JP2012184603A - Tunnel excavation device, and tunnel construction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル掘削装置、及び、これを用いるトンネル施工方法に関し、詳しくは、地山を掘削して坑を形成した後に、坑の周縁部を仕上掘削する技術に関する。 The present invention relates to a tunnel excavation apparatus and a tunnel construction method using the same, and more particularly to a technique for excavating a peripheral edge of a mine after excavating a natural ground to form a mine.
トンネル工事では、地山（天然の状態にある地盤・岩盤）を掘削して坑を形成した後に、鋼製支保材と吹付コンクリートで一次覆工（支保）することを繰り返して一次空間を形成し、その後、コンクリートで二次覆工することにより計画の空間（設計空間）を形成する。このため、計画より過大に掘削した場合にはズリ量が増加し、また、その増加分をコンクリート等で置き換える必要がある。従って、トンネル工事では、計画に対して過大に掘削しないこと、つまり余掘りが少なくなるように掘削することが求められている。 In tunnel construction, after excavating natural ground (natural ground and bedrock) to form a mine, primary lining (support) is repeated with steel support materials and sprayed concrete to form a primary space. After that, a plan space (design space) is formed by secondary lining with concrete. For this reason, when excavating more than planned, the amount of slip increases, and it is necessary to replace the increase with concrete. Therefore, in tunnel construction, it is required not to excavate excessively with respect to the plan, that is, to excavate so that excessive excavation is reduced.
トンネルの掘削工法には、ダイナマイト等の爆薬を用いて発破掘削する発破掘削方式と自由断面掘削機（例えば、特許文献１に記載のような、ロードヘッダ（登録商標）等の専用機械）により掘削する機械掘削方式とがある。 The tunnel excavation method uses a blast excavation method in which blast excavation is performed using an explosive such as dynamite and a free section excavator (for example, a dedicated machine such as a road header (registered trademark) as described in Patent Document 1). There is a mechanical drilling system to do.
発破掘削方式では、トンネルの掘削面（鏡）に爆薬挿入用の穴をドリル等で削孔し、この穴に爆薬を挿入して発破・爆発させて掘削する。発破掘削方式では、発破と同時に瞬間的に掘削が可能である反面、発破により掘削面がどのように形成されるかを予測することが難しく、また、掘削したいと計画した掘削面（以下「掘削計画線」という）に対して凹凸を含んだ形状となりやすい。このため、発破掘削方式では、一般に、比較的多めの余掘り分を計画に上乗せして発破掘削を行う傾向がある。この点、特許文献２は、発破掘削方式における余掘り低減技術の一例を開示している。この例では、まず、掘削面（鏡）の掘削計画線（掘削予定面）に沿って複数の削孔部を設ける。次に、各削孔部ごとに液圧破砕装置を挿入して、これら破砕装置によって掘削計画線に沿うような亀裂を発生させる。そして、掘削計画線の内部の岩盤部を一般的な発破掘削方式を用いて破砕する。 In the blasting excavation method, an explosive insertion hole is drilled on the excavation surface (mirror) of the tunnel with a drill or the like, and the explosive is inserted into this hole for blasting and explosion to excavate. In the blasting method, drilling is possible instantaneously at the same time as blasting, but it is difficult to predict how the digging surface will be formed by blasting. It is easy to have a shape including irregularities with respect to the “plan line”. For this reason, the blast excavation method generally tends to perform blast excavation by adding a relatively large amount of excess excavation to the plan. In this regard, Patent Document 2 discloses an example of a technique for reducing excessive digging in the blast excavation method. In this example, first, a plurality of drilling portions are provided along a drilling plan line (scheduled drilling surface) of a drilling surface (mirror). Next, a hydraulic crushing device is inserted for each drilling portion, and cracks are generated by these crushing devices along the planned drilling line. Then, the rock portion inside the excavation plan line is crushed using a general blast excavation method.
一方、機械掘削方式では、一般に、発破掘削方式に比べて掘削形状を容易に制御することができるので、余掘りを比較的少なくすることができる。しかしながら、機械掘削方式では、発破掘削方式のように比較的広範囲で瞬間的に掘削を行うことができないので、発破掘削方式に比べて掘削速度が低い。 On the other hand, in general, the excavation shape can be controlled more easily in the mechanical excavation method than in the blast excavation method, so that the excessive excavation can be relatively reduced. However, since the mechanical excavation method cannot perform instantaneous excavation in a relatively wide range like the blast excavation method, the excavation speed is lower than that of the blast excavation method.
また、山岳トンネルの施工方法であるＮＡＴＭ工法においては、所定の長さを掘削した後に鋼製支保工を建込み、吹付コンクリートにより一次覆工（支保）されたエリアから、新たな掘削を開始する必要がある。この新たな掘削の際に、特許文献２に記載の発破掘削方式における余掘り低減技術を用いようとしても、掘削計画線よりトンネル内方に支保があるので、支保の裏側（切羽側）の掘削面（鏡）に掘削計画線に沿って削孔部を形成することが難しい。このように、トンネルの施工方法の中には、特許文献２に記載の余掘り低減技術を用いることが難しいものがある。 In addition, in the NATM method, which is a mountain tunnel construction method, a steel support is built after excavating a predetermined length, and a new excavation is started from an area that is primary lining (supported) with shotcrete. There is a need. At the time of this new excavation, even if the extra digging reduction technique in the blast excavation method described in Patent Document 2 is used, there is a support inside the tunnel from the excavation plan line, so excavation on the back side (face side) of the support It is difficult to form a hole in the surface (mirror) along the planned drilling line. As described above, in some tunnel construction methods, it is difficult to use the excessive digging reduction technique described in Patent Document 2.
本発明は、このような実状に鑑み、発破掘削方式のような比較的高い掘削速度を確保しつつ、余掘り量を低減することを課題とする。 This invention makes it a subject to reduce the amount of surplus digging, ensuring the comparatively high excavation speed like a blasting excavation system in view of such the actual condition.
そのため本発明に係るトンネル掘削装置は、地山に掘削形成された坑の周縁部を仕上掘削するものであり、下部に走行手段を装備した全旋回式ベースマシンと、このベースマシンに基端部が枢支されて上下方向に揺動可能なブームアームと、このブームアームの先端部に取り付けられ、かつ、ブームアームの延長方向と略同一方向を回転軸として回転可能なカッタヘッドと、を備える。そして、カッタヘッドを回転させつつ坑の周縁部に接触させることにより坑の周縁部の仕上掘削を行う。 Therefore, the tunnel excavation device according to the present invention is for finishing excavation of the peripheral portion of a mine excavated in a natural ground, and a fully swivel base machine equipped with traveling means at the lower part, and a base end portion of this base machine A boom arm that is pivotally supported and pivotable in the vertical direction, and a cutter head that is attached to the tip of the boom arm and that can rotate about the same direction as the extension direction of the boom arm as a rotation axis. . Then, the excavation of the peripheral part of the mine is performed by contacting the peripheral part of the mine while rotating the cutter head.
本発明によれば、トンネル掘削装置は、地山に掘削形成された坑の周縁部を仕上掘削する。これにより、例えば、トンネル工事にて発破掘削方式を用いる場合には、まず、発破掘削により瞬間的な掘削を行って掘削計画線より若干小さな坑を形成し、次に、本発明に係るトンネル掘削装置を用いて坑の周縁部の仕上掘削を行うことにより、坑の周縁部を掘削計画線に精度よく近づけることができる。従って、発破掘削方式のような比較的高い掘削速度を確保しつつ、仕上掘削により、余掘りを必要最小限に抑えることができるので、掘削速度の確保と発破掘削による過大な余掘りの低減とを、同時に実現することができる。 According to the present invention, the tunnel excavation apparatus finishes excavating the peripheral portion of the mine excavated in the natural ground. Thus, for example, when using the blast excavation method in tunnel construction, first, an instantaneous excavation is performed by blast excavation to form a pit slightly smaller than the planned excavation line, and then the tunnel excavation according to the present invention. By carrying out the finish excavation of the peripheral part of the mine using the apparatus, the peripheral part of the mine can be brought close to the excavation planned line with high accuracy. Therefore, finishing excavation can minimize the excessive excavation while ensuring a relatively high excavation speed as in the blast excavation method, so that the excavation speed can be secured and excessive excessive excavation can be reduced. Can be realized simultaneously.
また、例えば、トンネルの施工方法としてＮＡＴＭ工法を用いる場合には、上述の新たな掘削の際に、まず、上述の掘削計画線より若干小さな坑を発破掘削により形成し、この後に、本発明に係るトンネル掘削装置を用いて坑の周縁部の仕上掘削を行うことにより、坑の周縁部を掘削計画線に精度よく近づけることができる。従って、本発明に係るトンネル掘削装置は、ＮＡＴＭ工法を含むあらゆるトンネルの施工方法にて余掘り量を低減するための技術として利用可能である。 Also, for example, when using the NATM construction method as a tunnel construction method, at the time of the above new excavation, first, a pit slightly smaller than the above-mentioned excavation planned line is formed by blast excavation, and then the present invention is applied. By performing the final excavation of the peripheral part of the mine using such a tunnel excavation device, the peripheral part of the mine can be brought close to the excavation plan line with high accuracy. Therefore, the tunnel excavation apparatus according to the present invention can be used as a technique for reducing the amount of surplus excavation by any tunnel construction method including the NATM method.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態におけるトンネル掘削装置の概略構成を示す。尚、図２及び図３では、図示簡略化のために、ベースマシン及びブームアームを破線で示している。また、図１及び図３は、カッタヘッドが坑の周縁部のうち天端部に接触した状態を示す。また、図２及び図３は、カッタヘッドが坑の周縁部のうち左側端部に接触した状態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show a schematic configuration of a tunnel excavation device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3, the base machine and the boom arm are indicated by broken lines for the sake of simplicity. Moreover, FIG.1 and FIG.3 shows the state which the cutter head contacted the top edge part among the peripheral parts of a mine. 2 and 3 show a state in which the cutter head is in contact with the left end of the peripheral edge of the pit.
本実施形態にて構築されるトンネルの主な用途は、１車線〜３車線の道路トンネル、又は、１車道〜２車道の鉄道トンネルである。
トンネルの主要部である坑１は、ダイナマイト等の爆薬を用いて地山２を発破掘削して形成される。坑１は、その周縁部（図１〜図３に示す一点鎖線）１ａが、掘削計画線（図１〜図３に示す実線）１ｂのより若干トンネル内方に位置している。
The main application of the tunnel constructed in this embodiment is a road tunnel of 1 lane to 3 lanes, or a railway tunnel of 1 lane to 2 lanes.
The tunnel 1, which is the main part of the tunnel, is formed by blasting and excavating the natural ground 2 using explosives such as dynamite. As for the mine 1, the peripheral part (the dashed-dotted line shown in FIGS. 1-3) 1a is located slightly inside the tunnel from the excavation plan line (solid line shown in FIGS. 1-3) 1b.
ここで、本実施形態では、周辺地山が本来有している耐荷能力を積極的に活用するために、トンネルの上部の形状はアーチ形状（略半円）として形成される。このため、掘削計画線１ｂは、その上部の形状がアーチ形状（略半円）となっている。 Here, in this embodiment, the shape of the upper part of the tunnel is formed as an arch shape (substantially semicircle) in order to positively utilize the load bearing capability that the surrounding natural ground originally has. For this reason, as for the excavation planned line 1b, the shape of the upper part becomes an arch shape (substantially semicircle).
また、トンネルの施工基面３は、掘削断面内に適宜設定されるが、一般に施工基面３から掘削断面天端（掘削計画線１ｂ天端）までの高さ（後述する図６に示す掘削高さ）は７．０ｍ〜８．５ｍとなる。 Moreover, the construction base surface 3 of the tunnel is appropriately set in the excavation cross section, but generally the height from the construction base surface 3 to the top end of the excavation cross section (excavation planned line 1b top end) (excavation shown in FIG. 6 described later) Height) is 7.0 m to 8.5 m.
施工基面３上を走行可能なトンネル掘削装置１０は、坑１の周縁部１ａを仕上掘削するものであり、具体的には、坑１の周縁部１ａを掘削して掘削計画線１ｂに近づけるために用いられる。 The tunnel excavation device 10 capable of traveling on the construction base 3 is for excavating the peripheral edge 1a of the mine 1 and, specifically, excavating the peripheral edge 1a of the mine 1 to approach the excavation planned line 1b. Used for.
トンネル掘削装置１０は、ベースマシン２０と、ベースマシン２０に枢支軸２１を介して枢支されて上下方向に揺動可能なブームアーム３０と、ブームアーム３０の先端に取付けられたカッタヘッドユニット４０と、を含んで構成される。 The tunnel excavator 10 includes a base machine 20, a boom arm 30 that is pivotally supported by the base machine 20 via a pivot shaft 21, and can swing in the vertical direction, and a cutter head unit that is attached to the tip of the boom arm 30. 40.
ベースマシン２０は、バケット容量０．５〜１．０ｍ３級（新ＪＩＳ規格）の油圧ショベルのベースマシンである。
ベースマシン２０は、その下部に装備された走行手段である履帯２２と、ベースマシン本体２３と、ベースマシン本体２３を履帯２２に対してその上方にて水平旋回させる旋回装置２４と、を含んで構成される。すなわち、ベースマシン２０は、その下部に履帯２２を装備した全旋回式ベースマシンである。
The base machine 20 is a base machine of a hydraulic excavator having a bucket capacity of 0.5 to 1.0 m 3 class (new JIS standard).
The base machine 20 includes a crawler belt 22 that is a traveling means installed in the lower part thereof, a base machine main body 23, and a turning device 24 that horizontally turns the base machine main body 23 with respect to the crawler belt 22 above. Composed. That is, the base machine 20 is an all-round base machine equipped with a crawler belt 22 in the lower part thereof.
ブームアーム３０は、ブーム３１及びアーム３２を備える。
ブーム３１は、その基端部が、水平方向に延びる枢支軸２１を介してベースマシン本体２３の前部に枢支される一方、先端部が、水平方向に延びる枢支軸３３を介してアーム３２の基端部に枢支される。
The boom arm 30 includes a boom 31 and an arm 32.
The boom 31 has a base end portion pivotally supported on the front portion of the base machine main body 23 via a pivot shaft 21 extending in the horizontal direction, and a distal end portion via a pivot shaft 33 extending in the horizontal direction. It is pivotally supported by the base end portion of the arm 32.
一対のブームジャッキ３４は、各々の一端がブーム３１の中央部を左右両側から挟むように取り付けられる一方、他端が、ベースマシン本体２３の前部に取り付けられている。従って、ブームジャッキ３４を伸縮させることにより、ブーム３１が枢支軸２１を介してベースマシン本体２３に対して上下方向に揺動する。 The pair of boom jacks 34 is attached so that one end thereof sandwiches the central portion of the boom 31 from both left and right sides, and the other end is attached to the front portion of the base machine main body 23. Therefore, the boom 31 swings up and down with respect to the base machine body 23 via the pivot shaft 21 by extending and contracting the boom jack 34.
アームジャッキ３５は、その一端がアーム３２の前側下部に取り付けられる一方、他端が、ブーム３１の前側下部に取り付けられている。従って、アームジャッキ３５を伸縮させることにより、アーム３２が枢支軸３３を介してブーム３１に対して上下方向に揺動する。 One end of the arm jack 35 is attached to the front lower part of the arm 32, and the other end is attached to the front lower part of the boom 31. Therefore, the arm 32 swings up and down with respect to the boom 31 via the pivot shaft 33 by extending and contracting the arm jack 35.
従って、ブームアーム３０は、ブームジャッキ３４及び／又はアームジャッキ３５を伸縮させることによって、ベースマシン本体２３に対して上下方向に揺動することができると共に、屈伸することができる。 Therefore, the boom arm 30 can swing in the vertical direction with respect to the base machine body 23 and can bend and stretch by extending and contracting the boom jack 34 and / or the arm jack 35.
カッタヘッドユニット４０は、アーム３２の先端に取り付けられている。
カッタヘッドユニット４０は、内部に油圧モータ及び減速機を備えた駆動ユニット４１と、回転シャフト４２と、カッタヘッド４３とを含んで構成される。
The cutter head unit 40 is attached to the tip of the arm 32.
The cutter head unit 40 includes a drive unit 41 having a hydraulic motor and a speed reducer therein, a rotary shaft 42, and a cutter head 43.
駆動ユニット４１内の油圧モータが駆動すると、減速機により調整されたトルクが回転シャフト４２を介してカッタヘッド４３に伝達される。ここで、回転シャフト４２は、ブームアーム３０の延長方向と略同一方向に延びており（すなわち、図１及び図２に示す長破線Ｐに沿って延びており）、それゆえ、カッタヘッド４３は、ブームアーム３０の延長方向と略同一方向を回転軸として回転可能となっている。 When the hydraulic motor in the drive unit 41 is driven, torque adjusted by the speed reducer is transmitted to the cutter head 43 via the rotary shaft 42. Here, the rotating shaft 42 extends in substantially the same direction as the extending direction of the boom arm 30 (that is, extends along the long broken line P shown in FIGS. 1 and 2). The boom arm 30 can be rotated about the same direction as the direction in which the boom arm 30 extends.
次に、カッタヘッド４３の詳細について図４及び図５を用いて説明する。
図４は、カッタヘッド４３の概略構成を示す。また、図５は、カッタヘッド４３上のビット配置を示す。尚、図５は、図示簡略化のため、カッタヘッド４３を構成するビットボックス４５と、これに取り付けられたビット４６の尖端とを図示している。
Next, details of the cutter head 43 will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows a schematic configuration of the cutter head 43. FIG. 5 shows the bit arrangement on the cutter head 43. FIG. 5 illustrates a bit box 45 constituting the cutter head 43 and a tip of a bit 46 attached thereto for the sake of simplicity.
回転シャフト４２の先端に取付けられたカッタヘッド４３は、ブームアーム３０の延長方向と略同一方向を回転軸Ｐ（図１及び図２に示す長破線Ｐに対応）とする回転ドラム４４と、複数のビットボックス４５と、複数のビット４６と、を備える。 The cutter head 43 attached to the tip of the rotating shaft 42 includes a rotating drum 44 having a rotation axis P (corresponding to the long broken line P shown in FIGS. 1 and 2) substantially in the same direction as the extending direction of the boom arm 30, and a plurality of rotating drums 44. Bit box 45 and a plurality of bits 46.
回転ドラム４４は、回転軸Ｐに直交する先端面４４ａと、この先端面４４ａに連続して設けられて先端面４４ａに対して外側に傾斜する第１テーパ面４４ｂと、この第１テーパ面４４ｂに連続して設けられて第１テーパ面４４ｂに対して外側に傾斜する第２テーパ面４４ｃとを有している。 The rotary drum 44 includes a front end surface 44a orthogonal to the rotation axis P, a first tapered surface 44b that is provided continuously to the front end surface 44a and is inclined outward with respect to the front end surface 44a, and the first tapered surface 44b. And a second tapered surface 44c that is inclined outward with respect to the first tapered surface 44b.
回転ドラム４４の外周面上には、複数のビットボックス４５が配置されている。
ビットボックス４５の中央部分には、ビット４６の回転軸部が挿入される挿入孔４５ａが形成されている。
A plurality of bit boxes 45 are disposed on the outer peripheral surface of the rotating drum 44.
An insertion hole 45 a into which the rotation shaft portion of the bit 46 is inserted is formed in the center portion of the bit box 45.
ビット４６は、いわゆるラウンドピックであり、ビットボックス４５の挿入孔４５ａに挿入される円筒形状の回転軸部（図示せず）と、この回転軸部の上端部に一体に設けられて拡径した円錐台形状のビット本体４６ａとを含んで構成される。 The bit 46 is a so-called round pick and is provided with a cylindrical rotary shaft portion (not shown) inserted into the insertion hole 45a of the bit box 45 and an upper end portion of the rotary shaft portion so as to be integrated and expanded in diameter. And a truncated cone-shaped bit body 46a.
ここで、図４に示す一点鎖線は、カッタヘッド４３の回転時におけるビット４６の移動領域を回転軸Ｐに対して平行な面に投影した場合のビット４６の移動領域の輪郭４６ｂを示している。この輪郭４６ｂは、カッタヘッド４３の先端を頂点４６ｃとする略山型形状を有している。 Here, the alternate long and short dash line shown in FIG. 4 indicates the contour 46 b of the moving area of the bit 46 when the moving area of the bit 46 is projected onto a plane parallel to the rotation axis P when the cutter head 43 rotates. . The contour 46b has a substantially chevron shape with the tip of the cutter head 43 as a vertex 46c.
また、図４に示すように、輪郭４６ｂの頂点４６ｃとビット４６のうち輪郭４６ｂの頂点４６ｃより最も離間したビット４６の尖端４６ｄとを結んだ直線（図４に示す二点鎖線）と、回転軸Ｐに直交する直線とのなす角度（以下「第１角度」という）θ１が４０°〜５０°の範囲内である。 Also, as shown in FIG. 4, a straight line (two-dot chain line shown in FIG. 4) connecting the apex 46c of the contour 46b and the tip 46d of the bit 46 farthest from the apex 46c of the contour 46b among the bits 46, and rotation An angle (hereinafter referred to as a “first angle”) θ1 formed with a straight line orthogonal to the axis P is within a range of 40 ° to 50 °.
また、図４に示すように、輪郭４６ｂの稜線（図４の一点鎖線）と、回転軸Ｐに直交する直線とのなす角度θ２は、６０°以下である。
図５に実線で示された複数の同心円は、カッタヘッド４３の回転時に、図４に示す各ビット４６ごとのビット本体４６ａの尖端が描く軌跡である。これら軌跡のうち輪郭４６ｂの頂点４６ｃより最も離間したビット４６の尖端４６ｄが描く軌跡の直径Ｄmax （図４参照）は、７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲内である。
Further, as shown in FIG. 4, the angle θ2 formed by the ridgeline of the outline 46b (the chain line in FIG. 4) and the straight line orthogonal to the rotation axis P is 60 ° or less.
A plurality of concentric circles indicated by solid lines in FIG. 5 are trajectories drawn by the tips of the bit bodies 46 a for the respective bits 46 shown in FIG. 4 when the cutter head 43 rotates. Of these trajectories, the diameter Dmax (see FIG. 4) of the trajectory drawn by the tip 46d of the bit 46 farthest from the vertex 46c of the contour 46b is in the range of 700 mm to 900 mm.
また、図４に示すように、輪郭４６ｂの頂点４６ｃと、輪郭４６ｂの頂点４６ｃより最も離間したビット４６の尖端４６ｄとの間の回転軸Ｐ方向距離Ｌは、２９０ｍｍ〜５４０ｍｍの範囲内である。 As shown in FIG. 4, the distance L in the rotation axis P direction between the vertex 46c of the contour 46b and the tip 46d of the bit 46 farthest from the vertex 46c of the contour 46b is in the range of 290 mm to 540 mm. .
ところで、上述のように、ベースマシン２０は、バケット容量０．５〜１．０ｍ３級（新ＪＩＳ規格）の油圧ショベルのベースマシンである。
トンネル工事に使用される油圧ショベルのベースマシンにおいてバケット容量０．５〜１．０ｍ３級（新ＪＩＳ規格）のものが多用される理由としては、以下の２点が挙げられる。
（１）目的物であるトンネルの用途が車両用道路や鉄道等であるため、断面形状、特に断面高さが一定の範囲に限定されることから、必要とするブームアームの枢支高さ及びブームアームの伸長時長さが定まり、この結果、使用に適した機種が上述のバケット容量に対応する機種となること。
（２）トンネル工事で使用する機械が運搬車により車両用道路を通行してトンネル工事場所に搬入・搬出されることから、運搬車への積載に適した機種が上述のバケット容量に対応する機種となること。
By the way, as described above, the base machine 20 is a base machine of a hydraulic excavator having a bucket capacity of 0.5 to 1.0 m 3 class (new JIS standard).
The following two points can be cited as the reason why a bucket capacity of 0.5 to 1.0 m class 3 (new JIS standard) is frequently used in a base machine of a hydraulic excavator used for tunnel construction.
(1) Since the intended use of the tunnel is a vehicle road, railway, etc., the cross-sectional shape, particularly the cross-sectional height, is limited to a certain range. The extension length of the boom arm is determined, and as a result, the model suitable for use must be a model that supports the above-described bucket capacity.
(2) Since the machine used for tunnel construction is transported to and from the tunnel construction site via a vehicle road by a transport vehicle, a model suitable for loading on the transport vehicle corresponds to the above bucket capacity. To be.
このようなベースマシンに対応するブームアーム３０の枢支高さ（すなわち、施工基面３と枢支軸２１との間の距離）ｈと、ブームアーム３０の伸長時長さＡとを、表１に例示する。 The pivot arm height (that is, the distance between the construction base surface 3 and the pivot shaft 21) h corresponding to such a base machine and the length A when the boom arm 30 is extended are expressed as follows. An example is shown in FIG.
表１に示すブームアームの枢支高さｈの範囲を考慮して、本実施形態では、ブームアームの枢支高さｈとして想定される範囲を１．５ｍ〜２．１ｍとする。
また、表１に示すブームアームの伸長時長さＡと、カッタヘッドユニットの長手方向長さ（例えば、１．５ｍ〜２．２ｍ）とを考慮して、本実施形態では、ブームアームの枢支点（枢支軸２１）からカッタヘッドの先端までの距離Ｋとして想定される範囲を、８．５ｍ〜１０．８ｍとする。
Considering the range of the pivot support height h of the boom arm shown in Table 1, in this embodiment, the range assumed as the pivot support height h of the boom arm is set to 1.5 m to 2.1 m.
Further, in consideration of the boom arm length A shown in Table 1 and the length of the cutter head unit in the longitudinal direction (for example, 1.5 m to 2.2 m), in the present embodiment, the boom arm pivots. The range assumed as the distance K from the fulcrum (the pivot shaft 21) to the tip of the cutter head is set to 8.5 m to 10.8 m.
これら想定の下で、トンネル掘削装置１０が仕上掘削可能な掘削高さ（施工基面から掘削断面天端までの高さ）について、表２及び図６を用いて説明する。
表２及び図６は、ブームアームの枢支高さｈと、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋと、カッタヘッドの第１角度θ１と、掘削高さとの関係を示す。
Under these assumptions, the excavation height (the height from the construction base surface to the top of the excavation cross section) that can be excavated by the tunnel excavator 10 will be described with reference to Table 2 and FIG.
Table 2 and FIG. 6 show the relationship between the pivot height h of the boom arm, the distance K from the pivot point of the boom arm to the tip of the cutter head, the first angle θ1 of the cutter head, and the excavation height.
ここで、図６及び表２において、カッタヘッド４ａ〜４ｄは、第１角度θ１が４０°であるカッタヘッド４３に対応する一方、カッタヘッド５ａ〜５ｄは、第１角度θ１が５０°であるカッタヘッド４３に対応する。 6 and Table 2, the cutter heads 4a to 4d correspond to the cutter head 43 having the first angle θ1 of 40 °, while the cutter heads 5a to 5d have the first angle θ1 of 50 °. This corresponds to the cutter head 43.
また、図６において、枢支軸２１ａは、枢支高さｈ＝１．５ｍに対応する一方、枢支軸２１ｂは、枢支高さｈ＝２．１ｍに対応する。
カッタヘッド４ａ（第１角度θ１＝４０°）は、ブームアームの枢支高さｈが１．５ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが８．５ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド４ａの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を５０°とするので、掘削高さは８．０ｍとなる。
In FIG. 6, the pivot shaft 21a corresponds to a pivot height h = 1.5 m, while the pivot shaft 21b corresponds to a pivot height h = 2.1 m.
The cutter head 4a (first angle θ1 = 40 °) has a boom arm pivot height h of 1.5 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 8.5 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 50 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 4a with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 8.0 m. .
カッタヘッド４ｂ（第１角度θ１＝４０°）は、ブームアームの枢支高さｈが１．５ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが１０．８ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド４ｂの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を５０°とするので、掘削高さは９．８ｍとなる。 The cutter head 4b (first angle θ1 = 40 °) has a boom arm pivot height h of 1.5 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 10.8 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 50 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 4b with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 9.8 m. .
カッタヘッド４ｃ（第１角度θ１＝４０°）は、ブームアームの枢支高さｈが２．１ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが８．５ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド４ｃの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を５０°とするので、掘削高さは８．６ｍとなる。 The cutter head 4c (first angle θ1 = 40 °) has a boom arm pivot height h of 2.1 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 8.5 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 50 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 4c with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 8.6 m. .
カッタヘッド４ｄ（第１角度θ１＝４０°）は、ブームアームの枢支高さｈが２．１ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが１０．８ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド４ｄの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を５０°とするので、掘削高さは１０．４ｍとなる。 The cutter head 4d (first angle θ1 = 40 °) has a boom arm pivot height h of 2.1 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 10.8 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 50 ° in order to properly contact the ridgeline of the outline of the cutter head 4d with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 10.4 m. .
カッタヘッド５ａ（第１角度θ１＝５０°）は、ブームアームの枢支高さｈが１．５ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが８．５ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド５ａの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を４０°とするので、掘削高さは７．０ｍとなる。 The cutter head 5a (first angle θ1 = 50 °) has a boom arm pivot height h of 1.5 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 8.5 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 40 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 5a with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 7.0 m. .
カッタヘッド５ｂ（第１角度θ１＝５０°）は、ブームアームの枢支高さｈが１．５ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが１０．８ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド５ｂの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を４０°とするので、掘削高さは８．４ｍとなる。 The cutter head 5b (first angle θ1 = 50 °) has a boom arm pivot height h of 1.5 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 10.8 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 40 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 5b with the top end portion of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 8.4 m. .
カッタヘッド５ｃ（第１角度θ１＝５０°）は、ブームアームの枢支高さｈが２．１ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが８．５ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド５ｃの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を４０°とするので、掘削高さは７．６ｍとなる。 The cutter head 5c (first angle θ1 = 50 °) has a boom arm pivot height h of 2.1 m, and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 8.5 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 40 ° in order to properly contact the ridgeline of the contour of the cutter head 5c with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 7.6 m. .
カッタヘッド５ｄ（第１角度θ１＝５０°）は、ブームアームの枢支高さｈが２．１ｍであり、かつ、ブームアームの枢支点からカッタヘッドの先端までの距離Ｋが１０．８ｍである場合を示している。この場合には、カッタヘッド５ｄの輪郭の稜線を坑１の周縁部１ａの天端部に適切に接触させるためにブームアームの仰角を４０°とするので、掘削高さは９．０ｍとなる。 The cutter head 5d (first angle θ1 = 50 °) has a boom arm pivot height h of 2.1 m and a distance K from the boom arm pivot point to the cutter head tip is 10.8 m. It shows a case. In this case, since the elevation angle of the boom arm is set to 40 ° in order to properly contact the ridgeline of the cutter head 5d with the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the excavation height is 9.0 m. .
従って、汎用であるバケット容量０．５〜１．０ｍ３級（新ＪＩＳ規格）の油圧ショベルのベースマシンによりトンネル掘削装置１０を構成し、このトンネル掘削装置１０を用いて、掘削高さ７．０〜１０．４ｍの範囲内にて、坑１の周縁部１ａを良好に仕上掘削することが可能である。 Therefore, the tunnel excavator 10 is configured by a base machine of a general-purpose hydraulic excavator having a bucket capacity of 0.5 to 1.0 m 3 class (new JIS standard), and the excavation height 7. Within the range of 0 to 10.4 m, it is possible to finish and excavate the peripheral edge 1a of the mine 1 satisfactorily.
本実施形態では、坑１の周縁部１ａの天端部を仕上掘削する際にブームアームの仰角を４０°〜５０°の範囲内としているが、これは以下の理由によるものである。
ブームアームの仰角が５０°を上回る場合には、仕上掘削時の飛び石等がベースマシン２０に落下・衝突する可能性が高まるので、ベースマシン２０の損傷が懸念される。
In this embodiment, when finishing excavation of the top end of the peripheral edge 1a of the mine 1, the elevation angle of the boom arm is set within a range of 40 ° to 50 ° for the following reason.
When the angle of elevation of the boom arm exceeds 50 °, there is a possibility that a stepping stone or the like at the time of finishing excavation falls or collides with the base machine 20, so that the base machine 20 may be damaged.
また、ブームアームの仰角が４０°を下回る場合には、カッタヘッドの回転軸と坑１の周縁部１ａの天端部とのなす角度が４０°を下回ることにより、カッタヘッドから坑１の周縁部１ａの天端部に作用する面圧が低下する可能性があり、この結果、仕上掘削の効率性が低下する可能性がある。 Further, when the elevation angle of the boom arm is less than 40 °, the angle between the rotation axis of the cutter head and the top end of the peripheral edge portion 1a of the well 1 is less than 40 °, so that the peripheral edge of the well 1 from the cutter head is reduced. There is a possibility that the surface pressure acting on the top end of the part 1a may be reduced, and as a result, the efficiency of finish excavation may be reduced.
以上の理由により、本実施形態では、坑１の周縁部１ａの天端部を仕上掘削する際にブームアームの仰角を４０°〜５０°の範囲内としている。
また、本実施形態では、図１〜図３に示すように、ベースマシン２０をトンネル中央の施工基面３上に配置して切羽に対向させ、この状態にて、ベースマシン２０の履帯２２による前後動と、旋回装置２４によるベースマシン本体２３の水平旋回と、ブームアーム３０の上下揺動とを組み合わせることにより、カッタヘッド４３を用いて、例えば、坑１の周縁部１ａの左側端部（図２及び図３）から天端部（図１及び図３）を介して右側端部まで連続的に仕上掘削を行うことが可能である。
For the above reasons, in the present embodiment, when finishing excavation of the top end of the peripheral edge 1a of the pit 1, the elevation angle of the boom arm is set in the range of 40 ° to 50 °.
Moreover, in this embodiment, as shown in FIGS. 1-3, the base machine 20 is arrange | positioned on the construction base surface 3 of a tunnel center, and is made to oppose a face, and in this state, by the crawler belt 22 of the base machine 20 By combining the forward and backward movement, the horizontal turning of the base machine body 23 by the turning device 24, and the vertical swing of the boom arm 30, the cutter head 43 can be used, for example, the left end ( It is possible to carry out finish excavation continuously from the top end (FIGS. 2 and 3) to the right end through the top end (FIGS. 1 and 3).
次に、トンネル掘削装置１０を用いるトンネル施工方法の第１例について、図１、図７及び図８を用いて説明する。
図７及び図８は、トンネルの切羽近傍の天端における掘進方向断面を示す。
Next, the 1st example of the tunnel construction method using the tunnel excavation apparatus 10 is demonstrated using FIG.1, FIG7 and FIG.8.
7 and 8 show cross sections in the excavation direction at the top edge near the face of the tunnel.
この例では、地山２が、道路トンネルの地山分類における「ＣII」クラスに該当していると仮定する。
「ＣII」クラスでは、一般に軟岩であり、掘削面を局部的に掘削すると周囲の岩盤に小崩落が誘発されて掘削が進行する特徴がある。このため、一般的な油圧ショベルのブームアームの先端にブレーカーを取り付けて、このブレーカーにより岩盤を打撃破砕して仕上掘削を行うと、岩盤の崩落が過度に進行する虞がある。このため、本例では、発破掘削を行って坑１を形成した後に、トンネル掘削装置１０を用いて坑１の周縁部１ａを研磨するように仕上掘削する。
In this example, it is assumed that the natural ground 2 corresponds to the “CII” class in the natural ground classification of the road tunnel.
The “CII” class is generally soft rock, and when the excavation surface is excavated locally, a small collapse is induced in the surrounding rock mass and the excavation proceeds. For this reason, if a breaker is attached to the tip of a boom arm of a general hydraulic excavator, and the rock mass is hit and crushed by this breaker and then the final excavation is performed, the collapse of the rock mass may proceed excessively. For this reason, in this example, after excavating and forming the mine 1, the tunnel digging apparatus 10 is used to finish and excavate the peripheral edge 1 a of the mine 1.
また、本例では、トンネルの施工方法として、ＮＡＴＭ工法を用いる。
トンネル施工時には、まず、図７（ａ）に示す切羽７に爆薬挿入用の穴（図示せず）をドリル等で削孔し、この穴にダイナマイト等の爆薬を挿入して発破・爆発させることにより、図７（ｂ）に示すように、坑１を切羽７から切羽７’まで掘り進める。ここで、図７（ｂ）に示すように、坑１は、掘削計画線１ｂ（実線）より若干トンネル内方に坑１の周縁部１ａ（一点鎖線）が位置するように、掘削形成される。尚、この発破掘削時にはズリ出しが行われる。
In this example, the NATM construction method is used as a tunnel construction method.
When constructing a tunnel, first, drill a hole for explosive insertion (not shown) in the face 7 shown in FIG. 7 (a) with a drill or the like, and insert an explosive such as dynamite into this hole to blast and explode. Thus, as shown in FIG. 7B, the pit 1 is dug from the face 7 to the face 7 ′. Here, as shown in FIG. 7 (b), the mine 1 is excavated so that the peripheral edge 1a (dashed line) of the mine 1 is located slightly inside the tunnel from the excavation planned line 1b (solid line). . In this blast excavation, slippage is performed.
次に、図７（ｃ）に示すように、トンネル掘削装置１０を用いて、坑１の周縁部１ａの仕上掘削を行うことにより、坑１の周縁部１ａを掘削計画線１ｂに近づける。尚、この仕上掘削時においてもズリ出しが行われる。 Next, as shown in FIG.7 (c), the peripheral part 1a of the mine 1 is brought close to the excavation planned line 1b by performing the finishing excavation of the peripheral part 1a of the mine 1 using the tunnel excavation apparatus 10. FIG. It should be noted that the slipping is also performed during the finish excavation.
次に、図８（ｄ）に示すように、鋼製支保工（鋼アーチ支保工）６を標準建込間隔Ｓを空けて建込む。ここで、「ＣII」クラスにて用いられる鋼製支保工６は、例えばＨ鋼（Ｈ−１２５）である。また、「ＣII」クラスにおける標準建込間隔Ｓは、例えば１．２ｍである。 Next, as shown in FIG.8 (d), the steel support work (steel arch support work) 6 is erected with the standard erection interval S. Here, the steel support 6 used in the “CII” class is, for example, H steel (H-125). The standard erection interval S in the “CII” class is, for example, 1.2 m.
次に、図８（ｅ）に示すように、坑１の周縁部１ａに吹付コンクリートを吹き付けることにより一次覆工を行う。ここで、図７（ａ）〜図８（ｆ）に示す二点鎖線１ｃは、吹付コンクリートの表面である。尚、「ＣII」クラスにおける吹付コンクリート厚ｔ１は、例えば１０ｃｍである。 Next, as shown in FIG. 8 (e), primary lining is performed by spraying sprayed concrete onto the peripheral edge 1 a of the mine 1. Here, the dashed-two dotted line 1c shown to Fig.7 (a)-FIG.8 (f) is the surface of shotcrete. The shot concrete thickness t1 in the “CII” class is, for example, 10 cm.
次に、ロックボルト（図示せず）を打設する。
これまでの掘削ズリ出し工程、鋼製支保工建込工程、一次覆工工程、及び、ロックボルト打設工程（すなわち、上述の図７（ａ）〜図８（ｅ）に示した各工程）をまとめて１サイクルとする作業（以下、「第１作業」という）は、後述する覆工コンクリートの構築に先行して実施される。また、第１作業では、１サイクルで１スパン（例えばトンネル長さ１．２ｍ分）の施工が行われ、例えば、１日間で３〜４サイクルの施工が行われる。
Next, a lock bolt (not shown) is driven.
Excavation slipping process, steel support construction process, primary lining process, and lock bolt placing process (that is, each process shown in FIGS. 7A to 8E described above) The work (hereinafter referred to as “first work”) is collectively carried out prior to the construction of the lining concrete described later. In the first operation, one span (for example, a tunnel length of 1.2 m) is performed in one cycle, and for example, three to four cycles are performed in one day.
第１作業が実施されている場所から３００ｍ程度トンネル後方の場所では、第２作業が実施される。この第２作業には、二次覆工工程が含まれる。この二次覆工工程では、図８（ｆ）に示すように、吹付コンクリートの表面１ｃに覆工コンクリートを構築することにより二次覆工を行う。ここで、図８（ｆ）に示す破線１ｄは、覆工コンクリートの表面である。尚、「ＣII」クラスにおける覆工コンクリート厚ｔ２は、例えば３０ｃｍである。また、第２作業（二次覆工工程）では、１サイクルで１スパン（例えばトンネル長さ１２ｍ分）の施工が行われ、例えば、３日間で１サイクルの施工が行われる。 The second work is carried out at a location about 300 m behind the tunnel where the first work is carried out. This second operation includes a secondary lining process. In this secondary lining process, as shown in FIG. 8F, secondary lining is performed by constructing lining concrete on the surface 1c of the shotcrete. Here, the broken line 1d shown in FIG. 8 (f) is the surface of the lining concrete. The lining concrete thickness t2 in the “CII” class is, for example, 30 cm. In the second operation (secondary lining process), one span (for example, a tunnel length of 12 m) is performed in one cycle, and for example, one cycle is performed in three days.
以上の工程により、トンネルの施工が行われる。尚、上述の第１作業と第２作業との間を３００ｍ程度離すことにより、作業の錯綜を抑制することができるので、効率よく作業を実施することができる。 The tunnel is constructed through the above steps. In addition, since the complexity of work can be suppressed by separating about 300 m between the above-mentioned 1st work and 2nd work, work can be implemented efficiently.
図９及び図１０は、トンネル施工方法の第２例（図７及び図８に示したトンネル施工方法の変形例）を示す。ここで、図９（ａ）〜図１０（ｆ）は、それぞれ、上述の図７（ａ）〜図８（ｆ）に対応する。 9 and 10 show a second example of the tunnel construction method (modified example of the tunnel construction method shown in FIGS. 7 and 8). Here, FIGS. 9A to 10F correspond to FIGS. 7A to 8F described above, respectively.
図７及び図８に示した第１例と異なる点について説明する。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、掘削計画線１ｂ（実線）より若干トンネル内方に坑１の周縁部１ａ（一点鎖線）が位置するように発破掘削して、坑１を切羽７から切羽７’まで掘り進めた後、図９（ｃ）に示すように、トンネル掘削装置１０を用いて、坑１の周縁部１ａに周方向に延びる溝８を形成する。この溝８は、鋼製支保工６が建込まれる予定の位置に対応しており、その寸法は、例えば、深さｔ３が１０ｃｍであり、幅ｔ４が３０ｃｍである。尚、溝８は、鋼製支保工６の建込み作業時に必要とされる空間である。
Differences from the first example shown in FIGS. 7 and 8 will be described.
As shown in FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b), blast excavation is performed so that the peripheral edge 1a (one-dot chain line) of the mine 1 is located slightly inside the tunnel from the excavation planned line 1b (solid line). After digging 1 from the face 7 to the face 7 ', a groove 8 extending in the circumferential direction is formed in the peripheral edge 1a of the pit 1 using a tunnel excavator 10 as shown in FIG. The groove 8 corresponds to a position where the steel support 6 is to be built, and the dimensions thereof are, for example, a depth t3 of 10 cm and a width t4 of 30 cm. The groove 8 is a space required when the steel supporter 6 is installed.
溝８を形成した後に、図１０（ｄ）に示すように、上記予定の位置に鋼製支保工６を建込み、図１０（ｅ）に示すように、吹付コンクリートを吹き付けることにより一次覆工を行う。 After forming the groove 8, as shown in FIG. 10 (d), the steel support 6 is built at the planned position, and the sprayed concrete is sprayed as shown in FIG. I do.
この後の工程は、図７及び図８に示した第１例と同様である。すなわち、覆工コンクリートの施工に先行して第１作業を繰り返し実施し、第１作業が実施されている場所から３００ｍ程度トンネル後方の場所にて第２作業が実施される。第２作業（二次覆工工程）では、図１０（ｆ）に示すように、覆工コンクリートを構築することにより二次覆工を行う。 The subsequent steps are the same as those in the first example shown in FIGS. That is, the first operation is repeatedly performed prior to the construction of the lining concrete, and the second operation is performed at a location about 300 m behind the tunnel from the location where the first operation is performed. In the second operation (secondary lining process), as shown in FIG. 10F, secondary lining is performed by constructing lining concrete.
本例では、トンネル掘削装置１０による仕上掘削が、溝８の形成のみに留まるので、上述の図７及び図８に示した第１例に比べて、ズリ量を低減することができる。
また、鋼製支保工６の建込み時には、支保工の建込み位置の微調整が必要である。この点、本例では、溝８が形成されることにより、支保工の建込み位置近傍に局部的に空間的余裕が生まれるので、建込みを容易に精度よく実施することができる。
In this example, the finishing excavation by the tunnel excavating apparatus 10 is limited to the formation of the groove 8, so that the amount of slippage can be reduced compared to the first example shown in FIGS. 7 and 8 described above.
Further, when the steel support 6 is installed, fine adjustment of the support installation position is required. In this respect, in this example, since the groove 8 is formed, a spatial margin is locally generated in the vicinity of the construction position of the support work, so that the construction can be performed easily and accurately.
本実施形態によれば、爆薬を用いて地山２を発破掘削して坑１を形成し、この後に、トンネル掘削装置１０を用いて坑１の周縁部１ａの仕上掘削を行う。これにより、坑１の周縁部１ａを掘削計画線１ｂに精度よく近づけることができる。また、発破掘削によって比較的高い掘削速度を確保しつつ、仕上掘削により、余掘りを必要最小限に抑えることができるので、掘削速度の確保と発破掘削による過大な余掘りの低減とを同時に実現することができる。 According to the present embodiment, the ground 1 is blasted and excavated using the explosive to form the mine 1, and thereafter, the tunnel 1 is used to finish the peripheral edge 1 a of the mine 1. Thereby, the peripheral part 1a of the mine 1 can be brought close to the excavation planned line 1b with high accuracy. Also, while ensuring a relatively high excavation speed by blasting excavation, finishing excavation can minimize overexcavation, so it is possible to simultaneously secure excavation speed and reduce excessive overexcavation by blasting excavation. can do.
また本実施形態によれば、トンネル掘削装置１０は、下部に履帯２２を装備した全旋回式ベースマシン２０と、このベースマシン２０に基端部が枢支されて上下方向に揺動可能なブームアーム３０と、このブームアーム３０の先端部に取り付けられ、かつ、ブームアーム３０の延長方向と略同一方向を回転軸Ｐとして回転可能なカッタヘッド４３と、を備える。これにより、ベースマシン２０の履帯２２による前後動と、ベースマシン２０（ベースマシン本体２３）の水平旋回と、ブームアーム３０の上下揺動とを組み合わせて、カッタヘッド４３を用いて、坑１の周縁部１ａを周方向に連続的に仕上掘削することができる。 Further, according to the present embodiment, the tunnel excavator 10 includes an all-swivel base machine 20 equipped with a crawler belt 22 in the lower part, and a boom that is pivotable in the vertical direction with a base end portion pivotally supported by the base machine 20. An arm 30 and a cutter head 43 that is attached to the tip of the boom arm 30 and that can rotate about a rotation axis P in substantially the same direction as the extension direction of the boom arm 30 are provided. Accordingly, the cutter head 43 is used to combine the longitudinal movement of the base machine 20 by the crawler belt 22, the horizontal turning of the base machine 20 (base machine body 23), and the vertical swing of the boom arm 30. The peripheral edge 1a can be continuously excavated in the circumferential direction.
また本実施形態によれば、カッタヘッド４３の回転時におけるビット４６の移動領域を回転軸Ｐに対して平行な面に投影した場合の移動領域の輪郭４６ｂがカッタヘッド４３の先端を頂点とする略山型形状であり、輪郭４６ｂの頂点４６ｃと輪郭４６ｂの頂点４６ｃより最も離間したビットの尖端４６ｄとを結んだ直線と、回転軸Ｐに直交する直線とのなす角度（第１角度）θ１が４０°〜５０°の範囲内であり、輪郭４６ｂの稜線と、回転軸Ｐに直交する直線とのなす角度θ２が６０°以下である。これにより、例えば、汎用であるバケット容量０．５〜１．０ｍ３級（新ＪＩＳ規格）の油圧ショベルのベースマシンによりトンネル掘削装置１０を構成した場合には、このトンネル掘削装置１０を用いて、掘削高さ７．０〜１０．４ｍの範囲内にて、坑１の周縁部１ａを良好に仕上掘削することが可能となる。 Further, according to the present embodiment, the contour 46b of the moving area when the moving area of the bit 46 when the cutter head 43 rotates is projected onto a plane parallel to the rotation axis P is the apex at the tip of the cutter head 43. An angle (first angle) θ1 formed by a straight line connecting the vertex 46c of the contour 46b and the tip 46d of the bit farthest from the vertex 46c of the contour 46b and a straight line orthogonal to the rotation axis P. Is in the range of 40 ° to 50 °, and the angle θ2 formed by the ridgeline of the contour 46b and the straight line orthogonal to the rotation axis P is 60 ° or less. Thus, for example, when the tunnel excavator 10 is configured by a base machine of a general-purpose hydraulic excavator having a bucket capacity of 0.5 to 1.0 m class 3 (new JIS standard), the tunnel excavator 10 is used. In addition, it is possible to finish and excavate the peripheral edge portion 1a of the mine 1 well within the range of the excavation height of 7.0 to 10.4 m.
また本実施形態によれば、カッタヘッド４３の回転時に、上記最も離間したビットの尖端４６ｄが描く軌跡の直径Ｄmax は、７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲内である。これにより、カッタヘッド４３を比較的小型とすることができるので、仕上掘削の微調整を比較的容易に行うことができ、ひいては、仕上掘削の精度を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, when the cutter head 43 is rotated, the diameter Dmax of the locus drawn by the tip 46d of the most separated bit is in the range of 700 mm to 900 mm. Thereby, since the cutter head 43 can be made comparatively small, fine adjustment of finishing excavation can be performed comparatively easily and by extension, the precision of finishing excavation can be improved.
尚、本実施形態では、ベースマシン２０の走行手段として履帯２２を用いて説明したが、走行手段はこれに限らず、例えば、走行手段として車輪を用いてもよい。
また、本実施形態では、回転ドラム４４は、先端面４４ａ、第１テーパ面４４ｂ及び第２テーパ面４４ｃからなる多段形状を有しているが、回転ドラム４４の形状はこれに限らず、例えば、回転ドラム４４は、その回転軸方向断面にて滑らかな略山型形状を有していてもよい。
In the present embodiment, the crawler belt 22 is used as the traveling means of the base machine 20, but the traveling means is not limited to this. For example, wheels may be used as the traveling means.
Further, in the present embodiment, the rotating drum 44 has a multi-stage shape including the front end surface 44a, the first tapered surface 44b, and the second tapered surface 44c, but the shape of the rotating drum 44 is not limited to this, for example, The rotating drum 44 may have a substantially mountain shape that is smooth in the section in the direction of the rotation axis.
また、本実施形態では、発破掘削方式を用いて坑を形成したが、坑の形成方法はこれに限らず、例えば、上述のブレーカー等を用いて岩盤を打撃破砕して坑を形成し、この坑の周縁部を、トンネル掘削装置１０を用いて仕上掘削してもよい。 Moreover, in this embodiment, although the mine was formed using the blasting excavation method, the formation method of a mine is not restricted to this, For example, a rock is crushed and formed using the above-mentioned breaker etc., and this mine is formed. You may finish excavate the peripheral part of a mine using the tunnel excavation apparatus 10.
１ 坑
１ａ 周縁部
１ｂ 掘削計画線
１ｃ 吹付コンクリートの表面
１ｄ 覆工コンクリートの表面
２ 地山
３ 施工基面
４ａ〜４ｄ カッタヘッド
５ａ〜５ｄ カッタヘッド
６ 鋼製支保工
７，７’ 切羽
８ 溝
１０ トンネル掘削装置
２０ ベースマシン
２１，２１ａ，２１ｂ 枢支軸
２２ 履帯（走行手段）
２３ ベースマシン本体
２４ 旋回装置
３０ ブームアーム
３１ ブーム
３２ アーム
３３ 枢支軸
３４ ブームジャッキ
３５ アームジャッキ
４０ カッタヘッドユニット
４１ 駆動ユニット
４２ 回転シャフト
４３ カッタヘッド
４４ 回転ドラム
４５ ビットボックス
４６ ビット
４６ｂ 輪郭
４６ｃ 頂点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mine 1a Peripheral part 1b Drilling plan line 1c Surface of shotcrete 1d Surface of lining concrete 2 Ground mountain 3 Construction base 4a-4d Cutter head 5a-5d Cutter head 6 Steel support 7, 7 'Face 8 Groove 10 Tunnel excavator 20 base machine 21, 21a, 21b pivot shaft 22 crawler track (traveling means)
23 Base machine body 24 Swivel device 30 Boom arm 31 Boom 32 Arm 33 Pivoting shaft 34 Boom jack 35 Arm jack 40 Cutter head unit 41 Drive unit 42 Rotating shaft 43 Cutter head 44 Rotating drum 45 Bit box 46 Bit 46b Contour 46c Vertex
Claims (4)
下部に走行手段を装備した全旋回式ベースマシンと、
このベースマシンに基端部が枢支されて上下方向に揺動可能なブームアームと、
このブームアームの先端部に取り付けられ、かつ、前記ブームアームの延長方向と略同一方向を回転軸として回転可能なカッタヘッドと、を備え、
このカッタヘッドを回転させつつ前記周縁部に接触させることにより前記周縁部の仕上掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削装置。 A tunnel excavator for finishing excavation of the periphery of a pit formed in a natural ground,
An all-swivel base machine equipped with traveling means at the bottom,
A boom arm pivotally supported in the base machine and pivotable in the vertical direction;
A cutter head attached to the tip of the boom arm, and rotatable about the same direction as the extension direction of the boom arm.
A tunnel excavation apparatus characterized in that finish excavation of the peripheral portion is performed by contacting the peripheral portion while rotating the cutter head.
前記カッタヘッドの回転時における前記ビットの移動領域を前記回転軸に対して平行な面に投影した場合の前記移動領域の輪郭が前記カッタヘッドの先端を頂点とする略山型形状であり、
前記輪郭の頂点と前記ビットのうち前記輪郭の頂点より最も離間したビットの尖端とを結んだ直線と、前記回転軸に直交する直線とのなす角度が４０°〜５０°の範囲内であり、
前記輪郭の稜線と、前記回転軸に直交する直線とのなす角度が６０°以下であることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削装置。 The cutter head includes a rotating drum that can rotate around the rotating shaft, and a plurality of bits attached on the outer peripheral surface of the rotating drum.
The outline of the moving area when the moving area of the bit at the time of rotation of the cutter head is projected onto a plane parallel to the rotation axis has a substantially mountain shape with the tip of the cutter head as an apex,
An angle formed by a straight line connecting the vertex of the contour and the tip of the bit farthest from the vertex of the contour and a straight line orthogonal to the rotation axis is within a range of 40 ° to 50 °,
The tunnel excavation device according to claim 1, wherein an angle formed by the ridgeline of the contour and a straight line orthogonal to the rotation axis is 60 ° or less.
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のトンネル掘削装置を用いて前記周縁部の仕上掘削を行う工程と、
前記周縁部に吹付コンクリートを吹き付ける工程、及び／又は、前記周縁部に覆工コンクリートを構築する工程と、
を含む、トンネル施工方法。 Blasting and excavating ground using explosives to form the mine,
The step of carrying out finish excavation of the peripheral edge using the tunnel excavation device according to any one of claims 1 to 3,
A step of spraying shotcrete on the peripheral portion, and / or a step of constructing lining concrete on the peripheral portion;
Including tunnel construction methods.
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