JP2001342794A - トンネル掘削機及び掘削方法 - Google Patents

トンネル掘削機及び掘削方法

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JP2001342794A
JP2001342794A JP2000164107A JP2000164107A JP2001342794A JP 2001342794 A JP2001342794 A JP 2001342794A JP 2000164107 A JP2000164107 A JP 2000164107A JP 2000164107 A JP2000164107 A JP 2000164107A JP 2001342794 A JP2001342794 A JP 2001342794A
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propulsion
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tunnel
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Shinichi Konta
眞一 紺田
Hirohiko Obayashi
博彦 大林
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 完全な止水が可能であると共に覆工部材の組
立も容易な高速施工型のトンネル掘削機及び掘削方法を
提供する。 【解決手段】 前部にカッターヘッド４が回転自在に装
着され後端部がテールシール２３を介して既設セグメン
トＳの外周に嵌合する筒状の掘削機主部１と、該掘削機
主部１の内部に前後方向へ相対移動可能に嵌合され後部
に前記セグメントＳを組み立てるエレクタ２５を装備し
た筒状の掘削機副部２と、前記掘削機主部１と掘削機副
部２との間に配設された複数本の主推進ジャッキ２０
と、前記掘削機副部２に取り付けられて前記セグメント
Ｓに対し伸縮し得る複数本の副推進ジャッキ２２とを備
え、前記掘削機主部１の推進・掘削下において前記エレ
クタ２５によりセグメントＳを組立可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地中にトンネルを
掘削・形成するトンネル掘削機及び掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、トンネルを掘削・形成するにあた
って、施工期間の短縮が強く要求され、トンネル掘削機
による高速施工が大きな課題となっている。
【０００３】そのため、シールド掘削機等の掘削機本体
を１ストローク推進させて掘削した後、一旦掘削を止め
てセグメント等の覆工部材を組み立て、この組立後に再
び当該覆工部材に推進反力をとるなどして掘削機本体を
推進させていた通常のトンネル掘削機に代えて、掘削機
本体の推進・掘削下において覆工部材の組立が可能なト
ンネル掘削機が種々開発されている。
【０００４】例えば、掘削機本体を前胴と後胴に分割し
てこれらを伸縮可能（テレスコピック）に嵌合し、後胴
に対して前胴を推進させることで掘削する一方、同時に
後胴内でセグメントの組立を行うようにしたトンネル掘
削機が知られてる。
【０００５】また、長尺（２ストローク長）のシールド
ジャッキを装備し、１ストローク掘削完了時にセグメン
トの組立を開始し、同時に残り１ストロークを掘削する
ようにしたトンネル掘削機も知られてる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者のトン
ネル掘削機にあっては、土水圧が作用する地山を掘削す
る場合、前胴と後胴の伸縮作動部（嵌合部）の止水は不
可欠で、シール機構が設けられるが、伸縮作動部にはそ
の伸縮作動に伴い土砂が侵入することからシール機構が
容易に破損するという問題点があった。
【０００７】また、後者のトンネル掘削機にあっては、
セグメントを組み立てるエレクタが掘削機本体と一緒に
移動するため、既設セグメントに対して相対移動するこ
とになり、セグメントの位置決めが非常に困難であると
いう問題点があった。
【０００８】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
もので、完全な止水が可能であると共に覆工部材の組立
も容易な高速施工型のトンネル掘削機及び掘削方法を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明のトンネル掘削機は、前部にカッタヘッドが回転自
在に装着され後端部がシール部材を介して覆工部材の外
周に嵌合する筒状の掘削機主部と、該掘削機主部の内部
に前後方向へ相対移動可能に嵌合され後部に前記覆工部
材を組み立てるエレクタを装備した筒状の掘削機副部
と、前記掘削機主部と掘削機副部との間に配設された複
数本の主推進ジャッキと、前記掘削機副部に取り付けら
れて前記覆工部材に対し伸縮し得る複数本の副推進ジャ
ッキとを備え、前記掘削機主部の推進・掘削下において
前記エレクタにより覆工部材を組立可能にしたことを特
徴とする。
【００１０】前記複数本の副推進ジャッキは、それぞれ
伸縮切換用選択弁を介して同一容量の別個の油圧源に回
路接続されることを特徴とする。
【００１１】前記複数本の副推進ジャッキは、伸び側作
動時は複数本宛群で制御されると共に、縮み側作動時は
一本宛単独で制御されることを特徴とする。
【００１２】また、本発明のトンネル掘削方法は、前記
トンネル掘削機を用いてトンネルを掘削・形成する際
に、主推進ジャッキと副推進ジャッキとが共に縮んだ初
期位置から主推進ジャッキを伸ばして掘削機主部を推進
させる第１工程と、前記主推進ジャッキを縮めながら副
推進ジャッキを伸ばして掘削機副部を推進させる第２工
程と、前記主推進ジャッキを伸ばして掘削機主部を推進
させながら副推進ジャッキを部分的に順次縮めてエレク
タにより覆工部材を組み立てる第３工程とを経た後、第
２工程、第３工程を繰り返すことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル掘削
機及び掘削方法を実施例により図面を用いて詳細に説明
する。
【００１４】［実施例］ ［構成］図１は本発明の一実施例を示す、トンネル掘削
機としての土圧式シールド掘削機の側断面図、図２は同
じく正面図、図３は図１のIII −III 線断面図、図４乃
至図７は同じく掘削工程図、図８は同じく副推進ジャッ
キの概念的な油圧回路図、図９は同じく副推進ジャッキ
の推力発生の説明図である。
【００１５】図１及び図２に示すように、本実施例の土
圧式シールド掘削機は、その掘削機本体が、円筒状の掘
削機主部１と該掘削機主部１内に前後方向（トンネルの
長手方向）へ相対移動可能に収装された円筒状の掘削機
副部２との二重筒状に形成される。掘削機主部１は、更
に前後方向に、前掘削機主部１ａと後掘削機主部１ｂと
に分割されている。
【００１６】前記前掘削機主部１ａの隔壁（バルクヘッ
ド）３には、カッタヘッド４が軸受等を介して回転自在
に装着される。カッタヘッド４の前面には放射状をなし
てカッタスポーク５が固定され、このカッタスポーク５
には、多数のカッタビット６及びローラカッタ７が装着
されると共に、カッタヘッド４の径方向へ油圧ジャッキ
８により伸縮（出没）可能に、適当数のコピーカッタ９
が装着される。そして、カッタヘッド４の後部にはリン
グギア１０が固定される。
【００１７】一方、前記隔壁３には、カッタヘッド駆動
手段としてのカッタ旋回モータ１１が取り付けられ、こ
のカッタ旋回モータ１１の駆動ギア１２が前記リングギ
ア１０に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１
１を稼働して駆動ギア１２を回転駆動すると、リングギ
ア１０を介してカッタヘッド４が回転される。また、隔
壁３の中央部には、ロータリジョイント１３が組み付け
られ、このロータリジョイント１３を介して前記コピー
カッタ９の油圧ジャッキ８等に対し図示しない油圧源か
らの圧油の給，排が行われるようになっている。また、
隔壁３の外周部と前記後掘削機主部１ｂの前部に設けら
れたリング状補強部１４との間には中折れジャッキ１５
が適当数配設される。
【００１８】前記前掘削機主部１ａと後掘削機主部１ｂ
の内部には、前記掘削機副部２を貫通してスクリューコ
ンベヤ１６が配設され、カッタヘッド４で掘削された土
砂をトンネルの後方へ排出可能になっている。即ち、ス
クリューコンベヤ１６の前端部（取出口）が隔壁３の下
部を貫通して前記カッタヘッド４と隔壁３とで画成され
たチャンバ室１７に開口すると共に、後下部に設けた排
出口（ジャッキ１８駆動のゲート１９で開閉される）が
トンネル内の長手方向に配設された図示しないベルトコ
ンベア上に対向するのである。このスクリューコンベヤ
１６は、後上がりに傾斜して配置された円筒管１６ａの
内部に、駆動モータ１６ｂによって回転可能にスクリュ
ー翼１６ｃが装着されてなる。
【００１９】前記後掘削機主部１ｂのリング状補強部１
４と前記掘削機副部２の内周部との間には、図３にも示
すように、主推進ジャッキ２０が円周方向へ所定間隔離
間して多数本配設される。そして、前記掘削機副部２の
外周部には、覆工部材としてトンネルの内周面に構築さ
れた（組み立てられた）既設のセグメントＳに対し伸縮
し得る副推進ジャッキ２２が円周方向へ所定間隔離間し
て多数本配設される。
【００２０】また、前記後掘削機主部１ｂの後端部は、
テールシール２３を介して前記既設セグメントＳの外周
に嵌合している。また、前記掘削機副部２の後部には支
持部材２４が組み付けられ、この支持部材２４上に前記
セグメントＳを組み立てるエレクタ２５と組み立てたセ
グメントＳの真円保持を行うセグメントアジャスタ２６
が装備される。
【００２１】また、前記多数本の副推進ジャッキ２２の
油圧回路は、図８に示すように、多連ポンプ（マルチポ
ートタイプのポンプでも良い）を用いて推進速度を制御
する型式の油圧回路が採用されている。
【００２２】即ち、前記各副推進ジャッキ２２はそれぞ
れ、伸び側ポート３０ａと中立ポート３０ｂと縮み側ポ
ート３０ｃとからなる伸縮切換用選択弁３０を介して同
一容量の別個の油圧ポンプ３１にチェック弁３２を介し
て回路接続され、これら油圧ポンプ３１の吐出量が、掘
削機直進時に、各副推進ジャッキ２２が負荷に応じた推
力（図９参照）を発生するように、図示しないコントロ
ーラにより制御されるのである。尚、図８中３３はスト
レーナ、３４は元圧設定用のリリーフ弁、３５はジャッ
キ破損防止用のリリーフ弁である。
【００２３】［作用・効果］前述した土圧式シールド掘
削機の掘削工程を図４乃至図７によって説明する。先
ず、全ての主推進ジャッキ２０と副推進ジャッキ２２と
が共に縮んだ初期位置で、カッタ旋回モータ１１を稼働
させてカッタヘッド４を回転させる（図４参照）。
【００２４】次に、前記状態から全ての主推進ジャッキ
２０を伸ばして掘削機主部１を１ストローク推進（前
進）させる（図５の第１工程参照）。この際、推進反力
は掘削機副部２を介して既設セグメントＳで受ける。そ
して、この推進により、カッタヘッド４に装着された多
数のカッタビット６及びローラカッタ７が前方の地盤を
掘削する。掘削された土砂はチャンバ室１７からスクリ
ューコンベヤ１６等によって外部に排出される。
【００２５】次に、カッタヘッド４の回転を止めた状態
で（場合によっては、止めなくても良い）、全ての主推
進ジャッキ２０を縮めながら全ての副推進ジャッキ２２
を伸ばして掘削機副部２を１ストローク推進させてリセ
ットする（図６の第２工程参照）。この際も、推進反力
は既設セグメントＳで受ける。これにより、主推進ジャ
ッキ２０は全縮状態で推進可能な状態になると共に、副
推進ジャッキ２２は全伸状態でセグメント組立可能な状
態になる。
【００２６】次に、カッタヘッド４を回転させた状態
で、全ての主推進ジャッキ２０を伸ばして掘削機主部１
を推進させながら副推進ジャッキ２２を部分的に順次縮
めてエレクタ２５及びセグメントアジャスタ２６により
セグメントＳを組み立てると共にその真円保持を行う
（図７の第３工程参照）。
【００２７】以降、前記第２工程、第３工程の繰り返し
で、所定長さのトンネルを掘削・形成していく。
【００２８】このように本実施例の土圧式シールド掘削
機にあっては、第３工程において、掘削機主部１の推進
・掘削下においてセグメントＳを組み立てることがで
き、従来の通常のシールド掘削機のように、セグメント
Ｓを組み立てる間は掘削機本体を停止しておかなくても
良いので、高速施工が可能となる。
【００２９】一方、従来の高速施工型のシールド掘削機
のように、前胴、後胴間の伸縮作動部がないため、完全
止水が可能で、シール機構の破損等がない。また、セグ
メント組立時に、エレクタ２５及びセグメントアジャス
タ２６と既設セグメントＳには相対運動がないため、容
易かつ精度良くセグメントＳを組み立てられる。
【００３０】因みに、本実施例の土圧式シールド掘削機
による１週間当たりの掘進量は下記の（１）式で、また
従来の通常のシールド掘削機による１週間当たりの掘進
量は下記の（２）式でそれぞれ算出できる。
【００３１】 Ｌ＝｛Ｗ／（Ｗ／ｖ＋tr）｝×６０／１０００×Td×Dw×η・・・（１） ここで、 Ｌ ： １週間当たりの掘進量 m/week Ｗ ： セグメント幅 mm/ring ｖ ： 掘削速度 mm/min tr ： リセット時間 min/ring Td ： １日当たりの作業時間 hr/day Dw ： １週間当たりの作業日数 day/week η ： 稼働率 % ここに、 Ｗ ： １５００ mm/ring ｖ ： ３０ mm/min tr ： １０ min/ring Td ： ２４ hr/day Dw ： ６ day/week η ： ６４ % ∴Ｌ ： １３８ m/week
【００３２】 Ｌ＝｛Ｗ／（Ｗ／ｖ＋ts）｝×６０／１０００×Td×Dw×η・・・（２） ここで、 Ｌ ： １週間当たりの掘進量 m/week Ｗ ： セグメント幅 mm/ring ｖ ： 掘削速度 mm/min ts ： セグメント組立時間 min/ring Td ： １日当たりの作業時間 hr/day Dw ： １週間当たりの作業日数 day/week η ： 稼働率 % ここに、 Ｗ ： １５００ mm/ring ｖ ： ３０ mm/min ts ： ４０ min/ring Td ： ２４ hr/day Dw ： ６ day/week η ： ６４ % ∴Ｌ ： ９２ m/week
【００３３】このように本実施例の土圧式シールド掘削
機によれば、セグメント組立時間を無視して油圧ポンプ
３１の容量で決まるリセット時間のみ考慮すれば良いの
で、従来の通常のシールド掘削機と比べてはるかに高速
施工が可能となる。
【００３４】また、前述したように前記多数本の副推進
ジャッキ２２の油圧回路に、多連ポンプ３１を用いて推
進速度を制御する型式の油圧回路を採用しているので、
これら油圧ポンプ３１の吐出量が、掘削機直進時に、各
副推進ジャッキ２２が負荷に応じた推力を発生するよう
に制御される（図８及び図９参照）。
【００３５】これにより、前記第３工程において、副推
進ジャッキ２２を部分的に順次縮めてエレクタ２５によ
りセグメントＳを組み立てる際に、回転モーメントの発
生が抑えられ、掘削機の曲がり等が回避される。
【００３６】例えば、図１０に示す従来のシールドジャ
ッキの概念的な油圧回路図のように、各副推進ジャッキ
２２が伸縮切換用選択弁３０を介して単一の油圧ポンプ
３１に回路接続された場合、油圧源が同じため、図１１
に示すように、各副推進ジャッキ２２の推力は同じにな
る。
【００３７】このため、伸縮切換用選択弁３０と所定の
ジャッキ選択用選択弁３６の切換で、前述したセグメン
ト組立時等に一部副推進ジャッキ２２を縮めると、掘削
機に、図１１に示すように、回転モーメントが作用し、
掘削機の曲がり等が生じるのである。尚、図１０におい
て、図８と同一部材には同一符号を付して重複する説明
は省略する。
【００３８】また、本実施例では、前記副推進ジャッキ
２２は、伸び側作動時は複数本宛群で制御されると共
に、縮み側作動時は一本宛単独で制御されるので、セグ
メントＳの組立状況に応じて効果的に副推進ジャッキ２
２を縮ませることができると共に、推進時には各副推進
ジャッキ２２を既設セグメントＳの傾きに容易に追従さ
せられる。
【００３９】尚、本実施例では、本発明のトンネル掘削
機を土圧式シールド掘削機として説明したが、泥水式シ
ールド掘削機に適用しても良く、また岩盤を掘削するト
ンネルボーリングマシンに適用することもできる。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能
であることはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１に係るトンネル掘削機は、前部にカッタヘッドが
回転自在に装着され後端部がシール部材を介して覆工部
材の外周に嵌合する筒状の掘削機主部と、該掘削機主部
の内部に前後方向へ相対移動可能に嵌合され後部に前記
覆工部材を組み立てるエレクタを装備した筒状の掘削機
副部と、前記掘削機主部と掘削機副部との間に配設され
た複数本の主推進ジャッキと、前記掘削機副部に取り付
けられて前記覆工部材に対し伸縮し得る複数本の副推進
ジャッキとを備え、前記掘削機主部の推進・掘削下にお
いて前記エレクタにより覆工部材を組立可能にしたこと
を特徴とするので、完全な止水が可能であると共に覆工
部材の組立も容易な高速施工型のトンネル掘削機を提供
できる。
【００４１】本発明の請求項２に係るトンネル掘削機
は、前記複数本の副推進ジャッキは、それぞれ伸縮切換
用選択弁を介して同一容量の別個の油圧源に回路接続さ
れることを特徴とするので、請求項１と同様の作用・効
果に加えて、覆工部材組立時等に一部副推進ジャッキを
縮めた際における掘削機の曲がり等が回避される利点が
ある。
【００４２】本発明の請求項３に係るトンネル掘削機
は、前記複数本の副推進ジャッキは、伸び側作動時は複
数本宛群で制御されると共に、縮み側作動時は一本宛単
独で制御されることを特徴とするので、請求項２と同様
の作用・効果に加えて、覆工部材の組立状況に応じて効
果的に副推進ジャッキを縮ませることができると共に、
推進時には各副推進ジャッキを覆工部材の傾きに容易に
追従させられる利点がある。
【００４３】本発明の請求項４に係るトンネル掘削方法
は、前記トンネル掘削機を用いてトンネルを掘削・形成
する際に、主推進ジャッキと副推進ジャッキとが共に縮
んだ初期位置から主推進ジャッキを伸ばして掘削機主部
を推進させる第１工程と、前記主推進ジャッキを縮めな
がら副推進ジャッキを伸ばして掘削機副部を推進させる
第２工程と、前記主推進ジャッキを伸ばして掘削機主部
を推進させながら副推進ジャッキを部分的に順次縮めて
エレクタにより覆工部材を組み立てる第３工程とを経た
後、第２工程、第３工程を繰り返すことを特徴とするの
で、請求項１と同様の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す、トンネル掘削機とし
ての土圧式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】同じく正面図である。
【図３】図１のIII −III 線断面図である。
【図４】同じく掘削工程図である。
【図５】同じく掘削工程図である。
【図６】同じく掘削工程図である。
【図７】同じく掘削工程図である。
【図８】同じく副推進ジャッキの概念的な油圧回路図で
ある。
【図９】同じく副推進ジャッキの推力発生の説明図であ
る。
【図１０】従来のシールドジャッキの概念的な油圧回路
図である。
【図１１】同じくシールドジャッキの推力発生の説明図
である。
【符号の説明】
１ 掘削機主部 １ａ 前掘削機主部 １ｂ 後掘削機主部 ２ 掘削機副部 ３ 隔壁 ４ カッタヘッド ５ カッタスポーク ６ カッタビット ７ ローラカッタ ８ 油圧ジャッキ ９ コピーカッタ １０ リングギア １１ カッタ旋回モータ １２ 駆動ギア １３ ロータリジョイント １４ リング状補強部 １５ 中折れジャッキ １６ スクリューコンベヤ １７ チャンバ室 １８ ジャッキ １９ ゲート ２０ 主推進ジャッキ ２２ 副推進ジャッキ ２３ テールシール ２４ 支持部材 ２５ エレクタ ２６ セグメントアジャスタ ３０ 伸縮切換用選択弁 ３１ 油圧ポンプ ３２ チェック弁 ３３ ストレーナ ３４ 元圧設定用のリリーフ弁 ３５ ジャッキ破損防止用のリリーフ弁

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前部にカッタヘッドが回転自在に装着さ
    れ後端部がシール部材を介して覆工部材の外周に嵌合す
    る筒状の掘削機主部と、該掘削機主部の内部に前後方向
    へ相対移動可能に嵌合され後部に前記覆工部材を組み立
    てるエレクタを装備した筒状の掘削機副部と、前記掘削
    機主部と掘削機副部との間に配設された複数本の主推進
    ジャッキと、前記掘削機副部に取り付けられて前記覆工
    部材に対し伸縮し得る複数本の副推進ジャッキとを備
    え、前記掘削機主部の推進・掘削下において前記エレク
    タにより覆工部材を組立可能にしたことを特徴とするト
    ンネル掘削機。
  2. 【請求項２】 前記複数本の副推進ジャッキは、それぞ
    れ伸縮切換用選択弁を介して同一容量の別個の油圧源に
    回路接続されることを特徴とする請求項１記載のトンネ
    ル掘削機。
  3. 【請求項３】 前記複数本の副推進ジャッキは、伸び側
    作動時は複数本宛群で制御されると共に、縮み側作動時
    は一本宛単独で制御されることを特徴とする請求項２記
    載のトンネル掘削機。
  4. 【請求項４】 請求項１のトンネル掘削機を用いてトン
    ネルを掘削・形成する際に、主推進ジャッキと副推進ジ
    ャッキとが共に縮んだ初期位置から主推進ジャッキを伸
    ばして掘削機主部を推進させる第１工程と、前記主推進
    ジャッキを縮めながら副推進ジャッキを伸ばして掘削機
    副部を推進させる第２工程と、前記主推進ジャッキを伸
    ばして掘削機主部を推進させながら副推進ジャッキを部
    分的に順次縮めてエレクタにより覆工部材を組み立てる
    第３工程とを経た後、第２工程、第３工程を繰り返すこ
    とを特徴とするトンネル掘削方法。
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