CN108729920A - 隧道掘进装置及隧道掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道掘进装置，其适于盾构方法，以圆环状掘进地层。隧道掘进装置(1)以圆环状掘进地层，具有掘进装置主体(2)和掘进机构(4)，该掘进机构设置在掘进装置主体(2)的前端，相对于掘进装置主体(2)被旋转驱动，掘进机构(4)具有：圆筒状的外部机架(24)；圆筒状的内部机架(26)，其与外部机架(24)同轴地设置；径向机架(28)，其连接内部机架(26)和外部机架(24)并沿径向延伸；以及掘进头(30)，其设置在外部机架(24)、内部机架(26)和径向机架(28)的前端面上，径向机架(28)的径向内侧的后部的边缘部向后方朝径向外侧倾斜，在径向内侧的后部的边缘部上设置有后侧掘进头(32)。

Description

隧道掘进装置及隧道掘进方法

技术领域

本发明涉及一种隧道掘进装置及隧道掘进方法。

背景技术

本发明人迄今为止，针对使用隧道掘进机(TBM)而在地层中挖掘隧道的隧道掘进方法(TBM方法)，提出了一种如下所述构筑隧道的方法，即，利用圆筒状的掘进装置而先将位于隧道的外环部的地层以圆环状进行掘进的工序；以及利用配置在掘进装置内侧的重型设备将以圆柱状残留在掘进装置内侧的地层进行掘进的工序，从而构筑隧道。

并且，作为用于利用上述方法掘进隧道的掘进装置，本发明人还提出了一种掘进装置，该装置的前端面上具有圆环状的刀盘，该刀盘安装有多个掘进头，通过在将该刀盘向地层推压的同时使其旋转，从而以圆环状掘进地层(参考专利文献1～3)。

专利文献1：日本专利第4934234号

专利文献2：日本专利第5138821号

专利文献3：日本专利2014-5677号公报

本发明人目前已经开发了用于TBM方法的圆筒状的隧道掘进装置，正在研究使该装置应用于盾构方法的方式。TBM方法是针对由岩床构成的坚固的地层掘进隧道的方法，与此相对，盾构方法则是针对沙土等比较松软的地层掘进隧道的方法。这样，由于TBM方法和盾构方法应用的地层不同，因而将用于TBM方法的隧道掘进装置直接应用于盾构方法不合适。

发明内容

本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种适合盾构方法的、以圆环状掘进地层的隧道掘进装置。

本发明的隧道掘进装置是一种以圆环状掘进地层的隧道掘进装置，其具有掘进装置主体和掘进机构，该掘进机构设置在掘进装置主体的前端，且相对于掘进装置主体而被旋转驱动，该隧道掘进装置的特征在于，掘进机构具有：圆筒状的外部机架；圆筒状的内部机架，其在外部机架的内侧，与外部机架同轴地设置；径向机架，其连接内部机架和外部机架并沿径向延伸；以及掘进头，其设置在外部机架、内部机架和径向机架的前端面上，径向机架的径向内侧的后部的边缘部向后方朝径向外侧倾斜，在径向内侧的后部的边缘部上设置有后侧掘进头。

本发明中，优选隧道掘进装置为盾构机，其通过设置于掘进装置主体的后部的千斤顶在新设置的盾构管片上获取反作用力而推进。

如上所述，例如，在适用盾构方法所适用的松软的地层中上，在使用掘进装置以圆环状掘进地层后，残留于圆环状掘进地层内侧的圆柱状的地层将由于自重而崩解。对此，根据本发明，能够在圆柱状的地层由于自重而崩解之后，使用后侧掘进头而将该地层细致地粉碎。这样，根据本发明，由于能够仅通过掘进圆环状截面而并非掘进隧道的整个截面就构筑隧道，从而能够提高掘进速度。并且，由于在掘进特别松软的地层时，被以圆环状掘进后的地层的内侧的地层易于由于自重而崩解，从而本发明的隧道掘进装置作为盾构方法中所使用的盾构机是非常有效的。

本发明中，优选还具有：锁闭部件，其设置在掘进装置主体的内部，具有开口，将掘进机构从后方锁闭；以及排出机构，其通过形成于锁闭部件上的孔将进入锁闭部件的前方侧的空间内的掘进土向后方排出。

根据上述构成的本发明，掘进装置主体的内侧设置有将掘进机构从后方锁闭的锁闭部件。由此，能够使掘进出的沙土积存在锁闭部件前方的空间内，从而保持工作面不会崩解。另外，积存在锁闭部件前方的空间内的沙土通过掘进机构旋转而被径向机架和后侧掘进头细致地粉碎。由此，能够容易地将沙土从形成于锁闭部件上的孔排出。

本发明中，优选还具有增塑剂供给机构，其供给用于使锁闭部件前方侧的空间内的掘进土塑化的增塑剂。

根据上述构成的本发明，能够使锁闭部件前方的空间内的沙土塑化而更顺畅地将沙土向后方排出。

本发明的隧道掘进方法是使用了上述隧道掘进装置的隧道掘进方法，其特征在于，具有以下步骤：将掘进机构相对于掘进装置主体旋转驱动，以圆环状掘进地层的步骤；以及以圆环状掘进后的地层的内侧部分的地层经由后侧掘进头粉碎的步骤。

发明的效果

根据本发明，能够提供了一种适合盾构方法的、以圆环状掘进地层的隧道掘进装置。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的隧道掘进装置的透视立体图。

图2是沿图1所示的隧道掘进装置的中心轴的铅垂剖面图。

图3是图2中的A-A剖面图。

图4是图2中的B-B剖面图。

图5是图2中的C-C剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的隧道掘进装置的一个实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的隧道掘进装置的透视立体图，图2是沿图1所示的隧道掘进装置的中心轴的铅垂剖面图。图3～图5分别是图2中的A-A剖面图、B-B剖面图以及C-C剖面图。另外，在以下的说明中，将隧道的掘进前进方向侧称为前方或者前端侧，将掘进前进方向的相反侧称为后方或者后端侧。

本实施方式的隧道掘进装置1是用于针对例如由沙土构成的地层掘进隧道的盾构机。如图1～图5所示，本实施方式的隧道掘进装置1整体呈圆柱状，具有装置主体2以及设置在装置主体2前端的掘进机构4。

装置主体2具有圆筒状的外壳6、以及设置在装置主体2的前端侧的圆筒状的内壳8。外壳6和内壳8以轴向前端部相一致的方式同轴配置。内壳8的后端部与外壳6之间被圆环状的后侧锁闭板12锁闭。另外，外壳6的前端部与内壳8的前端部之间被掘进机构4的圆环状板10锁闭。另外，掘进机构4的圆环状板10是在外壳6和内壳8之外单独构成的。

另外，装置主体2具有用于旋转驱动掘进机构4的多个电动机14、以及用于使隧道掘进装置1推进的多个后侧千斤顶16。如图1及图2所示，电动机14设置在外壳6与内壳8之间的空间内，以等角度间隔的方式配置。另外，后侧千斤顶16沿着外壳6的内侧设置在后端部上，以等角度间隔的方式配置。

另外，装置主体2具有锁闭部件18，其配置在内壳8的内侧，将掘进机构4从后方锁闭。锁闭部件18具有圆形的基部18A、以及从基部18A的边缘部向前方延伸的圆筒部18B。锁闭部件18密闭地配置在内壳8内，前端与掘进机构4的圆环状板10的径向内侧端部抵接。如图5所示，基部18A的下部形成有大致椭圆形状的开口18C。另外，基部18A的侧部和上部形成有小孔18D。如图1所示，在形成于基部18A上的开口18C中嵌入有螺旋输送机20的前端部。螺旋输送机20向后朝斜上方延伸。另外，在基部18A的小孔18D中插入有配管22。配管22的后端连接有供给装置(未图示)，其用于供给用来使沙土塑化的例如水等增塑剂，经由配管22向锁闭部件18内供给增塑剂。另外，配管22和供给装置构成了供给增塑剂的增塑剂供给机构。

掘进机构4具有：圆筒状的外部机架24；圆筒状的内部机架26；多个径向机架28，其连接外部机架24和内部机架26且沿径向延伸；圆环状的圆环状板10，其安装在外部机架24的后端。上述机架24、26、28是由例如钢材构成的。外部机架24的轴向长度比内部机架26的轴向长度更长。径向机架28以等角度间隔的方式配置。外部机架24、内部机架26以及径向机架28的前端面是处于大致一个平面，在这些机架24、26、28的前端面设置有多个掘进头30。

如图2所示，径向机架28的径向内侧的后部的边缘部向后方朝径向外侧倾斜。并且，在径向机架28径向内侧的后部的边缘部上设置有多个后侧掘进头32。

通过使电动机14进行驱动而将掘进机构4相对于装置主体2旋转驱动。

以下，对使用上述隧道掘进装置1掘进隧道的方法进行说明。

在已由隧道掘进装置1以圆形掘进后的隧道表面上，以圆筒状构筑有盾构管件34。在掘进隧道时，使隧道掘进装置1的后侧千斤顶16伸长而在盾构管件34上获取反作用力，从而使得隧道掘进装置1推进。

另外，与隧道掘进装置1推进并行地，通过使电动机14进行驱动而将掘进机构4相对于装置主体2旋转驱动。如果掘进机构4被旋转驱动，则通过设置于掘进机构4的前端面上的掘进头30以圆环状掘进地层。以圆环状掘进地层而产生的掘进土，通过圆环状板10内的内侧而收容在锁闭部件18前方的空间(由锁闭部件18的圆筒部18B及掘进机构4的外部机架24所围成的空间)中。

另外，通过地层以圆环状被掘进，从而内侧残留有圆柱状的地层。如上所述残留下来的圆柱状的地层进入内部机架26的内侧。在这里，通过盾构机来构筑隧道的地层是沙土等松软的地层。因此，进入内部机架26内的圆柱状的地层由于自重而崩解。之后，以这种方式崩解的地层由于掘进机构4的旋转而被后侧掘进头32细致地粉碎。

锁闭部件18前方的空间内，从供给装置经由配管22供给增塑剂。并且，通过掘进机构4旋转，将收容在锁闭部件18前方的空间内的沙土和增塑剂进行搅拌，增加沙土的流动性。流动性增加后的沙土通过螺旋输送机20向装置后方排出。

通过这种方式，在构筑地层的同时使隧道掘进装置1前进规定的距离后，暂时使后侧千斤顶16收缩，在后侧千斤顶16和已经构筑好的盾构管件34之间设置新的盾构管片。如果盾构管片的设置完成，则在该新设置的盾构管片上获取反作用力，从而以上述方式继续进行掘进。通过这种方式，能够掘进地层而构筑圆形截面的隧道。

如以上说明的那样，根据本实施方式，利用掘进机构4以圆环状掘进地层，其内侧的圆柱状的地层由于自重而崩解后，利用后侧掘进头32将其细致地粉碎。这样，本实施方式中，由于仅以圆环状掘进而并非掘进隧道的整个截面，所以能够提高掘进速度。由于在掘进特别松软的地层时，以圆环状被掘进的地层的内侧的地层易于由于自重而崩解，从而本实施方式的隧道掘进装置对于盾构方法非常有效。

另外，根据本实施方式，装置主体2内设置有将掘进机构4从后方锁闭的锁闭部件18。由此，锁闭部件18前方的空间内积存有掘进后产生的沙土，由此，能够保持工作面不会崩解。另外，锁闭部件18前方的空间内积存的沙土由于掘进机构4旋转而被径向机架28及后侧掘进头32细致地粉碎。由此，能够容易地从形成于锁闭部件18上的开口18C排出。

另外，根据本实施方式，通过配管22向锁闭部件18前方的空间内供给增塑剂。由此，能够将锁闭部件18前方的空间内的沙土塑化，更顺畅地将沙土向后方排出。

标号的说明

1隧道掘进装置

2装置主体

4掘进机构

6外壳

8内壳

10圆环状板

12后侧锁闭板

14电动机

16后侧千斤顶

18锁闭部件

18A基部

18B圆筒部

18C开口

18D小孔

20螺旋输送机

22配管

24外部机架

26内部机架

28径向机架

30掘进头

32后侧掘进头

34盾构管件

Claims (5)

1.一种隧道掘进装置，其以圆环状掘进地层，具有掘进装置主体和掘进机构，所述掘进机构设置在所述掘进装置主体的前端，相对于所述掘进装置主体被旋转驱动，

该隧道掘进装置的特征在于，

所述掘进机构具有：

圆筒状的外部机架；

圆筒状的内部机架，其位于所述外部机架的内侧，与所述外部机架同轴地设置；

径向机架，其连接所述内部机架和所述外部机架并沿径向延伸；以及

掘进头，其设置在所述外部机架、所述内部机架以及所述径向机架的前端面上，

所述径向机架的径向内侧的后部的边缘部向后方朝径向外侧倾斜，在所述径向内侧的后部的边缘部上设置有后侧掘进头。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进装置，其特征在于，

所述隧道掘进装置为盾构机，其通过设置于所述掘进装置主体的后部的千斤顶在新设置的盾构管片上获取反作用力而推进。

3.根据权利要求1或2所述的隧道掘进装置，其中，

还具有：锁闭部件，其设置在所述掘进装置主体的内部，具有开口，将所述掘进机构从后方锁闭；以及

排出机构，其通过形成于所述锁闭部件上的孔，将进入所述锁闭部件的前方侧的空间内的掘进土向后方排出。

4.根据权利要求3所述的隧道掘进装置，其中，

还具有增塑剂供给机构，其供给用于使所述锁闭部件的前方侧

的空间内的掘进土塑化的增塑剂。

5.一种隧道掘进方法，其使用权利要求1至4中任意一项所述的隧道掘进装置，

其特征在于，

具有以下步骤：

将所述掘进机构相对于所述掘进装置主体旋转驱动，以圆环状掘进地层的步骤；以及

以圆环状掘进后的地层的内侧部分的地层，经由所述后侧掘进头进行粉碎的步骤。