JP3074610B2 - トンネル掘削支保工法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネルの掘削支保の
方法及びその方法を実施する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネルの掘削支保の方法として
は、切羽の掘削に先立ち、まず、スクリューカッタによ
って所定深さのライニング溝を形成するとともに、その
ライニング溝を形成すると同時にそのライニング溝内に
コンクリートを注入してライニングを形成し、その後、
ライニングの内側を掘削するようにした方法が存在し、
その装置として切羽を掘削するための第一の掘削機と、
前記第二の掘削機によって形成されたライニング溝内に
コンクリートを注入することによってライニングを形成
するためのコンクリート注入装置とを備えていて、前記
第二の掘削機は、トンネルの径方向に伸縮自在とされて
いるとともに、トンネルのほぼ中心位置を旋回中心とし
て旋回可能、かつ、トンネルの長さ方向に移動可能に支
持されたアームと、そのアームの先端に回転自在に支持
されてトンネルの長さ方向に沿って前方に延びているス
クリューカッタとを有するようなトンネル掘削装置（例
えば特開昭６４−７５７９６号公報参照）が存在してい
る。また、一方、掘削された土砂類をトンネル後方へ搬
出する装置は別に設けたものが普通である。

【０００３】上記のようなトンネル掘削装置と搬出装置
を組み合わせて使用すれば、既に形成されているライニ
ングの前方にそのライニングに連続させて新たなライニ
ングを形成させることができ、その後、切羽を掘削し
て、土砂等の搬出をすれば、一応、迅速に作業をすると
いう目的は達成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置はトンネルのライニング装置とトンネル掘削機とは
一体に製作されているが、掘削した土砂類の搬出装置は
別個になっているものであるから、作業能率上は良いも
のとはいえない。また、このような装置にさらに土砂類
の搬出装置を組み込んで一体化することはその大きさか
らみた場合に寸法上お互いに干渉する部分ができ、無理
である。

【０００５】さらに、上記装置を用いたライニングの方
法では、その装置そのものも複雑であるので、必ずしも
作業効率もいいものとはいえないし、たとえ、この装置
に掘削した土砂類の搬出装置を組み込んだところで自動
化する上でも、簡単に実施し得るものではない等の点で
問題があった。

【０００６】本発明は、トンネルの外周に施工するライ
ニングとトンネルを形成する内側の掘削及びその土砂等
の搬出を同時併行して行うことを目的とし、またライニ
ング施工中におけるトンネル掘削搬出作業の少ない前後
動作によって簡単かつ確実に作業を実行すること、さら
には、各装置の簡単な構造によって簡単な動作で容易な
自動化の達成をすることを目的としている。

【０００７】

【発明が解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明のトンネル掘削支保工法及び請求項
２〜請求項４の発明のトンネル掘削支保装置が提供され
るのであって、請求項１の発明のトンネル掘削支保工法
は切羽の周囲に所定深さのライニング溝を形成し、その
ライニング溝を形成すると同時にその溝内にコンクリー
ト等の硬化性材料を注入硬化させて、ライニングを形成
しながら前記ライニングの内側を掘削するようにしたト
ンネル掘削工法であって、所定深さのライニングを形成
しながらそのライニングの内側の切羽全面を走行台車上
に多数上方より下方へ向かって階段状に並列して配置し
た回転式ドラムカッタを盤面に押し付けて掘削するとと
もに、その回転式ドラムカッタの最下段に位置する回転
式ドラムカッタに対応する後側に隣接して配設されたコ
ンベア装置により掘削されて落下した土砂類等を直ちに
トンネル後方へ搬出することを特徴とするものであり，
請求項２〜請求項４の発明のトンネル掘削支保装置は、
それぞれ、請求項２の発明は、下盤上を走行する走行台
車上に、切羽の周囲にライニング溝を形成する第一の掘
削機、切羽を掘削する多数の回転式掘削装置を有する第
二の掘削機、前記第一の掘削機によって形成されたライ
ニング溝にコンクリート等の硬化性材料を注入硬化する
ことによってライニングを形成するための硬化性材料注
入装置、及び前記第二の掘削機によって掘削され落下し
た土砂類等を搬出するコンベア装置を配設してなり、前
記第一の掘削機は、前記走行台車上に支持されたライニ
ング溝掘削用カッタを有する出入自在でかつ切羽前面を
トンネル状所定軌跡で移動可能な掘削アームで、また前
記硬化性材料注入装置は、前記掘削アームに剛固に支持
された前記第一の掘削機により形成のライニング溝に硬
化性材料を注入する硬化性材料注入管で、さらに前記第
二の掘削機は、トンネルの上方から下方に向かって複数
個並列して階段状に配置された回転式ドラムカッタでそ
れぞれ構成され、前記第二の掘削機下端の回転式ドラム
カッタの後方には前記コンベア装置が配設されているも
のである。また、請求項３の発明は請求項２の発明の構
成を備えるとともに、前記第二の掘削機の最下段の回転
式ドラムカッタがガイドレールに沿って移動自在なもの
であり、請求項４の発明は請求項２の発明の構成を備え
たものにおいて前記第二の掘削機及びコンベア装置が前
記走行台車上に配置された前後に一定ストローク移動自
在の架台に固設され、一体化して移動し得るようにした
ものであることを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記のように構成されたトンネル掘削支保装置
を起動すると、まず、ライニングを行うために、掘削ア
ームを前進移動した後、トンネル状の所定軌跡に沿って
移動して、掘削アームの掘削カッタによりライニング溝
を掘削し、次いでそのライニング溝内に硬化性材料を充
填して硬化させて所定のライニングを形成し、その工程
を実行しながら、併行してそのライニングの内側の切羽
盤面に回転式ドラムカッタを押し付けて掘削し、掘削し
て落下した土砂類をその後側に配置されたコンベア装置
で後方へ搬出して順次ライニングとトンネル内側の掘削
を同時に長手方向に向かって施工していく。またアーチ
型のトンネルを掘削する場合には、第二の掘削機の最下
段の回転式ドラムカッタを左右にガイドレールに沿って
往復移動させて下盤を平坦に仕上げる。

【０００９】さらに、第一の掘削機はライニングを行う
に際して、既設の支保版との重ね合わせの部分のライニ
ングを行う場合に、走行台車を動かすと、その部分の位
置が変わり、位置決めが難しいので、そのような場合に
は、第１の掘削機は一度、位置決めを行うと、その後は
固定しておいて、第２の掘削機及び搬出コンベアが裁置
された架台を一ストロークだけ、スライドさせることに
よってその部分の切羽の掘削を行う。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
すると、図１は本発明のトンネル掘削支保装置の全体を
示す側面図、図２は図１における線Ｉ−Ｉの断面図、図
３は本発明のトンネル掘削支保装置の立面図、図４の
(a) は本発明のトンネル掘削支保装置のコンベアを含む
平面の右側平断面図で、(b) はその左側平断面図であ
る。図１においてトンネル内の下盤１上にレール２が敷
設され、そのレール２上に走行台車３が載置されてお
り、走行台車３上にアーチ状ガイド枠４が固定されてい
る。トンネル外周に切羽前方方向に向かってライニング
溝を形成するライニング装置は、前記アーチガイド枠４
はその枠４に沿って先端に円弧状透かし溝掘削用チェー
ンカッタ５を固定した掘削アーム６が前後方向へ移動で
きる機構を備えているとともに、アーチ状ガイド枠４に
沿ってアーチ状に移動するようになっている。掘削アー
ム６に支持部材７を介して硬化性材料注入管８が取り付
けられており、後端がホース９を介して硬化性材料圧送
用ポンプ（図示しない）に接続されている。掘削アーム
６及び硬化性材料注入管８はそれぞれ電動モータで減速
装置を介して出入及びアーチ状の旋回移動が行われるこ
とはいうまでもない。

【００１１】次にトンネル内の掘削を行うためにライニ
ング溝の内方側の位置に、上方より下方へ向かって切羽
全面の掘削を行う多数の減速機付電動モータ１１で駆動
の回転式ドラムカッタ１２を複数段並列して階段状に配
設し、最下段の回転式ドラムカッタ１２は上部で溝状ガ
イドレール１３に係合しており、ピニオン１５及びラッ
ク１４よりなる歯車装置で駆動され、左右に往復動させ
て盤面を平坦にする。この場合、回転式ドラムカッタ１
２はレール上を一定速度で移動し、オートリバースの動
きをするものである。しかし、この回転式ドラムカッタ
１２は全て固定式のものでもよく、トンネル全体の形状
は、上記のようにアーチ型ではなく、円形のものの場合
もあり得る。

【００１２】前記複数段並列して配置された回転式ドラ
ムカッタの左右隣接するものは回転方向を逆にし、また
上下方向のものは、図２のように前後に階段状にずらし
て配置することにより互いに干渉しないようにしてい
る。

【００１３】回転式ドラムカッタ１２の後側には、その
カッタ１２で掘削して落下した土砂類を後方へ搬出する
ためのコンベア装置が設けられており、左右方向に対称
に片羽根式のチェーンコンベア１６が、中央部には両羽
根式のチェーンコンベア１７がそれぞれあり、回転式ド
ラムカッタ１２で掘削され、落下した土砂類は片羽根式
のチェーンコンベア１６の羽根板１６´で中央部に掻き
集められ、集められた土砂類は両羽根式チェーンコンベ
ア１７の羽根板１７´で後方に搬出される。

【００１４】多数の水平方向に複数段、階段状に設けら
れた回転式ドラムカッタ１２及び片羽根式チェーンコン
ベア１６と両羽根式チェーンコンベア１７からなるコン
ベア装置は油圧シリンダー装置１９による架台１８の前
後へのーストローク移動に伴い移動できるようになって
いて、トンネル外周に切羽前方に向かってライニング溝
を形成する装置でライニング作業を行っているときは、
多数の水平方向に複数段、階段状に設けられた回転式ド
ラムカッタ１２及び片羽根式チェーンコンベア１６と、
両羽根式チェーンコンベア１７からなるコンベア装置を
前後進させて切羽盤面の掘削を行い、それによる土砂類
は後方へ搬出することもできる。

【００１５】以上本発明の実施例装置の構成及びその構
成部分の作用を説明したが、次に、一連の装置の使用方
法を説明すると、まず、レール２上で走行台車３を固定
し、回転式ドラムカッタ１２及び搬出コンベアを載置し
た架台１８を後退した状態においた後、円弧状透かし溝
掘削用チェーンカッタ５をトンネル周壁の一端部におい
てトンネル切羽に対向するように配置し、次いでチェー
ンカッタ５を駆動してチェーンカッタ５を透かし溝切進
方向の前側部分がトンネル長手方向に後方に移動するよ
うに循環するとともに、チェーンカッタ５を長手方向に
円弧状に前進移動させ、そのチェーンカッタ５により土
砂類を掘削排出しながら、チェーンカッタ５を軟弱地盤
２０に挿入する。

【００１６】次に、駆動装置（符号なし）により掘削ア
ーム６をアーチ状ガイド枠４に沿って移動させるととも
に、チェーンカッタ５も同方向に移動させて、そのチェ
ーンカッタ５によってトンネル周壁の周囲方向に円弧状
断面のライニング溝（符号なし）を切進していく。ライ
ニング溝が或る距離だけ切進されるごとに、硬化性材料
注入管８をその溝に前進挿入し、次いで硬化性材料圧送
用ポンプ（符号なし）から、コンクリート等の硬化性材
料をホース９及び硬化性材料注入管８を通じて圧送し
て、硬化性材料注入管８の前端から硬化性材料をライニ
ング溝内の切進方向の後方に向かって放出しながら、硬
化性材料注入管８を後退移動し、トンネル切羽の前方の
周囲に硬化性材料からなる円弧状断面の支保版１０を形
成する。

【００１７】その後は、架台１８を前方に押し出して上
記ライニングをした支保版１０の内方側の位置にある複
数段並列して階段状に配設した回転式ドラムカッタ１２
をライニングした支保版１０の内側の切羽前面に押し付
けて内部の掘削を行い、掘削して落下した土砂類は片羽
根式チェーンコンベア１６の片羽根板１６´に集めら
れ、両羽根式チェーンコンベアの両羽根板１７´で後方
に搬出される。その状態では、最初のライニングが終了
して支保版１０が形成され、その内側の掘削が終わっ
て、最初のトンネル穴が形成されている。したがって、
次工程としては、油圧シリンダー装置１９で架台１８を
元の位置へ戻し、走行台車３を前進させて所要位置に停
止固定し、ライニング作業を行う掘削アーム６に取り付
けられたチェーンカッタ５の先端を既設の支保版１０の
前端に連続して支保版１０が形成されるように位置合わ
せをした後、既設の支保版１０と重なる距離だけライニ
ング溝を形成するための掘削とその溝への硬化材料注入
作業を行い、その後、架台１８を切羽盤面まで押し出
し、ライニング作業を行いながら、その盤面の回転式ド
ラムカッタ１２による掘削作業及びその掘削で落下した
土砂類の搬出を同時併行的に行う。これらの工程の繰返
しによりトンネルの掘削作業は行われる。したがって、
架台１８を前後進して掘削作業を行うのは、ライニング
の継ぎ目部分の作業を行うときだけであり、それ以外の
ときは、ライニング作業とトンネル内部の掘削及びコン
ベア装置による土砂類搬出作業は同時併行的に行われ
る。勿論、本発明装置によって実施し得る使用態様は上
記実施例に記載されたものに限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された各発明装置によってもたら
される種々の態様のものが存在することはいうまでもな
い。

【００１８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本願の特許
請求の範囲に記載された各発明のトンネル掘削支保装置
を使用して同じく特許請求の範囲に記載された発明であ
るトンネル掘削支保工法でトンネルの掘削を行えば、ト
ンネルの盤面の支保及びトンネルの掘削とその掘削され
た土砂類の搬出を同時併行的に行うことができるので、
トンネル構築の進度が従来の工法に比べて著しく速くな
り、コスト的にも安くなるばかりでなく、完成したトン
ネルの品質も向上する。また、本発明の装置はライニン
グの内側を掘削する掘削機として回転式ドラムカッタを
上方より下方へ複数段並列して階段状に配設したものを
備えているので、砂質層等の切羽面が崩落し易い地層に
おいてもその回転式ドラムカッタを切羽面に押し付けて
掘削を行うことによって盤面の崩落を防止することがで
き、従来のこの種掘削機に比べて安全かつ作業能率も高
いものである。さらに本発明の装置は従来のこの種トン
ネル掘削支保装置に比べて構造が簡単であるので、容易
に自動化を図ることができ、作業コストを大幅に下げる
ことができる等の格別の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネル掘削支保装置の側面図であ
る。

【図２】図１における線Ｉ−Ｉの断面図である。

【図３】本発明のトンネル掘削支保装置の立面図であ
る。

【図４】本発明のトンネル掘削支保装置のコンベアを含
む平面の左右両側の平断面を上下に分けて示した図であ
る。

【符号の説明】

１ 下盤 ２ レール ３ 走行台車 ４ アーチ状ガイド枠 ５ 円弧状透かし溝掘削用チェーンカッタ ６ 掘削アーム ７ 支持部材 ８ 硬化性材料注入管 ９ ホース 10 支保版 11 減速機付電動モータ 12 回転式ドラムカッタ 13 溝状ガイドレール 14 ラック 15 ピニオン 16 片羽根式チェーンコンベア 16' 羽根板 17 両羽根式チェーンコンベア 17' 羽根板 18 架台 19 油圧シリンダー装置 20 軟弱地盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小坂 文夫 東京都港区赤坂４丁目９番９号 日本国 土開発株式会社内 (72)発明者 今井 英雄 東京都中央区日本橋室町２丁目１番１号 株式会社三井三池製作所内 (56)参考文献 特公 平４−63198（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−32257（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/04 E21D 9/10 E21D 9/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切羽の周囲に所定深さのライニング溝を
   形成し、そのライニング溝を形成すると同時にその溝内
   にコンクリート等の硬化性材料を注入硬化させて、ライ
   ニングを形成しながら前記ライニングの内側を掘削する
   ようにしたトンネル掘削工法であって、所定深さのライ
   ニングを形成しながら、そのライニングの内側の切羽全
   面を走行台車上に多数上方より下方へ向かって階段状に
   並列して配置した回転式ドラムカッタを盤面に押し付け
   て掘削するとともに、その回転式ドラムカッタの最下段
   に位置する回転式ドラムカッタに対応する後側に隣接し
   て配設されたコンベア装置により掘削されて落下した土
   砂類等を直ちにトンネル後方へ搬出することを特徴とす
   るトンネル掘削支保工法。
2. 【請求項２】 下盤上を走行する走行台車上に、切羽の
   周囲にライニング溝を形成する第一の掘削機、切羽を掘
   削する多数の回転式掘削装置を有する第二の掘削機、前
   記第一の掘削機によって形成されたライニング溝にコン
   クリート等の硬化性材料を注入硬化することによってラ
   イニングを形成するための硬化性材料注入装置、及び前
   記第二の掘削機によって掘削され落下した土砂類等を搬
   出するコンベア装置を配設してなり、前記第一の掘削機
   は、前記走行台車上に支持されたライニング溝掘削用カ
   ッタを有する出入自在でかつ切羽前面をトンネル状所定
   軌跡で移動可能な掘削アームで、また前記硬化性材料注
   入装置は、前記掘削アームに剛固に支持された前記第一
   の掘削機により形成のライニング溝に硬化性材料を注入
   する硬化性材料注入管で、さらに前記第二の掘削機は、
   トンネルの上方から下方に向かって複数個並列して階段
   状に配置された回転式ドラムカッタでそれぞれ構成さ
   れ、前記第二の掘削機下端の回転式ドラムカッタの後方
   には前記コンベア装置が配設されていることを特徴とす
   るトンネル掘削支保装置。
3. 【請求項３】 下盤上を走行する走行台車上に、切羽の
   周囲にライニング溝を形成する第一の掘削機、切羽を掘
   削する多数の回転式掘削装置を有する第二の掘削機、前
   記第一の掘削機によって形成されたライニング溝にコン
   クリート等の硬化性材料を注入硬化することによってラ
   イニングを形成するための硬化性材料注入装置、及び前
   記第二の掘削機によって掘削され落下した土砂類等を搬
   出するコンベア装置を配設してなり、前記第一の掘削機
   は、前記走行台車上に支持されたライニング溝掘削用カ
   ッタを有する出入自在でかつ切羽前面をトンネル状所定
   軌跡で移動可能な掘削アームで、また前記硬化性材料注
   入装置は、前記掘削アームに剛固に支持された前記第一
   の掘削機により形成のライニング溝に硬化性材料を注入
   する硬化性材料注入管で、さらに前記第二の掘削機は、
   トンネルの上方から下方に向かって複数個並列して階段
   状に配置された回転式ドラムカッタでそれぞれ構成さ
   れ、前記第二の掘削機の最下段の回転式ドラムカッタは
   ガイドレールに沿って移動自在に構成されるとともに、
   前記第二の掘削機下端の回転式ドラムカッタの後方には
   前記コンベア装置が配設されていることを特徴とするト
   ンネル掘削支保装置。
4. 【請求項４】 下盤上を走行する走行台車上に、切羽の
   周囲にライニング溝を形成する第一の掘削機、切羽を掘
   削する多数の回転式掘削装置を有する第二の掘削機、前
   記第一の掘削機によって形成されたライニング溝にコン
   クリート等の硬化性材料を注入硬化することによってラ
   イニングを形成するための硬化性材料注入装置、及び前
   記第二の掘削機によって掘削され落下した土砂類等を搬
   出するコンベア装置を配設してなり、前記第一の掘削機
   は、前記走行台車上に支持されたライニング溝掘削用カ
   ッタを有する出入自在でかつ切羽前面をトンネル状所定
   軌跡で移動可能な掘削アームで、また前記硬化性材料注
   入装置は、前記掘削アームに剛固に支持された前記第一
   の掘削機により形成のライニング溝に硬化性材料を注入
   する硬化性材料注入管で、さらに前記第二の掘削機は、
   トンネルの上方から下方に向かって複数個並列して階段
   状に配置された回転式ドラムカッタでそれぞれ構成さ
   れ、前記第二の掘削機下端の回転式ドラムカッタの後方
   には前記コンベア装置が配設されているものにおいて、
   前記第二の掘削機及びコンベア装置は前記走行台車上に
   配置された前後に一定ストローク移動自在の架台に固設
   され、一体化して移動し得るようにしたことを特徴とす
   るトンネル掘削支保装置。