JP2009013582A - 開放型トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トンネル掘削機1は、筒状をなす外殻スキンプレート2と、外殻スキンプレート2内に独立してトンネル軸方向に進退可能に設けた複数台の小断面掘削機10とを備えている。小断面掘削機10は、小断面スキンプレート11と、その小断面スキンプレート11の切羽側開口部10aに開閉可能に設けた開閉蓋14と、小断面スキンプレート11の内側でトンネル軸方向に進退可能に設けられるとともに開閉蓋14が開いた状態で開放された切羽側開口部10aより切羽の地山を掘削するための掘削機構20とを有している。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2は、掘削される矩形断面の全面にわたって正面視で略正方形をなす複数台のシールド掘進機を上下方向及び横方向に配置させ、これら複数のシールド掘進機を同時に掘進させて矩形断面を一度に掘削することが可能な密閉型のシールド機について開示したものである。
また、矩形断面を掘削するための複数台のシールド機は、それぞれ略正方形状の断面を掘削することになるため、カッタの回転により掘削可能な円形断面形状より外側の部分(つまり、カッタの回転のみで掘削できない矩形断面の四隅の部分)を掘削する必要があった。そのため、例えばカッタスポークやコピーカッタなどを四隅部の位置で伸縮させるといった特殊な機構が用いられることになり、カッタの構造やその制御方法が複雑となることから、コストが増大するといった問題があった。
また、本発明に係るトンネル掘削方法では、筒状をなす外殻体内に独立してトンネル軸方向に進退可能に設けた複数台の小断面掘削機を備えた開放型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、複数台のうち少なくとも1つの小断面掘削機を、その切羽側開口部に開閉可能に設けた蓋部材を開くことにより小断面掘削状態とし、小断面掘削機の筒状体を前進させるとともに、切羽側開口部より切羽の地山を掘削する小断面掘削工程と、他の小断面掘削機のそれぞれの蓋部材を閉じることにより筒状体内を切羽に対して密閉して小断面掘削停止状態とする小断面掘削停止工程とを有することを特徴としている。
本発明では、複数台のうち例えば1台の小断面掘削機の蓋部材を開いて切羽側開口部を開放して小断面掘削状態するとともに、その他の小断面掘削機は蓋部材を閉めて筒状体内を密閉して小断面掘削停止状態としてから、小断面掘削状態の小断面掘削機を推進させつつ、切羽側開口部より切羽の地山を掘削することができる。このように、トンネル断面の一部の断面のみを開放して掘削することができ、他の部分の断面は蓋部材を閉じることで筒状体内が密閉状態となることから、開放される面積を小さくすることができる。そのため、掘削時の切羽を安定させることができ、掘削による地山の緩みがなくなり、浅い深度のトンネルであっても地表面への影響を小さくすることができる。したがって、地表面沈下を発生させないようにして掘削することができる。
また、本発明に係るトンネル掘削方法では、小断面掘削機が小断面掘削停止状態のときに、閉じた状態の蓋部材によって切羽を押圧させることが好ましい。
本発明では、小断面掘削機を小断面掘削停止状態とするときに、閉じた状態の蓋部材によって切羽の土水圧に対応する圧力で切羽を押さえることで、切羽の地山を安定させることでができる。
本発明では、小断面掘削状態の小断面掘削機を推進させつつ、切羽側開口部に例えばショベルなどの掘削機構を前進させ、切羽の地山を掘削することができる。
本発明では、小断面掘削停止状態とされる他の小断面掘削機についても順次、小断面掘削状態として掘進させ、複数台すべての小断面掘削機を掘進させることで、外殻体によって形成されるトンネル断面の掘削を行い、その後、外殻体を前進させ、再び複数台の小断面掘削機を順次掘進させることができる。
さらに、小断面掘削機が例えば正方形状の断面であっても、回転駆動による複雑な機構のカッタを用いることがないことから、コストの低減を図ることができる。
図1は本発明の実施の形態によるトンネル掘削機の全体概要を示す側面図、図2は図1にトンネル掘削機の正面図、図3はトンネル掘削機を上からみた図であって、ショベルによる小断面掘削状態を示す図、図4は同じく小断面掘削停止状態を示す図、図5(a)〜(d)はトンネル掘削機における掘進工程を示す図、図6(a)、(b)は開閉蓋によって切羽を押さえる方法を示す図である。
ここで、以下の説明では、トンネルの掘削方向を「前方」、「前端」とし、その反対方向を「後方」、「後端」とする。
このトンネル掘削機1の矩形断面は、図2に示す正面視で横方向が縦方向より大きい矩形をなしている。そして、トンネル掘削機1の後方で組み立てられるセグメント形状も、掘削されたトンネルの矩形断面とほぼ同形状をなしている。
つまり、小断面掘削機10は、上下方向に2段で配置され、上段に3台の小断面掘削機10A,10B、10Cが並列配置され、その下段に上段より後方に位置して3台の小断面掘削機10D、10E、10Fが並列配置されている。
また、隣り合う小断面掘削機10A〜10F同士は、鋼板などからなる内部仕切り壁4によって上下方向及び横方向が仕切られている。すなわち、小断面掘削機10は、外殻スキンプレート2及び内部仕切り壁4に対してトンネル軸方向に進退可能に設けられている。内部仕切り壁4は、交差する内部仕切り壁4同士、及び外殻スキンプレート2に溶接などの固着手段によって固定されている。
なお、外殻スキンプレート2の内部にはセグメントSの組み立てに使用するためのエレクタ装置(図示省略)が備えられている他、トンネル掘削に必要な装置類や補機類が備えられているものとされる。
刃口17は、切羽外周側が刃先(頂部17a)となるように小断面スキンプレート11の内側から外側に向けて傾斜する傾斜面を有している。
ショベル22は、ブーム22aとバケット22bとからなり、シリンダによって小断面掘削機10の断面範囲を掘削及び掘削土砂の積み込み行えるように任意に動かすことができるようになっている。
先ず、図5(a)に示すように、複数台のうち1つの小断面掘削機10(例えばこれを符号10Aとする)の開閉蓋14を開いた状態(開閉蓋14の側面を小断面スキンプレート11側に寄せた位置)とし、小断面掘削機10Aの切羽側開口部10aを開放する(この状態を「小断面掘削状態」という)。そして、他の小断面掘削機10B〜10F(図2参照)は、それぞれ開閉蓋14を閉じた状態とし、切羽側開口部10aを閉塞して各小断面掘削機10B〜10Fの内部を密閉する(この状態を「小断面掘削停止状態」という)。なお、小断面掘削停止状態となる小断面掘削機10B〜10Fでは、閉じた状態の開閉蓋14によって切羽の土水圧に対応する圧力で切羽を押さえ、切羽の地山が安定された状態となっている(詳しくは後述する、図6(a)、(b)参照。)。
つまり、この状態において、図2に示すように、本トンネル掘削機1の矩形断面のうち1つの小断面掘削機10Aのみが開放された状態となっている。
具体的には、図6(a)に示すように開閉蓋14を閉めた後に、図6(b)に示すように小断面掘削機10Aの小断面スキンプレート11を推進ジャッキ13によって前進させ、閉じた状態の開閉蓋14によって切羽の土水圧をに対応する圧力で切羽を押さえて、切羽の地山を安定させるようにする。なお、このときの圧力管理は、推進ジャッキ13(本発明の「押圧手段」に相当する)の圧力で管理することができる。
さらに、小断面掘削機10が正方形状の断面であっても、回転駆動による複雑な機構のカッタを用いることがないことから、コストの低減を図ることができる。
図7は本実施の形態の第一変形例による開閉蓋によって切羽を押さえる方法を示す図、図8は図7に示す密閉袋の設置状態の拡大図、図9は第二変形例による開閉蓋によって切羽を押さえる方法を示す図である。
なお、密閉袋31は複数であることに限定されることはなく、開閉蓋14の切羽側面14a全面にわたって設けられる1つの密閉袋31であってもかまわない。また、当接板33が固定されていないものであってもよい。
例えば、本実施の形態では小断面掘削機10A〜10Fの順番で掘進させているがこれに限定されることはなく、どのような順番であってもかまわない。
また、小断面掘削機10を1台つずつ開放して小断面掘削状態として掘進する方法としているが、これに制限されることはなく、例えば2台の小断面掘削機10を同時に掘進させたり、或いは上段に配置される小断面掘削機10A〜10Cを同時に開放して掘削するようにしてもかまわない。要は、小断面掘削機10の切羽側開口部10aを開放して掘削するため、切羽に崩落が生じて地山が安定しなくなり、それが地表面に影響するといったことがないように少なくとも1台の小断面掘削機10を小断面掘削停止状態にしつつ、他の小断面掘削機10を小断面掘削状態にして掘削できればよいのである。
2 外殻スキンプレート(外殻体)
3 シールドジャッキ
4 内部仕切り壁
10、10A〜10F 小断面掘削機
10a 切羽側開口部
11 小断面スキンプレート(筒状体)
12 掘削機本体
13 推進ジャッキ
14 開閉蓋(蓋部材)
17 刃口
20 掘削機構
22 ショベル
31 密閉袋
35 注入孔
36 固化材
S セグメント
Claims (6)
- 筒状をなす外殻体と、
前記外殻体内に独立してトンネル軸方向に進退可能に設けた複数台の小断面掘削機と、
を備え、
前記小断面掘削機は、筒状体と、その筒状体の切羽側開口部に開閉可能に設けた蓋部材とを有してなり、
前記蓋部材が開いた状態で開放された前記切羽側開口部より切羽の地山を掘削するように構成されていることを特徴とする開放型トンネル掘削機。 - 前記蓋部材には、前記切羽を押圧する押圧手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の開放型トンネル掘削機。
- 前記筒状体の内側には、トンネル軸方向に進退可能に設けられて前記切羽の地山を掘削するための掘削機構が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の開放型トンネル掘削機。
- 筒状をなす外殻体内に独立してトンネル軸方向に進退可能に設けた複数台の小断面掘削機を備えた開放型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
複数台のうち少なくとも1つの小断面掘削機を、その切羽側開口部に開閉可能に設けた蓋部材を開くことにより小断面掘削状態とし、前記小断面掘削機の筒状体を前進させるとともに、前記切羽側開口部より切羽の地山を掘削する小断面掘削工程と、
他の小断面掘削機のそれぞれの蓋部材を閉じることにより前記筒状体内を切羽に対して密閉して小断面掘削停止状態とする小断面掘削停止工程と、
を有することを特徴とするトンネル掘削方法。 - 前記複数台すべての小断面掘削機において、前記小断面掘削工程による掘削を行ったのちに、前記外殻体を前進させることを特徴とする請求項4に記載のトンネル掘削方法。
- 前記小断面掘削機が前記小断面掘削停止状態のときに、閉じた状態の前記蓋部材によって切羽を押圧させることを特徴とする請求項4又は5に記載のトンネル掘削方法。
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