JP3801340B2 - 分割型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中にトンネル掘削形成する分割型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9に従来の分割型シールド掘削機の概略断面、図10に図9のX−X断面、図11に前後に分割された状態にある従来の分割型シールド掘削機の概略断面を示す。
【0003】
従来の分割型シールド掘削機において、図9及び図10に示すように、円筒形状をなす第1スキンプレート101の外周部にはシール部材102を介して第2スキンプレート103が軸方向に沿って移動自在に嵌合しており、図示しない固定ボルトによって一体に連結されている。この第1スキンプレート101の前部にはバルクヘッド104が形成され、このバルクヘッド104には駆動モータ105が装着されており、この駆動モータ105の駆動軸106は前方に延出し、先端部には円盤形状のカッタヘッド107が固結されている。そして、このカッタヘッド107の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット108が装着されている。また、このカッタヘッド107の外周部には径方向に伸縮自在な複数の伸縮カッタ109が装着されており、この伸縮カッタ109の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット110が装着されている。
【0004】
なお、第1スキンプレート101の後部外周辺には図示しないスラストジャッキが複数並設されており、このスラストジャッキがシールド掘削機の掘進方向後方に伸長して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S1 ,S2 に押し付けることで、その反力により第1スキンプレート101及び第2スキンプレート103を前進することができる。また、第1スキンプレート101の後部中央部には図示しないセグメントエレクタが配設されており、このセグメントエレクタはスラストジャッキによって前進した第1及び第2スキンプレート101,103と既設のセグメントS1 ,S2 との間の空所に新しいセグメントS1 ,S2 を装着してトンネルを構築することができる。
【0005】
従って、トンネルを掘削形成するには、図9に示すように、複数のスラストジャッキを伸長し、既設のセグメントS1 への押し付け反力によって第1及び第2スキンプレート101,103を前進させる一方、駆動モータ105によりカッタヘッド107及び伸縮カッタ109を回転させ、多数のカッタビット107,110によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントS1 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントS1 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルT1 を掘削形成することができる。
【0006】
そして、図11に示すように、所定の位置で第1及び第2スキンプレート101,103及びカッタヘッド107を停止し、固定ボルトを弛緩して第1スキンプレート101と第2スキンプレート103との連結を解除すると共に、複数の伸縮カッタ109を収縮してカッタヘッド107内に収容する。この状態で、複数のスラストジャッキを伸長し、第2スキンプレート103をそのまま残して第1スキンプレート101のみを前進させる一方、駆動モータ105によりカッタヘッド107を回転させ、多数のカッタビット107によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントS2 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントS2 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルT1 に連続する小径のトンネルT2 を掘削形成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の分割型シールド掘削機にあっては、第1スキンプレート101と第2スキンプレート103との連結状態で、両者を前進させてカッタヘッド107及び伸縮カッタ109によって大径トンネルT1 を掘削し、途中で、第1スキンプレート101と第2スキンプレート103との連結を解除し、第2スキンプレート103をその位置に残して第1スキンプレート101のみを前進させてカッタヘッド107によって小径トンネルT2 を掘削し、途中から断面形状が変化する大径トンネルT1 及び小径トンネルT2 を掘削形成していた。
【0008】
この場合、大径トンネルT 1 を掘削後、第1スキンプレート101と第2スキンプレート103との連結を解除してから、第1スキンプレート101のみを前進させているが、第1スキンプレート101に対してシール部材102を介して第2スキンプレート103が嵌合しており、両者の隙間は微小となっている。そのため、第1スキンプレート101のみを前進させる場合には、第2スキンプレート103との嵌合が解除されるまで直進しなければならず、せりなどが発生して前進が困難であるという問題があった。
【0009】
本発明はこのような問題を解決するものであって、掘削途中から断面形状の異なるトンネルを容易に掘削可能として掘削作業効率の向上を図った分割型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法を提供することを目的とする。
【0010】
【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の発明の分割型トンネル掘削機は、小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴が着脱自在に連結された第1掘削機本体と、周方向複数に分割されて該第1掘削機本体の前胴の外周部に着脱自在に配設された大径筒形状をなす第2掘削機本体と、該第2掘削機本体を径方向に分割移動させる分割手段と、前記第2掘削機本体を第1掘削機本体の前胴及び後胴から分離させる分離手段と、前記第1掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に装着された伸縮カッタとを具えたことを特徴とするものである。
【0011】
また、請求項2の発明のトンネル掘削方法は、小径筒形状をなす第1掘削機本体の外周部に、周方向複数に分割可能な第2掘削機本体が一体に連結された状態で、前記第1掘削機本体の前部に装着されて伸縮カッタが伸長した状態にあるカッタヘッドを駆動回転しながら、前記第1掘削機本体及び前記第2掘削機本体を前進させることで、前記カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径のトンネルを掘削し、途中で前記第2掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで前記第1掘削機本体から分離し、この状態で、前記伸縮カッタを収縮して前記カッタヘッドを駆動回転しながら前記第1掘削機本体の前胴のみを前進させることで、前記カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、前記大径トンネルに連続する小径のトンネルを掘削形成することを特徴とするものである。
【0012】
【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。
【0013】
図1に本発明の一実施形態に係る分割型トンネル掘削機としての分割型シールド掘削機の概略断面、図2に図1のII−II断面、図3に第2スキンプレートが分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面、図4に図3のIV−IV断面、図5に第2スキンプレートに対する第1スキンプレートの分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面、図6に第1スキンプレートと第2スキンプレートとの連結状態を表す要部断面、図7及び図8に第2スキンプレートの移動機構を表す要部断面を示す。
【0014】
本実施形態の分割型シールド掘削機において、図1及び図2に示すように、第1掘削機本体としての第1スキンプレート11は、小径筒形状をなす前胴11aとこの前胴11aの後部に着脱自在に連結された大径筒形状をなす後胴11bとから構成されている。第2掘削機本体としての第2スキンプレート12は大径筒形状をなし、周方向複数(本実施形態では8個)に分割されて第1スキンプレート11の前胴11aの外周部に配設され、各分割部12a〜12hは径方向に移動することで、第1スキンプレート11に対して着脱自在となっている。
【0015】
従って、第2スキンプレート12の各分割部12a〜12hが径方向内方に位置したときには、互いに密着して大径円筒となって第1スキンプレート11の後胴11bと同外径となり、第1スキンプレート11と第2スキンプレート12は一体となって前進可能となる。一方、図3及び図4に示すように、各分割部12a〜12hが径方向外方に位置したときには、互いに周方向へ離間して第1スキンプレート11の前胴11aから離脱することとなり、図5に示すように、第1スキンプレート11の前胴11aと後胴11bとの連結を解除することで、第1スキンプレート11の前胴11aは後胴11bと第2スキンプレート12とを残して単独で前進可能となる。
【0016】
また、図1及び図2に示すように、第1スキンプレート11の前部にはバルクヘッド13が形成され、このバルクヘッド13には駆動モータ14が装着されており、この駆動モータ14の駆動軸15は前方に延出し、先端部には円盤形状のカッタヘッド16が固結されている。そして、このカッタヘッド16の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット17が装着されている。また、このカッタヘッド16の外周部には径方向に伸縮自在な複数の伸縮カッタ18が装着されており、この伸縮カッタ18の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット19が装着されている。
【0017】
従って、駆動モータ14を駆動すると、駆動軸15を介してカッタヘッド16が回転駆動し、カッタヘッド16の前面に装着された多数のカッタビット17によって前方の地盤を小径の範囲で掘削することができる。このとき、カッタヘッド16の外周部から複数の伸縮カッタ18を伸長すると、カッタヘッド16と共に伸縮カッタ18が回転駆動し、カッタビット17及びカッタビット19によって前方の地盤を大径の範囲で掘削することができる。
【0018】
なお、第1スキンプレート11の後部外周辺には図示しないスラストジャッキが複数並設されており、このスラストジャッキがシールド掘削機の掘進方向後方に伸長して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S1 ,S2 に押し付けることで、その反力により第1スキンプレート11及び第2スキンプレート12を前進することができる。また、第1スキンプレート11の後部中央部には図示しないセグメントエレクタが配設されており、このセグメントエレクタはスラストジャッキによって前進した第1及び第2スキンプレート11,12と既設のセグメントS1 ,S2 との間の空所に新しいセグメントS1 ,S2 を装着してトンネルを構築することができる。更に、第1スキンプレート11の前胴11a及び後胴11bの後端内周部にはテールシール20a,20bが装着されており、セグメントS1 ,S2 の外周面にそれぞれ押圧することで第1スキンプレート11内部への水の浸入を防止している。
【0019】
ところで、本実施形態の分割型シールド掘削機において、図6に示すように、第1スキンプレート11は前胴11aと後胴11bとが複数の固定ボルト21によって着脱自在となっている。また、第2スキンプレート12はこの第1スキンプレート11に複数の固定ボルト22によって着脱自在であると共に、移動手段としての複数の移動ジャッキ23,24によって径方向外方に移動し、周方向に分割することで分割部12a〜12h(図4参照)となることで、第1スキンプレート11に対して着脱自在となっている。
【0020】
この移動ジャッキ23は第1スキンプレート11の前胴11aの外周部に掘削方向に沿って複数設けられており、図7に詳細に示すように、前胴11aの内周面にシリンダ31が固定され、このシリンダ31内に移動ロッド32を有するピストン33が移動自在に嵌合しており、この移動ロッド32の先端部は前胴11aを貫通して第2スキンプレート12に係合している。即ち、第2スキンプレート12には移動ロッド32の先端部が係合する長孔34が形成されると共に、この長孔34を塞いで移動ロッド32の先端部が当接する基板35が固定されている。そして、シリンダ31には内部を仕切るピストン33の上下の部屋に連通するポート36,37が形成されており、この各ポート36,37には図示しない油圧給排装置が接続されている。なお、38はシリンダ31と移動ロッド32との間から圧油の漏洩を防止するリング部材である。
【0021】
従って、複数の固定ボルト22を弛緩して第1スキンプレート11と第2スキンプレート12との連結を解除した後、シリンダ31のポート37から内部に圧油を供給すると、ピストン33が押圧されて移動ロッド32が上方に移動し、先端部が基板35を押す。すると、基板35と一体の第2スキンプレート12を径方向外方に移動し、第1スキンプレート11から離間させることができる。次に、シリンダ31のポート36から内部に圧油を供給すると、ピストン33が押圧されて移動ロッド32が下方に移動し、先端部が長孔34から抜け出てシリンダ31内に収容されることとなり、第2スキンプレート12を第1スキンプレート11から離脱させることができる。
【0022】
また、移動ジャッキ24は第1スキンプレート11の後胴11bの前端部に設けられており、図8に詳細に示すように、後胴11bの内周面にシリンダ41が固定され、このシリンダ41内に移動ロッド42を有するピストン43が移動自在に嵌合しており、この移動ロッド42の先端部は後胴11bを貫通して第2スキンプレート12に係合している。即ち、移動ロッド42の先端部には係合部材44が固定される一方、第2スキンプレート12にはこの係合部材44が係合する長孔45が形成されている。そして、シリンダ41には内部を仕切るピストン43の上下の部屋に連通するポート46,47が形成されており、この各ポート46,47には図示しない油圧給排装置が接続されている。なお、48はシリンダ41と移動ロッド42との間から圧油の漏洩を防止するリング部材である。
【0023】
従って、シリンダ41のポート47から内部に圧油を供給すると、ピストン43が押圧されて移動ロッド42が左方に移動し、係合部材44が第2スキンプレート12を前方に移動し、第1スキンプレート11から離間させることができる。次に、シリンダ41のポート46から内部に圧油を供給すると、ピストン43が押圧されて移動ロッド42が右方に移動し、係合部材44が長孔45から抜け出て移動ロッド42がシリンダ41内に収容されることとなり、第2スキンプレート12を第1スキンプレート11から離脱させることができる。
【0024】
ここで、上述した本実施形態の分割型シールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。
【0025】
図1に示すように、前胴11aと後胴11bとは複数の固定ボルト21によって締結されて第1スキンプレート11を構成し、この第1スキンプレート11と第2スキンプレート12とは複数の固定ボルト22によって一体に締結されており、また、各伸縮カッタ18は伸長状態となっている。この状態から、まず、複数のスラストジャッキを伸長し、既設のセグメントS1 への押し付け反力によって第1及び第2スキンプレート11,12を前進させる一方、駆動モータ14によりカッタヘッド16及び伸縮カッタ18を回転させ、多数のカッタビット17,19によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントS1 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントS1 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルT1 を掘削形成することができる。
【0026】
そして、途中でトンネルの径を小さく変更する場合には、所定の位置で第1及び第2スキンプレート11,12及びカッタヘッド16を停止し、図6に示すように、固定ボルト22を弛緩して第1スキンプレート11と第2スキンプレート12との連結を解除すると共に、伸縮カッタ18を収縮してカッタヘッド16内に収容する。この状態で、各移動ジャッキ23,24に油圧を供給して各移動ロッド32,42を伸長すると、図3及び図4に示すように、第2スキンプレート12は前方に移動しながら径方向外方に移動し、周方向に分割して分割部12a〜12hとなり、第1スキンプレート11から離間する。この場合、各移動ジャッキ23,24の各移動ロッド32,42と第2スキンプレート12との連結部には長孔34,45があるため、第1スキンプレート11に対する第2スキンプレート12の前方及び径方向への移動が許容される。
【0027】
このように第1スキンプレート11に対して第2スキンプレート12が外方へ離間すると、固定ボルト21を弛緩して前胴11aと後胴11bとの連結を解除し、この状態で複数のスラストジャッキを伸長すると、第2スキンプレート12と第1スキンプレート11の後胴11bをその位置に残して第1スキンプレート11の前胴11aのみを前進させることができる。そして、このときに駆動モータ14によりカッタヘッド16を回転させることで、多数のカッタビット16が前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントS2 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントS2 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルT1 に連続する小径のトンネルT2 を掘削形成することができる。
【0028】
本実施形態の分割型シールド掘削機にあっては、第1スキンプレート11と第2スキンプレート12とを一体として掘進させることで大径トンネルT1 を掘削し、続いて第1スキンプレート11から第2スキンプレート12を外して第1スキンプレート11の前胴11aのみを掘進させて大径トンネルT1 に連続する小径トンネルT2 を掘削するとき、第2スキンプレート12を径方向外方に移動してから第1スキンプレート11の前胴11aと後胴11bを分離し、前胴11aのみを前進させるようにしている。従って、第1スキンプレート11の前胴11aが前進するとき、第2スキンプレート12との間には隙間が確保されており、せりなどが発生することもなく、容易に前進が可能となる。そして、このときに前胴11aを屈曲して前進させることもできる。
【0029】
なお、上述の実施形態では、第1スキンプレート11からの第2スキンプレート12の外方移動を容易とするために、後胴11bに対して第2スキンプレート12を前方移動させてから外方移動させたが、直接外方移動させてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項1の発明の分割型トンネル掘削機によれば、小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴を着脱自在に連結して第1掘削機本体を構成し、この第1掘削機本体の前胴の外周部に周方向複数に分割されて着脱自在な大径筒形状をなす第2掘削機本体を配設し、この第2掘削機本体を、分割手段によって径方向に分割移動すると共に、分離手段によって第1掘削機本体の前胴及び後胴から分離し、第1掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドを装着してこのカッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に伸縮カッタを装着したので、第1掘削機本体と第2掘削機本体とを一体として掘進させて大径トンネルを掘削し、続いて第1掘削機本体から第2掘削機本体を外して径方向外方に移動してから第1掘削機本体の前胴と後胴を分離し、前胴のみを掘進させて大径トンネルに連続する小径トンネルを掘削するようにしており、第1掘削機本体は第2掘削機本体と所定の隙間をもって前進することとなり、せりなどが発生することもなく、容易に前進することができ、掘削作業効率の向上を図ることができる。
【0031】
また、請求項2の発明のトンネル掘削方法によれば、第1掘削機本体の外周部に第2掘削機本体を一体に連結した状態でカッタヘッドを駆動回転しながら、この第1掘削機本体及び第2掘削機本体を前進させることで、カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径トンネルを掘削し、途中で第2掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで第1掘削機本体から分離し、この状態で、伸縮カッタを収容してカッタヘッドを駆動回転しながら第1掘削機本体の前胴のみを前進させることで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、大径トンネルに連続する小径トンネルを掘削形成するようにしたので、第1掘削機本体の前胴のみが前進するとき、第2掘削機本体との間には所定の隙間が確保されており、せりなどが発生することもなく、掘削途中から断面形状の異なるトンネルを容易に掘削可能として掘削作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る分割型トンネル掘削機としての分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図2】図1のII−II断面図である。
【図3】第2スキンプレートが分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図4】図3のIV−IV断面図である。
【図5】第2スキンプレートに対する第1スキンプレートの分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図6】第1スキンプレートと第2スキンプレートとの連結状態を表す要部断面図である。
【図7】第2スキンプレートの移動機構を表す要部断面図である。
【図8】第2スキンプレートの移動機構を表す要部断面図である。
【図9】従来の分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図10】図9のX−X断面図である。
【図11】前後に分割された状態にある従来の分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【符号の説明】
11 第1スキンプレート(第1掘削機本体)
11a 前胴
11b 後胴
12 第2スキンプレート(第2掘削機本体)
12a〜12h 分割部
14 駆動モータ
16 カッタヘッド
18 伸縮カッタ
21,22 固定ボルト
23,24 移動ジャッキ(移動手段)
Claims (2)
- 小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴が着脱自在に連結された第1掘削機本体と、周方向複数に分割されて該第1掘削機本体の前胴の外周部に着脱自在に配設された大径筒形状をなす第2掘削機本体と、該第2掘削機本体を径方向に分割移動させる分割手段と、前記第2掘削機本体を第1掘削機本体の前胴及び後胴から分離させる分離手段と、前記第1掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に装着された伸縮カッタとを具えたことを特徴とする分割型トンネル掘削機。
- 小径筒形状をなす第1掘削機本体の外周部に、周方向複数に分割可能な第2掘削機本体が一体に連結された状態で、前記第1掘削機本体の前部に装着されて伸縮カッタが伸長した状態にあるカッタヘッドを駆動回転しながら、前記第1掘削機本体及び前記第2掘削機本体を前進させることで、前記カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径のトンネルを掘削し、途中で前記第2掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで前記第1掘削機本体から分離し、この状態で、前記伸縮カッタを収縮して前記カッタヘッドを駆動回転しながら前記第1掘削機本体の前胴のみを前進させることで、前記カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、前記大径トンネルに連続する小径のトンネルを掘削形成することを特徴とするトンネル掘削方法。
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