JP3600379B2

JP3600379B2 - Tunnel excavator and excavation method

Info

Publication number: JP3600379B2
Application number: JP23393896A
Authority: JP
Inventors: 年史井上; 道夫古井; 義和木戸; 汎友河内; 良之河村; 吉宏内山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH1077782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下鉄道などのトンネルを掘削形成するトンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、円筒形の掘削機本体の前部に円形のカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にセグメントエレクタが装着されて構成されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら掘削機本体を前進させることで、地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けることでトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、掘削形成するトンネルとして地下鉄道に利用されるものがある。この地下鉄道として利用されるトンネルは、通常、上り線と下り線の地下鉄が走行するための２本の平行な走行トンネルが必要である。また、地下鉄道には駅が必要であり、この駅を形成するためには、前述した所定の間隔を有して独立した２本のトンネルを連通させ、広い空間部を形成する必要がある。
【０００４】
従来、地下鉄道に利用するトンネルの掘削方法において、上下線の地下鉄の走行部としての２本のトンネルは、前述したシールド掘削機を２台用い、この２台のシールド掘削機を順の稼働し、所定の間隔を有して独立した２本のトンネルを構築している。また、駅を形成する広い空間部は、シールド掘削機を３台用い、この３台のシールド掘削機を順の稼働し、例えば、第１のシールド掘削機によって中央部トンネルを形成し、次に、この中央部トンネルとトンネル断面が一部重なるように第２のシールド掘削機によって第２トンネルを形成し、更に、中央部トンネルとトンネル断面が一部重なるように第３のシールド掘削機によって側部トンネルを形成することでトンネルを構築している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のトンネルの掘削方法にあっては、地下鉄道としてのトンネルを構築する場合、３台のシールド掘削機が必要となり、設備が大がかりで掘削機の搬入及び搬出作業も困難なものとなり、高コストなトンネル掘削作業となってしまうという問題がある。また、第１のシールド掘削機が中央部トンネルを形成し、第２及び第３のシールド掘削機がこの中央部トンネルと一部重なる部分を含むように作動することで各側部トンネルを形成することとなる。そのため、第２及び第３のシールド掘削機のカッタヘッドは中央部トンネルと重なる部分、即ち、掘削部分のない空間部を空回りすることとなり、掘削効率が良くないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、装置の小型軽量化及び低コスト化を図ると共に、掘削作業効率の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネル掘削方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、前端部に回転自在な円形状の第１カッタヘッドが装着された第１掘削機本体と、該第１カッタヘッドを駆動回転する駆動手段と、前記第１掘削機本体を前進させる第１推進手段と、前記第１カッタヘッドの回転及び前記第１掘削機本体の前進によって掘削形成された第１トンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付ける第１セグメントエレクタと、前端部に揺動自在な非円形状の第２カッタヘッドが装着されて前記第１トンネルのセグメント外周側面に形成されたガイド部に沿って移動自在な第２掘削機本体と、該第２カッタヘッドを往復揺動する揺動手段と、前記第２掘削機本体を前進させる第２推進手段と、前記第２カッタヘッドの揺動及び前記第２掘削機本体の前進によって掘削形成された第２トンネルの内壁面であって前記第１トンネルのセグメントと対向しない部分にセグメントをＣ字形状に組付ける第２セグメントエレクタと、該第２セグメントエレクタにより前記第１トンネルのセグメントと対向する部分に組付けられる型枠と前記第１トンネルのセグメントとに囲まれる前記Ｃ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化して、前記第１及び第２トンネルのセグメントを接合する接合材固化手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
従って、円形状の第１カッタヘッドを駆動回転しながら第１掘削機本体を前進することでトンネルを掘削し、このトンネル内壁面にセグメントをリング状に組付けることで第１トンネルを構築し、一方、非円形状の第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本体を前進することでトンネルを掘削し、このトンネル内壁面であってリング状のセグメントと接触しない部分にセグメントをＣ字形状に組付けることで第２トンネルを構築し、接合材固化手段によって該第２セグメントエレクタにより第１トンネルのセグメントと対向する部分に組付けられる型枠と第１トンネルのセグメントとに囲まれるＣ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化させ、セグメント同志を接合することで多連トンネルが掘削形成されることとなる。
【０００９】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第２掘削機本体には前記第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部に空洞部を形成する補助掘削手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、この第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部が補助掘削手段によって掘削されて空洞部が形成されることとなり、第１トンネルと第２トンネルの連通が容易となる。
【００１１】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第２掘削機本体には、前記補助掘削手段によって掘削された前記第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部の空洞部に接合シール材を注入することで、前記間隙部に接合シール材を注入する注入手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、第１トンネルと第２トンネルとのセグメント外周面隣接部の空洞部に注入手段によって接合シール材が注入されると、この接合シール材は空洞部から間隙部に流入されることとなり、両者は強固に接合されると共にトンネル内への浸水が防止される。
【００１３】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記接合シール材によって接合された前記第１及び第２トンネルの各セグメントの接触中央部を切断除去して両トンネル内を連通するセグメント切断除去手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、第１トンネルと第２トンネルとは互いに接合されてから、セグメント切断除去手段によって接触中央部が切断除去されることで、両トンネル内は連通することとなり、容易に多連のトンネルが形成可能となる。
【００１５】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第２カッタヘッドは中心部の支持軸が前記第２掘削機本体の前端部に回動自在に支持されると共に、該支持軸から揺動アームが径方向に延設され、本体が該第２掘削機本体に枢着された流体シリンダの駆動ロッドが該揺動アームに連結されたことを特徴とするものである。
【００１６】
従って、流体シリンダを作動し、駆動ロッドを連続して伸縮駆動することで揺動アームが揺動し、支持軸を介して第２カッタヘッドを所定角度範囲内で連続して揺動させることで、この連続揺動する第２カッタヘッドによって容易に第２トンネルが掘削可能となる。
【００１７】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第１及び第２トンネルの各セグメントの間隙部に取付けられる前記型枠は、内部の接合材が固化すると取り外されることを特徴とするものである。
【００１８】
従って、接合材が固化すると、型枠は取り外されてトンネルの前方に搬送され、再び第１及び第２トンネルのセグメントの間隙部に取付けられて再利用が図られることとなる。
【００１９】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第１トンネルは円形断面をなす中央部トンネルであって、前記第２トンネルは該中央部トンネルの両側に形成される左右一対の側部トンネルであることを特徴とするものである。
【００２０】
従って、３連トンネルが容易に掘削形成されることとなる。
【００２１】
また、本発明のトンネル掘削機において、前記第１トンネルは円形断面をなす左右一対の側部トンネルであって、前記第２トンネルは該側部トンネルの間に形成される中央部トンネルであることを特徴とするものである。
【００２２】
従って、３連トンネルが容易に掘削形成されることとなる。
【００２３】
また、本発明のトンネル掘削方法は、前端部に装着された円形状の第１カッタヘッドを駆動回転しながら第１掘削機本体を前進することで第１トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第１トンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けて第１トンネルを構築し、その後、前端部に装着された非円形状の第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本体を前記第１トンネルのセグメント外周側面に形成されたガイド部に沿って前進することで第２トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第２トンネルの内壁面であって前記第１トンネルのセグメントと接触しない部分にＣ字形状にセグメントを組付けて第２トンネルを構築し、前記第１トンネルのセグメントと対応する部分に型枠を設置し、該型枠と前記第１トンネルのセグメントとに囲まれた前記Ｃ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化させることで前記第１及び第２トンネルのセグメントを接合することを特徴とするものである。
【００２４】
従って、第１カッタヘッドは円形断面の第１トンネルを掘削形成し、第２カッタヘッドはこの第１トンネルに沿った半円形断面の第２トンネルを掘削形成することで、それぞれ独立した部分のみを掘削することとなり、また、第１トンネルのセグメントと対応する部分に型枠を設置し、該型枠と第１トンネルのセグメントとに囲まれたＣ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化させることで、第１トンネルを構成するセグメントと第２トンネルを構成するセグメントとを容易に接合することが可能なる。
【００２５】
また、本発明のトンネル掘削方法において、前記第１トンネルのセグメントの側方に第２トンネルのセグメントが接合材によって接合された状態で、この接合された各セグメントの接合中央部を切断除去することで前記第１トンネルと前記第２トンネルとの内部を連通して異形断面のトンネルを構築することを特徴とするものである。
【００２６】
従って、第１トンネルのリング状のセグメントと第２トンネルのセグメントの接触中央部を切断除去することで、この第１トンネルと第２トンネルとを容易に連通して異形断面のトンネルが構築可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
【００２８】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図２にこのシールド掘削機の正面視、図３に図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面、図４に図２のＩＶ−ＩＶ断面、図５乃至図９に本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面、図１０に本実施形態のシールド掘削機によって構築されたトンネルの断面を示す。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のシールド掘削機は、地下鉄道に利用されるトンネルを掘削形成するものであり、前端部に回転自在な円形状のカッタヘッド１１が装着された第１掘削機本体１２と、前端部に揺動自在な半円形状のカッタヘッド２１が装着されて第１掘削機本体１２によって掘削形成された中央部トンネルに沿って移動自在な第２掘削機本体２２と、前端部に揺動自在な半円形状のカッタヘッド３１が装着されて第１掘削機本体１２によって掘削形成された中央部トンネルＴ_１のセグメント外周他側面に沿って移動自在な第３掘削機本体３２とから構成されている。
【００３０】
即ち、図２乃至図４に示すように、第１掘削機本体１２の前部には多数のカッタビット１３が固定された円形状の第１カッタヘッド１１が回転軸１４によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸１４にはリングギア１５が固定される一方、第１掘削機本体１２側には駆動モータ１６が取付けられており、この駆動モータ１６の駆動ギア１７がリングギア１５に噛み合っている。従って、この駆動モータ１６を駆動すると、駆動ギア１７及びリングギア１５を介して回転軸１４と共にカッタヘッド１１を回転駆動し、多数のカッタビット１３によって前方の地盤を掘削することができる。
【００３１】
また、第１掘削機本体１２の後部には周方向に沿って複数のシールドジャッキ１８が並設されると共に、セグメントＳ_１を組付けるセグメントエレクタ１９が配設されている。従って、このシールドジャッキ１８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ_１からの反力により第１掘削機本体１２が前進することができ、セグメントエレクタ１９はシールドジャッキ１８を縮小して形成された既設のセグメントＳ_１との間の空所に新しいセグメントＳ_１を装着し、このセグメントＳ_１をリング状に組み付けることができる。
【００３２】
一方、第２掘削機本体２２の前部には多数のカッタビット２３が固定された半円形状の第２カッタヘッド２１が回転軸２４によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸２４には一対の揺動アーム２５が一体に固定される一方、第２掘削機本体２２側には一対の油圧シリンダ２６が取付けられており、この油圧シリンダ２６の各駆動ロッド２７が揺動アーム２５の先端部に連結されている。従って、この各油圧シリンダ２６を駆動すると、各駆動ロッド２７及び揺動アーム２５を介して回転軸２４と共にカッタヘッド２１を回転駆動し、多数のカッタビット２３によって前方の地盤を掘削することができる。
【００３３】
また、第２掘削機本体２２の後部における既設セグメントＳ_１と接触しない部分には、周方向に沿って複数のシールドジャッキ２８が並設されると共に、セグメントＳ_２及び内型枠Ｕ_２を組付ける図示しないセグメントエレクタが配設されている。従って、このシールドジャッキ２８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ_２からの反力により第２掘削機本体２２が前進することができ、セグメントエレクタはシールドジャッキ２８を縮小して形成された既設のセグメントＳ_２との間の空所に新しいセグメントＳ_２を装着し、このセグメントＳ_２をＣ字形状に組み付けることができ、また、Ｃ字形状のセグメントＳ_２の間隙部をリング状のセグメントＳ_１とで囲むように内型枠Ｕ_２を組付けることができる。
【００３４】
また、第３掘削機本体３２はこの第２掘削機本体２２とほぼ同様の構成をなしており、前部に多数のカッタビット３３が固定された半円形状の第３カッタヘッド３１が回転軸３４によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸３４の各揺動アーム３５に一対の油圧シリンダ３６の各駆動ロッド３７が連結されており、この各油圧シリンダ３６を駆動することで、カッタヘッド３１を回転駆動することができる。また、第３掘削機本体３２の後部には複数のシールドジャッキ３８及びセグメントエレクタ３９が配設されている。
【００３５】
従って、このシールドジャッキ３８を伸長させると、トンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ_３からの反力により第３掘削機本体３２が前進することができ、セグメントエレクタ３９は既設のセグメントＳ_３との間の空所に新しいセグメントＳ_３を装着し、このセグメントＳ_３をＣ字形状に組み付けることができ、また、Ｃ字形状のセグメントＳ_３の間隙部をリング状のセグメントＳ_１とで囲むように内型枠Ｕ_３を組付けることができる。
【００３６】
そして、第１掘削機本体１２のセグメントエレクタ１９によってセグメントＳ_１が組付けらて形成される中央部トンネルＴ_１には、その両側部に掘進方向に沿ってそれぞれ一対のガイド溝Ｇ_２，Ｇ_３が形成されている。一方、この各ガイド溝Ｇ_２，Ｇ_３に対応した第２掘削機本体２２及び第３掘削機本体３２にはガイド突起２２ｇ，３２ｇが形成されており、この第２掘削機本体のガイド突起２２ｇは中央部トンネルＴ_１のガイド溝Ｇ_２に嵌合して摺動自在であり、第３掘削機本体３２のガイド突起３２ｇは中央部トンネルＴ_１のガイド溝Ｇ_３に嵌合して摺動自在となっている。なお、中央部トンネルＴ_１の各ガイド溝Ｇ_２，Ｇ_３には発砲スチロール等の充填材が充填されている。
【００３７】
また、第２掘削機本体２２及び第３掘削機本体３２には、中央部トンネルＴ_１の外周面との接触端部に小筒のハウジング４１が一体に固定され、このハウジング４１内にはスクリューコンベア４２が装着されている。このスクリューコンベア４２は、中央部トンネルＴ_１を形成するセグメントＳ_１と各側部トンネルＴ_２，Ｔ_３を形成するセグメントＳ_２，Ｓ_３との接合部近傍を掘削するものであり、ハウジング４１内には掘削土砂排出後に接合シール材を注入する注入管４３が設けられている。
【００３８】
ここで、上述した本実施形態のシールド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００３９】
本実施例のシールド掘削機によって地盤を掘削するには、まず、図２及び図３に示すように、第１掘削機本体１２において、駆動モータ１６を駆動してカッタヘッド１１を回転駆動しながら、シールドジャッキ１８を伸長させると、第１掘削機本体１２は既設のセグメントＳ_１からの反力により前進し、多数のカッタビット１３が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。そして、シールドジャッキ１８を縮小して形成された既設のセグメントＳ_１との間の空所にセグメントエレクタ１９が新しいセグメントＳ_１を装着していくことで、図５に示すように、中央部トンネルＴ_１が構築される。
【００４０】
次に、第２掘削機本体２２は第１掘削機本体１２によって形成された中央部トンネルＴ_１のガイド溝Ｇ_２にガイド突起２２ｇが摺動自在に嵌合することで案内されている。従って、図２に示すように、この第２掘削機本体２２において、油圧シリンダ２６を連続駆動してカッタヘッド２１を往復揺動しながら、シールドジャッキ２８を伸長させると、第２掘削機本体２２は既設のセグメントＳ_２からの反力により中央部トンネルＴ_１の長手方向に沿って前進し、多数のカッタビット２３が前方の地盤を掘削することでトンネルを掘削する。そして、シールドジャッキ２８を縮小して形成された既設のセグメントＳ_２との間の空所にセグメントエレクタが新しいセグメントＳ_２を装着していくことで、図６に示すように、円形断面の中央部トンネルＴ_１を構成するリング状のセグメントＳ_１の側方に近接して、ほぼ半円形断面の側部トンネルＴ_２を構成するＣ字形状のセグメントＳ_２が組付けられる。また、このＣ字形状のセグメントＳ_２の間隙部Ｂをリング状のセグメントＳ_１とで囲むように内型枠Ｕ_２を組付ける。
【００４１】
一方、第３掘削機本体３２は第１掘削機本体１２によって形成された中央部トンネルＴ_１のガイド溝Ｇ_３にガイド突起３２ｇが摺動自在に嵌合することで案内されている。従って、図２及び図４に示すように、第２掘削機本体２２と同様に、カッタヘッド３１を往復揺動しながら第３掘削機本体３２を前進することで、多数のカッタビット３３が前方の地盤を掘削してトンネルを掘削する。そして、図示しないセグメントエレクタによってセグメントＳ_３を装着していくことで、円形断面の中央部トンネルＴ_１を構成するリング状のセグメントＳ_１の側方に近接して、ほぼ半円形断面の側部トンネルＴ_３を構成するＣ字形状のセグメントＳ_３が組付けられる。また、このＣ字形状のセグメントＳ_３の間隙部Ｂをリング状のセグメントＳ_１とで囲むように内型枠Ｕ_３を組付ける。
【００４２】
一方、この第２及び第３掘削機本体２２，３２による側部トンネルＴ_２，Ｔ_３の構築に伴って各スクリューコンベア４２が前方の地盤を掘削することで、中央部トンネルＴ_１と各側部トンネルＴ_２，Ｔ_３との接触部近傍に空洞部Ａをそれぞれ形成する。そして、この各空洞部Ａに注入管４３から接合シール材を注入すると、図７に示すように、接合シール材は各空洞部Ａから中央部トンネルＴ_１の各ガイド溝Ｇ_２，Ｇ_３を含む両者のセグメントＳ_２，Ｓ_３の間の隙間、セグメントＳ_１とセグメントＳ_３，Ｓ_３の間各間隙部Ｂ、各トンネルＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３（セグメントＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）と地盤との隙間に流動し、硬化することで接合部Ｃを形成し、各トンネルＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３が強固に接合される。また、中央部トンネルＴ_１の両側には中間梁５１を立設する。
【００４３】
そして、図８に示すように、トンネルの掘削に伴ってセグメントＳ_１とセグメントＳ_３，Ｓ_３の間各間隙部Ｂの接合部Ｃが硬化すると、内型枠Ｕ_２，Ｕ_３を取り外し、図９に示すように、中央部トンネルＴ_１と各側部トンネルＴ_２，Ｔ_３との各接触部分を切断除去することで、中央部トンネルＴ_１と各側部トンネルＴ_２，Ｔ_３とが連通することとなり、３連のトンネルを形成することができる。
【００４４】
なお、このように掘削形成された地下鉄道用のトンネルは、駅部分では、図１０（ａ）に示す形状となり、留置部分では、図１０（ｂ）に示す形状となる。
【００４５】
図１１に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面視、図１２にこのシールド掘削機のカッタヘッドの駆動機構を表す断面、図１３に本実施形態のシールド掘削機によって構築されたトンネルの断面を示す。
【００４６】
本実施形態のシールド掘削機は、図１１及び図１２に示すように、前端部に回転自在な円形状のカッタヘッドが装着された第１掘削機本体及び第２掘削機本体と、この第１掘削機本体及び第２掘削機本体によって掘削形成された一対の側部トンネルの間に沿って移動自在であって前端部に揺動自在なカッタヘッドが装着された鼓筒状の第３掘削機本体とから構成されている。なお、第１掘削機本体及び第２掘削機本体は、前述の第１実施形態の第１掘削機本体と同様であるため、説明は省略する。
【００４７】
本実施形態のシールド掘削機において、図１１及び図１２に示すように、第３掘削機本体６１は鼓形の筒状をなし、前部には多数のカッタビット６２が固定された第３カッタヘッド６３が回動軸６４によって回動自在に取付けられている。そして、この回動軸６４には一対の揺動アーム６５が一体に固定される一方、掘削機本体６１側にはそれぞれ一対の油圧シリンダ６６が取付けられており、この油圧シリンダ６６の各駆動ロッド６７が揺動アーム６５の先端部に連結されている。従って、この各油圧シリンダ６６を駆動すると、各駆動ロッド６７及び揺動アーム６５を介して回動軸６４と共に第３カッタヘッド６３を回動し、多数のカッタビット６２によって前方の地盤を掘削することができる。
【００４８】
また、掘削機本体６１の後部には周方向に沿って複数のシールドジャッキ６８が並設されると共に、セグメントＳ_３及び内型枠Ｕ_３を組付ける図示しないセグメントエレクタが配設されている。従って、このシールドジャッキ６８を作動して掘進方向後方に伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ_３からの反力により掘削機本体６１が前進することができ、セグメントエレクタはシールドジャッキ６８を縮小して形成された既設のセグメントＳ_３との間の空所に新しいセグメントＳ_３を装着し、このセグメントＳ_３をＣ字形状に組み付けることができ、また、Ｃ字形状のセグメントＳ_３の間隙部をリング状のセグメントＳ_１とで囲むように内型枠Ｕ_３を組付けることができる。
【００４９】
そして、第３掘削機本体６１のセグメントエレクタによってセグメントＳ_３が組付けらて形成される中央部トンネルＴ_３には、その両側部に掘進方向に沿ってそれぞれ一対のガイド溝Ｇ_３が形成されている。一方、この各ガイド溝Ｇ_３に対応した第３掘削機本体６１にはガイド突起６１ｇがそれぞれ形成されており、この第３掘削機本体のガイド突起６１ｇは側部トンネルＴ_２，Ｔ_３の各ガイド溝Ｇ_３に嵌合して摺動自在となっている。なお、側部トンネルＴ_２，Ｔ_３の各ガイド溝Ｇ_３には発砲スチロール等の充填材が充填されている。
【００５０】
また、第３掘削機本体６１の両側部には、側部トンネルＴ_２，Ｔ_３の外周面との接触端部に小筒のハウジング７１が一体に固定され、このハウジング７１内にはスクリューコンベア７２が装着されている。このスクリューコンベア７２は、側部トンネルＴ_２，Ｔ_３を形成するセグメントＳ_２，Ｓ_３と中央部トンネルＴ_３を形成するセグメントＳ_３との接合部近傍を掘削するものであり、ハウジング７１内には掘削土砂排出後に接合シール材を注入する図死しない注入管が設けられている。
【００５１】
ここで、上述した本実施形態のシールド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを掘削形成する作動について説明する。
【００５２】
本実施例のシールド掘削機によって地盤を掘削するには、まず、図１３に示すように、図示しない第１掘削機本体及び第２掘削機本体によって円形断面のトンネルＴ_１，Ｔ_２（セグメントＳ_１，Ｓ_２）を掘削形成する。次に、図１１及び図１２に示すように、第３掘削機本体６１は各側部トンネルＴ，Ｔ_２（セグメントＳ_１，Ｓ_２）のガイド溝Ｇ_１にガイド突起６１ｇが摺動自在に嵌合することで案内されている。従って、カッタヘッド６３を往復揺動しながら第３掘削機本体６１を前進することで、多数のカッタビット６２が前方の地盤を掘削してトンネルを掘削する。そして、図示しないセグメントエレクタによってセグメントＳ_３を装着していくことで、円形断面の各側部トンネルＴ_１，Ｔ_２を構成するリング状のセグメントＳ_１，Ｓ_２の間に位置して、ほぼ鼓形断面の中央部トンネルＴ_３を構成するセグメントＳ_３が組付けられる。また、このセグメントＳ_３の間隙部Ｂをリング状のセグメントＳ_１，Ｓ_２とで囲むように内型枠Ｕ_３を組付ける。
【００５３】
一方、この第３掘削機本体６１による中央部トンネルＴ_３の構築に伴って各スクリューコンベア７２が前方の地盤を掘削することで、と各側部トンネルＴ_１，Ｔ_２と中央部トンネルＴ_３の接触部近傍に空洞部Ａをそれぞれ形成する。そして、この各空洞部Ａに注入管から接合シール材を注入すると、図１３に示すように、接合シール材は各空洞部Ａから中央部トンネルＴ_３の各ガイド溝Ｇ_１を含む両者のセグメントＳ_１，Ｓ_２の間の隙間、セグメントＳ_３とセグメントＳ_１，Ｓ_２の間各間隙部Ｂ、各トンネルＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３（セグメントＳ_１，Ｓ_３，Ｓ_３）と地盤との隙間に流動し、硬化することで接合部Ｃを形成し、各トンネルＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３が強固に接合される。そして、前述の実施形態と同様に、地下鉄道用のトンネルに適応する形状となる。
【００５４】
【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、前端部に回転自在な円形状の第１カッタヘッドが装着されて推進可能な第１掘削機本体に掘削形成された第１トンネルの内壁面にセグメントを組付ける第１セグメントエレクタを設ける一方、前端部に揺動自在な非円形状の第２カッタヘッドが装着されて第１トンネルのセグメント外周側面に形成されたガイド部に沿って推進自在な第２掘削機本体に掘削形成された第２トンネルの内壁面であって第１トンネルのセグメントと対向しない部分にセグメントをＣ字形状に組付ける第２セグメントエレクタを設けると共に、該第２セグメントエレクタにより第１トンネルのセグメントと対向する部分に組付けられる型枠と第１トンネルのセグメントとに囲まれるＣ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化させることでこの第１及び第２トンネルのセグメントを接合する接合材固化手段を設けたので、第１掘削機本体によって円形断面の第１トンネルを形成し、第２掘削機本体がこの第１トンネルに沿って移動しながら必要部分のみを掘削して半円形状の第２トンネルを第１トンネルと平行に形成し、接合材固化手段によって第１トンネルのセグメントと第２トンネルのセグメントとの間隙部に型枠を用いて接合材を固化させ、各セグメントを接合することで、第２掘削機本体の構造を簡素化して装置の小型軽量化及び低コスト化を図ることができると共に、多連トンネルを容易に掘削形成することで、掘削作業効率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第２掘削機本体に第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部に空洞部を形成する補助掘削手段を設けたので、この第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部が補助掘削手段によって掘削されてに空洞部が形成されることとなり、中央部トンネルと側部トンネルの連通を容易に行うことができる。
【００５６】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、補助掘削手段によって掘削された第１及び第２トンネルのセグメント外周面隣接部の空洞部に接合シール材を注入することで間隙部に接合シール材を注入する注入手段が設けたので、第１トンネルと第２トンネルとのセグメント外周面隣接部の空洞部に注入手段によって接合シール材が注入されると、この接合シール材は空洞部から間隙部に流入されることとなり、両者は強固に接合されると共にトンネル内への浸水を防止することができる。
【００５７】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、接合シール材によって接合された第１及び第２トンネルの各セグメントの接触中央部を切断除去して両トンネル内を連通するセグメント切断除去手段を設けたので、セグメント切断除去手段によって第１トンネルと第２トンネルとは互いに接合された接触中央部を切断除去することで、両トンネル内が連通することとなり、容易に多連のトンネルが形成することができる。
【００５８】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第２カッタヘッドは支持軸が本体に回動自在に支持されてこの支持軸と一体の揺動アームに流体シリンダの駆動ロッドが連結されたので、流体シリンダの伸縮駆動により揺動アームを介して第２カッタヘッドを所定角度範囲内で連続して揺動させることができ、この連続揺動する第２カッタヘッドによって容易に側部トンネルを掘削することができる。
【００５９】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１及び第２トンネルの各セグメントの間隙部に取付けられる型枠を、内部の接合材が固化すると取り外し可能としとしたので、取り外してトンネルの前方に搬送した型枠を再び第１及び第２トンネルのセグメントの間隙部に取付けて再利用を図ることで、コストを低減することができる。
【００６０】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１トンネルを円形断面をなす中央部トンネルとし、第２トンネルを中央部トンネルの両側に形成される左右一対の側部トンネルとしたので、３連トンネルを容易に掘削形成することができる。
【００６１】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、第１トンネルを円形断面をなす左右一対の側部トンネルとし、第２トンネルを側部トンネルの間に形成される中央部トンネルとしたので、３連トンネルを容易に掘削形成することができる。
【００６２】
また、本発明のトンネル掘削方法によれば、円形状の第１カッタヘッドを駆動回転しながら第１掘削機本体を前進することで第１トンネルを掘削形成し、この第１トンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けて第１トンネルを構築し、その後、非円形状の第２カッタヘッドを往復揺動しながら第２掘削機本体を第１トンネルのセグメント外周側面に形成されたガイド部に沿って前進することで第２トンネルを掘削形成し、この掘削形成した第２トンネルの内壁面であって第１トンネルのセグメントと接触しない部分にセグメントをＣ字形状に組付けて第２トンネルを構築し、第１トンネルのセグメントと対応する部分に型枠を設置し、該型枠と第１トンネルのセグメントとに囲まれたＣ字形状のセグメントの間隙部で接合材を固化させることで第１及び第２トンネルのセグメントを接合して異形断面のトンネルを構築するようにしたので、第１カッタヘッドは円形断面の中央部トンネルを掘削形成し、第２カッタヘッドはこの第１トンネルに沿った半円形断面の第２トンネルを掘削形成することとなり、それぞれ独立した部分のみを掘削することで、掘削効率の向上を図ることができる。
【００６３】
また、本発明のトンネル掘削方法によれば、第１トンネルのセグメントの側方に第２トンネルのセグメントが接合材によって接合された状態で、この接合された各セグメントの接合中央部を切断除去して第１トンネルと第２トンネルとの内部を連通して異形断面のトンネルを構築するようにしたので、この第１トンネルと第２トンネルとを連通することで、異形断面のトンネルを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略図である。
【図２】シールド掘削機の正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面図である。
【図６】本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面図である。
【図７】本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面図である。
【図８】本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面図である。
【図９】本実施形態のシールド掘削機によるトンネルの形成方法を説明するための要部断面図である。
【図１０】本実施形態のシールド掘削機によって構築されたトンネルの断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の正面図である。
【図１２】シールド掘削機のカッタヘッドの駆動機構を表す断面図である。
【図１３】本実施形態のシールド掘削機によって構築されたトンネルの断面図である。
【符号の説明】
１１第１カッタヘッド
１２第１掘削機本体
１６駆動モータ（駆動手段）
１８推進ジャッキ（第１推進手段）
１９第１セグメントエレクタ
２１第２カッタヘッド
２２第２掘削機本体
２６油圧シリンダ（揺動手段）
２８シールドジャッキ（第２推進手段）
２９第２セグメントエレクタ
３１第３カッタヘッド
３２第３掘削機本体
３６油圧シリンダ（揺動手段）
３８シールドジャッキ（第３推進手段）
４１ハウジング
４２スクリューコンベヤ（掘削補助手段）
４３注入管（注入手段）
６１第３掘削機本体
６３第３カッタヘッド
６６油圧シリンダ（揺動手段）
６８シールドジャッキ（第３推進手段）
７１ハウジング
７２スクリューコンベヤ（掘削補助手段）
Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３ガイド溝
Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３セグメント
Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３トンネル
Ｕ_１，Ｕ_２，Ｕ_３内型枠[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavator and a tunnel excavation method for excavating and forming a tunnel such as a subway.
[0002]
[Prior art]
A general shield excavator is configured such that a circular cutter head is rotatably mounted on a front portion of a cylindrical excavator main body, and a segment erector is mounted on a rear portion of the excavator main body. Therefore, the excavator body is advanced while rotating the cutter head by the drive motor, thereby excavating the ground to excavate and form a tunnel, and assembling a segment on the inner wall surface of the excavated tunnel by the segment erector. Can be used to build a tunnel.
[0003]
By the way, there is a tunnel used for a subway as a tunnel for excavation. The tunnel used as this subway usually requires two parallel running tunnels for running the subway of the up line and the down line. Also, a station is required on the subway, and in order to form this station, it is necessary to connect two independent tunnels at a predetermined interval as described above to form a wide space.
[0004]
Conventionally, in a tunnel excavation method used for a subway, two tunnels as running parts of the subway on the upper and lower lines use the two shield excavators described above, and the two shield excavators are sequentially operated. , Two independent tunnels having a predetermined interval are constructed. In addition, the large space that forms the station uses three shield excavators, and operates these three shield excavators in order. For example, a central shield tunnel is formed by the first shield excavator, and then, A second tunnel is formed by a second shield excavator such that the center tunnel and the tunnel cross section partially overlap, and a second shield excavator is further formed by a third shield excavator such that the center tunnel and the tunnel cross section partially overlap. A tunnel is constructed by forming a tunnel.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional tunnel excavation method, when constructing a tunnel as a subway, three shield excavators are required, and the equipment is large-scale, and loading and unloading of the excavator is difficult. Therefore, there is a problem that the tunnel excavation work is expensive. Also, the first shield excavator forms a central tunnel, and the second and third shield excavators operate to include a portion that partially overlaps the central tunnel, thereby forming each side tunnel. It will be. For this reason, the cutter heads of the second and third shield excavators idle in a portion overlapping with the central tunnel, that is, a space portion having no excavated portion, and there is a problem that excavation efficiency is not good.
[0006]
An object of the present invention is to solve such a problem, and to provide a tunnel excavator and a tunnel excavation method which reduce the size, weight, and cost of the device and improve the excavation work efficiency. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a tunnel excavator according to the present invention includes a first excavator main body having a rotatable circular first cutter head mounted on a front end thereof, and a drive for driving and rotating the first cutter head. Means, first propulsion means for advancing the first excavator body, and ring-shaped segments on the inner wall surface of the first tunnel formed by the rotation of the first cutter head and the advancement of the first excavator body. The first segment erector to be mounted on the Non A second excavator main body having a circular second cutter head mounted thereon and movable along a guide portion formed on an outer peripheral side surface of the segment of the first tunnel; and a swing for reciprocatingly swinging the second cutter head. Means, a second propulsion means for advancing the second excavator body, and an inner wall surface of a second tunnel formed by rocking the second cutter head and advancing the second excavator body, Place the segment on the part not facing the segment of the first tunnel C-shaped A second segment erector to be assembled; The joining material is solidified in a gap between the C-shaped segment surrounded by the mold and the first tunnel segment, which are assembled by the second segment erector at a portion facing the segment of the first tunnel, And a joining material solidifying means for joining the segments of the first and second tunnels.
[0008]
Therefore, a tunnel is excavated by advancing the first excavator body while driving and rotating the circular first cutter head, and a first tunnel is constructed by assembling segments into a ring shape on the inner wall surface of the tunnel. on the other hand, Non A tunnel is excavated by advancing the second excavator body while reciprocatingly oscillating the circular second cutter head, and a segment is formed on a portion of the inner wall surface of the tunnel that does not contact the ring-shaped segment. C-shaped The second tunnel is constructed by assembling, and the bonding material solidification means In the gap between the C-shaped segment surrounded by the formwork assembled to the portion of the first tunnel facing the segment by the second segment erector and the segment of the first tunnel. By solidifying the joining material and joining the segments together, a multiple tunnel is excavated and formed.
[0009]
Further, in the tunnel excavator of the present invention, the second excavator main body is provided with auxiliary excavation means for forming a hollow portion adjacent to the segment outer peripheral surface of the first and second tunnels. It is.
[0010]
Therefore, the adjacent portion of the outer peripheral surface of the first and second tunnels is excavated by the auxiliary excavating means to form a hollow portion, and the communication between the first tunnel and the second tunnel is facilitated.
[0011]
Further, in the tunnel excavator of the present invention, a joint sealing material is injected into the second excavator body into a cavity portion adjacent to the outer peripheral surface of the segment of the first and second tunnels excavated by the auxiliary excavation means. In this case, an injection means for injecting the joint sealing material into the gap is provided.
[0012]
Therefore, when the joining sealing material is injected into the cavity portion adjacent to the outer peripheral surface of the segment between the first tunnel and the second tunnel by the injection means, the joining sealing material flows into the gap portion from the cavity portion. Is firmly joined and water is prevented from entering the tunnel.
[0013]
In the tunnel excavator of the present invention, there is provided a segment cutting and removing means for cutting and removing a contact central portion of each segment of the first and second tunnels joined by the joining sealing material and communicating with both tunnels. It is characterized by having.
[0014]
Therefore, after the first tunnel and the second tunnel are joined to each other, the central portion of the contact is cut and removed by the segment cutting and removing means, so that the two tunnels communicate with each other, so that multiple tunnels can be easily formed. It becomes possible.
[0015]
In the tunnel excavator of the present invention, the second cutter head has a center support shaft rotatably supported by a front end of the second excavator body, and a swing arm having a diameter from the support shaft. A drive rod of a fluid cylinder, the main body being pivotally connected to the second excavator main body, being connected to the swing arm.
[0016]
Therefore, by operating the fluid cylinder and continuously driving the drive rod to expand and contract, the swing arm swings, and the second cutter head continuously swings within a predetermined angle range via the support shaft. The second tunnel head can be easily excavated by the continuously oscillating second cutter head.
[0017]
Further, in the tunnel excavator of the present invention, the form attached to the gap between the segments of the first and second tunnels is removed when the internal bonding material is solidified.
[0018]
Therefore, when the bonding material is solidified, the form is removed, transported to the front of the tunnel, and attached again to the gap between the segments of the first and second tunnels for reuse.
[0019]
In the tunnel excavator of the present invention, the first tunnel is a central tunnel having a circular cross section, and the second tunnel is a pair of left and right side tunnels formed on both sides of the central tunnel. It is characterized by the following.
[0020]
Therefore, the triple tunnel is easily excavated and formed.
[0021]
Further, in the tunnel excavator of the present invention, the first tunnel is a pair of left and right side tunnels having a circular cross section, and the second tunnel is a central tunnel formed between the side tunnels. It is characterized by the following.
[0022]
Therefore, the triple tunnel is easily excavated and formed.
[0023]
In the tunnel excavation method of the present invention, the first tunnel is excavated and formed by advancing the first excavator body while driving and rotating the circular first cutter head mounted on the front end. The first tunnel was constructed by assembling the segments into a ring shape on the inner wall surface of the first tunnel, and then attached to the front end. Non The second tunnel is excavated and formed by advancing the second excavator main body along the guide portion formed on the outer peripheral side surface of the segment of the first tunnel while reciprocatingly swinging the circular second cutter head. On the inner wall surface of the formed second tunnel which is not in contact with the segment of the first tunnel C-shaped Build a second tunnel by assembling the segments, A mold is installed at a portion corresponding to the segment of the first tunnel, and a gap between the C-shaped segment surrounded by the mold and the segment of the first tunnel is provided. The segments of the first and second tunnels are joined by solidifying a joining material.
[0024]
Therefore, the first cutter head excavates and forms a first tunnel having a circular cross section, and the second cutter head excavates and forms a second tunnel having a semicircular cross section along the first tunnel, so that only independent portions are formed. Drilling, and A mold is installed at a portion corresponding to the segment of the first tunnel, and a gap between the C-shaped segments surrounded by the mold and the segment of the first tunnel is provided. By solidifying the joining material, the segment forming the first tunnel and the segment forming the second tunnel can be easily joined.
[0025]
Further, in the tunnel excavation method of the present invention, in a state where the segments of the second tunnel are joined to the sides of the segments of the first tunnel by a joining material, a joint central portion of each joined segment is cut and removed. Thus, the inside of the first tunnel and the inside of the second tunnel are communicated with each other to form a tunnel having an irregular cross section.
[0026]
Therefore, by cutting and removing the contact central portion between the ring-shaped segment of the first tunnel and the segment of the second tunnel, the first tunnel and the second tunnel can easily communicate with each other to form a tunnel having an irregular cross section. Become.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0028]
FIG. 1 is a schematic view of a shield excavator as a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the shield excavator, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. IV-IV section, FIGS. 5 to 9 are cross-sectional views of a main part for explaining a method of forming a tunnel by the shield excavator of the present embodiment, and FIG. 10 is a cross section of a tunnel constructed by the shield excavator of the present embodiment. Is shown.
[0029]
As shown in FIG. 1, the shield excavator of the present embodiment excavates and forms a tunnel used for a subway, and has a first excavation in which a rotatable circular cutter head 11 is attached to a front end portion. An excavator main body 12, a second excavator main body 22 having a swingable semi-circular cutter head 21 attached to a front end thereof and movable along a central tunnel formed by the first excavator main body 12; A swingable semi-circular cutter head 31 is attached to the front end and a central tunnel T formed by the first excavator body 12 by excavation. ₁ And a third excavator main body 32 movable along the other side of the outer periphery of the segment.
[0030]
That is, as shown in FIGS. 2 to 4, a circular first cutter head 11 to which a number of cutter bits 13 are fixed is rotatably attached to a front portion of the first excavator body 12 by a rotating shaft 14. ing. A ring gear 15 is fixed to the rotating shaft 14, while a drive motor 16 is attached to the first excavator main body 12. A drive gear 17 of the drive motor 16 meshes with the ring gear 15. I have. Accordingly, when the drive motor 16 is driven, the cutter head 11 is driven to rotate together with the rotating shaft 14 via the drive gear 17 and the ring gear 15, and the ground in front can be excavated by the many cutter bits 13.
[0031]
A plurality of shield jacks 18 are arranged along the circumferential direction at the rear of the first excavator body 12 and the segments S ₁ Is installed. Accordingly, when the shield jack 18 is operated to extend backward in the excavation direction, the existing segment S constructed on the inner peripheral surface of the excavated tunnel is formed. ₁ The first excavator main body 12 can move forward due to the reaction force from the above, and the segment erector 19 can reduce the size of the shield jack 18 to the existing segment S. ₁ A new segment S in the space between ₁ With this segment S ₁ Can be assembled in a ring shape.
[0032]
On the other hand, a semicircular second cutter head 21 to which a number of cutter bits 23 are fixed is rotatably attached to a front portion of the second excavator body 22 by a rotation shaft 24. A pair of swing arms 25 are integrally fixed to the rotating shaft 24, and a pair of hydraulic cylinders 26 are attached to the second excavator body 22 side. 27 is connected to the tip of the swing arm 25. Accordingly, when each hydraulic cylinder 26 is driven, the cutter head 21 is driven to rotate together with the rotary shaft 24 via each drive rod 27 and the swing arm 25, and the ground in front can be excavated by the multiple cutter bits 23. .
[0033]
The existing segment S at the rear of the second excavator body 22 ₁ A plurality of shield jacks 28 are juxtaposed along the circumferential direction in a portion not in contact with ₂ And inner formwork U ₂ (Not shown) is provided. Therefore, when the shield jack 28 is operated to extend rearward in the excavation direction, the existing segment S built on the inner peripheral surface of the excavated tunnel is formed. ₂ The second excavator body 22 can move forward due to the reaction force from the above, and the segment erecta is an existing segment S formed by reducing the shield jack 28. ₂ A new segment S in the space between ₂ With this segment S ₂ Can be assembled in a C-shape, and a C-shaped segment S ₂ Of the ring-shaped segment S ₁ And the inner formwork U ₂ Can be assembled.
[0034]
The third excavator main body 32 has substantially the same configuration as the second excavator main body 22, and a semi-circular third cutter head 31 having a large number of cutter bits 33 fixed to a front portion thereof has a rotating shaft. It is rotatably mounted by 34. The respective drive rods 37 of the pair of hydraulic cylinders 36 are connected to the respective swing arms 35 of the rotary shaft 34. By driving the respective hydraulic cylinders 36, the cutter head 31 can be rotationally driven. . In addition, a plurality of shield jacks 38 and a segment elector 39 are arranged at the rear of the third excavator main body 32.
[0035]
Therefore, when this shield jack 38 is extended, the existing segment S constructed on the inner peripheral surface of the tunnel is extended. ₃ The third excavator body 32 can move forward by the reaction force from the ₃ A new segment S in the space between ₃ With this segment S ₃ Can be assembled in a C-shape, and a C-shaped segment S ₃ Of the ring-shaped segment S ₁ And the inner formwork U ₃ Can be assembled.
[0036]
Then, the segment S is formed by the segment erector 19 of the first excavator body 12. ₁ Tunnel T formed by assembling ₁ Has a pair of guide grooves G on both sides thereof along the digging direction. ₂ , G ₃ Is formed. On the other hand, each guide groove G ₂ , G ₃ Are formed on the second excavator main body 22 and the third excavator main body 32 corresponding to the first excavator main body. ₁ Guide groove G ₂ And the guide protrusion 32g of the third excavator main body 32 is ₁ Guide groove G ₃ And is slidable. The central tunnel T ₁ Each guide groove G ₂ , G ₃ Is filled with a filler such as styrene foam.
[0037]
The second excavator main body 22 and the third excavator main body 32 have a central tunnel T. ₁ A small cylindrical housing 41 is integrally fixed to an end portion of the housing 41 in contact with the outer peripheral surface, and a screw conveyor 42 is mounted in the housing 41. The screw conveyor 42 has a central tunnel T ₁ The segment S forming ₁ And each side tunnel T ₂ , T ₃ The segment S forming ₂ , S ₃ The housing 41 is provided with an injection pipe 43 for injecting a bonding sealing material after excavation of the excavated earth and sand.
[0038]
Here, an operation of excavating and forming a triple tunnel used for a subway by the above-described shield excavator of the present embodiment will be described.
[0039]
In order to excavate the ground with the shield excavator according to the present embodiment, first, as shown in FIGS. 2 and 3, in the first excavator main body 12, the When the shield jack 18 is extended, the first excavator body 12 ₁ The cutter bit 13 moves forward due to the reaction force from the ground and excavates the tunnel by excavating the ground in front. Then, the existing segment S formed by reducing the shield jack 18 is formed. ₁ Segment erector 19 in the space between ₁ As shown in FIG. 5, the central tunnel T ₁ Is constructed.
[0040]
Next, the second excavator body 22 is connected to the central tunnel T formed by the first excavator body 12. ₁ Guide groove G ₂ The guide projection 22g is guided by being slidably fitted to the guide projection 22g. Therefore, as shown in FIG. 2, when the shield jack 28 is extended while the hydraulic cylinder 26 is continuously driven to reciprocally swing the cutter head 21 in the second excavator body 22, the second excavator body 22 Is the existing segment S ₂ Tunnel T ₁ The cutter bit 23 excavates the ground by excavating the ground in front of the tunnel. Then, the existing segment S formed by reducing the shield jack 28 is formed. ₂ In the space between the segment Electa and the new segment S ₂ As shown in FIG. 6, the central tunnel T having a circular cross-section ₁ Ring-shaped segment S constituting ₁ Side tunnel T having a substantially semicircular cross-section ₂ C-shaped segment S constituting ₂ Is assembled. Also, the C-shaped segment S ₂ Of the ring-shaped segment S ₁ And the inner formwork U ₂ Assemble.
[0041]
On the other hand, the third excavator body 32 is a central tunnel T formed by the first excavator body 12. ₁ Guide groove G ₃ The guide projection 32g is guided by being slidably fitted on the guide projection 32g. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 4, similarly to the second excavator body 22, by moving the third excavator body 32 forward while reciprocatingly swinging the cutter head 31, a large number of cutter bits 33 are moved forward. Excavate the ground and excavate the tunnel. Then, a segment S is formed by a segment ₃ , The center tunnel T with a circular cross section ₁ Ring-shaped segment S constituting ₁ Side tunnel T having a substantially semicircular cross-section ₃ C-shaped segment S constituting ₃ Is assembled. Also, the C-shaped segment S ₃ Of the ring-shaped segment S ₁ And the inner formwork U ₃ Assemble.
[0042]
On the other hand, the side tunnel T by the second and third excavator bodies 22, 32 ₂ , T ₃ As the screw conveyors 42 excavate the ground in front with the construction of the tunnel, the central tunnel T ₁ And each side tunnel T ₂ , T ₃ The cavity A is formed in the vicinity of the contact portion with the substrate. Then, when the joining sealing material is injected into each of the cavities A from the injection pipe 43, as shown in FIG. ₁ Each guide groove G ₂ , G ₃ And both segments S ₂ , S ₃ The gap between the segments S ₁ And segment S ₃ , S ₃ Between each gap B, each tunnel T ₁ , T ₂ , T ₃ (Segment S ₁ , S ₂ , S ₃ ) And the ground, flows and hardens to form a joint C, and each tunnel T ₁ , T ₂ , T ₃ Are firmly joined. Also, the central tunnel T ₁ The intermediate beams 51 are erected on both sides.
[0043]
Then, as shown in FIG. ₁ And segment S ₃ , S ₃ When the joint C of each gap B is hardened, the inner mold U ₂ , U ₃ Is removed, and as shown in FIG. ₁ And each side tunnel T ₂ , T ₃ By cutting and removing each contact portion with the center tunnel T ₁ And each side tunnel T ₂ , T ₃ Communicate with each other, and a triple tunnel can be formed.
[0044]
The excavated tunnel for the subway has the shape shown in FIG. 10A at the station portion and the shape shown in FIG. 10B at the detention portion.
[0045]
FIG. 11 is a front view of a shield excavator as a tunnel excavator according to a second embodiment of the present invention, FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a cutter head driving mechanism of the shield excavator, and FIG. 13 is a shield excavator of the present embodiment. 1 shows a cross section of a tunnel constructed by a machine.
[0046]
As shown in FIGS. 11 and 12, the shield excavator according to the present embodiment includes a first excavator body and a second excavator body each having a rotatable circular cutter head attached to a front end thereof, and a first excavator body. A drum-shaped third excavator equipped with a swingable cutter head at a front end thereof which is movable along a pair of side tunnels excavated by the excavator body and the second excavator body. And a main body. The first excavator main body and the second excavator main body are the same as the first excavator main body of the above-described first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0047]
In the shielded excavator of the present embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the third excavator body 61 has a drum-shaped cylindrical shape, and a third cutter in which a number of cutter bits 62 are fixed to a front part. A head 63 is rotatably mounted on a rotating shaft 64. A pair of swing arms 65 are integrally fixed to the rotating shaft 64, and a pair of hydraulic cylinders 66 are attached to the excavator main body 61, respectively. 67 is connected to the tip of the swing arm 65. Accordingly, when each hydraulic cylinder 66 is driven, the third cutter head 63 is rotated together with the rotation shaft 64 via each drive rod 67 and the swing arm 65, and the ground in front is excavated by the large number of cutter bits 62. be able to.
[0048]
A plurality of shield jacks 68 are arranged side by side in the circumferential direction at the rear part of the excavator body 61 and the segment S ₃ And inner formwork U ₃ (Not shown) is provided. Therefore, when the shield jack 68 is operated to extend rearward in the excavation direction, the existing segment S constructed on the inner peripheral surface of the excavated tunnel is formed. ₃ The excavator main body 61 can move forward due to the reaction force from the existing segment S formed by reducing the shield jack 68. ₃ A new segment S in the space between ₃ With this segment S ₃ Can be assembled in a C-shape, and a C-shaped segment S ₃ Of the ring-shaped segment S ₁ And the inner formwork U ₃ Can be assembled.
[0049]
Then, the segment S is formed by the segment erector of the third excavator body 61. ₃ Tunnel T formed by assembling ₃ Has a pair of guide grooves G on both sides thereof along the digging direction. ₃ Is formed. On the other hand, each guide groove G ₃ A guide projection 61g is formed on the third excavator main body 61 corresponding to the first excavator body. ₂ , T ₃ Each guide groove G ₃ And is slidable. The side tunnel T ₂ , T ₃ Each guide groove G ₃ Is filled with a filler such as styrene foam.
[0050]
Also, on both sides of the third excavator body 61, side tunnels T ₂ , T ₃ A small cylindrical housing 71 is integrally fixed to an end portion of the housing 71 which is in contact with the outer peripheral surface, and a screw conveyor 72 is mounted in the housing 71. The screw conveyor 72 has a side tunnel T ₂ , T ₃ The segment S forming ₂ , S ₃ And central tunnel T ₃ The segment S forming ₃ In the housing 71, there is provided an injection pipe for injecting a sealing material after discharging the excavated earth and sand.
[0051]
Here, an operation of excavating and forming a triple tunnel used for a subway by the above-described shield excavator of the present embodiment will be described.
[0052]
In order to excavate the ground with the shield excavator according to the present embodiment, first, as shown in FIG. ₁ , T ₂ (Segment S ₁ , S ₂ Excavation). Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the third excavator body 61 is connected to each side tunnel T, T ₂ (Segment S ₁ , S ₂ ) Guide groove G ₁ The guide projection 61g is guided by being slidably fitted into the guide projection 61g. Accordingly, by moving the third excavator body 61 forward while reciprocatingly swinging the cutter head 63, a large number of cutter bits 62 excavate the ground in front and excavate a tunnel. Then, a segment S is formed by a segment ₃ , Each side tunnel T of circular cross section ₁ , T ₂ Ring-shaped segment S constituting ₁ , S ₂ Is located between the central tunnel T with a substantially drum-shaped cross section ₃ Segment S ₃ Is assembled. This segment S ₃ Of the ring-shaped segment S ₁ , S ₂ And the inner formwork U ₃ Assemble.
[0053]
On the other hand, the central tunnel T ₃ As each screw conveyor 72 excavates the ground in front with the construction of ₁ , T ₂ And central tunnel T ₃ Are formed in the vicinity of the contact portions. Then, when the joint sealing material is injected into each of the cavities A from the injection pipe, as shown in FIG. ₃ Each guide groove G ₁ And both segments S ₁ , S ₂ The gap between the segments S ₃ And segment S ₁ , S ₂ Between each gap B, each tunnel T ₁ , T ₂ , T ₃ (Segment S ₁ , S ₃ , S ₃ ) And the ground, flows and hardens to form a joint C, and each tunnel T ₁ , T ₂ , T ₃ Are firmly joined. Then, similarly to the above-described embodiment, the shape is adapted to a tunnel for a subway.
[0054]
【The invention's effect】
As described above in detail with reference to the embodiments, according to the tunnel excavator of the present invention, a rotatable circular first cutter head is mounted on the front end and excavated on the propellable first excavator body. A first segment erector for assembling a segment is provided on an inner wall surface of the formed first tunnel, and a swingable front end portion is provided. Non An inner wall surface of a second tunnel formed by excavating a second excavator main body to which a circular second cutter head is mounted and which can be propelled along a guide portion formed on an outer peripheral side surface of a segment of the first tunnel; Segments that do not oppose one tunnel segment C-shaped While providing the second segment erector to be assembled, In the gap between the C-shaped segment surrounded by the formwork assembled to the portion of the first tunnel facing the segment by the second segment erector and the segment of the first tunnel. Since the joining material solidifying means for joining the segments of the first and second tunnels is provided by solidifying the joining material, a first tunnel having a circular cross section is formed by the first excavator body, and the second excavator body is While moving along the first tunnel, only a necessary part is excavated to form a semicircular second tunnel in parallel with the first tunnel, and the first tunnel segment and the second tunnel segment are formed by the bonding material solidifying means. The joining material is solidified by using a formwork in the gap between the second excavator and the segments, and the structure of the second excavator main body can be simplified to reduce the size, weight, and cost of the device. The excavation work efficiency can be improved by easily forming the multiple tunnels.
[0055]
Further, according to the tunnel excavator of the present invention, since the second excavator body is provided with the auxiliary excavation means for forming the hollow portion adjacent to the outer peripheral surfaces of the segments of the first and second tunnels, the first and second excavators are provided. The hollow portion is formed by excavating the adjacent portion of the outer peripheral surface of the tunnel by the auxiliary excavating means, so that communication between the central tunnel and the side tunnel can be easily performed.
[0056]
Further, according to the tunnel excavator of the present invention, the joint sealing material is injected into the gap portion by injecting the joining sealing material into the cavity adjacent to the outer peripheral surface of the segment of the first and second tunnels excavated by the auxiliary excavating means. Since the injecting means for injecting is provided, when the joining sealing material is injected into the cavity adjacent to the outer peripheral surface of the segment between the first tunnel and the second tunnel by the injecting means, the joining sealing material is transferred from the cavity to the gap. As a result, the two are firmly joined and can prevent water from entering the tunnel.
[0057]
Further, according to the tunnel excavator of the present invention, there is provided a segment cutting and removing means for cutting and removing the contact central portion of each segment of the first and second tunnels joined by the joining sealing material and communicating with the inside of both tunnels. Therefore, the first tunnel and the second tunnel are cut and removed by the segment cutting and removing means at the contact center portion where the first and second tunnels are joined to each other, so that the two tunnels communicate with each other, so that multiple tunnels can be easily formed. it can.
[0058]
Further, according to the tunnel excavator of the present invention, the support shaft of the second cutter head is rotatably supported by the main body, and the drive rod of the fluid cylinder is connected to the swing arm integrated with the support shaft. The second cutter head can be continuously rocked within a predetermined angle range through the rocking arm by the expansion and contraction drive of the fluid cylinder, and the side tunnel is easily excavated by the continuously rocking second cutter head. be able to.
[0059]
According to the tunnel excavator of the present invention, the formwork attached to the gap between the segments of the first and second tunnels is made removable when the internal bonding material is solidified. The formwork conveyed to the first and second tunnels is again attached to the gap between the segments of the first and second tunnels for reuse, whereby the cost can be reduced.
[0060]
According to the tunnel excavator of the present invention, the first tunnel is a central tunnel having a circular cross section, and the second tunnel is a pair of left and right side tunnels formed on both sides of the central tunnel. The tunnel can be easily formed by excavation.
[0061]
According to the tunnel excavator of the present invention, the first tunnel is a pair of left and right side tunnels having a circular cross section, and the second tunnel is a central tunnel formed between the side tunnels. The tunnel can be easily formed by excavation.
[0062]
According to the tunnel excavation method of the present invention, the first tunnel is excavated and formed by advancing the first excavator body while driving and rotating the circular first cutter head, and forming the first tunnel on the inner wall surface of the first tunnel. Assemble the segments into a ring to build the first tunnel, and then Non The second tunnel is excavated and formed by advancing the second excavator main body along the guide portion formed on the outer peripheral side surface of the segment of the first tunnel while reciprocatingly swinging the circular second cutter head. A segment on the inner wall surface of the second tunnel, which does not contact the segment of the first tunnel. C-shaped To build a second tunnel, A mold is installed at a portion corresponding to the segment of the first tunnel, and a gap between the C-shaped segments surrounded by the mold and the segment of the first tunnel is provided. By solidifying the bonding material, the first and second tunnel segments are joined to form a tunnel having a deformed cross section, so that the first cutter head excavates and forms a central tunnel having a circular cross section, The head excavates and forms the second tunnel having a semicircular cross-section along the first tunnel. Excavating only independent portions can improve excavation efficiency.
[0063]
Further, according to the tunnel excavation method of the present invention, in a state where the segments of the second tunnel are joined to the sides of the segments of the first tunnel by the joining material, the joining central portions of the joined segments are cut and removed. As a result, a tunnel having an irregular cross section is constructed by connecting the insides of the first tunnel and the second tunnel, and a tunnel having an irregular cross section is easily constructed by communicating the first tunnel with the second tunnel. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a shield excavator as a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the shield excavator.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2;
FIG. 5 is a sectional view of a main part for describing a method of forming a tunnel by the shield excavator according to the embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of a main part for describing a method of forming a tunnel by the shield excavator of the embodiment.
FIG. 7 is a fragmentary cross-sectional view for explaining a method of forming a tunnel by the shield excavator of the embodiment.
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view for explaining a method of forming a tunnel by the shield excavator of the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part for describing a method of forming a tunnel by the shield excavator of the embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a tunnel constructed by the shield excavator of the embodiment.
FIG. 11 is a front view of a shield excavator as a tunnel excavator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing a driving mechanism of a cutter head of the shield excavator.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a tunnel constructed by the shield excavator of the embodiment.
[Explanation of symbols]
11 First cutter head
12 1st excavator body
16 Drive motor (drive means)
18 propulsion jack (first propulsion means)
19 1st segment erector
21 Second cutter head
22 Second excavator body
26 Hydraulic cylinder (swing means)
28 Shield jack (second propulsion means)
29 2nd segment erector
31 3rd cutter head
32 3rd excavator body
36 Hydraulic cylinder (swing means)
38 Shield jack (third propulsion means)
41 Housing
42 Screw conveyor (excavation aid)
43 injection tube (injection means)
61 3rd excavator body
63 3rd cutter head
66 Hydraulic cylinder (swing means)
68 Shield jack (third propulsion means)
71 Housing
72 Screw conveyor (excavation aid)
G ₁ , G ₂ , G ₃ Guide groove
S ₁ , S ₂ , S ₃ segment
T ₁ , T ₂ , T ₃ tunnel
U ₁ , U ₂ , U ₃ Inner formwork

Claims

A first excavator body having a rotatable circular first cutter head mounted on a front end thereof; a driving unit for driving and rotating the first cutter head; and a first propulsion unit for advancing the first excavator body A first segment erector for assembling a segment in a ring shape on an inner wall surface of a first tunnel formed by the rotation of the first cutter head and the advance of the first excavator body, and a swingable front end portion. A second excavator main body having a non- circular second cutter head mounted thereon and movable along a guide portion formed on an outer peripheral side surface of the segment of the first tunnel; and a swinger for reciprocatingly swinging the second cutter head. Moving means, second propulsion means for advancing the second excavator body, and an inner wall surface of a second tunnel formed by rocking the second cutter head and advancing the second excavator body. The first A second segment erector assembling the segments to the segment and does not face portion of the tunnel in a C-shape, the second segment Elekta of the first tunnel segment opposite to be assembled to the portion mold and of the first tunnel A joining material solidifying means for solidifying a joining material in a gap between the C-shaped segments surrounded by the segments and joining the segments of the first and second tunnels. Machine.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein said second excavator body is provided with auxiliary excavation means for forming a hollow portion adjacent to a segment outer peripheral surface of said first and second tunnels. Excavator.

3. The tunnel excavator according to claim 2, wherein a sealing material is injected into the second excavator body into a cavity adjacent to an outer peripheral surface of each of the segments of the first and second tunnels excavated by the auxiliary excavation unit. 4. An injection means for injecting a joint sealing material into the gap portion is provided.

4. The tunnel excavator according to claim 3, further comprising: a segment cutting and removing unit that cuts and removes a contact central portion of each segment of the first and second tunnels joined by the joining sealing material and communicates with both tunnels. A tunnel excavator.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein the second cutter head has a center support shaft rotatably supported by a front end of the second excavator body and a swing arm having a diameter from the support shaft. A tunnel excavator, characterized in that a drive rod of a fluid cylinder, which extends in the direction, and whose body is pivotally connected to the second excavator body, is connected to the swing arm.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein the formwork attached to a gap between the segments of the first and second tunnels is removed when an internal bonding material is solidified.

The tunnel excavator according to claim 1, wherein the first tunnel is a central tunnel having a circular cross section, and the second tunnel is a pair of left and right side tunnels formed on both sides of the central tunnel. A tunnel excavator.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein the first tunnel is a pair of left and right side tunnels having a circular cross section, and the second tunnel is a central tunnel formed between the side tunnels. A tunnel excavator.

A first tunnel is excavated and formed by advancing a first excavator body while driving and rotating a circular first cutter head mounted on a front end portion, and a segment is formed on an inner wall surface of the excavated first tunnel. The first excavator body is formed on the outer peripheral side of the segment of the first tunnel while reciprocatingly swinging the non- circular second cutter head mounted on the front end portion. The second tunnel is excavated and formed by advancing along the guided guide portion, and a C-shaped segment is assembled on a portion of the inner wall surface of the excavated and formed second tunnel which does not contact the segment of the first tunnel. attaching to the second tunnel building, the formwork is placed in the segment with the corresponding portion of the first tunnel, segment of the C-shaped surrounded by the segments of the first tunnel and the mold frame Tunneling method, which comprises bonding a segment of said first and second tunnel by solidifying the bonding material in the gap portion.

The tunnel excavation method according to claim 9, wherein, in a state where the segments of the second tunnel are joined to a side of the segments of the first tunnel by a joining material, a joining central portion of each joined segment is cut and removed. A tunnel excavation method characterized by constructing a tunnel having an irregular cross-section by communicating the inside of the first tunnel with the inside of the second tunnel.