JP4511968B2 - トンネルの組立装置及びトンネルの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地山を掘削するトンネル掘削機の後方に装備されて、セグメントやプレキャスト部材などを所定の位置に設置するためのトンネルの組立装置及びトンネルの構築方法に関するものである。

従来、図８及び図９に示すように、地山を掘削するトンネル掘削機１の後方にはエレクタ装置３が装備されており、そのエレクタ装置３を使用して円弧状のセグメント２ａ，・・・を所定の位置に設置することでトンネルの覆工部２が構築される（特許文献１、２など参照）。

このエレクタ装置３には、セグメント２ａを把持させる把持部３ａと、その把持部３ａをトンネル軸方向に沿って移動させる軸方向移動部３ｂと、把持したセグメント２ａをトンネル軸直交方向に移動させる径方向伸縮部３ｃとが備えられている。

また、このエレクタ装置３は、トンネル掘削機１後方の推進ジャッキ６，・・・を設置した位置付近に立設された支持部４に取り付けられている。

そして、このエレクタ装置３は、ホイスト装置などのトンネル内部で使用される起重機によって把持部３ａの下方まで運ばれたセグメント２ａを把持し、軸方向移動部３ｂを伸縮させることで既設の覆工部２の隣にセグメント２ａが配置されるように位置の調整を行ない、径方向伸縮部３ｃを伸長してトンネル掘削面にセグメント２ａを押し当てる。

一方、トンネル内部には覆工部２の他に、トンネルの床面を形成する床版部５（図９参照）などが内部構造物として構築される。この床版部５は、予め工場等で製作されたプレキャストコンクリート製の支柱部材５ａや床部材５ｂを組み立てて構築される。
特開２００２−２９５１９６号公報 特開２００１−２８８９９８号公報

しかしながら、前記したエレクタ装置３はセグメント２ａの設置にのみ使用され、支柱部材５ａや床部材５ｂの設置はホイストなどの別の装置を使用しておこなわれる。

すなわち、従来のエレクタ装置３は覆工部２を構築するためだけの装置であって、円形トンネルの半径に合わせた回転半径で作動するように構成されていてセグメント２ａの移動範囲内にしか部材を動かすことが出来ないため、狭いトンネル内部で支柱部材５ａや床部材５ｂを取り回したり、所定の位置に移動させたりするのに必要とされる動きが出来ない。

一方、セグメントを設置する装置でトンネル内部の内部構造物も構築できれば、掘進に追従させてトンネル内部を順次構築していくことができ、高速化施工が可能になる。

そこで、本発明は、覆工部とトンネル内部の内部構造物の構築の両方に使用できるトンネルの組立装置及びその組立装置を使用したトンネルの構築方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のトンネルの組立装置は、トンネル掘削機によって掘削された掘削面内側に覆工部として配置されるセグメントと該覆工部の内側に内部構造物として配置される構造部材とを所定の位置に設置するためのトンネルの組立装置であって、前記セグメント又は構造部材を把持させる把持部と、該把持部が取り付けられる摺動部をトンネル軸方向に移動させることによって前記把持部を移動させる軸方向移動部と、先端に該軸方向移動部が取り付けられてトンネル軸直交方向に前記把持部を移動させる径方向伸縮部と、該径方向伸縮部が取り付けられてトンネル軸に平行する軸まわりに前記把持部を旋回させる旋回部と、該旋回部が取り付けられて前記トンネルの幅方向に前記把持部を移動させる左右移動部と、該左右移動部が取り付けられて前記トンネルの上下方向に前記把持部を移動させる上下移動部とを備えたトンネルの組立装置であることを特徴とする。

ここで、前記把持部と前記軸方向移動部との間に該把持部を回動させる回転部を介在させることができる。

また、本発明のトンネルの構築方法は、上記のトンネルの組立装置を備えたトンネル掘削機によって地山を掘削する工程と、その掘削された掘削面内側に前記組立装置を使用してセグメントを設置して覆工部を構築する工程と、その構築された覆工部の内側に前記組立装置を使用して構造部材を設置して内部構造物を構築する工程とを繰り返すトンネルの構築方法であることを特徴とする。

このように構成された本発明のトンネルの組立装置は、セグメント又は構造部材を把持させる把持部を、トンネル軸方向、トンネル軸直交方向、トンネルの幅方向及びトンネルの上下方向に移動させることができると共に、トンネル軸に平行する軸まわりに旋回させることができる。

このため、これらの動作を組み合わせることによって、前記セグメント及び構造部材の両方をトンネル内の所定の位置に設置することができる。

また、トンネル掘削機で掘削された掘削面内側に前記組立装置を使用して覆工部を構築し、その覆工部の内側に内部構造物を構築する工程を、掘削に合わせて繰り返しおこなうことで、効率よく短期間でトンネルを構築することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は、本実施の形態のトンネルの組立装置１３が装備されたトンネル掘削機１０の一部を切断した縦断面図を示したもので、図１は図２のＡ−Ａ線方向の断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線方向の断面図を示したものである。

本実施の形態のトンネルの組立装置１３は、図２に示すようにトンネル掘削機１０の後方に装備されている。トンネル掘削機１０の後方には、図２及び図３に示すように周方向に複数の推進ジャッキ２３，・・・が取り付けられている。

これらの推進ジャッキ２３，・・・は、円環状の枠部２３ａに固定されており、枠部２３ａの内側には鋼材などで井桁状の支持枠２０が組み立てられていて、この支持枠２０に組立装置１０の上下移動部１９が取り付けられている。

この上下移動部１９は、外周面にネジ溝を刻設した３本のネジ棒部１９ｂ，・・・と、そのネジ棒部１９ｂ，・・・を回動させる駆動部１９ｃ，・・・と、ネジ棒部１９ｂ，・・・に沿って上下に移動する昇降部１９ａとによって主に構成されている。

すなわち、ネジ棒部１９ｂ，・・・を挿通させる昇降部１９ａの挿通孔の内面にはネジ溝が刻設されており、駆動部１９ｃ，・・・を作動させてネジ棒部１９ｂ，・・・を回転させると、それに螺合して取り付けられた昇降部１９ａが上方又は下方に移動する。

また、図２に示すようにこの昇降部１９ａのトンネル坑口側（トンネル掘削機１０の後方側）には左右移動部１８が取り付けられており、昇降部１９ａが上下方向に移動すると左右移動部１８もそれに伴って上下方向に移動することになる。

この左右移動部１８は、図１に示すようにトンネルの幅方向に延びる長方形の板状のガイド部１８ｂと、そのガイド部１８ｂに沿って移動する左右スライド部１８ａとによって主に構成される。

この左右スライド部１８ａの移動には例えばリニアモータが適用でき、案内コイル１８ｃ（図１）をガイド部１８ｂ側に敷設し、左右スライド部１８ａ側に超電導磁石（図示せず）を取り付けることで磁気相互力によって左右スライド部１８ａを移動させる。

さらに、この左右スライド部１８ａのトンネル坑口側には、図２に示すように旋回部１７が取り付けられており、左右スライド部１８ａがトンネル幅方向に沿って左右に移動すると旋回部１７もそれに伴って左右に移動することになる。

この旋回部１７には、図１に示すように歯車状の外歯ギア部１７ａが設けられており、その外歯ギア部１７ａの外周にはその外歯ギア部１７ａと噛合するピニオン（図示せず）を介してモータ部１７ｃが４箇所に設けられている。

このモータ部１７ｃ，・・・は八角形状の回動部１７ｂに取り付けられており、モータ部１７ｃ，・・・を駆動させると回動部１７ｂが外歯ギア部１７ａの周囲を中心に回動する。

そして、この回動部１７ｂの左右両側の縁部には、図１及び図２に示すように径方向伸縮部１６，１６が取り付けられており、回動部１７ｂが旋回すると径方向伸縮部１６，１６もそれに伴って旋回することになる。

この径方向伸縮部１６は、伸縮方向が反対になるように組み合わされた一対の伸縮ジャッキによって主に構成され、伸縮ジャッキを伸縮させることによってトンネル軸直交方向に移動することになる。

この径方向伸縮部１６，１６の先端は、図１に示すように逆門型の吊下げ部１５ａによって連結されており、この逆門型の吊下げ部１５ａに図２に示す軸方向移動部１５が取り付けられている。

この軸方向移動部１５は、伸縮方向が反対になるように組み合わされた一対の伸縮ジャッキとそれによって摺動する摺動部１５ｂとによって主に構成され、伸縮ジャッキを伸縮させることによって摺動部１５ｂがトンネル軸方向に移動することになる。

この摺動部１５ｂには、図２に示すように把持部１４が取り付けられており、摺動部１５ｂがトンネル軸方向に沿って移動すると把持部１４もそれに伴って移動することになる。

この把持部１４には、例えばボルトが取り付けられており、セグメント１２に設けたネジ孔にボルトを螺合させることによって把持させることができる。

次に、本実施の形態のトンネルの組立装置１３を使用したトンネルの構築方法について説明するとともに、その作用について説明する。

まず、図２に示すように組立装置１３を後方に備えたトンネル掘削機１０によって地山を掘削して円筒形の掘削面を形成する。そして、既に構築された内部構造物としての床版部２１上を走行する搬送台車２２によって、新たなセグメント１２を把持部１４の下方に供給する。

このようにして供給されたセグメント１２は、径方向伸縮部１６又は上下移動部１９を作動させて下降させた把持部１４によって把持させる。ここで、セグメント１２を組立装置１３によって把持した後に、搬送台車２２を坑口側に後退させてセグメント１２の設置の支障にならないようにする。

そして、図１に示した位置から上下移動部１９を作動させることによって昇降部１９ａを下降させ、図１の１８Ｅの位置まで左右スライド部１８ａを移動させ、径方向伸縮部１６を伸長して図４に示した１２Ａの位置にセグメント１２を設置する。

このセグメント１２を設置する際には、軸方向移動部１５を作動させることによって既設の覆工部１１のトンネル掘削機１０側端面にセグメント１２を隣接させる。

また、セグメント１２Ａの周方向側に隣接する位置（図４の１２Ｂの位置）にセグメント１２を設置する場合は、セグメント１２を把持した後に旋回部１７を作動させて回動部１７ｂを傾けて図４に示す位置に左右スライド部１８ａを移動させてセグメント１２Ｂを設置する。

このように本実施の形態の組立装置１３は、従来のエレクタ装置３に比べて回転半径が小さいため、上下移動部１９と左右移動部１８を作動させることによって旋回部１７の旋回中心をトンネル中心から偏心させてトンネル掘削面に近づけてセグメント１２の設置をおこなう。ここで、図１の１８Ａ〜１８Ｄは、左右スライド部１８ａの上下左右の移動限界を示したものである。

上記したようにトンネル掘削面の周方向の所定の位置にセグメント１２，・・・を設置して覆工部１１を構築した後に、その内側に内部構造物としての床版部２１を構築する。

まず、図５に示すように搬送台車２２で搬入した構造部材としてのＬ型プレキャスト部材２１ａを、把持部１４によって把持させ、所定の向きに回転させる。この方向転換の動作は、Ｌ型プレキャスト部材２１ａが搬入される向きによって変わるが、上下移動部１９、左右移動部１８、旋回部１７の動きを組み合わせることによって任意の向きに方向転換させることができる。

そして、床部と支柱部を一体に成形したＬ型プレキャスト部材２１ａ，２１ａをトンネルの両脇に設置した後に、構造部材としてのプレキャスト床部材２１ｂをＬ型プレキャスト部材２１ａ，２１ａ間に架け渡す。

このように本実施の形態の組立装置１３は、セグメント１２だけでなくＬ型プレキャスト部材２１ａやプレキャスト床部材２１ｂなどの構造部材も所定の位置に設置することができる。

このため、トンネル掘削機１０の掘進に追従させて覆工部１１及びトンネル内部の内部構造物を順次構築していくことができるので、大口径円形トンネルを効率よく短期間に構築することができる。

以下、前記した実施の形態の実施例１について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図６は、セグメント１２Ｂを設置する作業状態を示した説明図である。

前記した実施の形態では、図４に示すように上下移動部１９と左右移動部１８とを作動させることによって旋回部１７の旋回中心をトンネル掘削面に近づけてセグメント１２Ｂを設置した。

この実施例１では、旋回部１７の旋回中心をトンネル中心に略一致させて、径方向伸縮部１６０，１６０を長く伸ばすことによってセグメント１２Ｂを設置する。

このような設置方法をおこなうためには、径方向伸縮部１６０，１６０のストロークを長くする必要があるが、上下移動部１９や左右移動部１８の移動範囲は狭くなってもよいため構成を簡略化することができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記した実施の形態の実施例２について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

図７は、構造部材としての床部材２４ｂを設置する作業状態を示した説明図である。

この実施例２で使用する組立装置１３０は、前記した組立装置１３の構成に加えて把持部１４と軸方向移動部１５との間に回転部２５を備えている。この回転部２５は、径方向伸縮部１６の伸縮方向と平行する軸まわりに把持部１４を回動させるように構成されている。

また、前記した実施の形態では、図５に示すようにＬ型プレキャスト部材２１ａとプレキャスト床部材２１ｂとを組み合わせて床版部２１を構築したが、この実施例２では構造部材としてのプレキャストコンクリート製の支柱部材２４ａ，２４ａの上に長尺の床部材２４ｂを載置することで、内部構造物としての床版部２４を構築する。

この床部材２４ｂは、トンネル内部に弦のように架け渡されるプレキャストコンクリート製の大型部材であり、狭いトンネル内部で所定の方向に向けるのが従来は難しかった。

しかし、この組立装置１３０を使用することで、幅方向（床部材２４ｂの長手方向）をトンネル軸方向に合わせて搬送された床部材２４ｂを、回転部２５や左右移動部１８等を作動させることによってトンネル内部で９０度回転させて図７の状態にし、所定の位置に床部材２４ｂを設置することができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記した実施の形態では、軸方向移動部１５、径方向伸縮部１６、旋回部１７、左右移動部１８及び上下移動部１９の機構について詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、巻上げ装置を使用して上下移動部１９を構成したり、伸縮ジャッキを使用して左右移動部１８を構成したりするなど任意の機構を適用することができる。

本発明の最良の実施の形態のトンネルの組立装置の構成を説明する断面図である。 トンネルの組立装置を装備したトンネル掘削機の縦断面図である。 図２のＢ−Ｂ線方向の断面図である。 セグメントを設置する動作を示した説明図である。 Ｌ型プレキャスト部材を設置する動作を示した説明図である。 実施例１のセグメントを設置する動作を示した説明図である。 実施例２のセグメントを設置する動作を示した説明図である。 従来のエレクタ装置を装備したトンネル掘削機の縦断面図である。 図８のＣ−Ｃ線方向の断面図である。

符号の説明

１０ トンネル掘削機
１１ 覆工部
１２ セグメント
１３，１３０ 組立装置
１４ 把持部
１５ 軸方向移動部
１６ 径方向伸縮部
１７ 旋回部
１８ 左右移動部
１９ 上下移動部
２１ 床版部（内部構造物）
２１ａ Ｌ型プレキャスト部材（構造部材）
２１ｂ プレキャスト床部材（構造部材）
２４ 床版部（内部構造物）
２４ａ 支柱部材（構造部材）
２４ｂ 床部材（構造部材）
２５ 回転部
１６０ 径方向伸縮部

Claims (3)

1. トンネル掘削機によって掘削された掘削面内側に覆工部として配置されるセグメントと該覆工部の内側に内部構造物として配置される構造部材とを所定の位置に設置するためのトンネルの組立装置であって、
   前記セグメント又は構造部材を把持させる把持部と、該把持部が取り付けられる摺動部をトンネル軸方向に移動させることによって前記把持部を移動させる軸方向移動部と、先端に該軸方向移動部が取り付けられてトンネル軸直交方向に前記把持部を移動させる径方向伸縮部と、該径方向伸縮部が取り付けられてトンネル軸に平行する軸まわりに前記把持部を旋回させる旋回部と、該旋回部が取り付けられて前記トンネルの幅方向に前記把持部を移動させる左右移動部と、該左右移動部が取り付けられて前記トンネルの上下方向に前記把持部を移動させる上下移動部とを備えたことを特徴とするトンネルの組立装置。
2. 前記把持部と前記軸方向移動部との間に該把持部を回動させる回転部を介在させたことを特徴とする請求項１に記載のトンネルの組立装置。
3. 請求項１又は２に記載のトンネルの組立装置を備えたトンネル掘削機によって地山を掘削する工程と、その掘削された掘削面内側に前記組立装置を使用してセグメントを設置して覆工部を構築する工程と、その構築された覆工部の内側に前記組立装置を使用して構造部材を設置して内部構造物を構築する工程とを繰り返すことを特徴とするトンネルの構築方法。

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