JP3951725B2 - Tunnel boring machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルボーリングマシン(以下、TBMと略記する)に関し、特に異形断面を掘削できるようにした構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
トンネルの掘削に発破を使用せず、機械掘削工法によりトンネル全断面を一度に掘削するトンンネル掘進機として、従来より、例えばTBMが知られている。このTBMは、先端の掘進機本体と、これに後続する各種の施設を載置移動するための作業台車とを備え、掘進機本体に取付けたグリッパーによりトンネル周囲の地盤を反力として掘進機本体を前進させつつトンンネルを掘削してゆくものである。そしてトンネルの掘削後は、コンクリート等の吹付け材料により吹付けライニングしてトンネル内周面を防護する。TBMを用いて掘削されるトンネルの掘削断面は円形である。これは、切羽を掘削するための面板が円形であり、かつ面板を回転しつつ掘削するためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば鉄道トンネルや道路トンネルなどの馬蹄形断面を要求されるトンネルをTBMを用いて掘削した場合、掘削作業後に、例えば図4(a)の斜線部分に示すような追加掘削部分が生じたり、図4(b)の斜線に示すように埋戻しが必要な部分が生じ、その掘削作業や埋戻し作業分、工期が長くなり、不経済となっていた。
【0004】
また、大断面トンネルにおいては、図5に示すように、TBMを用いて先進導坑aを掘削するのが一般的であるが、斜線で示す不足断面分についてはNATM工法により掘削せざるを得ず、工期が長くなるなどの不具合もあった。
【0005】
この発明は、以上の技術課題を解決するためになされたものであり、その目的は、前述のごとき非円形の異形断面であっても他の工法を併用することなくTBM単独により掘削できるようにしたTBMを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のトンネルボーリングマシンは、得ようとする異形断面に包含される円形断面を掘削するための面板と、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするものである。従って、本発明のトンネルボーリングマシンは、トンネルボーリングマシン単独の掘削作業により、円断面とともに異形断面に形成することができる。
【0007】
前記異形断面掘削部は、前記面板のすぐ背部にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリングと、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付けられ、かつ、前記回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿って揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端に設けられたカッタービットとを備えたものとすることができる。従って、本発明のトンネルボーリングマシンは、硬岩などにおいても円形掘削と同時に異形断面掘削を行うことができ、特に硬岩掘削用として好適である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図1〜図3は本発明を硬岩掘削用に好適なものとして開発した実施形態を示すものである。
【0009】
図1におけるTBMは、前後方向中央に配置された中空角筒型のビーム1と、ビーム1の先端に回転自在に支持され、かつ後部外周を筒形のスキンプレートで覆った面板2と、面板2のすぐ背面に同軸上に設けられた異形断面掘削部3と、異形断面掘削部3の背面にあってビーム1の外周に配置された固定スリーブ4と、固定スリーブ4の後部にあって前記ビーム1の外周に配置され、かつ複数のスラストジャッキ5を介して固定スリーブ4に連結した角形のスライドブロック6と、スライドブロック6の下部に配置されたずり寄せシュート7と、ずり寄せシュート7の後部中央に先端を位置させ、後部を斜め上方に向けて配置したずり排出用のベルトコンベア8及びビーム1内に配置され、その後部をベルトコンベア8の上部側に位置させたずり排出用のベルトコンベア9とから概略構成されている。 前記固定スリーブ4の上下にはそれぞれ一対のジャッキ10を介してフロントグリッパ11が配置され、スライドブロック6の左右には、複数のジャッキ12を介してメイングリッパ14が配置され、さらにビームの後部左右にはそれぞれサポートジャッキ15を介してエンドグリッパ16が設けられ、各ジャッキの伸縮によりそれぞれのグリッパをトンネル内壁に当接ないしは離間させることで、掘削時における反力を得るようにしている。
【0010】
図2(a)及び図2(b)には、その動作が示されており、まず、図2(a)に示す掘削動作停止状態で、フロントグリッパ11、エンドグリッパ16をトンネル内壁に突き当て、スライドブロックのメイングリッパ14を縮小し、スラストジャッキ5を縮小させてスライドブロック6を前進させ、次いで、図2(b)に示すように、メイングリッパ14を拡径してトンネル内壁に突き当てることによりスライドブロック6を固定した上で、フロントグリッパ11及びエンドグリッパ16を縮小し、面板2及び異形断面掘削部3を回転駆動しつつ、スラストジャッキ5を伸長させることで、面板2及び異形断面掘削部3は前進して一ストローク分の掘削を行う。
【0011】
図3(a)及び図3(b)に示すように、前記面板2の正面には放射状の配列で多数のカッタービット17が配置され、面板2の回転に伴いその正面の切羽を掘削し、その掘削ずりをスキンプレートで囲われたチャンバからビーム1内に取入れ、ベルトコンベア9及び8を通じて坑内後部に向けて排出する。
【0012】
前記異形断面掘削部3は、前記面板2より小さな径であって、面板2のすぐ背部に配置されるとともに、面板2とともに回転し、かつ複数のスラストジャッキ18(図2(a)及び図2(b)参照)を介して固定スリーブ4の外周を前後往復移動可能に配置されたスライドリング19と、スライドリング19の外周部にピン20(図3(b)参照)を介して揺動可能に支持された複数の掘削用アーム21と、各アーム21の先端に設けられた円盤状カッタービット22を備えたものであり、スライドリング19は、前記面板2の回転とともに回転しつつ、固定スリーブ4の外周を前後に往復する。
【0013】
各掘削アーム21は、スライドリング19の回転に同期して揺動しつつ図1の想像線で示すように、下部が円弧状の馬蹄型軌跡を描き、その先端のカッタービット22によって図3(b)に斜線部で示す馬蹄型軌跡と面板2により既に掘削された円断面との間の部分を掘削する。
【0014】
なお、各掘削アーム21による以上の掘削を可能とするためには、例えば、揺動制御用のサーボモータを各掘削アーム21に設けておき、コンピュータ制御などにより、回転と同期して揺動制御することによっても前記馬蹄型掘削軌跡を実現できる。また、前記馬蹄型掘削断面と相似する馬蹄型カムリード溝を有するカム板を各掘削アーム21の背面に固定し、各掘削アーム21の背面に突出するピンをカムリード溝に係合することで、カムリード溝の軌跡に沿って掘削アーム21を揺動することもできる。
【0015】
いずれの制御方法を用いたとしても、各掘削アーム21による最大掘削軌跡は図3(b)の破線で示す軌跡となるため、前記馬蹄型断面のみならず、カム板の交換や、コンピュータプログラムの変更に応じて各種断面に掘削することが可能となる。
【0016】
前記ずり寄せシュート7は馬蹄型掘削部分の掘削により発生する掘削ずりをかき集めるものであり、その前部左右には、図1に示すように回転羽23が配置され、これの回転によってずり寄せシュート7の前端部ですくい上げられたずりを中央後部に寄せ集め、前記ベルトコンベア8側へと送りだす。
【0017】
なお、このずり寄せシュート7は昇降用ジャッキなどにより前記スライドブロック6の下部に回動可能に取付けておき、スライドブロック6の移動時にはこれを上に上げることで移動の妨げを防止し、スライドブロック6の固定時には接地させておくことで、効率よくずりを捕集することができる。
【0018】
以上により、一掘削動作毎に面板2による円状掘削とその後部における異形断面掘削部3による馬蹄型の掘削作業が同時になされることになり、他の工法を併用することなくTBMのみにより馬蹄型断面のトンネルを造成できることになるのである。
【0019】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるTBMによれば、異形断面であっても他の工法を併用することなくTBM単独により掘削できるため、経済的であり、工期短縮に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を硬岩掘削に適用した場合の実施形態によるTBMの斜視図である。
【図2】 (a),(b)は同TBMの側断面図である。
【図3】 (a)は同TBMの正面図、(b)は異形断面掘削部を示す正断面図である。
【図4】 (a),(b)は従来のTBMを用いて異形断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。
【図5】 従来のTBMを用いて大断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。
【符号の説明】
2 面板
3 異形断面掘削部
19 スライドリング
21 掘削アーム
22 カッタービット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel boring machine (hereinafter abbreviated as TBM), and more particularly to a structure capable of excavating a deformed cross section.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, TBM is known as a tunnel excavator that excavates the entire section of a tunnel at once by a mechanical excavation method without using blasting for tunnel excavation. This TBM is equipped with an excavator main body at the tip and a work cart for placing and moving various facilities following the main body, and the excavator main body with the ground around the tunnel as a reaction force by a gripper attached to the excavator main body. The tunnel is excavated while moving forward. After excavation of the tunnel, the inner peripheral surface of the tunnel is protected by spray lining with a spray material such as concrete. The excavation cross section of the tunnel excavated using TBM is circular. This is because the face plate for excavating the face is circular and excavates while rotating the face plate.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for example, when excavating a tunnel that requires a horseshoe-shaped cross section such as a railway tunnel or a road tunnel using a TBM, an additional excavation part as shown by a hatched part in FIG. As shown by the oblique lines in FIG. 4B, a portion requiring backfilling occurred, and the excavation work and backfilling work and the construction period became longer, which was uneconomical.
[0004]
In large-section tunnels, as shown in FIG. 5, it is common to excavate the advanced guide shaft a using TBM. However, it is necessary to excavate the insufficient cross-section indicated by diagonal lines by the NATM method. In addition, there were problems such as a longer construction period.
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above technical problems, and its purpose is to enable excavation by TBM alone without using other construction methods even in the case of non-circular irregular cross sections as described above. TBM is provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a tunnel boring machine according to the present invention includes a face plate for excavating a circular cross section included in a deformed cross section to be obtained, and a shortage of cross sections on the left and right sides of the circular cross section excavated by the face plate. An irregular cross-section excavation part for excavation is provided. Therefore, the tunnel boring machine of the present invention can be formed into a deformed cross section along with a circular cross section by excavation work of the tunnel boring machine alone.
[0007]
The modified cross drilling unit, a slide ring moving back and forth in the direction while rotating a right back of said face plate, pivotally mounted on the outer circumference of the slide ring, and, in synchronization with the rotation section It can be provided with a plurality of excavating arms that swing along the outer peripheral locus of the lacking portion, and a cutter bit provided at the tip of each excavating arm. Therefore, the tunnel boring machine of the present invention can perform irregular section excavation simultaneously with circular excavation even in hard rocks, and is particularly suitable for hard rock excavation.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 3 show a implementation form developed as suitable for the present invention for hard rock drilling.
[0009]
The TBM in FIG. 1 includes a hollow rectangular tube-
[0010]
2 (a) and 2 (b) show the operation . First, in the state where the excavation operation is stopped as shown in FIG. 2 (a), the
[0011]
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), a number of
[0012]
The modified
[0013]
Each
[0014]
In order to enable the above excavation by each
[0015]
Regardless of which control method is used, the maximum excavation trajectory by each
[0016]
The sliding chute 7 collects excavation excavation generated by excavation of a horseshoe-type excavated portion, and
[0017]
The sliding chute 7 is pivotally attached to the lower portion of the
[0018]
Thus, for each excavation operation, circular excavation by the
[0019]
【The invention's effect】
As evidenced by the above description, according to the TBM according to the invention, since even irregular cross section Ru can excavation by TBM alone without combination with other method is economical, it can contribute to shortening the construction period.
[Brief description of the drawings]
1 is a perspective view of TBM by implementation embodiment when the present invention is applied to a hard rock drilling.
2A and 2B are side sectional views of the TBM. FIG.
3A is a front view of the TBM, and FIG. 3B is a front cross-sectional view showing a modified cross-section excavation section.
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are front views showing defects when excavation of a modified cross section is performed using a conventional TBM.
FIG. 5 is a front view showing a problem when a large section excavation is performed using a conventional TBM.
[Explanation of symbols]
2
Claims (1)
前記面板のすぐ背部にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリングと、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付けられ、かつ前記回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿って揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端に設けられたカッタービットとから構成され、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするトンネルボーリングマシン。A face plate for excavating a circular cross section included in the modified cross section to be obtained;
A slide ring that is in the immediate back of the face plate and moves in the front-rear direction while rotating, and is swingably attached to the outer peripheral portion of the slide ring, and along the outer peripheral locus of the insufficient cross section in synchronization with the rotation A deformed cross-section excavating portion configured to excavate a cross-section shortage portion on the left and right of the circular cross-section excavated by the face plate, which includes a plurality of rocking excavating arms and a cutter bit provided at the tip of each excavating arm. Tunnel boring machine characterized by having.
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