JP2577634Y2

JP2577634Y2 - 拡幅用トンネル掘削機

Info

Publication number: JP2577634Y2
Application number: JP1993019171U
Authority: JP
Inventors: 有孝福田; 和典山中
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2008-03-22
Also published as: JPH0674692U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、既存のトンネルの口
径を拡げるための拡幅用トンネル掘削機に関し、詳しく
はトンネルの掘削時に生じる“ズリ”の処理機構を備え
た拡幅用トンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトンネル掘削機として、たとえ
ば特開平３−２８８０８０号公報に記載のトンネル掘削
機がある。この掘削機は、図示を省略するが、コンクリ
ート壁などからなる内周壁を備えた既存の開口断面円形
のトンネルを拡幅するもので、円筒状の既設内周壁を切
削除去するための内側カッターと、既設内周壁の外側の
地山を掘削するための外側カッターとを備えている。ま
た内側カッターと外側カッターとは、それぞれ独立して
前進可能で、両側のカッターの切削速度のずれに対応で
きるようになっている。そして、掘削作業に当たって
は、まず外側カッターにて地山を掘削すると同時に、内
側カッターにて既設内周壁を切削除去し、外側カッター
にて拡径されたトンネル内周壁に沿って、新たにコンク
ート壁を構築するものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に記載の拡幅用トンネル掘削機には、次のような
点で改良の余地がある。

【０００４】たとえば、既存の発破工法等により造
られた馬蹄形などの非円形トンネルの拡幅工事には、適
用できない。それは、内側カッターが既設の円筒形内周
壁にのみ対応するように配列されているからである。

【０００５】掘削時に、カッターヘッドの回転およ
び推進作用によって既設の内周壁（通常、コンクート
製）が剥離・崩壊し易く、大塊状のズリが発生して掘削
機の前方に落下したり、通常の掘削ズリが掘削機前方の
既存のトンネル内に落下したりするが、それらの掘削ズ
リを掘削機のカッターヘッド内へ取り込むための、カッ
ターヘッド側へ掘削ズリを押し込む力（作用）が得られ
ない。このため、掘削ズリの取り込み（回収）率が悪
い。

【０００６】立地条件等により、掘削ズリを掘削機
の前方へ排出する方が有利な場合があるが、掘削機の構
造上、排土装置を掘削機の前方へ設置するのが難かし
い。

【０００７】この考案は上述の点に鑑みなされたもの
で、既存の馬蹄形断面のトンネルの老朽化および同断
面形状のトンネルを含む既存の小口径トンネルの拡幅要
求に対応して、新規にトンネルを掘削するのに比べて低
いコストで、効率的にかつ確実にトンネルを拡幅でき、
既存のトンネルの掘削時におけるトンネル内周面の剥
離・崩壊を防止できるとともに、掘削機前方へ落下した
掘削ズリのカッターヘッド内への取り込み率が高く、
立地条件等に合わせて掘削機の前方へも排土が可能な、
拡幅用トンネル掘削機を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ためにこの考案の拡幅用トンネル掘削機は、a)掘削機本
体の先端に回転可能に装備されるカッターヘッドの中心
部分に、既存のトンネルの大きさよりやや小径の開口部
を設け、b)筒状体の基端部を掘削機本体内で支持し、該
筒状体の先端部分を前記開口部を貫通して前方の既存ト
ンネル内へ張出させ、c)前記筒状体の上半部に前記（既
存の）トンネルの内周面支持機構を配備し、d)前記筒状
体の下半部にズリ掻き込み機構を配備している。

【０００９】

【作用】上記した構成を有するこの考案の拡幅用トンネ
ル掘削機によれば、既存のトンネルに対し、先端のカッ
ターヘッドを回転させながら掘進機を前進させることに
より、トンネルの周囲をカッターヘッドで掘削し拡幅す
ることができる。つまり回転するカッターヘッドは、中
央部分を開口した所定半径幅のカッター部位を有する環
状体からなるから、馬蹄形などの非円形トンネルの掘削
に際しても、また既存のトンネルの中心と掘削機本体の
中心とに多少の位置ずれが生じても、カッターヘッドが
既存のトンネルの周縁部およびその外側を掘削する。

【００１０】また、カッターヘッドのすぐ前方で既存ト
ンネルの内周面が、筒状体上半部の前記内周面支持機構
により支持された状態の下で、カッターヘッドによって
掘削されるから、トンネルの内周面の掘削に伴う剥離や
崩壊が抑制されるとともに、大塊状の掘削ズリも発生し
にくくなる。しかも、掘削時に掘削機の前方の既存トン
ネル内に落下した掘削ズリは、筒状体下半部のズリ掻き
込み機構によってカッターヘッド側へ掻き込むことがで
きるので、ズリの取り込み率が向上し、掘削効率も改善
される。

【００１１】さらに、前記カッターヘッドの中央部分の
開口を貫通し前方へ張出する筒状体内に、ベルトコンベ
ヤなどの排土装置を配備し、排土装置の一部を筒状体か
ら前方へ延設することにより、既存のトンネルを利用し
た掘削ズリの排土が可能になるため、立地条件等に応じ
て排土する方向を、掘削機の後方または前方のいずれに
も設定することができる。

【００１２】

【実施例】以下、この考案の拡幅用トンネル掘削機の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は本実施例にかか
る拡幅用トンネル掘削機の中央縦断面図、図２は図１の
トンネル掘削機のＹ−Ｙ線断面図、図３はトンネル掘削
機の全体を示す中央縦断面図で、図１中の排土装置やト
ンネル内周面支持機構などを省いたものである。

【００１３】トンネル掘削機の全体構造は、図３に示す
ように、中空の円筒体からなる本体１が、前胴１ａと中
胴１ｂと後胴１ｃとに分割され、前胴１ａと中胴１ｂと
が中折れピン２ａで水平方向に屈曲自在に連結され、ま
た、中胴１ｂと後胴１ｃとが中折れリンク２ｂで水平方
向・垂直方向に屈曲自在に連結されている。中胴１ｂは
内筒１ｂ−１と外筒１ｂ−２とを摺動自在に重合した２
重シールド構造からなり、内筒１ｂ−１側が前胴１ａ
に、外筒１ｂ−２側が後胴１ｃにそれぞれ連結されてい
る。さらに、前胴１ａの後壁と後胴１ｃの前壁とが複数
本の推進用ジャッキ３で連結され、これらの推進用ジャ
ッキ３の伸縮動作により、中胴１ｂの内筒１ｂ−１と外
筒１ｂ−２が相互に摺動して重合部分の長さが変化し、
前胴１ａと後胴１ｃの間隔が変わる。

【００１４】後胴１ｃの両側には、リヤグリッパー４が
シリンダ装置（図示せず）を介してその外周プレートか
ら外方へ出入自在に配備されている。また前胴１ａに
も、複数のフロントグリッパー５が図１のようにシリン
ダ装置５ａを介し外周プレートから出入自在に配備され
ている。

【００１５】掘削機本体１（前胴１ａ）の先端に、カッ
ターヘッド６が回動自在に支持されている。このカッタ
ーヘッド６の支持構造は、その外周付近を軸受７で回動
自在に支持した外周支持タイプで、前胴１ａ内に配設さ
れた駆動モーター１９によりギヤ１９ａを介してカッタ
ーヘッド６が回転される。カッターヘッド６は、前面の
中心部分６ａを開口させるとともに、この開口６ａから
軸方向に連続して貫通する開口６ｂを設けている。ま
た、前方の環状面板６ｃを図１および図３のように円錐
状に傾斜させるとともに、環状面板６ｃにはその円周方
向に間隔をあけてズリ取り入れ口６ｄを開口させてい
る。さらに、各ズリ取り入れ口６ｄの反回転（カッター
ヘッド６の）側に、板状のスクレーパ８を円錐状の面板
６ｃに沿って前方へ突設している。

【００１６】環状面板６ｃに続く外周面６ｆにも、円周
方向に間隔をあけてズリ取り入れ口６ｅを開口させてい
る。そして、各ズリ取り入れ口６ｅの反回転（カッター
ヘッド６の）側からバケット状のスクレーパ９を、回転
側にかけて円周方向に沿って延設している。環状面板６
ｃ上には、多数のローラーカッター１１を取り付けてい
る。

【００１７】上記したとおり、本考案にかかるトンネル
掘削機は、掘削機本体１の中心部分が全長にわたり空間
１２に形成され、この空間１２がカッターヘッド６の中
心部分の開口６ａ・６ｂに連続しており、開口６ａ・６
ｂおよび空間１２を利用して排土装置を掘削機本体１の
前方へ設置できるように構成されている。すなわち、図
１および図２に示すように、円筒状のスリーブ体１４の
基端部を、前胴１ａのリングガーダー１３に固設し、ス
リーブ体１４の先端側をカッターヘッド６の開口６ａ・
６ｂを貫通して前方へ張り出させている。またスリーブ
体１４の先端部内には、図２のように略方形のスリーブ
体１５を配設し、このスリーブ体１５の先端部をスリー
ブ体１４の先端開口１４ａから前方へ張り出させてい
る。そして排土装置としてのベルトコンベヤ１６が、ス
リーブ体１４内の基端部からスリーブ体１５内の先端に
かけて設置され、このベルトコンベヤ１６はさらにスリ
ーブ体１５の前方へ延設されている。

【００１８】スリーブ体１４の中央部の上部側、すなわ
ちカッターヘッド６のズリ取り入れ口６ｄ・６ｅの下方
に、ズリ投入口１４ｂが開設されている。この投入口１
４ｂは、ベルトコンベヤ１６のコンベヤベルト１６ａ上
にズリが落下するように、シュート状に形成されてい
る。

【００１９】カッターヘッド６のすぐ前方で、スリーブ
体１４の上半部には、図２のように複数台（本実施例で
は７台）のトンネル内周面支持機構１７が、相隣接して
円周方向に約１８０゜の範囲にわたり配備されている。
各支持機構１７は、支持台１７ａと、摺動板１７ｂと、
これらの部材１７ａ・１７ｂとで平行リンク機構を構成
する複数のリンク１７ｃと、駆動用の低圧シリンダ１７
ｄとからなり、摺動板１７ｂが低圧シリンダ１７ｄの伸
縮動により既存のトンネルＡの半径方向に移動する。摺
動板１７ｂは図１のように断面略Ｌ形で、前端部がやや
下向けに屈曲され、掘削機の前進時に、トンネルＡの内
周壁Ａ１に沿って円滑に前進できるようにしてある。ま
た、内周壁面Ａ１に凹凸があったり、掘削機の向きが変
化したりする場合など、摺動板１７ｂに所定圧以上の負
荷が作用したときには摺動板１７ｂが下方へ退避するよ
うに、低圧シリンダ１７ｄの圧力値を設定してある。

【００２０】またスリーブ体１５の下面側に、ズリ掻き
込み機構１８が配備されている。このズリ掻き込み機構
１８は、本体１８ａと、本体１８ａの下端に上下方向に
回動自在に枢着されたズリ掻き込み板１８ｂと、本体１
８ａとズリ掻き込み板１８ｂの間に介設され、ズリ掻き
込み板１８ｂを回動させる傾斜シリンダ１８ｃとを備え
ている。そして、本体１８ａは、スリーブ体１５の下面
から下向けに延設された支持フレーム１８ｄの下端に固
設され、スリーブ体１５の長手方向に平行な一対のレー
ル１８ｅに、車輪１８ｆを介して走行自在に吊り下げら
れている。さらにスリーブ体１５の下面先端と本体１８
ａとの間に、本体１８ａを走行させる水平シリンダ１８
ｇが介設されている。

【００２１】次に、上記のようにして構成された本実施
例のシールド掘削機について、トンネルの拡幅動作を詳
しく説明する。

【００２２】図１〜図３は岩盤に発破工法などにより掘
削された馬蹄形トンネルＡを断面円形の大口径のトンネ
ルＢに拡幅する作業状態を示している。図１および図３
に示すように、トンネル掘削機１は拡幅側のトンネルＢ
内に配置され、リヤグリッパー４を張り出して坑壁に押
し付けることにより後胴１ｃを固定し、カッターヘッド
６を回転させながら推進用ジャッキ３を徐々に伸長し、
前胴１ａとともにカッターヘッド６を前進させる。これ
により、トンネルＡとトンネルＢのコーナー部に対し、
カッターヘッド６の円錐状面板６ｃ（のローラーカッタ
ー１１）が鉛直方向に対し適当な角度（たとえば３０
゜）をもって接触し、崩壊を防止しながら掘削する。

【００２３】一方、カッターヘッド６のすぐ前方では、
図２のように既存トンネルＡの内周壁Ａ１に沿って上半
分（ほぼ１８０°の範囲）を覆うように、７台のトンネ
ル内周面支持機構１７の摺動板１７ｂがトンネル内周壁
Ａ１を支持する。このため、カッターヘッド６による掘
削作業時の衝撃がトンネル内周壁Ａ１に加わっても、大
塊状のズリが生じることはほとんどない。

【００２４】また、トンネルＡ内に落下したズリは、図
１のように傾斜シリンダ１８ｃの収縮によりズリ掻き込
み板１８ｂを降ろした状態で、水平シリンダ１８ｇの伸
長動によりズリ掻き込み板１８ｂを後方へ移動させるこ
とで、カッターヘッド６側へ掻き集められる。この状態
で、カッターヘッド６のローラーカッター１１で掘削さ
れた時に生じる掘削ズリとともに、スクレーパ８・９に
てズリ取り入れ口６ｄ・６ｅからカッターヘッド内へ掬
い上げられ、投入口１４ｂを通ってベルトコンベヤ１６
のコンベヤベルト１６ａ上に落下する。掘削ズリは、反
時計方向に回転するコンベヤベルト１６ａで前方へ送ら
れ、既存トンネルＡ側に排出される。

【００２５】なお、後方へ移動したズリ掻き込み板１８
ｂは、傾斜シリンダ１８ｃを伸長することによりズリ掻
き込み板１８ｂが上方へ押し上げられた状態で、水平シ
リンダ１８ｇの収縮動により元の前方位置へ戻される。
また、前胴１ａが前進するのに伴って、中胴１ｂの内筒
１ｂ−１側が外筒１ｂ−２に対し前方へ摺動し、両筒１
ｂ−１・１ｂ−２の重合箇所が減少して中胴１ｂが延び
る。

【００２６】上記のようにして、推進用ジャッキ３が最
大限伸長するまでカッターヘッド６が前進し、トンネル
Ａの周囲が掘削される。それから、前胴１ａのフロント
グリッパー５を張り出して坑壁に押し付け前胴１ａを固
定するとともに、後胴１ｃのリヤグリッパー４を引っ込
め、推進用ジャッキ３を収縮して後胴１ｃを前胴１ａ側
へ引き寄せる。このとき、中胴１ｂの内筒１ｂ−１に対
し外筒１ｂ−２が前方へ摺動し、両筒１ｂ−１・１ｂ−
２の重合箇所が増加して中胴１ｂが縮む。

【００２７】このあと、上記したように後胴１ｃのリヤ
グリッパー４を張り出して坑壁に押し付けることにより
後胴１ｃを固定し、前胴１ａのフロントグリッパー５を
引っ込め、カッターヘッド６を回転させながら推進用ジ
ャッキ３を徐々に伸長させるなどの上記手順を繰り返す
ことにより、掘削作業が遂行される。

【００２８】ところで、本考案のトンネル掘削機の一例
を上記したが、これに限定されるものではなく、例えば
下記のように実施することもできる。

【００２９】ａ．トンネルＡ・Ｂの立地条件により、掘
削ズリの排土装置を掘削機本体１の後方へも設け、拡幅
されたトンネルＢからも排出できるようにする。

【００３０】ｂ．トンネル内周面支持機構１７は、摺動
板１７ｂを平行リンク機構を用いずに、支持台１７ａか
ら直接複数の低圧シリンダにてトンネルの半径方向へ移
動する構造にして、トンネル内周面を支持できるように
する。

【００３１】ｃ．ズリ掻き込み機構１８は、ズリ掻き込
み用の回転する羽根付きのドラム・ブラシ等をズリ掻き
込み板１８ｂの代わりに配備し、前後方向へ移動させる
ことによりズリを掻き集める構造にする。

【００３２】ｄ．ベルトコンベヤ１６以外に、排土装置
として、チェーンコンベヤ、エプロンフィーダーなどを
使用する。

【００３３】

【考案の効果】以上説明したことから明らかなように、
本考案の拡幅用トンネル掘削機には、次のような効果が
ある。

【００３４】(1) 施工条件により既存トンネルの中心と
新規拡幅トンネルの中心とをずらせた状態でも拡幅工事
を行えるので、既存の馬蹄形断面のトンネルを含む既存
の小口径トンネルの拡幅要求や老朽化に対応して、効率
的にかつ確実にトンネルを拡幅できる。

【００３５】(2) 掘削作業時に既存トンネルの内周壁の
剥離や崩壊を防止でき、とくに大塊状のズリの発生を抑
制できる。また、掘削機前方へ落下した掘削ズリのカッ
ターヘッド内への取り込み率が高まり、ズリの排出効率
も向上する。

【００３６】(3) 掘削機の前方へも排土が可能なため、
トンネルの立地条件などを考慮して排土方向を決定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の拡幅用トンネル掘削機の実施例を示す
中央縦断面図である。

【図２】図１のトンネル掘削機のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【図３】トンネル掘進機の全体を示す中央縦断面図で、
図１中の排土装置やトンネル内周面支持機構などを省略
したものである。

【符号の説明】

１掘進機本体３推進用ジャッキ４・５グリッパー６カッターヘッド６ａ・６ｅ開口８・９スクレーパ１４・１５スリーブ体１６ベルトコンベヤ（排土装置）１７トンネル内周面支持機構１８ズリ掻き込み機構Ａ・Ｂトンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】既存のトンネルの口径を拡げるための拡
幅用トンネル掘削機において、掘削機本体の先端に回転可能に装備されるカッターヘッ
ドの中心部分に、既存のトンネルの大きさよりやや小径
の開口部を設け、筒状体の基端部を掘削機本体内で支持し、該筒状体の先
端部分を前記開口部を貫通して前方の既存トンネル内へ
張出させ、前記筒状体の上半部に前記トンネルの内周面支持機構を
配備し、前記筒状体の下半部にズリ掻き込み機構を配備したこと
を特徴とする拡幅用トンネル掘削機。