JP2657788B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

トンネル掘削機

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JP2657788B2
JP2657788B2 JP13871595A JP13871595A JP2657788B2 JP 2657788 B2 JP2657788 B2 JP 2657788B2 JP 13871595 A JP13871595 A JP 13871595A JP 13871595 A JP13871595 A JP 13871595A JP 2657788 B2 JP2657788 B2 JP 2657788B2
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貴人 吉田
有孝 福田
保徳 近藤
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川崎重工業株式会社
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、岩盤のような硬い地
盤だけでなく、軟弱な地盤におけるトンネルの掘削も対
象としたトンネル掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、岩盤におけるトンネルの掘削を対
象とした掘削機として、主に、ビーム型(オープン型と
もいう)トンネル掘削機と、フルシールド型トンネル掘
削機との2種類がある。
【0003】前者は、図6に示すように、前端にカッタ
ーヘッド31を備えたビーム32に沿って、前後に間隔
をあけかつ一体に連結された前後一対のグリッパ33を
前後方向に摺動自在に配設し、後側グリッパ33bとビ
ーム32後端部をスラストジャッキ36で連結した構造
からなる。ビーム32の後端には駆動ユニット37を備
え、ビーム32の中心部を軸方向に貫通する回転軸38
を介してカッターヘッド31を回転させる。また、ビー
ム32の後端にはサポート39を下向きに伸縮自在に備
えている。そして、前後のグリッパ33を伸長させてト
ンネル坑壁に押し当てて掘進時の反力をとり、カッター
ヘッド31を回転しながらスラストジャッキ356収縮
して前進させ、掘削作業を行って所定距離前進した後、
前後のグリッパ33を収縮し、スラストジャッキ36を
伸長させグリッパ33をビーム32に沿って前方へ戻
す。こうした作業を繰り返し行うことにより、トンネル
を掘削するものである。
【0004】後者は、図7に示すように、前端にカッタ
ーヘッド41を備えた筒状のシールドシェル45a内に
駆動ユニット43を設け、フロントグリッパ44を外方
へ出没自在に配備した前胴(フロントボディ)45と、
筒状のシールドシェル48a内に後方へ向けてシールド
ジャッキ46を設け、メイングリッパ47を外方へ出没
自在に配備した後胴(リヤボディ)48とを、前後方向
に摺動自在な二重筒状の中胴(ミドルボディ)49を介
して連結するとともに、前胴45と後胴48の間にスラ
ストジャッキ50を介設した構造からなる。そして岩盤
等の硬い地盤におけるトンネルの掘削に際しては、メイ
ングリッパ47を伸長させてトンネル坑壁に押し当てて
掘進時の反力をとり、カッターヘッド41を回転しなが
らスラストジャッキ50を伸長して前胴45を前進さ
せ、所定距離のトンネルを掘削した後、フロントグリッ
パ44を伸長しメイングリッパ47を収縮して、スラス
トジャッキ50を収縮して後胴48を引き寄せる。この
作業を繰り返すことにより、トンネルを掘削するもので
ある。一方、軟弱地盤におけるトンネルの掘削に際して
は、図示を省略したエレクタにより、セグメントの周壁
を後胴のすぐ後方に構築し、シールドジャッキ46の後
端をセグメント壁の端面に当接し、シールドジャッキ4
6を伸長させることにより、カッターヘッド41を回転
させながらトンネル掘進機全体(前胴・中胴・後胴)を
前進させて掘削するものである。なお、掘削作業の間、
スラストジャッキ50は収縮状態に保持しておく。
【0005】後者については特公昭62−32319号
公報に記載されており、また同公報に前者も従来技術と
して記載されている。そのほか,特開平5−18719
5号などがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のトンネル掘削機には、それぞれ次のような点で
改良すべき技術的課題がある。
【0007】前者の場合: 軟弱地盤に遭遇すると、グリッパでは掘削反力を得
られないために、掘進できなくなる可能性が大きい。
【0008】 グリッパ、スラストジャッキ、駆動ユ
ニットなどの主要機器が露呈しているため、特に軟弱地
盤では地山の崩壊等により落下する土砂で埋まり、機器
が正常に動作しなくなることがある。なお、カッターヘ
ッドの後方上部にルーフを設けたものがあるが、ルーフ
では地山の崩壊を防いだり、土砂の侵入を防止したりで
きないため、同様の問題が生じる。
【0009】後者の場合: 機長が長く、全長にわたりシールドシェルで覆われ
ているため、地山の手当をする場合、カッターヘッドで
掘削した後すぐに樹脂やセメントを吹きつけたりロック
ボルトを打ち込んだりして地山を手当するのが望ましい
が、手当するまでの間が長く、この間に地山の崩壊がひ
どくなり、手当がしにくくなる。
【0010】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、岩盤などの硬質地盤でのトンネルの掘削だけでなく
軟弱地盤でのトンネルの掘削が可能であり、しかも切羽
の近傍で地山を手当でき、また全体構造が従来のフルシ
ールド型に比べて簡単で主要機器はシールドシェルによ
り保護することができる、トンネル掘削機を提供するこ
とを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のトンネル掘削機は、a)岩盤掘削用のローラ
カッターを装備したカッターヘッド、該カッターヘッド
を回転自在に支持して駆動するカッターヘッド駆動部、
該駆動部から後方へ向けて張設したメインビーム、およ
び該メインビームの後端部に前後に摺動可能に支持さ
れ、メイングリッパを半径方向へ進退自在に備えたグリ
ッパボディを具備し、該メイングリッパ部と前記メイン
ビームとの間に介設した推進ジャッキにより掘進するト
ンネル掘削機において、b)前記駆動部を取り囲むように
シールドシェルを装備し、c)このシールドシェル内に第
2推進ジャッキを配設するとともに、d)シールドシェル
にフロントグリッパを外方へ出没自在に設けている。
【0012】請求項2記載のように、e)前記グリッパボ
ディ内に設けた球面軸受機構により前記メインビームを
全方向に揺動可能に構成するとともに、f)トルクジャッ
キにより前記メインビームを上下に摺動可能にすること
が望ましい。
【0013】
【作用】上記の構成を有する本発明のトンネル掘削機に
よれば、先ず、岩盤等の硬質地盤におけるトンネル掘削
に際しては、メイングリッパによりグリッパボディを地
山(トンネル坑壁)に固定した状態で、カッターヘッド
を回転させながら第1推進ジャッキを伸長させることに
より前進させて掘削作業を行うことができる。所定距離
の掘削後は、フロントグリッパでシールドシェル(掘削
機前部)を固定し、メイングリッパを収縮した状態で、
第1推進ジャッキの収縮によりグリッパボディをメイン
ビームに沿って前方へ引き寄せ、元の状態に戻し、後は
上記の作業を繰り返せばよい。一方、軟弱地盤における
トンネルの掘削に際しては、メイングリッパおよびフロ
ントグリッパを収縮し引き込んだ状態で、例えばエレク
タによりセグメント等の反力部材を構築し、この反力部
材に第2推進ジャッキを押し当ててシールドシェル(掘
削機前部)を前進させ、カッターヘッドによりトンネル
を掘削するものである。したがって、掘削作業について
は、従来のフルシールド型トンネル掘削機と概ね共通す
るが、次のような点が大きく相違している。
【0014】すなわちカッターヘッドから後方に延びる
シールドシェルの長さが短いため、軟弱地盤の場合には
カッターヘッドで掘削して程なく、支保部材を組み立て
て地山(トンネル坑壁)を覆うことができる。この結
果、地山の崩落を未然に防ぐことができ、またシールド
シェルから露呈する機器(メイングリッパ、第1推進ジ
ャッキなど)が土砂で埋まることがない。一方、カッタ
ーヘッドの駆動ユニット、軸受、シールドジャッキなど
は、シールドシェルで覆われているため、土砂の侵入に
よって機器が損傷することがない。
【0015】請求項2記載のトンネル掘削機によれば、
グリッパボディ内の(両側の)トルクジャッキのストロ
ークを調整することにより、メインビームを円周方向に
回転させて掘削時のトンネル掘進機のローリングを修正
したり、(両側の)トルクジャッキのストロークを同調
させて調整することにより、メインビームをグリッパボ
ディに対し球面軸受機構を介して上下方向にのみ移動さ
せたり、(両側の)トルクジャッキを所定のストローク
に保持することにより、球面軸受機構の状態を所定の姿
勢に固定したり、カッターヘッドの回転に伴う回転トル
クをメインビームを介してグリッパボディで支持したり
できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明のトンネル掘削機の実施例を図
面に基づいて説明する。
【0017】図1は本実施例のトンネル掘削機の全体を
概略的に示す側面図、図2の左半分は図1のA−A線断
面図で、右半分は図1のB−B線断面図である。図3の
左半分は図1のC−C線断面図で、右半分は図1のD−
D線断面図である。図4は図1の一部を拡大して示す側
面図、図5は図1のE−E線拡大断面図である。
【0018】図1に示すように、トンネル掘削機1はフ
ロントボディ1aを備え、このフロントボディ1aの周
囲は、図2のように円筒状のシールドシェル2で取り囲
まれている。フロントボディ1aの前端面には多数の岩
盤掘削用のローラカッター3aを有するカッターヘッド
3が、軸受4を介して回動自在に配設されている。軸受
4はバルクヘッド5に取り付けられており、カッターヘ
ッド3の駆動ユニット21も、その前端部がバルクヘッ
ド5に固定されている。バルクヘッド5は円形の板体か
らなり、シールドシェル2内の前部に一体に設けられた
環状フレーム2aに、バルクヘッド5の外周縁部がネジ
止め等の手段で取り付けられている。また、バルクヘッ
ド5の前面にはカッターチャンバ5aが、カッターヘッ
ド3との空間において一体に形成されている。いいかえ
れば、前記シールドシェル2は、軸受4および駆動ユニ
ット21からなるカッターヘッド駆動部の周囲を、完全
に取り囲むように配備されている。
【0019】図2に示すように、シールドシェル2の両
側方にフロントグリッパ6が設けられている。フロント
グリッパ6は断面円弧状のシュー6aを備え、このシュ
ー6aをグリッパジャッキ6bでシールドシェル2外方
へ進退させる構造からなる。また、シールドシェル2の
下部に一対のフロントサポート7を下向きに備えてい
る。フロントサポート7は、接地用シュー7aをジャッ
キ7bでシールドシェル2から張り出させる構造からな
り、ジャッキ7bの上端はバルクヘッド5の下部にブラ
ケット7cを介して枢支されている。さらに、第2推進
ジャッキとしてのシールドジャッキ8が円周方向に間隔
をあけてシールドシェル2内に配設され、シールドジャ
ッキ8の前端は環状フレーム2aに固定され、後端を後
方に向けている。
【0020】図1に示すように、中空構造のメインビー
ム9の前端がバルクヘッド5の中心部に固設され、フロ
ントボディ1aから後方にメインビーム9が延びてい
る。メインビーム9は前端から後方にかけて段階的に形
状が小さくなり、前部9aは図2のように下端が開放さ
れた長方形枠からなり、後部9cは図3のように正方形
枠からなり、ベルトコンベヤ10がカッターチャンバ5
aからメインビーム9内を通して後方へ延設されてい
る。なお、図示は省略するが、バルクヘッド5の内部
は、ベルトコンベヤ10を通すための中空部になってい
る。またメインビーム9の後端部には、一対のリヤサポ
ート11が下向きに配設されている。リヤサポート11
は、図3のように接地用の断面円弧状シュー11aをジ
ャッキ11bで進退させる構造からなる。
【0021】メインビーム前部9aの後端部には、図3
のようにリング体12が配設され、このリング体12に
沿ってガイドロール12aを介して円周方向に回転自在
にエレクタ13が配備されている。このエレクタ13
は、シールドシェル2のすぐ後方に露呈して設けられて
いるが、図4のようにセグメントSの把持機構13aは
シールドシェル2内に配置されている。また、図1のよ
うに、エレクタ13の後端面には地山手当用の吹付けノ
ズル14が、シリンダ14aを介して半径方向外方へ進
退自在に装着されている。吹付けノズル14はエレクタ
13とともに円周方向の任意の位置へ回転できる。
【0022】図1に示すように、メインビーム後部9c
にはグリッパボディ16が前後方向に摺動自在に配設さ
れ、メインビーム9を前後方向に摺動自在に支持してい
る。第1推進ジャッキとしてのスラストジャッキ15の
前端は、メインビーム前部9aの後端部に鉛直ピン15
aを介して枢支・連結され、スラストジャッキ15の後
端側が外方へ回転可能に構成されている。図5に示すよ
うに、グリッパボディ16の両側に、メイングリッパ1
7がそれぞれ配設されている。メイングリッパ17は、
断面円弧状のグリッパシュー17aを複数本のグリッパ
ジャッキ17bの先端に連結して取り付け、グリッパジ
ャッキ17bの伸縮動作によりグリッパシュー17aを
両側方に進退させ、トンネル坑壁に押付け可能な構造か
らなる。また、スラストジャッキ15の後端部は、本例
では、グリッパシュー17aに摺動自在に当接させたう
えで、メイングリッパ17のグリッパシュー17aに鉛
直ピン15bを介して連結されている。なお、スラスト
ジャッキ15の後端部は、グリッパボディ16に当接さ
せて連結することもできる。
【0023】グリッパボディ16は、図5のように正方
形状の枠体16aを備え、この枠体16aの対向する上
下両面にコの字状のガイド枠16bが突設されている。
そして、上下のガイド枠16b内に、球面軸受機構18
が上下動自在に嵌挿されている。球面軸受機構18は、
球面部を上下外面に備えた内枠18aと、この内枠18
aが全方向に揺動自在に支持される球面座を上下内面に
備えた外枠18bとからなり、内枠18aの両側下部と
グリッパボディ16の枠体16aの内側面上部との間
に、トルクジャッキ19がそれぞれ介設されている。内
枠18aと外枠18bとの両側部にはクリアランスが設
けられ、トルクジャッキ19の伸縮動作により内枠18
aは外枠18bに対し相対的に円周方向に揺動可能にな
っている。内枠18aの開口部18a’は、メインビー
ム後部9cの外形断面形状に対応した正方形からなり、
隅角部に介装したスライドメタル20を介してメインビ
ーム9とグリッパボディ16とは、相対的に前後方向に
摺動自在に嵌挿されている。なお、外枠18bは外形断
面が長方形で、ガイド枠16b内に嵌挿されている。
【0024】以上のように構成される本実施例のトンネ
ル掘削機1について、掘削動作を説明する。
【0025】A)岩盤等の硬質地盤におけるトンネル掘削
に際しては、メイングリッパ17のグリッパシュー17
aを坑壁に押し当て、グリッパボディ16を地山(トン
ネル坑壁)に固定した状態で、カッターヘッド3を回転
させながらスラストジャッキ15を伸長させることによ
りフロントボディ1aを前進させて掘削作業を行う。フ
ロントボディ1aの前進に伴って、内枠18aに対しス
ライドメタル20を介してメインビーム9が前方へ摺動
する。所定距離の掘削後は、フロントグリッパ6でフロ
ントボディ1aをトンネル坑壁に固定し、リヤサポート
11を伸長してメインビーム9の後端側を支承し、メイ
ングリッパ17のグリッパシュー17aを収縮した状態
で、スラストジャッキ15の収縮によりグリッパボディ
16をメインビーム9に沿って前方へ引き寄せ、元の状
態に戻し、後は上記の作業を繰り返すことにより、掘削
作業を遂行する。
【0026】B)トンネルの掘削方向の制御、いいかえれ
ばカッターヘッド3の掘進方向の制御は、両側のメイン
グリッパ17のグリッパジャッキ17bのストローク差
を利用し、メインビーム9を傾斜させることにより行
う。また、フロントサポート7を進退させることによ
り、フロントボディ1aが上下方向に首を振るので、上
下方向の掘削制御が可能になる。
【0027】C)グリッパボディ16内の両側のトルクジ
ャッキ19のストロークを調整することにより、内枠1
8aを介してメインビーム9を円周方向に回転させて掘
削時のトンネル掘進機1のローリングを修正することが
できる。また、両側のトルクジャッキ19のストローク
を同調させて調整することにより、メインビーム9をグ
リッパボディ16に対し球面軸受機構18を介して上下
方向にのみ移動させることができる。さらに、両側のト
ルクジャッキ19を所定のストロークに保持することに
より、球面軸受機構18の内枠18aと外枠18bの球
面部の状態を所定の姿勢に固定したり、カッターヘッド
3の回転に伴う回転トルクをメインビーム9を介してグ
リッパボディ16で支持したりできる。
【0028】D)軟弱地盤におけるトンネルの掘削に際し
ては、メイングリッパ17およびフロントグリッパ6を
収縮して引き込んだ状態で、エレクタ13によりセグメ
ント等の反力部材を構築し、この反力部材にシールドジ
ャッキ8の後端を押し当てて伸長させることにより、フ
ロントボディ1aを前進させ、カッターヘッドによりト
ンネルを掘削することができる。この掘削作業において
は、カッターヘッド3から後方に延びるシールドシェル
2の長さが短いため、切羽の近傍でエレクタ13により
支保部材を組み立てて地山(トンネル坑壁)を覆うこと
ができる。このため、地山が崩落するのを未然に防ぐこ
とができる。また、吹付けノズル14を伸長してエレク
タ13とともに回転させ、地山に被覆剤などを吹き付け
て手当することができ、この作業も切羽の近傍で行われ
ることになるから、地山の崩落により土砂がシールドシ
ェル2から露呈するメイングリッパ17やスラストジャ
ッキ15などの機器上に落下したり、機器を埋めたりす
ることがない。
【0029】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のトンネル掘削機には、下記の優れた効果があ
る。
【0030】(1) 岩盤などの硬質地盤でのトンネルの掘
削だけでなく軟弱地盤でのトンネルの掘削が可能であ
り、しかも、カッターヘッドから後方に延びるシールド
シェルはカッターヘッド駆動部を取り囲む程度の短い寸
法しか持たないので、切羽の近傍で地山を手当したり、
支保部材を構築したりでき、地山の崩壊を確実に防止で
きる。またカッターヘッドの駆動ユニット、軸受、第2
推進ジャッキなどの主要機器は、シールドシェルで覆わ
れているので、土砂の侵入に起因する機器の損傷が生じ
ない。全体構造が従来のフルシールド型に比べて簡単で
あるから、保守が容易で、経済的である。
【0031】(2) 請求項2記載のトンネル掘削機では、
トルクジャッキのストロークを調整することにより、掘
削時のトンネル掘進機のローリングを修正したり、メイ
ンビームをグリッパボディに対し上下方向にのみ移動さ
せたり、球面軸受機構の状態を所定の姿勢に固定した
り、カッターヘッドの回転に伴う回転トルクをメインビ
ームを介してグリッパボディで支持したりできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかるトンネル掘削機の全体
を概略的に示す側面図である。
【図2】図2の左半分は図1のA−A線断面図で、右半
分は図1のB−B線断面図である。
【図3】図3の左半分は図1のC−C線断面図で,右半
分は図1のD−D線断面図である。
【図4】図1のトンネル掘削機の一部(フロントボディ
1aの下部)を拡大して示す側面図である。
【図5】図1のE−E線拡大断面図である。
【図6】従来の一般的なビーム型(オープン型)トンネ
ル掘削機の全体を概略的に示す側面図である。
【図7】従来の一般的なフルシールド型トンネル掘削機
の全体を概略的に示す側面図である。
【符号の説明】
1 トンネル掘削機 1aフロントボディ 2 シールドシェル 3 カッターヘッド 4 軸受 5 バルクヘッド 5aカッターチャンバ 8 シールドジャッキ 9 メインビーム 15 スラストジャッキ 16 グリッパボディ 17 メイングリッパ 18 球面軸受機構 21 駆動ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−273394(JP,A) 特開 平2−24482(JP,A) 特開 昭62−273394(JP,A) 特開 平5−65793(JP,A) 実開 平6−57992(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 岩盤掘削用のローラカッターを装備した
    カッターヘッド、該カッターヘッドを回転自在に支持し
    て駆動するカッターヘッド駆動部、該駆動部から後方へ
    向けて張設したメインビーム、および該メインビームの
    後端部に前後に摺動可能に支持され、メイングリッパを
    半径方向へ進退自在に備えたグリッパボディを具備し、
    該メイングリッパ部と前記メインビームとの間に介設し
    た推進ジャッキにより掘進するトンネル掘削機におい
    て、 前記駆動部を取り囲むようにシールドシェルを装備し、
    このシールドシェル内に第2推進ジャッキを配設すると
    ともに、シールドシェルにフロントグリッパを外方へ出
    没自在に設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
  2. 【請求項2】 前記グリッパボディ内に設けた球面軸受
    機構により前記メインビームを全方向に揺動可能に構成
    するとともに、トルクジャッキにより前記メインビーム
    を上下に摺動可能にした請求項1記載のトンネル掘削
    機。
JP13871595A 1995-05-12 1995-05-12 トンネル掘削機 Expired - Fee Related JP2657788B2 (ja)

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