JP2003035092A - 角穴掘削機および角穴掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地山に角穴を効率良く掘削できる角穴掘削機
および角穴掘削工法を提供する。 【解決手段】 地山に角穴を掘削する角穴掘削機１０に
おいて、地山に進入する推力が与えられる中空の角型外
殻３０と、それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに
伴って切羽を打撃する複数の打撃装置２０とを備え、角
型外殻３０の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複
数の打撃装置２０を略直線上に並んで配置し、角型外殻
３０の内側に礫を排出可能な排土空間３７を備え、これ
らの打撃装置２０の打撃によって掘削された礫や土砂を
排土空間３７を通して排出する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地山に角穴を掘削
する角穴掘削機および角穴掘削工法の改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】鉄道や道路の下方に立体交差するトンネ
ルを構築する工法の１つとして、長尺の角形管からなる
多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築
工法が知られている（例えば特開平１１−２４７５７９
号公報、参照）。

【０００３】このトンネル構築工法は、図５に示すよう
に、線路１下の路盤２にトンネルを構築する場合、トン
ネルの掘削に先立ち、多数の覆工エレメント３，４を並
列させて地山に挿入（貫入）することにより、覆工壁を
形成する水平覆工版５およびこれに連なる鉛直覆工版６
を形成する。

【０００４】図６の（ａ）、（ｂ）図は、上記トンネル
構築工法において、牽引装置５０により掘削機５１を牽
引し、線路の下の路盤２に覆工エレメント５２を挿入
（貫入）する状態を示している。覆工エレメント５２の
内部には、掘削土を排出するための排土ホース５３や掘
削機５１を駆動するための油圧ホースなどの配管、配線
類５４が配置されている。

【０００５】従来、この種の工法に用いられる掘削機と
して、例えば特開２０００−１６０９９３号公報に開示
されたものがある。これについて説明すると、図７に示
すように、ワイヤＷによって牽引される外殻７３と、切
羽に対向するように設けられるカッタヘッド７１と、こ
のカッタヘッド７１の後方に連接される中空螺旋状のス
クリュコンベア７２とを備えている。カッタヘッド７１
とスクリュコンベア７２が一緒に回転駆動されることに
より、カッタヘッド７１が切羽を掘削するとともに、ス
クリュコンベア７２が掘削した土砂を後方に搬送するよ
うになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の掘削機を用いた工法にあっては、掘削地山が
砂礫層、あるいは支障物が点在する場合に、前進不能に
なる可能性があった。

【０００７】上記従来の掘削機の場合、カッタヘッド７
１が回転して切羽を掘削するため、切羽にカッタヘッド
７１のブレード隙間より大きい礫や岩石等の支障物があ
ると、支障物がカッタヘッド７１と共に回り、取り込み
ができず、掘進ができなくなる可能性がある。

【０００８】さらに、カッタヘッド７１に掘削された穴
の断面は隅部に未掘削部が残るので角型外殻７３の牽引
抵抗が大きい。このため、施工条件により切羽を押す圧
力が大きくなるため、盛土（被土）が薄い場合に牽引さ
れる角型外殻７３によって盛土が隆起する可能性があ
る。

【０００９】また、従来、砂礫層の掘削方式として、礫
を割らないでそのまま掘削機の外殻に取り込み、掘削機
の後方に送るものがあった。しかしながら、この方式で
は、小断面の掘削に限界があった。

【００１０】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、地山に角穴を効率良く掘削できる角穴掘削機
および角穴掘削工法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、地山に角
穴を掘削する角穴掘削機に適用する。

【００１２】そして、地山に進入する推力が与えられる
中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けら
れるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備
え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って
複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、角型外殻の
内側の各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間を備
え、これらの打撃装置の打撃によって掘削された礫や土
砂を排土空間を通して排出する構成とした。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、角型
外殻は略垂直方向に延びる左右の側板を有し、この左右
の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置を並んで
配置し、この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土
砂を集めるバケット装置と、バケット装置によって集め
られた土砂を後方に搬送するコンベアとを備えるものと
した。

【００１４】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、角型外殻に対して打撃装置を切羽に押し付ける油
圧シリンダを備えるものとした。

【００１５】第４の発明は、第１から第３のいずれか一
つの発明において、角型外殻にガイドレールにスライド
自在に係合する継ぎ手を備えるものとした。

【００１６】第５の発明は、地山に角穴を掘削する角穴
掘削工法に適用する。

【００１７】そして、地山に進入する推力が与えられる
中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けら
れるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備
え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って
複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、角型外殻の
内側の前記各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間
を備えた角穴掘削機を用い、この角型掘削機を地山に進
入させて打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を
排土空間を通して排出しながら角穴を掘削するものとし
た。

【００１８】

【発明の作用および効果】第１、第５の発明において、
地山を角型外殻が進み、打撃装置の先端が切羽に押し付
けられると、打撃装置が作動するため、切羽を見なくて
も各打撃装置を自動運転して連続掘進する。そして、各
打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂が排土空間
を通して搬出されることにより、打撃装置の作動を止め
ることなく連続掘進が可能となり、工事が効率良く行
え、施工速度を高められる。

【００１９】各打撃装置が角型外殻の内側で対向する２
辺に沿って並んでいるため、各打撃装置によって角型外
殻の外形線に沿った掘削が行われ、掘削払い線の掘削が
可能となる。

【００２０】さらに、各打撃装置の打撃によって角型外
殻の外形線に沿った掘削が行われるため、角型外殻に必
要な推力が小さくなり、角型外殻を駆動する装置の小型
化がはかれる。さらに、角型外殻を円滑に進められ、盛
土（被土）を隆起させることなく掘進できる。そして、
掘削地山が砂礫層、あるいは支障物が点在する場合で
も、前進不能にならない。

【００２１】第２の発明において、排土空間に配置され
たバケット装置とコンベアを介して掘削された土砂が自
動的に搬出されることにより、打撃装置の作動を止める
ことなく連続掘進が可能となりる。

【００２２】第３の発明において、打撃装置を油圧シリ
ンダで切羽に向けて進退させることにより、角型外殻を
逐一動かさなくても打撃開始または中止が可能となる。
また、角型外殻が進入させる場合、油圧シリンダの伸縮
量を変えることにより、打撃開始位置を前後方向に変え
ることが可能である。

【００２３】第４の発明において、ガイドレールにスラ
イド自在に係合する継ぎ手を介して角型外殻が所定の軌
道で地山に進入し、施工精度を容易に確保できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２５】図１、図２に示すように、角穴掘削機１０
は前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネ
ル構築工法に用いられるもので、牽引装置によって牽引
されながら地山を掘進し、角穴掘削機１０に続いて地山
に覆工エレメントを挿入（貫入）するようになっている
（図６参照）。

【００２６】角穴掘削機１０は、地山に進入する推力が
与えられる角型外殻３０と、切羽を打撃力によって掘削
する複数の打撃装置（削岩機）２０と、各打撃装置２０
を切羽に押し付ける油圧シリンダ４０と、各打撃装置２
０によって掘削された土砂を集めるバケット装置１１
と、バケット装置１１によって集められた土砂を後方に
搬送するコンベア４６等を備える。

【００２７】図３、図４に示すように、角型外殻３０は
断面四角形の鋼管からなり、左右の側板３３，３４と上
板３５および下板３６を有する。左右の側板３３，３４
は略垂直方向に延び、上板３５および下板３６は略水平
方向に延びている。

【００２８】角型外殻３０には四つの隅部から継ぎ手３
１，３２が突出し、各継ぎ手３１，３２が既に挿入され
た覆工エレメント４の継ぎ手（ガイドレール）７にスラ
イド自在に係合する。角型外殻３０は覆工エレメント４
の継ぎ手７によって掘進方向に案内されることにより所
定の軌道で地山に進入し、施工精度を容易に確保でき
る。

【００２９】角穴掘削機１０は、角型外殻３０に連結さ
れる図示しないワイヤが牽引装置に牽引されることによ
って推力が与えられる。なお、角穴掘削機１０は、角型
外殻３０が後方の覆工エレメントを介して押されること
によって推力が与えられる構成にしてもよい。

【００３０】角型外殻３０の内側に少なくとも対向する
２辺に沿って複数の打撃装置２０が並んで配置される。
本実施の形態では、左右の側板３３，３４に沿ってそれ
ぞれ４つの打撃装置２０が並んで配置され、各打撃装置
２０によって角型外殻３０の外形線に沿った掘削が行わ
れる構成とする。なお、上板３５および下板３６にも複
数の打撃装置２０が並んで配置される構成としてもよ
い。

【００３１】各打撃装置２０は油圧ハンマー２１のロッ
ド２３の先端に掘削工具（ハンマー歯先）２２が連結さ
れる。油圧ハンマー２１はシリンダ内に収められたピス
トンを油圧によって高速で進退させてロッド２３の後端
面を打撃し、掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれ
て切羽を掘削するようになっている。

【００３２】各打撃装置２０は角型外殻３０に対して軸
方向に摺動可能に支持されており、上下の油圧シリンダ
３８によって切羽に向けて進退駆動される。各油圧シリ
ンダ３８が図１、図２に実線で示すように収縮した状態
から所定のストロークで伸張することにより、掘削工具
２２が２点鎖線で示すように角型外殻３０の前方に突出
して切羽に押し付けられる。

【００３３】打撃装置２０の先端が切羽に押し付けられ
るのに伴って打撃装置２０が自動的に掘削作動する構成
とする。打撃装置２０を駆動する油圧回路には打撃装置
２０の先端の掘削工具２２が切羽に押し付けられる押し
付け荷重が所定値を超えて上昇するのに伴って開弁する
油圧バルブが備えられ、この油圧バルブが開弁するのに
伴って打撃装置２０毎に駆動圧が導かれて打撃装置２０
が掘削作動を開始する構成となっている。つまり、角型
外殻３０が牽引装置に牽引されるか、油圧シリンダ３８
が伸張して各打撃装置２０の掘削工具２２が切羽に押し
付けられると、押し付け荷重が所定値を超えて上昇した
各打撃装置２０だけが打撃作動し、押し付け荷重が所定
値以下の打撃装置２０が打撃作動を休止する。この構成
により、切羽を見なくても各打撃装置２０を自動運転し
て連続掘進することが可能となり、工事が効率良く行え
る。

【００３４】角型外殻３０の内側には左右の打撃装置２
０列の間に排土空間３７が設けられる。この排土空間３
７にバケット装置１１とコンベア４６が配置される。各
打撃装置２０の打撃によって掘削された礫や土砂が排土
空間３７を通して搬出されることにより、打撃装置の作
動を止めることなく連続掘進が行える。

【００３５】バケット装置１１は、掘削された土砂を掻
き集めるバケット１２と、バケット１２を略水平軸まわ
りに回動可能に支持する水平回動支持軸（ピン）１３
と、バケット１２を水平回動支持軸１３を支点に回動さ
せる油圧シリンダ１４と、水平回動支持軸１３をその先
端部に支持する伸縮アーム１５と、伸縮アーム１５を伸
縮させる一対の油圧シリンダ１８と、伸縮アーム１５の
基端部を略水平軸まわりに回動可能に支持する水平回動
支持軸（ピン）１６と、伸縮アーム１５を角型外殻３０
に対して略垂直軸まわりに回動可能に支持する垂直回動
支持軸（ピン）１７と、伸縮アーム１５を回動させる一
対の油圧シリンダ１９とを備える。これにより、バケッ
ト１２は、図１、図２に２点鎖線で示すように、三次元
方向に動くことができ、打撃装置２０によって掘削され
た土砂をコンベア４６へと集めるとともに、打撃装置２
０の間に残された切羽を削り落とす機能を持っている。
打撃装置２０の先端には複数の爪２５が突出している。

【００３６】コンベア４６はベルト４７が複数のローラ
４８を介して循環し、このベルト４７上に載せられた土
砂を後方に搬送する。

【００３７】以上のように構成される本発明の実施の形
態につき、次に作用を説明する。

【００３８】角穴掘削機１０は牽引装置によって角型外
殻３０が牽引されながら地山を掘進する。各打撃装置２
０はその掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれて切
羽を掘削する。各打撃装置２０が角型外殻３０の内側で
対向する２辺に沿って並んでいるため、各打撃装置２０
によって角型外殻３０の外形線に沿った掘削が行われ、
掘削払い線の掘削が可能となる。

【００３９】こうして、掘削された穴の断面が四角形と
なり、従来のように掘削された穴の四隅に二次加工を施
す必要がなくなり、労力を削減して施工速度を大幅に高
められ、工費を抑えられる。

【００４０】また、各打撃装置２０によって角型外殻３
０の外形線に沿った掘削が行われるため、角型外殻３０
に必要な推力が小さくなり、角型外殻３０を牽引する牽
引装置の小型化および省力化がはかれる。さらに、角型
外殻３０を円滑に進められため、盛土（被土）を隆起さ
せることなく掘進できる。

【００４１】打撃装置２０を油圧シリンダ３８で切羽に
向けて進退させることにより、角型外殻３０を逐一動か
さなくても打撃開始または中止が可能となる。また、角
型外殻３０が進入させる場合、油圧シリンダ３８の伸縮
量を変えることにより、打撃開始位置を前後方向に変え
ることが可能である。

【００４２】角型外殻３０の内側には左右の打撃装置２
０の間に排土空間３７が設けられているため、この排土
空間３７に配置されたバケット装置１１とコンベア４６
を介して掘削された礫や土砂が自動的に搬出される。こ
れにより、打撃装置２０の作動を止めることなく連続掘
進が可能となり、施工速度を高められる。そして、掘削
地山が砂礫層、あるいは支障物が点在する場合でも、前
進不能にならない。

【００４３】角穴掘削機１０が前記多数の覆工エレメン
トを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられ、角
穴掘削機１０に続いて覆工エレメントを地山に挿入する
ことができ、トンネルの掘削に先立ち覆工壁を形成する
工事が効率良く行え、工期の大幅な短縮がはかれる。

【００４４】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、例えばケーブル等を通す穴の施工に適用することが
可能であり、その技術的な思想の範囲内において種々の
変更がなしうることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す掘削機の平面図。

【図２】同じく掘削機の側面図。

【図３】同じく掘削機を後から見た正面図。

【図４】同じく掘削機を前から見た正面図。

【図５】従来の覆工エレメントを用いて覆工を行うトン
ネル構築工法を示す縦断面図。

【図６】同じく横断面図。

【図７】従来例を示す掘削機の側面図。

【符号の説明】

１０ 角穴掘削機 １１ バケット装置 ２０ 打撃装置 ３０ 角型外殻 ３１ 継ぎ手 ３７ 排土空間 ３８ 油圧シリンダ ４６ コンベア

フロントページの続き (71)出願人 399101337 株式会社ジェイテック 東京都千代田区神田神保町３丁目12番地３ (74)上記１名の代理人 100075513 弁理士 後藤 政喜 (72)発明者 坂口 福寿 東京都港区芝大門二丁目11番１号富士ビル 日本鉱機株式会社内 (72)発明者 二木 幸男 東京都港区芝大門二丁目11番１号富士ビル 日本鉱機株式会社内 (72)発明者 吉野 正則 東京都港区芝大門二丁目11番１号富士ビル 日本鉱機株式会社内 (72)発明者 齋藤 雅春 東京都千代田区三崎町２丁目５番３号 鉄 建建設株式会社内 (72)発明者 熊井 文孝 東京都千代田区三崎町２丁目５番３号 鉄 建建設株式会社内 (72)発明者 美濃部 文夫 東京都千代田区三崎町２丁目５番３号 鉄 建建設株式会社内 (72)発明者 松田 威美 東京都千代田区三崎町２丁目５番３号 鉄 建建設株式会社内 (72)発明者 森谷 卓雄 東京都千代田区神田神保町３丁目12番３号 神保町スリービル６階 株式会社ジェイ テック内 Ｆターム(参考） 2D054 AB05 AC18 AD27 BA22 BA24 DA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地山に進入する推力が与えられる中空の角
   型外殻と、 それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽
   を打撃する複数の打撃装置とを備え、 角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数
   の打撃装置を略直線上に並んで配置し、 前記角型外殻の内側の前記各打撃装置列の間に礫を排出
   可能な排土空間を備え、 これらの打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を
   排土空間を通して排出する構成としたことを特徴とする
   角穴掘削機。
2. 【請求項２】前記角型外殻は略垂直方向に延びる左右の
   側板を有し、 この左右の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置
   を並んで配置し、 この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土砂を集め
   るバケット装置と、 バケット装置によって集められた土砂を後方に搬送する
   コンベアとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の
   角穴掘削機。
3. 【請求項３】前記打撃装置を切羽に押し付ける油圧シリ
   ンダを前記角型外殻に支持させたことを特徴とする請求
   項１または２に記載の角穴掘削機。
4. 【請求項４】前記角型外殻にガイドレールにスライド自
   在に係合する継ぎ手を備えたことを特徴とする請求項１
   から３のいずれか一つに記載の角穴掘削機。
5. 【請求項５】地山に進入する推力が与えられる中空の角
   型外殻と、 それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽
   を打撃する複数の打撃装置とを備え、 角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数
   の打撃装置を略直線上に並んで配置し、 前記角型外殻の内側の前記各打撃装置列の間に礫を排出
   可能な排土空間を備えた角穴掘削機を用い、 この角型掘削機を地山に進入させて打撃装置の打撃によ
   って掘削された礫や土砂を排土空間を通して排出しなが
   ら角穴を掘削することを特徴とする角穴掘削工法。