JP4032456B2 - 中折れ式トンネル掘進機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈曲部を有するトンネルを掘削するための中折れ式トンネル掘進機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のトンネル掘進機には、図3に示すように屈曲掘進が可能なものが知られている。この種のトンネル掘進機は、カッタフレーム5が取り付けられる前胴部1と、この前胴部1を揺動可能に支持する後胴部2と、前胴部1を後胴部2に対して相対的に揺動させる揺動機構(中折れジャッキ)3とを備えたもので、図のようなトンネル8の曲線部を掘削する場合に揺動機構3を作動させて前胴部1と後胴部2とを中折れ状態にすることができるようにしたものである。図中4はセグメントに反力をとって掘進させるシールドジャッキ、6は余掘り用のコピーカッタ、Sは掘削されたトンネル内に組み立てられたセグメントである。
【0003】
この中折れ式トンネル掘進機では、トンネル8の曲線部を施工する際に必要な余掘りをカッタフレーム5の外周部からコピーカッタ6を突出させることにより行うようにしているので、地盤が柔らかい場合には対応することができるが、岩盤や巨岩の混じった地盤では、コピーカッタでは余掘りできない。
【0004】
従来、このような地盤において曲線部を施工するためには、中折れ式トンネル掘進機のカッタフレームの外縁部に設けられたローラビットを外方に向けて大きく張り出させて、トンネルを掘削することで余掘りの確保を図るようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように従来の中折れ式トンネル掘進機ではローラビットを外方に張り出して余掘りをするようにしているので、直線部においても予定径よりも大きなトンネルが掘削されるので、掘削ズリの発生が大きくなるという問題がある。
【0006】
さらに、機構上ローラビットの張り出し量をあまり大きくすることができないので、大きな余掘り量を確保できない。したがって、前胴部1と後胴部2とを中折れ状態としても前胴部1又は後胴部2がトンネル内壁と接触してしまい、トンネルの中心線の曲率半径を小さくすることができないといった問題がある。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、掘削ズリの発生量が過大となることがなく、小さな曲率半径の曲線部を施工することができる中折れ式トンネル掘進機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シールドフレームを掘進側に位置する前胴部とトンネル側に位置する後胴部とに分割し、これら前胴部と後胴部とを互いに屈曲自在に連結した中折れ式トンネル掘進機において、前記前胴部は地山側にカッタフレームが取り付けられたほぼ筒状の内殻フレームと、該内殻フレームの外側部にこれを取り囲むように所定の間隔を隔ててかつ周方向に分割されて配置された外殻フレームとを備え、該外殻フレームは前記内殻フレームに近接又は離間可能に連結機構を介して取り付けられ、前記前胴部と後胴部にはそれぞれ小径の筒状部が設けられ、前胴部側の筒状部に前記内殻フレームが一体に連設され、後胴部側の筒状部は前胴部側の筒状部内に相対的に揺動可能に挿入され、これら筒状部間にはシール部材が配置されていることを特徴とする。
【0009】
前記外殻フレームが前記内殻フレームの周方向に沿って上下片部及び左右側片部に分割された外殻部在によって構成され、上片部及び左右側片部の外殻部材が内殻フレームに前記連結機構で結ばれて内殻フレームより径方向に近接又は離間可能に構成されるとともに、下片部の外殻部材が内殻フレームより所定の間隔を隔てて固定されていることが好ましい。
【0010】
記連結機構による前記内殻フレームと外殻フレームの連結を切り離すことにより、前記内殻フレーム回収可能であることが好ましい
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態の中折れ式トンネル掘進機について添付図面に基づいて説明する。
【0012】
本実施の形態の中折れ式トンネル掘進機は、シールドフレーム10を掘進側に位置する前胴部11とトンネル側に位置する後胴部12とに分割し、これら前胴部11と後胴部12とを揺動機構23により互いに屈曲自在に連結したものである。図中4はミニテールフレームである。
【0013】
揺動機構23は、後胴部12に設けられたヒンジ部24に前胴部11の後端に設けられた凸部25を摺動可能に挿入するとともに、前胴部11と後胴部12とを中折れジャッキ26により連結して構成される。
【0014】
後胴部12にはトンネル内径よりも小径の筒状部12aが形成され、前胴部11にもこの筒状部12aに対応して筒状部11aが形成されている。後胴部12の筒状部12aは前胴部11の筒状部11a内に相対的に揺動可能に挿入されている。これら筒状部11a,12aとの間には、ブラシやリング状シール等からなるシール部材29が筒状部11a,12aと密着して配置され、これにより前胴部11と後胴部12とが相対的に揺動した場合にも、前胴部11及び後胴部12の内外の水密性が確保された、いわゆるシールド構造になっている。
【0015】
前胴部11は地山側にカッタフレーム13が取り付けられ、前記筒状部11aに一体に連設されたたほぼ筒状の内殻フレーム14と、該内殻フレーム14の外側部にこれを取り囲むように所定の間隔を隔ててかつ周方向に分割されて配置された外殻フレーム15とを備えている。なお、カッタフレーム13には地山側に臨んで複数のローラビット22が取り付けられている。
【0016】
外殻フレーム15は、内殻フレーム14の周方向に沿って上片部18、下片部19、右側片部20、左側片部21の4つの部分に分割された外殻部材によって構成されている。外殻部材の上片部18及び左右側片部20、21は内殻フレーム14に近接又は離間可能に連結機構16を介して取り付けられ、外殻部材の下片部19は内殻フレーム14に所定の間隔を隔てて固定されている。
【0017】
連結機構16は次のようになっている。外殻部材の上片部18及び左右片部20,21は支持ジャッキ33によりトンネルの内面に対して近接及び離間できるように支持されている。内殻フレーム14の外面には当該内殻フレーム14の径方向に延びるガイドポスト37が立設されており、このガイドポスト37の先端部には外殻部材の上片部18及び左右片部20,21の内面に形成されたガイド部18a,20a、21aが摺動可能に嵌まり込んでおり、支持ジャッキ33により近接又は離間した際に外殻部材の上片部18及び左右片部20,21をガイドポスト37により案内するようにしている。
【0018】
後胴部12の後端部にはトンネル内径よりも若干小さな直径の端板フレーム12bが固定されており、この端板フレーム12bの周縁部付近にはセグメントSに反力をとって前胴部11及び後胴部12を前進させる複数の推進ジャッキ27が端板フレーム12bの周縁部に沿って取り付けられている。端板フレーム12bの中央部にはほぼ円形状の開口部12dが形成されており、この開口部12dを通って掘削ズリを排出するためのベルトコンベア28がカッタフレーム13の直近内部に向かって配置されている。
【0019】
なお、カッタフレーム13には掘削されたズリが一時収容されるチャンバ30が形成されており、カッタフレーム13の回転に伴ってチャンバ30内に一時収容されたズリが、上方にチャンバ30とともに搬送されチャンバ30が上方近傍に来たときにチャンバ30からコンベア28上に投下されるようになっている。図中31はカッタフレーム13を回転駆動するためのモーターである。
【0020】
後胴部12の端板フレーム12bにはトンネルの内面にセグメントSを組み立てるエレクタ装置40が取り付けられており、エレクタ41をエレクタ用ジャッキ42により移動させてセグメントSの組み立てができるようになっている。
【0021】
次に、かかる実施の一形態の中折れ式トンネル掘進機の作用について説明する。
【0022】
トンネルの直線部を施工するには、モータ31によりカッタフレーム13を回転させつつ、推進ジャッキ27を伸長させてセグメントSに反力をとって前胴部11及び後胴部12を前方に推進する。これにより、カッタフレーム13に取り付けられたローラビット22によりトンネルが形成される。
【0023】
この際、支持ジャッキ33を伸長させてガイドポスト37に沿って外殻部材の上片部18,左右片部20,21をトンネルの径方向に移動させてトンネル内面に沿わせて位置させる。これにより、トンネル内面の崩落を防止する。
【0024】
所定掘削した後にエレクタ装置40により後胴部12の後方でセグメントSを順次環状に組み立て、順次トンネルの内面を覆っていく。
【0025】
次に、トンネルの曲線部、特に急カーブ部を施工するには、複数個設けた中折れジャッキ26のうち曲線部の内側に該当する中折れジャッキ26を縮めることにより、前胴部11を後胴部12に対してヒンジ部24を中心として揺動させ中折れ状態とし、推進ジャッキ27を伸長することにより急カーブ部を掘進する。
【0026】
ここで、カッタフレーム13のコーナー部に設けられたローラビット22により余掘り施工がされ曲線部の施工は容易になっているが、更に曲率半径が小さな急カーブ部を掘削しようとすると、外殻フレーム15の左右片部20,21がトンネルの内面に接触してしまう。したがって、前胴部11と後胴部12を中折れ状態として掘削しても、施工できる曲線部の曲率半径には制限があり、この結果さらに小さな曲率半径のトンネルを施工することは困難であった。
【0027】
しかしながら、本実施の形態の中折れ式トンネル掘進機では、外殻部材の左右片部20,21は支持ジャッキ33によりトンネルの内面に対して離間可能に支持されているので、当該支持ジャッキ33を縮めて外殻部材の左右片部20,21をトンネルの内面から少し退避させることにより(図2の点線部分を参照)トンネルの内面との接触を解消することができる。これにより、更に中折れ角度を大きくすることができ、単に中折れ状態とした場合よりもさらに小さな曲率のトンネルを掘削することができる。
【0028】
このように、曲線部のみで外殻部材の左右片部20,21を退避させるようにしたので、トンネルの直線部の掘削径と曲縁部の掘削径は同一とすることができ、余掘り量を一定にすることができ、排出されるズリの量が過大となることもない。
【0029】
上片部18,左右片部20,21は内殻フレーム14に形成したガイドポスト37に案内されるので、外殻部材の上片部18,左右片部20,21のトンネルの内面に対する近接あるいは離間を円滑にかつ確実に行うことができる。
【0030】
前胴部11と後胴部12とは、シール部材29により水密状態とされているので、地盤から地下水が漏洩しても内殻フレーム14内に侵入することがなく、掘削作業を安全に行うことができる。
【0031】
内殻フレーム14の内部にコンベア28を設けるようにしているので、コンベア28の設置空間を通って作業者がカッタフレーム13の直近まで近寄ることができ、ローラビット22の交換や機械設備の点検等を極めて容易に行うことができる。
【0032】
また、本実施の形態の中折れ式トンネル掘進機を撤収する際に、例えばアンカーロッドを上片部18,左右片部20,21に形成した貫通孔内から周囲の地盤に貫入させてトンネル内面に埋め殺しするとともに、連結機構16による内殻フレーム14と外殻フレーム15との連結を切り離し、必要に応じて下片部19の一部を溶断し、内殻フレーム14のみを回収することができる。
【0033】
すなわち、従来のトンネル掘削においては中折れ式トンネル掘進機を分解して搬出していたが、本実施の形態の中折れ式トンネル掘削機では、その分解する手間が省け、簡単かつ容易に装置の一部を他の工事に転用することができる。これにより、施工費用の削減を図ることができる。
【0034】
なお、本実施の形態の中折れ式トンネル掘進機では、中折れジャッキ26は内殻フレーム14の外側に配置されているが、当該部分に地下水が漏洩しても掘削作業に支障が出ることはない。なお、内殻フレーム14の内部に設置空間があればその内部に中折れジャッキ26を設置するようにしてもよい。
【0035】
上記実施の形態では、外殻フレーム15を上下片部18,19、左右片部20,21を4つの部分に分割して形成したが、トンネルの内面から退避させることができるものであれば、適宜の分割数とすることができる。しかも、上記実施の形態のように外殻部材の上片部18、左右片部20,21のようにほぼ全周で退避するようにする必要はなく、外殻部材とトンネル内面とが接触する部分だけ退避できるようにすればよい。
【0036】
本実施の形態では、内殻フレーム14を水密構造としたが地下水の漏洩がまったく心配ない地盤を掘削する場合には水密構造である必要はまったく無い。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、掘削ズリの発生量が過大となることがなく、小さな曲率半径の曲線部を施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる中折れ式トンネル掘進機を示す断面図である。
【図2】図1中のイ−イ矢視図である。
【図3】従来のトンネル掘進機を示す図である。
【符号の説明】
11 前胴部
12 後胴部
13 カッタフレーム
14 内殻フレーム
15 外殻フレーム
16 連結機構
18 上片部
20,21 左右片部
23 揺動機構

Claims (3)

  1. シールドフレームを掘進側に位置する前胴部とトンネル側に位置する後胴部とに分割し、これら前胴部と後胴部とを互いに屈曲自在に連結した中折れ式トンネル掘進機において、前記前胴部は地山側にカッタフレームが取り付けられたほぼ筒状の内殻フレームと、該内殻フレームの外側部にこれを取り囲むように所定の間隔を隔ててかつ周方向に分割されて配置された外殻フレームとを備え、該外殻フレームは前記内殻フレームに近接又は離間可能に連結機構を介して取り付けられ、前記前胴部と後胴部にはそれぞれ小径の筒状部が設けられ、前胴部側の筒状部に前記内殻フレームが一体に連設され、後胴部側の筒状部は前胴部側の筒状部内に相対的に揺動可能に挿入され、これら筒状部間にはシール部材が配置されていることを特徴とする中折れ式トンネル掘進機。
  2. 前記外殻フレームが前記内殻フレームの周方向に沿って上下片部及び左右側片部に分割された外殻部在によって構成され、上片部及び左右側片部の外殻部材が内殻フレームに前記連結機構で結ばれて内殻フレームより径方向に近接又は離間可能に構成されるとともに、下片部の外殻部材が内殻フレームより所定の間隔を隔てて固定されていることを特徴とする請求項1記載の中折れ式トンネル掘進機。
  3. 記連結機構による前記内殻フレームと外殻フレームの連結を切り離すことにより、前記内殻フレーム回収可能であることを特徴とする請求項1又は2記載の中折れ式トンネル掘進機。
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