(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントによる覆工断面が変化するトンネルの構築をするシールドマシンであって、
最大掘削断面に対応した全断面を有するシールド本体と、
前記シールド本体の全断面について掘削自在である掘削手段と、
前記覆工断面の変化に対応してセグメントを組み立てるセグメント組立手段と、
前記シールド本体の全断面の範囲内で前記セグメントに対応した横方向における移動が自在であり、該セグメントを押圧することにより推進力を得る推進手段と、
前記セグメントに対応した横方向における拡縮動作が自在であり、前記シールド本体の内側断面領域のうち該セグメントの外側領域について山留めをする山留め手段と、を含み、
前記山留め手段は、数段階にわたり伸縮自在に重ねられる山留め部材と、前記山留め部材をパンタグラフ形式により横方向で拡縮させる拡縮装置とを有することを特徴とする、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、地下河川、地下鉄道網、地下高速道路、共同溝ネットワークなどのトンネル構造物の構築に用いられるシールドマシンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば図２に示すような、複断面である分離トンネル区間Ｂ及び一体型の断面である合体トンネル区間Ｇを有するトンネル（図６参照、なお、同図において符号Ｔは立坑を示す）の構築をする、シールドマシン１０１がある。
【０００３】
これは、図２及び図６に示すように、合体トンネル区間Ｇに係る最大掘削断面に対応した全断面を有し、分離トンネル区間Ｂに係る二の子シールドマシン１０２が内蔵されるシールド本体１１１と、各子シールドマシン１０２に係る掘削装置１１２ａ，１１２ｂ及びこれらを補完する掘削装置１１２ｃからなり、シールド本体１１１の全断面について掘削自在である掘削手段１１２と、各子シールドマシン１０２の内周に沿って配設され、セグメントＳ（図６参照）を押圧することにより推進力を得る推進手段（図示外）と、セグメントＳを組み立てるセグメント組立手段（図示外）と、を含むものである。
【０００４】
ここで、分離トンネル区間Ｂに係る二の小トンネルが、夫々につき車道の他に両側部に路側帯を配置できる幅寸法が必要であるのに対し、合体トンネル区間Ｇに係る一の大トンネルは、二の小トンネルの車道の幅寸法の合計分を有する一の車道の他に両側部に路側帯を配置できる幅寸法があれば十分であり、しかも、小トンネルにおける路側帯の幅寸法は、大トンネルにおける路側帯の幅寸法と同一である。すなわち、合体トンネル区間Ｇに係る一の大トンネルは、本来的には、図６に破線で示すような車道の幅寸法（覆工断面）の変化を伴うトンネルである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるシールドマシン１０１では、図６及び図７に示すように、シールド本体１１１の全断面についてしかトンネルの構築ができないため、合体トンネル区間Ｇに係る一の大トンネルで現実に構築されるセグメントＳによる覆工断面Ｈ（図７参照）が、本来的に構築されるべき覆工断面と比較して、覆工断面が変化する合体トンネル区間Ｇで過大とならざるを得ず、それゆえ、無駄なセグメントＳが組み立てられ不経済となる。
【０００６】
したがって、本発明の課題は、覆工断面が変化するトンネルの構築が経済的にできるシールドマシンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係るシールドマシンは、セグメントによる覆工断面が変化するトンネルの構築をするシールドマシンであって、最大掘削断面に対応した全断面を有するシールド本体と、前記シールド本体の全断面について掘削自在である掘削手段と、前記覆工断面の変化に対応してセグメントを組み立てるセグメント組立手段と、前記シールド本体の全断面の範囲内で前記セグメントに対応した横方向における移動が自在であり、該セグメントを押圧することにより推進力を得る推進手段と、前記セグメントに対応した横方向における拡縮動作が自在であり、前記シールド本体の内側断面領域のうち該セグメントの外側領域について山留めをする山留め手段と、を含み、前記山留め手段は、数段階にわたり伸縮自在に重ねられる山留め部材と、前記山留め部材をパンタグラフ形式により横方向で拡縮させる拡縮装置とを有することを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るシールドマシンによれば、覆工断面の変化に対応してセグメントを組み立てることができるので、無駄なセグメントが組み立てられ不経済となることがなく、それゆえ、覆工断面が過大となるような事態を招くことがない。
すなわち、覆工断面が変化するトンネルの構築が経済的にできることになる。
【０００９】
このような技術的手段において、「シールド本体」は、覆工断面が変化するトンネルで最大掘削断面に対応した全断面を有するものであれば、その断面形状や断面形式及び構造等の別は問わない。例えば、円形断面のものや矩形断面のもの、複断面の形式のものや、本発明に係るシールドマシンを親シールドマシンとした場合において子シールドマシンが内蔵される構造のもの等、適宜選定して差し支えない。
【００１０】
また、「掘削手段」は、シールド本体の全断面について掘削自在であるものであれば、カッターヘッドの型式（面板型であるかスポーク型であるか）や、断面形態（フラットタイプであるかドームタイプであるか）、カッタービットの形式等の別を問わない。なお、シールド本体に子シールドマシンが内蔵されるタイプの場合には、複数の子シールドマシンの掘削装置の他に、該掘削装置を補完する掘削装置が組み合わせられたようなものも、ここでいう「掘削手段」に該当する。
【００１１】
さらに、「推進手段」は、シールド本体の全断面の範囲内でセグメントに対応した横方向における移動が自在であり、該セグメントを押圧して推進力を得るものであれば、その構成や構造の別を問わない。すなわち、覆工断面の変化に対応して組み立てられたセグメントを押圧できるものであれば十分である。
【００１２】
さらにまた、「山留め手段」は、シールド本体の内側断面領域のうち該セグメントの外側領域について山留めをするものであれば、その構成や構造の別を問わない。ここでいう「内側断面領域」は、一般には、シールド本体のテール部の内空断面領域のうちテールクリアランスを除く領域であるが、構造によっては、テール部における領域に限られない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るシールドマシンが適用されたトンネルの概略構成を示す平面図（図１（ａ）は合体トンネル区間を掘進中、図１（ｂ）は分離トンネル区間を掘進中）、図２は該シールドマシンの概略構成を示す正面図、図３は該シールドマシンの概略構成を示す図（図３（ａ）は背面図、図３（ｂ）は平面図）である。
【００１４】
本実施の形態において、シールドマシンは、図１に示すように、複矩形トンネル断面により形成される分離トンネル区間Ｂと、一体型の矩形断面により形成される合体トンネル区間Ｇとを有するトンネルの構築をするものである。
本実施の形態においては、同図に示すように、このシールドマシン１によって、立坑Ｔから発進して、セグメントＳを組み立てながら所定の場所まで掘進することにより、合体トンネル区間Ｇに係るトンネルの構築がなされ、さらに所定の場所から分岐発進して、夫々がセグメントＳを組み立てながら前記所定の場所まで掘進することにより、分離トンネル区間Ｂに係るトンネルの構築がなされる。
そして、かかるシールドマシン１で構築されるトンネルは、同図に示すように、合体トンネル区間ＧでセグメントＳによる覆工断面Ｈ（図４参照、以下同じ）が変化することとなっている。
【００１５】
このようなトンネルの構築をするシールドマシン１は、図２及び図３に示すように、シールド本体１１と、掘削手段１２と、セグメント組立手段と、推進手段１３と、山留め手段１４とから構成されている。以下、これらの構成要素について詳細に説明する。
【００１６】
（１）シールド本体１１
シールド本体１１は、図１（ｂ）に示すように、覆工断面Ｈが変化する合体トンネル区間Ｇで最大掘削断面に対応した全断面を有するものとして構成されている。
すなわち、本トンネルでは、高さ寸法が一定であって幅寸法のみが変化することにより覆工断面Ｈが変化するが、シールド本体１１は、幅寸法の最大時における掘削断面に対応した全断面を有することとなっている。
【００１７】
具体的には、シールド本体１１には、図１及び図２に示すように、本シールドマシン１を親シールドマシン１とした場合において二の子シールドマシン２、すなわち、第一子シールドマシン２ａ及び第二子シールドマシン２ｂが内蔵された構造となっている。
なお、シールド本体１１のテール部の内側全周に沿って、テールクリアランスからの泥水の浸入を阻止する固定部シール１ａが固着されている。
【００１８】
（２）掘削手段１２
掘削手段１２は、図３（ｂ）に示すように、シールド本体１１の全断面について掘削自在であるものとして構成されている（図１（ａ）及び図２参照）。
【００１９】
具体的には、掘削手段１２は、同図に示すように、シールド本体１１に内蔵される第一子シールドマシン２ａの第一掘削装置１２ａ及び第二子シールドマシン２ｂの第二掘削装置１２ｂの他に、第一掘削装置１２ａ及び第二掘削装置１２ｂを補完する第三掘削装置１２ｃが組み合わされることにより、シールド本体１１の全断面について掘削可能となっている。
【００２０】
（３）セグメント組立手段
セグメント組立手段は、図示しないが、覆工断面Ｈの変化に対応してセグメントＳを組み立てる役割を果たすものである。
すなわち、覆工断面Ｈが変化する合体トンネル区間Ｇでは、シールド本体１１の内側断面領域でセグメントＳの位置が相対的に変化するが、セグメント組立手段は、該位置変化に対応したセグメントＳの組み立てができるようになっている。
なお、図４は、合体トンネル区間Ｇにおいて本シールドマシン１のセグメント組立手段により組み立てられたセグメントＳによる覆工断面Ｈを示す。
【００２１】
（４）推進手段１３
推進手段１３は、図３に示すように、シールド本体１１の全断面の範囲内でセグメントＳに対応した横方向における移動が自在であり、該セグメントＳを押圧することにより推進力を得る役割を果たすものである。
すなわち、覆工断面Ｈが変化する合体トンネル区間Ｇでは、シールド本体１１の内側断面領域でセグメントＳの位置が相対的に変化するが、推進手段１３は、該位置変化するセグメントＳの略中心に対して押圧力を付与することができるようになっている。
【００２２】
具体的には、推進手段１３は、図３に示すように、セグメントＳに対応した横方向における移動が自在となっている移動部推進手段１３ａと、移動が自在となっていない固定部推進手段１３ｂとから構成されている。
固定部推進手段１３ｂは、同図に示すように、シールド本体１１の内周に沿って上下横列及び片側縦列に配置される固定部シールドジャッキ２１と、シールド本体１１の内周に沿って固着され、固定部シールドジャッキ２１からの反力をシールド本体１１に伝達する固定部反力ブロック２２とからなっている。
これに対して、移動部推進手段１３ａは、同図に示すように、シールド本体１１の高さ方向で片側縦列に配置される移動部シールドジャッキ３１と、移動部シールドジャッキ３１を一体に収納するジャッキ収納ブロック３２と、移動部シールドジャッキ３１からの反力をシールド本体１１に伝達する移動部反力ブロック３３と、シールド本体１１と一体に設けられ、移動部シールドジャッキ３１をジャッキ収納ブロック３２ごと移動部反力ブロック３３に沿って横方向で移動させる移動用ジャッキ３４とからなっている。
【００２３】
尚、第一子シールドマシン２ａ及び第二子シールドマシン２ｂは、図３（ｂ）に示すように、シールド本体１１の内空断面領域のうち固定部反力ブロック２２や移動部反力ブロック３３よりも前側に内蔵されている。
【００２４】
（５）山留め手段１４
山留め手段１４は、図３に示すように、セグメントＳに対応した横方向における拡縮動作が自在であり、シールド本体１１の内側断面領域のうち該セグメントＳの外側領域について山留めをする役割を果たすものである。
すなわち、覆工断面Ｈが変化する合体トンネル区間Ｇでは、シールド本体１１の内側断面領域でセグメントＳの位置が相対的に変化するが、山留め手段１４は、該位置変化に伴い変化するシールド本体１１及びセグメントＳの間に形成される残余領域の山留めをすることができるようになっている。なお、ここでいう残余領域には、テールクリアランスを含まない。
【００２５】
具体的には、山留め手段１４は、図３に示すように、数段階にわたり伸縮自在に重ねられるボックス状の山留め部材４１（図５参照）と、山留め部材４１をパンタグラフ形式により横方向で拡縮させる拡縮装置４２と、山留め部材４１及びセグメントＳの隙間を止水すべく山留め部材４１に固着される移動部シール４３と、山留め部材４１を拡縮装置４２ごと前後方向に移動させる山留め用ジャッキ４４とからなっている。
【００２６】
このようなシールドマシン１を用いてなされる覆工断面Ｈが変化するトンネルの構築は、以下のようなものである。
すなわち、一方では、掘削手段１２により、シールド本体１１の全断面について掘削を行いながら、セグメント組立手段により、覆工断面Ｈの変化に対応してセグメントＳの組み立てを行うとともに、推進手段１３により、シールド本体１１の内側断面領域で位置変化するセグメントＳを押圧することにより推進する。
しかし、同時に、他方では、山留め手段１４により、前記したセグメント組立手段によりるセグメントＳの位置変化に伴いシールド本体１１及びセグメントＳの間に開口することとなる残余領域の山留めをするとともに、掘削手段１２による全断面掘削に伴い発生することとなる、掘削領域及びセグメントＳの間に形成されるボイド部について注入を行うというものである。
【００２７】
したがって、本実施の形態に係るシールドマシン１によれば、覆工断面Ｈの変化に対応したセグメントＳの組み立てができるので、無駄なセグメントＳが組み立てられ不経済となることがなく、覆工断面Ｈが過大となるような事態を招くことがない。それゆえ、覆工断面Ｈが変化するトンネルの構築が経済的にできることになる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係るシールドマシンによれば、以上のように構成したため、覆工断面が変化するトンネルの構築が経済的にできることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るシールドマシンが適用されたトンネルの概略構成を示す平面図（図１（ａ）は合体トンネル区間を掘進中、図１（ｂ）は分離トンネル区間を掘進中）である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るシールドマシンの概略構成を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るシールドマシンの概略構成を示す図（図３（ａ）は背面図、図３（ｂ）は平面図）である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るシールドマシンにより組み立てられたセグメントによる覆工断面を示す背面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るシールドマシンにおける山留め部材の概略構成を示す斜視図である。
【図６】従来例であるシールドマシンが適用されたトンネルの概略構成を示す平面図である。
【図７】従来例であるシールドマシンにより組み立てられたセグメントによる覆工断面を示す背面図である。
【符号の説明】
１…シールドマシン
１ａ…固定部シール
２…子シールドマシン
２ａ…第一子シールドマシン
２ｂ…第二子シールドマシン
１１…シールド本体
１２…掘削手段
１２ａ…第一掘削装置
１２ｂ…第二掘削装置
１２ｃ…第三掘削装置
１３…推進手段
１３ａ…移動部推進手段
１３ｂ…固定部推進手段
１４…山留め手段
２１…固定部シールドジャッキ
２２…固定部反力ブロック
３１…移動部シールドジャッキ
３２…ジャッキ収納ブロック
３３…移動部反力ブロック
３４…移動用ジャッキ
４１…山留め部材
４２…拡縮装置
４３…移動部シール
４４…山留め用ジャッキ
１０１…シールドマシン
１０２…子シールドマシン
１１１…シールド本体
１１２…掘削手段
１１２ａ…掘削装置
１１２ｂ…掘削装置
１１２ｃ…掘削装置
Ｂ…分離トンネル区間
Ｇ…合体トンネル区間
Ｔ…立坑
Ｓ…セグメント
Ｈ…覆工断面
【図１】
0004326136.tif 000002
【図２】
0004326136.tif 000003
【図３】
0004326136.tif 000004
【図４】
0004326136.tif 000005
【図５】
0004326136.tif 000006
【図６】
0004326136.tif 000007
【図７】
0004326136.tif 000008