JP2017096097A - 資機材供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外殻が円筒状に形成された様々な形態の地中構造物の内周を利用するだけで配置することが可能な資機材供給装置を提供する。
【解決手段】複数の既設トンネルが囲繞された円筒状の発進基地２の複数の箇所から外殻シールド機４を発進させる際に使用されるシールド機供給装置３である。
そして、発進基地の円筒外殻部２ａに沿って環状に敷設されたレール部２３と、レール部に沿って移動可能な走行台車部３１と、レール部のいずれの位置においても外殻シールド機４の水平が保持される機構を介して走行台車部に取り付けられた旋回供給部３４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状の地中構造物の複数の箇所からトンネル掘削機を発進させる際に使用される資機材供給装置に関するものである。

道路トンネルの合流部や鉄道トンネルの駅舎部は、通常の本線トンネルよりも拡幅された大断面の地下空間になる。このため、特許文献１に開示されているように、平行に配列された複数本の小断面トンネルによって円筒状の外殻を形成し、その内部を掘削するという方法によって構築されることがある。

一方、特許文献２には、本線シールドトンネルの底部を切り広げて円周シールド発進基地を構築し、そこから本線シールドトンネルの外周に沿って周方向に掘進させた円周シールド機によって、リング状の外殻シールド発進基地を構築する方法が開示されている。

この外殻シールド発進基地からは、本線シールドトンネルと平行に構築される複数本の外殻シールドトンネル用の掘削を行わせるための外殻シールド機を発進させる。

また、外殻シールド発進基地は、シールドトンネルの掘削に必要となるセグメントなどの資材を供給するための資材供給装置となる。この資材供給装置は、外円となるガイドレールと内円となるガイドレールとの間に回転ドラムを走行させる構成となっている。

特開２０１５−１０５５１３号公報 特開２０１５−１２９４１１号公報

しかしながら特許文献２に開示された資材供給装置は、内円側のガイドレールを支持させるために発進基地がリング状（環状）、換言すると外側の円筒状の同心円となる内側の円筒状の構造物が必須の構成となる。

そこで、本発明は、外殻が円筒状に形成された様々な形態の地中構造物の内周を利用するだけで配置することが可能な資機材供給装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の資機材供給装置は、複数の既設トンネルが囲繞された円筒状の地中構造物の複数の箇所からトンネル掘削機を発進させる際に使用される資機材供給装置であって、前記地中構造物の内周面に沿って環状に敷設された軌条部と、前記軌条部に沿って移動可能な走行台車部と、前記軌条部のいずれの位置においても資機材の水平が保持される機構を介して前記走行台車部に取り付けられた供給部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記走行台車部は外周側からのみ前記軌条部に案内されることができ、前記走行台車部は前記軌条部を狭持可能な走行ローラ部を備える構成とすることもできる。また、前記軌条部には、複数の前記走行台車部及び供給部が配置されている構成とすることができる。また、前記軌条部は、間隔を置いて略平行に複数の経路が形成されるように敷設されており、それぞれの経路に沿って走行する前記走行台車部及び供給部が配置されている構成とすることもできる。

さらに、少なくとも一台の前記走行台車部及び供給部は、隣接する経路に向けて伸長可能なアーム部を備えている構成とすることができる。

また、前記供給部は、前記走行台車部に固定された旋回レールと、前記旋回レールに沿って走行可能な旋回ローラと、前記資機材を載せる積載ベースと、前記旋回ローラと前記積載ベースとを繋ぐ旋回リングとを有している構成とすることができる。

このように構成された本発明の資機材供給装置は、円筒状の地中構造物の内周に沿って環状に敷設された軌条部に沿って移動可能な走行台車部に、軌条部のいずれの位置においても資機材の水平が保持される機構を介して供給部が取り付けられる。

このため、円筒状の地中構造物がどのような大きさに形成されていても、その内周に軌条部を敷設することで、トンネル掘削機やセグメントなどの資機材を供給するための資機材供給装置を配置することができる。例えば、既設トンネルを大幅に拡幅した地中構造物を構築して、その周縁からのトンネル掘削機による施工を効率的に行わせることができるようになる。

また、軌条部に複数の走行台車部及び供給部が配置されていれば、同時に複数のトンネルの施工を行うことができ、工期を大幅に短縮することができる。さらに、間隔を置いて略平行に複数の経路が形成されていれば、トンネル施工箇所に停止させた供給部に対して、別の経路を利用して、逐次、資機材を補給することができる。

また、少なくとも一台の走行台車部及び供給部に、隣接する経路に向けて伸長可能なアーム部が設けられていれば、停止させた供給部間の距離が離れていてもアーム部を介して資機材を移動させることができる。

さらに、資機材の水平を保持させる機構は、資機材を載せる積載ベースを旋回リングによって旋回ローラに繋ぎ、走行台車部に固定された旋回レールに沿って旋回ローラを走行させる構成とすることで、容易に製作することができる。

本実施の形態のシールド機供給装置が複数配置された発進基地の構成を示した説明図である。 発進基地及びそこから延伸させる複数の外殻トンネルの構成を模式的に示した斜視図である。 シールド機供給装置の構成を拡大して示した説明図である。 シールド機供給装置を図１のＡ−Ａ矢視方向で見た側面図である。 シールド機供給装置を図４のＢ−Ｂ矢視方向で見た平面図である。 本実施の形態のセグメント供給装置が複数配置された発進基地の構成を示した説明図である。 セグメント供給装置の構成を拡大して示した説明図である。 セグメント供給装置からシールド機供給装置に向けてセグメントを移動させる工程を説明する側面図である。 複数のセグメント供給装置をシールド機供給装置に隣接させた状態を説明する側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態で説明する地中構造物としての発進基地２の内部を示した図であり、図２は、発進基地２と、その前後に接続される既設トンネル（１，１１）と、それらの周囲に構築される合流本体部２１との関係を模式的に示した斜視図である。

既設トンネルであるランプトンネル１と本線トンネル１１は、予め地中に構築されている。本実施の形態では、このランプトンネル１から地中に円筒状の発進基地２を地中構造物として構築し、その発進基地２から外殻シールド機４を発進させて外殻トンネル２２，・・・を構築する方法を例に説明する。

すなわち発進基地２は、ランプトンネル１及び本線トンネル１１をさらに長い区間で拡幅させた大空間を構築するために、外殻シールド機４を発進させる基地となる。

例えば、道路トンネルである本線トンネル１１及びランプトンネル１であれば、外殻シールド機４によって略平行に構築された小断面の複数本の外殻トンネル２２，・・・によって、合流本体部２１の外殻が円筒状に形成される。また、本線トンネル１１が鉄道トンネルであれば、発進基地２から構築される地下大空間は、駅舎部などになる。

発進基地２は、図１に示すように、ランプトンネル１及び本線トンネル１１を囲繞する円筒外殻部２ａと、円筒外殻部２ａの両端を塞ぐように設けられた妻壁部２ｂ，２ｂとによって主に構成される。

発進基地２の内周は、円筒外殻部２ａの内周面となる。また、妻壁部２ｂは、繊維補強コンクリートや鉄筋コンクリートなどのセメント系混合材料によって、円板状に構築される。図１から明らかなように、ランプトンネル１の断面と比較して妻壁部２ｂの面積は広く、発進基地２がランプトンネル１の拡幅部であると言える。

この妻壁部２ｂの縁部からは、周方向に間隔を置いて先行して外殻トンネル２２，・・・が構築される。その後、外殻トンネル２２，２２間を繋ぐように、後行の外殻トンネル２２Ａ，・・・が構築される。

これらの外殻トンネル２２，２２Ａを構築するためのトンネル掘削機が、外殻シールド機４である。そして、この外殻シールド機４を資機材とする資機材供給装置が、第１の実施の形態となるシールド機供給装置３である。

シールド機供給装置３は、図３に示すように、円筒外殻部２ａの内周に沿って環状に敷設された軌条部としてのレール部２３と、レール部２３に沿って移動可能な走行台車部３１と、レール部２３のいずれの位置においても外殻シールド機４の水平が保持される機構を介して走行台車部３１に取り付けられた供給部としての旋回供給部３４とによって主に構成される。

図４，５に示すように、シールド機供給装置３は、略平行な２本のレール部２３，２３によって形成される経路に沿って走行させる。その走行手段となる走行台車部３１は、走行部３２と、枠体部３３とによって主に構成される。

走行部３２は、断面Ｉ字形のレール部２３の上フランジを挟持させる対となる走行ローラ３２１，３２１（走行ローラ部）と、駆動源となる駆動モータ３２３とによって主に構成される。

図４に示すように、駆動モータ３２３による回転力は、レール部２３の内側に敷設された駆動用レール３２４に伝達され、これによってシールド機供給装置３を走行させることができる。この駆動モータ３２３は、外殻シールド機４のような重量物を搬送させる動力源となるため、高負荷低旋回速度の出力に適したものが使用される。

図３に示すように、走行部３２と枠体部３３の脚部３３１とは、回動自在の軸支部３２２を介して接続される。枠体部３３は、形鋼などの鋼材によって側面視略長方形（略正方形）の骨格が形成される。

この枠体部３３に、外殻シールド機４の供給部となる旋回供給部３４が取り付けられる。旋回供給部３４は、枠体部３３に固定された旋回レール３４１と、旋回レール３４１に沿って走行可能な複数の旋回ローラ３５，・・・と、外殻シールド機４を載せる積載ベース３６と、旋回ローラ３５，・・・と積載ベース３６とを繋ぐ旋回リング３５１とによって主に構成される。

旋回レール３４１は、略正方形の枠体部３３の各辺に対して固定される。この旋回レール３４１に沿って環状の旋回リング３５１が並列に配置される。この旋回リング３５１には、中心に向けて複数の旋回ローラ３５，・・・が張り出されており、旋回ローラ３５，・・・を旋回レール３４１の内周面に接触させた状態にする。

このような構成にすることによって、旋回レール３４１に沿って旋回リング３５１を自在に回転させることができるようになる。そして、旋回リング３５１には、積載ベース３６が固定される。

積載ベース３６の平面には、外殻シールド機４を載せるための基台３６１が設けられる。旋回レール３４１の周囲を回転可能な状態にした旋回リング３５１は、最も重くなる積載ベース３６の取り付け箇所付近が重心になり、積載ベース３６の上面は水平面となりやすい。

さらに、旋回ローラ３５，・・・には、例えば駆動モータ３２３，・・・の駆動力の一部を伝達させることで、旋回リング３５１の回転を制御させる。なお、駆動力として、電動モータ、油圧モータ、空気圧モータなどを別途配備することもできる。

そして、図３では、積載ベース３６の上面と連続する位置に、枠体部３３に固定された作業床３７，３７の上面が配置されている。この作業床３７と積載ベース３６との位置関係は、環状のレール部２３のいずれの位置にシールド機供給装置３があるかによって変化することになる。

図１のランプトンネル１の左側の位置が、図３で示した位置である。ランプトンネル１に隣接する位置にあるときに作業床３７，３７が積載ベース３６に連続していれば、外殻シールド機４の積載や組み立てなどの際に足場にすることができる。

一方、これより右方向に下ったシールド機供給装置３の位置では、積載ベース３６が水平を保持しているのに対して、作業床３７は斜め右上方向に上がった状態になる。

さらに、発進基地２の最下点のシールド機供給装置３の位置では、水平な積載ベース３６に対して、作業床３７は右側で直交して鉛直面をなしている。このように作業床３７と積載ベース３６との位置関係が変化するのは、走行台車部３１による移動に伴って枠体部３３の向きが逐次、変化していくのに対して、旋回供給部３４は水平が保持されるためである。

そして、旋回供給部３４の基台３６１に載せられる外殻シールド機４は、シールド機供給装置３が発進基地２のどの位置に移動しても常に水平な状態のままであり、いずれの位置の外殻トンネル２２，２２Ａ，・・・の掘削であっても行わせることができる。

また、シールド機供給装置３への外殻シールド機４の供給は、ランプトンネル１の床版１ｂを走行させる搬送台車４１を利用して行われる。すなわち、地上からランプトンネル１に搬入された外殻シールド機４を、発進基地２まで搬送台車４１によって搬送し、順次、シールド機供給装置３，・・・に供給していくことができる。

外殻シールド機４は、ランプトンネル１の断面の大きさや積載時の作業性などを考慮して分割して搬送し、シールド機供給装置３上で組み立てて一体化することができる。この組み立ての際に、作業床３７，３７が足場となる。また、ランプトンネル１内の搬送台車４１は、走行時と積載作業時とで、必要に応じて向きを変えさせることができる。

続いて、外殻トンネル２２，２２Ａの覆工部となるセグメント６などを資機材とする資機材供給装置を、第２の実施の形態のセグメント供給装置５として説明する。

セグメント供給装置５は、図６，７に示すように、円筒外殻部２ａの内周に沿って環状に敷設された軌条部としてのレール部２３と、レール部２３に沿って移動可能な走行台車部５１と、レール部２３のいずれの位置においてもセグメント６の水平が保持される機構を介して走行台車部５１に取り付けられた供給部としての旋回供給部５４とによって主に構成される。

図８，９に示すように、セグメント供給装置５は、略平行な２本のレール部２３，２３によって形成される経路に沿って走行させる。その走行手段となる走行台車部５１は、図７に示すように、走行部５２と、枠体部５３とによって主に構成される。

走行部５２は、断面Ｉ字形のレール部２３の上フランジを挟持させる対となる走行ローラ５２１，５２１（走行ローラ部）と、駆動源となる駆動モータ５２３とによって主に構成される。

図８に示すように、駆動モータ５２３による回転力は、レール部２３の内側に敷設された駆動用レール５２４に伝達され、これによってセグメント供給装置５を走行させることができる。この駆動モータ５２３は、セグメント６という外殻シールド機４に比べて軽量、かつ迅速な供給が要求される物を搬送させる動力源となるため、低負荷高旋回速度の出力に適したものが使用される。

図７に示すように、走行部５２と枠体部５３の脚部５３１とは、回動自在の軸支部５２２を介して接続される。枠体部５３は、形鋼などの鋼材によって側面視略長方形（略正方形）の骨格が形成される。

この枠体部５３に、セグメント６の供給部となる旋回供給部５４が取り付けられる。旋回供給部５４は、枠体部５３に固定された旋回レール５４１と、旋回レール５４１に沿って走行可能な複数の旋回ローラ５５，・・・と、セグメント６，・・・を載せるための積載ベース５６と、旋回ローラ５５，・・・と積載ベース５６とを繋ぐ旋回リング５５１とによって主に構成される。

旋回レール５４１は、略正方形の枠体部５３の各辺から中央に向けて突出されたレール支持部５４２によって支持される。この旋回レール５４１の内周面側には、一回り小さい環状の旋回リング５５１が嵌め込まれる。

また、旋回リング５５１には、外側に向けて複数の旋回ローラ５５，・・・が取り付けられており、旋回レール５４１の内周面に沿って旋回ローラ５５，・・・を走行させることができる。

このような構成にすることによって、旋回レール５４１に沿って旋回リング５５１を自在に回転させることができるようになる。そして、旋回リング５５１には、積載ベース５６が固定される。

積載ベース５６には、セグメント６を載せるためのセグメント台車６２が収容される。旋回レール５４１の内周を回転可能な状態にした旋回リング５５１は、最も重くなる積載ベース５６の取り付け箇所付近が重心になり、積載ベース５６の上面は水平面となりやすい。

さらに、旋回ローラ５５，・・・には、例えば駆動モータ５２３，・・・の駆動力の一部を伝達させることで、旋回リング５５１の回転を制御させる。なお、駆動力として、電動モータ、油圧モータ、空気圧モータなどを別途配備することもできる。

そして、図７では、積載ベース５６の上面と連続する位置に、枠体部５３に固定された作業床５７，５７の上面が配置されている。この作業床５７と積載ベース５６との位置関係は、環状のレール部２３のいずれの位置にセグメント供給装置５があるかによって変化することになる。図６のランプトンネル１の左側の位置が、図７で示した位置である。

一方、これより右方向に下ったセグメント供給装置５の位置では、積載ベース５６が水平を保持しているのに対して、作業床５７は斜め右上方向に上がった状態になる。

さらに、発進基地２の最下点のセグメント供給装置５の位置では、水平な積載ベース５６に対して、作業床５７は右側で直交して鉛直面をなしている。このように作業床５７と積載ベース５６との位置関係が変化するのは、走行台車部５１による移動に伴って枠体部５３の向きが逐次、変化していくのに対して、旋回供給部５４は水平が保持されるためである。

そして、旋回供給部５４のセグメント台車６２に載せられるセグメント６は、セグメント供給装置５が発進基地２のどの位置に移動しても常に水平な状態のままであり、いずれの位置の外殻トンネル２２，２２Ａ，・・・の坑口に対しても安定してセグメント６を供給することができる。

また、セグメント供給装置５へのセグメント６の供給は、ランプトンネル１に設置された搬送クレーン６１を利用して行われる。すなわち、地上からランプトンネル１に搬入されたセグメント６，・・・を発進基地２まで搬送し、次々とセグメント供給装置５上のセグメント台車６２に積載していくことができる。

セグメント台車６２にセグメント６，・・・が満載されたセグメント供給装置５は、図８に示すように、シールド機供給装置３を走行させる一対のレール部２３，２３によって形成された経路とは別の経路を通って移動することになる。

セグメント６，・・・の供給が始まった時点では、外殻シールド機４は既に発進しているため、外殻トンネル２２の坑口に停止させたシールド機供給装置３には外殻シールド機４が積載されておらず、作業足場にすることができる。

この作業足場となったシールド機供給装置３の隣に、セグメント６，・・・を積載したセグメント供給装置５を停止させる。ここで、シールド機供給装置３とセグメント供給装置５との間の離隔が大きい場合は、シールド機供給装置３の駆動部３８１を稼働させることで、アーム部３８をセグメント供給装置５に向けて伸長させる。

このようにしてアーム部３８がシールド機供給装置３とセグメント供給装置５との間に架け渡されると、セグメント台車６２を走行させることで、セグメント供給装置５からシールド機供給装置３にセグメント６，・・・を供給することができる。

セグメント供給装置５は、図９に示すように、複数の経路で走行させることができる。すなわちこの図では、対となるレール部２３，２３によって形成される３組の経路に沿って、それぞれセグメント供給装置５，・・・が自由に移動できる構成となっている。

次に、本実施の形態のシールド機供給装置３及びセグメント供給装置５の作用について説明する。

このように構成された本実施の形態のシールド機供給装置３及びセグメント供給装置５は、発進基地２の内周に沿って環状に敷設されたレール部２３に沿って移動可能な走行台車部３１，５１に、レール部２３のいずれの位置においても資機材の水平が保持される機構を介して旋回供給部３４，５４が取り付けられる。

このため、円筒状の発進基地２がどのような大きさに形成されていても、その内周にレール部２３を敷設することで、外殻シールド機４やセグメント６などの資機材を供給するためのシールド機供給装置３及びセグメント供給装置５を配置することができる。

例えば、ランプトンネル１を大幅に拡幅した発進基地２を構築して、その周縁から外殻シールド機４を発進させて大断面の合流本体部２１を構築するという施工を、効率的に行うことができるようになる。

また、１組のレール部２３，２３によって形成される経路に、複数のシールド機供給装置３，・・・やセグメント供給装置５，・・・が配置されていれば、同時に複数の外殻トンネル２２，・・・（２２Ａ，・・・）の施工を行うことができ、工期を大幅に短縮することができる。

さらに、対となるレール部２３，２３によって形成される経路を、間隔を置いて略平行に複数、形成することで、外殻トンネル２２，２２Ａの坑口に停止させたシールド機供給装置３に対して、逐次、セグメント６，・・・などの資機材を補給することができる。

また、シールド機供給装置３に、隣接する経路に向けて伸長可能なアーム部３８が設けられていれば、隣に停止させたセグメント供給装置５との距離が離れていても、アーム部３８を介してセグメント６，・・・などの資機材を移動させることができる。

さらに、外殻シールド機４やセグメント６の水平を保持させる機構は、外殻シールド機４やセグメント６を載せる積載ベース３６，５６を旋回リング３５１，５５１によって旋回ローラ３５，５５に繋ぎ、走行台車部３１，５１に固定された旋回レール３４１，５４１に沿って旋回ローラ３５，５５を走行させる構成とすることで、容易に製作することができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、資機材の水平が保持される機構として旋回供給部３４，５４を例に説明したが、これに限定されるものではなく、積載される資機材の水平が保持される機構であればどのような形態にすることもできる。

また、前記実施の形態では、セグメント供給装置５を走行させる３列の経路を設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、セグメント供給装置５を走行させるための経路は、２列以下でも４列以上でも、発進基地２の奥行きなどに合わせて任意に設定することができる。

２ 発進基地（地中構造物）
２ａ 円筒外殻部（内周）
２３ レール部（軌条部）
３ シールド機供給装置（資機材供給装置）
３１ 走行台車部
３２１ 走行ローラ（走行ローラ部）
３４ 旋回供給部（供給部）
３４１ 旋回レール
３５ 旋回ローラ
３５１ 旋回リング
３６ 積載ベース
３８ アーム部
４ 外殻シールド機（トンネル掘削機、資機材）
５ セグメント供給装置（資機材供給装置）
５１ 走行台車部
５２１ 走行ローラ（走行ローラ部）
５４ 旋回供給部（供給部）
５４１ 旋回レール
５５ 旋回ローラ
５５１ 旋回リング
５６ 積載ベース
６ セグメント（資機材）

Claims (4)

1. 複数の既設トンネルが囲繞された円筒状の地中構造物の複数の箇所からトンネル掘削機を発進させる際に使用される資機材供給装置であって、
   前記地中構造物の内周面に沿って環状に敷設された軌条部と、
   前記軌条部に沿って移動可能な走行台車部と、
   前記軌条部のいずれの位置においても資機材の水平が保持される機構を介して前記走行台車部に取り付けられた供給部とを備えたことを特徴とする資機材供給装置。
2. 前記走行台車部は外周側からのみ前記軌条部に案内されたことを特徴とする請求項１に記載の資機材供給装置。
3. 前記走行台車部は前記軌条部を狭持可能な走行ローラ部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の資機材供給装置。
4. 前記軌条部には、複数の前記走行台車部及び供給部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の資機材供給装置。