JP4392609B2 - トンネル資材搬送装置 - Google Patents

Description

本発明はトンネル施工に際して覆工材等の各種資材を搬送するためのトンネル資材搬送装置に関する。

トンネル施工に際しては覆工材等の各種資材を坑口側から切羽付近まで効率的に搬送する必要があり、たとえば特許文献１にはセグメントを搬送台車に積載して坑内を走行させることでセグメントの搬送を行うことが開示されている。
特開平１１−１９３６９９号公報

しかし、特許文献１に示されるような従来一般の資材搬送装置は、必ずしも十分な搬送効率が得られないものであり、また十分な設置スペースを必要として小断面トンネルには適用できないものや、全体の構成や操作が複雑なものも多い。

上記事情に鑑み、本発明は効率的な搬送が可能であり、かつ狭小な空間にも設置可能な有効なトンネル資材搬送装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、トンネル施工に際して坑内に設置されて覆工材等の資材を坑口側から切羽付近まで搬送するための搬送装置であって、資材を搭載ないし保持して自走可能な搬送台車と、該搬送台車を支持案内して自走させるための軌条からなり、前記軌条は、前記搬送台車を坑口側から切羽側に向かって自走させる往路軌条と、切羽側から坑口側に向かって自走させる復路軌条とが独立に上下２段に設置され、前記往路軌条の終端と前記復路軌条の始端の前方位置には、搬送台車を往路軌条の終端から復路軌条の始端に移動させるためのポイント切替機構が設けられ、前記搬送台車には資材を下面側に吊り下げた状態で保持する保持機構を備えてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明のトンネル資材搬送装置であって、ポイント切替機構は掘進に追随して前進可能に設けられ、往路軌条の終端および復路軌条の始端にそれぞれ所定長さの単位軌条が継ぎ足されることでそれら往路軌条および復路軌条は掘進に追随して前方に延伸可能とされていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明のトンネル資材搬送装置であって、搬送台車は、平面視矩形かつ扁平な本体フレームと、該本体フレームの両側部に設けられて軌条内を転動する走行車輪と、前記本体フレームに搭載されて前記走行車輪を駆動する駆動源を備えてなることを特徴とする。

本発明のトンネル資材搬送装置は、独立に上下２段に設けた往路軌条と復路軌条とにより搬送台車を自走させかつその走行経路をポイント切替機構により切り替える構成のものであるので、効率的な資材搬送が可能であることはもとより、その設置スペースも最少限で済み、たとえば先行施工した床版の下方の狭小な空間内に設置することが可能である。
また、資材を吊り下げた状態で保持する保持機構を搭載しているので、たとえばセグメント等の大形資材であっても安全に搬送できるし、その積み卸しも容易に行うことができる。

特に、ポイント切替機構を前進させて単位軌条を継ぎ足す構成とすることにより掘進に伴って前方に容易に延伸することができる。また、搬送台車を扁平な形態としてそれに駆動源を搭載することにより、全体の構成を十分に簡略化して設置スペースを十分に節約することができる。

本発明のトンネル資材搬送装置の実施形態を説明するに先立ち、まずそれを用いるトンネル工法の一例を図１〜図４を参照して説明する。図１および図２において符号１はトンネル掘削機としてのシールドマシン、２はその後続台車であり、本工法では基本的にはシールドマシン１によって覆工材であるセグメント３を組み立てつつ掘進を行っていき、かつその掘進とほぼ同時並行作業により後続台車２の直後方において床版４を早期に施工して、施工済みの床版４を各種機材の走行路としてそのまま使用して各種資材の搬送を行うようにしたものである。図１〜図２における符号５，６，７は施工済みの床版上を走行する機材としてのトラック、コンクリートポンプ車、ミキサー車であり、８はそれらを方向転換させるためのターンテーブルである。

本工法では、床版４の施工は予め製作したＰＣａ版１０を組み立てることで行うようにしており、その組立作業のためのクレーン１１を後続台車２の後方に配置するとともに、そのクレーン１１を後続台車２により牽引して掘進に追随させて前進させていくようにしている。

本工法における床版形成用のＰＣａ版１０は、図１および図３に示すように長辺方向の寸法が施工するべき床版全体の幅寸法よりもやや短いハーフＰＣ型枠としての矩形平版状の水平部ユニット１０ａと、トンネル幅方向に間隔をおいてトンネル底部に設置されて水平部ユニット１０ａを支持する柱状の対の脚部ユニット１０ｂからなり、それら脚部ユニット１０ｂと水平部ユニット１０ａを施工済みの床版４の前方で組み立てることで床版４を漸次前方に延長していく形態で施工するようにしている。

ＰＣａ版１０を組み立てることによる床版４の施工手順を図３に示す。予めトンネル底部に柱沓材１２設置し、クレーン１１により（ａ）に示すように脚部ユニット１０ｂを立設した後、（ｂ）に示すようにそれら脚部ユニット１０ｂ上に水平部ユニット１０ａを設置する。そして、後段で（ｃ）に示すように水平部ユニット１０ａの両端部とトンネル坑壁との間にコンクリートを打設して路肩部１３を施工し、最後に（ｄ）に示すように水平部ユニット１０ａ上に路面となるコンクリートを打設することで床版４を完成させる。

ＰＣａ版１０を組み立てるためのクレーン１１は、図１、図２、図４に示すように、先端部が後続台車２に連結されて後方に向かって平行に延びている対のメインビーム２０と、それらメインビーム２０の後端部付近をそれぞれ支持する対の支柱２１とを主体とする門形のもので、各支柱２１が台車２２を介して施工済みの床版４上を移動可能に設置されることで後続台車２により牽引されてそれととともに前進可能とされているものである。メインビーム２０間にはサブビーム２３が横架され、サブビーム２３にはホイスト２４が移動可能に設けられていて、組み立てるべきＰＣａ版１０をホイスト２４により揚重し、サブビーム２３をメインビーム２０に沿ってトンネル軸方向に移動させ、ホイスト２４をサブビーム２３に沿ってトンネル幅方向に移動させることにより、揚重したＰＣａ版１０を水平各方向に搬送しかつその姿勢を自由に変更して高精度で位置決めを行うことができるようになっている。

図４に上記のクレーン１１によるＰＣａ版１０の組立作業手順を示す。まず（ａ）に示すように脚部ユニット１０ｂを１本ずつ揚重し、図１に示しているように施工済みの床版４の前方に所定数の脚部ユニット１０ｂを自立状態で設置する。次いで、図１〜図２に示すように水平部ユニット１０ａをその長辺方向をトンネル軸方向に沿わせた向きとしてトラック５に積載して坑口側からクレーン１１の位置まで搬送し、その水平部ユニット１０ａを図４（ｂ）に示すようにクレーン１１により揚重するとともに水平面内において９０°回転させて長辺方向をトンネル幅方向に合致させ、脚部ユニット１０ｂ上に吊り下ろしてそこに設置していく。その状態では図３（ｂ）に示したように水平部ユニット１０ａの両端部は自由端であるが、中央部は対の脚部ユニット１０ｂにより安定に支持されるから、その時点で水平部ユニット１０ａの中央部をトラック５等の走行路として支障なく使用可能である。勿論、クレーン１１の支柱２１を脚部ユニット１０ｂの直上位置ないしそれより内側に設定することにより、クレーン１１を十分に安定に支持することができる。

上記のようにして床版４を前方に所定距離ずつ延長し、シールドマシン１の掘進の際にはそれに追随させて後続台車２によりクレーン１１を牽引して前進させていき、同様の手順で床版４をさらに施工していく。そして、その後方では図１および図４（ｃ）に示すように水平部ユニット１０ａの両端部の下方に移動型枠装置２５を設置し、そこにコンクリートを打設して路肩部１３を施工する。路肩部１３の施工後には水平部ユニット１０ａ全体が安定に支持されてその全面を走行路として支障なく使用することが可能であるから、大形車両どうしのすれ違いも可能な２車線以上の走行路を確保することができる。

上記のトンネル工法によれば、掘進に追随して後続台車２の直後方で床版４の施工が可能であり、その床版４を資材搬送のための機材の走行路として早期に使用可能であることから、極めて施工性に優れ、トンネル全体の高速施工が可能であり、在来工法に較べて十分な工期短縮と工費削減を実現することができる。

特に、床版形成用のＰＣａ版１０をトンネル幅よりもやや短い矩形平板状の水平部ユニット１０ａと、その中央部を支持する対の脚部ユニット１０ｂにより構成するから、水平部ユニット１０ａを設置した時点で直ちにその中央部を機材の走行路として利用できるし、後段で水平部ユニット１０ａの両端部に現場打ちコンクリートにより路肩部１３を形成した以降は床版を全面的に走向路として利用できるから、極めて搬送効率と施工性に優れるものであり、また床版４の施工精度も十分に確保することができる。

さらに、床版形成用のＰＣａ版１０を組み立てるためのクレーン１１としてホイスト２４を水平各方向に移動可能な門形クレーンの形態のものを採用し、そのクレーン１１を掘進に追随させて後続台車２により牽引して前進させるようにしたので、床版施工のために複雑な装置類や面倒な盛替操作等が不要であるし、シールドマシン１や後続台車２は在来のものをほぼそのまま使用することが可能である。

本実施形態のトンネル資材搬送装置は、上記のトンネル工法において早期に施工した床版４の下方空間を資材の搬送路として利用して覆工材としてのセグメント３を坑口側からシールドマシン１に向けて搬送するためのものであって、床版４の下方空間に掘進に追随して前方に延伸可能に設置されているものである。以下、そのトンネル資材搬送装置３０（以下では単に搬送装置３０と略記）について図５〜図８を参照して説明する。

本実施形態の搬送装置３０は、図５に示すようにＰＣａ版１０の脚部ユニット１０ｂ間に設けた上下２段の軌条３１（下段側の往路軌条３１ａと、上段側の復路軌条３１ｂ）により搬送台車３２を支持案内して往復走行させる構成のものである。

搬送台車３２は、平面視矩形かつ扁平な本体フレーム３３の両側部に全４輪の走行車輪３４を設け、それら走向車輪３４を電動モータ等の駆動源３５により動力伝達機構３６を介して駆動することで自走可能なものである。この搬送台車３２には、図６に示すように油圧シリンダ３８によりワイヤー３９を介してセグメント３を吊り支持する状態で保持する保持機構４０が設けられていて、セグメント３を積み込んで搬送する際には図６（ａ）に示すようにワイヤー３９をセグメント３に連結して油圧シリンダ３８により引き上げてセグメント３の両端部をストッパー４１に押し当てた状態で安定に保持し、搬送したセグメント３を搬送台車３２から下ろす際には（ｂ）に示すように油圧シリンダ３８を伸張させてワイヤー３９を繰り出してセグメント３を降下させるようになっている。なお、搬送台車３２への給電は図示しないトロリー線によって外部から行うと良い。図５において符号４２は制御盤、４３は保持機構４０としての油圧シリンダ３８を駆動するための油圧ポンプ、４４は本体フレーム３３の前後に設けられた緩衝用バンパー、４５は搬送台車３２の走向を安定させるためのスプリング式のガイドローラである。

搬送台車３２を走行させるための上下２段の軌条３１は、下段側がセグメント３を保持した搬送台車３２を坑口側から施工済みの床版４の先端部の位置まで自走させる往路軌条３１ａとされ、上段側がセグメント３を降ろした後の搬送台車３２を逆方向に走向させて坑口側に戻すための復路軌条３１ｂとされている。それら軌条３１は、図７（ｂ）に示すようにいずれも所定長さの単位軌条３１ｃが連結されることで形成されるものであり、床版４の前方への延長に伴って単位軌条３１ｃが継ぎ足されていくことで漸次前方に延伸可能とされているものである。

また、図７に示しているように、往路軌条３１ａの終端と復路軌条３１ｂの始端の前方位置には、搬送台車３２を下段側の往路軌条３１ａから上段側の復路軌条３１ｂに移動させるためのポイント切替機構５０が前進可能に配置されている。ポイント切替機構５０は、レール５１上を前進可能な本体フレーム５２内に油圧シリンダ５３によってワイヤー５４および昇降フレーム５５を介して昇降軌条５６を昇降可能に設けたもので、図示しているように昇降軌条５６を往路軌条３１ａの終端に合致させておいてそこにセグメント３を搬送してきた搬送台車３２を乗り込ませ、その搬送台車３２がセグメント３を降ろした後に、油圧シリンダ５３により昇降軌条５６を搬送台車３２とともに復路軌条３１ｂの位置まで上昇させることで搬送台車３２を往路軌条３１ａから復路軌条３１ｂに移動させるようにしたものである。また、各軌条３１を延伸させる際には、ポイント切替機構５０を前進させて各軌条３１との間にそれぞれ単位軌条３１ｃの長さ分の間隔を確保してそこに単位軌条３１ｃを継ぎ足すようになっている。

さらに、上記の搬送装置３０の前方には、その搬送装置３０により搬送されてきたセグメント３を中継してさらに前方に搬送する中継搬送装置６０が設置されている。中継搬送装置６０は図８に示すようにベルトコンベア６１を基本とするものであるが、その先端部にはセグメント３を持ち上げて水平面内において回転させて向きを変えるためのリフトターンテーブル６２が組み込まれたものである。なお、中継搬送装置６０の上方においては、既に述べたようにクレーン１１によりＰＣａ版１０を組み立てて床版４の施工を行うので、図１および図４に示すように養生用の防護枠６３を中継搬送装置６０を覆うように設けると良く、それを床版施工のための足場として使用するとともに、脚部ユニット１０ｂを設置する際にはその防護枠６３を利用して仮支持を行えば良い。

上記の搬送装置３０および中継搬送装置６０を用いることにより、早期施工した床版４の下方空間をセグメント３の搬送路として早期から利用でき、したがって床版４上でのＰＣａ版１０の搬送と床版４の下方でのセグメント３の搬送とが錯綜することがなく、最も効率的な資材搬送と掘進が可能である。

特に、上記の搬送装置３０は独立に上下２段に設けた往路軌条３１ａと復路軌条３１ｂとにより搬送台車３２を自走させかつその走行経路をポイント切替機構５０により切り替える構成であるので、効率的な資材搬送が可能であることはもとより、扁平な搬送台車３２に駆動源３５やセグメント３の保持機構４０も搭載しているので全体として十分な小型軽量化を実現でき、それ故に上記のように床版４の床下空間のような狭小空間に支障なく設置できるものとなっている。また、保持機構４０によりセグメント３のような大形資材も安定に保持して安全に搬送可能であるし、その積み卸しも容易であり、しかもポイント切替機構５０を前進させて単位軌条３１ｃを継ぎ足すことのみで掘進に伴う延伸も容易に行うことが可能であり、特に大断面トンネルの施工に際して適用するものとして極めて有効である。

なお、上記実施形態の搬送装置は先行施工した床版の下方空間に設置するものとしたが、それに限るものではなく、トンネル全体の工法や規模によっては坑内の適宜位置に設置すれば良く、たとえば小断面トンネルに適用する場合には軌条をトンネル壁面に直接設置することも考えられる。また、本発明の搬送装置はセグメントに限らず様々な資材を搬送するものとして適用できるし、搬送物の形態や重量その他の諸条件に応じて、搬送台車やそれに搭載する駆動源、保持機構、搬送台車を走行させるための軌条やポイント切替機構等の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な設計的変更が可能であることはいうまでもない。勿論、上記実施形態において設置した中継搬送装置は必ずしも設けることはなく、不要な場合には省略して差し支えない。

本発明の実施形態である搬送装置を用いるトンネル工法の概要を示す斜視図である。 同、側面図である。 同、床版の施工手順を示す図である。 同、床版形成用のＰＣａ版の組立作業手順を示す図である。 同、搬送装置の概略構成を示す図である。 同、搬送台車における保持機構の動作を示す図である。 同、搬送装置におけるポイント切替機構を示す図である。 同、中継搬送装置を示す図である。

符号の説明

３ セグメント（資材）
３０ トンネル資材搬送装置
３１ 軌条
３１ａ 往路軌条
３１ｂ 復路軌条
３１ｃ 単位軌条
３２ 搬送台車
３３ 本体フレーム
３４ 走行車輪
３５ 駆動源
４０ 保持機構
５０ ポイント切替機構

Claims (3)

1. トンネル施工に際して坑内に設置されて覆工材等の資材を坑口側から切羽付近まで搬送するための搬送装置であって、
   資材を搭載ないし保持して自走可能な搬送台車と、該搬送台車を支持案内して自走させるための軌条からなり、
   前記軌条は、前記搬送台車を坑口側から切羽側に向かって自走させる往路軌条と、切羽側から坑口側に向かって自走させる復路軌条とが独立に上下２段に設置され、
   前記往路軌条の終端と前記復路軌条の始端の前方位置には、搬送台車を往路軌条の終端から復路軌条の始端に移動させるためのポイント切替機構が設けられ、
   前記搬送台車には資材を下面側に吊り下げた状態で保持する保持機構を備えてなることを特徴とするトンネル資材搬送装置。
2. 請求項１記載のトンネル資材搬送装置であって、
   ポイント切替機構は掘進に追随して前進可能に設けられ、
   往路軌条の終端および復路軌条の始端にそれぞれ所定長さの単位軌条が継ぎ足されることでそれら往路軌条および復路軌条は掘進に追随して前方に延伸可能とされていることを特徴とするトンネル資材搬送装置。
3. 請求項１または２記載のトンネル資材搬送装置であって、
   搬送台車は、平面視矩形かつ扁平な本体フレームと、該本体フレームの両側部に設けられて軌条内を転動する走行車輪と、前記本体フレームに搭載されて前記走行車輪を駆動する駆動源を備えてなることを特徴とするトンネル資材搬送装置。

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