JP2816398B2 - トンネルボーリングマシーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、岩盤若しくは礫地盤にトンネルを構築する
場合に用いるトンネルボーリングマシーンに関するもの
である。

［従来の技術］ トンネル構築方法として地山の状態に応じて種々の方
法が開発提供されており、その中でも特に岩盤あるいは
礫地盤を掘進する方法として機械式掘削工法が提供され
ている。機械式掘削工法はトンネルの掘進を発破によら
ず機械を使用して行う工法であり、発破工法に比べて省
力が大きいこと、余掘りがないこと、地山をいためるこ
とがないこと、急速施工が可能であること当の利点があ
り、近年盛んに用いられている工法である。当該工法の
中に円形全断面掘削機工法があり、この円形全断面掘削
機工法に用いられる掘進機がトンネルボーリングマシー
ン（以下、「TBM」と称する。）と呼ばれるものであ
る。

一般的にTBMは、後胴と、当該後胴の前方に設けてな
る前胴と、当該前胴の前面に設けてなる複数のカッター
とから概略構成され、前記前胴及び前記カッターとが自
転することにより地山を掘進するものである。

TBMを用いて地山を掘削する際、地山が良好な場合に
は月進300〜500m程度の高速掘進が可能である。ここ
で、地山が良好な場合とは、比較的均質、亀裂の少ない
母岩で一軸圧縮強度が1000kg/cm²程度の地山である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、日本のように地質の変化に富む地盤に
おいては円滑な掘進が妨げられることが良くある。掘進
が停止する期間は数カ月から一年に及ぶものまであり、
それではTBMにおける高速掘進の意義が没却する。

本発明者は、掘進が停止する場合は調査検討した結
果、切羽前方に存する崩落性地盤に遭遇した場合に起こ
ることが判明した、斯かる場合における掘進停止の理由
は、切羽前方の崩落性地盤が崩落することにより大量の
崩落土が発生し、TBMが掘進するためにはそれを全てTBM
内に取り込みかつ搬出しなければならず、斯かる工程に
相当な時間を要するからである。そのため、従来技術に
おいては崩落性地盤に遭遇した場合においては相当な時
間を要しなければならず、最悪の場合には撤退しなけれ
ばならなかった。なお、崩落性地盤の崩落を防止する工
法として薬液注入工法があるが、薬液注入工法には相当
の費用、時間及び労力を必要とする。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものでありそ
の課題とするところは、破砕帯や断層等の崩落性地盤に
遭遇した場合において、切羽の斜め前方から地山が崩落
するのを防止することができるトンネルボーリングマシ
ーンを提供する点にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、横断面環状の後胴と、当該後胴の前
部に位置する横断面環状の回転前胴と、当該前胴の前部
に摺動自在に嵌合し前面にカッターを有するカッターヘ
ッドと、当該カッターヘッドを回動させる回動手段とを
備え、前記カッターヘッドが回転することにより地山を
掘進するトンネルボーリングマシンであって、前記前胴
を回動させる回動手段と、前記前胴をその軸方向に押引
する押引手段と、前記カッターヘッドをその軸方向に押
引する押引手段とを有することを特徴としたトンネルボ
ーリングマシーンに存する。

［作用］ 押引手段は、カッターヘッドの前方に回転前胴を押出
させる。押出した回転前胴は崩落性地盤の崩落を防止す
る。

しかるに、本発明は切羽の斜め前方から地山が崩落す
るのを防止する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する。ただし、本実施例に記載されている構成部品
の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的
な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに
限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。

まず、本実施例に係るトンネルボーリングマシーン
（以下、「TBM」と称する。）の構成について第１図
（イ）及び第１図（ロ）を用いて説明する。

当該TBM1は、横断面環状の後胴２は、当該後胴２の前
部に位置し軸方向回りに回動する横断面環状の回転前胴
３と、当該前胴の前面に位置しカッター９を有するカッ
ターヘッド５とを備えたものである。

後胴２は、前方に向かうに従い外径が漸減する段部を
有し、前端には前方に向かうに従い外径が漸減するよう
にテーパーをつけてなる筒状体である。また、TBM1の内
方に傾斜したテールシール22を径の大きいほうを後胴２
の後端面に固設している。内部にはセグメントを組み立
てるためのエレクター（図示略）、グリッパー（図示
略）、コンベア20、回転前胴スライドジャッキ４（押引
手段）、カッターヘッドスライドジャッキ６（押引手
段）その他の付帯設備を内設している。

コンベア20は、カッターヘッド５の前後動に応じて伸
縮するものである。回転前胴スライドジャッキ４は、そ
のシリンダーボトムを後胴２の固設フレーム８にヒンジ
固定してなり、シリンダーロッドの先端を後胴２内部に
存する環状フレーム７に取り付けてなる。カッターヘッ
ドスライドジャッキ６は、そのシリンダーボトムを後胴
２の固設フレーム８にヒンジ固定してなり、シリンダー
ロッドの先端を後胴２の内部に存するドラム状フレーム
10に取り付けてなる。

環状フレーム７は、内方に突出してなるフランジを有
する、回転前胴３の内径よりも僅かに小さい外径の環状
体である。ドラム状フレーム10は、両端周縁部に内方に
突出してなる４本のフランジを有する、環状フレーム７
の内径よりも僅かに小さい外径の筒状体である。なお、
ドラム状フレーム10の内部にはコンベア20の先端部分が
存する。

回転前胴３は、その後端が薄肉をなし、段部を経て肉
厚をなす筒状体である。当該段部は前方に向かって内径
が漸減する構造となっている。また、回転前胴３の前端
には超硬チップ11を設けている。超硬チップ11は、僅か
な等厚部分を経た後、前端に向かうに従い外径が漸減す
る。中心軸を通る断面視において台形の環状体である。
内部には、回転前胴３を回動させるための回動手段、及
びカッターヘッド５を回動させるための回動手段が存す
る。

回転前胴３を回動させるための回動手段は、環状フレ
ーム７の上部内側に固設した回転前胴駆動モーター12
と、回転前胴用ベアリング13とを備えている。回転前胴
駆動モーター12の出力軸にはピニオンギア14を嵌着して
いる。回転前胴用ベアリング13は、その外輪13aの後
（第１図（ロ）において右側（以下、同様とする。））
面をドラム状フレーム１の前（第１図（ロ）において左
側（以下、同様とする））面に固設してなり、内輪13b
の前面を支持フランジの後面に固設してなる。

カッターヘッド５を回動させるための回動手段は、ド
ラムフレームの内側前端の上部に固設してなるカッター
ヘッド駆動モーター15と、カッターヘッド用ベアリング
16とを備えている。カッターヘッド駆動モーター15の出
力軸にはピニオンギア17を嵌着している。カッターヘッ
ド用ベアリング16は、その外輪16aの後面をドラム状フ
レーム10の前面に固設してなり、内輪16bの前面をカッ
ターヘッド５の後面に固設してなる。

前記カッターヘッド５は、その前面に複数の回動自在
のカッター９を有するものである。なお、カッター９に
は、地山Ｇの条件に応じてギアカッター、ディスクカッ
ター、チップインサートカッター、チップインサートデ
ィスクカッター等、本発明を実施いするうえで好適なも
のを用いれば良い。

なお、図中、符号18はスクレーパ、符号19はセパレー
タ、符号21は土砂シールである。

次に、TBM1の作用について説明する。

回転前胴駆動モーター12は、回転前胴用ベアリング13
の内輪13bをピニオンギア14を介して回転させる。内輪1
3bは支持フランジに固定してなるので、回転前胴駆動モ
ーター12が回転すると回転前胴３が回転する。その際、
内輪13bを環状フレーム７に固定していないので、環状
フレーム７が回転することがなく、同時に環状フレーム
７を支持することができる。回転前胴スライドジャッキ
４は、回転前胴３を崩落性地盤Ｄ内に押出し、後胴２を
回転前胴３側に引き寄せる。したがって、回転前胴駆動
モーター12を駆動させ及び回転前胴スライドジャッキ４
を伸長させることにより回転前胴３を回転させながら地
山Ｇ内に押出することができる。

カッターヘッド駆動モーター15は、カッターヘッド用
ベアリング16の内輪16bをピニオンギア17を介して回転
させる。内輪16bは支持フランジに固定してなるので、
回転前胴駆動モーター12が回転すると回転前胴３が回転
する。その際、前記内輪16bをドラム状フレーム10に固
定していないので、ドラム状フレーム10が回転すること
がなく、同時にドラム状フレーム10を支持することがで
きる。カッターヘッドスライドジャッキ６は、カッター
ヘッド５を押出し、回転前胴スライドジャッキ４ととも
に後胴２を回転前胴３側に引き寄せる。したがって、カ
ッターヘッド駆動モーター15を駆動させ及びカッターヘ
ッドスライドジャッキ６を伸長させることにより回転前
胴３を回転させながら押出することができる。

固設フレーム８は、回転前胴スライドジャッキ４及び
カッターヘッドスライドジャッキ６の伸長、縮退に要す
る反力をそれらに付与する。

押出した回転前胴３は、崩落性地盤Ｄの崩落を防止す
る。

超硬チップ11は、崩落性地盤Ｄを掘削する。

次に、以上のように構成したTBM1を用いた掘進方法に
ついて第２図（イ）ないし第２図（ニ）を用いて説明す
る。

地山Ｇが岩盤あるいは礫地盤においては第２図（イ）
に示すように、前記カッターヘッド５及び前記回転前胴
３を回転させて掘進する。なお、掘進する際には従来技
術同様にグリッパーにより反力をとって掘進する。ま
た、ずりの搬出はコンベア20により行えば良い。

掘進を続けて崩落性地盤Ｄに遭遇した場合には第２図
（ロ）に示すように回転前胴３のみを回転させ、かつカ
ッターヘッドスライドジャッキ６を伸長して回転前胴３
を崩落性地盤Ｄ内に押出する。

次いで、第２図（ハ）に示すようにカッターヘッド５
を回転させ、かつカッターヘッドスライドジャッキ６を
伸長して押出する。なお、回転前胴３あるいはカッター
ヘッド５を押出する際にもグリッパーにより反力をとれ
ばよい。

次いで、第２図（ニ）に示すように回転前胴スライド
ジャッキ４及びカッターヘッドスライドジャッキ６を退
縮させることにより、後胴２を前胴側に引き寄せる。な
お、前胴が後胴２に比べて非常に重くかつ崩落性地盤Ｄ
の地圧も受けるので（自立性の高い岩盤においては地圧
はTBM1に作用しない）、グリッパーのごときものを用い
なくとも後胴２を引き寄せることができる。また、地山
Ｇが軟弱な場合においてはセグメントを後胴２の後端に
取り付け、シールドジャッキ（図示略）により反力をと
れば良い。

次に、以上のように構成したTBM1の効果について説明
する。

押出した回転前胴３は崩落性地盤Ｄの崩落を防止する
ので、本発明は切羽の斜め前方から地山Ｇが崩落するの
を防止することができる。

なお、本実施例においては押引手段として上記構成の
ごときものを用いたが、本発明の範囲をそれに限定する
趣旨ではなく、本発明においては本発明を実施するうえ
で好適な構成のものを用いることができる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成されているので、以下に
記載するような効果を奏する。

押出した回転前胴は崩落性地盤の崩落を防止するの
で、本発明は切羽の斜め前方から地山が崩落するのを防
止することができる。

その結果、本発明によれば従来技術に比べ崩落性地山
を有する地山を掘進する場合の労力及び費用を軽減し、
係る施工期間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）乃至第２図（ニ）は本発明の一実施例を示
すものであり、第１図（イ）はTBMの正面図、第１図
（ロ）は一部断面側面図、第２図（イ）ないし第２図
（ニ）は工程図である。 Ｇ……地山、Ｄ……崩落性地盤、１……TBM、２……後
胴、３……回転前胴、４……回転前胴スライドジャッキ
（押引手段）、５……カッターヘッド、６……カッター
ヘッドスライドジャッキ（押引手段）、12……回転前胴
駆動モーター（回動手段）、13……回転前胴用ベアリン
グ（回動手段）、15……カッターヘッド駆動モーター
（回動手段）、16……カッターヘッド用ベアリング（回
動手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅沼 義則 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/10 E21D 9/06 301 E21D 9/06 302

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】横断面環状の後胴と、当該後胴の前部に位
   置する横断面環状の回転前胴と、当該前胴の前部に摺動
   自在に嵌合し前面にカッターを有するカッターヘッド
   と、当該カッターヘッドを回動させる回動手段とを備
   え、前記カッターヘッドが回転することにより地山を掘
   進するトンネルボーリングマシンであって、前記前胴を
   回動させる回動手段と、前記前胴をその軸方向に押引す
   る押引手段と、前記カッターヘッドをその軸方向に押引
   する押引手段とを有することを特徴としたトンネルボー
   リングマシーン。