(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離、独立掘進可能な拡幅シールドマシンを備えたシールドマシンにより本線トンネルを構築し、
前記シールドマシンが、中間立坑を貫通し、次の立坑内に貫入した後に拡幅シールドマシンを分離し、
この拡幅シールドマシンを前記既設の本線トンネル内を通して前記中間立坑内まで運搬した後、
前記拡幅シールドマシンを、前記中間立坑内から前記既設の本線トンネルに沿って独立掘進させ、前記本線トンネルと連通する拡幅トンネルを構築する、
シールド工法。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド工法において、
拡幅シールドマシンのテール部の本線トンネル側は開放して、拡幅トンネルのセグメントの端部を本線トンネルと連結し、
本線トンネルのラップ部のセグメントを撤去して本線トンネルと拡幅トンネルとを連通させて構築する、
シールド工法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシールド工法において、
拡幅シールドマシンの外周面の一部は本線トンネルの外周面の一部に合致する形状とし、拡幅シールドマシンを本線トンネルの外周面に合致させた状態で、本線トンネルに沿って拡幅シールドマシンの掘進を行うよう構成した、
シールド工法。
【請求項４】
請求項３に記載のシールド工法において、
拡幅シールドマシンの外周面と本線トンネルの外周面とに係合手段を設け、これらの係合手段を係合させた状態で、本線トンネルに沿って拡幅シールドマシンの掘進を行うよう構成した、
シールド工法。
【請求項５】
請求項４に記載のシールド工法において、
係合手段は、拡幅シールドマシンの外周面に設けた突起と、
この突起を係合させるために、本線トンネルの外周面にトンネルの軸方向に設けたガイド溝とよりなる、
シールド工法。
【請求項６】
分離、独立掘進可能な拡幅シールドマシンを備え、本線トンネルに沿って本線トンネルと連通する拡幅トンネルを構築するシールドマシンにおいて、
拡幅シールドマシンは、シールドマシン本体の掘削断面内に収納され、シールドマシン本体の軸方向に引き抜き可能であり、
かつ外周面の一部には本線トンネルの外周面の一部に合致する合致面を形成し、
シールドマシン本体から分離後に、既設の本線トンネルに前記合致面を合致させて、本線トンネルに沿って独立掘進できるよう構成すると共に、
拡幅シールドマシンのテール部の本線トンネル側は開放して、拡幅トンネルのセグメントの端部を本線トンネルと連結できるよう構成した、
シールドマシン。
【請求項７】
請求項６に記載のシールドマシンにおいて、
拡幅シールドマシン前面をシールドマシン本体前面に露出させて配置し、
それら前面に揺動軸を設けてカッタを装備し、
前記拡幅シールドマシンのカッタには補助カッタを着脱自在として、本線トンネル施工時には、前記補助カッタを装着してシールドマシン本体の断面範囲の掘削を可能とし、
拡幅トンネル施工時には、前記補助カッタを取外して拡幅シールドマシンの断面範囲の掘削を行えるよう構成した、
シールドマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル拡幅部の施工を行うシールド工法及びシールドマシンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネルの分岐部、合流部や鉄道トンネルの駅部のように、本線トンネルを拡幅する場合、従来は、地下鉄などで、単線シールドが到達立坑でターンして、発進立坑方向に向かってもう一本のトンネルを掘削する方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術には、次のような問題点が存在する。
【０００４】
＜イ＞折り返しトンネルの断面は、トンネル径が同じになるので、異なる拡幅断面の掘削ができず、駅部等では無駄な掘削断面ができる。
【０００５】
＜ロ＞各トンネルは独立した閉合構造となるため、各トンネルの連通一体化施工の費用が高くなる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、異なる拡幅断面の掘削を、容易にかつ低コストで行うことができる、シールド工法及びシールドマシン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】
上記課題を解決するため、本発明は請求項１として、分離、独立掘進可能な拡幅シールドマシンを備えたシールドマシンにより本線トンネルを構築し、前記シールドマシンが、中間立坑を貫通し、次の立坑内に貫入した後に拡幅シールドマシンを分離し、この拡幅シールドマシンを前記既設の本線トンネル内を通して前記中間立坑内まで運搬した後、前記拡幅シールドマシンを、前記中間立坑内から前記既設の本線トンネルに沿って独立掘進させ、前記本線トンネルと連通する拡幅トンネルを構築する、シールド工法を提供する。
【０００８】
請求項２として、上記請求項１に記載のシールド工法において、拡幅シールドマシンのテール部の本線トンネル側は開放して、拡幅トンネルのセグメントの端部を本線トンネルと連結し、本線トンネルのラップ部のセグメントを撤去して本線トンネルと拡幅トンネルとを連通させて構築する、シールド工法を提供する。
【０００９】
請求項３として、上記請求項１又は２に記載のシールド工法において、拡幅シールドマシンの外周面の一部は本線トンネルの外周面の一部に合致する形状とし、拡幅シールドマシンを本線トンネルの外周面に合致させた状態で、本線トンネルに沿って拡幅シールドマシンの掘進を行うよう構成した、シールド工法を提供する。
【００１０】
請求項４として、上記請求項３に記載のシールド工法において、拡幅シールドマシンの外周面と本線トンネルの外周面とに係合手段を設け、これらの係合手段を係合させた状態で、本線トンネルに沿って拡幅シールドマシンの掘進を行うよう構成した、シールド工法を提供する。
【００１１】
請求項５として、上記請求項４に記載のシールド工法において、係合手段は、拡幅シールドマシンの外周面に設けた突起と、この突起を係合させるために、本線トンネルの外周面にトンネルの軸方向に設けたガイド溝とよりなる、シールド工法を提供する。
【００１２】
請求項６として、分離、独立掘進可能な拡幅シールドマシンを備え、本線トンネルに沿って本線トンネルと連通する拡幅トンネルを構築するシールドマシンにおいて、拡幅シールドマシンは、シールドマシン本体の掘削断面内に収納され、シールドマシン本体の軸方向に引き抜き可能であり、かつ外周面の一部には本線トンネルの外周面の一部に合致する合致面を形成し、シールドマシン本体から分離後に、既設の本線トンネルに前記合致面を合致させて、本線トンネルに沿って独立掘進できるよう構成すると共に、拡幅シールドマシンのテール部の本線トンネル側は開放して、拡幅トンネルのセグメントの端部を本線トンネルと連結できるよう構成した、シールドマシンを提供する。
【００１３】
請求項７として、上記請求項６に記載のシールドマシンにおいて、拡幅シールドマシン前面をシールドマシン本体前面に露出させて配置し、それら前面に揺動軸を設けてカッタを装備し、前記拡幅シールドマシンのカッタには補助カッタを着脱自在として、本線トンネル施工時には、前記補助カッタを装着してシールドマシン本体の断面範囲の掘削を可能とし、拡幅トンネル施工時には、前記補助カッタを取外して拡幅シールドマシンの断面範囲の掘削を行えるよう構成した、シールドマシンを提供する。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本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】
＜イ＞シールドマシンの構造
本発明のシールドマシンは、分離、独立掘進可能な拡幅シールドマシンを備えている。
【００１６】
（１）シールドマシン本体の構造
シールドマシン100は、図１に示すように、掘削前面に複数の揺動式のカッタ110を備えている。
これらの揺動式カッタ110は、例えば円盤状のカッタを４分割した形状とし、本線トンネルの全断面の掘削を可能とする。なお、カッタ数は適宜選択できる。
【００１７】
また、図２に示すように、シールドマシン100の軸方向には、その掘削前面の隔壁120を貫通させて、三日月形等の収納孔121を開設し、その中に、断面形状が合致する拡幅シールドマシン200を収納する。
【００１８】
拡幅シールドマシン200の掘削前面の隔壁210は、シールドマシン100本体の隔壁120と面一に配置し、それらの隔壁120、210には揺動軸122、211を適宜数配置する。
揺動軸122、211は、それぞれシールドの軸線と平行な軸線を中心に回転する回転体123、212の同じ位置に偏心して突設されている。
【００１９】
そして、前述の各カッタ110は、本実施の形態では３本の揺動軸122、211の先端に固定されている。
また、揺動軸211側に固定されるカッタ110は、拡幅用カッタ111とその外周に着脱自在に設けられた補助カッタ112よりなり、拡幅用カッタ111が揺動軸211に固定されている。
【００２０】
本線トンネルの掘削時は、補助カッタ112を装着して掘削し、拡幅トンネル掘削時は、補助カッタ112を取外して掘削を行う。
そのほか、シールドマシン100本体には、シールドジャッキ、送排泥装置、セグメントの組立て装置などの通常の掘進設備が装備してある。
【００２１】
（２）拡幅シールドマシンの構造
拡幅シールドマシン200は、前述したように、シールドマシン100本体の掘削断面内に開設された収納孔121内に収納され、シールドマシン100本体の軸方向に引き抜き可能に構成されている。
【００２２】
図３に示すように、拡幅シールドマシン200本体は、拡幅トンネルの所定の断面径に合わせた円弧状のスキンプレート220と、本線トンネルの外周面の一部に合致する形状の合致面230と、掘削前面の隔壁210とで構成される。
【００２３】
なお、シールドマシン100本体の形状が円形以外の場合は、その形状に合致する形状となる。
【００２４】
隔壁210には、前述したように、揺動軸211を介して拡幅用カッタ111が装備されている。拡幅用カッタ111で掘削できない部分は、オーガ等の別の掘削手段240を適宜補う。
また、隔壁210の合致面230側の縁部にはスクレーパー250を設け、本線トンネル外側に固結した裏込材を削り取り、拡幅セグメントと本線トンネルとの連結を確実なものとする。
【００２５】
揺動軸211の周囲をカバーするフードプレート260と、内部でセグメントを組み立てるためのテールプレート270は、図３に示すように、本線トンネル側を開放した円弧状とする。
フードプレート260とテールプレート270は、拡幅シールドマシン200が本体シールドマシン100内に収納されているときは装着せず、拡幅掘進する際に装備すると良い。
【００２６】
なお、合致面230、フードプレート260、テールプレート270の周縁部や内面等の適宜個所に、ワイヤブラシ280等の止水部材を設けて止水性を高めるとよい。
【００２７】
（３）拡幅シールドマシンと本線トンネルとの係合手段
拡幅シールドマシン200と本線トンネル外周面とを係合する係合手段を設ける。
係合手段としては、例えば図３〜５に示すように、拡幅シールドマシン200の外周面に設けた突起と、この突起を係合させるために、本線トンネル300の外周面にトンネルの軸方向に設けたガイド溝310とよりなる。
【００２８】
具体的には、図３に示すように、合致面230、フードプレート260、テールプレート270の周方向の両端部に、突起221、261、271を設ける。これらの突起部にもワイヤブラシ280を適宜植設すると良い。
【００２９】
一方、上記突起部と係合するガイド溝310は、図４に示すように、本線トンネル300の外周面の軸方向に、突起部と同じ間隔をおいて２本平行に凹設される。
このガイド310は、図５に示すように、裏込材等の侵入を防止するため、蓋311で閉塞しておくと良い。
【００３０】
なお、拡幅シールドマシン200側にガイド溝を、本線トンネル300側に突起を設ける構造など、係合手段はその他種々の形状が考えられる。
【００３１】
＜ロ＞トンネルの施工方法
次に、上記のシールドマシンを用いたトンネルの施工方法について説明する。
【００３２】
（１）本線トンネルの施工方法
図６に示すように、拡幅シールド200を組込んだ状態で、シールドマシン100を掘進させて本線トンネル300を構築する。
本線トンネル300は、未だ土留壁内部を掘削していない状態の中間立坑400を貫通させ、引き続き掘進して到達立坑410内に貫入させる。
中間立坑400及び到達立坑410の貫通・貫入部は、シールドマシン100の通過前にＨ杭を引き抜くか、ＣＦＲＰ等のＨ杭を用いて製作する。
【００３３】
なお、図５、８に示すように、本線トンネル300外周面の所定位置には、蓋311付きのガイド溝310を軸方向に連続して凹設したセグメントを組み立てる。
また、拡幅トンネル用セグメント510との連結部にはボルト孔320を設けておく。
【００３４】
さらに図８に示すように、本線トンネル300の拡幅トンネル用セグメント510とラップする部分のセグメントは、撤去しやすい構造の撤去部セグメント330とする。
撤去部セグメント330は、例えば、両端部に水平面331を形成すること等によって、引き抜き撤去しやすい構造とする。
また、くさび形状のセグメントを用いても撤去しやすい。
【００３５】
（２）拡幅シールドマシンの運搬
中間立坑400内の掘削を完了した後、図７に示すように，拡幅シールドマシン200を分離し、既設の本線トンネル300内を通して中間立坑400内まで運搬する。
中間立坑400内の本線トンネル300には拡幅シールドマシン200の出口を予め開設しておく。
【００３６】
（３）拡幅シールドマシンの掘進準備
中間立坑400内において、拡幅シールドマシン200本体に、フードプレート260、テールプレート270を装着すると共に、拡幅用カッタ111から補助カッタ112を取り外す。
そして、図４に示すように、合致面230を本線トンネル300の外周面に沿わせて配置すると共に、本線トンネル300の外周に設けたガイド溝310内に、拡幅シールドマシン200の各部位の突起261、221、271を係合させる。
【００３７】
係合させる方法は、ガイド溝310の中間立坑400内の端部より、突起261の先端部をスライド挿入して徐々に係合させる。
各部位の突起261、221、271は、ガイド溝310を両側から把持する形状であるため、拡幅シールドマシン200が本線トンネル300に確実に装着することができる。なお、ガイド溝310の蓋311は、突起261の挿入時に破壊される。
【００３８】
（４）拡幅トンネルの施工方法
図７に示すように、拡幅シールドマシン200を本線トンネル300の外周面に合致させた状態で、中間立坑400内より発進させ、本線トンネル300に沿って独立掘進させる。そして、本線トンネル300と連通する拡幅トンネル500を構築する。
【００３９】
この際、拡幅シールドマシン200のテールプレート270の本線トンネル300側は開放してあるため、図８に示すように、拡幅トンネル用セグメント510の両端面は本線トンネル300の外周面に当接する。
そしてその当接部を、本線トンネル300内側よりボルト孔320内に締付けボルト321を挿入締結して連結する。
【００４０】
次に、本線トンネル300のラップ部の撤去部セグメント330を撤去して、図９に示すように、本線トンネル300と拡幅トンネル500とを連通させることができる。
この本線トンネル300と拡幅トンネル500との連通作業は、拡幅トンネル500の掘進作業と並行して行うことができる。
なお、中間立坑400を設けずに、到達立坑410で折り返して拡幅施工することもできる。
【００４１】
【発明の実施の形態２】
＜イ＞シールドマシンの構造
図１０に示すシールドマシン600は、同径の拡幅トンネルを掘進して、Ｄ０Ｔ形状（二連形）のトンネルを構築するためのものである。
【００４２】
シールドマシン600は、本線トンネルの断面径とほぼ等しい断面径を有する拡幅シールドマシン610と、拡幅トンネル施工時に拡幅シールドマシン610と分離して残置される残留部620とよりなる。
【００４３】
拡幅シールドマシン610の外周面の一部には、図１１に示すように、本線トンネル700の外周面の一部に合致する形状の合致面612を形成し、この合致面612に残留部620を着脱自在に構成する。
【００４４】
これらの拡幅シールドマシン610と残留部620を合体させた状態で、本線トンネル700の外形とほぼ等しい外形となる。
また、拡幅シールドマシン610と残留部620は、それぞれにカッタ装置、スキンプレート、掘進装置、送排泥装置、セグメント組立装置等を装備するよう構成しても良いし、共有構造としても良い。
【００４５】
カッタ装置は、上記実施の形態１と同様に、４分割した揺動カッタ611a〜611dよりなり、そのうちの二つのカッタ611c、611dは、残留部620の揺動カッタ621a、621bと着脱自在の構造とする。
【００４６】
そのほか図示はしないが、拡幅シールドマシン610と本線トンネル700との係合手段や、本線トンネル700と拡幅トンネルとの連通手段等は、上記実施の形態１に記載した手段を採用できる。
【００４７】
＜ロ＞トンネルの施工方法
本線トンネル700施工時には、残留部620を装着してシールドマシン600本体の断面範囲の掘削を行い、図１２に示すように、立坑800内まで貫入させる。立坑800内で残留部620を分離して、図１１に示すように、拡幅シールドマシン610を本線トンネル700に合致させる。
そして、立坑800内より拡幅シールドマシン610を本線トンネル700に沿って掘進させ、拡幅トンネル900を構築する。
【００４８】
上記実施の形態１と同様に、拡幅シールドマシン610のテールプレートの本線トンネル700側は開放してあるため、本線トンネル700と拡幅トンネル900との連通作業を、拡幅トンネル900の掘進作業と並行して行うことができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるため、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞拡幅トンネルの断面径に合わせた拡幅シールドマシンを用いるため、本線トンネルと異なる断面径の拡幅トンネルの施工ができる。
そのため、従来のような無駄な断面掘削を行わずに済み、工期の短縮及び工費の削減が可能となる。
【００５０】
＜ロ＞本線トンネルに沿って、本線トンネルと一体に連通させながら拡幅トンネルを施工できるため、この点からも、工期の短縮及び工費の削減が可能となる。
【００５１】
＜ハ＞特別に拡幅トンネルマシンを製造しなくても、本線トンネルマシンの一部を再利用するため、コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１のシールドマシン本体のカッタの配置説明図
【図２】  本発明の実施の形態１のシールドマシン本体の揺動軸の配置説明図
【図３】  本発明の実施の形態１の拡幅シールドマシンの分解説明図
【図４】  本発明の実施の形態１の拡幅シールドマシンの掘進状態の説明図
【図５】  本発明の実施の形態１の拡幅シールドマシンと本線トンネルとの係合手段の説明図
【図６】  本発明の実施の形態１の本線トンネルの施工方法の説明図
【図７】  本発明の実施の形態１の拡幅トンネルの施工方法の説明図
【図８】  本線トンネルと拡幅トンネルとの連通方法の説明図
【図９】  本線トンネルと拡幅トンネルの連通状態の断面の説明図
【図１０】  本発明の実施の形態２のシールドマシン本体の前面の説明図
【図１１】  本発明の実施の形態２の拡幅シールドマシンの掘進状態の説明図
【図１２】  本発明の実施の形態２の拡幅トンネルの施工方法の説明図
【図１】
0004059589.tif 000002
【図２】
0004059589.tif 000003
【図３】
0004059589.tif 000004
【図４】
0004059589.tif 000005
【図５】
0004059589.tif 000006
【図６】
0004059589.tif 000007
【図７】
0004059589.tif 000008
【図８】
0004059589.tif 000009
【図９】
0004059589.tif 000010
【図１０】
0004059589.tif 000011
【図１１】
0004059589.tif 000012
【図１２】
0004059589.tif 000013