JP4179434B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、従来のオープンタイプＴＢＭとダブルシールドタイプＴＢＭにより別々に対応していた地質を１台の機械で施工可能とするトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の岩盤用トンネル掘削機は、オープンタイプとダブルシールドタイプに大別することができる。オープンタイプは機体のほとんどが坑壁に露出しており、地山条件の良好な場合に用いられる。その機体は、カッタヘッド部より後方に伸びるメインビーム上を、メイングリッパが前後に摺動可能な構成となっている。掘進方向の修正は、グリッパ部のジャッキの伸びを調整することによりメインビームを傾け、これによりメインビーム前端に固設されたカッタヘッドの向きを変えることによって行う。
【０００３】
一方ダブルシールドタイプは、破砕帯や弱層部との互層など地山条件の悪い場合に用いられ、その形状は、一般のシールド掘進機に似ており、機体はほとんどがシールドによって覆われている。その機体はテレスコピック状に連結された前胴と後胴とから構成されており、前胴と後胴とを伸縮させながら尺取虫的動作で推進できると共に、機体後方に備えたエレクターとシールドジャッキにより、後方にセグメントを巻きたてながらこれに反力をとって推進することもできる。
【０００４】
また、オープンタイプの中でも特開平１０−２２０１７９号公報や特許第２６５７７８８号公報のように、坑壁の崩落を防ぐサポートやシールドシェルを有すると共に、シールドジャッキ推進も可能なタイプのものもあり、これらによれば、よりダブルシールドタイプに近い地質まで施工が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ダブルシールドタイプのトンネル掘削機は幅広い地質に対応可能であるが、オープンタイプに比べ構造が複雑なものとなる。また、前胴と後胴とのテレスコピック摺動部にズリ等が詰り掘進不能に陥る等のトラブルが発生する虞もある。さらに、機体が長いシールドで覆われているため、支保の組立てや地山の手当は掘削位置より大幅に後方となってしまう。従って地山の締め付けにより機体が拘束されて推進不能となることを防止するために掘削径を大きくする必要があるが、これにより地山の緩みが生じてしまう。
【０００６】
特開平１０−２２０１７９号公報のようなタイプのものでは、ある程度弱層部にも対応でき、ライナー等を巻きたてることにより補助的手段としてのシールドジャッキ推進を併用することが可能であるが、機体が完全に覆われているわけではないために湧水に伴う流砂現象的な崩壊等には対応できず、セグメントによる本格的なシールドジャッキ推進を行うことはできない。
【０００７】
特許第２６５７７８８号公報に開示される掘進機によれば、機体前方が完全にシールドシェルにより覆われており、ダブルシールドタイプに近い弱層部への対応が可能である。しかしながら、シールドシェルが長くなるとステアリングのためにシールド外面と坑壁との間に大きな隙間が必要となるため、掘削径が大きくなり坑壁の緩みが大きくなってしまう。このため、エレクタはシールドから露呈させ、エレクタの機体への取付方向を通常の取付方向とは前後逆にすることによって、シールドシェルの長さを極力短くするようにしている。これによりセグメント組立ての作業性は著しく低下せざるを得ず、やはり本格的なシールドジャッキ推進には不適である。
【０００８】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来のダブルシールドタイプと同等の弱層部対応性を有し、本格的なシールドジャッキ推進が可能であり、地山の緩みが生じにくく、しかも充分なステアリング性を確保することが可能なトンネル掘削機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで請求項１のトンネル掘削機では、地山に露出したグリッパ装置６をメインビーム２に備え、メインビーム２の前端部にカッタヘッドサポート３を取付け、さらにカッタヘッドサポート３に前胴２２を取付けることでカッタヘッド４の後方の外周部を前胴２２により一体的に覆うと共に、上記前胴２２の後方に後胴２３をアーティキュレートジャッキ２４を介して屈曲自在に連結し、上記後胴２３の内部に、シールドジャッキ２５とエレクタ２７とを設け、グリッパ推進時には、アーティキュレートジャッキ２４の伸縮をフリーとし、メインビーム２を振ることにより掘進方向を変更可能とし、シールドジャッキ推進時には、アーティキュレートジャッキ２４により前胴２２と後胴２３との間を屈曲させて掘進方向を変更可能としたことを特徴としている。
【００１０】
上記請求項１のトンネル掘削機においては、岩盤等の硬質地盤におけるトンネル掘削に際しては、グリッパ装置６を利用し、スラストジャッキ５によりメインビーム２を推進しながら掘削作業を行うことができる。また軟弱地盤におけるトンネル掘削に際しては、カッタヘッド４で掘削した直後の段階で、支保部材を組立ててトンネル坑壁を覆うことができるので、地山の崩落を防止できると共に、メインビーム２やグリッパ装置６が土砂に埋没するのを防止できる。またカッタヘッド４の後方の外周部を前胴２２により一体的に覆っているので、軟弱地盤の掘削時に、機内に土砂が浸入して機器各部に損傷が生じるのを防止できる。このように請求項１のトンネル掘削機では、ダブルシールドタイプと同等の弱層部対応性を有する。しかも、前胴２２と後胴２３を屈曲自在としていることで、掘進中におけるカーブ対応性が非常に良好となり、ステアリング性を改善できる。従って、従来よりも坑壁と機体との隙間を小さくでき、坑壁の緩みが大きくなったり、支保外径が小さくなるなどの問題点の発生を抑制できる。
【００１２】
また、上記トンネル掘削機においては、岩盤等の硬質地盤におけるトンネル掘削に際して、グリッパ推進が行えるのは、上記請求項１と同様であるが、さらにそれに加えて、軟弱地盤におけるトンネル掘削に際しては、シールドジャッキ推進を行うことが可能となる。このようにダブルシールドタイプと同等の本格的なセグメント２６の施工が可能となり、完全なシールドジャッキ推進に対応できることになる。
【００１４】
さらに、上記トンネル掘削機においては、従来のオープンタイプとダブルシールドタイプの長所を合わせ持った装置として構成されており、１台で幅広い土質に対応できることになる。またダブルシールドタイプで発生するテレスコピック部の摺動不能等の不具合が生じるのを回避できる。特に、グリッパ推進時には、前胴２２と後胴２３を屈曲自在としているので、掘進中におけるカーブ対応性が非常に良好である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次にこの発明のトンネル掘削機の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るトンネル掘削機１の縦断面図、図２はトンネル掘削機１の横断面図、図３はトンネル掘削機１の正面図である。また、図４は図１のＡ−Ａ断面図、図５は図１のＢ−Ｂ断面図、図６は図１のＣ−Ｃ断面図、図７は図１のＤ−Ｄ断面図である。
【００１６】
本実施の形態のトンネル掘削機１においては、中心部に前後方向にメインビーム２が延設されており、このメインビーム２の前部にはカッタヘッドサポート３を介してカッタヘッド４が回転自在に支承されている。また、メインビーム２の後部には、スラストジャッキ５を介してグリッパ装置６が、カッタヘッドサポート３に対して前後方向に摺動可能に設けられている。このグリッパ装置６は、図６に示すように、グリッパキャリア７と、このグリッパキャリア７に取着されるグリッパジャッキ８と、このグリッパジャッキ８の先端部に取着されてトンネル坑壁に対して接離されるグリッパシュー９と、グリッパキャリア７を駆動してグリッパシュー９を周方向に回転制御するトルクジャッキ１０等で構成されている。なお、１１はリヤサポート、１２はガーダ、１３は掘削した土を後方へ搬送するベルトコンベアである。
【００１７】
また、上記カッタヘッドサポート３には、坑壁の肌落ち防止及びカッタヘッドサポート３をトンネル坑壁に対して支持する目的でシールド２１が設けられている。このシールド２１は円筒形のものであって、前後方向に２つに分割され、前胴２２と、後胴２３とで構成されている。前胴２２はカッタヘッドサポート３の外周部を覆うように設けられ、この前胴２２の後方に後胴２３が設けられている。そして、後胴２３は前胴２２より少し長く形成され、スラストジャッキ５の前部側を覆うように設けられている。前胴２２と後胴２３とは図１及び図２に示すように、アーティキュレートジャッキ２４で屈曲自在に連結されているものであり、アーティキュレートジャッキ２４はシールド２１の周方向に複数設けられている。
【００１８】
後胴２３の内周部にはシールドジャッキ２５が複数配設されていて、これらのシールドジャッキ２５は、地山の弱層部等においてセグメント２６を使用してシールドジャッキ推進を行なう場合に使用される。また、後胴２３の内部にはトンネルの坑壁にセグメント２６を構築するためのエレクタ２７が周方向に移動自在に設けられている。さらに、後胴２３の後部にはテールシール２８が設けてある。なお、２９はカッタヘッド４駆動用のモータであり、３０は、スクリュウコンベアである。また、３１はフロントサイドサポートであり、前胴２２において、その径方向に出退自在に設けられている。なお、必要に応じて後胴２３の後方に、トンネルの坑壁にモルタルなどを吹き付ける吹き付け装置を設けるようにしても良い。
【００１９】
このような構成のトンネル掘削機１において、岩盤部等の良好な地山の掘削に際しては、グリッパ装置６のグリッパシュー９を地山に押し付けてそのグリッパ装置６に反力を取りつつ、スラストジャッキ５によりカッタヘッドサポート３に推進力を伝達し、且つカッタヘッド４を回転させることにより掘進を行なう。そして所定ピッチの掘進後に、図４に示すように、フロントサイドサポート３１を伸長してトンネル坑壁に押し付け、図７のようにリヤサポート１１を伸長してメインビーム２の後部側を支承する。そして、グリッパ装置６の押し付けを解除し、スラストジャッキ５の収縮によりグリッパ装置６をメインビーム２に対して前進させ、これらの動作の繰り返しにより連続的に掘進が行なわれる。
【００２０】
また、セグメント２６の構築が必要な弱層部の地山に対しては、グリッパ装置６を全縮させて不使用状態にし、エレクタ２７によりセグメント２６を組み立てつつシールドジャッキ２５を伸長させ、そのセグメント２６に反力を得ながらシールド２１を前進させ、カッタヘッド４を回転させて掘進を行なう。
【００２１】
ここで、グリッパ装置６によるグリッパ推進時には、前胴２２と後胴２３を屈曲自在に連結しているアーティキュレートジャッキ２４の伸縮をフリーにし、メインビーム２を振ることにより掘進方向を変更できるようにしている。また、シールドジャッキ２５によるシールドジャッキ推進時には、アーティキュレートジャッキ２４により前胴２２と後胴２３との間を屈曲させて掘進方向を変更できるようにしている。従来のオープンタイプとダブルシールドタイプの長所を合わせ持っており、１台で幅広い土質に対応できるものであり、特に、前胴２２と後胴２３を屈曲自在としているので、掘進中におけるカーブ対応性が非常に良いものである。
【００２２】
なお、前胴２２と後胴２３をアーティキュレートジャッキ２４により屈曲自在に連結している構成は、必ずしもシールドジャッキ推進を併用する場合に限らず、グリッパ推進のみを行うトンネル掘削機にも適用できるものである。
【００２３】
このように本実施の形態においては、駆動部分を覆うシールド２１を前胴２２と後胴２３とで構成し、両者を屈曲自在としていることで、ダブルシールドタイプと同等の土質に対応できる。またダブルシールドタイプのように、テレスコ部の摺動不能等の不具合が生じず、しかも、シールド長を短くしているために、地山の早期手当てを可能とすることができる。しかも前胴２２を屈曲可能としているため、後胴２３とトンネル掘削機１の機体との隙間を小さくできる。また、後胴２３にシールドジャッキ２５とエレクタ２７を設けていることで、流砂現象的な崩壊等が生じる場合でも、ダブルシールドタイプと同等にセグメント２６の巻き立てによる本格的なシールドジャッキ推進が可能となる。このように本トンネル掘削機１は、従来のオープンタイプとダブルシールドタイプの長所を合わせ持っており、１台で幅広い地山に対応できるものである。特に、前胴２２と後胴２３を屈曲自在としているので、掘進中におけるカーブ対応性が非常に良いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のトンネル掘削機の横断面図である。
【図２】本発明の実施の形態のトンネル掘削機の縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図４】本発明の実施の形態の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の実施の形態の図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の図１のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１ トンネル掘削機
２ メインビーム
４ カッタヘッド
６ グリッパ装置
２２ 前胴
２３ 後胴
２４ アーティキュレートジャッキ
２６ セグメント
２７ エレクタ

Claims (1)

1. 地山に露出したグリッパ装置（６）をメインビーム（２）に備え、メインビーム（２）の前端部にカッタヘッドサポート（３）を取付け、さらにカッタヘッドサポート（３）に前胴（２２）を取付けることでカッタヘッド（４）の後方の外周部を前胴（２２）により一体的に覆うと共に、上記前胴（２２）の後方に後胴（２３）をアーティキュレートジャッキ（２４）を介して屈曲自在に連結し、上記後胴（２３）の内部に、シールドジャッキ（２５）とエレクタ（２７）とを設け、グリッパ推進時には、アーティキュレートジャッキ（２４）の伸縮をフリーとし、メインビーム（２）を振ることにより掘進方向を変更可能とし、シールドジャッキ推進時には、アーティキュレートジャッキ（２４）により前胴（２２）と後胴（２３）との間を屈曲させて掘進方向を変更可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。

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