JPH0230893A

JPH0230893A - トンネル掘削機

Info

Publication number: JPH0230893A
Application number: JP63178091A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Arasawa; 荒沢　弘樹
Original assignee: Hazama Gumi Ltd
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 1988-07-19
Filing date: 1988-07-19
Publication date: 1990-02-01

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〕この発明は、地中の予定された空間領域に、トンネルを
掘削する際に用いる水中トンネル掘削機に関する。

〔従来の技術〕

大都市への人口集中に伴い、信頼性の高い電力供給が重
要となり、地下変電所、地下発電所、超電導や圧縮空気
等による電力貯蔵所、燃料貯蔵所、地中線洞道、共同溝
等各種エネルギー施設が必要となってきた。ところが、
大都市の地下は、各種施設及び基礎等が縦横に布設され
ており、新規に大規模なエネルギー施設の立地が難しい
状況にあることから、地中のより深い位置にトンネルを
設けることが提案され、さらにこのトンネルを掘削する
方法について、従来から１種々の技術が提案されている
。

一方、このような地下に設けるトンネルは、地価が高騰
する地域や、住宅やビルなどの建築物が密集する地域で
も、その設置が経済上、技術上有利とされ、従って、都
市部におけるこのような各種エネルギー施設の設置が、
現実のものとなりつつある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような大深度の地中に直径１０〜５
０ｍ程度の大規模なトンネルを掘削しようとする場合に
おいて１例えば東京部内およびこの近郊の、地下深度２
００ｍ〜１０００ｍにトンネルを掘削しようとする際に
は、この地下深度の地質が第三起〜第四紀の泥岩層であ
るため、トンネル掘削中に、４０〜２００ｋｇｆ／ｃｄ
という大きな地圧が作用し、掘削直後に、その付近の地
層が大きく緩んで変形してしまい１部分的に崩落を生じ
る。従って、従来のＮＡＴＭＩ法やシールド工法などの
掘削方法を用いたのでは、上記トンネル掘削が安全かつ
迅速に行えないという問題点があった。

また、上記従来のＮＡＴＭＩ法やシールド工法では、ト
ンネル後方のセグメントなどに反力を取りながら、機械
式のカッタを推進させる必要があり、このカッタ自身に
も大きな反力を付与する必要があり１反力を坑壁に取っ
た場合には、これが坑壁を不必要に緩ませてしまうなど
の問題点があった・この発明はかかる従来の問題点に着目してなされたもの
であり、超音波を利用することによって。

掘削面の所定部位に向けてキャビテーションを発生させ
、この壊食作用を利用して、十分に小さな掘削反力にて
も、坑壁を緩めるようなことなく。

大深度の地中における所定領域の地盤掘削を、効率的に
実施できるトンネル掘削機を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかるトンネル掘削機は、掘削機本体に取り
付けられた可動ブームの先端に、キャビテーション誘発
のための超音波を発生せしめる超音波発生装置と、この
超音波発生装置からの超音波の発生領域を規制するシー
ルド部材とを設置し、これにより地圧とバランスする水
圧が作用する地中の空間領域内で、トンネルを掘削する
ようにしたものである。

また、この発明は、ズリ収集装置を設けて、超音波によ
って誘発されたキャビテーションにより破砕されて崩落
したズリを、スラリー化して、これを回収するようにし
たものである。

〔作用〕

この発明における超音波発生装置は、掘削機本体のブー
ム先端に取付けられて、超音波を掘削面に向けて発生す
る。このため、この超音波は水中を高速で伝播し、この
とき水中にキャビテーションを誘発し、このキャビテー
ションによる気泡破裂作用（壊食作用）によって、地盤
の固結力を弱めて、これを破砕および崩落するに至らし
め、以って小さな掘削反力で、所定のトンネル掘削を可
能にした。

また、ズリ回収装置によって、ズリの撤去および排出を
連続的に行えるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下に、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１は立坑（図示しない）に通じる地中
の空間領域で、これがトンネルの一部を構成している。

２はこの発明の掘削機本体で、これにはブーム駆動装置
、ズリの収集駆動装置、超音波発振電源装置、走行駆動
装置および種々の制御装置が設置されている。また、こ
の掘削機は上記走行駆動装置によって走行するクローラ
式走行装置３上に、水平回動自在に載置されている。４
は掘削機本体２の前部にトンネル切羽へ伸縮自在かつ回
動自在に突設された可動ブームで、これが複数の関節構
造を持ち、空間領域１の切羽面に対して移動自在となっ
ている。このブーム４は上記ブーム駆動装置によって上
記のように駆動される。

５はブーム４の先端に取り付けられた超音波発生装置で
、これが上記超音波発振電源装置の発振出力を受けて発
振駆動される。また、この超音波発生装置は第２図に示
すような発振子６と、この発振子６に連設されて高速振
動する振動子７と、この振動子７および発振子６を周囲
から被い、所定領域の切羽面９に対してのみ、上記振動
子７からの超音波を及ばしめる、カップ状のシールド部
材８とからなる。１０はズリ収集装置であり、これが掘
削によって崩落した土砂などのズリを掻き集め、これを
スラリー状にして、ずり輸送バイブ１１を通し、地上へ
送出するように作用する。１２は掘削機本体２に設けら
れた切羽の監視用センサで、この掘削機本体２の動きや
その周辺の状況を、超音波センサなどを用いて検出し、
その検出データを地上の監視室へ出力する。１３は掘削
機本体２に取り付けられた位置確認センサで、この掘削
機本体２の上記空間領域内における位置情報を検出して
、地上の監視室へ出力するものである。１４は動力用、
遠隔制御通信用および施工管理通信用の各ケーブルを−
まとめにしたケーブル束で、これがズリ輸送パイプ１１
上に沿うように取り付けられている。

次に動作について説明する。

まず、掘削機本体２は、予め設けた立坑に連設した地中
の空間領域１内に設置される。また、地上の監視室から
の指令に従って、上記走行駆動装置が駆動され、クロー
ラ式走行装置３が切羽面９方向に走行する。また、この
走行動作に並行して、又は停止状態にて、ブーム４が上
記ブーム駆動装置により駆動される。これにより、ブー
ム４端の超音波発生装置５が所定の切羽面９に臨み、こ
れがテレビカメラ（図示しない）や状況監視用センサ１
２からの監視情報を受けてオペレータが地上の監視室か
ら出力する信号により、作動を開始する。つまり、上記
超音波発振電源装置を動作させ、これの発振出力により
発振子６を励振させて、振動子７を駆動する。このため
、振動子７はシールド部材８によって被われた所定領域
内の上記切羽面に向かって、水中に超音波振動を発する
。このため、上記水はこの超音波の高速振動を受けて。

掘削面近傍でキャビテーションが強制的に誘発される。

このキャビテーションは上記強制振動によって水中に気
泡を生成せしめる作用であり、具体的には上記振動に伴
う流体（ここでは泥水）の流れ（運動）により、その流
体圧力がほぼ蒸気圧にまで低下すると、局所的に蒸発が
生じ、この蒸発が気泡となってあられれる現象である。

この発明では、かかるキャビテーションによる気泡が消
泡する際に生じる衝撃波あるいはマイクロジェットを利
用して、掘削面に衝撃圧を集中的に及ばしめ、この衝撃
圧による壊食作用により、切羽面の土砂や岩盤を崩壊さ
せたり、破砕させたすする。そして、このときに生じる
気泡は、連続発生し、極めて硬度の高い地盤の固結力を
も、容易に弱めるように作用する。

このようにして、キャビテーションにより崩壊し、また
は破砕された土砂などのズリは、掘削機本体２の前方下
部に設けられたズリ収集装置１０によって掻き集められ
、泥水とともにスラリー状にされて、さらにズリ輸送バ
イブ１１を通して地上等へ排出される。また、かかる掘
削機本体２の動作状況、掘削面や抗壁の状況などは、状
況監視用センサ１２やテレビカメラなどの出力情報によ
り、地上の監視室でモニタでき、その掘削機本体２の位
置も同様にして１位置確認センサ１３からの出力情報に
より確認できる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば掘削機本体
に取り付けられたブームの先端に、キャビテーションを
誘発せしめる超音波発生装置と。

この超音波発生装置からの超音波の発生領域を規制する
シールド部材とを設置し、これにより地圧とバランスす
る水圧が作用する地中の空間領域内で、トンネルを掘削
するように構成したので、坑壁を傷めることなく、所定
領域内の掘削面を確実に、しかも大きな振動なく掘削す
ることができるとともに１機械式カッタなどによる機械
掘削によらないので、掘削反力が小さくすむほか、機械
摩擦による消耗部分が生じないため、耐久性に富むなど
の実用上の利点が得られる。

また、この発明によれば、ズリ収集装置を設けることに
より、掘削により生じたズリを、効率的かつ自動的に地
上などへ排出でき、掘削の作業性が向上するという実用
上の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるトンネル掘削機の全
体を示す斜視図、第２図は第１図に示した超音波発生装
置の詳細を示す縦断面図である。１・・空間領域、２・・掘削機本体、５・・超音波発生
装置、６・・発振子、７・・振動子、８・・シールド部
材、９・・切羽面。第１／−一空間領域２−−一掘削機本体８−−−シールド部材９−−−Ｕη９１５−＃劃む３象五６−−−梵ｖｋそ７−−−循動チ

Claims

【特許請求の範囲】１）地圧とバランスする水圧が作用する地中の空間領域
内でトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、該掘
削機本体の可動ブーム先端に、キャビテーションを誘発
せしめる超音波発生装置と、この超音波発生装置からの
超音波の発生領域を規制するシールド部材とを設置した
ことを特徴とするトンネル掘削機。２）誘発されたキャビテーションにより破砕されまたは
崩落したズリを回収するズリ収集装置を設けたことを特
徴とする請求項１記載のトンネル掘削機。