JP2502486B2 - トンネル掘削方法及びトンネル掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トンネルを築造する
ためのトンネル掘削方法及びトンネル掘削機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル掘削機（以下「掘削機」
と略す）を使用してのトンネル掘削方法を図６〜図８を
用いて説明する。

【０００３】掘削機のカッターヘッド１８の面板２０に
は、トンネル掘削面である切羽面Ｂに対し当接し、上記
カッターヘッド１８の回転により個々に回転するローラ
カッター２４が取付けられており、上記カッターヘッド
１８はマウント１５に旋回ベアリング２５を介して取付
けられている。カッターヘッド１８はマウント１５の後
部に取付けられたモータ１６により減速機１７を介して
回転駆動される。

【０００４】掘削機の後方には、坑壁Ｃを押す複数のグ
リッパー２６がトンネル半径方向に伸縮するグリッパー
ジャッキ２７の先端に設けられている。グリッパージャ
ッキ２７は、マウント１５から後方に延びるメインビー
ム２８に嵌合して、該メインビーム２８上を前後に摺動
するグリッパーブロック２９に取付けられている。そし
て、グリッパーブロック２９とマウント１５の間には両
者を連結する複数の推進ジャッキ１３を備えている。

【０００５】トンネル切削の際は、図７のごとくグリッ
パーブロック２９に取付けられた、グリッパージャッキ
２７に油圧をかけてグリッパー２６をトンネルの坑壁Ｃ
に強く押して保持し、この状態にてモーター１６により
カッターヘッド１８を回転させると共にマウント１５を
介して複数の推進ジャッキ１３に油圧を印加してカッタ
ーヘッド１８を強い力で切羽面Ｂに対して押しつける。
そしてカッターヘッド１８の回転により、ローラカッタ
ー２４が該切羽面Ｂを転動しながら岩盤を破砕すること
によりトンネルを穿つ。

【０００６】トンネル前面の掘削が進行するに伴い、推
進ジャッキ１３が伸びてカッターヘッド１８を支持する
マウント１５はメインビーム２８を前方に引張り、トン
ネル半径方向にグリッパーブロック２９で支えられなが
ら、推進ジャッキ１３のストローク終端まで前進する。

【０００７】破砕された岩ずりは、面板２０と切羽面Ｂ
との間で崩れ落ち下方にたまり、カッターヘッド１８の
外周に取付けられたスクレーパ２１によりカッターヘッ
ド１８内に掻き込まれ、カッターヘッド１８に内蔵され
たホッパー２２に投入され、ホッパー２２の下方まで伸
びているベルトコンベア２３により後方に送られ排出さ
れる。

【０００８】推進ジャッキ１３がストローク終端に達
し、あるいは状況により推進を止めグリッパーブロック
２９を前方に移動するときには、伸縮可能な油圧シリン
ダ内蔵の脚３０をトンネル内壁の下部に到るまで下げて
メインビームの後端を支持する。しかる後にグリッパー
ジャッキ２７を縮めグリッパー２６を引込み、推進ジャ
ッキ１３を縮めることによりグリッパーブロック２９を
前方に摺動させる。これらの動作を繰返すことにより、
順次トンネル掘削機を前進させトンネルを貫通させる。

【０００９】掘削機の姿勢制御は、左右方向については
掘削中断時に、推進ジャッキ１３を縮長させて切羽面Ｂ
側にグリッパー２６を移動させ再び坑壁Ｃに該グリッパ
ー２６を押し付けるときに、グリッパー２６を押し出す
左右のグリッパージャッキ２７の突出量を調整すること
により行い、上下方向の制御については、前述同様掘削
の中断時に、掘削機の後部を支えている脚３０の上下方
向の突出量を調整することにより行う。

【００１０】また、トンネルの方向管理を行う方法は、
掘削機のかなり後方より光学的測定器等により、絶えず
測定して、掘削機がトンネル計画線を外れる兆候を示し
たら直ちに掘削機の操作員にトンネル計画線から外れな
いように指示し、掘削機の姿勢制御を行わせる。

【００１１】なお、前記の掘削中あるいは休止時に拘ら
ず、岩質の調査や掘削機の点検・修理を行う時は作業員
がグリッパージャッキ２７の下を潜って前方に近づかな
ければならず、また、必要な機材もそのようにしながら
前方に搬入しなければならない。また、岩盤の風化、亀
裂、不整合等で落盤等の危険がある場合には、マウント
１５の直後で支保工を組んだり、落盤防止のための補助
工法を行う、このために必要な支保工や機材も、前記と
同様にグリッパージャッキ２７の下を潜らせて前方に搬
入し、終了後は後方に搬出する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の技術にあ
っては、掘削機は坑壁にグリッパーを張り、グリッパー
と坑壁の間の摩擦力により掘進推力を発生させていた
が、地山が常に安定した岩盤部の連続であるとは限らず
坑壁の破壊が生じた場合や、緩い地盤等の所では十分な
推力が得られず掘進が不能に陥るという問題がある。

【００１３】掘進の方向を定める場合には、掘進方向の
基準がないため掘進方向の把握が難しく掘削機の姿勢制
御を誤り易く、掘進計画線より外れてしまうことが多
い。このため頻繁に掘削機の後方より掘進方向の測量を
行わなければ、所定の到達点に到達できない等の問題が
生ずる。

【００１４】また、グリッパーが坑壁の左右に張られて
いるため、グリッパー部や掘削機後端の脚部は狭隘で、
掘削機の修理点検等のために作業員がカッターヘッドに
近づくことは困難であり、また地山の崩落をカッターヘ
ッド直後で防ぐための支保工の搬入や補助工法を行う機
材の搬入・搬出の障害となっている。

【００１５】本発明は、以上の問題を解決し掘削機の方
向制御とトンネル測量を省略としたきわめて容易かつ正
確にトンネル掘削する方法及びそのための装置を提供す
ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、掘削方法に関し、掘削予定のトンネルの掘削計画
線に沿ってボーリングを行って地山にボーリング案内ロ
ッドを該ボーリング案内ロッドの一端と他端とが地山外
に位置するように地山に貫通させ、該ボーリング案内ロ
ッドの一端を地山外の位置に固定させ、他端からトンネ
ル掘削機をボーリング案内ロッドに把持せしめながら掘
進推力を得て掘進することにより達成される。

【００１７】また、上記方法を実施するためのトンネル
掘削機に関しては、カッターヘッドの面板上に複数のロ
ーラカッターを回転自在に有し、カッターヘッドを駆動
装置により回転させながら推進ジャッキにより切羽面に
該ローラカッターを推しつけて切羽面を破砕し排土装置
にて破砕したずりを後方に搬送する装置を備えたトンネ
ル掘削機において、該トンネル掘削機の中央部にボーリ
ング案内ロッドを前後に貫通させる空間を形成し、面板
とマウントは上記ボーリング案内ロッドのためのガイド
を有し、上記トンネル掘削機の後部に、ボーリング案内
ロッドを把持して掘進荷重の反力を担う把持装置を有
し、該把持装置に接続してマウントを推して掘進推力を
発生させる推進ジャッキを装備していることにより達成
される。

【００１８】

【作用】かかる本発明にあっては、トンネルの掘削は次
の手順でなされる。

【００１９】先ず、トンネルの掘削に先立ち、地山にト
ンネル掘削計画線に沿ってボーリングを行いボーリング
案内ロッドを貫通させ、その一端を地山に固定する。

【００２０】次に、ボーリング案内ロッドの地山に固定
されていない他方の端部を掘削機の中央部に形成された
空間に通し、推進ジャッキを縮めた状態で把持装置にて
ボーリング案内ロッドを掴む。そして、カッターヘッド
を回転駆動させ、推進ジャッキに油圧を印加しマウント
を切羽面側に推しながらカッターヘッドを回転駆動させ
て切羽面を破砕し掘進する。掘進中、掘削機はボーリン
グ案内ロッドによってガイドされる。

【００２１】推進ジャッキがストロークエンド迄到った
ら、カッターヘッドの回転を中断し把持装置を開放して
ボーリング案内ロッドを掴むことを中断し、推進ジャッ
キを短めて把持装置を前方に引き込み再び把持装置にて
ボーリング案内ロッドを掴み掘削を開始する。

【００２２】以上の動作を繰り返し行うことにより、ボ
ーリング案内ロッドに沿って順次前方に掘削を行うトン
ネルを穿つ。

【００２３】

【実施例】以下、添付図面の図１〜図５にもとづき本発
明の実施例を示す。

【００２４】なお、図において、図６〜図８に示した従
来のトンネル掘削機と共通部分には、同一符号を付して
その説明を省略する。

【００２５】図１に示されるように、トンネルを築造す
る地山Ａのトンネルの一方からトンネル築造計画線に沿
って、トンネルの断面となる中央部にボーリングを行い
地山Ａの他端迄ボルトで順次接合されたボーリング案内
ロッド１を地山Ａに貫通させ、掘削到達点側のボーリン
グ案内ロッド端１ｂを鉄筋コンクリート２等で地山と固
定する。なお、上記ボーリング案内ロッドは棒状であっ
ても管状であってもよい。管状の場合は、ボーリングの
際に掘られた土砂を内部空間を通して排出できるので、
好都合である。

【００２６】一方、掘削機の面板２０の中央にはボーリ
ング案内ロッド１を通す空間としての開口部を設け、該
開口部はボーリング案内ロッド１によりガイドされる構
造とし面板２０上に切羽面Ｂを破砕するローラカッター
２４を面板２０の中央を貫通するボーリング案内ロッド
１と互に干渉しない位置に設けている。

【００２７】面板２０は、旋回ベアリング２５を介して
マウント１５に旋回自在に取付けられ、マウント１５の
後端に設けられたモータ１６によって減速機１７を介し
て回転駆動を受けるようになっている。マウント１５
は、ボーリング案内ロッド１が貫通できる開口部を有
し、該開口部はボーリング案内ロッド１によりガイドさ
れる構造となっている。

【００２８】上記マウント１５の下部には、堀削機の自
重を支えて坑壁を滑りながら前進するそり１９が設けら
れている。また、カッターヘッド１８の外周には、複数
のスクレーパ２１を有し、破砕された岩ずりをカッター
ヘッド１８内の中央に取り付けたホッパ２２に集め、該
ホッパ２２の下部から坑壁下部に沿って堀削機の後方迄
延びて設けられたベルトコンベア２３により排出するよ
うになっているボーリング案内ロッド１と干渉するホッ
パ２２にはボーリング案内ロッド１と干渉しない空間を
形成してある。

【００２９】本実施例のトンネル堀削機は後部に把持装
置３を有している。該把持装置３は、本実施例では鋼板
９で作られた箱型形状をなし、中央にボーリング案内ロ
ッド１を通し、該ボーリング案内ロッド１を掴むクラン
プ４とクランプ５及びこれらをピン８を介して接合しク
ランプ４とクランプ５でボーリング案内ロッド１を締め
つける油圧シリンダー６を内蔵している。また、前後の
鋼板９の内側面には、上下に延びる突条ガイド１０が形
成され、前後面に縦溝が形成されたクランプ４、５がそ
の溝にて上記突条ガイド１０に案内され上下に褶動でき
るようになっている。把持装置３の切羽側の面にはピン
１４を介して推進ジャッキ１３の後端が取付けられ、該
推進ジャッキ１３の前端はマウント１５に接続されてい
る。

【００３０】また、把持装置３の切羽側の面中央部に
は、ボーリング案内ロッド１を内側に通す角型の内筒１
２が設けられ、マウント１５の中央部より後方に突き出
した角型の外筒１１内に嵌挿されて該外筒１１を前後に
摺動自在に案内する構造となっている。

【００３１】かかる構造を有する本実施例の堀削機によ
るトンネル堀削は、次のような手順で行われる。

【００３２】先ず、推進ジャッキ１３を縮めて把持装置
３をマウント１５側に引き込んでおいた状態でクランプ
４及びクランプ５を油圧シリンダ６で伸長させることに
よりボーリング案内ロッド１の通る空間を拡げておき、
ボーリング案内ロッド１を堀削機の中央に貫通させる。
そして、貫通後、油圧シリンダ６を縮めてクランプ４と
クランプ５によりボーリング案内ロッド１を把持する。

【００３３】次に、この状態にて、モータ１６を起動し
てカッターヘッド１８を回転させ、かつ推進ジャッキ１
３を伸長させてカッターヘッド１８を切羽面Ｂ側に押し
出し、ローラーカッタ２４により切羽面Ｂを破砕する。
このとき、把持装置３はボーリング案内ロッド１を掴ん
でおり切羽面Ｂからの反力に抗している。

【００３４】破砕された岩ずりは切羽面Ｂと面板２０の
間の空間に落下してトンネル下部に溜まり、スクレーパ
２１により掻き上げられてカッターヘッド１８内のホッ
パー２２に投入され、ホッパー２２の下部よりベルトコ
ンベア２３により掘削機後方へ搬送される。

【００３５】このようにして、トンネルは掘削されて行
くが、その際、回転するカッターヘッド１８が切羽面Ｂ
より受ける回転反力は、掘削機の自重を支えているそり
１９と坑壁下部との間の摩擦力により対抗される。しか
し、切羽面Ｂの岩盤の性状が急激に変化した場合等に
は、切羽面Ｂからの回転反力が突発的に急増し、上記そ
り１９と坑壁との間の摩擦力では抗しきれないことがあ
る。

【００３６】かかる場合に対処するために、マウント１
５より後方に突き出した角型の外筒１１は該外筒１１内
を摺動する角型の内筒１２に切羽面Ｂからの回転反力を
伝え、把持装置３の内側に設けた突条ガイド１０とこれ
に嵌合するクランプ４及びクランプ５の溝により、クラ
ンプ４とクランプ５に回転反力を伝える。両クランプ
４，５は掘削中はボーリング案内ロッド１を掴んでお
り、回転反力をボーリング案内ロッド１に負荷させる。

【００３７】そして、掘進推力を発生させている推進ジ
ャッキ１３がストローク端まで伸長しきったときに、モ
ータ１６を停止させカッターヘッド１８の回転を止め掘
削を中断する。この後、把持装置３の油圧シリンダ６を
伸長させることによりクランプ４とクランプ５のボーリ
ング案内ロッド１に対する把持を解放する。

【００３８】しかる後、再び推進ジャッキ１３を縮めて
把持装置３を切羽面Ｂ側に引き込んだ後にボーリング案
内ロッド１を把持して掘削を再開する。

【００３９】このような手順を繰返し行い、順次前方を
掘削することによりトンネルを穿つ。

【００４０】なお、掘削機を通過し、不要となった部分
のボーリング案内ロッド１はボルトをはずし分離する。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、グリッパ
ーを使用せずボーリング案内ロッドから掘進推力を得る
ので、坑壁の崩壊や地山の緩さに拘らず安定した掘進推
力が得られる。

【００４２】掘削機の中央部にボーリング案内ロッドを
貫通し、該ボーリング案内ロッドをガイドとしてボーリ
ング案内ロッド後方より掘削機が推されて掘進するの
で、ボーリング案内ロッドから掘削機が外れることはな
く、目的の到達点から外れることはない。加えて、掘削
工程において掘削機の姿勢制御や掘削方向の測量を省略
することができる。

【００４３】トンネル断面方向での左右の坑壁にわたっ
て張られているグリッパーやトンネル断面の上下方向に
空間を広く占有している脚を省略することができるの
で、作業員の通過及び修理・点検用の資材、支保工、補
助工法用の機材の搬入、搬出が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において地山をボーリングで穿孔しボー
リング案内ロッドを貫通させた縦断面図。

【図２】本発明の実施例としての掘削機の縦断面図。

【図３】図２の拡大III−III 断面図であり把持装置の
構造を示す図。

【図４】図２の拡大IV−IV断面図であり把持装置、外
筒、内筒、推進ジャッキ等の配置を示す図。

【図５】図２の拡大Ｖ−Ｖ断面図で、外筒、内筒、推進
ジャッキ等の配置を示す図。

【図６】従来の掘削機を示す縦断面図。

【図７】図６の拡大VII −VII 断面図でグリッパー部を
示す図。

【図８】図６の拡大VIII−VIII断面図で掘削機の後端部
の脚を示す図。

【符号の説明】

Ａ 地山 Ｂ 切羽面 １ ボーリング案内ロッド ３ 把持装置 ４ クランプ ５ クランプ １１ 外筒 １２ 内筒 １３ 推進ジャッキ １５ マウント １８ カッターヘッド ２０ 面板 ２３ ベルトコンベア ２４ ローラカッター

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削予定のトンネルの掘削計画線に沿っ
   てボーリングを行って地山にボーリング案内ロッドを該
   ボーリング案内ロッドの一端と他端とが地山外に位置す
   るように地山に貫通させ、該ボーリング案内ロッドの一
   端を地山外の位置に固定させ、他端からトンネル掘削機
   をボーリング案内ロッドに把持せしめながら掘進推力を
   得て掘進するトンネル掘削方法。
2. 【請求項２】 カッターヘッドの面板上に複数のローラ
   カッターを回転自在に有し、カッターヘッドを駆動装置
   により回転させながら推進ジャッキにより切羽面に該ロ
   ーラカッターを推しつけて切羽面を破砕し排土装置にて
   破砕したずりを後方に搬送する装置を備えたトンネル掘
   削機において、該トンネル掘削機の中央部にボーリング
   案内ロッドを前後に貫通させる空間を形成し、面板とマ
   ウントは上記ボーリング案内ロッドのためのガイドを有
   し、上記トンネル掘削機の後部に、ボーリング案内ロッ
   ドを把持して掘進荷重の反力を担う把持装置を有し、該
   把持装置に接続してマウントを推して掘進推力を発生さ
   せる推進ジャッキを装備していることを特徴とするトン
   ネル掘削機。
3. 【請求項３】 マウント後端より断面が非円形の外筒を
   後方に延出して設け、該外筒内に該外筒と前後に自在に
   摺動し、切羽面から受けるカッターヘッドの回転反力を
   把持装置に伝達する内筒を有する回転防止装置を備え、
   把持装置のクランプ部分に回転反力を伝えてボーリング
   案内ロッドに回転反力を負荷させることとする請求項２
   に記載のトンネル掘削機。