密閉式掘削装置及び密閉式掘削方法
【課題】アンダーパス工事において鋼殻を使用した外殻先行トンネル工法を適用できるようにし、安全で効率の良い掘削を可能とすることで外殻形成に掛かる施工時間の短縮と労力の軽減を図る。また地山の緩み高さを小さくすることで地上の構造物や路線等に及ぼす影響を回避して土圧保持力の向上と土圧バランスの維持とを図る。
【解決手段】本発明の密閉式掘削装置９は、地山Ｒを掘削するカッター要素２０と、カッター要素２０を駆動する駆動手段２１と、これらを保持するシールド筒体２２とを備え、シールド筒体２２を筒状胴部２５と、可動手段２６の伸長に伴って掘進方向に迫り出す可動ルーフ２７とによって構成されている。また本発明の密閉式掘削方法では、カッター要素２０による地山Ｒの掘削に先行させて可動ルーフ２７は掘進方向に迫り出させるようにしている。
【解決手段】本発明の密閉式掘削装置９は、地山Ｒを掘削するカッター要素２０と、カッター要素２０を駆動する駆動手段２１と、これらを保持するシールド筒体２２とを備え、シールド筒体２２を筒状胴部２５と、可動手段２６の伸長に伴って掘進方向に迫り出す可動ルーフ２７とによって構成されている。また本発明の密閉式掘削方法では、カッター要素２０による地山Ｒの掘削に先行させて可動ルーフ２７は掘進方向に迫り出させるようにしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において直上に位置する道路や鉄道に影響を及ぼすことなく横に長い矩形断面の外殻用下穴を掘削する場合に好適な密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数の構造物が林立し、網目状に道路や鉄道、モノレールの軌道等（本明細書ではこれらを総称して路線という）が張り巡らしている都市部では、地上の構造物や路線等に影響を与えることなく、その地下においてトンネルを構築し、新たな路線等を敷設する工事が頻繁に行われている。また地上に盛土部を設け、盛土部に沿うようにその上面に一路線、当該盛土部の側面を貫通するようにトンネルを設けて上記路線と交差する他の路線をその直下に敷設する工事も行われている。
【０００３】
これらはアンダーパス工事と呼ばれ、地下の比較的浅い個所、あるいは盛られた土砂の量がそれほど多く期待できない低土被りの盛土部に対して適用されることから、トンネルの構築に先立って周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響を回避するために、外殻を構築する外殻先行トンネル工法が採用されている。尚、外殻は門型ないし矩形枠状をした構造体であり、従来は多数本の角鋼管を使用して直接外殻を構築するようにしたもの、あるいは端部に係合構造を備えた平鋼板を使用して外殻を構築するようにしたものが主流であった。
【０００４】
一方、地中深くに大型の矩形断面のトンネルを形成する場合には、下記特許文献１に示すように上記円形鋼管や角鋼管より更に口径の大きな鋼殻を使用し、先行して掘削した外殻用下穴内に設置して隣接する鋼殻間をボルト、ナットにより締結固定することによって外殻を形成する工法も発案されている。また円形以外の異形状のトンネルを掘削する掘削手段としては、下記特許文献２に示すようなシールド掘進機が既に本出願人によって開発されている。
【０００５】
しかし、上記角鋼管ないし平鋼板を使用する工法にあっては、基準となるエレメント（ここでは角鋼管ないし平鋼板を意味する）の口径ないし幅寸法が小さいため、多数のエレメントを使用しなければならず多大な施工時間と労力を必要としていた。また鋼殻を設置する工法にあっては、先行して口径の大きな外殻用下穴を掘削しなければならず、上述のように地下の比較的浅い個所や低土被りの盛土部に対して適用されるアンダーパス工事では、周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響が拭い切れず、その適用は困難とされていた。また矩形断面のトンネルの掘削には特許文献２に示すシールド掘進機が使用できるが、周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響が極めて大きくなることから、そのままの形での適用は事実上不可能と言える。
【０００６】
更にアンダーパス工事では、以下述べるような「緩み高さ」の問題があって、口径の大きな、特に幅寸法の大きなトンネル等を掘削することは理論的に難しいとされていた。即ち、図７（ａ）に示すように、幅寸法がａ、高さ寸法がｂの矩形断面のトンネルＴＲを掘削する場合、底辺の両端の端点ｃ、ｃ’から緩み角度θ＝４５°―φ／２（ここに φ：土の内部摩擦角）の角度で上方に斜線を立ち上げ、上辺の延長線との交点ｄ、ｄ’を求める。そしてｄ、ｄ’を結ぶ線分を直径とする半円をトンネルＴＲの上方に描く。
【０００７】
この時描いた半円内の領域が概略の緩み領域Ａ、緩み領域Ａの高さが緩み高さＨとなる。尚、上記条件を当て嵌めると、概略の緩み高さＨ＝２ａとなる。また、トンネルＴＲの側断面方向での緩み領域Ａは図７（ｂ）に示すような分布となる。即ち、図７（ｂ）に示すように、トンネルＴＲ先端の下点ｃ’’から緩み角度θ＝４５°―φ／２の角度で上方に斜線を立ち上げ、上点ｅから水平に延ばした直線との交点ｆを求める。そして、図示のような上点ｅと交点ｆを結んだ線分を下辺とする幾分掘進方向に偏った放物線状の曲線によって区画された領域が緩み領域Ａ、緩み領域Ａの高さが緩み高さＨとなる。
【０００８】
同様に図７（ｃ）に示すように、幅寸法が４ａ、高さがｂの横に長い矩形断面のトンネルＴＲを掘削する場合には、図示のように緩み領域Ａは拡大し、緩み高さＨ’も大きくなって、Ｈ’＝８ａとなる。これによりトンネルＴＲの高さ寸法ｂは、掘削手段の高さ寸法によって一義的に定まり一定と考えることができるから、トンネルＴＲの幅寸法の大きさに比例して緩み高さＨは大きくなることがわかる。従って、地上ないし盛土部の上面から極めて浅い位置にトンネルＴＲを形成するアンダーパス工事では、上述のような緩み高さＨ’の問題があってできるだけトンネルＴＲの幅寸法ａは小さくすることが理論的には望ましいと言うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２８８９９１号公報
【特許文献２】特開２０００−４５６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような背景技術及び背景技術が抱える問題点の存在を踏まえてなされたものであって、その目的はアンダーパス工事において鋼殻を使用した外殻先行トンネル工法を適用できるようにし、安全で効率の良い掘削を可能とすることで外殻形成に掛かる施工時間を短く、労力を小さくすることができ、地山の緩み高さを小さくすることで地上の構造物や路線等に及ぼす影響を回避できる土圧保持力の向上と土圧バランスの維持とを図ることのできる密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の第１の態様に係る密閉式掘削装置は、直接地山を掘削するカッター要素と、カッター要素を駆動する駆動手段と、カッター要素及び駆動手段を保持するシールド筒体とを備え、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削するようにした密閉式の掘削装置であって、前記シールド筒体は、上記カッター要素と駆動手段とを保持してこれらと一体に移動する筒状胴部と、筒状胴部の上部に位置し、可動手段によって筒状胴部とは別個独立して掘進方向に迫り出すように移動する可動ルーフとを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、可動ルーフをカッター要素に先行させて掘進方向に迫り出させることによって、緩み高さを小さくすることができ、地上の構造物や路線等に及ぼす影響を回避することができる。また地山を掘削するに際して掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削していることから、上記緩み高さを小さくしたことと相俟って土圧保持力及び土圧バランスの維持の向上を図ることができ、安定した精度の高い掘削を実行することが可能となる。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る密閉式掘削装置は、第１の態様において、前記シールド筒体は前記カッター要素を複数組水平方向に並設した横に長い角筒状の部材であって、当該シールド筒体における可動ルーフはそれぞれ別個独立して駆動される複数枚の可動ブレードによって構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、カッター要素を複数組水平方向に並設したことにより横に長い角穴を一挙に形成することができる。また、上記角穴を外殻用下穴として利用した場合には、横に長い長尺の鋼殻をそのまま設置できるから短寸の鋼殻を水平方向に複数連接する作業が不要となり、施工時間の短縮と労力の軽減を図ることができる。また、可動ルーフを複数枚の可動ブレードに分断し、これらの可動ブレードを組み合わせることによって構成したから、可動ルーフに掛かる土砂の荷重も分断されて可動ブレードの動きが円滑になる。
【００１５】
本発明の第３の態様に係る密閉式掘削装置は、第２の態様において、前記可動手段は油圧ジャッキであり、１枚の可動ブレードに対して２基のブレード可動油圧ジャッキを使用して駆動するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第３の態様によれば、駆動力の大きな油圧ジャッキを使用することで可動ブレードは傾くことなく正確に大きな駆動力によって掘削部位の地山中に挿入される。
【００１６】
本発明の第４の態様に係る密閉式掘削装置は、第１〜第３のいずれか１つの態様において、前記可動ルーフの迫り出し量は、直上の地山の緩み高さを直上の地山等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ルーフの円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲に設定されていることを特徴とするものである。
本発明の第４の態様によれば、直上の地山の緩み高さを所望の大きさまで小さくでき、可動ルーフに掛かる負荷も可動ルーフの動作に支承がない程度まで小さくできるから、可動ルーフを長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第５の態様に係る密閉式掘削装置は、第２〜第４のいずれか１つの態様において、前記密閉式掘削装置は道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において適用される掘削装置であって、複数組のカッター要素を水平方向に並設した横に長い密閉式の横型パッケージ掘進機であることを特徴とするものである。
本発明の第５の態様によれば、地上の構造物や路線等から極めて浅い位置に設けられるトンネルの掘削工事を短時間で少ない労力で効率良く行うことができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係る密閉式掘削方法は、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削する密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法であって、前記密閉式掘削装置として第１〜第５のいずれか１つの態様の密閉式掘削装置を使用しており、カッター要素による地山の掘削に先行して可動ルーフを掘進方向に迫り出させることを特徴とするものである。
本発明の第６の態様によれば、カッター要素の掘削時の振動等によって生ずる直上の地山の崩落や地上の構造物及び路線等に与える影響を未然に防止した状態で地山の掘削を行うことが可能となる。
【００１９】
本発明の第７の態様に係る密閉式掘削方法は、第６の態様において、前記密閉式掘削方法は、地山の掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で保持すると共に、可動ルーフの先端位置をカッター要素の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山の掘削開始壁面に当接させた状態とする可動開始準備工程と、可動手段により可動ルーフを所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山中に挿入する可動ルーフ迫り出し工程と、駆動手段を駆動してカッター要素を作動状態にすると共に、シールド筒体を上記可動ルーフの迫り出し量分掘進させる掘削掘進工程とを有し、これらを繰り返し実行することによって所望の長さ、地山を掘削するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第７の態様によれば、カッター要素の待機時〜作動時の一連の状態において掘削部位周辺の地山の緩み高さが小さく設定されているから、土圧管理が適正に行われて、土圧保持力の向上及び土圧バランスの維持が図られる。
【００２０】
本発明の第８の態様に係る密閉式掘削方法は、第６または第７の態様において、前記カッター要素による地山の掘削及びシールド筒体の掘進と同時にシールド筒体の内側からシールド筒体の外部に向けて滑材を注入するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第８の態様によれば、シールド筒体の外表面と地山との間の空隙部に滑材を至らせることができるから、滑材を介してシールド筒体によって直上の地山は保持されているから、直上の地山の沈下等、地上の構造物や路線等に与える影響は防止される。また滑材の注入によってシールド筒体の掘進は円滑に行われるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外殻形成の基準になるエレメントサイズを大きくすることが可能となり、当該エレメントとして横に長い長尺の鋼殻を使用することが可能となる。従って、外殻形成に掛かる施工時間を大幅に短くでき、労力を軽減することができる。そして、可動ルーフの採用により地山の緩み高さを小さくすることができるから、安定し強固な土圧保持が図られ、土圧バランスの維持を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本願発明に係る密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用することによって実行される本願発明にかかる密閉式掘削方法について下記の実施例を例にとって説明する。尚、下記の実施例では地上（地面線ＧＬより上方）の構造物や路線等に影響を与えることなく、その直下（地面線ＧＬより下方）の比較的浅い地下にトンネルを構築し、あるいは地上に設けた盛土部に対してトンネルを構築してトンネル内に新たな路線等を敷設するアンダーパス工事に使用する場合を想定して説明する。また下記の実施例では、上述のようなアンダーパス工事においてトンネルの形成に先立って外殻を構築するようにした外殻先行トンネル工法を採用し、外殻を形成するための基準になるエレメントとして口径の大きな外殻を使用し、当該鋼殻を設置するための外殻用下穴を掘削する場合を例にとって説明する。
【００２３】
最初に図１、図２に基づいて外殻１の基本的構成について説明する。図１は横型鋼殻３と縦型鋼殻４とを組み合わせることによって構成される外殻１の一例を示す正面から見た縦断面図である。図２は基準鋼殻２と横型鋼殻３と縦型鋼殻４とを組み合わせることによって構成される外殻１の他の一例を示す縦断面図である。
【００２４】
外殻１は、トンネルの構築に先立って周辺地山Ｒの崩落や地上の構造物や路線等に与える影響を防止するために設けられる構造体である。図１に示す外殻１は、矩形枠状に形成されており、外殻１の天井部及び床部に２つずつ設けられる計４つの横型鋼殻３と、左右の側壁部に２段ずつ設けられる計４つの縦型鋼殻４とを接合することによって構成されている。また横型鋼殻３と縦型鋼殻４は図示を省略した鋼殻の接合装置によって接合され、各鋼殻３、４内には中詰めコンクリート７が充填され、中詰めコンクリート７を養生、固化させることによって外殻１が形成されている。尚、各鋼殻３、４内に充填される中詰めコンクリート７としては、高流動コンクリートが一例として使用されている。
【００２５】
図２に示す外殻１は、図１と同様矩形枠状に形成されており、外殻１の隅角部に設けられる４つの基準鋼殻２と上下または左右に位置する基準鋼殻２間を連接する２つずつ設けられる天井、床部用の横型鋼殻３と、側部用の縦型鋼殻４とを接合することによって構成されている。また基準鋼殻２と横型鋼殻３ないし縦型鋼殻４は図示しない鋼殻の接合装置によって接合され、各鋼殻２、３、４内には中詰めコンクリート７が充填され、中詰めコンクリート７を養生、固化させることによって外殻１の骨格は形成されている。そして基準鋼殻２には、その一部に仮設鋼殻８が設けられており、トンネルＴＲの掘削の際に上記仮設鋼殻８を除去することによって外殻１は矩形枠状に整形される。
【００２６】
［実施例］
次に、図１に示す外殻１を形成する場合を例にとって、当該外殻１を形成するのに先立って行われる外殻用下穴１００の掘削に使用される本願発明に係る密閉式掘削装置の一例である密閉式掘進機９の構造と、当該密閉式掘進機９を使用することによって実行される本願発明に係る密閉式掘削方法について説明する。尚、図３は本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す正面から見た縦断面図、図４は同密閉式掘削装置の側断面図である。図５は本発明に係る密閉式掘削方法の各工程を示す説明図である。また図６は本発明の密閉式掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図である。
【００２７】
密閉式掘進機９は、直接地山Ｒを掘削するカッター要素２０と、カッター要素２０を駆動する駆動手段２１と、カッター要素２０及び駆動手段２１を保持するシールド筒体２２とを備えている。また密閉式掘進機９は、地山Ｒを掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で掘削する密閉式の掘削装置であって、本実施例では左右一対４組のカッター要素２０を水平方向に並設した横型パッケージ掘進機１１と左右互い違いに２組のカッター要素２０を垂直方向に段積みした縦型パッケージ掘進機１２との２種類を備えている。
【００２８】
カッター要素２０は、図３に示すように所定の角度範囲内において往復揺動されるカッタービット固定揺動板１３と、カッタービット固定揺動板１３に対して多数設けられるカッタービット１４と、カッタービット固定揺動板１３に対して出没自在に設けられ、カッタービット１４の掘削残部を掘削するコピーカッター１６とを備えることによって構成されている。尚、カッター要素２０としては、本出願人が既に出願して公開されている特開２０００−４５６８９号公報の翼型シールド掘進機において採用されている翼型のカッタービット固定揺動板１３を備えるカッター要素が一例として採用できる。
【００２９】
因みにこの翼型のカッター要素は、カッタービット固定揺動板１３を翼形状とし、その揺動中心を外殻用下穴１００の中心より上部に位置させたことにより、カッタービット固定揺動板１３を鳥の翼の羽ばたきのように上下方向に揺動させることができるため効率的な掘削が可能である。従って図１、図２に示すように横または縦に長い矩形断面の外殻用下穴１００を掘削するのに最も好適なカッター要素２０と言うことができる。
【００３０】
駆動手段２１は、図４に示すようにカッタービット固定揺動板１３を駆動するカッタービット揺動油圧ジャッキ１５と、コピーカッター１６を駆動するコピーカッター油圧ジャッキ１７とを備えることによって構成されている。またシールド筒体２２は、外殻用下穴１００の形状に合わせて一例として角筒状をした前筒体２３と後筒体２４とから構成されており、前筒体２３と後筒体２４との間には、前筒体２３の掘進方向を調整する図示しない掘進方向修正油圧ジャッキが設けられている。また前筒体２３は、上記カッター要素２０と駆動手段２１を保持してこれらと一体に移動する筒状胴部２５と、筒状胴部２５の上部に位置し、可動手段２６の伸長に伴って筒状胴部２５とは別個独立して移動する可動ルーフ２７とを備えることによって構成されている。
【００３１】
可動ルーフ２７は、一例として４枚の可動ブレード２８を組み合わせることによって構成されており、１枚の可動ブレード２８に対して幅方向の端部寄りに２基のブレード可動油圧ジャッキ２９を可動手段２６として備えている。そして、ブレード可動油圧ジャッキ２９の伸長に伴って、可動ブレード２８は、シールド筒体２２の掘進方向に所定ストローク迫り出して移動するように構成されている。尚、可動ブレード２８の迫り出し量は、直上の地山Ｒの緩み高さＨを直上の地山Ｒ等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ブレード２８の円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲内で設定される。因みに本実施例では、可動ブレード２８の迫り出し量を一例として６０ｃｍ程度に設定した。
【００３２】
シールド筒体２２の内部には掘削した土砂Ｒ（地山と同じ符号Ｒで示す）を掘進方向後方に搬出するスクリューコンベヤ１９が設けられ、シールド筒体２２の内壁面には、シールド筒体２２の外部に向けて図示しない滑材を注入するための図示しない注入口が設けられている。尚、ここで使用する滑材としては、セメントミルク等の固化性液状物と混合した場合に凝集しない性質を持つベントナイトと水と珪酸ソーダを主成分とする流動性充填材が一例として使用できる。
【００３３】
次に、このようにして構成される密閉式掘進機９を使用することによって実行される本発明の密閉式掘削方法を、横型パッケージ掘進機１１を使用することによって実行される天井部に形成される外殻用下穴１００の掘削作業を例にとって説明する。本発明の密閉式掘削方法は、カッター要素２０による地山Ｒの掘削に先行して常に可動ルーフ２７を掘進方向に迫り出させるようにしたことを特徴としており、可動開始準備工程と、可動ルーフ迫り出し工程と、掘削掘進工程とを備え、これらを繰り返し実行することによって構成されている。
【００３４】
可動開始準備工程では、地山Ｒの掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で保持すると共に、図５（ａ）に示すように、可動ルーフ２７の先端位置をカッター要素２０の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山Ｒの掘削開始壁面に当接させた状態とする。従って、カッター要素２０による掘削の際に生ずる振動がその直上の地山Ｒに作用したとしても、地山Ｒの崩落は生ぜず、安定した掘削が実行される。また可動ルーフ２７を可動開始位置に至らせることにより、カッター要素２０が駆動していない待機状態においても直上の地山Ｒの荷重はカッター要素２０には直接作用していないから、カッター要素２０は大きな掘削抵抗を受けることなく円滑に掘削が開始される。
【００３５】
可動ルーフ迫り出し工程では、図５（ｂ）に示すように、可動手段２６としてのブレード可動油圧ジャッキ２９を伸長させ可動ルーフ２７を所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山Ｒ中に挿入させた状態とする。この状態では、直上の地山Ｒの荷重は、可動ルーフ２７によって保持されることになり、地山Ｒの緩みによって生ずる地山Ｒの崩落は生じない。可動ルーフ２７の迫り出しは、個別の可動ブレード２８単体で行われるため、直上の地山Ｒの荷重は可動ブレード２８毎に分配されるから可動ブレード２８の円滑な移動も保証される。
【００３６】
掘削掘進工程では、図５（ｃ）に示すように駆動手段２１としてのカッタービット揺動油圧ジャッキ１５とコピーカッター油圧ジャッキ１７を駆動してカッター要素２０を作動状態とする。またこれと同時に図示しない前進用ジャッキを駆動してシールド筒体２２を上記可動ルーフ２７の迫り出し量分掘進させる。これにより地山Ｒは、上記迫り出し量分掘削される。
【００３７】
また、シールド筒体２２の掘進方向を修正したい場合には、適宜図示しない複数の前進用油圧ジャッキを調整して前筒体２３の傾斜角度を調整してシールド筒体２２の進行方向を修正する。また上記カッター要素２０による地山Ｒの掘削及びシールド筒体２２の掘進と同時にシールド筒体２２の内壁面の注入口からシールド筒体２２の外部に向けて滑材を必要に応じて注入する。因みに滑材を注入した場合には、直上に位置する地山Ｒの沈下防止とシールド筒体２２の掘進抵抗の低減とを図ることができる。
【００３８】
そして、図５（ｄ）に示すように、再び可動ルーフ２７を所定ストローク迫り出させ、カッター要素２０による地山Ｒの掘削と前進用ジャッキによるシールド筒体２２の掘進とを繰り返し実行することによって所望の長さの外殻用下穴１００が形成される。尚、このような密閉式掘削方法を採用した場合の緩み領域Ａと緩み高さＨ’’は、図６に示すように格段に小さくなり、従来の密閉式掘削装置を使用した場合の図７に示す緩み領域Ａ’及び緩み高さＨ’と比較すると大幅に改善されたことが明確となる。
【００３９】
［他の実施例］
本願発明に係る密閉式掘削装置９及び該密閉式掘削装置９を使用した本発明の密閉式掘削方法は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。例えば、可動ルーフ２７を複数本の可動ロッドを備えた櫛歯状の形状とすることで可動ルーフ２７の地山Ｒ中への挿入抵抗を低減させることが可能である。またこの場合の可動ロッドは掘進方向に迫り出すだけでなく、ドリルのように軸中心の周りを回転できるような構成とすることも可能である。
【００４０】
この他、掘削装置の構成としては、元押しジャッキによる押し込み動作によって推進する推進機を備えたもの、更に高度な機能を備えるシールドマシン等の種々の構成の掘削装置が採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は、アンダーパス工事等が行われているトンネル施工現場、より具体的には、トンネルの施工に先立って行われる外殻用下穴の掘削を効率良く、安全に、安定して行なえるようにしたい場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】横型鋼殻と縦型鋼殻とを組み合わせることによって構成される外殻の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図２】基準鋼殻と横型鋼殻と縦型鋼殻とを組み合わせることによって構成される外殻の他の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図３】本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図４】本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す側断面図である。
【図５】本発明に係る密閉式掘削方法の各工程を示す説明図である。
【図６】本発明の密閉式掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図であって、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は側断面図をそれぞれ示している。
【図７】従来の掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図であって、（ａ）は幅寸法がａで高さ寸法がｂの基本的な大きさのトンネルを形成する場合の正面から見た縦断面図、（ｂ）は同上側断面図をそれぞれ示している。また（ｃ）は幅寸法が４ａで高さ寸法がｂの横に長いトンネルを形成する場合の正面から見た縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 外殻、２ 基準鋼殻、３ 横型鋼殻、４ 縦型鋼殻、７ 中詰めコンクリート、
８ 仮設鋼殻、９ 密閉式掘進機（密閉式掘削装置）、１１ 横型パッケージ掘進機、
１２ 縦型パッケージ掘進機、１３ カッタービット固定揺動板、１４ カッタービット１５ カッター揺動油圧ジャッキ、１６ コピーカッター、
１７ コピーカッター油圧ジャッキ、１９ スクリューコンベヤ、２０ カッター要素、２１ 駆動手段、２２ シールド筒体、２３ 前筒体、２４ 後筒体、２５ 筒状胴部、２６ 可動手段、２７ 可動ルーフ、２８ 可動ブレード、
２９ ブレード可動油圧ジャッキ、１００ 外殻用下穴、ＴＲ トンネル、
Ｒ 地山、土砂、ＧＬ 地面線、Ａ 緩み領域、Ａ’ 緩み領域、Ａ’’ 緩み領域、
Ｈ 緩み高さ、Ｈ’ 緩み高さ、Ｈ’’ 緩み高さ、θ 緩み角度、
ａ （外殻用下穴の）幅寸法、ｂ （外殻用下穴の）高さ寸法、ｃ （下辺の）端点、
ｃ’ （下辺の）端点、ｄ 交点、ｄ’ 交点、ｃ’’ 下点、ｅ 上点、ｆ 交点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において直上に位置する道路や鉄道に影響を及ぼすことなく横に長い矩形断面の外殻用下穴を掘削する場合に好適な密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多数の構造物が林立し、網目状に道路や鉄道、モノレールの軌道等（本明細書ではこれらを総称して路線という）が張り巡らしている都市部では、地上の構造物や路線等に影響を与えることなく、その地下においてトンネルを構築し、新たな路線等を敷設する工事が頻繁に行われている。また地上に盛土部を設け、盛土部に沿うようにその上面に一路線、当該盛土部の側面を貫通するようにトンネルを設けて上記路線と交差する他の路線をその直下に敷設する工事も行われている。
【０００３】
これらはアンダーパス工事と呼ばれ、地下の比較的浅い個所、あるいは盛られた土砂の量がそれほど多く期待できない低土被りの盛土部に対して適用されることから、トンネルの構築に先立って周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響を回避するために、外殻を構築する外殻先行トンネル工法が採用されている。尚、外殻は門型ないし矩形枠状をした構造体であり、従来は多数本の角鋼管を使用して直接外殻を構築するようにしたもの、あるいは端部に係合構造を備えた平鋼板を使用して外殻を構築するようにしたものが主流であった。
【０００４】
一方、地中深くに大型の矩形断面のトンネルを形成する場合には、下記特許文献１に示すように上記円形鋼管や角鋼管より更に口径の大きな鋼殻を使用し、先行して掘削した外殻用下穴内に設置して隣接する鋼殻間をボルト、ナットにより締結固定することによって外殻を形成する工法も発案されている。また円形以外の異形状のトンネルを掘削する掘削手段としては、下記特許文献２に示すようなシールド掘進機が既に本出願人によって開発されている。
【０００５】
しかし、上記角鋼管ないし平鋼板を使用する工法にあっては、基準となるエレメント（ここでは角鋼管ないし平鋼板を意味する）の口径ないし幅寸法が小さいため、多数のエレメントを使用しなければならず多大な施工時間と労力を必要としていた。また鋼殻を設置する工法にあっては、先行して口径の大きな外殻用下穴を掘削しなければならず、上述のように地下の比較的浅い個所や低土被りの盛土部に対して適用されるアンダーパス工事では、周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響が拭い切れず、その適用は困難とされていた。また矩形断面のトンネルの掘削には特許文献２に示すシールド掘進機が使用できるが、周辺地山の崩落や直上に位置する構造物や路線等に及ぼす影響が極めて大きくなることから、そのままの形での適用は事実上不可能と言える。
【０００６】
更にアンダーパス工事では、以下述べるような「緩み高さ」の問題があって、口径の大きな、特に幅寸法の大きなトンネル等を掘削することは理論的に難しいとされていた。即ち、図７（ａ）に示すように、幅寸法がａ、高さ寸法がｂの矩形断面のトンネルＴＲを掘削する場合、底辺の両端の端点ｃ、ｃ’から緩み角度θ＝４５°―φ／２（ここに φ：土の内部摩擦角）の角度で上方に斜線を立ち上げ、上辺の延長線との交点ｄ、ｄ’を求める。そしてｄ、ｄ’を結ぶ線分を直径とする半円をトンネルＴＲの上方に描く。
【０００７】
この時描いた半円内の領域が概略の緩み領域Ａ、緩み領域Ａの高さが緩み高さＨとなる。尚、上記条件を当て嵌めると、概略の緩み高さＨ＝２ａとなる。また、トンネルＴＲの側断面方向での緩み領域Ａは図７（ｂ）に示すような分布となる。即ち、図７（ｂ）に示すように、トンネルＴＲ先端の下点ｃ’’から緩み角度θ＝４５°―φ／２の角度で上方に斜線を立ち上げ、上点ｅから水平に延ばした直線との交点ｆを求める。そして、図示のような上点ｅと交点ｆを結んだ線分を下辺とする幾分掘進方向に偏った放物線状の曲線によって区画された領域が緩み領域Ａ、緩み領域Ａの高さが緩み高さＨとなる。
【０００８】
同様に図７（ｃ）に示すように、幅寸法が４ａ、高さがｂの横に長い矩形断面のトンネルＴＲを掘削する場合には、図示のように緩み領域Ａは拡大し、緩み高さＨ’も大きくなって、Ｈ’＝８ａとなる。これによりトンネルＴＲの高さ寸法ｂは、掘削手段の高さ寸法によって一義的に定まり一定と考えることができるから、トンネルＴＲの幅寸法の大きさに比例して緩み高さＨは大きくなることがわかる。従って、地上ないし盛土部の上面から極めて浅い位置にトンネルＴＲを形成するアンダーパス工事では、上述のような緩み高さＨ’の問題があってできるだけトンネルＴＲの幅寸法ａは小さくすることが理論的には望ましいと言うことができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２８８９９１号公報
【特許文献２】特開２０００−４５６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような背景技術及び背景技術が抱える問題点の存在を踏まえてなされたものであって、その目的はアンダーパス工事において鋼殻を使用した外殻先行トンネル工法を適用できるようにし、安全で効率の良い掘削を可能とすることで外殻形成に掛かる施工時間を短く、労力を小さくすることができ、地山の緩み高さを小さくすることで地上の構造物や路線等に及ぼす影響を回避できる土圧保持力の向上と土圧バランスの維持とを図ることのできる密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の第１の態様に係る密閉式掘削装置は、直接地山を掘削するカッター要素と、カッター要素を駆動する駆動手段と、カッター要素及び駆動手段を保持するシールド筒体とを備え、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削するようにした密閉式の掘削装置であって、前記シールド筒体は、上記カッター要素と駆動手段とを保持してこれらと一体に移動する筒状胴部と、筒状胴部の上部に位置し、可動手段によって筒状胴部とは別個独立して掘進方向に迫り出すように移動する可動ルーフとを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、可動ルーフをカッター要素に先行させて掘進方向に迫り出させることによって、緩み高さを小さくすることができ、地上の構造物や路線等に及ぼす影響を回避することができる。また地山を掘削するに際して掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削していることから、上記緩み高さを小さくしたことと相俟って土圧保持力及び土圧バランスの維持の向上を図ることができ、安定した精度の高い掘削を実行することが可能となる。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る密閉式掘削装置は、第１の態様において、前記シールド筒体は前記カッター要素を複数組水平方向に並設した横に長い角筒状の部材であって、当該シールド筒体における可動ルーフはそれぞれ別個独立して駆動される複数枚の可動ブレードによって構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、カッター要素を複数組水平方向に並設したことにより横に長い角穴を一挙に形成することができる。また、上記角穴を外殻用下穴として利用した場合には、横に長い長尺の鋼殻をそのまま設置できるから短寸の鋼殻を水平方向に複数連接する作業が不要となり、施工時間の短縮と労力の軽減を図ることができる。また、可動ルーフを複数枚の可動ブレードに分断し、これらの可動ブレードを組み合わせることによって構成したから、可動ルーフに掛かる土砂の荷重も分断されて可動ブレードの動きが円滑になる。
【００１５】
本発明の第３の態様に係る密閉式掘削装置は、第２の態様において、前記可動手段は油圧ジャッキであり、１枚の可動ブレードに対して２基のブレード可動油圧ジャッキを使用して駆動するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第３の態様によれば、駆動力の大きな油圧ジャッキを使用することで可動ブレードは傾くことなく正確に大きな駆動力によって掘削部位の地山中に挿入される。
【００１６】
本発明の第４の態様に係る密閉式掘削装置は、第１〜第３のいずれか１つの態様において、前記可動ルーフの迫り出し量は、直上の地山の緩み高さを直上の地山等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ルーフの円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲に設定されていることを特徴とするものである。
本発明の第４の態様によれば、直上の地山の緩み高さを所望の大きさまで小さくでき、可動ルーフに掛かる負荷も可動ルーフの動作に支承がない程度まで小さくできるから、可動ルーフを長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
【００１７】
本発明の第５の態様に係る密閉式掘削装置は、第２〜第４のいずれか１つの態様において、前記密閉式掘削装置は道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において適用される掘削装置であって、複数組のカッター要素を水平方向に並設した横に長い密閉式の横型パッケージ掘進機であることを特徴とするものである。
本発明の第５の態様によれば、地上の構造物や路線等から極めて浅い位置に設けられるトンネルの掘削工事を短時間で少ない労力で効率良く行うことができる。
【００１８】
本発明の第６の態様に係る密閉式掘削方法は、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削する密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法であって、前記密閉式掘削装置として第１〜第５のいずれか１つの態様の密閉式掘削装置を使用しており、カッター要素による地山の掘削に先行して可動ルーフを掘進方向に迫り出させることを特徴とするものである。
本発明の第６の態様によれば、カッター要素の掘削時の振動等によって生ずる直上の地山の崩落や地上の構造物及び路線等に与える影響を未然に防止した状態で地山の掘削を行うことが可能となる。
【００１９】
本発明の第７の態様に係る密閉式掘削方法は、第６の態様において、前記密閉式掘削方法は、地山の掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で保持すると共に、可動ルーフの先端位置をカッター要素の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山の掘削開始壁面に当接させた状態とする可動開始準備工程と、可動手段により可動ルーフを所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山中に挿入する可動ルーフ迫り出し工程と、駆動手段を駆動してカッター要素を作動状態にすると共に、シールド筒体を上記可動ルーフの迫り出し量分掘進させる掘削掘進工程とを有し、これらを繰り返し実行することによって所望の長さ、地山を掘削するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第７の態様によれば、カッター要素の待機時〜作動時の一連の状態において掘削部位周辺の地山の緩み高さが小さく設定されているから、土圧管理が適正に行われて、土圧保持力の向上及び土圧バランスの維持が図られる。
【００２０】
本発明の第８の態様に係る密閉式掘削方法は、第６または第７の態様において、前記カッター要素による地山の掘削及びシールド筒体の掘進と同時にシールド筒体の内側からシールド筒体の外部に向けて滑材を注入するようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第８の態様によれば、シールド筒体の外表面と地山との間の空隙部に滑材を至らせることができるから、滑材を介してシールド筒体によって直上の地山は保持されているから、直上の地山の沈下等、地上の構造物や路線等に与える影響は防止される。また滑材の注入によってシールド筒体の掘進は円滑に行われるようになる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外殻形成の基準になるエレメントサイズを大きくすることが可能となり、当該エレメントとして横に長い長尺の鋼殻を使用することが可能となる。従って、外殻形成に掛かる施工時間を大幅に短くでき、労力を軽減することができる。そして、可動ルーフの採用により地山の緩み高さを小さくすることができるから、安定し強固な土圧保持が図られ、土圧バランスの維持を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本願発明に係る密閉式掘削装置及び該密閉式掘削装置を使用することによって実行される本願発明にかかる密閉式掘削方法について下記の実施例を例にとって説明する。尚、下記の実施例では地上（地面線ＧＬより上方）の構造物や路線等に影響を与えることなく、その直下（地面線ＧＬより下方）の比較的浅い地下にトンネルを構築し、あるいは地上に設けた盛土部に対してトンネルを構築してトンネル内に新たな路線等を敷設するアンダーパス工事に使用する場合を想定して説明する。また下記の実施例では、上述のようなアンダーパス工事においてトンネルの形成に先立って外殻を構築するようにした外殻先行トンネル工法を採用し、外殻を形成するための基準になるエレメントとして口径の大きな外殻を使用し、当該鋼殻を設置するための外殻用下穴を掘削する場合を例にとって説明する。
【００２３】
最初に図１、図２に基づいて外殻１の基本的構成について説明する。図１は横型鋼殻３と縦型鋼殻４とを組み合わせることによって構成される外殻１の一例を示す正面から見た縦断面図である。図２は基準鋼殻２と横型鋼殻３と縦型鋼殻４とを組み合わせることによって構成される外殻１の他の一例を示す縦断面図である。
【００２４】
外殻１は、トンネルの構築に先立って周辺地山Ｒの崩落や地上の構造物や路線等に与える影響を防止するために設けられる構造体である。図１に示す外殻１は、矩形枠状に形成されており、外殻１の天井部及び床部に２つずつ設けられる計４つの横型鋼殻３と、左右の側壁部に２段ずつ設けられる計４つの縦型鋼殻４とを接合することによって構成されている。また横型鋼殻３と縦型鋼殻４は図示を省略した鋼殻の接合装置によって接合され、各鋼殻３、４内には中詰めコンクリート７が充填され、中詰めコンクリート７を養生、固化させることによって外殻１が形成されている。尚、各鋼殻３、４内に充填される中詰めコンクリート７としては、高流動コンクリートが一例として使用されている。
【００２５】
図２に示す外殻１は、図１と同様矩形枠状に形成されており、外殻１の隅角部に設けられる４つの基準鋼殻２と上下または左右に位置する基準鋼殻２間を連接する２つずつ設けられる天井、床部用の横型鋼殻３と、側部用の縦型鋼殻４とを接合することによって構成されている。また基準鋼殻２と横型鋼殻３ないし縦型鋼殻４は図示しない鋼殻の接合装置によって接合され、各鋼殻２、３、４内には中詰めコンクリート７が充填され、中詰めコンクリート７を養生、固化させることによって外殻１の骨格は形成されている。そして基準鋼殻２には、その一部に仮設鋼殻８が設けられており、トンネルＴＲの掘削の際に上記仮設鋼殻８を除去することによって外殻１は矩形枠状に整形される。
【００２６】
［実施例］
次に、図１に示す外殻１を形成する場合を例にとって、当該外殻１を形成するのに先立って行われる外殻用下穴１００の掘削に使用される本願発明に係る密閉式掘削装置の一例である密閉式掘進機９の構造と、当該密閉式掘進機９を使用することによって実行される本願発明に係る密閉式掘削方法について説明する。尚、図３は本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す正面から見た縦断面図、図４は同密閉式掘削装置の側断面図である。図５は本発明に係る密閉式掘削方法の各工程を示す説明図である。また図６は本発明の密閉式掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図である。
【００２７】
密閉式掘進機９は、直接地山Ｒを掘削するカッター要素２０と、カッター要素２０を駆動する駆動手段２１と、カッター要素２０及び駆動手段２１を保持するシールド筒体２２とを備えている。また密閉式掘進機９は、地山Ｒを掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で掘削する密閉式の掘削装置であって、本実施例では左右一対４組のカッター要素２０を水平方向に並設した横型パッケージ掘進機１１と左右互い違いに２組のカッター要素２０を垂直方向に段積みした縦型パッケージ掘進機１２との２種類を備えている。
【００２８】
カッター要素２０は、図３に示すように所定の角度範囲内において往復揺動されるカッタービット固定揺動板１３と、カッタービット固定揺動板１３に対して多数設けられるカッタービット１４と、カッタービット固定揺動板１３に対して出没自在に設けられ、カッタービット１４の掘削残部を掘削するコピーカッター１６とを備えることによって構成されている。尚、カッター要素２０としては、本出願人が既に出願して公開されている特開２０００−４５６８９号公報の翼型シールド掘進機において採用されている翼型のカッタービット固定揺動板１３を備えるカッター要素が一例として採用できる。
【００２９】
因みにこの翼型のカッター要素は、カッタービット固定揺動板１３を翼形状とし、その揺動中心を外殻用下穴１００の中心より上部に位置させたことにより、カッタービット固定揺動板１３を鳥の翼の羽ばたきのように上下方向に揺動させることができるため効率的な掘削が可能である。従って図１、図２に示すように横または縦に長い矩形断面の外殻用下穴１００を掘削するのに最も好適なカッター要素２０と言うことができる。
【００３０】
駆動手段２１は、図４に示すようにカッタービット固定揺動板１３を駆動するカッタービット揺動油圧ジャッキ１５と、コピーカッター１６を駆動するコピーカッター油圧ジャッキ１７とを備えることによって構成されている。またシールド筒体２２は、外殻用下穴１００の形状に合わせて一例として角筒状をした前筒体２３と後筒体２４とから構成されており、前筒体２３と後筒体２４との間には、前筒体２３の掘進方向を調整する図示しない掘進方向修正油圧ジャッキが設けられている。また前筒体２３は、上記カッター要素２０と駆動手段２１を保持してこれらと一体に移動する筒状胴部２５と、筒状胴部２５の上部に位置し、可動手段２６の伸長に伴って筒状胴部２５とは別個独立して移動する可動ルーフ２７とを備えることによって構成されている。
【００３１】
可動ルーフ２７は、一例として４枚の可動ブレード２８を組み合わせることによって構成されており、１枚の可動ブレード２８に対して幅方向の端部寄りに２基のブレード可動油圧ジャッキ２９を可動手段２６として備えている。そして、ブレード可動油圧ジャッキ２９の伸長に伴って、可動ブレード２８は、シールド筒体２２の掘進方向に所定ストローク迫り出して移動するように構成されている。尚、可動ブレード２８の迫り出し量は、直上の地山Ｒの緩み高さＨを直上の地山Ｒ等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ブレード２８の円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲内で設定される。因みに本実施例では、可動ブレード２８の迫り出し量を一例として６０ｃｍ程度に設定した。
【００３２】
シールド筒体２２の内部には掘削した土砂Ｒ（地山と同じ符号Ｒで示す）を掘進方向後方に搬出するスクリューコンベヤ１９が設けられ、シールド筒体２２の内壁面には、シールド筒体２２の外部に向けて図示しない滑材を注入するための図示しない注入口が設けられている。尚、ここで使用する滑材としては、セメントミルク等の固化性液状物と混合した場合に凝集しない性質を持つベントナイトと水と珪酸ソーダを主成分とする流動性充填材が一例として使用できる。
【００３３】
次に、このようにして構成される密閉式掘進機９を使用することによって実行される本発明の密閉式掘削方法を、横型パッケージ掘進機１１を使用することによって実行される天井部に形成される外殻用下穴１００の掘削作業を例にとって説明する。本発明の密閉式掘削方法は、カッター要素２０による地山Ｒの掘削に先行して常に可動ルーフ２７を掘進方向に迫り出させるようにしたことを特徴としており、可動開始準備工程と、可動ルーフ迫り出し工程と、掘削掘進工程とを備え、これらを繰り返し実行することによって構成されている。
【００３４】
可動開始準備工程では、地山Ｒの掘削部位周辺を密閉して圧力を掛けた状態で保持すると共に、図５（ａ）に示すように、可動ルーフ２７の先端位置をカッター要素２０の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山Ｒの掘削開始壁面に当接させた状態とする。従って、カッター要素２０による掘削の際に生ずる振動がその直上の地山Ｒに作用したとしても、地山Ｒの崩落は生ぜず、安定した掘削が実行される。また可動ルーフ２７を可動開始位置に至らせることにより、カッター要素２０が駆動していない待機状態においても直上の地山Ｒの荷重はカッター要素２０には直接作用していないから、カッター要素２０は大きな掘削抵抗を受けることなく円滑に掘削が開始される。
【００３５】
可動ルーフ迫り出し工程では、図５（ｂ）に示すように、可動手段２６としてのブレード可動油圧ジャッキ２９を伸長させ可動ルーフ２７を所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山Ｒ中に挿入させた状態とする。この状態では、直上の地山Ｒの荷重は、可動ルーフ２７によって保持されることになり、地山Ｒの緩みによって生ずる地山Ｒの崩落は生じない。可動ルーフ２７の迫り出しは、個別の可動ブレード２８単体で行われるため、直上の地山Ｒの荷重は可動ブレード２８毎に分配されるから可動ブレード２８の円滑な移動も保証される。
【００３６】
掘削掘進工程では、図５（ｃ）に示すように駆動手段２１としてのカッタービット揺動油圧ジャッキ１５とコピーカッター油圧ジャッキ１７を駆動してカッター要素２０を作動状態とする。またこれと同時に図示しない前進用ジャッキを駆動してシールド筒体２２を上記可動ルーフ２７の迫り出し量分掘進させる。これにより地山Ｒは、上記迫り出し量分掘削される。
【００３７】
また、シールド筒体２２の掘進方向を修正したい場合には、適宜図示しない複数の前進用油圧ジャッキを調整して前筒体２３の傾斜角度を調整してシールド筒体２２の進行方向を修正する。また上記カッター要素２０による地山Ｒの掘削及びシールド筒体２２の掘進と同時にシールド筒体２２の内壁面の注入口からシールド筒体２２の外部に向けて滑材を必要に応じて注入する。因みに滑材を注入した場合には、直上に位置する地山Ｒの沈下防止とシールド筒体２２の掘進抵抗の低減とを図ることができる。
【００３８】
そして、図５（ｄ）に示すように、再び可動ルーフ２７を所定ストローク迫り出させ、カッター要素２０による地山Ｒの掘削と前進用ジャッキによるシールド筒体２２の掘進とを繰り返し実行することによって所望の長さの外殻用下穴１００が形成される。尚、このような密閉式掘削方法を採用した場合の緩み領域Ａと緩み高さＨ’’は、図６に示すように格段に小さくなり、従来の密閉式掘削装置を使用した場合の図７に示す緩み領域Ａ’及び緩み高さＨ’と比較すると大幅に改善されたことが明確となる。
【００３９】
［他の実施例］
本願発明に係る密閉式掘削装置９及び該密閉式掘削装置９を使用した本発明の密閉式掘削方法は、以上述べたような構成を基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。例えば、可動ルーフ２７を複数本の可動ロッドを備えた櫛歯状の形状とすることで可動ルーフ２７の地山Ｒ中への挿入抵抗を低減させることが可能である。またこの場合の可動ロッドは掘進方向に迫り出すだけでなく、ドリルのように軸中心の周りを回転できるような構成とすることも可能である。
【００４０】
この他、掘削装置の構成としては、元押しジャッキによる押し込み動作によって推進する推進機を備えたもの、更に高度な機能を備えるシールドマシン等の種々の構成の掘削装置が採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は、アンダーパス工事等が行われているトンネル施工現場、より具体的には、トンネルの施工に先立って行われる外殻用下穴の掘削を効率良く、安全に、安定して行なえるようにしたい場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】横型鋼殻と縦型鋼殻とを組み合わせることによって構成される外殻の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図２】基準鋼殻と横型鋼殻と縦型鋼殻とを組み合わせることによって構成される外殻の他の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図３】本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す正面から見た縦断面図である。
【図４】本発明に係る密閉式掘削装置の一例を示す側断面図である。
【図５】本発明に係る密閉式掘削方法の各工程を示す説明図である。
【図６】本発明の密閉式掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図であって、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は側断面図をそれぞれ示している。
【図７】従来の掘削装置を使用した場合の緩み領域と緩み高さの大きさを示す説明図であって、（ａ）は幅寸法がａで高さ寸法がｂの基本的な大きさのトンネルを形成する場合の正面から見た縦断面図、（ｂ）は同上側断面図をそれぞれ示している。また（ｃ）は幅寸法が４ａで高さ寸法がｂの横に長いトンネルを形成する場合の正面から見た縦断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 外殻、２ 基準鋼殻、３ 横型鋼殻、４ 縦型鋼殻、７ 中詰めコンクリート、
８ 仮設鋼殻、９ 密閉式掘進機（密閉式掘削装置）、１１ 横型パッケージ掘進機、
１２ 縦型パッケージ掘進機、１３ カッタービット固定揺動板、１４ カッタービット１５ カッター揺動油圧ジャッキ、１６ コピーカッター、
１７ コピーカッター油圧ジャッキ、１９ スクリューコンベヤ、２０ カッター要素、２１ 駆動手段、２２ シールド筒体、２３ 前筒体、２４ 後筒体、２５ 筒状胴部、２６ 可動手段、２７ 可動ルーフ、２８ 可動ブレード、
２９ ブレード可動油圧ジャッキ、１００ 外殻用下穴、ＴＲ トンネル、
Ｒ 地山、土砂、ＧＬ 地面線、Ａ 緩み領域、Ａ’ 緩み領域、Ａ’’ 緩み領域、
Ｈ 緩み高さ、Ｈ’ 緩み高さ、Ｈ’’ 緩み高さ、θ 緩み角度、
ａ （外殻用下穴の）幅寸法、ｂ （外殻用下穴の）高さ寸法、ｃ （下辺の）端点、
ｃ’ （下辺の）端点、ｄ 交点、ｄ’ 交点、ｃ’’ 下点、ｅ 上点、ｆ 交点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接地山を掘削するカッター要素と、カッター要素を駆動する駆動手段と、カッター要素及び駆動手段を保持するシールド筒体とを備え、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削するようにした密閉式掘削装置であって、
前記シールド筒体は、上記カッター要素と駆動手段とを保持してこれらと一体に移動する筒状胴部と、筒状胴部の上部に位置し、可動手段によって筒状胴部とは別個独立して掘進方向に迫り出すように移動する可動ルーフとを備えていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項２】
請求項１において、前記シールド筒体は前記カッター要素を複数組水平方向に並設した横に長い角筒状の部材であって、当該シールド筒体における可動ルーフはそれぞれ別個独立して駆動される複数枚の可動ブレードによって構成されていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項３】
請求項２において、前記可動手段は油圧ジャッキであり、１枚の可動ブレードに対して２基のブレード可動油圧ジャッキを使用して駆動するようにしたことを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記可動ルーフの迫り出し量は、直上の地山の緩み高さを直上の地山等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ルーフの円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲に設定されていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、前記密閉式掘削装置は道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において適用される掘削装置であって、複数組のカッター要素を水平方向に並設した横に長い密閉式の横型パッケージ掘進機であることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項６】
地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削する密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法であって、
前記密閉式掘削装置として請求項１〜５のいずれか１項に記載の密閉式掘削装置を使用しており、カッター要素による地山の掘削に先行して可動ルーフを掘進方向に迫り出させることを特徴とする密閉式掘削方法。
【請求項７】
請求項６において、前記密閉式掘削方法は、地山の掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で保持すると共に、可動ルーフの先端位置をカッター要素の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山の掘削開始壁面に当接させた状態とする可動開始準備工程と、可動手段により可動ルーフを所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山中に挿入する可動ルーフ迫り出し工程と、駆動手段を駆動してカッター要素を作動状態にすると共に、シールド筒体を上記可動ルーフの迫り出し量分掘進させる掘削掘進工程とを有し、これらを繰り返し実行することによって所望の長さ、地山を掘削するようにしたことを特徴とする密閉式掘削方法
【請求項８】
請求項６または７において、前記カッター要素による地山の掘削及びシールド筒体の掘進と同時にシールド筒体の内側からシールド筒体の外部に向けて滑材を注入するようにしたことを特徴とする密閉式掘削方法。
【請求項１】
直接地山を掘削するカッター要素と、カッター要素を駆動する駆動手段と、カッター要素及び駆動手段を保持するシールド筒体とを備え、地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削するようにした密閉式掘削装置であって、
前記シールド筒体は、上記カッター要素と駆動手段とを保持してこれらと一体に移動する筒状胴部と、筒状胴部の上部に位置し、可動手段によって筒状胴部とは別個独立して掘進方向に迫り出すように移動する可動ルーフとを備えていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項２】
請求項１において、前記シールド筒体は前記カッター要素を複数組水平方向に並設した横に長い角筒状の部材であって、当該シールド筒体における可動ルーフはそれぞれ別個独立して駆動される複数枚の可動ブレードによって構成されていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項３】
請求項２において、前記可動手段は油圧ジャッキであり、１枚の可動ブレードに対して２基のブレード可動油圧ジャッキを使用して駆動するようにしたことを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記可動ルーフの迫り出し量は、直上の地山の緩み高さを直上の地山等に影響を与えない程度に低くでき、尚且つ可動ルーフの円滑な移動を妨げるような大きさの土圧が掛からない範囲に設定されていることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、前記密閉式掘削装置は道路や鉄道の盛土部等のアンダーパス工事において適用される掘削装置であって、複数組のカッター要素を水平方向に並設した横に長い密閉式の横型パッケージ掘進機であることを特徴とする密閉式掘削装置。
【請求項６】
地山を掘削するに際して当該掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で掘削する密閉式掘削装置を使用した密閉式掘削方法であって、
前記密閉式掘削装置として請求項１〜５のいずれか１項に記載の密閉式掘削装置を使用しており、カッター要素による地山の掘削に先行して可動ルーフを掘進方向に迫り出させることを特徴とする密閉式掘削方法。
【請求項７】
請求項６において、前記密閉式掘削方法は、地山の掘削部位周辺を密閉して圧力をかけた状態で保持すると共に、可動ルーフの先端位置をカッター要素の先端位置より幾分突出させた可動開始位置にして地山の掘削開始壁面に当接させた状態とする可動開始準備工程と、可動手段により可動ルーフを所定の迫り出し量、掘進方向に迫り出させて地山中に挿入する可動ルーフ迫り出し工程と、駆動手段を駆動してカッター要素を作動状態にすると共に、シールド筒体を上記可動ルーフの迫り出し量分掘進させる掘削掘進工程とを有し、これらを繰り返し実行することによって所望の長さ、地山を掘削するようにしたことを特徴とする密閉式掘削方法
【請求項８】
請求項６または７において、前記カッター要素による地山の掘削及びシールド筒体の掘進と同時にシールド筒体の内側からシールド筒体の外部に向けて滑材を注入するようにしたことを特徴とする密閉式掘削方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１２５０８５（Ｐ２００６−１２５０８５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１５８５４（Ｐ２００４−３１５８５４）
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００１４８３４６）株式会社錢高組 (67)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２９日（２００４．１０．２９）
【出願人】（０００１４８３４６）株式会社錢高組 (67)
【Ｆターム（参考）】
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