JP2538346B2 - トンネルの天盤崩落防止方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、山岳トンネル等のトンネルを掘削する際に
天盤が崩落することを防止する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

岩盤内にトンネルを構築する方法として、カッタヘッ
ドサポートに回転自在に取付けられ、前面にカッタを設
けたカッタヘッドと、掘削した坑壁に掘進反力をとるグ
リッパ装置と、グリッパ装置とカッタヘッドサポートと
を連結する推進シリンダと、掘削ズリを搬出するズリ搬
出装置とからなる全断面トンネル掘進装置を使用し、坑
壁に固定したグリッパ装置によって掘進反力をとり、推
進シリンダでカッタを切羽に圧着させながらカッタヘッ
ドを回転させて掘削を行い、掘削したズリはカッタヘッ
ドの外周に設けたバケットで掬い上げて、機内コンベヤ
に投入してトンネル掘進装置の後方に搬出する全断面機
械掘削式トンネル構築方法が知られている。

上述のトンネル構築方法は、岩盤が亀裂の少い良好な
岩盤においては、極めて効率的であるが、亀裂の多い岩
盤の場合にはトンネルの天盤が崩落するため作業が危険
であるばかりではなく、グリッパ装置によって掘進反力
をとることが不能となって、掘進を継続することができ
なくなり、遂にはトンネル掘進装置が崩落岩石に埋没し
てしまうこととなり、このため亀裂の多い岩盤に対して
は全断面機械掘削工法を適用するのが困難であった。

すなわち、第14図に示すように全断面トンネル掘進装
置が亀裂の発達した岩盤に遭遇した場合、トンネルの天
盤部ａにおいて、キーブロックとなる岩塊Ａが先ず矢印
ｂの方向に移動し落下すると、その岩塊Ａ部に空隙が生
ずるため、岩塊Ａに隣接していた岩塊Ｂは矢印ｃの方向
に回転して落下し、次いで岩塊Ｃは矢印ｄ方向に、岩塊
Ｄは矢印ｅ方向に、岩塊Ｅは矢印ｆ方向に、更に岩塊Ｆ
は矢印ｇ方向に移動し、このように亀裂で分離した岩塊
が次々に移動して行き、遂には天盤部の広範囲が崩落し
て掘進の継続が不可能となるに至る。

この対策として、鋼製の支保工を坑壁に設置したり、
コンクリートを坑壁に吹付けたりして天盤の崩落を防止
し、亀裂の多い岩盤でも全断面機械掘削工法を適用でき
るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の天盤崩落防止方法であると、重
量のある支保工を設置するのに時間と労力とを要し、か
つ工費が割高となり、又後者の天盤崩落防止方法である
と、吹付けたコンクリートのリバウンドによってトンネ
ル堀進装置に支障を生じたり、粉塵発生のため作業環境
を極めて悪化させるという欠点があり、又何れの天盤崩
落防止方法も狭隘なスペースでの作業のため施工が甚だ
困難であった。

そこで本発明はかかる従来技術の課題を解決し、トン
ネル構築の安全性・効率を高め、亀裂の発達した不良地
盤においても、効率的な全断面機械堀削式トンネル構築
方法の適用を可能とするトンネルの天盤崩落防止方法お
よびその装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

第１の発明は、カッタヘッド２を備えたカッタヘッド
サポート１とグリッパ装置11を相対的に前後移動してカ
ッタヘッド２の回転によって切羽45を順次堀削してトン
ネルを構築する際に、トンネルの天盤崩落を防止する方
法において、 前記グリッパ装置11をカッタヘッドサポート１側に移
動した状態で、前記カッタヘッドサポート１の後側に設
けられたプロテクタ９の下面にハーフセグメント36を重
ね合せて押しつけ保持し、 その状態でグリッパ装置11により坑壁43を支持し、プ
ロテクタ９のみをカッタヘッドサポート１とともに前進
させ、 プロテクタ９がハーフセグメント36より離れたらハー
フセグメント36を坑壁43の上部にロックボルトで取付け
るようにしたトンネルの天盤崩落防止方法である。

第１図の発明によれば、トンネル堀進装置によって堀
進した切羽45に近接した位置において、プロテクタ９に
よって天盤を支持した状態で天盤を露出させることなく
ハーフセグメントで覆って天盤の崩落を防止でき、しか
もカッタヘッド２で堀進中においてハーフセグメント36
を取付けできるから、堀削効率を低下させることがな
く、全断面機械式堀削方法を適用して効率的、かつ安全
にトンネルを構築できる。

軽量のハーフセグメントで確実に天盤崩落を防止で
き、ハーフセグメントの搬入、持ち上げ、取付けを簡単
にできる。

第２の発明は、カッタヘッド２を備えたカッタヘッド
サポート１の上部にプロテクタ９を後方に向けて設け、
前記カッタヘッドサポート１に主ビーム10を後方に向け
て設け、 その主ビーム10にグリッパ装置11を前後移動自在に設
けると共に、そのグリッパ装置11とカッタヘッドサポー
ト１とに亘って推進シリンダ15を連結し、 前記カッタヘッドサポート１とグリッパ装置11との中
間位置に、前記グリッパ装置11とともに移動するフレー
ム16を設け、 このフレーム16に、ハーフセグメント固定用のロック
孔を坑壁に穿孔する穿孔機18とハーフセグメントをプロ
テクタ９に押しつける押え機構23をそれぞれ上向きに設
け、前記主ビーム10におけるプロテクタ９の下方位置に
セグメント支持機構28を上下方向に回転移動するエレク
タ装置29を設け、該エレクタ装置29と主ビーム10におけ
るグリッパ装置11より後部とに亘ってハーフセグメント
を搬入するセグメント搬入装置40を設けたことを特徴と
するトンネルの天盤崩落防止装置である。

第２の発明によれば、セグメント搬入装置40でハーフ
セグメント36をエレクタ装置29まで搬入し、エレクタ装
置29のセグメント支持機構28でハーフセグメント36をプ
ロテクタ９の真下まで搬送できる。

カッタヘッドサポート１を前進して堀削する際に押え
機構23でハーフセグメント36をプロテクタ９に押しつけ
できるし、穿孔機18でロッド孔を穿孔してロックボルト
41、ナット42でハーフセグメント36を取付けでき、しか
もカッタヘッドサポート１が所定距離前進した後にグリ
ッパ装置11を前進するとフレーム16とともに押え機構23
と穿孔機18が前進して次のハーフセグメント36を押しつ
け、ロッド孔の穿孔ができる。

〔実 施 例〕

まず、本発明に係る天盤崩落防止方法を実施するトン
ネル堀進装置の一例を第１図〜第10図に基づいて説明す
る。

カッタヘッドサポート１の前部にカッターヘッド２が
回転自在に設けられ、このカッタヘッド２の前面に複数
のカッタ３が設けられ、かつ周囲にバケット４が複数設
けてあり、カッターヘッド２はカッタヘッドサポート１
に設けたモータ５で回転駆動される。

前記カッタヘッドサポート１の上部にルーフサポート
６、左右側部にサイドサポート７が第２図のように図示
しないシリンダで側方に移動自在に設けられ、カッタヘ
ッドサポート１の下部にフロントバーチカルシュー８が
設けてあり、前記ルーフサポート６の後部にプロテクタ
９が第６図のように後方に向けて設けてあり、そのプロ
テクタ９にはストリット溝9aが複数形成されて櫛形状と
なっている。

前記カッタヘッドサポート１の後部に主ビーム10が後
方に向けて設けてあり、この主ビーム10に沿ってグリッ
パ装置11の本体12が前後摺動自在に設けられ、この本体
12に第５図のようにグリッパシュー13がシリンダ14で移
動自在に設けてあると共に、本体12とカッタヘッドサポ
ート１とに亘って推進シリンダ15が連結してある。

前記主ビーム10に沿ってフレーム16が摺動自在に設け
られ、このフレーム16と前記本体12はリンク17で連結し
てあり、フレーム16は本体12とともに主ビーム10に沿っ
て前後に移動するようになり、前記フレーム16には穿孔
機18のガイドセル19が軸20で揺動自在に設けられ、この
ガイドセル19に沿ってドリルロッド21を駆動するモータ
22が揺動自在に設けられて穿孔機18を構成している。

前記フレーム16のドリルロッド21より後側に押え機構
23が設けられ、この押え機構23はシリンダ24で押え片25
を移動するようにしてある。

前記主フレーム10におけるプロテクタ９の後端側と対
向する位置に環状レール26が設けられ、この環状レール
26に沿って旋回体27が図示しないモータ、ピニオン、リ
ングギヤ等を介して回転自在に設けてあり、この旋回体
27にセグメント支持機構28が設けられてエレクタ装置29
を構成している。

前記セグメント支持機構28は第７図〜第９図に示すよ
うに、旋回体27に平行リンク30を介してボックス31を上
下動自在に設けてあり、そのボックス31に設けたロッド
32に沿ってスライド体33がトンネルの軸線方向に摺動可
能に設けられ、そのスライド体33にプレート34が設けて
あり、そのプレート34は円弧状に弯曲し、かつＬ形の溝
35が左右にそれぞれ形成してあり、ハーフセグメント36
に設けた取付ピン37がＬ形の溝35に嵌合してハーフセグ
メント36がプレート34に支持されるようにしてある。

前記主ビーム10に沿ってレール38が配設され、このレ
ール38に沿ってホイスト39が移動自在に設けられてセグ
メント搬入装置40を構成し、ハーフセグメント36をホイ
スト39で吊り下げてレール38に沿って前記セグメント支
持機構28まで搬送し、ハーフセグメント36をプレート34
に支持した後に旋回体27を旋回することでハーフセグメ
ント36をプロテクタ９の真下まで持ち上げできるように
してある。

前記ハーフセグメント36は第10図のように鋼製・木製
又は強化プラスチック製等のプレート36aと、その外周
面に接着した弾性体36bとから成り、一対の透孔36c,36c
が穿孔され、坑壁に固定したロックボルト41を透孔36c
に挿通し、かつナット42を螺合することで弾性体36bを
弾性変形してプレート36aが坑壁43に密着するように取
付けられる。

前記主ビーム10は中空長尺材となり、その内部にベル
トコンベヤ等のズリ搬送装置44が設けてある。

次に前途の全断面トンネル堀進装置によるトンネルの
構築方法を説明する。

グリッパシュー13をシリンダ14によってトンネルの坑
壁43に圧着してアンカとし、一端をグリッパシュー２に
他端をカッタヘッドサポート５にピン結合したスラスト
シリンダダ15を伸長させて、カッタヘッドサポート１、
カッタヘッド２を推進させつつカッタヘッドサポート１
に回転自在にマウントされたカッタヘッド２をモータ５
によって回転駆動し、カッタヘッド５の前面に取付けた
カッタ３によって切羽45の岩盤を堀削する。堀削された
岩石ズリは切羽45のトンネル下部に堆積し、カッタヘッ
ド２の外周に設けたバケット４で掬い上げられて、ズリ
搬出装置44でトンネル堀進装置の後方に排出される。

推進シリンダ15の１ストロークＳの堀削が完了する
と、グリッパシュー13を縮めてグリッパ装置11を主ビー
ム10に沿って１ストローク前進させ、再びグリッパシュ
ー13を坑壁43に圧着させて次ストロークの堀削を行う。

堀進中のカッタヘッドサポート１、カッタヘッド２の
重量はフロントバーチカルシュー８で支持し、トンネル
坑底上をスライドして前進する。又サイドサポート７、
ルーフサポート６はシリンダによってそれぞれ坑壁８に
軽く圧着され、カッタヘッドサポート１、カッタヘッド
２の堀削中の安定を保ち、又地盤の崩落を防止する。

以上の様にしてトンネルを順次堀進する際に、トンネ
ル堀進装置の後方から搬入されたハーフセグメント36を
ルーフサポート９の下部より坑壁43に取付ける。

つまり、ハーフセグメント36は、レール38およびホイ
スト39からなるセグメント搬入装置40によって、プロテ
クタ９の下方位置まで搬入され、エレクタ装置29のセグ
メント支持機構28に支持され、旋回体27の回転運動によ
ってプロテクタ９の直下部まで持ち上げられる。

具体的には、ハーフセグメント36をホイスト39で吊り
下げてホイスト39とともにレール38に沿って移動され、
ハーフセグメント36に設けた頭付ピン37をプレート34の
Ｌ型の溝35に嵌合してプレート34に支持し、旋回体27を
旋回してハーフセグメント36を第11図（ａ）のようにプ
ロテクタ９の直下部まで持ち上げる。

カッタヘッド２が１ストロークＳだけ前進して堀進が
終了すると、前述のようにして推進シリンダ14でグリッ
パ装置11を前方に移動する。

これにより、リンク17で本体12に連結されたフレーム
16が第11図（ｂ）のようにグリッパ装置11とともに前進
してハーフセグメント36の下方に位置する。

この状態でシリンダ24で押え片25を押し上げてハーフ
セグメント36をプロテクタ９の内面に押しつけ保持す
る。この時、セグメント支持機構29は平行リンク30で平
行に上方に移動する。

ハーフセグメント36とプレート34を分離して旋回体37
を回転させることでセグメント支持機構28を第11図
（ｃ）のように下方に移動してセグメント受け位置に戻
す。

クランプ装置11のクランプシュー13を坑壁43に押しつ
けた状態で前述のようにカッタヘッド２を前進させて堀
進する。

この堀進中に穿孔機18のドリルロッド21でハーフセグ
メント36に透孔36cを穿孔し、かつプロテクタ９のスリ
ット溝9aを貫通して坑壁43にロッド孔を穿孔し、その穿
孔した透孔36c、スリット溝9aよりロッド孔にロックボ
ルト41を第10図のように挿入してグラウテング等の手段
で固定し、ナット42を螺合して仮止めする。

そして、第11図（ｄ）のようにプロテクタ９がハーフ
セグメント36より離れたらナット42を強く締付ける。

第12図はハーフセグメント36の変形例を示し、プレー
ト36aの外周面に袋状に成形した弾性体36dを設け、プレ
ート36aより注入パイプ36eを弾性体36d内に開口させて
ハーフセグメント36としてあり、坑壁34にロックボルト
41とナット42で取付けた後に、注入パイプ36eよりモル
タル等の自硬性材料46を袋状の弾性体36d内に注入し、
坑壁43との密着性を更に向上できるようにしてある。

第13図はハーフセグメント36の縦方向断面図であり、
プレート36aの両端部に相互に係合する雄側係合部47と
雌側係合部48を形成してあり、既設のハーフセグメント
36の雌側係合部48に新しいハーフセグメント36の雄側係
合部47を係合して連続して取付けできるようにしてあ
る。

このようにすれば、坑壁43に縦方向の凹凸があっても
ロックボルト41とナット42の締付けと前述の雌側係合部
48と雄側係合部47の係合部とによって安定した取付けで
きる。

以上説明したトンネルの天盤崩落防止方法は、トンネ
ル堀進装置によって堀削した切羽45に近接した位置にお
いて、プロテクタ９によって天盤を支持した状態で天盤
を露出させることなくハーフセグメントで覆って天盤の
崩落を防止でき、しかもカッタヘッド２で堀進中におい
てハーフセグメント36を取付けるから、堀削効率を低下
させることがなく、全断面機械式堀削方法を適用して効
率的、かつ安全にトンネルを構築できる。

また、天盤崩落の原因となる岩塊の移動をハーフセグ
メント36で防止することで天盤の崩落を防止するので、
軽量のハーフセグメントで確実に天盤崩落を防止でき、
ハーフセグメントの搬入、持ち上げ、取付けを簡単にで
きる。

また、セグメント搬入装置40でハーフセグメント36を
エレクタ装置29まで搬入し、エレクタ装置29のセグメン
ト支持機構28でハーフセグメント36をプロテクタ９の真
下まで搬送し、押え機構23でハーフセグメント36をプロ
テクタ９に押えつけながら、穿孔機18でロッド孔を穿孔
してロックボルト41、ナット42でハーフセグメント36を
取付けできるから、ハーフセグメントの取付け作業を省
力化できると共に、狭隘なスペース内で安全かつ効率的
に取付け作業できる。

〔発明の効果〕

1.カッタヘッド２とともにカッタヘッドサポート１が移
動する際にプロテクタ９が移動しても、そのプロテクタ
９の移動した坑壁43の上方部分をハーフセグメント36で
支え、プロテクタ９がハーフセグメント36より離れた時
にハーフセグメント36を坑壁43の上部にロックボルトで
取付けるので、トンネル堀進装置によって堀進した切羽
45に近接した位置において、プロテクタ９によって天盤
を支持した状態で天盤を露出させることなくハーフセグ
メントで覆って天盤の崩落を防止でき、しかもカッタヘ
ッド２で堀進中においてハーフセグメント36を取付けで
きるから、堀削効率を低下させることがなく、全断面機
械式堀削方法を適用して効率的、かつ安全にトンネルを
構築できる。

また、天盤崩落の原因となる岩塊の移動をハーフセグ
メント36で防止することで天盤の崩落を防止するので、
軽量のハーフセグメントで確実に天盤崩落を防止でき、
ハーフセグメントの搬入、持ち上げ、取付けを簡単にで
きる。

（２）主ビーム10におけるプロテクタ９の下方位置にエ
レクタ装置29を設け、このエレクタ装置29と主ビーム10
におけるグリッパ装置11より後部とに亘ってセグメント
搬入装置40を設けたことにより、セグメント搬入装置40
でハーフセグメント36をエレクタ装置29まで搬入し、エ
レクタ装置29のセグメント支持機構28でハーフセグメン
ト36をプロテクタ９の真下まで搬送できる。

また、押え機構23と穿孔機18はフレーム16に上向きに
設けられ、このフレーム16はカッタヘッドサポート１と
グリッパ装置11との間においてグリッパ装置11とともに
移動するので、カッタヘッドサポート１を前進して堀削
する際に押え機構23でハーフセグメント36をプロテクタ
９に押しつけできるし、穿孔機18でロッド孔を穿孔して
ロックボルト41、ナット42でハーフセグメント36を取付
けでき、しかもカッタヘッドサポート１が所定距離前進
した後にグリッパ装置11を前進するとフレーム16ととも
に押え機構23と穿孔機18が前進して次のハーフセグメン
ト36を押しつけ、ロッド孔の穿孔ができる。

したがって、ハーフセグメントの取付け作業を省力化
できると共に、狭隘なスペース内で安全かつ効率的に取
付け作業できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第10図は本発明に係る方法を実施する装置の一
例を示し、第１図は全体正面図、第２図、第３図、第４
図、第５図は第１図のII−II線、III−III線、IV−IV
線、Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は第１図のVI−VI線断面
図、第７図は第１図のVII部拡大説明図、第８図は第７
図のVIII−VIII線断面図、第９図は第８図の平面図、第
10図はハーフセグメントの取付状態説明図、第11図
（ａ）〜（ｄ）はハーフセグメントの取付動作説明図、
第12図はハーフセグメントの変形例を示す取付状態の断
面図、第13図はハーフセグメントの縦方向断面図、第14
図は天盤崩落の説明図である。 １はカッタヘッドサポート、２はカッタヘッド、９はプ
ロテクタ、10は主ビーム、11はグリッパ装置、15は推進
シリンダ、16はフレーム、18は穿孔機、23は押え機構、
28はセグメント支持機構、29はエレクタ装置、36はハー
フセグメント、40はセグメント搬入装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−71299（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−84094（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭61−8159（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カッタヘッド２を備えたカッタヘッドサポ
   ート１とグリッパ装置11を相対的に前後移動してカッタ
   ヘッド２の回転によって切羽45を順次掘削してトンネル
   を構築する際に、トンネルの天盤崩落を防止する方法に
   おいて、 前記グリッパ装置11をカッタヘッドサポート１側に移動
   した状態で、前記カッタヘッドサポート１の後側に設け
   られたプロテクタ９の下面にハーフセグメント36を重ね
   合せて押しつけ保持し、 その状態でグリッパ装置11により坑壁43を支持し、プロ
   テクタ９のみをカッタヘッドサポート１とともに前進さ
   せ、 プロテクタ９がハーフセグメント36より離れたらハーフ
   セグメント36を坑壁43の上部にロックボルトで取付ける
   ようにした トンネルの天盤崩落防止方法。
2. 【請求項２】カッタヘッド２を備えたカッタヘッドサポ
   ート１の上部にプロテクタ９を後方に向けて設け、前記
   カッタヘッドサポート１に主ビーム10を後方に向けて設
   け、 その主ビーム10にグリッパ装置11を前後移動自在に設け
   ると共に、そのグリッパ装置11とカッタヘッドサポート
   １とに亘って推進シリンダ15を連結し、 前記カッタヘッドサポート１とグリッパ装置11との中間
   位置に、前記グリッパ装置11とともに移動するフレーム
   16を設け、 このフレーム16に、ハーフセグメント固定用のロック孔
   を坑壁に穿孔する穿孔機18とハーフセグメントをプロテ
   クタ９に押しつける押え機構23をそれぞれ上向きに設
   け、前記主ビーム10におけるプロテクタ９の下方位置に
   セグメント支持機構28を上下方向に回転移動するエレク
   タ装置29を設け、該エレクタ装置29と主ビーム10におけ
   るグリッパ装置11より後部とに亘ってハーフセグメント
   を搬入するセグメント搬入装置40を設けたことを特徴と
   するトンネルの天盤崩落防止装置。