シールド掘進機及びトンネルの構築方法

【課題】分岐用トンネル構築にあたっては１つのトンネル掘削で行い本線トンネルへの分岐・合流部では複数のトンネルの接合施工を行うことで、接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることのできるシールド掘進機を提供する。
【解決手段】所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機１２と、親機シールド掘進機１２から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機１４とを有するシールド掘進機１０であって、親機シールド掘進機１２は、カッタビット１８を取り付けた親機用面板２０外周部に複数の子機シールド掘進機１４の発進部３２を有し、子機シールド掘進機１４は、親機用面板２０の子機シールド掘進機１４の発進部３２に各子機用面板３４を取り付けた状態で親機シールド掘進機１２の掘進を可能とし、親機シールド掘進機１２の掘進停止後に子機シールド掘進機本体を各子機用面板３４と一体化して組み立て、親機用面板２０の子機シールド掘進機１４の発進部３２より発進可能にされている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの断面を効率的に変形可能なシールド掘進機及びトンネルの構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下構築物の構築方法として、例えば、ほぼ四角形断面のシールド掘進機により地中に複数のトンネルを掘削形成し、該トンネルを軸線方向に複数並設して無端状に連結・止水して、任意形状の連続構造体を構築した後、この連続構造体の内側を掘削して地下空間を構築することが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６３３０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような地下構築物の構築方法にあっては、任意形状の連続構造体を構築することができるため、例えば、本線トンネルに対する分岐用トンネルの分岐・合流部の構築に用いると利点を生かすことができる一方、分岐用トンネルも複数のトンネルを接続して、外殻部を先行構築しなければならないため、分岐用トンネルの距離が長くなればなるほど、工期、工費の面で不利となる。
【０００４】
本発明の目的は、分岐用トンネル構築にあたっては１つのトンネル掘削で行い本線トンネルへの分岐・合流部では複数のトンネルの接合施工を行うことで、接合施工の簡略化を行い、工期の短縮、工費の削減を図ることのできるシールド掘進機及びトンネルの構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）前記目的を達成するため本発明のシールド掘進機は、所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機と、前記親機シールド掘進機から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機とを有するシールド掘進機であって、前記親機シールド掘進機は、カッタビットを取り付けた親機用面板外周部に複数の前記子機シールド掘進機の発進部を有し、前記子機シールド掘進機は、前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部に各子機用面板を取り付けた状態で前記親機シールド掘進機の掘進を可能とし、前記親機シールド掘進機の掘進停止後に子機シールド掘進機本体を各子機用面板と一体化して組み立て、前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部より発進可能にされていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、親機用面板に複数の子機の面板を取り付けた親機シールド掘進機により１本のトンネルを構築し、適宜の位置で親機シールド掘進機を停止させ、その状態で親機シールド掘進機内で子機用面板に対し子機用掘進機本体を取り付けて子機シールド掘進機を組み立て、親機用面板の子機シールド掘進機の発進部より発進させることで、子機シールド掘進機により、親機シールド掘進機により構築されるトンネルとは異なる変断面のトンネルを構築することができる。
【０００７】
したがって、例えば、親機シールド掘進機により分岐用トンネル部分を構築し、分岐用トンネルが本線トンネルに近づいた状態で親機シールド掘進機を停止させ、そこから複数の子機シールド掘進機を発進させて、各子機シールド掘進機によるトンネル同士を接合しつつ本線トンネルに寄りつかせるようにすることで、分岐・合流部の構築が可能となる。
【０００８】
この場合、分岐用トンネルの距離が長くても、分岐用トンネルは親機シールド掘進機によるトンネルの構築によりなされるため、子機シールド掘進機によるトンネル同士の接続は短い距離ですむため、効率的かつ合理的な施工を行うことができる。
（２）本発明においては、前記各子機用シールド掘進機は、両側に拡幅部を有するほぼ台形状とすることができる。
【０００９】
このような構成とすることにより、子機シールド掘進機によるトンネル同士の接続部幅をより短くして、より効率的なトンネルの構築を行うことが可能となる。
（３）本発明のトンネルの構築方法は、（１）または（２）の親機シールド掘進機と子機シールド掘進機を有するシールド掘進機を用いたトンネルの構築方法であって、前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部に各子機用面板を取り付けた状態で前記親機シールド掘進機の掘進を行って親機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、前記親機シールド掘進機の掘進停止後に子機シールド掘進機本体を各子機用面板と一体化して組み立てる工程と、前記組み立てた子機シールド掘進機を前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部より発進させて前記親機の断面に相応したトンネルに引き続き子機の断面に相応したトンネルを構築するる工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、親機用面板の子機シールド掘進機の発進部に各子機用面板を取り付けた状態で親機シールド掘進機の掘進を行えば、親機の断面に相応したトンネルを構築することができ、通常のトンネルの掘進を行うことができる。
【００１１】
また、親機シールド掘進機による掘進を停止し、親機シールド掘進機内で子機シールド掘進機を組み立て子機シールド掘進機の発進部から発進させることで、子機シールド掘進機による掘進を行うことができることとなる。
【００１２】
この子機シールド掘進機によるトンネルの構築では、複数の分岐トンネルとして構築してもよく、複数のトンネルを連結したものとして構築しても良い。
（４）本発明においては、前記親機シールド掘進機により構築されるトンネルは、分岐用トンネルとされ、前記子機シールド掘進機により構築されるトンネルは、複数の子機シールド掘進機により構築されるトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、閉断面の内部の地山を掘削しつつ本線トンネルに合流する分岐合流拡幅部として形成されるようにすることができる。
【００１３】
このような構成とすることにより、分岐用トンネルの距離が長くても、分岐用トンネルは親機シールド掘進機によるトンネルの構築によりなされるため、子機シールド掘進機によるトンネル同士の接続は短い距離ですみ、効率的かつ合理的な施工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１〜図１２は、本発明の一実施の形態にかかるシールド掘進機及びトンネルの構築方法を示す図である。
【００１６】
図１〜図５は、本実施の形態において用いるシールド掘進機を示す図で、図１はそのシールド掘進機の正面図、図２はその縦断面図である。
【００１７】
このシールド掘進機１０は、所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機１２と、この親機シールド掘進機１２から発進可能にされた複数、例えば６機の子機シールド掘進機１４とを有する。
【００１８】
親機シールド掘進機１２は、円形断面の親機シールド掘進機本体１６の前面にカッタビット１８を取り付けた円形の親機用面板２０を有し、この円形の親機用面板２０の回転によって、親機シールド掘進機本体１６の断面形状に沿って切羽を掘削可能とされている。
【００１９】
親機シールド掘進機本体１６内には、親機用面板２０を回転させる駆動モータ２２、シールドジャッキ２４、セグメント組立用のエレクター２６、曲線施工用のコピーカッタ２８、中折れジャッキ３０等が配設されている。
【００２０】
親機用面板２０には、外周部に貫通形成された複数、例えば６個の子機シールド掘進機１４の発進部３２を有し、この親機用面板２０の各発進部３２に各々カッタビット３３付きの子機用面板３４を取り付けられた状態となっている。
【００２１】
そして、この子機用面板３４を取り付けた状態で、親機シールド掘進機１２の親機用面板２０を子機用面板３４と共に駆動モータ２２にて回転させることで、親機シールド掘進機１２の掘進を可能としている。
【００２２】
子機シールド掘進機１４は、親機シールド掘進機１２の掘進停止後に、子機シールド掘進機１４の掘進機本体３６（図５参照）を親機シールド掘進機１２の親機シールド掘進機本体内で組み立てて、各子機用面板３４と一体化して、親機用面板２０の各発進部３２より発進可能にされている。
【００２３】
子機シールド掘進機１４の子機シールド掘進機本体３６内には、子機用面板３４を回転させる駆動モータ３８、シールドジャッキ４０、セグメント組立用のエレクター４２等が配設されている。
【００２４】
また、掘進機本体３６は、図４に示すように、ほぼ台形状とされ、子機用面板３４は図３に示すように、両側部に駆動モータ３８により駆動される一対のカッター用面板４４を有し、掘進機本体３６の形状に沿った掘進を行えるようになっている。
【００２５】
なお、親機用面板２０の発進部３２は、図７に示すように、掘進機本体３６が発進できるように、ほぼ台形状に形成されている。
【００２６】
さらに、これら複数の子機シールド掘進機１４は、親機シールド掘進機１２より発進した後、独立して６本の小径のトンネルを構築するようにしてもよく、あるいは、これら６本のトンネルの内の数本を連結して、これよりも若干大きな複数本のトンネルを構築するようにしてもよく、さらには、親機シールド掘進機１２により本線トンネルに向かう分岐用トンネルを構築して、そこから子機シールド掘進機１４による６本のトンネルを１本のトンネルに連結して、分岐用トンネルから本線トンネルに接続する分岐・合流部を構築するようにすることもできる。
【００２７】
特に、分岐用トンネルの距離が長い場合には、分岐用トンネルは親機シールド掘進機１２にて通常の円形シールド掘進機によりトンネルを構築する場合と同様の工程で構築できるため、子機シールド掘進機により各トンネルの接続作業に要する時間、コストを削減して効率的、かつ、合理的な施工を行うことが可能となる。
【００２８】
また、子機シールド掘進機１４は、台形状をしているため、複数のトンネルの接続幅を小さくして効率よく連結を行うことができる。
【００２９】
次に、前述のようなシールド掘進機を用いて、分岐用トンネルと本線トンネルへの分岐・合流部とを構築するトンネルの構築方法について、図６〜図１２を参照して説明する。
【００３０】
図６は、分岐用トンネルから分岐・合流部を経て本線トンネルに接続する状態を示す平面図である。
【００３１】
このトンネルの構築方法では、まず、本線トンネル用のシールド掘進機（図示せず）により本線トンネル４６を掘削形成する。
【００３２】
次いで、本線トンネル４６から所定間隔離れた位置で本線トンネル４６に沿って分岐用トンネル４８を掘削形成する。
【００３３】
この分岐用トンネル４８の掘削形成に際しては、図７に示すように、親機シールド掘進機１２の親機用面板２０に、複数の子機用面板３４を取り付けた状態で、親機シールド掘進機本体１６内の駆動モータ２２にて親機用面板２０と子機用面板３４とを一体に回転させることで掘進を行う。
【００３４】
この場合、親機シールド掘進機１２の掘進回数１回で、セグメントの組み立てとなり、通常の円形シールド掘進機の場合と何ら変わらない掘進状態となる。
【００３５】
このような掘進状態で掘進を行いつつ、分岐用トンネル４８を可能な限り本線トンネル４６に近接させる。
【００３６】
このように分岐用トンネルを親機シールド掘進機１２により構築することにより、分岐用トンネル４８の距離が長い場合でも、複数のトンネルの接続や複数のトンネルに囲まれた地山の掘削を行うことなく、通常の円形シールド掘進機と同様の掘進作業で行うことができ、短時間、かつ、効率よく分岐用トンネル４８を構築することができる。
【００３７】
次に、分岐用トンネル４８が本線トンネル４６に接近した状態で、親機シールド掘進機１２の掘進を停止して、親機シールド掘進機１２より複数の子機シールド掘進機１４を発進させて分岐用トンネル４８から本線トンネル４６に向けて合流・拡幅部５０を構築する。
【００３８】
この場合、親機シールド掘進機１２内からの子機シールド掘進機１４の発進に際しては、まず、図９に示すように、親機シールド掘進機１２の掘削を終了させた状態で、親機シールド掘進機本体内より周囲の地山に対して所定範囲で薬液注入５２を行って、止水及び土圧対策を行う。
【００３９】
次に、親機用の掘削機本体１６内の機器類の解体を行う。
【００４０】
掘削機本体１６内の機器類の解体を行った後、図１０に示すように、親機シールド掘進機本体１６内に子機発進架台５４を組み立てると共に、子機シールド掘進機本体３６を組み立てて、子機シールド掘進機本体３６を子機発進架台５４上に据え付ける。
【００４１】
次に、親機用面板２０から子機用面板３４を取り外して、子機用面板３４を子機シールド掘進機本体３６に接続して子機シールド掘進機１４を親機シールド掘進機１２の発進部３２より発進可能にする。
【００４２】
そして、図１２に示すように、親機シールド掘進機本体内に子機発進反力受け５６及び隔壁５８して、子機シールド掘進機１４の発進を行う。
【００４３】
このようにして、複数の子機シールド掘進機１４を各発進部３２より発進させるようにしている。
【００４４】
各発進部３２より発進した複数の子機シールド掘進機１４は、図８に示すように、所定の間隔で本線トンネル４６に寄りつきつつ、各トンネル６０間を接合して、外殻躯体部６２を構築した後、外殻躯体部６２により囲まれた内部の土砂を掘削、搬出することで、分岐・合流部５０を完成させるようになっている。
【００４５】
このように、複数のトンネル６０を接合しながら本線トンネル４６に合流させることで、本線トンネル４６の形状に沿って分岐・合流部５０を確実に形成できることとなる。
【００４６】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００４７】
例えば、前記実施の形態では、親機シールド掘進機及び子機シールド掘進機を断面円形のシールド掘進機を中心にしたものについて説明したが、この例に限らず、方形状、多角形状のものを中心にしたものとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の一形態にかかるシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のシールド掘進機の縦断面図である。
【図３】子機シールド掘進機の正面図である。
【図４】子機シールド掘進機の掘進機本体側からみた背面図である。
【図５】子機シールド掘進機の縦断面図である。
【図６】分岐用トンネルを本線トンネルに接続させた状態を示す平面図である。
【図７】図６の状態から本線トンネル内に補強梁を親機シールド掘進機により分岐用トンネルを構築する状態を示す正面図である。
【図８】図７の状態から分岐・合流部を構築する状態を示す正面図である。
【図９】子機シールド掘進機を親機シールド掘進機を発進させるための薬液注入及び掘進機本体内の解体状態を示す縦断面図である。
【図１０】図９の状態から子機発進架台及び子機用の掘進機本体の組み立て状態を示す縦断面図である。
【図１１】図１０の状態から掘進機本体と子機用面板の接続状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の状態から子機シールド掘進機の発進状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０シールド掘進機
１２親機シールド掘進機
１４子機シールド掘進機
１６親機用の掘進機本体
１８、３３カッタビット
２０親機用面板
３２発進部
３４子機用面板
３６子機用の掘進機本体
４６本線トンネル
４８分岐用トンネル
５０分岐・合流部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定断面のトンネルを掘削形成する親機シールド掘進機と、前記親機シールド掘進機から発進可能にされた複数の子機シールド掘進機とを有するシールド掘進機であって、
前記親機シールド掘進機は、カッタビットを取り付けた親機用面板外周部に複数の前記子機シールド掘進機の発進部を有し、
前記子機シールド掘進機は、前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部に各子機用面板を取り付けた状態で前記親機シールド掘進機の掘進を可能とし、前記親機シールド掘進機の掘進停止後に子機シールド掘進機本体を各子機用面板と一体化して組み立て、前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部より発進可能にされていることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１において、
前記各子機用シールド掘進機は、両側に拡幅部を有するほぼ台形状とされていることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項１または２記載の親機シールド掘進機と子機シールド掘進機を有するシールド掘進機を用いたトンネルの構築方法であって、
前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部に各子機用面板を取り付けた状態で前記親機シールド掘進機の掘進を行って親機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
前記親機シールド掘進機の掘進停止後に子機シールド掘進機本体を各子機用面板と一体化して組み立てる工程と、
前記組み立てた子機シールド掘進機を前記親機用面板の前記子機シールド掘進機の発進部より発進させて前記親機の断面に相応したトンネルに引き続き子機の断面に相応したトンネルを構築する工程と、
を含むことを特徴とするトンネルの構築方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記親機シールド掘進機により構築されるトンネルは、分岐用トンネルとされ、
前記子機シールド掘進機により構築されるトンネルは、複数の子機シールド掘進機により構築されるトンネルを連結して閉断面のトンネルを構築し、閉断面の内部の地山を掘削しつつ本線トンネルに合流する分岐合流拡幅部として形成されることを特徴とするトンネルの構築方法。

【図１】