JP2596803B2 - 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、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
る際に適したリングカット式掘削機に関する。

＜従来の技術＞ 従来、トンネルの構築方法としては、トンネルの全断
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、地盤強度を補強しても、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
常に地圧の高い深層部において、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＞ 本発明によればトンネルの外殻部をリング状に掘削す
る掘削機であって、該掘削機が、その本体の前面に設置
したリング状のビームに配設される切羽を掘削する複数
の自回転手段を備えた回転駆動式カッタと、ズリを搬送
するための複数のスクレーパとから成り、かつこれら回
転駆動式カッタとスクレーパとには、前記ビームに沿っ
て走行可能な駆動手段を備えているリングカット式掘削
機が提供される。前記回転駆動式カッタの自回転手段は
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、回転駆動式カッタとスクレーパとの走行手段は、ビ
ームのラックに沿って走行する歯車の他に、チェーン又
はワイヤロープ等の索条体をビームに沿って、電動モー
タ等で移動するものを含む。またスクレーパの形状は、
切羽を削り取り、且つズリを搬送することが可能であれ
ば、公知のスクレーパを使用することができる。

＜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本体であ
り、これが予め先進坑Ａ及びＢを設けたトンネル予定地
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、本体フレーム３の前方に取り付けられたリン
グ状のビームであり、該ビーム２には、所定の間隔をお
いて、回転駆動式カッタ４とスクレーパ５とが交互に夫
々６個づつ配設されている。6a及び6bは、本体フレーム
３の後方上部及び下部に取り付けられた内型枠であっ
て、夫々覆工材を圧入する際に、先進坑A,Bに覆工材が
流出しないように機能する。前記各々の回転駆動式カッ
タ４は、第２図及び第３図に示すとおり自回転手段とし
ての電動モータ21がコの字型のフレーム20によって支持
されており、該モータ21の回転作用は、電動モータ21に
連設される減速機22、回転シャフト23を介して、カッタ
ヘッド25に伝達され、カッタヘッド25が毎分数回転で自
回転する。該カッタヘッド25は円柱形であって、その直
径は、ビーム２とフレーム20との最大幅よりも広いもの
であり、カッタヘッド25の外周及び切羽と接する先端綿
には、切羽を掘削するためのビット26が突出して複数個
配設されている。また前記フレーム20には、回転駆動式
カッタ４がビーム２に沿って走行するための駆動手段と
して電動モータ27が支持されており、該モータ27の回転
作用は、電動モータ27に連設される減速機28、回転シャ
フト29を介して、ビーム２内に設けられたビーム走行用
のラック33に歯合されるカッタ走行用歯車31へ伝達され
る。従ってカッタ走行用歯車31が回転することによっ
て、フレーム20に設けられたカッタ走行用支持体32がビ
ーム２内に設けたチャンネル34（又はラック33）に沿っ
て摺動し、これにより自回転する回転駆動式カッタ４を
ビーム２に沿って走行させることができる。なお、回転
駆動式カッタ４は、別途設けた制御装置によりカッタ走
行用歯車31の回転方向を制御してビーム２に対して時計
方向又は反時計方向に走行させることもできる。

また第４図〜第６図に示す、前記回転駆動式カッタ４
の他の実施例は、夫々の回転駆動式カッタ4aが同時に、
同一方向に走行するものである。前記回転駆動式カッタ
4aには、自回転手段としての電動モータ21aが本体フレ
ーム20a内に設置されており、該モータ21aの回転作用
は、モータ21aに連設される減速機22a、回転シャフト23
aを介して、カッタヘッド25aに伝達され、カッタヘッド
25aが毎分数回転で自回転する。カッタヘッド25aには、
前記カッタヘッド25と同様に切羽を掘削するためのビッ
ト26aが配設されている。さらにまた、リング状に形成
されたビーム2aの両側面には、チャンネル48,49が設け
られており、該チャンネル48には、チェーン45がリング
状に回動し得るよう設置されている。該ビーム2aの後部
には、電動モータ40が間隔をおいて４箇所設置されてお
り、該モータ40の回転作用は、モータ40に連結される減
速機41、回転シャフト42を介してカッタ走行用歯車44に
伝達される。該カッタ走行用歯車44は、前記チェーン45
と咬合しており、またフレーム20aの凸部46がチェーン4
5に止着されているので、カッタ走行用歯車44が回転す
ることにより自回転する駆動式カッタ4aを、チェーン45
と共にビーム2aに沿って走行させることができる。な
お、フレーム20aの凸部47は、ビーム2aに設けられたチ
ャンネル49に沿って摺動しながら回動させることがで
き、前記回転駆動式カッタ４と同様に別途設けた制御装
置により、電動モータ40の回転方向を制御して、ビーム
に対して時計方向又は反時計方向に回転駆動式カッタ4a
を走行させることができる。また第１図及び第６図にお
いて、ビーム2,2aに配設されるスクレーパ5,5aは、前方
の切羽を削り取り、ズリを搬送するためのものであっ
て、前記回転駆動式カッタ4,4aと同様な駆動形式により
リング状のビーム2,2aに沿って走行することができる。

第１図において、ビーム２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）を圧して覆工するためのジャッキ群７と妻型
枠８とが前記ビーム２とほぼ同一な形状、幅及び高さを
有するリング状に形成されている。また妻型枠８には、
上部の内型枠6aと下部の内型枠6bとを含むリング状の掘
削部（図示せず）に、覆工材を圧入するためのコンクリ
ート送出管９が伸縮管9aを介して連結されており、該コ
ンクリート送出管９は、先進坑Ａとして形成されたトン
ネル補助坑内を通って外部へ延長されている。さらに前
記先進坑Ｂとして形成されたトンネル補助坑には、前記
スクレッパ５により集積されたズリを排出するためのズ
リ輸送パイプ10がポンプ（図示せず）を介して配設され
る。11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７図及び第８図を参照しな
がら説明する。まず従来のシールド工法等により、予定
されたトンネル外殻部に接する内側上方部及び下方部を
掘削し、先進坑Ａ及びＢを形成する。続いてリングカッ
ト式掘削機本体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11を使用して指
令を送信しながら、リング状のビーム２に交互に配設さ
れた回転駆動式カッタ４とスクレーパ５とを該ビーム２
に沿って走行させて切羽を掘削する。該掘削により生じ
たズリは、掘削されたリング状の溝に沿ってトンネル下
方部に予め設けられた先進坑Ｂ内に、スクレーパ５を利
用して集積されると共に、随時先進坑Ｂに配設されたズ
リ輸送用パイプ（図示せず）を通して外部へ排出され
る。次にジャッキ群７を収縮させながら、同時に、内型
枠6a,6b、掘削壁及び妻型枠８によって形成されるリン
グ状の空間（図示せず）に、妻型枠８に連結された伸縮
管9aより覆工材を圧入する。このとき、コンクリート送
出量とジャッキ群７の収縮速度は、同調するように制御
する。シャッキ群７が所定量収縮し、且つ該覆工材を十
分圧入したところで、前記ジャッキ群７を伸長し、リン
グ状に形成された妻型枠８により覆工材を圧密し、覆工
部を形成した後に、リングカット式掘削機１をジャッキ
の反力によって前方に推進させる。すなわち第７図は掘
削機による掘削及び推進を行って、覆工材を十分に圧入
した状態を示し、このときシャッキ群７は最も収縮した
状態を示す。次に第８図はジャッキ群７を伸長し、覆工
材を圧密した後に掘削機を推進させた状態を示し、この
際、内型枠6a及び6bも同時に推進する。このように第７
図及び第８図に示すジャッキによる推進と覆工を繰返す
ことによって、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大径ト
ンネルを構築することができる。

なお、先進坑Ａ及びＢ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なものとして掘削で
き、しかもこの空間部を早期にコンクリートで充填して
しまうので、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でき
るリングカット式掘削機を提供することができる。特
に、ビットの摩耗が激しく、施工中においてビットの交
換が要求される回転駆動式カッタは、ビームに添って補
助坑部に導き、作業することができる。更に任意の掘削
断面形状に合わせたビーム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できるため、各種
用途の構造物の連設に適用できる。

【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図は回転駆動式カッタを備え
たビームの横一部断面図、第３図はビームの一部を示す
一部透視斜視図、第４図は回転駆動式カッタを備えたビ
ームの他の実施例を示す一部透視横断面図、第５図は同
じく縦断面図、第６図は、回転駆動式カッタとスクレー
パとを備えるビームの他の実施例を示す斜視図、第７図
は、トンネルを構築する方法を示す施工要領図、第８図
は同じく施工要領図を示す。 １……リングカット式掘削機、２……ビーム、３……本
体フレーム、４……回転駆動式カッタ、５……スクレー
パ、７……ジャッキ群、８……妻型枠、A,B……先進
坑。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルの外殻部をリング状に掘削する掘
   削機であって、該掘削機が、その本体の前面に設置した
   リング状のビームに配設される複数の自回転手段を備え
   た回転駆動式カッタと、切羽を削り取り、ズリを搬送す
   るための複数のスクレーバとから成り、かつこれら回転
   駆動式カッタとスクレーバとには前記該ビームに沿って
   走行可能な駆動手段を備えているリングカット式掘削
   機。