JPH06235296A - 自走式トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘削及びトンネル支持ライニングのコンク
リートキャスティングの連続作業によってトンネルを掘
削することを可能にし、その際隣接キャストセグメント
法はトンネルがトンネル掘削の方向に潜入する一連の截
頭円錐リングによって構成されるようにすることであ
る。 【構成】 作業ユニットはその他端で機械の縦方向に対
して略平行に軸線のまわりでフレームに枢支された伸縮
可能な直立部材の一端に取りつけられたアーム上に配設
されおり、作業ユニットは直線状の剛体構造物から成
り、その周囲には前記構造物の側方及び前側に沿って循
環するようにチェン上に掘削工具が配列され、前記構造
物に対して略平行な軸線上、該ユニットの側方にケイソ
ンが枢支され、ケイソンは枢支された側と反対側で開放
されかつその内方へコンクリートを搬送するための装置
を備えたトンネル掘削装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自走式トンネル掘削装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】公知のトンネル掘削方法は実用的なトン
ネル横断面に相応する土壌を掘削する前に最終的なトン
ネル支持ライニングを構成することから成る。

【０００３】達成されるべきかなりの厚さ（３０〜１２
０ｍｍ）のライニングを可能にするこの方法は開閉パネ
ル技術による隣接した一連のキャストセグメントの構成
により実施される。この技術で各パネルは地中にカッタ
ユニットを挿入しかつカッタユニットを縦に通るキャス
トチューブによって工具の掘削中コンクリートをキャス
ティングすることより形成される。閉鎖セグメントは２
つのキャストセグメントを形成するコンクリートの一部
分の切削後に行われる。この操作の目的は新たな閉鎖セ
グメントとの良好な接触・接続を保証するために、最初
のセグメントの既に硬化したコンクリートの表面をドレ
ッシングすることである。ドレッシングはコンクリート
キャストの如何なる再使用でも構造作業に正しく使用さ
れる。

【０００４】この方法で得られたキャストセグメントの
深さは略８. ６ｍであり、その後セグメントによって被
われた土壌は略７ｍの深さに掘削される。この後一連の
キャストセグメントが作られ、続いて掘削が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、掘削
及びトンネル支持ライニングのコンクリートキャスティ
ングの連続作業によってトンネルを掘削することを可能
にし、その際隣接キャストセグメント法はトンネルがト
ンネル掘削の方向に潜入する一連の截頭円錐リングによ
って構成される一層迅速な方法によって置換することで
ある。

【０００６】本発明の他の課題は、短縮された時間内に
トンネルを形成すること、及び縦キャストセグメントか
ら形成されるリングの場合に発生するような浸水の問題
を克服することである。

【０００７】他の課題は、予備裂開のために通常使用さ
れる方法の制限を克服することである。予備裂開は一時
的な厚さの減少したライニング（１５〜２５ｍｍ）を形
成するトンネル構造において使用される。これはカッタ
チェンを使用し、カッタチェンはトンネルの外周に沿っ
て地中にアキシャル方向に挿入されかつその進展に倣っ
て略３〜５ｍのキャストセグメントを形成するために駆
動されかつ４〜５ｍの深さを有する。この方法で形成さ
れたキャビティはカッタチェンが引き出された場合にス
プレーによりコンクリートを充填される。この方法の第
１の制限は得られる厚さが小さいことであり、これは撓
み応力のためであり、撓み応力はカッタチェンとベース
機械支持部との間の接続部に生ずる。第２の制限は土壌
がスプレーされたコンクリートによってセグメントキャ
ビティを充填することができるためにセルフサポート
（カッタによって形成されたキャビティがそのままの状
態で保持されること）されなければならないことであ
る。一方本発明はモジュールの進行と同時にカッタモジ
ュールによって形成されるキャビティ内で及びカッタモ
ジュールを備えた剛体ケイソンの内方でキャスティング
が行われることを可能にする。

【０００８】本発明の他の課題は新しいカッタ要素を使
用する装置を提供することであり、そのカッタ要素は地
中に挿入された場合に（第１の開放仕切板を形成する場
合）掘削されるべきセクションの進展に倣って横に動く
ことができ、従ってその直後に、掘削されたキャビティ
が同時にポンプで搬送されたコンクリートを充填され
る。

【０００９】その結果開閉セグメントは最早形成され
ず、代わりに、単一の円形（むしろ截頭円錐）のリング
／丸天井が形成される。土壌又は岩は従って掘削工具
（土壌又は岩の硬さに依存してシュー、ピック又はカッ
タ）を支持するチェンの片側に沿って切削される。カッ
タモジュール支持体及び案内構造に撓み又は捩じりを生
じさせないために一連のローリング及び又はスライド要
素が設けられており、その目的はカッタモジュールを案
内し及び又は保持し、一方同時にカッタモジュールを正
しい掘削ライン上に保持しかつカッタ要素を支持構造に
接続する要素上での撓み応力を除去することである。掘
削の開始から終了までの間これらの案内部材はカッタ要
素のアウトライン内に保持され従って切削工程中、案内
部材は土壌又は岩に反作用するように一連のカム／ピス
トン（又は他の部材）によってアウトラインの外側を移
動する。これらの案内部材は機械的軸又は液圧的又は同
等の接続装置によりカッタ要素の進行（回転）と同期し
て操作されることができる。

【００１０】本発明の他の課題は、単一型でありかつ周
囲の外方の土壌によってもたらされる応力を吸収するた
め及び不均等な荷重を均等化するためにより適切な構造
リングを構成することを可能にする機械を提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの目的及び利点は
本発明によりクローラトラック上に取りつけられかつ安
定化足部、少なくとも1 つの作業ユニットを操作するパ
ワーユニット及び運動及び位置決めの補助操作部とから
成るピストンを備えたフレームから成るトンネル掘削装
置によって達成され、作業ユニットは伸縮可能な直立部
材の一端に取りつけられたアーム上に配設されており、
直立部材はその他端で機械にその縦方向に略平行に軸線
のまわりに枢支されているトンネル掘削装置において、
作業ユニットは直線状の剛体構造物から成り、その周囲
には前記構造物の側方及び前側に沿って循環するように
チェン上に掘削工具が配列されており、前記構造物に対
して略平行な軸線上、該ユニットの側方にケイソンが枢
支されており、ケイソンは枢支された側と反対側で開放
されかつ内方へコンクリートを搬送するための装置を備
えていることを特徴とする前記トンネル掘削装置により
達成される。

【００１２】２つの好適なしかしこれに限定されない本
発明による装置の実施例の構造的及び操作的特性を図面
を参照して説明する。

【００１３】

【実施例】図１によれば、２０は本発明による自走式ト
ンネル掘削装置を示す。装置２０は外フレーム２２上に
取りつけられたスラスト軸受２３によって水平軸線Ｘの
まわりに回転可能に支持された中央フレーム２１から成
る。フレーム２２は装置の全ての作業成分を操作するこ
とができる駆動ユニット２４を支持しかつ伸縮可能な位
置決め装置３０及び３４によって懸架され、位置決め装
置は装置２０の確実な固定及びそのトンネルと同軸的な
正しい位置決めを行なう（図２）。

【００１４】図１によれば、トンネル掘削装置は伸縮可
能な直立部材２５から成り、その目的は２６で表される
掘削モジュール又は掘削モジュール群の支持及びその高
さ及び傾きの調整にある。自走式トンネル掘削装置２０
はその前面に土壌の除去のための掘削ユニット２７を有
する。

【００１５】装置２０の前端のベース上にスクレーパユ
ニット２８が有り、その目的は掘削岩屑及び土壌除去岩
屑の双方を集積しかつコンベァベルト３１を介して装置
２０の後方に位置決めされた搬送車３２上に運ぶことに
ある。

【００１６】トンネル掘削装置は装置２０の移動のため
の２つのクローラトラックユニット２９及び４６によっ
て完成されている。クローラトラックユニット４６は構
造の安定性を高めるために開脚可能である。

【００１７】図３及び図４によれば、これらは変形され
た実施例を示し、即ち図１及び２に示された装置と概念
的には同様であるが、部分丸天井又は円形アーチ型のト
ンネル断面を形成するために構成されている。

【００１８】図３及び図４に見られるように、装置２０
はクローラトラックユニット２９及び４５を介して地上
に設置され、その結果トンネル軸線Ｘ’は低く位置す
る。図１及び図２の実施例と異なる部分は安定装置３
３、コンベァベルト３１’及び他の構成部材であり、こ
れらは図示してないが、装置２０が平らな又は水平に対
して傾いた表面上に又は例えば走行方向について２〜３
レーンに拡張されたトンネルの場合に既設の道路表面上
に設置される。

【００１９】掘削中にかつ作業状態において挿入される
掘削モジュール２６の平面を示す図５によれば、モジュ
ール２６は後方のケイソン３８に枢支された前方カッタ
を有する。カッタモジュール及びケイソン３８が地中に
挿入される場合、装置２０は軸線Ｘ（又はＸ’）のまわ
りに伸縮可能な直立部材２５を回転させることによって
截頭リング（装置が図１による装置であるか図３による
装置であるかに依存して完全に又は不完全に）形成する
ように作られる。この方法でモジュール２６は溝の掘削
と同時にポンプで供給されるコンクリートの充填によっ
てトンネル丸天井となる周囲を進む。それからコンクリ
ートリング中にある土壌は除去されかつ掘削、キャステ
ィング及び土壌の除去という新たなサイクルが開始され
かつ続行されることができる。

【００２０】図５によれば、モジュール２６はその前面
に掘削工具を備えている。記載の明確のために、図５及
び図７〜図１０において掘削工具３５の進行方向は矢印
Ｃによって示されている。この掘削工具３５はそれらの
構造４１の周囲に沿うチェン及び円弧上に配設されてい
る。これらの工具は掘削面での切削作用及び岩屑の除去
を行う要素である。その構造４１内に、モジュール２６
は一連の車輪３６及びシュー３７を有し、これらの目的
は正しい方法で切削ラインに沿って全切削ユニットの進
行を図り、案内しかつ必要な場合には制動することであ
る。

【００２１】図５及び図６には要素３６及び３７が掘削
／切削壁から係脱された状態で示されている。地形はト
ンネル丸天井を形成する場合にモジュールが係入し又は
係脱する対象である。要素３６及び３７はモジュールが
その切削軌道を描く場合に使用される。この段階で掘削
ラインに沿う切削モジュールの進行を制御する役目を果
たすことが要求される。

【００２２】コンクリートの入ったケイソン３８は枢支
れたコネクタ３９によって接続されたモジュール２６が
従う。ケイソンの寸法は掘削厚さに等しく、掘削壁に沿
ってこれと接触して進む。ケイソン構造は掘削壁に完全
に適合するような弾性材料から成ることができる。

【００２３】コンクリートはパイプ４０を介してポンプ
システムによって給送される。コンクリートの静圧はモ
ジュールによって形成された全キャビティを充填するの
みならず、かなりの進行スラストの伝達を補助し、掘削
面からの流体コンクリートの漏洩はコンクリートが固ま
るまで（可能なクイックセットコンクリート）保持する
カバー４９によって阻止される。この方法で掘削された
キャビティ４２は周囲の土壌の弛緩に苛まされない。図
７及び８は掘削壁と係合・係脱される位置にある駆動、
ガイド、ブレーキ車輪３６を示す。個々に操作されかつ
制御されることができるこれらの部材は本発明の部分で
はないので記載してない直接の機械的、液圧的又は等価
の接続部材（軸、モー、カム、ピストン等）によって駆
動されることができる。

【００２４】図９及び図１０は掘削壁とそれぞれ係脱す
る位置におけるガイドシュー３７を示す。これらの部材
は個別に操作されかつ制御されることができそして直接
機械的又は液圧的又は等価の接続部材（ピストン、カム
等）によって駆動されることができる。

【００２５】転動及び又はスライド要素３６及び３７は
カッタモジュールを支持構造に接続する要素上の座屈応
力を消去する。ガイド部材の他の目的は後方のキャスト
室中のコンクリートの圧力キャスティングによって生ず
るスラストを利用して、掘削されるべき材料の抵抗に基
づいてカッタモジュールの進行を制御することである。

【００２６】相異なる硬さの硬い岩構造又は層状の岩を
掘削できるために、かなりの力（張り出している構造に
よっては支持されることができない程高い）が掘削工具
（つるはし、カッタ）に伝達されなければならない。一
方ではこの力が柔らかい土壌に対して高過ぎると、工具
が地中に沈降によって締付けられることになる。

【００２７】本発明の他の重要な特徴はこの力がカッタ
要素の直ぐ後方でキャスト室４３中に圧力の下にポンプ
により供給されるコンクリートの均一なスラストとモー
タ駆動される転動／スライド要素の駆動作用（硬い地面
に対する）又はブレーキ作用との結合によって得られる
ことにある。

【００２８】カッタ要素の上方及び下方に突出している
要素（ホィール又はシュー）を駆動するために適用され
る力とキャスト室へのコンクリートのポンプによる供給
における圧力との制御の組合せはカッタ要素から無関係
にされ、掘削工具へのスラスト、従っていかなる種類及
び硬度の土壌又は岩に対する硬さのいかなるばらつきの
状況に対してもカッタ要素の進行速度を最適にする。

【００２９】コンクリートはキャスト室中で圧力の下に
置かれる、即ち −１つの側では掘削工具にスラストを伝達するケイソン
３８によって −３つの側（上方、下方及び端）では自然の土砂の質量
によって −前方では掘削面に押圧されかつモジュール２６と共に
スライド可能にされるカバー４９によって −最後の側では周囲の土壌の弛緩とカッタ要素により掘
削される領域への滑動を防止するポンプ圧力の作用によ
って所期のクィックセットの下での既にキャスティング
されたコンクリートによって、コンクリートが圧力下で
キャスト室に導入される。

【００３０】掘削部を取り囲む土壌の弛緩の欠乏はこの
方法で形成された最終的トンネルライニング上へのスラ
ストを減少させかつ作業員及び設備の双方のための最大
の安全性の下にその形成を保証する。

【００３１】理論的な切削軌道からのカッタモジュール
の偏倚は支持構造にカッタモジュールを接続する要素に
おける異常な応力を生じさせる。これらの応力の測定に
よって、電子制御システムを使用して、切削軌道の保持
及び又は修正のためにガイド及び伝達要素上に作用する
ことが可能である。

【００３２】全てのリングを製造した後、又は設計（も
しも逆アーチが直接構成されない場合）によって要求さ
れたライニングセクションの総量に従って、ガイド部材
３６及び３７はアウトライン内に引っ込められかつカッ
タモジュールは引き出され、カッタモジュールが占める
スペースは本出願人の特許出願３４４６Ａ／８９及びＴ
Ｏ９１Ａ８０５／９１の場合のようなモジュールの中央
のパイプを通してポンプにより供給されるコンクリート
が充填される。この方法で形成されたリングは略８ｍの
長さで１２０ｃｍまでの厚さを有する。

【００３３】トンネルの最終的な荷重支承ライニングを
具現すべきリングの形成のために設けられる装置は、形
成されるべきトンネルの全円形横断面又はその丸天井を
可能にするようにされる（これらの場合に設計は丸天井
の逆アーチの構造を要求する）。

【００３４】本発明は種々の利点を達成する、即ち −取り囲んでいる土壌を除去する前にトンネルの最終的
な荷重支承ライニングの形成 −支持ピストンの引き出し量を簡単に調整することによ
って相異なる直径のトンネル中で同一の装置で作業する
能力 −繊維で補強された荷重支承コンクリート構造内で常に
作業する作業員の絶対的な安全 −構成されるべき最終的荷重支承ライニングの厚さに応
じた土壌リングのみを切削することによるエネルギーの
節約 本発明は次の利点を有する、即ち −全リングを構成するための時間の減少 −個々のセグメントから形成されるリングの場合にジョ
イントで生ずるような可能な水濾過の省略 −単一の構造のリング（複数のセグメントから成るもの
の代わりに）の使用が掘削上土壌の弛緩による外部土壌
質量により作用される応力の吸収に適当でかつ荷重のば
らつきを均等化するのに適していること −更に掘削工具上にポンプで供給されるコンクリートの
均一なスラストの省エネルギー及び工具の進行運動のた
めに要求される液圧力の減少である。

【００３５】装置の２つの好適な実施例しか記載してな
いが、本発明はこれらに限定されずかつ本発明の範囲か
ら越脱することなしに実現されることができる当業者に
自明な多くの変形を含む。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、掘削及びトンネル支持
ライニングのコンクリートキャスティングの連続作業に
よってトンネルを掘削することを可能にし、その際隣接
キャストセグメント法はトンネルがトンネル掘削の方向
に潜入する一連の截頭円錐リングによって構成される一
層迅速な方法によって置換され、短縮された時間内にト
ンネルが形成され、及び縦キャストセグメントから形成
されるリングの場合に発生するような浸水の問題が克服
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による装置の第１の実施例の側面図であ
る。

【図２】図１の矢印Ａの方向に見た装置の正面図であ
る。

【図３】本発明による装置の第２の実施例の側面図であ
る。

【図４】図３の装置の矢印Ｂの方向に見た正面図であ
る。

【図５】トンネル掘削の進行中の装置の詳細の平面図で
ある。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿うアキシャル断面図で
ある。

【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うラジアル断面図
である。

【図８】他の作業配置における図７の詳細を示す図であ
る。

【図９】図５のＩＸ−ＩＸ線に沿うラジアル断面図であ
る。

【図１０】他の作業配置における図９の詳細を示す図で
ある。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削装置にして、クローラトラ
   ック上に取りつけられかつ安定化足部から成るピストン
   を備えたフレームと、少なくとも1 つの作業ユニットを
   操作するパワーユニットと、運動及び位置決めの補助操
   作部とから成るトンネル掘削装置にして、作業ユニット
   はその他端で機械の縦方向に対して略平行に軸線のまわ
   りでフレームに枢支されている伸縮可能な直立部材の一
   端に取りつけられたアーム上に配設されているトンネル
   掘削装置において、 作業ユニットは直線状の剛体構造物から成り、その周囲
   には前記構造物の側方及び前側に沿って循環するように
   チェン上に掘削工具が配列されており、前記構造物に対
   して略平行な軸線上、該ユニットの側方にケイソンが枢
   支されており、ケイソンは枢支された側と反対側で開放
   されかつその内方へコンクリートを搬送するための装置
   を備えていることを特徴とする前記トンネル掘削装置。
2. 【請求項２】 ケイソンは作業ユニットによって実施さ
   れる掘削の深さと略等しい高さを有する、請求項1 記載
   のトンネル掘削装置。
3. 【請求項３】 作業ユニットの構造物は掘削工具の進行
   を案内するために掘削の壁と交互に又は同時に接触する
   伸張可能な、かつ掘削へ又は掘削から作業ユニットを出
   し入れするために同時に引っ込められることができるシ
   ュー及びローラを備えている、請求項1 記載のトンネル
   掘削装置。
4. 【請求項４】 シュー及びローラは構造物のこれらの面
   上に掘削工具を備えた面に対して反対側に又は垂直に交
   互に配列されている、請求項３記載装置。
5. 【請求項５】 請求項1 記載のトンネル掘削装置を使用
   するトンネル掘削方法において、次のステップ、即ち、 −作業ユニット及びこれと連接したケイソンを引っ込め
   られた位置にあるシュー及びローラによって地中に挿入
   することにより水平に対してある角度で縦掘削を形成す
   ること、 −引き出された位置にあるシュー及びローラによって進
   行中地中に同時の掘削を伴ってトンネルのアーチ状の軌
   道に沿って作業ユニットを動かすこと、 −作業軌道に沿ってその運動中作業ユニットの側でケイ
   ソン中にコンクリートを連続的に注入すること、 −その引っ込められた位置にあるシュー及びローラによ
   って截頭円錐状のアーチ状軌道の終端で掘削から作業ユ
   ニットを引き出すこと、 −掘削によって崩落した土砂を除去すること、 −前記と同様な方法で新たなサイクルを開始するために
   先行のサイクルと同様な傾斜で作業ユニットを進行させ
   ることとから成ることを特徴とする前記トンネル掘削方
   法。
6. 【請求項６】 ケイソンへのコンクリートの連続注入の
   間、作業ユニットの進行は注入圧力、流量及びケイソン
   中へのコンクリートの進入速度を制御することによって
   制御される、請求項５記載の方法。