JP3789151B2 - 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、トンネルを掘削するときに用いるシールド型の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、トンネルを掘削するために、シールドシェルを有したシールド型のトンネル掘削機が多用されている。
このようなトンネル掘削機は、その外殻をなす円筒状のシールドシェルと、地山を掘削するためのカッタを備えた円盤状のカッタヘッドと、カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、掘削機を掘進させるための推進機構とが備えられた構成となっている。そして、ヘッド駆動機構でカッタヘッドを回転駆動させつつ、推進機構で掘削機を推進させることによって、地山を掘削してトンネルを掘進していくようになっている。
【０００３】
従来、トンネル掘削機のカッタヘッドには、カッタをカッタヘッドの外側、すなわち切羽面に対向する側に取り付ける構造のものが一般的である。また、図７に示すように、カッタヘッド５０にカッタ取付台座５１、５１、…が設けられ、カッタヘッド５０の内側（図中右方）からローラカッタ等のカッタ５２、５２、…の交換を可能とした構造のものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のトンネル掘削機には、以下のような問題が存在する。
まず、カッタをカッタヘッドの外側に取り付けた構造のものでは、掘削途中に前方の地山の手当を行いたい場合に、カッタヘッド前面にほとんど開口がないために、カッタヘッドを迂回するかあるいはカッタヘッドに設けられたマンホールを通るかしなければカッタヘッド前方の切羽面側には到達することができない。しかも従来のマンホールは外方すなわち切羽面側に開くようになっているため、マンホールを開くためにトンネル掘削機を後退させなければならず、これによって切羽面の十分な山留め効果が得られないという問題も発生する。
【０００５】
一方、図７に示した構造のものでは、地山の手当を行う場合には、カッタ５２を取り外せばそこに開口部が形成されるため、この開口部から手当作業を行うことが考えられるが、言うまでもなくこの開口部は狭いため、作業の自由度が大幅に制限されてしまう。また、マンホールが備えられている場合には、このマンホールから手当作業を行うことができるが、この場合には、前記と同様、マンホールを開くためにトンネル掘削機を後退させなければならず、十分な切羽面の山留め効果が得られない。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので十分な切羽面の山留め効果を得た状態で地山の手当等の作業を行うことのできるトンネル掘削機を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、地山を掘削するカッタを備えたカッタヘッドと、該カッタヘッドの後方側に設けられてトンネル掘削機の外殻をなす円筒状のシールドシェルと、該シールドシェルの内方に備えられて前記カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、該トンネル掘削機を推進させるための推進機構とを備えてなり、前記カッタヘッドがカッタを有する開閉部とその外周側に位置する外周部とから構成され、かつ前記開閉部が後方側に向けて開閉自在となるよう前記外周部にヒンジを介して連結され、前記カッタヘッドの外周部には、前記開閉部の後方に位置するガイド部が形成されてなり、前記ガイド部の前面と前記開閉部の後面との間にはブロック部材が着脱自在に介装されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネル掘削機の実施の形態の一例を、図１ないし図６を参照して説明する。
【００１０】
図１に示すように、トンネル掘削機１には、その前部にフロントボディ１ａが備えられている。
フロントボディ１ａは、その外殻が円筒状のシールドシェル２によって形成されており、その前方（図中左方）には、地山を掘削するための円盤状のカッタヘッド３が配設されている。
【００１１】
シールドシェル２内には、カッタヘッド３側からの掘削土の流入を防ぐ円板状のバルクヘッド４が、該シールドシェル２の内周面に設けられた環状フレーム２ａに取り付けられている。このバルクヘッド４には、軸受５が設けられており、カッタヘッド３がこの軸受５に回動自在に支持されている。また、カッタヘッド３を回転駆動させるためのヘッド駆動ユニット（ヘッド駆動機構）６がバルクヘッド４の後方側に設けられている。さらに、バルクヘッド４の前面側にはカッタチャンバ７が設けられている。
【００１２】
図２に示すように、シールドシェル２は、周方向に複数ユニットに分割できるようになっており、例えば、下部２Ａと両側部２Ｂ、２Ｃと上部２Ｄとに四分割されてユニット化されている。そして、互いに隣接するユニットどうしは、ボルトナット等で着脱自在に連結されている。
【００１３】
このシールドシェル２には、その上下および両側方にフロントグリッパ１０が設けられている。各フロントグリッパ１０は、断面円弧状のシュー１０ａが備えられ、このシュー１０ａを図示しないグリッパジャッキでシールドシェル２の径方向に進退させる構造とされている。
また、図１に示したように、シールドシェル２には、その下部に一対のフロントサポート１１が設けられている。このフロントサポート１１は、接地用シュー１１ａをジャッキ１１ｂで下方に張り出させる構造となっている。
【００１４】
シールドシェル２内には、該トンネル掘削機１を推進させるためのシールドジャッキ（推進機構）１４、１４、…が、円周方向に所定間隔ごとに配置されている。各シールドジャッキ１４は、その前端が環状フレーム２ａに固定されており、シールドシェル２の軸線方向に伸縮駆動されるようになっている。
【００１５】
また、バルクヘッド４の後面側には、メインビーム１５が一体に取り付けられている。このメインビーム１５は、中空構造のシールドシェル２の軸線方向に沿って後方に延在し、後方にいくにしたがい漸次断面寸法が縮小するよう形成されている。このメインビーム１５は、例えば前部１５Ａと、中間部１５Ｂと、後部１５Ｃとに分割可能な構成とされている。
そして、ベルトコンベヤ１６が、カッタチャンバ７からバルクヘッド４の中央部に形成された開口部（図示なし）およびメインビーム１５内を通って後方に延設されている。
【００１６】
メインビーム１５の前部１５Ａの後端部には、ライナー（反力部材）を組み立てるエレクタ１７が、シールドシェル２の後方に露呈して設けられている。このエレクタ１７は、メインビーム１５の外周側に取り付けられた環状のガイドレール１７ａに沿って回転自在に設けられている。さらにエレクタ１７には、地山手当用の吹付ノズル１８が備えられている。
【００１７】
メインビーム１５の後部１５Ｃには、メイングリッパ１９のグリッパボディ１９ａが前後方向に摺動自在に配設されている。このグリッパボディ１９ａには、その両側に図示しないグリッパシューが備えられており、これらのグリッパシューは、側方に向けて進退させることによってトンネルＴの坑壁に押しつけ可能な構成とされている。
【００１８】
そして、前記メインビーム１５の前部１５Ａの後端部と、グリッパボディ１９ａとの間には、スラストジャッキ（推進機構）２０、２０、…が配設されている。各スラストジャッキ２０は、その前端部がメインビーム１５の前部１５Ａに鉛直方向に延在する連結ピン２１を介して枢支連結されており、これによってスラストジャッキ２０の後端側がメインビーム１５から離間する方向に回転可能な構成となっている。
さらに、メインビーム１５の後部１５Ｃの後端部には、リヤサポート２２が設けられており、接地用シュー２２ａをジャッキ２２ｂで鉛直下方に向けて進退させる構成となっている。
【００１９】
図３に示すように、このような構成のトンネル掘削機１において、前記カッタヘッド３は、面板３０と、面板３０の所定箇所に取り付けられたローラカッタ（カッタ）３１、３１、…とから構成されている。面板３０には、中心部から外周部に向けて放射状に延びるスリット３２、３２、…が形成されており、ここから掘削したズリを取り込むようになっている。
【００２０】
面板３０は、中央部に位置する略矩形の開閉部３３と、該開閉部３３の外周側に位置する外周部３４とから構成されている。
図４に示すように、開閉部３３は、その一端側が外周部３４にヒンジ３５を介して連結されており、後方すなわち切羽面から離間する方向に向けて開閉自在な構成とされている。
【００２１】
図５に示すように、外周部３４の内周縁部３４ａの相対向する二辺には、開閉部３３の外周縁部の後面側に近接する位置に、面板３０の中心部側に向けて突出するガイド部材（ガイド部）３６が設けられている。そして、開閉部３３を閉じた状態において、開閉部３３の後面３３ａとガイド部材３６の前面３６ａとの間には、クサビ部材（ブロック部材）３７が図示しないボルト等によって着脱自在に介装されている。
これにより、掘削時に切羽面からカッタヘッド３に荷重がかかったときに、開閉部３３にかかる荷重はクサビ部材３７を介して外周部３４のガイド部材３６に伝達されるため、図４に示したヒンジ３５に多大な荷重が作用するのを防ぐことができる。
【００２２】
図６に示すように、前記カッタヘッド３の外周部３４は、例えば上部３４Ａと下部３４Ｂとに二分割可能な構成とされており、上部３４Ａと下部３４Ｂとはボルト・ナット等によって着脱自在に連結されている。
【００２３】
次に、上記構成からなるトンネル掘削機１でトンネルＴを掘削する方法について説明する。
図１に示したトンネル掘削機１では、基本的には通常のシールド式のトンネル掘削機と同様、カッタヘッド３をヘッド駆動ユニット６で回転駆動させつつ、フロントボディ１ａを推進させてトンネルＴを掘進していく。
【００２４】
このとき、掘削すべき地盤が例えば岩盤等の硬質地盤である場合には、フロントボディ１ａを推進させる推進機構として、メイングリッパ１９とスラストジャッキ２０とを用いる。これには、メイングリッパ１９のグリッパシュー（図示なし）を坑壁に押し当てることによってグリッパボディ１９ａをトンネルＴの坑壁に固定した状態で、スラストジャッキ２０を伸長させることによって、フロントボディ１ａが推進するようになっている。このとき、メインビーム１５は、グリッパボディ１９ａの内側を摺動する。
このようにしてフロントボディ１ａを推進させつつカッタヘッド３で地山を掘削することによりトンネルＴを所定距離掘進した後には、まず、フロントグリッパ１０、１０、…のグリッパシュー１０ａを坑壁に押し当ててフロントボディ１ａを固定するとともに、リヤサポート２２を伸長してメインビーム１５の後端側を支持する。次いで、メイングリッパ１９のグリッパシュー（図示なし）を引き込んだ後、スラストジャッキ２０を収縮させてグリッパボディ１９ａをメインビーム１５に沿って引き寄せて元の状態に戻す。この後は、上記動作を繰り返してトンネルＴを掘進していくようにする。
【００２５】
また、掘削すべき地盤が例えば軟弱地盤である場合には、フロントボディ１ａを推進させる推進機構として、シールドジャッキ１４を用いる。
これには、メイングリッパ１９およびフロントグリッパ１０を収縮して引き込んだ状態で、エレクタ１７でトンネルＴの坑壁の内面に沿ってライナー４０等を組み立て、このライナー４０等にシールドジャッキ１４の後端を押し当てて伸長させることによって、このライナー４０等に反力を得てフロントボディ１ａを推進させる。
このようにして、カッタヘッド３で地山を掘削しつつその後方でライナー４０を組み立て、シールドジャッキ１４でフロントボディ１ａを推進させることによって、トンネルＴを掘進していくようにする。
このとき、シールドシェル２の長さが通常の掘削機よりも短いため、切羽の近傍でライナー４０を組み立てて地山を覆工することができるので、地山の崩落をより効果的に防止することができる。
【００２６】
このようにして地山を掘削していくときに、地山に手当する必要が生じた場合には、図５に示したカッタヘッド３の開閉部３３と外周部３４との間から、クサビ部材３７を取り外した後、開閉部３３を開いてここから地山の手当作業を行う。このとき、図４に示した開閉部３３がトンネル掘削機１の後方側に開くようになっているので、カッタヘッド３の面板３０と切羽面との間に空間の確保するためにトンネル掘削機１を後退させる必要がない。
【００２７】
このようにして、図１に示したトンネル掘削機１でトンネルＴを掘進していき、所定長のトンネルＴが構築された後に、以下のようにしてトンネル掘削機１を回収・撤去する。
これにはまず、メインビーム１５からスラストジャッキ２０を取り外した後、メインビームの後部１５Ｃ、中間部１５Ｂ、前部１５Ａを順次取り外し、これらを掘削したトンネルＴの後方から地上に搬出する。
【００２８】
続いて、シールドシェル２の環状フレーム２ａから、ヘッド駆動ユニット６が取り付けられているバルクヘッド４を取り外し、これを搬出する。
次に、図２に示したシールドシェル２の上部２Ｄを、内方に引き込むようにして取り外す。続いて、シールドシェル２の両側部２Ｂ、２Ｃ、下部２Ａを順次取り外し、これらを搬出する。
【００２９】
最後に、図３に示したカッタヘッド３を後方に引き込み、これを搬出する。このとき、このカッタヘッド３についても、開閉部３３と、外周部３４とを分割し、さらに図６に示したように外周部３４を上部３４Ａと下部３４Ｂとに分割して、解体搬出する。
【００３０】
このようにして解体搬出したトンネル掘削機１は、他のトンネル掘削現場に搬送して再び組み立てることによって転用することができる。これにより、マシンコストを抑えてトンネル掘削費用全体の削減が可能となる。
【００３１】
上述したトンネル掘削機１では、カッタヘッド３が、開閉部３３と外周部３４とから構成され、開閉部３３が後方側に開閉自在となるよう外周部３４にヒンジ３５を介して連結された構成となっている。このようにカッタヘッド３に開閉部３３を設けたので、開閉部３３を開くことによってカッタヘッド３の前方に回り込むことなく地山の手当等の作業を行うことができる。この開閉部３３にはローラカッタ３１が設けられているので、開閉部３３は掘削機能と開口部としての機能とを兼ね備えたものとなり、人の出入りのためだけに設けられていた従来のマンホールに比較して開口を大きく確保することができ、したがって作業を高い自由度で容易かつ円滑に行うことが可能となる。しかも、開閉部３３が後方側に向けて開閉する構成となっているのでトンネル掘削機１を後退させる必要がなく、したがって外周部３４によって切羽面の十分な山留め効果を確保した状態で地山の手当等の作業を行うことができる。
【００３２】
また、外周部３４にガイド部材３６が設けられ、開閉部３３が閉じたときには、この開閉部３３の後面とガイド部材３６の前面との間に、クサビ部材３７が着脱自在に介装された構成となっている。これにより、カッタヘッド３で地山を掘削しているときに、切羽面側から開閉部３３に作用する荷重は、クサビ部材３７を介して外周部３４のガイド部材３６に伝達されるため、ヒンジ３５に多大な荷重が作用して、これが損傷するのを防ぐことができる。
【００３３】
さらに、上記トンネル掘削機１は、硬質地盤用の推進機構としてメイングリッパ１９とスラストジャッキ２０とを備え、軟弱地盤用の推進機構としてシールドジャッキ１４を備えた構成とされている。このようにして二種類の推進機構を備えたトンネル掘削機１は硬質地盤にも軟弱地盤にも対応した汎用性の高いものとなり、様々な掘削現場に容易に転用することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態において、トンネル掘削機１の全体構成については、上記のものに限定するものではなく、周知の各種シールド式トンネル掘削機においても、カッタヘッド３に、後方に向けて開閉する開閉部３３を設けることによって、上記と同様の効果を奏することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るトンネル掘削機によれば、カッタヘッドと、シールドシェルと、ヘッド駆動機構と、推進機構とを備えてなるトンネル掘削機のカッタヘッドを、カッタが設けられた開閉部と外周部とから構成し、かつ開閉部を後方側に向けて開閉自在となるよう外周部に連結する構成とした。このようにカッタヘッドに後方に開く開閉部を設けたので、地山の手当等を行うにあたって、開閉部を開けばカッタヘッドの前方に回り込むことなく作業を行うことができる。この開閉部は、通常時はカッタヘッドとして機能し、必要時のみ開くようになっているため、従来のマンホールよりも開口部を大きく形成することができ、したがって作業を高い自由度で容易かつ円滑に行うことが可能となる。しかも、開閉部が後方側に向けて開閉する構成となっているので、開閉部を開くためにトンネル掘削機を後退させる必要がなく、これによって外周部によって切羽面の十分な山留め効果を確保した状態で作業を行うことができる。
【００３６】
また、カッタヘッドの外周部に、開閉部の後方に位置するようガイド部を形成し、該ガイド部の前面と開閉部の後面との間にブロック部材を着脱自在に介装させる構成とした。これにより、開閉部を閉じた状態でカッタヘッドで地山を掘削しているときに切羽面側から開閉部に作用する荷重は、ブロック部材を介して外周部のガイド部に伝達されるため、ヒンジに多大な荷重が作用して、これが損傷するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル掘削機の一例を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】前記トンネル掘削機のカッタヘッドを示す図であって、（ａ）側断面図、（ｂ）正面図である。
【図４】同カッタヘッドを構成する開閉部と外周部とを示す図であって、開閉部が開いた状態を示す平断面図である。
【図５】前記開閉部が閉じた状態での開閉部と外周部の一部を示す側断面図である。
【図６】前記カッタヘッドの外周部の分割構造の一例を示す正面図である。
【図７】従来のトンネル掘削機のカッタヘッドを示す側断面図および正面図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ シールドシェル
３ カッタヘッド
６ ヘッド駆動ユニット（ヘッド駆動機構）
１４ シールドジャッキ（推進機構）
２０ スラストジャッキ（推進機構）
３１ ローラカッタ（カッタ）
３３ 開閉部
３４ 外周部
３５ ヒンジ
３６ ガイド部材（ガイド部）
３７ クサビ部材（ブロック部材）
Ｔ トンネル

Claims (1)

1. 地山を掘削するカッタを備えたカッタヘッドと、該カッタヘッドの後方側に設けられてトンネル掘削機の外殻をなす円筒状のシールドシェルと、該シールドシェルの内方に備えられて前記カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、該トンネル掘削機を推進させるための推進機構とを備えてなり、前記カッタヘッドがカッタを有する開閉部とその外周側に位置する外周部とから構成され、かつ前記開閉部が後方側に向けて開閉自在となるよう前記外周部にヒンジを介して連結され、
   前記カッタヘッドの外周部には、前記開閉部の後方に位置するガイド部が形成されてなり、前記ガイド部の前面と前記開閉部の後面との間にはブロック部材が着脱自在に介装されていることを特徴とするトンネル掘削機。

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