JP4690228B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削機本体の後方において拡幅セグメントを組み付けることができるトンネル掘削機に関する。

一般に、トンネル掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転可能に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって回転させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることにより、前方の地盤を掘削してトンネル坑を掘削形成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたトンネル坑の内壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築することができる。

ところで、トンネル掘削機によって地下トンネルを掘削する場合、トンネル内に道路部を構築するだけでなく、この道路部の側部にトンネル長さ方向に一定距離ごとに該道路部を拡幅した非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部を構築する必要があった。

従来のトンネル掘削機においては、掘削機本体の側方部に掘進方向と略直交方向に往復動可能に設けられた側壁カッタヘッドを備え、側壁カッタヘッドが拡幅開始位置に到達したときに、トンネル掘削機の掘進を停止させ、側壁カッタヘッドを掘削機本体から突出させて拡幅部を掘削し、この拡幅部に拡幅用セグメントを組み付けていた。このような、従来のトンネル掘削機は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００５−６０９８９号公報

しかしながら、上述した従来のトンネル掘削機のように掘削機本体の後方でセグメントを組み付けて拡幅させる場合、掘進中あるいは掘進停止中に関わらずセグメントにはシールドジャッキからの反力（推力）が負荷されている。この反力は非常に大きな荷重であるために、セグメントを拡幅させようとすると、この反力によりセグメントが拡幅しづらいという問題があった。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、セグメントに加わる反力を一時的に逃がして拡幅セグメントを容易に拡幅させることができるトンネル掘削機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体の後方で拡幅セグメントを拡幅させるトンネル掘削機であって、
前記掘削機本体の後方に延設する張り出し台と、
前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持され前記拡幅セグメントを拡幅させるセグメント拡幅手段と、
前記セグメント拡幅手段の掘進方向前後で一対をなして設けられ前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持される推力伝達手段とを備え、
前記推力伝達手段は拡幅時にセグメントに伸長し、掘進方向前方に配置される一方の推力伝達手段により該セグメントに付与される推力を前記張り出し台に伝達させた後、掘進方向後方に配置される他方の推力伝達手段により前記張り出し台に伝達された該推力をセグメントに伝達させる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する本発明に係るトンネル掘削機は、
複数の前記推力伝達手段を設け、
前記複数の推力伝達手段のうち少なくとも１つの推力伝達手段が推力を伝達するときに、他の推力伝達手段は移動手段により移動される
ことを特徴とする。

本発明に係るトンネル掘削機によれば、掘削機本体の後方で拡幅セグメントを拡幅させるトンネル掘削機であって、前記掘削機本体の後方に延設する張り出し台と、前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持され前記拡幅セグメントを拡幅させるセグメント拡幅手段と、前記セグメント拡幅手段の掘進方向前後で一対をなして設けられ前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持される推力伝達手段とを備え、前記推力伝達手段は拡幅時にセグメントに伸長し、掘進方向前方に配置される一方の推力伝達手段により該セグメントに付与される推力を前記張り出し台に伝達させた後、掘進方向後方に配置される他方の推力伝達手段により前記張り出し台に伝達された該推力をセグメントに伝達させることにより、前記セグメントに加わる反力を一時的に逃がして前記拡幅セグメントを容易に拡幅させることができる。

本発明に係るトンネル掘削機によれば、複数の前記推力伝達手段を設け、前記複数の推力伝達手段のうち少なくとも１つの推力伝達手段が推力を伝達するときに、他の推力伝達手段は移動手段により移動されることにより、効率的に拡幅させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の後方断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図、図４は拡幅時の状態を示した図、図５は図４のＣ−Ｃ矢視断面図、図６は形状保持装置の移動を示した図、図７はセグメント拡幅装置の移動を示した図、図８は図７のＤ−Ｄ矢視断面図、図９は拡幅時の他の状態を示した図、図１０は図９のＥ−Ｅ矢視断面図、図１１は本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の前方断面図である。

先ず、本発明に係るトンネル掘削機の前方構造について図１１を用いて説明する。

図１１に示すように、円筒形状をなす掘削機本体５１の前部にはカッタヘッド５２が回転自在に装着されており、このカッタヘッド５２の前面には多数のカッタビット５３が固定されている。そして、カッタヘッド５２の後部にはリングギヤ５４が固定される一方、掘削機本体５１には油圧モータ５５が取り付けられ、この油圧モータ５５の駆動ギヤ５６がリングギヤ５４に噛み合っている。従って、油圧モータ５５を駆動して駆動ギヤ５６を回転駆動させることにより、リングギヤ５４を介してカッタヘッド５２を回転させることができる。

また、掘削機本体５１にはカッタヘッド５２の後方に位置してバルクヘッド５７が取り付けられており、カッタヘッド５２とバルクヘッド５７との間にはチャンバ室５８が形成されている。そして、このチャンバ室５８には、一端が掘削機本体５１の外部に延設された送泥管５９及び排泥管６０の他端が開口しており、送泥管５９の開口部分の近傍には薬液注入管６１が設置される一方、排泥管６０の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテーダ６２が設置されている。

掘削機本体５１の後部内周面には、周方向に沿って複数のシールドジャッキ６３が並設けられており、このシールドジャッキ６３のスプレッタ６４が掘進方向後方に伸長して、掘削したトンネルの内周面に組み付けられたセグメントＳ１及び拡幅用のセグメントＳ２に押し付けられることで、その反力により掘削機本体５１を前進させることができる。一方、掘削機本体５１の後部中央部には縦梁６５が立設されており、この縦梁６５の後部には後方に延設する張り出し台１が設けられている。そして、この張り出し台１には後述する形状保持装置２，３，４，５及びセグメント拡幅装置６（図１参照）が支持されている。また、縦梁６５にはリングガータ６６を介してセグメントエレクタ６７が設けられている。このセグメントエレクタ６７はシールドジャッキ６３により前進した掘削機本体５１とセグメントＳ１，Ｓ２との間の空間に新しいセグメントＳ１，Ｓ２を取り付けてトンネルを構築するものである。

また、カッタヘッド５２の外周部には、複数のコピーカッタ６８が設けられている。カッタヘッド５２内には油圧ジャッキ（図示省略）が装着されており、この油圧ジャッキの駆動ロッドの先端にコピーカッタ６８が固定されている。従って、油圧ジャッキを駆動して駆動ロッドを伸縮させることにより、コピーカッタ６８をカッタヘッド５２の径方向に沿って出没自在に移動させることができる。

従って、トンネルを掘削形成するには、先ず、油圧モータ５５によりカッタヘッド５２を回転させながら、複数のシールドジャッキ６３を伸長し、セグメントＳ１，Ｓ２への押し付け反力により掘削機本体５１を前進させることで、カッタヘッド５２の多数のカッタビット５３が前方の地盤の掘削を行う。そして、カッタビット５３により掘削された土砂はチャンバ室５８に取り込まれ、送泥管５９から給水されてアジテーダ６２により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥管６０により外部に排出される。

次に、シールドジャッキ６３の何れか１つを縮み方向に作動させてセグメントＳ１，Ｓ２との間に空間を形成し、セグメントエレクタ６７によって、この空間に新しいセグメントＳ１，Ｓ２を組み付ける。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを構築することができる。

そして、掘削するトンネルの掘削断面形状が円形断面である場合には、即ち、標準トンネルを掘削する場合には、円形のカッタヘッド５２を回転させながら掘削機本体５１を前進させることで、標準トンネルを掘削することができる。また、掘削するトンネルの掘削断面形状が楕円断面形状あるいは矩形断面形状である場合には、即ち、拡幅トンネルを掘削する場合には、カッタヘッド５２を回転させるのに伴って、所要時に、油圧ジャッキによりコピーカッタ６８を突出させることで、カッタヘッド５２よりも外方の地盤を掘削し、拡幅トンネルを掘削することができる。

次いで、本発明に係るトンネル掘削機の後方構造について図１乃至３を用いて説明する。なお、図１乃至３は拡幅トンネルを掘削してセグメントＳ１，Ｓ２を組み付けた状態を示している。

図１乃至３に示すように、掘削機本体５１（図１１参照）に連結された張り出し台１は掘進方向後方に延設している。この張り出し台１は横断面が中空の矩形をなすと共に掘削機本体５１（標準トンネル）の軸方向中心に配置されている。そして、張り出し台１には、一対からなる形状保持装置２，３と、同じく一対からなる形状保持装置４，５と、セグメント拡幅装置６とが、張り出し台１の軸方向、即ち、掘進方向前後方向に移動自在に支持されている。

形状保持装置２，３，４はセグメント拡幅装置６の前方に配置され、形状保持装置５はセグメント拡幅装置６の後方に配置されており、形状保持装置４は形状保持装置２，３の間に配置されている。即ち、形状保持装置２，４は移動ジャッキ７により連結されており、移動ジャッキ７の基端は形状保持装置４に連結され、先端は形状保持装置２に連結されている。また、形状保持装置３とセグメント拡幅装置６とは移動ジャッキ８により連結されており、セグメント拡幅装置６と形状保持装置５とは移動ジャッキ９により連結されている。そして、移動ジャッキ８の基端はセグメント拡幅装置６に連結され、先端は形状保持装置３に連結される一方、移動ジャッキ９の基端は形状保持装置５に連結され、先端はセグメント拡幅装置６に連結されている。

形状保持装置２，３，４，５は、一般的なトンネル掘削機に設けられ、組み付けられたセグメントを保持するものであって、横断面が矩形をなすと共にその中心の開口部に張り出し台１が貫通される支持体１０，１１，１２，１３と、この支持体１０，１１，１２，１３の幅方向両側において支持される押圧ジャッキ１４，１５，１６，１７と、この押圧ジャッキ１４，１５，１６，１７の両先端に取り付けられると共にセグメントＳ１の周方向の形状と同じ形状に形成された保持部１８，１９，２０，２１とから構成されている。つまり、押圧ジャッキ１４，１５，１６，１７をトンネルの径方向（掘進方向と略直交方向）に伸長させることにより、保持部１８，１９，２０，２１がセグメントＳ１の内側に当接して保持することができる。

セグメント拡幅装置６は、横断面が矩形をなすと共にその中心の開口部に張り出し台１が貫通される支持体２２と、この支持体２２の上下において支持される拡幅ジャッキ２３と、この拡幅ジャッキ２３の基端に取り付けられると共にセグメントＳ１の周方向の形状と同じ形状に形成された保持部２４と、拡幅ジャッキ２３の先端に取り付けられると共にセグメントＳ２の周方向の形状と同じ形状に形成された拡幅部２５とから構成されている。つまり、拡幅ジャッキ２３を拡幅方向に伸長させることにより、保持部２４がセグメントＳ１の内側に当接して保持する一方、拡幅部２５がセグメントＳ２の内側に当接してセグメントＳ２を拡幅させることができる。

次いで、本発明の一実施例に係るトンネル掘削機のセグメント拡幅時の作用について図１乃至１０を用いて説明する。

先ず、図１乃至３に示すように、形状保持装置２，３，４，５を拡張させる。即ち、押圧ジャッキ１４，１５，１６，１７を伸長させ、保持部１８，１９，２０，２１をセグメントＳ１に押圧させる。これと同時に、セグメント拡幅装置６の保持部２４及び拡幅部２５を拡幅ジャッキ２３の伸長量の調整により、所定の荷重で押圧させてセグメントＳ１，Ｓ２を保持させる。そして、この状態においてトンネル掘削機は掘進を行い、これに伴って張り出し台１も掘進方向前方に移動される。

次に、図４，５に示すように、トンネル掘削機がセグメントＳ１，Ｓ２の１リング分掘進すると、形状保持装置２，３の保持部１８，２０を押圧ジャッキ１４、１６の短縮によりセグメントＳ１から離間させる。これと同時に、セグメント拡幅装置６の保持部２４を拡幅ジャッキ２３の伸長によりセグメントＳ１に押圧させると共に、拡幅部２５を所定の拡幅用のセグメントＳ２₁に押圧させる。これにより、セグメントＳ２₁が拡幅される。なお、図４におけるセグメントはセグメントＳ１を示しているが、理解を深めるために拡幅位置に配置されるセグメントＳ２についてはセグメントＳ２₁（図５参照）と置き換えて図示している。

ここで、掘進中あるいは掘進停止中に関わらず掘削機本体５１の前面には掘削面（切羽）からの土圧がかかっているので、セグメントＳ１，Ｓ２にもシールドジャッキ６３を介して反力（推力）が負荷されている。この反力は非常に大きな荷重であるために、セグメントＳ２₁を拡幅させようとしても容易に拡幅できないおそれがある。しかしながら、形状保持装置４，５の保持部１９，２１をセグメントＳ１に所定の押圧力にて押圧させることにより、セグメントＳ２₁にかかる反力を形状保持装置４から張り出し台１に伝達し、張り出し台１から形状保持装置５に伝達することができる。つまり、拡幅させるセグメントＳ２₁の前後のセグメントＳ１を形状保持装置４，５により押圧させることにより、反力を張り出し台１に迂回させることができるので、セグメントＳ２₁を容易に拡幅させることができる。なお、形状保持装置４，５により発生される押圧力は、反力よりも大きいと有利である。

次に、図６に示すように、形状保持装置２，３を移動ジャッキ７，８の伸長により掘進方向前方に所定量移動させる。

そして、図７，８に示すように、形状保持装置２，３の保持部１８，２０を押圧ジャッキ１４，１６の伸長によりセグメントＳ１に押圧させる一方、形状保持装置４の保持部１９を押圧ジャッキ１５の短縮によりセグメントＳ１から離間させる。これと同時に、セグメント拡幅装置６の保持部２４及び拡幅部２５を拡幅ジャッキ２３の短縮によりセグメントＳ１及びセグメントＳ２₁から離間させ、セグメント拡幅装置６を移動ジャッキ８の短縮及び移動ジャッキ９の伸長により掘進方向前方にセグメントＳ１，Ｓ２の１リング分移動させる。

次に、図９，１０に示すように、形状保持装置４を移動ジャッキ７の短縮により掘進方向前方に所定量移動させる一方、形状保持装置５の保持部２１を押圧ジャッキ１７の短縮によりセグメントＳ１から離間させ、形状保持装置５を移動ジャッキ９の短縮により掘進方向前方に所定量移動させる。これと同時に、セグメント拡幅装置６の保持部２４を拡幅ジャッキ２３の伸長によりセグメントＳ１に押圧させると共に、拡幅部２５を所定の拡幅用のセグメントＳ２₂に押圧させる。これにより、セグメントＳ２ ₂ が拡幅される。

ここで、形状保持装置２，３の保持部１８，２０をセグメントＳ１に所定の押圧力にて押圧させることにより、セグメントＳ２₂にかかる反力を形状保持装置２，３から張り出し台１に伝達することができる。つまり、拡幅させるセグメントＳ２₂の前方のセグメントＳ１を形状保持装置２，３により押圧させることにより、反力を張り出し台１に伝達させることができるので、セグメントＳ２₂を容易に拡幅させることができる。なお、形状保持装置２，３により発生される押圧力は、反力よりも大きいと有利である。

従って、本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体５１の後方に延設する張り出し台１と、張り出し台１に掘進前後方向に移動可能に支持され拡幅用のセグメントＳ２を拡幅させるセグメント拡幅装置６と、セグメント拡幅装置６の掘進方向前方に一対をなして設けられ張り出し台１に掘進前後方向に移動可能に支持される形状保持装置２，３と、セグメント拡幅装置６の掘進方向前後で一対をなして設けられ張り出し台１に掘進前後方向に移動可能に支持される形状保持装置４，５とを備え、形状保持装置２，３は拡幅時にセグメントＳ１に伸長して反力を張り出し台１に伝達させる一方、形状保持装置４，５は拡幅時にセグメントに伸長し、セグメントＳ２₁，Ｓ２₂の前方においてセグメントＳ１，Ｓ２に付与される反力を張り出し台１に伝達させた後、セグメントＳ２₁，Ｓ２₂の後方においてセグメントＳ１，Ｓ２に伝達させることにより、セグメントＳ１，Ｓ２に加わる反力を一時的に逃がすことができるので、拡幅セグメントＳ２₁，Ｓ２₂を容易に拡幅させることができる。

また、移動ジャッキ７，８，９を備えることにより、形状保持装置２，３あるいは形状保持装置４，５のどちらか一方が押圧作用をして拡幅しているときに、他方が移動できるので、次の拡幅動作を効率的に行うことができる。

拡幅セグメントを組み付け機構を有するトンネル掘削機に適用可能である。

本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の後方断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 拡幅時の状態を示した図である。 図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。 形状保持装置の移動を示した図である。 セグメント拡幅装置の移動を示した図である。 図７のＤ−Ｄ矢視断面図である。 拡幅時の他の状態を示した図である。 図９のＥ−Ｅ矢視断面図である。 本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の前方断面図である。

符号の説明

１ 張り出し台
２〜５ 形状保持装置
６ セグメント拡幅装置
７〜９ 移動ジャッキ
１０〜１３，２２ 支持体
１４〜１７ 押圧ジャッキ
１８〜２１，２４ 保持部
２３ 拡幅ジャッキ
２５ 拡幅部

Claims (2)

1. 掘削機本体の後方で拡幅セグメントを拡幅させるトンネル掘削機であって、
   前記掘削機本体の後方に延設する張り出し台と、
   前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持され前記拡幅セグメントを拡幅させるセグメント拡幅手段と、
   前記セグメント拡幅手段の掘進方向前後で一対をなして設けられ前記張り出し台に掘進前後方向に移動可能に支持される推力伝達手段とを備え、
   前記推力伝達手段は拡幅時にセグメントに伸長し、掘進方向前方に配置される一方の推力伝達手段により該セグメントに付与される推力を前記張り出し台に伝達させた後、掘進方向後方に配置される他方の推力伝達手段により前記張り出し台に伝達された該推力をセグメントに伝達させる
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 請求項１に記載のトンネル掘削機において、
   複数の前記推力伝達手段を設け、
   前記複数の推力伝達手段のうち少なくとも１つの推力伝達手段が推力を伝達するときに、他の推力伝達手段は移動手段により移動される
   ことを特徴とするトンネル掘削機。

Images