JP2554527B2 - 大径トンネルの構築方法及びリングカット式掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、大径トンネルの構築方法及びリングカット
式掘削機に関し、更に詳細には、地圧が高い深層部、特
に第三紀〜第四紀の泥岩層又は砂岩層等において、大径
のトンネルを掘削及び覆工する際に適した、トンネルの
構築方法と、地圧の高い深層部を掘削するに適したリン
グカット式掘削機とに関する。

〈従来の技術〉 従来、トネンルの構築方法としては、トンネルを全断
面を一度に掘削しながら、後方をセグメント又は場所打
ちコンクリートで覆工するシールド工法又はナトム工法
等が知られているが、これらの工法を用いて、地圧の高
い場所に、トンネルを構築する場合には、掘削された坑
道を、高い地圧から保護するために、前記セグメント又
は場所打ちコンクリートの厚みを増大する必要がある。

しかしながら、例えば地下200〜1000m程度の深層部に
大径トンネルを構築する場合、約100〜200kgf/cm²程度
の非常に高い地圧がかかるため、前記シールド工法又は
ナトム工法等の従来のトンネル構築方法では、覆工部を
形成する以前に、トンネルの変形及び崩壊が生じ、例え
ば高圧ジェットグラウト工法等を用いて、予めトンネル
周辺にグラウト材を注入して、地盤強度を増強しても、
不十分と考えられ、現状のシールド工法又はナトム工法
等では、前記深層部にトンネルを構築することは不可能
と思われる。

また、土地不足問題等に鑑み、昨今では深層部に建設
可能と考えられる、例えば超電導電力貯蔵所、地下発電
所、地下変電所、圧縮空気貯蔵所、燃料貯蔵所等の要請
が現実化されようとするに及んで、これらに適した直径
10〜50m程度の大径のトンネルを構築する方法及び、こ
のようなトンネルを掘削する掘削機の開発が望まれてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、上記要望に基づくもので、その目的は、非
常に高い地圧を受ける深層部において、効率よく掘削及
び覆工を実施することができる大径トンネルの構築方法
を提供することにある。

本発明の別の目的は、地圧の高い場所を、効率よく掘
削することができるリングカット式掘削機を提供するこ
とにある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、前記課題を解決したものであり、その要旨
とするところは、複数の先進坑用カッタにより、トンネ
ル外殻部に前記カッタ数分の先進坑を掘削する方法と、 該先進坑の掘削後方において、前記隣接する先進坑相
互間を実質上連絡して同時掘削する往復移動カッタによ
り、予定されたトンネル外殻部をリング状に掘削する方
法とを併用して行うトンネル構築方法があって、 前記先進坑相互間の掘削が、先進坑に配設したズリ排
出管よりズリを排出しながら、先進坑の掘削と共に実施
されるものであり、これによって掘削したリング状の外
殻部の空間に前記先進坑に配設したコンクリート送出管
から覆工材を打設してトンネル覆工部を形成すると共
に、打設硬化後の該リング状トンネル覆工部の内側を掘
り出すことを特徴とする大径トンネルの構築方法にあ
る。ここでトンネル外殻部としてのリング状の掘削方法
には、楕円形の他に真円、馬蹄形等の無端のものがあ
る。

また本発明によればトンネルの外殻部に先進坑を掘削
すると共に、該外殻部をリング状に掘削する複合型掘削
機であり、該複合型掘削機が、掘削機本体の前面に先行
するように設置した複数の先進坑用フレームの先端に自
回転手段を備えた先進坑用カッタと、該カッタ後方の前
記フレーム相互間に形成した掘削機本体フレームに内設
されたガイドフレームに沿って往復走行可能な駆動手段
及び自回転手段を備えた往復移動カッタとからなるリン
グカット式掘削機が提供される。前記先進坑用カッタの
自回転と、移動回転式カッタの自回転手段とは電動モー
タ等による公知の回転手段を含むものであるが、移動回
転式カッタの駆動手段は、ガイドフレーム内に設けられ
たラックに沿って走行する歯車により、夫々が個々に往
復移動することができる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。

第１図において、１はリングカット式掘削機であり、
これが予定されたトンネル予定地に設置される。該掘削
機本体１には、遠隔操作によって各装置を駆動させるた
めの制御装置が設置されている。２は掘削機本体フレー
ム３の前面に先行するように設置した先進坑用フレーム
であり、該先進坑用フレーム２は、正三角形の頂点に位
置するように３本配設されており、その後方部には、掘
削機本体フレーム３が全体としてリング状を形成するよ
うに夫々先進坑用フレーム２に連結されている。ここで
掘削機本体フレーム３と先進坑用フレーム２との連結部
前方は連通しており、切羽を掘削して生じたズリを連通
口を通して、先進坑用フレーム２内に設置したズリ排出
管12へ送り込むことにより、外部へ排出することができ
る。

また該先進坑用フレーム２の先端には、先進坑部の切
羽を掘削するための自回転カッタヘッド４が設置されて
おり、該カッタヘッド４の外周及び先端面には突出した
ビット５が配設されている。ここで６は電動モータであ
り、カッタヘッド４は電動モータ６により自回転する。
８は掘削機本体フレーム３内前方に設けられたガイドフ
レームであって、９は該ガイドフレームに沿って走行可
能な駆動手段を有する往復移動カッタである。該往復移
動カッタ９の切羽面側に設けられたカッタヘッド9aは外
周及び先端面に突出した複数のビット9dを有しており、
電動モータ9bの回転作用が伝達されることによって、前
方の切羽が掘削される。また第２図及び第３図に示すと
おり、往復移動カッタ９をガイドフレーム８に沿って走
行させるには、該往復移動カッタ９のフレームに設置さ
れた走行用モータ9cが、回転シャフト9f及び減速機9gを
介してガイドフレーム移動用歯車9eに連結され、且つ該
ガイドフレーム移動用歯車9eをガイドフレーム８内に設
けたラック8bと歯合することにより、往復移動カッタ９
が、ガイドフレーム８に設けられたチャンネル8aに沿っ
て走行することができる。この際走行用モータ9cの回転
を時計方向又は反時計方向に変換させることにより、往
復移動カッタ９を左右方向に往復運動させることができ
る。

第１図において、ガイドフレーム８の後方には中空部
が形成されており、そのさらに後部には、場所打ちコン
クリート（覆工材）を圧入して覆工するためのジャッキ
群10と妻型枠11とが掘削機本体フレーム３とほぼ同一な
形状、幅及び高さを有するように形成されている。ま
た、夫々の先進坑用フレーム２内には、コンクリート送
出管13が設置されており、該コンクリート送出管13の先
端口は、掘削機本体フレーム３内の妻型枠11の後方に配
管されている。14は遠隔制御用通信ケーブル束であって
各々の駆動装置に配設された制御装置に指令信号を送信
するためのものである。

次に前記リングカット式掘削機１を用いた大径トンネ
ルの構築方法の一実施例を第４図及び第５図を参照しな
がら説明する。まず掘削機本体１を所定の地中の空間領
域に設置し、地上の監視室より遠隔制御用通信ケーブル
14を使用して指令を送信する。続いて３本の先進坑用フ
レーム２の先端に取り付けられた夫々の先進坑用カッタ
ヘッド４を自回転させて先進坑を形成しながら、３個の
往復移動カッタ９を各ガイドフレームに沿って往復運動
及び自回転させて、トンネル外殻部の切羽をリング状に
掘削する。該掘削により生じたズリは、各先進坑用フレ
ーム２と、掘削機本体フレーム３との連結部に設けられ
た連通口（図示せず）よりズリ排出管12内に収集され、
先進坑後方に設置されたトンネル補助坑2aを通って外部
へ排出される。次に各掘削機本体フレーム３内に設けら
れたジャッキ群10を収縮した状態に保持し、切羽を掘削
して生じた坑壁と妻型枠11とによって形成されるリング
状の空間（図示せず）にコンクリート送出管13より覆工
材が圧入される。該覆工材が十分圧入されたところで、
前記ジャッキ群10を伸長し、各妻型枠11により覆工材を
圧密し、覆工部を形成しながらリングカット式掘削機本
体１をジャッキ群10の反力によって前方に推進させる。

すなわち第４図は掘削機による掘削及び推進を行なっ
て、覆工材を十分に圧入した状態を示し、このときジャ
ッキ群10は最も収縮した状態を示す。次に第５図はジャ
ッキ群10を伸長し、覆工材を圧密すると共に掘削機を推
進させた状態を示す。なお、覆工材の圧密と掘進とを同
時施工せず、圧密後、覆工材が十分に硬化した後に掘進
させることもできる。このように第４図及び第５図に示
すジャッキによる推進と覆工を夫々の掘削機本体フレー
ム３において繰返すことにより、全体として切羽をリン
グ状に掘削しながらトンネル覆工部を打設していき、打
設硬化後の該覆工部の内側に残存する地山を後方から順
次掘削すること、すなわち芯抜きを行うことによって、
地圧の非常に高い場所においても大径トンネルを構築す
ることができる。

なお、各先進坑は夫々トンネル補助坑として部品の修
理及び交換を行う場合に利用することも可能である。

〈発明の効果〉 本発明によればトンネル外殻部を小断面掘削すること
により地山の変形を極力小さくして掘削でき、しかもこ
の空間部を早期に覆工材で充填するので、余掘りが少な
く、地圧の高い場所において、効率よくトンネルを掘削
することができ且つトンネル補助坑より部品の修理、交
換を容易に行うことが可能なリングカット式掘削機を提
供することができる。また任意の掘削断面形状に合わせ
た掘削機本体を製作することが可能なことから、掘削断
面形状を比較的自由に設計することが可能なので、各種
用途の構造物の建設に適用できる。更に本発明のトンネ
ル構築方法では、掘削断面を先進坑の掘削に行いながら
リング状掘削を実施する工程と芯抜き掘削する工程との
２つの工程に分割して掘削するので、作業に適したトン
ネル補助坑を設けることができ、且つリング状に掘削し
た坑壁が覆工材打設時の型枠として機能するため地山の
ゆるみがなく、安全、且つ効率的に非常に地圧の高い深
層部において、大径のトンネルを構築することができ
る。さらに従来のトンネル構築方法に比して、工程を簡
略化、短縮化でき、遠隔操作により無人化することが可
能であるので経済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、先進坑及び覆工部を含む本発明のリングカッ
ト式掘削機の概略図、第２図は、移動回転式カッタとガ
イドフレームとの透視側面図、第３図は、ガイドフレー
ム一部内部構造を示す背面図、第４図は、本発明のトン
ネル構築方法を示す施工要領図、第５図は、同じく施工
要領図である。 １……リングカット式掘削機本体、３……掘削機本体フ
レーム、４……先進坑用カッタヘッド、８……ガイドフ
レーム、９……往復移動カッタ、10……ジャッキ群、11
……妻型枠、12……ズリ排出管、13……コンクリート送
出管。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の先進坑用カッタにより、トンネル外
   殻部に前記カッタ数分の先進坑を掘削する方法と、 該先進坑の掘削後方において、前記隣接する先進坑相互
   間を実質上連絡して同時掘削する往復移動カッタによ
   り、予定されたトンネル外殻部をリング状に掘削する方
   法とを併用して行うトンネル構築方法があって、 前記先進坑相互間の掘削が、先進坑に配設したズリ排出
   管よりズリを排出しながら、先進坑の掘削と共に実施さ
   れるものであり、これによって掘削したリング状の外殻
   部の空間に前記先進坑に配設したコンクリート送出管か
   ら覆工材を打設してトンネル覆工部を形成すると共に、
   打設硬化後の該リング状トンネル覆工部の内側を掘り出
   すことを特徴とする大径トンネルの構築方法。
2. 【請求項２】トンネルの外殻部に先進坑を掘削すると共
   に、該外殻部をリング状に掘削する複合型掘削機であっ
   て、該複合型掘削機が、掘削機本体の前面に先行するよ
   うに設置した複数の先進坑用フレームの先端に自回転手
   段を備えた先進坑用カッタと、該カッタ後方の前記フレ
   ーム相互間に形成した掘削機本体フレームに内設された
   ガイドフレームに沿って往復走行可能な駆動手段及び自
   回転手段を備えた往復移動カッタとからなるリングカッ
   ト式掘削機。