JP4753272B2 - Tunnel construction machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土被りの浅いトンネル掘進において、地表の沈下を防ぐために掘削予定断面の外側にプレライニングを施した比較的幅広な鉄道や地下鉄駅舎等のためのトンネルを掘進する際に用いられるトンネル施工機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、隣り合うアーチ形支保版を相互に近接あるいは接合させて施工するアーチ形トンネル掘進工法およびその装置が、特公平04−63198号公報に提示されている。
【0003】
前記アーチ形トンネル掘進工法では、図7、図8ならびに図9に示しているように、トンネル長手方向に延びるとともに、中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している円弧状の透かし溝掘削用チェーンカッタ2を、トンネルの切羽の外周に沿って移動して、円弧状断面のアーチ形透かし溝19を掘削し、そのアーチ形透かし溝19内に硬化性材料を充填して硬化させて、円弧状断面のアーチ形支保版21を形成したのち、そのアーチ形支保版21により囲まれた部分を掘削して、以下同様の工程を繰返して、前記アーチ形支保版21の前端部内側にその後部が近接または連続するように前記アーチ形透かし溝19を形成していくものである。
【0004】
また、前記工法では、アーチ形トンネル掘進装置は、トンネル施工機設置面18上に設置されたレール22上を、走行用駆動装置23によって駆動する走行装置24に、トンネル断面と相似する径を有するアーチフレーム5が固定され、そのアーチフレーム5に沿って移動用駆動装置25により移動される可動フレーム26に、トンネルの後側から切羽に向かって斜め上向きに延びるとともに、その中間部がトンネルの外側に窪むように湾曲している円弧状ガイド部材3が固定されている。
【0005】
そして、前記円弧状ガイド部材3に沿ってカッタ進退用駆動装置8により移動される移動フレーム9に、トンネルの長手方向に延びるとともに前記円弧状ガイド部材3と同一曲率で中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している円弧状透かし溝掘削用チェーンカッタ2により掘削されたアーチ形透かし溝19に硬化性材料を注入するための硬化性材料注入管27が前記移動フレーム9により支持されている。
【0006】
更に、前記硬化性材料注入管27には、コンクリートのバッチャープラントとを連結接続するためのホース28が接続されている。
【0007】
そして、前記公報に提示されている工法は、トンネル断面と相似する径を有するアーチフレームがトンネル断面の下部に位置するトンネル施工機設置面に固定され、そのアーチフレーム5に沿って透かし溝掘削用チェーンカッタ2を移動させ、トンネルの切羽の外周に沿って円弧状断面のアーチ形透かし溝19を掘削していくものであるが、従来のトンネル形状はアーチフレーム5の中心位置、つまり、装置の移動中心がトンネル施工機設置面18よりも上側に位置しており、透かし溝掘削用チェーンカッタ2による掘削時に円弧状ガイド部材3の後端が前記トンネル施工機設置面18、即ち、トンネルの地盤に当たる等の心配がなくアーチフレーム5の端から端まで円滑に移動し何等問題がなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図2に示したような最近の道路や鉄道用トンネルにおいて要求されるような高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネル、即ち
カッタ横行装置4の旋回中心17がトンネル断面の下部に位置するトンネル施工機設置面18よりも下側に位置してしまうようなトンネルにおいて適度の深さを有するアーチ形透かし溝19を形成しようとすると、トンネル施工機設置面18との距離が空いているアーチフレーム5の頂上付近は問題ないが、トンネル施工機設置面18との距離が接近しているアーチフレーム5の両側を透かし溝掘削用チェーンカッタ2により掘削しようとすると、図2の実線で示したように円弧状ガイド部材3の後端3cがトンネル施工機設置面18に当たってしまうことから円弧状断面のアーチ形透かし溝19の両端部を掘削することができない、という問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、透かし溝掘削用チェーンカッタを前後方向に移動可能に備えるとともに中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽面に対峙して配置された単芯円形状のアーチフレームに沿って移動可能に備えられており、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを循環移動させながら前記カッタ横行装置を介して前記アーチフレームに沿って移動させることにより切羽の外周にアーチ形透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記円弧状ガイド部材が前記カッタ横行装置に旋回可能に装着されていることを特徴とする。
【0010】
即ち、円弧状ガイド部材を前記カッタ横行装置に旋回可能に装着することにより、前記円弧状ガイド部材がトンネル断面に沿って旋回してトンネル施工機設置面に平行に位置するので(図2に示す矢印Bの位置)、高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネルにおいて、カッタ横行装置の旋回中心がトンネル断面の下部に位置する場合であって、透かし溝掘削用チェーンカッタがアーチフレームの両端に位置しているときに円弧状ガイド部材の後端がトンネル施工機設置面に当たってしまうことなしに円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができる。
【0011】
また、本発明において、前記透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材の湾曲方向に対して直角方向に旋回可能に前記円弧状ガイド部材に備えられていることにより、円弧状ガイド部材がアーチフレームの両端においてトンネル施工機設置面に平行に位置しているとき(図2に示す矢印Bの位置)に透かし溝掘削用チェーンカッタが、上下に旋回可能となり、前記円弧状ガイド部材の水平位置より下方部分への透かし溝の掘削が可能となる。
【0012】
更に、透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材から突出したときに前記円弧状ガイド部材がトンネル断面の放射方向に沿って揺動可能に前記カッタ横行装置に備えられていることにより、前記透かし溝掘削用チェーンカッタがアーチフレームの両端に位置しているときに、円弧状ガイド部材を前記カッタ横行装置に対して旋回することにより、元のアーチフレームの半径軸線に合致させる(図2に示す矢印Aの位置)際に、円弧状ガイド部材の旋回中心と透かし溝掘削用チェーンカッタとの位置のズレにより半径により形成される透かし溝の半径とその後にアーチフレームに沿って横行する際に形成されるアーチ形透かし溝との半径のずれから生じる透かし溝掘削用チェーンカッタとの接触により旋回不能に陥る心配を解消することができる。
【0013】
更にまた、前記円弧状ガイド部材の後部を伸縮可能とすることにより、円弧状ガイド部材が、アーチフレームの両端部分において水平位置から旋回して元のアーチフレームの半径軸線Aと合致する位置に戻るまでの間において円弧状ガイド部材の後部のトンネル施工機設置面への当接状態を回避して円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
図1乃至図6は、本発明の好ましい実施の形態の一例を示すものであり、トンネル施工機1の基本的な構成および施工方法などは従来のアーチ形トンネル掘進工法に用いられるものとほぼ同様であって、循環駆動する透かし溝掘削用チェーンカッタ2を前後方向に移動可能に備えるとともに中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する円弧状ガイド部材3を突設したカッタ横行装置4が、切羽面に対峙して配置された旋回中心17がトンネル施工機設置面18よりも下方に位置する円弧状のアーチフレーム5に沿って移動可能に備えられており、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2を循環移動させながら前記カッタ横行装置4を介して前記アーチフレーム5に沿って移動させることにより切羽の外周にアーチ形透かし溝19を掘削するものである。
【0016】
そして、カッタ横行装置4の前面に旋回軸受6が設けられており、その旋回軸受6に旋回フレーム7が介装されており、カッタ横行装置4と旋回フレーム7との間には、旋回油圧シリンダ32が2箇所に転動可能に固定されており、そのピストンを伸縮させることで旋回フレーム7を回転中心33を軸として横行装置4に対して旋回させることができる。そして、この旋回軸受6に旋回フレーム7を介して備えられた円弧状ガイド部材3がトンネル断面に沿って旋回する動作を、以下、旋回−1の動作と称する。
【0017】
また、旋回フレーム7と円弧状ガイド部材3との間には、筒部29aと筒部29a内をスライドしてが伸縮するピストン29bとからなる俯仰用油圧シリンダ29が回動可能に架設され、前記筒部29aの下端は旋回フレーム7の前面に回動可能に固着されているとともにピストン29bの先端は円弧状ガイド部材3の上部に回動可能に固着されており、ピストン29bの伸縮に伴って円弧状ガイド部材3が回転軸30を支点として揺動する。
【0018】
更に、前記円弧状ガイド部材3は、先部3aと後部3bとからなり、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2が円弧状ガイド部材3に沿って移動し、透かし溝掘削用チェーンカッタ2が一旦先部3aの所定位置に固定された後は、後部3bが折り畳み用の油圧シリンダ31により先部3a側に折り畳まれる。
【0019】
前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2は、前記円弧状ガイド部材3と同一の曲率で中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している。
【0020】
また、透かし溝掘削用チェーンカッタ2には、円弧状ガイド部材3上をカッタ進退用駆動装置8によりピニオン(図示省略)とラック(図示省略)が噛合して移動する移動フレーム9との間に、回動可能なように旋回油圧シリンダ10が介装されている。その旋回油圧シリンダ10により前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2は回転軸11を中心に上下に旋回動作を行う。以下、その上下旋回動作を旋回−2の動作と称する。
【0021】
そして、本実施の形態は、駆動装置32により循環駆動する透かし溝掘削用チェーンカッタ2を前後進可能に円弧状ガイド部材3を設けたカッタ横行装置4を、両下端部を走行装置12に固定され円弧状に構成されるアーチフレーム5の内側に沿って設けられたラック13と歯合するピニオン14が,油圧モータ15と減速機16とで構成される移動用駆動装置の出力軸に接続されて回転し、アーチフレーム5に沿って移動させて切羽の外周にアーチ形透かし溝19を掘削するのであるが、図2に示されているように、高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネルを掘るときにおいて、カッタ横行装置4の旋回中心17がトンネル施工機設置面18の下方に位置することから、殊に掘削開始や掘削終了時のトンネル施工機設置面18との距離が接近しているアーチフレーム5の両端側を透かし溝掘削用チェーンカッタ2により掘削しようとすると、円弧状ガイド部材3の後端3cがトンネル施工機設置面18に当たってしまい掘削作業を始めることができない。
【0022】
そこで、円弧状ガイド部材3をアーチフレーム5の最端に位置させた状態で前記旋回−1の動作により前記旋回フレーム7、円弧状ガイド部材3ならびに透かし溝掘削用チェーンカッタ2を水平の位置(図2の破線で示す状態)として、円弧状ガイド部材3の後端3cがトンネル施工機設置面18へ当接するのを回避する。
【0023】
次いで、前記旋回−1の動作により旋回フレーム7、円弧状ガイド部材3ならびに透かし溝掘削用チェーンカッタ2をトンネル施工機設置面18に対して水平の位置(図2の破線で示す状態)とした状態で、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2を前記旋回−2の動作により旋回させて地盤に向かって下げ(図4に鎖線で示す状態)、その透かし溝掘削用チェーンカッタ2を円弧状ガイド部材3にガイドさせて地山へ押し込みながら掘削を行い円弧状ガイド部材3の水平位置より下の部分に透かし溝20を形成する。
【0024】
次に、前記円弧状ガイド部材3の後部3bを先部3a側へ折り畳んで収縮させて円弧状ガイド部材3の後端3cがトンネル施工機設置面18に当たるのを防止した状態で、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2を前記旋回−2の動作により旋回させて地盤から上方へと向けて、透かし溝掘削用チェーンカッタ2を円弧状ガイド部3の水平位置に復帰させる(図4に実線で示す状態)。
【0025】
そして、次に、前記旋回−1の動作により前記旋回フレーム7を中心として、円弧状ガイド部材3を半径R1の軸線に合致させるまで図3に示すように透かし溝20aを形成しながら旋回させた後、前記カッタ横行装置4を動かしてアーチ形透かし溝19を切羽切り上げていく。
【0026】
ところが、図3に示すように、前記旋回−1の動作に伴って切羽に掘削・形成される透かし溝20aの旋回半径R2の曲率半径と前記カッタ横行装置4を介して前記アーチフレーム5に沿って移動させることにより切羽の外周に掘削・形成されるアーチ形透かし溝19の半径R1の曲率半径が異なること、更には元々から、透かし溝掘削用チェーンカッタ2は施工量の多いアーチ形透かし溝19に対して抵抗が少なくなるように形成されていることから、前記旋回−1の動作によって円弧状ガイド部材3をアーチフレーム5の半径R1の軸線に合致させアーチ形透かし溝19を切羽切り上げていく過程に移行させる際に、透かし溝掘削用チェーンカッタ2が透かし溝20aに接触して旋回−1の動作が困難になる心配がある。
【0027】
そこで、前記円弧状ガイド部材3がトンネル断面の放射方向に沿って揺動可能に前記旋回フレーム7に備えられており、前記旋回−1の動作と前記揺動による俯仰動作との連携操作で位置制御をしつつ上方に向かってきわめて円滑に前記アーチ形透かし溝19へと連続して掘削することができる。尚、前記旋回−1の動作と前記揺動による俯仰動作により透かし溝掘削用チェーンカッタ2を前記アーチ形透かし溝19に移行させる際に、前記旋回−1の動作と前記揺動による俯仰動作との操作量を、予め計算によりもとめて制御することにより、確実且つ円滑にアーチ形透かし溝19へと移行させることができる。
【0028】
尚、これまでは、掘削の開始時について詳細に説明したが、前記アーチ形透かし溝19の掘削が更に継続され、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2が前記アーチフレーム5の頂点を過ぎ、前記左側での掘削終了時に至った場合にも全く逆の手順により同様にして掘削することができる。
【0029】
そして、前記アーチ形透かし溝19を掘削しながら前記透かし溝掘削用チェーンカッタ2のカッタ部に吐出口を設けたホース(図示省略)から前記アーチ形透かし溝19内に瞬間硬化性材料を挿入することによりアーチ形支保版21を形成して、そのアーチ形支保版21により囲まれた切羽部分を掘削して、掘削された土砂を切羽に向かって後方に排出し、それらの工程を繰り返して行いトンネルを掘進する。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、トンネル高さに対して幅広な径を有するプレライニングを必要とする地下鉄駅舎等のトンネル掘削のように、トンネル施工機を設置する地盤面を深くとれず、アーチフレームの旋回中心がトンネル断面の下部に位置する場合であっても、これまでのように、不必要なトンネル施工機設置面の掘り下げをすることなしに円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができ、掘削土量が減少し掘削コストを削減でき、且つ工事効率の大幅改善を可能とする優秀なトンネル施工機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態を示す側面図。
【図2】本発明の実施の形態におけるトンネルのアーチ形透かし溝、アーチ形支保版ならびにアーチフレームの断面を示した断面図。
【図3】図2の更に詳細な部分説明図。
【図4】本発明の実施の形態についての旋回−2の動作機構を示した断面図。
【図5】本発明の実施の形態についての旋回−1の動作機構を示した断面図。
【図6】本発明の実施の形態についての旋回−1の動作機構を示した正面図。
【図7】従来例における側面図。
【図8】従来例におけるトンネルのアーチ形透かし溝、アーチ形支保版ならびにアーチフレームの断面形状を表した断面図。
【図9】連続形成されたアーチ形支保版からなるトンネル支保の斜視図。
【符号の説明】
1 トンネル施工機
2 透かし溝掘削用チェーンカッタ
3 円弧状ガイド部材
3a 先部
3b 後部
3c 後端
4 カッタ横行装置
5 アーチフレーム
18 トンネル施工機設置面
19 アーチ形透かし溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel used for excavating a tunnel for a relatively wide railway or subway station building, etc., which has been pre-lined outside the planned excavation section in order to prevent surface subsidence in tunnel excavation with a shallow earth covering. Concerning construction machines.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, Japanese Patent Publication No. 04-63198 discloses an arch-shaped tunnel excavation method and an apparatus thereof in which adjacent arch-shaped support plates are constructed close to each other or joined together.
[0003]
In the arch-shaped tunnel excavation method, as shown in FIGS. 7, 8 and 9, an arc-shaped watermark groove excavation chain extending in the longitudinal direction of the tunnel and curved so that the intermediate portion is recessed outside the tunnel. The
[0004]
In the construction method, the arch-shaped tunnel excavating device has a diameter similar to that of the tunnel cross section of the
[0005]
Then, the moving
[0006]
Further, a
[0007]
In the construction method presented in the above publication, an arch frame having a diameter similar to that of a tunnel cross section is fixed to a tunnel construction machine installation surface located at the lower part of the tunnel cross section, and the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, a tunnel having a flat cross-section having a large radius with respect to the height required in a recent road or railway tunnel as shown in FIG. 2, that is, the
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and includes an arcuate guide member that is provided with a chain cutter for excavating an open groove so as to be movable in the front-rear direction and that is curved so that an intermediate portion is recessed outside the tunnel. A cutter traversing device is provided so as to be movable along a single-core circular arch frame arranged to face the face, and the cutter traversing device is circulated while circulating the watermark groove excavating chain cutter. In the tunnel construction machine for excavating the arch-shaped watermark groove on the outer periphery of the face by moving along the arch frame, the arcuate guide member is pivotally mounted on the cutter traversing device. .
[0010]
That is, by mounting the arcuate guide member on the cutter traversing device so as to be pivotable, the arcuate guide member is swung along the tunnel cross section and positioned parallel to the tunnel construction machine installation surface (shown in FIG. 2). In the case of a tunnel having a flat cross-sectional shape having a large radius with respect to the height, the center of rotation of the cutter traversing device is located at the lower part of the tunnel cross-section, and the chain cutter for watermark groove excavation is the arch frame It is possible to excavate including both ends of the arcuate watermark groove having an arcuate cross section without the rear end of the arcuate guide member hitting the tunnel construction machine installation surface when positioned at both ends of the arcuate.
[0011]
Further, in the present invention, the chain guide for excavating the open groove is provided in the arcuate guide member so as to be able to turn in a direction perpendicular to the bending direction of the arcuate guide member, whereby the arcuate guide member is When the both ends of the arch frame are positioned parallel to the tunnel construction machine installation surface (position of arrow B shown in FIG. 2), the open-bottom excavation chain cutter can turn up and down, and the arcuate guide member It is possible to excavate the watermark groove below the position.
[0012]
Further, when the open-cut groove excavation chain cutter protrudes from the arcuate guide member, the arcuate guide member is provided in the cutter traversing device so as to be swingable along the radial direction of the tunnel cross section. When the open chain excavation chain cutter is positioned at both ends of the arch frame, the arcuate guide member is swung with respect to the cutter traverse device so as to match the radial axis of the original arch frame (FIG. 2). The position of the arrow A shown in FIG. 3), when the traverse along the arch frame is followed by the radius of the watermark groove formed by the deviation of the position of the turning center of the arcuate guide member and the position of the chain cutter for excavating the groove Eliminates concerns about turning impossible due to contact with chain cutter for excavation of watermark groove resulting from deviation of radius from arch-shaped watermark groove formed on Rukoto can.
[0013]
Furthermore, by making the rear portion of the arcuate guide member extendable and retractable, the arcuate guide member turns from the horizontal position at both end portions of the arch frame and returns to a position that coincides with the radial axis A of the original arch frame. In the meantime, it is possible to excavate including both ends of the arc-shaped watermark groove having an arc-shaped cross section while avoiding the contact state of the rear portion of the arc-shaped guide member with the tunnel construction machine installation surface.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
1 to 6 show an example of a preferred embodiment of the present invention, and the basic configuration and construction method of the
[0016]
A slewing bearing 6 is provided in front of the
[0017]
Further, between the revolving
[0018]
Further, the
[0019]
The watermark groove
[0020]
Further, the watermark groove excavating
[0021]
In the present embodiment, the
[0022]
Accordingly, with the
[0023]
Next, the turning
[0024]
Next, in the state where the
[0025]
Then, by the operation of swirl-1, the
[0026]
However, as shown in FIG. 3, along the
[0027]
Therefore, the
[0028]
Up to now, the start of excavation has been described in detail. However, the excavation of the arch-shaped
[0029]
Then, an instantaneously curable material is inserted into the arch-shaped
[0030]
【The invention's effect】
As described above, the present invention does not provide a deep ground surface for installing a tunnel construction machine, such as tunnel excavation in a subway station building or the like that requires a pre-lining having a diameter that is wide with respect to the tunnel height. Even if the pivot center of the frame is located at the lower part of the tunnel cross section, both ends of the arc-shaped watermark groove with an arc-shaped cross section can be used without digging down the unnecessary installation surface of the tunnel construction machine as before. Can be excavated, the amount of excavated soil can be reduced, the excavation cost can be reduced, and an excellent tunnel construction machine that can greatly improve the construction efficiency can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of an arch-shaped watermark groove, an arch-shaped support plate, and an arch frame of a tunnel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a more detailed partial explanatory view of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing an operation mechanism of swivel-2 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an operation mechanism of swirl-1 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing an operation mechanism of swirl-1 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view of a conventional example.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a arch-shaped watermark groove, an arch-shaped support plate, and an arch frame of a tunnel in a conventional example.
FIG. 9 is a perspective view of a tunnel support composed of continuously formed arched support plates.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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