JPH06235287A

JPH06235287A - 拡幅用トンネル掘削機

Info

Publication number: JPH06235287A
Application number: JP4454293A
Authority: JP
Inventors: Aritaka Fukuda; 有孝福田; Kazunori Yamanaka; 和典山中
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】既存の馬蹄形断面のトンネルの老朽化および
同断面形状のトンネルを含む既存の小口径トンネルの拡
幅要求に対応して、新規にトンネルを掘削するのに比べ
て低いコストで、効率的にかつ確実にトンネルを拡幅可
能な、拡幅用トンネル掘削機を提供する。【構成】掘削機本体１の先端に、カッターヘッド６が
回動自在に支持され、このカッターヘッド６は、前面の
中心部分６ａを開口させるとともに、この開口６ａから
軸方向に連続して貫通する開口６ｂを設けている。ま
た、掘削機本体１の中心部分が全長にわたり空間１２に
形成され、この空間１２がカッターヘッド６の中心部分
の開口６ａ・６ｂに連続し、空間１２（開口６ａ・６ｂ
を含め）内に排土装置を設置できるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、既存のトンネル又は
あらかじめ掘削されたトンネル(以下、単に既存のトン
ネルという）の口径を拡げるための拡幅用トンネル掘削
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のトンネル掘削機として、英国特
許第５，３１７号に記載のパイロット・リーミング方式
の掘削機がある。この方式の掘削機は、図示を省略する
が、開口断面が円形のパイロットトンネル内に挿入さ
れ、グリッパーおよび伸縮機構を備えた先導部（パイロ
ット機）と、この先導部の後端に接続され、拡幅用カッ
ターディスクを備えた後続部（リーミング機）とからな
り、パイロットトンネルの内周壁にグリッパーを押圧し
て先導部を固定し、後続部のカッターディスクを回転さ
せて伸縮機構により後続部を引き寄せることにより、パ
イロットトンネルの周囲を掘削してトンネルを拡幅する
構造からなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方式の拡幅用トンネル掘削機は、たとえば、既
存の発破工法により造られた馬蹄形断面のトンネルの拡
幅工事には、適用できない。それは、先導部のグリッパ
ーが専ら円形断面のトンネルの内周壁をグリップするよ
うになっており、覆工方式により断面形状が違う馬蹄形
断面のトンネルに対して十分なグリッパーの機能がな
い。

【０００４】また、従来の拡幅用トンネル掘削機は、後
続部のカッターディスクは先導部（いいかえれば、パイ
ロットトンネル）を中心にしてその周囲を掘削する構造
になっているため、先導部と後続部の中心位置が一致す
る。したがって、既設トンネル（先導部相当）と新規拡
幅トンネルの中心位置をずらす必要がある場合には、適
用できない。

【０００５】さらに新規にトンネルを掘削するためのト
ンネル掘削機などの、円盤状のカッターヘッド５２の前
面に多数のカッター５３を取り付けた全断面掘削用の一
般的な掘削機５１（図７参照）で、既存のトンネルを拡
幅することが考えられるが、この場合には、掘削機本体
の前方がカッターヘッド５２で塞がれており、既存のト
ンネル側へ土砂を排出するとき、カッターヘッド内へ土
砂を取り込み、その土砂を排土装置へ送り込む連続作業
ができないため、掘削効率に欠ける。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
既存の馬蹄形断面のトンネルの老朽化および同断面形状
のトンネルを含む既存の小口径トンネルの拡幅要求に対
応して、新規にトンネルを掘削するのに比べて低いコス
トで、効率的にかつ確実にトンネルを拡幅可能な、拡幅
用トンネル掘削機を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の拡幅用トンネル掘削機は、a)既存のトンネ
ル又はあらかじめ掘削されたトンネルをさらに掘削して
拡幅したトンネルの坑壁に当接可能なグリッパーを、掘
削機本体の外周面より半径方向に出入自在に設け、b)掘
削機本体の先端に回転可能に装備されるカッターヘッド
の中心部分に、ほぼ既存トンネルの大きさに相当する開
口部を設け、c)その開口部を掘削機本体の中心部分に設
けた空間と連続させることにより、掘削機全長にわたり
中心部分に一貫した空間を設けている。

【０００８】また請求項２記載のように、d)前記カッタ
ーヘッドの開口を貫通して排土装置を掘削機本体の前方
側へ設置することができる。

【０００９】

【作用】上記した構成の本発明の拡幅用トンネル掘削機
によれば、既存のトンネルに対し、掘削機本体先端のカ
ッターヘッドを回転させながら圧し当て、トンネルの周
囲をカッターヘッドで掘削して拡幅することができる。
このとき、掘削機本体の推進は、拡幅した円形断面のト
ンネルの坑壁（内周壁）に対し、グリッパーを当接して
固定することにより、その坑壁で反力を受けることで行
われる。そして、カッターヘッドによる掘削時に生じる
土砂（ずりともいう）の排出は、主としてトンネルの立
地条件に合わせてカッターヘッドの前方か後方かを選択
し、その選択に基づいて排土装置を、カッターヘッドの
中心部分の開口および掘削機本体の中心部分の空間より
前方又は後方に設置することにより、既存のトンネルあ
るいは拡幅されたトンネルを通じて適宜行うことができ
る。また、掘削作業時には、カッターヘッドの中心部分
の開口から前方の拡幅前のトンネルの位置を確認しなが
ら、掘削作業を遂行し得る。

【００１０】とくに請求項２記載の掘削機によれば、掘
削時に生じる土砂を、カッターヘッドの開口を通じ排土
装置により前方へ排出することで、前方（既存）のトン
ネルを利用して排土できる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の拡幅用トンネル掘削機の実
施例を図面に基づいて説明する。図１は本実施例にかか
る拡幅用トンネル掘削機の中央縦断面図、図２は図１の
シールド掘削機のＸ方向矢視図、図３は右半分がカッタ
ーヘッドの正面図で左半分が図１のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【００１２】図１に示すように、トンネル掘削機の本体
１は中空の円筒体からなり、前胴１ａと中胴１ｂと後胴
１ｃとに分割され、前胴１ａと中胴１ｂとが中折れピン
２ａで水平方向に屈曲自在に連結され、また中胴１ｂと
後胴１ｃとが中折れリンク２ｂで水平・垂直方向に屈曲
自在に連結されている。中胴１ｂは内筒１ｂ−１と外筒
１ｂ−２とを摺動自在に重合した２重シールド構造から
なり、内筒１ｂ−１側が前胴１ａに、外筒１ｂ−２側が
後胴１ｃにそれぞれ連結されている。さらに、前胴１ａ
の後壁と後胴１ｃの前壁とが複数本の推進用ジャッキ３
で連結され、これらの推進用ジャッキ３の伸縮動作によ
り、中胴１ｂの内筒１ｂ−１と外筒１ｂ−２が相互に摺
動して重合部分の長さが変化し、前胴１ａと後胴１ｃの
間隔が変わる。

【００１３】後胴１ｃの両側には、図２のようにリヤグ
リッパー４がシリンダ装置（図示せず）を介してその外
周プレートから外方へ出入自在に配備されている。また
前胴１ａにも、複数のフロントグリッパー５が図１のよ
うにシリンダ装置５ａを介し外周プレートから出入自在
に配備されている。

【００１４】掘削機本体１（前胴１ａ）の先端に、カッ
ターヘッド６が回動自在に支持されている。このカッタ
ーヘッド６の支持構造は、その外周付近を軸受７で回動
自在に支持した外周支持タイプで、前胴１ａ内に配設さ
れた駆動モーター２０によりギヤ２０ａを介しカッター
ヘッド６が回転される。カッターヘッド６は、前面の中
心部分６ａを開口させるとともに、この開口６ａから軸
方向に連続して貫通する開口６ｂを設けている。また、
前方の環状面板６ｃを図１のように円錐状に傾斜させる
とともに、環状面板６ｃにはその円周方向に間隔をあけ
て土砂取り入れ口６ｄを開口させている。また各土砂取
り入れ口６ｄの反回転（カッターヘッド６の）側に、板
状のスクレーパ８を円錐状の面板６ｃに沿って前方へ突
設している。

【００１５】環状面板６ｃに続く外周面６ｆにも、円周
方向に間隔をあけて土砂取り入れ口６ｅを開口させてい
る。そして、各土砂取り入れ口６ｅの反回転（カッター
ヘッド６の）側からバケット状のスクレーパ９を、図３
のように回転側にかけて円周方向に沿って延設してい
る。さらに，カッターヘッド６内の一部（下半分）にお
いて、図３のように、前胴１ａの前壁に固設した支持台
１０ａ上に土砂収集用のホッパー１０を固定している。
また、環状面板６ｃ上には、多数のローラーカッター１
１を取り付けている。

【００１６】上記したとおり、本発明の実施例にかかる
トンネル掘削機は、掘削機本体１の中心部分が全長にわ
たり空間１２に形成され、この空間１２がカッターヘッ
ド６の中心部分の開口６ａ・６ｂに連続し、空間１２
（開口６ａ・６ｂを含め）内に排土装置を設置できるよ
うに構成されている。したがって、本シールド掘削機で
は、ベルトコンベヤやシュートなどの排土装置をトンネ
ルの立地条件に応じてカッターヘッド６の前方へ設けた
り、あるいは従来の掘削機と同様にカッターヘッド６か
ら掘削機本体１の後方へ設けたりできる。以下に、その
実施例を示す。

【００１７】図４は掘削ずりを掘削機の前方へ排出する
方式のトンネル掘削機の先端部分を示す中央縦断面図で
ある。同図に示すように、カッターヘッド６の開口６ａ
・６ｂ内に、排土用シュート１３を前方下向けに配置
し、支持部材１４によりカッターヘッド６とは接触しな
いように支持している。このトンネル掘削機の場合は、
カッターヘッド６のローラーカッター１１で掘削された
時に生じる掘削ずりが、スクレーパ８・９で掬い上げら
れ、土砂取り入れ口６ｄ・６ｅからシュート１３上に落
下し、シュート１３に沿って既存トンネルＡ内のカッタ
ーヘッド６の前方へ排出される。

【００１８】図５も掘削ずりを掘削機の前方へ排出する
方式のトンネル掘削機を示す中央縦断面図である。同図
に示すように、比較的長尺のベルトコンベヤ１５を、前
胴１ａの中央付近からカッターヘッド６の開口６ａ・６
ｂを挿通させて前方へ張出している。ベルトコンベヤ１
５は、その基端部を前胴１ａの環状フレーム１６に固設
した支持台１７上およびホッパー１０（図３）の支持台
１０ａ上にそれぞれ固定している。なお、ホッパー１０
は取り除き、ベルトコンベヤ１５をカッターヘッド６と
は接触しないように、開口６ａ・６ｂから前方へ張出さ
せている。このトンネル掘削機の場合は、掘削された時
に生じる掘削ずりはスクレーパ８・９で掬い上げられた
のち、土砂取り入れ口６ｄ・６ｅからベルトコンベヤ１
５のコンベヤベルト１５ａ上に落下し、反時計方向に回
転するコンベヤベルト１５ａで前方へ送られ、既存トン
ネルＡ側に排出される。

【００１９】図６は掘削ずりを掘削機の後方へ排出する
方式のトンネル掘削機を示す中央縦断面図である。同図
に示すように、長尺のベルトコンベヤ１８を前胴１ａの
ホッパー１０の支持台１０ａ上から掘削機本体１の空間
１２内を通して、本体１の後方へ延設している。また、
カッターヘッド６の開口６ａ内には、ベルトコンベヤ１
８のコンベヤベルト１８ａ上に掘削ずりを導くためのホ
ッパ１０を取り付けている。このトンネル掘削機の場合
は、掘削された時に生じる掘削ずりがスクレーパ８・９
で掬い上げられたのち、土砂取り入れ口６ｄ・６ｅから
ホッパ１０を介してコンベヤベルト１８ａ上に落下し、
時計方向に回転するコンベヤベルト１８ａで掘削機本体
１の後方へ送られ、排出される。

【００２０】以上、掘削ずりの排出構造の異なる３つの
実施例を示したが、ここで、本発明のトンネル掘削機の
掘削動作について図１および図３を参照して説明する。

【００２１】図１は岩盤に発破工法などにより掘削され
た馬蹄形トンネルＡを断面円形の大口径トンネルＢに拡
幅する作業状態を示している。図１に示すように、トン
ネル掘削機１は拡幅側のトンネルＢ内に配置され、リヤ
グリッパー４を張り出して坑壁に押し付けることにより
後胴１ｃを固定し、カッターヘッド６を回転させながら
推進用ジャッキ３を徐々に伸長し、前胴１ａとともにカ
ッターヘッド６を前進させる。これにより、トンネルＡ
とトンネルＢのコーナー部をカッターヘッド６の円錐状
面板６ｃ（のローラーカッター１１）で、鉛直方向に対
し適当な角度（たとえば３０゜）をもって切羽Ｃを押さ
え、崩壊を防止しながら掘削される。なお、前胴１ａが
前進するのに伴って、中胴１ｂの内筒１ｂ−１側が外筒
１ｂ−２に対し前方へ摺動し、両筒１ｂ−１・１ｂ−２
の重合箇所が減少して中胴１ｂが延びる。

【００２２】またカッターヘッド６の前面の板状スクレ
ーパ８の形状は、トンネルＡとＢの断面の段差に合わせ
ておくことにより、図３のように地山より掘削された土
砂（ずり）Ｓを掬い上げ、土砂取り入れ口６ｄからカッ
ターヘッド６内のホッパー１０に取り込まれる。取り残
されたずりＳ’は、外周のバケット状スクレーパ９によ
って掬い上げられたうえ、土砂取り入れ口６ｅからホッ
パー１０に取り込まれる。このようにして掘削ずりＳ・
Ｓ’は、ホッパー１０に取り込まれ、切羽の下方から一
掃される。なお、トンネルＡ・Ｂの立地条件により、掘
削ずりを排出する方向を決定し、トンネル掘削機をたと
えば上記した図４〜図６の排出構造のうちから選択して
おく。

【００２３】図１において、カッターヘッド６が前進し
ながらトンネルＡの周囲を掘削し、推進用ジャッキ３が
最大限伸長されると、今度は前胴１ａのフロントグリッ
パー５を張り出して坑壁に押し付け前胴１ａを固定する
とともに、後胴１ｃのリヤグリッパー４を引っ込め、推
進用ジャッキ３を収縮して後胴１ｃを前胴１ａ側へ引き
寄せる。このとき、中胴１ｂの内筒１ｂ−１に対し外筒
１ｂ−２が前方へ摺動し、両筒１ｂ−１・１ｂ−２の重
合箇所が増加して中胴１ｂが縮む。このあと、後胴１ｃ
のリヤグリッパー４を張り出して坑壁に押し付けること
により後胴１ｃを固定し、前胴１ａのフロントグリッパ
ー５を引っ込める。そして、カッターヘッド６を回転さ
せながら推進用ジャッキ３を徐々に伸長し、上記した手
順を繰り返すことにより掘削作業が遂行される。

【００２４】ところで、本発明のトンネル掘削機の一例
を上記したが、これに限定されるものではなく、例えば
下記のように実施することもできる。

【００２５】ａ．トンネル掘削機の後部に、セグメント
壁を構築するためのエレクターを装備する。

【００２６】ｂ．トンネル掘削機本体１を、前胴と後胴
とを摺動自在に連結した２胴構造とし、水平方向に屈曲
可能にするための中折れピン２ａと中折れリンク２ｂと
を省いて構造を簡素化する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の拡幅用トンネル掘削機には、次のような効果が
ある。

【００２８】(1) 拡幅したトンネルの坑壁にグリッパー
を押し付けて掘削機の推進時の反力を受けるようにした
から、拡幅前のトンネルの断面形状に関係なく、たとえ
ば発破工法による馬蹄形断面のトンネルの老朽化および
同断面形状のトンネルを含む既存の小口径トンネルの拡
幅要求に対応できる。

【００２９】(2) カッターヘッドの中心部分を開口させ
るとともに、掘削機本体の中心部分も全長にわたり開口
して排土装置を設置可能な空間を設けたから、掘削時に
生じる土砂をトンネルの主として立地条件に応じて掘削
機の前方および後方のいずれの側へも排出することがで
き、便利であり、作業効率も向上する。

【００３０】(3) 拡幅用トンネル掘削機により、既存の
トンネルを拡幅することは掘削容量が少なくてすみ、工
程の短縮が図れる。このため、新規に同形状断面のトン
ネルを掘削する場合に比べて、経済的である。

【００３１】(4) 施工条件により、既存トンネルの中心
と新規拡幅トンネルの中心とをずらすことができ、便利
である。

【００３２】(5) 請求項２記載の掘削機では、掘削時に
生じる土砂をカッターヘッドの開口を通じ排土装置によ
り前方へ排出することにより、既存のトンネルを利用し
て排土できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の拡幅用トンネル掘削機の実施例を示す
中央縦断面図である。

【図２】図１のトンネル掘削機のＸ方向矢視図である。

【図３】図面の右半分が図１のトンネル掘削機のカッタ
ーヘッドの正面図で、左半分が図１のＹ−Ｙ線断面図で
ある。

【図４】本発明の実施例にかかる、掘削ずりを掘削機の
前方へ排出する方式のトンネル掘削機の先端部分を示す
中央縦断面図である。

【図５】本発明の他の実施例にかかる、掘削ずりを掘削
機の前方へ排出する方式のトンネル掘削機を示す中央縦
断面図である。

【図６】本発明のさらに別の実施例にかかる、掘削ずり
を掘削機の後方へ排出する方式のトンネル掘削機を示す
中央縦断面図である。

【図７】公知のシールド掘進機の先端部分を示す中央縦
断面図である。

【符号の説明】

１トンネル掘進機本体３推進用ジャッキ４・５グリッパー６カッターヘッド６ａ・６ｂ開口８・９スクレーパ１０ホッパー１２空間１３・１５・１８排土装置Ａ・Ｂトンネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】既存のトンネル又はあらかじめ掘削され
たトンネルの口径を拡げるための拡幅用トンネル掘削機
において、前記トンネルを掘削して拡幅したトンネルの坑壁に当接
可能なグリッパーを、掘削機本体の外周面より半径方向
に出入自在に設け、掘削機本体の先端に回転可能に装備されるカッターヘッ
ドの中心部分に、ほぼ既存トンネルの大きさに相当する
開口部を設け、その開口部を掘削機本体の中心部分に設けた空間と連続
させることにより、掘削機全長にわたり中心部分に一貫
した空間を設けたことを特徴とする拡幅用トンネル掘削
機。
【請求項２】前記カッターヘッドの開口を貫通して排
土装置を掘削機本体の前方側へ設置した請求項１記載の
拡幅用トンネル掘削機。