施の形態２は、後部テールシール１７がテールプレート２７に取り付けられ、このテールプレート２７がボルト２８にて外殻部５の後端部に取り付けられている。
【００３９】
そして、シールド機２の分離後の、地下鉄単線断面トンネル４の掘削時には、ボルト２８を外して、テールプレート２７を後方にスライドさせて地中に残置することができる。勿論、残置せずに引いて行くこともできる。
【００４０】
なお、上記各実施の形態では、カッターフレームが平行クランク機構により回転運動するようになっているが、これに限らず、他の構成の掘削部でも良いことは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、各請求項に記載の発明によれば、１本のトンネルの掘削時には、後部テールシールで、１本のトンネルの形状に適合した形状の第１セグメントとの間をシールし、２本のトンネルの掘削時には、第１セグメントと後部テールシールとでシールした状態で、切欠き部を閉塞プレートで閉塞すると共に、閉塞プレートに設けられた閉塞プレート側前部テールシールと、前部テールシールとを環状に連続させてこの各テールシールで、２本のトンネルの形状に適合した形状の第２セグメントとの間をシールしたため、高価な地盤改良等が必要なく分岐路を掘削できる。
【００４２】
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、２台のシールド機の両外殻部がジョイント部材に取り付けられて分離可能に結合されたことにより、両シールド機の分離を簡単に行うことが出来る。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、シールド機は、外殻部内に支保部が設けられ、支保部の前側に、シールド機の推進方向と直交する方向に沿うカッターフレームが平行クランク機構を介して複数のビットが回転運動をするため、余分な山地を掘削することなく、セメントミルク等の注入が必要なく、施工の工期や工費を減少させることができ、又、掘削時におけるローリング，ピッチング，ヨーイングの制御を簡単にできる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る地中掘削機を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る地中掘削機の正面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図１のＢーＢ線に沿う断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図１のＣーＣ線に沿う断面図である。
【図５】同実施の形態１に係る両シールド機の連結部分の状態を示す断面図で、（ａ）は閉塞プレートが取り付けられていない状態、（ｂ）は閉塞プレートが取り付けられた状態を示す。
【図６】同実施の形態１に係る分離用中柱セグメントが配設された後部テールシール配設部分の断面図である。
【図７】同実施の形態１に係る図６のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８】同実施の形態１に係る図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図９】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネルの掘削状態を示す図１に相当する断面図である。
【図１０】同実施の形態１に係る図９のＦーＦ線に沿う断面図である。
【図１１】同実施の形態１に係る図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１２】同実施の形態１に係る閉塞プレートで切欠き部を閉塞した状態を示す図１に相当する断面図である。
【図１３】同実施の形態１に係る図１２のＨーＨ線に沿う断面図である。
【図１４】同実施の形態１に係る図１２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図１５】同実施の形態１に係る分岐部分を掘削している状態における図１に相当する断面図である。
【図１６】同実施の形態１に係る図１５のＪーＪ線に沿う断面図である。
【図１７】同実施の形態１に係る図１６のＫーＫ線に沿う断面図である。
【図１８】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネルと分岐された地下鉄単線断面トンネルとを示す水平方向に沿う断面図である。
【図１９】同実施の形態１に係る地下鉄単線断面トンネルの断面図で、（ａ）は図１８のＬーＬ線に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）のＭーＭ線に沿う断面図である。
【図２０】同実施の形態１に係る地下鉄複線断面トンネルの断面図で、（ａ）は図１８のＮーＮ線に沿う断面図、（ｂ）は（ａ）のＰーＰ線に沿う断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態２に係る図７に相当する断面図である。
【図２２】従来例を示す一対のシールド推進機が結合された状態の正面図である。
【図２３】同従来例を示す一対のシールド推進機が分離された状態の正面図である。
【符号の説明】
１  地中掘削機
２  シールド機
３  地下鉄複線断面トンネル（１本のトンネル）
４  地下鉄単線断面トンネル（２本のトンネル）
５  外殻部
5b  鉛直壁
5c  切欠き部
７  掘削部
８  支保部
９  カッターフレーム
10  ローラビット
14  セグメント
16  前部テールシール
17  後部テールシール
18  ジョイント部材
20  ジョイントセグメント
21  中柱セグメント
22  分離用中柱セグメント
24  閉塞プレート
25  閉塞プレート側前部テールシール
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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