JP2954818B2 - 既設トンネル改築用壁体穿孔装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は既設トンネルを大径のト
ンネルに改築するに際して、既設トンネルの壁体の破砕
を可能にするための壁体穿孔装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】長年に亘って使用されているトンネル
は、各所に補修すべき個所が発生しており、又、断面形
状を大きくして利用価値を高めたい要望が生じつゝあ
る。このような既設トンネルを改築するには、該トンネ
ルの壁体を破壊しながらトンネル外周方の地盤を掘削し
て拡径すればよいが、従来からこのようなトンネル改築
に最適な掘削機が開発されておらず、既設トンネルより
も大径の回転カッターヘッドを有する掘削機を使用して
トンネル掘削を行っているのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、壁体内
に鉄筋が埋設されている既設トンネルに対しては、従来
のトンネル掘削機に装着している圧砕カッターでは壁体
のコンクリート部分を切り崩すことができても、既設ト
ンネルの壁体内に連続して埋設されている鉄筋の切除を
行うことができず、従って、トンネル掘削機単独による
既設トンネルの拡径、改築作業が困難である。また、例
え圧砕カッターによって鉄筋の切断が可能であっても、
圧砕カッターの刃先の摩耗が激しくて、長距離に亘って
トンネルを掘削していくことができないという問題点が
あった。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは古い既設トンネルの
拡径、改築に先行して、既設トンネルの壁体に該壁体の
破砕を容易にするための鉄筋切断孔を穿設する壁体穿設
装置を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の既設トンネル改築用壁体穿孔装置は、既設
トンネル内に移動可能に配設した移動ガイドに支持フレ
ームを既設トンネルの周方向に回動自在に支持させ、こ
の支持フレームに既設トンネルの壁体内に埋設されてい
る鉄筋の切断孔穿設用コアーカッターを起伏自在に且つ
既設トンネルの内壁面に対して進退自在に配設し、上記
支持フレームを回動させることによってコアーカッター
を既設トンネルの周方向に移動させると共にコアーカッ
ターを伏動させることによって支持フレーム内に収納可
能に構成している。

【０００６】

【作用】コアーカッターを既設トンネルの内壁面に向か
って移動させ、該内壁面に押し付けて回転させながら進
行させると、既設トンネルの壁体内周側のコンクリート
部分がコアーカッターによって穿孔され、さらにコアー
カッターを押し進めることによってコンクリート壁体内
に埋設している鉄筋が一定長さ寸法に切断される。鉄筋
の切断後、コアーカッターを後退させて既設トンネルの
内壁面から離間させ、次いで、周方向に所定距離だけコ
アーカッターを移動させたのち、再び、上記同様に該コ
アーカッターによって既設トンネルの壁体部分に鉄筋が
切断する深さにまで穿孔する。

【０００７】次いで、コアーカッターを伏動させて支持
フレーム内に収納した状態にして既設トンネルの長さ方
向に一定距離だけ移動させ、その位置でコアーカッター
を起立させたのち、上記同様に回転させながら既設トン
ネルの壁体内周面から内部に向かって鉄筋が切断する深
さにまで達する孔を穿設する。こうして、既設トンネル
の壁体に周方向並びに長さ方向に一定間隔毎に穿設する
ことによって、壁体内に埋設している鉄筋を一定長さ毎
に縦横に分断する。この状態においては、壁体のコンク
リート部は鉄筋の分断にも拘わらず、長さ方向並びに周
方向に連続している。

【０００８】次いで、コアーカッターによる既設トンネ
ル壁面の穿孔作業に後続してトンネル掘削機を前進させ
れば、カッターヘッドによって既設トンネルの外周方の
地盤が掘削されると共に該カッターヘッドに設けている
圧砕カッターによって既設トンネルの壁体部がその後端
面から圧砕される。この際、壁体内の鉄筋はコアーカッ
ターによって上記のように小寸法毎に分断されているの
で、切削カッターによって脆いコンクリート部が切り崩
されると共に小寸法に分断されている鉄筋片はコンクリ
ート片と一体的に除去される。こうしてコアーカッター
による既設トンネル壁面の穿孔作業に後続してトンネル
掘削機を前進させることによって既設トンネルが拡径し
たトンネルに改築される。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面について説明す
ると、Ａは既設トンネルＴの壁体穿孔装置で、前後移動
ガイド１、２に支持フレーム３を支持させ、この支持フ
レーム３に壁体穿孔具４を配設してなるものである。前
後移動ガイド１、２は、キャタピラ状の移動車体部１
ａ、２ａと、該移動車体部１ａ、２ａ上に脚体１ｂ、２
ｂを介して立設、固定した支持体部１ｃ、２ｃと、この
支持体部１ｃ、２ｃの中央部に挿通状態で固着して既設
トンネルＴの軸芯方向に開口した支持筒体１ｄ、２ｄ
と、支持体部１ｃ、２ｃの上端面に装着、立設したジャ
ッキ１ｅ、２ｅと、これらのジャッキ１ｅ、２ｅのロッ
ド先端に固着し、既設トンネルＴの壁体ｔの内周面に着
離自在に圧着するグリッパ部１ｆ、２ｆとから構成され
ている。

【００１０】上記前後移動ガイド１、２の支持筒体1d、
2d間にはセンタービーム５が回転自在に挿通、支持され
てあり、このセンタービーム５に対して前側移動ガイド
１の支持筒体1dは前後摺動自在であるが、後側移動ガイ
ド２の支持筒体2dはセンタービーム５と一体的に前後移
動可能に構成されている。さらに、上記支持フレーム３
は図２に示すように、左右フレーム部3a、3bの前後に中
心管軸部3c、3dを同軸線上にして突設してなるもので、
その前側管軸部3cをセンタービーム５の後端に一体的に
連結してセンタービーム５を介して前後移動ガイド１、
２に支持させてあり、後側管軸部3dを長尺に形成して後
述するトンネル掘削機Ｂに連結可能にしてある。

【００１１】上記壁体穿孔具４は、支持フレーム３の左
右フレーム部3a、3b間に配設されてあり、図４に示すよ
うに、既設トンネルＴの径方向に伸縮するピストン部41
を有する油圧シリンダー42と、この油圧シリンダー42内
に収納されてピストン部41と一体に連結してなる駆動モ
ータ43と、ピストン部41の中心部を挿通して外部に突出
させているモータ回転軸44の先端に固着しているコアー
カッター45とから構成されている。コアーカッター45は
有底円筒体の開口周縁に複数個の切削ビット46を突設し
てなるものである。

【００１２】この壁体穿孔具４のシリンダー４２の両側
面中央部は短軸４７によって支持フレーム３の左右フレ
ーム部３ａ、３ｂの対向部に回動自在に枢着、支持さ
れ、左右フレーム部３ａ、３ｂから下方に突出したシリ
ンダー底部とセンタービーム５の後端間をジャッキ６に
よって連結して該ジャッキ６の作動により壁体穿孔具４
を短軸４７回りに回動させて左右フレーム部３ａ、３ｂ
の長さ方向に起伏させるようにし、伏動させた時には左
右フレーム部３ａ、３ｂ間の空間部内に収納可能とし、
使用時にはその状態から起立させるように構成してい
る。

【００１３】さらに、センタービーム５の後端に歯車７
を固着する一方、後側移動ガイド２の支持筒体2d上に回
動用モータ８を設置し、この回転軸に固着した小歯車９
を上記歯車７に噛合させてモータ８の駆動により支持フ
レーム３をセンタービーム５と一体に回転させ、壁体穿
孔具４を周方向に回動させるように構成している。

【００１４】以上のように構成した壁体穿孔装置Ａは、
トンネル掘削機Ｂに先行して既設トンネルＴ内を移動
し、その壁体ｔの周方向及び長さ方向に所定間隔毎に壁
体ｔを内周面から適宜深さ穿孔して壁体ｔ内に配設され
ている鉄筋を分断したのち、トンネル掘削機Ｂによって
既設トンネルＴの壁体ｔを破砕しながら大径トンネルを
築造していくものである。

【００１５】トンネル掘削機Ｂは、図５に示すように、
その胴体を前後に３分割して既設トンネルＴの壁体ｔの
外径よりも大径の前胴体10と中間胴体11と後胴体12に形
成してあり、前胴体10の開口前端にカッターヘッド13を
回転自在に配設している。このカッターヘッド13は図６
に示すように、その外周部に既設トンネルＴの外周方の
地盤を掘削する切削カッター14を放射状に設けていると
共に周方向に隣接する切削カッター14、14間にズリ取入
口15を設けてあり、さらに、内周部に既設トンネルＴの
壁体ｔをその端面側から切り崩すための先端が尖鋭なソ
ロバン玉形状の圧砕カッター16を周方向に適宜間隔毎に
設けてある。

【００１６】さらに、上記カッターヘッド13は、その外
周縁から後方に向かって円筒部17を一体に設けてあり、
この円筒部17の内周面複数個所にズリ掻き上げ板18を設
けてある。また、円筒部17の後端部を前胴体10の中間部
に張設している隔壁19の前面外周部に回転自在に支持さ
せていると共に後端内周面に固着した内歯車20に隔壁19
の背面に装着している駆動モータ21の回転軸に固着した
歯車22を噛合させて、この駆動モータ21によりカッター
ヘッド13を回転させるようにしてある。

【００１７】23はカッターヘッド13の中心部を貫通して
その後端を隔壁19の中心部に固着、支持された固定筒軸
で、その前部を既設トンネルＴの後端中心部内に突出さ
せて上記壁体穿孔装置Ａの支持フレーム３の後側管軸部
3dをその内部に摺動並びに回転自在に挿嵌させ、また、
この管軸部3dの後端が固定軸筒23の前端から抜け止め不
能に係止させるように構成している。さらに、この固定
筒軸23にはカッターヘッド13の後方において上方に開口
したズリ受口24を設けてあり、このズリ受口24に固定筒
軸23内に挿入、配設した搬出ベルトコンベア25の前端部
を臨ませていると共に該搬出ベルトコンベア25を後方の
搬出端まで延設してある。

【００１８】トンネル掘削機Ｂの中間胴体11は前胴体10
に対して揺動自在に連結されていると共にその内部に複
数本の推進ジャッキ26を周方向に適宜間隔毎に配設して
あり、これらの推進ジャッキ26の前後端を前胴体10と後
胴体12間に枢着、連結して該推進ジャッキ26の作動によ
り前後胴体10、12間を接近、離間自在としてある。27は
後胴体12に配設した複数のグリッパで、該後胴体12の内
部に配設したジャッキ28によって後胴体12の外周面から
外径方向に出没し、カッターヘッド13によって掘削され
た拡径トンネルＣの掘削壁面に着離自在に圧着して後胴
体12を定位置で固定させるものである。

【００１９】このように構成したトンネル掘削機Ｂによ
って、図３に示すような断面馬締形状の既設トンネルＴ
を拡径方向に掘削、改築するには、まず、既設トンネル
Ｔ内に配設している上記壁体穿孔装置Ａによって既設ト
ンネルＴの壁体ｔ内に埋設した鉄筋Ｄを長さ方向及び周
方向に所定寸法毎に切断する。

【００２０】この切断時には、前後移動ガイド１、２の
グリッパ部1f、2fを壁体ｔの内面に圧着させ、前後移動
ガイド１、２によってセンタービーム５を介し、支持フ
レーム３に装着した壁体穿孔具４を所定位置に定置させ
る。しかるのち、該壁体穿孔具４の油圧シリンダー42を
作動させてコアーカッター45を壁面側に移動させると共
に駆動モータ43を作動させてコアーカッター45を回転さ
せる。コアーカッター45が壁体ｔの内面に圧接すると、
その切削ビット46によってコンクリート壁体部が図７に
示すように円環溝孔形状に切削され、さらにコアーカッ
ター45が壁体ｔの肉厚方向に進行させると、壁体ｔ内に
埋設されている鉄筋Ｄに達して該鉄筋Ｄを図８に示すよ
うに、コアーカッター45の径に応じた長さ寸法に切断す
る。

【００２１】この場合、壁体ｔの長さ方向に埋設された
鉄筋Ｄと周方向に埋設された鉄筋D1との交差部を切削す
ると、両鉄筋Ｄ、D1を同時に切断することができる。な
お、壁体ｔの内面から鉄筋Ｄが埋設されている部分まで
の深さがコアーカッター45の長さよりも深い場合には、
まず、コアーカッター45によって切削される深さまでの
コンクリート部を切削、除去し、次いで、その除去跡に
再びコアーカッター45を挿入して鉄筋Ｄを切削すればよ
い。コンクリート壁体は脆いので、コアーカッター45に
よって切削していくと、コンクリート片に分割されなが
ら該コアーカッター45内に受け入られ、切断された鉄筋
片もコアーカッター45内に収容される。

【００２２】コアーカッター45内に収容されたコンクリ
ート片や鉄筋片は、該コアーカッター45を壁体ｔから離
したのち、モータ８を駆動して噛合歯車７、９を介し、
支持フレーム３を回動させて下方に反転させることによ
り、コアーカッター45内から既設トンネルＴの底面上に
排出される。

【００２３】こうして、壁体ｔの所望部分をコアーカッ
ター45によって切削すると、図７に示すように、壁体ｔ
に内周面から外周面近傍部に達する円形孔Ｅが穿設され
る。この円形孔Ｅの穿設後、上記モータ８の駆動によっ
て支持フレーム３を回動させることにより壁体穿孔具４
を既設トンネルＴの周方向に所定角度だけ変位させ、上
記同様にして該壁体穿孔具４のコアーカッター45により
壁体部分を穿孔して埋設鉄筋Ｄ、D1の一定長さ部分を切
断除去した円形孔Ｅを設ける。同様にして壁体Ｂに円周
方向に所定間隔毎に円形孔Ｅを穿設する。

【００２４】また、既設トンネルＴの壁体ｔの長さ方向
に対する円形孔Ｅの穿設は、壁体穿孔装置Ａを前方に移
動させることによって行う。即ち、グリッパ部１ｆ、２
ｆを壁面から離したのち、前後移動ガイド１、２を作動
させてセンタービーム５と一体の支持フレーム３を長さ
方向に一定距離だけ前進させる。この際、壁体穿孔具４
のシリンダー底部とセンタービーム５の後端間に連結し
ているジャッキ６を作動させることにより、壁体穿孔具
４を伏動させて左右フレーム部３ａ、３ｂ間内に収納し
てコアーカッター４５を保護した状態で前進させ、一定
距離だけ前進した位置で再びグリッパ部１ｆ、２ｆを壁
面に圧接させて支持フレーム３に装着した壁体穿孔具４
を所定位置に定置させると共に起立させ、上記同様にし
て壁体ｔの穿孔を行うものである。

【００２５】尚、前後移動ガイド１、２を夫々単独的に
駆動可能としているが、駆動手段を設けることなく前後
移動ガイド１、２間をテレスコピックジャッキ（図示せ
ず）によって連結し、前側移動ガイド１のグリッパ部1f
を壁体内面に圧着させた状態で後側移動ガイド２のグリ
ッパ部1fを壁体内面から離し、テレスコピックジャッキ
を収縮させて後側移動ガイド２を前方に引き寄せること
により壁体穿孔具４を前進させるように構成することも
できる。

【００２６】このように一定距離だけ前進した位置で壁
体穿孔具４を上記同様に作動させて壁体ｔに円形孔Ｅを
穿設して該部分の埋設鉄筋Ｄ、D1を一定長さ部分、切断
除去する。円形孔Ｅの穿設ピッチは、図７に示すように
壁体ｔの周方向においては円形孔Ｅ、Ｅの周縁間の間隔
L1が円形孔Ｅの径以下のピッチでもって行われ、長さ方
向に対しては周方向に隣接する円形孔Ｅ、Ｅの中間部で
あって、その中心が周方向に隣接する円形孔Ｅ、Ｅの中
心を結ぶ線に対して壁体ｔの長さ方向にコアーカッター
45の径以下のピッチでもって穿設される。このように壁
体ｔの周方向及び長さ方向に対して円形孔Ｅを穿設する
ことによって、長さ方向及び周方向に埋設されている鉄
筋Ｄ、D1を小寸法毎に分断することができる。

【００２７】こうして、既設トンネルＴの壁体ｔの適宜
長さ部分に複数個の円形孔Ｅを穿設したのち、トンネル
掘削機Ｂを推進させてそのカッターヘッド13を回転させ
ながら既設トンネルＴの壁体ｔを圧砕させると共に拡径
トンネルＣの掘削を行う。この掘削に際しては、まず、
後胴体12側のグリッパ27を該後胴体12から突出させて既
に掘削した拡径トンネルＣの掘削壁面に圧着させること
により該後胴体12を固定し、しかるのちこの後胴体12に
反力を受止させて推進ジャッキ26を伸長させることによ
り前胴体10を推進させる一方、駆動モータ21を作動させ
てカッターヘッド13を回転させる。

【００２８】前胴体10の推進とカッターヘッド13の回転
によって、該カッターヘッド13の外周部に配設した切削
カッター14で既設トンネルＴの外周方の地盤を掘削する
と共に内周部に設けた圧砕カッター16が既設トンネルＴ
の壁体ｔの後端面に食い込みながらその壁体ｔを圧砕し
ていく。即ち、圧砕カッター16の外周尖鋭端が壁体ｔの
コンクリート端面に食い込んで該コンリートに亀裂を発
生させ、カッターヘッド13の回転に伴ってコンクリート
片として破砕するものである。この際、壁体ｔ内の鉄筋
Ｄ、D1は壁体穿孔具４のコアーカッター45によって小寸
法毎に分断されているので、圧砕カッター16によりコン
クリート部がコンクリート片として切り崩されると、該
鉄筋片はコンクリート壁から離れてコンクリート片と一
体的にカッターヘッド13の取入口15からトンネル掘削機
Ｂ内に掘削土砂と共に取り込まれる。

【００２９】トンネル掘削機Ｂ内に取り込まれたコンク
リート片や鉄筋片、掘削土砂等のズリは、カッターヘッ
ド13の背面に固着した掻き上げ板18によって掻き上げら
れたのち落下して受口24内に投入されベルトコンベア25
上に堆積して後方に排出される。トンネル掘削機Ｂによ
る拡径トンネルＣの掘削及び既設トンネルＴの壁体ｔの
破砕に先行して上記のように壁体穿孔装置Ａのコアーカ
ッター45による鉄筋切断作業が行われ、これを繰り返し
て既設トンネルＴを全長に亘って切削、改築すると共に
拡径トンネルＣを築造するものである。

【００３０】なお、以上の実施例においては、前後移動
ガイド１、２によってセンタービーム５を回転自在に支
持させ、このセンタービーム５に壁体穿孔具４の支持フ
レーム３を連結すると共に該支持フレーム３の後部をト
ンネル掘削機Ｂの中心部から突設した固定筒軸23に支持
させているが、本発明はこのような構造に限定されるこ
となく、例えば、壁体穿孔具４の支持フレーム３の前後
端部を前後移動ガイド１、２によって直接的に支持させ
た構造としてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、既設トン
ネル内に移動可能に配設した移動ガイドに支持フレーム
を既設トンネルの周方向に回動自在に支持させ、この支
持フレームに既設トンネルの壁体内に埋設されている鉄
筋の切断孔穿設用コアーカッターを起伏自在に且つ既設
トンネルの内壁面に対して進退自在に配設し、上記支持
フレームを回動させることによってコアーカッターを既
設トンネルの周方向に移動させると共にコアーカッター
を伏動させることによって支持フレーム内に収納可能に
構成しているので、既設トンネルの断面形状や径の大小
に関係なく、このコアーカッターによって既設トンネル
の壁体内に縦横に埋設している鉄筋を壁体の内周面側か
ら所望長さ寸法毎に確実に分断することができ、また、
鉄筋を分断しても壁体のコンクリート部を連続させて既
設トンネルの形態を維持させた状態にしておくことがで
きる。

【００３２】従って、この壁体穿孔装置に後続させてト
ンネル掘削機を推進させれば、該トンネル掘削機のカッ
ターヘッドによって既設トンネルの鉄筋コンクリート壁
体を破砕しながら壁体内の分断鉄筋を除去して既設トン
ネルを拡径させたトンネルを能率よく築造し得るもので
ある。また、上記コアーカッターを支持フレームに起伏
自在に配設してこのコアーカッターを伏動させることに
より支持フレーム内に収納可能に構成しているので、移
動ガイドを既設トンネル内でトンネル長さ方向に移動さ
せて該移動ガイドに支持された支持フレームを次の穿孔
位置まで前進させる際に、コアーカッターを伏動させて
支持フレーム内に収納しておくことにより、既設トンネ
ルの壁面等にコアーカッターの切削ビットが当接して折
損するのを確実に防止することができ、コアーカッター
を保護した状態で支持フレームを前進させることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明壁体穿孔装置の側面図、

【図２】その支持フレーム部の簡略平面図、

【図３】既設トンネルの縦断正面図、

【図４】穿孔状態を示す縦断側面図、

【図５】壁体穿孔装置に後続したトンネル掘削機の簡略
縦断側面図、

【図６】そのカッターヘッドの正面図、

【図７】鉄筋切断状態を示す壁体の展開図、

【図８】その縦断面図。

【符号の説明】

１、２ 前後移動ガイド ３ 支持フレーム ４ 壁体穿孔具 45 コアーカッター Ａ 壁体穿孔装置 Ｔ 既設トンネル ｔ 壁体 Ｄ 鉄筋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−163892（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−290894（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−321584（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−163897（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設トンネル内に移動可能に配設した移
   動ガイドに支持フレームを既設トンネルの周方向に回動
   自在に支持させ、この支持フレームに既設トンネルの壁
   体内に埋設されている鉄筋の切断孔穿設用コアーカッタ
   ーを起伏自在に且つ既設トンネルの内壁面に対して進退
   自在に配設し、上記支持フレームを回動させることによ
   ってコアーカッターを既設トンネルの周方向に移動させ
   ると共にコアーカッターを伏動させることによって支持
   フレーム内に収納可能に構成していることを特徴とする
   既設トンネル改築用壁体穿孔装置。