JP2726765B2 - トンネル掘削機及びトンネル掘削機用移動式止水壁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水底トンネルを掘削する
トンネル掘削機及びそのトンネル掘削機によって水底ト
ンネルを掘削するときにトンネル内への浸水を防止する
移動式止水壁に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの施工方法としてはシールド工
法や沈理工法などが知られている。ところが、シールド
工法にあって、水底トンネルを掘削する場合にはトンネ
ル径の1.５倍以上の土被りをとることによりトンネル延
長が長くなり、これを小さくするとトンネルが浮上した
り、セグメントに土圧のアンバランスによる曲げ応力が
生じてしまうなどの問題が生じてしまう。

【０００３】また、沈理工法にあっては、トンネルを沈
めながらトンネルを延長していくために大量の土砂を取
扱うこととなり、残土処分地や海水汚濁の問題が発生し
てしまう。

【０００４】そこで、水底トンネルのオープンシールド
施工方法として、海底や湖底などの水底ぎりぎりを掘削
して道路や下水、鉄道のトンネルを施工するものが開発
されている。

【０００５】これはシールド工法のセグメントに相当す
る中空状のリングピースを用いるものであって、シール
ド掘削機でリングピース一つの長さ分だけ掘進した後に
推進ジャッキによって空間部を形成し、この空間部に船
上にあるリングピースを掘削機本体の上部開口から搬入
し、既設されたトンネルにリングピースを密着させボル
ト等によって固定し、更に、隣接するリングピース間に
モルタルを打設することでトンネルを延長していくもの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような水底トンネ
ルのオープンシールド施工方法にあっては、掘削機本体
内や既設されたトンネル内への浸水を防止するために掘
削機本体側と既設トンネル側に止水壁が設けられてい
る。従って、各止水壁によって形成された空間内におい
て、推進ジャッキによって掘削機本体（止水壁）と既設
トンネルとの間にリングピースを搬入するための空間部
を形成し、ここに外部からリングピースを入れている。

【０００７】ところが、推進ジャッキの先端部は既設さ
れたトンネル、即ち、固定されたリングピースを当接し
ており、リングピースを所定位置に搬入する場合には推
進ジャッキが邪魔となってしまう。そのため、この搬入
時には推進ジャッキを縮めて作業を行わなければなら
ず、このとき、掘削機本体に対するカッタ側からの土圧
によってこの掘削機本体が後退、所謂、バックリングを
起こしてしまうという問題がある。

【０００８】また、掘削機本体側の止水壁はこの本体に
取付けられているため、掘削機の前進に伴って移動する
が、既設トンネル側の止水壁はこの既設トンネルの内周
部、即ち、リングピースに取付けられているため、掘削
機の前進に伴って移動しない。既設トンネル内では作業
者が密着したリングピースの接続作業を行うためにこの
止水壁を移動させると共に大気圧状態に維持する必要が
ある。

【０００９】従来は各止水壁の間を密閉した空間部と
し、作業者が手作業で既設トンネル側の止水壁を移動し
ており、作業が面倒となると共に長時間となり、作業性
がよくなかった。

【００１０】更に、リングピースの搬入時には止水壁に
はかなり大きな水圧が作用し、止水壁の摩擦力のみによ
って既設トンネルの内周面に取付けられている場合に
は、この水圧に対応しきれないことがあり、浸水の虞れ
もあった。

【００１１】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、トンネル掘削作業の作業性の向上を図ったト
ンネル掘削機及びトンネル掘削機用移動式止水壁を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、前部にカッタを有しト
ンネルの構成材であるリングピースを内部に搬入する開
口部を有する掘削機本体と、該掘削機本体の後部に設け
られ既設トンネルからの反力を得て掘進する複数の推進
ジャッキと、既設トンネル内への浸水を防止する止水壁
とを具えたトンネル掘削機において、前記リングピース
を前記掘削機本体内部に搬入するときに前記掘削機本体
の後退を防止する伸縮ジャッキを設けたことを特徴とす
るものである。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削機用移動式止
水壁は、掘削機本体に形成された開口部からリングピー
スが搬入され、該リングピースが接続されて構成された
トンネル内に設けられる浸水防止用止水壁において、既
設されたトンネルの内周部に形成された凹部に挿脱自在
であって、該凹部に挿入されたときに前記止水壁に作用
する外圧を受け止める突出部材を前記止水壁の外周部に
設けたことを特徴とするものである。

【００１４】また、本発明のトンネル掘削機用移動式止
水壁は、掘削機本体に形成された開口部からリングピー
スが搬入され、該リングピースが接続されて構成された
トンネル内に設けられる浸水防止用止水壁において、前
記止水壁の外周部に中空状をなし内部に流体を供給して
膨張することで既設されたトンネルの内周面に圧接する
防水用弾性シール部材を設けたことを特徴とするもので
ある。

【００１５】

【作用】掘削機本体が掘進して掘削機本体と既設トンネ
ルとの間に空間部が形成されると、掘削機本体内部にリ
ングピースが搬入される。このとき、リングピースの搬
入の邪魔になるので、推進ジャッキは縮められるが、掘
削機本体と既設トンネルとの間に伸縮ジャッキが伸張す
ることで、掘削機本体の後退が防止される。

【００１６】また、止水壁は移動自在であり、外周部の
突出部材が既設トンネル内周部の凹部に挿入されること
で、この止水壁に作用する外圧を確実に受け止められ
る。

【００１７】更に、止水壁は中空状の防水用弾性シール
部材内部に流体を供給して膨張することで、既設された
トンネルの内周面に圧接して浸水が確実に防止される。

【００１８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１９】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機及びトンネル掘削機用移動式止水壁の要部断面、図
２に止水壁の正面、図３にトンネル掘削機及び移動式止
水壁の異なる部分での断面、図４に防水用弾性シール部
材の断面、図５乃至図１３にトンネル掘削機及び移動式
止水壁の作動説明を示す。

【００２０】図１及び図２に示すように、トンネル掘削
機において、掘削機本体１１は筒状をなし、前部に隔壁
としてのバルグヘッド１２が取付けられている。そし
て、このバルグヘッド１２の前面には上段用回転カッタ
１３と下段用回転カッタ１４が取付けられている。な
お、各カッタ１３，１４の組合せ及び取付位置、形状は
種々考えられるものである。

【００２１】一方、掘削機本体１１の後部には隔壁とし
てのバルグヘッド１５が取付けられている。そして、こ
のバルグヘッド１５には周方向に複数の推進ジャッキ１
６が後方（図１右方）を向いて取付けられている。ま
た、このバルグヘッド１５には図示しない点検用マンホ
ールが設けられている。

【００２２】掘削機本体１１の内部には各カッタ１３，
１４によって掘削された土砂を排出するスクリューコン
ベア１７が左右に複数（図面では一つ）並設されてい
る。

【００２３】スクリューコンベア１７の後部には排泥用
ポンプ１８が取付けられている。そして、この排泥用ポ
ンプ１８には排泥用管１９の基端部が接続され、排泥用
管１９の先端部は水上まで延設され、図示しない船舶等
の処理設備に接続されている。

【００２４】また、スクリューコンベア１７の後部には
給水管２０を介して給水ポンプ２１が取付けられ、途中
に給水バルブ２２が接続されている。給水ポンプ２１に
は先端部が水中に延設された給排水管２３の基端部が接
続され、途中に給水バルブ２４が接続されている。ま
た、給水ポンプ２１には先端部がバルグヘッド１５の外
方に延設された給水管２５の基端部が接続され、途中に
給水バルブ２６が接続されている。更に、給水管２０と
給排水管２３とは途中に排水バルブ２７が取付けられた
排水管２８によって連結されている。

【００２５】従って、給水バルブ２４と２６の切換えに
よって給水ポンプ２１による吸い込み位置を水中とバル
グヘッド１５の外方とで選択することができる。また、
給水バルブ２２と排水バルブ２７の切換えによって給水
ポンプ２１による吐き出し位置を水中とスクリューコン
ベア１７の後部とで選択することができる。

【００２６】なお、回転カッタ１３，１４による掘進時
には給水バルブ２２と給水バルブ２４を閉じ、給水バル
ブ２６と排水バルブ２７を開け、給排水管２３によって
水中から水を吸い込み、給水管２０によってスクリュー
コンベア１７の後部に吐き出している。これによって掘
削土をスリラー化し、排泥用ポンプ１８により排泥用管
１９を介して船舶等の処理設備に搬出している。

【００２７】掘削機本体１１は既設されたトンネル１の
端部に嵌合するように取付けられている。トンネル１は
複数のリングピース２がそれぞれボルト等によって接続
されて構成され、内周部に凹部３が形成されている。そ
して、この凹部にモルタルを注入して強度を上げてい
る。なお、このリングピース２はリング状に一体に形成
されている。

【００２８】掘削機本体１１の後部にはトンネル１の端
部と密着するようにその内周面にテールパッキン２９が
取付けられている。また、掘削機本体１１の後部にはリ
ングピース２の搬入用開口３０が形成され、ゲートジャ
ッキ３１にて駆動するゲート３２によって開閉自在とな
っている。

【００２９】本実施例のトンネル掘削機は、図１乃至図
４に示すように、掘削機本体１１の後方に移動式止水壁
４１を有している。この移動式止水壁４１において、止
水壁本体４２は既設トンネル１の内側に若干の隙間をも
って位置し、外圧に十分耐えることができるように内部
が格子状になっている。そして、トンネル１の内周面に
圧接自在な複数のシュー４３，４４と、トンネル１の凹
部３に挿脱自在であって、その凹部３に挿入されたとき
に止水壁本体４２に作用する外圧を受け止める反力剛体
としての複数の突出部材４５，４６を有している。

【００３０】シュー４３と４４は止水壁本体４２にそれ
ぞれ直交する方向に移動自在に支持された支持筒４７の
先端部に固定され、図示しないジャッキによって駆動す
ることができるようになっている。なお、シュー４３，
４４の長さはトンネル１の凹部３に入り込まないように
そり状をなし、且つ、適度な長さを有している。

【００３１】突出部材４５，４６は止水壁本体４２に取
付けられた支持筒４８に移動自在に支持され、ジャッキ
４９によって駆動することができるようになっている。

【００３２】また、止水壁本体４２の前面外周部には防
水用弾性シール部材５１が設けられている。図４に示す
ように、止水壁本体４２にはブラケット５２を介してリ
ング状の支持部材５３が固定されている。この支持部材
５３の外周部にはシールガイド５４によって中空状で全
体がリング状をなす防水用弾性シール部材５１が取付け
られている。

【００３３】この弾性シール部材５１及び支持部材５３
を貫通して注入孔５５が形成され、この注入孔５５には
給排管５６の先端が接続されている。この給排管５６の
基端はエアまたはその他の気体や水や油などの液体を給
排する図示しない給排装置が接続されている。

【００３４】従って、給排装置によって弾性シール部材
５１の内部に流体を供給して膨張させると既設されたト
ンネル１の内周面に圧接し、これによってトンネル１内
への浸水を防止することができる。

【００３５】また、止水壁本体４２には、図１及び図２
に示すように、リングピース２を掘削機本体１１の内部
に搬入するときに掘削機本体１１の後退（バックリン
グ）を防止する上下一対の伸縮ジャッキが設けられてい
る。

【００３６】即ち、止水壁本体４２の中央部には上下に
一対の外筒５７が固定されており、この外筒５７には支
持筒５８が移動自在に支持されている。そして、支持筒
５８はジャッキ５９によって伸縮することができ、伸張
時に先端がバルグヘッド１５に当接してバックリングを
防止することができるようになっている。

【００３７】また、各外筒５７の後部には上下方向に沿
う案内外筒６０が固定されている。この案内外筒６０に
は上下にそれぞれシュー６１が固定された支持筒６２が
移動自在に支持され、支持筒６２は図示しないジャッキ
によって駆動することができるようになっている。

【００３８】なお、外筒５７にはピッチングローリング
計６３が取付けられている。これは掘削機本体１１の停
止時にこの本体１１の適正な位置を調整するためのもの
である。

【００３９】図２及び図３に示すように、止水壁本体４
２に設けられた支持筒５８の両側にはスライド用内筒６
４がトンネル１の軸方向に沿って、且つ、後方に向かっ
て固定されている。各内筒６４には外筒６５が移動自在
に嵌合しており、内筒６４の内部に設けられたスライド
ジヤッキ６６によって駆動することができる。

【００４０】外筒６５の外周部には外表面が球面形状の
ガイド部材６７が固定されており、このガイド部材６７
には内面が同様の球面形状をなすガイド筒６８が嵌合し
ている。そして、ガイド筒６８の外部には上下に支持筒
６９が固定されており、この支持筒６９には突出部材７
０が移動自在に支持され、ジャッキ７１によって駆動す
ることができるようになっている。

【００４１】外筒６５と支持筒６９とは傾斜ジャッキ７
２によって連結されている。これは掘削するトンネルが
水平から傾斜状態に変化したときに対応することができ
るようにしたものであって、傾斜ジャッキ７２を駆動す
ることで支持筒６９をガイド部材６７の球面形状によっ
て傾斜させ、突出部材７０が傾斜したトンネル１の凹部
３に挿脱することができるようになっている。

【００４２】なお、止水壁本体４２には、図２及び図３
に示すように、既設トンネル１内と外部を連通する連通
管７３とバルブ７４が設けられている。これは既設トン
ネル１内の空気抜きを行うもので、通常はバルブ７４に
よって閉じられている。

【００４３】以下、上述した本実施例のトンネル掘削機
の作用について説明する。

【００４４】掘削機本体１１によって掘削するには、先
ず、図５に示すように、ゲートジャッキ３０によってゲ
ート３２を開放し、バルグヘッド１５と止水壁４１によ
って形成される部屋内に水を導入する。これはカッタ１
３，１４による掘削の水圧に対抗させて推力を少なくす
るためである。

【００４５】そして、各推進ジャッキ１６を伸張し、カ
ッタ１３，１４及びスクリューコンベア１７を駆動させ
る一方、給水バルブ２２と給水バルブ２４を開け、給水
バルブ２６と排水バルブ２７を閉じ、排泥用ポンプ１８
及び給水ポンプ２１を駆動する。すると、給排水管２３
によって水中から水を吸い込み、給水管２０によってス
クリューコンベア１７の後部に吐き出す。これによって
掘削土がスリラー化し、排泥用ポンプ１８により排泥用
管１９を介して船舶等の処理設備に搬出される。

【００４６】掘削機本体１１が一つのリングピース２の
幅よりも若干大きく掘進することで掘削は終了し、図６
に示すように、推進ジャッキ１６は最大量伸張してい
る。この状態で既設されたトンネル１の端部に新しいリ
ングピース２を接続する。

【００４７】図７に示すように、水上の船舶等空クレー
ンによってリングピース２を吊り降ろし、掘削機本体１
１の開口３０から内部に搬入する。このとき、上部の推
進ジャッキ１６を縮め、ジャッキ５９によって下段の支
持筒５８を伸ばして先端部をバルグヘッド１５に当接さ
せる。

【００４８】そして、リングピース２が、図８に示すよ
うに、掘削機本体１１内部の中間部まで搬入されると、
上部の推進ジャッキ１６を伸張し、中央の支持筒５８を
縮める。

【００４９】リングピース２が、図９に示すように、掘
削機本体１１内部の下部まで搬入されると、推進ジャッ
キ１６を縮める一方、中央の支持筒５８を伸張する。

【００５０】そして、図１０に示すように、リングピー
ス２が既設トンネル１との接続位置に搬入されると、す
べての推進ジャッキ１６を伸張してリングピース２を既
設トンネル１の端部に押しつける。このようにしてリン
グピース２の搬入が完了するが、この間、推進ジャッキ
１６のみならず、支持筒５８によってバルグヘッド１５
が支えられることで、掘削時のバックリングが防止され
る。

【００５１】リングピース２の組み込みが完了すると、
その組み込み状態の確認や移動式止水壁４１を移動させ
るためにバルグヘッド１５と止水壁４１によって形成さ
れた部屋内の水を排水する必要がある。従って、図１１
に示すように、ゲート３２を閉じ、給水バルブ２２と給
水バルブ２４を閉じ、給水バルブ２６と排水バルブ２７
を開け、給水ポンプ２１を駆動し、排水管２５、排水管
２８、給排水管２３を介して水中に水を吐き出す。

【００５２】このとき、止水壁４１のバルブ７４を開け
て連通管７３から空気を導入する。そして、水位が排水
管２５の開口付近まできたら排水を停止する。このよう
に部屋から水が排出されて大気圧状態となる。

【００５３】リングピース２の搬入が完了したら、これ
を既設トンネル１に固定するために止水壁４１を前進さ
せる。まず、図１１において、止水壁本体４２の各突出
部材４５，４５を縮めて凹部３から抜く。また、各シュ
ー４３，４４による既設トンネル１内周面の圧接を解除
する。更に、図４に示すように、シール部材５１から流
体を排出して、同図二点鎖線で示すように、既設トンネ
ル１内周面の圧接を解除する。

【００５４】そして、図１２に示すように、反力剛体と
しての突出部材７０がトンネル１の凹部３に十分支持さ
れているかを傾斜ジャッキ７２によって調整して確認す
る。この状態からスライドジャッキ６６を駆動すると、
突出部材７０、シュー６１によってトンネル１側に固定
された外筒６５を基点として止水壁本体４２が前方（図
１２左方）に移動する。

【００５５】止水壁本体４２の移動量はリングピース２
一つの幅分であり、所定位置で止水壁本体４２の各突出
部材４５，４５を凹部３内に挿入すると共に各シュー４
３，４４を既設トンネル１内周面に圧接させる。

【００５６】このとき、ピッチングローリング計６３の
出力値によって掘削機本体１１の上下左右位置を及び突
出部材４５，４６、シュー４３，４４の位置を調整す
る。

【００５７】掘削機本体１１の前部が前進した後、次に
後部を前進させる。まず、反力剛体としての各突出部材
７０を縮めて凹部３から抜き、各シュー６１による既設
トンネル１内周面の圧接を解除する。そして、スライド
ジャッキ６６を駆動して掘削機本体１１の前部を基点と
してその後部が前方に移動する。

【００５８】この移動量は掘削機本体１１の前部の移動
量と同様であり、図１３に示すように、所定位置で各突
出部材７０を凹部３内に挿入すると共に各シュー６１を
既設トンネル１内周面に圧接させる。また、シール部材
５１に流体を供給して既設トンネル１内周面に圧接させ
る。

【００５９】このようにしてトンネルの延長作業が完了
する。

【００６０】なお、上述の実施例において、バックリン
グを防止する支持筒５８及びジャッキ５９を上下２段に
設けたが、左右対称に設けてもよく、掘削するトンネル
の大きさによって適宜設ければよいものである。

【００６１】また、各突出部材４５，４６，７０やシュ
ー４３，４４，６１もその取付位置、その数に限定され
るものではない。

【００６２】更に、上述の実施例においてはバックリン
グを防止する伸縮ジャッキとしての支持筒５８及びジャ
ッキ５９を止水壁４１側に設けたが、掘削機本体１１側
に設けてもよい。

【００６３】図１４に本発明のトンネル掘削機に係る他
の伸縮ジャッキを示す。同図に示すように、掘削機本体
１１のバルグヘッド１５には上下一対の外筒８１が固定
されており、この外筒８１には支持筒８２が移動自在
に、且つ、図示しないジャッキによって伸縮自在に支持
されている。

【００６４】従って、リングピース２の搬入時に、前述
の実施例と同様に、支持筒８２を伸張して止水壁本体４
２に固定された当接部材８３に圧接することでバックリ
ングを防止することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体の後
退を防止する伸縮ジャッキを設けたので、既設トンネル
を構成するリングピースを掘削機本体内部に搬入すると
きに掘削機本体と既設トンネルとの間に伸縮ジャッキが
伸張することで、掘削機本体の後退を防止することがで
きる。

【００６６】また、本発明のトンネル掘削機用移動式止
水壁によれば、既設されたトンネルの内周部に形成され
た凹部に挿脱自在な突出部材を設けたので、止水壁が移
動自在となり突出部材が既設トンネル内周部の凹部に挿
入されることで、この止水壁に作用する外圧を確実に受
け止めることができる。

【００６７】更に、止水壁の外周部に中空状をなす防水
用弾性シール部材を設けたので、内部に流体を供給して
膨張させることで既設されたトンネルの内周面に圧接
し、浸水を確実に防止することができる。

【００６８】その結果、トンネル掘削作業の作業性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るトンネル掘削機
及びトンネル掘削機用移動式止水壁の要部断面図（図２
のＡ−Ａ断面図）である。

【図２】止水壁の正面図である。

【図３】トンネル掘削機及び移動式止水壁の異なる部分
での断面であって、図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】防水用弾性シール部材の断面である。

【図５】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図６】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図７】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図８】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図９】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図１０】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図１１】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図１２】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図１３】トンネル掘削機の作動説明図である。

【図１４】本発明のトンネル掘削機に係る他の伸縮ジャ
ッキを表す要部断面図である。

【符号の説明】

１ 既設トンネル ２ リングピース ３ 凹部 １１ 掘削機本体 １３ カッタ １４ カッタ １５ バルグヘッド １６ 推進ジャッキ １７ スクリューコンベア ３０ 開口 ４１ 移動式止水壁 ４２ 止水壁本体 ４３，４４，６１ シュー ４５，４６，７０ 突出部材 ５１ 防水用弾性シール部材 ５８，８２ 支持筒 ５９ ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 隆夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 一号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 和田 憲治 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 松本 正 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 審査官 中槙 利明 (56)参考文献 特開 平４−83094（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257287（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257294（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部にカッタを有しトンネルの構成材で
   あるリングピースを内部に搬入する開口部を有する掘削
   機本体と、該掘削機本体の後部に設けられ既設トンネル
   からの反力を得て掘進する複数の推進ジャッキと、既設
   トンネル内への浸水を防止する止水壁とを具えたトンネ
   ル掘削機において、前記リングピースを前記掘削機本体
   内部に搬入するときに前記掘削機本体の後退を防止する
   伸縮ジャッキを設けたことを特徴とするトンネル掘削
   機。
2. 【請求項２】 掘削機本体に形成された開口部からリン
   グピースが搬入され、該リングピースが接続されて構成
   されたトンネル内に設けられる浸水防止用止水壁におい
   て、既設されたトンネルの内周部に形成された凹部に挿
   脱自在であって、該凹部に挿入されたときに前記止水壁
   に作用する外圧を受け止める突出部材を前記止水壁の外
   周部に設けたことを特徴とするトンネル掘削機用移動式
   止水壁。
3. 【請求項３】 掘削機本体に形成された開口部からリン
   グピースが搬入され、該リングピースが接続されて構成
   されたトンネル内に設けられる浸水防止用止水壁におい
   て、前記止水壁の外周部に中空状をなし内部に流体を供
   給して膨張することで既設されたトンネルの内周面に圧
   接する防水用弾性シール部材を設けたことを特徴とする
   トンネル掘削機用移動式止水壁。