JP4080959B2 - トンネル掘削機及びトンネル施工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下鉄トンネルなどとして利用される断面形状が途中で縮小あるいは拡大したトンネルを施工するトンネル掘削機並びにトンネル施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、地下鉄トンネルでは、中央にホームが設けられる駅区間と、この駅区間を結ぶ路線区間とで断面形状が異なるものとなっている。一般的には、駅区間と路線区間とを別のトンネル掘削機を用いてトンネルを掘削していたが、駅区間の前後にトンネル掘削機を搬出入するための立坑が必要なリ、工事期間の長期化や作業コストの増大などの問題が発生する。そのため、駅区間と路線区間のトンネルを一台のトンネル掘削機により掘削可能としたものとして、例えば、下記特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３２０２９１
【０００４】
この特許文献１に記載された「二連型親子シールド掘進機及び掘進方法」は、円筒型シールド掘進機の２機を平行に連結した二連型外殻の内部に、各円心に対して偏心した位置に偏心回転筒を回転自在に収納し、偏心回転筒の内部にその円心に対して偏心した位置に子シールド機を収納したものである。従って、２つの子シールド機を収納した状態で二連型外殻を掘進してトンネル拡大部を掘削し、二連型外殻から子シールド機を発進させてトンネル非拡大部を掘削する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなトンネル拡大部とトンネル非拡大部とを連続して掘削する場合、この拡大部と非拡大部とはそのトンネル中心位置が異なることから、カッタの位置を移動する必要がある。従来の「二連型親子シールド掘進機及び掘進方法」にあっては、二連型外殻の内部に偏心回転筒を介して子シールド機を収納しており、偏心回転筒を用いて二連型外殻に対して２機の子シールド機全体を移動してカッタの位置を変更している。そのため、偏心回転筒が大掛かりなものとなり、これを回転させるために大きな駆動力を有する駆動源が必要となり、装置の大型化並びに高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
また、偏心回転筒を１８０度回転することで、各子シールド機全体を同様に１８０度回転しながら移動してカッタの位置を変更しており、子シールド掘進機の姿勢が変わり、上下位置が逆になってしまう。そのため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体し、移動後に再び搬入、装着しなければならず、作業が面倒なものとなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、断面形状の異なるトンネルを連続して掘削可能であり、装置の簡素化及び低コスト化を図ると共に、作業性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネル施工方法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】
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、筒状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、前記偏心移動機構は、回転可能な第１回転体と、該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま移動自在に支持するガイド機構と、前記第１回転体または前記第２回転体のいずれか一方を回転する回転駆動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、筒状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、前記偏心移動機構は、回転可能な第１回転体と、該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体とを互いに逆方向に回転する回転駆動手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記親掘削機本体の内側に前記子掘削機本体が嵌合され、該子掘削機本体の内側に前記第１回転体が嵌合され、該第１回転体の内側に前記第２回転体が嵌合され、該第２回転体の内側に前記駆動部本体が嵌合されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明のトンネル掘削機は、複円断面形状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な複円断面形状をなす子掘削機本体と、前記親掘削機本体または前記子掘削機本体に支持された一対のカッタ掘削装置と、該一対のカッタ掘削装置をそれぞれ水平方向に直線移動する移動機構とを具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明のトンネル施工方法は、子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体を掘進して大径の親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、相対回転自在に嵌合した一対の回転体を互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を前記親掘削機本体の中心位置から前記子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の子トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明のトンネル施工方法は、一対のカッタ掘削装置を有する子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体により大径の複円断面形状をなす親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、前記一対のカッタ掘削装置相互を近接する方向に直線移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の複円断面形状をなす子トンネルを連続掘削することを特徴とするものである。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１に本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に本実施形態のトンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に子トンネル掘削機の縦断面、図５に子トンネル掘削機の正面視、図６に図４のVI−VI断面、図７に親子トンネルの概略、図８に親子トンネルの要部断面を示す。
【００１９】
本実施形態において、トンネル掘削機１０は、図１乃至図３に示すように、複円形状をなす親掘削機本体１１内に同じく複円形状をなす子掘削機本体１２をほぼ平行をなして収納し、子掘削機本体１２内に共用の左右一対のカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを装着すると共に、このカッタ駆動部１３ａ，１３ｂにカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着しており、子掘削機本体１２を内蔵した状態で親掘削機本体１１を掘進して大径の複円親トンネルＴ1を掘削し、所定の掘進位置で、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心位置から子掘削機本体１２の中心位置へその姿勢を維持したまま水平移動し、親掘削機本体１１から子掘削機本体１２を発進して小径の複円子トンネルＴ2を掘削するものである。
【００２０】
このトンネル掘削機１０において、親掘削機本体１１は並列する２つの円筒が連結された複円筒形状をなしており、内部に同じく並列する２つの円筒が連結された複円筒形状をなす子掘削機本体１２を内蔵している。そして、親掘削機本体１１の左右の円筒部の中心Ｏ1と子掘削機本体１２の左右の円筒部の中心Ｏ2とは所定距離Ｌずれている。この場合、親掘削機本体１２は、内周面に子掘削機本体１２の外周面が嵌合する嵌合部２１が形成されており、親掘削機本体１２は内部に子掘削機本体１２を回動不能に保持可能である共に、親掘削機本体１２から子掘削機本体１２を前方へ発進可能となっている。
【００２１】
子掘削機本体１２は、前部に偏心移動機構(移動機構)１５ａ，１５ｂを介して左右一対のカッタ駆動部１３ａ，１３ｂが支持されており、この偏心移動機構１５ａ，１５ｂは、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま、つまり、回転させることなく水平方向（掘削機本体１１、１２の径方向）に沿って移動可能となっている。この場合、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂ及びカッタヘッド１４ａ，１４ｂにより本発明のカッタ掘削装置が構成される。
【００２２】
この偏心移動機構１５ａ，１５ｂにおいて、子掘削機本体１２の内周面に形成された嵌合部２２には、親掘削機本体１１の中心Ｏ1及び子掘削機本体１２の中心Ｏ2から所定距離偏心した中心ＯAを支点として相対回転自在な第１回転体２３ａ，２３ｂが嵌合している。第１回転体２３ａ，２３ｂには、この第１回転体２３ａ，２３ｂの中心ＯAから所定距離偏心した中心ＯBを支点として相対回転自在な第１回転体２４ａ，２４ｂが嵌合している。そして、第２回転体２４ａ，２４ｂには、この第２回転体２４ａ，２４ｂの中心ＯBから所定距離偏心した中心ＯCを支点として相対回転自在なカッタ駆動部１３ａ，１３ｂが嵌合している。
【００２３】
また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの後部には、支持リング２５ａ，２５ｂが固定され、上下部が切断されて後方視が小判形状をなしている。一方、子掘削機本体１２には、支持ブラケット２６ａ，２６ｂを介して上下一対の水平なガイドプレート２７ａ，２７ｂが固定され、このガイドプレート２７ａ，２７ｂの間にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂの支持リング２５ａ，２５ｂが嵌合している。そのため、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは、子掘削機本体１２に対して相対回転不能ではあるが、水平方向には移動可能となっている。
【００２４】
この場合、支持リング２５ａ，２５ｂとガイドプレート２７ａ，２７ｂとで、本発明のガイド機構を構成しており、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま移動自在に支持されている。
【００２５】
そして、子掘削機本体１２と第１回転体２３ａ，２３ｂとの間には、回転駆動手段としての油圧式の移動ジャッキ２８ａ，２８ｂが着脱自在に架設されている。そのため、この移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを伸長することで、第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度だけ回動することができる。この場合、移動ジャッキ２５ａ，２５ｂを伸長した後、第１回転体２３ａ，２３ｂとの連結を解除し、収縮させてから連結位置を変更することで、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂの伸長により再び第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度だけ回動することができる。
【００２６】
ここで、上述した偏心移動機構１５ａ，１５ｂによるカッタ駆動部１３ａ，１３ｂの移動動作について詳細に説明する。移動ジャッキ２８ａ，２８ｂの伸長、収縮、連結位置変更の操作を繰り返すことにより、第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度回動すると、この第１回転体２３ａ，２３ｂは子掘削機本体１２の嵌合部２２に支持されているために中心ＯAを支点として回動する。一方、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは支持リング２５ａ，２５ｂがガイドプレート２７ａ，２７ｂに支持されることで、左右に移動自在であるが、回転不能となっている。そのため、第２回転体２４ａ，２４ｂは第１回転体２３ａ，２３ｂとの間のカム機能により中心ＯBを支点として第１回転体２３ａ，２３ｂとは逆方向に回転しながら、中心ＯCを支点として同方向に揺動する。
【００２７】
この場合、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢（回動）が拘束されており、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとの相対回転及び揺動が、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの移動方向に沿う水平方向以外の方向の力を互いに吸収する。そのため、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは水平方向に沿って移動することができる。そして、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとが互いに１８０度回転すると、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは所定距離Ｌだけ水平に移動し、その中心ＯCが親掘削機本体１１の中心Ｏ1に重なる位置から、子掘削機本体１２の中心Ｏ2に重なる位置に移動することとなる。
【００２８】
なお、子掘削機本体１２、第１回転体２３ａ，２３ｂ、第２回転体２４ａ，２４ｂ、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの各摺接部にはグリースなどを注入して摩擦抵抗を軽減すると共に、掘削土砂の侵入を防止することで、互いの相対回転をスムースに行うようにすることが望ましい。この場合、各摺接部にボールベアリングやスクリューベアリングなどを介装しても良い。
【００２９】
また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂについて説明するが、両者はほぼ同様の構成であるため、一方のカッタ駆動部１３ａについてのみ説明する。駆動フレーム３１には軸受によりリングギヤ３２が回転自在に支持され、このリングギヤ３２に連結ビーム３３を介してカッタヘッド１４ａが連結されている。このカッタヘッド１４ａは、中心部３４から４つのカッタスポーク３５が放射状に連結され、各カッタスポーク３５の先端部に伸縮スポーク３６が伸縮ジャッキ３７により伸縮自在に装着されると共に、取付リング３８に短いカッタスポーク３９が固定されており、各スポーク３５，３９に多数のカッタビット４０が固定されている。
【００３０】
そして、駆動フレーム３１には複数のカッタ旋回モータ４１が取付けられ、各旋回モータ４１の駆動ギア４２がリングギア３２に噛み合っており、この旋回モータ４１を駆動して駆動ギア４２を回転駆動すると、リングギア３２を介してカッタヘッド１４ａを回転することができる。
【００３１】
更に、子掘削機本体１２の前部にはカッタヘッド１４ａ，１４ｂの後方に位置してバルクヘッド４３が設けられると共に、親掘削機本体１１の前部に傾斜板４４が設けられており、カッタヘッド１４ａ，１４ｂとこのバルクヘッド４３及び傾斜板４４との間にチャンバ４５が設けられている。そして、このチャンバ４５には、子掘削機本体１２内に前傾状態で配設された左右一対のスクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂの前端部が開口している。この場合、各スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂは子掘削機本体１２の中心Ｏ2の垂直方向に傾斜して配設されている。
【００３２】
一方、親掘削機本体１１の内周部に複数のシールドジャッキ４７が周方向に沿って並設されると共に、子掘削機本体１２の内周部に複数のシールドジャッキ４８が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ４７，４８を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ1，Ｓ2に押し付けることで、その反力により親掘削機本体１１及び子掘削機本体１２を前進することができる。また、子掘削機本体１２の後部には左右一対の旋回リング４９ａ，４９ｂが旋回可能に支持されており、この旋回リング４９ａ，４９ｂにセグメントＳ1，Ｓ2を組立てるエレクタ装置５０ａ，５０ｂと、既設セグメントＳ1，Ｓ2を所定形状に保持する形状保持装置５１ａ，５１ｂが装着されている。
【００３３】
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１０によるトンネルＴ1，Ｔ2 の掘削工法について説明する。
【００３４】
まず、大径の複円親トンネルＴ1を掘削するとき、図示しない発進立坑からトンネル掘削機１０を投入して掘削作業を開始する。この場合、図１乃至図３に示すように、親掘削機本体１１内に子掘削機本体１２を収納し、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂが互いに離間する位置、つまり、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの中心ＯCが親掘削機本体１１の中心Ｏ1に重なる位置に移動しておく。また、伸縮ジャッキ３７により伸縮スポーク３６を伸長させる。そして、親掘削機本体１１と子掘削機本体１２とを図示しないロックピンにより相対移動不能に固定すると共に、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを図示しないロック機構により作動しないように停止しておく。
【００３５】
この状態で、旋回モータ４２によりカッタヘッド１４ａ，１４ｂを回転させながら、複数のシールドジャッキ４７を伸長して既設セグメントＳ1へ押し付け、その反力によって親掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１４ａ，１４ｂが前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ４５内に取り込まれ、スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂによって外部に排出される。一方、エレクタ装置５０ａ，５０ｂは、親トンネルＴ1内に搬入されたセグメントＳ1をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて親トンネルＴ1を構築していく。
【００３６】
このように構築された親トンネルＴ1は、図７及び図８(ａ)に示すように、大径の複円形状をなし、地下鉄の駅区間として利用される。即ち、トンネル構築後、中央部にホームＨが形成されると共に、その両側に車両Ｃの線路部Ｒが形成される。
【００３７】
トンネル掘削機１０によるトンネル掘削作業により、親トンネルＴ1を所定距離、つまり、駅区間の全長を掘削すると、ここで掘削作業を一時停止し、トンネル掘削機１０により小径の複円子トンネルＴ2を掘削可能な仕様に変更する。まず、伸縮ジャッキ３７により伸縮スポーク３６を収縮させ、偏心移動機構１５ａ，１５ｂのロック機構を解除して作動可能とする。そして、子掘削機本体１２と第１回転体２３ａ，２３ｂとの間に移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを架設し、この移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを伸長、収縮、連結位置変更の操作を繰り返すことで第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度ずつ回動していく。すると、この第１回転体２３ａ，２３ｂの一方方向への回動に伴って、第２回転体２４ａ，２４ｂが他方方向に回動し、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢を維持したままいずれの方向にも回動することなく、水平方向に沿って互いに接近する方向に移動する。
【００３８】
そして、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとが互いに１８０度回転すると、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは所定距離Ｌだけ水平に移動し、その中心ＯCが子掘削機本体１２の中心Ｏ2に重なる位置に移動する。ここで、偏心移動機構１５ａ，１５ｂをロック機構により作動不能とする一方、ロックピンを取り外して親掘削機本体１１と子掘削機本体１２との連結を解除する。
【００３９】
このようにトンネル掘削機１０が小径の複円子トンネルＴ2を掘削可能な仕様に変更され、親掘削機本体１１と子掘削機本体１２との連結が解除されると、この位置から親掘削機本体１１を置き去りにして子掘削機本体１２を発進してトンネル掘削作業を再び開始する。
【００４０】
この場合、図４乃至図６に示すように、子掘削機本体１２の前端部に連結リング１２ａを連結してカッタヘッド１４ａ，１４ｂとの間にチャンバ４５を確保すると共に、後端部にテールシールを有するテールリング１２ｂを連結する。また、親トンネルＴ1の既設セグメントＳ1の内側に既設セグメントＳ2を事前に組み立てておき、子掘削機本体１２の掘削反力が得られるようにする。そして、親トンネルＴ1（既設セグメントＳ1）の後端部と子トンネルＴ2（既設セグメントＳ2）の先端部とを確実に連結する。
【００４１】
そして、旋回モータ４２によりカッタヘッド１４ａ，１４ｂを回転させながら、複数のシールドジャッキ４８を伸長して既設セグメントＳ2へ押し付け、その反力によって子掘削機本体１２を前進させる。すると、カッタヘッド１４ａ，１４ｂが前方の地盤を掘削し、大径の複円親トンネルＴ1に連続する小径の複円子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ４５内に取り込まれ、スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂによって外部に排出される。一方、エレクタ装置５０ａ，５０ｂは、子トンネルＴ2内に搬入されたセグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築していく。
【００４２】
このように構築された子トンネルＴ2は、図７及び図８(ｂ)に示すように、小径の複円形状をなし、地下鉄の路線区間として利用される。即ち、トンネル構築後、２つの車両Ｃの線路部Ｒが形成される。
【００４３】
なお、子掘削機本体１２が離脱した後の親掘削機本体１１にて、複数のシールドジャッキ４７は取り外して回収し、親掘削機本体１１自体は分割回収しても良いが、そのまま地中に埋設してトンネル構造体として利用しても良い。
【００４４】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、複円筒形状の親掘削機本体１１内に同じく複円筒形状の子掘削機本体１２を前方へ離脱可能に支持し、この子掘削機本体１２にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを支持して駆動回転可能なカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着し、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま水平方向に沿って移動可能としている。
【００４５】
従って、子掘削機本体１２を内蔵した親掘削機本体１１を掘進して大径の親トンネルＴ1を掘削し、所定の掘進位置で、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心Ｏ1から子掘削機本体１２の中心Ｏ2へその姿勢を維持したまま水平移動し、この状態で子掘削機本体１２を発進して小径の子トンネルＴ2を掘削することとなり、断面形状の異なる親子トンネルＴ1，Ｔ2を連続して掘削することができる。
【００４６】
この場合、子掘削機本体１２を移動せずにカッタ駆動部１３ａ，１３ｂのみを移動するため、大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢を維持したまま水平移動するため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００４７】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを、回転可能な第１回転体２３ａ，２３ｂと、この第１回転体２３ａ，２３ｂの偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを偏心位置に内装した第２回転体２４ａ，２４ｂと、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの後部に設けられた支持リング２５ａ，２５ｂと、子掘削機本体１２に設けられて支持リング２５ａ，２５ｂが嵌合するガイドプレート２７ａ，２７ｂと、第１回転体２３ａ，２３ｂを回転する移動ジャッキ２８ａ，２８ｂとから構成している。
【００４８】
従って、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心Ｏ1から子掘削機本体１２の中心Ｏ2へその姿勢を維持したまま移動させることとなり、簡単な構成で容易に短持間でカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを移動することができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを、互いに相対回転自在な第１回転体２３ａ，２３ｂ及び第２回転体２４ａ，２４ｂにより構成し、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂにより第１回転体２３ａ，２３ｂを回転するようにしたが、第２回転体２４ａ，２４ｂを回転するようにしても良い。また、回転駆動手段としては、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂに限らず、駆動モータなどを用いても良い。
【００５０】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂにて、支持リング２５ａ，２５ｂとガイドプレート２７ａ，２７ｂとを嵌合させることで、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの姿勢を維持したまま移動するようにしたが、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に回転させる回転駆動手段としてそれぞれ移動ジャッキを設け、各移動ジャッキを同期駆動して第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に同期回転させるようにしても良く、この場合、ガイド機構を不要とすることができる。
【００５１】
更に、トンネル掘削機１０を複円形状をなす親掘削機本体１１内に同じく複円形状をなす子掘削機本体１２をほぼ平行をなして収納し、内部に２つのカッタ駆動部１３ａ，１３ｂ及びカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着し、偏心移動機構１５ａ，１５ｂにより水平移動可能に構成することで、水平方向に中心のずれた大小の複円断面形状をなす親子トンネルＴ1，Ｔ2を連続して掘削し、地下鉄の駅区間と路線区間として適用するようにしたが、適用分野はこれに限定されるものではない。
【００５２】
例えば、トンネル掘削機を真円形状をなす親掘削機本体内に同じく真円形状をなす子掘削機本体をほぼ平行をなして収納し、内部に１つのカッタ駆動部及びカッタヘッドを装着し、偏心移動機構により上下移動可能に構成することで、上下方向に中心のずれると共に、底部の高さ位置あるいは天井部の高さ位置の一致した大小の真円断面形状をなす親子トンネルを連続して掘削し、共同溝や下水管などとして適用することができる。この場合、トンネル掘削機及びトンネル断面形状は、真円に限らず、楕円、矩形、複円などの異形形状であってもよく、カッタ駆動部及びカッタヘッドは３つ以上であってもよい。
【００５３】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま水平方向に沿って移動可能としたが、子掘削機本体１２ごと水平方向に沿って移動するようにしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したトンネル掘削機によれば、筒状をなす親掘削機本体内に子掘削機本体を前方へ離脱可能に支持し、子掘削機本体にカッタ駆動部を支持し、このカッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドを設け、少なくともカッタ駆動部をその姿勢を維持したまま親掘削機本体または子掘削機本体の径方向に沿って移動可能とする偏心移動機構を設けたので、掘進途中で偏心移動機構によりカッタ駆動部をその姿勢を維持したまま水平移動することで、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができ、このとき、カッタ駆動部のみを移動した場合、大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができると共に、カッタ駆動部の姿勢は維持されるため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００５５】
また、トンネル掘削機によれば、偏心移動機構を、回転可能な第１回転体と、第１回転体の偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま移動自在に支持するガイド機構と、第１回転体または第２回転体のいずれか一方を回転する回転駆動手段とで構成したので、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま移動させることとなり、簡単な構成で容易に短持間でカッタ駆動部を移動することができる。
【００５６】
また、トンネル掘削機によれば、偏心移動機構を、回転可能な第１回転体と、第１回転体の偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転する回転駆動手段とで構成したので、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転するだけで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま移動させることができ、構造の簡素化を図ることができる。
【００５７】
また、トンネル掘削機によれば、親掘削機本体の内側に子掘削機本体を嵌合し、子掘削機本体の内側に第１回転体を嵌合し、第１回転体の内側に第２回転体を嵌合し、第２回転体の内側に駆動部本体を嵌合したので、構成部材が摺接可能に嵌合することとなり、作動を円滑に行うことができると共に、高精度シール性能を確保することができる。
【００５８】
また、トンネル掘削機によれば、親掘削機本体と子掘削機本体とをそれぞれの中心を径方向にずらし、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置まで偏心移動機構によりその姿勢を維持したまま移動可能としたので、掘進途中で偏心移動機構によりカッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま水平移動することで、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができる。
【００５９】
また、トンネル掘削機によれば、複円断面形状をなす親掘削機本体内に前方へ離脱可能な複円断面形状をなす子掘削機本体を支持し、親掘削機本体または子掘削機本体に一対のカッタ掘削装置を支持し、この一対のカッタ掘削装置をそれぞれ水平方向に直線移動する移動機構を設けたので、掘進途中で移動機構によりカッタ掘削装置を水平移動することで、断面形状の異なる複円形状の親子トンネルを連続して掘削することができ、作業時間を短縮して作業性を向上することができる。
【００６０】
更に、トンネル施工方法によれば、子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体を掘進して大径の親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動し、親掘削機本体から子掘削機本体を発進して小径の子トンネルを掘削するようにしたので、カッタ駆動部を移動するための大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができると共に、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００６１】
また、トンネル施工方法によれば、相対回転自在に嵌合した一対の回転体を互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動させるようにしたので、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができる。
【００６２】
また、トンネル施工方法によれば、一対のカッタ掘削装置を有する子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体により大径の複円断面形状をなす親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、一対のカッタ掘削装置相互を近接する方向に直線移動し、親掘削機本体から子掘削機本体を発進して小径の複円断面形状をなす子トンネルを連続掘削するようにしたので、断面形状の異なる複円形状の親子トンネルを連続して掘削することができ、作業時間を短縮して作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】子トンネル掘削機の縦断面図である。
【図５】子トンネル掘削機の正面図である。
【図６】図４のVI−VI断面図である。
【図７】親子トンネルの概略図である。
【図８】親子トンネルの要部断面図である。
【符号の説明】
１０ トンネル掘削機
１１ 親掘削機本体
１２ 子掘削機本体
１３ａ，１３ｂ カッタ駆動部(カッタ掘削装置)
１４ａ，１４ｂ カッタヘッド(カッタ掘削装置)
１５ａ，１５ｂ 偏心移動機構(移動機構)
２３ａ，２３ｂ 第１回転体
２４ａ，２４ｂ 第２回転体
２５ａ，２５ｂ 支持リング（ガイド機構）
２７ａ，２７ｂ ガイドプレート（ガイド機構）
２８ａ，２８ｂ 移動ジャッキ（回転駆動手段）
４１ カッタ旋回モータ
４７，４８ シールドジャッキ
５０ａ，５０ｂ エレクタ装置
Ｔ1 親トンネル
Ｔ2 子トンネル
Ｓ1,Ｓ2 セグメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下鉄トンネルなどとして利用される断面形状が途中で縮小あるいは拡大したトンネルを施工するトンネル掘削機並びにトンネル施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、地下鉄トンネルでは、中央にホームが設けられる駅区間と、この駅区間を結ぶ路線区間とで断面形状が異なるものとなっている。一般的には、駅区間と路線区間とを別のトンネル掘削機を用いてトンネルを掘削していたが、駅区間の前後にトンネル掘削機を搬出入するための立坑が必要なリ、工事期間の長期化や作業コストの増大などの問題が発生する。そのため、駅区間と路線区間のトンネルを一台のトンネル掘削機により掘削可能としたものとして、例えば、下記特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３２０２９１
【０００４】
この特許文献１に記載された「二連型親子シールド掘進機及び掘進方法」は、円筒型シールド掘進機の２機を平行に連結した二連型外殻の内部に、各円心に対して偏心した位置に偏心回転筒を回転自在に収納し、偏心回転筒の内部にその円心に対して偏心した位置に子シールド機を収納したものである。従って、２つの子シールド機を収納した状態で二連型外殻を掘進してトンネル拡大部を掘削し、二連型外殻から子シールド機を発進させてトンネル非拡大部を掘削する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなトンネル拡大部とトンネル非拡大部とを連続して掘削する場合、この拡大部と非拡大部とはそのトンネル中心位置が異なることから、カッタの位置を移動する必要がある。従来の「二連型親子シールド掘進機及び掘進方法」にあっては、二連型外殻の内部に偏心回転筒を介して子シールド機を収納しており、偏心回転筒を用いて二連型外殻に対して２機の子シールド機全体を移動してカッタの位置を変更している。そのため、偏心回転筒が大掛かりなものとなり、これを回転させるために大きな駆動力を有する駆動源が必要となり、装置の大型化並びに高コスト化を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
また、偏心回転筒を１８０度回転することで、各子シールド機全体を同様に１８０度回転しながら移動してカッタの位置を変更しており、子シールド掘進機の姿勢が変わり、上下位置が逆になってしまう。そのため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体し、移動後に再び搬入、装着しなければならず、作業が面倒なものとなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、断面形状の異なるトンネルを連続して掘削可能であり、装置の簡素化及び低コスト化を図ると共に、作業性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネル施工方法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】
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、筒状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、前記偏心移動機構は、回転可能な第１回転体と、該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま移動自在に支持するガイド機構と、前記第１回転体または前記第２回転体のいずれか一方を回転する回転駆動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、筒状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、前記偏心移動機構は、回転可能な第１回転体と、該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体とを互いに逆方向に回転する回転駆動手段を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記親掘削機本体の内側に前記子掘削機本体が嵌合され、該子掘削機本体の内側に前記第１回転体が嵌合され、該第１回転体の内側に前記第２回転体が嵌合され、該第２回転体の内側に前記駆動部本体が嵌合されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明のトンネル掘削機は、複円断面形状をなす親掘削機本体と、該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な複円断面形状をなす子掘削機本体と、前記親掘削機本体または前記子掘削機本体に支持された一対のカッタ掘削装置と、該一対のカッタ掘削装置をそれぞれ水平方向に直線移動する移動機構とを具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の発明のトンネル施工方法は、子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体を掘進して大径の親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、相対回転自在に嵌合した一対の回転体を互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を前記親掘削機本体の中心位置から前記子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の子トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明のトンネル施工方法は、一対のカッタ掘削装置を有する子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体により大径の複円断面形状をなす親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、前記一対のカッタ掘削装置相互を近接する方向に直線移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の複円断面形状をなす子トンネルを連続掘削することを特徴とするものである。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１に本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に本実施形態のトンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に子トンネル掘削機の縦断面、図５に子トンネル掘削機の正面視、図６に図４のVI−VI断面、図７に親子トンネルの概略、図８に親子トンネルの要部断面を示す。
【００１９】
本実施形態において、トンネル掘削機１０は、図１乃至図３に示すように、複円形状をなす親掘削機本体１１内に同じく複円形状をなす子掘削機本体１２をほぼ平行をなして収納し、子掘削機本体１２内に共用の左右一対のカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを装着すると共に、このカッタ駆動部１３ａ，１３ｂにカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着しており、子掘削機本体１２を内蔵した状態で親掘削機本体１１を掘進して大径の複円親トンネルＴ1を掘削し、所定の掘進位置で、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心位置から子掘削機本体１２の中心位置へその姿勢を維持したまま水平移動し、親掘削機本体１１から子掘削機本体１２を発進して小径の複円子トンネルＴ2を掘削するものである。
【００２０】
このトンネル掘削機１０において、親掘削機本体１１は並列する２つの円筒が連結された複円筒形状をなしており、内部に同じく並列する２つの円筒が連結された複円筒形状をなす子掘削機本体１２を内蔵している。そして、親掘削機本体１１の左右の円筒部の中心Ｏ1と子掘削機本体１２の左右の円筒部の中心Ｏ2とは所定距離Ｌずれている。この場合、親掘削機本体１２は、内周面に子掘削機本体１２の外周面が嵌合する嵌合部２１が形成されており、親掘削機本体１２は内部に子掘削機本体１２を回動不能に保持可能である共に、親掘削機本体１２から子掘削機本体１２を前方へ発進可能となっている。
【００２１】
子掘削機本体１２は、前部に偏心移動機構(移動機構)１５ａ，１５ｂを介して左右一対のカッタ駆動部１３ａ，１３ｂが支持されており、この偏心移動機構１５ａ，１５ｂは、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま、つまり、回転させることなく水平方向（掘削機本体１１、１２の径方向）に沿って移動可能となっている。この場合、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂ及びカッタヘッド１４ａ，１４ｂにより本発明のカッタ掘削装置が構成される。
【００２２】
この偏心移動機構１５ａ，１５ｂにおいて、子掘削機本体１２の内周面に形成された嵌合部２２には、親掘削機本体１１の中心Ｏ1及び子掘削機本体１２の中心Ｏ2から所定距離偏心した中心ＯAを支点として相対回転自在な第１回転体２３ａ，２３ｂが嵌合している。第１回転体２３ａ，２３ｂには、この第１回転体２３ａ，２３ｂの中心ＯAから所定距離偏心した中心ＯBを支点として相対回転自在な第１回転体２４ａ，２４ｂが嵌合している。そして、第２回転体２４ａ，２４ｂには、この第２回転体２４ａ，２４ｂの中心ＯBから所定距離偏心した中心ＯCを支点として相対回転自在なカッタ駆動部１３ａ，１３ｂが嵌合している。
【００２３】
また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの後部には、支持リング２５ａ，２５ｂが固定され、上下部が切断されて後方視が小判形状をなしている。一方、子掘削機本体１２には、支持ブラケット２６ａ，２６ｂを介して上下一対の水平なガイドプレート２７ａ，２７ｂが固定され、このガイドプレート２７ａ，２７ｂの間にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂの支持リング２５ａ，２５ｂが嵌合している。そのため、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは、子掘削機本体１２に対して相対回転不能ではあるが、水平方向には移動可能となっている。
【００２４】
この場合、支持リング２５ａ，２５ｂとガイドプレート２７ａ，２７ｂとで、本発明のガイド機構を構成しており、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま移動自在に支持されている。
【００２５】
そして、子掘削機本体１２と第１回転体２３ａ，２３ｂとの間には、回転駆動手段としての油圧式の移動ジャッキ２８ａ，２８ｂが着脱自在に架設されている。そのため、この移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを伸長することで、第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度だけ回動することができる。この場合、移動ジャッキ２５ａ，２５ｂを伸長した後、第１回転体２３ａ，２３ｂとの連結を解除し、収縮させてから連結位置を変更することで、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂの伸長により再び第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度だけ回動することができる。
【００２６】
ここで、上述した偏心移動機構１５ａ，１５ｂによるカッタ駆動部１３ａ，１３ｂの移動動作について詳細に説明する。移動ジャッキ２８ａ，２８ｂの伸長、収縮、連結位置変更の操作を繰り返すことにより、第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度回動すると、この第１回転体２３ａ，２３ｂは子掘削機本体１２の嵌合部２２に支持されているために中心ＯAを支点として回動する。一方、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは支持リング２５ａ，２５ｂがガイドプレート２７ａ，２７ｂに支持されることで、左右に移動自在であるが、回転不能となっている。そのため、第２回転体２４ａ，２４ｂは第１回転体２３ａ，２３ｂとの間のカム機能により中心ＯBを支点として第１回転体２３ａ，２３ｂとは逆方向に回転しながら、中心ＯCを支点として同方向に揺動する。
【００２７】
この場合、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢（回動）が拘束されており、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとの相対回転及び揺動が、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの移動方向に沿う水平方向以外の方向の力を互いに吸収する。そのため、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは水平方向に沿って移動することができる。そして、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとが互いに１８０度回転すると、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは所定距離Ｌだけ水平に移動し、その中心ＯCが親掘削機本体１１の中心Ｏ1に重なる位置から、子掘削機本体１２の中心Ｏ2に重なる位置に移動することとなる。
【００２８】
なお、子掘削機本体１２、第１回転体２３ａ，２３ｂ、第２回転体２４ａ，２４ｂ、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの各摺接部にはグリースなどを注入して摩擦抵抗を軽減すると共に、掘削土砂の侵入を防止することで、互いの相対回転をスムースに行うようにすることが望ましい。この場合、各摺接部にボールベアリングやスクリューベアリングなどを介装しても良い。
【００２９】
また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂについて説明するが、両者はほぼ同様の構成であるため、一方のカッタ駆動部１３ａについてのみ説明する。駆動フレーム３１には軸受によりリングギヤ３２が回転自在に支持され、このリングギヤ３２に連結ビーム３３を介してカッタヘッド１４ａが連結されている。このカッタヘッド１４ａは、中心部３４から４つのカッタスポーク３５が放射状に連結され、各カッタスポーク３５の先端部に伸縮スポーク３６が伸縮ジャッキ３７により伸縮自在に装着されると共に、取付リング３８に短いカッタスポーク３９が固定されており、各スポーク３５，３９に多数のカッタビット４０が固定されている。
【００３０】
そして、駆動フレーム３１には複数のカッタ旋回モータ４１が取付けられ、各旋回モータ４１の駆動ギア４２がリングギア３２に噛み合っており、この旋回モータ４１を駆動して駆動ギア４２を回転駆動すると、リングギア３２を介してカッタヘッド１４ａを回転することができる。
【００３１】
更に、子掘削機本体１２の前部にはカッタヘッド１４ａ，１４ｂの後方に位置してバルクヘッド４３が設けられると共に、親掘削機本体１１の前部に傾斜板４４が設けられており、カッタヘッド１４ａ，１４ｂとこのバルクヘッド４３及び傾斜板４４との間にチャンバ４５が設けられている。そして、このチャンバ４５には、子掘削機本体１２内に前傾状態で配設された左右一対のスクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂの前端部が開口している。この場合、各スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂは子掘削機本体１２の中心Ｏ2の垂直方向に傾斜して配設されている。
【００３２】
一方、親掘削機本体１１の内周部に複数のシールドジャッキ４７が周方向に沿って並設されると共に、子掘削機本体１２の内周部に複数のシールドジャッキ４８が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ４７，４８を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ1，Ｓ2に押し付けることで、その反力により親掘削機本体１１及び子掘削機本体１２を前進することができる。また、子掘削機本体１２の後部には左右一対の旋回リング４９ａ，４９ｂが旋回可能に支持されており、この旋回リング４９ａ，４９ｂにセグメントＳ1，Ｓ2を組立てるエレクタ装置５０ａ，５０ｂと、既設セグメントＳ1，Ｓ2を所定形状に保持する形状保持装置５１ａ，５１ｂが装着されている。
【００３３】
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１０によるトンネルＴ1，Ｔ2 の掘削工法について説明する。
【００３４】
まず、大径の複円親トンネルＴ1を掘削するとき、図示しない発進立坑からトンネル掘削機１０を投入して掘削作業を開始する。この場合、図１乃至図３に示すように、親掘削機本体１１内に子掘削機本体１２を収納し、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂが互いに離間する位置、つまり、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの中心ＯCが親掘削機本体１１の中心Ｏ1に重なる位置に移動しておく。また、伸縮ジャッキ３７により伸縮スポーク３６を伸長させる。そして、親掘削機本体１１と子掘削機本体１２とを図示しないロックピンにより相対移動不能に固定すると共に、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを図示しないロック機構により作動しないように停止しておく。
【００３５】
この状態で、旋回モータ４２によりカッタヘッド１４ａ，１４ｂを回転させながら、複数のシールドジャッキ４７を伸長して既設セグメントＳ1へ押し付け、その反力によって親掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１４ａ，１４ｂが前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ４５内に取り込まれ、スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂによって外部に排出される。一方、エレクタ装置５０ａ，５０ｂは、親トンネルＴ1内に搬入されたセグメントＳ1をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて親トンネルＴ1を構築していく。
【００３６】
このように構築された親トンネルＴ1は、図７及び図８(ａ)に示すように、大径の複円形状をなし、地下鉄の駅区間として利用される。即ち、トンネル構築後、中央部にホームＨが形成されると共に、その両側に車両Ｃの線路部Ｒが形成される。
【００３７】
トンネル掘削機１０によるトンネル掘削作業により、親トンネルＴ1を所定距離、つまり、駅区間の全長を掘削すると、ここで掘削作業を一時停止し、トンネル掘削機１０により小径の複円子トンネルＴ2を掘削可能な仕様に変更する。まず、伸縮ジャッキ３７により伸縮スポーク３６を収縮させ、偏心移動機構１５ａ，１５ｂのロック機構を解除して作動可能とする。そして、子掘削機本体１２と第１回転体２３ａ，２３ｂとの間に移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを架設し、この移動ジャッキ２８ａ，２８ｂを伸長、収縮、連結位置変更の操作を繰り返すことで第１回転体２３ａ，２３ｂを所定角度ずつ回動していく。すると、この第１回転体２３ａ，２３ｂの一方方向への回動に伴って、第２回転体２４ａ，２４ｂが他方方向に回動し、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢を維持したままいずれの方向にも回動することなく、水平方向に沿って互いに接近する方向に移動する。
【００３８】
そして、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとが互いに１８０度回転すると、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂは所定距離Ｌだけ水平に移動し、その中心ＯCが子掘削機本体１２の中心Ｏ2に重なる位置に移動する。ここで、偏心移動機構１５ａ，１５ｂをロック機構により作動不能とする一方、ロックピンを取り外して親掘削機本体１１と子掘削機本体１２との連結を解除する。
【００３９】
このようにトンネル掘削機１０が小径の複円子トンネルＴ2を掘削可能な仕様に変更され、親掘削機本体１１と子掘削機本体１２との連結が解除されると、この位置から親掘削機本体１１を置き去りにして子掘削機本体１２を発進してトンネル掘削作業を再び開始する。
【００４０】
この場合、図４乃至図６に示すように、子掘削機本体１２の前端部に連結リング１２ａを連結してカッタヘッド１４ａ，１４ｂとの間にチャンバ４５を確保すると共に、後端部にテールシールを有するテールリング１２ｂを連結する。また、親トンネルＴ1の既設セグメントＳ1の内側に既設セグメントＳ2を事前に組み立てておき、子掘削機本体１２の掘削反力が得られるようにする。そして、親トンネルＴ1（既設セグメントＳ1）の後端部と子トンネルＴ2（既設セグメントＳ2）の先端部とを確実に連結する。
【００４１】
そして、旋回モータ４２によりカッタヘッド１４ａ，１４ｂを回転させながら、複数のシールドジャッキ４８を伸長して既設セグメントＳ2へ押し付け、その反力によって子掘削機本体１２を前進させる。すると、カッタヘッド１４ａ，１４ｂが前方の地盤を掘削し、大径の複円親トンネルＴ1に連続する小径の複円子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ４５内に取り込まれ、スクリューコンベヤ４６ａ，４６ｂによって外部に排出される。一方、エレクタ装置５０ａ，５０ｂは、子トンネルＴ2内に搬入されたセグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築していく。
【００４２】
このように構築された子トンネルＴ2は、図７及び図８(ｂ)に示すように、小径の複円形状をなし、地下鉄の路線区間として利用される。即ち、トンネル構築後、２つの車両Ｃの線路部Ｒが形成される。
【００４３】
なお、子掘削機本体１２が離脱した後の親掘削機本体１１にて、複数のシールドジャッキ４７は取り外して回収し、親掘削機本体１１自体は分割回収しても良いが、そのまま地中に埋設してトンネル構造体として利用しても良い。
【００４４】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、複円筒形状の親掘削機本体１１内に同じく複円筒形状の子掘削機本体１２を前方へ離脱可能に支持し、この子掘削機本体１２にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを支持して駆動回転可能なカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着し、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま水平方向に沿って移動可能としている。
【００４５】
従って、子掘削機本体１２を内蔵した親掘削機本体１１を掘進して大径の親トンネルＴ1を掘削し、所定の掘進位置で、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心Ｏ1から子掘削機本体１２の中心Ｏ2へその姿勢を維持したまま水平移動し、この状態で子掘削機本体１２を発進して小径の子トンネルＴ2を掘削することとなり、断面形状の異なる親子トンネルＴ1，Ｔ2を連続して掘削することができる。
【００４６】
この場合、子掘削機本体１２を移動せずにカッタ駆動部１３ａ，１３ｂのみを移動するため、大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。また、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂはその姿勢を維持したまま水平移動するため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００４７】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを、回転可能な第１回転体２３ａ，２３ｂと、この第１回転体２３ａ，２３ｂの偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを偏心位置に内装した第２回転体２４ａ，２４ｂと、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの後部に設けられた支持リング２５ａ，２５ｂと、子掘削機本体１２に設けられて支持リング２５ａ，２５ｂが嵌合するガイドプレート２７ａ，２７ｂと、第１回転体２３ａ，２３ｂを回転する移動ジャッキ２８ａ，２８ｂとから構成している。
【００４８】
従って、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂを親掘削機本体１１の中心Ｏ1から子掘削機本体１２の中心Ｏ2へその姿勢を維持したまま移動させることとなり、簡単な構成で容易に短持間でカッタ駆動部１３ａ，１３ｂを移動することができる。
【００４９】
なお、上述の実施形態では、偏心移動機構１５ａ，１５ｂを、互いに相対回転自在な第１回転体２３ａ，２３ｂ及び第２回転体２４ａ，２４ｂにより構成し、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂにより第１回転体２３ａ，２３ｂを回転するようにしたが、第２回転体２４ａ，２４ｂを回転するようにしても良い。また、回転駆動手段としては、移動ジャッキ２８ａ，２８ｂに限らず、駆動モータなどを用いても良い。
【００５０】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂにて、支持リング２５ａ，２５ｂとガイドプレート２７ａ，２７ｂとを嵌合させることで、カッタ駆動部１３ａ，１３ｂの姿勢を維持したまま移動するようにしたが、第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に回転させる回転駆動手段としてそれぞれ移動ジャッキを設け、各移動ジャッキを同期駆動して第１回転体２３ａ，２３ｂと第２回転体２４ａ，２４ｂとを互いに逆方向に同期回転させるようにしても良く、この場合、ガイド機構を不要とすることができる。
【００５１】
更に、トンネル掘削機１０を複円形状をなす親掘削機本体１１内に同じく複円形状をなす子掘削機本体１２をほぼ平行をなして収納し、内部に２つのカッタ駆動部１３ａ，１３ｂ及びカッタヘッド１４ａ，１４ｂを装着し、偏心移動機構１５ａ，１５ｂにより水平移動可能に構成することで、水平方向に中心のずれた大小の複円断面形状をなす親子トンネルＴ1，Ｔ2を連続して掘削し、地下鉄の駅区間と路線区間として適用するようにしたが、適用分野はこれに限定されるものではない。
【００５２】
例えば、トンネル掘削機を真円形状をなす親掘削機本体内に同じく真円形状をなす子掘削機本体をほぼ平行をなして収納し、内部に１つのカッタ駆動部及びカッタヘッドを装着し、偏心移動機構により上下移動可能に構成することで、上下方向に中心のずれると共に、底部の高さ位置あるいは天井部の高さ位置の一致した大小の真円断面形状をなす親子トンネルを連続して掘削し、共同溝や下水管などとして適用することができる。この場合、トンネル掘削機及びトンネル断面形状は、真円に限らず、楕円、矩形、複円などの異形形状であってもよく、カッタ駆動部及びカッタヘッドは３つ以上であってもよい。
【００５３】
また、偏心移動機構１５ａ，１５ｂによりカッタ駆動部１３ａ，１３ｂをその姿勢を維持したまま水平方向に沿って移動可能としたが、子掘削機本体１２ごと水平方向に沿って移動するようにしても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したトンネル掘削機によれば、筒状をなす親掘削機本体内に子掘削機本体を前方へ離脱可能に支持し、子掘削機本体にカッタ駆動部を支持し、このカッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドを設け、少なくともカッタ駆動部をその姿勢を維持したまま親掘削機本体または子掘削機本体の径方向に沿って移動可能とする偏心移動機構を設けたので、掘進途中で偏心移動機構によりカッタ駆動部をその姿勢を維持したまま水平移動することで、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができ、このとき、カッタ駆動部のみを移動した場合、大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができると共に、カッタ駆動部の姿勢は維持されるため、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００５５】
また、トンネル掘削機によれば、偏心移動機構を、回転可能な第１回転体と、第１回転体の偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま移動自在に支持するガイド機構と、第１回転体または第２回転体のいずれか一方を回転する回転駆動手段とで構成したので、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま移動させることとなり、簡単な構成で容易に短持間でカッタ駆動部を移動することができる。
【００５６】
また、トンネル掘削機によれば、偏心移動機構を、回転可能な第１回転体と、第１回転体の偏心位置に内装されると共にカッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転する回転駆動手段とで構成したので、第１回転体と第２回転体とを互いに逆方向に回転するだけで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま移動させることができ、構造の簡素化を図ることができる。
【００５７】
また、トンネル掘削機によれば、親掘削機本体の内側に子掘削機本体を嵌合し、子掘削機本体の内側に第１回転体を嵌合し、第１回転体の内側に第２回転体を嵌合し、第２回転体の内側に駆動部本体を嵌合したので、構成部材が摺接可能に嵌合することとなり、作動を円滑に行うことができると共に、高精度シール性能を確保することができる。
【００５８】
また、トンネル掘削機によれば、親掘削機本体と子掘削機本体とをそれぞれの中心を径方向にずらし、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置まで偏心移動機構によりその姿勢を維持したまま移動可能としたので、掘進途中で偏心移動機構によりカッタ駆動部を親掘削機本体の中心から子掘削機本体の中心へその姿勢を維持したまま水平移動することで、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができる。
【００５９】
また、トンネル掘削機によれば、複円断面形状をなす親掘削機本体内に前方へ離脱可能な複円断面形状をなす子掘削機本体を支持し、親掘削機本体または子掘削機本体に一対のカッタ掘削装置を支持し、この一対のカッタ掘削装置をそれぞれ水平方向に直線移動する移動機構を設けたので、掘進途中で移動機構によりカッタ掘削装置を水平移動することで、断面形状の異なる複円形状の親子トンネルを連続して掘削することができ、作業時間を短縮して作業性を向上することができる。
【００６０】
更に、トンネル施工方法によれば、子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体を掘進して大径の親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動し、親掘削機本体から子掘削機本体を発進して小径の子トンネルを掘削するようにしたので、カッタ駆動部を移動するための大きな駆動源を不要として装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができると共に、機体内に配設した各種の制御機器、後部に接続して送泥設備、排泥設備、セグメント組立装置などを事前に搬出や解体する必要はなく、作業時間を短縮できると共に、面倒な作業もなくなり、作業性を向上することができる。
【００６１】
また、トンネル施工方法によれば、相対回転自在に嵌合した一対の回転体を互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を親掘削機本体の中心位置から子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動させるようにしたので、断面形状の異なる親子トンネルを連続して掘削することができる。
【００６２】
また、トンネル施工方法によれば、一対のカッタ掘削装置を有する子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体により大径の複円断面形状をなす親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、一対のカッタ掘削装置相互を近接する方向に直線移動し、親掘削機本体から子掘削機本体を発進して小径の複円断面形状をなす子トンネルを連続掘削するようにしたので、断面形状の異なる複円形状の親子トンネルを連続して掘削することができ、作業時間を短縮して作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】子トンネル掘削機の縦断面図である。
【図５】子トンネル掘削機の正面図である。
【図６】図４のVI−VI断面図である。
【図７】親子トンネルの概略図である。
【図８】親子トンネルの要部断面図である。
【符号の説明】
１０ トンネル掘削機
１１ 親掘削機本体
１２ 子掘削機本体
１３ａ，１３ｂ カッタ駆動部(カッタ掘削装置)
１４ａ，１４ｂ カッタヘッド(カッタ掘削装置)
１５ａ，１５ｂ 偏心移動機構(移動機構)
２３ａ，２３ｂ 第１回転体
２４ａ，２４ｂ 第２回転体
２５ａ，２５ｂ 支持リング（ガイド機構）
２７ａ，２７ｂ ガイドプレート（ガイド機構）
２８ａ，２８ｂ 移動ジャッキ（回転駆動手段）
４１ カッタ旋回モータ
４７，４８ シールドジャッキ
５０ａ，５０ｂ エレクタ装置
Ｔ1 親トンネル
Ｔ2 子トンネル
Ｓ1,Ｓ2 セグメント
Claims (6)
- 筒状をなす親掘削機本体と、
該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、
前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、
該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、
少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、
前記偏心移動機構は、
回転可能な第１回転体と、
該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、
前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま移動自在に支持するガイド機構と、
前記第１回転体または前記第２回転体のいずれか一方を回転する回転駆動手段とを有する
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 筒状をなす親掘削機本体と、
該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な子掘削機本体と、
前記子掘削機本体に支持されたカッタ駆動部と、
該カッタ駆動部により駆動回転可能なカッタヘッドと、
少なくとも前記カッタ駆動部をその姿勢を維持したまま前記親掘削機本体または前記子掘削機本体の径方向に沿って移動する偏心移動機構とを具え、
前記偏心移動機構は、
回転可能な第１回転体と、
該第１回転体の偏心位置に内装されると共に前記カッタ駆動部を偏心位置に内装した第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体とを互いに逆方向に回転する回転駆動手段を有する
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項１または２記載のトンネル掘削機において、
前記親掘削機本体の内側に前記子掘削機本体が嵌合され、該子掘削機本体の内側に前記第１回転体が嵌合され、該第１回転体の内側に前記第２回転体が嵌合され、該第２回転体の内側に前記駆動部本体が嵌合された
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 複円断面形状をなす親掘削機本体と、
該親掘削機本体内に支持されて前方へ離脱可能な複円断面形状をなす子掘削機本体と、
前記親掘削機本体または前記子掘削機本体に支持された一対のカッタ掘削装置と、
該一対のカッタ掘削装置をそれぞれ水平方向に直線移動する移動機構とを具えた
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体を掘進して大径の親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、相対回転自在に嵌合した一対の回転体を互いに逆方向に回転することで、カッタ駆動部を前記親掘削機本体の中心位置から前記子掘削機本体の中心位置へその姿勢を維持したまま移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の子トンネルを掘削する
ことを特徴とするトンネル施工方法。 - 一対のカッタ掘削装置を有する子掘削機本体を内蔵した親掘削機本体により大径の複円断面形状をなす親トンネルを掘削し、所定の掘進位置で、前記一対のカッタ掘削装置相互を近接する方向に直線移動し、前記親掘削機本体から前記子掘削機本体を発進して小径の複円断面形状をなす子トンネルを連続掘削する
ことを特徴とするトンネル施工方法。
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