JP3605318B2 - トンネル掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削してトンネルを構築するトンネルボーリングマシンやシールド掘削機などのトンネル掘削及びトンネル施工方法、また、そのトンネル掘削機に装備される可動式反力受け手段、エレクタ装置、仮組支保の搬送拡張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２３に従来のトンネルボーリングマシンの断面概略を示す。
【０００３】
従来のトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する）において、図２３に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴001と後胴002とから構成されており、この前胴001の前部にはカッタヘッド003が回転自在に装着されており、このカッタヘッド003は前面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ004が多数枢着されている。このカッタヘッド003の後部には内歯を有するリングギヤ005が一体に固定される一方、前胴001にはカッタ旋回モータ006が固定されており、このカッタ旋回モータ006の駆動ギヤ007がリングギヤ005に噛み合っている。また、前胴001には掘削して発生したずりが内部に侵入しないように、バルクヘッド008が形成されており、カッタヘッド003とこのバルクヘッド008との間にはチャンバ室009が形成されている。そして、このチャンバ室009にはずりを集積するホッパ010が配設され、このホッパ010の下部にはこのホッパ010にて集積したずりを外部に排出するベルトコンベヤ011が取り付けられている。
【０００４】
従って、カッタ旋回モータ006を駆動して駆動ギヤ007を回転駆動すると、この駆動ギヤ007が噛み合うリングギヤ005が回転し、リングギヤ005と一体のカッタヘッド003を旋回し、ローラカッタ004が岩盤をせん断破壊して掘削することができる。そして、カッタヘッド003の開口部からチャンバ室009に取り込まれたずりはホッパ010内に落下し、このホッパ010内に集積されたずりはベルトコンベヤ011によって外部に排出される。
【０００５】
前胴001と後胴002とは互いにシール部材012を介して揺動自在に 合しており、両者の間には１２本のスラストジャッキ013が架設されている。このスラストジャッキ013は油圧の給排によって伸縮するものであって、全体としてトラス状に配設されることでパラレルリンク機構014を構成している。従って、このパラレルリンク機構014において、各スラストジャッキ013の各駆動ロッドを伸縮することで、前胴001と後胴002との相対位置を変更することができる。また、各スラストジャッキ013の各動作ストロークを変えることで、後胴002に対してカッタヘッド003を有する前胴001を屈曲し、その掘進方向を変更することができる。
【０００６】
また、前胴001には複数のフロントグリッパ015が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各フロントグリッパ015は内蔵されて図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー016を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー016を径方向に張り出すと、このグリッパシュー016を前胴001に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴001を保持する位置に移動させることができる。一方、後胴002には複数のリヤグリッパ017が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各リヤグリッパ017は内蔵された図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー018を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー018を径方向に張り出すと、このグリッパシュー018を後胴002内に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して後胴002を保持する位置に移動させることができる。
【０００７】
なお、通常のＴＢＭは岩盤掘削用のトンネル掘削機であり、前述したリヤグリッパ017による掘削反力を得て前胴001を推進させるものであるが、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般土砂層に変化した場合には、掘削したトンネル壁面が軟弱であり、リヤグリッパ017によって掘削反力を得ることができない。そのため、シールド掘削機のようにセグメントＳによって掘削反力を得て前胴001が推進できるようになっている。すなわち、後胴002の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ019が並設されており、このシールドジャッキ019を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳに押し付けられ、その反力により前胴001を前進させることができる。そして、このシールドジャッキ019と共に後胴002の後部にはトンネル内壁面にセグメントＳを組み付けるエレクタ装置020が装着されている。
【０００８】
従って、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、後胴002を移動不能に保持し、この状態で、カッタ旋回モータ006を駆動してカッタヘッド003を回転駆動させながら、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させる。すると、旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削する。そして、各スラストジャッキ013を所定ストローク伸長すると、このスラストジャッキ013の駆動を停止し、フロントグリッパ015の各グリッパシュー016を押し出して掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、前胴001を移動不能に保持する一方、リヤグリッパ017を後胴002内に収納することで、前胴001に対して後胴002を引き寄せる。
【０００９】
そして、再び、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018をトンネルの内壁面に圧接することで、後胴002を移動不能にする一方、フロントグリッパ015を前胴001内に収納することでこの後胴002を移動自在とする。この状態で、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を収縮することでこの前胴001を移動自在とする。この状態で、カッタ旋回モータ006によってカッタヘッド003を回転駆動させながら、各スラストジャッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させると、旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削する。
【００１０】
この作動の繰り返しによって連続してトンネルを掘削していく。そして、このローラカッタ004の岩盤掘削によって生じたずりはチャンバ室009内に取り込まれてホッパ010内に落下し、ホッパ010内に集積されたずりはベルトコンベヤ011によって外部に排出される。また、岩盤を掘削してトンネルを掘削形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの壁面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不安定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリング状に形成したＨ形鋼や木製の板等を支保として用い、トンネルを保護する。また、岩盤を掘削してトンネルを形成する場合に、掘削地盤が岩盤層から一般土砂層に変形した場合には、シールドジャッキ019がセグメントＳにて掘削反力を得て前胴001を推進させる。そして、エレクタ装置020によって新しいセグメントＳを組み付けていく。この繰り返しによってトンネルを構築していく。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＴＢＭにあっては、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018をトンネルの内壁面に圧接して後胴002を位置保持した状態で、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を伸長し、前胴001と共に回転駆動するカッタヘッド003を前進させて前方の岩盤を掘削している。すなわち、カッタヘッド003の岩盤掘削によって発生する掘削反力はリヤグリッパ017によるトンネルの内壁面への圧接力によって受けとめられており、カッタヘッド003が充分な掘進力を得るためにはリヤグリッパ017による大きな圧接力が必要となり、リヤグリッパ017のグリッパシュー018は大きな圧接面積を有している。
【００１２】
ところが、ＴＢＭの保守や運搬、組立及び解体などを考慮すると、ＴＢＭ自体は大きさの制約を受け、グリッパシュー018は大きな圧接面積を確保することができず、その分、圧接力を増大させることで対応せざるを得ない。しかし、グリッパシュー018によるトンネルの内壁面への圧接力を大きくすると、ＴＢＭによって軟弱な崩壊性地盤を掘削するときに、周辺地盤が崩壊を誘発したり、グリッパシュー018が軟弱地盤に食い込んでストロークが不足し、充分な位置保持が得られないことがある。一方、このような軟弱な地盤を掘削するときには、セグメントを組み立て、この既設のセグメントによって掘削反力を得る方法もあるが、セグメントの組み立て初期は全長が短く、充分な受力を確保することができず、アンカーボルトの併用や裏込め注入などの補助工事が必要となってしまう。
【００１３】
また、崩落性の高い地盤を掘削する場合には、ＴＢＭの切羽から極力近い箇所で山留補助工事（強化薬注入、コンクリート吹き付け、支保組み立てあるいはセグメント組み立て）を施工するのが有効的であるが、ＴＢＭ内に上記作業を行う空間がなく、各種の補助工事の施工が遅れてしまうという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の小型化を図ると共に掘削作業の信頼性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネル施工方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状の胴体と、該胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置とを具えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機は、筒状の胴体と、該胴体の後部から掘削方向前後に出し入れ可能な弧状をなすシェルと、前記胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で複数のジャッキで拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、前記推進支持部と可動式反力受け手段との間に設けた回転止め手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置と、前記胴体に対して前記可動式反力受け手段を前後移動させる第１シリンダ手段と、前記可動式反力受け手段に対して前記メインビームを前後移動可能にする第２シリンダ手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項３の発明の可動式反力受け手段は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における可動式反力受け手段において、前記推進支持部の後方に位置し前記メインビームに前後移動自在に支持されるグリッパ箱と、該グリッパ箱に左右方向に沿って移動自在に支持された左右一対のグリッパと、該グリッパを移動することで壁面に圧接して位置保持可能なグリッパジャッキとを具えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項４の発明の仮組支保組立用のエレクタ装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機におけるエレクタ装置において、前記メインビームにトンネルの長手方向に移動自在に支持された支持フレームと、該支持フレームに複数の旋回ローラによって旋回自在に支持された旋回リングと、該旋回リングを旋回させる旋回手段と、基端部が該旋回リングに揺動自在に連結された複数の把持ジャッキと、該把持ジャッキの先端部に装着されて前記支保を保持可能な支保把持手段と、前記把持ジャッキを揺動させる支持ジャッキとを具えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項５の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記メインビームに装着された走行レールに沿って走行する搬送台車と、該搬送台車に装着されて前記仮組支保を受け取り可能な円弧状のテーブルと、前記搬送台車に対して該テーブルを昇降させる昇降手段と、前記テーブルに設けられて前記仮組支保を把持解放する把持ハンドとを具えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項６の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の前部中央に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着された円弧状をなすテーブルとを具えたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項７の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の左右側部に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着されたプレートとを具えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項８の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機を胴体推進手段によって連結された胴体及び推進支持部によって構成すると共に、前記胴体の後方に別体に配設されてトンネルの内壁面に圧接して位置保持する複数個のグリッパを左右対称で拡張収縮可能とする可動式反力受け手段によって構成し、前記胴体に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら、まず、前記可動式反力受け手段を拡張して掘削反力を受け止める状態にした後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させて前記カッタヘッドによって前方の地盤を掘削する一方、掘削中にメインビームの後方に装着されたエレクタ装置で支保の仮組立を行い、掘削が終了すると前記可動式反力受け手段を収縮させると共に前記メインビームに装着された水平維持用ジャッキでメインビームを水平に維持し、前記胴体推進手段によって前記推進支持部を引き寄せると共に、収縮させた前記可動式反力受け手段を引き寄せて前記推進支持部に追従させ、前記引き寄せ動作と共に搬送拡張装置で仮組支保を前方に搬送し、支保拡張位置において搬送拡張装置で仮組支保を掘削内壁に拡張して支保を構築し、前記支保構築後に再び前記可動式反力受け手段を拡張させて掘削反力を受け止める状態にすると共に、前記水平維持用ジャッキを収縮させた後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させることによって前記カッタヘッドによる前方の地盤を掘削することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１に本発明の第１実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面、図２に本実施形態のトンネルボーリングマシンの概略平面、図３はトンネルボーリングマシンの正面視、図４に図１のIV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断面、図６に図１のVI−VI断面、図７に可動式反力受け手段の概略、図８に支保仮組立用のエレクタ装置の正面視、図９にこのエレクタ装置の側面視、図１０に仮組支保の搬送拡張装置の正面視、図１１にこの搬送拡張装置の側面視、図１２及び図１３に本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略、図１４及び図１５に本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略を示す。
【００２５】
本実施形態のトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する。）において、図１及び図３に示すように、円筒状の胴体１０の前部には軸受１１によってカッタヘッド１２が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１２には前面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ１３が多数枢着されると共に、掘削面を掻き取るスクレーパ１４が取付けられ、また、スクレーパ１４に隣接して破砕した岩片や土砂などのずりを取り込む開口１５が形成されている。このカッタヘッド１２の後部には内歯を有するリングギア１６が一体に固定される一方、胴体１０には電動式あるいは油圧式のカッタ旋回モータ１７が固定されており、このカッタ旋回モータ１７の駆動ギヤ１８がリングギヤ１６に噛み合っている。
【００２６】
従って、カッタ旋回モータ１７を駆動して駆動ギヤ１８を回転駆動すると、この駆動ギヤ１８が噛み合うリングギヤ１６が回転し、リングギヤ１６と一体のカッタヘッド１２を旋回し、ローラカッタ１３が岩盤をせん断破壊して掘削する一方、スクレーパ１４が掘削面を掻き取ってずりを開口１５から胴体１０の内部に取り込むことができる。
【００２７】
また、図１、図３、図４に示すように、胴体１０の後方には推進支持部としてのプレスリング１９が設けられており、胴体１０とこのプレスリング１９との間には胴体推進手段としての複数本（ここでは１２本）のスラストジャッキ２０が架設されている。このスラストジャッキ２０は油圧の給排によって伸縮作動するものであって、ジャッキ２０の一端部は胴体１０に固定された球面軸受２１によって揺動自在に支持され、他端部はプレスリング１９に固定された球面軸受２２によって揺動自在に支持されている。そして、このスラストジャッキ２０はそれぞれ隣り合って配設された関係が、例えば、互いに隣接する一方のスラスドジャッキ２０がカッタヘッド１２の周方向一方に傾斜し、他方のスラストジャッキが周方向他方に傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラレルリンク機構２３を構成している。
【００２８】
従って、このパラレルリンク機構２３において、各スラストジャッキ２０の各駆動ロッドを伸縮することで、胴体１０とプレスリング１９との相対位置を変更することができる。また、このパラレルリンク機構２３において、各スラストジャッキ２０の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１２を有する胴体１０がプレスリング１９に対して屈曲し、その掘進方向を変更することができる。
【００２９】
図１に示すように、カッタヘッド１２と胴体１０で形成されるチャンバ室２４にはローラカッタ１３が破砕したずりを集積するホッパ２５が固定されている。中空の角柱形状をなすガイドフレーム２６は前部が胴体１０の前方に延設され、内部に掘削したずりを搬出するベルトコンベヤ２７が装着され、このベルトコンベヤ２７の前端部はホッパ２５の下部に連結され、後端部はトンネル後方に延設されている。
【００３０】
また、胴体１０にはフロントグリッパ２８が複数個装着されており、掘削中に図示しないジャッキによって胴体１０内に収納することで、胴体１０を移動自在としてカッタヘッド１２を前方の岩盤に押し付けることができる。また、、更に盛り替え作業のときは、ジャッキによって全てのフロントグリッパ２８を張り出すことで、胴体１０を岩盤に対して固定することができる。更に、円筒形の胴体１０の後部には内周面に沿って円筒状の伸縮シェル２９が軸方向に移動自在に取付けられており、胴体１０に装着された伸縮シェルジャッキ３０によってこの伸縮シェル２９を後方に張り出すことができる。
【００３１】
また、図１及び図２、図５乃至図７に示すように、胴体１０の後方にはこの胴体１０とは別体に独立して可動することができる可動式反力受け手段としてのリヤグリッパ３１が設けられている。このリヤグリッパ３１は、左右一対で一組をなす四組のグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで構成され、ガイドフレーム２６の外側に装着されたメインビーム３３に沿って移動自在となっている。そして、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄはそれぞれ上下一対のグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの伸長によって径方向外側に移動することで、トンネルの内壁面に圧設して位置保持し、掘削反力を受け止めることができる。このメインビーム３３は前端部が胴体１０内に設けられた支持部３５によって揺動自在に支持されており、メインビーム３３の後端部には水平維持用ジャッキとしてのシュージャッキ３６が装着されている。
【００３２】
ここで、このリヤグリッパ３１について詳細に説明する。
【００３３】
メインビーム３３の外側にはグリッパ箱３７が移動自在に装着されており、このグリッパ箱３７の上面及び下面には左右方向に沿ったグリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが複数前後に並設して固定されている。そして、この各グリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄには左右一対の各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが水平方向に沿って移動自在に支持されている。また、このグリッパ箱３７の上部及び下部にはグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが装着されており、各端部が左右のグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに連結されている。従って、各グリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを伸縮させることで、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがグリッパ箱３７のグリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに沿って左右に移動し、このグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをトンネルの内壁面に圧接することができる。なお、図７において、グリッパシュー３２ａ及びグリッパジャッキ３４ａについてのみ図示したが、他のグリッパシュー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ及びグリッパジャッキ３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの構成も同様である。
【００３４】
また、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの外周面には支保逃がし溝３９ａ〜３９ｆが設けられており、この支保逃がし溝３９ａ〜３９ｆの中に鋼製の支保Ｔが納まる構成となっている。即ち、グリッパシュー３２ａの拡幅で支保Ｔを押し広げ、更に各溝３９ｂ〜３９ｆで拡張された支保Ｔを踏み越えることができる。グリッパシュー３２ｂには前後両端と中央に溝３９ｂ，３９ｃ，３９ｄが形成されているが、これは支保Ｔの間隔の違いに対応するためのものである。即ち、このような溝３９ｂ，３９ｃ，３９ｄの間隔にすることにより、グリッパ幅が１ｍでも１ｍあるいは１．５ｍの支保間隔に対応することが可能になる。
【００３５】
更に、プレスリング１９の後面には回転止め用溝４０が形成される一方、グリッパシュー３２ａの前面にはこの回転止め用溝４０に嵌合して両者の相対回転を阻止する回転止め用突起４１が形成されている。従って、掘削中の胴体１０に作用する回転トルクによるプレスリング２５の回転を受け止めることができる。
【００３６】
先頭のグリッパシュー３２ａはグリッパ連結後退ジャッキ４２によって胴体１０内のビーム支持部３５と連結されており、このグリッパ連結後退ジャッキ４２を収縮することで、プレスリング１９と共にグリッパシュー３２ａを引き寄せることができる。また、グリッパシュー３２ａとメインビーム３３の先端との間にはビーム後退ジャッキ４３が架設されており、このビーム後退ジャッキ４３を収縮することで、メインビーム３３を後退させ、胴体１０前方に作業者のアクセス空間、ローラカッタ１３の作業空間等を確保することが可能になる。
【００３７】
次に、メインビーム３３の後部に設けられた支保仮組立用のエレクタ装置５１、仮組支保Ｔの搬送拡張装置７１について説明する。
【００３８】
図１、図８、図９に示すように、エレクタ装置５１において、メインビーム３３の外側には左右一対の移動ローラ５２によって支持フレーム５３が移動自在に支持されており、移動シリンダ５４の伸縮によって前後に移動することができる。この支持フレーム５３の外側には複数の旋回ローラ５５によって旋回リング５６が回転自在に支持されており、旋回油圧モータ５７の駆動力によって旋回することができる。そして、この旋回リング５６には６本の把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆの基端部が揺動自在に連結され、先端部には支保Ｔを把持可能なハンド部５９ａ〜５９ｆが装着されており、このハンド部５９ａ〜５９ｆによってＨ鋼を把持することができる。
【００３９】
なお、このハンド部５９ａ〜５９ｆはこの方式に限らず、ピン方式のハンド部６０でもよく、この場合、予めＨ鋼に連結用のピン穴を空け、連結ピンによってＨ鋼を把持するものである。各方式は支保の重量、形状等に応じて使い分ければ良い。そして、各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆに隣接して旋回リング５６には支持ジャッキ６１ａ〜６１ｆの基端部が連結され、先端部は各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆの中間部に連結されている。従って、この支持ジャッキ６１ａ〜６１ｆによって把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆを介してハンド部５９ａ〜５９ｆの回動位置を調整し、把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆによってハンド部５９ａ〜５９ｆの伸縮位置を調整することができる。
【００４０】
また、図１、図１０、図１１に示すように、搬送拡張装置７１において、エレクタ装置５１に隣接するメインビーム３３の上部には取付台７２によって第１走行レール７３が固定されている。搬送台車７４は水平軸によって支持された前後左右一対の走行車輪７５を有すると共に、垂直軸によって支持された前後左右一対の案内車輪７６を有している。走行車輪７５は内蔵された台車移動用油圧モータ７７によって回転駆動され、第１走行レール７３上を走行できるようになっている。また、案内車輪７６は走行レール７３の側面に対して転動自在であり、搬送台車７４の側部が第１走行レール７３に直接接触しないようになっている。なお、搬送台車７４の前部には第１走行レール７３上に飛散した吹き付け粉等を掃くためのスクレーパ７８が設けられている。
【００４１】
この搬送台車７３の上部には前後一対の昇降ジャッキ７９によってテーブル８０が昇降自在で、且つ、傾動可能に装着されており、このテーブル８０は支保Ｔを受けることができるように上面が弧状をなしている。また、このテーブル８０の中央部にはテーブル８０に載置された支保Ｔを把持する把持ハンド８１が設けられており、この把持ハンド８１は把持シリンダ８２によって開閉することができる。
【００４２】
また、図１及び図７に示すように、搬送台車７４が走行する第１走行レール７３に連続するように各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの上部には左右一対のレール部８３が形成されると共に、このレール部８３に連続するようにメインビーム３３の上部には第２レール８４が固定されている。
【００４３】
なお、図１及び図８に示すように、トンネル内には支保供給台車９１が自動自在なレール９２が敷設されると共に、メインビーム３３の後部下面にはホイスト９４が移動自在なホイストレール９３が固定されており、支保Ｔが支保供給台車９１によってトンネル内に搬入されると、ホイスト９３はこの支保供給台車９１上の支保Ｔをパレット９５に移動するようになっている。
【００４４】
ここで、上述した本実施形態のＴＢＭを用いた掘削作業の手順について説明する。
【００４５】
図１２及び図１３に示すものは、掘削開始から盛り替え終了までの過程を示したものであり、図１２(ａ)は掘削開始状態、図１２(ｂ)は掘進中、図１２(ｃ)は掘進終了、図１３(ａ)は盛り替え開始、図１３(ｂ)は盛り替え中、図１３(ｃ)は支保拡張して盛り替え終了する状態を表しており、図１３(ｃ)にて盛り替えが終了すると、再び図１２(ａ)は掘削前の状態に戻ることになる。
【００４６】
即ち、トンネル掘削機によって地盤を掘削する場合、図１２(ａ)に示すように、リヤグリッパ３１の各グリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによってグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをトンネルの内壁面に圧接した位置保持した状態で、カッタ旋回モータ１７によってカッタヘッド１２を回転駆動させながら、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０を伸長してプレスリング１９に対して胴体１０を前進させることで、図１２(ｂ)に示すように、カッタヘッド１２の各ローラカッタ１３が前方の地盤を破砕して前進する。このとき、カッタヘッド１２の掘削反力はプレスリング１９を介して独立可動式のリヤグリッパ３１が受け止めることになり、カッタヘッド１２は確実に地盤を掘削できる。
【００４７】
そして、図１２(ｃ)に示すように、各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削すると、メインビーム３３に装着されたシュージャッキ３６を下方に伸長し、支持部３５を支点にしてメインビーム３３を支持する。これと同時にリヤグリッパ３１のグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを収縮し、このリヤグリッパ３１をメインビーム３３に預け、図１３(ａ)に示すように、フロントグリッパ２８を外方に張り出して胴体１０を掘削地盤に固定する。そして、図１３(ｂ)に示すように、各スラストジャッキ２０を収縮して胴体１０に対してプレスリング１９を前方に引き寄せる。リヤグリッパ３１はグリッパ連結後退ジャッキ４２でメインビーム３３と連結されており、図１３(ｃ)に示すように、このプレスリンク１９と共にリヤグリッパ３１も引き寄せられることとなる。
【００４８】
次に掘削する場合、グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによってトンネルの内壁面に圧接して位置保持し、掘進開始前の図１２(ａ)の状態に戻る。この繰り返しによって掘削作業が連続して行われる。
【００４９】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、胴体１０とリヤグリッパ３１が別々に構成されており、胴体１０の小型化が可能になる一方、リヤグリッパ３１の保持力が充分得られるように増設することができ、確実にカッタヘッド１２を前進させて掘削作業を行うことができる。
【００５０】
また、胴体１０には伸縮シェル２９が設けられており、伸縮シェルジャッキ３０でこの伸縮シェル２９を押し出すことができるようになっている。掘削する地盤が自律しており掘削しても地山が崩壊しない場合、伸縮シェル２９は胴体１０に納めた状態で掘削することが可能になり、胴体１０の小型化が更に可能になる。掘削地盤の崩壊性地盤の場合、スラストジャッキ２０の伸長と同時に伸縮シェルジャッキ３０で伸縮シェル２９を後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００５１】
また、本実施形態では、掘削工程中にエレクタ装置５１で支保Ｔをリング状に仮組み作業を行い、搬送拡張装置７１によって掘削終了と同時にこの仮組支保Ｔを前方に搬送し、掘削作業と並行して支保仮組立作業が可能になるため、トンネルの掘削、支保作業の工期短縮を図ることができる。
【００５２】
まず、この支保の組付作業を説明する。まず、図１４(ａ)に示すように、支保Ｔの部材である第１リングＴ１を把持ジャッキ５８ｂ，５８ｃで把持して持ち上げた後、同図反時計回り方向に旋回させる。次に、図１４(ｂ)に示すように、支保Ｔの第２の部材である第２リングＴ２を把持ジャッキ５８ａ，５８ｆで把持して持ち上げた後、旋回リング５６から吊り下げられているクランプワイヤＷを第２リングＴ２の中央に係止して把持ジャッキ５８ａ，５８ｆを一端解除し、第１リングＴ１と第２リングＴ２とのボルト締結の位置合わせ作業に自由度をもたせた状態で、作業員が両リングＴ１，Ｔ２のボルト締結を行う。そして、再び、把持ジャッキ５８ａ，５８ｆで第２リングＴ２を把持した後、クランプワイヤを取り外す。この時点で第１リングＴ１と第２リングＴ２とが把持されたのでそのまま同方向に旋回させる。
【００５３】
図１４(ｃ)に示す状態では、第３リングＴ３を把持ジャッキ５８ｄと５８ｅで把持し、前述と同様に、第２リングＴ２とボルト締結を行う。そして、図１５(ａ)に示すように、更に同方向に旋回させた後、図１５(ｂ)に示すように、搬送台車７４への受け渡し位置へ移動する。そして、旋回リング５６から吊り下げられているクランプワイヤＷで第４リングＴ４の一方をクランプして、第１リングＴ１と第４リングＴ４の端部とのボルト締結を行い、同様にしてクランプワイヤＷで第４リングＴ４の他方をクランプした状態で、第３リングＴ３と第４リングＴ４の端部とのボルト締結を行う。そして、２つに分かれている第４リングＴ４を固定する。次に、前記クランプワイヤＷを取りはずした後、横張りとなる固定バーＢを取り付ける。
【００５４】
そして、支保Ｔの仮組が完了した後に、図１５(ｃ)に示すように、把持ハンド８１で仮組した支保Ｔを把持してテーブル８０に固定し、エレクタ装置５１の各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆを順次各リングＴ１〜Ｔ４から解除する。この状態で搬送台車７４に固定された仮組支保Ｔを第１走行レール７３、レール部８３、第２走行レール８４に沿って前方へ移動することになる。
【００５５】
即ち、図１２(ａ)に示すように、供給台車９２で運ばれた支保Ｔの各部材をホイスト９４でパレット９５上に置き、順次この部材を支保Ｔの形状に組み立てていく。パレット９５はメインビーム３３に繋がっているため、メインビーム３３に支持されているエレクタ装置５１とパレット９５上の支保部材との相対位置は掘進による移動と関係が無くなる。即ち、図１２(ｂ)に示すように、エレクタ装置５１はパレット９５上の支保部材を順次把持して組み立てていき、図１２(ｃ)に示すように、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削した状態で、エレクタ装置５１を前進させて仮組した支保Ｔを搬送拡張装置７１の搬送台車７４に受け渡す。
【００５６】
すると、図１３(ａ)に示すように、盛り替え開始時には、搬送拡張装置７１の搬送台車７４には仮組された支保Ｔが載せられており、この搬送台車７４を第１走行レール７３に沿って前方に移動する。そして、盛り替え中には、図１３(ｂ)に示すように、支保Ｔを保持した搬送台車７４が第１走行レール７３からリヤグリッパ３１に設けられたレール部８３に移送し、更には、図１３(ｃ)に示すように、第２走行レール８４に沿って前方に移動する。
【００５７】
最後に、支保拡張段階では、搬送台車７４が支保拡張位置に達すると、まず、仮組状態の支保Ｔを解放し、次に搬送台車７４の昇降ジャッキ７９によって支保拡張テーブル２０１を押し上げて仮組支保Ｔの上部を掘削岩盤に押しつけると共にグリッパシュー３２ａを張り仮組支保Ｔの左右を拡張して掘削岩盤に押し付ける。そして、仮組状態の支保Ｔの下部を連結して円形状の支保を形成する。その後、搬送台車７４は第２走行レール８４、レール部８３、第１走行レール７３に沿って後方へ移動する。このようにしてトンネルの内壁面に支保Ｔが組付けられる。
【００５８】
このように胴体１０とリヤグリッパ３１とを別々に構成しており、胴体１０の小型化が可能になる一方、リヤグリッパ３１の保持力が充分得られるように増設することができるため、弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッド１２を前進させて掘削作業を行うことができる。即ち、機長の短縮を維持しながら推力増大を可能にできる。また、胴体１０には円筒状の伸縮シェル２９が設けて有り、ジャッキ３０で上記伸縮シェル２９を押し出すことができるようになっている。吹き付け、鋼製支保を覆工に使用する場合は上記シェルを格納し、ラダーリングを使用する場合はシェルを伸長してシェル内で安全な支保施工が可能になる。また機長が短縮されているため、後方からの切羽改良ボーリング作業も行いやすい。
【００５９】
また、掘削する地盤が自律しており掘削しても地山が崩壊しない場合、伸縮シェル２９は胴体１０に納めた状態で掘削することが可能である。掘進ごとのシェル伸長動作がなくなるため、シールド型ＴＢＭの大きな不安要素である、伸縮シェル（テレスコシェル）のずり詰まりが解消される。一方、崩壊性地盤の掘削の場合、スラストジャッキ２０の伸長と同時にジャッキ３０で伸縮シェル２９を後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００６０】
更に、４分割の支保Ｔ（Ｈ鋼、ラダーリング）をＴＢＭ後方に設けたエレクタ装置５１で掘削工程中に仮組み作業を行い、掘削終了と同時に仮組支保Ｔを前に搬送することができる。また、仮組した支保Ｔを諸定位置に蓄積しておくこともできる。そのため、掘削作業と並行して支保組立作業が可能になるためトンネルの掘削、支保の作業時間を大幅に短縮することができる。また、メインビーム３３をビーム後退ジャッキ４３で後退させることで、ローラカッタ１３の交換作業等作業空間を確保することが可能になる。
【００６１】
図１６に本発明の第２実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面、図１７に可動式反力受け手段の概略、図１８に支保拡張装置を表す図１６のXVIII−XVIII断面、図１９に支保拡張装置の変形例を表す要部断面、図２０にこの支保拡張装置の変形例の概略、図２１及び図２２に本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略を示す。なお、前述した第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６２】
本実施形態のＴＢＭにおいて、図１６及び図１７に示すように、101は独立可動式反力受け手段としてのリヤグリッパであって、前述の第１実施形態と同様に、四組のグリッパシュー102a，102b，102c，102dで構成されている。メインビーム３３に移動自在に装着されたグリッパ箱３７にはグリッパシューガイド103a，103b，103c，103dを介してグリッパシュー102a，102b，102c，102dが移動自在に支持されており、グリッパジャッキ104a，104b，104c，104dを伸縮することで、各グリッパシュー102a，102b，102c，102dをトンネルの内壁面に圧接することができる。なお、各グリッパシュー102a，102b，102c，102dの外周面には支保逃がし溝105a・・・が設けられている。また、グリッパシュー102a，102b，102c，102dの上面部にはレール部106が設けられている。
【００６３】
そして、このグリッパシュー102aには支保拡張ジャッキ107が装着されると共に、この支保拡張ジャッキ107によって昇降可能な拡張テーブル108が装着されており、この拡張テーブル108で仮組支保Ｔを押し上げた後、この支保Ｔを拡幅するようにしている。一方、グリッパシュー102dには連結ジャッキ109によってブリッジ110が取付けられている。エレクタ装置５１で仮組された支保Ｔをこのブリッジ110に受け渡し、図示しない引き寄せ手段によって仮組支保Ｔを前方のグリッパシュー102a引き寄せ、拡張テーブル108に仮組支保Ｔを乗せ替える。
【００６４】
また、図１８に示すように、仮組支保Ｔには搬送用キャスタＣが予め装着されており、このキャスタＣがグリッパシュー102aのレール部106に沿って移動することができる。この場合、キャスタＣでグリッパシュー102aへ仮組支保Ｔを移動させるが、エレクタ装置５１での組立作業が早いときには、仮組支保Ｔを複数個ブリッジ110やグリッパシュー102dに蓄積しておくことで、掘削作業と支保作業の時間短縮化を図ることができる。
【００６５】
なお、支保拡張ジャッキ107と拡張テーブル108とで構成される支保拡張装置はこの構成に限るものではない。例えば、図１９及び図２０に示すように、仮組支保Ｔには搬送用キャスタＣと支保拡張ピースＰが予め装着されており、このキャスタＣがグリッパシュー102aのレール部106に沿って移動することができる。グリッパ箱３７の左右には支保拡張ジャッキ121が装着されると共に、この支保拡張ジャッキ121によって昇降可能な拡張プレート122が装着されており、この拡張プレート122で仮組支保Ｔを押し上げて拡幅するようにしている。
【００６６】
ここで、上述した本実施形態のＴＢＭを用いた掘削作業の手順について説明する。掘削作業については前述の第１実施形態とほぼ同様であるため簡単に説明する。
【００６７】
図２１及び図２２に示すものは、掘削開始から盛り替え終了までの過程を示したものであり、図２１(ａ)は掘削開始状態、図２１(ｂ)は掘進中、図２１(ｃ)は掘進終了、図２２(ａ)は盛り替え開始、図２２(ｂ)は盛り替え中、図２２(ｃ)は支保拡張して盛り替え終了する状態を表しており、図２２(ｃ)にて盛り替えが終了すると、再び図２１(ａ)は掘削前の状態に戻ることになる。
【００６８】
トンネル掘削機によって地盤を掘削する場合、図２１(ａ)に示すように、リヤグリッパ101のグリッパシュー102a，102b，102c，102dをトンネルの内壁面に圧接した位置保持した状態でカッタヘッド１２を回転駆動させながら、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０を伸長してプレスリング１９に対して胴体１０を前進させることで、図２１(ｂ)に示すように、カッタヘッド１２の各ローラカッタ１３が前方の地盤を破砕して前進する。この掘削開始、掘削中において、後方では支保Ｔの仮組立作業が行われる。即ち、供給台車９２で運ばれた支保Ｔの各部材をホイスト９４でパレット９５上に置き、順次この部材を支保Ｔの形状に組み立てていく。
【００６９】
そして、図２１(ｃ)に示すように、各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削すると同時に、エレクタ装置５１を前進させて仮組した支保Ｔをブリッジ110に受け渡す。ここでは既に２リング分の仮組支保Ｔを組み立ててブリッジ110に確保した状態に、さらにもう１リング分の仮組支保Ｔを追加した状態を示している。このように掘進時間と仮組作業の時間とが異なり、後者の時間が短い場合はブリッジ110に複数個の仮組支保Ｔを確保しておくことができ、掘進、支保組立＜拡張作業を効率的に行うことができる。
【００７０】
そして、所定長さのトンネルが掘削されると、図２２(ａ)に示すように、メインビーム３３に装着されたシュージャッキ３６を下方に伸長してこれを支持すると同時に、リヤグリッパ101による位置保持を解除してメインビーム３３に預け、フロントグリッパ２８を外方に張り出して胴体１０を掘削地盤に固定する。このとき、仮組支保Ｔを図示しない牽引装置でレール部106に沿って前方に移動させる。そして、図２２(ｂ)に示すように、各スラストジャッキ２０を収縮して胴体１０に対してプレスリング１９を前方に引き寄せると同時に、リヤグリッパ101はグリッパ連結後退ジャッキ４２でメインビーム３３と連結されており、プレスリンク１９と共にリヤグリッパ101も引き寄せられる。また、この引き寄せと同時に仮組支保Ｔはレール部106に沿って前方に移動し、グリッパシュー102aまで移動する。
【００７１】
最後に、図２２(ｃ)に示すように、仮組支保Ｔが支保拡張位置に達すると、この仮組支保Ｔは支保拡張テーブル108に受け渡され、仮組状態の支保Ｔの下部連結部を解放した後、支保拡張ジャッキ107を押し上げて仮組支保Ｔの上部を掘削岩盤に押しつけると共に、グリッパシュー102aを張り、仮組支保Ｔの左右を拡張して掘削岩盤に押し付ける。更に、仮組状態の支保Ｔの下部を連結して円形に形成する。この作業が終了すると、各グリッパシュー102b，102c，102dを掘削岩盤に押しつけると共にシュージャッキ３６及びフロントグリッパ２８を縮めて再び掘削を開始する。
【００７２】
本実施形態では、掘進中に行うエレクタ装置５１による支保Ｔの仮組過程は前述の第１実施形態と同様であるが、仮組支保Ｔの拡張搬送に関する作業では、搬送用キャスタＣを取付ける作業を行う。なお、この搬送用キャスタＣは支保拡張作業終了後に取り外せば良い。また、図１９及び図２０に示した変形例では、事前に搬送用キャスタＣと支保拡張ピースＰを取付ける作業を行い、支保拡張作業終了後に取り外す。
【００７３】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、仮組支保Ｔの搬送、拡張機構を簡素化でき、油圧機器等による回転駆動、伸縮駆動する部分が少なくなり、不具合が発生する比率を抑えることができ、確実に搬送・拡張作業を行うことが可能になる。
【００７４】
【発明の効果】
以上、実施形態によって説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、筒状の胴体と、該胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置とを設けたので、掘進機構を有する胴体と掘削反力を受け持つ反力受け手段とを別々に構成することで、胴体の小型化を可能とすることができる一方、グリッパ胴体の位置保持力を充分確保できるように増設することができるため、弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッドを前進させて掘削作業を行うことができ、その結果、機長の短縮を維持しながら推力増大を可能とすることができる。
【００７５】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、筒状の胴体と、該胴体の後部から掘削方向前後に出し入れ可能な弧状をなすシェルと、前記胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で複数のジャッキで拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、前記推進支持部と可動式反力受け手段との間に設けた回転止め手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置と、前記胴体に対して前記可動式反力受け手段を前後移動させる第１シリンダ手段と、前記可動式反力受け手段に対して前記メインビームを前後移動可能にする第２シリンダ手段とを設けたので、胴体に円筒状の伸縮シェルを設けたことで、吹き付け、鋼製支保を覆工に使用する場合にはこのシェルを格納する一方、ラダーリングを使用する場合にはシェルを伸長してシェル内で安全な支保施工を行うことができ、機長を短縮して後方からの切羽改良ボーリング作業を容易に行うことができ、また、掘削する地盤が自立している場合には、伸縮シェルを胴体に収納して掘削することで掘進ごとのシェル伸長動作がなってずり詰まりが解消される一方、崩壊性地盤の掘削の場合には、スラストジャッキの伸長と同時に伸縮シェルを後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００７６】
また、請求項３の発明の可動式反力受け手段によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における可動式反力受け手段において、前記推進支持部の後方に位置し前記メインビームに前後移動自在に支持されるグリッパ箱と、該グリッパ箱に左右方向に沿って移動自在に支持された左右一対のグリッパと、該グリッパを移動することで壁面に圧接して位置保持可能なグリッパジャッキとを設けたので、掘削工程中に支保仮組み作業を行い、掘削終了と同時にこの仮組支保を前方に搬送することができ、また、仮組支保を所定位置に蓄積しておくこともでき、その結果、掘削作業と並行して支保組立作業が可能になり、トンネルの掘削作業及び支保組付作業の作業時間を大幅に短縮することができる。また、第１及び第２シリンダにより、ローラカッタの交換作業等に必要な作業空間を確保することが可能になる。
【００７７】
また、請求項４の発明のエレクタ装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機におけるエレクタ装置において、前記メインビームにトンネルの長手方向に移動自在に支持された支持フレームと、該支持フレームに複数の旋回ローラによって旋回自在に支持された旋回リングと、該旋回リングを旋回させる旋回手段と、基端部が該旋回リングに揺動自在に連結された複数の把持ジャッキと、該把持ジャッキの先端部に装着されて前記支保を保持可能な支保把持手段と、前記把持ジャッキを揺動させる支持ジャッキとを設けたので、複数の把持ジャッキによって支保の構成部材を順次連結して短時間で容易に支保を仮組みすることができ、作業性の向上を図ることができる。
【００７８】
また、請求項５の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記メインビームに装着された走行レールに沿って走行する搬送台車と、該搬送台車に装着されて前記仮組支保を受け取り可能な円弧状のテーブルと、前記搬送台車に対して該テーブルを昇降させる昇降手段と、前記テーブルに設けられて前記仮組支保を把持解放する把持ハンドとを設けたので、仮組みされた支保を把持ハンドで確実に保持したまま、搬送台車によって短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置では円弧状のテーブルによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００７９】
また、請求項６の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の前部中央に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着された円弧状をなすテーブルとを設けたので、仮組みされた支保を搬送用キャスタによって確実に保持したまま短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置ではテーブルによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００８０】
また、請求項７の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の左右側部に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着されたプレートとを設けたので、仮組みされた支保を搬送用キャスタによって確実に保持したまま短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置ではプレートによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、請求項８の発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機を胴体推進手段によって連結された胴体及び推進支持部によって構成すると共に、前記胴体の後方に別体に配設されてトンネルの内壁面に圧接して位置保持する複数個のグリッパを左右対称で拡張収縮可能とする可動式反力受け手段によって構成し、前記胴体に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら、まず、前記可動式反力受け手段を拡張して掘削反力を受け止める状態にした後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させて前記カッタヘッドによって前方の地盤を掘削する一方、掘削中にメインビームの後方に装着されたエレクタ装置で支保の仮組立を行い、掘削が終了すると前記可動式反力受け手段を収縮させると共に前記メインビームに装着された水平維持用ジャッキでメインビームを水平に維持し、前記胴体推進手段によって前記推進支持部を引き寄せると共に、収縮させた前記可動式反力受け手段を引き寄せて前記推進支持部に追従させ、前記引き寄せ動作と共に搬送拡張装置で仮組支保を前方に搬送し、支保拡張位置において搬送拡張装置で仮組支保を掘削内壁に拡張して支保を構築し、前記支保構築後に再び前記可動式反力受け手段を拡張させて掘削反力を受け止める状態にすると共に、前記水平維持用ジャッキを収縮させた後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させることによって前記カッタヘッドによる前方の地盤を掘削するようにしたので、グリッパ胴体の位置保持力を充分確保して弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッドを前進させて掘削作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面図である。
【図２】本実施形態のトンネルボーリングマシンの概略平面図である。
【図３】トンネルボーリングマシンの正面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図１のVI−VI断面図である。
【図７】可動式反力受け手段の概略図である。
【図８】支保仮組立用のエレクタ装置の正面図である。
【図９】エレクタ装置の側面図である。
【図１０】仮組支保の搬送拡張装置の正面図である。
【図１１】搬送拡張装置の側面図である。
【図１２】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図１３】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図１４】本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略図である。
【図１５】本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面図である。
【図１７】可動式反力受け手段の概略図である。
【図１８】支保拡張装置を表す図１６のXVIII−XVIII断面図である。
【図１９】支保拡張装置の変形例を表す要部断面図である。
【図２０】支保拡張装置の変形例の概略図である。
【図２１】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図２２】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図２３】従来のトンネルボーリングマシンの断面概略図である。
【符号の説明】
１０ 胴体
１２ カッタヘッド
１７ カッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段）
１９ プレスリング（推進支持部）
２０ スラストジャッキ
２３ パラレルリンク機構（胴体推進手段）
２８ フロントグリッパ
２９ 伸縮シェル
３０ 伸縮シェルジャッキ
３１ リヤグリッパ（可動式反力受け手段）
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ グリッパシュー
３３ メインビーム
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ グリッパジャッキ
３５ 支持部
３６ シュージャッキ（水平維持用ジャッキ）
３７ グリッパ箱
４０ 回転止め用溝（回転止め手段）
４１ 回転止め用突起（回転止め手段）
４２ グリッパ連結後退ジャッキ（第１シリンダ手段）
４３ ビーム後退ジャッキ（第２シリンダ手段）
５１ エレクタ装置
５３ 支持フレーム
５６ 旋回リング
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆ 把持ジャッキ
５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄ，５９ｅ，５９ｆ 把持ハンド
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ 支持ジャッキ
７１ 搬送拡張装置
７３ 第１走行レール
７４ 搬送台車
７９ 昇降ジャッキ
８０ テーブル
８１ 把持ハンド
８３ レール部
８４ 第２走行レール
１０１ リヤグリッパ（可動式反力受け手段）
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ グリッパシュー
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ グリッパジャッキ
１０６ レール部
１０７ 支保拡張ジャッキ
１０８ 支保拡張テーブル
１１０ ブリッジ
１２１ 支保拡張ジャッキ
１２２ 支保拡張プレート
Ｔ 支保
Ｃ 搬送用キャスタ
Ｐ 支保拡張ピース
Ｗ クランプワイヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削してトンネルを構築するトンネルボーリングマシンやシールド掘削機などのトンネル掘削及びトンネル施工方法、また、そのトンネル掘削機に装備される可動式反力受け手段、エレクタ装置、仮組支保の搬送拡張装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２３に従来のトンネルボーリングマシンの断面概略を示す。
【０００３】
従来のトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する）において、図２３に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴001と後胴002とから構成されており、この前胴001の前部にはカッタヘッド003が回転自在に装着されており、このカッタヘッド003は前面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ004が多数枢着されている。このカッタヘッド003の後部には内歯を有するリングギヤ005が一体に固定される一方、前胴001にはカッタ旋回モータ006が固定されており、このカッタ旋回モータ006の駆動ギヤ007がリングギヤ005に噛み合っている。また、前胴001には掘削して発生したずりが内部に侵入しないように、バルクヘッド008が形成されており、カッタヘッド003とこのバルクヘッド008との間にはチャンバ室009が形成されている。そして、このチャンバ室009にはずりを集積するホッパ010が配設され、このホッパ010の下部にはこのホッパ010にて集積したずりを外部に排出するベルトコンベヤ011が取り付けられている。
【０００４】
従って、カッタ旋回モータ006を駆動して駆動ギヤ007を回転駆動すると、この駆動ギヤ007が噛み合うリングギヤ005が回転し、リングギヤ005と一体のカッタヘッド003を旋回し、ローラカッタ004が岩盤をせん断破壊して掘削することができる。そして、カッタヘッド003の開口部からチャンバ室009に取り込まれたずりはホッパ010内に落下し、このホッパ010内に集積されたずりはベルトコンベヤ011によって外部に排出される。
【０００５】
前胴001と後胴002とは互いにシール部材012を介して揺動自在に 合しており、両者の間には１２本のスラストジャッキ013が架設されている。このスラストジャッキ013は油圧の給排によって伸縮するものであって、全体としてトラス状に配設されることでパラレルリンク機構014を構成している。従って、このパラレルリンク機構014において、各スラストジャッキ013の各駆動ロッドを伸縮することで、前胴001と後胴002との相対位置を変更することができる。また、各スラストジャッキ013の各動作ストロークを変えることで、後胴002に対してカッタヘッド003を有する前胴001を屈曲し、その掘進方向を変更することができる。
【０００６】
また、前胴001には複数のフロントグリッパ015が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各フロントグリッパ015は内蔵されて図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー016を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー016を径方向に張り出すと、このグリッパシュー016を前胴001に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴001を保持する位置に移動させることができる。一方、後胴002には複数のリヤグリッパ017が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各リヤグリッパ017は内蔵された図示しない油圧ジャッキによってグリッパシュー018を径方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリッパシュー018を径方向に張り出すと、このグリッパシュー018を後胴002内に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して後胴002を保持する位置に移動させることができる。
【０００７】
なお、通常のＴＢＭは岩盤掘削用のトンネル掘削機であり、前述したリヤグリッパ017による掘削反力を得て前胴001を推進させるものであるが、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般土砂層に変化した場合には、掘削したトンネル壁面が軟弱であり、リヤグリッパ017によって掘削反力を得ることができない。そのため、シールド掘削機のようにセグメントＳによって掘削反力を得て前胴001が推進できるようになっている。すなわち、後胴002の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ019が並設されており、このシールドジャッキ019を作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳに押し付けられ、その反力により前胴001を前進させることができる。そして、このシールドジャッキ019と共に後胴002の後部にはトンネル内壁面にセグメントＳを組み付けるエレクタ装置020が装着されている。
【０００８】
従って、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、後胴002を移動不能に保持し、この状態で、カッタ旋回モータ006を駆動してカッタヘッド003を回転駆動させながら、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させる。すると、旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削する。そして、各スラストジャッキ013を所定ストローク伸長すると、このスラストジャッキ013の駆動を停止し、フロントグリッパ015の各グリッパシュー016を押し出して掘削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、前胴001を移動不能に保持する一方、リヤグリッパ017を後胴002内に収納することで、前胴001に対して後胴002を引き寄せる。
【０００９】
そして、再び、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018をトンネルの内壁面に圧接することで、後胴002を移動不能にする一方、フロントグリッパ015を前胴001内に収納することでこの後胴002を移動自在とする。この状態で、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を収縮することでこの前胴001を移動自在とする。この状態で、カッタ旋回モータ006によってカッタヘッド003を回転駆動させながら、各スラストジャッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させると、旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削する。
【００１０】
この作動の繰り返しによって連続してトンネルを掘削していく。そして、このローラカッタ004の岩盤掘削によって生じたずりはチャンバ室009内に取り込まれてホッパ010内に落下し、ホッパ010内に集積されたずりはベルトコンベヤ011によって外部に排出される。また、岩盤を掘削してトンネルを掘削形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの壁面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不安定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリング状に形成したＨ形鋼や木製の板等を支保として用い、トンネルを保護する。また、岩盤を掘削してトンネルを形成する場合に、掘削地盤が岩盤層から一般土砂層に変形した場合には、シールドジャッキ019がセグメントＳにて掘削反力を得て前胴001を推進させる。そして、エレクタ装置020によって新しいセグメントＳを組み付けていく。この繰り返しによってトンネルを構築していく。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＴＢＭにあっては、リヤグリッパ017の各グリッパシュー018をトンネルの内壁面に圧接して後胴002を位置保持した状態で、パラレルリンク機構014の各スラストジャッキ013を伸長し、前胴001と共に回転駆動するカッタヘッド003を前進させて前方の岩盤を掘削している。すなわち、カッタヘッド003の岩盤掘削によって発生する掘削反力はリヤグリッパ017によるトンネルの内壁面への圧接力によって受けとめられており、カッタヘッド003が充分な掘進力を得るためにはリヤグリッパ017による大きな圧接力が必要となり、リヤグリッパ017のグリッパシュー018は大きな圧接面積を有している。
【００１２】
ところが、ＴＢＭの保守や運搬、組立及び解体などを考慮すると、ＴＢＭ自体は大きさの制約を受け、グリッパシュー018は大きな圧接面積を確保することができず、その分、圧接力を増大させることで対応せざるを得ない。しかし、グリッパシュー018によるトンネルの内壁面への圧接力を大きくすると、ＴＢＭによって軟弱な崩壊性地盤を掘削するときに、周辺地盤が崩壊を誘発したり、グリッパシュー018が軟弱地盤に食い込んでストロークが不足し、充分な位置保持が得られないことがある。一方、このような軟弱な地盤を掘削するときには、セグメントを組み立て、この既設のセグメントによって掘削反力を得る方法もあるが、セグメントの組み立て初期は全長が短く、充分な受力を確保することができず、アンカーボルトの併用や裏込め注入などの補助工事が必要となってしまう。
【００１３】
また、崩落性の高い地盤を掘削する場合には、ＴＢＭの切羽から極力近い箇所で山留補助工事（強化薬注入、コンクリート吹き付け、支保組み立てあるいはセグメント組み立て）を施工するのが有効的であるが、ＴＢＭ内に上記作業を行う空間がなく、各種の補助工事の施工が遅れてしまうという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の小型化を図ると共に掘削作業の信頼性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネル施工方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状の胴体と、該胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置とを具えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機は、筒状の胴体と、該胴体の後部から掘削方向前後に出し入れ可能な弧状をなすシェルと、前記胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で複数のジャッキで拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、前記推進支持部と可動式反力受け手段との間に設けた回転止め手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置と、前記胴体に対して前記可動式反力受け手段を前後移動させる第１シリンダ手段と、前記可動式反力受け手段に対して前記メインビームを前後移動可能にする第２シリンダ手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項３の発明の可動式反力受け手段は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における可動式反力受け手段において、前記推進支持部の後方に位置し前記メインビームに前後移動自在に支持されるグリッパ箱と、該グリッパ箱に左右方向に沿って移動自在に支持された左右一対のグリッパと、該グリッパを移動することで壁面に圧接して位置保持可能なグリッパジャッキとを具えたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項４の発明の仮組支保組立用のエレクタ装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機におけるエレクタ装置において、前記メインビームにトンネルの長手方向に移動自在に支持された支持フレームと、該支持フレームに複数の旋回ローラによって旋回自在に支持された旋回リングと、該旋回リングを旋回させる旋回手段と、基端部が該旋回リングに揺動自在に連結された複数の把持ジャッキと、該把持ジャッキの先端部に装着されて前記支保を保持可能な支保把持手段と、前記把持ジャッキを揺動させる支持ジャッキとを具えたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項５の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記メインビームに装着された走行レールに沿って走行する搬送台車と、該搬送台車に装着されて前記仮組支保を受け取り可能な円弧状のテーブルと、前記搬送台車に対して該テーブルを昇降させる昇降手段と、前記テーブルに設けられて前記仮組支保を把持解放する把持ハンドとを具えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、請求項６の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の前部中央に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着された円弧状をなすテーブルとを具えたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項７の発明の仮組支保の搬送拡張装置は、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の左右側部に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着されたプレートとを具えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項８の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機を胴体推進手段によって連結された胴体及び推進支持部によって構成すると共に、前記胴体の後方に別体に配設されてトンネルの内壁面に圧接して位置保持する複数個のグリッパを左右対称で拡張収縮可能とする可動式反力受け手段によって構成し、前記胴体に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら、まず、前記可動式反力受け手段を拡張して掘削反力を受け止める状態にした後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させて前記カッタヘッドによって前方の地盤を掘削する一方、掘削中にメインビームの後方に装着されたエレクタ装置で支保の仮組立を行い、掘削が終了すると前記可動式反力受け手段を収縮させると共に前記メインビームに装着された水平維持用ジャッキでメインビームを水平に維持し、前記胴体推進手段によって前記推進支持部を引き寄せると共に、収縮させた前記可動式反力受け手段を引き寄せて前記推進支持部に追従させ、前記引き寄せ動作と共に搬送拡張装置で仮組支保を前方に搬送し、支保拡張位置において搬送拡張装置で仮組支保を掘削内壁に拡張して支保を構築し、前記支保構築後に再び前記可動式反力受け手段を拡張させて掘削反力を受け止める状態にすると共に、前記水平維持用ジャッキを収縮させた後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させることによって前記カッタヘッドによる前方の地盤を掘削することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１に本発明の第１実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面、図２に本実施形態のトンネルボーリングマシンの概略平面、図３はトンネルボーリングマシンの正面視、図４に図１のIV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断面、図６に図１のVI−VI断面、図７に可動式反力受け手段の概略、図８に支保仮組立用のエレクタ装置の正面視、図９にこのエレクタ装置の側面視、図１０に仮組支保の搬送拡張装置の正面視、図１１にこの搬送拡張装置の側面視、図１２及び図１３に本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略、図１４及び図１５に本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略を示す。
【００２５】
本実施形態のトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する。）において、図１及び図３に示すように、円筒状の胴体１０の前部には軸受１１によってカッタヘッド１２が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１２には前面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ１３が多数枢着されると共に、掘削面を掻き取るスクレーパ１４が取付けられ、また、スクレーパ１４に隣接して破砕した岩片や土砂などのずりを取り込む開口１５が形成されている。このカッタヘッド１２の後部には内歯を有するリングギア１６が一体に固定される一方、胴体１０には電動式あるいは油圧式のカッタ旋回モータ１７が固定されており、このカッタ旋回モータ１７の駆動ギヤ１８がリングギヤ１６に噛み合っている。
【００２６】
従って、カッタ旋回モータ１７を駆動して駆動ギヤ１８を回転駆動すると、この駆動ギヤ１８が噛み合うリングギヤ１６が回転し、リングギヤ１６と一体のカッタヘッド１２を旋回し、ローラカッタ１３が岩盤をせん断破壊して掘削する一方、スクレーパ１４が掘削面を掻き取ってずりを開口１５から胴体１０の内部に取り込むことができる。
【００２７】
また、図１、図３、図４に示すように、胴体１０の後方には推進支持部としてのプレスリング１９が設けられており、胴体１０とこのプレスリング１９との間には胴体推進手段としての複数本（ここでは１２本）のスラストジャッキ２０が架設されている。このスラストジャッキ２０は油圧の給排によって伸縮作動するものであって、ジャッキ２０の一端部は胴体１０に固定された球面軸受２１によって揺動自在に支持され、他端部はプレスリング１９に固定された球面軸受２２によって揺動自在に支持されている。そして、このスラストジャッキ２０はそれぞれ隣り合って配設された関係が、例えば、互いに隣接する一方のスラスドジャッキ２０がカッタヘッド１２の周方向一方に傾斜し、他方のスラストジャッキが周方向他方に傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラレルリンク機構２３を構成している。
【００２８】
従って、このパラレルリンク機構２３において、各スラストジャッキ２０の各駆動ロッドを伸縮することで、胴体１０とプレスリング１９との相対位置を変更することができる。また、このパラレルリンク機構２３において、各スラストジャッキ２０の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１２を有する胴体１０がプレスリング１９に対して屈曲し、その掘進方向を変更することができる。
【００２９】
図１に示すように、カッタヘッド１２と胴体１０で形成されるチャンバ室２４にはローラカッタ１３が破砕したずりを集積するホッパ２５が固定されている。中空の角柱形状をなすガイドフレーム２６は前部が胴体１０の前方に延設され、内部に掘削したずりを搬出するベルトコンベヤ２７が装着され、このベルトコンベヤ２７の前端部はホッパ２５の下部に連結され、後端部はトンネル後方に延設されている。
【００３０】
また、胴体１０にはフロントグリッパ２８が複数個装着されており、掘削中に図示しないジャッキによって胴体１０内に収納することで、胴体１０を移動自在としてカッタヘッド１２を前方の岩盤に押し付けることができる。また、、更に盛り替え作業のときは、ジャッキによって全てのフロントグリッパ２８を張り出すことで、胴体１０を岩盤に対して固定することができる。更に、円筒形の胴体１０の後部には内周面に沿って円筒状の伸縮シェル２９が軸方向に移動自在に取付けられており、胴体１０に装着された伸縮シェルジャッキ３０によってこの伸縮シェル２９を後方に張り出すことができる。
【００３１】
また、図１及び図２、図５乃至図７に示すように、胴体１０の後方にはこの胴体１０とは別体に独立して可動することができる可動式反力受け手段としてのリヤグリッパ３１が設けられている。このリヤグリッパ３１は、左右一対で一組をなす四組のグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで構成され、ガイドフレーム２６の外側に装着されたメインビーム３３に沿って移動自在となっている。そして、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄはそれぞれ上下一対のグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの伸長によって径方向外側に移動することで、トンネルの内壁面に圧設して位置保持し、掘削反力を受け止めることができる。このメインビーム３３は前端部が胴体１０内に設けられた支持部３５によって揺動自在に支持されており、メインビーム３３の後端部には水平維持用ジャッキとしてのシュージャッキ３６が装着されている。
【００３２】
ここで、このリヤグリッパ３１について詳細に説明する。
【００３３】
メインビーム３３の外側にはグリッパ箱３７が移動自在に装着されており、このグリッパ箱３７の上面及び下面には左右方向に沿ったグリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが複数前後に並設して固定されている。そして、この各グリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄには左右一対の各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが水平方向に沿って移動自在に支持されている。また、このグリッパ箱３７の上部及び下部にはグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが装着されており、各端部が左右のグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄに連結されている。従って、各グリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを伸縮させることで、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがグリッパ箱３７のグリッパシューガイド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに沿って左右に移動し、このグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをトンネルの内壁面に圧接することができる。なお、図７において、グリッパシュー３２ａ及びグリッパジャッキ３４ａについてのみ図示したが、他のグリッパシュー３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ及びグリッパジャッキ３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの構成も同様である。
【００３４】
また、各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの外周面には支保逃がし溝３９ａ〜３９ｆが設けられており、この支保逃がし溝３９ａ〜３９ｆの中に鋼製の支保Ｔが納まる構成となっている。即ち、グリッパシュー３２ａの拡幅で支保Ｔを押し広げ、更に各溝３９ｂ〜３９ｆで拡張された支保Ｔを踏み越えることができる。グリッパシュー３２ｂには前後両端と中央に溝３９ｂ，３９ｃ，３９ｄが形成されているが、これは支保Ｔの間隔の違いに対応するためのものである。即ち、このような溝３９ｂ，３９ｃ，３９ｄの間隔にすることにより、グリッパ幅が１ｍでも１ｍあるいは１．５ｍの支保間隔に対応することが可能になる。
【００３５】
更に、プレスリング１９の後面には回転止め用溝４０が形成される一方、グリッパシュー３２ａの前面にはこの回転止め用溝４０に嵌合して両者の相対回転を阻止する回転止め用突起４１が形成されている。従って、掘削中の胴体１０に作用する回転トルクによるプレスリング２５の回転を受け止めることができる。
【００３６】
先頭のグリッパシュー３２ａはグリッパ連結後退ジャッキ４２によって胴体１０内のビーム支持部３５と連結されており、このグリッパ連結後退ジャッキ４２を収縮することで、プレスリング１９と共にグリッパシュー３２ａを引き寄せることができる。また、グリッパシュー３２ａとメインビーム３３の先端との間にはビーム後退ジャッキ４３が架設されており、このビーム後退ジャッキ４３を収縮することで、メインビーム３３を後退させ、胴体１０前方に作業者のアクセス空間、ローラカッタ１３の作業空間等を確保することが可能になる。
【００３７】
次に、メインビーム３３の後部に設けられた支保仮組立用のエレクタ装置５１、仮組支保Ｔの搬送拡張装置７１について説明する。
【００３８】
図１、図８、図９に示すように、エレクタ装置５１において、メインビーム３３の外側には左右一対の移動ローラ５２によって支持フレーム５３が移動自在に支持されており、移動シリンダ５４の伸縮によって前後に移動することができる。この支持フレーム５３の外側には複数の旋回ローラ５５によって旋回リング５６が回転自在に支持されており、旋回油圧モータ５７の駆動力によって旋回することができる。そして、この旋回リング５６には６本の把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆの基端部が揺動自在に連結され、先端部には支保Ｔを把持可能なハンド部５９ａ〜５９ｆが装着されており、このハンド部５９ａ〜５９ｆによってＨ鋼を把持することができる。
【００３９】
なお、このハンド部５９ａ〜５９ｆはこの方式に限らず、ピン方式のハンド部６０でもよく、この場合、予めＨ鋼に連結用のピン穴を空け、連結ピンによってＨ鋼を把持するものである。各方式は支保の重量、形状等に応じて使い分ければ良い。そして、各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆに隣接して旋回リング５６には支持ジャッキ６１ａ〜６１ｆの基端部が連結され、先端部は各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆの中間部に連結されている。従って、この支持ジャッキ６１ａ〜６１ｆによって把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆを介してハンド部５９ａ〜５９ｆの回動位置を調整し、把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆによってハンド部５９ａ〜５９ｆの伸縮位置を調整することができる。
【００４０】
また、図１、図１０、図１１に示すように、搬送拡張装置７１において、エレクタ装置５１に隣接するメインビーム３３の上部には取付台７２によって第１走行レール７３が固定されている。搬送台車７４は水平軸によって支持された前後左右一対の走行車輪７５を有すると共に、垂直軸によって支持された前後左右一対の案内車輪７６を有している。走行車輪７５は内蔵された台車移動用油圧モータ７７によって回転駆動され、第１走行レール７３上を走行できるようになっている。また、案内車輪７６は走行レール７３の側面に対して転動自在であり、搬送台車７４の側部が第１走行レール７３に直接接触しないようになっている。なお、搬送台車７４の前部には第１走行レール７３上に飛散した吹き付け粉等を掃くためのスクレーパ７８が設けられている。
【００４１】
この搬送台車７３の上部には前後一対の昇降ジャッキ７９によってテーブル８０が昇降自在で、且つ、傾動可能に装着されており、このテーブル８０は支保Ｔを受けることができるように上面が弧状をなしている。また、このテーブル８０の中央部にはテーブル８０に載置された支保Ｔを把持する把持ハンド８１が設けられており、この把持ハンド８１は把持シリンダ８２によって開閉することができる。
【００４２】
また、図１及び図７に示すように、搬送台車７４が走行する第１走行レール７３に連続するように各グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの上部には左右一対のレール部８３が形成されると共に、このレール部８３に連続するようにメインビーム３３の上部には第２レール８４が固定されている。
【００４３】
なお、図１及び図８に示すように、トンネル内には支保供給台車９１が自動自在なレール９２が敷設されると共に、メインビーム３３の後部下面にはホイスト９４が移動自在なホイストレール９３が固定されており、支保Ｔが支保供給台車９１によってトンネル内に搬入されると、ホイスト９３はこの支保供給台車９１上の支保Ｔをパレット９５に移動するようになっている。
【００４４】
ここで、上述した本実施形態のＴＢＭを用いた掘削作業の手順について説明する。
【００４５】
図１２及び図１３に示すものは、掘削開始から盛り替え終了までの過程を示したものであり、図１２(ａ)は掘削開始状態、図１２(ｂ)は掘進中、図１２(ｃ)は掘進終了、図１３(ａ)は盛り替え開始、図１３(ｂ)は盛り替え中、図１３(ｃ)は支保拡張して盛り替え終了する状態を表しており、図１３(ｃ)にて盛り替えが終了すると、再び図１２(ａ)は掘削前の状態に戻ることになる。
【００４６】
即ち、トンネル掘削機によって地盤を掘削する場合、図１２(ａ)に示すように、リヤグリッパ３１の各グリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによってグリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをトンネルの内壁面に圧接した位置保持した状態で、カッタ旋回モータ１７によってカッタヘッド１２を回転駆動させながら、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０を伸長してプレスリング１９に対して胴体１０を前進させることで、図１２(ｂ)に示すように、カッタヘッド１２の各ローラカッタ１３が前方の地盤を破砕して前進する。このとき、カッタヘッド１２の掘削反力はプレスリング１９を介して独立可動式のリヤグリッパ３１が受け止めることになり、カッタヘッド１２は確実に地盤を掘削できる。
【００４７】
そして、図１２(ｃ)に示すように、各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削すると、メインビーム３３に装着されたシュージャッキ３６を下方に伸長し、支持部３５を支点にしてメインビーム３３を支持する。これと同時にリヤグリッパ３１のグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを収縮し、このリヤグリッパ３１をメインビーム３３に預け、図１３(ａ)に示すように、フロントグリッパ２８を外方に張り出して胴体１０を掘削地盤に固定する。そして、図１３(ｂ)に示すように、各スラストジャッキ２０を収縮して胴体１０に対してプレスリング１９を前方に引き寄せる。リヤグリッパ３１はグリッパ連結後退ジャッキ４２でメインビーム３３と連結されており、図１３(ｃ)に示すように、このプレスリンク１９と共にリヤグリッパ３１も引き寄せられることとなる。
【００４８】
次に掘削する場合、グリッパシュー３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄをグリッパジャッキ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによってトンネルの内壁面に圧接して位置保持し、掘進開始前の図１２(ａ)の状態に戻る。この繰り返しによって掘削作業が連続して行われる。
【００４９】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、胴体１０とリヤグリッパ３１が別々に構成されており、胴体１０の小型化が可能になる一方、リヤグリッパ３１の保持力が充分得られるように増設することができ、確実にカッタヘッド１２を前進させて掘削作業を行うことができる。
【００５０】
また、胴体１０には伸縮シェル２９が設けられており、伸縮シェルジャッキ３０でこの伸縮シェル２９を押し出すことができるようになっている。掘削する地盤が自律しており掘削しても地山が崩壊しない場合、伸縮シェル２９は胴体１０に納めた状態で掘削することが可能になり、胴体１０の小型化が更に可能になる。掘削地盤の崩壊性地盤の場合、スラストジャッキ２０の伸長と同時に伸縮シェルジャッキ３０で伸縮シェル２９を後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００５１】
また、本実施形態では、掘削工程中にエレクタ装置５１で支保Ｔをリング状に仮組み作業を行い、搬送拡張装置７１によって掘削終了と同時にこの仮組支保Ｔを前方に搬送し、掘削作業と並行して支保仮組立作業が可能になるため、トンネルの掘削、支保作業の工期短縮を図ることができる。
【００５２】
まず、この支保の組付作業を説明する。まず、図１４(ａ)に示すように、支保Ｔの部材である第１リングＴ１を把持ジャッキ５８ｂ，５８ｃで把持して持ち上げた後、同図反時計回り方向に旋回させる。次に、図１４(ｂ)に示すように、支保Ｔの第２の部材である第２リングＴ２を把持ジャッキ５８ａ，５８ｆで把持して持ち上げた後、旋回リング５６から吊り下げられているクランプワイヤＷを第２リングＴ２の中央に係止して把持ジャッキ５８ａ，５８ｆを一端解除し、第１リングＴ１と第２リングＴ２とのボルト締結の位置合わせ作業に自由度をもたせた状態で、作業員が両リングＴ１，Ｔ２のボルト締結を行う。そして、再び、把持ジャッキ５８ａ，５８ｆで第２リングＴ２を把持した後、クランプワイヤを取り外す。この時点で第１リングＴ１と第２リングＴ２とが把持されたのでそのまま同方向に旋回させる。
【００５３】
図１４(ｃ)に示す状態では、第３リングＴ３を把持ジャッキ５８ｄと５８ｅで把持し、前述と同様に、第２リングＴ２とボルト締結を行う。そして、図１５(ａ)に示すように、更に同方向に旋回させた後、図１５(ｂ)に示すように、搬送台車７４への受け渡し位置へ移動する。そして、旋回リング５６から吊り下げられているクランプワイヤＷで第４リングＴ４の一方をクランプして、第１リングＴ１と第４リングＴ４の端部とのボルト締結を行い、同様にしてクランプワイヤＷで第４リングＴ４の他方をクランプした状態で、第３リングＴ３と第４リングＴ４の端部とのボルト締結を行う。そして、２つに分かれている第４リングＴ４を固定する。次に、前記クランプワイヤＷを取りはずした後、横張りとなる固定バーＢを取り付ける。
【００５４】
そして、支保Ｔの仮組が完了した後に、図１５(ｃ)に示すように、把持ハンド８１で仮組した支保Ｔを把持してテーブル８０に固定し、エレクタ装置５１の各把持ジャッキ５８ａ〜５８ｆを順次各リングＴ１〜Ｔ４から解除する。この状態で搬送台車７４に固定された仮組支保Ｔを第１走行レール７３、レール部８３、第２走行レール８４に沿って前方へ移動することになる。
【００５５】
即ち、図１２(ａ)に示すように、供給台車９２で運ばれた支保Ｔの各部材をホイスト９４でパレット９５上に置き、順次この部材を支保Ｔの形状に組み立てていく。パレット９５はメインビーム３３に繋がっているため、メインビーム３３に支持されているエレクタ装置５１とパレット９５上の支保部材との相対位置は掘進による移動と関係が無くなる。即ち、図１２(ｂ)に示すように、エレクタ装置５１はパレット９５上の支保部材を順次把持して組み立てていき、図１２(ｃ)に示すように、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削した状態で、エレクタ装置５１を前進させて仮組した支保Ｔを搬送拡張装置７１の搬送台車７４に受け渡す。
【００５６】
すると、図１３(ａ)に示すように、盛り替え開始時には、搬送拡張装置７１の搬送台車７４には仮組された支保Ｔが載せられており、この搬送台車７４を第１走行レール７３に沿って前方に移動する。そして、盛り替え中には、図１３(ｂ)に示すように、支保Ｔを保持した搬送台車７４が第１走行レール７３からリヤグリッパ３１に設けられたレール部８３に移送し、更には、図１３(ｃ)に示すように、第２走行レール８４に沿って前方に移動する。
【００５７】
最後に、支保拡張段階では、搬送台車７４が支保拡張位置に達すると、まず、仮組状態の支保Ｔを解放し、次に搬送台車７４の昇降ジャッキ７９によって支保拡張テーブル２０１を押し上げて仮組支保Ｔの上部を掘削岩盤に押しつけると共にグリッパシュー３２ａを張り仮組支保Ｔの左右を拡張して掘削岩盤に押し付ける。そして、仮組状態の支保Ｔの下部を連結して円形状の支保を形成する。その後、搬送台車７４は第２走行レール８４、レール部８３、第１走行レール７３に沿って後方へ移動する。このようにしてトンネルの内壁面に支保Ｔが組付けられる。
【００５８】
このように胴体１０とリヤグリッパ３１とを別々に構成しており、胴体１０の小型化が可能になる一方、リヤグリッパ３１の保持力が充分得られるように増設することができるため、弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッド１２を前進させて掘削作業を行うことができる。即ち、機長の短縮を維持しながら推力増大を可能にできる。また、胴体１０には円筒状の伸縮シェル２９が設けて有り、ジャッキ３０で上記伸縮シェル２９を押し出すことができるようになっている。吹き付け、鋼製支保を覆工に使用する場合は上記シェルを格納し、ラダーリングを使用する場合はシェルを伸長してシェル内で安全な支保施工が可能になる。また機長が短縮されているため、後方からの切羽改良ボーリング作業も行いやすい。
【００５９】
また、掘削する地盤が自律しており掘削しても地山が崩壊しない場合、伸縮シェル２９は胴体１０に納めた状態で掘削することが可能である。掘進ごとのシェル伸長動作がなくなるため、シールド型ＴＢＭの大きな不安要素である、伸縮シェル（テレスコシェル）のずり詰まりが解消される。一方、崩壊性地盤の掘削の場合、スラストジャッキ２０の伸長と同時にジャッキ３０で伸縮シェル２９を後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００６０】
更に、４分割の支保Ｔ（Ｈ鋼、ラダーリング）をＴＢＭ後方に設けたエレクタ装置５１で掘削工程中に仮組み作業を行い、掘削終了と同時に仮組支保Ｔを前に搬送することができる。また、仮組した支保Ｔを諸定位置に蓄積しておくこともできる。そのため、掘削作業と並行して支保組立作業が可能になるためトンネルの掘削、支保の作業時間を大幅に短縮することができる。また、メインビーム３３をビーム後退ジャッキ４３で後退させることで、ローラカッタ１３の交換作業等作業空間を確保することが可能になる。
【００６１】
図１６に本発明の第２実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面、図１７に可動式反力受け手段の概略、図１８に支保拡張装置を表す図１６のXVIII−XVIII断面、図１９に支保拡張装置の変形例を表す要部断面、図２０にこの支保拡張装置の変形例の概略、図２１及び図２２に本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略を示す。なお、前述した第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６２】
本実施形態のＴＢＭにおいて、図１６及び図１７に示すように、101は独立可動式反力受け手段としてのリヤグリッパであって、前述の第１実施形態と同様に、四組のグリッパシュー102a，102b，102c，102dで構成されている。メインビーム３３に移動自在に装着されたグリッパ箱３７にはグリッパシューガイド103a，103b，103c，103dを介してグリッパシュー102a，102b，102c，102dが移動自在に支持されており、グリッパジャッキ104a，104b，104c，104dを伸縮することで、各グリッパシュー102a，102b，102c，102dをトンネルの内壁面に圧接することができる。なお、各グリッパシュー102a，102b，102c，102dの外周面には支保逃がし溝105a・・・が設けられている。また、グリッパシュー102a，102b，102c，102dの上面部にはレール部106が設けられている。
【００６３】
そして、このグリッパシュー102aには支保拡張ジャッキ107が装着されると共に、この支保拡張ジャッキ107によって昇降可能な拡張テーブル108が装着されており、この拡張テーブル108で仮組支保Ｔを押し上げた後、この支保Ｔを拡幅するようにしている。一方、グリッパシュー102dには連結ジャッキ109によってブリッジ110が取付けられている。エレクタ装置５１で仮組された支保Ｔをこのブリッジ110に受け渡し、図示しない引き寄せ手段によって仮組支保Ｔを前方のグリッパシュー102a引き寄せ、拡張テーブル108に仮組支保Ｔを乗せ替える。
【００６４】
また、図１８に示すように、仮組支保Ｔには搬送用キャスタＣが予め装着されており、このキャスタＣがグリッパシュー102aのレール部106に沿って移動することができる。この場合、キャスタＣでグリッパシュー102aへ仮組支保Ｔを移動させるが、エレクタ装置５１での組立作業が早いときには、仮組支保Ｔを複数個ブリッジ110やグリッパシュー102dに蓄積しておくことで、掘削作業と支保作業の時間短縮化を図ることができる。
【００６５】
なお、支保拡張ジャッキ107と拡張テーブル108とで構成される支保拡張装置はこの構成に限るものではない。例えば、図１９及び図２０に示すように、仮組支保Ｔには搬送用キャスタＣと支保拡張ピースＰが予め装着されており、このキャスタＣがグリッパシュー102aのレール部106に沿って移動することができる。グリッパ箱３７の左右には支保拡張ジャッキ121が装着されると共に、この支保拡張ジャッキ121によって昇降可能な拡張プレート122が装着されており、この拡張プレート122で仮組支保Ｔを押し上げて拡幅するようにしている。
【００６６】
ここで、上述した本実施形態のＴＢＭを用いた掘削作業の手順について説明する。掘削作業については前述の第１実施形態とほぼ同様であるため簡単に説明する。
【００６７】
図２１及び図２２に示すものは、掘削開始から盛り替え終了までの過程を示したものであり、図２１(ａ)は掘削開始状態、図２１(ｂ)は掘進中、図２１(ｃ)は掘進終了、図２２(ａ)は盛り替え開始、図２２(ｂ)は盛り替え中、図２２(ｃ)は支保拡張して盛り替え終了する状態を表しており、図２２(ｃ)にて盛り替えが終了すると、再び図２１(ａ)は掘削前の状態に戻ることになる。
【００６８】
トンネル掘削機によって地盤を掘削する場合、図２１(ａ)に示すように、リヤグリッパ101のグリッパシュー102a，102b，102c，102dをトンネルの内壁面に圧接した位置保持した状態でカッタヘッド１２を回転駆動させながら、パラレルリンク機構２３の各スラストジャッキ２０を伸長してプレスリング１９に対して胴体１０を前進させることで、図２１(ｂ)に示すように、カッタヘッド１２の各ローラカッタ１３が前方の地盤を破砕して前進する。この掘削開始、掘削中において、後方では支保Ｔの仮組立作業が行われる。即ち、供給台車９２で運ばれた支保Ｔの各部材をホイスト９４でパレット９５上に置き、順次この部材を支保Ｔの形状に組み立てていく。
【００６９】
そして、図２１(ｃ)に示すように、各スラストジャッキ２０が所定のストローク伸長してカッタヘッド１２が所定長さトンネルを掘削すると同時に、エレクタ装置５１を前進させて仮組した支保Ｔをブリッジ110に受け渡す。ここでは既に２リング分の仮組支保Ｔを組み立ててブリッジ110に確保した状態に、さらにもう１リング分の仮組支保Ｔを追加した状態を示している。このように掘進時間と仮組作業の時間とが異なり、後者の時間が短い場合はブリッジ110に複数個の仮組支保Ｔを確保しておくことができ、掘進、支保組立＜拡張作業を効率的に行うことができる。
【００７０】
そして、所定長さのトンネルが掘削されると、図２２(ａ)に示すように、メインビーム３３に装着されたシュージャッキ３６を下方に伸長してこれを支持すると同時に、リヤグリッパ101による位置保持を解除してメインビーム３３に預け、フロントグリッパ２８を外方に張り出して胴体１０を掘削地盤に固定する。このとき、仮組支保Ｔを図示しない牽引装置でレール部106に沿って前方に移動させる。そして、図２２(ｂ)に示すように、各スラストジャッキ２０を収縮して胴体１０に対してプレスリング１９を前方に引き寄せると同時に、リヤグリッパ101はグリッパ連結後退ジャッキ４２でメインビーム３３と連結されており、プレスリンク１９と共にリヤグリッパ101も引き寄せられる。また、この引き寄せと同時に仮組支保Ｔはレール部106に沿って前方に移動し、グリッパシュー102aまで移動する。
【００７１】
最後に、図２２(ｃ)に示すように、仮組支保Ｔが支保拡張位置に達すると、この仮組支保Ｔは支保拡張テーブル108に受け渡され、仮組状態の支保Ｔの下部連結部を解放した後、支保拡張ジャッキ107を押し上げて仮組支保Ｔの上部を掘削岩盤に押しつけると共に、グリッパシュー102aを張り、仮組支保Ｔの左右を拡張して掘削岩盤に押し付ける。更に、仮組状態の支保Ｔの下部を連結して円形に形成する。この作業が終了すると、各グリッパシュー102b，102c，102dを掘削岩盤に押しつけると共にシュージャッキ３６及びフロントグリッパ２８を縮めて再び掘削を開始する。
【００７２】
本実施形態では、掘進中に行うエレクタ装置５１による支保Ｔの仮組過程は前述の第１実施形態と同様であるが、仮組支保Ｔの拡張搬送に関する作業では、搬送用キャスタＣを取付ける作業を行う。なお、この搬送用キャスタＣは支保拡張作業終了後に取り外せば良い。また、図１９及び図２０に示した変形例では、事前に搬送用キャスタＣと支保拡張ピースＰを取付ける作業を行い、支保拡張作業終了後に取り外す。
【００７３】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、仮組支保Ｔの搬送、拡張機構を簡素化でき、油圧機器等による回転駆動、伸縮駆動する部分が少なくなり、不具合が発生する比率を抑えることができ、確実に搬送・拡張作業を行うことが可能になる。
【００７４】
【発明の効果】
以上、実施形態によって説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、筒状の胴体と、該胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置とを設けたので、掘進機構を有する胴体と掘削反力を受け持つ反力受け手段とを別々に構成することで、胴体の小型化を可能とすることができる一方、グリッパ胴体の位置保持力を充分確保できるように増設することができるため、弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッドを前進させて掘削作業を行うことができ、その結果、機長の短縮を維持しながら推力増大を可能とすることができる。
【００７５】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、筒状の胴体と、該胴体の後部から掘削方向前後に出し入れ可能な弧状をなすシェルと、前記胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で複数のジャッキで拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、前記推進支持部と可動式反力受け手段との間に設けた回転止め手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置と、前記胴体に対して前記可動式反力受け手段を前後移動させる第１シリンダ手段と、前記可動式反力受け手段に対して前記メインビームを前後移動可能にする第２シリンダ手段とを設けたので、胴体に円筒状の伸縮シェルを設けたことで、吹き付け、鋼製支保を覆工に使用する場合にはこのシェルを格納する一方、ラダーリングを使用する場合にはシェルを伸長してシェル内で安全な支保施工を行うことができ、機長を短縮して後方からの切羽改良ボーリング作業を容易に行うことができ、また、掘削する地盤が自立している場合には、伸縮シェルを胴体に収納して掘削することで掘進ごとのシェル伸長動作がなってずり詰まりが解消される一方、崩壊性地盤の掘削の場合には、スラストジャッキの伸長と同時に伸縮シェルを後方に押し出すことで、崩壊を防ぎながら確実に掘削することが可能になる。
【００７６】
また、請求項３の発明の可動式反力受け手段によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における可動式反力受け手段において、前記推進支持部の後方に位置し前記メインビームに前後移動自在に支持されるグリッパ箱と、該グリッパ箱に左右方向に沿って移動自在に支持された左右一対のグリッパと、該グリッパを移動することで壁面に圧接して位置保持可能なグリッパジャッキとを設けたので、掘削工程中に支保仮組み作業を行い、掘削終了と同時にこの仮組支保を前方に搬送することができ、また、仮組支保を所定位置に蓄積しておくこともでき、その結果、掘削作業と並行して支保組立作業が可能になり、トンネルの掘削作業及び支保組付作業の作業時間を大幅に短縮することができる。また、第１及び第２シリンダにより、ローラカッタの交換作業等に必要な作業空間を確保することが可能になる。
【００７７】
また、請求項４の発明のエレクタ装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機におけるエレクタ装置において、前記メインビームにトンネルの長手方向に移動自在に支持された支持フレームと、該支持フレームに複数の旋回ローラによって旋回自在に支持された旋回リングと、該旋回リングを旋回させる旋回手段と、基端部が該旋回リングに揺動自在に連結された複数の把持ジャッキと、該把持ジャッキの先端部に装着されて前記支保を保持可能な支保把持手段と、前記把持ジャッキを揺動させる支持ジャッキとを設けたので、複数の把持ジャッキによって支保の構成部材を順次連結して短時間で容易に支保を仮組みすることができ、作業性の向上を図ることができる。
【００７８】
また、請求項５の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記メインビームに装着された走行レールに沿って走行する搬送台車と、該搬送台車に装着されて前記仮組支保を受け取り可能な円弧状のテーブルと、前記搬送台車に対して該テーブルを昇降させる昇降手段と、前記テーブルに設けられて前記仮組支保を把持解放する把持ハンドとを設けたので、仮組みされた支保を把持ハンドで確実に保持したまま、搬送台車によって短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置では円弧状のテーブルによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００７９】
また、請求項６の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の前部中央に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着された円弧状をなすテーブルとを設けたので、仮組みされた支保を搬送用キャスタによって確実に保持したまま短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置ではテーブルによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００８０】
また、請求項７の発明の仮組支保の搬送拡張装置によれば、前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の左右側部に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着されたプレートとを設けたので、仮組みされた支保を搬送用キャスタによって確実に保持したまま短時間で容易に所定の組付位置に搬送することができ、しもか、組付位置ではプレートによって適切に拡張組付することができ、作業性の向上を図ることができる。
【００８１】
また、請求項８の発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機を胴体推進手段によって連結された胴体及び推進支持部によって構成すると共に、前記胴体の後方に別体に配設されてトンネルの内壁面に圧接して位置保持する複数個のグリッパを左右対称で拡張収縮可能とする可動式反力受け手段によって構成し、前記胴体に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら、まず、前記可動式反力受け手段を拡張して掘削反力を受け止める状態にした後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させて前記カッタヘッドによって前方の地盤を掘削する一方、掘削中にメインビームの後方に装着されたエレクタ装置で支保の仮組立を行い、掘削が終了すると前記可動式反力受け手段を収縮させると共に前記メインビームに装着された水平維持用ジャッキでメインビームを水平に維持し、前記胴体推進手段によって前記推進支持部を引き寄せると共に、収縮させた前記可動式反力受け手段を引き寄せて前記推進支持部に追従させ、前記引き寄せ動作と共に搬送拡張装置で仮組支保を前方に搬送し、支保拡張位置において搬送拡張装置で仮組支保を掘削内壁に拡張して支保を構築し、前記支保構築後に再び前記可動式反力受け手段を拡張させて掘削反力を受け止める状態にすると共に、前記水平維持用ジャッキを収縮させた後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させることによって前記カッタヘッドによる前方の地盤を掘削するようにしたので、グリッパ胴体の位置保持力を充分確保して弱地盤でも掘削地山を痛めることなく、確実にカッタヘッドを前進させて掘削作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面図である。
【図２】本実施形態のトンネルボーリングマシンの概略平面図である。
【図３】トンネルボーリングマシンの正面図である。
【図４】図１のIV−IV断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図１のVI−VI断面図である。
【図７】可動式反力受け手段の概略図である。
【図８】支保仮組立用のエレクタ装置の正面図である。
【図９】エレクタ装置の側面図である。
【図１０】仮組支保の搬送拡張装置の正面図である。
【図１１】搬送拡張装置の側面図である。
【図１２】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図１３】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図１４】本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略図である。
【図１５】本実施形態のエレクタ装置による支保の仮組立手順を表す概略図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係わるトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシンの概略側面図である。
【図１７】可動式反力受け手段の概略図である。
【図１８】支保拡張装置を表す図１６のXVIII−XVIII断面図である。
【図１９】支保拡張装置の変形例を表す要部断面図である。
【図２０】支保拡張装置の変形例の概略図である。
【図２１】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図２２】本実施形態のトンネルボーリングマシンによる掘削手順を表す概略図である。
【図２３】従来のトンネルボーリングマシンの断面概略図である。
【符号の説明】
１０ 胴体
１２ カッタヘッド
１７ カッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段）
１９ プレスリング（推進支持部）
２０ スラストジャッキ
２３ パラレルリンク機構（胴体推進手段）
２８ フロントグリッパ
２９ 伸縮シェル
３０ 伸縮シェルジャッキ
３１ リヤグリッパ（可動式反力受け手段）
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ グリッパシュー
３３ メインビーム
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ グリッパジャッキ
３５ 支持部
３６ シュージャッキ（水平維持用ジャッキ）
３７ グリッパ箱
４０ 回転止め用溝（回転止め手段）
４１ 回転止め用突起（回転止め手段）
４２ グリッパ連結後退ジャッキ（第１シリンダ手段）
４３ ビーム後退ジャッキ（第２シリンダ手段）
５１ エレクタ装置
５３ 支持フレーム
５６ 旋回リング
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆ 把持ジャッキ
５９ａ，５９ｂ，５９ｃ，５９ｄ，５９ｅ，５９ｆ 把持ハンド
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ 支持ジャッキ
７１ 搬送拡張装置
７３ 第１走行レール
７４ 搬送台車
７９ 昇降ジャッキ
８０ テーブル
８１ 把持ハンド
８３ レール部
８４ 第２走行レール
１０１ リヤグリッパ（可動式反力受け手段）
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ グリッパシュー
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ グリッパジャッキ
１０６ レール部
１０７ 支保拡張ジャッキ
１０８ 支保拡張テーブル
１１０ ブリッジ
１２１ 支保拡張ジャッキ
１２２ 支保拡張プレート
Ｔ 支保
Ｃ 搬送用キャスタ
Ｐ 支保拡張ピース
Ｗ クランプワイヤ
Claims (8)
- 筒状の胴体と、該胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
- 筒状の胴体と、該胴体の後部から掘削方向前後に出し入れ可能な弧状をなすシェルと、前記胴体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記胴体の後方に配設された推進支持部と、前記胴体と該推進支持部との間に架設された胴体推進手段と、前記推進支持部の後方に別体に配設されて左右対称で複数のジャッキで拡張収縮可能な複数のグリッパを有してトンネルの内壁面に圧接して位置保持することで掘削反力を受け止める可動式反力受け手段と、前記推進支持部と可動式反力受け手段との間に設けた回転止め手段と、一端部が前記胴体内のメインビーム支持部に揺動自在に支持されると共に他端部が前記推進支持部と前記可動式反力受け手段を貫通して後方に水平維持用ジャッキが装着されたメインビームと、該メインビームの後部に装着された支保仮組立用のエレクタ装置と、仮組支保を前方に搬送し該仮組支保を拡張してトンネルの内壁面に組み付ける搬送拡張装置
と、前記胴体に対して前記可動式反力受け手段を前後移動させる第１シリンダ手段と、前記可動式反力受け手段に対して前記メインビームを前後移動可能にする第２シリンダ手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。 - 前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における可動式反力受け手段において、前記推進支持部の後方に位置し前記メインビームに前後移動自在に支持されるグリッパ箱と、該グリッパ箱に左右方向に沿って移動自在に支持された左右一対のグリッパと、該グリッパを移動することで壁面に圧接して位置保持可能なグリッパジャッキとを具えたことを特徴とする可動式反力受け手段。
- 前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機におけるエレクタ装置において、前記メインビームにトンネルの長手方向に移動自在に支持された支持フレームと、該支持フレームに複数の旋回ローラによって旋回自在に支持された旋回リングと、該旋回リングを旋回させる旋回手段と、基端部が該旋回リングに揺動自在に連結された複数の把持ジャッキと、該把持ジャッキの先端部に装着されて前記支保を保持可能な支保把持手段と、前記把持ジャッキを揺動させる支持ジャッキとを具えたことを特徴とする仮組支保組立用のエレクタ装置。
- 前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記メインビームに装着された走行レールに沿って走行する搬送台車と、該搬送台車に装着されて前記仮組支保を受け取り可能な円弧状のテーブルと、前記搬送台車に対して該テーブルを昇降させる昇降手段と、前記テーブルに設けられて前記仮組支保を把持解放する把持ハンドとを具えたことを特徴とする仮組支保の搬送拡張装置。
- 前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の前部中央に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着された円弧状をなすテーブルとを具えたことを特徴とする仮組支保の搬送拡張装置。
- 前記請求項１または２に記載のトンネル掘削機における搬送拡張装置において、前記可動式反力受け手段に設けられたレール部上に仮組支保を移動自在に支持する取り外し可能な搬送用キャスタと、該搬送用キャスタによって前記仮組支保を移動させる搬送手段と、前記可動式反力受け手段の左右側部に装着されたシリンダ手段と、該シリンダ手段の先端に装着されたプレートとを具えたことを特徴とする仮組支保の搬送拡張装置。
- トンネル掘削機を胴体推進手段によって連結された胴体及び推進支持部によって構成すると共に、前記胴体の後方に別体に配設されてトンネルの内壁面に圧接して位置保持する複数個のグリッパを左右対称で拡張収縮可能とする可動式反力受け手段によって構成し、前記胴体に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら、まず、前記可動式反力受け手段を拡張して掘削反力を受け止める状態にした後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させて前記カッタヘッドによって前方の地盤を掘削する一方、掘削中にメインビームの後方に装着されたエレクタ装置で支保の仮組立を行い、掘削が終了すると前記可動式反力受け手段を収縮させると共に前記メインビームに装着された水平維持用ジャッキでメインビームを水平に維持し、前記胴体推進手段によって前記推進支持部を引き寄せると共に、収縮させた前記可動式反力受け手段を引き寄せて前記推進支持部に追従させ、前記引き寄せ動作と共に搬送拡張装置で仮組支保を前方に搬送し、支保拡張位置において搬送拡張装置で仮組支保を掘削内壁に拡張して支保を構築し、前記支保構築後に再び前記可動式反力受け手段を拡張させて掘削反力を受け止める状態にすると共に、前記水平維持用ジャッキを収縮させた後、前記胴体推進手段を駆動して前記胴体を前進させることによって前記カッタヘッドによる前方の地盤を掘削することを特徴とするトンネル施工方法。
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