JP4368534B2 - Tunnel excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中にトンネルを形成するトンネル掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図9に示すように、既設のトンネル6に換気用トンネル40を地上から掘り進んで接合する場合、既設トンネル6の鉛直上方に存在するガス管41や道路42などを避けるために換気用トンネル40を斜めに形成する場合がある。
【0003】
図10に示すように、換気用トンネル40の形成はトンネル掘削機43を用いて行う。
【0004】
トンネル掘削機43は、進行方向後方から押し込まれることで推進力を得るようになっており、トンネル掘削機43の後方に順次推進管44を継ぎ足しながら、最後尾の推進管44を元押しするようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネル掘削機43を掘り進ませて既設トンネル6に対して斜めに換気用トンネル40を接合しようとすると、既設トンネル6とトンネル掘削機43との間に大きな切り残し部45が発生してしまうという課題があった。切り残し部45は土木的な作業で取り除かなくてはならず、困難であった。
【0006】
また、図11に示すように、接合面7の傾斜に合わせて予めカッタ46を傾斜させたトンネル掘削機47を用いることも検討されたが、カッタ46前面のスラスト抵抗力がカッタ46の傾斜によって分力がラジアル方向に作用してしまうため、掘進中の姿勢が安定しないという課題があった。
【0007】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既設トンネルなどの地下構造物との間に大きな切り残し部を残すことなく、かつ、姿勢を安定させて掘り進むことのできるトンネル掘削機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、既設トンネルなどの地下構造物に新設トンネルを接合すべく上記地下構造物へ向けて掘り進むトンネル掘削機において、掘削機本体に、進行方向前方の土砂を掘削するためのカッタを上記地下構造物の接合面の傾斜に合わせるように傾動自在に設けたものである。
【0009】
地下構造物の近傍に到達するまでは、カッタを傾斜させずに掘進方向へ向けることで安定して方向制御することができ、地下構造物の近傍に到達した後は、カッタを接合面に合わせるように傾斜させて更に掘進させることにより、土砂を大きく切り残すことなく接合面の直前まで掘り進むことができる。
【0010】
また、上記掘削機本体は、上記地下構造物の接合面近傍を土留めすべく進行方向前方の地山へ貫入するスライドフードを有するものとするとよい。
【0011】
そして、上記カッタは、カッタ前端の回転中心位置を中心に傾斜されるものとするとよい。
【0012】
また、上記掘削機本体の前端部に、径方向内側へのびながら後方へ凹面状に後退するバルクヘッド面を形成し、該バルクヘッド面に沿って移動する板状のガイド部材に上記カッタを枢支する軸支部を設けるとよい。
【0013】
そして、上記ガイド部材に、上記バルクヘッド面に接触される環状のシールを設けるとよく、上記ガイド部材の外周に、上記バルクヘッド面に付着した異物を除去するためのスクレーパを設けるとよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0015】
図1に示すように、トンネル掘削機1は、元押しされる推進管2とほぼ外径が等しい掘削機本体3と、掘削機本体3に傾動自在に設けられたカッタユニット4とからなり、掘削機本体3に対して後述するカッタ5は、地下構造物たる既設トンネル6の接合面7の傾斜に合わせるように傾動自在に設けられている。
【0016】
掘削機本体3は、外殻を形成する筒状の第1スキンプレート8と、第1スキンプレート8の内側に軸方向スライド可能に挿入されると共にピン9を介して固定されるほぼ筒状の第2スキンプレート10とからなる。
【0017】
第1スキンプレート8は、ピン9を外すことで第2スキンプレート10と切り離されるようになっており、第2スキンプレート10と切り離して押し込むことで掘進方向前方の地山に貫入されるスライドフードを兼ねている。
【0018】
そして、第1スキンプレート8は、前端を接合すべき既設トンネル6の形状に合わせるように形成されており、地山に貫入されることで既設トンネル6の接合面7にほぼ隙間なく当接し、接合面7近傍を精度良く土留めするようになっている。
【0019】
第2スキンプレート10は、推進管2より十分内径を小さく形成されており、後述する第1スキンプレート8を切り離した後は推進管2内に第2スキンプレート10を容易に挿通させられるようになっている。
【0020】
また、第1スキンプレート8は、推進管2に接続される後胴11と、後胴11の前方に屈曲自在に接続される前胴12とからなる。
【0021】
後胴11には、推進管2内からの浸水を防ぐための隔壁13が取り外し可能に設けられており、万一推進管2内に水が浸入してもトンネル掘削機1内に水を浸入させないようになっている。
【0022】
第2スキンプレート10は、前胴12内に、リング状のスライドシール14を介して液密に密着されると共にピン9を介して固定されている。
【0023】
第2スキンプレート10の前端には、カッタユニット4の傾動をガイドすると共に、第2スキンプレート10の前端を液密に塞ぐためのバルクヘッド面15が形成されている。
【0024】
バルクヘッド面15は、第2スキンプレート10から径方向内側へのびながら後方へ凹面状に後退するように形成されている。具体的には、バルクヘッド面15は、第1スキンプレート8の中心軸16上の一点を中心とする球面状に形成されており、その中心には後述するカッタ5前端の回転中心位置17を位置させるようになっている。
【0025】
そして、図1及び図3に示すように、バルクヘッド面15には、カッタユニット4を傾動可能に挿通させるための長穴18が形成されている。
【0026】
第2スキンプレート10は、周方向にほぼ等間隔に配置された複数の方向制御ジャッキ19を介して後胴11に連結されており、方向制御ジャッキ19を伸縮されることで後胴11に対して前胴12ごと屈曲されるようになっている。
【0027】
カッタユニット4は、バルクヘッド面15に沿って移動する板状のガイド部材20と、ガイド部材20に一体に設けらカッタ5を枢支するための軸支部21と、軸支部21に枢支され進行方向前方の地山を掘削するためのカッタ5と、軸支部21に支持フレーム22を介して設けられカッタ5を回転駆動させるための駆動装置23とからなり、後述する傾斜用ジャッキ24を介して第2スキンプレート10に連結されている。
【0028】
図2、図3及び図6に示すように、ガイド部材20は、ほぼ円盤状に形成されており、可動範囲内のいずれの位置においてもバルクヘッド面15に形成された長穴18を覆って塞ぐようになっている。
【0029】
また、ガイド部材20には、バルクヘッド面15に接触される環状のシール25と、バルクヘッド面15に付着した土砂などの異物を除去するためのスクレーパ26とが設けられている。
【0030】
スクレーパ26は、金属で環状に形成されており、ガイド部材20の外周に一体に設けられている。
【0031】
シール25は、スクレーパ26の内周側に設けられており、スクレーパ26で異物を落とした後のバルクヘッド面15に接触されてバルクヘッド面15とガイド部材20との間を液密にシールするようになっている。
【0032】
図1に示すように、軸支部21は、ガイド部材20の中心に設けられており、ガイド部材20を掘進方向前方へ向けたときにカッタ5の回転中心を第1スキンプレート8の中心軸16上に位置させるようになっている。
【0033】
図1及び図2に示すように、カッタ5は、軸支部21に支持される回転軸27に直角に設けたカッタフレーム28に多数のカッタビット29を設けてなるものであり、バルクヘッド面15を形成する球面の中心にカッタ5前端の回転中心位置17を位置させるように配置されている。
【0034】
そして、カッタフレーム28には、径方向外方へ伸縮自在なコピーカッタ30が設けられており、カッタ5を傾斜させたときに伸張させることで、少なくとも第1スキンプレート8が通るだけの掘削ができるようになっている。
【0035】
図1及び図4に示すように、支持フレーム22は、第2スキンプレート10に設けられた傾斜用ガイド31にガイドピン32を介して支持されるようになっている。
【0036】
傾斜用ガイド31は、第2スキンプレート10の内周面間に掛け渡すように設けられたアーチ状の第1レール33と、第1レール33の外周側に所定間隔を隔てて並行に設けられた第2レール34とからなり、支持フレーム22を傾動方向に沿って挟むように設けられている。
【0037】
ガイドピン32は、第1レール33と第2レール34との間を転動して支持フレーム22の傾動を案内するためのものであり、支持フレーム22にそれぞれの傾斜用ガイド31へ向けてのびるように設けられている。
【0038】
ガイドピン32は、先端を拡径して形成されており、第1レール33と第2レール34の間から外れないようになっている。
【0039】
また、ガイドピン32には、傾斜用ジャッキ24の一端がそれぞれ連結されており、ガイドピン32は、傾斜用ジャッキ24が伸縮されることで第1レール33と第2レール34の間を往復動し、カッタユニット4を傾動させるようになっている。
【0040】
図2、図3及び図4に示すように、カッタ5とガイド部材20の間に形成されるカッタ室35には、送泥管36と排泥管37がそれぞれ接続されている。送泥管36と排泥管37は、それぞれガイド部材20の移動に干渉しないように、ガイド部材20のスライド方向と直交する方向にガイド部材20から離間して配置されている。
【0041】
次に作用を述べる。
【0042】
図5に示すように、トンネル掘削機1を地上から掘り進ませる場合、カッタ5を回転させながら元押しする。そして、既設トンネル6の近傍に到達するまでは、カッタ5を掘進方向へ向けるように傾斜角度を固定する。
【0043】
カッタ5にラジアル方向の力が作用することはないため、トンネル掘削機1を安定した姿勢で掘進させることができる。
【0044】
カッタ5の固定は、傾斜用ジャッキ24の伸縮長さを一定に固定することにより行う。
【0045】
掘進方向の制御は、それぞれの方向制御ジャッキ19を伸縮させることで行う。方向制御ジャッキ19を伸縮することで、前胴12を後胴11に対して任意の方向へ任意の角度だけ屈曲させることができ、掘進方向を自在に調整することができる。
【0046】
また、バルクヘッド面15に形成された長穴18は、ガイド部材20によって塞がれているため、トンネル掘削機1内に水が浸入することはない。
【0047】
このようにしてトンネル掘削機1を掘進させると、トンネル掘削機1はやがてカッタ5の先端を既設トンネル6に近接させて掘り進めなくなり、既設トンネル6に到達される。
【0048】
トンネル掘削機1が既設トンネル6に到達されたら、一旦元押しを止めてトンネル掘削機1の推進を止め、カッタ5を回転させた状態のまま傾斜用ジャッキ24を伸張させる。
【0049】
ガイドピン32は、それぞれ第1レール33と第2レール34の間に沿って移動し、カッタユニット4は、カッタ5前端の回転中心位置17を中心に回動される。
【0050】
そしてこれにより、カッタ5は、カッタ5前端の回転中心位置17を中心に傾動される。
【0051】
ガイド部材20は、バルクヘッド面15に沿って移動するため、バルクヘッド面15から離れることはなく、ガイド部材20とバルクヘッド面15との間のシールは常に保たれる。また、バルクヘッド面15にこびり付いた土砂などの異物は、スクレーパ26によって落とされるため、ガイド部材20とバルクヘッド面15の間に挟まれることはなく、シール性を安定して保持することができる。
【0052】
図6に示すように、カッタ5の傾斜が接合面7の傾斜に合わされたら、コピーカッタ30を伸張させ、余堀りする。
【0053】
カッタ5が傾斜されることで掘進方向前方から見た掘削面は、楕円状に小さくなってしまうが、余堀りすることで少なくとも第1スキンプレート8が通るだけの掘削半径を維持できる。
【0054】
このとき、カッタ5は、カッタ5前端の回転中心位置17を中心に傾動されていることから、掘進方向前方から見た掘削面は中心を動かすことなく扁平されており、必要な余堀り量が最小となっている。
【0055】
そして、元押しを再開し、トンネル掘削機1を更に掘進させる。このとき、カッタ5は接合面7の傾斜に合っているため、カッタ5が接合面7に干渉することはなく、接合面7まで切り残しなく掘進される。
【0056】
また、カッタ傾斜後の掘進距離が極めて短いため、カッタ5にラジアル方向の力が作用してもトンネル掘削機1の姿勢が大きく乱れることもない。
【0057】
図7に示すように、再びカッタ5が既設トンネル6に近接されたら、元押しを止め、カッタ5の回転を止め、スライドフード、すなわち第1スキンプレート8を地山に貫入するための準備を始める。
【0058】
スライドフード貫入の準備は、それぞれのピン9を外して前胴12から第2スキンプレート10を切り離し、すべての方向制御ジャッキ19の油圧を逃がすことにより行う。
【0059】
方向制御ジャッキ19は外力によって簡単に伸縮される状態になり、第2スキンプレート10は第1スキンプレート8内を自在にスライド移動可能な状態となる。
【0060】
そして、元押しを再開する。第1スキンプレート8は、スライドフードとして第2スキンプレート10とは独立して地山に貫入され、既設トンネル6に当接される。
【0061】
このとき、第1スキンプレート8の先端は、接合すべき既設トンネル6の形状に合わせるように形成されているため、図8に示すように、ほぼ全周に亘って既設トンネル6に当接され、接合面7近傍を精度良く土留めする。
【0062】
この後、接合面7近傍の地山を止水すべく薬注を施し、既設トンネル6に第1スキンプレート8を接合する。
【0063】
第2スキンプレート10と第2スキンプレート10に設けられたカッタユニット4は、再利用すべく推進管2内を通して地上に吊り上げる。第2スキンプレート10は、外径を推進管2の内径より十分小さく形成されているため、推進管2内を容易に移動できる。
【0064】
このように、掘削機本体3に、進行方向前方の土砂を掘削するためのカッタ5を既設トンネル6の接合面7の傾斜に合わせるように傾動自在に設けたため、既設トンネル6との間に大きな切り残し部を残すことなく、かつ、姿勢を安定させて掘進できる。
【0065】
また、掘削機本体3を、接合面7近傍を土留めすべく進行方向前方の地山へ貫入するスライドフードを有するものとしたため、既設トンネル6の近傍まで良好にシールすることができ、土木的作業を減らして効率よくトンネル同士を接合できる。
【0066】
そして、カッタ5を、カッタ5前端の回転中心位置17を中心に傾斜されるものとしたため、傾斜させたときにも掘進方向前方から見たカッタ5の中心を動かすことなく一定に保つことができ、余堀り量を小さく抑えることができる。
【0067】
また、掘削機本体3の前端部に、径方向内側へのびながら後方へ凹面状に後退するバルクヘッド面15を形成し、バルクヘッド面15に沿って移動する板状のガイド部材20にカッタ5を枢支する軸支部21を設けたため、カッタ5の傾動を簡易な構造で安定してガイドすることができる。
【0068】
そして、ガイド部材20に、バルクヘッド面15に接触される環状のシール25を設けたため、バルクヘッド面15とガイド部材20との間を確実にシールすることができ、トンネル掘削機1内に浸水するのを防ぐことができる。
【0069】
また、ガイド部材20の外周に、バルクヘッド面15に付着した異物を除去するためのスクレーパ26を設けたため、バルクヘッド面15に付着した土砂などを落とすことができ、土砂がバルクヘッド面15とガイド部材20の間に入り込むのを防ぐことができる。
【0070】
なお、本実施の形態では、地上から換気トンネルを掘削して既設トンネル6に斜めに接合する場合について述べたが、本発明に係る技術、すなわち、カッタ5を接合面7の傾斜に合わせるように傾動させる技術は、例えば、既設トンネル6に新たなトンネルを偏心して接合する場合や、異形トンネルに新たなトンネルを接合する場合など、接合面が掘進方向に対して傾斜している場合に広く用いることができる。
【0071】
また、推進管2を元押しすることで掘進されるトンネル掘削機1について述べたが、これに限るものではない。トンネル掘削機は、掘削機内でトンネル壁となるセグメント(図示せず)を組み立てつつ、そのセグメントを自力で後方へ押して推進するシールド掘進機であってもよい。
【0072】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
(1)地下構造物との間に大きな切り残し部を残すことなく、かつ、姿勢を安定させて掘り進むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好適実施の形態を示すトンネル掘削機の側断面図である。
【図2】図1のII−II線矢視図である。
【図3】図1のIII−III線矢視断面図である。
【図4】図1のIV−IV線矢視断面図である。
【図5】既設トンネルに到達したトンネル掘削機の側断面図である。
【図6】カッタを傾斜させた状態のトンネル掘削機の側断面図である。
【図7】カッタを傾斜させて掘進したトンネル掘削機の側断面図である。
【図8】スライドフードを地山に貫入させたトンネル掘削機の側断面図である。
【図9】既設トンネルに接合した換気用トンネルの側断面図である。
【図10】従来のトンネル掘削機の側断面図である。
【図11】従来のトンネル掘削機の側断面図である。
【符号の説明】
1 トンネル掘削機
3 掘削機本体
5 カッタ
6 既設トンネル
7 接合面
8 第1スキンプレート(スライドフード)
17 回転中心位置
15 バルクヘッド面
20 ガイド部材
21 軸支部
25 シール
26 スクレーパ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavator that forms a tunnel in the ground.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 9, when the
[0003]
As shown in FIG. 10, the
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the
[0006]
In addition, as shown in FIG. 11, it has been considered to use a tunnel excavator 47 in which the
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a tunnel excavator that can solve the above-described problems and can stably dig without leaving a large uncut portion with an underground structure such as an existing tunnel. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a tunnel excavator that digs toward an underground structure such as an existing tunnel to join a new tunnel, and excavates earth and sand in the forward direction in the excavator body. A cutter is provided to be tiltable so as to match the inclination of the joint surface of the underground structure.
[0009]
Until reaching the vicinity of the underground structure, the direction can be controlled stably by turning the cutter in the direction of excavation without tilting. After reaching the vicinity of the underground structure, the cutter is aligned with the joint surface. By inclining and further digging in this way, it is possible to dig up to just before the joint surface without leaving large pieces of earth and sand.
[0010]
Moreover, the said excavator main body is good to have a slide hood which penetrates to the natural ground ahead of the advancing direction so that the joint surface vicinity of the said underground structure may be earthed.
[0011]
The cutter is preferably inclined with respect to the rotational center position of the cutter front end.
[0012]
In addition, a bulkhead surface is formed at the front end portion of the excavator main body so as to be concaved backward while extending inward in the radial direction, and the cutter is pivoted on a plate-shaped guide member that moves along the bulkhead surface. It is good to provide the axial support part to support.
[0013]
The guide member may be provided with an annular seal that is in contact with the bulkhead surface, and a scraper may be provided on the outer periphery of the guide member for removing foreign matter adhering to the bulkhead surface.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
As shown in FIG. 1, the tunnel excavator 1 includes an excavator
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
And the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The rear barrel 11 is detachably provided with a partition wall 13 for preventing water from entering the propelling pipe 2. Even if water enters the propelling pipe 2, water enters the tunnel excavator 1. It is supposed not to let you.
[0022]
The
[0023]
A
[0024]
The
[0025]
As shown in FIGS. 1 and 3, the
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
As shown in FIGS. 2, 3 and 6, the guide member 20 is formed in a substantially disk shape and covers the
[0029]
Further, the guide member 20 is provided with an
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
As shown in FIG. 1, the shaft support 21 is provided at the center of the guide member 20, and the center of rotation of the
[0033]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0034]
The
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 4, the
[0036]
The
[0037]
The guide pins 32 are for rolling between the
[0038]
The
[0039]
In addition, one end of an
[0040]
As shown in FIGS. 2, 3, and 4, a
[0041]
Next, the operation will be described.
[0042]
As shown in FIG. 5, when the tunnel excavator 1 is dug from the ground, the
[0043]
Since no radial force acts on the
[0044]
The
[0045]
The direction of excavation is controlled by extending or contracting each
[0046]
Further, since the
[0047]
When the tunnel excavator 1 is dug in this manner, the tunnel excavator 1 eventually reaches the existing
[0048]
When the tunnel excavator 1 reaches the existing
[0049]
The guide pins 32 move along the
[0050]
As a result, the
[0051]
Since the guide member 20 moves along the
[0052]
As shown in FIG. 6, when the inclination of the
[0053]
When the
[0054]
At this time, since the
[0055]
Then, the pushing is resumed, and the tunnel excavator 1 is further excavated. At this time, since the
[0056]
Further, since the digging distance after the cutter is tilted is extremely short, the attitude of the tunnel excavator 1 is not greatly disturbed even if a radial force acts on the
[0057]
As shown in FIG. 7, when the
[0058]
Preparation for the slide hood penetration is performed by removing the
[0059]
The
[0060]
Then, the original push is resumed. The
[0061]
At this time, since the tip of the
[0062]
Thereafter, a chemical is poured to stop the ground near the joining
[0063]
The
[0064]
In this way, the
[0065]
In addition, since the
[0066]
Since the
[0067]
In addition, a
[0068]
Since the guide member 20 is provided with the
[0069]
In addition, since the
[0070]
In the present embodiment, the case where the ventilation tunnel is excavated from the ground and joined to the existing
[0071]
Moreover, although the tunnel excavator 1 excavated by pushing the propulsion pipe 2 is described, the present invention is not limited to this. The tunnel excavator may be a shield machine that assembles a segment (not shown) to be a tunnel wall in the excavator and pushes the segment backward by itself to propel it.
[0072]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(1) It is possible to dig up without leaving a large uncut portion between the basement structure and the posture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a tunnel excavator showing a preferred embodiment of the present invention.
2 is a view taken along the line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a side sectional view of a tunnel excavator that has reached an existing tunnel.
FIG. 6 is a side sectional view of the tunnel excavator with the cutter tilted.
FIG. 7 is a side sectional view of a tunnel excavator excavated with an inclined cutter.
FIG. 8 is a side sectional view of a tunnel excavator in which a slide hood is inserted into a natural ground.
FIG. 9 is a side sectional view of a ventilation tunnel joined to an existing tunnel.
FIG. 10 is a side sectional view of a conventional tunnel excavator.
FIG. 11 is a side sectional view of a conventional tunnel excavator.
[Explanation of symbols]
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17
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