JP2003227293A - トンネルボーリングマシン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異形断面であっても他の工法を併用すること
なくＴＢＭ単独により掘削できるようにする。 【解決手段】 本発明のＴＢＭは、得ようとする異形断
面の大部分を円形断面に掘削する面板２と、面板の背部
にあって、円形断面の左右における断面不足箇所を掘削
する異形断面掘削部３を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルボーリン
グマシン（以下、ＴＢＭと略記する）に関し、特に異形
断面を掘削できるようにした構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの掘削に発破を使用せず、機械
掘削工法によりトンネル全断面を一度に掘削するトンン
ネル掘進機として、従来より、例えばＴＢＭが知られて
いる。このＴＢＭは、先端の掘進機本体と、これに後続
する各種の施設を載置移動するための作業台車とを備
え、掘進機本体に取付けたグリッパーによりトンネル周
囲の地盤を反力として掘進機本体を前進させつつトンン
ネルを掘削してゆくものである。そしてトンネルの掘削
後は、コンクリート等の吹付け材料により吹付けライニ
ングしてトンネル内周面を防護する。ＴＢＭを用いて掘
削されるトンネルの掘削断面は円形である。これは、切
羽を掘削するための面板が円形であり、かつ面板を回転
しつつ掘削するためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば鉄道
トンネルや道路トンネルなどの馬蹄形断面を要求される
トンネルをＴＢＭを用いて掘削した場合、掘削作業後
に、例えば図９（ａ）の斜線部分に示すような追加掘削
部分が生じたり、（ｂ）の斜線に示すように埋戻しが必
要な部分が生じ、その掘削作業や埋戻し作業分、工期が
長くなり、不経済となっていた。

【０００４】また、大断面トンネルにおいては、図１０
に示すように、ＴＢＭを用いて先進導坑ａを掘削するの
が一般的であるが、斜線で示す不足断面分についてはＮ
ＡＴＭ工法により掘削せざるを得ず、工期が長くなるな
どの不具合もあった。

【０００５】この発明は、以上の技術課題を解決するた
めになされたものであり、その目的は、前述のごとき非
円形の異形断面であっても他の工法を併用することなく
ＴＢＭ単独により掘削できるようにしたＴＢＭを提供す
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、得ようとする異形断面に包含される円形
断面を掘削するための面板と、該面板によって掘削され
る円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するため
の異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするものであ
る。従って、本発明では、ＴＢＭ単独の掘削作業によ
り、円断面とともに異形断面に形成することができる。

【０００７】本発明において、前記異形断面掘削部とし
ては、種々の構成を採用することができる。

【０００８】まず、前記異形断面掘削部は、前記面板の
背部にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリ
ングと、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付け
られ、かつ回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿
って揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端
に設けられたカッタービットとを備えたものとすること
ができる。この発明は、硬岩などにおいても円形掘削と
同時に異形断面掘削を行うことができ、特に硬岩掘削用
として好適である。

【０００９】また、前記異形断面掘削部は、前記面板の
背部に固定され、かつ得ようとする異形断面形状の外周
形状に形成された刃口と、該刃口の背部両側に配置され
た掘削用のバケットとを備えたものとすることができ
る。この発明は、ＴＢＭの推力により、断面不足箇所を
掘削することができるため、特に軟岩掘削用に好適であ
る。

【００１０】さらに、前記異形断面掘削部は、前記面板
の左右両側に固定配置され、かつ該面板とともに俵形断
面に掘削するための一対の小形面板と、該小形面板の背
部にあって、俵形断面の左右における断面不足箇所を掘
削する掘削機構とを備えたものとすることができる。こ
の発明では、断面不足箇所がさらに小さくなり、掘削機
構の負担が小さなものとなる。

【００１１】そして、前記異形断面掘削部は、面板の左
右両側にあって、断面不足箇所の外周軌跡に沿って移動
可能な一対の小形面板を備えたものとすることができ
る。この発明では、小形面板そのものにより異形断面を
形成できるため、他の機構が不要となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜
図３は本発明を硬岩掘削用に好適なものとして開発した
第一実施形態を示すものである。

【００１３】図におけるＴＢＭは、前後方向中央に配置
された中空角筒型のビーム１と、ビーム１の先端に回転
自在に支持され、かつ後部外周を筒形のスキンプレート
で覆った面板２と、面板２の背面に同軸上に設けられた
異形断面掘削部３と、異形断面掘削部３の背面にあって
ビーム１の外周に配置された固定スリーブ４と、固定ス
リーブ４の後部にあって前記ビーム１の外周に配置さ
れ、かつ複数のスラストジャッキ５を介して固定スリー
ブ４に連結した角形のスライドブロック６と、スライド
ブロック６の下部に配置されたずり寄せシュート７と、
ずり寄せシュート７の後部中央に先端を位置させ、後部
を斜め上方に向けて配置したずり排出用のベルトコンベ
ア８及びビーム１内に配置され、その後部をベルトコン
ベア８の上部側に位置させたずり排出用のベルトコンベ
ア９とから概略構成されている。

【００１４】前記固定スリーブ４の上下にはそれぞれ一
対のジャッキ１０を介してフロントグリッパ１１が配置
され、スライドブロック６の左右には、複数のジャッキ
１２を介してメイングリッパ１４が配置され、さらにビ
ームの後部左右にはそれぞれサポートジャッキ１５を介
してエンドグリッパ１６が設けられ、各ジャッキの伸縮
によりそれぞれのグリッパをトンネル内壁に当接ないし
は離間させることで、掘削時における反力を得るように
している。

【００１５】図２（ａ），（ｂ）には、その動作が示さ
れており、まず（ａ）に示す掘削動作停止状態で、フロ
ントグリッパ１１、エンドグリッパ１６をトンネル内壁
に突き当て、スライドブロックのメイングリッパ１４を
縮小し、スラストジャッキ５を縮小させてスライドブロ
ック６を前進させ、次いで（ｂ）に示すように、メイン
グリッパ１４を拡径してトンネル内壁に突き当てること
によりスライドブロック６を固定した上で、フロントグ
リッパ１１及びエンドグリッパ１６を縮小し、面板２及
び異形断面掘削部３を回転駆動しつつ、スラストジャッ
キ５を伸長させることで、面板２及び異形断面掘削部３
は前進して一ストローク分の掘削を行う。

【００１６】前記面板２の正面には放射状の配列で多数
のカッタービット１７が配置され、面板２の回転に伴い
その正面の切羽を掘削し、その掘削ずりをスキンプレー
トで囲われたチャンバからビーム１内に取入れ、ベルト
コンベア９及び８を通じて坑内後部に向けて排出する。

【００１７】前記異形断面掘削部３は、前記面板２より
小さな径であって、面板２とともに回転し、かつ複数の
スラストジャッキ１８（図２参照）を介して固定スリー
ブ４の外周を前後往復移動可能に配置されたスライドリ
ング１９と、スライドリング１９の外周部にピン２０
（図３（ｂ）参照）を介して揺動可能に支持された複数
の掘削用アーム２１と、各アーム２１の先端に設けられ
た円盤状カッタービット２２を備えたものであり、スラ
イドリング１９は、前記面板２の回転とともに回転しつ
つ、固定スリーブ４の外周を前後に往復する。

【００１８】各掘削アーム２１は、スライドリング１９
の回転に同期して揺動しつつ図１の想像線で示すよう
に、下部が円弧状の馬蹄型軌跡を描き、その先端のカッ
タービット２２によって図３（ｂ）に斜線部で示す馬蹄
型軌跡と面板により既に掘削された円断面の間の部分を
掘削する。

【００１９】なお、各掘削アーム２１による以上の掘削
を可能とするためには、例えば、揺動制御用のサーボモ
ータを各掘削アーム２１に設けておき、コンピュータ制
御などにより、回転と同期して揺動制御することによっ
ても前記馬蹄型掘削軌跡を実現できる。また、前記馬蹄
型掘削断面と相似する馬蹄型カムリード溝を有するカム
板を各掘削アーム２１の背面に固定し、各掘削アーム２
１の背面に突出するピンをカムリード溝に係合すること
で、カムリード溝の軌跡に沿って掘削アーム２１を揺動
することもできる。

【００２０】いずれの制御方法を用いたとしても、各掘
削アーム２１による最大掘削軌跡は図３（ｂ）の破線で
示す軌跡となるため、前記馬蹄型断面のみならず、カム
板の交換や、コンピュータプログラムの変更に応じて各
種断面に掘削することが可能となる。

【００２１】前記ずり寄せシュート７は馬蹄型掘削部分
の掘削により発生する掘削ずりをかき集めるものであ
り、その前部左右には、図１に示すように回転羽２３が
配置され、これの回転によってずり寄せシュート７の前
端部ですくい上げられたずりを中央後部に寄せ集め、前
記ベルトコンベア８側へと送りだす。

【００２２】なお、このずり寄せシュート７は昇降用ジ
ャッキなどにより前記スライドブロック６の下部に回動
可能に取付けておき、スライドブロック６の移動時には
これを上に上げることで移動の妨げを防止し、スライド
ブロック６の固定時には接地させておくことで、効率よ
くずりを捕集することができる。

【００２３】以上により、一掘削動作毎に面板２による
円状掘削とその後部における異形断面掘削部３による馬
蹄型の掘削作業が同時になされることになり、他の工法
を併用することなくＴＢＭのみにより馬蹄型断面のトン
ネルを造成できることになるのである。

【００２４】図４、図５は本発明を軟岩掘削用に適用し
た場合の第二実施形態を示す。なお図において、前記第
一実施形態と同一箇所には同一符号を付してその説明を
省略し、異なる部分のみに異なる符号を用いて説明す
る。

【００２５】図における異形断面掘削部３は、面板２の
後部における固定スリーブ４の外周に複数のブラケット
３１を介して固定され、下面円弧とした馬蹄型形状の異
形断面掘削刃口３０と、刃口３０の後部において固定ス
リーブ４の両側に配置されたずり寄せと自由断面掘削を
兼用した一対のバケット３２とからなっており、前記刃
口３０は先端をナイフエッジとした固定刃であり、ＴＢ
Ｍの推進力を利用して刃口形状に地盤を掘削するもので
ある。

【００２６】以上の構成においては、まず面板２により
切羽を円状に掘削し、その推進動作によって刃口３０が
未掘削部分を掘削する。また、その掘削ずり及び掘削で
きない箇所などはバケット３２に掘削され、または壁面
を修正されて中央側に集められ、ずり寄せシュート７及
びベルトコンベア８を通じて後方へ向けて送りだされ
る。

【００２７】本実施形態では、第一実施形態に比べて、
複雑な機構を伴うことなく面板２の直後においてその推
進力により異形断面掘削を行うことができ、削り取り掘
削が可能な軟岩地盤用として好適である。

【００２８】図６、７は本発明の第三実施形態を示す。
図における異形断面掘削部３は、メインとなる面板２の
スキンプレート両側を切欠き、この切欠２ａ内に一部が
はいる一対の小形面板４０を俵形断面となるように固定
配置し、さらにその背面に前記第二実施形態と同様に刃
口３０を配置したものであり、小形面板４０により掘削
されたずりはこれのスキンプレート後部に配置されたベ
ルトコンベア４１によって後方に向けて送りだされる。

【００２９】以上の構成においては、面板２で円筒状に
掘削された両側部を小形面板４０によってさらに掘削
し、その残余部分（図７に斜線で示す部分）を刃口３０
によって削り取り、さらにはバケット３２によって自由
掘削するため、推進力の負担がさらに小さいものとな
る。なお、硬岩の場合には刃口３０に替えて第一実施形
態で示した掘削機構を用いて残余部分を掘削することも
可能である。

【００３０】図８は第三実施形態をさらに発展させたも
のであって、小形面板４０は面板２の両側部を馬蹄形の
外周軌跡に沿って面板２の側面を周回移動可能としてい
る。この場合には、刃口３０その他の掘削機構が不要と
なり、硬岩掘削用にも適用可能となる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によるＴＢＭによれば、異形断面であっても他の工法
を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できため、経
済的であり、工期短縮に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を硬岩掘削に適用した場合の第一実施形
態によるＴＢＭの斜視図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は同ＴＢＭの側断面図である。

【図３】（ａ）は同ＴＢＭの正面図、（ｂ）は異形断面
掘削部を示す正断面図である。

【図４】本発明を軟岩掘削に適用した場合の第二実施形
態によるＴＢＭの斜視図である。

【図５】（ａ）は同ＴＢＭの正面図、（ｂ）は刃口部分
の正断面図である。

【図６】本発明の第三実施形態を示す斜視図である。

【図７】同正面図である。

【図８】第三実施形態の発展例を示す正面図である。

【図９】（ａ），（ｂ）は従来のＴＢＭを用いて異形断
面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。

【図１０】従来のＴＢＭを用いて大断面掘削を行う場合
の不具合を示す正面図である。

【符号の説明】

２ 面板 ３ 異形断面掘削部 １９ スライドリング ２１ 掘削アーム ２２ カッタービット ３０ 刃口 ３２ バケット ４０ 小形面板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 博考 東京都港区港南２丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 三浦 正彦 東京都港区港南２丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 武田 邦夫 東京都港区港南２丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 近藤 由也 東京都港区港南２丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 Ｆターム(参考） 2D054 AB07 AC20 BA08 BA10 BA22 BA23 BB09 DA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 得ようとする異形断面に包含される円形
   断面を掘削するための面板と、該面板によって掘削され
   る円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するため
   の異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするトンネル
   ボーリングマシン。
2. 【請求項２】 前記異形断面掘削部は、前記面板の背部
   にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリング
   と、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付けら
   れ、かつ回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿っ
   て揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端に
   設けられたカッタービットとを備えたことを特徴とする
   請求項１に記載のトンネルボーリングマシン。
3. 【請求項３】 前記異形断面掘削部は、前記面板の背部
   に固定され、かつ得ようとする異形断面形状の外周形状
   に形成された刃口と、該刃口の背部両側に配置された掘
   削用のバケットとを備えたものであることを特徴とする
   請求項１に記載のトンネルボーリングマシン。
4. 【請求項４】 前記異形断面掘削部は、前記面板の左右
   両側に固定配置され、かつ該面板とともに俵形断面に掘
   削するための一対の小形面板と、該小形面板の背部にあ
   って、俵形断面の左右における断面不足箇所を掘削する
   掘削機構とを備えたものであることを特徴とする請求項
   １に記載のトンネルボーリングマシン。
5. 【請求項５】 前記異形断面掘削部は、面板の左右両側
   にあって、断面不足箇所の外周軌跡に沿って移動可能な
   一対の小形面板を備えたものであることを特徴とする請
   求項１に記載のトンネルボーリングマシン。