JPH0381497A - トンネルの天盤崩落防止方法及び装置 - 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、山岳トンネル等のトンネルを掘削する際に天
盤が崩落することを防止する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

岩盤内にトンネルを構築する方法として、カッタヘッド
サポートに回転自在に取付けられ、前面にカッタを設け
たカッタヘッドと、掘削した坑壁に掘進反力をとるグリ
ッパ装置と、グリツバ装置とカッタヘッドサポートとを
連結する推進シリンダと、掘削ズリを搬出するズリ搬出
装置とからなる全断面トンネル掘進装置を使用し、坑壁
に固定したグリッパ装置によって掘進反力をとり、推進
シリンダでカッタを切羽に圧着させながらカッタヘッド
を回転させて掘削を行い、掘削したズリはカッタヘッド
の外周に設けたパケットで掬い上げて、機内コンベヤに
投入してトンネル掘進装置の後方に搬出する全断面機械
掘削式トンネル構築方法が知られている。

上述のトンネル構築方法は、岩盤が亀裂の少い良好な岩
盤においては、極めて効率的であるが、ｇ＆裂の多い岩
盤の場合にはトンネルの天盤が崩落するため作業が危険
であるばかりではなく、グリッパ装置によって掘進反力
をとることが不能となって、掘進を継続することができ
なくなり、遂にはトンネル掘進装置が崩落岩石に埋没し
てしまうこととなり、このため亀裂の多い岩盤に対して
は全断面機械掘削工法を適用するのが困難であった。

すなわち、第１４図に示すように全断面トンネル掘進装
置が亀裂の発達した岩盤に遭遇した場合、トンネルの天
盤部ａにおいて、キーブロックとなる岩塊Ａが先ず矢印
すの方向に移動し落下すると、その岩塊Ａ部に空隙が生
ずるため、岩塊Ａに隣接していた岩塊Ｂは矢印Ｃの方向
に回転して落下し、次いで岩塊Ｃは矢印ｄ方向に、岩塊
りは矢印ｅ方向に、岩塊Ｅは矢印ｆ方向に、更に岩塊Ｆ
は矢印ｇ方向に移動し、このように亀裂で分離した岩塊
が次々に移動して行き、遂には天盤部の広範囲が崩落し
て掘進の継続が不可能となるに至る。

この対策として、鋼製の支保工を坑壁に設置したり、コ
ンクリートを坑壁に吹付けたりして天盤の崩落を防止し
、亀裂の多い岩盤でも全断面機械掘削工法を適用できる
ようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の天盤崩落防止方法であると、ｆｆ
ｉ量のある支保工を設置するのに時間と労力とを要し、
かつ工費が割高となり、又後者の天盤崩落防止法である
と、吹付けたコンクリートのリバウンドによってトンネ
ル掘進装置に支−を生じたり、粉塵発生のため作業環境
を極めて悪化させるという欠点があり、又何れの天盤崩
落防止方法も狭隘なスペースでの作業のため施工が甚だ
困難であった。

そこで本発明はかかる従来技術の課題を解決し、トンネ
ル構築の安全性・効率を高め、亀裂の発達した不良地盤
においても、効率的な全断面機械掘削式トンネル構築方
法の適用を可能とするトンネルの天盤崩落防止方法およ
びその装置を提供することを目的とする。

ｃａｍをＭ決するための手段及び作用〕１、カッタヘッ
ドサポート１の後側に設けられたプロテクタ９にハーフ
セグメント３６を押しっけ保持しながらプロテクタ９の
みをカッタヘッドサポート１とともに前進させ、プロテ
クタ９がハーフセグメント３６より離れたらハーフセグ
メント３６を坑壁４３の上部に取付けるようにしたトン
ネルの天盤崩落防止方法。

これにより、天盤の崩落を防止できると共に、トンネル
を効率良く構築できる。

２、グリッパ装置１１とともに移動するフレーム１６に
穿孔機１８と押え機構２３を上向きに設け、前記主ビー
ム１０におけるプロテクタ９の下方位置にセグメント支
持機構２８を上下方向に回転移動するエレクタ装置ｉ２
９を設けると共に、該エレクタ装置２９と主ビーム１０
後部とに亘ってハーフセグメントを搬入するセグメント
搬入装置４０を設けたトンネルの天盤崩落防止装置。

コレにより、ハーフセグメント３６を省力化して坑壁の
上部に効率良く安全に取付けできる。

〔実　施　例〕

まず、本発明に係る天盤崩落防止方法を実施するトンネ
ル掘進装置の一例を第１図〜：ｍｌＯ図に基づいて説明
する。

カッタヘッドサポート１の前部にカッターヘッド２が回
転自在に設けられ、こ、のカッタヘッド２の前面に複数
のカッタ３が設けられ、かっ周囲にパケット４が複数設
けてあり、カッターヘッド２はカッタヘッドサポート１
に設けたモータ５で回転駆動される。

前記カッタヘッドサポート１の上部にルーフサポート６
、左右側部にサイドサポート７が第２図のように図示し
ないシリンダで側方に移動自在に設けられ、カッタヘッ
ドサポート１の下部にフロントバーチカルジュー８が設
けてあり、前記ルーフサポート６の後部にプロテクタ９
が第６図のように後方に向けて設けてあり、そのプロテ
クタ９にはスリット溝９８が複数形成されて櫛形状とな
っている。

前記カッタヘッドサポート１の後部に主ビーム１０が後
方に向けて設けてあり、この主ビーム１０に沿ってグリ
ッパ装置１１の本体１２が前後摺動自在に設けられ、こ
の本体１２に第５図のようにグリッパシュー１３がシリ
ンダ１４で移動自在に設けであると共に、本体１２とカ
ッタヘッドサポート１とに亘って推進シリンダ１５が連
結しである。

前記主ビーム１０に沿ってフレーム１６が摺動自在に設
けられ、このフレーム１６と前記本体１２はリンク１７
で連結してあり、フレーム１６は本体１２とともに主ビ
ーム１０に沿って前後に移動するようになり、前記フレ
ーム１６には穿孔機１８のガイドセル１９が軸２０で揺
動自在に設けられ、このガイドセル１９ｆこ沿ってドリ
ルロッド２１を駆動するモータ２２が揺動自在に設けら
れて穿孔機１８を構成している。

前記フレーム１６のドリルロッド２１より後側に押え機
構２３が設けられ、この押え機構２３はシリンダ２４で
押え片２５を移動するようにしである。

前記主フレーム１０におけるプロテクタ９の後端側と対
向する位置に環状レール２６が設けられ、この環状レー
ル２６に沿って旋回体２７が図示しないモータ、ビニオ
ン、リングギヤ等を介して回転自在に設けてあり、この
旋回体２７にセグメント支持機構２８が設けられてエレ
クタ装置１２９を構成している。

前記セグメント支持機構２８は第７図〜第９図に示すよ
うに、旋回体２７に平行リンク３０を介してボックス３
１を上下動自在に設けてあり、そのボックス３１に設け
たロッド３２に沿ってスライド体３３がトンネルの軸線
方向に摺動可能に設けられ、そのスライド体３３にプレ
ート３４が設けてあり、そのプレート３４は円弧状に弯
曲し、かつＬ形の満３５が左右にそれぞれ形成してあり
、ハーフセグメント３６に設けた取付ビン３７がＬ形の
溝３５に嵌合してハーフセグメント３６がプレート３４
に支持されるようにしである。

前記主ビーム１０に沿ってレール３８が配設され、この
レール３８に沿ってホイスト３９が移動自在に設けられ
てセグメント搬入袋！！４０を構成し、ハーフセグメン
ト３６をホイスト３９で吊り下げてレール３８に沿って
前記セグメント支持機構２８まで搬送し、ハーフセグメ
ント３６をプレート３４に支持した後に旋回体２７を旋
回することでハーフセグメント３６をプロテクタ９の真
下まで持ち上げできるようにしである。

前記ハーフセグメント３６は第１０図のように鋼製・木
製又は強化プラスチック製等のプレー）３６ａと、その
外周面に接着した弾性体３６ｂとから威り、一対の透孔
３６ｅ、３６ｃが穿孔され、坑壁に固定したロックボル
ト４１を透孔３６ｃに抑通し、かつナツト４２を螺合す
ることで弾性体３６ｂを弾性変形してプレート３６ａが
坑壁４３に密着するように取付けられる。

前記主ビーム１０は中空長尺材となり、その内部にベル
トコンベヤ等のズリ搬送装置４４が設けである。

次に前述の全断面トンネル掘進装置によるトンネルの構
築方法を説明する。

グリッパシュー１３をシリンダ１４によってトンネルの
坑壁４３に圧着してアンカとし、−端をグリッパシュー
２に他端をカッタヘッドサポート５にビン結合したスラ
ストシリンダダ１５を伸長させて、カッタヘッドサポー
ト１、カッタヘッド２を推進させつつカッタヘッドサポ
ート１に回転自在にマウントされたカッタヘッド２をモ
ータ５によって回転駆動し、カッタヘッド５の前面に取
付けたカッタ３によって切羽４５の岩盤を掘削する。掘
削きれた岩石ズリは切羽４５のトンネル下部に堆積し、
カッタヘッド２の外周に設けたパケット４で掬い上げら
れて、ズリ搬出装′１Ｉｔ４４でトンネル掘進装置の後
方に排出される。

推進シリンダ１５の１ストロークＳの掘削が完了すると
、グリッパシュー１３を縮めてグリッパ装ｆｉｌｌを主
ビーム１０に沿って１ストローク前進させ、再びグリッ
パシ：Ｌ−１３を坑壁４３に圧着させて次ストロークの
掘削を行う。

掘進中のカッタヘッドサポート１、カッタヘッド２の重
量はフロントバーチカルジュー８で支持し、トンネル坑
底上をスライドして前進する。又サイドサポート７、ル
ーフサポート６はシリンダによってそれぞれ坑壁８に軽
く圧着され、カッタヘッドサポート１、カッタヘッド２
の掘削中の安定を保ち、又地盤の崩落を防止する。

以上の様にしてトンネルを順次掘進する際に、トンネル
掘進装置の後方から搬入されたノ＼−フセグメント３６
をルーフサポート９の下部より坑壁４３に取付ける。

つまり、ハーフセグメント３６は、レール３８およびホ
イスト３９からなるセグメント搬入装置４０によって、
プロテクタ９の下方位置まで搬入され、エレクタ装置２
９のセグメント支持機構２８に支持され、旋回体２７の
回転運動によってプロテクタ９の直下部まで持ち上げら
れる。

具体的には、ハーフセグメント３６をホイスト３９で吊
り下げてホイスト３つとともにレール３８に沿って移動
され、ハーフセグメント３Ｂに設けた回付ビン３７をプ
レート３４のＬ型の溝３５に嵌合してプレート３４に支
持し、旋回体２７を旋回してハーフセグメント３６を′
！Ｂｌ１図（ａ）のようにプロテクタ９の直下部まで持
ち上げる。

カッタヘッド２が１ストロークＳだけ前進して掘進が終
了すると、前述のようにして推進シリンダ１４でグリッ
パ装置１１を前方に移動する。

これにより、リンク１７で本体１２に連結されたフレー
ム１６が第１１図（ｂ）のようにグリッパ装置１１とと
もに前進してハーフセグメント３６の下方に位置する。

この状態でシリンダ２４で押え片２５を押し上げて八−
フセグメント３６をプロテクタ９の内面に押しつけ保持
する。この時、セグメント支持機構２９は平行リンク３
０で平行に上方に移動する。

ハーフセグメント３６とプレート３４を分離して旋回体
３７を回転させることでセグメント支持機構２８を第１
１図（ｃ）のように下方に移動してセグメント受は位置
に戻す。

クランプ装置１１のクランプシュー１３を坑！！１４３
に押しつけた状態で前述のようにカッタヘッド２を前進
させて掘進する。

この掘進中に穿孔機１８のドリルロッド２１でハーフセ
グメント３６に透孔３６ｃを穿孔し、かつプロテクタ９
のスリット溝９ａを貫通して坑壁４３にロッド孔を穿孔
し、その穿孔した透孔３６Ｃ１スリツト溝９ａよりロッ
ド孔にロックボルト４１をｆｆｌｌＯ図のように挿入し
てグラウチング等の手段で固定し、ナツト４２を螺合し
て仮止めする。

そして、第１１図（ｄ）のようにプロテクタ９がハーフ
セグメント３６より離れたらナツト４２を強く締付ける
。

第１２図はハーフセグメント３６の変形例を示し、プレ
ート３６ａの外周面に袋状に成形した弾性体３６ｄを設
け、プレート３６ａより注入バイブ３６ｅを弾性体３６
ｄ内に開口させてハーフセグメント３６としてあり、坑
壁３４にロックボルト４１とナツト４２で取付けた後に
、注入バイブ３６ｅよりモルタル等の自硬性材料４６を
袋状の弾性体３６ｄ内に注入し、坑壁４３との密着性を
更に向上できるようにしである・ｌ１１３図はハーフセ
グメント３６の縦方向断面図であり、プレート３６ａの
両端部に相互に係合する雄側係合部４７と雌側係合部４
８を形成してあり、既設のハーフセグメント３６の雌側
係合部４８に新しいハーフセグメント３６の雄側係合部
４７を係合して連続して取付けできるようにしである。

このようにすれば、坑壁４３に縦方向の凹凸があっても
ロックボルト４１とナツト４２の締付けと前述の雌側係
合部４８と雄側係合部４７の係合部とによって安定した
取付けできる。

以上説明したトンネルの天盤崩落防止方法は、トンネル
掘進装置によって掘削した切羽４５に近接した位置にお
いて、プロテクタ９によって天盤を支持した状態で天盤
を露出させることなくハーフセグメントで覆って天盤の
崩落を防止でき、しかもカッタヘッド２で掘進中におい
てハーフセグメント３６を取付けるから、掘削効率を低
下させることがなく、全断面機械式掘削方法を適用して
効率的、かつ安全にトンネルを構築できる。

また、天盤崩落の原因となる岩塊の移動をハーフセグメ
ント３６で防止することで天盤の崩落を防止するので、
軽量のハーフセグメントで確実に天盤崩落を防止でき、
ハーフセグメントの搬入、持ち上げ、取付けを簡単にで
きる。

また、セグメント搬入装置４０でハーフセグメント３６
をエレクタ装置２９まで搬入し、エレクタ装ｇ１２９の
セグメント支持機構２８でハーフセグメント３６をプロ
テクタ９の真下まで搬送し、押え機構２３でハーフセグ
メント３６をプロテクタ９に押えつけながら、穿孔機１
８でロッド孔を穿孔してロックボルト４１、ナツト４２
でハーフセグメント３６を取付けできるから、ハーフセ
グメントの取付は作業を省力化できると共に、狭隘なス
ペース内で安全かつ効率的に取付は作業できる。

〔発明の効果〕

１、カッタヘッド２とともにカッタヘッドサポート１が
移動する際にプロテクタ９が移動しても、そのプロテク
タ９の移動した坑壁４３の上方部分をハーフセグメント
３６で支え、プロテクタ９がハーフセグメント３６より
離れた時にハーフセグメント３６を坑壁４３の上部に取
付けるので、トンネル掘進装置によって掘進した切羽４
５に近接した位置において、プロテクタ９によって天盤
を支持した状態で天盤を露出させることなくハーフセグ
メントで覆って天盤の崩落を防止で・き、しかもカッタ
ヘッド２で掘進中においてハーフセグメント３６を取付
けるから、掘削効率を低下させることがなく、全断面機
械式掘削方法を適用して効率的、かつ安全にトンネルを
構築できる。

また、天盤崩落の原因となる岩塊の移動をハーフセグメ
ント３６で防止することで天盤の崩落を防止するので、
軽量のハーフセグメントで確実に天盤崩落を防止でき、
ハーフセグメントの搬入、持ち上げ、取付けを簡単にで
きる。

２、セグメント搬入装置４０でハーフセグメント３６を
エレクタ装置２９まで搬入し、エレクタ装置２つのセグ
メント客待機構２８でハーフセグメント３６をプロテク
タ９の真下まで搬送し、押え機構２３でハーフセグメン
ト３６をプロテクタ９に押えつけながら、穿孔機１８で
ロッド孔を穿孔してロックボルト４１、ナツト４２でハ
ーフセグメント３６を取付けできるから、ハーフセグメ
ントの取付は作業を省力化できると共に、狭隘なスペー
ス内で安全かつ効率的に取付は作業できる。

【図面の簡単な説明】

３ｉ１図〜第１０図は本発明に係る方法を実施する装置
の一例を示し、第１図は全体正面図、第２図、第３図、
第４図、第５図は第１図の■−■線、■−ｍ線、ＩＶ−
ＩＶ線、Ｖ−Ｖ線断面図、第６図はｔＲ１図のＶｌ−Ｖ
ｌ線断面図、第７図は第１図の■部拡大説明図、第８図
は第７図の■−■線断面図、第９図は第８図の平面図、
第１０図はハーフセグメントの取付状態説明図、ｆｆｌ
ｌｌ図（ａ）〜（ｄ）はハーフセグメントの取付動作説
明図、第１２図はハーフセグメントの変形例を示す取付
状態の断面図、ｍ１３図はハーフセグメントの縦方向断
面図、ｍ１４図は天盤崩落の説明図である。 １はカッタヘッドサポート、２はカッタヘッド、９はプ
ロテクタ、１０は主ビーム、１１はグリッパ装置、１５
は推進シリンダ、１６はフレーム、１８は穿孔機、２３
は押え機構、２８はセグメント支持機構、２９はエレク
タ装置、３６はハーフセグメント、４０はセグメント搬
入装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カッタヘッド２を備えたカッタヘッドサポート１と
   グリッパ装置１１を相対的に前後移動してカッタヘッド
   ２の回転によって切羽４５を順次掘削してトンネルを構
   築する際に、前記カッタヘッドサポート１の後側に設け
   られたプロテクタ９にハーフセグメント３６を押しつけ
   保持しながらプロテクタ９のみをカッタヘッドサポート
   １とともに前進させ、プロテクタ９がハーフセグメント
   ３６より離れたらハーフセグメント３６を坑壁４３の上
   部に取付けるようにしたトンネルの天盤崩落防止方法。 ２、カッタヘッド２を備えたカッタヘッドサポート１に
   主ビーム１０とプロテクタ９を後方に向けて設け、その
   主ビーム１０にグリッパ装置１１を前後移動自在に設け
   ると共に、そのグリッパ装置１１とカッタヘッドサポー
   ト１とに亘って推進シリンダ１５を連結し、前記グリッ
   パ装置１１とともに移動するフレーム１６に穿孔機１８
   と押え機構２３を上向きに設け、前記主ビーム１０にお
   けるプロテクタ９の下方位置にセグメント支持機構２８
   を上下方向に回転移動するエレクタ装置２９を設けると
   共に、該エレクタ装置２９と主ビーム１０後部とに亘っ
   てハーフセグメントを搬入するセグメント搬入装置４０
   を設けたことを特徴とするトンネルの天盤崩落防止装置
   。