JP3029097B2 - 下向き斜坑用トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、下向
きに斜坑を掘削するトンネル掘削機に関し、詳しくは、
予め掘削されたパイロット坑を下向きに拡径掘削するト
ンネル掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば水力発電所の水圧管路
のような斜坑を掘削する方法として導坑拡径掘削工法が
採用されている。この導坑拡径掘削工法は、まず、下方
よりパイロット掘削機によって小口径のパイロット坑を
掘削した後、上方よりリーミング掘削機によってこのパ
イロット坑を大口径となるように拡径掘削を行う工法で
ある。

【０００３】このような斜坑を掘削するトンネル掘削機
として、例えば特開平８−２６０８８９号公報や特開平
８−２６０８９０号公報記載の発明があり、これらの発
明では、カッタヘッドの後部にフロントサポートを設
け、このフロントサポートの後部に掘削反力を支持する
メイングリッパが設けられており、メインビームを有す
るシングルグリッパ型のオープン掘削機と同様の構成と
なっている。そして、カッタヘッドを駆動する駆動モー
タ等の主要機器がフロントサポートの後部に設けられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、前側のフロントサポート部より後方にはオ
ープン掘削機と同様に外周シェルが無いため、このフロ
ントサポート部以降の露出している坑壁が崩落すると、
下方に位置するフロントサポートの後部に設けられた駆
動モータ等の駆動部における主要機器を破損する恐れが
ある。

【０００５】また、掘削時の反力確保のためのメイング
リッパが駆動部後方に位置しているため、このグリッパ
の拡張・縮小時に坑壁を崩す恐れもあり、この場合も坑
壁からの崩落によって下方に位置する駆動部の機器を破
損する恐れがある。

【０００６】このように駆動部の機器を破損した場合、
斜坑上部から作業者が入って機器の交換作業を行うこと
となるが、狭隘な掘削機内での作業には多くの時間と労
力を要し、工期の遅れ等を生じてしまう。

【０００７】さらに、これらの従来技術では、方向制御
用にパイロット坑側にグリッパを配置し、これとメイン
グリッパにてメインビーム（センターフレーム）の方向
（すなわち掘削方向）を調整しているが、このパイロッ
ト坑は拡径掘削時の掘削ズリの落下により坑壁が崩れ易
く、崩れてしまった場合にはパイロット坑側のグリッパ
が拡張できなくなる恐れがあり、掘削方向の調整が困難
になるおそれがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、この出願に係る発明は、カッタヘッド後部
に設けたフロントサポートの後部にメイングリッパを設
け、このメイングリッパの後部に斜坑壁形成装置を設け
て掘削後の坑壁の手当てを行い、この斜坑壁形成装置の
後部に駆動モータ等の主要機器を設けてカッタヘッドを
駆動するようにしている。

【０００９】このように掘削後の坑壁の手当てを行う斜
坑壁形成装置の後部に駆動モータ等の主要機器を設けて
いるため、これら主要機器は常に手当てが行われた坑壁
内に位置し、露出している坑壁の崩落またはメイングリ
ッパ等で坑壁を崩したとしても崩れた土砂に影響される
ことはなく、オープン掘削機と同様のトンネル掘削機に
おいても坑壁の崩落に影響されないトンネル掘削機を構
成することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この出願に係る発明は、トンネル
掘削機の前部をサポートするフロントサポートの後部
に、トンネル掘削機の軸方向に移動して斜坑内壁面で掘
削反力を保持するメイングリッパを配設し、このメイン
グリッパの後部に掘削した坑壁を手当てする斜坑壁形成
装置を設け、この斜坑壁形成装置の後部にカッタヘッド
駆動部を配設している。

【００１１】このようにカッタヘッドを駆動する主要機
器を斜坑壁形成装置の後部に位置させることにより、主
要構成機器は常に手当てが済んだ斜坑壁内に位置するた
め、露出している坑壁の崩落またはメイングリッパで坑
壁を崩落させたとしても常に影響がないようにすること
ができる。

【００１２】また、フロントサポートからカッタヘッド
駆動部まで連なるメインビームを設け、カッタヘッド駆
動部の後部にリヤサポートを設ければ、リヤサポートを
坑壁の手当てが済んだ支保内で操作することができ、坑
壁の崩落に影響されずに方向制御が容易にできる。

【００１３】さらに、メイングリッパを軸方向にスライ
ドさせるスラストジャッキを、このメイングリッパとカ
ッタヘッド駆動部との間に設ければ、このスラストジャ
ッキへの崩落土砂落下を防止することができる。

【００１４】また、メイングリッパを、トンネル掘削機
軸方向に形成した前グリッパと後グリッパとからなる２
段で構成し、この前グリッパの押圧面よりも後グリッパ
の押圧面を大きく形成しておけば、前グリッパで坑壁を
崩してしまっても、大きい後グリッパは崩れていない坑
壁に掘削反力を確保するこてができる。

【００１５】さらに、カッタヘッドのほぼカッタフレー
ム間全体に開口部を形成しておけば、坑壁から落下した
土砂をカッタヘッド前部へ迅速に排出することができ
る。

【００１６】その上、斜坑壁形成装置を軸方向にスライ
ドさせる案内部材を設けておけば、カッタヘッドによる
掘進に影響されることなく独立的に斜坑壁形成作業を行
うことができる。

【００１７】また、リヤサポートに複数のサポート部材
を設け、各サポート部材の伸縮量調節手段を独立的に制
御可能に構成すれば、既に巻き建てられた支保内で各サ
ポート部材の伸縮量を調節してトンネル掘削機の方向制
御を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、この出願に係る発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。図１はこの出願に係る発明の一実
施例を示すトンネル掘削機の斜視図であり、図２はこの
トンネル掘削機の側面図、図３は図１に示すＡ−Ａ矢視
図、図４は図１に示すＢ−Ｂ断面図、図５は図１に示す
Ｃ−Ｃ断面図、図６は図１に示すＤ−Ｄ断面図である。
この実施例では予め形成されたリーミング坑を拡径掘削
する例を示している。

【００１９】図示するように、このトンネル掘削機Ｍ
は、カッタヘッド１の後部にトンネル掘削機Ｍの前部を
サポートするフロントサポート２が設けられ、このフロ
ントサポート２の後部にメイングリッパＧが配設されて
いる。そして、メイングリッパＧの後部には斜坑壁形成
装置Ｆが設けられ、この斜坑壁形成装置Ｆの後部にカッ
タヘッド１の駆動モータ３等の駆動部Ｅが設けられ、こ
の駆動部Ｅの後部にトンネル掘削機Ｍの後部をサポート
するリヤサポート４が設けられている。

【００２０】したがって、このトンネル掘削機Ｍは、カ
ッタヘッド１後部のフロントサポート２と掘削機後部の
リヤサポート４との間に、前部からメイングリッパＧ，
斜坑壁形成装置Ｆ，カッタヘッド駆動部Ｅが配設され、
全体としてこれらの外周部にスキンプレートを有しない
オープン掘削機と同様の形態となっている。

【００２１】また、これらはトンネル掘削機Ｍの軸心に
設けられたメインビーム５に設けられており、前記メイ
ングリッパＧはこのメインビーム５に沿って軸方向に移
動可能なように構成されている。このメインビーム５の
前端にフロントサポート２が設けられ、後端にリヤサポ
ート４が設けられている。

【００２２】前記カッタヘッド１は、カッタ１ａを支持
するカッタフレーム１ｂ間全てがほぼ開口部１ｃに形成
されており、カッタヘッド１後部の土砂も前方のリーミ
ング孔Ｐへ容易に排出できるように形成されている。

【００２３】前記メイングリッパＧは、トンネル掘削機
Ｍの軸方向に移動して斜坑Ｒの坑壁ｒで掘削反力を確保
するものであり、この実施例では軸方向に前グリッパ６
と後グリッパ７とからなる２段で形成され、前グリッパ
６の押圧面であるグリッパシュー６ａよりも後グリッパ
７の押圧面であるグリッパシュー７ａの方が大きく形成
されている。この例では後グリッパシュー７ａの周方向
長さを長くすることにより、前グリッパシュー６ａより
も大きい押圧面に形成されている。また、このメイング
リッパＧは、トンネル掘削機Ｍの側面部のみに設けられ
ており、このメイングリッパＧで坑壁ｒを崩落させたと
しても、メイングリッパＧ自身や後述するスラストジャ
ッキ８上へ落ちて悪影響を与えないようにしている。し
かも、メイングリッパＧの上下に空間を設けることによ
って、後方で坑壁ｒが崩落してもカッタヘッド１側へ落
ち易いようにしている。

【００２４】このように形成されたメイングリッパＧ
は、前記メインビーム５に沿って移動するグリッパケー
シング９に設けられており、駆動部Ｅとの間に設けられ
たスラストジャッキ８によって移動可能に構成されてい
る。

【００２５】また、このメイングリッパＧは、図５に示
すように、グリッパケーシング９のブラケット９ａと両
グリッパシュー６ａ，７ａとの間に設けられたジャッキ
１０によって幅方向に伸縮可能に構成されている。１１
は、ガイド部材である。

【００２６】前記斜坑壁形成装置Ｆは、掘削後の坑壁ｒ
にコンクリートを吹付ける吹付機１２と、ロックボルト
打設装置１３と、支保を組むための支保エレクタ１４と
から構成されており、掘削機Ｍの前部から吹付機１２，
ロックボルト打設装置１３，支保エレクタ１４の順に配
設されている。

【００２７】また、この斜坑壁形成装置Ｆは、駆動部Ｅ
の前部に設けられた案内部材１８に沿って軸方向にスラ
イド可能に構成されており、図示しない駆動手段によっ
て独立的にスライドさせることができる。

【００２８】前記駆動部Ｅは、この斜坑壁形成装置Ｆの
後部に設けられたギヤボックス１５と、このギヤボック
ス１５に固定された駆動モータ３とから構成されてい
る。そして、この駆動モータ３によって駆動されるギヤ
ボックス１５内のギヤによって、メインビーム５内に設
けられた駆動軸１６が回転させられ、この駆動軸１６の
先端に設けられたカッタヘッド１が旋回させられる。こ
の掘削機Ｍにおける主要機器である駆動部Ｅを斜坑壁形
成装置Ｆの後部に設けることにより、この斜坑壁形成装
置Ｆで坑壁ｒに吹付けや支保組み等の手当てが施された
位置に主要機器を配置することができ、これら主要機器
への坑壁ｒの崩落による影響を受けることがないように
している。

【００２９】また、この駆動部Ｅには前記メイングリッ
パＧのグリッパケーシング９に連結されたスラストジャ
ッキ８の後端が連結されており、このスラストジャッキ
８を伸縮させることによってメイングリッパＧがメイン
ビーム５の両側部に設けられたガイド部材５ａに沿って
軸方向に移動する。

【００３０】前記フロントサポート２は、図４に示すよ
うに、メインビーム５に固定されたボス部２ａと、この
ボス部２ａから周囲に突出してトンネル掘削機Ｍの軸心
を調整するサポート部材２ｂとから構成され、複数のサ
ポート部材２ｂを独立的に伸縮させることにより、メイ
ンビーム５の軸心を調整できるように構成されている。
この実施例では、３個のサポート部材２ｂを等角度で配
設して軸心調整ができるようにするとともに、各サポー
ト部材２ｂ間に大きな隙間を形成してメイングリッパＧ
側から落下する土砂をカッタヘッド１側へ排出し易いよ
うにしている。このフロントサポート２のボス部２ａに
はカッタヘッド１の駆動軸１６を支持するベアリング２
ｃが内設されている。

【００３１】前記リヤサポート４も、図６に示すよう
に、カッタヘッド駆動部のギヤボックス１５に固定され
たボス部４ａと、このボス部４ａから周囲に突出してト
ンネル掘削機Ｍの軸心を調整するサポート部材４ｂとか
ら構成され、この実施例では、４個のサポート部材４ｂ
を等角度で配設して軸心調整ができるように構成されて
いる。このリヤサポート４は、斜坑壁形成装置Ｆの後部
に設けられており、支保エレクタ１４で巻き建てた支保
１７に当接させて使用するように構成されている。

【００３２】また、これらのサポート部材４ｂを伸縮さ
せるジャッキ等の伸縮量調節手段を独立的に制御可能に
構成しておけば、支保エレクタ１４によって巻き建てら
れた支保１７内で各サポート部材４ｂの伸縮量を調節し
てトンネル掘削機Ｍの方向制御を行うことができ、坑壁
ｒが崩落したとしても影響を受けない既に巻き建てられ
た支保１７内でトンネル掘削機Ｍの方向制御を行うこと
が可能となる。

【００３３】以上のように構成されたトンネル掘削機Ｍ
によれば、前記図１および図２に示す掘削前の状態か
ら、図７に示す掘削後のトンネル掘削機の斜視図と図８
に示す掘削後のトンネル掘削機の側面図に示すようにし
て斜坑Ｒを掘削することができる。

【００３４】すなわち、図１および図２に示す掘削前の
状態から、メイングリッパＧ（前後２組）を拡張して坑
壁ｒに押圧して掘削機Ｍを固定し、カッタヘッド１を回
転させながらスラストジャッキ８を縮小させることによ
り、メイングリッパＧで坑壁ｒに掘削反力を保持しなが
らカッタヘッド１およびメインビーム５を前進させて掘
削する。二点鎖線で示すｒ₀ が掘削前の位置である。

【００３５】この時、カッタヘッド１の駆動力は、後方
のギヤボックス１５に設けられた駆動モータ３でギヤボ
ックス１５内の減速機を駆動し、この減速機で回転させ
るメインビーム５内の駆動軸１６によって伝達される。

【００３６】また、この掘削時には、フロントサポート
２を坑壁ｒに向けて低圧で拡張してカッタヘッド１とと
もに前進させることで、掘削時の振動を抑制しながら掘
進させることができる。

【００３７】この掘削時のリヤサポート４は縮小した状
態として、組立てられた支保１７を破損することがない
ようにする。なお、掘削時のメインビーム５の振動が大
きい場合には、このリヤサポート４を補助的に極低圧に
て拡張させて支保１７内を滑らせることにより抑制する
ことも可能である。

【００３８】そして、掘削終了後は、フロントサポート
２およびリヤサポート４にて掘削機Ｍを固定し、メイン
グリッパＧを縮小後、スラストジャッキ８を伸長させる
ことによってメイングリッパＧをカッタヘッド１側へ移
動させる。

【００３９】この時、掘削機Ｍの支持がメイングリッパ
Ｇからフロントサポート２およびリヤサポート４へ代る
ので、次の掘削のためにメイングリッパＧを拡張する前
に、フロントサポート２およびリヤサポート４にてメイ
ンビーム５、すなわち掘削機Ｍの掘削方向を調整する。
なお、掘削機Ｍの後方に設けられたリヤサポート４は巻
き建てた支保１７内で使用可能であるため、フロントサ
ポート２とともに使用することで掘削したリーミング坑
側のみで、坑壁ｒの崩落に影響されずに方向制御するこ
とも容易にできる。

【００４０】そして、この掘削方向を調整した状態を保
持しつつ、メイングリッパＧを拡張して盛り替え、次回
の掘削準備を行う。

【００４１】一方、掘削した坑壁ｒは、メイングリッパ
Ｇの後方に設けられた斜坑壁形成装置Ｆにて手当て（崩
落防止）が行われる。この斜坑壁形成装置Ｆでは、吹付
機１２で掘削後の坑壁ｒへコンクリートを吹付けるとと
もに、坑壁ｒへロックボルト打設装置１３にてロックボ
ルト（アンカーボルト）を打設しながら、支保エレクタ
１４にて支保１７が組立てられる。

【００４２】この斜坑壁形成装置Ｆは、ギヤボックス１
５に設けられた案内部材１８上に沿って前後方向（軸方
向）に移動可能に構成されているため、トンネル掘削機
Ｍの進行に影響されずに支保組立作業を独立的に行うこ
とが可能である。

【００４３】以上のように、カッタヘッド１直後にある
フロントサポート２の後方にメイングリッパＧを配置
し、このメイングリッパＧの直後で吹付け、および支保
１７の組立てを可能としているので、坑壁ｒの崩落をメ
イングリッパＧより前方に限定することができる。

【００４４】したがって、掘削時にメイングリッパＧの
押圧位置等の坑壁ｒが崩落したとしても、掘削機の主要
機器である駆動部Ｅ等はメイングリッパＧ後方の既に吹
付けと支保組立（手当て）が行われた位置に配置されて
いるため、崩落した土砂等によって破損されることはな
い。

【００４５】また、この実施例では、メイングリッパＧ
をメインビーム５のガイド部材５ａに沿って軸方向にス
ライドするグリッパケーシング９の前後に２組装備し、
この２組の前，後グリッパ６，７でグリッパケーシング
９を固定するようにしているので、掘削反力の確保およ
び掘削方向の安定化を図ることができる。しかも、これ
らの前，後グリッパ６，７の大きさを、前グリッパ６よ
り後グリッパ７を大きく形成しているので、前グリッパ
６が崩した坑壁ｒの位置で後グリッパ７を拡張したとし
ても、後グリッパ７のグリッパシュー７ａで崩れていな
い坑壁ｒを押圧することができ、一部崩落した坑壁ｒで
あっても掘削反力を確保することできる。

【００４６】さらにまた、後方（上方）の手当てを行う
前の坑壁ｒから土砂等が崩落したとしても、この土砂等
はカッタヘッド１まで通過し易い構造としたフロントサ
ポート２およびメイングリッパＧを通過してカッターヘ
ッド１の背面まで落下し、このカッタヘッド１の土砂を
通し易いように形成された大きな開口部１ｃから掘削ズ
リとともにリーミング孔Ｐへと排出される。

【００４７】なお、前記実施例では、急傾斜の斜坑を掘
削するトンネル掘削機Ｍを例に説明したが、下向きの斜
坑Ｒを掘削するトンネル掘削機Ｍであれば同様の作用効
果を得ることができ、特に急傾斜に限定されるものでは
ない。

【００４８】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００４９】カッタヘッドを駆動する主要機器を斜坑壁
形成装置の後部に位置させることにより、主要構成機器
は常に手当てが済んだ斜坑壁内に位置するため、メイン
グリッパで坑壁を崩落させたとしても常に影響がないよ
うにすることができ、安定した斜坑の掘削が可能とな
る。

【００５０】また、フロントサポートからカッタヘッド
駆動部まで連なるメインビームのカッタヘッド駆動部の
後部にリヤサポートを設ければ、リヤサポートを坑壁の
手当てが済んだ支保内で操作することができ、安定した
メインビームの方向調整を行うことが可能となる。

【００５１】さらに、メイングリッパを軸方向にスライ
ドさせるスラストジャッキをカッタヘッド駆動部との間
に設ければ、このスラストジャッキへの崩落土砂落下を
防止することができ、スラストジャッキの安定した使用
が可能となる。

【００５２】また、メイングリッパを、前グリッパの押
圧面よりも後グリッパの押圧面を大きく形成した２段で
構成してトンネル掘削機軸方向に設ければ、前グリッパ
で坑壁を崩してしまっても、大きい後グリッパで崩れて
いない坑壁に掘削反力を確保することができ、坑壁の崩
れに影響されずに掘削を続けることが可能となる。

【００５３】さらに、カッタヘッドのほぼカッタフレー
ム間全体に開口部を形成しておけば、坑壁から落下した
土砂があってもカッタヘッド前部へ迅速に排出しながら
掘削を続けることが可能となる。

【００５４】その上、斜坑壁形成装置を軸方向にスライ
ドさせる案内部材を設けておけば、カッタヘッドによる
掘進に影響されることなく独立的に斜坑壁形成作業を行
うことができ、斜坑の掘削と斜坑壁の手当てを独立的に
効率良く作業することが可能となる。

【００５５】また、サポート部材を伸縮させるジャッキ
等の伸縮量調節手段を独立的に制御可能に構成しておけ
ば、支保エレクタによって既に巻き建てられた支保内で
各サポート部材の伸縮量を調節してトンネル掘削機の方
向制御を行うことができ、坑壁の崩落に影響されないト
ンネル掘削機の方向制御が容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明の一実施例を示すトンネル
掘削機の斜視図である。

【図２】図１に示すトンネル掘削機の側面図である。

【図３】図１に示すＡ−Ａ矢視図である。

【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図１に示すＣ−Ｃ断面図である。

【図６】図１に示すＤ−Ｄ断面図である。

【図７】図１に示すトンネル掘削機の掘削後の状態を示
す斜視図である。

【図８】図１に示すトンネル掘削機の掘削後の状態を示
す側面図である。

【符号の説明】

１…カッタヘッド １ｃ…開口部 ２…フロントサポート ２ｂ…サポート部材 ３…駆動モータ ４…リヤサポート ４ｂ…サポート部材 ５…メインビーム ６…前グリッパ ６ａ…前グリッパシュー ７…後グリッパ ７ａ…後グリッパシュー ８…スラストジャッキ ９…グリッパケーシング １０…ジャッキ １２…吹付機 １３…ロックボルト打設装置 １４…支保エレクタ １５…ギヤボックス １６…駆動軸 １７…支保 １８…案内部材 Ｅ…駆動部 Ｇ…メイングリッパ Ｆ…斜坑壁形成装置 Ｐ…リーミング孔 Ｒ…斜坑 ｒ…坑壁 Ｍ…トンネル掘削機

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削機の前部をサポートするフ
   ロントサポートと、トンネル掘削機の後部をサポートす
   るリヤサポートと、トンネル掘削機の軸方向に移動して
   斜坑内壁面で掘削反力を受けるメイングリッパとを具備
   した下向き斜坑用トンネル掘削機において、 前記フロントサポートの後部に前記メイングリッパを配
   設し、該メイングリッパの後部に掘削した坑壁を手当て
   する斜坑壁形成装置を設け、該斜坑壁形成装置の後部に
   カッタヘッド駆動部を配設したことを特徴とする下向き
   斜坑用トンネル掘削機。
2. 【請求項２】 フロントサポートからカッタヘッド駆動
   部まで連なるメインビームを設け、カッタヘッド駆動部
   の後部にリヤサポートを設けたことを特徴とする請求項
   １記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。
3. 【請求項３】 メイングリッパに対してメインビームお
   よびカッタヘッド駆動部を軸方向にスライドさせるスラ
   ストジャッキを、該メイングリッパとカッタヘッド駆動
   部との間に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。
4. 【請求項４】 メイングリッパを、トンネル掘削機軸方
   向に形成した前グリッパと後グリッパとからなる２段で
   構成し、該前グリッパの押圧面よりも後グリッパの押圧
   面を大きく形成したことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。
5. 【請求項５】 カッタヘッドのほぼカッタフレーム間全
   体に開口部を形成したことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１項に記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。
6. 【請求項６】 斜坑壁形成装置を軸方向にスライドさせ
   る案内部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれか１項に記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。
7. 【請求項７】 リヤサポートに複数のサポート部材を設
   け、各サポート部材の伸縮量調節手段を独立的に制御可
   能に構成したことを特徴とする請求項２〜６のいずれか
   １項に記載の下向き斜坑用トンネル掘削機。