JP2009102898A - 開放型トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 - Google Patents
開放型トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】開放型のトンネル掘削機1は、トンネル断面を複数の小断面掘削区画1A、1B、1C、1Dに分割させてなる外殻体2と、小断面掘削区画1A〜1Dの切羽側の開口を開閉させる開閉蓋3と、開閉蓋3の前面3bに設けられていて、切羽を押圧した状態を維持しつつ外殻体2を推進可能とするエアバック4とを備えている。エアバック4は、内部に空気を流入させることで膨張可能であり、内部が所定圧以上となったときにリリーフ弁によって内部の空気を抜いて減圧させる構造になっている。
【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掘削機について開示したものである。
そして、トンネル掘削機は、小断面掘削区画のそれぞれに開閉蓋を設け、その開閉蓋の前面に例えば膨張袋体などの押圧手段を設けるだけの簡単な構造であり、土水圧や排土量などを管理する機構や矩形断面とした場合のカッタ機構などの複雑な機構を備えた密閉型のシールド掘進機と比較して、トンネル掘削機のコストの低減を図ることができる。
本発明では、掘削時にスライドフードを切羽側に突出させて地山内に挿入させることで、スライドフードの上部の地山を下方より押さえることができるので、小断面掘削区画における切羽面の緩みをより一層小さくすることができ、安定した地山で安全に掘削することができる。
本発明では、各小断面掘削区画において切羽を掘削した後に開閉蓋を閉じ、切羽崩落のおそれがある掘削後の切羽面の土水圧に対応する圧力がかかるようにして、膨張袋体内に流体を流入させて膨張させることで切羽を押圧することができる。
本発明では、膨張袋体内の圧力は、所定圧力以上になったときにリリーフ弁によって内部の空気が抜けて減圧されるので、一定の圧力の状態で保持されることになる。そのため、すべての小断面掘削区画を掘削した後にトンネル掘削機が前進する場合に、開閉蓋と切羽の間に介在される膨張袋体が加圧されて内部の圧力が大きくなる場合であっても、リリーフ弁によって膨張袋体内の圧力が一定圧力で保持されることから、掘進中の切羽の緩みを抑制することができる。
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に示すトンネル掘削機の正面図、図3は開閉蓋の前面に設けられるエアバックの側面図であって、(a)は縮小した状態を示す図、(b)は膨張した状態を示す図、図4(a)、(b)はトンネル掘削機による掘進工程を示す図、図5(a)、(b)は図4(b)に続く掘進工程を示す図、図6(a)、(b)は掘削後に外殻体を前進させる状態を示す図である。
そして、基本的には周知のシールド掘削機と同様に、1サイクル分の地山を掘削しつつ適宜な搬送手段によって掘削土砂を坑外に搬出し、トンネル掘削機の後方で例えばコンクリート、スチール等のセグメントS(覆工体)を組み立て、そのセグメントSから反力を取って推進するものである。ここで、1サイクルの掘進距離とは、1リング分のセグメントSを設置することが可能となる距離とされる。
なお、本実施の形態では、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」として以下説明する。
スキンプレート21の前端部2aは、トンネル掘削機1の進行方向に直交する垂直面に対して、上部が下部より切羽側に突出するように所定の傾斜角度で傾斜した形状となっている。つまり、上段の小断面掘削区画1A、1Cにおける掘削面(切羽)の位置は、下段の小断面掘削区画1B、1Dよりトンネル掘削機1の前進方向で前方側に位置している。
そして、スライドフード5は、小断面掘削区画1A〜1Dの上方を覆うような左右方向(幅方向)の長さ寸法を有している。なお、スライドフード5の前方への突出長さ寸法は、少なくとも1サイクル分の掘削距離と同等或いはそれより大きい寸法となっている。
そして、開閉蓋3は、矩形の一辺(符号1A、1Cの上段の小断面掘削区画では図2に示す正面視での左右方向のいずれかの辺部、符号1B、1Dの下段の小断面掘削区画では上部側の辺部)が回転軸3aをなし、その回転軸3aを回転中心として回転自在に支持されている。つまり、開閉蓋3を開いた状態のときにはその小断面掘削区画が切羽に対して開放されるため掘削可能となり、開閉蓋3が閉じているときにはその小断面掘削区画が切羽に対して閉塞された状態となる。
図3(a)及び(b)に示すように、具体的にエアバック4は、開閉蓋3の前面3bに固定されており、エアバック4の内部に開閉蓋3内に配設された配管41を介して空気(流体)を流入させることで所定の圧力で膨張する構造となっている。そして、エアバック4には、その内部を所定の圧力に保持するとともに、内部が所定圧以上になったときに空気を抜いて減圧させるためのリリーフ弁42が前記配管41に設けられている。
つまり、本トンネル掘削機1では、各小断面掘削区画1A〜1Dにおいて切羽を掘削した後に開閉蓋3を閉じ、掘削部分の土水圧に対応する圧力がかかるようにしてエアバック4を膨張させてトンネル軸方向に伸長させ、切羽を押圧する構成となっている。
図1及び図2に示すように、本トンネル掘削機1を使用したトンネル掘削方法は、4つの小断面掘削区画1A〜1Dのうち一部の開閉蓋3を開けて、その開口から切羽の地山を掘削し、その後に開閉蓋3を閉鎖しつつ、その開閉蓋3の前面に設けられているエアバック4を膨張させることによって切羽を所定の押圧力で押圧する工程と、他の小断面掘削区画1A〜1Dのいずれかの開閉蓋3を開けて、その開口から切羽の地山を掘削し、開閉蓋3を閉鎖し、その開閉蓋3の前面に設けられているエアバック4を膨張させることによって切羽を所定の押圧力で押圧する工程とを行うものである。
そして、小断面掘削区画1A〜1Dの全てを掘削し、その小断面掘削区画1A〜1Dのうち開放状態で切羽崩落のおそれがある小断面掘削区画については、エアバック4を膨張させることによって押圧状態にする。そして、その押圧状態を維持しつつエアバック4を縮小させてトンネル掘削機1を推進させるとともに、後方にセグメントSを組み立てることによりトンネルを構築する。
なお、外殻体2の下段に位置する小断面掘削区画1B(符号1Cの小断面掘削区画も同様)の開閉蓋3Bは、その上部に開閉の回転軸3aが設けられているので、例えば内側下部にワイヤを掛けて電動モータ等の駆動手段(符号M)を使用して開閉させることができる。
この場合、上述したようにエアバック4内の圧力は、所定圧力以上になったときにリリーフ弁42(図3(a)及び(b)参照)によって内部の空気が抜けて減圧されるので、一定の圧力の状態で保持されることになる。そのため、外殻体2が前進すると、開閉蓋3と切羽の間に介在されるエアバック4が加圧されて内部の圧力が大きくなる場合であっても、リリーフ弁42によってエアバック4内の圧力が一定圧力で保持されることから、掘進中の切羽の緩みを抑制することができる。
続いて、図6(b)に示すように、外殻体2を前進させた後、伸長させた推進ジャッキ6、6、…を縮めて、その縮めた推進用ジャッキ6、6、…と設置済みのセグメントSとの間に形成される空間に図示しないエレクタなどを用いて1リング分の新たなセグメントSを設置する。
ここまでがトンネル掘削機1における1サイクル分の掘進工程であり、この工程を順次繰り返すことで、矩形断面をなすトンネルが構築されることになる。
例えば、本実施の形態では空気を流入させるエアバック4を使用しているが、このような構造の押圧手段であることに制限されることはなく、他に内部に水などの流体を入れて加圧可能な水袋などであってもかまわない。そして、例えば、トンネル掘削機1の掘削方向に伸縮する蛇腹形状の押圧手段を開閉蓋3の前面3bに固定し、その押圧手段の内部に空気などの流体を流入出させる構造の膨張・収縮袋体であってもかまわない。
それから、本実施の形態では、押圧手段としては膨張・縮小可能な袋体を用いているが、これに限らず、例えば、切羽面を押さえることが可能な面積を有する押圧板と、押圧板の背面に設けたトンネル軸方向に伸長と縮小可能なリリーフ弁付き油圧ジャッキとで押圧手段を構成し、この押圧手段を開閉蓋前面に取り付けるようにしてもよい。
なお、小断面掘削区画1A〜1Dのそれぞれに設けられるエアバック4の装備数量は、本実施の形態のように4つであることに限定されることはなく、単数、或いは2つ以上であってもかまわない。
さらに、本実施の形態では符号1A、1B、1C、1Dの順番で小断面掘削区画を掘削しているが、このような施工順に限定されず、例えば上段の2列の小断面掘削区画1A、1Cを先に掘削してから、下段の2列の小断面掘削区画1B、1Dを掘削するようにしてもかまわない。また、小断面掘削区画の掘削順序については、地山状態に応じて適宜決めればよい。
1A〜1D 小断面掘削区画
2 外殻体
3 開閉蓋
4 エアバック(押圧手段、膨張袋体)
5 スライドフード
42 リリーフ弁
S セグメント(覆工体)
Ga 切羽面
Claims (5)
- 切羽側に開口を設けて掘削するための開放型トンネル掘削機であって、
トンネル断面を複数の小断面掘削区画に分割させてなる外殻体と、
前記小断面掘削区画の切羽側の開口を開閉させる開閉蓋と、
該開閉蓋の前面に設けられていて、切羽を押圧した状態を維持しつつ前記外殻体を推進可能とする押圧手段と、
を備えていることを特徴とする開放型トンネル掘削機。 - 前記外殻体の上部に切羽側に向けて突出可能なスライドフード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。
- 前記押圧手段は、内部に流体を流入させることで膨張可能とされる膨張袋体であることを特徴とする請求項1または2に記載の開放型トンネル掘削機。
- 前記膨張袋体には、その膨張袋体が所定圧以上となったときに内部の流体を抜いて減圧させるリリーフ弁が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の開放型トンネル掘削機。
- トンネル断面を複数の小断面掘削区画に分割させてなる外殻体と、前記小断面掘削区画の切羽側の開口を開閉させる開閉蓋と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、
複数の前記小断面掘削区画のうち一部の開閉蓋を開けて、その開口から切羽の地山を掘削し、その後に前記開閉蓋を閉鎖しつつ該開閉蓋の前面に設けている押圧手段によって切羽を所定の押圧力で押圧する工程と、
他の小断面掘削区画の開閉蓋を開けて、その開口から切羽の地山を掘削し、その後に前記開閉蓋を閉鎖しつつ該開閉蓋の前面に設けている押圧手段によって切羽を所定の押圧力で押圧する工程と、
を備え、
前記小断面掘削区画の全てを掘削し、その小断面掘削区画のうち切羽崩落のおそれがある前面のすべてを前記押圧手段によって押圧状態にした後、その押圧状態を維持しつつ前記開放型トンネル掘削機を推進させるようにしたことを特徴とするトンネル掘削方法。
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