JP2604623B2 - 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、地圧の高い深層部、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するに適し
たリングカット式掘削機に関する。

〈従来の技術〉 従来、トンネルを構築するための掘削機としては種々
提案されているが、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には、約100〜200kgf/cm
²程度の非常に高い地圧がかかるので、掘削と同時に覆
工部を形成することのできる掘削機が強く望まれてい
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ための掘削機
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ありその目的は、
地圧の高い場所を効率よく掘削して、大径のトンネルを
構築するために適した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、トンネルの外殻部をリング状に掘削す
ると同時に、このリング状の空間の内側に管やケーブル
を配設するためのに連続する補助坑を掘削する複合型掘
削機であり、この複合型掘削機が、前記補助坑及びこの
補助坑に接する前記空間における一部を掘削する、伸縮
及び方向自在に可動し得るブームカッタと、前記空間の
残部を所定領域に分割して掘削し得る手段を有する回転
式カッタ群とを備え、これらブームカッタ及び回転式カ
ッタ群はいずれも自回転カッタヘッドを有し、前記回転
式カッタ群は、前記空間の残部を所定領域に分割して掘
削し得る手段が、当該所定領域内を往復運動するもので
ある回転式カッタを含むリングカット式掘削機にある。
ここで前記回転式カッタとブームカッタとの自回転カッ
タヘッドは電動モータ等による公知の回転手段によって
回転するものを含んでいる。前記リング状に掘削する外
殻部を所定領域に分割して掘削し得る手段としては、リ
ング状に形成された本体前方のフレームが、任意に分割
され、それによって形成された所定領域の軌導内を、支
持アームが往復運動し得る回転式カッタを用いる手段の
他に前記所定領域内に隣接して設けられた自回転式多軸
カッタを用いる手段等がある。またブームカッタの駆動
アームは、油圧シリンダ及びユニバーサルジョイントを
用いて伸縮及び方向自在、即ち自由断面内を自在に移動
できるようにしたものなどが考えられる。さらに本体フ
レームの形状としてのリング状とは、楕円形の他に真
円、馬蹄形等の無端の形状とすることが可能である。

〈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、該リングカット式掘削機本体には、各駆動装置の制
御装置が設置されている。２は本体フレーム上方部の地
山を抑える半楕円形のルーフプレートであって、その後
部内側には、覆工材を圧入し、内型枠として作用する内
型枠2aが設置されている。リング状に形成された本体フ
レームの下方部は、所定の領域に分割され本体フレーム
前部が凸凹状態になるように設置された６つのガイドフ
レーム３及び３つのガイドフレーム3aによって構成され
ている。４は、本体フレーム内部を、トンネル補助坑５
が形成される上方部とその下方の地山とに仕切るための
仕切板である。６は該仕切板４の前方上部に設置された
伸縮及び方向自在に可動し得る駆動アームと自回転カッ
タとを備えるブームカッタであり、第２図及び第３図に
示すとおり、該ブームカッタ６の本体は、フレーム50、
フレーム50a、フレーム50b及びフレーム50cによって構
成されている。該フレーム50には、自由断面内を方向自
在に可動し得る駆動アーム51がユニバーサルジョイント
によって枢着されており、続いてピストン（図示せず）
を内設した油圧シリンダー52と、カッタヘッド54を回転
させるための電動モータ（図示せず）を内設した支持ア
ーム53とが連結されている。該カッタヘッド54は、円柱
形であり、その外周及び先端面には、切羽を掘削するた
めの突出したビット55が配設されている。そして前記フ
レーム50aには、駆動アーム51を上下運動させるための
油圧シリンダー57を連結した支持アーム56がユニバーサ
ルジョイントによって枢着されており、前記フレーム50
b,50cには、駆動アーム51を左右運動させるための油圧
シリンダー60,61を夫々連結した支持アーム58,59がユニ
バーサルジョイントによって枢着されている。また第１
図において、6aは、ガイドフレーム３の内部に設けられ
た所定領域内を駆動する回転式カッタであって、第４図
に示すとおり、70は上下駆動用ジョイント71によってガ
イドフレーム３に枢着される支持アームであり、該支持
アーム70の先端には、電動モータ（図示せず）によって
自回転するカッタヘッド72が設置され、該カッタヘッド
72の外周及び先端面には、各ガイドフレーム３によって
分割された所定領域の切羽を掘削するためのビット73が
配設されている。そして該支持アーム70には、所定領域
駆動式カッタ6aを上下運動させるための油圧シリンダー
75,77を夫々備える駆動アーム74,76がガイドフレーム３
に支持されて、設置されており、油圧シリンダーを調整
することによって支持アーム70を上下に往復運動させな
がら切羽を掘削することができる。

また第１図において、７はガイドフレーム3a内に設け
られたパワーユニット16によって回転する公知の多軸式
カッタであり、該ガイドフレーム3aによって分割された
所定領域の切羽を掘削するため、１つのガイドフレーム
3aの前方部に夫々５個の自回転式カッタが配設されてい
る。８は前記ガイドフレーム３及び3a内に設けられたリ
ング状フレームであり、該リング状フレーム８には、推
進機能を持ち各ガイドフレームを固定するための姿勢制
御装置９が取りつけられている。10は掘削の際に湿式状
態で行うための泥水導入口であり、11は切羽の掘削によ
って生じるズリを含む泥水を排出するための掘削ズリ泥
水排出口であって、夫々各ガイドフレーム内に同じよう
に配設されている。該泥水導入口10及び掘削ズリ泥水排
出口11に連通された泥水導入管10a及び掘削ズリ泥水排
出管11aは、夫々該リング状フレーム８の内部を通って
トンネル補助坑５内に配設され、外部にまで延長されて
いる。12はリング状の妻型枠13を後部に備えるジャッキ
群であって該ジャッキ群を伸縮することによって妻型枠
13が前後に駆動する。14はトンネル補助坑５内に配設さ
れ、該妻型枠13と、すでに覆工済の覆工部15とによって
形成されるリング状の空間に、覆工材を圧入するための
コンクリート送出管であって、これは、内型枠2aに連結
されている。16は遠隔制御用通信ケーブルであり、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。

次に前記リングカット式掘削機の動作について説明す
る。

まずリングカット式掘削機本体１は施工現場である地
中の空間領域内に設置される。次に地上の監視室から遠
隔制御用ケーブル16を使って指令が送信され、ブームカ
ッタ６に設置された駆動アーム51を夫々の油圧シリンダ
ーによって、自由断面に伸縮及び方向自在に駆動させな
がら自回転カッタ54で切羽を乾式状態において半楕円状
に掘削し、トンネル補助坑５を形成する。掘削に伴い、
山留め用のルーフプレート２を随時前進させる。該ルー
フプレート２はリング状フレーム８を反力として、油圧
ジャッキで押し出される。なお前記方向自在とは、駆動
アーム51により、カッタヘッド54が自由断面内を自在に
移動することである。続いてガイドフレーム３及び3aに
よって分割された所定領域が泥水導入口10より泥水を供
給しながら、湿式状態において、所定領域駆動式カッタ
6a及び多軸式カッタ７によりリング状に掘削される。な
お、リング状空間の一部（上部）はブームカッタ６によ
り掘削される。掘削されたズリは泥水として、掘削ズリ
泥水排出管11aを通って外部へ排出される。なお泥水を
供給し、掘削ズリ泥水を排出するためのポンプは、トン
ネル補助坑５内に設けられている。次いでジャッキ群12
を収縮した状態に保持して、内型枠2a及びリング状に掘
削してできた掘削壁によって生じる空間に、コンクリー
ト送出管14から覆工材が圧入される。続いて該ジャッキ
群12を伸長させて、妻型枠13を内型枠2a及び掘削された
掘削壁に沿って摺動させることによって圧入された覆工
材を圧密し、覆工部15を形成すると同時に、妻型枠13が
覆工材を圧密する反力を利用して、リングカット式掘削
機本体１を前方に推進させることができる。このような
動作を監視室からの制御によって、繰り返すことによ
り、自動的にリング状の覆工部が順次打設されていく。
なお打設硬化後のリング状トンネル覆工部の内側地山を
後方から他の掘削機によって掘削する、すなわち芯抜き
を行うことにより、地圧の非常に高い深層部において、
大径トンネルを構築することができる。

また前記実施例では、ズリの搬出、排出及び覆工材搬
入等をトンネル補助坑５内を通して行ったが、例えばズ
リの搬出、排出坑等を掘削機本体１の下方部に形成する
こともできる他、前記トンネル補助坑５内において、ブ
ームカッタ６を交換、修理することも可能である。

〈発明の効果〉 以上説明してきたように本発明によれば、地圧の高
い、例えば深層部に大径のトンネルを構築する場合に
も、効率よく、施工が可能なリングカット式掘削機が得
られる。さらに本発明の掘削機を用いることによって、
工程を簡略化、短縮化でき、遠隔装作により、無人化す
ることができ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図はブームカッタの側面図、第３図はブー
ムカッタの正面図、第４図は所定領域駆動式カッタの側
面図である。 １……リングカット式掘削機、５……トンネル補助坑、
６……ブームカッタ、6a……所定領域駆動式カッタ、７
……多軸式カッタ、10……泥水導入口、11……掘削ズリ
泥水排出口、12……ジャッキ群、13……妻型枠。

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と
   同時に、このリング状の空間の内側に管やケーブルを配
   設するためのに連続する補助坑を掘削する複合型掘削機
   であり、この複合型掘削機が、前記補助坑及びこの補助
   坑に接する前記空間における一部を掘削する、伸縮及び
   方向自在に可動し得るブームカッタと、前記空間の残部
   を所定領域に分割して掘削し得る手段を有する回転式カ
   ッタ群とを備え、これらブームカッタ及び回転式カッタ
   群はいずれも自回転カッタヘッドを有し、前記回転式カ
   ッタ群は、前記空間の残部を所定領域に分割して掘削し
   得る手段が、当該所定領域内を往復運動するものである
   回転式カッタを含むリングカット式掘削機。