JP3950386B2 - トンネル掘削機並びにトンネル施工工法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下自動車道路や地下鉄道などに使用する拡幅トンネルを掘削形成するトンネル掘削機並びにトンネル施工工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されて構成されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、エレクタ装置によってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、例えば、地下自動車道路では、車線が増加して拡幅してその後に分岐した道路があり、また、地下鉄道では、途中駅から複数の路線に分岐した鉄道がある。このような拡幅部分を有するトンネルを掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。このようなトンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のトンネル掘削機としては、例えば、特開平１１−２５６９８０号公報に開示されたものがある。この公報に開示されたトンネル掘削機は、主カッタ機構を有する主掘削機本体の両側にそれぞれ副カッタ機構を有する副掘削機本体を配設し、拡幅ジャッキにより主掘削機本体に対して副掘削機本体を外方に移動可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような拡幅式のトンネル掘削機では、箱型をなす主掘削機本体の両側部にコ字型をなす副掘削機本体が嵌合した構成となっており、構造が複雑で製造コストも増加してしまう。また、掘削機本体同志のシール性やセグメントとの間のシール性を十分に確保することが困難であった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、簡単な構成で拡幅トンネルを容易に施工可能としたトンネル掘削機並びにトンネル施工工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、筒形状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に装着されたカッタと、前記掘削機本体の後部に装着されて掘削壁面に沿って覆工部材を組み付けるエレクタ装置と、前記掘削機本体の側部から外方に移動して当該掘削機本体の外周面との間に拡幅空間部を形成可能な拡幅部とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この場合、拡幅部は掘削機本体の側部から全体が外方にスライド可能としたり、上端部または下端部を支点として回動可能としてもよく、また、この拡幅部を複数の部分から構成したり、着脱自在として必要時に装着するようにしてもよい。そして、拡幅部を移動させるための手段は、既に掘削機本体内に搭載されている機器、例えば、エレクタ装置を用いてもよく、別途油圧ジャッキや駆動モータなどを用いてもよい。
【０００８】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は前記掘削機本体の側部開口を閉塞するように配設され、前記エレクタ装置により外方に移動可能であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記エレクタ装置は、前記掘削機本体の内周面に沿って覆工部材を組付可能であると共に、外方に移動した前記拡幅部の内周面に沿って覆工部材を組付可能であることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は前記掘削機本体に設けられたガイドにより側方に移動可能に支持されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は上端部あるいは下端部が前記掘削機本体に回動可能に支持されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明のトンネル施工工法は、前記請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機におけるカッタを駆動しながら掘削機本体を前進することで、前方地盤の掘削及び側方地盤の余掘りを行い、前記掘削機本体の内周面に沿って第１覆工部材をリング状に組み付けると共に、該掘削機本体から拡幅部を前記余掘部分に移動して該拡幅部の内周面に沿って第２覆工部材を組み付けることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明のトンネル施工工法では、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とが重複して組み付けられた後、両者を仮接合することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のトンネル施工工法では、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とを接合すると共に、該第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成することを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明のトンネル施工工法では、前記第２覆工部材は中空箱体であって、前記第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材の切除時に、該中空箱体の内壁も切除することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に図１のII−II断面、図３及び図４に本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略、図５にセグメントの組付状態を表すトンネル断面、図６にトンネル拡幅空間部の形成作業を表すトンネル要部断面を示す。
【００１８】
本実施形態のトンネル掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、前部にカッタヘッド１２が回転自在に装着され、カッタ旋回モータ１３により駆動回転可能となっている。このカッタヘッド１２は円板形状をなし、前面に多数のカッタビット１４が装着されると共に、コピーカッタ１５が油圧ジャッキ１６により側方に突出可能に装着されている。従って、カッタ旋回モータ１３を駆動すると、カッタヘッド１２を回転することができ、カッタビット１４により前方の地盤を掘削することができると共に、コピーカッタ１５により側方の地盤を余掘りすることができる。
【００１９】
また、掘削機本体１１にはシールドジャッキ１７が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ１７を掘進方向後方に伸長して既設セグメント（第１覆工部材）ＳA に押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、掘削機本体１１には支持部材１８により旋回リング１９が旋回自在に支持され、駆動モータ２０により旋回可能となっており、この旋回リング１９にセグメントＳA を組立てるエレクタ装置２１が装着されている。
【００２０】
このエレクタ装置２１において、旋回リング１９には左右一対の外筒２２が固定され、各外筒２２にはそれぞれ内筒２３が移動自在に支持され、各内筒２３の下端部はアーム２４を介してその中央に位置するグリップボックス２５に連結されている。また、各外筒２２にはそれぞれ昇降ジャッキ２６が取付けられ、駆動ロッドの先端部がアーム２４に連結されている。従って、昇降ジャッキ２６を伸縮駆動することで、アーム２４を介してグリップボックス２５をトンネル径方向に沿って移動することができる。
【００２１】
このグリップボックス２５は下方に開口した箱型形状をなし、スライドジャッキ２７により移動体２８がトンネル長手方向にスライド可能となっている。そして、この移動体２８に吊りブラケット２９が取付けられ、連結ピン３０により吊り金具３１が連結可能となっている。なお、この吊り金具３１はセグメントＳA にねじ係脱可能となっている。また、移動体２８にはサポートジャッキ（図示略）によりサポート部材３２が移動可能に装着されている。
【００２２】
従って、グリップボックス２５の吊りブラケット２９に連結ピン３０により吊り金具３１を連結してサポート部材３２をセグメントＳA の内周面に押圧することで、このセグメントＳA を振れることなく適正に保持することがで、この状態で、駆動モータ２０により旋回リング１９を旋回すると、セグメントＳA をトンネル周方向に移動することができ、昇降ジャッキ２６を伸縮すると、セグメントＳA をトンネル径方向に移動することができ、スライドジャッキ２７を伸縮すると、セグメントＳA をトンネル長手方向に移動することができる。
【００２３】
また、図１乃至図３に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側にはスライドガイド３５，３６が固定されており、拡幅プレート（拡幅部）３７，３８が各開口部３３，３４を閉塞するようにスライドガイド３５，３６に外方に移動自在に嵌合している。即ち、スライドガイド３５，３６は、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上側及び下側には固定された上下一対のガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂと、掘削機本体１１における開口部３３，３４の前側に固定された前ガイド３５ｃ，３６ｃとにより構成されており、上下のガイド３５ａ，３５ｂは前ガイド３５ｃにより連結され、上下のガイド３６ａ，３６ｂは前ガイド３６ｃにより連結されている。また、拡幅プレート３７，３８は、掘削機本体１１の外周面に沿った湾曲部３７ａ，３８ａと、この湾曲部３７ａ，３８ａの前側に直交して固定された前壁部３７ｂ，３８ｂとから構成されている。
【００２４】
そして、各拡幅プレート３７，３８は、湾曲部３７ａ，３８ａがスライドガイド３５，３６の上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂに嵌合して移動自在であり、前壁部３７ｂ，３８ｂが前ガイド３５ｃ，３６ｃに挾持されて移動自在となっている。なお、各湾曲部３７ａ，３８ａの上下端部には上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂに摺接するシール部材３７ｃ，３７ｄ，３８ｃ，３８ｄが装着され、各前ガイド３５ｃ，３６ｃには各前壁部３７ｂ，３８ｂに摺接するシール部材３５ｄが装着され、各湾曲部３７ａ，３８ａの後部内周面にシール部材３７ｅが装着されると共に、シール部材３７ｅに対向する掘削機本体１１の外周面にシール部材３３ａが装着されている。
【００２５】
また、スライドガイド３５，３６の上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂにおける上下端部にはストッパ３５ｅ，３５ｆ、３６ｅ，３６ｆが形成されており、各拡幅プレート３７，３８の外方への移動量を規制している。掘削機本体１１と上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂと各湾曲部３７ａ，３８ａとの間には裏込注入管３９，４０が配設されている。更に、掘削機本体１１の後部内周面にはテールシール４１が装着されている。
【００２６】
ここで、このように構成された本実施形態のトンネル掘削機による拡幅トンネルの施工工法について説明する。
【００２７】
まず、図１及び図３(ａ)に示すように、カッタ旋回モータ１３によりカッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキ１７を伸長して既設セグメントＳA へ押し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１２の各カッタビット１４が前方の地盤を掘削して円形断面のトンネルを掘削することができる。次に、エレクタ装置２１はトンネル内に搬入されたセグメントＳA を保持して掘削機本体１１の内周面に沿って移動し、各セグメントＳA 同志を連結固定してリング状に組み立てる。従って、この繰返し作業により円形断面のトンネルを施工することができる。
【００２８】
この円形断面のトンネルを掘削して予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５を所定の回転位置で突出して、例えば、右側方を余掘りする。そして、拡幅プレート３７がコピーカッタ１５により余掘りされた位置に至ると、図３(ｂ)に示すように、エレクタ装置２１がトンネル内に搬入された拡幅トンネル用のセグメントＳB を保持して旋回し、開口部３３を通してこのセグメントＳB により拡幅プレート３７を外方に押し出す。即ち、拡幅プレート３７の外側には余掘りによって空間部が形成されており、エレクタ装置２１は保持したセグメントＳB を開口部３３から露出する拡幅プレート３７の内周面に接触し、昇降ジャッキ２６を伸長することで、セグメントＳB により拡幅プレート３７を外方に移動して押し出し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート３７の内周面との間に拡幅空間部を形成する。なお、拡幅プレート３７の後端部には伸縮自在で掘削機本体１１に密着するゴムシール４２が設けられており、内部への浸水が防止されている。
【００２９】
掘削機本体１１に対して拡幅プレート３７が所定距離だけ外方に移動して拡幅空間部が形成されると、図４(ａ)に示すように、掘削機本体１１を前進させながら、エレクタ装置２１は拡幅プレート３７の内周面に沿ってセグメントＳB 同志を連結固定して弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。この場合、開口部３３に対応した位置でセグメントＳB に続いてセグメントＳA が組付けられると、直ちに連結ピン４３を貫通して両者を仮接合するが、掘削機本体１１が所定距離前進したら、この連結ピン４３を抜いて掘削機本体１１との接触を防止し、この掘削機本体１１の後方で再び連結ピン４３をセグメントＳB ，ＳA を貫通して両者を仮接合する。
【００３０】
このセグメントＳB ，ＳA を組み付ける途中で、エレクタ装置２１が保持した拡幅トンネル用のセグメントＳB により再び拡幅プレート３７を外方に押し出すことで、この掘削機本体１１に対する拡幅プレート３７の拡幅量（移動量）は徐々に大きくしていく。この場合、図４(ｂ)に示すように、拡幅プレート３７の拡幅量に合わせて厚さの異なる拡幅トンネル用のセグメントＳB が予め用意されており、前述と同様に、掘削機本体１１を前進させながら、エレクタ装置２１が拡幅プレート３７の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３により両者を仮接合する。
【００３１】
そして、拡幅トンネル用のセグメントＳB が所定距離だけ組付けられると、コピーカッタ１５による余掘り量を減少していくと共に、エレクタ装置２１は保持したセグメントＳB を拡幅プレート３７の内周面に形成された図示しない係止部に係止し、昇降ジャッキ２６を収縮することで拡幅プレート３７を内方に引き戻し、掘削機本体１１と拡幅プレート３７との間の拡幅空間部を減少させる。その後、掘削機本体１１がトンネル拡幅終了位置に到達すると、エレクタ装置２１はセグメントＳB の組付作業を終了し、拡幅プレート３７を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。
【００３２】
このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、図５及び図６(ａ)に示すように、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、周辺の地盤を薬液注入により固化して地盤改良し、セグメントＳB の外周部とセグメントＳA との間にコンクリートの打設によって接合壁４４を形成すると共に、図６(ｂ)に示すように、互いに重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部Ａを形成する。
【００３３】
この場合、掘削機本体１１の推進力を得る目的で、セグメントＳA にはシールドジャッキ１７の駆動力が作用するため、このセグメントＳA は所定の剛性力を必要とするが、セグメントＳB にはシールドジャッキ１７の駆動力が作用しないため、セグメントＳB は外部からの土圧を受け止められればよく、強固に製造する必要はない。本実施形態では、図６(ａ)(ｂ)に示すように、セグメントＳB を鋼板を溶接により接合して中空箱体に形成しており、トンネル拡幅空間部Ａを形成するとき、セグメントＳB の内壁も切除することで、トンネル拡幅空間部Ａの容積を十分に確保できる。
【００３４】
なお、上述の説明では、トンネル掘削機の右側方を余掘りし、エレクタ装置２１により右側の拡幅プレート３７を外方に突出してセグメントＳB を組み付けてトンネル拡幅空間部Ａを形成したが、トンネル掘削機の左側方を余掘りし、エレクタ装置２１により左側の拡幅プレート３８を外方に突出してセグメントＳB を組み付けてトンネル拡幅空間部Ａを形成してもよく、同時に左右にトンネル拡幅空間部Ａを形成してもよい。
【００３５】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の前部にコピーカッタ１５を有するカッタヘッド１２を装着する一方、後部にエレクタ装置２１を装着し、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側にスライドガイド３５，３６を固定し、拡幅プレート３７，３８が開口部３３，３４を閉塞するようにスライドガイド３５，３６に嵌合し、エレクタ装置２１により外方に移動可能としている。
【００３６】
従って、カッタヘッド１２を駆動しながら掘削機本体１１を前進することで、前方地盤を掘削すると共にコピーカッタ１５により余掘りを行い、エレクタ装置２１により掘削機本体１１の後部内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み付けると共に、掘削機本体１１から拡幅プレート３７，３８を余掘部分に移動して拡幅プレート３７，３８の内周面に沿ってセグメントＳB を組み付け、セグメントＳA ，ＳB を接合すると共に重複して位置するセグメントＳA を切除することでトンネル拡幅空間部Ａを形成することができる。
【００３７】
そのため、掘削機本体１１の側部に拡幅プレート３７，３８を移動自在に設け、既存のエレクタ装置２１により移動可能とすることで、拡幅トンネル用の掘削機を簡単な構成で容易に製造可能となり、装置の簡素化を図ることができる。また、通常のトンネル部分と拡幅トンネル部分との接合を後工程で行うことで、トンネル掘削機によるセグメントＳA ，ＳB の組立作業を効率よく行うことができ、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００３８】
図７及び図８にに本発明の第２、第３実施形態に係るトンネル掘削機の断面を示す。なお、前述した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。
【００３９】
第２実施形態のトンネル掘削機において、図７に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側には拡幅プレート（拡幅部）５１，５２が各開口部３３，３４を閉塞するように外方に回動自在に装着されている。即ち、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上部にはヒンジ部５３，５４が装着されており、拡幅プレート５１，５２の上端部を回動自在に支持している。一方、各拡幅プレート５１，５２は、湾曲部５１ａ，５２ａと前壁部５１ｂ，５１ｂと下底部５１ｃ，５２ｃとで構成され、上端部にヒンジ部５３，５４に支持される支持部５１ｄ，５２ｄが形成され、下端部に外方への移動量を規制するストッパ５１ｅ，５２ｅが形成されている。なお、掘削機本体１１と拡幅プレート５１，５２との間には浸水を防止する図示しないシール部材が装着されている。
【００４０】
従って、掘削機本体１１に拡幅プレート５１，５２を密着させた状態で通常の円形断面トンネルを掘削し、予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５により余掘りを行う。そして、拡幅プレート５１，５２が余掘り位置に至ると、エレクタ装置２１により拡幅プレート５１，５２を外方に押し出すと、この拡幅プレート５１，５２は支持部５１ｄ，５２ｄを支点として外方に回動し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート５１，５２の内周面との間に拡幅空間部を形成する。
【００４１】
そして、エレクタ装置２１が拡幅プレート５１，５２の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。その後、拡幅トンネル用のセグメントＳB を所定距離だけ組付けると、前述の実施形態と同様に、エレクタ装置２１により拡幅プレート５１，５２を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、セグメントＳB とセグメントＳA とを接合すると共に、重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成する。
【００４２】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側に拡幅プレート５１，５２が開口部３３，３４を閉塞するように回動自在に装着し、エレクタ装置２１により外方に回動可能としている。従って、掘削機本体１１の外部に拡幅プレート５１，５２を移動自在に支持するためのガイドが不要となり、構造が簡素化されると共に、外方への突出部分がなくなって推進抵抗が減少して拡幅トンネルを容易に施工することができる。
【００４３】
上述の第２実施形態にて、拡幅プレート５１，５２を湾曲部５１ａ，５２ａと前壁部５１ｂ，５２ｂと下底部５１ｃ，５２ｃとを一体に形成して構成したが、湾曲部５１ａ，５２ａに対して前壁部５１ｂ，５２ｂ及び下底部５１ｃ，５２ｃを着脱自在とし、通常トンネルの掘削時には湾曲部５１ａ，５２ａのみで開口部３３，３４を閉塞し、拡幅トンネルの掘削時に湾曲部５１ａ，５２ａに前壁部５１ｂ，５２ｂ及び下底部５１ｃ，５２ｃを装着してから外方に回動するようにしてもよい。このように構成することで、通常トンネルの掘削時に掘削機本体１１内への突出物をなくして作業空間を確保することができる。
【００４４】
第３実施形態のトンネル掘削機において、図８に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側には拡幅プレート（拡幅部）６１，６２が各開口部３３，３４を閉塞するように外方に回動自在に装着されている。即ち、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上部には上ヒンジ部６３，６４が装着され、下部には下ヒンジ部６５，６６が装着されている。一方、各拡幅プレート６１，６２は、上湾曲部６１ａ，６２ａと下湾曲部６１ｂ，６２ｂと前壁部６１ｃ，６２ｃとで構成され、上湾曲部６１ａ，６２ａの上端部がヒンジ部６３，６４に回動自在に支持される一方、下湾曲部６１ｂ，６２ｂの下端部がヒンジ部６５，６６に回動自在に支持されており、上湾曲部６１ａ，６２ａには外方への移動量を規制する図示しないストッパが形成されている。なお、掘削機本体１１と拡幅プレート６１，６２との間には浸水を防止する図示しないシール部材が装着されている。
【００４５】
従って、掘削機本体１１に拡幅プレート６１，６２を密着させた状態で通常の円形断面トンネルを掘削し、予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５により余掘りを行う。そして、拡幅プレート６１，６２が余掘り位置に至ると、エレクタ装置２１により拡幅プレート６１，６２を外方に押し出すと、この拡幅プレート６１，６２は上湾曲部６１ａ，６２ａがヒンジ部６３，６４を支点として、下湾曲部６１ｂ，６２ｂはヒンジ部６５，６６を支点として外方に回動し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート６１，６２の内周面との間に拡幅空間部を形成する。
【００４６】
そして、エレクタ装置２１が拡幅プレート６１，６２の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。その後、拡幅トンネル用のセグメントＳB を所定距離だけ組付けると、前述の実施形態と同様に、エレクタ装置２１により拡幅プレート６１，６２を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、セグメントＳB とセグメントＳA とを接合すると共に、重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成する。
【００４７】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側に拡幅プレート６１，６２が開口部３３，３４を閉塞するように回動自在に装着し、エレクタ装置２１により外方に回動可能とし、この拡幅プレート６１，６２を少なくとも上湾曲部６１ａ，６２ａと下湾曲部６１ｂ，６２ｂとで構成している。従って、掘削機本体１１の外部に拡幅プレート６１，６２を移動自在に支持するためのガイドが不要となると共に、掘削機本体１１内への突出部を減少して構造を簡素化することができる。
【００４８】
なお、上述した各実施形態において、拡幅プレート３７，３８，５１，５２，６１，６２を移動する移動手段としてエレクタ装置２１を用いたが、掘削機本体１１内に装着するスペースがあれば、別途専用の移動ジャッキ等を予め装着したり、使用時に装着可能としてもよい。
【００４９】
また、掘削機本体１１に対して拡幅プレート３７，３８をスライドして外方に移動可能としたり、拡幅プレート５１，５２，６１，６２を外方に回動可能としたがその構成は実施形態に限定されるものではない。更に、拡幅プレート３７，３８，５１，５２，６１，６２や開口部３３，３４の形状も実施形態に限定されるものではない。更に、掘削機本体１１を円筒形状としたが、楕円形状、矩形状、あるいはその他の異形状であってもよい。
【００５０】
そして、本発明のトンネル掘削機は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【００５１】
【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の発明のトンネル掘削機によれば、推進ジャッキにより前進可能な掘削機本体の前部にカッタを装着すると共に、後部に掘削壁面に沿って覆工部材をリング状に組み付けるエレクタ装置を装着し、この掘削機本体の側部から外方に移動して当該掘削機本体の外周面との間に拡幅空間部を形成可能な拡幅部を設けたので、掘削機本体に拡幅部を移動自在に設けるだけで大幅な改良を行うことなく簡単な構成で容易に拡幅用トンネル掘削機を製造可能となり、装置の簡素化を図ることができる。
【００５２】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部を掘削機本体の側部開口を閉塞するように配設し、エレクタ装置により外方に移動可能としたので、拡幅部を既存設備により移動可能とすることで、装置の簡素化並びに低コスト化を図ることができる。
【００５３】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、エレクタ装置は掘削機本体の内周面に沿って覆工部材を組付可能であると共に、外方に移動した拡幅部の内周面に沿って覆工部材を組付可能としたので、既存設備により通常トンネルの覆工部材と拡幅トンネルの覆工部材を組付可能とすることで、装置の簡素化並びに低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部は掘削機本体に設けられたガイドにより側方に移動可能に支持したので、拡幅部の移動を適正に支持することで拡幅動作をスムースに行い、確実に拡幅トンネルを形成することができる。
【００５５】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部は上端部あるいは下端部が掘削機本体に回動可能に支持されたので、掘削機本体の外周面に大きな突出物をなくして推進抵抗を減少することができる。
【００５６】
また、請求項６の発明のトンネル施工工法によれば、前記請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機におけるカッタを駆動しながら掘削機本体を前進することで、前方地盤の掘削及び側方地盤の余掘りを行い、掘削機本体の内周面に沿って第１覆工部材をリング状に組み付けると共に、掘削機本体から拡幅部を余掘部分に移動して拡幅部の内周面に沿って第２覆工部材を組み付けるようにしたので、拡幅トンネル用の掘削機を簡単な構成で容易に製造可能となり、装置の簡素化を図ることができると共に、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００５７】
請求項７の発明のトンネル施工工法によれば、第１覆工部材と第２覆工部材とが重複して組み付けられた後、両者を仮接合するようにしたので、第１覆工部材に対する第２覆工部材の組付位置のずれを防止することができる。
【００５８】
請求項８の発明のトンネル施工工法によれば、第１覆工部材と第２覆工部材とを接合すると共に、第２覆工部材の内側に重複して位置する第１覆工部材を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成するようにしたので、第１、第２覆工部材の組立作業を効率よく行うことができ、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００５９】
請求項９の発明のトンネル施工工法によれば、第２覆工部材は中空箱体であって、第２覆工部材の内側に重複して位置する第１覆工部材の切除時に、中空箱体の内壁も切除するようにしたので、第２覆工部材の簡素化並びに低コスト化を可能とすることができると共に、拡幅部の容積を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略図である。
【図４】本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略図である。
【図５】セグメントの組付状態を表すトンネル断面図である。
【図６】トンネル拡幅空間部の形成作業を表すトンネル要部断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【符号の説明】
１１ 掘削機本体
１２ カッタヘッド
１３ カッタ旋回モータ
１７ シールドジャッキ（推進ジャッキ）
１９ 旋回リング
２０ 駆動モータ
２１ エレクタ装置
２６ 昇降ジャッキ
３１ 吊り金具
３３，３４ 開口部
３５，３６ スライドガイド
３７，３８ 拡幅プレート（拡幅部）
５１，５２ 拡幅プレート（拡幅部）
６１，６２ 拡幅プレート（拡幅部）
ＳA ，ＳB セグメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下自動車道路や地下鉄道などに使用する拡幅トンネルを掘削形成するトンネル掘削機並びにトンネル施工工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されて構成されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、エレクタ装置によってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、例えば、地下自動車道路では、車線が増加して拡幅してその後に分岐した道路があり、また、地下鉄道では、途中駅から複数の路線に分岐した鉄道がある。このような拡幅部分を有するトンネルを掘削する場合、トンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に広くしたり、狭くしたりする必要がある。このようなトンネル掘削断面形状を掘削途中で幅方向に変更する、所謂、拡幅式のトンネル掘削機としては、例えば、特開平１１−２５６９８０号公報に開示されたものがある。この公報に開示されたトンネル掘削機は、主カッタ機構を有する主掘削機本体の両側にそれぞれ副カッタ機構を有する副掘削機本体を配設し、拡幅ジャッキにより主掘削機本体に対して副掘削機本体を外方に移動可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような拡幅式のトンネル掘削機では、箱型をなす主掘削機本体の両側部にコ字型をなす副掘削機本体が嵌合した構成となっており、構造が複雑で製造コストも増加してしまう。また、掘削機本体同志のシール性やセグメントとの間のシール性を十分に確保することが困難であった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、簡単な構成で拡幅トンネルを容易に施工可能としたトンネル掘削機並びにトンネル施工工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、筒形状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に装着されたカッタと、前記掘削機本体の後部に装着されて掘削壁面に沿って覆工部材を組み付けるエレクタ装置と、前記掘削機本体の側部から外方に移動して当該掘削機本体の外周面との間に拡幅空間部を形成可能な拡幅部とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
この場合、拡幅部は掘削機本体の側部から全体が外方にスライド可能としたり、上端部または下端部を支点として回動可能としてもよく、また、この拡幅部を複数の部分から構成したり、着脱自在として必要時に装着するようにしてもよい。そして、拡幅部を移動させるための手段は、既に掘削機本体内に搭載されている機器、例えば、エレクタ装置を用いてもよく、別途油圧ジャッキや駆動モータなどを用いてもよい。
【０００８】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は前記掘削機本体の側部開口を閉塞するように配設され、前記エレクタ装置により外方に移動可能であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記エレクタ装置は、前記掘削機本体の内周面に沿って覆工部材を組付可能であると共に、外方に移動した前記拡幅部の内周面に沿って覆工部材を組付可能であることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は前記掘削機本体に設けられたガイドにより側方に移動可能に支持されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記拡幅部は上端部あるいは下端部が前記掘削機本体に回動可能に支持されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明のトンネル施工工法は、前記請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機におけるカッタを駆動しながら掘削機本体を前進することで、前方地盤の掘削及び側方地盤の余掘りを行い、前記掘削機本体の内周面に沿って第１覆工部材をリング状に組み付けると共に、該掘削機本体から拡幅部を前記余掘部分に移動して該拡幅部の内周面に沿って第２覆工部材を組み付けることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明のトンネル施工工法では、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とが重複して組み付けられた後、両者を仮接合することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のトンネル施工工法では、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とを接合すると共に、該第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成することを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明のトンネル施工工法では、前記第２覆工部材は中空箱体であって、前記第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材の切除時に、該中空箱体の内壁も切除することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に図１のII−II断面、図３及び図４に本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略、図５にセグメントの組付状態を表すトンネル断面、図６にトンネル拡幅空間部の形成作業を表すトンネル要部断面を示す。
【００１８】
本実施形態のトンネル掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、前部にカッタヘッド１２が回転自在に装着され、カッタ旋回モータ１３により駆動回転可能となっている。このカッタヘッド１２は円板形状をなし、前面に多数のカッタビット１４が装着されると共に、コピーカッタ１５が油圧ジャッキ１６により側方に突出可能に装着されている。従って、カッタ旋回モータ１３を駆動すると、カッタヘッド１２を回転することができ、カッタビット１４により前方の地盤を掘削することができると共に、コピーカッタ１５により側方の地盤を余掘りすることができる。
【００１９】
また、掘削機本体１１にはシールドジャッキ１７が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ１７を掘進方向後方に伸長して既設セグメント（第１覆工部材）ＳA に押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、掘削機本体１１には支持部材１８により旋回リング１９が旋回自在に支持され、駆動モータ２０により旋回可能となっており、この旋回リング１９にセグメントＳA を組立てるエレクタ装置２１が装着されている。
【００２０】
このエレクタ装置２１において、旋回リング１９には左右一対の外筒２２が固定され、各外筒２２にはそれぞれ内筒２３が移動自在に支持され、各内筒２３の下端部はアーム２４を介してその中央に位置するグリップボックス２５に連結されている。また、各外筒２２にはそれぞれ昇降ジャッキ２６が取付けられ、駆動ロッドの先端部がアーム２４に連結されている。従って、昇降ジャッキ２６を伸縮駆動することで、アーム２４を介してグリップボックス２５をトンネル径方向に沿って移動することができる。
【００２１】
このグリップボックス２５は下方に開口した箱型形状をなし、スライドジャッキ２７により移動体２８がトンネル長手方向にスライド可能となっている。そして、この移動体２８に吊りブラケット２９が取付けられ、連結ピン３０により吊り金具３１が連結可能となっている。なお、この吊り金具３１はセグメントＳA にねじ係脱可能となっている。また、移動体２８にはサポートジャッキ（図示略）によりサポート部材３２が移動可能に装着されている。
【００２２】
従って、グリップボックス２５の吊りブラケット２９に連結ピン３０により吊り金具３１を連結してサポート部材３２をセグメントＳA の内周面に押圧することで、このセグメントＳA を振れることなく適正に保持することがで、この状態で、駆動モータ２０により旋回リング１９を旋回すると、セグメントＳA をトンネル周方向に移動することができ、昇降ジャッキ２６を伸縮すると、セグメントＳA をトンネル径方向に移動することができ、スライドジャッキ２７を伸縮すると、セグメントＳA をトンネル長手方向に移動することができる。
【００２３】
また、図１乃至図３に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側にはスライドガイド３５，３６が固定されており、拡幅プレート（拡幅部）３７，３８が各開口部３３，３４を閉塞するようにスライドガイド３５，３６に外方に移動自在に嵌合している。即ち、スライドガイド３５，３６は、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上側及び下側には固定された上下一対のガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂと、掘削機本体１１における開口部３３，３４の前側に固定された前ガイド３５ｃ，３６ｃとにより構成されており、上下のガイド３５ａ，３５ｂは前ガイド３５ｃにより連結され、上下のガイド３６ａ，３６ｂは前ガイド３６ｃにより連結されている。また、拡幅プレート３７，３８は、掘削機本体１１の外周面に沿った湾曲部３７ａ，３８ａと、この湾曲部３７ａ，３８ａの前側に直交して固定された前壁部３７ｂ，３８ｂとから構成されている。
【００２４】
そして、各拡幅プレート３７，３８は、湾曲部３７ａ，３８ａがスライドガイド３５，３６の上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂに嵌合して移動自在であり、前壁部３７ｂ，３８ｂが前ガイド３５ｃ，３６ｃに挾持されて移動自在となっている。なお、各湾曲部３７ａ，３８ａの上下端部には上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂに摺接するシール部材３７ｃ，３７ｄ，３８ｃ，３８ｄが装着され、各前ガイド３５ｃ，３６ｃには各前壁部３７ｂ，３８ｂに摺接するシール部材３５ｄが装着され、各湾曲部３７ａ，３８ａの後部内周面にシール部材３７ｅが装着されると共に、シール部材３７ｅに対向する掘削機本体１１の外周面にシール部材３３ａが装着されている。
【００２５】
また、スライドガイド３５，３６の上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂにおける上下端部にはストッパ３５ｅ，３５ｆ、３６ｅ，３６ｆが形成されており、各拡幅プレート３７，３８の外方への移動量を規制している。掘削機本体１１と上下ガイド３５ａ，３５ｂ、３６ａ，３６ｂと各湾曲部３７ａ，３８ａとの間には裏込注入管３９，４０が配設されている。更に、掘削機本体１１の後部内周面にはテールシール４１が装着されている。
【００２６】
ここで、このように構成された本実施形態のトンネル掘削機による拡幅トンネルの施工工法について説明する。
【００２７】
まず、図１及び図３(ａ)に示すように、カッタ旋回モータ１３によりカッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキ１７を伸長して既設セグメントＳA へ押し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１２の各カッタビット１４が前方の地盤を掘削して円形断面のトンネルを掘削することができる。次に、エレクタ装置２１はトンネル内に搬入されたセグメントＳA を保持して掘削機本体１１の内周面に沿って移動し、各セグメントＳA 同志を連結固定してリング状に組み立てる。従って、この繰返し作業により円形断面のトンネルを施工することができる。
【００２８】
この円形断面のトンネルを掘削して予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５を所定の回転位置で突出して、例えば、右側方を余掘りする。そして、拡幅プレート３７がコピーカッタ１５により余掘りされた位置に至ると、図３(ｂ)に示すように、エレクタ装置２１がトンネル内に搬入された拡幅トンネル用のセグメントＳB を保持して旋回し、開口部３３を通してこのセグメントＳB により拡幅プレート３７を外方に押し出す。即ち、拡幅プレート３７の外側には余掘りによって空間部が形成されており、エレクタ装置２１は保持したセグメントＳB を開口部３３から露出する拡幅プレート３７の内周面に接触し、昇降ジャッキ２６を伸長することで、セグメントＳB により拡幅プレート３７を外方に移動して押し出し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート３７の内周面との間に拡幅空間部を形成する。なお、拡幅プレート３７の後端部には伸縮自在で掘削機本体１１に密着するゴムシール４２が設けられており、内部への浸水が防止されている。
【００２９】
掘削機本体１１に対して拡幅プレート３７が所定距離だけ外方に移動して拡幅空間部が形成されると、図４(ａ)に示すように、掘削機本体１１を前進させながら、エレクタ装置２１は拡幅プレート３７の内周面に沿ってセグメントＳB 同志を連結固定して弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。この場合、開口部３３に対応した位置でセグメントＳB に続いてセグメントＳA が組付けられると、直ちに連結ピン４３を貫通して両者を仮接合するが、掘削機本体１１が所定距離前進したら、この連結ピン４３を抜いて掘削機本体１１との接触を防止し、この掘削機本体１１の後方で再び連結ピン４３をセグメントＳB ，ＳA を貫通して両者を仮接合する。
【００３０】
このセグメントＳB ，ＳA を組み付ける途中で、エレクタ装置２１が保持した拡幅トンネル用のセグメントＳB により再び拡幅プレート３７を外方に押し出すことで、この掘削機本体１１に対する拡幅プレート３７の拡幅量（移動量）は徐々に大きくしていく。この場合、図４(ｂ)に示すように、拡幅プレート３７の拡幅量に合わせて厚さの異なる拡幅トンネル用のセグメントＳB が予め用意されており、前述と同様に、掘削機本体１１を前進させながら、エレクタ装置２１が拡幅プレート３７の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３により両者を仮接合する。
【００３１】
そして、拡幅トンネル用のセグメントＳB が所定距離だけ組付けられると、コピーカッタ１５による余掘り量を減少していくと共に、エレクタ装置２１は保持したセグメントＳB を拡幅プレート３７の内周面に形成された図示しない係止部に係止し、昇降ジャッキ２６を収縮することで拡幅プレート３７を内方に引き戻し、掘削機本体１１と拡幅プレート３７との間の拡幅空間部を減少させる。その後、掘削機本体１１がトンネル拡幅終了位置に到達すると、エレクタ装置２１はセグメントＳB の組付作業を終了し、拡幅プレート３７を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。
【００３２】
このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、図５及び図６(ａ)に示すように、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、周辺の地盤を薬液注入により固化して地盤改良し、セグメントＳB の外周部とセグメントＳA との間にコンクリートの打設によって接合壁４４を形成すると共に、図６(ｂ)に示すように、互いに重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部Ａを形成する。
【００３３】
この場合、掘削機本体１１の推進力を得る目的で、セグメントＳA にはシールドジャッキ１７の駆動力が作用するため、このセグメントＳA は所定の剛性力を必要とするが、セグメントＳB にはシールドジャッキ１７の駆動力が作用しないため、セグメントＳB は外部からの土圧を受け止められればよく、強固に製造する必要はない。本実施形態では、図６(ａ)(ｂ)に示すように、セグメントＳB を鋼板を溶接により接合して中空箱体に形成しており、トンネル拡幅空間部Ａを形成するとき、セグメントＳB の内壁も切除することで、トンネル拡幅空間部Ａの容積を十分に確保できる。
【００３４】
なお、上述の説明では、トンネル掘削機の右側方を余掘りし、エレクタ装置２１により右側の拡幅プレート３７を外方に突出してセグメントＳB を組み付けてトンネル拡幅空間部Ａを形成したが、トンネル掘削機の左側方を余掘りし、エレクタ装置２１により左側の拡幅プレート３８を外方に突出してセグメントＳB を組み付けてトンネル拡幅空間部Ａを形成してもよく、同時に左右にトンネル拡幅空間部Ａを形成してもよい。
【００３５】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の前部にコピーカッタ１５を有するカッタヘッド１２を装着する一方、後部にエレクタ装置２１を装着し、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側にスライドガイド３５，３６を固定し、拡幅プレート３７，３８が開口部３３，３４を閉塞するようにスライドガイド３５，３６に嵌合し、エレクタ装置２１により外方に移動可能としている。
【００３６】
従って、カッタヘッド１２を駆動しながら掘削機本体１１を前進することで、前方地盤を掘削すると共にコピーカッタ１５により余掘りを行い、エレクタ装置２１により掘削機本体１１の後部内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み付けると共に、掘削機本体１１から拡幅プレート３７，３８を余掘部分に移動して拡幅プレート３７，３８の内周面に沿ってセグメントＳB を組み付け、セグメントＳA ，ＳB を接合すると共に重複して位置するセグメントＳA を切除することでトンネル拡幅空間部Ａを形成することができる。
【００３７】
そのため、掘削機本体１１の側部に拡幅プレート３７，３８を移動自在に設け、既存のエレクタ装置２１により移動可能とすることで、拡幅トンネル用の掘削機を簡単な構成で容易に製造可能となり、装置の簡素化を図ることができる。また、通常のトンネル部分と拡幅トンネル部分との接合を後工程で行うことで、トンネル掘削機によるセグメントＳA ，ＳB の組立作業を効率よく行うことができ、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００３８】
図７及び図８にに本発明の第２、第３実施形態に係るトンネル掘削機の断面を示す。なお、前述した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。
【００３９】
第２実施形態のトンネル掘削機において、図７に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側には拡幅プレート（拡幅部）５１，５２が各開口部３３，３４を閉塞するように外方に回動自在に装着されている。即ち、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上部にはヒンジ部５３，５４が装着されており、拡幅プレート５１，５２の上端部を回動自在に支持している。一方、各拡幅プレート５１，５２は、湾曲部５１ａ，５２ａと前壁部５１ｂ，５１ｂと下底部５１ｃ，５２ｃとで構成され、上端部にヒンジ部５３，５４に支持される支持部５１ｄ，５２ｄが形成され、下端部に外方への移動量を規制するストッパ５１ｅ，５２ｅが形成されている。なお、掘削機本体１１と拡幅プレート５１，５２との間には浸水を防止する図示しないシール部材が装着されている。
【００４０】
従って、掘削機本体１１に拡幅プレート５１，５２を密着させた状態で通常の円形断面トンネルを掘削し、予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５により余掘りを行う。そして、拡幅プレート５１，５２が余掘り位置に至ると、エレクタ装置２１により拡幅プレート５１，５２を外方に押し出すと、この拡幅プレート５１，５２は支持部５１ｄ，５２ｄを支点として外方に回動し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート５１，５２の内周面との間に拡幅空間部を形成する。
【００４１】
そして、エレクタ装置２１が拡幅プレート５１，５２の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。その後、拡幅トンネル用のセグメントＳB を所定距離だけ組付けると、前述の実施形態と同様に、エレクタ装置２１により拡幅プレート５１，５２を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、セグメントＳB とセグメントＳA とを接合すると共に、重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成する。
【００４２】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側に拡幅プレート５１，５２が開口部３３，３４を閉塞するように回動自在に装着し、エレクタ装置２１により外方に回動可能としている。従って、掘削機本体１１の外部に拡幅プレート５１，５２を移動自在に支持するためのガイドが不要となり、構造が簡素化されると共に、外方への突出部分がなくなって推進抵抗が減少して拡幅トンネルを容易に施工することができる。
【００４３】
上述の第２実施形態にて、拡幅プレート５１，５２を湾曲部５１ａ，５２ａと前壁部５１ｂ，５２ｂと下底部５１ｃ，５２ｃとを一体に形成して構成したが、湾曲部５１ａ，５２ａに対して前壁部５１ｂ，５２ｂ及び下底部５１ｃ，５２ｃを着脱自在とし、通常トンネルの掘削時には湾曲部５１ａ，５２ａのみで開口部３３，３４を閉塞し、拡幅トンネルの掘削時に湾曲部５１ａ，５２ａに前壁部５１ｂ，５２ｂ及び下底部５１ｃ，５２ｃを装着してから外方に回動するようにしてもよい。このように構成することで、通常トンネルの掘削時に掘削機本体１１内への突出物をなくして作業空間を確保することができる。
【００４４】
第３実施形態のトンネル掘削機において、図８に示すように、掘削機本体１１の左右の側部には周方向に沿った開口部３３，３４が形成され、この開口部３３，３４の外周側には拡幅プレート（拡幅部）６１，６２が各開口部３３，３４を閉塞するように外方に回動自在に装着されている。即ち、掘削機本体１１における各開口部３３，３４の上部には上ヒンジ部６３，６４が装着され、下部には下ヒンジ部６５，６６が装着されている。一方、各拡幅プレート６１，６２は、上湾曲部６１ａ，６２ａと下湾曲部６１ｂ，６２ｂと前壁部６１ｃ，６２ｃとで構成され、上湾曲部６１ａ，６２ａの上端部がヒンジ部６３，６４に回動自在に支持される一方、下湾曲部６１ｂ，６２ｂの下端部がヒンジ部６５，６６に回動自在に支持されており、上湾曲部６１ａ，６２ａには外方への移動量を規制する図示しないストッパが形成されている。なお、掘削機本体１１と拡幅プレート６１，６２との間には浸水を防止する図示しないシール部材が装着されている。
【００４５】
従って、掘削機本体１１に拡幅プレート６１，６２を密着させた状態で通常の円形断面トンネルを掘削し、予め設定されたトンネル拡幅開始位置に到達すると、カッタヘッド１２を回転させながらコピーカッタ１５により余掘りを行う。そして、拡幅プレート６１，６２が余掘り位置に至ると、エレクタ装置２１により拡幅プレート６１，６２を外方に押し出すと、この拡幅プレート６１，６２は上湾曲部６１ａ，６２ａがヒンジ部６３，６４を支点として、下湾曲部６１ｂ，６２ｂはヒンジ部６５，６６を支点として外方に回動し、掘削機本体１１の外周面と拡幅プレート６１，６２の内周面との間に拡幅空間部を形成する。
【００４６】
そして、エレクタ装置２１が拡幅プレート６１，６２の内周面に沿ってセグメントＳB を弧状に組み付けると共に、掘削機本体１１の内周面に沿ってセグメントＳA をリング状に組み立て、連結ピン４３によりセグメントＳB とセグメントＳA とを仮接合する。その後、拡幅トンネル用のセグメントＳB を所定距離だけ組付けると、前述の実施形態と同様に、エレクタ装置２１により拡幅プレート６１，６２を内方に引き戻して掘削機本体１１に密着させ、セグメントＳA のみをリング状に組み立てていく。このセグメントＳA ，ＳB の組付作業により、側方に重複するＳA ，ＳB が形成されると、セグメントＳB とセグメントＳA とを接合すると共に、重複する内側のセグメントＳA を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成する。
【００４７】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の側部に開口部３３，３４を形成すると共に、この開口部３３，３４の外周側に拡幅プレート６１，６２が開口部３３，３４を閉塞するように回動自在に装着し、エレクタ装置２１により外方に回動可能とし、この拡幅プレート６１，６２を少なくとも上湾曲部６１ａ，６２ａと下湾曲部６１ｂ，６２ｂとで構成している。従って、掘削機本体１１の外部に拡幅プレート６１，６２を移動自在に支持するためのガイドが不要となると共に、掘削機本体１１内への突出部を減少して構造を簡素化することができる。
【００４８】
なお、上述した各実施形態において、拡幅プレート３７，３８，５１，５２，６１，６２を移動する移動手段としてエレクタ装置２１を用いたが、掘削機本体１１内に装着するスペースがあれば、別途専用の移動ジャッキ等を予め装着したり、使用時に装着可能としてもよい。
【００４９】
また、掘削機本体１１に対して拡幅プレート３７，３８をスライドして外方に移動可能としたり、拡幅プレート５１，５２，６１，６２を外方に回動可能としたがその構成は実施形態に限定されるものではない。更に、拡幅プレート３７，３８，５１，５２，６１，６２や開口部３３，３４の形状も実施形態に限定されるものではない。更に、掘削機本体１１を円筒形状としたが、楕円形状、矩形状、あるいはその他の異形状であってもよい。
【００５０】
そして、本発明のトンネル掘削機は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【００５１】
【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の発明のトンネル掘削機によれば、推進ジャッキにより前進可能な掘削機本体の前部にカッタを装着すると共に、後部に掘削壁面に沿って覆工部材をリング状に組み付けるエレクタ装置を装着し、この掘削機本体の側部から外方に移動して当該掘削機本体の外周面との間に拡幅空間部を形成可能な拡幅部を設けたので、掘削機本体に拡幅部を移動自在に設けるだけで大幅な改良を行うことなく簡単な構成で容易に拡幅用トンネル掘削機を製造可能となり、装置の簡素化を図ることができる。
【００５２】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部を掘削機本体の側部開口を閉塞するように配設し、エレクタ装置により外方に移動可能としたので、拡幅部を既存設備により移動可能とすることで、装置の簡素化並びに低コスト化を図ることができる。
【００５３】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、エレクタ装置は掘削機本体の内周面に沿って覆工部材を組付可能であると共に、外方に移動した拡幅部の内周面に沿って覆工部材を組付可能としたので、既存設備により通常トンネルの覆工部材と拡幅トンネルの覆工部材を組付可能とすることで、装置の簡素化並びに低コスト化を図ることができる。
【００５４】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部は掘削機本体に設けられたガイドにより側方に移動可能に支持したので、拡幅部の移動を適正に支持することで拡幅動作をスムースに行い、確実に拡幅トンネルを形成することができる。
【００５５】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、拡幅部は上端部あるいは下端部が掘削機本体に回動可能に支持されたので、掘削機本体の外周面に大きな突出物をなくして推進抵抗を減少することができる。
【００５６】
また、請求項６の発明のトンネル施工工法によれば、前記請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機におけるカッタを駆動しながら掘削機本体を前進することで、前方地盤の掘削及び側方地盤の余掘りを行い、掘削機本体の内周面に沿って第１覆工部材をリング状に組み付けると共に、掘削機本体から拡幅部を余掘部分に移動して拡幅部の内周面に沿って第２覆工部材を組み付けるようにしたので、拡幅トンネル用の掘削機を簡単な構成で容易に製造可能となり、装置の簡素化を図ることができると共に、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００５７】
請求項７の発明のトンネル施工工法によれば、第１覆工部材と第２覆工部材とが重複して組み付けられた後、両者を仮接合するようにしたので、第１覆工部材に対する第２覆工部材の組付位置のずれを防止することができる。
【００５８】
請求項８の発明のトンネル施工工法によれば、第１覆工部材と第２覆工部材とを接合すると共に、第２覆工部材の内側に重複して位置する第１覆工部材を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成するようにしたので、第１、第２覆工部材の組立作業を効率よく行うことができ、拡幅トンネルを容易に施工可能とすることができる。
【００５９】
請求項９の発明のトンネル施工工法によれば、第２覆工部材は中空箱体であって、第２覆工部材の内側に重複して位置する第１覆工部材の切除時に、中空箱体の内壁も切除するようにしたので、第２覆工部材の簡素化並びに低コスト化を可能とすることができると共に、拡幅部の容積を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略図である。
【図４】本実施形態のトンネル掘削機によるセグメント組付作業を表す概略図である。
【図５】セグメントの組付状態を表すトンネル断面図である。
【図６】トンネル拡幅空間部の形成作業を表すトンネル要部断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【符号の説明】
１１ 掘削機本体
１２ カッタヘッド
１３ カッタ旋回モータ
１７ シールドジャッキ（推進ジャッキ）
１９ 旋回リング
２０ 駆動モータ
２１ エレクタ装置
２６ 昇降ジャッキ
３１ 吊り金具
３３，３４ 開口部
３５，３６ スライドガイド
３７，３８ 拡幅プレート（拡幅部）
５１，５２ 拡幅プレート（拡幅部）
６１，６２ 拡幅プレート（拡幅部）
ＳA ，ＳB セグメント
Claims (9)
- 筒形状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に装着されたカッタと、前記掘削機本体の後部に装着されて掘削壁面に沿って覆工部材を組み付けるエレクタ装置と、前記掘削機本体の側部から外方に移動して当該掘削機本体の外周面との間に拡幅空間部を形成可能な拡幅部とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
- 請求項１において、前記拡幅部は前記掘削機本体の側部開口を閉塞するように配設され、前記エレクタ装置により外方に移動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
- 請求項２において、前記エレクタ装置は、前記掘削機本体の内周面に沿って覆工部材を組付可能であると共に、外方に移動した前記拡幅部の内周面に沿って覆工部材を組付可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
- 請求項１において、前記拡幅部は前記掘削機本体に設けられたガイドにより側方に移動可能に支持されたことを特徴とするトンネル掘削機。
- 請求項１において、前記拡幅部は上端部あるいは下端部が前記掘削機本体に回動可能に支持されたことを特徴とするトンネル掘削機。
- 前記請求項１乃至５のいずれかに記載のトンネル掘削機におけるカッタを駆動しながら掘削機本体を前進することで、前方地盤の掘削及び側方地盤の余掘りを行い、前記掘削機本体の内周面に沿って第１覆工部材をリング状に組み付けると共に、該掘削機本体から拡幅部を前記余掘部分に移動して該拡幅部の内周面に沿って第２覆工部材を組み付けることを特徴とするトンネル施工工法。
- 請求項６において、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とが重複して組み付けられた後、両者を仮接合することを特徴とするトンネル施工工法。
- 請求項６において、前記第１覆工部材と前記第２覆工部材とを接合すると共に、該第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材を切除することで、トンネル拡幅空間部を形成することを特徴とするトンネル施工工法。
- 請求項６において、前記第２覆工部材は中空箱体であって、前記第２覆工部材の内側に重複して位置する前記第１覆工部材の切除時に、該中空箱体の内壁も切除することを特徴とするトンネル施工工法。
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