JP2010189996A - 開放型トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】開放型トンネル掘削機の切羽側開口を閉鎖する扉に膨張袋体からかかる圧力を壁部に伝達することができる。
【解決手段】開放型トンネル掘削機の切羽側開口部に扉板２１を押さえる複数のストッパー２７が所定の間隔をあけて設けられている。閉鎖時の扉４をストッパー２７で押さえる場合には、ジャッキ３２を伸張、回転させて、押さえ部３１を回転させ、ジャッキ３２および押さえ部３１を壁部１７から突出させる。そして、押さえ部３１の直線部３１ａを扉板２１の後面２１ｂ接触させ、ジャッキの３２が収縮しないようにロックして扉４を押さえる。また、ストッパー２７を解除するには、ジャッキ３２を収縮、回転させて、押さえ部３１を回転させ、押さえ部３１およびジャッキ３２を壁部１７に沿った状態にする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば道路トンネルやアンダーパス、共同溝といった主に矩形断面などのトンネルを掘削するための開放型トンネル掘削機に関する。

従来、都市域に設けられる道路や共同溝などのトンネルは、一般的に矩形断面である。しかし、円形断面のシールド掘削機を使用して掘削する場合には、必要以上の断面を掘削することになり、特に、周囲に埋設物が多い市街地の浅い深度においては、円形断面のシールド掘削機の使用ができない場合もあった。
そこで、矩形断面のトンネルを掘削できるシールド掘削機が使用されているが、矩形断面のシールド掘削機は高価で、特に矩形断面の密閉型シールド掘削機はカッター機構が複雑でより高価であった。また、矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて矩形断面の開放型のシールド掘削機ではコストを下げることができるが、地表面の沈下が矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて２〜３倍ほど大きくなるという問題があった。

そこで、複数の小断面掘削区画に分割された矩形断面の開放型シールド掘削機が提案されている。この掘削機では、例えば上下方向に２段、左右方向に２列の小断面掘削区画に分割され、各小断面掘削区画には開閉可能な扉と掘削機とを備えている。そして、この扉の切羽側には、所定の圧力で膨張可能な膨張袋体が備えられており、掘削を行う小断面掘削区画以外は扉を閉めて膨張袋体によって切羽を押圧し、切羽の崩落や地表面沈下を抑制している。
また、特許文献１によれば、切羽に対し膨張状態で接触するエアバッグを背面から押さえて、切羽に対し開閉可能な押さえ部材を備えた掘削用エレメントが提案されている。この掘削用エレメントによれば、掘削休止時などにおいてエアバッグが切羽を抑えることによって切羽崩落を防止している。

特開２００８−１６３６０２号公報

しかしながら、従来の掘削機では以下のような問題があった。
複数の小断面掘削区画に分割された矩形断面の開放型シールド掘削機に備える扉は、扉が閉められて膨張袋体が膨張して切羽を押圧する状態において膨張袋体からの圧力を受ける。そして、蝶番が扉の上端にあって扉の下端を掘削機側へ引き上げて開く構造の扉では、小断面掘削区画の開口を閉鎖する際に、扉の両側下端部と、扉の両側下端部に対向する壁部とに備えられた部材で構成されるかんぬきによって固定されている。しかし、膨張袋体から扉へかかる圧力が、かんぬきの部材へ集中し、かんぬきの部材が変形してかんぬきが抜けなくなり、扉の開閉にも支障が生じるという問題があった。
また、特許文献１による掘削用エレメントに備える押さえ部材（本発明の扉に相当する）においても、掘削用エレメントの底部に設けられて、押さえ部材に設けられた被固定部をキャッチする固定部材は揺動式のため、被固定部材や固定部材が故障した場合には押さえ部材を支持できないという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、扉が閉められて切羽を押さえた状態において、扉を確実かつ容易に支持できる開放型トンネル掘削機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る開放型トンネル掘削機は、切羽側開口部に、開閉移動する扉を有する開放型トンネル掘削機であって、開放型トンネル掘削機の壁部に、閉鎖時の扉後面を押さえる進退可能なストッパーを備えることを特徴とする。
本発明では、壁部に閉鎖時の扉を押さえる進退可能なストッパーを備えているので、ストッパーが閉鎖時の扉を支持できると共に、切羽側から扉にかかる圧力をストッパーを介して開放型トンネル掘削機の壁部に伝達させることを防ぐことができる。

また、本発明に係る開放型トンネル掘削機では、ストッパーは、開放型トンネル掘削機の壁部に壁部の壁面とほぼ直交する面内で回転可能に保持されて閉鎖時の前記扉を押さえる押さえ部と、壁部に壁部の壁面とほぼ直交する面内で回転可能に保持されると共に押さえ部と回転可能に連結されてなる、長さ方向に伸縮するジャッキと、からなることを特徴とする。
本発明では、開放型トンネル掘削機の壁部にジャッキ構造のストッパーを設けることにより、閉鎖時の扉を強固に支持することができる。また、ジャッキ構造のストッパーなのでストッパーの設置と解除の切り替えが容易にできる。

また、本発明に係る開放型トンネル掘削機では、扉は開放型トンネル掘削機の壁部に設けられたガイドに沿って移動する構造であって、切羽側開口部を開閉する扉板と、扉板の上部側に設けられた第一の車輪と、扉板の下部側に設けられた第二の車輪と、を備えて、開放型トンネル掘削機の壁部には、扉の閉鎖時の第一の車輪の位置から開放型トンネル掘削機の後方に伸びる第一のガイドと、扉の閉鎖時の第二の車輪の位置から上方に伸びる曲がる第二のガイドと、が設けられて扉は第一の車輪が第一のガイドに沿って移動し、第二の車輪が第二のガイドに沿って移動することで開閉可能としてもよい。
本発明では、第一の車輪が第一のレール上を移動し、第二の車輪が第二のレール上を移動することで、切羽側開口部を閉鎖する扉は扉の下側が上下方向に移動し、扉の上側が前後方向に移動するので、上下方向に回転して切羽側開口部を開閉することができる。そして、切羽側開口部を閉鎖する扉の切羽側に設けられて、流体が充填された膨張状態で切羽を押圧し、扉の開放時および開閉作業時には収縮させる膨張袋体が扉に備えられている場合に、扉の開閉時に収縮した膨張袋体が開放型トンネル掘削機の床部と接触し摩擦を生じることがなく、扉の開閉を円滑に行えると共に膨張袋体の損傷を防ぐことができる。
また、第一のガイドおよび第二のガイドの位置を調整することによって、扉が移動する動線や、扉の収容位置を自由に設定することができる。

本発明によれば、切羽側開口部を閉鎖し切羽を押さえる扉の後面は開放型トンネル掘削機の壁部に設けられた進退可能なストッパーによって支持されるので、確実かつ容易に扉を支持して扉の故障を防げる開放型トンネル掘削機を実現することができる。

本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の概要を示す図である。 図１に示す開放型トンネル掘削機の正面図である。 本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉が開口部を閉鎖している状態を示す図である。 本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉が開口部を開放している状態を示す図である。 本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉の斜視図である。 図５に示す扉を押さえるストッパーが扉を押さえているときの状態を示す上面図である。 図５に示す扉を押さえるストッパーが解除されているときの状態を示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機について、図１乃至図７に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態による開放型トンネル掘削機１は、例えば道路トンネルやアンダーパス、共同溝といった用途で構築される矩形断面のトンネルを掘削するため開放型のトンネル掘削機であって、比較的地盤中の水が少なく且つ浅い深度のトンネルに採用されている。
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、開放型トンネル掘削機１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。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な距離とされる。
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。

図１及び図２に示すように、開放型トンネル掘削機１は、矩形断面形状のトンネル断面を上下方向に２段で左右方向に２列の４つの小断面掘削区画２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに分割させた外殻体３と、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの切羽側の開口を開閉する扉４と、扉４の切羽側に設けられたエアバッグ５（押圧機構）と、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄに設置された小断面掘削機６と、小断面掘削機６によって掘削された土砂を後方に搬出させる移送コンベヤ７とから概略構成される。

外殻体３は、外周に位置していて矩形状をなすスキンプレート１１と、スキンプレート１１内の前部位置で小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄを仕切るために上下方向及び左右方向に配置された仕切り板１２と、スキンプレート１１内の後部側内面の周方向に沿って矩形状に枠組みされた支持枠部１３とからなる。
外殻体３の前端部は、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ており、上段の小断面掘削区画２Ａ、２Ｃにおける掘削面（切羽）の位置は、下段の小断面掘削区画２Ｂ、２Ｄより開放型トンネル掘削機１の前進方向で前方側に位置している。

支持枠部１３の後端部の外周には、複数の推進ジャッキ１４が設けられており、これらの推進ジャッキ１４は、その後端部をセグメントＳに押し付けることにより、開放型トンネル掘削機１を前進させる構成となっている。スキンプレート１１の内側で上段の小断面掘削区画２Ａ、２Ｃの上方には、切羽側に向けて突出可能なスライドフード１５が設けられている。スライドフード１５は、掘削時において上方の地山崩壊を防止するために切羽の地山内に突出させるものである。

図３に示すように、扉４は、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を閉鎖する時（以下、単に「閉鎖時」とする）には、扉４の面板の扉板２１がトンネルの軸方向（開放型トンネル掘削機１の掘削方向）に対して直交する状態で配設される。そして、図４に示すように、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を扉４が開放する時（以下、単に「開放時」とする）には、扉４は扉板２１が各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ上方のスキンプレート１１または仕切り板１２で形成される天井部１６の下側に天井部１６と平行または平行に近い状態で配設される。このとき、扉４はエアバッグ５が設置されている面が上側となる。
なお、本実施の形態では、閉鎖時の扉４の扉板２１において、切羽に対向する面を前面２１ａとし、反対側を後面２１ｂとする。

図３乃至図５に示すように、扉４は、扉板２１と、扉板２１の両側面２１ｃに設けられた上側車輪２２および下側車輪２３とから構成されている。
そして、図３および図４に示すように、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ内の側方のスキンプレート１１または仕切り板１２で形成される壁部１７には、上側車輪２２が滑走する上側車輪用レール（第一のガイド）２５と下側車輪２３が滑走する下側車輪用レール２６（第二のガイド）と、閉鎖時に扉板２１を押さえる複数のストッパー２７とが設けられている。

扉板２１は、スキンプレート１１と仕切り板１２とで囲まれた各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を閉塞できる大きさの平板形状に形成されている。
上側車輪２２は閉鎖時の扉板２１の上部側に、下側車輪２３は扉板２１の下部側に、扉板２１の側面から突出して設けられている。そして、上側車輪２２は下側車輪２３よりも扉板２１の後面２１ｂ側に位置するように配設されている。

図３および図４に示すように、上側車輪用レール２５は、閉鎖時の上側車輪２２の位置から開放型トンネル掘削機１の後方に上向きの勾配で伸びる直線のレールである。
下側車輪用レール２６は、閉鎖時の下側車輪２３の位置から上方に鉛直に伸びて、閉鎖時の上側車輪２２よりも高い位置から開放型トンネル掘削機１の後方に曲がり、上向きの勾配で伸びる略Ｌ字型形状のレールである。

このような扉４は、上側車輪用レール２５に沿って上側車輪２２が滑走し、下側車輪用レール２６に沿って下側車輪２３が滑走することで、開放型トンネル掘削機１の切羽側開口部を開閉する。
閉鎖状態の扉４を開放状態とするには、上側車輪２２および下側車輪２３を移動させて、扉板２１の下端部２１ｄを上方へ移動させると共に扉板２１の上端部２１ｅを後方へ移動させる。そして、扉４を天井部１６の下側に収容することで、切羽側開口部は開放状態となる。このとき、開放状態の扉４を押さえるストッパーやフックなどは適宜設置される。そして、開放状態の扉４を閉鎖状態とするには、上述した閉鎖状態の扉４を開放状態とする手順の逆を行えば閉鎖状態となる。

図６および図７に示すように、ストッパー２７は、扉４の閉鎖時に扉板２１の後面２１ｂを押さえる押さえ部３１と、押さえ部３１と回転可能に連結するジャッキ３２と、押さえ部３１を壁部１７に直交する水平面内で回転可能に保持し壁部１７に固定される第一の固定部３３と、ジャッキ３２を壁部１７に直交する水平面内で回転可能に保持し壁部１７に固定される第二の固定部３４と、から構成されている。

押さえ部３１は、長円形状の部材で、長円形の直線部３１ａが扉板２１を押さえる。そして、押さえ部３１は、一方の端部３１ｂが第一の固定部３３に回転可能に保持されて、他方の端部３１ｃがジャッキ３２と連結し、後述するジャッキ３２の伸縮および回転によって図中の矢印Ａ１の方向に回転する。

ジャッキ３２は、たとえば油圧式のジャッキなどで長さ方向（図中の矢印Ａ２の方向）に伸縮する。そして、ジャッキ３２は、一方の端部３２ｂが第二の固定部３４に図中の矢印Ａ３の方向に回転可能に保持され、他方の端部３２ｃが押さえ部３１の端部３１ｃと連結している。
ジャッキ３２の端部３２ｂは、壁部１７に固定された第二の固定部３４に保持されているので、ジャッキ３２が伸縮すると他方の端部３２ｃの位置が移動する。そして、このジャッキ３２の端部３２ｃは押さえ部３１の端部３１ｃと連結しているので、押さえ部３１の端部３１ｃと共に図中の矢印Ａ１の方向に移動する。そして、ジャッキ３２が伸縮すると共に端部３２ｃが図中の矢印Ａ１の方向に移動すると、ジャッキ３２は端部３２ｂを支点として図中の矢印Ａ３の方向に回転する。
第一および第二の固定部３３、３４は、水平方向に所定の間隔をあけて壁部１７に固定されている。

上述したように、ストッパー２７は、ジャッキ３２が伸縮、回転すると、ジャッキ３２の端部３２ｃが押さえ部３１を回転させる構成である。
そして、閉鎖時の扉４をストッパー２７で押さえる場合には、図６示すように、ジャッキ３２を伸張、回転させて、押さえ部３１を回転させ、ジャッキ３２および押さえ部３１を壁部１７から突出させる。そして、押さえ部３１の直線部３１ａを扉板２１の後面２１ｂ接触させ、ジャッキ３２が収縮しないようにロックして扉４を押さえる。
また、ストッパー２７を解除するには、図７に示すように、ジャッキ３２を収縮、回転させて、押さえ部３１を回転させ、押さえ部３１およびジャッキ３２を壁部１７に沿った状態にする。このとき、ストッパー２７は扉４の開閉の弊害とならないように、ストッパー２７の壁部１７からの出幅３７は、壁部１７と扉板２１の側面２１ｃとの隙間よりも小さい寸法とする。

図２に示すように、エアバッグ５は、膨張可能な膨張袋体で、小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの各扉４の扉板２１の切羽側に上下方向に３段で、左右方向に３列の９つ設けられている。エアバッグ５はエアバッグ５の内部に扉板２１内に配設された配管を介して空気が流入されて、所定の圧力で膨張する構造となっている。
このようなエアバッグ５は、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄにおいて切羽を掘削した後の扉４が閉じた状態で空気が流入されて膨張し、掘削部分の土水圧に対応できる圧力で切羽を押圧して押さえる。このとき、扉４はエアバッグ５の圧力を受けるが、扉板２１およびストッパー２７はこの圧力に耐えられる強度を有するものとする。
また、図４に示すように、扉４の開閉作業時および開放時には、エアバッグ５は収縮状態とする。

次に、上述した開放型トンネル掘削機の作用について図面を用いて説明する。
本実施の形態による開放型トンネル掘削機１では、扉４はその前面に設けられた膨張状態のエアバッグ５を介して切羽を押圧するものであるが、壁部１７に固定されたジャッキ構造のストッパー２７は、切羽圧力を受ける扉４をその扉板２１の後面２１ｂで確実に支持して切羽圧力を壁部１７に伝達できる。
また、ストッパー２７はジャッキ構造なので、ストッパー２７の設置および解除の切り替えを容易に行うことができる。

本実施の形態による開放型トンネル掘削機では、ストッパー２７が確実に扉４を支持すると共に、扉４が受ける圧力を壁部１７に伝達できるので、扉４が故障することを防ぐことができる効果を奏する。

また、扉４は、上側車輪２２および下側車輪２３が上側車輪用レール２５および下側車輪用レール２６上を移動して、扉４が上下方向に回転して開閉するので、従来の側方に蝶番のある扉のように、収縮したエアバッグ５が各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの床部１８に引きずられることがない。そして、エアバッグ５と床部１８との間に摩擦が生じることがないので、扉４の開閉を円滑に行うことができると共にエアバッグ５の損傷を防ぐことができる。
また、上側車輪２２および下側車輪２３はそれぞれ上側車輪用レール２５および下側車輪用レール２６を滑走するので、上側車輪用レール２５および下側車輪用レール２６の位置を調整することで、移動する扉４の動線や開放時の扉４が収容される位置を自由に設定することができる。また、壁部１７に設けられたストッパー２７が上側車輪用レール２５および下側車輪用レール２６と干渉しないように、上側車輪用レール２５および下側車輪用レール２６の位置を設定することができる。

以上、本発明による開放型トンネル掘削機の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、開放型トンネル掘削機１は４つの小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄに分割させた外殻体３を備えて、小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの切羽側の開口部に扉４を設けているが、トンネル断面の大きさに対して上下または左右に２区画以上に設置してもよい。あるいは小断面掘削区画に分割されていない外殻体の切羽側の開口に扉４を設けてもよい。
また、上記の実施の形態では、ストッパー２７の押さえ部３１およびジャッキ３２は、第一および第二の固体部３３、３４に壁部１７に直交する水平面内で回転可能に保持されているが、完全に直交せずに、壁部１７にほぼ直交する面内で回転可能に保持されていてもよく、また、水平面内でなくてもよい。
また、上記の実施の形態では、扉４には切羽側にエアバッグ５が設けられているが、エアバッグ５を設けずに切羽を押さえる扉４を本実施の形態によるトンネル掘削機の扉の構造としてもよい。また、エアバッグ５に代わって、液体が封入されて膨張状態となる膨張袋体を扉４に設置してもよい。
例えば、上述した実施の形態では、上側車輪用レール２５に上側車輪２２を滑走させて、下側車輪用レール２６に下側車輪２３を滑走させて扉４を開閉しているが、例えば、壁部１７にＬ字型の一対のレールを設けて、上側車輪および下側車輪を同じレール上に滑走させて扉４を開閉してもよい。
また、上述した実施の形態では、下側車輪用レール２６は、閉鎖時の下側車輪２３の位置から上方に鉛直に伸びて、閉鎖時の上側車輪２２よりも高い位置から開放型トンネル掘削機１の後方に曲がり、上向きの勾配で伸びる略Ｌ字型形状のレールであるが、閉鎖時の下側車輪２３の位置から上方に伸びるレールで、開放型トンネル掘削機１の後方へ曲がらない形状としてもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

１ 開放型トンネル掘削機
４ 扉
１７ 壁部
２１ 扉板
２２ 上側車輪（第一の車輪）
２３ 下側車輪（第二の車輪）
２５ 上側車輪用レール（第一のガイド）
２６ 下側車輪用レール（第二のガイド）
２７ ストッパー
３１ 押さえ部
３２ ジャッキ

Claims (3)

1. 開放型トンネル掘削機の切羽側開口部に、開閉移動する扉を有する開放型トンネル掘削機であって、
   前記開放型トンネル掘削機の壁部に、閉鎖時の前記扉後面を押さえる進退可能なストッパーを備えることを特徴とする開放型トンネル掘削機。
2. 前記ストッパーは、前記開放型トンネル掘削機の壁部に前記壁部の壁面とほぼ直交する面内で回転可能に保持されて閉鎖時の前記扉を押さえる押さえ部と、
   前記壁部に前記壁部の壁面とほぼ直交する面内で回転可能に保持されると共に前記押さえ部と回転可能に連結されてなる、長さ方向に伸縮するジャッキと、からな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。
3. 前記扉は前記開放型トンネル掘削機の壁部に設けられたガイドに沿って移動する構造であって、
   前記切羽側開口部を開閉する扉板と、
   前記扉板の上部側に設けられた第一の車輪と、
   前記扉板の下部側に設けられた第二の車輪と、を備えて、前記開放型トンネル掘削機の壁部には、前記扉の閉鎖時の前記第一の車輪の位置から前記開放型トンネル掘削機の後方に伸びる第一のガイドと、
   前記扉の閉鎖時の前記第二の車輪の位置から上方に伸びる第二のガイドと、が設けられて
   前記扉は前記第一の車輪が前記第一のガイドに沿って移動し、前記第二の車輪が前記第二のガイドに沿って移動することで開閉可能とした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。

Images