(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させるように掘削する親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法であって、
前記子シールド機の発進地点に至る前に、親子シールド掘進機を大口径トンネルの中心線に対して一方向に屈曲させた後にその方向とは逆の方向に屈曲させて掘進するＳ字状の施工を行うことにより、前記小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心軸を合わせることを特徴とする親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法。
【請求項２】
子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させるように掘削する親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法であって、
前記子シールド機の発進地点に至る前に親子シールド掘進機を大口径トンネルの中心線に対して一方向にのみ屈曲させ、親シールド機の機内から子シールド機を発進させた後に子シールド機を親子シールド掘進機の掘進方向とは逆方向に屈曲させることにより、前記小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心軸を合わせることを特徴とする親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法。
【請求項３】
さらに、子シールド機の発進後に掘削済みの不要空間をライニング等にて埋め戻す埋め戻し工程を有する請求項１または２に記載の親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、子シールド機を親シールド機により施工された大口径トンネルの中心線に対して偏心するように発進させる親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大口径トンネルの掘削に引き続いて小口径トンネルの掘削を行えるようにしたシールド掘進機が、親子シールド掘進機として知られている。通常、この親子シールド掘進機は、子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる構造とされ、掘削後のトンネル形状も、親子一体での掘進により形成される大口径トンネルの中心線と、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線とが一致しているのが普通である。
【０００３】
ところで、例えば下水道の配管設備もしくは地下鉄の駅等のように、掘削後のトンネルの利用用途によっては、大口径トンネルの中心線に対して小口径トンネルの中心線を偏心させて施工を行う必要性が生じる場合がある。従来、このような偏心トンネルの施工を実現するために、図７に示されているような、親シールド機の中心軸に対して子シールド機の中心軸を半径方向に移動できるようにした親子シールド掘進機５１が提案されている。この親子シールド掘進機５１においては、親カッタヘッド５２にＵ字溝５３が形成されてその溝５３内に子カッタヘッド５４が摺動可能に配置されるとともに、子シールド機５５が親シールド機５６内の回転ドラム５７に支持された構造とされている。このような親子シールド掘進機５１において、子カッタヘッド５４を親カッタヘッド５２の中心部に位置する状態から図示のような偏心位置まで移動させるには、まずＵ字溝５３の開口部を横にした状態で親カッタヘッド５２の回転を停止させ、次いで子シールド機５５と親カッタヘッド５２との接合を解除して回転ドラム５７とともに親カッタヘッド５２を９０°回転させると、子シールド機５５がＵ字溝５３に沿って外方へ摺動して偏心位置まで移動する。
【０００４】
また、他の従来例として、特開平２−２１０１８９号公報に開示されているものがある（図８（ａ）（ｂ）参照）。この公報に記載の親子シールド掘進機６１では、親シールド機６２の周囲に複数の子シールド機６３を偏心させて配置し、大径のトンネルから複数の小径トンネルを連続して掘削できるように構成されている。
【０００５】
さらに、特開平２−８８８８３号公報（図９参照）に開示されている親子シールド掘進機７１においては、親シールド機７２から子シールド機７３を分岐するようにし、分岐後にこの子シールド機７３を円弧状の中心線７４に沿ってカーブ施工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、図７に示されている親子シールド掘進機５１では、親カッタヘッド５２にＵ字溝５３を形成する必要があるために、掘削性の低下が避けられないという問題点があり、また親カッタヘッド内に子カッタヘッドを内蔵する構造であるために、親シールド機の掘削径に対する子シールド機の掘削径の比率が制限されてしまうという問題点がある。さらに、子シールド機５５を偏心位置へ移動させるのに回転ドラム５７を用いているために、親シールド機の機長が長くなって急曲線対応が困難であるとともに大きな立坑が必要であり、また装置が大がかりになってコスト高であり、かつ親シールド機のカッタヘッドの回転と回転ドラムの回転との制御が複雑であるといった問題点もある。
【０００７】
次に、図８に示されている親子シールド掘進機６１では、必要断面を掘削するのに多数のカッタヘッドが必要であるとともに、各カッタヘッド毎に駆動機構が必要であり、装置全体が複雑化してコストアップが避けられないという問題点がある。また、削り残しを生じ、トンネル断面全体を完全に掘削することが困難である。
【０００８】
一方、図９に示されている親子シールド掘進機７１では、大口径トンネルの先端部から子シールド機を発進させて小口径トンネルをカーブ施工するようにしているために、大口径トンネルの中心線に対して小口径トンネルの中心線を偏心させて施工するという用途には用いることができない。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、従来構造の親子シールド掘進機に改変を加えることなく、大口径トンネルの中心線に対して小口径トンネルの中心線を偏心させて施工を行うことのできる親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述の目的を達成するために、本発明による親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法は、第１に、
子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させるように掘削する親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法であって、
前記子シールド機の発進地点に至る前に、親子シールド掘進機を大口径トンネルの中心線に対して一方向に屈曲させた後にその方向とは逆の方向に屈曲させて掘進するＳ字状の施工を行うことにより、前記小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心軸を合わせることを特徴とするものである。
【００１１】
この第１の特徴を有する偏心発進工法においては、子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機が用いられ、子シールド機の発進地点に至る前の親子一体での掘進時に、予め計画されている小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心線を合わせるように屈曲施工が行われる。これによって、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させることができる。したがって、従来構造の親子シールド掘進機に特別の改変を加えることなく、言い換えれば装置が複雑化してコストアップを招いたりすることなく、子シールド機を親シールド機により掘削された大口径トンネル中心線に対して偏心させて発進させることができる。こうして、例えば下水道の配管設備もしくは地下鉄の駅等の利用用途に応じた所望のトンネルの掘削を極めて容易に行うことが可能となる。
【００１２】
また、本発明による親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法は、第２に、
子シールド機の中心軸を親シールド機の中心軸に一致させてなる親子シールド掘進機を用いて、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させるように掘削する親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法であって、
前記子シールド機の発進地点に至る前に親子シールド掘進機を大口径トンネルの中心線に対して一方向にのみ屈曲させ、親シールド機の機内から子シールド機を発進させた後に子シールド機を親子シールド掘進機の掘進方向とは逆方向に屈曲させることにより、前記小口径トンネルの中心線に子シールド機の中心軸を合わせることを特徴とするものである。
この第２の特徴を有する偏心発進工法においては、子シールド機の発進地点に至る前の親子一体での掘進時に一方向にのみ屈曲され、親シールド機の機内から子シールド機を発進させた後に子シールド機が親子シールド掘進機の掘進方向とは逆方向に屈曲される。これによって、親子一体の掘進により形成される大口径トンネルの中心線に対し、子シールド機の単独掘進により形成される小口径トンネルの中心線を偏心させることができる。こうして、前記第１の特徴を有する発進工法と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
本発明においては、さらに、子シールド機の発進後に掘削済みの不要空間をライニング等にて埋め戻す埋め戻し工程を有するのが好適である。このようにすれば、例えば大口径トンネルと小口径トンネルとの境界部にできるエア溜まりをなくすなどして、仕上がりトンネル形状を必要形状にすることができる。なお、このエア溜まりを無くすのは、特に雨水幹線，下水幹線等の貯留管の場合に有効である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による親子シールド掘進機における子シールド機の偏心発進工法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施例に係る親子シールド掘進機の縦断面図が、図２に同親子シールド掘進機の正面図がそれぞれ示されている。
【００１６】
本実施例の親子シールド掘進機は、親シールド機１とその親シールド機１の内部に設けられる子シールド機２とにより構成されている。ここで、親シールド機１の中心軸と子シールド機２の中心軸とは一致するようにそれら両者の位置関係が設定されている。
【００１７】
前記親シールド機１は、前部シールド１ａと、この前部シールド１ａに対しアーティキュレートジャッキ３により屈曲自在に接続される後部シールド１ｂとよりなり、親シールドジャッキ４によりセグメント５に反力を得つつ地中を掘進するようにされている。この親シールド機１においては、前部に多数のスポーク６を有する環状の親カッタヘッド７が中心軸回りに回転自在に支承され、各スポーク６の両側に多数個のツールビット８が装着されてそれらツールビット８により切羽が掘削されるようになっている。
【００１８】
一方、前記子シールド機２は、子シールドジャッキ９の推進力により親シールド機１内から発進できるようにその親シールド機１内に同心的に収容されており、前部に、子カッタヘッド用駆動モータ１０により回転される子カッタヘッド１１を有している。この子カッタヘッド１１は、親カッタヘッド７と同様、多数のスポーク１２を有してそれらスポーク１２の両側に装着されるツールビット８により切羽が掘削されるようになっている。こうして、各ツールビット８により掘削された土砂は親カッタヘッド７および子カッタヘッド１１の前面開口より親シールド機１および子シールド機２の前部に設けられるチャンバー１３内に取り込まれた後、親シールド機用スクリュウコンベア１４によって後方へ排出されるようになっている。なお、子シールド機２の単独掘進時には、掘削土砂は子カッタヘッド１１の前面開口より子シールド機２の前部に設けられるチャンバー１３内に取り込まれた後、子シールド機用スクリュウコンベア１５によって後方へ排出される。
【００１９】
前記親カッタヘッド７と子カッタヘッド１１との間には、子カッタヘッド１１側の回転トルクを親カッタヘッド７側へ伝達するために先端部が円錐テーパ形状の少なくとも１基以上のトルク伝達ロッド１６が設けられている。このトルク伝達ロッド１６は、親シールド機１と子シールド機２との一体掘進時に伸長方向に作動されて先端部が親カッタヘッド７側の円錐テーパ穴に係合され、子シールド機２の単独掘進時に収縮方向に作動されて前記円錐テーパ穴から抜き出される。
【００２０】
次に、図３，図４を参照しつつ、前述の構成よりなる親子シールド掘進機を用いて、仕上がり径が互いに異なり、かつ大口径トンネル１７の中心線Ｃ１と小口径トンネル１８の中心線Ｃ２とが互いにずれているトンネルを掘削する際の掘削工法について説明する。
【００２１】
親シールド機１と子シールド機２とを本体連結ピン（図示せず）で互いに連結して一体化するとともに、子カッタヘッド１１のトルク伝達ジャッキ１６を伸長方向に作動してその先端部を親カッタヘッド７側の円錐テーパ穴に係合して、子カッタヘッド用駆動モータ１０により子カッタヘッド１１および親カッタヘッド７を同時に回転させながら、親シールドジャッキ４によりセグメント５を反力受けにしつつ親シールド機１および子シールド機２を一体で掘進させ、大口径トンネル１７を中心線Ｃ１に沿って掘削する。なお、この掘削により生じる土砂は親カッタヘッド７および子カッタヘッド１１の前面開口よりチャンバ１３内に取り込まれ、親シールド機用スクリュウコンベア１４により後方へ排出される。
【００２２】
この親子シールド掘進機が子シールド機２の発進地点１９の少し手前位置まで掘進すると、アーティキュレートジャッキ３を操作して後部シールド１ｂに対して前部シールド１ａを偏心させる方向（図３の例では図中上方向）へ屈曲させて所定距離掘進する。次いで、再度アーティキュレートジャッキ３の操作により前部シールド１ａを逆方向（図３の例では図中下方向）へ屈曲させ、子シールド機２の中心線（掘削予定線）Ｃ２に親子シールド掘進機の中心線Ｃ１を一致させる。こうして、親子シールド掘進機のＳ字状の屈曲施工によって小口径トンネル１８の掘削予定線Ｃ２に子シールド機２の中心線が合わせられる。
【００２３】
この後、親子シールド掘進機が子シールド機発進地点１９に到達すると、親シールド機１の所要機器類等の取り外しおよび子シールド機２側への所要機器類等の取り付け等の各作業を行うとともに、トルク伝達ジャッキ１６の先端部を親カッタヘッド７から抜き出すことにより親カッタヘッド７と子カッタヘッド１１との間を切り離し、この状態で子カッタヘッド用駆動モータ１０により子カッタヘッド１１のみを回転させながら、子シールド機２の後方に組み立てられる小口径セグメント（図示せず）を反力受けにしつつ子シールドジャッキ９により子シールド機２を発進させる。
【００２４】
こうして大口径トンネル１７に対して偏心させた小口径トンネル１８が施工されると、図４に示されているように、大口径トンネル１７の終端部近傍に形成されている不要空間２０をライニング２１等によって埋め戻すことで、所望のトンネルを得ることができる。
【００２５】
本実施例の場合、仕上がりトンネル形状は、大口径トンネル１７の天井壁と小口径トンネル１８の天井壁とが略一直線に形成されるとともに、小口径トンネル１８の底壁に対して大口径トンネル１７の底壁が段差を持った形状となる。このようなトンネル形状は、雨水幹線もしくは下水幹線における管頂流入用トンネルに使用するのが好適である。
【００２６】
図５，図６には、本発明の他の実施例に係るトンネル掘削工法が示されている。
【００２７】
前記実施例では、親子シールド掘進機のＳ字状の屈曲施工により小口径トンネル１８の掘削予定線Ｃ２に子シールド機２の中心線を合わせるものとしたが、本実施例では、親子シールド掘進機の一方向への屈曲施工のみによって小口径トンネル１８’の掘削予定線Ｃ２’に子シールド機２の中心線を合わせるようにし、これによって掘削予定線Ｃ２’を大口径トンネル１７’の中心線Ｃ１’に対して偏心させるようにしたものである。
【００２８】
この実施例の場合、子シールド機２は、親シールド機１の機内から発進した後に親子シールド掘進機の屈曲方向とは逆方向に屈曲され、結果的に中心線Ｃ１’と中心線Ｃ２’とは平行になる。なお、本実施例においても、大口径トンネル１７’の終端部近傍に形成される不要空間２０’はライニング２１’等によって埋め戻される。
【００２９】
前記各実施例においては、水平方向への掘進から上方へ向けて屈曲施工することにより親子シールド掘進機の中心線を小口径トンネルの掘削予定線に一致させるものとしたが、この屈曲施工の方向は上下左右の任意の方向とすることができ、大口径トンネル中心線と小口径トンネル中心線との偏心量を任意の値に設定できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る親子シールド掘進機の縦断面図である。
【図２】図２は、本実施例の親子シールド掘進機の正面図である。
【図３】図３は、本実施例におけるトンネル掘削工法説明図である。
【図４】図４は、本実施例のトンネル掘削工法により得られる仕上がりトンネル形状を示す図である。
【図５】図５は、他の実施例におけるトンネル掘削工法説明図である。
【図６】図６は、他の実施例のトンネル掘削工法により得られる仕上がりトンネル形状を示す図である。
【図７】図７は、従来例▲１▼を示す図である。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、従来例▲２▼を示す図である。
【図９】図９は、従来例▲３▼を示す図である。
【符号の説明】
１  親シールド機
２  子シールド機
７  親カッタヘッド
１０  子カッタヘッド用駆動モータ
１１  子カッタヘッド
１６  トルク伝達ジャッキ
１７，１７’  大口径トンネル
１８，１８’  小口径トンネル
１９  子シールド機発進地点
２０  不要空間
２１  ライニング
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１’，Ｃ２’  中心線
【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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