JP3380224B2 - 前方探査装置を搭載したトンネル掘削機 - Google Patents

前方探査装置を搭載したトンネル掘削機

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JP3380224B2
JP3380224B2 JP2000299192A JP2000299192A JP3380224B2 JP 3380224 B2 JP3380224 B2 JP 3380224B2 JP 2000299192 A JP2000299192 A JP 2000299192A JP 2000299192 A JP2000299192 A JP 2000299192A JP 3380224 B2 JP3380224 B2 JP 3380224B2
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air hammer
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一夫 藤岡
太荘 相見
清 西村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、トンネル掘削す
る地中前方の地質変化や障害物等を探査する探査装置を
具備したトンネル掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、切刃が自立する主に岩盤を掘
削する掘削機としてトンネル掘削機が用いられている。
このトンネル掘削機は、切刃が自立するような地層を掘
削することを前提とした掘削機であるため、トンネル工
事において、破砕帯等の軟弱層に遭遇した場合、切羽崩
壊、及び土圧の発生によるトンネル掘削機本体の締付け
等により、掘進不可能となる可能性が高い。
【0003】また、このような軟弱層に遭遇した場合、
周囲の地盤へ薬液注入等を行ってトンネル掘削機周囲の
地盤を強固な地盤に改良して切羽崩壊の防止及び土圧に
よるトンネル掘削機本体の締付け防止対策を行った後、
掘削を続けるというような作業を行わなければならな
い。そのため、このような場合には、掘進再開のための
復旧工事に多大な経費と時間を要し、工事費の増大、工
期の遅れを招いてしまう。
【0004】一方、事前に、地上からの地質調査によっ
てある程度の地質を予測することはできるが、掘削区間
における地質が常に同一とは限らず、特に日本の場合に
は断層、破砕帯が存在する場合が多く、現状では予期し
ない箇所で不良地山に遭遇する場合がある。
【0005】そこで、予め地質変化等を予測するような
方法が提案されている。この種の地質変化を探査する方
法で一般的に採用されている方法としては、トンネル掘
削機の前方又は側方で少量の火薬を爆破させ、その爆破
によって生じた振動が地質変化箇所で反射した反射波の
振動をトンネル掘削機後方のトンネル坑壁に設けられた
受振器で受振し、そのデータを解析することによって前
方の地質変化や障害物の有無を探査する方法がある(従
来例1)。
【0006】また、他の従来技術として、特開平3−8
5483号公報記載の発明があり、この発明では、シー
ルド掘進機の前部に設けられた送波器から前方へ音波を
出し、その音波の反射波をシールド掘進機の前部に設け
た受波器で受波して、その受波データから障害物までの
距離を算定している(従来例2)。
【0007】さらに、他の従来技術として、特開平5−
113097号公報や特開平6−3337号公報記載の
発明がある。これらの従来技術では、切羽に対して起振
装置を強固に固定し、この起振装置で切羽面を加振する
ことによってレーリー波を発生させ、切羽面を伝播する
レーリー波を放射方向に離れて設置した検出器で検出し
て地盤の状況を探査している(従来例3)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例1の場合、トンネル掘削機の前方で小爆破を発生さ
せるためのダイナマイト充填用削孔作業や、作業者がカ
ッターヘッド前部へ出てダイナマイトの設置作業を行わ
なければならないため、周囲地盤を安定させてからこれ
ら爆薬設置用の穿孔作業や設置作業等の爆破準備作業を
行うのに多くの時間と労力を要してしまう。また、前方
探査を実施するたびにダイナマイトを消費する。しか
も、このようにカッターヘッド前部でダイナマイトを小
爆破させる場合、トンネル掘削機に悪影響を与えるおそ
れもある。
【0009】また、前記従来例2の場合、カッターヘッ
ドに音波を発する送波器と、この送波器から発した音波
を受信する受波器とを設ける必要があるため、カッター
ヘッドとシールド本体間に多くの電気配線が必要とな
り、設置に時間と労力を要すると共に信頼性に問題を生
じるおそれがある。
【0010】さらに、前記従来例3の場合、切羽面を加
振してレーリー波を発生させるものであるため、アンカ
ーボルトと急結セメント等を用いたり、専用の押付機を
用いて切羽に対して起振装置を正確、且つ強固に密着さ
せて固定しなければならず、起振装置の設置や、設置す
る装置を構成するために多くの時間と費用を要してしま
う。しかも、掘削機から離れた位置の探査は難しい。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、トンネル掘削機から発した弾
性波の反射波を後方のトンネル坑壁に設けた受振器で受
振してトンネル掘削機の前方を探査する探査装置を搭載
したトンネル掘削機において、前記トンネル掘削機の
ッターヘッド前面の地山と接する位置に、該地山へ弾性
波を与えるエアーハンマーを設け、該エアーハンマー
を、格納状態と前記カッターヘッドの前面から地山に接
する打撃状態とに配置可能に構成するとともに、該カッ
ターヘッドに着脱自在なように構成し、該エアーハンマ
ーと前記トンネル掘削機の本体との間に該エアーハンマ
ーへ圧縮空気を供給するエアー配管を設けている。この
ように、カッターヘッド前面の地山と接する位置からエ
アーハンマーを地山と接しさせて打撃位置として弾性波
を与えることができるようにすることにより、掘削機前
方の探査を弾性波で早期に、正確に探査することが容易
に可能となり、出現が予想される軟弱層に対して事前に
地山補強などの対策を行って、トンネル掘削機が掘進不
能に陥ることを回避し、トンネル工事の工期遅延防止、
工事費節減に寄与することができる。
【0012】すなわち、前記エアーハンマーをカッター
ヘッドに設け、該エアーハンマーを、カッターヘッドの
前面から地山に接する打撃状態に配置可能としているの
で、トンネル掘削機の前方に向けて弾性波を効果的に発
生させて前方の軟弱層の有無、障害物の有無等を効率良
く探査することができる。
【0013】
【0014】さらに、エアーハンマーの打撃用圧縮空気
圧力を調整可能に構成して地山に応じた打撃力で打撃で
きるようにすれば、地質に応じた弾性波を発生させて効
率良く前方探査を行うことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図1は本願発明の一実施形態を
示す前方探査装置のエアーハンマーの正面図、図2は図
1に示すA−A断面図、図3は同エアーハンマーの平面
図であり、図4は同エアーハンマーを配置した状態のカ
ッターヘッドを示す正面図である。図4に示すように、
この実施形態では、カッターヘッド1の開口部2から前
面に向くようにエアーハンマー3がフレーム材4に配置
された例を説明する。
【0016】図1,2に示すように、カッターヘッド1
の土砂取込用の開口部2から前方に向けてエアーハンマ
ー3が設けられており、カッターヘッド1のフレーム材
4にエアーハンマー3を固定した取付部材5,6が固定
ボルト7で止められいる。この取付部材5,6は着脱自
在に構成されており、通常掘削時は取り外して掘削機本
体内に格納され、地質探査時のみカッターヘッド1に固
定されて打撃状態に配置される。この実施形態では、図
1に示すように、カッターヘッド1の一部の部材13が
着脱可能に構成されており、部材13を取付けた状態で
は通常の掘削作業ができ、エアーハンマー3の取付時に
はこの部材13を取外すことができるようになってい
る。
【0017】取付部材5,6は、前後に分割された2つ
の部材で構成されており、前部取付部材5にはエアーハ
ンマー3がボルト8で取付けられ、後部取付部材6には
エアーハンマー3の前後位置を調整するための調整ボル
ト9が設けられている。
【0018】図2,3に示すように、後部取付部材6は
固定ボルト7によってカッターヘッド1のフレーム材4
に固定され、この後部取付部材6の調整ボルト9を回転
させることにより、後部取付部材6に形成された雌ネジ
10に沿って前後する調整ボルト9の先端部11がエア
ーハンマー3を前部取付部材5と共に前後させるように
構成されている。この時、前部取付部材5は、カッター
ヘッド軸方向に設けられた長溝12が固定ボルト7に沿
って前後し、前部取付部材5の前面を地山Gに当接させ
た状態で固定ボルト7を締めることにより、前部取付部
材5と共にエアーハンマー3がフレーム材4に強固に固
定される。この状態が図2に示す状態である。この地山
Gに弾性波を生じさせるための起振源となるエアーハン
マー3をカッターヘッド1に取付ける作業は、カッター
ヘッド1と掘削機本体との間のチャンバー内から容易に
行うことができる。しかも、調整ボルト9を回転させる
ことによりエアーハンマー3を地山Gと接しさせること
ができるので、エアーハンマー3の配置も容易に行うこ
とができる。
【0019】図5はエアーハンマーの配管例を示す構成
図である。図示するように、前記したようなエアーハン
マー3には、掘削機本体内に設けられたコンプレッサー
14からフィルターと減圧弁の機能を有するエアー供給
バルブ15を介して供給される圧縮空気の配管16と、
エアーハンマー3による打撃操作を制御するコントロー
ラ17と配線19で接続された電磁弁18と連通する配
管20が接続されている。従って、掘削機本体とカッタ
ーヘッド1との間には、2本のエアー配管16,20の
みが設けられる。
【0020】そして、コンプレッサー14からエアーハ
ンマー3に圧縮空気を供給しておき、コントローラ17
で電磁弁18を操作して配管20からエアーハンマー3
の圧縮空気を抜くことにより、エアーハンマー3が打撃
操作をするように構成されている。このコンプレッサー
14から供給する圧縮空気としては、エアー供給バルブ
15に具備された減圧弁の設定圧を調整することにより
変更することが可能であり、地質や、掘削深度等に応じ
て設定可能なように構成されている。
【0021】図6はトンネル掘削機の側断面図であり、
図7は図6に示すB−B断面図である。図示するよう
に、カッターヘッド1の後方に設けられた掘削機本体2
2には、駆動モータ24やグリッパ25、各サポート2
6等が設けられている。そして、トンネル掘削機21の
後方の坑壁には、前記エアーハンマー3によって地山G
(切羽)に与えられた弾性波Vの反射波Rを検知するた
めの受振器23が設けられている。この例では、図示し
ない支持部材等によって掘削機本体22後方の坑壁の長
手方向に所定間隔で複数の受振器23が設けられてい
る。そして、これらの受振器23で検知した反射波を図
示しないコンピュータで解析することによって前方の地
中に断層、破砕帯H等の地質変化がないかどうかが探査
される。
【0022】以上のように構成されたトンネル掘削機2
1によれば、所定位置でトンネル掘削機21のカッター
ヘッド1にエアーハンマー3を取付け、そのエアーハン
マー3を切羽に接する打撃状態に配置し、圧縮空気を利
用してエアーハンマー3を作動させることによりトンネ
ル掘削機21の前方部に弾性波Vを発生させる。そし
て、断層、破砕帯H等の地質変化面による、その弾性波
Vの反射波Rを受振器23で検知して解析することによ
り、トンネル掘削機21の前方の不良地山の状態を事前
に予知する。
【0023】このような前方探査を行うための作業とし
ては、トンネル掘削機21のカッターヘッド1に起振装
置となるエアーハンマー3を固定ボルト7で固定して取
付ければ良く、前方探査実施のための準備作業時間とし
ては短い。しかも、エアーハンマー3の駆動装置は、コ
ンプレッサー14とエアー供給バルブ15とコントロー
ラ17の関係のみで良いため、起振装置の設備を簡単に
するとともに、操作を容易にすることができる。その
上、エアーハンマー3を利用しているので、何回でも使
用でき消耗品が無く材料費を抑えることができる。
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】なお、上述した実施形態は一実施形態であ
り、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は
可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定される
ものではない。
【0028】
【発明の効果】本願発明は、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。
【0029】掘削機前方の地質探査を弾性波で早期に、
正確に探査することができるので、トンネル掘削機が掘
進不能に陥ることを回避し、トンネル工事の工期遅延防
止や工事費節減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施形態を示す前方探査装置のエ
アーハンマーの正面図である。
【図2】図1に示すA−A断面図である。
【図3】図1に示すエアーハンマーの平面図である。
【図4】図1に示すエアーハンマーを配置した状態のカ
ッターヘッドを示す正面図である。
【図5】図1示すエアーハンマーの配管例を示す構成図
である。
【図6】本願発明の前方探査装置を具備したトンネル掘
削機の側断面図である。
【図7】図6に示すB−B断面図である。
【符号の説明】
1…カッターヘッド 2…開口部 3…エアーハンマー 4…フレーム材 5,6…取付部材 7…固定ボルト 8…ボルト 9…調整ボルト 10…雌ネジ 11…先端部 12…長溝 13…部材 14…コンプレッサー 15…エアー供給バルブ 16…配管 17…コントローラ 18…電磁弁 19…配線 20…配管 21…トンネル掘削機 22…掘削機本体 23…受振器 24…駆動モータ 25…グリッパ 26…サポート 27…外周面 G…地山 V…弾性波 R…反射波 H…断層、破砕帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 清 兵庫県加古郡播磨町新島8番地 川崎重 工業株式会社 播磨工場内 (72)発明者 芦田 譲 京都府船井郡八木町刑部片山19番 (56)参考文献 特開 平9−53390(JP,A) 特開 昭62−273480(JP,A) 特開 平10−219323(JP,A) 実公 平4−39351(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 9/10 E21D 9/06 301 G01V 1/133

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トンネル掘削機から発した弾性波の反射
    波を後方のトンネル坑壁に設けた受振器で受振してトン
    ネル掘削機の前方を探査する探査装置を搭載したトンネ
    ル掘削機において、 前記トンネル掘削機のカッターヘッド前面の地山と接す
    る位置に、該地山へ弾性波を与えるエアーハンマーを設
    け、該エアーハンマーを、格納状態と前記カッターヘッ
    ドの前面から地山に接する打撃状態とに配置可能に構成
    するとともに、該カッターヘッドに着脱自在なように構
    成し、該エアーハンマーと前記トンネル掘削機の本体と
    の間に該エアーハンマーへ圧縮空気を供給するエアー配
    管を設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
  2. 【請求項2】 エアーハンマーの打撃用圧縮空気圧力を
    調整可能に構成して地山に応じた打撃力で打撃できるよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載のトンネル掘削
    機。
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