JP4152858B2 - 地下トンネル構造体の築造方法 - Google Patents

Description

本発明は地下貯蔵室として使用可能な渦巻き状の地下トンネル構造体を能率よく掘削することができる地下トンネル構造体の築造方法に関するものである。

従来から渦巻き状の地下トンネルとしては、例えば、特開２００２−１０６３００号公報（特許文献１）に示すように、地中に築造した大空洞構造体の周囲を取り巻くように構築されたものが知られている。しかしながら、この渦巻き状のトンネルは、その内部に圧力水を供給して該渦巻き状のトンネルの内周側からこの渦巻き状トンネルによって囲まれている上記大空洞構造体に向かって地盤中に圧力水を浸透させ、この圧力水を大空洞構造体内に強制的に流入させることによって該大空洞構造体内から有害な物質が外部に流出するのを抑制しているものであって、地下貯蔵室として使用できるような大径のトンネルではない。

一方、地下貯蔵室としては、地下水の影響を受ける虞れの少ない岩質の地盤中に築造することが望ましいが、岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を使用して、地下貯蔵室として使用可能な大径の渦巻き状地下トンネルを掘削しようとした場合、該トンネル掘削によって地上側から所定深さまで立坑を切り下げ掘削することが可能であっても、この立坑の底部から上記渦巻き状のトンネル等の横坑を上記トンネル掘削機によって連続的に掘削することは、トンネル掘削機の向きを急角度で任意の方向に変更することが困難であるために行うことができない。

また、上記のような岩盤トンネルではなく、土砂トンネルで使用されるシールド掘削機を使用して立坑とこの立坑の下端から横坑を連続的に掘削することが行われている。例えば、特開平３−１８３８９５号公報（特許文献２）に記載されているように、推進ジャッキを備えた立坑用シールドフレームの前端開口部にシールド掘進機を旋回動自在に支持させると共にこのシールド掘進機のスキンプレートの前端外周面から上記立坑用シールドフレームの後端に至る外周面に鞘管を着脱自在に被せてなる掘削装置を使用して、まず、鞘管によりシールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持した状態で掘削壁面を覆工したセグメントに反力をとって推進ジャッキを伸長させることにより立坑を掘進し、所定の深さにまで掘削したのち、シールド掘削機を水平方向に旋回させて横坑を掘削することが行われている。

この際、シールド掘削機を垂直状態から水平方向に旋回させるには、まず、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持させている上記鞘管を地上に設置しておいた複数台のウインチを駆動することによりワイヤを介して地上に引き上げ、しかるのち、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させることにより、シールド掘削機を水平方向に向けている。次いで、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設している。

特開２００２−１０６３００号公報 特開平３−１８３８９５号公報

しかしながら、このような立坑と横坑との掘削装置によれば、立坑を掘進する時には、シールド掘進機が自重によって常にそのカッタヘッドを切羽に圧着させているために、岩盤トンネルに適用すれば、岩質に応じた効率のよい掘削が行えないばかりでなく、カッタヘッドの掘削ビットに過大な圧力が作用して掘削ビットが短時間で破損する虞れがある。

仮に、岩盤トンネルに適用できたとしても、立坑の掘削後、掘削装置を水平状態に向ける際に、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持している鞘管を撤去しなければならず、この鞘管は掘削壁面に摺接してために、地上に設置した複数台のウインチを駆動してワイヤを介して引き上げようとしても、掘削壁面に係止して引き上げが円滑に行うことができず、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。

その上、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させても、一度ではシールド掘削機を90度、旋回させることができないために、数本の旋回用ジャッキの盛り替えを必要とする。また、シールド掘削機を水平方向に向けた後には、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設しているために、カッタヘッド以外は立坑の掘削時と殆ど異なった横坑掘削用のシールド掘削機に改造しなければならず、作業能率が低下して立坑から横坑の掘削作業に長期の施工期間を要するという問題点があった。また、再度急角度に旋回する場合には、上記した鞘管や旋回ジャッキ、球状壁の再装着が必要であり、事実上困難である。さらに、掘削機の構成上、横坑の掘削径は立坑よりも小さくならざるを得ず、必要な径の横坑を掘削しようとすれば、立坑の掘削径が大きくなり掘削ロスが生じる可能性が高い。

以上のことから、岩盤トンネルでは使用できるものにはならず、このため、岩盤トンネルで屈曲部を施工する際は、一旦、掘削機と後続台車等を坑外に取り出し、削岩機等を用いてトンネル先端部（切羽）を拡大掘削したのち、掘削機と後続台車を再度坑内に搬入し、掘削機の向きを所望方向に変えて再掘進する手段しかなく、この場合、多大な労力と期間が必要で非常に困難なものとなっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、地下貯蔵室として地上からの搬入が容易で且つ貯蔵空間の大きい渦巻き状の地下トンネル構造体をグリッパ式の岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を使用して連続的に能率よく掘削することができる地下トンネル構造体の築造方法を提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明の縦導入坑と地下施設坑とからなる地下トンネル構造体の築造方法は、請求項１に記載したように、先端にカッタヘッドを回転自在に配設し且つ該カッタヘッドの直後における外周四方にジャッキによって径方向に伸縮するグリッパシューを設けてなる掘削機本体を下向きにすると共に、上記四方のグリッパシューを掘削壁面に押し付けながら掘削機本体を推進させることにより一定径の縦導入坑を掘進し、所定深さまで該縦導入坑を掘削したのち、四方に配設している上記グリッパシューのうち、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパシューを縦導入坑の掘削壁面に圧着させた状態で、他方の一組のグリッパシューを収縮させて、上記一組のグリッパシューを支点として掘削機本体を横向き方向に回動させ、次いで、収縮させておいた他方の一組のグリッパシューを伸長させて掘削壁面に圧着させたのち、一方の一組のグリッパシューを収縮させると共にこれらのグリッパシューを元の状態にまで回動させ、しかるのち、全てのグリッパシューを掘削壁面に押し付けながら掘削本体を上記縦導入坑の下端から渦巻き方向に推進させて渦巻き状の地下施設坑を築造することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、掘削機本体の先端に回転自在に配設したカッタヘッドの直後における外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパシューを設けているので、掘削機本体にスキンプレートを設けていないにもかかわらず、これらのグリッパシューをトンネルの掘削壁面に押し付けることによってカッタヘッドで掘削した掘削壁面の崩落を防止することができると共に、カッタヘッドを下向きにして縦導入坑を掘削するときには、掘削壁面に圧着させた四方のグリッパシューによって掘削機本体を強固に支持して、カッタヘッドに掘削機本体の自重等による過大な力を作用させることなく切羽地盤の状況に応じた掘削が可能となり、縦導入坑の掘削が能率よく行えるものである。

さらに、所定深さまで該縦導入坑を掘削したのち、四方に配設している上記グリッパシューのうち、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパシューを縦導入坑の掘削壁面に圧着させた状態で、他方の一組のグリッパシューを収縮させて、上記一組のグリッパシューを支点として掘削機本体を回動させるので、掘削機本体を下向き状態から横向き方向に急角度であっても容易に且つ確実に向きを変えることができる。

その上、掘削機本体の向きを横向きにしたのち、収縮させておいた上記他方の一組のグリッパシューを伸長させて掘削壁面に圧着させ、次いで、一方の一組のグリッパシューを収縮させると共にこれらのグリッパシューをその凸円弧状湾曲外面の湾曲方向が掘削すべき地下施設坑の坑壁周方向に向く元の状態にまで回動させ、しかるのち、全てのグリッパシューを掘削壁面に押し付けながら掘削本体を上記縦導入坑の下端から推進させるものであるから、何等の複雑な作業や操作を必要とすることなく掘削機本体の姿勢を地下施設坑が掘削可能な状態にして縦導入坑の下端から該縦導入坑と同径の地下施設坑を連続的に掘進することができる。

さらに、この地下施設坑を掘進中においても、上記のようにその掘進方向を簡単且つ確実に変化させることができ、従って、水平方向の地下施設坑部は勿論、斜行の地下施設坑部や円弧状に湾曲した地下施設坑部を容易に且つ正確に築造することができ、縦導入坑の下端から平面方向に渦巻き状となった地下施設坑や、上下方向にスパイラル状となった地下施設坑を能率よく築造することができるものである。なお、本発明の渦巻き状とは、スパイラル状も含む概念である。

次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１、図２は地上から地下の所定深さまで達している縦導入坑Ａと、この縦導入坑Ａと同径でこの縦導入坑Ａの下端に連続した渦巻き状の地下施設坑Ｂとからなる地下トンネル構造体を示すもので、これらの縦導入坑Ａと地下施設坑Ｂとは一定径を有する同一のトンネル掘削機Ｔによって岩盤中に掘削されたものであり、地下施設坑Ｂは主として外部に漏出してはならない放射性物質等の貯蔵室として使用され、縦導入坑Ａはその貯蔵物の搬入路として使用される。

渦巻き状の地下施設坑Ｂの構造としては、図１に示すように、所定深さを有する縦導入坑Ａの下端から下方に向かってスパイラル状に築造された構造のものや、図２に示すように縦導入坑Ａの下端から水平方向に順次大径となる渦巻き状に築造された構造のものを採用することができる。具体的には、図１に示す地下施設坑Ｂは、縦導入坑Ａの下端から一側方に向かって設けられた一定長さの水平或いは下方に傾斜した直状地下施設坑部B1と、この直状地下施設坑部B1の先端から同一方向に、例えば、左回り方向に順次屈曲部を介して略直角に屈折して上記直状地下施設坑部B1と共に一巻き状のスパイラル部を形成するように設けられた同じく一定長さの水平或いは下方に傾斜した直状地下施設坑部B2、B3、B4と、最後の直状地下施設坑部B4の先端から同一方向（左回り方向）に円弧状に湾曲しながら掘削されてなる曲線状のスパイラル坑部B5とから構成している。

しかしながら、このような地下施設坑Ｂとしては、全体を略直角に屈折してなる複数の屈曲部と上記直状地下施設坑部との連続によって渦巻き状としてもよく、或いは、全体を円弧状に湾曲した曲線状のスパイラル坑部の連続によって構成してもよい。さらには、全ての一巻き状坑部が同一径に形成することなく、例えば、下方に向かって順次、大径となる渦巻き状の地下施設坑Ｂとしたり、異径の一巻き状坑部を順次、下方に向かって連続、形成してなる地下施設坑Ｂであってもよい。

同様に、上記図２で示した地下トンネル構造体においては、縦導入坑Ａの下端から一側方に向かって設けられた一定長さの直状の水平地下施設坑部B1' の先端から同じく所定長さの直状の水平地下施設坑部B2' 、B3' 、・・を同一方向、例えば、左回り方向に順次屈曲部を介して略直角に屈折しながら外回り状に連続させることによって同一水平面内の地盤中に渦巻き状に形成しているが、この場合も水平地下施設坑部は直状ではなく、円弧状として蚊取り線香状の地下施設坑Ｂに構成してもよい。なお、これらの地下トンネル構造体においては、図示していないが縦導入坑Ａに貯蔵物を搬入するエレベータなどの昇降機構が設けられ、地下施設坑Ｂには貯蔵物の搬送台車が設けられている。

次に、上記トンネル構造体の築造方法について説明する。図３は縦導入坑Ａを掘削しているトンネル掘削機Ｔの簡略縦断正面図、図４はそのグリッパシュー部分の横断面図であって、掘削機本体１は掘削すべき縦導入坑Ａの径よりもその機長を短く形成されている。この掘削機本体１は中心部に筒状胴体1aを備えていると共にこの筒状胴体1aの長さ方向の中間部外周面に矩形枠体1bを一体に固着してなり、この矩形枠体1bの四方端面、即ち、掘削機本体１の長さ方向に平行な四方の平坦な垂直面に複数本のジャッキ3A、3Bによってそれぞれ径方向に伸縮するグリッパシュー２を配設していると共に筒状胴体1aの前端（下端）側にカッタヘッド４を回転自在に配設している。なお、掘削機本体１における上記筒状胴体1aは角筒状であっても円筒状であってもよく、また、矩形枠体1bをこの筒状胴体1aの外周面にその内周面を一体に固着することなく筒状胴体1a回りに回動自在に固定しておいてもよい。

掘削機本体１における上記矩形枠体1bの外周四方に配設しているグリッパシュー２は、前後方向の長さが筒状胴体1aの長さよりも短い矩形状板からなり、その外面を周方向（幅方向）に向かって掘削壁面の周方向と同じ湾曲度でもって湾曲している凸円弧状湾曲外面21に形成している。また、これらのグリッパシュー２はその前端面をカッタヘッド４の外周端縁の直後に配設して長さをできるだけ長くしていると共に幅も広くして隣接するグリッパシュー２、２間の隙間ができるだけ小さくしている。即ち、掘削壁面に対する圧着面積を大きくしてスキンプレートを用いていない構造であるにもかかわらず、掘削地盤の崩落を防止すると共にこれらのグリッパシュー２、２の掘削壁面への大きな圧着力によって掘削機全体の支持を確実に行わせるように構成している。

さらに、掘削機本体１の直径方向に対向する互いに平行な二組のグリッパシュー2A、2A及び2B、2Bは、掘削機本体１の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着されている。掘削機本体１の矩形枠体1bに対するこれらのグリッパシュー2A、2Bの取付構造をさらに詳しく説明すると、矩形枠体1bの外周四方の上記平坦な四方端面に、図４に示すように固定台板５を固着し、互いに平行な二組の固定台板５、５における一方の一組の固定台板５、５上と他方の一組の固定台５、５上とにそれぞれ支持台6A、6A、6B、6Bを重ね合わせて該支持台6A、6Bの中心部を固定台板５の中心に突設している回動中心軸７に回動自在に枢着し、さらに、これらの回動支持台6A、6A、6B、6Bにそれぞれ上記複数本のジャッキ3A、3Bの基端部を前後方向（掘削機本体１の長さ方向）に回動自在に連結すると共にそのロッド先端部をグリッパシュー2A、2Bの内面に回動自在に連結してなるものである。

なお、上記回動支持台6A、6Bの回動駆動機構８としては、矩形枠体1b側と回動支持台6A、6B間をジャッキによって連結して該ジャッキの作動により回動支持台6A、6Bを回動させるように構成してもよいし、或いは、掘削壁面ｔと回動支持台6A、6B間をジャッキによって斜め方向に連結して掘削壁面に反力をとりながらジャッキの作動により回動支持台6A、6Bを回動させるように構成してもよいが、図３、図４においては、矩形枠体1b上の四方に回動用モータ8aを設置し、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bを回動支持台6A、6Bに上記回動中心軸７を中心として一体に設けている円形ラック8cに噛合させて回動用モータ8aの駆動により回動支持台6A、6Bをそれぞれ上記回動中心軸７回りに回動させるように構成している。また、回動支持台6A、6Bは通常は、ボルト（図示せず）によって固定台板５に回動不能に固定されていて、グリッパシュー2A、2Aの凸円弧状湾曲外面21を掘削壁面ｔの周方向に向けた状態に保持している。

さらに、グリッパシュー2A、2Bと支持台6A、6B間を連結している上記ジャッキ3A、3Bは、支持台6A、6Bからグリッパシュー2A、2Bに向かって掘削機本体１の後方（図においては上方）側に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aと、支持台6A、6Bからグリッパシュー2A、2Bに向かって掘削機本体１の前方（図においては下方）側に傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bとからなり、支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bの伸長によりグリッパシュー2A、2Bを掘削壁面ｔに圧着させて掘削機本体１が必要以上に下動するのを阻止すると共に支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aの伸長により掘削機本体１を掘進させるように構成している。

なお、回動支持台6A、6B上に装着しているグリッパシュー2A、2Bは、掘削機本体１を垂直方向から水平方向に掘削方向の向きを変える際に、或いは、掘削機本体１を横向きに所定角度、例えば、略直角に向きを変える際に、カッタヘッド４との衝突を避けるために、掘削機本体１が向きを変える側（図においては一側部）の一部を取外し可能な逃げ部2'に形成している。この逃げ部2'はグリッパシュー2A、2Bの本体側の側面に接合し、本体側と逃げ部2'側との内面間をボルト（図示せず）によって着脱自在に接続しているが、グリッパシュー2A、2Bの本体内に外側方に向かって出没自在に設けておいてもよく、或いは、グリッパシュー2A、2Bの本体に対して内方に折り畳み自在に枢着しておいてもよい。

また、掘削機本体１よりも大径の上記カッタヘッド４は、その回転中心部41から外周端に向かって後方（上方）に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていると共に掘削面に多数のローラビット42を突設してあり、さらに、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部43を設けていると共にこのズリ取込み開口部43の回転方向に面している側端縁に、掘削ズリを機内に取り込むためのスクレーパ44を取付けている。

さらに、このカッタヘッド４の外周端に内径方向に向かってアーム部材45を突設してこれらのアーム部材45の内端にリング部材46を一体に固着し、該リング部材46を掘削機本体１の上記矩形枠体1bの円形内周面における下端部（先端部）に回転自在に支持させていると共に、このリング部材46の内周面に設けている内歯ギヤ47に、矩形枠体1b上に設置している駆動用モータ９の回転軸に固着した外歯ギヤ9aを噛合させてモータ９の駆動によりカッタヘッド４を回転させるように構成している。

このように構成したトンネル掘削機Ａの後端（上端）には平面矩形状の複数台（図においては３台）の後続台10、11、12が切り離し可能に上下に積み重ねた状態で連結してあり、各後続台10〜12には、その中心部に上記掘削機本体１の筒状胴体1aと同大、同形の筒状支柱体13、14、15を一体に設けていて上下に隣接する後続台における支柱体の対向端面間を互いに着脱自在に連結、連通させていると共に下部後続台12の支柱体15の下端開口部を上記筒状胴体1aの上端開口部に着脱自在に連結してあり、さらに、掘削機本体１の上記筒状胴体1a内からこれらの支柱体13〜15内を通じて掘削ズリをバケットコンベア等の適宜な搬送手段によって上方に搬出するように構成している。

なお、平面矩形状に形成されている後続台10〜12はその平面での対角線の長さ及び各後続台10〜12の高さを立坑Ｂや後述する横坑Ｃの掘削径より短い長さ、高さに形成されている。また、上部後続台10には、例えば掘削壁面ｔに覆工コンクリートを施工するための設備が設けられ、中間部後続台11には各種の油圧設備等が設置され、下部後続台12にはロックボルト打設装置16や覆工コンクリート吹付装置（図示せず）などが配設されていて掘削壁面ｔに対する一次覆工等の作業を行うように構成している。

次に、このように構成したトンネル掘削機Ｔによって、まず、縦導入坑Ａを所定深さまで垂直状に切り下げ掘削していくには図３、図４に示すように、掘削機本体１の四方に配設しているグリッパシュー2A、2Bを傾斜ジャッキ3A、3Bによって掘削壁面ｔに圧着させることにより該掘削壁面ｔに推進反力をとると共にトンネル掘削機Ｔ及び後続台10〜12の支持を行わせ、矩形枠体1bから斜め上方に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aを伸長させることによってトンネル掘削機Ｔを垂直下方に推進させながらカッタヘッド４の回転によって切羽の岩盤を掘削していく。なお、矩形枠体1bから斜め下方に傾斜している突っ張り用傾斜ジャッキ3Bは、掘削壁面ｔに対するグリッパシュー2A、2Bの下端部の圧着力を調整してトンネル掘削機Ｔが必要以上に降下するのを阻止するものである。

推進用傾斜ジャッキ3A、3Aの伸長によってトンネル掘削機Ｔが一定長、掘進すると、これらの傾斜ジャッキ3A、3Aを収縮させると共に突っ張り用の傾斜ジャッキ3Bによる掘削壁面ｔへの圧着力を減少させることにより、四方のグリッパシュー2A、2Bを次の位置まで前進（下動）させたのち、再び、これらの傾斜ジャッキ3A、3Bを伸長させることによって縦導入坑Ａを掘進する。

こうして、トンネル掘削機Ｔをその後続台10〜12と共に下方に掘進させて所定の深さまで縦導入坑Ａを掘削すると、まず、所定の深さに達する手前の位置で図５に示すように、後続台10〜12を一体に連結した状態で上部後続台10を掘削壁面ｔ或いは地上のクレーンにワイヤロープ17によって吊支させた状態にしたのち、トンネル掘削機Ｔを所定深さまで掘進させることによって後続台10〜12をトンネル掘削機Ｔから切り離し、しかるのち、トンネル掘削機Ｔをその突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを伸長させることによって僅かに後退させて切羽面から離間させる。なお、後続台10〜12の支持は、上記した構成に限らず、例えば、後続台の側部数カ所にジャッキを取付け、このジャッキを伸長させて掘削壁面ｔに圧着させることにより支持させてもよい。また、トンネル掘削機Ｔを後退させることなく、カッタヘッド４のみを後退させておいてもよく、さらには何ら後退させなくてもよい。

この状態にして一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを装着している回動支持台6Aを固定ボルトの撤去によって固定台板５に対して回動可能にすると共に図６に示すように、これらのグリッパシュー2A、2Aの一側部の逃げ部2'を一旦、取り外しておき、さらに、該グリッパシュー2A、2Aを掘削壁面ｔに圧着させる一方、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bをそれらを支持しているジャッキ3A、3Bを収縮させることによって最大限まで縮径させておく。また、必要に応じてカッタヘッド４の最外周端にローラビット42' を装着する。

しかるのち、カッタヘッド４を回転させると共に回動駆動機構８のモータ8aを駆動すると、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bが掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの回動支持台6Aの外周端面に設けている円形ラック8cに噛合しながら周方向に移動して固定支持台6B、6Bが図７、図８に示すように掘削機本体１と一体的に上記グリッパシュー2A、2Aを支点として回動中心軸７回りに旋回し、掘削機本体１が垂直状態から一側方に向かって徐々に向きを変えながらカッタヘッド４によって縦導入坑Ａの掘削壁面ｔの一側壁面を切り崩していく。

さらに、上記掘削機本体１がその向きを変える時に、該掘削機本体１の前端側に設けている上記カッタヘッド４も掘削機本体１と共に一体に旋回動するが、上記掘削壁面ｔに圧着している一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの側面から上記カッタヘッド４の旋回軌跡上に位置する逃げ部2'が取り外されているので、カッタヘッド４がその旋回動に何等邪魔されることなく、掘削機本体１と共に所定の方向に向くまで円滑に回動させることができる。

こうして、掘削機本体１が回動中心軸７回りに90度、或いは掘削機本体１が斜め下方に向かう角度にまで横向きに向きを変えると、図９、図10に示すように、収縮している他方の一組のグリッパシュー2B、2Bが掘削機本体１と一体的にその向きを変えてその凸円弧状湾曲外面21を次にこのトンネル掘削機Ｔによって掘削する地下施設坑Ｂの掘削壁面t'の周方向の湾曲面に向けた状態となるが、縦導入坑Ａの底部における掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aは、掘削機本体１が横向きに向きを変えても縦導入坑Ａの掘削に適した状態を保持している。

この一組のグリッパシュー2A、2Aを横坑である地下施設坑Ｂを掘削するのに適した状態にするには、まず、図11に示すように、掘削した縦導入坑Ａの底部における余掘り部を埋め戻して次に掘削すべき地下施設坑Ｂの底面に連なる底面部Ｄを形成したのち、収縮している他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを伸長させて底面部Ｄに対向している下側のグリッパシュー2Bを該底面部Ｄに当接させることより掘削機本体１を支持し、この状態にしたのち、掘削壁面ｔに圧着している一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを収縮させる。

しかるのち、上記回動駆動機構８のモータ8aを駆動させて回動支持台6A、6Aを固定板５５上でその回動角度が上記掘削機本体１の回動角度と同一角度になるまで回動させると、これらのグリッパシュー2A、2Aの向きが地下施設坑Ｂを掘削するのに適した状態、即ち、その凸円弧状に湾曲した外面21、21が地下施設坑Ｂの掘削壁面t'の周方向に向けた状態となる。

次いで、これらのグリッパシュー2A、2Aの側面に掘削機本体１の回動時に取り外しておいた逃げ部2'、2'を取付けて元の形状に復旧したのち、固定ボルトによってこれらのグリッパシュー2A、2Aの回転支持台6A、6Aを固定台板５、５に固定する。しかるのち、図12に示すように、グリッパシュー2A、2Aと縦導入坑Ａの底部における掘削壁面ｔとの間に当て物Ｅを介在させてグリッパシュー2A、2Aをこの当て物Ｅを介して掘削壁面ｔに均一を押し付け、この状態にして、カッタヘッド４を回転させながら推進用傾斜ジャッキ3A及び突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを作動させることにより、トンネル掘削機Ｔを水平方向に掘進させ、四方のグリッパシュー2A、2Bを掘削壁面t'に圧着させながら地下施設坑Ｂを掘削する。

この地下施設坑Ｂが所定長、例えば、20〜30ｍ程度掘削されると、該地下施設坑Ｂの内底面に図13、図14に示すようにレール18を敷設し、上記縦導入坑Ａの掘削後に掘削機本体１から切り離して底部の上方部における掘削壁面ｔに吊支しておいた後続台10〜12を一台ずつ切り離してこのレール18上に走行自在に順次、配設すると共に掘削機本体１に直列状に接続する。この際、各後続台10〜12の車輪19は、縦導入坑Ａの掘削時に予め、地上から、後続台10〜12に搬入しておき、レール18の敷設後、このレール18上に吊り下ろす際に後続台10〜12の底面に取付けて台車とする。

こうして、トンネル掘削機Ｔに後続台車10〜12を順次、連結してこれらの後続台車10〜12に配設している油圧機器や覆工用設備等の各種設備を使用しながらトンネル掘削機Ｔを掘進させて地下施設坑Ｂにおける所定長さの直状地下施設坑部B1（B1')が掘削されると、この地下施設坑部B1(B1') から略直角方向に向けて次の直状地下施設坑部B2（B2')を掘削する場合には、所定長さの直状地下施設坑部B1（B1')に達すると、上記縦導入坑Ａから施設坑Ｂを掘削する場合と同様に、後続台車10〜12を切り離したのち、今度は、掘削機本体１の上下方向に位置している他方の一組のグリッパシュー2B、2Bの固定台板５に対する固定を解いて回動中心軸７を支点として回動可能にすると共にこのグリッパシュー2B、2Bの側面に取付けている逃げ部2'を一旦、取り外し、さらに、掘削壁面t'の両側壁面部に圧着している一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを内方に向かって収縮させる。

しかるのち、カッタヘッド４を回転させると共にグリッパシュー2B、2B側の回動駆動機構８のモータ8aを駆動すると、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bが掘削壁面ｔに圧着している上記他方の一組のグリッパシュー2B、2Bの回動支持台6Bの外周端面に設けている円形ラック8cに噛合しながら周方向に移動して回動支持台6B、6Bが掘削機本体１と一体的に上記グリッパシュー2B、2Bを支点として回動中心軸７回りに旋回し、掘削機本体１が一側方に向かって徐々に向きを変えながらカッタヘッド４によって縦導入坑Ａの掘削壁面ｔの一側壁面を切り崩して次の直状地下施設坑部B2（B2')へと連続させるトンネル屈曲部を形成していく。この際、グリッパシュー2B、2B側の推進用傾斜ジャッキ3Aを伸長させることによって掘削機本体１を推進させながら掘削機本体１の向きを変えて屈曲部を掘進してもよい。

こうして、掘削機本体１を一側方に向かって所定角度、その向きを変えたのち、他方のグリッパシュー2B、2Bに逃げ部2'を取付けると共に一方の一組のグリッパシュー2A、2Aも掘削壁面t'に圧着させて次の直状地下施設坑部B2（B2')を掘進する。以下、同様にして上記トンネル掘削機Ｔを渦巻き方向に掘進させて渦巻き状の地下トンネル構造体を築造するものである。

この際、地下施設坑Ｂの一部又は全部を円弧状に湾曲するスパイラル坑部とするには、互いに平行な一組のグリッパシュー2A、2A又は2B、2Bに対して掘削機本体１を平行にすることなく所定角度だけ掘削すべき方向に指向させておき、これらのグリッパシュー2A、2A、2B、2Bを掘削壁面に圧着させた状態にして掘進すればスパイラル坑部を築造することができる。

なお、トンネル掘削機Ｔによる地下施設坑Ｂの掘進は、四方のグリッパシュー2A、2Bを掘削壁面t'に圧着させた状態で上述したように推進用傾斜ジャッキ3A、3Aを伸長させることによって行い、一定長の坑部分が掘削されると、互いに平行な一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを傾斜ジャッキ3A、3Bの収縮によって掘削壁面t'から離したのち、伸長させることによって掘削壁面t'に対する先の圧着部分から所定長さ、前進した掘削壁面部分に圧着させ、次いで、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを傾斜ジャッキ3A、3Bの収縮によって掘削壁面t'から離したのち、伸長させることによって同じく、次の掘削開始位置となる掘削壁面t'に圧着させ、しかるのち、推進用傾斜ジャッキ3A、3Aを伸長させることによって掘進していくものである。

地下トンネル構造体の簡略斜視図。 別な形状の地下トンネル構造体の簡略斜視図。 縦導入坑を所定深さまで掘削したトンネル掘削機の簡略縦断正面図。 その四方に配設したグリッパシュー部分の簡略横断面図。 掘削機本体から後続台を切り離した状態の簡略縦断正面図。 他方の一組のグリッパシューを収縮させた状態の簡略横断面図。 掘削機本体を横方向に向きを変えている状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。 掘削機本体を水平方向に向きを変えた状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。 他方の一組のグリッパシューを伸長させた状態の簡略縦断正面図。 一方の一組のグリッパシュー部分の簡略横断面図。 地下施設坑を掘削している状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。

符号の説明

Ｔ トンネル掘削機
Ａ 縦導入坑
Ｂ 地下施設坑
ｔ 掘削壁面
１ 掘削機本体
2A、2B グリッパシュー
3A、3B 傾斜ジャッキ
４ カッタヘッド
５ 固定台板
６ 支持台
８ 回動駆動機構

Claims (1)

1. 先端にカッタヘッドを回転自在に配設し且つ該カッタヘッドの直後における外周四方にジャッキによって径方向に伸縮するグリッパシューを設けてなる掘削機本体を下向きにすると共に、上記四方のグリッパシューを掘削壁面に押し付けながら掘削機本体を推進させることにより一定径の縦導入坑を掘進し、所定深さまで該縦導入坑を掘削したのち、四方に配設している上記グリッパシューのうち、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパシューを縦導入坑の掘削壁面に圧着させた状態で、他方の一組のグリッパシューを収縮させて、上記一組のグリッパシューを支点として掘削機本体を横向き方向に回動させ、次いで、収縮させておいた他方の一組のグリッパシューを伸長させて掘削壁面に圧着させたのち、一方の一組のグリッパシューを収縮させると共にこれらのグリッパシューを元の状態にまで回動させ、しかるのち、全てのグリッパシューを掘削壁面に押し付けながら掘削本体を上記縦導入坑の下端から渦巻き方向に推進させて渦巻き状の地下施設坑を築造することを特徴とする縦導入坑と地下施設坑とからなる地下トンネル構造体の築造方法。

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