シールド機、シールド機の発進方法、シールド機の到達方法
【課題】トンネルを掘削する際の線形制御が容易で、かつ、発進時に地山を傷めないシールド機及びその発進方法を提供する。
【解決手段】上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で法面１９を掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させる。地山１３内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、地山１３内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進入方向に伴って土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
【解決手段】上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で法面１９を掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させる。地山１３内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、地山１３内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進入方向に伴って土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機、シールド機の発進方法及び到達方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路等をアンダーパスするシールド機に関して、本出願人は、例えば、特許文献１において、互いに独立して前進及び後進可能な複数の主シールドを縦横に所定の配列で組み合わせ、各々の主シールドを独立して掘進させて地山を掘削するシールド機を開示している。このシールド機でトンネルを掘削する際は、まず、複数の主シールドのうちの最上段の外側に位置する主シールドを先に掘進させ、次に、その内側に位置する主シールドを掘進させて最上段の主シールドをすべて突出し、それから、下段の主シールドを掘進させる。
【０００３】
また、特許文献２には、カッター部が上段及び下段に分割されたシールド機を、その上段のカッター部を下段のカッター部よりも進行方向に突出させた状態で推進させる方法が開示されている。この方法は、下段のカッター部の上部が地表面よりも上に露出する程度の深さの立坑内にシールド機を傾斜させた状態で設置し、発進とともに、まず、下段のカッター部で立坑の土留め壁を掘削し、その後、上段及び下段のカッター部で地山を掘削しつつ、地山内を掘進する。
【特許文献１】特開２００６−４６０６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されているシールド機では、複数の主シールド毎にジャッキ等の推進装置やスクリューコンベア等の排土装置が設置されているので、シールド機の前部の重量が重くなって、推進時における線形制御が難しい。また、小土被り区間を掘削する際は、土被りが浅いので線形制御に多少のずれが生じるとすぐに地上に影響を与えてしまう。
【０００５】
また、特許文献２に記載のシールド機の推進方法では、シールド機の上段のカッター部が地山内に進入する際の土被り厚はほとんど無い。したがって、土被り部分の自重は、シールド機の地山内への進入に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも小さいので、シールド機の上段のカッター部が地山内に進入する際に、シールド機の進行方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がり、地山を傷めてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、トンネルを掘削する際の線形制御が容易で、かつ、発進時や到達時に地山を傷めないシールド機、そのシールド機の発進方法及び到達方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明のシールド機は、地山内を掘進するためのシールド機であって、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように配置されていることを特徴とする（第１の発明）。
【０００８】
本発明によるシールド機によれば、上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、掘削対象断面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。また、先行する上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、掘削対象の全断面を同時に掘削する全断面掘削に比べて、小土被りの地盤を掘削する場合であっても、地盤変状が発生するような虞は無い。この結果、小土被りの部分に地盤改良等の地盤変状の対策工を実施する必要は無く、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することができる。
【０００９】
さらに、上段のカッター部及び下段のカッター部は固定されているので、これらのカッター部を単独で前進又は後進させるための駆動装置等が不要である。そして、カッターを回転させるための駆動装置等の簡単な機構のみを備えているので、シールド機の前部の重量を従来のシールド機よりも低減することができる。したがって、推進時における線形制御が容易となり、正確にトンネルを掘削することができる。また、シールド機本体内の装置類が少なくてすむので、シールド機本体の設備投資費を低減することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記上段のカッター部及び前記下段のカッター部は、それぞれ複数のカッターを備えていることを特徴とする。
本発明によるシールド機によれば、各カッター部はそれぞれ複数のカッターを備えているので、これらのカッターの組み合わせにより、様々な掘削断面形状及び大きさのトンネルに対応することができる。
【００１１】
第３の発明のシールド機の発進方法は、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を進行方向に法面が形成されている穴内に設置し、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ地山内に進入させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によるシールド機の発進方法によれば、進行方向に、地山からなる法面が形成された穴内から発進させ、その法面を掘削しつつ地山内に進入させるので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で地山内に進入することができる。
【００１３】
また、シールド機の上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、法面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。そして、上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、土被り部分の地盤変状が発生するような虞は無い。
【００１４】
さらに、穴の中でシールド機を組み立てることにより、穴の側面が防音壁代わりとなり、シールド機を組み立てる際に生じる騒音を低減することができる。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記シールド機が前記法面を掘削して地山内に進入する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明によるシールド機の発進方法によれば、シールド機が地山内に進入するときの土被り厚をシールド機の高さの０．３倍以上にするので、地山内へのシールド機の進入に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機の進入方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【００１７】
第５の発明のシールド機の到達方法は、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を、地山内から法面が形成されている穴内に到達させる際に、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ前記穴内に到達させることを特徴とする。
【００１８】
本発明によるシールド機の到達方法によれば、シールド機を地山からなる法面が形成された穴に地山内から到達させる際に、その法面を掘削しつつ穴内に進入させるので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で穴内に進入することができる。
【００１９】
また、シールド機の上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、法面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。そして、上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、土被り部分の地盤変状が発生するような虞は無い。
【００２０】
さらに、穴内に到達後、穴の中でシールド機を分解することにより、穴の側面が防音壁代わりとなり、シールド機を分解する際に生じる騒音を低減することができる。
【００２１】
第６の発明は、第５の発明において、前記シールド機が前記法面を掘削して前記穴内に到達する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする。
【００２２】
本発明によるシールド機の到達方法によれば、シールド機が地山から穴内に到達するときの土被り厚をシールド機の高さの０．３倍以上にするので、穴内へのシールド機の到達に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機の推進方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシールド機、シールド機の発進方法及び到達方法によれば、トンネルを掘削する際の線形制御が容易となり、かつ、発進時や到達時に地山を傷めることが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るシールド機１の正面図及び側断面図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、シールド機１は、互いに独立して駆動可能なカッター部２、３をそれぞれ上段及び下段に備えたフード部４と、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５等を備えたガーダ部６と、セグメント７を組み立てるエレクタ８等を備えたテール部９とから構成されている。
【００２６】
上段のカッター部２及び下段のカッター部３は、シールド機１本体の前面に設けられ、地山１３を掘削するためのカッターヘッド１０と、カッターヘッド１０を回転させるための駆動源１１とを備えており、各カッター部２、３は、それぞれ独立して駆動可能である。
【００２７】
上段のカッター部２は、シールド機１本体内に、下段のカッター部３よりも進行方向に所定の長さだけ突出するように配置されている。なお、突出する長さは、地質条件等により異なる値であって、設計等により現場毎に適宜決定される。
【００２８】
各カッター部２、３は、それぞれ複数のカッターヘッド１０を備えており、本実施形態においては、それぞれ３台ずつ設けた。なお、掘削対象断面の形状、大きさ等に応じて適宜のカッターヘッド１０の数を変更する。
【００２９】
ガーダ部６には、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５や各カッター部２、３で掘削した土砂を排出するためのスクリューコンベア１２等が設置されている。
【００３０】
テール部９には、エレクタ８等が設置されている。このエレクタ８により、掘削したトンネル２２の内面に順次セグメント７が組み立てられ、内壁が構築される。
【００３１】
次に、上述したシールド機１でトンネル２２を掘削する際の地山１３の沈下量について有限要素法を用いて検討した結果を説明する。
【００３２】
図３は、掘削対象の地山１３の二次元用解析モデルを示す図である。
図３に示すように、掘削対象の地山１３は、地表から深部に向かって、アスファルト層１４と、砂質土層１６と、砂礫層１７とからなる地層構造とした。各層の地質条件を以下に示す。
【００３３】
アスファルト層１４の厚さ、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数は、それぞれ０．７５ｍ、６００ＭＰａ、０．２５、１４．７ｋＮ／ｍ３、０．５とした。
【００３４】
砂質土層１６の厚さ、Ｎ値、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数、粘着力、内部摩擦角は、それぞれ６．００ｍ、１０、６０ＭＰａ、０．３、１８．６ｋＮ／ｍ３、０．５、１０ｋＰａ、３０°とした。
【００３５】
砂礫層１７の厚さ、Ｎ値、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数、粘着力、内部摩擦角は、それぞれ１０．７０ｍ、５０、６０ＭＰａ、０．３、１９．６ｋＮ／ｍ３、０．５、１０ｋＰａ、４０°とした。
【００３６】
まず、高さが８．２５ｍのシールド機Ａ〜Ｄ（後述する）で地山１３の深さ３．０ｍから１１．２５ｍまでの砂質土層１６を掘削した場合、つまり、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの概ね０．３（＝３．０ｍ／８．２５ｍ）倍の場合における沈下量について二次元の有限要素法にて解析した。解析は、３通りの異なる掘削方法で掘削した場合についてそれぞれ行った。
【００３７】
図４〜図６は、解析ケース（ａ）〜（ｃ）における地山１３の掘削方法をそれぞれ示す図である。
【００３８】
解析ケース（ａ）においては、図４に示すように、掘削対象の全断面を同時に掘削する全断面掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅が、それぞれ、８．２５ｍ、１０．５ｍのシールド機Ａを用い、全断面掘削を行った場合について解析を行った。
【００３９】
解析ケース（ｂ）においては、図５に示すように、上述した構成のシールド機１の上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも進行方向に１．０ｍ突出させた状態で掘削する上下段差掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅はシールド機Ａと同一にし、上段のカッター部２及び下段のカッター部３の高さが、それぞれ３．３ｍ、４．９５ｍで、その上段のカッター部２の先端と下段のカッター部３の先端との差が１．０ｍのシールド機Ｂを用い、上下段差掘削を行った場合について解析を行った。
【００４０】
解析ケース（ｃ）においては、図６に示すように、上述した構成のシールド機１の上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも進行方向に０．５ｍ突出させた状態で掘削する上下段差掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅はシールド機Ａと同一で、かつ、上段のカッター部２及び下段のカッター部３の高さはシールド機Ｂと同一で、その上段のカッター部２の先端と下段のカッター部３の先端との差が０．５ｍのシールド機Ｃを用い、上下段差掘削を行った場合について解析を行った。
【００４１】
次に、解析ケース（ａ）〜（ｃ）による地山１３の沈下量の解析結果を示す。
図７は、解析ケース（ａ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【００４２】
図７に示すように、全断面を同時に掘削した場合の最大沈下量は２．７８ｍｍであった。
図８は、解析ケース（ｂ）の上段のカッター部２の先行量を１．０ｍとする上下段差掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
図８に示すように、上段のカッター部２の先行量を１．０ｍにして上下段差を設けて掘削した場合の最大沈下量は１．４２ｍｍであった。
また、図示はしないが、解析ケース（ｃ）の上段のカッター部２の先行量を０．５ｍにした場合の上下段差掘削による最大沈下量は２．３４ｍｍであった。
【００４３】
上述した二次元の有限要素法による解析結果より、上下段差を設けて掘削した場合は、全断面を同時に掘削した場合よりも沈下量が少なくなることがわかる。また、上段のカッター部２の先行量が０．５ｍの場合よりも１．０ｍの場合に沈下量が少なくなることがわかる。
【００４４】
次に、上記と同様に、地山１３の深さ３．０ｍから１１．２５ｍまでを掘削した場合におけるこれら両層の沈下量について三次元の有限要素法にて解析した。解析は、２通りの異なる掘削方法で掘削した場合についてそれぞれ行った。
【００４５】
図９は、地山１３の三次元用解析モデルを示す図である。図９に示すように、地山１３の地層構造は二次元用解析モデルの地層構造及び地質条件と同一にした。
【００４６】
図１０及び図１１は、それぞれ解析ケース（ｄ）及び（ｅ）における地山１３の掘削方法を示す図である。
解析ケース（ｄ）においては、図１０に示すように、上記シールド機Ａを用いた全断面掘削による場合とした。
解析ケース（ｅ）においては、図１１に示すように、上記シールド機Ｂを用いた上下段差掘削による場合とした。上下段差掘削については、上述した二次元の有限要素法による解析結果から、上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも１．０ｍ先行させた場合についてのみ解析した。
【００４７】
次に、解析ケース（ｄ）及び（ｅ）による地山１３の沈下量の解析結果を示す。
図１２は、解析ケース（ｄ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
図１２に示すように、全断面を同時に掘削した場合の沈下は、切羽側方に広い範囲にわたって生じた。具体的に、最大沈下量は１．６４ｍｍであった。
【００４８】
図１３は、解析ケース（ｅ）の上下段差掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
図１３に示すように、上下段差を設けて掘削した場合の沈下は、切羽側方の狭い範囲にのみ生じた。具体的に、最大沈下量は０．５６ｍｍであった。
【００４９】
上述した三次元の有限要素法による解析結果より、沈下量は、上下段差を設けて掘削した場合が全断面掘削した場合よりも少なくなることがわかる。
また、上下段差掘削する場合は、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの概ね０．３倍という土被り厚の条件が厳しい場合であっても土被り部分の沈下を抑制できるので、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの０．３倍以上あれば充分に土被り部分の沈下を抑制できることがわかる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、地山１３の地層構造が、アスファルト層１４と砂質土層１６と砂礫層１７とからなる場合について検討したが、現場の地層構造が異なる場合には、それぞれの現場に応じた検討が適宜必要である。
【００５１】
次に、シールド機１の発進方法及び到達方法について以下で説明する。
図１４及び図１５は、それぞれシールド機１を発進及び到達させるための穴１８の平面図及び側断面図である。
【００５２】
図１４及び図１５に示すように、地山１３にシールド機１を発進及び到達させるための穴１８をそれぞれ発進地点及び到達地点に掘削する。この穴１８は、シールド機１の高さＨの１．３倍の深さで、外周全体に法面１９が形成されている。なお、本実施形態においては、穴１８の外周全体に法面１９を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、シールド機１の進行方向のみに法面１９が形成され、他の側面には土留め壁が形成されていてもよい。
【００５３】
まず、シールド機１の発進方法について説明し、次に、到達方法について説明する。なお、以下の説明では、それぞれ発進時、到達時に利用する穴１８をそれぞれ発進穴１８ａ、到達穴１８ｂという。
【００５４】
図１６は、発進穴１８ａ内に架台２０及び反力壁２１を設置した状態を示す側断面図である。
図１６に示すように、発進穴１８ａの底盤に掘削予定のトンネル２２の傾斜角度に沿った架台２０と、シールド機１の発進の際に反力を得るための反力壁２１とを構築する。
【００５５】
図１７は、シールド機１を発進穴１８ａ内の架台２０上に設置した状態を示す側断面図である。
図１７に示すように、シールド機１を架台２０上に設置する。また、このシールド機１の後端と反力壁２１との間にセグメント７を設置する。
【００５６】
図１８及び図１９は、シールド機１の発進方法を示す図である。
図１８に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールドジャッキ５を伸張させることによりシールド機１本体を推進させる。そして、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させる。
【００５７】
法面１９を掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、地山１３内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進入方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
シールド機１が地山１３内に進入する際に、シールド機１と地山１３との間に滑剤等を注入して、シールド機１と地山１３との摩擦力を低下させてもよい。
そして、シールド機１を所定の距離だけ掘進させたら、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０の回転を停止し、掘削を一旦停止する。
【００５８】
次に、図１９に示すように、シールドジャッキ５を収縮させて、テール部９とセグメント７との間に生じた空間に新たなセグメント７を構築する。
【００５９】
そして、上述したように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させ、シールドジャッキ５を伸張させることにより所定の距離だけ掘進してから、シールドジャッキ５を収縮してセグメント７を構築するまでの一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、発進穴１８ａ内から発進しつつ、地山１３内にシールド機１全体を進入させる。
【００６０】
次に、シールド機１の到達方法について説明する。
図２０は、到達穴１８ｂ内に架台２０を設置した状態を示す側断面図である。
図２０に示すように、到達穴１８ｂの底盤に掘削予定のトンネル２２の傾斜角度に沿った架台２０を構築する。
【００６１】
図２１は、シールド機１の到達方法を示す図である。図２１に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールドジャッキ５を伸張させることによりシールド機１本体を推進させて、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、到達穴１８ｂ内にシールド機１を進入させる。
【００６２】
法面１９を掘削しつつ、到達穴１８ｂ内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、架台２０に沿って到達穴１８ｂ内に進入させるので、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、到達穴１８ｂ内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進行方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
シールド機１が到達穴１８ｂ内に進入する際に、シールド機１と地山１３との間に滑剤等を注入して、シールド機１と地山１３との摩擦力を低下させてもよい。
【００６３】
図２２は、シールド機１が到達穴１８ｂ内の架台２０上に到達した状態を示す側断面図である。
図２２に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３が法面１９を通過したら、両カッター部２、３のカッターヘッド１０の回転を停止し、シールド機１を、シールド機１の解体等の作業が容易となる到達穴１８ｂの中央付近まで推進させる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、発進穴１８ａから地山１３に進入する際及び地山１３内から到達穴１８ｂに進入する際の土被り厚が共にシールド機１の高さＨの０．３倍となるように発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さをシールド機１の高さＨの１．３倍とした場合について説明したが、この値に限定されるものでは無く、土被り厚がシールド機１の高さＨの０．３倍よりも大きくなるように発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さを深くしてもよい。しかし、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さがシールド機１の高さＨの１．７倍よりも深くなると、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの掘削が大掛かりとなり、一般的な立坑を構築する場合と同様の工期及び費用がかかるので、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さはシールド機１の高さＨの１．７倍以下が好ましい。つまり、土被り厚は０．７倍以下の場合が好ましい。
【００６５】
上述した本実施形態におけるシールド機１によれば、上段のカッター部２は下段のカッター部３よりも進行方向に突出するように配置されており、常に上段のカッター部２が下段のカッター部３よりも先行して地山１３を掘削するので、掘削対象断面を小さく分割して掘削することができる。また、先行する上段のカッター部２で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部３で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、全断面掘削に比べて、小土被りの地盤を掘削する場合であっても、地盤変状が発生するような虞は無い。この結果、小土被りの部分に地盤改良等の地盤変状の対策工を実施する必要は無く、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することができる。
【００６６】
また、上段のカッター部２及び下段のカッター部３は、カッターを回転させるための駆動装置等の簡単な装置しか備えていないので、シールド機１の前部の重量を、進行方向に単独で前進又は後進するような機構を備えた従来のシールド機よりも低減することができる。したがって、推進時における線形制御が容易となり、正確にトンネル２２を掘削することができる。また、シールド機１本体内の装置類が少なくてすむので、シールド機１本体の設備投資費を低減することができる。
【００６７】
さらに、各カッター部２、３はそれぞれ複数のカッターヘッド１０を備えているので、これらのカッターヘッド１０の組み合わせにより、様々な掘削断面形状及び大きさのトンネル２２に対応することができる。
【００６８】
また、シールド機１は、進行方向に地山１３による法面１９が形成された発進穴１８ａ内から発進し、その法面１９を掘削しつつ地山１３内に進入するので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で地山１３内に進入することができる。そして、到達穴１８ｂへの到達時も発進時と同様に、地山１３からなる法面１９を掘削しつつ到達穴１８ｂ内に進入するので、土留め壁を掘削する場合よりも短時間で進入することができる。
【００６９】
また、シールド機１が発進穴１８ａから地山１３内に進入する際及び地山１３内から到達穴１８ｂ内に浸入する際の土被り厚をシールド機１の高さＨの０．３倍以上にするので、地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機１の進行方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【００７０】
また、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの中でそれぞれシールド機１を組み立てたり、分解することにより、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの側面が防音壁がわりとなり、シールド機１の組み立てや分解に伴い生じる騒音を低減することができる。したがって、周辺の生活環境に与える影響を少なくすることができる。
【００７１】
なお、本実施形態において、シールド機１を傾斜させた状態で発進させたり、到達させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水平に発進又は到達させてもよく、この場合においても、シールド機１が法面１９を掘削して地山１３内に進入するとき又は到達穴１８ｂに進入するときの土被り部分は、少なくともシールド機１の高さＨの０．３倍の厚さを有するので、土被り部分がシールド機１の進行方向に引っ張られない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るシールド機の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシールド機の側断面図である。
【図３】掘削対象の地山の二次元用解析モデルを示す図である。
【図４】解析ケース（ａ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図５】解析ケース（ｂ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図６】解析ケース（ｃ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図７】解析ケース（ａ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【図８】解析ケース（ｂ）の上段のカッター部の先行量を１．０ｍとする上下段差掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【図９】地山の三次元用解析モデルを示す図である。
【図１０】解析ケース（ｄ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図１１】解析ケース（ｅ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図１２】解析ケース（ｄ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
【図１３】解析ケース（ｅ）の上下段差掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
【図１４】シールド機を発進及び到達させるための穴の平面図である。
【図１５】シールド機を発進及び到達させるための穴の側断面図である。
【図１６】発進穴内に架台及び反力壁を設置した状態を示す側断面図である。
【図１７】シールド機を発進穴内の架台上に設置した状態を示す側断面図である。
【図１８】シールド機の発進方法を示す図である。
【図１９】シールド機の発進方法を示す図である。
【図２０】到達穴内に架台を設置した状態を示す側断面図である。
【図２１】シールド機の到達方法を示す図である。
【図２２】シールド機が到達穴内の架台上に到達した状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ シールド機 ２ 上段のカッター部
３ 下段のカッター部 ４ フード部
５ シールドジャッキ ６ ガーダ部
７ セグメント ８ エレクタ
９ テール部 １０ カッターヘッド
１１ 駆動源 １２ スクリューコンベア
１３ 地山 １４ アスファルト層
１６ 砂質土層 １７ 砂礫層
１８ａ 発進穴 １８ｂ 到達穴
１９ 法面 ２０ 架台
２１ 反力壁 ２２ トンネル
Ａ 解析モデルのシールド機
Ｂ 解析モデルのシールド機
Ｃ 解析モデルのシールド機
Ｄ 解析モデルのシールド機
Ｈ シールド機の高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機、シールド機の発進方法及び到達方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路等をアンダーパスするシールド機に関して、本出願人は、例えば、特許文献１において、互いに独立して前進及び後進可能な複数の主シールドを縦横に所定の配列で組み合わせ、各々の主シールドを独立して掘進させて地山を掘削するシールド機を開示している。このシールド機でトンネルを掘削する際は、まず、複数の主シールドのうちの最上段の外側に位置する主シールドを先に掘進させ、次に、その内側に位置する主シールドを掘進させて最上段の主シールドをすべて突出し、それから、下段の主シールドを掘進させる。
【０００３】
また、特許文献２には、カッター部が上段及び下段に分割されたシールド機を、その上段のカッター部を下段のカッター部よりも進行方向に突出させた状態で推進させる方法が開示されている。この方法は、下段のカッター部の上部が地表面よりも上に露出する程度の深さの立坑内にシールド機を傾斜させた状態で設置し、発進とともに、まず、下段のカッター部で立坑の土留め壁を掘削し、その後、上段及び下段のカッター部で地山を掘削しつつ、地山内を掘進する。
【特許文献１】特開２００６−４６０６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０７１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されているシールド機では、複数の主シールド毎にジャッキ等の推進装置やスクリューコンベア等の排土装置が設置されているので、シールド機の前部の重量が重くなって、推進時における線形制御が難しい。また、小土被り区間を掘削する際は、土被りが浅いので線形制御に多少のずれが生じるとすぐに地上に影響を与えてしまう。
【０００５】
また、特許文献２に記載のシールド機の推進方法では、シールド機の上段のカッター部が地山内に進入する際の土被り厚はほとんど無い。したがって、土被り部分の自重は、シールド機の地山内への進入に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも小さいので、シールド機の上段のカッター部が地山内に進入する際に、シールド機の進行方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がり、地山を傷めてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、トンネルを掘削する際の線形制御が容易で、かつ、発進時や到達時に地山を傷めないシールド機、そのシールド機の発進方法及び到達方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明のシールド機は、地山内を掘進するためのシールド機であって、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように配置されていることを特徴とする（第１の発明）。
【０００８】
本発明によるシールド機によれば、上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、掘削対象断面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。また、先行する上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、掘削対象の全断面を同時に掘削する全断面掘削に比べて、小土被りの地盤を掘削する場合であっても、地盤変状が発生するような虞は無い。この結果、小土被りの部分に地盤改良等の地盤変状の対策工を実施する必要は無く、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することができる。
【０００９】
さらに、上段のカッター部及び下段のカッター部は固定されているので、これらのカッター部を単独で前進又は後進させるための駆動装置等が不要である。そして、カッターを回転させるための駆動装置等の簡単な機構のみを備えているので、シールド機の前部の重量を従来のシールド機よりも低減することができる。したがって、推進時における線形制御が容易となり、正確にトンネルを掘削することができる。また、シールド機本体内の装置類が少なくてすむので、シールド機本体の設備投資費を低減することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記上段のカッター部及び前記下段のカッター部は、それぞれ複数のカッターを備えていることを特徴とする。
本発明によるシールド機によれば、各カッター部はそれぞれ複数のカッターを備えているので、これらのカッターの組み合わせにより、様々な掘削断面形状及び大きさのトンネルに対応することができる。
【００１１】
第３の発明のシールド機の発進方法は、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を進行方向に法面が形成されている穴内に設置し、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ地山内に進入させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によるシールド機の発進方法によれば、進行方向に、地山からなる法面が形成された穴内から発進させ、その法面を掘削しつつ地山内に進入させるので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で地山内に進入することができる。
【００１３】
また、シールド機の上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、法面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。そして、上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、土被り部分の地盤変状が発生するような虞は無い。
【００１４】
さらに、穴の中でシールド機を組み立てることにより、穴の側面が防音壁代わりとなり、シールド機を組み立てる際に生じる騒音を低減することができる。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記シールド機が前記法面を掘削して地山内に進入する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明によるシールド機の発進方法によれば、シールド機が地山内に進入するときの土被り厚をシールド機の高さの０．３倍以上にするので、地山内へのシールド機の進入に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機の進入方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【００１７】
第５の発明のシールド機の到達方法は、シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を、地山内から法面が形成されている穴内に到達させる際に、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ前記穴内に到達させることを特徴とする。
【００１８】
本発明によるシールド機の到達方法によれば、シールド機を地山からなる法面が形成された穴に地山内から到達させる際に、その法面を掘削しつつ穴内に進入させるので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で穴内に進入することができる。
【００１９】
また、シールド機の上段のカッター部は下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されているので、法面を上段と下段とに小さく分割して掘削することができる。そして、上段のカッター部で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、土被り部分の地盤変状が発生するような虞は無い。
【００２０】
さらに、穴内に到達後、穴の中でシールド機を分解することにより、穴の側面が防音壁代わりとなり、シールド機を分解する際に生じる騒音を低減することができる。
【００２１】
第６の発明は、第５の発明において、前記シールド機が前記法面を掘削して前記穴内に到達する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする。
【００２２】
本発明によるシールド機の到達方法によれば、シールド機が地山から穴内に到達するときの土被り厚をシールド機の高さの０．３倍以上にするので、穴内へのシールド機の到達に伴って地山とシールド機との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機の推進方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のシールド機、シールド機の発進方法及び到達方法によれば、トンネルを掘削する際の線形制御が容易となり、かつ、発進時や到達時に地山を傷めることが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施形態に係るシールド機１の正面図及び側断面図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、シールド機１は、互いに独立して駆動可能なカッター部２、３をそれぞれ上段及び下段に備えたフード部４と、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５等を備えたガーダ部６と、セグメント７を組み立てるエレクタ８等を備えたテール部９とから構成されている。
【００２６】
上段のカッター部２及び下段のカッター部３は、シールド機１本体の前面に設けられ、地山１３を掘削するためのカッターヘッド１０と、カッターヘッド１０を回転させるための駆動源１１とを備えており、各カッター部２、３は、それぞれ独立して駆動可能である。
【００２７】
上段のカッター部２は、シールド機１本体内に、下段のカッター部３よりも進行方向に所定の長さだけ突出するように配置されている。なお、突出する長さは、地質条件等により異なる値であって、設計等により現場毎に適宜決定される。
【００２８】
各カッター部２、３は、それぞれ複数のカッターヘッド１０を備えており、本実施形態においては、それぞれ３台ずつ設けた。なお、掘削対象断面の形状、大きさ等に応じて適宜のカッターヘッド１０の数を変更する。
【００２９】
ガーダ部６には、シールド機１本体を推進させるためのシールドジャッキ５や各カッター部２、３で掘削した土砂を排出するためのスクリューコンベア１２等が設置されている。
【００３０】
テール部９には、エレクタ８等が設置されている。このエレクタ８により、掘削したトンネル２２の内面に順次セグメント７が組み立てられ、内壁が構築される。
【００３１】
次に、上述したシールド機１でトンネル２２を掘削する際の地山１３の沈下量について有限要素法を用いて検討した結果を説明する。
【００３２】
図３は、掘削対象の地山１３の二次元用解析モデルを示す図である。
図３に示すように、掘削対象の地山１３は、地表から深部に向かって、アスファルト層１４と、砂質土層１６と、砂礫層１７とからなる地層構造とした。各層の地質条件を以下に示す。
【００３３】
アスファルト層１４の厚さ、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数は、それぞれ０．７５ｍ、６００ＭＰａ、０．２５、１４．７ｋＮ／ｍ３、０．５とした。
【００３４】
砂質土層１６の厚さ、Ｎ値、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数、粘着力、内部摩擦角は、それぞれ６．００ｍ、１０、６０ＭＰａ、０．３、１８．６ｋＮ／ｍ３、０．５、１０ｋＰａ、３０°とした。
【００３５】
砂礫層１７の厚さ、Ｎ値、ヤング率、ポアソン比、単位体積重量、静止土圧係数、粘着力、内部摩擦角は、それぞれ１０．７０ｍ、５０、６０ＭＰａ、０．３、１９．６ｋＮ／ｍ３、０．５、１０ｋＰａ、４０°とした。
【００３６】
まず、高さが８．２５ｍのシールド機Ａ〜Ｄ（後述する）で地山１３の深さ３．０ｍから１１．２５ｍまでの砂質土層１６を掘削した場合、つまり、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの概ね０．３（＝３．０ｍ／８．２５ｍ）倍の場合における沈下量について二次元の有限要素法にて解析した。解析は、３通りの異なる掘削方法で掘削した場合についてそれぞれ行った。
【００３７】
図４〜図６は、解析ケース（ａ）〜（ｃ）における地山１３の掘削方法をそれぞれ示す図である。
【００３８】
解析ケース（ａ）においては、図４に示すように、掘削対象の全断面を同時に掘削する全断面掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅が、それぞれ、８．２５ｍ、１０．５ｍのシールド機Ａを用い、全断面掘削を行った場合について解析を行った。
【００３９】
解析ケース（ｂ）においては、図５に示すように、上述した構成のシールド機１の上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも進行方向に１．０ｍ突出させた状態で掘削する上下段差掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅はシールド機Ａと同一にし、上段のカッター部２及び下段のカッター部３の高さが、それぞれ３．３ｍ、４．９５ｍで、その上段のカッター部２の先端と下段のカッター部３の先端との差が１．０ｍのシールド機Ｂを用い、上下段差掘削を行った場合について解析を行った。
【００４０】
解析ケース（ｃ）においては、図６に示すように、上述した構成のシールド機１の上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも進行方向に０．５ｍ突出させた状態で掘削する上下段差掘削による場合とした。具体的には、高さ、幅はシールド機Ａと同一で、かつ、上段のカッター部２及び下段のカッター部３の高さはシールド機Ｂと同一で、その上段のカッター部２の先端と下段のカッター部３の先端との差が０．５ｍのシールド機Ｃを用い、上下段差掘削を行った場合について解析を行った。
【００４１】
次に、解析ケース（ａ）〜（ｃ）による地山１３の沈下量の解析結果を示す。
図７は、解析ケース（ａ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【００４２】
図７に示すように、全断面を同時に掘削した場合の最大沈下量は２．７８ｍｍであった。
図８は、解析ケース（ｂ）の上段のカッター部２の先行量を１．０ｍとする上下段差掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
図８に示すように、上段のカッター部２の先行量を１．０ｍにして上下段差を設けて掘削した場合の最大沈下量は１．４２ｍｍであった。
また、図示はしないが、解析ケース（ｃ）の上段のカッター部２の先行量を０．５ｍにした場合の上下段差掘削による最大沈下量は２．３４ｍｍであった。
【００４３】
上述した二次元の有限要素法による解析結果より、上下段差を設けて掘削した場合は、全断面を同時に掘削した場合よりも沈下量が少なくなることがわかる。また、上段のカッター部２の先行量が０．５ｍの場合よりも１．０ｍの場合に沈下量が少なくなることがわかる。
【００４４】
次に、上記と同様に、地山１３の深さ３．０ｍから１１．２５ｍまでを掘削した場合におけるこれら両層の沈下量について三次元の有限要素法にて解析した。解析は、２通りの異なる掘削方法で掘削した場合についてそれぞれ行った。
【００４５】
図９は、地山１３の三次元用解析モデルを示す図である。図９に示すように、地山１３の地層構造は二次元用解析モデルの地層構造及び地質条件と同一にした。
【００４６】
図１０及び図１１は、それぞれ解析ケース（ｄ）及び（ｅ）における地山１３の掘削方法を示す図である。
解析ケース（ｄ）においては、図１０に示すように、上記シールド機Ａを用いた全断面掘削による場合とした。
解析ケース（ｅ）においては、図１１に示すように、上記シールド機Ｂを用いた上下段差掘削による場合とした。上下段差掘削については、上述した二次元の有限要素法による解析結果から、上段のカッター部２を下段のカッター部３よりも１．０ｍ先行させた場合についてのみ解析した。
【００４７】
次に、解析ケース（ｄ）及び（ｅ）による地山１３の沈下量の解析結果を示す。
図１２は、解析ケース（ｄ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
図１２に示すように、全断面を同時に掘削した場合の沈下は、切羽側方に広い範囲にわたって生じた。具体的に、最大沈下量は１．６４ｍｍであった。
【００４８】
図１３は、解析ケース（ｅ）の上下段差掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
図１３に示すように、上下段差を設けて掘削した場合の沈下は、切羽側方の狭い範囲にのみ生じた。具体的に、最大沈下量は０．５６ｍｍであった。
【００４９】
上述した三次元の有限要素法による解析結果より、沈下量は、上下段差を設けて掘削した場合が全断面掘削した場合よりも少なくなることがわかる。
また、上下段差掘削する場合は、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの概ね０．３倍という土被り厚の条件が厳しい場合であっても土被り部分の沈下を抑制できるので、土被り厚がシールド機Ａ〜Ｄの高さの０．３倍以上あれば充分に土被り部分の沈下を抑制できることがわかる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、地山１３の地層構造が、アスファルト層１４と砂質土層１６と砂礫層１７とからなる場合について検討したが、現場の地層構造が異なる場合には、それぞれの現場に応じた検討が適宜必要である。
【００５１】
次に、シールド機１の発進方法及び到達方法について以下で説明する。
図１４及び図１５は、それぞれシールド機１を発進及び到達させるための穴１８の平面図及び側断面図である。
【００５２】
図１４及び図１５に示すように、地山１３にシールド機１を発進及び到達させるための穴１８をそれぞれ発進地点及び到達地点に掘削する。この穴１８は、シールド機１の高さＨの１．３倍の深さで、外周全体に法面１９が形成されている。なお、本実施形態においては、穴１８の外周全体に法面１９を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、シールド機１の進行方向のみに法面１９が形成され、他の側面には土留め壁が形成されていてもよい。
【００５３】
まず、シールド機１の発進方法について説明し、次に、到達方法について説明する。なお、以下の説明では、それぞれ発進時、到達時に利用する穴１８をそれぞれ発進穴１８ａ、到達穴１８ｂという。
【００５４】
図１６は、発進穴１８ａ内に架台２０及び反力壁２１を設置した状態を示す側断面図である。
図１６に示すように、発進穴１８ａの底盤に掘削予定のトンネル２２の傾斜角度に沿った架台２０と、シールド機１の発進の際に反力を得るための反力壁２１とを構築する。
【００５５】
図１７は、シールド機１を発進穴１８ａ内の架台２０上に設置した状態を示す側断面図である。
図１７に示すように、シールド機１を架台２０上に設置する。また、このシールド機１の後端と反力壁２１との間にセグメント７を設置する。
【００５６】
図１８及び図１９は、シールド機１の発進方法を示す図である。
図１８に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールドジャッキ５を伸張させることによりシールド機１本体を推進させる。そして、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させる。
【００５７】
法面１９を掘削しつつ、地山１３内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、地山１３内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進入方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
シールド機１が地山１３内に進入する際に、シールド機１と地山１３との間に滑剤等を注入して、シールド機１と地山１３との摩擦力を低下させてもよい。
そして、シールド機１を所定の距離だけ掘進させたら、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０の回転を停止し、掘削を一旦停止する。
【００５８】
次に、図１９に示すように、シールドジャッキ５を収縮させて、テール部９とセグメント７との間に生じた空間に新たなセグメント７を構築する。
【００５９】
そして、上述したように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させ、シールドジャッキ５を伸張させることにより所定の距離だけ掘進してから、シールドジャッキ５を収縮してセグメント７を構築するまでの一連の作業を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことにより、発進穴１８ａ内から発進しつつ、地山１３内にシールド機１全体を進入させる。
【００６０】
次に、シールド機１の到達方法について説明する。
図２０は、到達穴１８ｂ内に架台２０を設置した状態を示す側断面図である。
図２０に示すように、到達穴１８ｂの底盤に掘削予定のトンネル２２の傾斜角度に沿った架台２０を構築する。
【００６１】
図２１は、シールド機１の到達方法を示す図である。図２１に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０を回転駆動させるとともに、シールドジャッキ５を伸張させることによりシールド機１本体を推進させて、進行方向に位置する法面１９を上段のカッター部２及び下段のカッター部３のカッターヘッド１０で掘削しつつ、到達穴１８ｂ内にシールド機１を進入させる。
【００６２】
法面１９を掘削しつつ、到達穴１８ｂ内にシールド機１を進入させるときの土被り厚は、架台２０に沿って到達穴１８ｂ内に進入させるので、シールド機１の高さＨの０．３倍になる。したがって、到達穴１８ｂ内へのシールド機１の進入に伴って地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きいので、シールド機１の進行方向に土被り部分が引っ張られて盛り上がることは無い。
シールド機１が到達穴１８ｂ内に進入する際に、シールド機１と地山１３との間に滑剤等を注入して、シールド機１と地山１３との摩擦力を低下させてもよい。
【００６３】
図２２は、シールド機１が到達穴１８ｂ内の架台２０上に到達した状態を示す側断面図である。
図２２に示すように、上段のカッター部２及び下段のカッター部３が法面１９を通過したら、両カッター部２、３のカッターヘッド１０の回転を停止し、シールド機１を、シールド機１の解体等の作業が容易となる到達穴１８ｂの中央付近まで推進させる。
【００６４】
なお、本実施形態においては、発進穴１８ａから地山１３に進入する際及び地山１３内から到達穴１８ｂに進入する際の土被り厚が共にシールド機１の高さＨの０．３倍となるように発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さをシールド機１の高さＨの１．３倍とした場合について説明したが、この値に限定されるものでは無く、土被り厚がシールド機１の高さＨの０．３倍よりも大きくなるように発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さを深くしてもよい。しかし、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さがシールド機１の高さＨの１．７倍よりも深くなると、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの掘削が大掛かりとなり、一般的な立坑を構築する場合と同様の工期及び費用がかかるので、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの深さはシールド機１の高さＨの１．７倍以下が好ましい。つまり、土被り厚は０．７倍以下の場合が好ましい。
【００６５】
上述した本実施形態におけるシールド機１によれば、上段のカッター部２は下段のカッター部３よりも進行方向に突出するように配置されており、常に上段のカッター部２が下段のカッター部３よりも先行して地山１３を掘削するので、掘削対象断面を小さく分割して掘削することができる。また、先行する上段のカッター部２で土被り部を支持しつつ、下段のカッター部３で残りの断面を掘削するので、掘削による土被り部への影響を無くすことができる。したがって、全断面掘削に比べて、小土被りの地盤を掘削する場合であっても、地盤変状が発生するような虞は無い。この結果、小土被りの部分に地盤改良等の地盤変状の対策工を実施する必要は無く、工期を短縮することができるとともに、工事費を削減することができる。
【００６６】
また、上段のカッター部２及び下段のカッター部３は、カッターを回転させるための駆動装置等の簡単な装置しか備えていないので、シールド機１の前部の重量を、進行方向に単独で前進又は後進するような機構を備えた従来のシールド機よりも低減することができる。したがって、推進時における線形制御が容易となり、正確にトンネル２２を掘削することができる。また、シールド機１本体内の装置類が少なくてすむので、シールド機１本体の設備投資費を低減することができる。
【００６７】
さらに、各カッター部２、３はそれぞれ複数のカッターヘッド１０を備えているので、これらのカッターヘッド１０の組み合わせにより、様々な掘削断面形状及び大きさのトンネル２２に対応することができる。
【００６８】
また、シールド機１は、進行方向に地山１３による法面１９が形成された発進穴１８ａ内から発進し、その法面１９を掘削しつつ地山１３内に進入するので、従来のようにコンクリート等で構築された土留め壁を掘削する場合よりも短時間で地山１３内に進入することができる。そして、到達穴１８ｂへの到達時も発進時と同様に、地山１３からなる法面１９を掘削しつつ到達穴１８ｂ内に進入するので、土留め壁を掘削する場合よりも短時間で進入することができる。
【００６９】
また、シールド機１が発進穴１８ａから地山１３内に進入する際及び地山１３内から到達穴１８ｂ内に浸入する際の土被り厚をシールド機１の高さＨの０．３倍以上にするので、地山１３とシールド機１との間に生じる摩擦力よりも、土被り部分の自重が大きくなる。したがって、土被り部分がシールド機１の進行方向に引っ張られて盛り上がることは無い。
【００７０】
また、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの中でそれぞれシールド機１を組み立てたり、分解することにより、発進穴１８ａ及び到達穴１８ｂの側面が防音壁がわりとなり、シールド機１の組み立てや分解に伴い生じる騒音を低減することができる。したがって、周辺の生活環境に与える影響を少なくすることができる。
【００７１】
なお、本実施形態において、シールド機１を傾斜させた状態で発進させたり、到達させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水平に発進又は到達させてもよく、この場合においても、シールド機１が法面１９を掘削して地山１３内に進入するとき又は到達穴１８ｂに進入するときの土被り部分は、少なくともシールド機１の高さＨの０．３倍の厚さを有するので、土被り部分がシールド機１の進行方向に引っ張られない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るシールド機の正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシールド機の側断面図である。
【図３】掘削対象の地山の二次元用解析モデルを示す図である。
【図４】解析ケース（ａ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図５】解析ケース（ｂ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図６】解析ケース（ｃ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図７】解析ケース（ａ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【図８】解析ケース（ｂ）の上段のカッター部の先行量を１．０ｍとする上下段差掘削による沈下量の解析結果を示す図である。
【図９】地山の三次元用解析モデルを示す図である。
【図１０】解析ケース（ｄ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図１１】解析ケース（ｅ）における地山の掘削方法を示す図である。
【図１２】解析ケース（ｄ）の全断面掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
【図１３】解析ケース（ｅ）の上下段差掘削による沈下量の解析結果を示し、掘削断面の片側側方を拡大した断面図である。
【図１４】シールド機を発進及び到達させるための穴の平面図である。
【図１５】シールド機を発進及び到達させるための穴の側断面図である。
【図１６】発進穴内に架台及び反力壁を設置した状態を示す側断面図である。
【図１７】シールド機を発進穴内の架台上に設置した状態を示す側断面図である。
【図１８】シールド機の発進方法を示す図である。
【図１９】シールド機の発進方法を示す図である。
【図２０】到達穴内に架台を設置した状態を示す側断面図である。
【図２１】シールド機の到達方法を示す図である。
【図２２】シールド機が到達穴内の架台上に到達した状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１ シールド機 ２ 上段のカッター部
３ 下段のカッター部 ４ フード部
５ シールドジャッキ ６ ガーダ部
７ セグメント ８ エレクタ
９ テール部 １０ カッターヘッド
１１ 駆動源 １２ スクリューコンベア
１３ 地山 １４ アスファルト層
１６ 砂質土層 １７ 砂礫層
１８ａ 発進穴 １８ｂ 到達穴
１９ 法面 ２０ 架台
２１ 反力壁 ２２ トンネル
Ａ 解析モデルのシールド機
Ｂ 解析モデルのシールド機
Ｃ 解析モデルのシールド機
Ｄ 解析モデルのシールド機
Ｈ シールド機の高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山内を掘進するためのシールド機であって、
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されていることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記上段のカッター部及び前記下段のカッター部は、それぞれ複数のカッターを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項３】
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を進行方向に法面が形成されている穴内に設置し、
前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ地山内に進入させることを特徴とするシールド機の発進方法。
【請求項４】
前記シールド機が前記法面を掘削して地山内に進入する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする請求項３に記載のシールド機の発進方法。
【請求項５】
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を、地山内から法面が形成されている穴内に到達させる際に、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ前記穴内に到達させることを特徴とするシールド機の到達方法。
【請求項６】
前記シールド機が前記法面を掘削して前記穴内に到達する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする請求項５に記載のシールド機の到達方法。
【請求項１】
地山内を掘進するためのシールド機であって、
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されていることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記上段のカッター部及び前記下段のカッター部は、それぞれ複数のカッターを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項３】
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を進行方向に法面が形成されている穴内に設置し、
前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ地山内に進入させることを特徴とするシールド機の発進方法。
【請求項４】
前記シールド機が前記法面を掘削して地山内に進入する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする請求項３に記載のシールド機の発進方法。
【請求項５】
シールド機の前部に、互いに独立して駆動可能なカッター部が上段及び下段に配置され、これら上段及び下段のカッター部は、上段のカッター部が下段のカッター部よりも進行方向に突出するように固定配置されたシールド機を、地山内から法面が形成されている穴内に到達させる際に、前記シールド機をその法面に向かって推進させて、その法面を掘削しつつ前記穴内に到達させることを特徴とするシールド機の到達方法。
【請求項６】
前記シールド機が前記法面を掘削して前記穴内に到達する際の土被り厚は、前記シールド機の高さの０．３倍以上であることを特徴とする請求項５に記載のシールド機の到達方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図７】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図７】
【図８】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−２４３２２１（Ｐ２００９−２４３２２１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９３２２１（Ｐ２００８−９３２２１）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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