JP2002061486A - 土留壁の掘削工法及びトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土留壁の掘削工法及びトンネル掘削機におい
て、掘削機の発進時に確実に所定形状の発進口を掘削し
て作業性並びに安全性の向上を図る。 【解決手段】 発進立坑５１内にシールド掘削機を搬入
し、反力受け設備５３及び仮組セグメントＳにより反力
を受け、土留壁支持装置３８における油圧ジャッキ３９
を伸長し、押え板４０を土留壁５４に接触させて押さえ
た状態で、作業者がドリル５５により土留壁５４におけ
る突出部３５に対応した位置を切削し、貫通孔５６を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発進立坑などに設
けられた土留壁などを掘削する土留壁の掘削工法、並び
にトンネルボーリングマシンやシールドマシンなどのト
ンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シールド掘削機は、円筒形状を
なす掘削機本体の前部に駆動回転可能な円盤形状をなす
カッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッド
にはカッタビットが多数取付けられる一方、後部には掘
削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着さ
れると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み
付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従っ
て、カッタヘッドを回転させながらシールドジャッキを
伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘
削機本体が前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削
し、トンネルを形成することができる。

【０００３】このようなシールド掘削機を用いて所定の
位置にトンネルを構築する場合、発進立坑と到達立坑を
予め掘削しておき、発進立坑内にシールド掘削機を搬入
し、この発進立坑内で掘削反力確保した状態で、発進口
から地山へ貫入して所定のルートに沿って掘削を行う。
そして、シールド掘削機が到達立坑まで掘進すると、予
め形成された到達口よりシールド本体を到達立坑内に引
き出す。このようにして所定の位置にトンネルを構築す
る。

【０００４】ところで、このようなシールド掘削機によ
るトンネル掘削作業において、発進立坑からのシールド
掘削機の発進時には、事前に発進口の開口作業を行う必
要がある。この場合、地山の崩壊、路面の陥没などを防
止するため、一般には、発進口の周辺地盤を薬液注入に
より地盤改良を行っていた。しかし、地盤の改良を行う
ために使用する薬液などに費用がかかって不経済である
と共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くな
い。そのため、最近では、立坑における発進口の形成位
置に所定厚さの仮壁を形成しておき、この仮壁をシール
ド掘削機のカッタヘッドが直接掘削することで、周辺地
盤の改良を不要としたものが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シールド掘
削機は、カッタヘッドの回転により前方の地盤を掘削し
ながら前進する一方、エレクタ装置が既設トンネルの内
壁面にセグメントをリング状に組み付けてトンネルを構
築していくが、セグメントは掘削機本体の内側で組み立
てるために既設トンネルの内壁面とリング状の既設セグ
メントの外周面との間には隙間が発生する。そのため、
掘削機本体の外周部には裏込め注入装置が設けられてお
り、この裏込め注入装置が既設トンネルと既設セグメン
トとの隙間にモルタルやコンクリートなどを注入して既
設セグメントを早期に安定させるようにしている。

【０００６】このようにシールド掘削機の本体外周部に
は外方に突出するように裏込め注入装置が設けられてい
ることから、前述した発進立坑からのシールド掘削機の
発進時には、立坑の仮壁に対して掘削機本体と同形の発
進口を形成すると共に、裏込め注入装置に対応して補助
口を形成する必要がある。この場合、カッタヘッドは発
進口は形成できるものの、補助口を形成することはでき
ず、事前に別の工具により補助口を形成せざるをえな
い。ところが、立坑の仮壁には地山から大きな土圧を受
けており、事前に補助口を形成することで強度が低下し
てしまい、発進立坑内に倒壊してしまう虞がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネル掘削機の発進時に確実に所定形状の発
進口を掘削して作業性並びに安全性の向上を図った土留
壁の掘削工法及びトンネル掘削機を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の土留壁の掘削工法は、前部にカッ
タヘッドが駆動回転可能に装着され、外周部に裏込め注
入部が設けられたトンネル掘削機において、トンネル内
の土留壁に対向して前記トンネル掘削機を配置し、該ト
ンネル掘削機から支持部材を突出して前記土留壁を押
え、この状態で該土留壁における前記裏込め注入部に対
応した部分を所定の工具により除去することを特徴とす
るものである。

【０００９】また、請求項２の発明の土留壁の掘削工法
では、前記土留壁における前記裏込め注入部に対応した
部分を除去した後、前記支持部材が前記土留壁を押えた
まま前記トンネル掘削機を前進して前記カッタヘッドを
該土留壁に接触させて支持し、前記支持部材を前記トン
ネル掘削機に収納してから、該カッタヘッドを回転させ
ながら前進して前記土留壁を掘削することを特徴として
いる。

【００１０】また、請求項３の発明のトンネル掘削機
は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推
進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に
装着されたカッタヘッドと、既設トンネルの壁面に沿っ
て覆工部材をリング状に組立てるエレクタ装置と、前記
掘削機本体の外周部に設けられた裏込め注入部と、トン
ネル内に設けられた土留壁を押える土留壁支持手段とを
具えたことを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項４の発明のトンネル掘削機で
は、前記土留壁支持手段を、前記掘削機本体に対して着
脱自在に設けたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項５の発明のトンネル掘削機で
は、前記土留壁支持手段を、前記掘削機本体に装着され
た油圧ジャッキと、該油圧ジャッキにより前記カッタヘ
ッドの開口から前方へ突出する支持部材とで構成したこ
とを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施形態に係るシールド
掘削機の概略断面、図２にシールド掘削機の正面視、図
３乃至図５にシールド掘削機のよる立坑発進時の動作を
表す概略を示す。

【００１５】本実施形態のシールド掘削機において、図
１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状を
なす前胴１１ａと後胴１１ｂとが球面軸受１２によって
屈曲自在に連結され、複数の中折れジャッキ１３によっ
て屈曲可能となっている。この掘削機本体１１の前胴１
１ａの前部には軸受１４によってカッタヘッド１５が回
転自在に装着されている。このカッタヘッド１５は、放
射状に設けられた複数のカッタスポーク１６と面板１７
とを有し、地盤掘削用の多数のカッタビット１８と、後
述する土留壁掘削用のカッタビット１９が装着されると
共に、掘削土砂取込用開口２０が形成されている。

【００１６】一方、このカッタヘッド１５の後部にはリ
ングギア２１が固定される一方、前胴１１ａには旋回モ
ータ２２が取付けられ、この旋回モータ２２の駆動ギア
２３がこのリングギア２１に噛み合っている。従って、
旋回モータ２２を駆動して駆動ギア２３を回転駆動する
と、リングギア２１を介してカッタヘッド１５を回転す
ることができる。

【００１７】また、前胴１１ａにはカッタヘッド１５の
後方に位置してバルクヘッド２４が取付けられており、
カッタヘッド１５とこのバルクヘッド２４との間にチャ
ンバ２５が形成されている。そして、このチャンバ２５
には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管２
６及び排泥管２７の他端が開口しており、排泥管２７の
開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合する
アジテータ２８が装着されている。

【００１８】更に、掘削機本体１１の後胴１１ｂの前部
内周辺にはシールドジャッキ２９が周方向に沿って複数
並設されており、このシールドジャッキ２９が掘進方向
後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された既
設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘
削機本体１１を前進することができる。また、この後胴
１１ｂには支持部材３０によって旋回リング３１が旋回
自在で、駆動モータ３２により旋回可能となっており、
この旋回リング３１にセグメントＳを組立てるエレクタ
装置３３が装着されている。

【００１９】また、掘削機本体１１の後胴１１ｂの外周
部には既設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外壁
面との隙間に裏込め材を注入する裏込め注入装置３４が
設けられている。この裏込め注入装置３４は、後胴１１
ｂの外周上部に２箇所突出部３５が掘進方向に沿って形
成され、この突出部３５内に注入管３６が配設され、基
端部が連結管３７を介して前胴１１ａ内に延出して図示
しない裏込め材供給装置に連結される一方、先端部が既
設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外壁面との隙
間に開口して構成されている。この場合、裏込め材とし
ては、例えば、モルタルやコンクリートなどが使用され
る。

【００２０】ところで、このようなシールド掘削機を用
いてトンネルを構築する場合、発進立坑と到達立坑を予
め掘削しておき、発進立坑内にシールド掘削機を搬入
し、この発進立坑内に形成した発進口から地山へ貫入し
て所定のルートに沿って到達立坑までトンネルを掘削す
る。この場合、本実施形態では、発進立坑における発進
口の形成位置に所定厚さの土留壁を形成しておき、この
土留壁をシールド掘削機のカッタヘッド１５が直接掘削
することで、発進口を形成するようにしており、前述し
たように、カッタヘッド１５に地盤掘削用のカッタビッ
ト１８と土留壁掘削用のカッタビット１９を多数装着し
ている。

【００２１】また、このカッタヘッド１５は掘削機本体
１１の外径よりやや大きめの円形断面を掘削可能である
が、裏込め注入装置３４の突出部３５が貫通する部分ま
で掘削することができない。そのため、土留壁における
突出部３５の対応する部分を予め所定の工具により掘削
して貫通孔を形成しておく。ところが、発進立坑の土留
壁には地山から大きな土圧を受けており、事前に貫通口
を形成することで強度が低下してしまい、発進立坑内に
倒壊してしまう虞がある。

【００２２】そこで、本実施形態では、掘削機本体１１
の前胴１１ａの前部にこの土留壁を押える土留壁支持装
置３８が設けられている。この土留壁支持装置３８は裏
込め注入装置３４の突出部３５に対応して２つ配設され
ており、バルクヘッド２４に着脱自在に装着された油圧
ジャッキ３９と、この油圧ジャッキ３９により掘削土砂
取込用開口２０が前後に出没自在な押え板４０とで構成
されている。

【００２３】ここで、このように構成された本実施形態
のシールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明
する。

【００２４】トンネルを掘削形成するには、図３(ａ)に
示すように、まず、掘削開始位置に所定の深さまで発進
立坑５１を掘削し、この発進立坑５１内に受台５２と反
力受け設備５３を設置すると共に、発進口の形成位置に
対応して土留壁５４を形成する。この土留壁５４は炭素
繊維強化複合材料製のストランドまたはロッドを補強筋
とした新素材コンクリートであって、カッタヘッド１５
に装着された土留壁掘削用のカッタビット１９により掘
削可能となっている。そして、シールド掘削機をこの発
進立坑５１内に搬入し、受台５２上に載置して所定の向
きに位置決めし、掘削機本体１１と反力受け設備５３と
の間にセグメントＳを仮組みする。このとき、シールド
掘削機には予め土留壁支持装置３８を装着しておく。

【００２５】このように発進立坑５１内にシールド掘削
機がセットされると、図３(ｂ)に示すように、各土留壁
支持装置３８における油圧ジャッキ３９を伸長し、押え
板４０をカッタヘッド１５の掘削土砂取込用開口２０か
ら突出し、土留壁５４に接触させる。この場合、各土留
壁支持装置３８は裏込め注入装置３４の突出部３５に対
応した位置に設けられており、押え板４０と掘削土砂取
込用開口２０とが一致するようにカッタヘッド１５を所
定の回転位置に位置決めしておく。そして、このように
土留壁支持装置３８の押え板４０が、土留壁５４に接触
して押えると、作業者は所定の工具、例えば、ドリル５
５を用いて土留壁５４における突出部３５に対応した位
置を切削し、貫通孔５６を形成する。

【００２６】各突出部３５に対応した土留壁５４に貫通
孔５６が形成されると、図４(ａ)に示すように、カッタ
ヘッド１５を回転させずに複数のシールドジャッキ２２
を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって
掘削機本体１１を前進させると共に、押え板４０が土留
壁５４を押さえたままで油圧ジャッキ３９を収縮してい
く。そして、図４(ｂ)に示すように、カッタヘッド１５
が土留壁５４に接触するのに伴って油圧ジャッキ３９を
更に収縮して押え板４０をカッタヘッド１５内に収納す
る。なお、このとき、エレクタ装置３３によりセグメン
トＳを組み付けていく。

【００２７】そして、図５(ａ)に示すように、カッタヘ
ッド１５が押え板４０に代わって土留壁５４を押さえた
ら、作業者が掘削機本体１１内から土留壁支持装置３８
を取り外す。ここで、図５(ｂ)に示すように、旋回モー
タ２２によってカッタヘッド１５を回転させなから、複
数のシールドジャッキ２９を伸長して既設セグメントＳ
への押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させる
ことで、主として土留壁掘削用のカッタビット１９によ
り土留壁５４を掘削して発進口５７が形成される。続い
てカッタヘッド１５を回転させなから、複数のシールド
ジャッキ２９を伸長して掘削機本体１１を前進させるこ
とで、主として地盤掘削用のカッタビット１８により前
方の地盤を掘削していく。そして、掘削された土砂はチ
ャンバ２５内に取り込まれ、送泥管２６からの送水と共
に排泥管２７から外部に排出される。一方、エレクタ装
置３３がセグメントＳを継続して組み立てていく。

【００２８】この作業の繰り返しによって所定長さのト
ンネルを掘削形成し、図示しない到達立坑に連通させ
る。

【００２９】このように本実施形態のトンネル掘削機に
あっては、発進立坑５１内にシールド掘削機を搬入し、
反力受け設備５３及び仮組セグメントＳにより反力を受
け、土留壁支持装置３８における油圧ジャッキ３９を伸
長し、押え板４０を土留壁５４に接触させて押さえた状
態で、作業者がドリル５５により土留壁５４における突
出部３５に対応した位置を切削し、貫通孔５６を形成す
るようにしている。従って、貫通孔５６の形成により土
留壁５４の強度が低下しても、押え板４０により支持さ
れているために土留壁５４が発進立坑５１内に倒壊する
ことはなく、安全性が確保される。

【００３０】また、突出部３５に対応した土留壁５４に
貫通孔５６が形成されると、押え板４０が土留壁５４を
押さえたままで掘削機本体１１と共にカッタヘッド１５
を回転させずに前進させて土留壁５４を押さえ、その
後、土留壁支持装置３８を取り外してからカッタヘッド
１５を回転して土留壁５４を掘削して発進口５７が形成
するようにしている。従って、カッタヘッド１５が土留
壁５４を押えながら掘削することとなり、作業効率が向
上すると共に十分な安全性が確保される。

【００３１】なお、上述の実施形態において、土留壁支
持装置３８にて、バルクヘッド２４に装着した油圧ジャ
ッキ３９を伸長して押え板４０をカッタヘッド１５の掘
削土砂取込用開口２０から突出するようにしたが、油圧
ジャッキ３９をカッタヘッド１５の前面に設けてもよ
い。また、作業者がドリル５５により土留壁５４におけ
る突出部３５に対応した位置を切削して貫通孔５６を形
成したが、別の工具でもよく、あるいは掘削機本体１１
やカッタヘッド１５に装着してもよい。

【００３２】また、本実施形態では、発進立坑５１の土
留壁５４を掘削する場合に適用したが、既設トンネル内
から新設のトンネルを掘削する場合に、既設トンネルに
設けられた土留壁を掘削する場合にも適用できる。

【００３３】更に、上述の実施形態では、本発明のトン
ネル掘削機を、カッタヘッド１５にカッタビット１８，
１９を装着したシールド掘削機として説明したが、ディ
スクカッタを設けたトンネルボーリングマシンに適用す
ることもできる。更に、本発明のトンネル掘削機を泥水
式シールド掘削機として説明したが、泥土圧式シールド
掘削機としてもよく、この場合、送水管、排水管、アジ
テータに代えてスクリューコンベヤを用いればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の土留壁の掘削工法によれば、ト
ンネル内の土留壁に対向してトンネル掘削機を配置し、
トンネル掘削機から支持部材を突出して土留壁を押え、
この状態で土留壁における裏込め注入部に対応した部分
を所定の工具により除去するようにしたので、支持部材
が土留壁を押えた状態でこの土留壁を掘削することとな
り、土留壁がトンネル内に倒壊することはなく、トンネ
ル掘削機の発進時に確実に所定形状の発進口を掘削して
作業性並びに安全性の向上を図ることができる。

【００３５】請求項２の発明の土留壁の掘削工法によれ
ば、土留壁における裏込め注入部に対応した部分を除去
した後、支持部材が土留壁を押えたままトンネル掘削機
を前進してカッタヘッドを土留壁に接触させて支持し、
支持部材をトンネル掘削機に収納してから、カッタヘッ
ドを回転させながら前進して土留壁を掘削するようにし
たので、土留壁を支持部材及びカッタヘッドが継続して
押えながらこの土留壁を掘削することとなり、作業効率
及び安全性を向上することができる。

【００３６】また、請求項３の発明のトンネル掘削機に
よれば、筒状の掘削機本体を推進ジャッキにより前進可
能とし、掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッ
ドを装着すると共に、既設トンネルの壁面に沿って覆工
部材をリング状に組立てるエレクタ装置と、掘削機本体
の外周部に設けられた裏込め注入部と、トンネル内に設
けられた土留壁を押える土留壁支持手段とを設けたの
で、土留壁支持手段が土留壁を押えた状態でこの土留壁
を掘削することとなり、土留壁がトンネル内に倒壊する
ことはなく、トンネル掘削機の発進時に確実に所定形状
の発進口を掘削して作業性並びに安全性の向上を図るこ
とができる。

【００３７】請求項４の発明のトンネル掘削機によれ
ば、土留壁支持手段を掘削機本体に対して着脱自在に設
けたので、土留壁支持手段を土留壁の掘削開始時に装着
し、掘削終了時に取り外すことで、土留壁支持手段が掘
削機の土砂掘削時の邪魔になることはない。

【００３８】請求項５の発明のトンネル掘削機によれ
ば、土留壁支持手段を掘削機本体に装着された油圧ジャ
ッキとこの油圧ジャッキによりカッタヘッドの開口から
前方へ突出する支持部材とで構成したので、簡単な構成
で土留壁を確実に押えて土留壁の掘削時の倒壊を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘削機の概
略断面図である。

【図２】シールド掘削機の正面図である。

【図３】シールド掘削機のよる立坑発進時の動作を表す
概略図である。

【図４】シールド掘削機のよる立坑発進時の動作を表す
概略図である。

【図５】シールド掘削機のよる立坑発進時の動作を表す
概略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １５ カッタヘッド １８ 地盤掘削用の多数のカッタビット １９ 土留壁掘削用のカッタビット ２０ 掘削土砂取込用開口 ２２ 旋回モータ ２９ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ３３ エレクタ装置 ３４ 裏込め注入装置 ３５ 突出部 ３８ 土留壁支持装置 ３９ 油圧ジャッキ ４０ 押え板 ５１ 発進立坑（トンネル） ５４ 土留壁 ５５ ドリル ５６ 貫通孔 ５７ 発進口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 充徳 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 川嶋 潤二 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 (72)発明者 阿部 茂木 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 (72)発明者 梶山 雅生 東京都新宿区津久戸町１番８号 株式会社 熊谷組東京支店内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AC04 AC05 AD19 AD22 BA03 BB02 CA01 EA01 EA07 FA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装
   着され、外周部に裏込め注入部が設けられたトンネル掘
   削機において、トンネル内の土留壁に対向して前記トン
   ネル掘削機を配置し、該トンネル掘削機から支持部材を
   突出して前記土留壁を押え、この状態で該土留壁におけ
   る前記裏込め注入部に対応した部分を所定の工具により
   除去することを特徴とする土留壁の掘削工法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の土留壁の掘削工法におい
   て、前記土留壁における前記裏込め注入部に対応した部
   分を除去した後、前記支持部材が前記土留壁を押えたま
   ま前記トンネル掘削機を前進して前記カッタヘッドを該
   土留壁に接触させて支持し、前記支持部材を前記トンネ
   ル掘削機に収納してから、該カッタヘッドを回転させな
   がら前進して前記土留壁を掘削することを特徴とする土
   留壁の掘削工法。
3. 【請求項３】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
   進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動
   回転可能に装着されたカッタヘッドと、既設トンネルの
   壁面に沿って覆工部材をリング状に組立てるエレクタ装
   置と、前記掘削機本体の外周部に設けられた裏込め注入
   部と、トンネル内に設けられた土留壁を押える土留壁支
   持手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項３記載のトンネル掘削機におい
   て、前記土留壁支持手段を、前記掘削機本体に対して着
   脱自在に設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
5. 【請求項５】 請求項４記載のトンネル掘削機におい
   て、前記土留壁支持手段を、前記掘削機本体に装着され
   た油圧ジャッキと、該油圧ジャッキにより前記カッタヘ
   ッドの開口から前方へ突出する支持部材とで構成したこ
   とを特徴とするトンネル掘削機。