JP3760311B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機に係わり、特に、コスト高を招くことなく、施工サイクルを短くできて工期の短縮化が図れるトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、山岳トンネルのような岩盤を対象とするトンネル掘削機として、いわゆるＮＡＴＭ工法が実施可能なＴＢＭ（Tunnel Boring Machine）が広く採用されている。ＴＢＭとしては種々の形式のものがあるが、基本的には、メインビームの先端部に岩盤を掘削可能なカッタとその駆動機構を装備するとともに、メインビームの基部側に地山をグリップするメイングリッパを装備し、そのメイングリッパにメインビームを前方へ押し出すためのスラストジャッキを設け、カッターにより岩盤を掘削してメイングリッパを介して地山から反力をとってスラストジャッキによりメインビームを前進させることで掘進を行う構成のＴＢＭ本体を前部に備えるものが一般的である。
【０００３】
そして、ＴＢＭ本体の後方には、削孔機ユニット、吹付機ユニット、並びにマンケージユニットを備え、削孔機ユニットによってフォアパイリングやロックボルト打設を行ない、吹付機ユニットによって吹付けコンクリート施工を行い、マンケージユニットによってそれらの施工状況を間近で作業員が直接目視によって確認できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネル掘削後の覆工処理はいくつかの工程に分かれるが、これらの処理をＴＢＭの前後両部分、つまり、切羽直後の部分とメイングリッパよりも後方の部分との２箇所で同時に進めることができれば、施工サイクルを短くでき、結果的に工期が短縮できる。
しかし、それを実行しようとすると、切羽直後の位置とメイングリッパ後方位置との２箇所に、削孔機ユニット、吹付機ユニット、マンケージユニットをそれぞれ配置しなければならず、コスト高を招いたり、装置が大型化する等の不具合が生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コストの上昇および装置の大型化を防ぎながら、同時に施工サイクルの短縮化によって工期を短縮できるトンネル掘削機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本願の請求項１にかかる発明は、岩盤を掘削可能なカッターとその駆動機構をメインビームの先端部に装備し、メインビームの基端側に装備したメイングリッパを介して地山から反力をとってスラストジャッキにより掘進を行い、かつ、前記メインビームの架台上に削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットからなる台車ユニットを備えるトンネル掘削機において、前記台車ユニットを構成する削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットがともに前後方向へ移動可能とされ、それら各ユニットが前記台車ユニットの前部に位置する状態と前記台車ユニットの後部に位置する状態のいずれかを選択可能とし、前記台車ユニットを構成する削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットはそれぞれ共通の主レールに沿って前後方向へ移動可能とされ、該主レールの側方には副レールが配置され、前記主レールと前記副レールとの間には、それら両レール間で前記削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットの乗り移しが可能なトラバーサが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットが前後方向へ移動可能とされて、台車ユニットの前部に位置する状態と台車ユニットの後部に位置する状態のいずれかを選択可能となっているから、それらユニットを必要に応じて、メイングリッパよりも前方の切羽直後位置とメイングリッパよりも後方位置のいずれでも自由に配置することができる。したがって、それらの組み合わせによって、削孔機ユニットを前方に配置しかつ吹付機ユニットを後方に配置する態様、吹付機ユニットを前方に配置しかつ削孔機ユニットを後方に配置する態様、また、吹付機ユニットを前方に配置しかつマンケージユニットを後方に配置する態様等自由に選択することができ、それらユニットの数を増やすことなく、台車ユニットの前後の両位置で覆工に関する処理を並行して同時に行うことができ、これによって施工サイクルの短縮化が実現できる。
また、主レールと副レールとの間で、削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットをそれぞれ乗り移すトラバーサを設けているから、各ユニットは主レールと副レールのいずれでも乗り入れることが可能であり、レール本数を増やすことなく、ユニット同士の干渉するのを避けてそれら各ユニットのスムーズな前後移動が行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は本発明の実施の形態のトンネル掘削機を示しており、図１は全体の側面図、図２は同平面図である。
【００１１】
図１において符号１はメインビーム、２はメインビームの前部に配置されたＴＢＭ本体、３はメインビーム１の基端側に装備されたメイングリッパ、４はメイングリッパ３を介して地山から反力をとってメインビーム２を前進させるスラストジャッキである。
【００１２】
前記ＴＢＭ本体２は、前端に岩盤を掘削するカッター２Ａを備えるとともに、その後方に該カッター２Ａを回転駆動させる駆動機構を備える。
ＴＢＭ本体２の後方であって、メインビーム２の架台５上には、２台の削孔機ユニット６（６Ａ、６Ｂ）、１台のマンケージユニット７、１台の吹付機ユニット８からなる台車ユニット１０が配置されている。前記２台ある削孔機ユニット６の内一台６Ａは前後方向へ移動可能な移動式であり（６Ａ）、残る一台の削孔機ユニット６Ｂは固定式である。固定式の削孔機ユニット６Ｂは前記架台５の後端部に配置される。また、前記マンケージユニット７および吹付機ユニット８もそれぞれ前後方向へ移動可能な移動式である。
【００１３】
削孔機ユニット６（６Ａ、６Ｂ）は、削孔機１１によってトンネル内周面の岩盤に所定径の孔を所定深さまであけるものであり、前記架台５上に載せられる台車１３に搭載されて削孔機１１を支持するアーム１４が、それぞれ互い直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に旋回可能かつそれら３軸方向にもそれぞれ回転可能な複数の関節を備えることで、削岩機１１の位置、向き並びに姿勢を任意に設定できるようになっている。なお、移動式の削孔機ユニット６Ａの台車１３は、架台５上に設けられた主レール１２Ａを走行可能とされ、固定式の削孔機ユニット６Ｂの台車１３は、主レール１２Ａの側方に配置された副レール１２Ｂ上に載せられる（なお、図２では、削孔機ユニット６Ａ、６Ｂともに前後の副レール１２Ｂ上に載せられている）。
【００１４】
マンケージユニット７は、人を載せるケージ１５をトンネル内周面に沿った任意の位置に配置させるものであり、前記架台５上を主レール１２Ａに沿って走行する台車１６に搭載されてケージ１５を支持するアーム１７が、それぞれ互い直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に旋回可能かつそれら３軸方向にもそれぞれ回転可能な複数の関節を備えることで、ケージ１５の位置、向き並びに姿勢を任意に設定できるようになっている。
【００１５】
吹付機ユニット８は、吹付け機１９によってトンネル内周面の岩盤に、たとえばファイバ入りモルタルを吹き付けるものであり、前記架台５上を主レール１２Ａに沿って走行する台車２０に搭載されて吹付け機１９を支持するアーム２１が、それぞれ互い直交する３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に旋回可能かつそれら３軸方向にもそれぞれ回転可能な複数の関節を備えることで、吹付け機１９の位置、向き並びに姿勢を任意に設定できるようになっている。
【００１６】
前記主レール１２Ａは架台５の左右方向略中央部分に敷設されるものであって、前記メインクリッパ３を間に挟むよう架台５の前端部から後端部まで達するように敷設されている。主レール１２Ａの前端部及び後端部には、副レール１２Ｂが主レール１２Ａの左右両側方にそれぞれ等間隔をあけて敷設されている。なお、この明細書において左右は、ＴＢＭの進行方向前方を基準として決定するものとする。
【００１７】
ここで、主レール１２Ａ及び副レール１２Ｂはともに、互いに対をなす左右のレール本体からなるものであって、それら主レール１２Ａ及び副レール１２Ｂは、ともに同じ構造（レール幅を含む）であって長さのみが異なるものである。したがって、削孔機ユニット６、マンケージユニット７、吹付機ユニット８の台車は、それら主レール１２Ａと副レール１２Ｂの何れでも乗り入れることが可能である。
【００１８】
また、主レール１２Ａと副レール１２Ｂとの間には、それら両レール１２Ａ、１２Ｂ間で前記削孔機ユニット６、マンケージユニット７、吹付機ユニット８の台車の乗り移しが可能なトラバーサ２３が、台車ユニット１０の中央部と後部に設けられている（図５参照）。
【００１９】
トラバーサ２３は、前記主レール１２Ａ及び副レール１２Ｂの離間距離と同じ値だけ離間されるとともにそれら主レール１２Ａ、副レール１２Ｂと上面高さを揃えて配置された左右の移動レール２４Ａ、２４Ｂが、移動板２５上に固定されてなるものであり、移動板２５が油圧シリンダ等の適宜駆動手段２６Ａによってサイドレール２６に沿って左右方向へ移動されることにより、左右の移動レール２４Ａ、２４Ｂが中央の主レール１２Ａと右側の副レール１２Ｂに合致する形態と、左側の副レール１２Ｂと主レール１２Ａに合致する形態とのいずれかを選択できるようになっている。そして、これにより、削孔機ユニット６、マンケージユニット７あるいは吹付機ユニット８を、移動レール２４Ａ、２４Ｂ上に一旦載せ、主レール１２Ａから右側の副レール１２Ｂへ、主レール１２Ａから左側の副レール１２Ｂへ、あるいはそれらの逆方向へ削孔機ユニット６等を乗り移すことができるようになっている。
なお、図４中３０は支保工３１を支持するための台車を示す。
【００２０】
次に、上記構成のトンネル掘削機の作用について説明する。
掘削後の覆工処理はいくつかの工程に分かれるが、このトンネル掘削機では、これらの処理をＴＢＭの前後両部分、つまり、切羽直後の部分とメイングリッパ３より後方の部分との２箇所で同時に進めることができる。
【００２１】
＜フォアパイリング、側壁吹付けコンクリート施工＞
図６、図７で示すように、切羽直後の部分でフォアパイリングを行いながら、同時にメイングリッパ後方の部分で側壁吹き付けコンクリート施工を行う。
【００２２】
すなわち、台車ユニット１０の前部では、例えば、図７に示すように右側の副レール１２Ｂの前端に移動式の削孔機ユニット６Ａを配置し、主レール１２Ａの前端にマンゲージユニット７を配置する。そして、このように配置した削孔機ユニット６Ａによってフォアパイリングを行いながら、同時に、マンゲージユニット７によって削孔現場の間近に配置されたケージ１５上に作業員が乗って、目視によりフォアパイリングの状況を確認する（図８参照）。
【００２３】
一方、台車ユニット１０の後部では、吹付機ユニット８を主レール１２Ａの後端まで移動させ、このように配置した吹付機ユニット８によって、一度吹き付け施工を行った後メイングリッパ３により損傷した坑壁箇所を補修するための吹き付け作業を行なう（図９参照）。
【００２４】
＜下半吹付けコンクリート施工、目視確認＞
図１０〜図１３に示すように、切羽直後の部分で坑壁の下半分について吹き付けコンクリート施工を行いながら、同時にメイングリッパ３の後方の部分で切羽直後の部分の吹付けコンクリート施工の目視確認を行なう。
【００２５】
すなわち、台車ユニット１０の前部では、主レール１２Ａの前端に吹付機ユニット８を配置し、台車ユニット１０の後部では主レール１２Ａの後端にマンケージユニット７を配置する。そして、主レール１２Ａの前端に配置した削孔機ユニット８によって坑壁の下半分について吹き付けコンクリート施工を行いながら、同時に、主レール１２Ｂの後端に配置したマンゲージユニット７のケージ１５に乗った作業員が、目視により同吹き付けコンクリート施工の状況を確認する（図１２、１３参照）。
なお、このとき、移動式の削孔機ユニット６Ａは前側の副レール１２Ｂ上に配置し、固定式の削孔機ユニット６Ｂは後側の副レール１２Ｂ上に配置する。
【００２６】
また、削孔機ユニット６、マンケージユニット７及び吹付機ユニット８を図６、図７に示す位置から図１０、図１１に示す位置に移行させるには、前後のトラバーサ２３を用いる。つまり、主レール１２Ａ上にある吹付機ユニット８を台車ユニット１０の中央付近まで移動させ、この移動させた吹付機ユニット８をトラバーサ２３を用いて前部左側の副レール１２Ｂ上に乗り移す。この状態で、主レール１２Ａの前部に位置しているマンケージユニット７を主レール１２の後部まで移動させる。その後、前記前部左側の副レール１２Ｂ上に乗り移した吹付機ユニット８をトラバーサ２３を利用して再び主レール１２上に乗り移し、この乗り移した吹付機ユニット８を主レール１２の前部にまで移動させる。
【００２７】
＜目視確認＞
図１４〜図１６に示すように、切羽直後部分で作業員がマンケージユニット７のケージ１５に乗り、切羽の作業捕助を行なう。
すなわち、台車ユニット１０の前部では、主レール１２Ａの前端にマンゲージユニット７を配置する。そして、このマンケージユニット７のケージ１５に乗った作業員が、切羽の切削状況や支保工の組付状況を目視により確認する（図１６参照）。
なお、このとき、移動式の削孔機ユニット６Ａは前側の副レール１２Ｂ上に配置し、吹付機ユニット８は主レール１２Ａの後端に配置し、固定式の削孔機ユニット６Ｂは後側の副レール１２Ｂ上に配置する。
【００２８】
＜上半吹付けコンクリート施工、ロックボルト施工＞
図１７〜図２０に示すように、切羽直後の部分で坑壁の上半分について吹付けコンクリート施工を行いながら、同時にメイングリッパ３の後方の部分でロックボルト施工を行なう。
【００２９】
すなわち、台車ユニット１０の前部では、主レール１２Ａの前端に吹付機ユニット８を配置し、台車ユニット１０の後部では主レール１２Ａの後端に固定式の削孔機ユニット６Ｂを配置する。そして、主レール１２Ａの前端に配置した吹付機ユニット８によって坑壁の上半分について吹き付けコンクリート施工を行いながら、同時に、主レール１２Ｂの後端に配置した固定式の削孔機ユニット６Ｂによって、ロックボルト施工を行う。
なお、このとき、移動式の削孔機ユニット６Ａは前側の副レール１２Ｂ上に配置させ、マンケージユニット７は後側の副レール１２Ｂ上に配置させる。
【００３０】
また、上記ロックボルト施工は、一台の削孔機ユニット６Ｂによって行っているが、これに限られることなく、後側の副レール１２Ｂと主レール１２Ａの後端に移動式の削孔機ユニット６Ａと固定式の削孔機ユニット６Ｂとをそれぞれ配置し、これら双方の削孔機ユニット６Ａ、６Ｂによってロックボルト施工を行ってもよい（図２１（ａ）、（ｂ）参照）。
【００３１】
上述のしたように本発明のトンネル掘削機を用いた施工方法によれば、削孔機ユニット６、マンケージユニット７、吹付機ユニット８がそれぞれ前後方向へ移動可能とされて、台車ユニット１０の前部に位置する状態と台車ユニット１０の後部に位置する状態のいずれかを選択可能となっているから、それらユニット６、７、８を必要に応じて、メイングリッパ３よりも前方の切羽直後位置とメイングリッパ３よりも後方位置に自由に配置することができる。
【００３２】
したがって、それらの組み合わせによって、削孔機ユニット６を前方に配置するとともに吹付機ユニット８を後方に配置する態様、逆に吹付機ユニット８を前方に配置するとともに削孔機ユニット６を後方に配置する態様、また、吹付機ユニットを前方に配置するとともにマンケージユニット７を後方に配置する態様等自由に選択することができ、それらユニット６、７、８の数を増やすことなく、メイングリッパ３よりも前方の切羽直後位置とメイングリッパ３よりも後方位置に自由に配置して、それら２箇所で任意の組み合わせの処理を並行して行うことができ、これによって施工サイクルの短縮化が実現できる。
【００３３】
加えて、この実施形態では、削孔機ユニットを２台設け、本数の多い切羽へのロックボルト施工を、それら２台の削孔機ユニット６Ａ、６Ｂによって行なうため、ロックボルト施工を能率的にかつ短時間で行うことができる。
【００３４】
なお、上述の実施の形態はあくまで本発明の例示であり、実施のあたり発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１にかかる発明によれば、削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットがともに前後方向へ移動可能とされて、台車ユニットの前部に位置する状態と台車ユニットの後部に位置する状態のいずれかを選択可能となっているから、それらユニットの台数を増やすことなく、台車ユニットの前後の両位置で自由に使用することができ、それらユニットをその状況にあった最適位置で使用することができ、これによって施工サイクルの短縮化が実現できる。
また、主レールと副レールとの間で、削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットをそれぞれ乗り移すトラバーサを設けているから、各ユニットは主レールと副レールのいずれでも乗り入れることが可能であり、レール本数を増やすことなく、ユニット同士の干渉するのを避けてそれら各ユニットのスムーズな前後移動が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機を示す側面図である。
【図２】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機を示す平面図である。
【図３】 図１のIIIーIII線に沿う断面図である。
【図４】 図１のIVーIV線に沿う断面図である。
【図５】 トラバーサを説明する正面図である。
【図６】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する側面図である。
【図７】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する平面図である。
【図８】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図１０】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する側面図である。
【図１１】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する平面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図１４】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する側面図である。
【図１５】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する平面図である。
【図１６】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図１７】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する側面図である。
【図１８】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する平面図である。
【図１９】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図２０】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【図２１】 本発明の実施の形態のトンネル掘削機の使用状態を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ メインビーム
２ ＴＢＭ本体
２Ａ カッター
３ メイングリッパ
６（６Ａ） 移動式の削孔機ユニット
６（６Ｂ） 固定式の削孔機ユニット
７ マンケージユニット
８ 吹付機ユニット
１０ 台車ユニット
１１ 削孔機
１２Ａ 主レール
１２Ｂ 副レール
１４、１７、 アーム
１５ ケージ
１９ 吹付機
２３ トラバーサ
２４Ａ 移動レール
２４Ｂ 移動レール

Claims (1)

1. 岩盤を掘削可能なカッターとその駆動機構をメインビームの先端部に装備し、メインビームの基端側に装備したメイングリッパを介して地山から反力をとってスラストジャッキにより掘進を行い、かつ、前記メインビームの基端部から後方へ延びる架台上に削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットが装備されてなる台車ユニットを備えるトンネル掘削機において、
   前記台車ユニットを構成する削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットがともに前後方向へ移動可能とされ、それら各ユニットが前記台車ユニットの前部に位置する状態と前記台車ユニットの後部に位置する状態のいずれかを選択可能とし、
   前記台車ユニットを構成する削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットはそれぞれ共通の主レールに沿って前後方向へ移動可能とされ、該主レールの側方には副レールが配置され、前記主レールと前記副レールとの間には、それら両レール間で前記削孔機ユニット、マンケージユニット、吹付機ユニットの乗り移しが可能なトラバーサが設けられていることを特徴とするトンネル掘削機。

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