JPH0588360B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、地中にトンネルを建設する際に用い
るシールド掘進機のカツタ装置に係わり、特にセ
ンターシヤフトの先端部に放射状に延在するスポ
ークとセンターシヤフトを軸支する仕切板との間
に地山を支持する面板を設けたカツタ装置に関す
るものである。

「従来の技術」 本出願人は、先にシールド・トンネルの地中接
合工法を提供した。

この工法は、スキンプレートの先端部が外筒と
内筒とにより二重に形成されていると共に前記外
筒及び内筒の間に貫入リングが格納されている第
１のシールド掘進機及びスキンプレートの先端部
が前記第１のシールド掘進機と同径の外筒と内筒
とにより二重に形成された第２のシールド掘進機
を１組として築造すべきトンネルを途中で接合さ
せるべく両端側からそれぞれトンネルを掘削する
工程と、該トンネル掘削工程終了直前において、
前記第１のシールド掘進機の貫入リングを該第１
のシールド掘進機の軸線に沿つて前方に摺動さ
せ、前記貫入リングにより前記第１及び第２のシ
ールド掘進機の間に残されたトンネル接合部の地
山を覆う工程と、該工程終了後、前記第１及び第
２のシールド掘進機のスキンプレートを残したま
まシールド掘進機を解体して、該接合部の地山を
掘削し、更に前記スキンプレートの内面にコンク
リートを打設して前記接合部の壁面を覆工する工
程とからなるものである。

このトンネルの地中接合工法において、最も重
要な工程の一つが前記、「第１のシールド掘進機
の貫入リングを該第１のシールド掘進機の軸線に
沿つて前方に摺動させ、前記貫入リングにより前
記第１及び第２のシールド掘進機の間に残された
トンネル接合部の地山を覆う工程」である。そし
て、この工程の中で貫入リングを押出す際に、貫
入リングがカツタ装置の先端部に当たらないよう
に、カツタ装置の先端部をスキンプレートの径方
向に縮小させる必要がある。

従来、この種の先端部がスキンプレートの径方
向に伸縮可能なカツタ装置としては、外周部にコ
ピーカツタを備えたカツタ装置が知られている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記従来のカツタ装置のコピーカツ
タは、シールド掘進機の方向制御を目的とするも
のであり、シールド掘進機を旋回させる方向の地
山を余掘りするための装置である。したがつて、
コピーカツタは方向を変える時以外の通常掘削時
には使用不可能であるとともに、コピーカツタを
備えたカツタ装置は外周面がスキンプレートの外
周面と同じ外径に形成されており、コピーカツタ
は旋回可能なようにスキンプレートの外周面より
径方向外側に少量（約15cm程度）の伸縮量しか確
保されておらず、また、先端部のみにしか切削刃
が形成されておらず、本出願人が提供したシール
ド・トンネルの地中接合工法のカツタ装置として
は不適当であるという問題点がある。

なお、コピーカツタ自身を大形化するような構
成とすれば伸縮量が大きくなる反面、その大形化
に伴つて先端刃等の収納場所に制限を受け、ま
た、先端刃の伸縮装置等の構造が複雑化するとい
つた問題点が生じる。

そこで本出願人は、このような問題点を解決す
べく鋭意研究した結果、スポーク型のカツタ装置
において、センターシヤフトの先端部からスキン
プレートの径方向に放射状に延在するスポークの
内部に、スキンプレートの径方向に伸縮自在な先
端刃とこれをスポークの内外へ伸縮させる油圧装
置を配設すれば、先端刃等の収納場所に制限を受
けずに、伸縮量の大きな先端刃を持つカツタ装置
を従来のカツタ装置と変わるところなくコンパク
トに構成することができるとの考えに至つた。

ところが、このようなスポーク型のカツタ装置
に適用した例では、泥土加圧式シールドに限定さ
れてしまい、崩壊性の高い地盤にこれを適用する
のが難しいといつた解決すべき問題点がある。

「問題点を解決するための手段」 そこで本発明は、前記問題点を解決するため
に、スキンプレートの中心軸線上に設けられたセ
ンターシヤフトと、このセンターシヤフトの先端
部から前記スキンプレートの径方向に放射状に延
在するとともに表面に切削刃を備えたスポーク
と、このスポークの内部に配設されるとともにス
ポークの内部からスキンプレートの径方向に伸縮
自在な先端刃と、この先端刃を前記スポークの内
外へ伸縮させる油圧装置とを具備したものにおい
て、前記スポークとセンターシヤフトを軸支する
仕切板との間に地山を支持する土砂取入口を持つ
た面板をスキンプレートの前部開口部を覆う形態
に配設したことを特徴としている。

「作用」 前記構成のカツタ装置によれば、スポークの裏
側に配設された面板により掘削部の地山を支持し
た状態で、スポークを回転させながら、地山を掘
削するので、スキンプレートの径方向への大きな
伸縮量を持つたコンパクトな構成のカツタ装置に
よつて、掘削径の縮小を招くことなく、掘削する
ことができる上、面板と仕切板との間に充満した
削土へ、切羽土水圧にバランスする送水圧を加え
ることにより、切羽地盤の安定を図ることを達成
し得て、崩壊性の高い地盤に対する適用性を向上
することができる。

「実施例」 以下、本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。第１図ないし第３図は本発明の装
置の一実施例を示すものであり、第４図ないし第
７図は、この発明の装置を用いた場合のシール
ド・トンネルの地中接合工法の一例を示すもので
ある。

まず、第１図ないし第３図を用いて、シールド
掘進機１のカツタ装置Ｃについて説明すると、シ
ールド掘進機１の円筒状のスキンプレート１ａの
中心軸線上にはスキンプレート１ａの前部から先
端部が突出するとともに、掘進方向（矢視Ｘ−Ｙ
方向）に移動自在な軸部（センターシヤフト）３
が設けられており、この軸部３の先端部から前記
スキンプレート１ａの径方向に放射状に６本のス
ポーク４，４，……がスキンプレート１ａの外周
面の内側まで延在するとともに、その表面には切
削刃５，５，……が固定されている。そして、こ
のスポーク４の内部にはそれぞれ先端刃６が配設
されているとともに、先端刃６はスキンプレート
１ａの外周面の外側まで径方向に伸縮自在とされ
ており、この先端刃６は油圧装置７によつてスポ
ーク４の内外へ伸縮されるようになつている。

さらに、前記先端刃６は、その先端部及び前面
に切削刃８，８，……が形成されているととも
に、基端部８ａが軸体９を介して油圧装置７の油
圧ジヤツキ７ａに連結されている。油圧装置７
は、前記油圧ジヤツキ７ａと配管７ｂ，７ｂ，…
…を介してそれを駆動させるパワーユニツト７ｃ
とから構成されている そして本発明では、前記スポーク４とセンター
シヤフト３を軸支する仕切板１４との間すなわち
スポーク４の後側（第１図右側）に地山Ｇを支持
する面板４０が配設されている。この面板４０
は、スキンプレート１ａの先端開口部を覆う円板
状に形成されたもので、スポーク４と同様にスキ
ンプレート１ａの内側に収納されるように、全体
がスキンプレート１ａの内周面よりもわずかに小
径に形成されている。また、この面板４０は軸部
３とは別個に設けられ、スポーク４とともに回転
しないように構成されており、かつ、第３図に示
すように、シールド掘進機１のスキンプレート１
ａ（内筒１２）との間に設けられたガイド機構６
０に案内されて軸部３の長さ方向（Ｘ−Ｙ方向）
に摺動自在に配設されている。このガイド機構６
０は前記スキンプレート１ａの内周面に突設され
たガイド板６１と、面板４０の外周に形成されか
つ前記ガイド板６１に嵌合する嵌合溝６２とから
構成されている。

一方、前記面板４０には、第２図などに示すよ
うに、面板４０の中心から放射状に延びる掘削土
砂取り込み用の開口部（取入口）４１が設けられ
ている。この開口部４１は掘削された土砂等を面
板４０と仕切板１４との間のチヤンバ４２内に取
り込すためのもので、実施例では長方形状に形成
されているが、この開口部４１の形状はこのもの
に限定されるものではない。

次ぎに、第４図を用いて本発明のカツタ装置Ｃ
を備えたシールド掘進機の一例について説明する
と、符号Ｇは両端部から掘削してきたシールド・
トンネルの接合部付近の地山であり、この地山Ｇ
内では、第１のシールド機１がその前部に設けら
れたカツタ装置Ｃにより、紙面に対して右側に第
１のトンネルTaを掘削し、また第２のシールド
掘進機２がその前部に設けられたカツタ装置Ｃ
（前記第１のシールド機と同様の構成）により左
側に他方のトンネルTbを掘削している。

そして、シールド掘進機１の後方に形成された
トンネルTaの壁面は、このシールド掘進機１の
内部で組み立てられたセグメントSa，Sa，……
によつて１次覆工されていると共に、シールド掘
進機２の後方に形成されたトンネルTbの壁面は、
このシールド掘進機２の内部で組み立てられたセ
グメントSb，Sb，……によつて、１次覆工が行
なわれている。

第１のシールド掘進機１のスキンプレート１ａ
の先端部１ｂは、スキンプレート１ａと同径に形
成された外筒１１と、この外筒１１より小径に形
成された内筒１２とにより、二重に形成されてい
る。この外筒１１と内筒１２との間には、円筒状
の一体又は複数個に分割された貫入リング１３が
格納されており、この貫入リング１３の後端には
膨出部１３ａが形成されている。

また、この外筒１１と内筒１２との間には、ゴ
ム化アスフアルトやグリース等粘性の高い止水剤
が充填されており、これにより接合時の地山付近
の止水を行うとともに、掘進時の掘削土砂の侵入
防止を行うようになつている。この内筒１２の内
部には、前記シールド掘進機１の軸線に直交する
ように形全された仕切板１４が設けられている。
内筒１２とスキンプレート１ａとは、前記シール
ド掘進機１の軸線に直行するように形成されたリ
ング状の支圧板１５により連結されている。この
支圧板１５の前面には、その周方向に押出ジヤツ
キ１７，１７，……が複数個取り付けられ、この
押出ジヤツキ１７の作用端１７ａは、貫入リング
膨出部１３ａの後面に当接している。

また、前記支圧板１５の後面には、その周方向
に推進ジヤツキ１８，１８，……が複数個取り付
けられ、この推進ジヤツキの作用端１８ａは、先
端のセグメントSaの側面に当接されている。前
記第１のシールド掘進機１の前部に設けられたカ
ツタ装置Ｃは、その軸部３が前記仕切板１４に軸
支されることで、シールド掘進機１に支持されて
いる。

第２のシールド掘進機２には、前記第１のスキ
ンプレート１ａと同径の円筒状に形成されたスキ
ンプレート２ａが設けられ、このスキンプレート
２ａの先端部２ｂは、前記第１のシールド掘進機
１と同様に、スキンプレート２ａと同径に形成さ
れた外筒２１と、この外筒２１より小径に形成さ
れた内筒２２とにより、二重に形成されている。

この外筒２１と内筒２２との間には、ゴム化ア
スフアルトやグリース等粘性の高い止水剤が充填
されており、第１のシールド機と同様に、止水や
掘削土の侵入防止を行うようになつている。この
内筒２２の内部には、前記シールド掘進機２の軸
線に直交するように形成された仕切板２４が設け
られている。内筒２２とスキンプレート２ａと
は、前記シールド掘進機２の軸線に直交するよう
に形成されたリング状の支圧板２５により連結さ
れている。

また、スキンプレート２ａには、その内部にリ
ング２３が設けられ、このリング２３の後面に
は、その周方向に推進ジヤツキ２８，２８，……
が複数個取り付けられている。推進ジヤツキ２８
の作用端２８ａは、先端のセグメントSbの側面
に当接されている。

前記第２のシールド掘進機２のカツタ装置Ｃ
は、その軸部３が前記仕切板２４に軸支されるこ
とで、シールド掘進機２に支持されている。

つぎに、第４図ないし第７図を用いて本発明の
カツタ装置Ｃを備えたシールド掘進機１，２によ
つて実際にトンネルを築造する方法について説明
する。

(i) まず、第４図において右側から、第１のシー
ルド掘進機１を用いてカツタ装置Ｃにより地山
Ｇを掘削し、その掘削した坑の壁面にセグメン
トSa，Sa，……の覆工を行い、このセグメン
トSa，Sa，……に反力を取つて推進ジヤツキ
１８，１８，……を駆動させることにより一方
のトンネルTaを築造していく。その際、カツ
タ装置Ｃの先端刃６を伸長させることにより、
カツタ装置Ｃが前記外筒１１の径と同径のトン
ネルを掘削できるようにする。

これと同時に、第４図において左側から、第
２のシールド掘進機２を用いてカツタ装置Ｃに
より地山Ｇと掘削し、その掘削した坑の壁面に
セグメントSb，Sb，……の覆工を行い、この
セグメントSb，Sb，……に反力を取つて推進
ジヤツキ２８，２８，……を駆動させることに
より他方のトンネルTbを築造していく。その
際、第２のシールド掘進機２のカツタ装置Ｃの
先端刃６を伸長させることにより、このカツタ
装置Ｃが前記スキンプレート２ａと同径のトン
ネルを掘削できるようにする。

そして、トンネルの接合部において第１のシ
ールド掘進機１と第２のシールド掘進機２とを
所定長さの地山Gi（約30cm〜1m程度）を残して
対向させる。

次いで、第５図に示すように、前記第１、第
２のシールド機１，２の伸張された先端刃６，
６，……を、油圧装置７を駆動させることによ
り縮小させてスポーク４，４，……の内部に収
める。この際、シールド機１，２の先端からパ
イプ等を介してトンネル接合部の地山Gi中に
泥土を圧入して、地山Giの沈下を防止するよ
うにする。

(ii) 次に、第６図に示すように、第１のシールド
掘進機１の押出ジヤツキ１７を駆動させて、貫
入リング１３の先端部が第２のシールド掘進機
２の外筒２１と内筒２２との間の間〓内に挿入
されるまで、この貫入リング１３を前記シール
ド掘進機１の軸線に沿つて前方に摺動させる。
これにより、貫入リング１３が第１のシールド
掘進機１と第２のシールド掘進機２との間に残
されたトンネル接合部の地山Giを覆つたこと
になる。ここで、外筒１１，２１と内筒１２，
２２との間に充填された前記ゴム化アスフアル
トやグリースは、前記貫入リング１３の押し出
しに従つて、各スキンプレート１ａと２ａとの
間〓から接合部の地山Gi中に浸出してゆく。

(iii) そして、第７図に示すように、カツタ装置Ｃ
を解体、撤去すると共に、仕切板１４，２４を
切り取つて除去し、更に貫入リング１３の両端
部を内筒１２，２２に溶接する。次いで、スキ
ンプレートの内側の壁面に、二次覆工分の厚さ
を含めたコンクリート３１を打設することによ
り接合部の壁面の覆工を行なうことにより、シ
ールド・トンネルの接合部の施工が完了され
る。

以上の工程により、シールド・トンネルの接合
部の施工が完了される。ここで、トンネル接合部
の地山Giは、第１のシールド掘進機１のスキン
プレート先端部１ｂに設けられた貫入リング１３
により覆われるので、この貫入リング１３により
前記接合部の土留や止水が行なわれる。従つて、
凍結工法のような補助工法を用いることなく、シ
ールド・トンネルの接合部の施工を行なうことが
できると共に、トンネルの接合に要する工費や工
期を大幅に低減することのできる。

特に本発明では、地山を掘削する工程におい
て、スポーク４の裏側に配設された面板４０によ
り掘削部の地山を支持した状態で、スポーク４を
回転させながら、このスポーク４によつて地山を
掘削するので、面板４０と仕切板１４との間のチ
ヤンバ４２に充満した削土へ、切羽土水圧にバラ
ンスする送水圧を加えることにより、切羽地盤の
安定を図ることを達成し得て、崩壊性の高い地盤
に対する適用性を向上することができる。

また、この実施例においては、カツタ装置Ｃの
スポーク４，４，……の外径寸法が内筒１２，２
２よりやや小径に形成されているので、先端刃
６，６，……をスポーク４，４，……内に収納
し、軸部３をそれぞれシールド機１，２の掘進方
向後方へ移動させることにより、カツタ装置Ｃを
内筒１２，２２の先端部と仕切板１４，２４とで
形成される枠体内に格納することが可能となる。
従つて、前記工程(ii)において、先端刃６の短縮
後、さらに推進ジヤツキ１８，２８を駆動させて
各シールド掘進機１，２をより接近させても、第
１及び第２のカツタ装置Ｃが互いに接触すること
はない。よつて、各シールド掘進機１，２をより
接近させて対向させることにより、前記トンネル
接合部における止水性をより確保することができ
る。

なお、カツタ装置Ｃの先端刃６を外筒１１，２
１の外側に突出させることにより、シールド機を
旋回させる方向の地山の余掘りが可能となり、コ
ピーカツタと同様にシールド機の方向制御を行う
ことができる。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明のカツタ装置は、
センターシヤフトの先端部から放射状に延在する
とともに表面に切削刃を備えたスポークと、この
スポークの内部に配設されるとともにスポークの
内部からスキンプレートの径方向に伸縮自在な先
端刃と、この先端刃を伸縮させる油圧装置とを具
備し、かつ、前記スポークとセンターシヤフトを
軸支する仕切板との間に地山を支持する土砂取入
口付きの面板をスキンプレートの前部開口部を覆
う形態に配設したので、次のような優れた効果を
奏する。

面板と仕切板との間のチヤンバに充満した削
土へ、切羽土水圧にバランスする送水圧を加え
ることにより、切羽地盤の安定を図ることを達
成し得て、崩壊性の高い地盤に対する適用性を
向上することができる。

伸縮量の大きな先端刃およびこれを駆動する
油圧装置を内蔵したスポークによつて掘削する
ので、貫入リングを押し出して２つのシールド
機の間の地山を覆う工程を有する工法に対する
適用性を向上することができ、また、装置全体
のコンパクト化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の装置の一実施例を
示し、第１図ないし第３図は本発明の装置を、第
４図ないし第７図はこの発明の装置を用いた場合
のシールド・トンネルの地中接合工法の一例を説
明するものであり、第１図はシールド機のカツタ
装置の側断面図、第２図はカツタ装置の正面図、
第３図は面板の構造を示す正面図、第４図は築造
すべきトンネルを２台のシールド機によつての両
端側から掘進してきたところを示すトンネルの側
断面図、第５図はシールド機のカツタ装置を縮小
している状態を示すトンネルの側断面図、第６図
は貫入リングによつて接合部の地山を覆つたとこ
ろの示うトンネルの側断面図、第７図はシールド
機を解体して完成した状態のトンネルの側断面図
である。 Ｇ……地山、Gi……トンネル接合部地山、１
……第１のシールド掘進機、１ａ，２ａ……スキ
ンプレート、１ｂ，２ｂ……スキンプレート先端
部、３……センターシヤフト（軸部）、Ｃ……カ
ツタ装置、４……スポーク、５……切削刃、６…
…先端刃、７……油圧装置、１１，２１……外
筒、１２，２２……内筒、１３……貫入リング、
４０……面板、４１……開口部、４２……チヤン
バ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地山を掘削するために筒状のスキンプレート
   の前部に備えられたシールド掘進機のカツタ装置
   であつて、前記スキンプレートの中心軸線上に設
   けられたセンターシヤフトと、このセンターシヤ
   フトの先端部から前記スキンプレートの径方向に
   放射状に延在するとともに表面に切削刃を備えた
   スポークと、このスポークの内部に配設されると
   ともにスポークの内部からスキンプレートの径方
   向に伸縮自在な先端刃と、この先端刃を前記スポ
   ークの内外へ伸縮させる油圧装置とを具備し、か
   つ、前記スポークとセンターシヤフトを軸支する
   仕切板との間に、地山を支持する土砂取入口を有
   する面板をスキンプレートの前部開口部を覆う形
   態に配設したことを特徴とするシールド掘進機の
   カツタ装置。