シールド機
【課題】トンネルの拡幅部を含む部分拡幅部を掘削するシールド機であって、部分拡幅用カッタを突出動作させるための構成を簡単で安価なものにする。
【解決手段】本体内部から本体周面（スキンプレート１）に向けて外方へスライド移動可能なスライドケース３０と、その先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ（前側屈曲部３２参照）、本体内に格納可能でスライドケース３０の外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出可能な部分拡幅用カッタ２０と、スライドケース３０と本体内部との間に設けられ、部分拡幅用カッタ２０を本体周面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構（複動ジャッキ）３１とを備える。カッタ駆動機構２５も内蔵のスライドケース３０及びカッタ突出動作機構３１を格納する格納ケース４０を備える。
【解決手段】本体内部から本体周面（スキンプレート１）に向けて外方へスライド移動可能なスライドケース３０と、その先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ（前側屈曲部３２参照）、本体内に格納可能でスライドケース３０の外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出可能な部分拡幅用カッタ２０と、スライドケース３０と本体内部との間に設けられ、部分拡幅用カッタ２０を本体周面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構（複動ジャッキ）３１とを備える。カッタ駆動機構２５も内蔵のスライドケース３０及びカッタ突出動作機構３１を格納する格納ケース４０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルにおける合流部・分岐部などのトンネル断面に部分拡幅部を備えるトンネルを構築するために用いるシールド機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルは、発進立坑から到達まで同じ断面で掘削するのが一般的である。そして、道路トンネルの非常駐車帯のように途中でトンネル断面拡幅が必要な場合には、例えば初めから全線にわたって拡幅部の断面を包括する断面が大断面で掘削するのが従来一般的であった。
しかし、当該拡幅区間はトンネル全線において極かぎられた１区間でありながらトンネル全線の断面が大きくなることから、掘削土量が多く、環境への負荷が大きくなり、覆工及びシールド機も大きくなり、不経済であるなどの問題があった。
【０００３】
このため、部分的にトンネルを拡幅する工法として、例えばＥＳ−Ｔｕｂｅ工法、クレセント工法等がある。
ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法は、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構と、シールド機胴体の両側部を一時的に張出すシールド断面拡大機構とを備えるシールド機を使って、道路トンネルの非常駐車帯などを施工する技術である（非特許文献１参照）。
クレセント工法は、シールド機胴体に組み込んだ球体に内蔵したカッタ装置により非常駐車帯などを掘削していき、本体セグメント外側に三日月形セグメントを組み立て、本線部と拡幅部を結合する技術である（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】シールドの掘削断面を自在に拡大・縮小できる「ＥＳ−Ｔｕｂｅ（イー・エス チューブ）」工法を開発〜大深度地下に建設する電力・ガス用などの長距離シールド工事で威力を発揮〜「２０００年８月３日掲載」＜http://www.shimz.co.jp/news_release2000/364.html＞
【非特許文献２】非常駐車帯と本線トンネルを１台のシールド機で構築−拡幅分岐シールド「クレセント」工法の開発−「２００３年５月２２日掲載」＜http://www.taisei.co.jp/release/2003/may/may04.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法では、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構を備えることから、シールド機前面のカッタ部分が複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
また、クレセント工法では、球体に内蔵したカッタ装置を前胴に対し回転可能に組み込むことから、複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、トンネルの拡幅部を含む部分拡幅部を掘削するシールド機であって、部分拡幅用カッタを突出動作させるための構成を簡単で安価なものにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１から図３、図５から図７に示すように、本体前面にカッタ４を備えたシールド機であって、本体内部から本体周面（スキンプレート１）に向けて外方へスライド移動可能なスライドケース３０と、このスライドケース３０の先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ（前側屈曲部３２参照）、本体内に格納可能でスライドケース３０の外方へのスライド移動により本体周面（スキンプレート１）から外側に突出可能な部分拡幅用カッタ２０と、前記スライドケース３０と本体内部との間に設けられ、前記部分拡幅用カッタ２０を本体周面（スキンプレート１）から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構３１とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、本体周面から突出する部分拡幅用カッタとその突出格納動作を行うカッタ突出動作機構を備えるシールド機なので、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もなく、前面カッタにより掘進しながら、本体周面から部分拡幅用カッタを突出させて部分的に部分拡幅部を掘削できる。また、所定の部分拡幅部掘削後は、カッタ突出動作機構により部分拡幅用カッタを本体内に格納できる。
そして、スライドケース先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられて本体内に格納状態の部分拡幅用カッタを、スライドケースと本体内部との間に設けたカッタ突出動作機構の駆動で外方へスライド移動させることにより本体周面から外側に突出させる動作方式のため、前面カッタによる掘進中での部分拡幅用カッタの突出動作が容易に行えて、シールド掘進中に部分拡幅部を確実に掘削できる。
しかも、部分拡幅用カッタを本体に対しスライドケースの外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出するように組み付け、スライドケースと本体内部との間にカッタ突出動作機構を設けるため、構成が簡単にして安価なものとなる。
また、部分拡幅用カッタの突出・格納が繰り返し行えることにより、複数の拡幅部を施工することができる。
【０００８】
その上、カッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて部分拡幅用カッタを先端部に備えるスライドケースが外方へスライド移動する動作方式であり、例えば部分拡幅用カッタを先端部に備えるスライドケースが斜め前方にスライド移動する動作方式のものと比較して、本体周面に対するスライドケースの傾斜角度を大きく取れるので、シールド機の機長が短いものとなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド機であって、例えば図１、図５及び図７に示すように、前記カッタ突出動作機構３１は、前記スライドケース３０と前記本体内部との間に架設された複動ジャッキであることを特徴とする。
【００１０】
このように、スライドケースと本体内部との間に架設した複動ジャッキの駆動により、前面カッタによる掘進中にスライドケース先端部の部分拡幅用カッタが斜め前方にスライド移動して確実に突出動作する。また、掘削中に部分拡幅用カッタが地山から受ける外力は複動ジャッキにより受け止められる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のシールド機であって、例えば図１、図５及び図６に示すように、前記スライドケース３０に内蔵されるカッタ駆動機構２５と、前記本体内部に設けられ、前記スライドケース３０及び前記カッタ突出動作機構３１を格納する格納ケース４０とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド機であって、例えば図９から図１２に示すように、前記本体周面（スキンプレート１）に形成され、前記部分拡幅用カッタ２０を突出させる開口部４１に、当該開口部を開閉するゲート５０を備えることを特徴とする。
【００１３】
このように、本体周面の部分拡幅用カッタ突出用の開口部は、部分拡幅部掘削時以外は当該開口部を開閉するゲートにより閉じられるので、土砂による開口部の閉塞が防止され、部分拡幅部掘削時にはゲートを開いた開口部から部分拡幅用カッタが斜め前方にスライド移動して確実に突出動作する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特に前面カッタによる掘進中での部分拡幅用カッタの突出動作が容易に行えて、シールド掘進中に部分拡幅部を確実に掘削できる上、部分拡幅用カッタを本体周面から外側に突出させるための構成を簡単で安価にできるといった利点が得られる。
また、本体周面に対するスライドケースの傾斜角度を大きく取れることから、シールド機の機長が短いものとなるといった利点も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
実施形態において、シールド機は、図１に示すように、スキンプレート１、隔壁２、前面のカッタ支持面板３、カッタ４、コピーカッタ５、チャンバ６、アジテータ７、カッタ支持面板軸受８、カッタ駆動用電動モータ９、土砂シール１０、テールシール１１、シールドジャッキ１２、エレクタ装置１３、送泥管１４、排泥管１５、後方作業台１６、セグメント形状保持装置１７、上部用連結セグメント押込装置１８、下部用連結セグメント押込装置１９、部分拡幅用カッタ２０等を備える。
【００１６】
部分拡幅用カッタ２０は、シールド機本体内に組み込まれたもので、図３に示すように、スキンプレート１の前部の上部と下部に突出・格納動作可能に備えられている。
すなわち、部分拡幅用カッタ２０は、図５に拡大して示すように、カッタ支持面板２１の前面に設けられている。カッタ支持面板２１は、スライドケース３０の先部に形成した前側屈曲部３２に設けられている。
つまり、カッタ支持面板２１は、スライドケース３０の前側屈曲部３２の前側部に形成されるチャンバ２２に設けたカッタ支持面板軸受２３に支持されており、スライドケース３０の前側屈曲部３２内にギヤ機構２４及びカッタ駆動機構２５が組み込まれている。カッタ駆動機構２５は実施形態ではカッタ駆動用油圧モータである。
【００１７】
スライドケース３０は、底部が開放された円筒状のもので、先部に前側屈曲部３２を接合して備える。このスライドケース３０は、図６にも示すように、シールド機本体のスキンプレート１に開口する格納ケース４０に組み込まれており、スライドケース３０と格納ケース４０との間にカッタ突出動作機構３１が設けられている。カッタ突出動作機構３１は実施形態では油圧式の複動ジャッキである。
スライドケース３０は、スキンプレート１に対し鋭角をなすように本体内に斜めに固定された円筒状の格納ケース４０に対しスライド動作自在に組み込まれており、これによりスキンプレート１に形成されたカッタ突出用開口部４１に対し斜め外方且つ前方へ向けてスライド移動するようになっている。図５中、２６は送泥管、２７は排泥管である。
なお、スライドケース３０のカッタ突出用開口部４１側には、スライドケース３０の前側屈曲部３２及び部分拡幅用カッタ２０に対応する前方格納部４６が一体に形成されている。
【００１８】
そして、複動ジャッキ３１は、格納ケース４０内の底部と、スライドケース３０の前側屈曲部３２の手前との間に架設されている。複動ジャッキ３１は、図７に示すように、スライドケース３０の内側において、円周方向等間隔に３本配置されていて、格納時は、実線で示したように収縮状態となっており、これによりスライドケース３０及び部分拡幅用カッタ２０が格納ケース４０内に格納状態にある。
また、格納ケース４０の底部には配管アクセス用開口４２が形成されている。この配管アクセス用開口４２に送泥管２６と排泥管２７が通されている。なお、図示しない油圧配管も配管アクセス用開口４２に通される。
ここで、スライドケース３０のカッタ突出・格納時における配管類の保護として、管のホース化によりフレキシブル対応としている。図示は送排泥水管の対応であるが、油圧配管も同様に対応できる。
【００１９】
また、図５に示すように、格納ケース４０の前方格納部４６の手前には、スライドケース３０のスライド動作に伴う摺動をガイドするガイドメタル４３が設けられており、このガイドメタル４３の内周にＯリングやパッキンによる二重の止水シール４４が設けられている。
【００２０】
以上のようにして部分拡幅用カッタ２０を備えるシールド機に装備される後方作業台１６には、図１に示したように、上部用連結セグメント押込装置１８及び下部用連結セグメント押込装置１９が備えられている。上部用連結セグメント押込装置１８は後方作業台１６上に固定式のもので、下部用連結セグメント押込装置１９は後方作業台１６の下方に配置される可動式のものであり、図４にも示すように、前後方向及び左右方向いずれも複数の油圧ジャッキにより構成されている。
【００２１】
次に、以上のシールド機によるトンネルの合流部・分流部構築手順を説明する。
まず、通常は前面のカッタ４によりトンネルを掘進していくとともに、後側のエレクタ装置１３によりセグメントを組立ててセグメントリング１０１を覆工していく。
そして、合流部・分流部を施工する開始時点に達すると、前面のカッタ４による掘進は継続するとともに、複動ジャッキ３１を伸張動作させて、スキンプレート１前部の部分拡幅用カッタ２０を上下に同期して突出動作させて地山に張出すとともに、カッタ駆動用油圧モータ２５の駆動でギヤ機構２４を介して回転駆動されるカッタ支持面板２１の部分拡幅用カッタ２０により上下の部分拡幅部掘削を開始する。
【００２２】
部分拡幅部掘削は、複動ジャッキ３１の伸張動作によりスライドケース３０が斜め外方且つ前方にスライド移動して、その前側屈曲部３２に備えた部分拡幅用カッタ２０が回転しながらスキンプレート１から上下に突出し始める。この時、部分拡幅用カッタ２０が地山から受ける推進方向に対する外力は円周方向３本の複動ジャッキ３１により受け止められる。なお、部分拡幅用カッタ２０の突出を容易にするため、カッタ支持面板２１にはコピーカッタを備えても良い。
そして、部分拡幅用カッタ２０による上下の部分拡幅部掘削施工に対応する区間において、エレクタ装置１３により上下に鋼製セグメント１０２をセグメントリング１０１と同形体を覆工していく。鋼製セグメント１０２は連結セグメント１０３を上下方向にスライド動作可能に組み込んだものである。
【００２３】
続いて、後方作業台１６において、シールド機が進行するに伴いシールドテール（シール）１１から放出された（地山に残置された）時点で、即時に上部用連結セグメント押込装置１８及び下部用連結セグメント押込装置１９の油圧ジャッキの伸張動作によって、上下の鋼製セグメント１０２内から連結セグメント１０３を掘削部分拡幅部に押し込んでいく。
以上の部分拡幅部掘削を伴う掘進及び覆工は所定区間、すなわち、合流部・分流部の設計長に到達するまで継続して行われる。
【００２４】
そして、合流部・分流部の設計長に到達した時点で、部分拡幅用カッタ２０を複動ジャッキ３１の収縮動作によりスキンプレート１内に格納して、通常の掘進を行うとともに、鋼製セグメント１０２を用いない通常のセグメントだけを組立ててセグメントリング１０１を覆工していく。
【００２５】
以上の部分拡幅部掘削を伴う掘進及び覆工は、同様構成で例えばサイズが大小異なるシールド機を用いて、本線トンネルの隣にランプトンネルを並べて施工する。
図８はトンネル合流部・分流部の施工例を示すもので、Ｔは本線トンネル、Ｒはランプトンネルである。
【００２６】
まず、覆工の完了した当該拡幅区間において、覆工トンネル内部より、本線トンネルＴとランプトンネルＲの間において、上下の地山に対して薬液注入工１１１を施す。
次に、上下の薬液注入工１１１において、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの連結セグメント１０３の間に長尺鋼管フォアパイリングによるアーチ状の支保工１１２を施工する。
そして、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの間において、上下の支保工１１２間の地山を掘削する。
【００２７】
次に、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの連結セグメント１０３にわたって鋼殻１１３を設置するとともに、その鋼殻１１３内へのコンクリート打設工を施工する。
その後、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲのセグメントリング１０１の互いに隣接するセグメントを撤去して、図示のように、本線トンネルＴとランプトンネルＲを横方向に連続させる。
こうしてシールドトンネルの合流部・分流部の施工を終える。
【００２８】
〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、図９から図１２に示すように、カッタ突出用開口部４１に、当該開口部を開閉するゲート５０を設けたものであり、前述した第１実施形態と同様の部分には同一符号を付してその説明を省略する。
ゲート５０は、図示のように、スキンプレート１の内側に組み込まれて円周方向に沿って移動することによりカッタ突出用開口部４１を開閉する円弧面状の一枚扉であり、このゲート５０とスキンプレート１の内側との間にゲート開閉動作機構５１が設けられている。このゲート開閉動作機構５１は実施形態ではスキンプレート１の円周方向に沿って架設した前後２本の油圧ジャッキである。
そして、この油圧ジャッキ５１は、格納ケース４０の前部の一側方に連続して形成した側方収納部４５に配置されている。
【００２９】
以上により、ゲート５０は油圧ジャッキ５１の伸張・収縮動作でスキンプレート１の内側を円周方向に沿って移動してカッタ突出用開口部４１を開閉する。
具体的には、通常の前面カッタ４のみによる掘進時は、カッタ突出用開口部４１をゲート５０で閉じた状態に保持する。また、部分拡幅部掘削時には、その直前にゲート５０を開いた状態に保持して、カッタ突出用開口部４１から部分拡幅用カッタ２０を突出させる。
【００３０】
なお、以上の実施形態においては、本線トンネルとランプトンネルの合流部・分流部の施工用としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、非常駐車帯等の拡幅部の施工であっても良い。
また、実施形態では、泥水式シールドとしたが、土圧式シールドであっても良く、その他、シールド機の具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。例えばスライドケース及び格納ケースについて円筒状に限らず角筒状や他の断面形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の構成を示すもので、シールド機の縦断側面図である。
【図２】図１の前面カッタの正面図である。
【図３】図１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の縦断背面図である。
【図４】図１のセグメント押込装置が組み込まれた部分の縦断正面図である。
【図５】図１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の拡大図である。
【図６】図５の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の正面図である。
【図７】図５の矢印Ａ方向から見たスライドケース内の概略構成図である。
【図８】トンネル合流部・分流部の施工例を示す縦断正面図である。
【図９】本発明を適用した第２実施形態の構成を示すもので、シールド機の縦断側面図である。
【図１０】図９の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の縦断正面図である。
【図１１】図９の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の拡大図である。
【図１２】図１１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ スキンプレート
４ 前面カッタ
１８・１９ 連結セグメント押込装置
２０ 部分拡幅用カッタ
２１ カッタ支持面板
２２ チャンバ
２３ カッタ支持面板軸受
２４ ギヤ機構
２５ カッタ駆動機構（カッタ駆動用油圧モータ）
２６ 送泥管
２７ 排泥管
３０ スライドケース
３１ カッタ突出動作機構（複動ジャッキ）
３２ 前側屈曲部
４０ 格納ケース
４１ カッタ突出用開口部
４２ 配管アクセス用開口
４３ ガイドメタル
４４ 止水シール
４５ 側方収納部
４６ 前方格納部
５０ ゲート
５１ ゲート開閉動作機構（ジャッキ）
１０１ セグメントリング
１０２ 鋼製セグメント
１０３ 連結セグメント
１１３ 鋼殻
Ｔ 本線トンネル
Ｒ ランプトンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路トンネルにおける合流部・分岐部などのトンネル断面に部分拡幅部を備えるトンネルを構築するために用いるシールド機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルは、発進立坑から到達まで同じ断面で掘削するのが一般的である。そして、道路トンネルの非常駐車帯のように途中でトンネル断面拡幅が必要な場合には、例えば初めから全線にわたって拡幅部の断面を包括する断面が大断面で掘削するのが従来一般的であった。
しかし、当該拡幅区間はトンネル全線において極かぎられた１区間でありながらトンネル全線の断面が大きくなることから、掘削土量が多く、環境への負荷が大きくなり、覆工及びシールド機も大きくなり、不経済であるなどの問題があった。
【０００３】
このため、部分的にトンネルを拡幅する工法として、例えばＥＳ−Ｔｕｂｅ工法、クレセント工法等がある。
ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法は、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構と、シールド機胴体の両側部を一時的に張出すシールド断面拡大機構とを備えるシールド機を使って、道路トンネルの非常駐車帯などを施工する技術である（非特許文献１参照）。
クレセント工法は、シールド機胴体に組み込んだ球体に内蔵したカッタ装置により非常駐車帯などを掘削していき、本体セグメント外側に三日月形セグメントを組み立て、本線部と拡幅部を結合する技術である（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】シールドの掘削断面を自在に拡大・縮小できる「ＥＳ−Ｔｕｂｅ（イー・エス チューブ）」工法を開発〜大深度地下に建設する電力・ガス用などの長距離シールド工事で威力を発揮〜「２０００年８月３日掲載」＜http://www.shimz.co.jp/news_release2000/364.html＞
【非特許文献２】非常駐車帯と本線トンネルを１台のシールド機で構築−拡幅分岐シールド「クレセント」工法の開発−「２００３年５月２２日掲載」＜http://www.taisei.co.jp/release/2003/may/may04.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ＥＳ−Ｔｕｂｅ工法では、カッタビットの径を伸縮させる伸縮カッタ機構を備えることから、シールド機前面のカッタ部分が複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
また、クレセント工法では、球体に内蔵したカッタ装置を前胴に対し回転可能に組み込むことから、複雑で高価なものとなってしまう問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、トンネルの拡幅部を含む部分拡幅部を掘削するシールド機であって、部分拡幅用カッタを突出動作させるための構成を簡単で安価なものにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１から図３、図５から図７に示すように、本体前面にカッタ４を備えたシールド機であって、本体内部から本体周面（スキンプレート１）に向けて外方へスライド移動可能なスライドケース３０と、このスライドケース３０の先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ（前側屈曲部３２参照）、本体内に格納可能でスライドケース３０の外方へのスライド移動により本体周面（スキンプレート１）から外側に突出可能な部分拡幅用カッタ２０と、前記スライドケース３０と本体内部との間に設けられ、前記部分拡幅用カッタ２０を本体周面（スキンプレート１）から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構３１とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように、本体周面から突出する部分拡幅用カッタとその突出格納動作を行うカッタ突出動作機構を備えるシールド機なので、前面カッタ部分の変更が不要で、球体に内蔵したカッタ装置を前胴部分に組み込む必要もなく、前面カッタにより掘進しながら、本体周面から部分拡幅用カッタを突出させて部分的に部分拡幅部を掘削できる。また、所定の部分拡幅部掘削後は、カッタ突出動作機構により部分拡幅用カッタを本体内に格納できる。
そして、スライドケース先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられて本体内に格納状態の部分拡幅用カッタを、スライドケースと本体内部との間に設けたカッタ突出動作機構の駆動で外方へスライド移動させることにより本体周面から外側に突出させる動作方式のため、前面カッタによる掘進中での部分拡幅用カッタの突出動作が容易に行えて、シールド掘進中に部分拡幅部を確実に掘削できる。
しかも、部分拡幅用カッタを本体に対しスライドケースの外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出するように組み付け、スライドケースと本体内部との間にカッタ突出動作機構を設けるため、構成が簡単にして安価なものとなる。
また、部分拡幅用カッタの突出・格納が繰り返し行えることにより、複数の拡幅部を施工することができる。
【０００８】
その上、カッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて部分拡幅用カッタを先端部に備えるスライドケースが外方へスライド移動する動作方式であり、例えば部分拡幅用カッタを先端部に備えるスライドケースが斜め前方にスライド移動する動作方式のものと比較して、本体周面に対するスライドケースの傾斜角度を大きく取れるので、シールド機の機長が短いものとなる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド機であって、例えば図１、図５及び図７に示すように、前記カッタ突出動作機構３１は、前記スライドケース３０と前記本体内部との間に架設された複動ジャッキであることを特徴とする。
【００１０】
このように、スライドケースと本体内部との間に架設した複動ジャッキの駆動により、前面カッタによる掘進中にスライドケース先端部の部分拡幅用カッタが斜め前方にスライド移動して確実に突出動作する。また、掘削中に部分拡幅用カッタが地山から受ける外力は複動ジャッキにより受け止められる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のシールド機であって、例えば図１、図５及び図６に示すように、前記スライドケース３０に内蔵されるカッタ駆動機構２５と、前記本体内部に設けられ、前記スライドケース３０及び前記カッタ突出動作機構３１を格納する格納ケース４０とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド機であって、例えば図９から図１２に示すように、前記本体周面（スキンプレート１）に形成され、前記部分拡幅用カッタ２０を突出させる開口部４１に、当該開口部を開閉するゲート５０を備えることを特徴とする。
【００１３】
このように、本体周面の部分拡幅用カッタ突出用の開口部は、部分拡幅部掘削時以外は当該開口部を開閉するゲートにより閉じられるので、土砂による開口部の閉塞が防止され、部分拡幅部掘削時にはゲートを開いた開口部から部分拡幅用カッタが斜め前方にスライド移動して確実に突出動作する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、特に前面カッタによる掘進中での部分拡幅用カッタの突出動作が容易に行えて、シールド掘進中に部分拡幅部を確実に掘削できる上、部分拡幅用カッタを本体周面から外側に突出させるための構成を簡単で安価にできるといった利点が得られる。
また、本体周面に対するスライドケースの傾斜角度を大きく取れることから、シールド機の機長が短いものとなるといった利点も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
実施形態において、シールド機は、図１に示すように、スキンプレート１、隔壁２、前面のカッタ支持面板３、カッタ４、コピーカッタ５、チャンバ６、アジテータ７、カッタ支持面板軸受８、カッタ駆動用電動モータ９、土砂シール１０、テールシール１１、シールドジャッキ１２、エレクタ装置１３、送泥管１４、排泥管１５、後方作業台１６、セグメント形状保持装置１７、上部用連結セグメント押込装置１８、下部用連結セグメント押込装置１９、部分拡幅用カッタ２０等を備える。
【００１６】
部分拡幅用カッタ２０は、シールド機本体内に組み込まれたもので、図３に示すように、スキンプレート１の前部の上部と下部に突出・格納動作可能に備えられている。
すなわち、部分拡幅用カッタ２０は、図５に拡大して示すように、カッタ支持面板２１の前面に設けられている。カッタ支持面板２１は、スライドケース３０の先部に形成した前側屈曲部３２に設けられている。
つまり、カッタ支持面板２１は、スライドケース３０の前側屈曲部３２の前側部に形成されるチャンバ２２に設けたカッタ支持面板軸受２３に支持されており、スライドケース３０の前側屈曲部３２内にギヤ機構２４及びカッタ駆動機構２５が組み込まれている。カッタ駆動機構２５は実施形態ではカッタ駆動用油圧モータである。
【００１７】
スライドケース３０は、底部が開放された円筒状のもので、先部に前側屈曲部３２を接合して備える。このスライドケース３０は、図６にも示すように、シールド機本体のスキンプレート１に開口する格納ケース４０に組み込まれており、スライドケース３０と格納ケース４０との間にカッタ突出動作機構３１が設けられている。カッタ突出動作機構３１は実施形態では油圧式の複動ジャッキである。
スライドケース３０は、スキンプレート１に対し鋭角をなすように本体内に斜めに固定された円筒状の格納ケース４０に対しスライド動作自在に組み込まれており、これによりスキンプレート１に形成されたカッタ突出用開口部４１に対し斜め外方且つ前方へ向けてスライド移動するようになっている。図５中、２６は送泥管、２７は排泥管である。
なお、スライドケース３０のカッタ突出用開口部４１側には、スライドケース３０の前側屈曲部３２及び部分拡幅用カッタ２０に対応する前方格納部４６が一体に形成されている。
【００１８】
そして、複動ジャッキ３１は、格納ケース４０内の底部と、スライドケース３０の前側屈曲部３２の手前との間に架設されている。複動ジャッキ３１は、図７に示すように、スライドケース３０の内側において、円周方向等間隔に３本配置されていて、格納時は、実線で示したように収縮状態となっており、これによりスライドケース３０及び部分拡幅用カッタ２０が格納ケース４０内に格納状態にある。
また、格納ケース４０の底部には配管アクセス用開口４２が形成されている。この配管アクセス用開口４２に送泥管２６と排泥管２７が通されている。なお、図示しない油圧配管も配管アクセス用開口４２に通される。
ここで、スライドケース３０のカッタ突出・格納時における配管類の保護として、管のホース化によりフレキシブル対応としている。図示は送排泥水管の対応であるが、油圧配管も同様に対応できる。
【００１９】
また、図５に示すように、格納ケース４０の前方格納部４６の手前には、スライドケース３０のスライド動作に伴う摺動をガイドするガイドメタル４３が設けられており、このガイドメタル４３の内周にＯリングやパッキンによる二重の止水シール４４が設けられている。
【００２０】
以上のようにして部分拡幅用カッタ２０を備えるシールド機に装備される後方作業台１６には、図１に示したように、上部用連結セグメント押込装置１８及び下部用連結セグメント押込装置１９が備えられている。上部用連結セグメント押込装置１８は後方作業台１６上に固定式のもので、下部用連結セグメント押込装置１９は後方作業台１６の下方に配置される可動式のものであり、図４にも示すように、前後方向及び左右方向いずれも複数の油圧ジャッキにより構成されている。
【００２１】
次に、以上のシールド機によるトンネルの合流部・分流部構築手順を説明する。
まず、通常は前面のカッタ４によりトンネルを掘進していくとともに、後側のエレクタ装置１３によりセグメントを組立ててセグメントリング１０１を覆工していく。
そして、合流部・分流部を施工する開始時点に達すると、前面のカッタ４による掘進は継続するとともに、複動ジャッキ３１を伸張動作させて、スキンプレート１前部の部分拡幅用カッタ２０を上下に同期して突出動作させて地山に張出すとともに、カッタ駆動用油圧モータ２５の駆動でギヤ機構２４を介して回転駆動されるカッタ支持面板２１の部分拡幅用カッタ２０により上下の部分拡幅部掘削を開始する。
【００２２】
部分拡幅部掘削は、複動ジャッキ３１の伸張動作によりスライドケース３０が斜め外方且つ前方にスライド移動して、その前側屈曲部３２に備えた部分拡幅用カッタ２０が回転しながらスキンプレート１から上下に突出し始める。この時、部分拡幅用カッタ２０が地山から受ける推進方向に対する外力は円周方向３本の複動ジャッキ３１により受け止められる。なお、部分拡幅用カッタ２０の突出を容易にするため、カッタ支持面板２１にはコピーカッタを備えても良い。
そして、部分拡幅用カッタ２０による上下の部分拡幅部掘削施工に対応する区間において、エレクタ装置１３により上下に鋼製セグメント１０２をセグメントリング１０１と同形体を覆工していく。鋼製セグメント１０２は連結セグメント１０３を上下方向にスライド動作可能に組み込んだものである。
【００２３】
続いて、後方作業台１６において、シールド機が進行するに伴いシールドテール（シール）１１から放出された（地山に残置された）時点で、即時に上部用連結セグメント押込装置１８及び下部用連結セグメント押込装置１９の油圧ジャッキの伸張動作によって、上下の鋼製セグメント１０２内から連結セグメント１０３を掘削部分拡幅部に押し込んでいく。
以上の部分拡幅部掘削を伴う掘進及び覆工は所定区間、すなわち、合流部・分流部の設計長に到達するまで継続して行われる。
【００２４】
そして、合流部・分流部の設計長に到達した時点で、部分拡幅用カッタ２０を複動ジャッキ３１の収縮動作によりスキンプレート１内に格納して、通常の掘進を行うとともに、鋼製セグメント１０２を用いない通常のセグメントだけを組立ててセグメントリング１０１を覆工していく。
【００２５】
以上の部分拡幅部掘削を伴う掘進及び覆工は、同様構成で例えばサイズが大小異なるシールド機を用いて、本線トンネルの隣にランプトンネルを並べて施工する。
図８はトンネル合流部・分流部の施工例を示すもので、Ｔは本線トンネル、Ｒはランプトンネルである。
【００２６】
まず、覆工の完了した当該拡幅区間において、覆工トンネル内部より、本線トンネルＴとランプトンネルＲの間において、上下の地山に対して薬液注入工１１１を施す。
次に、上下の薬液注入工１１１において、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの連結セグメント１０３の間に長尺鋼管フォアパイリングによるアーチ状の支保工１１２を施工する。
そして、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの間において、上下の支保工１１２間の地山を掘削する。
【００２７】
次に、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲの連結セグメント１０３にわたって鋼殻１１３を設置するとともに、その鋼殻１１３内へのコンクリート打設工を施工する。
その後、本線トンネルＴ及びランプトンネルＲのセグメントリング１０１の互いに隣接するセグメントを撤去して、図示のように、本線トンネルＴとランプトンネルＲを横方向に連続させる。
こうしてシールドトンネルの合流部・分流部の施工を終える。
【００２８】
〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、図９から図１２に示すように、カッタ突出用開口部４１に、当該開口部を開閉するゲート５０を設けたものであり、前述した第１実施形態と同様の部分には同一符号を付してその説明を省略する。
ゲート５０は、図示のように、スキンプレート１の内側に組み込まれて円周方向に沿って移動することによりカッタ突出用開口部４１を開閉する円弧面状の一枚扉であり、このゲート５０とスキンプレート１の内側との間にゲート開閉動作機構５１が設けられている。このゲート開閉動作機構５１は実施形態ではスキンプレート１の円周方向に沿って架設した前後２本の油圧ジャッキである。
そして、この油圧ジャッキ５１は、格納ケース４０の前部の一側方に連続して形成した側方収納部４５に配置されている。
【００２９】
以上により、ゲート５０は油圧ジャッキ５１の伸張・収縮動作でスキンプレート１の内側を円周方向に沿って移動してカッタ突出用開口部４１を開閉する。
具体的には、通常の前面カッタ４のみによる掘進時は、カッタ突出用開口部４１をゲート５０で閉じた状態に保持する。また、部分拡幅部掘削時には、その直前にゲート５０を開いた状態に保持して、カッタ突出用開口部４１から部分拡幅用カッタ２０を突出させる。
【００３０】
なお、以上の実施形態においては、本線トンネルとランプトンネルの合流部・分流部の施工用としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、非常駐車帯等の拡幅部の施工であっても良い。
また、実施形態では、泥水式シールドとしたが、土圧式シールドであっても良く、その他、シールド機の具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。例えばスライドケース及び格納ケースについて円筒状に限らず角筒状や他の断面形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態の構成を示すもので、シールド機の縦断側面図である。
【図２】図１の前面カッタの正面図である。
【図３】図１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の縦断背面図である。
【図４】図１のセグメント押込装置が組み込まれた部分の縦断正面図である。
【図５】図１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の拡大図である。
【図６】図５の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の正面図である。
【図７】図５の矢印Ａ方向から見たスライドケース内の概略構成図である。
【図８】トンネル合流部・分流部の施工例を示す縦断正面図である。
【図９】本発明を適用した第２実施形態の構成を示すもので、シールド機の縦断側面図である。
【図１０】図９の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の縦断正面図である。
【図１１】図９の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の拡大図である。
【図１２】図１１の部分拡幅用カッタが組み込まれた部分の正面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ スキンプレート
４ 前面カッタ
１８・１９ 連結セグメント押込装置
２０ 部分拡幅用カッタ
２１ カッタ支持面板
２２ チャンバ
２３ カッタ支持面板軸受
２４ ギヤ機構
２５ カッタ駆動機構（カッタ駆動用油圧モータ）
２６ 送泥管
２７ 排泥管
３０ スライドケース
３１ カッタ突出動作機構（複動ジャッキ）
３２ 前側屈曲部
４０ 格納ケース
４１ カッタ突出用開口部
４２ 配管アクセス用開口
４３ ガイドメタル
４４ 止水シール
４５ 側方収納部
４６ 前方格納部
５０ ゲート
５１ ゲート開閉動作機構（ジャッキ）
１０１ セグメントリング
１０２ 鋼製セグメント
１０３ 連結セグメント
１１３ 鋼殻
Ｔ 本線トンネル
Ｒ ランプトンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体前面にカッタを備えたシールド機であって、
本体内部から本体周面に向けて外方へスライド移動可能なスライドケースと、
このスライドケースの先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ、本体内に格納可能でスライドケースの外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出可能な部分拡幅用カッタと、
前記スライドケースと本体内部との間に設けられ、前記部分拡幅用カッタを本体周面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構とを備えることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記カッタ突出動作機構は、前記スライドケースと前記本体内部との間に架設された複動ジャッキであ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】
前記スライドケースに内蔵されるカッタ駆動機構と、
前記本体内部に設けられ、前記スライドケース及び前記カッタ突出動作機構を格納する格納ケースとを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記本体周面に形成され、前記部分拡幅用カッタを突出させる開口部に、当該開口部を開閉するゲートを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド機。
【請求項１】
本体前面にカッタを備えたシールド機であって、
本体内部から本体周面に向けて外方へスライド移動可能なスライドケースと、
このスライドケースの先端部にカッタ面が斜め前方へ向くよう角度を曲げて取り付けられ、本体内に格納可能でスライドケースの外方へのスライド移動により本体周面から外側に突出可能な部分拡幅用カッタと、
前記スライドケースと本体内部との間に設けられ、前記部分拡幅用カッタを本体周面から外側に突出動作させ且つ本体内に格納動作させるカッタ突出動作機構とを備えることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記カッタ突出動作機構は、前記スライドケースと前記本体内部との間に架設された複動ジャッキであ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】
前記スライドケースに内蔵されるカッタ駆動機構と、
前記本体内部に設けられ、前記スライドケース及び前記カッタ突出動作機構を格納する格納ケースとを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記本体周面に形成され、前記部分拡幅用カッタを突出させる開口部に、当該開口部を開閉するゲートを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のシールド機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２００２５７（Ｐ２００６−２００２５７Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４３０９（Ｐ２００５−１４３０９）
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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