JP2007327246A - Tunnel excavator and tunnel excavation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スポークタイプのカッターヘッドを備えて巨礫地盤等を掘削可能なトンネル掘削機及びトンネル掘削工法に関する。 The present invention relates to a tunnel excavator and a tunnel excavation method that are provided with a spoke-type cutter head and can excavate boulder ground or the like.
一般に、巨礫を含む地盤を掘削するトンネル掘削機として、例えば面板タイプのカッターヘッドを装備した泥水又は土圧(泥土圧を含む)式シールド掘削機が良く知られている。 In general, a mud or earth pressure (including mud pressure) type shield excavator equipped with a face plate type cutter head is well known as a tunnel excavator for excavating ground including boulders.
これは、例えば直径1m程度の巨礫を含む地盤に遭遇した場合には、カッターヘッドの面板に装着されたディスクカッター(ローラーカッター等)で、排泥管又はスクリューコンベヤ等で排土可能な大きさに巨礫を破砕してから面板のスリットを通してカッターチャンバー内に取り込み、排泥管又はスクリューコンベヤ等で排土するようになっている。 For example, when encountering ground containing boulders with a diameter of about 1 m, this is a size that can be drained with a disk cutter (roller cutter, etc.) attached to the face plate of the cutter head using a drainage pipe or screw conveyor. After crushing the boulder, it is taken into the cutter chamber through a slit in the face plate and discharged with a mud pipe or screw conveyor.
また、特許文献1では、トンネル等の短距離の掘削を、合理的なコストで円滑に実施することを目的として、切羽を部分的に掘削する回転刃とそれを切羽の全域に移動する移動機構とを有する掘削機を装備し、切羽に面して泥水加圧の可能なチャンバーとそれに対する泥水の供給管および排出管を設けるとともに、チャンバーの下部の泥水排出口付近に破砕撹拌機を配備したシールド掘進機が開示されている。
In
しかしながら、上述した面板タイプのカッターヘッドを装備した泥水又は土圧(泥土圧を含む)式シールド掘削機にあっては、カッターチャンバー内の掘削土砂の取込量が面板のスリットで規制されることから、掘進速度が遅く、施工性が悪いという問題点があった。 However, in the muddy water or earth pressure (including mud pressure) type shield excavator equipped with the face plate type cutter head described above, the amount of excavated earth and sand in the cutter chamber must be regulated by the slit of the face plate. Therefore, there were problems that the excavation speed was slow and the workability was poor.
また、特許文献1に開示されたシールド掘進機にあっては、掘削するトンネル径に対し回転刃が極端に小さいことから、掘削能率が低く、これまた施工性が悪いという問題点があった。
Further, the shield machine disclosed in
そこで、本発明の目的は、スポークタイプのカッターヘッドを備えるにもかかわらず巨礫地盤にも円滑に対応することができる施工性の高いトンネル掘削機及びトンネル掘削工法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a tunnel excavator and a tunnel excavation method with high workability that can smoothly cope with a boulder ground despite having a spoke-type cutter head.
上記目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、スポークタイプのカッターヘッドで掘削した土砂をカッターチャンバー内に取り込んで排土装置により排土しながらトンネルを掘進するトンネル掘削機において、
前記カッターヘッドを掘削機本体の前部に回転可能でかつ掘進方向に移動可能に支持すると共に、
前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドに、同バルクヘッドと前記カッターヘッドとで挟み込んで固定した礫を破砕する削岩機を取り付けたことを特徴とする。
The tunnel excavator according to the present invention for achieving the above object is a tunnel excavator that excavates a tunnel while taking earth and sand excavated by a spoke-type cutter head into a cutter chamber and excavating the soil with an earth removing device.
The cutter head is supported at the front part of the excavator body so as to be rotatable and movable in the excavation direction,
A rock drill for crushing gravel sandwiched and fixed between the bulk head and the cutter head is attached to a bulk head that defines the cutter chamber with the cutter head.
また、スポークタイプのカッターヘッドで掘削した土砂をカッターチャンバー内に取り込んで排土装置により排土しながらトンネルを掘進するトンネル掘削機において、
前記カッターヘッドに設けられて前記カッターチャンバー内に取り込んだ土砂を攪拌する攪拌翼を伸縮可能とし、
前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドに、同バルクヘッドと前記攪拌翼とで挟み込んで固定した礫を破砕する削岩機を取り付けたことを特徴とする。
In addition, in a tunnel excavator that digs the tunnel while taking the earth and sand excavated with a spoke-type cutter head into the cutter chamber and excavating it with the earth removing device,
It is possible to expand and contract a stirring blade provided in the cutter head and stirring the earth and sand taken into the cutter chamber.
A rock drill for crushing gravel sandwiched between the bulk head and the stirring blade is fixed to a bulk head that defines the cutter chamber with the cutter head.
また、前記削岩機は、前記バルクヘッドに形成した土砂排出口の左右両側に位置して少なくとも2個設けられると共に、その各々の刃部が前記礫を指向して斜めに伸縮可能になっていることを特徴とする。 Further, the rock drill is provided at least two on both the left and right sides of the earth and sand discharge port formed in the bulkhead, and each blade portion can be extended and contracted obliquely toward the gravel. It is characterized by being.
上記目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削工法は、スポークタイプのカッターヘッドで掘削した土砂をカッターチャンバー内に取り込んで排土装置により排土しながらトンネルを掘進するトンネル掘削工法において、
前記カッターチャンバー内に排土不可能な大きさの礫を取り込んだ際に、前記カッターヘッドを後退させて、前記礫を前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドとで挟み込んだ後、前記バルクヘッドに取り付けた削岩機で前記礫を破砕して排土することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the tunnel excavation method according to the present invention is a tunnel excavation method in which earth and sand excavated by a spoke-type cutter head is taken into a cutter chamber and excavated through a tunnel while being excavated by a soil removal device.
When gravel having a size that cannot be discharged is taken into the cutter chamber, the cutter head is moved backward, and the gravel is sandwiched between the cutter head and a bulk head that defines the cutter chamber. Then, the gravel is crushed and discharged by a rock drill attached to the bulkhead.
また、スポークタイプのカッターヘッドで掘削した土砂をカッターチャンバー内に取り込んで排土装置により排土しながらトンネルを掘進するトンネル掘削工法において、
前記カッターチャンバー内に排土不可能な大きさの礫を取り込んだ際に、前記カッターヘッドに設けられてカッターチャンバー内に取り込んだ土砂を攪拌する攪拌翼を伸長させて、前記礫を前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドとで挟み込んだ後、前記バルクヘッドに取り付けた削岩機で前記礫を破砕して排土することを特徴とする。
In addition, in the tunnel excavation method that digs the tunnel while taking the earth and sand excavated with a spoke-type cutter head into the cutter chamber and excavating it with the earth removing device,
When gravel having a size that cannot be drained is taken into the cutter chamber, a stirring blade that is provided in the cutter head and stirs the earth and sand taken into the cutter chamber is extended to extend the gravel into the cutter head. And the gravel is crushed and discharged by a rock drill attached to the bulkhead.
本発明によれば、スポークタイプのカッターヘッドにより、掘削能率の向上と、掘削土砂の取込量の増大で掘進速度を速められると共に、カッターチャンバー内において排土不可能な大きさの礫を破砕するので、巨礫地盤に遭遇しても円滑に対応することができ、施工性が一段と高まる。 According to the present invention, the spoke-type cutter head increases the excavation efficiency by increasing the excavation efficiency and the amount of excavated earth and sand, and crushes gravel that cannot be discharged in the cutter chamber. Therefore, even if it encounters a boulder ground, it can respond smoothly and the workability is further enhanced.
以下、本発明に係るトンネル掘削機及びトンネル掘削工法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a tunnel excavator and a tunnel excavation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施例1を示すトンネル掘削機の正面図、図2は通常掘削時のトンネル掘削機の概略側断面図、図3は図2のA−A線断面図、図4は巨礫破砕時のトンネル掘削機の概略側断面図、図5は図4のB−B線断面図である。
1 is a front view of a tunnel
図1及び図2に示すように、泥土圧式シールド掘削機(トンネル掘削機)の筒状をなす掘削機本体1の隔壁(バルクヘッド)2には、カッターヘッド3が軸受等を介して回転自在に装着される。カッターヘッド3の前面にはその回転中心部から放射状をなして複数本(図示例では6本)のカッタースポーク4が固定される。各カッタースポーク4には、軟弱な地盤を掘削するカッタービット5が多数装着される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
また、カッターヘッド3の回転中心部にはフィッシュテールカッター6が装着される。さらに、所要本数(図示例では図中上下2本)のカッタースポーク4の先端には、長手方向(掘削機本体1の径方向)へ油圧ジャッキ等により伸縮(出没)可能に、コピーカッター7が装着される。そして、カッターヘッド3の後部にはリングギア8が固定される。
A
一方、前記隔壁2には、カッターヘッド駆動手段としてのカッター旋回モータ9が取り付けられ、このカッター旋回モータ9の駆動ギア10が前記リングギア8に噛み合っている。従って、カッター旋回モータ9を稼働して駆動ギア10を回転駆動すると、リングギア8を介してカッターヘッド3が回転される。また、隔壁2の中央部には、ロータリージョイント11が組み付けられ、このロータリージョイント11を介して前記コピーカッター7の油圧ジャッキ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。
On the other hand, a
そして、本実施例では、前記隔壁2が固定外周部2aと可動内周部2bとに分割形成され、可動内周部2bが固定外周部2aに対して複数本のスライドジャッキ12の伸縮により掘進方向へスライド(移動)可能になっている。この可動内周部2bに前記カッターヘッド3が回転可能に支持されると共に同カッターヘッド3を回転駆動するカッター旋回モータ9等が取り付けられる。
In this embodiment, the
従って、スライドジャッキ12が収縮してカッターヘッド3が掘削機本体1の前方へ前進(突出)した通常掘削時の状態(図2参照)から、スライドジャッキ12を伸長すると、カッターヘッド3は掘削機本体1内に向けて後退することになる(図3参照)。
Therefore, when the
前記掘削機本体1の内部にはスクリューコンベヤ13配設され、カッターヘッド3で掘削された土砂をトンネルの後方へ排土可能になっている。即ち、スクリューコンベヤ13の前端部(取出口)が隔壁2(厳密には固定外周部2a)の下部に形成した土砂排出口2cに連接されて前記カッターヘッド3と隔壁2とで画成されたカッターチャンバー14に開口すると共に、後下部に設けた排出口(図示せず)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ヤ上に対向するのである。
A
前記掘削機本体1の内周部には、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(図示せず)に対し伸縮し得る推進ジャッキ15が円周方向へ所定間隔離間して多数本配設される。
On the inner peripheral portion of the excavator
さらに、本実施例では、図3にも示すように、前記隔壁2(厳密には固定外周部2a)に、同隔壁2と前述したスライドジャッキ12の伸長により後退移動したカッターヘッド3(厳密にはカッタースポーク4)とで挟み込んで固定した礫(巨礫)Wを破砕する削岩機16が取り付けられる。この削岩機16は、前記隔壁2(厳密には固定外周部2a)に形成した土砂排出口2cの左右両側に位置して2個設けられると共に、その各々の刃部16bが土砂排出口2c(即ち、スクリューコンベヤ13)の直前に位置した前記礫(巨礫)Wを指向して複数本のジャッキ16aにより斜めに伸縮可能になっている。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the cutter head 3 (strictly moved to the partition wall 2 (strictly, the
従って、前記カッターチャンバー14内に取り込まれた礫(巨礫)Wは、例えばすり鉢の偏心した形状等のチャンバー内形状により、前記削岩機16により破砕可能な位置に導かれるようになっている。もちろん、土砂排出口2cの直前以外で削岩機16により破砕した礫(巨礫)Wを土砂排出口2cに導くようにしても良い。
Accordingly, the gravel (boulder) W taken into the
次に、上述した泥土圧式シールド掘削機によるトンネル構築作業について説明する。 Next, the tunnel construction work by the mud pressure shield excavator described above will be described.
先ず、通常掘削時は、全ての推進ジャッキ15が縮んだ初期位置で、カッター旋回モータ9を稼働させてカッターヘッド3を回転させる。
First, during normal excavation, the
次に、前記状態から全て又は任意の推進ジャッキ15を伸ばして掘削機本体1を1ストローク推進(前進)させる。この際、推進反力は既設セグメントで受ける。そして、この推進により、カッタースポーク4に装着されたビット5が前方の地盤を掘削する。掘削された土砂は加圧状態下にあるカッターチャンバー14からスクリューコンベヤ13及びベルトコンベヤ等によって外部に排出される。
Next, all or
次に、カッターヘッド3の旋回を止めた状態で、推進ジャッキ15を部分的に順次縮めて図示しないエレクタ及びセグメントアジャスタによりセグメントを組み立てると共にその真円保持を行う。
Next, in a state in which the turning of the
以降、前述した工程を繰り返して、所定長さのトンネルを掘削・形成していく。 Thereafter, the above-described steps are repeated to excavate and form a tunnel having a predetermined length.
そして、前述した掘削下で巨礫地盤に遭遇し、スクリューコンベヤ13で排土不可能な大きさの礫(巨礫)Wがカッタースポーク4間の空間からカッターチャンバー14内に取り込まれた際は(これは適宜の検出手段で検知する)、先ず、カッターヘッド3の回転を停止する。また、コピーカッター7が突出していれば、これをカッタースポーク4内に引っ込める。
Then, when the boulder ground is encountered under the excavation described above and the gravel (bulb) W having a size that cannot be discharged by the
次に、図4及び図5に示すように、スライドジャッキ12を伸長して可動内周部2bを固定外周部2aに対して後方にスライドさせると、当該可動内周部2bに支持されたカッターヘッド3が掘削機本体1内に後退する。
Next, as shown in FIGS. 4 and 5, when the
これにより、やがて礫(巨礫)Wは、土砂排出口2cの直前に位置してカッターヘッド3(厳密にはカッタースポーク4)と隔壁2(厳密には固定外周部2a)とで挟み込まれ、固定される。
As a result, the gravel (big boulder) W is eventually located between the cutter head 3 (strictly, the cutter spoke 4) and the partition wall 2 (strictly, the fixed outer
上記状態をスライドジャッキ12に内蔵したストロークセンサー(図示せず)等で検知したら、カッターヘッド3のそれ以上の後退を停止させるなどした後、削岩機16を作動させて礫(巨礫)Wを破砕する。
If the above state is detected by a stroke sensor (not shown) built in the
これにより、礫(巨礫)Wは排土可能な大きさまで破砕されてスクリューコンベヤ13で排土される。
Thereby, the gravel (big gravel) W is crushed to a size capable of being discharged and discharged by the
このようにして、カッターチャンバー14内の礫(巨礫)Wが排土されたら、スライドジャッキ12を収縮してカッターヘッド3を掘削機本体1の前方へ前進させ(図2参照)、前述した掘削工程を繰り返して、所定長さのトンネルを掘削・形成していけば良い。
When the gravel (boulder) W in the
このように本実施例では、カッタースポーク4からなるカッターヘッド3を装備するので、掘削能率の向上と、掘削土砂の取込量の増大で掘進速度が速められる。また、巨礫地盤と遭遇した場合には、排土不可能な大きさの礫(巨礫)Wをカッターチャンバー14内に取り込んで、削岩機16により破砕するので、巨礫地盤に遭遇しても円滑に対応することができる。これらの結果、施工性が一段と高まる。
Thus, in this embodiment, since the
図6は本発明の実施例2を示す巨礫破砕時のトンネル掘削機の概略側断面図、図7は異なった作用状態を示す図6のC−C線断面図である。 FIG. 6 is a schematic sectional side view of the tunnel excavator at the time of boulder crushing showing Example 2 of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line CC in FIG.
これは、実施例1におけるカッターヘッド3を掘進方向にスライド可能にする代わりに、カッターヘッド3に設けられた攪拌翼(棒)17を伸縮可能とし、カッターチャンバー14内に取り込んだ礫(巨礫)Wをジャッキ17aの伸長により後方に向けた突出された伸縮部17b先端と隔壁2とで挟み込んで固定するようにした例である(図7の(a)→図7の(b)参照)。
Instead of making the
図6中18はカッターヘッド3に設けられた伸縮不能の攪拌翼(棒)で、19は隔壁2に設けられた固定翼(棒)である。その他の構成は実施例1と同様なので、図1〜図5と同一部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
In FIG. 6, 18 is a non-stretchable stirring blade (bar) provided on the
この実施例によるも、実施例1と同様の作用・効果が得られる。
Also according to this embodiment, the same actions and effects as those of
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機に限らず、土圧式シールド掘削機や泥水式シールド掘削機機等のトンネル掘削機にも適用することができる。 The tunnel excavator according to the present invention can be applied not only to a mud pressure shield excavator but also to a tunnel excavator such as an earth pressure shield excavator and a mud shield excavator.
1 掘削機本体
2 隔壁
2a 固定外周部
2b 可動内周部
2c 土砂排出口
3 カッターヘッド
4 カッタースポーク
5 カッタービット
6 フィッシュテールカッター
7 コピーカッター
8 リングギア
9 カッター旋回モータ
10 駆動ギア
11 ロータリージョイント
12 スライドジャッキ
13 スクリューコンベヤ
14 カッターチャンバー
15 推進ジャッキ
16 削岩機
16a ジャッキ
16b 刃部
17 攪拌翼
17a ジャッキ
17b 伸縮部
18,19 固定攪拌翼
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記カッターヘッドを掘削機本体の前部に回転可能でかつ掘進方向に移動可能に支持すると共に、
前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドに、同バルクヘッドと前記カッターヘッドとで挟み込んで固定した礫を破砕する削岩機を取り付けたことを特徴とするトンネル掘削機。 In the tunnel excavator that digs the tunnel while taking the earth and sand excavated by the spoke type cutter head into the cutter chamber and discharging it with the earth removing device,
The cutter head is supported at the front part of the excavator body so as to be rotatable and movable in the excavation direction,
A tunnel excavator characterized in that a rock drill for crushing gravel sandwiched and fixed between the bulk head and the cutter head is attached to a bulk head that defines the cutter chamber with the cutter head.
前記カッターヘッドに設けられて前記カッターチャンバー内に取り込んだ土砂を攪拌する攪拌翼を伸縮可能とし、
前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドに、同バルクヘッドと前記攪拌翼とで挟み込んで固定した礫を破砕する削岩機を取り付けたことを特徴とするトンネル掘削機。 In the tunnel excavator that digs the tunnel while taking the earth and sand excavated by the spoke type cutter head into the cutter chamber and discharging it with the earth removing device,
It is possible to expand and contract a stirring blade provided in the cutter head and stirring the earth and sand taken into the cutter chamber.
A tunnel excavator characterized in that a rock drill for crushing gravel sandwiched between the bulk head and the stirring blade is attached to a bulk head that defines the cutter chamber with the cutter head.
前記カッターチャンバー内に排土不可能な大きさの礫を取り込んだ際に、前記カッターヘッドを後退させて、前記礫を前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドとで挟み込んだ後、前記バルクヘッドに取り付けた削岩機で前記礫を破砕して排土することを特徴とするトンネル掘削工法。 In the tunnel excavation method in which earth and sand excavated with a spoke-type cutter head is taken into the cutter chamber and excavated through the tunnel while being excavated by the earth removing device,
When gravel having a size that cannot be discharged is taken into the cutter chamber, the cutter head is moved backward, and the gravel is sandwiched between the cutter head and a bulk head that defines the cutter chamber. Then, the tunnel excavation method characterized by crushing the gravel with a rock drill attached to the bulkhead and discharging the soil.
前記カッターチャンバー内に排土不可能な大きさの礫を取り込んだ際に、前記カッターヘッドに設けられてカッターチャンバー内に取り込んだ土砂を攪拌する攪拌翼を伸長させて、前記礫を前記カッターヘッドとの間で前記カッターチャンバーを画成するバルクヘッドとで挟み込んだ後、前記バルクヘッドに取り付けた削岩機で前記礫を破砕して排土することを特徴とするトンネル掘削工法。 In the tunnel excavation method in which earth and sand excavated with a spoke-type cutter head is taken into the cutter chamber and excavated through the tunnel while being excavated by the earth removing device,
When gravel having a size that cannot be drained is taken into the cutter chamber, a stirring blade that is provided in the cutter head and stirs the earth and sand taken into the cutter chamber is extended to extend the gravel into the cutter head. A tunnel excavation method characterized in that the gravel is crushed and discharged by a rock drill attached to the bulkhead after being sandwiched between a bulkhead that defines the cutter chamber between the two.
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