JP3147708B2

JP3147708B2 - トンネル掘進機

Info

Publication number: JP3147708B2
Application number: JP9248395A
Authority: JP
Inventors: 誠井上; 薫藤沢; 泰之平川
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH08284583A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トンネル掘進機に関
し、特に、切羽を掘削するカッターヘッドを先端に備え
た前胴部と、この前胴部に対して摺動可能に連設される
後胴部とからなり、外周の地山や後方に設けた覆工体か
ら反力を得て前胴部及び後胴部を伸縮摺動しつつトンネ
ルの掘進作業を行なうトンネル掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】岩盤などの比較的安定した地山に対し
て、トンネルの全断面を機械堀りによって掘削形成して
行く機械として、従来より、例えばトンネルボーリング
マシーンで代表される、前胴部と後胴部とからなるトン
ネル掘進機が知られている。

【０００３】このトンネル掘進機は、一般に、切羽面を
掘削するカッターヘッドと、外方に突出して外周の地山
を押圧するフロントグリッパーとを備えた前胴部と、こ
の前胴部に対して摺動可能に連設され、かつ外方に突出
して外周の地山を押圧するメイングリッパーを備えた後
胴部と、これらの後胴部と前胴部を伸縮可能に連結する
伸縮ジャッキとからなり、後胴部のメイングリッパーを
突出して外周の地山から掘進反力を得つつ、伸縮ジャッ
キを伸張して前胴部のカッターヘッドによりトンネルの
掘進作業を行なう工程と、しかる後に、前胴部のフロン
トグリッパーを突出して外周の地山から支持反力を得つ
つ、後胴部のメイングリッパーを後退し伸縮ジャッキを
収縮して後胴部を引き寄せる工程とを繰り返すことによ
り、いわゆる尺取り虫状にトンネルを掘削形成して行く
ものである。なお、このトンネルボーリングマシーン
は、メイングリッパーを用いずに後方の覆工体から押圧
ジャツキにより反力を得る場合もある。

【０００４】そして、このトンネル掘進機は、対象とな
る地盤が、安定した比較的硬い地盤であることから、か
かる外周の安定した地盤等から直接掘削反力を得つつ、
発破作業を行なうことなく、トンネルの全断面を効率良
くかつ迅速に掘削してゆくことができるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
トンネル掘進機によれば、例えば地下水の存在する軟弱
な地盤等の比較的柔らかい土砂地盤を対象とするシール
ド掘進機等とは異なり、硬い地盤を対象としているた
め、径が数メートル程度の比較的小口径のトンネルの掘
削作業に用いる場合には、経済的かつ効率の良い掘削機
械である一方で、例えば径が約１０ｍ程度以上の大口径
のトンネルを掘削しようとすると、膨大な掘削トルクを
必要とするとともに、カッターヘッドに取り付けるロー
ラカッタやこれの駆動装置等の装備を非常に大がかりな
ものとする必要を生じ、したがって掘削作業が困難にな
る場合が多い。

【０００６】そして、このような大口径のトンネルの掘
削作業を、トンネル掘進機を用いて行なうことを可能に
する方法として、例えば、パイロットトンネル用のトン
ネル掘進機とパイロットトンネルに後続してこれの周囲
を拡幅掘削するリーミングトンネル用のトンネル掘進機
とを２台使用し、パイロットトンネルを掘削した後、か
かる掘削作業に後続して、パイロットトンネルによる芯
抜き効果によって地盤の掘削抵抗を軽減しつつ、リーミ
ングトンネルの拡幅掘進作業を行なう方法が提案されて
いる。

【０００７】しかしながら、かかる方法では、パイロッ
トトンネルに対する掘削土砂や資機材の搬出、搬入等の
関係から、一工区分のパイロットトンネルの掘削作業が
終了した後でなければ、リーミングトンネルの掘削作業
を開始することができないため、工事期間が長期化する
という課題があった。

【０００８】また、リーミングトンネルの作業が行われ
るまでの間、パイロットトンネルの内壁面を吹き付けコ
ンクリート等で覆って仮防護する必要があるとともに、
これらの吹き付けコンクリート等の防護体はリーミング
トンネルの掘削作業時に撤去されるものであるため、作
業に無駄が生じるとともに、かかる防護体を適宜補強す
るために設置するロックボルト等によってリーミングト
ンネルの掘削作業に障害が生じるおそれがあるという課
題があった。

【０００９】そこで、この発明は、かかる従来の課題に
着目してなされたもので、岩盤等の安定した硬い地盤に
対しても、発破作業を特に行なうことなく、機械掘削に
よって、大口径のトンネルを迅速かつ効率良く掘削形成
して行くことのできるトンネル掘進機を提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、その要旨は、切羽を掘
削するカッターヘッドを先端に備えた前胴部と、該前胴
部に対して摺動可能に連設される後胴部と、前記前胴部
及び後胴部との間に設けられてこれらを伸縮摺動する伸
縮ジャッキとからなり、外周の地山を押圧するグリッパ
あるいは後方に設けた覆工体を押圧する押圧ジャッキに
より伸縮時の反力を得つつトンネルの掘進作業を行なう
トンネル掘進機において、前記前胴部のカッターヘッド
を、中央が同心状に開口するドーナツ状に構成するとと
もに、この前胴部のカッターヘッドの開口部分には、先
端にパイロットカッターヘッドを備えたパイロット胴部
を前方に突出配置し、切羽の中央部分を、前記前胴部と
パイロット胴部との間に設けられた摺動ジャッキにより
これらを進退摺動させつつ前記パイロットカッターヘッ
ドにより先行掘削した後、これに後続して前記前胴部の
カッターヘッドにより切羽を拡幅掘削するものであっ
て、前記伸縮ジャッキ及び摺動ジャッキの反力支持位置
が異なることを特徴とするトンネル掘進機にある。

【００１１】また、この発明のトンネル掘進機は、前記
パイロット胴部を、前記ドーナツ状の前胴部のカッター
ヘッドの開口部分に進退摺動可能に配置することが好ま
しい。

【００１２】さらに、この発明のトンネル掘進機は、前
記パイロット胴部に、外方に進退可能に突出して外周の
地山を押圧するパイロットグリッパを設けることもでき
る。

【００１３】

【作用】そして、この発明のトンネル掘進機によれば、
前胴部のカッターヘッドを、中央がカッターヘッドの円
形断面と同心状に開口するドーナツ状に構成するととも
に、この前胴部のカッターヘッドの開口部分には、先端
にパイロットカッターヘッドを備えたパイロット胴部を
前方に突出配置していることにより、パイロットカッタ
ーヘッドによって、小径のパイロットトンネルを無理な
く先行掘削して行くことができるとともに、パイロット
トンネルの掘削内壁面をパイロット胴部によって防護し
たままの状態で、パイロットトンネルによる芯抜き効果
を得つつ、これの外周部分に位置する前胴部のカッター
ヘッドにより大きな径のトンネルに拡幅掘削して行くこ
とができる。

【００１４】すなわち、パイロットカッターヘッドによ
るパイロットトンネルの掘削作業と、これの直後におけ
る前胴部のカッターヘッドによる大径のトンネルへの拡
幅掘削作業とを略同時に併行して行なうことができると
ともに、パイロットトンネルの内壁面を覆う防護体を別
途形成する必要がなく、また、一台の掘進機によってパ
イロットトンネルの掘削作業と拡幅部分のトンネルの掘
削作業とを略同時に行うため、掘削土砂の搬出作業や必
要な資材、機材の搬入、搬出作業を、後方に形成された
大きな断面のトンネルを介して一体として効率良く行な
うことができる。なお、拡幅掘削を行なう際の、パイロ
ットトンネルによる芯抜き効果は、パイロットトンネル
の周囲に所定の余堀部分を確保することによりに容易に
発揮されることになる。

【００１５】そして、この発明のトンネル掘進機は、前
記パイロット胴部を、ドーナツ状の前胴部のカッターヘ
ッドの開口部分に進退摺動可能に配置すれば、その突出
進退量を調節して、拡幅部分のトンネル掘削作業との併
行作業をさらに効率良く行なうことを可能にするととも
に、曲線施工への対応を容易にすることもできる。

【００１６】また、この発明のトンネル掘進機は、前記
パイロット胴部に、外方に進退可能に突出して外周の地
山を押圧するパイロットグリッパを設ければ、これから
固定反力を得ることにより、前胴部と後胴部との伸縮摺
動をより安定して行なうことができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を添付図面を参照
しつつ詳細に説明する。この実施例にかかるトンネル掘
進機１０は、例えば、掘削径１１ｍ程度の大断面のトン
ネルを岩盤の地山に掘削形成して行くために用いられる
もので、図１に示すように、主として、先端に断面ドー
ナツ状のカッターヘッド１１を備えた前胴部１２と、こ
の前胴部１２に対して摺動可能に連設される後胴部１３
と、前胴部１２の断面ドーナツ状のカッターヘッド１１
の中央開口部分から前方に突出して配置された、先端に
パイロットカッターヘッド１４を備えるパイロット胴部
１５とによって構成されている。

【００１８】また、前胴部１２と後胴部１３との間に
は、図２に示すように、これらの内部においてこれらを
伸縮可能に連結する伸縮ジャッキとしてのスラストジャ
ッキ１６が、各胴部１２，１３に設けた支持プレート１
７により両端を支持されてトンネル周方向に複数設けら
れているとともに、前胴部１２にはこれから外方に進退
可能に突出するフロントグリッパ１８が、後胴部１３に
はこれから外方に進退可能に突出するリアグリッパとし
てのメイングリッパ１９が各々設けられ、フロントグリ
ッパ１８とメイングリッパ１９とを交互に突出して外周
の地山から固定反力を得つつ、スラストジャッキ１６を
伸縮して、いわゆる尺取り虫状にトンネル掘進機１０を
前進させて行くことができるようになっている。

【００１９】そして、この実施例のトンネル掘進機１０
によれば、さらに、前胴部１２とパイロット胴部１５と
の間には、前胴部１２の内部において、これらを伸縮可
能に連結する摺動ジャッキ２２が、各胴部１２，１５に
設けた支持プレート２０により両端を支持されてトンネ
ル周方向に複数設けられているとともに、パイロット胴
部１５にもまた、外方に進退可能に突出するパイロット
グリッパ３８が取り付けられ、これを外周の地山に押し
つけて、固定反力を得ることができるようになってい
る。

【００２０】ここで、トンネル掘進機１０を構成する前
胴部１２は、後方略半分が縮径部分２１ａとなった円筒
状の外殻体２１からなり、上述のように、回動可能な断
面ドーナツ状のカッターヘッド１１を先端に備えるとと
もに、フロントグリッパ１８や、スラストジャッキ１６
及び摺動ジャッキ２２を枢着支持するための、支持プレ
ート１７，２０を備える他、カッターヘッド駆動モータ
２５を有し、例えば歯車機構２６を介してカッターヘッ
ド１１の後方に固定した回動リング２７を回動すること
により、カッターヘッド１１を回転駆動することができ
るようになっている。

【００２１】なお、このカッターヘッド１１には、前面
に複数のローラカッタ２８が取り付けられ、カッターヘ
ッド１１とローラカッタ２８を回転させつつ前胴部１２
を前進させることにより切羽面を破砕掘削し、掘削した
土砂を前胴部１２内に取り込みつつ拡幅部分の掘削を行
なうことができるようになっている。

【００２２】また、前胴部１２には、取り込んだ掘削土
砂を搬出するための第一コンベア２９が、これの一端部
が後胴部１３の後方まで延長するように配置されるとと
もに、パイロットカッターヘッド１４の直後から後方に
延長する第二コンベア３０が貫通配置されている。な
お、第二コンベア３０は、その一端部が第一コンベア２
９の途中に接続し、第二コンベア３０により運ばれるパ
イロットカッターヘッド１４からの掘削土砂を第一コン
ベア２９に受け渡すようになっている。

【００２３】一方、前胴部１２の後方に摺動連設される
後胴部１３は、前方略半分が前記前胴部１２の縮径部分
２１ａを摺動可能に受容する嵌合部３１ａとなった円筒
状の外殻体３１からなり、上述のように、メイングリッ
パ１９や、スラストジャッキ１６を枢着支持するための
支持プレート１７等を有し、また第一コンベア２９や第
二コンベア３０の一部が配設される他、その後方内部に
は、押圧ジャツキとしてのシールドジャッキ３２や、ト
ンネルの内壁面を覆う覆工体としてのセグメント３３を
組み立てるためのエレクタ３４等を備えている。

【００２４】すなわち、この実施例のトンネル掘進機１
０は、シールドジャッキ３２やエレクタ３４等を備える
ことにより、岩盤の掘削作業中に、例えば破砕帯等の不
良地盤に遭遇してトンネル外周の地山から掘進反力を直
接とることができなくなった場合でも、これらのシール
ド機構により、後方に組み立てたセグメント３３から反
力をとって引き続き掘進作業を行なうことができるとと
もに、トンネル内壁面を防護する防護体としてのセグメ
ント３３による覆工体を、トンネルの掘削直後に迅速に
組み立てて行く機能を備えるものである。

【００２５】さらに、トンネル掘進機１０を構成するパ
イロット胴部１５は、前胴部１２のカッターヘッド１１
の中央開口部分と略合致する円形断面の円筒状の外殻体
３３からなり、この中央開口部分を貫通して前後に摺動
進退するように配設されるとともに、上述のように、パ
イロットカッターヘッド１４やパイロットグリッパ３
８、あるいはパイロットカッターヘッド１４の直後から
後方に延長する第二コンベア３０、支持プレート２０等
を有する他、パイロットカッターヘッド駆動モータ３９
を備え、例えば歯車機構３５を介してパイロットカッタ
ーヘッド１４の後方に固定した回動リング３６を回動す
ることにより、パイロットカッターヘッド１４を回転駆
動することができるようになっている。

【００２６】なお、この円盤状のパイロットカッターヘ
ッド１４には、カッターヘッド１１の場合と同様に、前
面に複数のローラカッタ２８が取り付けられ、パイロッ
トカッターヘッド１４とローラカッタ２８を回転させつ
つパイロット胴部１５を前進させることにより切羽面を
破砕掘削し、掘削した土砂をパイロット胴部１５内に取
り込みつつトンネル中央部分の掘削作業を行なうことが
できるようになっている。

【００２７】さらにまた、スラストジャッキ１６及び摺
動ジャッキ２２は、いずれも油圧シリンダ形式のもの
で、上述のようにトンネル周方向に複数配設され、これ
を伸縮することにより、前胴部１２と後胴部１３、ある
いは前胴部１２とパイロット胴部１５を進退摺動させる
とともに、複数配設された各スラストジャッキ１６及び
摺動ジャッキ２２の伸縮量を適宜調整することにより、
掘進方向を傾けて、曲線施工に対応できるようになって
いる。

【００２８】そして、この実施例のトンネル掘進機１０
によれば、岩盤の地山に対し、大断面のトンネルを掘削
形成して行く際に、切羽の中央部部分を小口径のパイロ
ットトンネルとして常時に先行掘削して行くことができ
るので、かかる先行掘削作業と併行して、これの外周部
分を拡幅掘削するにあたり、パイロット胴部１５とトン
ネル内壁面との間に形成確保された所定の厚さの余堀り
部分３７を自由面とする芯抜き効果が得られ、これによ
ってカッターヘッド１１による掘削トルクを低減しつつ
効率良く大断面のトンネルを掘削形成して行くことがで
きる。

【００２９】また、先行掘削したパイロットトンネルの
内壁面は、拡幅掘削を行なうまでの間、パイロット胴部
１５の外殻体３３により覆われて強固に防護されるとと
もに、併行して行われる中央パイロット部分と拡幅部分
の掘削作業に伴なう掘削土砂の搬出や、資機材の搬入、
搬出作業を掘削形成された大断面のトンネルを介して一
体として効率良く行なうことができる。

【００３０】さらに、パイロットカッターヘッド１４と
前胴部１２のカッターヘッド１１とが、一台のトンネル
掘進機１０において、予め同心状に回転するように配置
されているため、パイロットトンネルに後続する拡幅部
分のトンネルを、パイロットトンネルに沿ってこれと同
心状に正確に掘削形成して行くことができる。

【００３１】さらにまた、パイロット胴部１５が、カッ
ターヘッド１１の中央開口部分を貫通し、摺動ジャッキ
２２により前胴部１２に対し進退摺動可能に設置されて
いるので、先行掘削長を調節してさらに効率良く掘進作
業を行なうことができるとともに、パイロット胴部１５
にもまた、パイロットグリッパ１８が取り付けられてい
ることにより、これを外周の地山に押しつけて、前胴部
１２と後胴部１３とを伸縮摺動するための固定反力を補
ない、これによってより安定した進退動作を行わせるこ
とができる。

【００３２】なお、この発明のトンネル掘進機は、上記
実施例の態様のものに限定されるものではなく、例え
ば、パイロット胴部１５をカッターヘッド１１の中央開
口部分において進退摺動させることなく所定の長さで突
出固定したものとしても良く、また、パイロット胴部１
５には、パイロットグリッパ１８を必ずしも設ける必要
はない。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
トンネル掘進機によれば、前胴部のカッターヘッドの中
央部分から前方に突出する、先端にパイロットカッター
ヘッドを備えたパイロット胴部を有するので、パイロッ
トカッターヘッドによって、小径のパイロットトンネル
を無理なく先行掘削して行くことができるとともに、か
かる先行掘削作業と併行して、パイロットトンネルの掘
削内壁面をパイロット胴部によって防護したままの状態
で、これの外周部分に位置する前胴部カッターヘッドに
より、パイロットトンネルによる芯抜き効果を得つつ、
大きな径のトンネルに拡幅掘削して行くことができるだ
けでなく、掘削土砂の搬出作業や必要な資材、機材の搬
入、搬出作業を、後方に形成された大きな断面のトンネ
ルを介して一体として行なうことができるので、これら
によって、岩盤等の安定した硬い地盤に対しても、発破
作業を特に行なうことなく、大口径のトンネルを迅速か
つ効率良く掘削形成して行くことができる。

【００３４】また、パイロット胴部を、ドーナツ状の前
胴部カッターヘッドの開口部分に進退摺動可能に配置す
れば、その突出進退量を調節して、拡幅部分のトンネル
掘削作業との併行作業をさらに効率良く行なうことがで
きるとともに、曲線施工に容易に対応することもでき
る。

【００３５】さらに、パイロット胴部に、外方に進退可
能に突出して外周の地山を押圧するパイロットグリッパ
を設ければ、これから固定反力を得ることにより、前胴
部と後胴部との伸縮摺動をより安定して行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるトンネル掘進機の
概略の構成を示す斜視図である。

【図２】この発明の一実施例にかかるトンネル掘進機の
構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０トンネル掘進機１１前胴部のカッターヘッド１２前胴部１３後胴部１４パイロットカッターヘッド１５パイロット胴部１６スラストジャッキ（伸縮ジャッキ）１８フロントグリッパ１９メイングリッパ（リアグリッパ）２２摺動ジャッキ３２シールドジャッキ（押圧ジャッキ）３３セグメント（覆工体）３８パイッロットグリッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−65793（ＪＰ，Ａ) 特開平５−321579（ＪＰ，Ａ) 特開平４−7491（ＪＰ，Ａ) 特開平２−80786（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】切羽を掘削するカッターヘッドを先端に
備えた前胴部と、該前胴部に対して摺動可能に連設され
る後胴部と、前記前胴部及び後胴部との間に設けられて
これらを伸縮摺動する伸縮ジャッキとからなり、外周の
地山を押圧するグリッパあるいは後方に設けた覆工体を
押圧する押圧ジャッキにより伸縮時の反力を得つつトン
ネルの掘進作業を行なうトンネル掘進機において、前記前胴部のカッターヘッドを、中央が同心状に開口す
るドーナツ状に構成するとともに、この前胴部のカッタ
ーヘッドの開口部分には、先端にパイロットカッターヘ
ッドを備えたパイロット胴部を前方に突出配置し、切羽
の中央部分を、前記前胴部とパイロット胴部との間に設
けられた摺動ジャッキによりこれらを進退摺動させつつ
前記パイロットカッターヘッドにより先行掘削した後、
これに後続して前記前胴部のカッターヘッドにより切羽
を拡幅掘削するものであって、前記伸縮ジャッキ及び摺
動ジャッキの反力支持位置が異なることを特徴とするト
ンネル掘進機。
【請求項２】前記パイロット胴部が、前記ドーナツ状
の前胴部のカッターヘッドの開口部分に進退摺動可能に
配置されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル
掘進機。
【請求項３】前記パイロット胴部が、外方に進退可能
に突出して外周の地山を押圧するパイロットグリッパを
備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
トンネル掘進機。