JP2002364285A - トンネル施工機 - Google Patents

トンネル施工機

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JP2002364285A JP2001169165A JP2001169165A JP2002364285A JP 2002364285 A JP2002364285 A JP 2002364285A JP 2001169165 A JP2001169165 A JP 2001169165A JP 2001169165 A JP2001169165 A JP 2001169165A JP 2002364285 A JP2002364285 A JP 2002364285A
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Michio Nagasawa
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Yoshiyuki Haga
佳之 芳賀
Ken Arakida
憲 荒木田
Toshihiro Yoshida
利廣 吉田
Takayuki Sugino
孝行 杉野
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Mitsui Miike Machinery Co Ltd
Mitsui Miike Engineering Corp
Hazama Corp
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Mitsui Miike Machinery Co Ltd
Hazama Gumi Ltd
Mitsui Miike Engineering Corp
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 多芯円形状をした偏平断面型トンネルにおい
て、透かし溝掘削用チェーンカッタにより透かし溝を、
一度に、余分なはつり作業や覆工コンクリートを打設す
ること無く、多芯円形状に、且つその透かし溝が捩じれ
ること無く掘削することができるトンネル施工機を提供
する。 【解決手段】 そのカッタ横行装置3の前面にカッタス
ライド機構13を備え、俯仰用油圧シリンダ7ならびに
上下調整用油圧シリンダ25とが備えられている。俯仰
用油圧シリンダ7のピストン8bを伸縮することで透か
し溝掘削用チェーンカッタ4を透かし溝5に向かって俯
仰動作させる。一方、上下調整用油圧シリンダ25のピ
ストン26bを伸縮することでスライドフレーム27が
上下に摺動し、透かし溝掘削用チェーンカッタ4を透か
し溝5に向かって上下平行移動させる。透かし溝掘削用
チェーンカッタ4を俯仰動作ならびに上下平行移動させ
ることで精度の高い透かし溝5を掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、土被りの浅いトン
ネル掘進において、地表の沈下を防ぐために掘削予定断
面の外側にプレライニングを施したトンネルを掘進する
ためのトンネル施工機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のアーチ形トンネルの掘進方式とし
ては、特公昭61−24512号公報により公表されて
いるように、循環駆動されるカッタチェーンを有する透
かし溝掘削用チェーンカッタと透かし溝掘進方向の後方
に順次並ぶ閉塞具および硬化性材料吹付管とを、トンネ
ルアーチ線に沿って移動させることにより、前記透かし
溝掘削用チェーンカッタによってトンネルの切羽面から
前方に向かって拡大するアーチ形の透かし溝を掘削する
とともに、そのズリを排出して前記硬化性材料吹付管か
ら前記透かし溝内に硬化性材料を連続的に吹付け充填す
るとともに、その硬化性材料を硬化させてアーチ形支保
版を形成し、このようなアーチ形支保版を、一部が間隔
をおいて重なるようにしてトンネル長手方向に順次施工
していくプレライニング方式のトンネル工法が知られて
いる。
【0003】しかしながら、前記工法では、隣り合うア
ーチ形支保版の重なり合う部分の間に地山の層が残るの
で、土砂が前記隣り合うアーチ形支保版の間からトンネ
ル内に漏出する恐れがある。また、各アーチ形支保版が
遊離しているので、各アーチ形支保版により構成される
トンネル支保の強度が弱く、そのため各アーチ形支保版
の内側に鋼製支保枠を設置する必要があるので、工費が
掛かるとともに、トンネル掘進能率が悪くなり、且つ、
鋼製支保枠とトンネル施工機との干渉を避けるために、
隣り合うアーチ形支保版の間隔を更に開ける必要がり、
益々アーチ形支保版の間から土砂の崩落が発生し易くな
る。
【0004】そのため、前記問題を解決するために、特
公平04−63198号公報にて、隣り合うアーチ形支
保版を相互に近接あるいは接合させて施工するアーチ形
トンネル掘進工法およびその装置が、公表されている。
【0005】前記アーチ形トンネル掘進工法では、図
6、図7ならびに図8に示しているように、トンネル長
手方向に延びるとともに、中間部がトンネル外側に窪む
ように湾曲している円弧状透かし溝掘削用チェーンカッ
タ4を、トンネルの切羽の外周に沿って移動して、円弧
状断面のアーチ形透かし溝5を掘削し、そのアーチ形透
かし溝5内に硬化性材料を充填して硬化させて、円弧状
断面のアーチ形支保版15を形成したのち、そのアーチ
形支保版15により囲まれた部分を掘削して、以下同様
の工程を繰返して、前記アーチ形支保版15の前端部内
側にその後部が近接または連続するように前記アーチ形
透かし溝5を形成していく。
【0006】また、前記工法では、アーチ形トンネル掘
進装置は、地盤11上に設置されたレール16上を、走
行用駆動装置17によって駆動する走行装置12に、ト
ンネル断面と相似する径を有するアーチフレーム2が固
定され、そのアーチフレーム2に沿って移動用駆動装置
21により移動される可動フレーム22に、トンネルの
後側から切羽に向かって斜め上向きに延びるとともに、
その中間部がトンネルの外側に窪むように湾曲している
円弧状ガイド部材20が固定され、その円弧状ガイド部
材20に沿ってカッタ進退用駆動装置23により移動さ
れる移動フレーム24に、トンネルの長手方向に延びる
とともに前記円弧状ガイド部材20と同一曲率で中間部
がトンネル外側に窪むように湾曲している円弧状透かし
溝掘削用チェーンカッタ4により掘削されたアーチ形透
かし溝5に硬化性材料を注入する硬化性材料注入管18
が前記移動フレーム24により支持されている。更に、
前記硬化性材料注入管18には、コンクリートのバッチ
ャープラントとを連結接続するためのホース19が接続
されている。
【0007】しかしながら、前記特公昭61−2451
2号公報ならびに特公平04−63198号公報にて公
表されている工法は、単芯円形状トンネルを対象とする
ものであり、近年における道路ならびに鉄道用トンネル
等のトンネル幅の大きさが増加するにともない使用され
ている偏平断面型トンネルには不向きである。
【0008】すなわち、前記従来工法のトンネル掘進装
置では、単芯円形状アーチフレームに沿って、カッタ横
行装置とともに透かし溝掘削用チェーンカッタが、単芯
円形状に移動して、図5に示されているように、単芯円
形アーチ状の透かし溝15aが掘削され、多芯円形状の
透かし溝15を一度に簡単に掘削することは出来ない。
【0009】従って、前記工法を用いて断面が多芯円形
状のトンネルを掘削する場合には、まず、断面が多芯円
形状に近似する単芯円形状の透かし溝15aを掘削し
て、瞬間硬化性コンクリートを充填して支保版を形成
し、この支保版により囲まれた部分を掘削して、掘削さ
れた土砂を切羽に向かって後方へ排出し、次に、余分な
部分15bのはつり作業を必要とし、部分15cならびに
15dにおいて覆工コンクリートの打設作業が必要とな
り、掘削工期ならびに掘削コストの点で問題がある。
【0010】そこで、前記のような断面が多芯円形状の
トンネルを掘削する場合に対応するための発明が、特願
2000−284251にて特許出願されている。
【0011】前記特願2000−284251にて出願
されている発明は図4に示されているように、切羽に向
かってトンネル長手方向に延びる透かし溝5を掘削する
ための透かし溝掘削用チェーンカッタ4を設けたカッタ
横行装置3が、両下端部が走行装置12に固定され単芯
円形状に構成されるアーチフレーム2の内側に沿って設
けられたラックと歯合するピニオン6が回転してアーチ
フレーム2に沿って移動しながら、前記透かし溝掘削用
チェーンカッタ4が循環駆動されることにより、切羽の
外周に沿って透かし溝が掘削される。
【0012】前記透かし溝5内に瞬間硬化性材料を挿入
することによりアーチ形支保版15を形成して、そのア
ーチ形支保版15により囲まれた部分を掘削して、掘削
された土砂を切羽に向かって後方に排出し、それらの工
程を繰り返して行うトンネル掘進工法であって、前記透
かし溝掘削用チェーンカッタ4が前記カッタ横行装置3
とともに前記アーチフレーム2に沿って移動するとき
に、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ4をトンネル断
面の放射方向あるいは逆方向に動かして、例えばトンネ
ルの左側から順次右側へと多芯円形状に透かし溝5を一
度に掘削するトンネル掘進工法である。
【0013】また、前記トンネル掘進工法において、前
記透かし溝掘削用チェーンカッタ4が、前記カッタ横行
装置3とともに前記ラックと歯合するピニオン6が回転
しながら前記アーチフレーム2に沿って移動するとき
に、前記アーチフレーム2を部分的に捩じれ状にしてお
くことで、そのアーチフレーム2を捩じって、前記透か
し溝掘削用チェーンカッタ4をトンネル断面の放射方向
あるいは逆方向に動かすことができ、透かし溝5を多芯
円形状に掘削するトンネル掘進装置である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記特公昭61−24
512号公報ならびに特公平04−63198号公報に
て公表されている従来工法では、偏平断面を有したトン
ネル形状に対して、それよりも若干大きめの単芯円形状
のアーチ形支保版をもって、プレライニングを施工せざ
るを得なかった。
【0015】そのため余堀り量が多くなって、掘削土量
が増えて、その掘削土の輸送費あるいは廃棄土量が増大
するという問題がある。また、トンネルを正規の偏平断
面に仕上げるための覆工コンクリート量が相当増えると
いう問題がある。そのため、結果としてトンネルの工期
が長くなり建設費が増大することとなる。
【0016】前記問題を解決するために、前記特願20
00−284251では、前記透かし溝掘削用チェーン
カッタ4をトンネル断面の放射方向あるいは逆方向に動
かして、透かし溝を一度に多芯円形状に掘削するトンネ
ル掘進装置が発明されている。
【0017】しかしながら、前記従来技術では、前記透
かし溝掘削用チェーンカッタが一点を支点として俯仰動
作をしているので、透かし溝に対して正対しておらず、
その透かし溝が少し捩じれて形成されるという問題があ
る。また、前記のように少し捩じれた透かし溝によって
アーチ形支保版が形成されるため、その強度が若干弱く
なる可能性があるという不都合がある。
【0018】
【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本発明であるトンネル施工機は、透かし溝
掘削用チェーンカッタが前後方向に移動可能に備えられ
た円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽
面に対向して配置された単芯円形状のアーチフレームに
沿って移動可能に備えられており、前記透かし溝掘削用
チェーンカッタを、前記カッタ横行装置を介して前記ア
ーチフレームに沿って移動させることにより切羽の外周
に透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記円
弧状ガイド部材がトンネル断面の放射方向に沿って揺動
可能、且つ移動可能に前記カッタ横行装置に備えられて
いることを特徴とする。
【0019】本発明では、前記従来技術での課題である
透かし溝が捩じれて形成されるという問題を、透かし溝
掘削用チェーンカッタのカッタ部が俯仰動作に加え、上
下に平行移動が可能であるカッタスライド機構を設ける
ことによって解決される。すなわち、前記カッタスライ
ド機構により所定の透かし溝の断面に対して、正対した
位置に前記透かし溝掘削用チェーンカッタのカッタ部を
位置させることができ、前記所定の透かし溝を高い精度
をもって形成することができ、そのためその透かし溝内
に瞬間硬化性材料を注入することにより形成されるアー
チ形支保版の強度を十分高めることが可能となる。
【0020】また、前記カッタ横行装置の前面に載設さ
れ、俯仰用油圧シリンダならびに移動用油圧シリンダと
を備えたカッタスライド機構を設けることにより,容易
に前記円弧状ガイド部材がトンネル断面の放射方向に沿
って揺動、且つ移動可能とすることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。
【0022】図1は、本発明の好ましい実施の形態の一
例で、従来工法にて使用されているカッタ横行装置を備
えたトンネル施工機に、更にカッタスライド機構を備え
たトンネル施工機による多芯円形状のトンネルの掘削方
法を示している。本発明は、多芯円形状のトンネル1の
切羽に向かってトンネル長手方向に延びる透かし溝5を
掘削するための透かし溝掘削用チェーンカッタ4を設け
たカッタ横行装置3が、両下端部が走行装置12に固定
され単芯円形状に構成されるアーチフレーム2の内側に
沿って設けられたラック2aと歯合するピニオン6が,
油圧モータ9と減速機10とで構成される移動用駆動装
置の出力軸に接続されて回転し、アーチフレーム2に沿
って移動する。
【0023】前記カッタ横行装置3の前面に抱き合わせ
るようにカッタスライド機構13が設置されている。そ
のカッタスライド機構13は、俯仰用油圧シリンダ7な
らびに移動用油圧シリンダ25とを備えている。前記俯
仰用油圧シリンダ7は、筒部8aおよび筒部8a内をスラ
イドして伸縮するピストン8bとから成っており、筒部
8aの下端は前記カッタスライド機構13の前面に回動
可能に固定され、他端のピストン8bの先端は円弧状ガ
イド部材20の上部に回動可能に固定されている。前記
ピストン8bの伸縮にともない、前記カッタ横行装置3
がアーチフレーム2に沿って移動するにつれて透かし溝
5の方向に合うように伏せたり、上向きに仰ぐように向
いたり円弧状ガイド部材20が回転軸28を支点として
回動する。
【0024】また、前記移動用油圧シリンダ25は、筒
部26aおよび筒部26a内をスライドして伸縮するピス
トン26bとから成っており、筒部26aの下端は前記カ
ッタスライド機構13の下部に回動可能に固定され、他
端である前記ピストン26bの先端は前記カッタ横行装
置3の上部に回動可能に固定されている。前記ピストン
26bが上下伸縮することで、スライドフレーム27が
前記カッタ横行装置3の前面に沿って上下に摺動する。
一方、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ4は、前記円
弧状ガイド部材20と同一曲率で中間部がトンネル外側
に窪むように湾曲しており、前記ピストン8bの伸縮に
ともない前記円弧状ガイド部材20が回転軸28を支点
として、回動するにつれてトンネルの切羽面に対して前
記のように俯仰するが、この動作だけでは、前記透かし
溝掘削用チェーンカッタ4のカッタ部が前記透かし溝5
に正対せず、少し傾いた、或いは捩じれたような状態と
なり、所定の透かし溝が掘れない。
【0025】そこで、前記移動用油圧シリンダ25を伸
縮させて前記スライドフレーム27を前記カッタ横行装
置3の前面に沿って上下に摺動させることで、前記透か
し溝掘削用チェーンカッタ4が上下に平行移動し、前記
俯仰用油圧シリンダ7による俯仰動作と前記移動用油圧
シリンダ25の上下平行移動とにより、前記透かし溝掘
削用チェーンカッタ4のカッタ部を前記透かし溝5に対
して、捩じれることなく、正対する位置に向けることが
でき、且つ前記アーチフレーム2の単芯円径と横行位置
毎に変わる前記透かし溝5の多芯円径の各々の半径との
差の変化を、横行位置検出器(図示省略)ならびに俯仰
用油圧シリンダ7と移動用油圧シリンダとに設けられた
シリンダストローク計(図示省略)での検出データによ
り制御することで調整することができる。
【0026】前記所定の位置に向けられた透かし溝掘削
用チェーンカッタ4が循環駆動されることにより、切羽
の外周に沿って透かし溝5が掘削される。
【0027】前記透かし溝5内に瞬間硬化性材料を挿入
することによりアーチ形支保版15を形成して、そのア
ーチ形支保版15により囲まれた部分を掘削して、掘削
された土砂を切羽に向かって後方に排出し、それらの工
程を繰り返して行うトンネル掘進工法であって、前記透
かし溝掘削用チェーンカッタ4が前記カッタ横行装置3
とともに前記アーチフレーム2に沿って移動するとき
に、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ4を前記カッタ
スライド機構13により、所定の透かし溝に正対する位
置に向けることで、前記透かし溝5を多芯円形状に掘削
し連続して前記アーチ形支保版15を形成して、プレラ
イニングを施すトンネル掘進工法である。
【0028】図2は、本発明における実施の形態の一例
を示すもので、前記カッタスライド機構13の詳細を示
しており、移動用油圧シリンダ25の筒部26aの下端
が、前記カッタスライド機構13の下部に固定されてお
り、一方そのピストン26bの上端は前記カッタ横行装
置3の上部に回動可能に固定されている。前記ピストン
26bが上下伸縮することで、スライドフレーム27が
前記カッタ横行装置3の前面に沿って上下に摺動する。
尚、前記移動用油圧シリンダ25の取付け方には、幾つ
かの方法が考えられるが、それらの保守点検のやり方等
を考慮して、例えば、上下を逆にする等の方法があり、
その方法については適宜決めれば良い。
【0029】また、図3は、本発明における多芯円形状
のトンネルの掘削におけるトンネル、透かし溝、アーチ
形支保版ならびにアーチフレーム等の立断面を示してい
る。
【0030】以下、図3に基づき詳細に説明する。本断
面図に示されているように、アーチフレーム2は、半径
Rをもった単芯円形状のフレームであり、カッタ横行装
置は前記アーチフレーム2に沿って横行する。一方、ト
ンネルは、例えば、半径R1ならびに半径R2を持つ多
芯円形状をしたトンネル断面を持っている。
【0031】前記多芯円形状をしたトンネルの掘削で
は、トンネル断面に向かって左側より掘削を開始し、逐
次右側に向かって掘削を継続していく。その際に、偏平
断面に沿ったカッタ溝14の外形と単芯円のアーチフレ
ームの外形との間隔L1とL2とが、前記カッタ溝14
の切削部の横行位置により異なってくる。即ち、図3に
示したように、半径R2が半径R1に比べて大きくなっ
ている分、L2の方がL1より大きくなる。その間隔の
差を、カッタスライド機構により透かし溝掘削用チェー
ンカッタのカッタ部を平行移動させて上下調整すること
で偏平断面に沿って、且つカッタ溝14に捩じれること
なく、真にその溝に合ったスリットを掘削することがで
きる。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明は、従来工法の単
芯円形状用のトンネル施工機による多芯円形状のトンネ
ル掘削における掘削工期の長期化ならびに余掘土量の増
大等によるトンネルの掘削コストの飛躍的増大を防ぎ、
ならびに工事効率の大幅改善を可能とする。また、既に
発明として出願されている多芯円形状用のトンネル施工
機による透かし溝の捩じれによるアーチ形支保版の強度
の低下の問題も、本発明のカッタスライド機構によって
所定の透かし溝の形状に合わせて透かし溝掘削用チェー
ンカッタのカッタ部の位置を調整できるので、所定の正
確な精度の高い透かし溝を形成でき、十分な強度をもっ
たアーチ形支保版を施工することができる優秀なトンネ
ル施工機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】カッタスライド機構ならびに横行装置を備えた
トンネル施工機を示した全体側面図。
【図2】カッタスライド機構の拡大断面図。
【図3】本発明の多芯円形状のトンネル、透かし溝、ア
ーチ形支保版ならびにアーチフレームの断面を示した断
面図。
【図4】従来例における横行装置を備えた多芯円形状用
トンネル施工機を示した全体側面図。
【図5】従来例における単芯円形状ならびに多芯円形状
トンネルの透かし溝の断面形状を表した断面図。
【図6】従来例における横行装置を備えた単芯円形状用
トンネル施工機を示した全体側面図。
【図7】図6の単芯円形状用トンネル施工機を用いてト
ンネルを施工する実施例を示した断面正面図。
【図8】連続形成されたアーチ形支保版からなるトンネ
ル支保の斜視図。
【符号の説明】
1 トンネル,2 アーチフレーム,2a ラック,3
カッタ横行装置, 4 透かし溝掘削用チェーンカッ
タ,5 透かし溝,6 ピニオン,7 俯仰用油圧シリ
ンダ,8a 筒部,8b ピストン,9 油圧モータ,
10 減速機,11 地盤,12 走行装置,13 カ
ッタスライド機構,14 カッタ溝,15 アーチ形支
保版,16 レール,17 走行用駆動装置,18 硬
化材注入管,19 ホース,20 円弧状ガイド部材,
21 移動用駆動装置,22可動フレーム,23 カッ
タ進退用駆動装置,24 移動フレーム,25 移動用
油圧シリンダ,26a 筒部,26b ピストン,27
スライドフレーム,28 回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳賀 佳之 福岡県福岡市中央区薬院3丁目16−27 株 式会社間組九州支店内 (72)発明者 荒木田 憲 東京都港区北青山2丁目5番8号 株式会 社間組内 (72)発明者 吉田 利廣 福岡県大牟田市旭町2丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 (72)発明者 杉野 孝行 福岡県大牟田市旭町2丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 Fターム(参考) 2D054 AB07 AC20 BA10 FA01 FA02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透かし溝掘削用チェーンカッタが前後方向
    に移動可能に備えられた円弧状ガイド部材を突設したカ
    ッタ横行装置が、切羽面に対向して配置された単芯円形
    状のアーチフレームに沿って移動可能に備えられてお
    り、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを、前記カッタ
    横行装置を介して前記アーチフレームに沿って移動させ
    ることにより切羽の外周に透かし溝を掘削するトンネル
    施工機において、前記円弧状ガイド部材がトンネル断面
    の放射方向に沿って揺動可能、且つ移動可能に前記カッ
    タ横行装置に備えられていることを特徴とするトンネル
    施工機。
  2. 【請求項2】前記カッタ横行装置の前面に載設され、俯
    仰用油圧シリンダならびに移動用油圧シリンダとを備え
    たカッタスライド機構により前記円弧状ガイド部材がト
    ンネル断面の放射方向に沿って揺動、且つ移動可能であ
    る請求項1に記載のトンネル施工機。
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