JPH0224486A - リングカット式掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、大径トンネルの構築方法及びリングカット式
掘削機に関し、更に詳細には、地圧が高い深層部、特に
第三紀〜第四紀の泥岩層又は砂岩層等において、大径の
トンネルを掘削及び覆工する際に適した、トンネルの構
築方法と、地圧の高い深層部を掘削するに適したリング
カット式掘削機とに関する。

〈従来の技術〉 従来、トンネルの構築方法としては、トンネルの全断面
を一度に掘削しながら、後方をセグメント又は場所打ち
コンクリートで覆工するシールド工法又はナトムエ法等
が知られているが、これらの工法を用いて、地圧の高い
場所に、トンネルを構築する場合には、掘削された坑道
を、高い地圧から保護するために、前記セグメント又は
場所打ちコンクリートの厚みを増大する必要がある。

しかしながら、例えば地下２００〜１０ΩＯｍ程度の深
層部に大径トンネルを構築する場合、約１００〜２００
　ｋｇ／ａｓ”程度の非常に高い地圧がかかるため、前
記シールド工法又はナトムエ法等の従来のトンネル構築
方法では、覆工部を形成する以前に、トンネルの変形及
び崩壊が生じ、例えば高圧ジェットグラウト工法等を用
いて、予めトンネル周辺にグラウト材を注入して、地盤
強度を増強しても、不十分と考えられ、現状のシールド
工法又はナトムエ法等では、前記深層部にトンネルを構
築することは不可能と思われる。

また、土地不足間層等に鑑み、昨今では深層部に建設可
能と考えられる５例えば超電導電力貯蔵所、地下発電所
、地下変電所、圧縮空気貯蔵所、燃料貯蔵所等の要請が
現実化されようとするに及んで、これらに適した直径１
０〜５０ｍ程度の大径のトンネルを構築する方法及びこ
のようなトンネルを掘削する掘削機の開発が望まれてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、前記要望に基づくもので、その目的は、非常
に高い地圧を受ける深層部において、効率よく掘削及び
覆工を実施することができる大径トンネルの構築方法を
提供することにある。

本発明の別の目的は、地圧の高い場所を、効率よく掘削
することができるリングカット式掘削機を提供すること
にある。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、前記課題を解決したものであり、その要旨と
するところは実質上同時掘削する複数のカッタを備えた
掘削機により、予定されたトンネル外殻部をリング状に
掘削する方法と。

該リング状のトンネル外殻部の内側上方部をブームカッ
タによりトンネル補助坑を掘削する方法とを併用して行
うトンネルの構築方法であって、前記トンネル外殻部の
掘削が、前記トンネル補助坑に配設した泥水導入管と掘
削ズリ排出管とにより、泥水を供給しながら切羽面を掘
削すると同時に、ズリを含む掘削泥水を排出するもので
あり。

これによって削孔したリング状の外殻部の空間に前記ト
ンネル補助坑に配設したコンクリート供給管から覆工材
を打設してトンネル覆工部を形成すると共に、打設硬化
後の前記トンネル覆工部の内側を掘り出すことを特徴と
する大径トンネルの構築方法にある。ここで、トンネル
外殻部としてのリング状の掘削方法とは、楕円形の他に
真円、馬蹄形等の無端のものをいい、またトンネル補助
坑は上記リング状掘削に連通したもの、分難したもので
あってもよい。また、前記トンネル補助坑はリング状の
トンネル外殻部の内側上方部の他に、下方部にも掘削し
、この削孔に掘削ズリ排出管を配設してズリを含む泥水
を排水することもできる。

さらに、前記泥水導入管より泥水を供給しながら切羽面
を掘削することは、この発明が初めに湿式により外殻部
をリング状に掘削する方法であるので、掘削リング部、
少なくともトンネル補助坑より下方のリング部に泥水を
供給すればよいが、新たにトンネル補助坑にも前面をシ
ールして泥水と共に掘削することもできる。

また本発明によれば、トンネルの外殻部をリング状に掘
削し、その内側上方部に補助坑を掘削する複合形掘削機
であり、この複合形掘削機が掘削機本体の前面に設置し
たリング状のビームに沿って、走行可能な駆動手段及び
自回転手段を備えた複数の回転駆動式カッタと、前記ビ
ームの内側上方部に先端に自回転ヘッドを有するカッタ
を伸縮及び方向自在に可動し得る駆動アームに備えたブ
ームカッタとからなるリングカット式掘削機が提供され
る。上記の回転駆動式カッタの自回転と、ブームカッタ
の自回転手段は電動モータ等による公知の回転手段を含
むものであるが１回転駆動式カッタの走行手段はビーム
３のラックに沿って走行する歯車の外にチェーン又はワ
イヤロープに沿って電動モータ等で移動するものを含み
、またブームカッタの駆動アームは油圧シリンダやユニ
バーサルジヨイントを用いて伸縮及び自由断面内に方向
自在に可動できるようにしたものなどが考えられる。

〈実施例〉 以下にこの発明の実施例を図面を参照して、詳細に説明
するが、本発明は、これらに限定されるものではない。

第１図に示すとおり、１はリングカット式掘削機であり
、該リングカット式掘削機１の本体フレーム上方はシー
ルドにおける半楕円形のルーフプレート６０と半楕円形
の内型枠６１とによって形成されており、該ルーフプレ
ート６０と内型枠６１とは後述の場所打ちコンクリート
の型枠として用いられる。本体フレーム前部には、リン
グ状に形成されたビーム３が設置されており、該ビーム
３には所定の間隔をおいて回転駆動式カッタ２が７個配
設されている。前記夫々の回転駆動式カッタ２は、第２
図及び第３図に示すとおり、自回転手段としての電動モ
ータ２１が、コの字型のフレーム２０によって支持され
ており、該モータ２１の回転作用はモータ２１に連設さ
れる減速機２２、回転シャフト２３を介して、カッタヘ
ッド２５に伝達され、カッタヘッド２５が毎分数回転で
自回転する。該カッタヘッド２５は円柱形であって。

その直径は、ビーム３とフレーム２０との最大幅よりも
広いものであり、カッタヘッド２５の外周及び切羽と接
する先端面には、切羽を掘削するためのビット２６が突
出して複数個配設されている。

また前記フレーム２ｏには、回転駆動式カッタ２がビー
ム３に沿って走行するための駆動手段として電動モータ
２７が支持されており、該モータ２７の回転作用は、電
動モータ２７に連設される減速機２８、回転シャフト２
９を介して、ビーム３内に設けられたビーム走行用のラ
ック３３に歯合されているカッタ走行用歯車３１へ伝達
される。従ってカッタ走行用歯車３１が回転することに
よって、フレーム２０に設けられたビーム走行用支持体
３２がビーム３内に設けたラック３３に沿って摺動し、
これにより自回転する回転駆動式カッタ２をビーム３に
沿って走行させることができる。

なお、回転駆動式カッタ２は別途設けた！ＩＪｔ１機構
によりカッタ走行用歯車３１の回転方向を制御してビー
ム３に対して時計方向又は反時計方向に走行させること
もできる。

また第４図〜第６図に示す、前記回転駆動式カッタ２の
他の実施例は、夫々の回転駆動式カッタ２ａが同時に、
同一方向に走行するものである。

前記回転駆動式カッタ２ａには、自回転手段としての電
動モータ２１ａが本体フレーム２０ａ内に設置されてお
り、該モータ２１ａの回転作用は、モータ２１ａに連設
される減速機２２ａ、回転シャフト２３ａを介して、カ
ッタヘッド２５ａに伝達され、カッタヘッド２５ａが毎
分数回転で自回転する。カッタヘッド２５ａには、前記
カッタヘッド２５と同様に切羽を掘削するためのビット
２６ａが配設されている。さらにまた、リング状に形成
されたビーム３ａの両側面には、チャンネル４８．４９
が設けられており、該チャンネル４８には、チェーン４
５がリング状に回動し得るよう設置されている。該ビー
ム３ａの後部には、電動モータ４０が間隔をおいて４箇
所設置されている。

該モータ４０の回転作用は、モータ４０に°連結する減
速機４１、回転シャフト４２を介してカッタ走行用歯車
４４に伝達される。該カッタ走行用歯車４４は、前記チ
ェーン４５と咬合しており、またフレーム２０ａの凸部
４６がチェーン４５に止着されているので、カッタ走行
用歯車４４を回転させることにより、自回転する駆動式
カッタ２ａをチェーン４５と共に、ビーム３ａに沿って
走行させることができる。なお、フレーム２０ａの凸部
４７は、ビーム３ａに設けられたチャンネル４９に沿っ
て摺動しながら回動させることができる。

前記ビーム３の内側後方部には、トンネル補助坑６を形
成する上方部とその下方の地山とを仕切るための仕切板
５が設けられており、該仕切板５の前方上部には、ブー
ムカッタ４が前記回転駆動式カッタ２より先行するよう
に設置される。第７図、第８図に示すとおり、前記ブー
ムカッタ４において、５０はフレームであり、該フレー
ム５０にはフレーム５０ａ、フレーム５０ｂ及びフレー
ム５０ｃが取り付けられており、また方向自在に可動し
得る駆動アーム５１がユニバーサルジヨイントによって
枢着されている。該駆動アーム５１は、ピストン（図示
せず）を内設した油圧シリンダー５２とカッタヘッド５
４を回転させるための電動モータ（図示せず）を内股し
た支持アーム５３とが連設されており、該油圧シリンダ
ーを調整することによって、支持アーム５３を伸縮させ
ることができる。前記カッタヘッド５４の外周及び先端
面には、切羽を掘削するためのビット５５が配設されて
おり、前記支持アーム５３を伸縮作動し、カッタヘッド
５４を回転させることにより切羽を掘削することができ
る。また、前記フレーム５０ａに枢着される油圧シリン
ダー５７を連結した支持アーム５６によって、前記駆動
アーム５１を上下運動させ、さらに前記フレーム５０ｂ
、５０ｃに枢着される油圧シリンダー７０．７１を連結
した支持アーム５８．５９によって前記駆動アーム５１
を左右運動させることができる。すなわち前記各油圧シ
リンダーを調整し、駆動アーム５１を方向自在に可動さ
せて、ブームカッタ４の前方の切羽面を自由断面に掘削
することによって、トンネル外殻部の内側上方部に第１
図に示すようなトンネル補助坑６を形成することができ
る。

第１図において、ビーム３の後方には、中空部が形成さ
れ、そのさらに後部には、該ビーム３とほぼ同一な形状
、幅及び高さを有し、且つ泥水導入管８と掘削ズリ排出
管９とを備える本体フレーム７が形成されている。該泥
水導入管８及び掘削ズリ排出管９は夫々本体フレーム７
の内部に配管され、トンネル補助坑６を通して、リング
カット式掘削機１の外部まで延長して配設される。前記
本体フレーム７の後部には、場所打ちコンクリート（覆
工材）を圧入して覆工するためのジヤツキ群１０とプレ
スリングＩＱａとがリング状に形成されている。またル
ーフプレート６ｏの内側には、半楕円形の内型枠６１が
形成されており、該内型枠６１及び該プレスリング１０
ａの後部に形成される覆工部空間（図示せず）に覆工材
を圧入するための、コンクリート供給管１１がトンネル
補助坑６内を通って内型枠６１及び本体フレーム７に連
結されており、該コンクリート供給管１１より覆工材を
流し込んだ後に、前記ジヤツキ群１ｏを伸長させて、リ
ング状に形成されたプレスリング１０ａにて、覆工材を
圧縮することによって、リングカット式掘削機１の後方
に順次リング状の覆工材を打設することができる。

次に前記リングカット式掘削機１を用いた大径トンネル
の構築方法の一実施例を第９図を参照しながら説明する
。まず先行するブームカッタ４を切羽に当てて方向自在
に駆動させ、予定されるトンネルの上方部を半楕円形に
乾式状態で掘削し。

続いて１本体フレーム７に設置された泥水導入管８より
泥水を導入しながら、リング状のビーム３に配設された
回転駆動式カッタ２を自回転させ、且つビーム３に沿っ
て走行させることにより仕切板５の下方部を湿式状態で
、また上方部を乾式状態によって掘削していき、仕切板
５の上方にトンネル補助坑６を形成しながら切羽をリン
グ状に掘削する。前記ブームカッタ４及び回転駆動式カ
ッタ２は、トンネル補助坑６を先行して形成しながら同
時に各々前方の切羽を掘削していく、掘削によって生じ
たズリは仕切板５の下方部に位置する本体フレーム７に
配設された掘削ズリ排出管９より泥水として吸い込まれ
、トンネル補助坑６に延長して配設された前記掘削ズリ
排出管を通してトンネル外部へ排出される。続いて、前
記本体フレーム７の後部に隣接されるジヤツキ群１０及
びプレスリング１０ａを収縮し、覆工材を圧入すべきリ
ング状に掘削した外殻部の覆工部空間６２を形成させた
後に、トンネル補助坑６の上部に配設され、且つ型枠と
して作用する内型枠６１及び本体フレーム７に連結され
たコンクリート供給管１１より、覆工材を前記外殻部の
空間６２及び内型枠６１内に圧入させる。圧入された覆
工材を、前記ジヤツキ群１０を伸長させて、プレスリン
グ１０ａによって圧密し、リング状のトンネル覆工部６
３を形成しながらリングカット式掘削機１をジヤツキの
反力により前方に推進させる。こうして再び、仕切板５
の上方部を乾式状態、下方部を湿式状態として前記掘削
機による掘削を行い、ジヤツキによる推進掘削を実施し
た後、再び覆工材の覆工を行う、すなわち第９図は、掘
削機による掘削及び推進を行って、プレスリング１０ａ
の外側に覆工材を充てんした後の状態を示し、このとき
、ジヤツキ群１０は最も収縮した状態を示す６次に第１
０図は、ジヤツキ群１０を伸長し、覆工材を圧密すると
共に掘削機を推進させた状態を示し、この際内型枠６１
も同時に推進する。尚、覆工材の圧密と掘進とを同時施
工せずに、圧密後置工材が十分に硬化した後に掘進させ
ることもできる。このように第９図及び第１０図に示す
工程を繰り返すことによって、切羽をリング状に掘削し
ながら後方に覆工部を打設していき、打設硬化後のトン
ネル覆工部の内側地山を後方から順次掘削すること、す
なわち芯抜きを行うことによって地圧の非常に高い深層
部に大径トンネルを構築することができる。

なお、前記実施例では、ズリの搬出、排出および覆工材
搬入等をトンネル補助坑６内を通して行ったが、例えば
ズリの搬出、排出坑等を下方部に形成することもできる
他、前記トンネル補°助坑６内において、回転間動式カ
ッタ２を交換、修理することも可能である。また予定さ
れるトンネルの形状及び大きさに合わせて例えば馬蹄形
、卵形、長円形等の無端の大径トンネルを構築すること
もできる。

更に本発明のトンネル構築方法は深さ２００〜１０００
ｍ程度の深層部等で行なわれるために。

無人化にて行うことが安全面からも好ましく、次に、第
１１図を参照しながら、遠隔操作による本発明のトンネ
ル構築方法を説明する。第１１図は遠隔地におけるトン
ネル構築制御装置を示すブロック図であり、１００は、
予定されたトンネルの軌道及び運転情報等を予めインプ
ットした遠隔操作装置を備えた制御管理装置であり、１
０１は。

駆動信号発信装置及び現在の作業状況、位置を検出し、
信号として発信する装置であり、１０２は構築現場の作
業指示及び位置検出装置であって、１００で制御された
情報を１０１を介して、駆動信号として１０２に送信し
、深層部にてトンネルを構築しながら常時その状況１作
業位置を１０１を介して１００に送信する。送信された
データを再び１００で計算、制御を行い、その情報を１
０１を介して１０２に送信しながら、例えば、地上等の
遠隔地において作業を全て制御しながらトンネルを構築
することができる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、トンネル外殻部を小断面掘削すること
により、地山の変形を極力小さくして掘削することがで
き、しかもこの空間部を早期にコンクリートで充填して
しまうので余掘りが少なく地圧の高い場所において、効
率よく施工することが可能なリングカット式掘削機を提
供することができる。また、任意の掘削断面形状に合わ
せたビームを製作することが可能であるので掘削断面形
状を比較的自由に設計することができる。更にトンネル
補助坑より部品の修理、交換を容易に行うことが可能で
あり、特に°ビットの摩耗が激しく、施工中においてビ
ットの交換が要求される回転駆動式カッタは、ビームに
添って補助坑部に導き。

修理・交換作業をすることができるため各種用途の構造
物の建設に適用することができる。また本発明のトンネ
ル構築方法では、掘削断面をリング状掘削と芯抜き掘削
の２工程に分割して掘削するので、リング状に掘削した
壁面が、覆工材打設時の型枠となり、切羽のゆるみがな
く安全、且つ効率的に非常に高い地圧を要する深層部に
おいて。

大径のトンネルを構築することができる。さらに従来の
トンネル構築方法に比して、工程を簡略化、短縮化でき
、遠隔操作により、無人化することが可能であるので経
済的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は覆工部を含む本発明のリングカット式掘削機の
概略図、第２図は回転邪動式カッタを備えたビームの横
一部所面図、第３図はビームの一部を示す一部透視斜視
図、第４図は回転駆動式カッタを備えたビームの他の実
施例を示すチャンネル一部所面図、第５図は同じく縦一
部所面図、第６図は、同じく一部斜視図、第７図はブー
ムカッタの側面図、第８図はブームカッタの正面図、第
９図は本発明のトンネル構築方法を示す施工要領図、第
１０図は同じく施工要領図、第１１図は、遠隔地におけ
るトンネル構築制御装置を示すブロック図を示す。 １・・リングカット式掘・削機、２・・回転間動式カッ
タ、３・・ビーム、４・・ブームカッタ、６・・トンネ
ル補助坑、８・・水導入管、９・・泥水排出管、１０・
・ジヤツキ群、１１・・コンクリート送出管。 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図 第６ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）実質上同時掘削する複数のカッタを備えた掘削機に
   より、予定されたトンネル外殻部をリング状に掘削する
   方法と、 該リング状のトンネル外殻部の内側上方部をブームカッ
   タによりトンネル補助坑を掘削する方法とを併用して行
   うトンネルの構築方法であって、 前記トンネル外殻部の掘削が、前記トンネル補助坑に配
   設した泥水導入管と掘削ズリ排出管とにより、泥水を供
   給しながら切羽面を掘削すると同時に、ズリを含む掘削
   泥水を排出するものであり、これによって削孔したリン
   グ状の外殻部の空間に前記トンネル補助坑に配設したコ
   ンクリート供給管から覆工材を打設してトンネル覆工部
   を形成すると共に、打設硬化後の前記トンネル覆工部の
   内側を掘り出すことを特徴とする大径トンネルの構築方
   法。 ２）トンネル補助坑をリング状トンネル外殻部の内側下
   方部にも掘削し、これに配設した掘削ズリ排出管よりズ
   リを含む掘削泥水を排出するようにした請求項１記載の
   大径トンネルの構築方法。 ３）トンネルの外殻部をリング状に掘削し、その内側上
   方部に補助坑を掘削する複合形掘削機であり、この複合
   型掘削機が掘削機本体の前面に設置したリング状のビー
   ムに沿って、走行可能な駆動手段及び自回転手段を備え
   た複数の回転駆動式カッタと、前記ビームの内側上方部
   に先端に自回転ヘッドを有するカッタを伸縮及び方向自
   在に可動し得る駆動アームに備えたブームカッタとから
   なるリングカット式掘削機。