特許 7121639 トンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-09

(45)【発行日】2022-08-18

(54)【発明の名称】トンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20220810BHJP

   E21D 9/00 20060101ALI20220810BHJP

   E21D 11/10 20060101ALI20220810BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20220810BHJP

   E21D 13/00 20060101ALN20220810BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301D

E21D9/00 Z

E21D11/10 Z

E21D9/04 F

E21D13/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018212166

(22)【出願日】2018-11-12

(65)【公開番号】P2020079485

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-10-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】浜口 幸一

(72)【発明者】

【氏名】増田 湖一

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４７－０１８４７０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１８９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１７６５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４２４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２９２７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５２２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０６

Ｅ２１Ｄ ９／００

Ｅ２１Ｄ １１／１０

Ｅ２１Ｄ ９／０４

Ｅ２１Ｄ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

間隔をあけて設けられた既設トンネル同士の間を掘進し、該既設トンネル間を接続する拡幅トンネルを構築するためのトンネル間連結シールド機であって、
四方をスキンプレートで覆って前進可能に設けられ、シールド機内を掘削室と覆工部材を組み立てる覆工組立室とを前後方向に区画する隔壁を有するシールド本体と、
前記掘削室に設けられ、前記掘削室から切羽側の地山を掘削可能に設けられた掘削装置と、
を備え、
前記スキンプレートは、天板プレート、底板プレート、及び左右両側のサイドプレートからなり、
左右一対の前記サイドプレートは、それぞれの上端部及び下端部が一方の前記既設トンネルの外壁に対して液密な状態で前後方向にスライド可能に当接し、
前記スキンプレートは、左右方向に分割され、分割された前記スキンプレートが左右方向に相対的にスライド可能に設けられていることを特徴とするトンネル間連結シールド機。

【請求項2】

前記シールド本体には、前記サイドプレートから前方に向けて突出可能なサイドプロテクターが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル間連結シールド機。

【請求項3】

前記シールド本体は、全体が外部の地山及び前記既設トンネルに対して液密に接する止水構造をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル間連結シールド機。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトンネル間連結シールド機を使用して前記既設トンネル間を接続する拡幅トンネルを施工するトンネル間連結方法であって、
前記既設トンネルの側壁のうち前記シールド本体の前方に位置する掘削領域に開口を設ける工程と、
前記掘削装置によって前記シールド本体の前方の前記掘削領域の地山を掘削するとともに、掘削土砂を前記掘削室に取り込み、前記隔壁を介して前記覆工組立室側に排出する工程と、
掘削した前記掘削領域に位置するように前記シールド本体を前進させる工程と、
前記シールド本体の前進とともに、前記既設トンネルの外壁と前記サイドプレートとが離間しないように、左右に分割されている前記スキンプレートをスライドする工程と、
前記覆工組立室で覆工部材を組み立てる工程と、
を有していることを特徴とするトンネル間連結方法。

【請求項5】

前記トンネル間連結シールド機による掘進方向は、前記既設トンネル間の離隔が最小となる位置から発進し、前記離隔が最大となる位置へ向けて掘進するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のトンネル間連結方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大規模な道路トンネルにおける大断面の地中空洞をなす分岐合流部の施工方法として、例えば特許文献１に示されるように、構築される分岐合流部の外殻部に覆工躯体構造を先行して施工し、その後で覆工躯体構造の内側を掘削することにより施工している。

【0003】

このような覆工躯体構造としては、分岐合流部の外殻部においてシールド工法により複数の外殻トンネルを周方向に間隔をあけて施工し、さらに凍結工法等により地盤防護工を施工してから周方向に隣り合う外殻トンネル同士の間を切り開いて、鉄筋や型枠を組み立てた後、コンクリートを打設することにより構築されるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１８４８９９号公報

【文献】特開２０１７－１４５５７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の覆工躯体構造のように外殻トンネル同士の間を切り開く際には、凍結工法等により地盤防護工を施工してから掘削作業を行っているが、改良地山を露出した状態で掘削することになる。凍結工法は、安全確実に地山防護を施す工法であるが、大規模掘削等においてさらに安全性を高めるためには、掘削中も支保工やコンクリート吹付け等の支保作業を補助的に行うことが考えられるが、手間と時間がかかるという問題があった。さらに、このような方法では、改良地山が露出していることから、作業の安全性の観点でも改善の余地があった。

【0006】

さらに、改良地山の露出部分に対して例えば鋼板等で掘削領域を囲う防護プロテクターを設け、防護プロテクターないで掘削し、さらに順次、防護プロテクターを前方に移動させる施工方法もある。ところが、防護プロテクターは所定の大きさに設定されていることから、トンネル間の離隔の変化に対応することが困難となっていた。

【0007】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地山の露出を抑えて安全に、かつ効率よく掘削することができ、しかもトンネル間の離隔の変化に対応できるトンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル間連結シールド機は、間隔をあけて設けられた既設トンネル同士の間を掘進し、該既設トンネル間を接続する拡幅トンネルを構築するためのトンネル間連結シールド機であって、四方をスキンプレートで覆って前進可能に設けられ、シールド機内を掘削室と覆工部材を組み立てる覆工組立室とを前後方向に区画する隔壁を有するシールド本体と、前記掘削室に設けられ、前記掘削室から切羽側の地山を掘削可能に設けられた掘削装置と、を備え、前記スキンプレートは、天板プレート、底板プレート、及び左右両側のサイドプレートからなり、左右一対の前記サイドプレートは、それぞれの上端部及び下端部が一方の前記既設トンネルの外壁に対して液密な状態で前後方向にスライド可能に当接し、前記スキンプレートは、左右方向に分割され、分割された前記スキンプレートが左右方向に相対的にスライド可能に設けられていることを特徴としている。

【0009】

また、本発明に係るトンネル間連結方法は、上述したトンネル間連結シールド機を使用して前記既設トンネル間を接続する拡幅トンネルを施工するトンネル間連結方法であって、前記既設トンネルの側壁のうち前記シールド本体の前方に位置する掘削領域に開口を設ける工程と、前記掘削装置によって前記シールド本体の前方の前記掘削領域の地山を掘削するとともに、掘削土砂を前記掘削室に取り込み、前記隔壁を介して前記覆工組立室側に排出する工程と、掘削した前記掘削領域に位置するように前記シールド本体を前進させる工程と、前記シールド本体の前進とともに、前記既設トンネルの外壁と前記サイドプレートとが離間しないように、左右に分割されている前記スキンプレートをスライドする工程と、前記覆工組立室で覆工部材を組み立てる工程と、を有していることを特徴としている。

【0010】

本発明では、既設トンネル同士の間を四方をスキンプレートで覆われたシールド本体内の掘削装置で掘削しつつ前進させることができる。そして、左右に分割されたスキンプレートを互いに近接離反する方向にスライドさせることで、シールド本体の左右方向の幅寸法を変更することができる。そのため、既設トンネル同士の間の離隔が変化する場合であっても、その離隔に合わせてシールド本体の幅寸法を調整することができ、スキンプレートと既設トンネルとの間の隙間を常に塞いだ状態で地山の防護をして掘進することができる。
このように本発明では、既設トンネル間の地山の露出を最低限にして掘進することができるため、地山の崩落を防止することができ、安全で確実な工法となる利点がある。

【0011】

また、本発明では、スキンプレートの上端部及び下端部が一方の既設トンネルの外壁に対して液密な状態で前後方向にスライド可能に当接しているため、前後方向にスライドさせて移動させる際にも既設トンネルの外壁に対して液密な状態を維持することができる。

【0012】

また、本発明に係るトンネル間連結シールド機は、前記シールド本体には、前記サイドプレートから前方に向けて突出可能なサイドプロテクターが設けられていることを特徴としてもよい。

【0013】

この場合には、掘削前にサイドプロテクターを前方に向けて突出することにより、既設トンネルと掘削領域の地山とをサイドプロテクターによって遮断でき、既設トンネルが掘削領域の地山に対して開放されることを最低限とすることができる。そのため、既設トンネルにおいて掘削中の地山が露出する状態が最低限となるので、安全で確実な掘削作業により拡幅トンネルを施工することができる。

【0014】

また、本発明に係るトンネル間連結シールド機は、前記シールド本体は、全体が外部の地山及び前記既設トンネルに対して液密に接する止水構造をなしていることが好ましい。

【0015】

この場合には、掘削時において、相対的に左右方向にスライド可能なスキンプレートの部分を含み、シールド本体全体が外部の地山及び既設トンネルに対して液密に接して止水された状態を維持することができる。

【0016】

また、本発明に係るトンネル間連結方法は、前記トンネル間連結シールド機による掘進方向は、前記既設トンネル間の離隔が最小となる位置から発進し、前記離隔が最大となる位置へ向けて掘進するようにしたこととしてもよい。

【0017】

この場合には、既設トンネル同士の間の離隔が最小となる位置から発進して、その離隔が最大となる位置へ向けて掘進することで、施工効率を向上させることができる。この場合、既設トンネル同士の間の間隔が最も小さい箇所でトンネル間連結シールド機を組み立てることができるので、組み立て領域の周囲の地山条件の良い箇所で安全に組立作業を行うことができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明のトンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法によれば、地山の露出を抑えて安全に、かつ効率よく掘削することができ、しかもトンネル間の離隔の変化に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態による分岐合流部の外殻部における外殻トンネル同士の間を連結シールド機によって拡幅掘削する施工状態を示す斜視図である。

【図2】分岐合流部の概略施工状態を示す斜視図である。

【図3】（ａ）は外殻トンネルを施工中の状態をトンネル方向から見た断面図、（ｂ）は（ａ）の覆工躯体構造の内側を掘削して構築された分岐合流部の断面図である。

【図4】連結シールド機の構成を斜め前方から見た斜視図である。

【図5】図４に示す連結シールド機の側面図である。

【図6】連結シールド機を前方から見た正面図である。

【図7】連結シールド機を後方から見た正面図である。

【図8】連結シールド機を斜め前方から見た斜視図であって、止水構造を示す図である。

【図9】（ａ）、（ｂ）は、拡幅トンネルの施工工程を説明するための図であって、上方から見た平面図である。

【図10】（ａ）、（ｂ）は、図９（ｂ）に続く拡幅トンネルの施工工程を説明するための図であって、上方から見た平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態によるトンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法について、図面に基づいて説明する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態によるトンネル間連結シールド機（以下、連結シールド機１という）は、図２に示すような例えば大規模な道路トンネルにおいて、予め地中にシールド工法により施工されている本線トンネル１１に対してランプトンネル１２が合流・分岐する箇所に大断面の分岐合流部１０の外殻部１０Ａの施工に適用されている。

【0022】

連結シールド機１は、外殻部１０Ａにおいて間隔をあけて設けられた外殻トンネル１３、１３（既設トンネル）同士の間を掘進して拡幅するためのものである。

【0023】

分岐合流部１０は、図３（ａ）に示すように、本線トンネル１１とランプトンネル１２の外側を取り囲むように、分岐合流部１０に平行に延在するように施工された複数の外殻トンネル１３、１３、…を外殻部１０Ａの一部としたものである。分岐合流部１０は、略円形断面をなし、断面視で周方向Ｚに隣り合う外殻トンネル１３、１３同士の間を掘削し、外殻トンネル１３内及び掘削した外殻トンネル１３、１３同士の間の掘削領域Ｍ（図９（ａ）、（ｂ）参照）にわたって周方向Ｚに連続するように複数の鋼製パネル７０（図１参照）を連結して組み立てて覆工躯体構造７を形成し、さらにその覆工躯体構造７の内側を掘削することにより構築される。

【0024】

ここで、本実施形態では、分岐合流部１０の外殻部１０Ａにおいて、分岐合流部１０の縦断面に直交する延在方向をトンネル方向Ｘといい、分岐合流部１０の縦断面の中央を通る中心軸線回りに周回する方向を周方向Ｚという。

【0025】

複数の外殻トンネル１３は、分岐合流部１０の一部で外殻部１０Ａの基端に位置するように予め施工され、周方向Ｚに沿ってリング状に延在するメガネ形状の断面をなす円周トンネル１５を発進基地（外殻シールド発進基地１５０）として外殻シールド掘削機１４を掘進させることにより施工される。

【0026】

外殻トンネル１３は、図１に示すように、掘進中の外殻シールド掘削機１４（図２参照）の後方に外殻セグメント１３Ａが順次組み立てられる。
なお、本実施形態による外殻トンネル１３は、覆工躯体構造７を施工する際における覆工躯体構造７の構成部材（鋼製パネル７０等）の搬入や、外殻トンネル１３、１３同士の間を連結シールド機１で掘削したときの掘削土砂の搬出や、外殻部１０Ａの内外周に配置された鋼製パネル７０、７０同士の間に打設される充填コンクリート７１の搬送に使用するアクセストンネルとして利用される。

【0027】

覆工躯体構造７は、外殻部１０Ａの内周側と外周側のそれぞれにおいて周方向Ｚに複数に分割された鋼製パネル７０と、内周側と外周側の鋼製パネル７０と外周側の鋼製パネル７０の間に充填された充填コンクリート７１と、内周側と外周側の鋼製パネル７０を連結するせん断補強部材７３と、を備えている。

【0028】

周方向Ｚ及びトンネル方向Ｘに隣接する鋼製パネル７０、７０同士は、ボルトや鉄筋等の継手７４によって連結されている。鋼製パネル７０は、予め工場において、一体的に製造され、外殻部１０Ａにおける所定の組み立て位置に運ばれて組み立てられる。鋼製パネル７０は、矩形状のスキンプレートと、スキンプレートの外周四辺部の各周縁部から立設された端板と、端板によって囲まれた内側で縦横に配置された補強リブと、を有している。
充填コンクリート７１は、内外周に配置される鋼製パネル７０、７０同士の間の空間全体に充填される。充填コンクリート７１の充填作業は、内周側の鋼製パネル７０と外周側の鋼製パネル７０を型枠にして、外殻トンネル１３より行われる。

【0029】

次に、外殻トンネル１３、１３同士の間を拡幅掘削するための連結シールド機１について、具体的に説明する。
図４～図７に示すように、連結シールド機１は、四方をスキンプレート２１で覆って前進可能に設けられ、シールド機内を掘削室２Ａと外殻間セグメント（覆工部材）を組み立てる覆工組立室２Ｂとを前後方向Ｄｆ（トンネル方向Ｘ）に区画する隔壁２２を有するシールド本体２と、掘削室２Ａに設けられ、掘削室２Ａから切羽側の地山を掘削可能に設けられた掘削装置３１と、を備えている。本実施形態では、外殻間セグメントとして覆工躯体構造７の鋼製パネル７０が使用されている。
ここで、本実施形態では、連結シールド機１の１回当たりの掘削領域Ｍが外殻トンネル１３における外殻セグメント１３Ａの１リング分に相当するように設定されている。

【0030】

シールド本体２は、外殻を形成するスキンプレート２１と、スキンプレート２１内を前後方向Ｄｆに区画する隔壁２２と、シールド本体２内の覆工組立室２Ｂで組み立てられた鋼製パネル７０に反力をとる推進ジャッキ２３と、を備えている。
掘削室２Ａには、掘削装置３１が設けられ、覆工組立室２Ｂには、前記推進ジャッキ２３と、エレクタ３２（覆工組立装置）が設けられている。
スキンプレート２１の前部の左右両側には、掘削室２Ａよりも前方に向けて突出可能なサイドプロテクター４（４Ａ、４Ｂ）が設けられている。

【0031】

スキンプレート２１は、外殻部１０Ａの外周側に位置する天板プレート２４と、内周側に位置する底板プレート２５と、天板プレート２４と底板プレート２５とを連結する左右一対のサイドプレート２６と、を備えている。天板プレート２４と底板プレート２５とは、前後方向Ｄｆに同じ長さ寸法で設けられている。
ここで、連結シールド機１において、天板プレート２４と底板プレート２５とはそれぞれの面方向を平行に向けて対向して配置され、各プレート２４、２５に直交する方向を上下方向Ｄｈとし、上下方向Ｄｈで天板プレート２４側を上側、上方といい、底板プレート２５側を下側、下方という。

【0032】

一対のサイドプレート２６（２６Ａ、２６Ｂ）は、前端部２６ａが天板プレート２４と底板プレート２５の前端部と同じ位置であり、後端部２６ｂが天板プレート２４と底板プレート２５の後端部２４ｂ、２５ｂよりも前側に位置して側部開口部２６１を形成している。すなわち、側部開口部２６１を介して覆工組立室２Ｂと外殻トンネル１３の内部とが連通している。この側部開口部２６１を使用して、外殻トンネル１３内を使用して所定位置に搬入された覆工部材（後述する鋼製パネル７０等）をエレクタ３２を使用して覆工組立室２Ｂ内に持ち込み、天板プレート２４の内側と底板プレート２５の内側に鋼製パネル７０を組み立てることができる。これにより、連結シールド機１によって掘削された外殻拡幅部において外殻部１０Ａの外周部と内周部に鋼製パネル７０が組み立てられた拡幅トンネル１９（図１、図３及び図４参照）が構築される。

【0033】

サイドプレート２６には、図４、図６及び図７に示すように、上端部および下端部において左右方向Ｄｖの内側に向かうテーパ面２６２と、テーパ面２６２の上端に設けられた接合面２６３と、が設けられている。テーパ面２６２及び接合面２６３は、サイドプレート２６の後端部２６ｂよりもさらに後方に延ばされ天板プレート２４及び底板プレート２５の各後端部２４ｂ、２５ｂと同じ位置となっている。

【0034】

テーパ面２６２は、上方（サイドプレート２６の下端部の場合には下方）に向かうに従い漸次、左右方向Ｄｖの内側に向かう傾斜面であり、外殻セグメント１３Ａの切開き端面１３ａに対して液密な状態で当接可能、かつ前後方向Ｄｆに摺動可能に設けられている。接合面２６３は、その面を上方に向けて配置され、天板プレート２４の側縁部２４ａが載置された状態で固定されている。
なお、テーパ面２６２には、例えばテフロン（登録商標）等の摩擦低減材を取り付けることで、シールド本体２の前方への移動時の摩擦を低減することができ、例えば移動に必要な推進ジャッキ２３の装備能力を小さくすることができる。

【0035】

天板プレート２４は、左右方向Ｄｖに二分割されている。分割されている各天板プレート２４Ａ、２４Ｂにおける左右方向Ｄｖの外側の外縁部２４ｃは、サイドプレート２６の接合面２６３上に載置された状態で固定されている。また、分割されている両天板プレート２４Ａ、２４Ｂの左右方向Ｄｖの内側の内縁部２４ｄ、２４ｄ同士は、一対のサイドプレート２６、２６同士の間の左右方向Ｄｖの中央で上下に重なった状態で配置されている。

【0036】

そのうち下側に重なる固定天板プレート２４Ａの下面には、複数（ここでは４つ、掘削室２Ａ側に２つ、覆工組立室２Ｂ側に２つ）の横スライドジャッキ２４１がシリンダの伸縮方向を左右方向Ｄｖに向けた状態で基端部が固定されている。横スライドジャッキ２４１のジャッキ先端２４１ａは、固定天板プレート２４Ａの上側に位置する移動天板プレート２４Ｂの下面に固定されている。横スライドジャッキ２４１を伸縮させることで、移動天板プレート２４Ｂを固定天板プレート２４Ａに対して左右方向Ｄｖにスライドさせることができる。このとき、両天板プレート２４Ａ、２４Ｂは、横スライドジャッキ２４１の伸長量が最長の場合でも、双方の内縁部２４ｄ、２４ｄ同士の間が開くことによる隙間が生じないような重なり量で設けられている。

【0037】

底板プレート２５は、左右方向Ｄｖに二分割されている。分割されている各底板プレート２５Ａ、２５Ｂにおける左右方向Ｄｖの外側の外縁部２５ｃは、サイドプレート２６の接合面２６３の下面に固定されている。また、分割されている両底板プレート２５Ａ、２５Ｂの左右方向Ｄｖの内側の内縁部２５ｄ、２５ｄ同士は、一対のサイドプレート２６、２６同士の間の左右方向Ｄｖの中央で上下に重なった状態で配置されている。

【0038】

そのうち上側に重なる固定底板プレート２５Ａの上面には、複数（ここでは４つ、掘削室２Ａ側に２つ、覆工組立室２Ｂ側に２つ）の横スライドジャッキ２５１がシリンダの伸縮方向を左右方向Ｄｖに向けた状態で基端部が固定されている。横スライドジャッキ２５１のジャッキ先端２５１ａは、固定底板プレート２５Ａの下側に位置する底板プレート２５Ｂの下面に固定されている。横スライドジャッキ２５１を伸縮させることで、底板プレート２５Ｂを固定底板プレート２５Ａに対して左右方向Ｄｖにスライドさせることができる。このとき、両底板プレート２５Ａ、２５Ｂは、横スライドジャッキ２５１の伸長量が最長の場合でも、双方の内縁部２５ｄ、２５ｄ同士の間が開くことによる隙間が生じないような重なり量で設けられている。

【0039】

このようにスキンプレート２１は、前後方向Ｄｆからみた断面視でコの字状に形成された鋼殻２１Ａ、２１Ｂが開口側を左右方向Ｄｖの内側にして両サイドから互いに重なる構造となっている。そして、複数の横スライドジャッキ２４１、２５１を同時に伸縮させることで、左右に分割されたスキンプレート２１の鋼殻２１Ａ、２１Ｂが左右方向Ｄｖの幅寸法を拡大・縮小させることができる。
なお、このときの鋼殻２１Ａ、２１Ｂの拡縮による調整幅は、固定側のコの字構造の鋼殻２１Ａに装備する横スライドジャッキ２４１、２５１を使用し、移動側のコの字構造の鋼殻２１Ｂを拡張する。拡張に伴う重なり代が小さくなった場合には、その都度、不図示の鋼製のパネル材等からなるコマ材を継ぎ足し所定の耐力を確保すればよい。
また、外殻セグメント１３Ａとスキンプレート２１との接続部の止水は、シール材や緊急止水注入装置等により対応することができる。

【0040】

左右一対で設けられるサイドプロテクター４Ａ、４Ｂは、図５及び図６に示すように、それぞれサイドプレート２６の外面を覆うように配置され、サイドプレート２６の前端部２６ａから切羽側に突出しない収納位置Ｐ１から前方に所定の突出位置Ｐ２まで突出するようにスライド可能に設けられている。

【0041】

各サイドプロテクター４Ａ、４Ｂは、サイドプレート２６の内面に固定された前後スライドジャッキ４１の伸縮によって前後方向Ｄｆにスライドする。前後スライドジャッキ４１は、伸縮方向を前後方向Ｄｆに向けて配置され、ジャッキ基端部４１ｂがサイドプレート２６の内面に固定され、ジャッキ先端部４１ａがサイドプロテクター４Ａ、４Ｂの前端部４ａの当接板４２に固定されている。サイドプロテクター４Ａ、４Ｂの上縁部４ｂ、及び下縁部４ｃは、サイドプレート２６のテーパ面２６２に案内されて前後方向Ｄｆにスライドされるようになっている。サイドプロテクター４Ａ、４Ｂは、突出先端部（後述する当接板４２）が外殻セグメント１３Ａの切り開き開口部１３ｃを形成する後端面１３ｂに当接する位置となるように設定されている。

【0042】

上述したように連結シールド機１の１回当たりの掘削領域Ｍ（図９（ａ）、（ｂ）参照）が外殻トンネル１３における外殻セグメント１３Ａの１リング分に相当するように設定されているので、サイドプロテクター４Ａ、４Ｂの突出長は、詳しくは後述するが、掘削する際に掘削領域Ｍに面する外殻セグメント１３Ａを取り外すため、１リング分の外殻セグメント１３Ａの幅寸法と同等な長さに設定されている。

【0043】

当接板４２は、図４に示すように、サイドプロテクター４の前端部４ａから左右方向Ｄｖの内側に向けて突出して設けられ、外殻セグメント１３Ａにおける切り開いた開口（切り開き開口部１３ｃ（図５、図９（ａ）参照））を形成する後端面１３ｂを向く当接面４２ａを有している。当接板４２の内周面は、外殻セグメント１３Ａの外周面とほぼ同曲率の湾曲面が形成されている。
掘削装置３１による掘削時には、サイドプロテクター４を前方に突出させて当接板４２を外殻セグメント１３Ａの後端面１３ｂに当接させることで、切り開き開口部１３ｃを外殻トンネル１３の外側から塞いだ状態として、連通状態となる掘削領域Ｍの地山と外殻トンネル１３内とをサイドプロテクター４Ａ、４Ｂによって隔離することができる。

【0044】

隔壁２２は、図５に示すように、前後方向Ｄｆからみて全周がスキンプレート２１に固定されている。隔壁２２もスキンプレート２１と同様に左右方向Ｄｖに二分割され、左右に分割されている隔壁２２Ａ、２２Ｂ同士が左右中央において前後方向Ｄｆに重なっている。分割された隔壁２２Ａ、２２Ｂも、分割されている鋼殻２１Ａ、２１Ｂの拡張、縮小動作と同調してスライドするように構成されている。

【0045】

隔壁２２の覆工組立室２Ｂ側の後面２２ｂには、覆工組立室２Ｂの上部側と下部側において推進ジャッキ２３が左右方向Ｄｖに配列された状態でその基端部が固定されている。推進ジャッキ２３のストロークは、掘進ストロークに相当し、外殻セグメント１３Ａの１リングの幅寸法と一致している。
また、隔壁２２には、図示しない支持柱を設けて、シールド本体２全体の構造上の耐力を保持することが好ましい。
そして、本実施形態では、外殻トンネル１３内に設置する開口補強用のせん断補強部材７３（図１参照）に推進ジャッキ２３の反力をとることも可能である。

【0046】

天板プレート２４と底板プレート２５における掘削室２Ａ側には、前端が尖ったソリ部３３が設けられている。ソリ部３３の先端には、カッタビット３３ａが組み付けられている。推進ジャッキ２３を伸長させることによりシールド本体２を前進させる際に、予め突出させておいたサイドプロテクター４Ａ、４Ｂ間の掘削領域Ｍの地山に対してソリ部３３が貫入し易くなり、シールド本体２が推進し易くなる。

【0047】

掘削装置３１は、アーム部３５と、ロードヘッダに用いられるようなドラム式の切削部３４と、を有している。掘削装置３１は、自由断面で切削することが可能な構成になっている。
アーム部３５の取付部３５ａは、前後方向Ｄｆおよび左右方向Ｄｖに移動可能な移動架台（図示省略）に設けられている。
なお、切削部３４は、掘削断面の形状、大きさに応じて変更することが可能である。
掘削装置３１で掘削した土砂は、例えばスクリューコンベアや真空搬送装置等の周知の土砂搬出設備（図示省略）を用いることができる。

【0048】

エレクタ３２は、図５及び図７に示すように、覆工組立室２Ｂ内でスキンプレート２１に固定され、先端に鋼製パネル７０が把持可能な把持部３２ａを備えている。エレクタ３２は、把持部３２ａで把持した鋼製パネル７０を覆工組立室２Ｂ内における所定の組み立て位置と、外殻トンネル１３内に搬入された鋼製パネル７０を把持可能な位置と、の間で移動可能なアーム機構を備えている。

【0049】

ここで、連結シールド機１の止水構造について、図８に基づいて説明する。
本実施形態の連結シールド機１は、シールド本体２の全体が外部の地山及び既設トンネル１３に対して液密に接する止水構造をなし、例えばゴム製等の部材からなる第１止水部材Ｓ１～第６止水部材Ｓ６を有している。

【0050】

第１止水部材Ｓ１は、各サイドプロテクター４Ａ、４Ｂの当接板４２の前面に位置する当接面４２ａに貼着された状態で設けられている。第２止水部材Ｓ２は、各サイドプロテクター４Ａ、４Ｂの上端面及び下端面に貼着された状態で設けられている。第３止水部材Ｓ３は、各サイドプレート２６のテーパ面２６２上の上面に貼着された状態で設けられている。第４止水部材Ｓ４は、サイドプレート２６の内面とサイドプロテクター４Ａ、４Ｂの基端側外面のいずれか一方に貼着されて、双方の間に設けられている。

【0051】

第５止水部材Ｓ５は、スキンプレート２１の左右方向Ｄｖのスライド部に設けられている。具体的には、左右一対の天板プレート２４Ａ、２４Ｂの間に配置される天板止水部材Ｓ５１と、左右の隔壁２２間に配置される隔壁止水部材Ｓ５２と、左右一対の底板プレート２５（図８ではソリ部３３）間に配置される底板止水部材Ｓ５３と、を有している。
第６止水部材Ｓ６は、スキンプレート２１のテールエンド部に沿って貼着された状態で設けられている（図１、図４、及び図５参照）。

【0052】

次に、上述した連結シールド機１を使用したトンネル間連結方法について、図面に基づいて具体的に説明する。
先ず、図２及び図３（ａ）に示すように、ランプトンネル１２の側壁の一部に円周トンネル１５を掘削するための図示しない複円形円周シールド掘削機の発進基地（円周シールド発進基地１７）を施工する。例えば、ランプトンネル１２から図２に示す推進機１８を掘進させて、その周囲に地盤改良部１００を形成した後、推進機１８で掘削したトンネルの周囲を拡幅することにより円周シールド発進基地１７を構築することができる。

【0053】

そして、図３（ａ）に示すように、複円形円周シールド掘削機を周方向Ｚに掘進させるとともに、そのシールド機本体内でメガネ形状の円周セグメント（図示省略）を組み立てる。次に、施工した円周トンネル１５を外殻シールド発進基地１５０とし、図２に示す円形断面の外殻シールド掘削機１４を配置し掘進する。

【0054】

複数の外殻トンネル１３は、施工予定の分岐合流部１０の外殻部１０Ａにおいて、周方向Ｚに間隔をあけて配列した状態で施工される。外殻トンネル１３は、外殻シールド掘削機１４によって掘削され、外殻シールド掘削機１４の後方に組み立てられた外殻セグメント１３Ａ（図１参照）によって形成される。これら複数の外殻トンネル１３によって本線トンネル１１及びランプトンネル１２の周囲に外殻部１０Ａの一部が構築される。

【0055】

そして、外殻トンネル１３を施工した後、あるいは外殻トンネル１３の掘進と同時に、外殻トンネル１３の内側から周囲に向けて凍結工法により凍結管を地山に挿入して地盤改良を行う。この地盤改良領域は、覆工躯体構造７の配置領域とその周囲の所定範囲とされる。つまり、周方向Ｚに隣り合う外殻トンネル１３、１３同士の間の地山を凍結工法（あるいは薬液注入工法等）により地盤改良を行って覆工躯体構造７の施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成する。

【0056】

その後、図１に示すように、外殻セグメント１３Ａの周方向Ｚの両側部分を連結シールド機１の掘進により切り開き、隣り合う外殻トンネル１３、１３同士の間を接続する拡幅トンネル１９を設ける。

【0057】

具体的には、先ず、図９（ａ）に示すように、隣り合う外殻トンネル１３、１３の側壁のうちシールド本体２の前方に位置する掘削領域Ｍに面する１リング分の外殻セグメント１３Ａを解体して切り開き開口部１３ｃを形成する。

【0058】

続いて、図９（ｂ）に示すように、連結シールド機１における左右のサイドプロテクター４Ａ、４Ｂを前方に張り出す。このとき、図５に示すように、サイドプロテクター４Ａ、４Ｂの当接板４２を外殻セグメント１３Ａの切り開き開口部１３ｃに面する後端面１３ｂに当接させた状態とする。これにより、掘削領域Ｍが外殻トンネル１３に露出することを防止でき、連結シールド機１による掘削において掘削領域Ｍの地山が切り開き開口部１３ｃから外殻トンネル１３内に進入することを防止して安全な施工できる。

【0059】

次に、図１０（ａ）に示すように、掘削装置３１によってシールド本体２の前方の掘削領域Ｍの地山を掘削するとともに、掘削土砂を掘削室２Ａに取り込み、隔壁２２を介して覆工組立室２Ｂ側に排出する。そして、掘削とともに、推進ジャッキ２３を伸長させて掘削した掘削領域Ｍに位置するようにシールド本体２を前進させる（図１０（ｂ）参照）。なお、シールド本体２の前進に合わせてサイドプロテクター４Ａ、４Ｂの前後スライドジャッキ４１も縮減させるようにする。
なお、図６に示すように、シールド本体２の前進とともに、外殻トンネル１３の外壁とサイドプレート２６とが離間しないように、左右に分割されているスキンプレート２１の鋼殻２１Ａ、２１Ｂをスライドさせてシールド本体２の左右幅寸法が大きくなるように拡張する。

【0060】

そして、１リング分の掘進が完了したときに、覆工組立室２Ｂにおいて、推進ジャッキ２３を引き戻して空いた空間にエレクタ３２を使用して外殻部１０Ａの内周側と外周側に位置する鋼製パネル７０を組み立てる。

【0061】

次に、図１に示すように、外殻トンネル１３間の拡幅トンネル１９の施工が完了したら、内周側と外周側に位置する鋼製パネル７０同士の間に充填コンクリート７１を充填することで覆工躯体構造７を構築する。つまり、外殻トンネル１３と拡幅トンネル１９を使用して鋼製パネル７０を周方向Ｚに接続し、外殻部１０Ａの内周側と外周側とのそれぞれの全周にわたって組み立てる。
次いで、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、外殻部１０Ａの内側を掘削し、外殻部１０Ａによって覆われる箇所の本線トンネル１１及びランプトンネル１２のセグメントを解体、撤去することにより大空間をなす分岐合流部１０を構築することができる。

【0062】

次に、上述したパネル構造体の継手構造の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、外殻トンネル１３、１３同士の間を四方をスキンプレート２１で覆われたシールド本体２内の掘削装置３１で掘削しつつ前進させることができる。そして、左右に分割されたスキンプレート２１を互いに近接離反する方向にスライドさせることで、シールド本体２の左右方向Ｄｖの幅寸法を変更することができる。そのため、外殻トンネル１３、１３同士の間の離隔が変化する場合であっても、その離隔に合わせてシールド本体２の幅寸法を調整することができ、スキンプレート２１と外殻トンネル１３との間の隙間を常に塞いだ状態で地山の防護をして掘進することができる。
このように本実施形態では、外殻トンネル１３、１３間の地山の露出を最低限にして掘進することができるため、地山の崩落を防止することができ、安全で確実な工法となる利点がある。

【0063】

また、本実施形態では、掘削前にサイドプロテクター４Ａ、４Ｂを前方に向けて突出することにより、外殻トンネル１３と掘削領域Ｍの地山とをサイドプロテクター４Ａ、４Ｂによって遮断でき、外殻トンネル１３が掘削領域Ｍの地山に対して開放されることを最低限とすることができる。そのため、外殻トンネル１３において掘削中の地山が露出する状態が最低限となるので、安全で確実な掘削作業により拡幅トンネル１９を施工することができる。

【0064】

また、本実施形態では、外殻トンネル１３、１３同士の間の離隔が最小となる位置から発進して、その離隔が最大となる位置へ向けて掘進することで、施工効率を向上させることができる。この場合、外殻トンネル１３，１３同士の間の間隔が最も小さい箇所で連結シールド機１を組み立てることができるので、組み立て領域の周囲の地山条件の良い箇所で安全に組立作業を行うことができる。

【0065】

また、本実施形態では、シールド本体２の全体が外部の地山及び既設トンネル１３に対して液密に接する止水構造をなしているので、掘削時において、相対的に左右方向Ｄｖにスライド可能なスキンプレート２１の部分だけでなく、シールド本体２全体が外部の地山及び既設トンネル１３に対して液密に接して止水された状態を維持することができる。

【0066】

上述のように本実施形態によるトンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法では、地山の露出を抑えて安全に、かつ効率よく掘削することができ、しかもトンネル間の離隔の変化に対応できる。

【0067】

以上、本発明によるトンネル間連結シールド機、及びトンネル間連結方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0068】

例えば、本実施形態では、連結シールド機１としてサイドプロテクター４Ａ、４Ｂを設けて、掘削前に掘削領域Ｍの両側にサイドプロテクター４Ａ、４Ｂを配置して掘削領域Ｍにおける地山の安定を図ることを可能とした構成としているが、サイドプロテクター４Ａ、４Ｂを設けることに限定されることはなく、省略することも可能である。

【0069】

また、連結シールド機１の掘削装置３１において、本実施形態では、ロードヘッダのドラム式の切削部３４を採用しているが、これに限定されることはなく、例えばバックホウ等の他の切削機構を採用するようにしてもよい。

【0070】

さらにまた、本実施形態では、大断面の道路トンネルを施工する場合の適用例であるが、上述したような大断面の地中空洞部を有する様々な規模、用途、形態のトンネルを施工する場合全般に広く適用することができ、施工対象のトンネルにおける地中空洞部の規模や形態に応じて、また周辺環境等の諸条件を考慮して様々な設計的変更が可能である。さらに、分岐合流部１０を構成する外殻部１０Ａの大きさ、躯体構造、施工方法に関しては上述した実施形態に限定されることはなく、設定される道路トンネル、地盤条件等の仕様に応じて適宜、設定することができる。

【0071】

また、本実施形態のような道路トンネルにおける分岐合流部１０の外殻部１０Ａに構築されるパネル構造体であることに制限されることはなく、他の用途に採用されるパネル構造体であってもかまわない。さらに、パネル構造体は、円周方向に延在する形状であることもない。例えば、道路などの床版に適用することができる。

【0072】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

【符号の説明】

【0073】

１ 連結シールド機（トンネル間連結シールド機）
２ シールド本体
２Ａ 掘削室
２Ｂ 覆工組立室
４、４Ａ、４Ｂ サイドプロテクター
７ 覆工躯体構造
１０ 分岐合流部
１０Ａ 外殻部
１１ 本線トンネル
１２ ランプトンネル
１３ 外殻トンネル（既設トンネル）
１３Ａ 外殻セグメント
１９ 拡幅トンネル
２１ スキンプレート
２１Ａ、２１Ｂ 鋼殻
２２ 隔壁
２３ 推進ジャッキ
２４ 天板プレート
２５ 底板プレート
２６ サイドプレート
３１ 掘削装置
３２ エレクタ
７０ 鋼製パネル（覆工部材）
Ｄｆ 前後方向
Ｄｈ 上下方向
Ｄｖ 左右方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】