(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部にカッタヘッドを有する前胴が後胴に対して摺動可能に嵌挿されてなる第１シールド掘進機とその第１シールド掘進機の前胴と略同径の胴部を有する第２シールド掘進機とを用いてそれぞれトンネルを掘削し、これら各トンネルを途中で接合することによりトンネルを完成させるトンネルの地中接合工法であって、
（ａ）前記第１シールド掘進機の前胴をシールドジャッキを介してセグメントおよび前記後胴に固定するとともに、前記前胴と後胴とを固定している固定部材を撤去する第１工程、
（ｂ）前記シールドジャッキの操作により前記前胴を後胴に対して所定距離だけ前進させる第２工程、
（ｃ）前記前胴の前部に設けられるフード部をその前胴に対して前記カッタヘッドの外周を覆う位置まで前方へ押し出す第３工程、
（ｄ）前記フード部を前方へ押し出しつつ、前記シールドジャッキの操作により前記前胴を後胴に対して後方へ摺動させる第４工程および
（ｅ）前記第１シールド掘進機の前胴の内部に前記第２シールド掘進機のカッタヘッドを嵌合させる第５工程
を備えることを特徴とするトンネルの地中接合工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに対向する２台のシールド掘進機を用いてそれぞれトンネルを掘削し、これら各トンネルを途中で接合することによりトンネルを完成させるトンネルの地中接合工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２台のシールド掘進機により掘削される各トンネルを途中で接合するトンネルの地中接合工法として、特公平５−２４３１９号公報に記載されたものが知られている。この公報に記載の地中接合工法においては、引き込み側シールド掘進機が、外殻の外周面に前後摺動可能なフードを有する構造とされ、地中接合時には、まず油圧シリンダの作動によって外殻を停止させた状態で支持構造体に支持されているカッタヘッドとフードとを前進させ、次いでフードを固定するとともにそのフードを支持構造体に固定しているボルトを取り外してカッタヘッドを支持構造体とともに後退させてフード内に区画を形成するという手順が採られる。
【０００３】
しかし、この地中接合工法の場合、フードを単体で作動することができないために、このフードによってカッタヘッドの外周掘削部を覆うことができず、支持構造体を後退させる際にカッタヘッド上方の地山崩壊の危険性があるという問題点がある。
【０００４】
このような問題点を解消するものとして、カッタヘッドを有する駆動部リングガータを後方へ摺動させるのに先立ってシールド掘進機の胴部をカッタヘッドの外周を覆う位置まで前進させるようにした地中接合工法が、特許第２９１５８４３号公報において提案されている。
【０００５】
また、他の先行技術として、特開平１０−２９２７７５号公報に記載されたものがある。この公報に記載のシールド掘進機では、機体の前部内周面に貫入リングを設け、この貫入リングをシールドジャッキにて前方へ押し出して機体の前方へ突出させるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許第２９１５８４３号公報に記載の地中接合工法においては、駆動部リングガータが前胴に対して摺動する構造であるために、通常掘進時にはそれら駆動部リングガータと前胴とを極めて強固な連結部材（ローリング止め）にて固定する必要があり、地中接合時にその連結部材の取り外し等に手間と時間とを要するという問題点がある。
【０００７】
一方、前記特開平１０−２９１７７５号公報に記載の地中接合工法においては、引き込み側シールド掘進機および挿入側シールド掘進機共に構造が複雑になるという問題点があるほか、引き込み側シールド掘進機の内周部に貫入リングの収納スペースが必要となって、オーバーカット量が大きくなってしまうという問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、ローリング止め用の連結部材の着脱を行う必要がなく、地中接合作業を容易に行うことができ、しかも機体を極めて簡素な構造にすることのできるトンネルの地中接合工法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるトンネルの地中接合工法は、
前部にカッタヘッドを有する前胴が後胴に対して摺動可能に嵌挿されてなる第１シールド掘進機とその第１シールド掘進機の前胴と略同径の胴部を有する第２シールド掘進機とを用いてそれぞれトンネルを掘削し、これら各トンネルを途中で接合することによりトンネルを完成させるトンネルの地中接合工法であって、
（ａ）前記第１シールド掘進機の前胴をシールドジャッキを介してセグメントおよび前記後胴に固定するとともに、前記前胴と後胴とを固定している固定部材を撤去する第１工程、
（ｂ）前記シールドジャッキの操作により前記前胴を後胴に対して所定距離だけ前進させる第２工程、
（ｃ）前記前胴の前部に設けられるフード部をその前胴に対して前記カッタヘッドの外周を覆う位置まで前方へ押し出す第３工程、
（ｄ）前記フード部を前方へ押し出しつつ、前記シールドジャッキの操作により前記前胴を後胴に対して後方へ摺動させる第４工程および
（ｅ）前記第１シールド掘進機の前胴の内部に前記第２シールド掘進機のカッタヘッドを嵌合させる第５工程
を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によるトンネルの地中接合工法においては、第１シールド掘進機と第２シールド掘進機との地中接合に際して、まず第１工程において第１シールド掘進機の前胴がシールドジャッキを介してセグメントおよび後胴に固定されるとともに、この前胴と後胴とを固定している固定部材（例：接合ボルト）が撤去されて前胴が後胴に対して移動し得る状態にされる。次に、第２工程においてシールドジャッキの操作により前胴が後胴に対して所定距離だけ前進され、次いで第３工程において前胴の前部に設けられるフード部が前胴に対してカッタヘッドの外周を覆う位置まで前方へ押し出される。この後、第４工程においてフード部を前方へ押し出しつつ、シールドジャッキの操作により前胴が後胴に対して後方へ摺動されて、第１シールド掘進機の前胴の内部に第２シールド掘進機の受け入れ部が確保され、第５工程においてその確保された受け入れ部に第２シールド掘進機のカッタヘッドが嵌合される。こうして所要部を止水処理することで、トンネルの地中接合が完了する。
【００１１】
本発明によれば、第１シールド掘進機において、前胴が後胴に対して後方へ摺動されるのに先立って、前胴の前部に設けられるフード部が前胴に対してカッタヘッドの外周を覆う位置まで前方へ押し出されるので、前胴、言い換えればカッタヘッドの後方摺動時に生ずる地山の崩壊を確実に防ぐことができる。また、前胴に摺動可能なフード部を設ける構造を採用し、前胴と駆動部リングガータとは常時固定された構造とされているので、前胴と駆動部リングガータとの間にローリング止め用の連結部材を設ける必要がない。したがって、その連結部材の着脱作業が不要になり、地中接合作業が容易となるだけでなく、機体を極めて簡素な構造にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネルの地中接合工法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１には本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機（引き込み側シールド掘進機）の縦断面図が示されている。
【００１８】
本実施の形態において、引き込み側シールド掘進機（第１シールド掘進機）Ａは、掘進機本体が前胴（前シールド）１と後胴（後シールド）２とに分割形成されてなり、前胴１の前部が段付き状に小径にされてその段付き部の内周部に駆動部リングガータ３が固定されてなる。この駆動部リングガータ３には軸受４を介してカッタヘッド５が回転自在に支承されるとともに、このカッタヘッド５が、駆前記動部リングガータ３に取り付けられる油圧モータ６によってピニオンおよびリングギアを介して回転駆動される。
【００１９】
前記カッタヘッド５の前面板には、中心部にセンタカッタ７が設けられるとともに、その中心部から周縁部に向けて放射状に多数のカッタビット８が設けられ、かつ周縁部寄りの位置には複数個のオーバーカッタ装置９がカッタヘッド５の外周縁から出没可能に設けられている。
【００２０】
前記カッタヘッド５の後方にはバルクヘッド１０との間に圧力室１１が画成され、この圧力室１１には、その圧力室１１内に泥水を送り込む送泥管１２と、この送泥管１２により送り込まれる泥水と掘削土砂とを混ぜ合わせた状態で排出する排泥管１３とが開口している。なお、送泥管１２と排泥管１３とは後方においてバイパス管１４により連結されている。
【００２１】
前記前胴１は後胴２の前端部に嵌合されていて、通常掘進時には前胴１の後端部と後胴２の前端部とが多数本のボルト１５により相互に固定されている。また、図２（図１のＸ−Ｘ断面図）に示されるように、後胴２側には前後方向に延設される凸部１６が設けられるとともに、前胴１側にはその凸部１６に嵌合する凹部１７が設けられ、これら凸部１６と凹部１７とによって後胴２に対し前胴１が前進する際にそれら前胴１と後胴２との相対回動（ローリング）が防止されるようになっている。
【００２２】
また、前記前胴１の後端部には複数本のシールドジャッキ１８のフランジ部が固定され、またそれらシールドジャッキ１８のロッド先端部にはセグメント１９の前端面に当接して推進反力を得るためのスプレッダ２０が装着されている。
【００２３】
前記前胴１の段付き部の外周部にはリング状のフード部２１が配され、通常掘進時には、このフード部２１の外周面が前胴１の後部外周面と略面一になるように、かつそのフード部２１の前端面が前胴１の前端面と略面一になるようにされている。このフード部２１は、前胴１の内周面に沿うように配される多数本の豆ジャッキ２２の操作により前胴１に対し前方へ摺動可能に配されている。
【００２４】
次に、この豆ジャッキ２２を含むフード部摺動機構を図３（ａ）（ｂ）によってより詳細に説明する。前記フード部２１の後端面にはリング状の連結ロッド２３が連結されるとともに、この連結ロッド２３が前胴１の段部（垂直部）を貫通するように配されており、この連結ロッド２３の後端面を豆ジャッキ２２により押圧することでその連結ロッド２３を介してフード部２１を前進させるように構成されている。また、前記連結ロッド２３の後端には別の連結ロッド２３がねじ込みもしくは溶接等で取り付けられるようにされており、最先端の連結ロッド２３を豆ジャッキ２２により一定ストローク押圧した後はその豆ジャッキ２２を収縮させてその最先端の連結ロッド２３の後方に隙間を形成し、この隙間に別の連結ロッド２３を挿入して継ぎ足し、再び豆ジャッキ２２を伸長させて連結ロッド２３を押し出すようにされる。こうして所定数の連結ロッド２３が順次継ぎ足されて所定ストロークだけフード部２１が前進する。
【００２５】
一方、図４に示されているように、挿入側シールド掘進機（第２シールド掘進機）Ｂは、直胴型の胴部３０の前部内周面に駆動部リングガータ３１が前後方向に摺動可能に嵌挿され、この駆動部リングガータ３１に軸受３２を介してカッタヘッド３３が回転自在に支承されるように構成されている。また、このカッタヘッド３３の周縁部寄りの位置には複数個のオーバーカッタ装置３４がカッタヘッド３３の外周縁から出没可能に設けられている。さらに、前記駆動部リングガータ３１は、一端部が胴部３０側のリブに枢着されるとともに、他端部がその駆動部リングガータ３１に枢着されるスライドジャッキ３５によって胴部３０に対して前方へ摺動されるようになっている。なお、これ以外の、引き込み側シールド掘進機と共通する構成等についてはその詳細な説明を省略することとする。
【００２６】
次に、本実施の形態によるトンネルの地中接合手順を図５〜図１１を参照しながら説明する。
【００２７】
１）地中接合手順１（図５）
挿入側シールド掘進機Ｂが接合地点に到達するとともに、引き込み側シールド掘進機Ａが接合地点より所定距離（例えば７００ｍｍ）手前の位置に到達する。この状態で、引き込み側シールド掘進機Ａにおける後胴２のスキンプレートとセグメント１９とを固定する（固定部４０）とともに、シールドジャッキ１８のスプレッダ２０とセグメント１９とを固定する（固定部４１）。
【００２８】
２）地中接合手順２（図６）
引き込み側シールド掘進機Ａの前胴１と後胴２とを固定しているボルト１５を取り外す。一方、挿入側シールド掘進機Ｂにおいては、カッタヘッド３３のオーバカッタ装置３４を内側に縮小させる。
【００２９】
３）地中接合手順３（図７）
引き込み側シールド掘進機Ａにおいて、シールドジャッキ１８を伸長させつつカッタヘッド５を回転させることにより、前胴１を後胴２に対し前記所定距離（例えば７００ｍｍ）だけ前方へ推進させる（矢印Ｐ）。この引き込み側シールド掘進機Ａの掘進時に、挿入側シールド掘進機Ｂは待機状態にある。なお、前記引き込み側シールド掘進機Ａの掘進時には、後胴２側の凸部１６が前胴１側の凹部１７に嵌合されていることによって、それら前胴１と後胴２との相対回動（ローリング）が防止される。
【００３０】
４）地中接合手順４（図８）
引き込み側シールド掘進機Ａにおけるオーバカッタ装置９を縮小させた後、フード部２１の後端部に連結ロッド２３を次々に継ぎ足しながらそのフード部２１を押し出していき、このフード部２１の前端面がカッタヘッド５の面板と面一になるまで（本実施の形態では略３００ｍｍ）前進させる（矢印Ｑ）。
【００３１】
５）地中接合手順５（図９）
引き込み側シールド掘進機Ａのシールドジャッキ１８を収縮させることにより前胴１を後胴２に対して前記所定距離（例えば７００ｍｍ）後退させると同時に、フード部２１を前記所定距離（例えば７００ｍｍ）前進させる。これによって、フード部２１は位置を保持したまま前胴１、言い換えればカッタヘッド５のみが前記所定距離だけ後退することになり、このカッタヘッド５の前方に挿入側シールド掘進機Ｂの受け入れのための空間が形成されることになる。ここで、軟弱な地山の場合や、地下水の多い地山の場合には、カッタヘッド５の引き込みと同時にそのカッタヘッド５の前方空間に例えば高濃度泥水を注入してその空間内に土砂が入り込まないようにするのが好ましい。
【００３２】
６）地中接合手順６（図１０）
引き込み側シールド掘進機Ａを待機させた状態で、挿入側シールド掘進機Ｂにおいて、カッタヘッド３３を回転させつつシールドジャッキ１８Ａを伸長させてカッタヘッド３３の外周リングの一部を引き込み側シールド掘進機Ａのフード部２１内に挿入し、次いでスライドジャッキ３５を伸長させて駆動部リングガータ３１を押し出す（矢印Ｒ）。これにより、両シールド掘進機Ａ，Ｂの各カッタヘッド５，３３同士が最近接状態になる。
【００３３】
７）地中接合手順７（図１１）
引き込み側シールド掘進機Ａおよび挿入側シールド掘進機Ｂのそれぞれのスキンプレートのみを残して各部材を撤去し、所要箇所（溶接部４２〜４９）を溶接して地中接合が完了する。
【００３４】
図１２には、本発明の他の実施の形態による引き込み側シールド掘進機が、図１３には、他の実施の形態による挿入側シールド掘進機がそれぞれ示されている。
【００３５】
本実施の形態における引き込み側シールド掘進機Ａ'においては、前胴１'が中折れ機構５０を介して前部の第１胴部５１と後部の第２胴部５２とに分割形成され、これら第１胴部５１と第２胴部５２とがアーティキュレートジャッキ５３の伸縮により屈曲自在とされている。これ以外の構成等については先の実施の形態と基本的に異なるところがない。したがって、先の実施の形態と共通する部分には図に同一符号を付すに止めてその詳細な説明を省略することとする。
【００３６】
このような引き込み側シールド掘進機Ａ'の構造によれば、前胴１'と後胴２とが一体で掘進される通常掘進時および地中接合に際しての後胴２に対する前胴１'の前進時に、第２胴部５２に対して第１胴部５１の進行方向を制御することができるので、両シールド掘進機の地中接合時における芯合わせを容易に行うことができ、地中接合時のこじれ現象の発生等の不具合を解消することができる。
【００３７】
一方、挿入側シールド掘進機Ｂ'においても、胴部３０'が中折れ機構６０を介して前部の第１胴部６１と後部の第２胴部６２とに分割形成され、これら第１胴部６１と第２胴部６２とがアーティキュレートジャッキ６３の伸縮により屈曲自在とされている。また、通常掘進時には第１胴部６１と駆動部リングガータ３１とがボルト６４等によって相互に固定されている。
【００３８】
このような構成の挿入側シールド掘進機Ｂ'においては、通常掘進時に、第２胴部６２に対して第１胴部６１の進行方向を制御することで曲線施工が可能である。また、地中接合に際しては、第１胴部６１と駆動部リングガータ３１とのボルト６４等による固定状態を解除するとともに、第１胴部６１と第２胴部６２との屈曲部を固定して、駆動部リングガータ３１が第１胴部６１および第２胴部６２に対して前進される。なお、この駆動部リングガータ３１の前進はアーティキュレートジャッキ６３を利用して行うことができる。
【００３９】
前述の説明では、フード部摺動機構として、豆ジャッキ２２と連結ロッド２３とを用いた機構について説明したが、このフード部摺動機構の他の形態として、図１４（ａ）（ｂ）に示されるように、フード部２１'を断面略クランク型に形成するとともに、このフード部２１'の後部を前胴１Ａ側に設けられる油圧室７０内にピストン状に挿入し、かつそのフード部２１'の後端部と油圧室７０内壁との間にシール部材７１を介挿するようにし、前記油圧室７０内に配管７２から油圧を供給するようにする実施の形態も可能である。このようにしたものでは、（ａ）に示される状態から、配管７２を通して油圧室７０内に油圧が供給されると、（ｂ）に示されるようにフード部２１'を前進方向に所定位置まで移動させることができる。
【００４０】
また、前述の説明では、前胴と後胴との相対回動（ローリング）を防止するローリング防止機構として、後胴側の凸部１６と前胴側の凹部１７とを嵌合させるものとしたが、後胴側に凹部を設けるとともに前胴側に凸部を設けて、これら凹部と凸部とを嵌合させるようにする実施の形態も可能である。
【００４１】
本実施例では泥水式のシールド掘進機について説明したが、本発明は、泥土圧式のシールド掘進機に対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機（引き込み側シールド掘進機）の縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、フード部の作動態様を示す拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機（挿入側シールド掘進機）の縦断面図である。
【図５】図５は、トンネルの地中接合手順（１）を示す図である。
【図６】図６は、トンネルの地中接合手順（２）を示す図である。
【図７】図７は、トンネルの地中接合手順（３）を示す図である。
【図８】図８は、トンネルの地中接合手順（４）を示す図である。
【図９】図９は、トンネルの地中接合手順（５）を示す図である。
【図１０】図１０は、トンネルの地中接合手順（６）を示す図である。
【図１１】図１１は、トンネルの地中接合手順（７）を示す図である。
【図１２】図１２は、他の実施の形態による引き込み側シールド掘進機の縦断面図である。
【図１３】図１３は、他の実施の形態による挿入側シールド掘進機の縦断面図である。
【図１４】図１４（ａ）（ｂ）は、フード部摺動機構の別形態を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａ'        引き込み側シールド掘進機（第１シールド掘進機）
Ｂ，Ｂ'        挿入側シールド掘進機（第２シールド掘進機）
１，１'，１Ａ    前胴
２              後胴
３，３１        駆動部リングガータ
５，３３        カッタヘッド
９，３４        オーバカッタ装置
１５            ボルト
１６            凸部
１７            凹部
１８，１８Ａ    シールドジャッキ
１９            セグメント
２０            スプレッダ
２１，２１'    フード部
２２            豆ジャッキ
２３            連結ロッド
３０，３０'    胴部
３５            スライドジャッキ
４０，４１      固定部
５０，６０      中折れ機構
５１，６１      第１胴部
５２，６２      第２胴部
５３，６３      アーティキュレートジャッキ
７０            油圧室
【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】
0004378030.tif 000011
【図１１】
0004378030.tif 000012
【図１２】
0004378030.tif 000013
【図１３】
0004378030.tif 000014
【図１４】
0004378030.tif 000015