JP4445540B2 - アプロ−チ兼道路トンネル用シールドおよびアプローチトンネル、道路トンネルの築造方法 - Google Patents

Description

この発明は、アプロ−チトンネル掘削用のアプローチシールドの主要部を道路トンネル用シールドに転用し、そのシールドを用いてアプローチトンネルないし道路トンネルを構築する築造方法に関する。

道路トンネルを地中に設置する場合、地上から地下へ入り地下の本線区間と接続される区間と、その逆に地下の本線区間から地上へと出てくる区間とがあり、この区間をアプローチ区間（アプローチ部）といい、その部分を掘削するシールドをアプローチシールド、トンネルをアプローチトンネルと称している。

道路トンネルである本線区間はシールド工法によって構築されることが多く、掘削による地盤沈下の影響を抑えるためにトンネル上部の土被り厚をトンネル径以上に確保することが一般的となっている。これに対し、アプローチ区間は、土被りをトンネル径以上で築造される上記本線区間に比べて土被りが浅く、アプローチ区間は地表面から比較的浅いので、従前においては地盤改良等の補助工法を併用して開削工法により地中トンネルが構築されていた。

従来のシールド工法で、道路トンネルを構築する場合、切羽の安定や浮き上がりなどから、発進立坑の深さは道路トンネルのシールド外径の１．５〜２．０倍くらいの深さまでとる必要があり、地上から立坑までのアプロ−チ部は、通常、開削工法を用いていた。

しかしながら、このアプローチ部を開削工法で行い、アプローチ部５’を築造するにあたり、図１７（ａ）に示すように、地表付近に埋設物３’、河床４’、構造物２’が多い場合、開削工法ではそれらを撤去、切替、移設する等の必要があり、周辺住民への影響も多大であった。また、図１７（ｂ）に示すように、開削工法の土留めａ’によって、地下水脈ｂ’を遮断してしまい、地上の湧水や井戸が枯渇するなどし、環境面でも問題があった。また、従来では、アプローチ部５’は開削工法を用い、シールド発進用立坑１’からは別途新たに製作した道路トンネル用のシールドを用い到達立坑まで掘進を行っていた。
特開２００２−２１０９８

この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、開削工法によるアプローチ部分を最小とし、地表に河床、構造物等があるような場合でもそれらに悪影響を及ぼさないようにし、地上への影響を少なくするために、アプローチ部分のトンネル断面の高さを極力低くして横長楕円形ないし横長の円弧状矩形のトンネル断面とし、本線区間の道路トンネルにおいては、横長ほぼ矩形の断面から地下深く換気空間、避難通路、共同溝等のスペースを確保できる円形、馬蹄形、逆馬蹄形断面等に容易に変更可能とした、アプローチトンネル兼道路トンネルシールドおよびアプローチトンネルから本線部分の道路トンネルにかけての築造方法を提供するにある。

請求項１では、横長のアプローチシールドを、円形、馬蹄形、または逆馬蹄形の道路トンネルシールドへ換装可能なシールドであって、前記アプローチシールドは、アプローチトンネル内の残置される残置部分と、上部または下部分であって撤去可能な撤去部分と、道路トンネルシールドへ転用される転用部分とを備え、前記転用部分に道路トンネルシールド新規製作部分を組み付け道路トンネルシールドへ換装する、ことを特徴とする。
請求項２では、請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、前記アプローチシールドは横長の円弧状矩形形状をなし、ほぼ中央部分のシールド中央転用部分と、この上部および下部に分割可能に設けられた矩形シールド上撤去部分、矩形シールド下撤去部分とからなり、このアプローチシールドは、前記シールド中央転用部分の上部および下部に組み付けられる、ほぼ半月形をなす円形シールド上新規製作部分および円形シールド下新規製作部分とにより、道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、ことを特徴とする。
請求項３では、請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、前記アプローチシールドは横長の円弧状矩形形状をなし、上部の矩形シールド上撤去部分と、その下方に分割可能に設けられた矩形シールド転用部分とからなり、このアプローチシールドは、前記矩形シールド転用部分に組み付けられるほぼ半月状の馬蹄形シールド上新規製作部分により道路トンネルを築造する馬蹄形シールドに換装される、ことを特徴とする。
請求項４では、請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルにおいて、前記アプローチシールドは、逆馬蹄形をなし、上方が小曲率の円弧状をなす逆馬蹄形シールド上撤去部分と、その下方に分割可能に設けられた逆馬蹄形シールド転用部分とからなり、このアプローチシールドは、前記逆馬蹄形シールド転用部分の上部に組み付けるほぼ半月状の円形シールド上新規製作部分により道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、ことを特徴とする。
請求項５では、請求項１記載のアプローチ兼トンネルシールドにおいて、アプローチシールドは、ほぼ矩形をなし、外殻の上部および下部が撤去可能な矩形シールド転用部分からなり、このアプローチシールドは前記矩形シールド転用部分の上下にそれぞれ組み付けられるほぼ半月状の円形シールド上新規製作部分、円形シールド下新規製作部分により道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、ことを特徴とする。
請求項６では、請求項１〜５いずれか記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、前記転用部分は、道路トンネルシールドへ転用される外殻と、この外殻内に設けられた隔壁と、この隔壁の前方に設けられたカッターと、このカッターを駆動するカッター駆動装置とからなる、ことを特徴とする。
請求項７では、請求項１〜６いずれか記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、前記アプローチシールドおよび道路トンネルシールドは偏心多軸シールドからなる、ことを特徴とする。
請求項８では、請求項５記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、前記アプローチシールドおよび道路トンネルのカッターは、回転式カッターからなる、ことを特徴とする。
請求項９では、横長のアプローチシールドをシールド発進立坑から発進させアプローチトンネルを築造し、シールド換装用立坑またはシールド換装用地中空間で前記アプローチシールドの一部を転用して道路トンネルシールドを換装し、この道路トンネルシールドにより道路トンネルを築造する、ことを特徴とする。
請求項１０では、請求項９記載のアプローチトンネルおよび道路トンネルの築造方法において、前記アプローチシールドは、アプローチトンネル内に残置される残置部分と、上部または下部を、撤去可能な撤去部分と、道路トンネルシールドへ転用される転用部分とを備え、前記撤去部分に道路トンネルシールド新規製作部分を組み付け、横長の形状から円形、馬蹄形または逆馬蹄形の道路トンネルシールドへ換装される、ことを特徴とする。

幅が同じで円形シールド等より高さの低いほぼ横長の矩形シールドでアプローチトンネルを施工するため、浅い部分からの発進が可能となり、かつアプローチ部の開削は最小で済み、土留め、掘削も最小限ですみ、周辺への影響、地盤改良なども少なくてすむ。
また、矩形シールドから円形シールド等への換装において、カッター駆動部、カッターの一部、排土装置等の諸設備を転用できるようにしたので、経済的である。
さらに、アプローチトンネルの施工区間に、埋設物や河川横断などがある場合、矩形シールドは河床との離隔がしやすい、という効果がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の概念図で、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。

図１（ａ）において、１はシールド発進用立坑、２は地上部分の構造物、３は地上付近の埋設物、４は河床、５はシールド発進用立坑１とシールド換装用立坑６間のアプローチトンネル、７はシールド発進用立坑１と地上部分とを繋ぐ開削区間、８はシールド換装用立坑から例えば到達側立坑（図示せず）間までの道路トンネルである。

なお、図１において、ａは地上から道路トンネル８の上部までの土被りである。

本発明の基本的実施例においては、アプローチトンネル５を、図１（ｂ）に示すように、トンネル断面が横長であって正面全体形状がほぼ楕円ないし横長の円弧状矩形のトンネル形状とし、道路トンネル８は、図１（ｃ）に示すように、断面がほぼ円形をなすトンネル形状として築造することに特徴を有している。

図２は、図１（ｂ）で示したアプローチトンネル５の断面の一例の拡大図である。図中９は横長の円弧状矩形に組み込まれたトンネルを構成するセグメント、１０はトンネル内下部のインバート、１１は換気空間、１２は標識設置空間、１３は建築限界、１４は監視員通路である。

図３は図１（ｃ）で示した道路トンネル８の断面の一例の拡大図である。１５は円形セグメント、１６はインバート、１７はインバート１６上に設けられた床版、１８は床版１７とインバート１６間に設けられた中壁、１９は中壁１８によって区画形成された避難通路、２０は共同溝、２１は建築限界、２２は標識設置空間、２３は換気空間、２４は監視員通路である。

図４は、図１に示したトンネル築造の他の例を示す。この例では、図１におけるシールド換装用立坑６を、シールド換装用地中空間６Ａとし、ここでアプローチシールドから道路トンネル用のシールドへのシールド換装作業を行うようにしたものである。図中２５は地中内に設けた地盤改良部、２６は地中構造物、２７は掘削空間である。その他は、図１と同様である。

図５は、図１の例において、アプローチトンネル５から道路トンネル８を築造し、第２のシールド換装用立坑６’を介しトンネル断面が再度横長の円弧状矩形の第２のアプローチトンネル５を構築する例である。２８はシールド到達用立坑である。この例では、第２のシールド換装用立坑６’で円形シールドの一部を解体し、最初のアプローチトンネル築造に用いたアプローチシールドの撤去、残置部材等のうち必要とされる部材を再利用してアプローチシールドを組み立てアプロ−チトンネルを築造するようにしたもので、これにより費用の削減、工期短縮等を図ったものである。

図６（ａ）は、駆動方式がいわゆる偏心多軸シールドからなるアプローチシールドの正面図、図６（ｂ）は側線断面図、（ｃ）はアプローチシールド外殻側部下方部分の拡大説明図を示す。

このアプローチシールドは、正面から見た場合、横長の円弧状矩形形状のシールドをなし、このアプローチトンネル用の矩形シールド２９は、円弧状矩形をなすシールド筒からなる外殻３０と、この外郭３０内に設けられた、仮想線で示す偏心駆動軸３１ａを有する駆動用回転体３１によっていわゆる平行リンク運動によって駆動されるカッター３２とを備え、本発明では偏心多軸シールド構造を採用し、カッター３２と外殻３０の形状を変えることにより任意の形状の断面を容易に掘削することができるようにしている。

カッター３２は、外殻３０の前方内に設けられた隔壁３３の前方に設けられ、その全面には多数のカッタービット３４が設けられ、かつカッター３２は、外殻３０の形状とほぼ対応した横長であって円弧状矩形の形状をなすリング状の外側カッターフレーム３２ａと、このカッターフレーム３２ａの内側に設けられた格子状に組まれたカッタースポーク３２ｂとからなり、カッタースポーク３２ｂの外端部はカッターフレーム３２ａの内周部と連結されている。このカッター３２は適宜な長さの棒状の鋼材をボルトやナット、必要に応じ熔接等の固着手段を用いて連結して構成している。外殻３０も同様に板状部材を一体化してなる。したがって、ボルトやナット等を外すことにより所望の部分で分割可能になっている。

なお、偏心多軸シールド自体の構成、作用は、この種技術分野では既に周知である。本発明では、前述のように、アプローチトンネル５は、偏心多軸シールドからなる横長の矩形シールドで構築し、道路トンネル８は矩形シールドのカッター駆動装置３１Ａ、カッター３２や外殻３０の一部を円形シールドに共用して同じ幅のシールドを組み立て、このシールドで道路トンネルを築造するようにし、主要部の共用化によってシールドの組立の容易化を図り、費用を低減し、ひいては工期を短縮できるようにしている。

すなわち、矩形シールド２９は、道路トンネル用の円形シールドと共用されるシールド中央転用部分３５、アプローチトンネル築造後、不要となりその場に置かれる外殻残置部分３６、道路トンネル用の円形シールドでは不要となる矩形シールド上撤去部分３７および矩形シールド下撤去部分３８、上部および下部が分割され撤去される矩形カッター３２等にて構成されている。図６（ａ）中、Ｃはカッター上部分割線、３２ａ’はカッター上撤去部分、Ｃ’はカッター下部分割線、３２ｃはカッター下撤去部分である。

シールド主要部であるシールド中央転用部分３５は、外殻３０の両側部のシールド外殻転用部分３０ａ、上下に示す仮想線ｂ、ｂ’でほぼ囲まれた部分のカッター中央転用部分３２’、同じく仮想線ｂ、ｂ’で囲まれた枠内に設けられたカッター駆動装置３１A（図６（ｂ）参照）等からなる。

外殻残置部分３６とは、図６（ｂ）に示すように、アプローチトンネル内に残置される外殻３０後方の外殻残置部分である。

分割される矩形シールド上撤去部分３７は、矩形シールド上外殻撤去部分３０ｂおよび矩形シールド隔壁上部３３ａ、カッター上撤去部分３２ａ’等からなる。

矩形シールド下撤去部分３８は、矩形シールド下外殻撤去部分３０ｃおよび矩形シールド隔壁下部３３ｂ、カッター下撤去部分３２ｃ等からなる。

矩形シールド隔壁下部３３ｂには、少なくとも一以上のスクリューコンベア構造の排土装置３３Ｂが設けられている。

なお、図６（ｃ）は、矩形シールド隔壁転用部分３３’と図６（ａ）に示した外殻３０の矩形シールド下外殻撤去部分３０ｃ、その内側のほぼ半月形をなし、撤去される矩形シールド隔壁下部３３ｂ部分の拡大図で、ｄは外殻下部分割線、ｅは隔壁下部分割線を示す。

なお、この実施例では、矩形シールド２９の外殻３０の側部であるシールド外殻転用部分３０ａを転用するが、転用せず全て残置または撤去しても良い。この場合、円形シールドの外殻は全て新規製作となる。

図６（ｂ）は矩形シールド２９の側断面図である。

２９Ａはシールド残置部分、３１Ａは隔壁３３の後方に設けられたカッター駆動装置、４１はカッター３２の背部に設けられた撹拌翼、４２は反力受け、４３はシールドジャッキ、４４はセグメント組立用のエレクター、４５は排土装置３３Ｂの排土口、ｂ”は隔壁上部分割線、ｆは外殻上部分割線、ｅは隔壁下部分割線で、ｄは外殻下部分割線である。

切羽の掘削にあたっては、上記のようにして構成された矩形シールド２９の各カッター駆動装置３１Ａを同方向に同期させて駆動し、カッター３２を平行リンク運動させ掘削作業を行えば良い。

図７（ａ）は道路トンネルシールドである円形シールドの正面図、（ｂ）図は側断面図、（ｃ）図は矩形シールド外殻側部の転用部分付近と、これに新たに製作して組み込まれる円形シールドの下新規製作部分の拡大説明図を示す。５３ｆは隔壁三角形部分で、この部分も新規製作される。

この円形シールド５０も偏心多軸シールドであり、矩形シールド２９から一部を転用してなり、矩形シールド２９と同じ幅の円形カッター５１によってほぼ円形の断面を掘削する。

円形シールド５０は、大別すると、矩形シールド２９の主要部を転用したシールド中央転用部分３５、シールド中央新規製作部分３５Ａ（図７（ｂ）参照）、円形シールド上新規製作部分５２、円形シールド下新規製作部分５３の４つのブロックにて構成されている。

シールド中央転用部分３５は、矩形シールド２９からの転用でシールド外殻３０の両側部のシールド外殻転用部分３０ａ、シールド隔壁転用部分３３’、カッター中央転用部分３２’、シールド中央部カッター駆動用回転体３１、カッター駆動装置３１Ａ等からなる。

シールド中央新規製作部分３５Ａは、図７（ｂ）に示すように、円形シールド中央外殻新規製作部分である。

円形シールド上新規製作部分５２は、円形シールド上外殻新規製作部分５２ａ、円形シールド隔壁上部５２ｂ、円形カッター上部５２ｃ、シールド上部カッター駆動部５２ｄ等からなる。この上部カッター駆動部５２ｄは、矩形シールド２９において説明した偏心軸を有する駆動用回転体やカッター駆動装置からなる。

円形シールド下新規製作部分５３は、円形シールド下外殻新規製作部分５３ａ、円形シールド隔壁下部５３ｂ、円形カッター下部５３ｃ、シールド下部カッター駆動部５３ｄ等からなり、円形シールド隔壁下部５３ｂには排土装置５３ｅが設けられている。

シールド中央転用部分３５の上、下にはそれぞれ円形シールド上新規製作部分５２、円形シールド下新規製作部分５３等がボルト、ナット、熔接等の固着手段を介して組み付けられて一体化され、円形シールド５０が構成される。

図７（ａ）中、ｈ、ｈ’はそれぞれカッター上部、下部接合線、ｉ、ｉ’はそれぞれ隔壁上部、下部接合線であり、ｉ、ｉ’間は、図６（ａ）の仮想線ｂ、ｂ’の枠内にほぼ相当する。

図７（ｂ）中、ｊ、ｊ’は外殻上部、下部接合線である。隔壁上部、下部接合線ｉ、ｉ’と一致する。

また、図７（ｂ）中、５４は円形トンネルのセグメント組み込み用のエレクター、５５は掘進用のジャッキ、５６はスプレッダーである。

次に本発明の第１実施例に係るシールドを用いてのアプローチトンネル５、道路トンネル８の築造方法を図１、図８（ａ）、（ｂ）〜図１３（ａ）、（ｂ）等に沿って説明する。

まず、図１に示すように、シールド発進用立坑１、シールド換装用立坑６を構築する。

また、開削工法により、アプローチ部分であって極力短い区間の開削区間７を構築する。この開削区間７は、アプローチトンネル５とほぼ同時または構築前、構築後であっても良く、施工手順は適宜選択される。

シールド発進用立坑１を構築したら、このシールド発進用立坑１からシールド換装用立坑６に向って矩形シールド２９を発進させ、アプローチトンネル５を築造する。

すなわち、平行リンク運動をなすカッター３２を駆動して切羽を掘削し、掘削土砂を排土装置３３Ｂを介して排土しつつ矩形シールド２９を掘進させ、掘進に伴いセグメントを組み立てアプローチトンネル５を築造する。

矩形シールド２９が、図１に示すように、シールド換装用立坑６に到達したら、矩形カッター３２からカッター上撤去部分３２ａ’を取り外す。なお、図８（ａ）、（ｂ）は、シールド換装用立坑６内への到達状態を示す。図９（ａ）、（ｂ）は、図６（ａ）に示すカッター上撤去部分３２ａ’の取り外し状態を示す。カッター上撤去部分３２ａ’、矩形シールド上撤去部分３７は、重量に応じて分割して運搬しても構わない。

次に、カッター３２からカッター下撤去部分３２ｃを取り外すなどし、矩形シールド下撤去部分３８を取り外し、シールド中央転用部分３５を残す。

図６（ｂ）に示すシールド残置部分２９Ａは従来のシールド工法と同じようにアプローチトンネル５内に残置する。なお、シールド中央転用部分３５は、カッター駆動装置３１Ａごとに分割して運搬すれば良い。また、カッター下撤去部分３２ｃ、矩形シールド下撤去部分３８は、重量に応じて分割して運搬すれば良い。

次に、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、シールド換装用立坑６内においての円形シールドへの換装作業の障害となるため、シールド中央転用部分３５をワイヤーＷで吊り上げ、作業に必要な空間を確保する。なお、図８（ａ）、（ｂ）〜図１０（ａ）、（ｂ）等において、Ｇは架台である。

次に、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、架台Ｇ上に、円形シールド下新規製作部分５３をセットする。しかる後、これと一体化するために、一度吊り上げたシールド中央転用部分３５をワイヤーＷを介して吊り下げ、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、シールド隔壁転用部分は円形シールド下新規製作部分５３の円形シールド隔壁下部５３ｂ（図７（ａ）参照）の上部に、図６（ａ）に示したカッター３２の転用部分の下部は円形カッター下部５３ｃの上端に、シールド中央転用部分３５の外殻両側部のシールド外殻転用部分３０ａの下部は円形シールド下外殻新規製作部分５３ａの上部等にそれぞれボルトやナット、熔接等によって各部を一体化する。また、シールド中央新規製作部３５Ａを接続する。

次に、円形シールド上新規製作部分５２をワイヤーＷを介し吊り下げ、シールド中央転用部分３５に、下方部分とほぼ同様にして組み付け連結・一体化する。

このようにして各部を一体化し、図７（ｂ）に示すように、円形シールド用のエレクター５４、シールドジャッキ５５、円形シールド用の排土装置５３ｅ等を取り付け、円形シールド５０の組み立てが終了したら、図１３（ａ）に示すように、仮支保工６３を組み立て、円形シールド５０を掘進させ、所定の位置から円形セグメント１５を組み立て数リング掘進する。その後円形シールド５０を本掘進させる。

図１４（ａ）、（ｂ）は本発明に用いられるアプローチシールド、道路トンネル用のシールドの第２実施例を示す。

この実施例は、比較的地山が良く、トンネル全線に避難通路１９、共同溝２０等（図３参照）が必要ない場合、アプローチトンネルは矩形シールド７０にて掘削・築造し、道路トンネルは矩形シールドの主要構成部分を転用してなる馬蹄形シールド８０で掘削するようにしたことに特徴を有している。

矩形シールド７０は、基本的には図６（ａ）、（ｂ）に示したものとほぼ同様に構成され、偏心多軸シールドからなり、図１４（ａ）に示すように、横長であって円弧状矩形をなす外殻７１と、この外殻７１内において平行リンク運動をなし前部に多数のカッタービットが設けられたカッター７２とを備え、矩形シールド転用部分７０Ａと、その上部の矩形シールド上撤去部分７０Ｂからなる。

外殻７１は、両側の上方彎曲した両側部の上部分割位置７１ａから下部にかけての外殻転用部分７１ｂと、上部分割位置７１ａから上部にかけて分割され、撤去されるほぼ半月状の上外殻撤去部分７１ｃとからなっている。

偏心軸７２ｅ、駆動用回転体７２ｆ等を含んでなるカッター駆動装置によって駆動されるカッター７２は、ほぼ矩形をなすリング状のカッターフレーム７２ａと、その内側に設けられた格子状のカッタースポーク７２ｂからなり、カッター７２の外形は外殻７１の形状とほぼ対応した形状をなし、外殻転用部分７１ｂより小であってほぼ対応した形状のカッター転用部分７２ｃと、上部のカッター撤去部分７２ｄとからなる。

外殻７１内の隔壁７３も、外殻転用部分７１ｂやカッター転用部分７２ｃとほぼ同形状をなす隔壁転用部分７３ａと、上部の隔壁撤去部分７３ｂとからなる。

図１４（ａ）において仮想線ｋから下側の部分が矩形シールド転用部分７０Ａである。ｌはカッター上部分割線、仮想線ｋは隔壁上部分割線、７１ａは外殻上部分割線である。

なお、隔壁７３の下部に少なくとも一以上の排土装置７４が設けられ、この排土装置７４も転用される。

矩形シールド７０の平行リンク運動をなすカッター駆動機構、その他の構成は第１実施例の矩形シールド２９のものと基本的に同じである。

図１４（ｂ）に示すこの実施例の馬蹄形シールド８０は、矩形シールド転用部分７０Ａの上部分に取り付けられる馬蹄形シールド上新規製作部分８１がボルトやナット等の固着手段によって組み付けられ構成される。

この馬蹄形シールド上新規製作部分８１の正面形状は、円の一部を切除し、上方に向ってやや突出したほぼ半月状の形状をなし、矩形シールド転用部分７０Ａと合わさって全体として馬蹄形をなす。

馬蹄形シールド上新規製作部分８１は、円弧状の上外殻新規製作部分８１ａと、その内側に位置し、前部にカッタービット８１ｂを有するカッター８１ｃが設けられたカッター上新規製作部分８１ｄと、隔壁上新規製作部分８１ｅと、カッター８１ｃを駆動するカッター駆動装置とを備えている。８１ｆはカッター駆動装置の偏心軸、８１ｈは駆動用回転体である。

カッター上新規製作部分８１ｄの後部は駆動機構と連結される。カッター８１ｃは、円弧状をなすカッターフレーム８１ｃ１と、その内側に位置する格子状のカッタースポーク８１ｃ２とからなり、カッターフレーム８１ｃ１の下部と、カッタースポーク８１ｃ２の下部が、矩形シールドカッター転用部分と一体化され、平行リンク運動をなす。図１４（ｂ）中、ｌがカッター上部接合線である。

すなわち、馬蹄形シールド上外殻新規製作部分８１ａの下部が、矩形シールド７０の矩形シールド転用部分７０Ａの上部の上部分割位置において一体化される。図１４（ｂ）中ｌ’はカッター上部接合線、ｋ’は隔壁上部接合線、７１ａ’は外殻上部接合線である。

施工にあたっては、矩形シールド７０でアプローチトンネル５を築造し、換装用立坑６にて矩形シールド上撤去部分７０Ｂを撤去し、馬蹄形シールド上新規製作部分８１を組み付け、道路トンネルシールドである馬蹄形シールド８０に換装する。なお、本実施例は、矩形シールド７０の外郭を一部転用するが、外殻を転用せず全て残置または撤去しても良い。その場合は馬蹄形シールド８０の駆動部は転用し、外殻は全部新規製作となる。

道路トンネル８の断面は馬蹄形をなし、底部の形状は避難通路や共同溝等が不要なため、小曲率の円弧状となっており、上部は大曲率の円弧状をなす。

図１５（ａ）、（ｂ）は本発明に係るシールドの第３実施例を示す。

この実施例ではアプローチシールドを逆馬蹄形シールド９０とし、道路トンネル用のシールドを円形シールド１００としたことに特徴を有している。

この実施例は、トンネル全線で、図３に示した避難通路１９、共同溝２０等を必要とする場合に用いると好適である。すなわち、アプローチシールドは逆馬蹄形とし、下部が大曲率の円弧状とし、下側を膨らませスペースを確保したため、避難通路１９等（図３参照）を内部に構築することができ、かつ、土圧・水圧に対し強度を大きくすることができる。

また、上部は小曲率の円弧状としたため、この実施例では浅い土被りに対応できる。

横長の逆馬蹄形シールド９０は、逆馬蹄形シールド転用部分９０Ａと、逆馬蹄形シールド上撤去部分９０Ｂからなる。そして、外殻９１は、大曲率の円弧状をなし、両側部が円弧状をなす外殻転用部分９１ａと、この上部に着脱自在な小曲率の円弧状をなし、分割され、撤去される上外殻撤去部分９１ｂからなり、内側の隔壁９２も対応して隔壁転用部分９２ａと、上隔壁撤去部分９２ｂにて構成されている。

全体形状が逆馬蹄形をなし、前部にカッタービット９３ｃが設けられ、逆馬蹄形のカッターフレーム９３ｄとカッタースポーク９３ｅからなるカッター９３も、カッター転用部分９３ａと、カッター転用部分９３ａと分割され、撤去されるカッター撤去部分９３ｂからなる。

カッター９３は、偏心軸９４ａ、駆動用回転体９４ｂ等を含んでなるカッター駆動装置により平行リンク運動をなす。

図中、ｍはカッター上部分割線、ｎは隔壁上部分割線、ｏは外殻上部分割線である。各部材相互は、ボルトやナット等を外すことにより分割される。

なお、隔壁９２の下部中央には少なくとも一以上の排土装置９５が設けられている。

円形シールド１００は、分割され再利用される逆馬蹄形シールド転用部分９０Ａと、その上部に組み込まれる円の一部を切除した形状をなすほぼ三日月状の円形シールド上新規製作部分１００Ａとからなる。

円形シールド上新規製作部分１００Ａは、円弧状の上外殻新規製作部分１０１と、その内側に位置し、逆馬蹄形シールド９０のカッター転用部分９３ａと組み込まれるカッター上新規製作部分１０２とからなる。

カッター上新規製作部分１０２は、複数の偏心多軸の駆動部分と連結され、円弧状のカッターフレーム１０２ａと、その内側に設けられた格子状のカッタースポーク１０２ｂとからなる。

カッター上新規製作部分１０１は、偏心軸１０３ａ、駆動用回転体１０３ｂ等を含んでなるカッター駆動装置により駆動される。

円形シールド上新規製作部部分１００Ａは逆馬蹄形シールド転用部分９０Ａとボルトやナット等を介し一体化され、全体として円形をなす円形シールド１００が構成される。

ｍ’はカッター上部接合線、ｎ’は隔壁上部接合線、ｏ’は外殻上部接合線である。

施工にあたっては、まず逆馬蹄形シールド９０でアプローチトンネル５を築造し、換装用立坑６にて逆馬蹄形シールド上撤去部分９０Ｂを撤去して円形シールド上新規製作部分１００Ａを組み付け、円形シールド１００に換装する。なお、本実施例は、逆馬蹄形シールド９０の外殻９１を一部転用するが、外郭９１を転用せず全て残置または撤去しても良い。その場合は円形シールド１００の外殻は全部新規製作となる。

図１６（ａ）、（ｂ）は本発明の矩形シールドからなるアプローチシールド、円形シールドからなる道路トンネル用のシールドの第４実施例を示す。

この矩形シールド１１０は、外殻１１１の上部および下部を撤去するだけで、その他の主要部分は矩形シールド転用部分１１０Ａとなる。また、カッター駆動方式は回転駆動方式を採用している点に特徴を有している。

すなわち、横長ほぼ矩形の外殻１１１は、両側部がほぼ円形の一部をなす緩やかに弧状に彎曲した小曲率の外殻側部と、その上下に設けられたほぼ直線状の外殻上部および矩形シールド外殻下部からなり、外殻上部および下部が外殻撤去部分１１１ａ、外殻側部が外殻転用部分１１１ｂとなる。

外殻側部と外殻上部および下部とは、外殻分割線ｐの部分で分割され、上部、下部の外殻撤去部分１１１ａは分割され、撤去ないし残置される。

この矩形シールド１１０のカッター１１３は、回転式のものを用いている。カッター１１３は、正面から見て左右にそれぞれ設けられている、これらの一対のカッター１１３は、それぞれ中央部に前部にセンターカッター１１３ａを有する回転軸１１３ｂが設けられ、かつ回転軸１１３ｂを中心に放射方向に延びるＸ字状のカッタースポーク１１３ｃを有し、かつ各カッタースポーク１１３ｃの先端部間にスポーク構造の扇形カッター１１４が設けられている。

一対のＸ字状カッタ−スポーク１１３ｃのうち一方のスポーク１１３ｃの一先端部には余掘りカッター１１３ｄが設けられている。

また、扇形カッター１１４は、一対のＸ字状カッタースポーク１１３ｃの先端部間を繋ぐ円弧状スポーク１１４ａと、この円弧状スポーク１１４ａと離間して内側に設けられたほぼ直線状のスポーク１１４ｂと、このスポーク１１４ｂと円弧状スポーク１１４ａとを連結する補強用のスポーク１１４ｃとを有し、Ｘ字状カッタースポーク１１３ｃ、扇形カッター１１４の前部には多数のカッタービット１１５が設けられている。

一対のＸ字状カッタースポーク１１３ｃは、回転した際、それぞれぶつからないように配置され、かつ回転速度も調整され、周知の回転機構により同方向に回転し、横長矩形の外殻１１１にほぼ対応した形状の横坑を掘削するように構成されている。

なお、矩形シールド１１０の隔壁１１２下部には少なくとも一以上の排土装置１１６が設けられ、カッター１１３による掘削土砂は排土される。この排土装置１１６は円形シールドとする場合、この位置から撤去され、撤去後の隔壁１１２の開口部は塞がれる。排土装置１１６は円形シールドに転用しても良い。

円形シールド１２０は、矩形シールド転用部分１１０Ａと、その上下にそれぞれ組み込んだ円形シールド上新規製作部分１２０Ａと、円形シールド下新規製作部分１２０Ｂとからなる。

円形シールド上新規製作部分１２０Ａは円弧状の上外郭１２１と、この上外殻１２１内に設けられたほぼ半月状の上隔壁１２２と、回転自在な複数のカッター１２３と、ジェットノズル１２４とにて構成されている。

カッター１２３はスペースに対応し、未掘削部分が極力生じないようカッタースポークの長さを調整し、大中小の適宜の大きさとし、適位置に配置されている。また、カッター１２３により掘削できない部分にはジェットノズル１２４を適位置に設けている。

円形シールド下新規製作部分１２０Ｂも同様に構成され、カッター１２３、ジェットノズル１２４が設けられ、かつ下方部分には、少なくとも一以上の排土装置１１６が適位置に設けられている。

施工にあたっては、まず矩形シールド２９をシールド発進用立坑１から発進させアプローチトンネル５を築造し、シールド換装用立坑６に到達したら、上下の外殻部分等を撤去、残置する。

ついで、矩形シールド転用部分１１０Ａの上下にそれぞれ円形シールド上新規製作部分１２０Ａ、円形シールド下新規製作部分１２０Ｂをボルト、ナット、熔接等の固着手段により組み込み一体化する。

しかる後、シールド換装用立坑６から発進させ、道路トンネル８を築造すれば良い。

なお、第１〜第４実施例の築造方法において、シールド換装用立坑６が、図４に示すシールド換装地中空間６Ａである場合、そこで換装作業を行えば良い。

また、図５で示すように、道路トンネル用シールドから再度アプローチトンネルを築造したい場合には、第２のシールド換装用立坑６’にてアプローチシールドに換装する作業を行えば良い。

（ａ）は本発明の製造方法の一例の概念図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。 本発明に係るアプローチトンネルの一例の断面図である。 本発明に係る道路トンネルの一例の断面図である。 本発明の築造方法の他の例の概念図を示す。 本発明の築造方法の更に他の例の概念図を示す。 （ａ）は本発明のアプローチシールドに係る矩形シールドの第１実施例の正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は部分拡大図を示す。 （ａ）は本発明の道路トンネル用シールドに係る円形シールドの第１実施例の正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は部分拡大図を示す。 （ａ）、（ｂ）は矩形シールドを分割する工程の側面図、正面図を示す。 （ａ）、（ｂ）は次の分割工程の側面図、正面図を示す。 （ａ）、（ｂ）は更に次の分割工程の側面図、正面図を示す。 分割された矩形シールドのシールド中央転用部分に円形シールド下新規製作部分を組み付ける工程の説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は正面説明図を示す。 シールド中央転用部分に円形シールド上新規製作部分を組み付ける工程の説明図であって、（ａ）は側面説明図、（ｂ）は正面説明図を示す。 （ａ）は完成した円形シールドの発進状態の側面説明図、（ｂ）は同正面説明図を示す。 （ａ）は本発明のアプローチシールドに係る矩形シールドの第２実施例の正面図、（ｂ）は馬蹄形シールドからなる道路トンネル用シールドの第２実施例の正面図を示す。 （ａ）は本発明のアプローチシールドに係る逆馬蹄形シールドの第３実施例の正面図、（ｂ）円形シールドからなる道路トンネル用シールドの第３実施例の正面図を示す。 （ａ）は本発明のアプローチシールドに係る矩形シールドの第４実施例の正面図、（ｂ）は道路トンネル用のシールドに係る第４実施例の円形シールドの正面図を示す。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来例を示す。

符号の説明

１ シールド発進用立坑
２ 地上部分構造物
３ 埋設物
４ 河床
５ アプローチトンネル
６、６’ シールド換装用立坑
７ 開削区間
８ 道路トンネル
９ セグメント
１０ インバート
１１ 換気空間
１２ 標識設置空間
１３ 建築限界
１４ 監視員通路
１５ 円形セグメント
１６ インバート
１７ 床版
１８ 中壁
１９ 避難通路
２０ 共同溝
２１ 建築限界
２２ 標識設置空間
２３ 換気空間
２４ 監視員通路
２５ 地盤改良部
２６ 地中構造物
２７ 掘削空間
２８ シールド到達用立坑
２９ 矩形シールド
２９Ａ シールド残置部分
３０、３０’ 外殻
３０ａ シールド外殻転用部分
３０ｂ 上外殻撤去部分
３０ｃ シールド下外殻撤去部分
３１ 駆動用回転体
３１Ａ カッター駆動装置
３１ａ 偏心駆動軸
３２ カッター
３２’ カッター中央転用部分
３２ａ カッターフレーム
３２ａ’ カッター上撤去部分
３２ｂ カッタースポーク
３２ｃ カッター下撤去部分
３３ 隔壁
３３’ 矩形シールド隔壁転用部分
３３ａ 矩形シールド隔壁上部
３３ｂ 矩形シールド隔壁下部
３３Ｂ 排土装置
３４ カッタービット
３５ シールド中央転用部分
３５Ａ シールド中央新規製作部分
３６ 外殻残置部分
３７ 矩形シールド上撤去部分
３８ 矩形シールド下撤去部分
４１ 撹拌翼
４２ 反力受け
４３ シールドジャッキ
４４ エレクター
４５ 排土口
５０ 円形シールド
５１ 円形カッター
５２ 円形シールド上新規製作部分
５２ａ 円形シールド上外殻新規製作部分
５２ｂ 円形シールド隔壁上部
５２ｃ 円形カッター上部
５２ｄ シールド上部カッター駆動部
５３ 円形シールド下新規製作部分
５３ａ 円形シールド下外殻新規製作部分
５３ｂ 円形シールド隔壁下部
５３ｃ 円形カッター下部
５３ｄ シールド下部カッター駆動部
５３ｅ 排土装置
５３ｆ 隔壁三角形部分
５４ エレクター
５５ ジャッキ
５６ スプレッダー
５７ 仮支保工
５８ 馬蹄形シールド
５９ 馬蹄形シールド上新規製作部分
６３ 仮支保工
７０ 矩形シールド
７０Ａ 矩形シールド転用部分
７０Ｂ 矩形シールド上撤去部分
７１ 外殻
７１ａ 外殻上部分割線
７１ｂ 外殻転用部分
７１ｃ 上外殻撤去部分
７２ カッター
７２ａ カッターフレーム
７２ｂ カッタースポーク
７２ｃ カッター転用部分
７２ｄ カッター撤去部分
７２ｅ 偏心軸
７２ｆ 駆動用回転体
７３ 隔壁
７３ａ 隔壁転用部分
７３ｂ 隔壁撤去部分
７４ 排土装置
８０ 馬蹄形シールド
８１ 馬蹄形シールド上新規製作部分
８１ａ 馬蹄形シールド上外殻新規製作部分
８１ｂ カッタービット
８１ｃ カッター
８１ｃ１ カッターフレーム
８１ｃ２ カッタースポーク
８１ｄ カッター上新規製作部分
８１ｅ 隔壁上新規製作部分
８１ｆ 偏心軸
８１ｈ 駆動用回転体
９０ 逆馬蹄形シールド
９０Ａ 逆馬蹄形シールド転用部分
９０Ｂ 逆馬蹄形シールド上撤去部分
９１ 外殻
９１ａ 外殻転用部分
９１ｂ 上外殻撤去部分
９２ 隔壁
９２ａ 隔壁転用部分
９２ｂ 上隔壁撤去部分
９３ カッター
９３ａ カッター転用部分
９３ｂ カッター撤去部分
９３ｃ カッタービット
９３ｄ カッターフレーム
９３ｅ カッタースポーク
９４ａ 偏心軸
９４ｂ 駆動用回転体
９５ 排土装置
１００ 円形シールド
１００Ａ 円形シールド上新規製作部分
１０１ 上外殻新規製作部分
１０２ カッター上新規製作部分
１０２ａ カッターフレーム
１０２ｂ カッタースポーク
１０３ａ 偏心軸
１０３ｂ 駆動用回転体
１１０ 矩形シールド
１１０Ａ 矩形シールド転用部分
１１１ 外殻
１１１ａ 外殻撤去部分
１１１ｂ 外殻転用部分
１１２ 隔壁
１１３ カッター
１１３ａ センターカッター
１１３ｂ 回転軸
１１３ｃ Ｘ字状カッタースポーク
１１３ｄ 余掘りカッター
１１４ 扇形カッター
１１４ａ 円弧状スポーク
１１４ｂ スポーク
１１４ｃ 補強スポーク
１１５ カッタービット
１１６ 排土装置
１２０ 円形シールド
１２０Ａ 円形シールド上新規製作部分
１２０Ｂ 円形シールド下新規製作部分
１２１ 上外殻
１２２ 上隔壁
１２３ カッター
１２４ ジェットノズル

Claims (10)

1. 横長のアプローチシールドを、円形、馬蹄形、または逆馬蹄形の道路トンネルシールドへ換装可能なシールドであって、
   前記アプローチシールドは、アプローチトンネル内の残置される残置部分と、上部または下部分であって撤去可能な撤去部分と、道路トンネルシールドへ転用される転用部分とを備え、前記転用部分に道路トンネルシールド新規製作部分を組み付け道路トンネルシールドへ換装する、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
2. 請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、
   前記アプローチシールドは横長の円弧状矩形形状をなし、ほぼ中央部分のシールド中央転用部分と、この上部および下部に分割可能に設けられた矩形シールド上撤去部分、矩形シールド下撤去部分とからなり、
   このアプローチシールドは、前記シールド中央転用部分の上部および下部に組み付けられる、ほぼ半月形をなす円形シールド上新規製作部分および円形シールド下新規製作部分とにより、道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
3. 請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、
   前記アプローチシールドは横長の円弧状矩形形状をなし、上部の矩形シールド上撤去部分と、その下方に分割可能に設けられた矩形シールド転用部分とからなり、
   このアプローチシールドは、前記矩形シールド転用部分に組み付けられるほぼ半月状の馬蹄形シールド上新規製作部分により道路トンネルを築造する馬蹄形シールドに換装される、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
4. 請求項１記載のアプローチ兼道路トンネルにおいて、
   前記アプローチシールドは、逆馬蹄形をなし、上方が小曲率の円弧状をなす逆馬蹄形シールド上撤去部分と、その下方に分割可能に設けられた逆馬蹄形シールド転用部分とからなり、
   このアプローチシールドは、前記逆馬蹄形シールド転用部分の上部に組み付けるほぼ半月状の円形シールド上新規製作部分により道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
5. 請求項１記載のアプローチ兼トンネルシールドにおいて、
   アプローチシールドは、ほぼ矩形をなし、外殻の上部および下部が撤去可能な矩形シールド転用部分からなり、
   このアプローチシールドは前記矩形シールド転用部分の上下にそれぞれ組み付けられるほぼ半月状の円形シールド上新規製作部分、円形シールド下新規製作部分により道路トンネルを築造する円形シールドに換装される、
   ことを特徴とする、アプローチ兼道路トンネル。
6. 請求項１〜５いずれか記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、
   前記転用部分は、道路トンネルシールドへ転用される外殻と、この外殻内に設けられた隔壁と、この隔壁の前方に設けられたカッターと、このカッターを駆動するカッター駆動装置とからなる、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
7. 請求項１〜６いずれか記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、
   前記アプローチシールドおよび道路トンネルシールドは偏心多軸シールドからなる、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
8. 請求項５記載のアプローチ兼道路トンネルシールドにおいて、
   前記アプローチシールドおよび道路トンネルのカッターは、回転式カッターからなる、
   ことを特徴とするアプローチ兼道路トンネルシールド。
9. 横長のアプローチシールドをシールド発進立坑から発進させアプローチトンネルを築造し、シールド換装用立坑またはシールド換装用地中空間で前記アプローチシールドの一部を転用して道路トンネルシールドを換装し、この道路トンネルシールドにより道路トンネルを築造する、
   ことを特徴とするアプローチトンネルおよび道路トンネルの築造方法。
10. 請求項９記載のアプローチトンネルおよび道路トンネルの築造方法において、
    前記アプローチシールドは、アプローチトンネル内に残置される残置部分と、上部または下部を、撤去可能な撤去部分と、道路トンネルシールドへ転用される転用部分とを備え、前記撤去部分に道路トンネルシールド新規製作部分を組み付け、横長の形状から円形、馬蹄形または逆馬蹄形の道路トンネルシールドへ換装される、
    ことを特徴とするアプローチトンネルおよび道路トンネルの築造方法。

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