JP2003278489A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、裏込め材の注入通
路の閉塞を防止してトンネル工事の効率化を図る。 【解決手段】 裏込め注入装置３４にて、後胴１３の板
厚内に掘進方向に沿った注入通路３５，３６を周方向に
ほぼ均等間隔で複数形成し、各注入通路３５，３６の基
端部に連結管３７，４１を介して開閉操作弁３８，４
２、送出ポンプ３９，４３、貯溜タンク４０，４４を連
結する一方、先端部を後胴１３の後端面に開口してテー
ルボイドＢに連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルボーリン
グマシンやシールドマシンなどのトンネル掘削機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シールド掘削機は、円筒形状を
なす掘削機本体の前部に円盤形状をなすカッタヘッドが
駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにカッタビ
ットが多数取付けられる一方、後部には掘削機本体を前
進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、
既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレク
タ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘ
ッドを回転させながらシールドジャッキを伸長させる
と、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が
前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネ
ルを形成することができる。

【０００３】また、トンネル掘削工事では、回転するカ
ッタヘッドが地盤を掘削してトンネルを形成し、エレク
タ装置がこのトンネルの内壁面にセグメントをリング状
に組み付けてトンネルを構築していくが、セグメントは
掘削機本体の内側で組み立てるために既設トンネルの内
壁面とリング状の既設セグメントの外周面との間に空間
部、つまりテールボイドが発生する。そのため、掘削機
本体の後部には裏込め注入装置が設けられており、この
裏込め注入装置によりこのテールボイドにモルタルやコ
ンクリートなどの裏込め材を充填し、地山の緩みと沈下
を防止して既設セグメントを早期に安定させるようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、トン
ネル掘削に伴ってトンネルの内壁面に沿ってセグメント
が組み付けられ、テールボイドに裏込め材が充填されて
トンネルが構築される。この裏込め材は、一般に、２種
類の液（例えば、セメントと水ガラス）からなり、２種
類の液をそれぞれの注入管により送給し、直前で混合し
てからその混合液をテールボイドに注入することで、早
期に固化させて既設セグメントの安定化を図っている。
ところが、２種類の液を混合してから注入するまでの配
管内に混合液が残存した場合には、混合液（裏込め材）
がこの配管内で固化してしまい、配管を閉塞してしまう
という問題がある。そのため、配管から混合液を注入し
た後に配管内に洗浄液を流して残留した混合液を排出す
るようにしており、この洗浄作業のために作業工数が増
加して作業能率が低下してしまうと共に作業コストが増
加してしまっている。

【０００５】また、２種類の液を注入するための注入管
は途中で両液を混合して混合液として配管を通してテー
ルボイドに注入することから、混合液の固化による配管
の閉塞をできるだけ防止するために、配管径を大きく設
定している。そのため、注入管及び配管を掘削機本体の
板厚内に形成することができず、掘削機本体の外周部の
突出部を掘進方向に沿って形成し、この突出部内に注入
管及び配管を形成している。すると、掘削作業時に、掘
削機本体の外周部に突出する突出部（注入管及び配管）
が掘削壁面に接触して抵抗となり、掘削機本体の推進力
が減少して掘削能力が低下してしまうという問題があ
る。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、裏込め材の注入通路の閉塞を防止してトンネル
工事の効率化を図ったトンネル掘削機を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機
本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前
記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタ
ヘッドと、トンネル内壁面に沿って覆工部材をリング状
に組立てるエレクタ装置と、前記掘削機本体側からトン
ネル内壁面と既設の覆工部材の外壁面との空間部に裏込
め材を注入する裏込め注入装置とを具え、該裏込め注入
装置は、前記裏込め材としての固化材並びに急結剤を注
入する２種類の注入通路を有し、該２種類の注入通路が
前記掘削機本体の後端部に開口したことを特徴とするも
のである。

【０００８】従って、裏込め注入装置から供給された固
化材と急結剤とそれぞれの注入通路を通って掘削機本体
の後端開口からテールボイドに注入されることとなる。
この場合、２種類の注入通路及びその開口は、掘削機本
体の周方向に沿って複数形成することが好ましく、その
配置は、掘削機本体の上部のみあるいは全周に設けても
よく、２種類の注入通路の開口を接近してまたは均等間
隔にしてもよい。

【０００９】また、請求項２の発明のトンネル掘削機で
は、前記２種類の注入通路は、前記掘削機本体の板厚内
に形成され、記掘削機本体の後端面に開口したことを特
徴としている。

【００１０】また、請求項３の発明のトンネル掘削機で
は、前記掘削機本体の後端部に開口した前記２種類の注
入通路の開口部は、該掘削機本体の周方向に沿ってほぼ
等間隔で交互に設けられたことを特徴としている。

【００１１】また、請求項４の発明のトンネル掘削機で
は、前記掘削機本体の後端部に開口した前記２種類の注
入通路の開口部は、一組の注入通路が該掘削機本体の周
方向に沿ってほぼ等間隔で設けられたことを特徴として
いる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１に本発明の第１実施形態に係るトンネ
ル掘削機の概略断面、図２に裏込め注入開口の形成位置
を表すトンネル掘削機の背面視、図３に図２のIII−III
断面を示す。

【００１４】本実施形態のトンネル掘削機において、図
１に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなす前胴
１２と後胴１３とが球面軸受１４によって屈曲自在に連
結され、複数の中折れジャッキ１５によって屈曲可能と
なっている。この掘削機本体１１の前胴１２の前部には
軸受１６によってカッタヘッド１７が回転自在に装着さ
れている。このカッタヘッド１７は、放射状に設けられ
た複数のカッタスポーク１８を有し、このカッタスポー
ク１８に多数のカッタビット１９が装着されている。

【００１５】一方、このカッタヘッド１７の後部にはリ
ングギア２０が固定される一方、前胴１２にはカッタ旋
回モータ２１が取付けられ、この旋回モータ２１の駆動
ギア２２がこのリングギア２０に噛み合っている。従っ
て、旋回モータ２１を駆動して駆動ギア２２を回転駆動
すると、リングギア２０を介してカッタヘッド１７を回
転することができる。

【００１６】また、前胴１２にはカッタヘッド１７の後
方に位置してバルクヘッド２３が取付けられており、カ
ッタヘッド１７とこのバルクヘッド２３との間にチャン
バ２４が形成されている。そして、このチャンバ２４に
は一端がトンネル掘削機の外部に延設された送泥管２５
及び排泥管２６の他端が開口しており、排泥管２６の開
口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するア
ジテータ２７が装着されている。

【００１７】更に、掘削機本体１１の後胴１３の前部に
はシールドジャッキ２８が周方向に沿って複数並設され
ており、このシールドジャッキ２８を掘進方向後方に伸
長してスプレッダ２９を既設セグメントＳに押し付ける
ことで、その反力により掘削機本体１１を前進すること
ができる。また、この後胴１３には支持部材３０によっ
て旋回リング３１が旋回自在に支持され、駆動モータ３
２により旋回可能となっており、この旋回リング３１に
セグメントＳを組立てるエレクタ装置３３が装着されて
いる。

【００１８】また、掘削機本体１１の後胴１３の外周部
には既設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外壁面
との間のテールボイドＢに裏込め材を注入する裏込め注
入装置３４が設けられている。本実施形態では、裏込め
材としては、Ａ液として固化材（セメント系、スラグ
系）に助材（粘土鉱物）及び水の混合材、Ｂ液として急
結剤（水ガラス系）を用い、このＡ液とＢ液を別々に圧
送してテールボイドＢに吐出することで、このテールボ
イドＢで混合して固化させるようにしている。

【００１９】そのため、この裏込め注入装置３４にて、
図１乃至図３に示すように、後胴１３の板厚内に掘進方
向に沿った注入通路３５，３６が周方向にほぼ均等間隔
で複数形成されている。そして、一方の注入通路３５は
基端部が連結管３７を介して前胴１２に延出され、開閉
操作弁３８、送出ポンプ３９、Ａ液貯溜タンク４０が連
結され、他方の注入通路３６の基端部が連結管４１を介
して前胴１２に延出され、開閉操作弁４２、送出ポンプ
４３、Ｂ液貯溜タンク４４が連結されている。また、各
注入通路３５，３６の先端部は後胴１３の後端面に開口
し、テールボイドＢに連通している。

【００２０】なお、後胴１３の後端部の内周面には周方
向に沿ってテールシール（ブラシシール）４５が装着さ
れ、既設セグメントＳの外周面に摺接して掘削機本体１
１内への泥水や泥土の浸入を防止しており、その後方で
あって、既設トンネルの内壁面と既設セグメントＳの外
壁面との間の空間部がテールボイドＢであり、このテー
ルボイドＢに裏込め注入装置３４の注入通路３５，３６
の先端部が開口している。

【００２１】従って、開閉操作弁３８を開放して送出ポ
ンプ３９を駆動することで、Ａ液貯溜タンク４０内のＡ
液を注入通路３５を通してテールボイドＢに注入するこ
とができる一方、開閉操作弁４２を開放して送出ポンプ
４３を駆動することで、Ｂ液貯溜タンク４４内のＢ液を
注入通路３６を通してテールボイドＢに注入することが
できる。この場合、開閉操作弁３８，４２の開度あるい
は送出ポンプ３９，４３の出力を調整し、Ａ液とＢ液の
混合割合を所定の混合比に調整することで、Ａ液とＢ液
をテールボイドＢ内で適正に割合して急速にゲル化させ
て固化し、地山の緩みや沈下を防止して既設セグメント
を早期に安定させることができる。

【００２２】ここで、このように構成された本実施形態
のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業について説明
する。

【００２３】まず、カッタ旋回モータ２１によりカッタ
ヘッド１７を回転させながら、複数のシールドジャッキ
２８を伸長してスプレッダ２９を既設セグメントＳへ押
し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させ
る。すると、カッタヘッド１７のカッタビット１９が前
方の地盤を掘削し、掘削土砂がチャンバ２４内に取り込
まれ、送泥管２５から供給された送水とアジテータ２７
により混合され、排泥管２６によって外部に排出され
る。次に、エレクタ装置３３では、既設トンネル内に搬
入されたセグメントＳを把持してトンネル内壁面に沿っ
て移動し、把持したセグメントＳを所定の位置に固定
し、リング状に組み立てていく。

【００２４】このエレクタ装置３３によるセグメントＳ
の組立に並行して、裏込め注入装置３４では、各注入通
路３５，３６の先端開口から裏込め材としてのＡ液とＢ
液を吐出し、このＡ液とＢ液をテールボイドで混合して
充填する。従って、テールボイドに充填された裏込め材
（Ａ液とＢ液）が早期に固化することで、地山の緩みや
沈下が防止されて既設セグメントＳを早期に安定させる
ことができる。この場合、Ａ液とＢ液は混合することで
固化するものであるため、各液が対応する注入通路３
５，３６内に残存したとしても、この注入通路３５，３
６内で直ちに固化して閉塞させてしまうことはない。そ
のため、洗浄作業等がほとんど不要となり、この洗浄作
業のために作業工数を低減して作業能率を向上すること
ができると共に作業コストを減少することができる。ま
た、各液は単独で固化することはなく通路径を大きくす
る必要がないため、注入通路３５，３６を掘削機本体１
１の板厚内に形成することができ、掘削機本体１１の外
周部に突出部を形成する必要がなくなって掘削機本体１
１の推進力を適正に確保することができる。

【００２５】このように本実施形態のトンネル掘削機に
あっては、裏込め注入装置３４にて、後胴１３の板厚内
に掘進方向に沿った注入通路３５，３６を周方向にほぼ
均等間隔で複数形成し、各注入通路３５，３６の基端部
に連結管３７，４１を介して開閉操作弁３８，４２、送
出ポンプ３９，４３、貯溜タンク４０，４４を連結する
一方、先端部を後胴１３の後端面に開口してテールボイ
ドＢに連通している。

【００２６】従って、各注入通路３５，３６により裏込
め材としてのＡ液とＢ液を別々に吐出し、このＡ液とＢ
液をテールボイドで混合することで、テールボイドに充
填された裏込め材（Ａ液とＢ液）が早期に固化すること
で、地山の緩みや沈下を防止して既設セグメントＳを早
期に安定させることができる。そして、このＡ液とＢ液
は単独で固化しないため、各液が注入通路３５，３６に
残存して固化して閉塞させてしまうことはなく、洗浄作
業等を不要として作業能率を向上すると共に作業コスト
を減少することができる。また、各注入通路３５，３６
を掘削機本体１１の板厚内に形成して後端面に開口する
ことで、掘削機本体１１の外周部に突出部を形成する必
要がなくなり、掘削機本体１１は適正な推進力で掘進
し、確実にトンネルを構築することができる。

【００２７】なお、上述の実施形態の裏込め注入装置３
４にて、後胴１３の板厚内に注入通路３５，３６を周方
向にほぼ均等間隔で複数形成したが、この注入通路３
５，３６の配置はこれに限定されるものではない。図４
に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機にて裏込
め注入開口の形成位置を表すトンネル掘削機の背面視を
示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の
機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明
は省略する。

【００２８】本実施形態では、Ａ液のための注入通路３
５とＢ液のための注入通路３６を接近して形成し、これ
を一組として後胴１３の板厚内に周方向にほぼ均等間隔
で複数組形成されている。従って、Ａ液を注入通路３５
を通してテールボイドＢに注入すると共に、Ｂ液を注入
通路３６を通してテールボイドＢに注入することで、Ａ
液とＢ液を所定の混合割合で早期に混合することがで
き、テールボイドＢ内でのＡ液とＢ液のゲル化を促進し
て早期に固化し、地山の緩みや沈下を確実に防止して既
設セグメントを早期に安定させることができる。

【００２９】また、２種類の注入通路３５，３６及びそ
の開口を、掘削機本体１１の全周に複数均等間隔で形成
したが、掘削機本体１１の一部（例えば、上部）のみに
設けてもよく、均等間隔でなくてもよく、更に、２種類
の注入通路３５，３６を交互に配置しなくてもよい。

【００３０】そして、本発明のトンネル掘削機は、シー
ルド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用すること
ができる。

【００３１】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、筒状
の掘削機本体を推進ジャッキにより前進可能とし、掘削
機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッドを装着する
と共に、既設トンネルの壁面に沿って覆工部材をリング
状に組立てるエレクタ装置と、掘削機本体側からトンネ
ル内壁面と既設の覆工部材の外壁面との空間部に裏込め
材を注入する裏込め注入装置を設け、裏込め材としての
固化材並びに急結剤を注入する２種類の注入通路を掘削
機本体の後端部に開口したので、各注入通路により固化
材と急結剤を別々に吐出してテールボイドで混合するこ
とで、テールボイドに充填された裏込め材が早期に固化
することで、地山の緩みや沈下を防止して既設セグメン
トを早期に安定させることができ、また、この固化材並
びに急結剤は単独で固化しないため、各液が注入通路に
残存しても固化して閉塞させてしまうことはなく、洗浄
作業等を不要として作業能率を向上すると共に作業コス
トを減少することができ、その結果、トンネル工事の効
率化を図ることができる。

【００３２】請求項２の発明のトンネル掘削機によれ
ば、２種類の注入通路を掘削機本体の板厚内に形成して
後端面に開口したので、掘削機本体の外周部に突出部を
形成する必要がなくなり、掘削機本体は適正な推進力で
掘進し、確実にトンネルを構築することができる。

【００３３】請求項３の発明のトンネル掘削機によれ
ば、掘削機本体の後端部に開口した２種類の注入通路の
開口部を、掘削機本体の周方向に沿ってほぼ等間隔で交
互に設けたので、固化材と急結剤をテールボイドに均等
に注入することで、両液が適正に混合することとなり、
テールボイド内で裏込め材を確実に固化して地山の緩み
や沈下を防止することができる。

【００３４】請求項４の発明のトンネル掘削機によれ
ば、掘削機本体の後端部に開口した２種類の注入通路の
開口部を、一組の注入通路を掘削機本体の周方向に沿っ
てほぼ等間隔で設けたので、固化材と急結剤をテールボ
イドで早期に混合することができ、テールボイド内での
裏込め材のゲル化を促進して早期に固化し、地山の緩み
や沈下を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の
概略断面図である。

【図２】裏込め注入開口の形成位置を表すトンネル掘削
機の背面図である。

【図３】図２のIII−III断面図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機に
て裏込め注入開口の形成位置を表すトンネル掘削機の背
面図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １７ カッタヘッド ２１ カッタ旋回モータ ２８ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ３３ エレクタ装置 ３４ 裏込め注入装置 ３５，３６ 注入通路 ３７，４１ 連結管 ３８，４２ 開閉操作弁 ３９，４３ 送出ポンプ ４０，４４ 貯溜タンク Ｓ セグメント Ｂ テールボイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 繁 修二 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 Ｆターム(参考） 2D055 JA02 JA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
   進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動
   回転可能に装着されたカッタヘッドと、トンネル内壁面
   に沿って覆工部材をリング状に組立てるエレクタ装置
   と、前記掘削機本体側からトンネル内壁面と既設の覆工
   部材の外壁面との空間部に裏込め材を注入する裏込め注
   入装置とを具え、該裏込め注入装置は、前記裏込め材と
   しての固化材並びに急結剤を注入する２種類の注入通路
   を有し、該２種類の注入通路が前記掘削機本体の後端部
   に開口したことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記２種類の注入通路は、前記掘削機本体の板厚内
   に形成され、記掘削機本体の後端面に開口したことを特
   徴とするトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記掘削機本体の後端部に開口した前記２種類の注
   入通路の開口部は、該掘削機本体の周方向に沿ってほぼ
   等間隔で交互に設けられたことを特徴とするトンネル掘
   削機。
4. 【請求項４】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記掘削機本体の後端部に開口した前記２種類の注
   入通路の開口部は、一組の注入通路が該掘削機本体の周
   方向に沿ってほぼ等間隔で設けられたことを特徴とする
   トンネル掘削機。