JP3689227B2 - トンネル掘削機における排土手段の交換方法およびトンネル掘削機 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自立した健岩、硬岩層に自立性の低い弱層部が混在するような地層を掘削する場合のトンネル掘削機における掘削土を合理的に排出して、掘進効率を高めることができるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびその方法の実施に使用されるトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機によるトンネルの掘削に伴う排土については、地山が自立性の高い健岩部（硬岩層）主体の場合では、その排土方式としてベルトコンベアが用いられており、地山が自立性の低い弱層部主体の場合では、その排土方式としてスクリューコンベアが用いられている。そして、これらの排土方式は掘削作業が終了するまで一定の排土手段が採用され、掘削の途中で変更されることはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近時、地山が自立性の高い地層の一部に崩落性地層が混在するような地層でも岩盤用トンネル掘削機を用いて掘削する試みが多くなり、このようなトンネル掘削工事を能率よく施工できるようにすることが要求されるようになった。
【０００４】
しかしながら、前述のようなトンネル掘削機にあっては、その掘削推進に伴う掘削土（ずり）の排出に際して、前述のように排土方式としてのベルトコンベア式とスクリューコンベア式とで、次のような問題点がある。
▲１▼排土方式がベルトコンベア式の場合は、掘削途中で切羽不自立部（崩落性の高い地層）に至った場合、切羽部からカッタヘッド内に土砂が流入して、ずりの取り込み制限をすることができず、山留めが不可能になる。言い換えると掘進速度が著しく低下するという事態となる。
▲２▼排土方式がスクリューコンベア式の場合は、掘削途中で切羽部分が自立性の高い地層となって地山の状態がよくなった場合、スクリューコンベアによるずりの取り込み状態を整えるのにカッタヘッドの面板のスリットを小さくする必要があり、排土効率が悪くなる。また、ずりが岩ずりとなるため、スクリューおよびケーシングの摩耗が激しくなって、そのスクリューおよびケーシングの寿命が短くなる。
【０００５】
本発明では、このような問題点を解決して、掘削途中で地山の状態の変化に対応してずり排土方式をベルトコンベア式とスクリューコンベア式に選択換装して効率よくずりの排出が行えるようにされるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびその方法の実施に使用されるトンネル掘削機を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
このような目的を達成するために、第１発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法は、
トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのベルトコンベア装置をスクリューコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）ベルトコンベア装置をカッタヘッドとの隔壁の開口部より所要距離後退させ、ベルトコンベア装置の前部を待機位置まで下げ、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置の上に載置し、
ｃ）スクリューコンベア装置を、ベルトコンベア装置に沿って移動させ、カッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐように装着する
ことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、トンネル掘削機に組み込まれてカッタヘッド内に取り込まれる掘削土（ずり）を後方の坑内に排出するための排土手段であるベルトコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より所要距離後退させた後、その前部を待機位置まで下げ、代わりに待機状態にあったスクリューコンベア装置をベルトコンベア装置の上に載置してそのベルトコンベア装置に沿って移動させ、カッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐように装着する。こうして、カッタヘッド内に取り込まれるずりを前記スクリューコンベア装置の回転条件を制御することで排土量を調整すれば、自立性の低い弱層部での山留め効果を得ることができ、過剰な排土を行わないで掘削状態を確保して掘進させ、作業性を高めることができるのである。
【０００８】
本発明においては、前記スクリューコンベア装置をカッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐようにして装着するに際して、先に隔壁にそのスクリューコンベア装置を支持するとともに開口部を塞ぐ支持部材を取り付けて、その後にその支持部材に支持させるようにしてスクリューコンベア装置を取り付けるようにするのがよい。こうすると、狭いトンネル掘削機の内部においてスクリューコンベア装置の取り付け作業が無理なく行え、かつ取り付け姿勢も予定通りに施工できる利便さが得られる。また、前記スクリューコンベア装置に予め支持部材を取り付けておいて、この支持部材もろともカッタヘッドとの隔壁の開口部に取り付けるようにしてもよい。こうすれば、先に支持部材とスクリューコンベア装置との装着条件を設定して一挙に取り付け作業ができるので作業工数を少なくすることになる利点がある。
【０００９】
また、前記スクリューコンベア装置の機内への搬入は、予め準備された扛重装置により既設のベルトコンベア装置を迂回させて吊り上げ、そのベルトコンベア装置の上部に沿わせて所定の位置まで、当該ベルトコンベア装置上を移動させるようにするのがよい。こうすると、狭隘部での作業を安全にかつ合理的に行うことができる効果がある。
【００１０】
次に、第２発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法は、
トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）スクリューコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より取り外し、待機位置に待機しているベルトコンベア装置の上に載置し、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に沿って後方に移動させ、
ｃ）ベルトコンベア装置を、待機位置から持ち上げて所要距離前進させ、先端部をカッタヘッドとの隔壁の開口部に挿入する
ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、スクリューコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より取り外し、待機位置に待機しているベルトコンベア装置の上に載置した後、ベルトコンベア装置に沿って後方に移動させ、次いで、ベルトコンベア装置を、待機位置から持ち上げて所要距離前進させ、先端部をカッタヘッドとの隔壁の開口部に挿入するようにされる。このように、スクリューコンベア装置の撤去に際して、ベルトコンベア装置の上部に沿わせて移動されるので、支持構造部を利用して移動させながら撤去でき、安全性が確保できる利点がある。こうして、地山が自立性の高い地層であれば、カッタヘッド内に取り込む掘削土（ずり）をベルトコンベア装置によって迅速に後方へ搬出して掘削作業を効率よく実施できることになる。そして、交換のために取り外したスクリューコンベア装置は、掘削機の後方で交換容易な場所に保管しておれば、次に地山の状態が悪くなった時点でも前述の交換要領の逆の操作で取り替えて掘削作業に支障なく掘削推進できる効果を奏するのである。
【００１２】
本発明において、前記スクリューコンベア装置の支持部材は、そのスクリューコンベア装置と一体にして、同時にカッタヘッドの隔壁から取り外すようにするのがよい。こうすると、取り外し作業が一挙にできるので、作業時間を短縮することができる。また、前記スクリューコンベア装置の撤去作業に際して、その支持部材からスクリューコンベア装置を取り外して撤去し、その後に支持部材を取り外して撤去するようにしてもよい。こうすると、手数は増えるが撤去物の重量を軽減できるので、狭隘部での作業性がよい。
【００１３】
前記各発明によれば、地山の地層の変化に対応させて、健岩部では排土手段としてベルトコンベア装置によりカッタヘッド内に取り込まれるずりを掘削機後方へ排出することで迅速に排土して掘進速度を高め掘削することができる。そして、地山が自立性の低い弱層部に遭遇すれば、排土手段としてベルトコンベア装置に換えてスクリューコンベア装置を装着し、カッタヘッド内に取り込まれる掘削土（ずり）の排出を状況に応じて制御して、ずりの取り込み制限によって掘削機の推進力を確保しながら掘進させ、掘削速度を低下させることなく掘削することができ、地山の状態に適した掘削が可能となる効果を奏するのである。したがって、健岩部に一部破砕帯など自立性の低い弱層部の存在する地層に岩盤用のトンネル掘削機でトンネルを掘削する場合、その掘削作業を効率よく実施できて工費の低減に貢献できるのである。
【００１４】
さらに、第３発明によるトンネル掘削機は、
カッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置とベルトコンベア装置とを交換可能なトンネル掘削機であって、
ベルトコンベア装置が、カッタヘッドとの隔壁の開口部から取り外し自在、かつ、後方に所要距離移動自在とされるとともに、スクリューコンベア装置に、ベルトコンベア装置の上部に沿って移動可能なように搬送台車が設けられる
ことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明においては、ベルトコンベア装置を後退、前進させるための移動手段を備えるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびトンネル掘削機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に本発明の排土方法が実施されるトンネル掘削に用いられるトンネル掘削機の一実施例縦断面図が示されている。この図に示されるのは岩盤用のトンネル掘削機１であって、基本的な構造については周知のものであり、カッタヘッド２内に取り込まれる掘削土（以下、ずりという）は、このカッタヘッド２内に先端部を突き出すようにして配置されるベルトコンベア装置１０（以下、単にベルトコンベアという）によってマシン後方に排出されるようになっている。そして、このベルトコンベア１０はトンネル掘削機１と連結される第一後続台車７上に設置されるリトラクトジャッキ６によって先端部が少なくともカッタヘッド２内からカッタヘッドサポート３の隔壁４の外まで後退できるようにされている。
【００１８】
図２にはベルトコンベア１０とスクリューコンベア装置２０とを換装するのに用いられる扛重装置１５の一実施例側面図が、図３に図２のＡ−Ａ視図に作動態様を併記された図がそれぞれ示されている。これらの図によって示される扛重装置１５は、トンネル掘削機１のテール部５より後方位置で、門形構造の支持構造体がベルトコンベア１０のガーダ１２，１２に支持されて設けられ、この扛重装置１５によって別途スクリューコンベア装置２０がトンネル掘削機１内に搬入・搬出できるようになされている。
【００１９】
前記扛重装置１５は、図２および図３で示されるように、ベルトコンベア１０の中間部適宜位置で、ベルトコンベア１０を支持する両側に配置されたガーダ１２，１２の上面に直立する４本の支柱１６によってトンネル軸心線に平行する２本のビーム１７が支持され、これらビーム１７の下面にて所要の間隔で直交する方向に取り付けられる２本のホイストレール１７’が一方の側部に突き出して設けられ、これらホイストレール１７’には、それぞれ横行装置付きのホイスト１８が吊設されている。なお、この扛重装置１５は掘削されたトンネル内でトンネル掘削機１とともに進行するのに支障を来さない外形に構成される。
【００２０】
前記スクリューコンベア装置２０は、コンベアスクリュー２１部分が比較的短い寸法に構成されて、基幹部２２の下部に取り付く支持座２３が前記ベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上を走行できる搬送台車２４に取り付けられ、その支持座２３の内側に排出口２５が設けられた構造になされている（図１および図７参照）。なお、スクリュー軸の駆動機２６は直結されていて、トンネル掘削機１に供給される動力源から動力を受けて駆動できるようにされる。
【００２１】
次に、前記構造のトンネル掘削機１において実施される排土方法を具体的に説明する。通常の健岩部（自立性の高い地山）を掘削して推進している状態では、図１にて示されるように、カッタヘッド２内に取り込まれるずりは、ホッパー８を介してそのカッタヘッド２内に先端部１１を突き出すように配設されるベルトコンベア１０により後方に排出される。
【００２２】
ところが、地山の状態が自立性の低い弱層部に達した場合、そのまま健岩部と同様の排土方法を続けると、切羽部が崩落してずりがカッタヘッド２内に積極的に流入して排出されることになり、いわゆる山留め効果が得られなくなって、結果的に掘進できなくなる。そこで、例えば先進ボーリングなどによって掘進地層の状態が弱層部に達するか、あるいはその予兆が認められたならば、トンネル掘削機１の運転を一旦停止するとともに、排土手段としてオープン排出方式であるベルトコンベア１０の運転を停止して山留め効果が得られるスクリューコンベア装置２０と切り換える。
【００２３】
この排土手段の交換方法は、以下、前記図２および図３と図４〜図９により示されるベルトコンベア装置とスクリューコンベア装置との交換要領の実施例を示す図に従って説明する。なお、図５は図４におけるＢ−Ｂ視断面図である。
【００２４】
まず、図４で示されるように、ベルトコンベア１０の先端部１１をカッタヘッドサポート３部において、その上部に取り付けた小型の吊り上げ機３１（例えばチェンブロック、またはレバー付きチェンブロック）などによって吊り、その後にリトラクトジャッキ６（図１参照）によって、そのベルトコンベア１０を所要距離後退させる。
【００２５】
その時点でベルトコンベア１０は、図６で示されるように、先端部１１がカッタヘッド２と後部とを仕切る隔壁４より後ろ側に移動しているので、吊り下げている小型の吊り上げ機３１を操作して矢印ｂで示すように、予め設定されているベルトコンベア１０の待機位置まで下げる。なお、ベルトコンベア１０は、中間部において上下に回動可能なように関節部１３を設けておくことにより、吊り上げ・吊り下ろしによる支障は生じない。
【００２６】
このようにして、ベルトコンベア１０をカッタヘッド２内から引き出す操作を行うのに並行してトンネル掘削機１の後方に準備されているスクリューコンベア装置２０を換装する作業を行う。そのためには、まず、図７で示されるように、そのスクリューコンベア装置２０をカッタヘッドサポート３内の隔壁４に所定の姿勢で取り付けるための支持部材２８を、前記隔壁４に設けられる排土手段装着用の開口部４ａに、その開口部４ａを塞ぐようにしてボルトなどの締結具により取り外し可能に取り付ける。前記支持部材２８は、前記開口部４ａを丁度塞ぐ大きさの取付板２８’に軸心線が所定の角度で交差するようにして、コンベアスクリュー２１の外筒２１ａが先端部をカッタヘッド２内に突き出すように嵌挿支持される筒体２８”が固着されている。
【００２７】
次いで、図２および図３で示されるように、搬入台車４０（図１参照）によって搬入されているスクリューコンベア装置２０を、ベルトコンベア１０の中間部位置の上部に設けられている扛重装置１５のホイスト１８により吊り上げてそのベルトコンベア１０の上側に移動させる。このスクリューコンベア装置２０の吊り上げには、先ず搬入台車４０上のスクリューコンベア装置２０に玉掛けして前記ホイスト１８によりベルトコンベア１０の下側から一旦横（坑内の半径方向）にずらせる（図３におけるａの状態）。その後にベルトコンベア１０のガーダ１２，１２と接触しないようにして吊り上げる（図３におけるｂの状態）。そして、ホイスト１８を中央寄りに横行させて、スクリューコンベア装置２０の軸中心線がベルトコンベア１０の中心線の上方に位置する箇所まで移動させる（図３におけるｃの状態）。
【００２８】
その後に、図７にて示されるように、前記スクリューコンベア装置２０をその搬送台車２４とともにベルトコンベア装置１０のガーダ上に載置する。この状態で前記搬送台車２４のローラがガ−ダ１２，１２上で受け止められて、そのガ−ダ１２，１２上面を転動できる状態になる。なお、ベルトコンベア１０を支持しているガーダ１２，１２は前下がり勾配にされているので、滑走する危険が生じるから、ガーダ１２，１２上に載置した時点で、例えば前上部と後部とをそれぞれレバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３３によって自走しないように仮支持させる。前記レバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３３は掘削機の内部適所や構築済の支保材（図示せず）に吊り懸けて支持させるのがよい。
【００２９】
このようにして準備されたスクリューコンベア装置２０は、図８で示されるようにして、掘削機１内の上部適所に複数個所で仮支持させたレバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３４，３５（図９参照）により順次支持状態を替えてベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上に沿って移動させ、先に取り付けてある隔壁４部の支持部材２８における支持筒２８"内にスクリューコンベア胴部２１ａを挿入し、その先端部をカッタヘッド２内に突き出させて装着させるのである。かくして、図９にて示されるように、スクリューコンベア装置２０がベルトコンベア１０に代わって排土手段としてトンネル掘削機１に組み込まれる。
【００３０】
このようにして、スクリューコンベア装置２０が組み込まれると、このスクリューコンベア装置２０の運転と同時にベルトコンベア１０も駆動して、スクリューコンベア装置２０によってカッタヘッド２内から取り出されるずりがその排出口からベルトコンベア１０上に排出され、以後そのベルトコンベア１０によって後方に搬出される。やがて、トンネル掘削機１が掘進して切羽が弱層部に到達しても、カッタヘッド２内に取り込まれるずりは、スクリューコンベア装置２０におけるコンベアスクリュー２１の回転速度を制御して排出量を調整することにより過度の排土が行われないので、デスクカッタによる掘削が正常に行われ、掘進速度を低下させることなく掘削できるのである。
【００３１】
前述のようにして地山が自立性の低い弱層部を掘削して、再び健岩部に到達すれば、スクリューコンベア装置２０による排土手段では、ずりの排出速度が低下し、掘進作業も低下することになる。したがって、排土手段の交換が要求される。そこで、こんどはスクリューコンベア装置２０を取り外し、ベルトコンベア１０を使用可能にすることになる。
【００３２】
このスクリューコンベア装置２０からベルトコンベア１０への交換手順としては、概ね前述の操作と逆の順序で取り替えることにすればよい。すなわち、掘削機の運転を停止して、図９で示される状態で隔壁４部に取り付けられる支持部材２８の支持筒２８”内からスクリューコンベア装置２０を吊り下げ機３４，３５によって引出す。次いで、図８で示されるように、掘削機のテール部５に先の組み込み時に急速な滑降を防止する制御の役目を果たすように設けた吊り下げ機３２を復活させ、この吊り下げ機３２によって引き出されるスクリューコンベア装置２０をベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上に沿って引き上げる。
【００３３】
さらに、図７で示されるように、掘削坑内の支保材などに吊り下げ機３３を仮設して、この後部の吊り下げ機３３によりスクリューコンベア装置２０を前記扛重装置１５による吊り下げ位置まで移動させる。その後は、前記図２および図３で示したように、扛重装置１５のホイスト１８によりスクリューコンベア装置２０を前述のベルトコンベア１０上への吊り上げ操作と全く逆の手順で吊り下ろし、後続台車７の前側に待機させてある搬入台車４０上に移して次回の使用時まで保管させる。また、隔壁４部に取り付けられていたスクリューコンベア装置２０の支持部材２８を撤去する。
【００３４】
こうしてスクリューコンベア装置２０を撤去したならば、図６で示されるように、こんどはカッタヘッドサポート３内に準備した吊り下げ機３１によってベルトコンベア１０の先端部１１を待機位置から吊り上げ、その後にこのベルトコンベア１０の後方に連結されるリトラクトジャッキ６によって所要ストローク前進させ、その先端部１１を隔壁４の開口部４ａからカッタヘッド２内に突き出させ、図４にて示されるようにセットする。こうすれば、ベルトコンベア１０によるずりの搬出が可能になり、健岩部での掘進が効率よく実施できることになる。
【００３５】
以上の説明では、スクリューコンベア装置２０をカッタヘッド２とカッタヘッドサポート３との間の隔壁４に設けられた開口部４ａに装着するのに、隔壁４の開口部４ａを塞ぐとともに、スクリューコンベア胴部２１ａを支持する支持筒２８”を備える支持部材２８を別個にして組み立てる手順の場合について説明したが、他の実施例としてその支持部材を予めスクリューコンベア胴部に取り付けたものにして、支持部材とともに装着位置まで搬送して一挙に取り付けるようにすることもできる。この場合は、ベルトコンベア１０上を滑らせて移動するに際し、支持部材の下部をベルトコンベア１０のガーダ１２，１２と接触しないように部分的に折り畳み構造にするなどの配慮がなされる。このスクリューコンベア装置２０が支持部材を一体化する構成としてあれば、狭い空間部での交換作業に際して重量物の取扱が一度で済むことになる利点がある。
【００３６】
また、前述のベルトコンベア１０からスクリューコンベア装置２０に交換する場合において、地山が軟弱でずりの取り込みが過剰になりやすい状況が予測される場合は、カッタヘッド２内に設けられたホッパ８（予め分割構造にしておく）を撤去して、その後にスクリューコンベア装置２０を組み込むようにすることでずりをカッタヘッド２内に溜め込んで山留め効果を高めるようにすればよい。
【００３７】
上述の実施例では、スクリューコンベア装置２０についてスクリュー部分が短い構造のもので説明されているが、必要に応じてスクリュー部分を接続して長い距離スクリューによりずりを後方に排出できるものを採用することもできる。また、スクリューコンベア装置２０を掘削機内に搬入・搬出するにあたり、門形構造にされた扛重装置１５を用いているが、これに限定されるのではなく、例えばエレクタのようにベルトコンベア１０に接触しないでその周囲でトンネル内壁部に接触しないようにして旋回する吊り下げ支持体により搬入台車４０上からベルトコンベア１０上に運び上げ、あるいは運び下ろすような装置を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排土方法が実施されるトンネル掘削に用いられるトンネル掘削機の一実施例縦断面図である。
【図２】図２は、スクリューコンベア装置をベルトコンベアと換装するのに用いられる扛重装置の一実施例側面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ視図で、作動態様を併記された図である。
【図４】図４は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ視断面図である。
【図６】図６は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図７】図７は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図８】図８は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図９】図９は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ カッタヘッド
３ カッタヘッドサポート
４ 隔壁
４ａ 隔壁の開口部
５ テール部
６ リトラクトジャッキ
７ 後続台車
１０ ベルトコンベア
１１ ベルトコンベアの先端部
１２ ガーダ
１５ 扛重装置
１８ ホイスト
２０ スクリューコンベア装置
２１ コンベアスクリュー
２４ 搬送台車
２８ スクリューコンベア装置の支持部材
２８” 支持筒
３１，３２，３３，３４ 吊り下げ機
【発明の属する技術分野】
本発明は、自立した健岩、硬岩層に自立性の低い弱層部が混在するような地層を掘削する場合のトンネル掘削機における掘削土を合理的に排出して、掘進効率を高めることができるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびその方法の実施に使用されるトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機によるトンネルの掘削に伴う排土については、地山が自立性の高い健岩部（硬岩層）主体の場合では、その排土方式としてベルトコンベアが用いられており、地山が自立性の低い弱層部主体の場合では、その排土方式としてスクリューコンベアが用いられている。そして、これらの排土方式は掘削作業が終了するまで一定の排土手段が採用され、掘削の途中で変更されることはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近時、地山が自立性の高い地層の一部に崩落性地層が混在するような地層でも岩盤用トンネル掘削機を用いて掘削する試みが多くなり、このようなトンネル掘削工事を能率よく施工できるようにすることが要求されるようになった。
【０００４】
しかしながら、前述のようなトンネル掘削機にあっては、その掘削推進に伴う掘削土（ずり）の排出に際して、前述のように排土方式としてのベルトコンベア式とスクリューコンベア式とで、次のような問題点がある。
▲１▼排土方式がベルトコンベア式の場合は、掘削途中で切羽不自立部（崩落性の高い地層）に至った場合、切羽部からカッタヘッド内に土砂が流入して、ずりの取り込み制限をすることができず、山留めが不可能になる。言い換えると掘進速度が著しく低下するという事態となる。
▲２▼排土方式がスクリューコンベア式の場合は、掘削途中で切羽部分が自立性の高い地層となって地山の状態がよくなった場合、スクリューコンベアによるずりの取り込み状態を整えるのにカッタヘッドの面板のスリットを小さくする必要があり、排土効率が悪くなる。また、ずりが岩ずりとなるため、スクリューおよびケーシングの摩耗が激しくなって、そのスクリューおよびケーシングの寿命が短くなる。
【０００５】
本発明では、このような問題点を解決して、掘削途中で地山の状態の変化に対応してずり排土方式をベルトコンベア式とスクリューコンベア式に選択換装して効率よくずりの排出が行えるようにされるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびその方法の実施に使用されるトンネル掘削機を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
このような目的を達成するために、第１発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法は、
トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのベルトコンベア装置をスクリューコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）ベルトコンベア装置をカッタヘッドとの隔壁の開口部より所要距離後退させ、ベルトコンベア装置の前部を待機位置まで下げ、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置の上に載置し、
ｃ）スクリューコンベア装置を、ベルトコンベア装置に沿って移動させ、カッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐように装着する
ことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、トンネル掘削機に組み込まれてカッタヘッド内に取り込まれる掘削土（ずり）を後方の坑内に排出するための排土手段であるベルトコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より所要距離後退させた後、その前部を待機位置まで下げ、代わりに待機状態にあったスクリューコンベア装置をベルトコンベア装置の上に載置してそのベルトコンベア装置に沿って移動させ、カッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐように装着する。こうして、カッタヘッド内に取り込まれるずりを前記スクリューコンベア装置の回転条件を制御することで排土量を調整すれば、自立性の低い弱層部での山留め効果を得ることができ、過剰な排土を行わないで掘削状態を確保して掘進させ、作業性を高めることができるのである。
【０００８】
本発明においては、前記スクリューコンベア装置をカッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐようにして装着するに際して、先に隔壁にそのスクリューコンベア装置を支持するとともに開口部を塞ぐ支持部材を取り付けて、その後にその支持部材に支持させるようにしてスクリューコンベア装置を取り付けるようにするのがよい。こうすると、狭いトンネル掘削機の内部においてスクリューコンベア装置の取り付け作業が無理なく行え、かつ取り付け姿勢も予定通りに施工できる利便さが得られる。また、前記スクリューコンベア装置に予め支持部材を取り付けておいて、この支持部材もろともカッタヘッドとの隔壁の開口部に取り付けるようにしてもよい。こうすれば、先に支持部材とスクリューコンベア装置との装着条件を設定して一挙に取り付け作業ができるので作業工数を少なくすることになる利点がある。
【０００９】
また、前記スクリューコンベア装置の機内への搬入は、予め準備された扛重装置により既設のベルトコンベア装置を迂回させて吊り上げ、そのベルトコンベア装置の上部に沿わせて所定の位置まで、当該ベルトコンベア装置上を移動させるようにするのがよい。こうすると、狭隘部での作業を安全にかつ合理的に行うことができる効果がある。
【００１０】
次に、第２発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法は、
トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）スクリューコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より取り外し、待機位置に待機しているベルトコンベア装置の上に載置し、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に沿って後方に移動させ、
ｃ）ベルトコンベア装置を、待機位置から持ち上げて所要距離前進させ、先端部をカッタヘッドとの隔壁の開口部に挿入する
ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、スクリューコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より取り外し、待機位置に待機しているベルトコンベア装置の上に載置した後、ベルトコンベア装置に沿って後方に移動させ、次いで、ベルトコンベア装置を、待機位置から持ち上げて所要距離前進させ、先端部をカッタヘッドとの隔壁の開口部に挿入するようにされる。このように、スクリューコンベア装置の撤去に際して、ベルトコンベア装置の上部に沿わせて移動されるので、支持構造部を利用して移動させながら撤去でき、安全性が確保できる利点がある。こうして、地山が自立性の高い地層であれば、カッタヘッド内に取り込む掘削土（ずり）をベルトコンベア装置によって迅速に後方へ搬出して掘削作業を効率よく実施できることになる。そして、交換のために取り外したスクリューコンベア装置は、掘削機の後方で交換容易な場所に保管しておれば、次に地山の状態が悪くなった時点でも前述の交換要領の逆の操作で取り替えて掘削作業に支障なく掘削推進できる効果を奏するのである。
【００１２】
本発明において、前記スクリューコンベア装置の支持部材は、そのスクリューコンベア装置と一体にして、同時にカッタヘッドの隔壁から取り外すようにするのがよい。こうすると、取り外し作業が一挙にできるので、作業時間を短縮することができる。また、前記スクリューコンベア装置の撤去作業に際して、その支持部材からスクリューコンベア装置を取り外して撤去し、その後に支持部材を取り外して撤去するようにしてもよい。こうすると、手数は増えるが撤去物の重量を軽減できるので、狭隘部での作業性がよい。
【００１３】
前記各発明によれば、地山の地層の変化に対応させて、健岩部では排土手段としてベルトコンベア装置によりカッタヘッド内に取り込まれるずりを掘削機後方へ排出することで迅速に排土して掘進速度を高め掘削することができる。そして、地山が自立性の低い弱層部に遭遇すれば、排土手段としてベルトコンベア装置に換えてスクリューコンベア装置を装着し、カッタヘッド内に取り込まれる掘削土（ずり）の排出を状況に応じて制御して、ずりの取り込み制限によって掘削機の推進力を確保しながら掘進させ、掘削速度を低下させることなく掘削することができ、地山の状態に適した掘削が可能となる効果を奏するのである。したがって、健岩部に一部破砕帯など自立性の低い弱層部の存在する地層に岩盤用のトンネル掘削機でトンネルを掘削する場合、その掘削作業を効率よく実施できて工費の低減に貢献できるのである。
【００１４】
さらに、第３発明によるトンネル掘削機は、
カッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置とベルトコンベア装置とを交換可能なトンネル掘削機であって、
ベルトコンベア装置が、カッタヘッドとの隔壁の開口部から取り外し自在、かつ、後方に所要距離移動自在とされるとともに、スクリューコンベア装置に、ベルトコンベア装置の上部に沿って移動可能なように搬送台車が設けられる
ことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明においては、ベルトコンベア装置を後退、前進させるための移動手段を備えるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機における排土手段の交換方法およびトンネル掘削機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に本発明の排土方法が実施されるトンネル掘削に用いられるトンネル掘削機の一実施例縦断面図が示されている。この図に示されるのは岩盤用のトンネル掘削機１であって、基本的な構造については周知のものであり、カッタヘッド２内に取り込まれる掘削土（以下、ずりという）は、このカッタヘッド２内に先端部を突き出すようにして配置されるベルトコンベア装置１０（以下、単にベルトコンベアという）によってマシン後方に排出されるようになっている。そして、このベルトコンベア１０はトンネル掘削機１と連結される第一後続台車７上に設置されるリトラクトジャッキ６によって先端部が少なくともカッタヘッド２内からカッタヘッドサポート３の隔壁４の外まで後退できるようにされている。
【００１８】
図２にはベルトコンベア１０とスクリューコンベア装置２０とを換装するのに用いられる扛重装置１５の一実施例側面図が、図３に図２のＡ−Ａ視図に作動態様を併記された図がそれぞれ示されている。これらの図によって示される扛重装置１５は、トンネル掘削機１のテール部５より後方位置で、門形構造の支持構造体がベルトコンベア１０のガーダ１２，１２に支持されて設けられ、この扛重装置１５によって別途スクリューコンベア装置２０がトンネル掘削機１内に搬入・搬出できるようになされている。
【００１９】
前記扛重装置１５は、図２および図３で示されるように、ベルトコンベア１０の中間部適宜位置で、ベルトコンベア１０を支持する両側に配置されたガーダ１２，１２の上面に直立する４本の支柱１６によってトンネル軸心線に平行する２本のビーム１７が支持され、これらビーム１７の下面にて所要の間隔で直交する方向に取り付けられる２本のホイストレール１７’が一方の側部に突き出して設けられ、これらホイストレール１７’には、それぞれ横行装置付きのホイスト１８が吊設されている。なお、この扛重装置１５は掘削されたトンネル内でトンネル掘削機１とともに進行するのに支障を来さない外形に構成される。
【００２０】
前記スクリューコンベア装置２０は、コンベアスクリュー２１部分が比較的短い寸法に構成されて、基幹部２２の下部に取り付く支持座２３が前記ベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上を走行できる搬送台車２４に取り付けられ、その支持座２３の内側に排出口２５が設けられた構造になされている（図１および図７参照）。なお、スクリュー軸の駆動機２６は直結されていて、トンネル掘削機１に供給される動力源から動力を受けて駆動できるようにされる。
【００２１】
次に、前記構造のトンネル掘削機１において実施される排土方法を具体的に説明する。通常の健岩部（自立性の高い地山）を掘削して推進している状態では、図１にて示されるように、カッタヘッド２内に取り込まれるずりは、ホッパー８を介してそのカッタヘッド２内に先端部１１を突き出すように配設されるベルトコンベア１０により後方に排出される。
【００２２】
ところが、地山の状態が自立性の低い弱層部に達した場合、そのまま健岩部と同様の排土方法を続けると、切羽部が崩落してずりがカッタヘッド２内に積極的に流入して排出されることになり、いわゆる山留め効果が得られなくなって、結果的に掘進できなくなる。そこで、例えば先進ボーリングなどによって掘進地層の状態が弱層部に達するか、あるいはその予兆が認められたならば、トンネル掘削機１の運転を一旦停止するとともに、排土手段としてオープン排出方式であるベルトコンベア１０の運転を停止して山留め効果が得られるスクリューコンベア装置２０と切り換える。
【００２３】
この排土手段の交換方法は、以下、前記図２および図３と図４〜図９により示されるベルトコンベア装置とスクリューコンベア装置との交換要領の実施例を示す図に従って説明する。なお、図５は図４におけるＢ−Ｂ視断面図である。
【００２４】
まず、図４で示されるように、ベルトコンベア１０の先端部１１をカッタヘッドサポート３部において、その上部に取り付けた小型の吊り上げ機３１（例えばチェンブロック、またはレバー付きチェンブロック）などによって吊り、その後にリトラクトジャッキ６（図１参照）によって、そのベルトコンベア１０を所要距離後退させる。
【００２５】
その時点でベルトコンベア１０は、図６で示されるように、先端部１１がカッタヘッド２と後部とを仕切る隔壁４より後ろ側に移動しているので、吊り下げている小型の吊り上げ機３１を操作して矢印ｂで示すように、予め設定されているベルトコンベア１０の待機位置まで下げる。なお、ベルトコンベア１０は、中間部において上下に回動可能なように関節部１３を設けておくことにより、吊り上げ・吊り下ろしによる支障は生じない。
【００２６】
このようにして、ベルトコンベア１０をカッタヘッド２内から引き出す操作を行うのに並行してトンネル掘削機１の後方に準備されているスクリューコンベア装置２０を換装する作業を行う。そのためには、まず、図７で示されるように、そのスクリューコンベア装置２０をカッタヘッドサポート３内の隔壁４に所定の姿勢で取り付けるための支持部材２８を、前記隔壁４に設けられる排土手段装着用の開口部４ａに、その開口部４ａを塞ぐようにしてボルトなどの締結具により取り外し可能に取り付ける。前記支持部材２８は、前記開口部４ａを丁度塞ぐ大きさの取付板２８’に軸心線が所定の角度で交差するようにして、コンベアスクリュー２１の外筒２１ａが先端部をカッタヘッド２内に突き出すように嵌挿支持される筒体２８”が固着されている。
【００２７】
次いで、図２および図３で示されるように、搬入台車４０（図１参照）によって搬入されているスクリューコンベア装置２０を、ベルトコンベア１０の中間部位置の上部に設けられている扛重装置１５のホイスト１８により吊り上げてそのベルトコンベア１０の上側に移動させる。このスクリューコンベア装置２０の吊り上げには、先ず搬入台車４０上のスクリューコンベア装置２０に玉掛けして前記ホイスト１８によりベルトコンベア１０の下側から一旦横（坑内の半径方向）にずらせる（図３におけるａの状態）。その後にベルトコンベア１０のガーダ１２，１２と接触しないようにして吊り上げる（図３におけるｂの状態）。そして、ホイスト１８を中央寄りに横行させて、スクリューコンベア装置２０の軸中心線がベルトコンベア１０の中心線の上方に位置する箇所まで移動させる（図３におけるｃの状態）。
【００２８】
その後に、図７にて示されるように、前記スクリューコンベア装置２０をその搬送台車２４とともにベルトコンベア装置１０のガーダ上に載置する。この状態で前記搬送台車２４のローラがガ−ダ１２，１２上で受け止められて、そのガ−ダ１２，１２上面を転動できる状態になる。なお、ベルトコンベア１０を支持しているガーダ１２，１２は前下がり勾配にされているので、滑走する危険が生じるから、ガーダ１２，１２上に載置した時点で、例えば前上部と後部とをそれぞれレバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３３によって自走しないように仮支持させる。前記レバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３３は掘削機の内部適所や構築済の支保材（図示せず）に吊り懸けて支持させるのがよい。
【００２９】
このようにして準備されたスクリューコンベア装置２０は、図８で示されるようにして、掘削機１内の上部適所に複数個所で仮支持させたレバー付きチェンブロックなどの吊り上げ機３２，３４，３５（図９参照）により順次支持状態を替えてベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上に沿って移動させ、先に取り付けてある隔壁４部の支持部材２８における支持筒２８"内にスクリューコンベア胴部２１ａを挿入し、その先端部をカッタヘッド２内に突き出させて装着させるのである。かくして、図９にて示されるように、スクリューコンベア装置２０がベルトコンベア１０に代わって排土手段としてトンネル掘削機１に組み込まれる。
【００３０】
このようにして、スクリューコンベア装置２０が組み込まれると、このスクリューコンベア装置２０の運転と同時にベルトコンベア１０も駆動して、スクリューコンベア装置２０によってカッタヘッド２内から取り出されるずりがその排出口からベルトコンベア１０上に排出され、以後そのベルトコンベア１０によって後方に搬出される。やがて、トンネル掘削機１が掘進して切羽が弱層部に到達しても、カッタヘッド２内に取り込まれるずりは、スクリューコンベア装置２０におけるコンベアスクリュー２１の回転速度を制御して排出量を調整することにより過度の排土が行われないので、デスクカッタによる掘削が正常に行われ、掘進速度を低下させることなく掘削できるのである。
【００３１】
前述のようにして地山が自立性の低い弱層部を掘削して、再び健岩部に到達すれば、スクリューコンベア装置２０による排土手段では、ずりの排出速度が低下し、掘進作業も低下することになる。したがって、排土手段の交換が要求される。そこで、こんどはスクリューコンベア装置２０を取り外し、ベルトコンベア１０を使用可能にすることになる。
【００３２】
このスクリューコンベア装置２０からベルトコンベア１０への交換手順としては、概ね前述の操作と逆の順序で取り替えることにすればよい。すなわち、掘削機の運転を停止して、図９で示される状態で隔壁４部に取り付けられる支持部材２８の支持筒２８”内からスクリューコンベア装置２０を吊り下げ機３４，３５によって引出す。次いで、図８で示されるように、掘削機のテール部５に先の組み込み時に急速な滑降を防止する制御の役目を果たすように設けた吊り下げ機３２を復活させ、この吊り下げ機３２によって引き出されるスクリューコンベア装置２０をベルトコンベア１０のガーダ１２，１２上に沿って引き上げる。
【００３３】
さらに、図７で示されるように、掘削坑内の支保材などに吊り下げ機３３を仮設して、この後部の吊り下げ機３３によりスクリューコンベア装置２０を前記扛重装置１５による吊り下げ位置まで移動させる。その後は、前記図２および図３で示したように、扛重装置１５のホイスト１８によりスクリューコンベア装置２０を前述のベルトコンベア１０上への吊り上げ操作と全く逆の手順で吊り下ろし、後続台車７の前側に待機させてある搬入台車４０上に移して次回の使用時まで保管させる。また、隔壁４部に取り付けられていたスクリューコンベア装置２０の支持部材２８を撤去する。
【００３４】
こうしてスクリューコンベア装置２０を撤去したならば、図６で示されるように、こんどはカッタヘッドサポート３内に準備した吊り下げ機３１によってベルトコンベア１０の先端部１１を待機位置から吊り上げ、その後にこのベルトコンベア１０の後方に連結されるリトラクトジャッキ６によって所要ストローク前進させ、その先端部１１を隔壁４の開口部４ａからカッタヘッド２内に突き出させ、図４にて示されるようにセットする。こうすれば、ベルトコンベア１０によるずりの搬出が可能になり、健岩部での掘進が効率よく実施できることになる。
【００３５】
以上の説明では、スクリューコンベア装置２０をカッタヘッド２とカッタヘッドサポート３との間の隔壁４に設けられた開口部４ａに装着するのに、隔壁４の開口部４ａを塞ぐとともに、スクリューコンベア胴部２１ａを支持する支持筒２８”を備える支持部材２８を別個にして組み立てる手順の場合について説明したが、他の実施例としてその支持部材を予めスクリューコンベア胴部に取り付けたものにして、支持部材とともに装着位置まで搬送して一挙に取り付けるようにすることもできる。この場合は、ベルトコンベア１０上を滑らせて移動するに際し、支持部材の下部をベルトコンベア１０のガーダ１２，１２と接触しないように部分的に折り畳み構造にするなどの配慮がなされる。このスクリューコンベア装置２０が支持部材を一体化する構成としてあれば、狭い空間部での交換作業に際して重量物の取扱が一度で済むことになる利点がある。
【００３６】
また、前述のベルトコンベア１０からスクリューコンベア装置２０に交換する場合において、地山が軟弱でずりの取り込みが過剰になりやすい状況が予測される場合は、カッタヘッド２内に設けられたホッパ８（予め分割構造にしておく）を撤去して、その後にスクリューコンベア装置２０を組み込むようにすることでずりをカッタヘッド２内に溜め込んで山留め効果を高めるようにすればよい。
【００３７】
上述の実施例では、スクリューコンベア装置２０についてスクリュー部分が短い構造のもので説明されているが、必要に応じてスクリュー部分を接続して長い距離スクリューによりずりを後方に排出できるものを採用することもできる。また、スクリューコンベア装置２０を掘削機内に搬入・搬出するにあたり、門形構造にされた扛重装置１５を用いているが、これに限定されるのではなく、例えばエレクタのようにベルトコンベア１０に接触しないでその周囲でトンネル内壁部に接触しないようにして旋回する吊り下げ支持体により搬入台車４０上からベルトコンベア１０上に運び上げ、あるいは運び下ろすような装置を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排土方法が実施されるトンネル掘削に用いられるトンネル掘削機の一実施例縦断面図である。
【図２】図２は、スクリューコンベア装置をベルトコンベアと換装するのに用いられる扛重装置の一実施例側面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ視図で、作動態様を併記された図である。
【図４】図４は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ視断面図である。
【図６】図６は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図７】図７は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図８】図８は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【図９】図９は、ベルトコンベアとスクリューコンベアとの交換要領の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ カッタヘッド
３ カッタヘッドサポート
４ 隔壁
４ａ 隔壁の開口部
５ テール部
６ リトラクトジャッキ
７ 後続台車
１０ ベルトコンベア
１１ ベルトコンベアの先端部
１２ ガーダ
１５ 扛重装置
１８ ホイスト
２０ スクリューコンベア装置
２１ コンベアスクリュー
２４ 搬送台車
２８ スクリューコンベア装置の支持部材
２８” 支持筒
３１，３２，３３，３４ 吊り下げ機
Claims (4)
- トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのベルトコンベア装置をスクリューコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）ベルトコンベア装置をカッタヘッドとの隔壁の開口部より所要距離後退させ、ベルトコンベア装置の前部を待機位置まで下げ、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置の上に載置し、
ｃ）スクリューコンベア装置を、ベルトコンベア装置に沿って移動させ、カッタヘッドとの隔壁の開口部を塞ぐように装着する
ことを特徴とするトンネル掘削機における排土手段の交換方法。 - トンネル掘削機のカッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に交換する方法であって、
ａ）スクリューコンベア装置を、カッタヘッドとの隔壁の開口部より取り外し、待機位置に待機しているベルトコンベア装置の上に載置し、
ｂ）スクリューコンベア装置をベルトコンベア装置に沿って後方に移動させ、
ｃ）ベルトコンベア装置を、待機位置から持ち上げて所要距離前進させ、先端部をカッタヘッドとの隔壁の開口部に挿入する
ことを特徴とするトンネル掘削機における排土手段の交換方法。 - カッタヘッド内から掘削土を排出する排土手段としてのスクリューコンベア装置とベルトコンベア装置とを交換可能なトンネル掘削機であって、
ベルトコンベア装置が、カッタヘッドとの隔壁の開口部から取り外し自在、かつ、後方に所要距離移動自在とされるとともに、スクリューコンベア装置に、ベルトコンベア装置の上部に沿って移動可能なように搬送台車が設けられる
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - ベルトコンベア装置を後退、前進させるための移動手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機。
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|---|---|---|---|---|
| CN102383805A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-03-21 | 中铁隧道装备制造有限公司 | 一种具有多重掘进模式及隧道支护方式的混合式tbm |
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