JP3136019B2 - 立坑および横坑の連続掘削用トンネル掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トンネルの施工に際
し立坑と横坑を１台の掘削機で掘削可能な、立坑および
横坑の連続掘削用トンネル掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの施工に際しては、まず地中に
向けて立坑をケーソン工法などにより掘削したのち、立
坑内にシールド掘進機などのトンネル掘進機を地表より
吊り下げて坑底まで降ろし、そこからトンネル掘進機を
横向けに発進させて横坑を掘削するのが、一般的な方法
である。

【０００３】また最近、立坑と横坑を１台の掘削機で掘
削可能な下記のようなトンネル掘進機が提案されてい
る。すなわち、図４に示すように、立坑掘削用のシール
ド掘進機４１の下端部に球面シール体４２を設け、この
球面シール体４２内に掘進機４１の中心軸線と直交する
水平な軸線４３ａを中心に旋回可能に横坑掘削用のシー
ルド掘進機４３を収容した構造からなり、立坑の掘削時
には、立坑掘削用シールド掘進機４１の下端の外周の環
状カッターディスク４４に、横坑掘削用シールド掘進機
４３の円板状カッターディスク４５をシリンダ装置（図
示せず）で遠隔操作されるピンなどの連結具４６で連結
した状態で、一体的に回転させることにより、立坑を掘
削する。そして、予定の掘削深さまで達した状態で、横
坑掘削用シールド掘進機４３の円板状カッターディスク
４５と環状カッターディスク４４のとの連結具４６によ
る連結を解除し、円板状カッターディスク４３を上方に
引き上げることにより、横坑掘削用シールド掘進機４３
を離脱する。それから、横坑掘削用シールド掘進機４３
を下向きの姿勢から略９０゜鉛直方向に旋回させて横向
きの姿勢とし、横方向（水平方向）に推進させながら横
坑を掘削するようになっている。なお、この種のトンネ
ル掘進機は、例えば特開平３−１９１１９６号公報や特
開平４−２０６９８号公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の一般的
な方法（前者）は、横坑の掘削用のシールド掘進機とは
別に、立坑の掘削に専用の機械を用意する必要があって
費用が嵩むうえに、立坑の掘削終了後に立坑掘削用の機
械を引き上げ、次にシールド掘進機を立坑の底まで吊り
降ろすなど、横坑の掘削作業前に多くの準備作業を必要
とするので、作業が複雑になる。

【０００５】上記した公報に記載の掘進機（後者）は、
図４から明らかなように、立坑掘削用シールド掘進機４
１からの横坑掘削用シールド掘進機４３の離脱、いいか
えれば円板状カッターディスク４５と環状カッターディ
スク４４との連結解除が、両方のカッターディスク４４
・４５が地山に圧接され、泥水に浸かった状態で且つか
なりの圧力が作用した状態の下で行われることになる。
このため、連結具４６の操作など連結解除に必要な全て
の作業が遠隔操作になり、作業者は連結の解除状態を目
視などにより直接確認できない。

【０００６】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、１台の掘進機で立坑と横坑とを掘削できるととも
に、横坑掘削用シールド掘進機の離脱作業を作業者が目
視で直接確認しながら容易に行うことができ、切羽との
止水作業などが不要な、トンネル掘進機を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ためにこの発明のトンネル掘進機は、a)鉛直方向に配置
される立坑用トンネル掘進機本体の下端に、カッターデ
ィスクをそのすぐ上方のバルクヘッドと一体にして軸受
を介し回動自在に配設するとともに、前記カッターディ
スク又はバルクヘッドと前記掘進機本体との間にシール
部材を介装し、b)前記掘進機本体内に、該本体内で横向
き姿勢が可能な横坑用トンネル掘進機を互いに中心軸線
を一致させて装入し、その横坑用トンネル掘進機本体の
先端のカッターディスクを、前記バルクヘッドに対しボ
ルト・ピンなどの連結具により離脱可能に連結し、c)立
坑掘削時には、前記横坑用トンネル掘進機本体内に配備
した前記カッターディスク用駆動装置により、立坑用ト
ンネル掘進機側のカッターディスクをバルクヘッドとと
もに回転させるように構成している。

【０００８】

【作用】上記の構成を有するこの発明のトンネル掘進機
によると、立坑用トンネル掘進機本体のバルクヘッドに
横坑用トンネル掘進機本体の先端のカッターディスクを
一体に連結した状態で、横坑用トンネル掘進機側のカッ
ターディスク駆動装置により立坑用トンネル掘進機本体
の下端のカッターディスクをバルクヘッドとともに回転
させ、地山の鉛直方向に立坑を掘削する。そして、所定
の深さまで掘削した状態で、横坑用トンネル掘進機側の
カッターディスクと前記バルクヘッドとを連結している
連結具を作業者が取り外すなどして、両者の連結状態を
解除する。この離脱作業は、横坑用トンネル掘進機側の
カッターディスクがバルクヘッドの内側（上方）に位置
した状態、いいかえれば大気圧下で地山とは非接触状態
で行われるから、作業者が手作業で連結具を直接取り外
すことも可能で、離脱状態を目視にて直接に確認するこ
とができる。そして、離脱後に、立坑用トンネル掘進機
本体内において横坑用トンネル掘進機を吊り上げ、下向
き姿勢から鉛直方向に略９０゜旋回させて横向きの姿勢
にすることにより、横坑掘削用の作業態勢となる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明のトンネル掘進機の実施例を
図面に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図３は実施例にかかる泥水式シール
ド掘進機を示す図面である。図１において、シールド掘
進機１は立坑および横坑を掘削するための掘進機で、立
坑の掘削にだけ使用される円筒状のシールドプレート２
の先端（下端）に、円板状のカッターディスク３が配置
されている。このカッターディスク３の内面側は円形の
バルクヘッド４の外面側と環状の接続部材５を介して一
体に連結されており、シールドプレート２の先端部の環
状フレーム６内に、バルクヘッド４の内面の周囲に突設
した環状部７が緩挿され、軸受８を介してバルクヘッド
４がカッターディスク３とともに回動自在に支持されて
いる。また環状フレーム６と環状部７の間および環状フ
レーム６とバルクヘッド４の内面側との間に、シール部
材９がそれぞれ介装されている。

【００１１】シールドプレート２の中間部２ａは、その
先端部側およびテール部２ｃ側に比べて外径がやや小さ
く形成され、図３のようにプレート中間部２ａの一部に
円形の開口１０が形成されている。図１に示すように、
プレート中間部２ａの周囲に円筒状のアウタースリーブ
１１が回転可能に被装され、このアウタースリーブ１１
には開口１０と同一形状の開口１２が形成されている。
プレート中間部２ａには、図３(ｂ)のように円周方向に
所定角度の範囲で長孔２ｂが穿設され、この長孔２ｂか
らアウタースリーブ１１の内周面に突設された円弧状の
ラック部材１３が、プレート中間部２ａの内方に緩挿さ
れている。プレート中間部２ａの内周面に油圧モーター
１４が配設され、この油圧モーター１４の駆動軸に取着
されたピニオン１４ａをラック部材１３に噛合させてい
る。そして油圧モーター１４によりピニオン１４ａを回
転させることにより、アウタースリーブ１１が回転す
る。なお、開口１０と１２の位置は、立坑の掘削作業時
には図３のように円周方向にずらせている。

【００１２】またプレート中間部２ａの外周面とシール
ドスリーブ１１の内周面との間においてその上下両端部
および長孔２ｂの下方に、図１のようにシール部材１５
がそれぞれ介装され、泥水の浸入防止が図られている。

【００１３】さらにプレート中間部２ａの開口１０の周
囲には、円筒形のエントランススリーブ１６が内向きに
一体に取り付けられ、このエントランススリーブ１６の
中間位置に環状のエントランスパッキン１７が装着され
ている。

【００１４】シールドプレート２のテール部２ｃの内周
面に沿って、複数本の降下用シールドジャッキ１８がそ
れぞれ上向きに配設され、また各シールドジャッキ１８
の上端部付近にエレクターリング１９が固設され、その
エレクターリング１９にエレクター２０が配備されてい
る。

【００１５】横坑掘削用のシールド掘進機２１は、シー
ルド掘進機１に比べて口径の小さい円筒状のシールドプ
レート２２を備えている。またシールドプレート２２の
先端部にバルクヘッド２３が形設され、このバルクヘッ
ド２４の外側（先端側）に円板状のカッターディスク２
３が軸受２５を介して回動自在に支持されている。カッ
ターディスク２４の内側の環状フレーム部２６にリング
ギヤ２７が固設され、シールドプレート２２の内周面に
配設された油圧モーター２８のピニオン２８ａがリング
ギヤ２７に噛合され、カッターディスク２３は油圧モー
ター２８により回転するようになっている。さらに、シ
ールドプレート２２の内周面に沿って、複数本のシール
ドジャッキ２９が基端に向けて配設されている。なお、
シールドプレート２２のテール部２２ａおよびエレクタ
ーリング３０、エレクター３１などは、図２に示すよう
に、横向きの姿勢でシールドプレート２２の後方に装備
されるようになっている。

【００１６】図１に示すように、シールド掘進機１内に
おいて、シールド掘進機２１は中心軸線（図示せず）を
一致させカッターディスク２３を下向けにして配置さ
れ、その先端部が環状フレーム６内に挿入されている。
この状態で、カッターディスク２３は、例えば、複数本
のボルト３２によって前記バルクヘッド４に対し離脱可
能に連結されている。なお、環状フレーム６の上面に
は、環状のガイドスリーブ３３が取り付けられている。

【００１７】立坑掘削用の送泥管３５がシールドプレー
ト２の内周面近くに配設され、その先端開口がカッター
チャンバー４−１内に臨ませてあり、また排泥管３６が
中心軸線に沿って配設され、バルクヘッド２４、カッタ
ーディスク２３およびバルクヘッド４の中心部を貫通
し、カッターディスク３の内部を半径方向に貫通して、
その先端をカッターディスク３の下端面（先端面）に開
口させている。なお、排泥管３６の接合部分３６ａは、
相対回転可能に接合されている。また、バルクヘッド２
４に接続されている送泥管３７は横坑掘削用であり、図
２中の符号Ｓはセグメントである。

【００１８】次に、上記した構成からなる実施例のシー
ルド掘進機１についてその動作を説明する。

【００１９】(1) 立坑を掘削する場合、図１の状態にお
いて油圧モーター２８を回転させることにより、カッタ
ーディスク２３・バルクヘッド４・カッターディスク３
が一体的に回転し、掘削作業が行われる。同時に、送泥
管３５からカッターチャンバー４−１４内に加圧泥水が
圧送され、切羽面の泥水が排泥管３６を通して排出され
る。立坑の掘削に伴うシールド掘進機１の鉛直方向下方
への推進は、横坑掘削の場合と同様にエレクター２０に
より構築されるセグメント壁（図示せず）から反力をと
り、降下用シールドジャッキ１８を伸長することにより
行われる。このようにして所定深さまで立坑が掘削され
た状態で、以下のようにして横坑の掘削準備に入る。

【００２０】(2) 油圧モーター２８によるカッターディ
スク２３・バルクヘッド４・カッターディスク３の回転
を停止するとともに、送泥管３５からの加圧泥水の圧送
を中止する。ここで、カッターディスク２３とバルクヘ
ッド４を連結している複数本のボルト３２を、作業者の
手作業により抜き取って両者の連結状態を解除する。こ
の連結解除状態は、作業者自身が目視で確認できる。そ
れから、シールド掘進機２１をクレーン等によりワイヤ
ーで吊り上げ、鉛直方向に略９０゜旋回させてカッター
ディスク２３を開口１０の正面に向ける。この横向きの
姿勢で、ワイヤーで吊り上げた状態のままシールド掘進
機２１を水平方向に移動させ、図２のようにカッターデ
ィスク２３をエントランススリーブ１６内に挿入する。
このとき環状のエントランスパッキン１７が開口１０側
へ屈曲し、シールドプレート２２の外周面とエントラン
ススリーブ１６の内周面との間隙がエントランスパッキ
ン１７で密封される。なお、降下用シールドジャッキ１
８やエレクターリング１９やエレクター２０などは、シ
ールド掘進機２１をワイヤーで吊り上げる前に、撤去さ
れる。

【００２１】(3) 油圧モーター１４によりピニオン１４
ａを回転させ、ラック部材１３を介してアウタースリー
ブ１１を図３(ｂ)で時計方向に回転させる。そして、プ
レート中間部２ａの開口１０とアウタースリーブ１１の
開口１２とを一致させる。この状態で、高圧下の泥水等
が開口１２および開口１０を通ってシールド掘進機１の
内部に浸入しようとするが、横坑掘削用のシールド掘進
機２１のシールドプレート２２とエントランススリーブ
１６との間隙がエントランスパッキン１７で密封されて
いるので、シールド掘進機１内には浸入しない。

【００２２】(4) 横坑掘削用のシールド掘進機２１のシ
ールドプレート２２の後方に、図２のように、テール部
２２ａおよびエレクターリング３０、エレクター３１が
装備される。また、送泥管３７に立坑掘削用の送泥管３
５（図１）の中途部が接続され、バルクヘッド２４に排
泥管３８が接続され、この排泥管３８は排泥管３６（図
１）の中途部に接続される。この状態で、油圧モーター
２８によりカッターディスク２３を回転させるととも
に、送泥管３７から泥水をバルクヘッド２４内に送り込
み、排泥管３８から泥水を排出する。そして、シールド
プレート２内に取り付けられた反力受け部材（図示せ
ず）に、シールドジャッキ２９の後端を当接し、シール
ドジャッキ２９を伸長させることにより、シールド掘進
機２１が開口１０・１２から発進する。

【００２３】(5) シールド掘進機２１のカッターディス
ク２３を回転させ、送泥管３７から泥水をカッターチャ
ンバー２４−１内に送り込み排泥管３９から泥水を排出
しながら水平方向に前進することにより、シールド掘進
機２１による横坑の掘削が開始される。そして、シール
ド掘進機２１のテール部２２ａが開口１０・１２より抜
け出す手前から、エレクター３１によるセグメント壁
（図示せず）の構築作業が開始されて、従来の一般的な
トンネル掘削作業と同様の方法で横坑が掘削されてい
く。

【００２４】なお、立坑掘削用のシールド掘進機１のシ
ールドプレート２やカッターディスク３やバルクヘッド
４などは、そのまま地山中に残される。

【００２５】ところで、本発明のトンネル掘進機の一例
を上記したが、これに限定されるものではなく、例えば
下記のように実施することもできる。

【００２６】ａ．泥水式シールド掘進機に代えて、例え
ば土圧シールド掘進機、泥土圧シールド掘進機とするこ
とにより、泥水の送排管が不要になる。

【００２７】ｂ．横坑用シールド掘進機２１の発進まで
シールドプレート２の中間部２ａの開口１０を閉塞する
ため、開口１２を設けたアウタースリーブ１１を回転可
能にその周囲に被装したが、開口１０をコンクリート壁
で閉塞しておき、シールド掘進機２１を発進する際にカ
ッターディスク２３でそのコンクリート壁を崩壊して開
口１０を開放するようにしてもよい。

【００２８】ｃ．バルクヘッド４に対するカッターディ
スク２３の連結は、ボルト３２によらず、例えばシリン
ダ装置で操作可能な連結ピンを介して行うことができ
る。この場合には、離脱作業の際に作業者が直接に手作
業などで連結ピンを取り外すことはないが、連結ピンが
抜けた状態などは作業者自身が目視にて確認できる点は
変わらない。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、この発明のトンネル掘進機には、次のような優れた
効果がある。

【００３０】イ)立坑と横坑とを連続して掘削でき、とく
に横坑の掘削作業前の準備作業が容易である。

【００３１】ロ)立坑掘削用シールド掘進機からの横坑掘
削用シールド掘進機の離脱作業を、バルクヘッド内にお
いて大気圧下で行えるので、作業者は離脱状態を目視に
より直接確認することができ、作業の信頼性に大幅に向
上する。

【００３２】ハ)上記ロ)の効果により、切羽との止水作業
などが不要で、離脱作業が容易になり、作業時間が短縮
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる泥水式シールド掘進
機を示す縦断面図で、立坑の掘削時の状態を表してい
る。

【図２】図１の泥水式シールド掘進機による横坑の掘削
作業前の状態を表す縦断面図である。

【図３】図３(ａ)は図１の泥水式シールド掘進機におけ
るアウタースリーブ１１の部位を概略的に縮小して示す
斜視図、図３(ｂ)は同図(ａ)のｂ−ｂ線断面図である。

【図４】立坑と横坑を掘削可能な公知のシールド掘進機
を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１・２１ シールド掘進機 ２・２２ シールドプレート ３・２３ カッターディスク ４・２４ バルクヘッド １０・１２ 開口 １１ アウタースリーブ １４・２８ 油圧モーター ３２ ボルト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直方向に配置される立坑用トンネル掘
   進機本体の下端に、カッターディスクをそのすぐ上方の
   バルクヘッドと一体にして軸受を介し回動自在に配設す
   るとともに、前記カッターディスク又はバルクヘッドと
   前記掘進機本体との間にシール部材を介装し、 前記掘進機本体内に、該本体内で横向き姿勢が可能な横
   坑用トンネル掘進機を互いに中心軸線を一致させて装入
   し、その横坑用トンネル掘進機本体の先端のカッターデ
   ィスクを、前記バルクヘッドに対しボルト・ピンなどの
   連結具により離脱可能に連結し、 立坑掘削時には、前記横坑用トンネル掘進機本体内に配
   備した前記カッターディスク用駆動装置により、立坑用
   トンネル掘進機側のカッターディスクをバルクヘッドと
   ともに回転させるようにしたことを特徴とする立坑およ
   び横坑の連続掘削用トンネル掘進機。