JPH0642285A - リーミング用トンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 掘削する岩盤に不均質があっても精度よくパ
イロット坑のリーミングを行う。 【構成】 前部に設けられた伸縮自在な支持脚９と、後
部に設けられた伸縮自在なグリッパ装置１０により前後
端がパイロット坑壁Ｐ及びリーミング坑壁に支持された
メインビーム１と、メインビーム１に前後摺動自在に支
持されたカッタヘッドサポートに回転自在に支承され、
かつカッタヘッドモータにより回転駆動されて岩盤パイ
ロット坑ｐをリーミングするカッタヘッド６と、かつメ
インビーム１の前進時カッタヘッドサポートをリーミン
グ坑壁へ固定する伸縮自在な支持脚４と、カッタヘッド
サポートを介してカッタヘッド６を推進させるスラスト
シリンダ１５を設けたもので、メインビーム１に沿って
カッタヘッド６を推進させながらリーミング掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は岩盤内に掘削されたパ
イロット坑を大径なトンネルに拡径（リーミング）する
リーミング用トンネル掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来比較的大きな断面のトンネルまたは
斜坑を機械掘削する場合、所謂パイロット・リーミング
工法が使用されている。この工法によって大断面のトン
ネルまたは斜坑を掘削するには、まず全断面トンネル掘
進機を使用して小径のパイロット坑を掘削し、次にリー
ミング用掘進機を使用してこのパイロット坑をリーミン
グ拡径して所定の直径のトンネルまたは斜坑としてい
る。このパイロット・リーミング工法では、比較的掘削
が容易で、高速掘進が可能な小径のパイロット坑を予め
掘削することによって、大断面トンネルの掘削・覆工に
必要な地質資料が事前に得られ、また岩盤の不良部には
予め地盤改良を施工しておくことができると共に、パイ
ロット坑が貫通していることによって大断面トンネル掘
削の際の換気を容易とし作業環境が改善できるなどの利
点がある。特に斜坑の掘削においてはリーミング掘削を
斜坑の上部から下方に向かって行うことにより、掘削ず
りをパイロット坑を利用して搬出できる等の利点があ
る。

【０００３】一方上記パイロット・リーミング工法用の
リーミング掘進機として、図１ないし図３に示すものが
従来使用されている。図１に示すリーミング用トンネル
掘進機は、伸縮式グリッパシューａ、グリッパキャリヤ
（アウタケリーともいう）ｂ等からなるグリッパ装置ｃ
と、グリッパキャリヤｂ内をトンネル軸線方向に摺動で
きるようにスラストシリンダｇによってグリッパキャリ
ヤｂと連結されたメインビーム（インナケリーともい
う）ｄと、メインビームｄの後端に固定されカッタヘッ
ドｅの回転駆動用モータ（図示せず）等を設けたカッタ
ヘッドサポートｆと、メインベアリング（図示せず）に
よってカッタヘッドサポートｆに回転自在に支持された
カッタヘッドｅとから構成されている。上記トンネル掘
進機によってパイロット坑ｐを拡径掘削するには、パイ
ロット坑壁Ｐにグリッパ装置ｃのシューａを圧着させて
グリッパキャリヤｂを固定した後、カッタヘッドｅを回
転させながらスラストシリンダｇを伸長させて前進（図
１において左方に）させ、カッタヘッドｅの前面に設け
たカッタｈによってパイロット坑ｐの外側の岩盤を掘削
し、所定の直径までリーミング掘削する。この場合、リ
ーミング掘削の際にカッタヘッドｅに作用する掘削スラ
ストの反力は、グリッパシューａとパイロット坑壁Ｐと
の間の摩擦力によってパイロット坑壁Ｐに伝達・支持さ
れる。

【０００４】また図２に示す従来のリーミング用トンネ
ル掘進機は、所謂全断面トンネル掘進機をベースにした
ものであり、カッタヘッドｅをスラストシリンダｇによ
って岩盤に対して推進させて掘進するもので、この場合
は掘削に要するスラスト反力はグリッパ装置ｃのシュー
ａを拡径したリーミング坑壁Ｒに圧着することによって
得ているので、図１に示すトンネル掘進機のような一定
直径のパイロット坑ｐは必要としない。

【０００５】一方図３に示す従来のリーミング用トンネ
ル掘進機は、例えば西独特許公開明細書ＤＥ３９４０２
１３Ａ１号として公開されており、スラスト反力をパイ
ロット坑壁Ｐに伝達するグリッパ装置ｃが直接メインビ
ームｄ上に設けられており、カッタヘッドｅがメインビ
ームｄ上を摺動するカッタヘッドサポートｆ上に支持さ
れているので、図１に示すトンネル掘進機に比べてパイ
ロット坑ｐ内のグリッパ装置ｃの半径方向寸法が小さく
できるため、パイロット坑ｐの必要直径は若干小さくで
きる利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし図１に示す従来
のリーミング用トンネル掘進機では、掘削に要するスラ
スト力をＴＨ、シューと坑壁との摩擦係数をμとする
と、スラスト反力を摩擦力によって坑壁に支持するため
にはグリッパシューａをＴＨ／μの力で坑壁に圧着する
必要があり、摩擦係数μの値は０．３程度であるから、
圧着にはかなり大きな力が必要となる。一方グリッパシ
ューａと坑壁Ｐとの接触面積をＡとすると、坑壁の崩落
を防止するためには接触面圧Ｐ＝ＴＨ／（μＡ）を掘削
する岩盤の一軸圧縮強度より小とする必要があるので、
シューａの接触面積もまた大とする必要がある。パイロ
ット坑ｐ内のグリッパ装置ｃはこれらの条件を満足する
必要があるので、一定の大きさの直径のトンネルをこの
方法によってリーミング掘削するためにはある程度以上
の大きさの直径をもつパイロット坑ｐが必要となり、従
ってパイロット坑ｐの掘削にコストを要するという欠点
がある。

【０００７】また図２に示す従来のリーミング用トンネ
ル掘進機では、パイロット坑ｐと関係なくリーミング掘
削を行うので、リーミング掘削中に常に掘進方向を修正
するステアリングが必要となり、効率的な掘進が行えな
いという欠点がある。

【０００８】さらに図３に示す従来のリーミング用トン
ネル掘進機では、スラスト反力はスラストシリンダｇと
メインビームｄ及びグリッパ装置ｃを経てやはりパイロ
ット坑壁Ｐに取っているので、グリッパ装置ｃの構造
上、パイロット坑ｐはなお一定の大きさの直径を必要と
する欠点があった。しかもグリッパ装置ｃは上述のよう
にパイロット坑のような小口径部にあるため、接地面圧
が高くなり坑壁の破壊のおそれが免れない。この発明は
上記従来のリーミング用トンネル掘進機の欠点を改善す
るためになされたもので、小径のパイロット坑しか必要
とせず、かつ正確な線形の維持が容易なリーミング用ト
ンネル掘進機を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために、前部に設けられた伸縮自在な支持脚と、
後部に設けられた伸縮自在なグリッパ装置により前後端
がパイロット坑壁及びリーミング坑壁に支持されたメイ
ンビームと、上記メインビームに前後摺動自在に支持さ
れたカッタヘッドサポートに回転自在に支承され、かつ
カッタヘッドモータにより回転駆動されてパイロット坑
の掘削された岩盤をリーミングするカッタヘッドと、上
記カッタヘッドサポートに設けられ、かつ上記メインビ
ームの前進時カッタヘッドサポートをリーミング坑壁へ
固定する伸縮自在な支持脚と、上記カッタヘッドサポー
トとグリッパ装置の間に設けられ、かつカッタヘッドサ
ポートを介してカッタヘッドを推進させるスラストシリ
ンダを設けたものである。

【００１０】

【作用】上記構成によりトンネル軸に固定されたメイン
ビームに沿ってカッタヘッドを推進させながら、岩盤に
予め掘削されたパイロット坑のリーミングができること
から、岩盤に不均質があっても、これに影響されること
なく、パイロット坑を大口径のトンネルにリーミングす
ることができる。またメインビームの前端を支持する支
持脚は、トンネル軸に直角な方向の荷重の一部を支持で
きる小型のものでよいため、パイロット坑の口径も小さ
くすることができる。

【００１１】

【実施例】この発明の一実施例を図４ないし図１２に示
す図面を参照して詳述する。図４は斜坑用のリーミング
用トンネル掘進機の断面図、図５はカッタヘッドの正面
図を示す。これら図で１は角筒状に形成されたメインビ
ーム、２は該メインビーム１の外周部に前後動自在に支
承されたカッタヘッドサポートを示す。上記カッタヘッ
ドサポート２には図６に示すように４方に平行リンク３
により支持された支持脚４を有していて、これら支持脚
４はカッタヘッドサポート２と各支持脚４の間に設けら
れた支持脚ジャッキ５により径方向へ拡縮自在となって
いる。

【００１２】また上記カッタヘッドサポート２の前部に
は、面板６ａがテーパ状となったカッタヘッド６がメイ
ンベアリング８を介して回転自在に支承されている。上
記カッタヘッド６はカッタヘッドサポート２に設けられ
たカッタヘッドモータ７により回転されて、面板６ａの
前面に設けられた多数のディスクカッタ６ｂによりパイ
ロット坑ｐの掘削された岩盤を掘削するようになってい
る。

【００１３】一方上記メインビーム１の前端には、油圧
によりパイロット坑ｐの径方向へ伸縮する支持脚９が図
９に示すように３方へ突出されていて、これら支持脚９
の先端をパイロット坑ｐの坑壁Ｐへ圧着させることによ
り、メインビーム１の前端をトンネルの軸線に固定でき
るようになっている。なお上記支持脚９はパイロット坑
内穴の中心方向の位置ぎめするガイド手段として有効に
作用する。またメインビーム１の後端にはグリッパ装置
１０が設けられている。

【００１４】上記グリッパ装置１０は図７及び図８に示
すように、メインビーム１の両側に突設されたガイドレ
ール１ａに上下摺動自在に支承されたグリッパキャリヤ
１１を有していて、このグリッパキャリヤ１１は、４個
所に設けられたトルクシリンダ１２により上下動される
ようになっている。上記グリッパキャリヤ１１の上下部
にはメインビーム１の軸線と直交する方向に各一対計４
本のグリッパシリンダ１３が設けられている。上記各グ
リッパシリンダ１３は、図１０に示すように、シリンダ
１３ａ内に２個のピストン１３ｂが収容されていて、こ
れらピストン１３ｂより突設されたピストン杆１３ｃが
シリンダ１３ａの両端より突出されており、これらピス
トン杆１３ｃの先端間に、リーミング坑壁Ｒに圧接され
る円弧状のグリッパシュー１４が枢着されている。そし
てこれらグリッパシュー１４の前端と上記カッタヘッド
サポート２の後端の間に複数のスラストシリンダ１５が
斜めに取付けられている。

【００１５】次に作用を説明すると、岩盤に予め掘削さ
れたパイロット坑ｐをリーミング掘削するに当って、ま
ず図１１に示すようにメインビーム１の先端に設けられ
た支持脚９をパイロット坑ｐの径方向へ伸長させ先端を
パイロット坑ｐの坑壁Ｐへ圧接し、メインビーム１の先
端をトンネル軸線上に固定する。またメインビーム１の
後端に設けられたグリッパ装置１０の各グリッパシリン
ダ１３へ油圧を供給して、グリッパシリンダ１３により
各グリッパシュー１４をリーミング坑壁Ｒへ圧接させ、
メインビーム１の後端もトンネル軸線上に固定する。な
おこのとき支持脚ジャッキ５は収縮されていて、各支持
脚４はリーミング坑壁Ｒより離間されている。

【００１６】次にこの状態でカッタヘッドモータ７によ
りカッタヘッド６を回転させながらスラストシリンダ１
５を伸長させてカッタヘッド６を前進させ、カッタヘッ
ド６の面板６ａ前面に取付けられたディスクカッタ６ｂ
により岩盤を掘削してパイロット坑ｐをリーミングする
と共に、カッタヘッド６に作用する掘削スラストの反力
は、スラストシリンダ１５を経てグリッパシュー１４へ
伝達され、グリッパシュー１４とリーミング坑壁Ｒの摩
擦力により支持される。またメインビーム１に沿って前
進されるカッタヘッド６が回転しながら岩盤を掘削する
際生じる掘削トルク反力も、カッタヘッドサポート２よ
りメインビーム１を経てグリッパ装置１０へ伝達され、
グリッパシュー１４とリーミング坑壁Ｒの摩擦力により
支持される。

【００１７】一方ディスクカッタ６ｂにより掘削された
ずりは、面板６ａ上に設けられたスクレーパ６ｃにより
掬い上げられてパイロット坑ｐ内へ送入され、自重によ
りパイロット坑ｐ内を落下した後、適宜排出手段により
排出処理される。そしてスラストシリンダ１５がストロ
ークエンドに達してカッタヘッド６の推進が完了する
と、支持脚ジャッキ５が伸長して支持脚４をリーミング
坑壁Ｒへ図１２に示すように圧接させると共に、メイン
ビーム１先端の支持脚９と、メインビーム１後端のグリ
ッパ装置１０のグリッパシリンダ１３を収縮して支持脚
９の先端をパイロット坑壁Ｐより、またグリッパシュー
１４をリーミング坑壁Ｒよりそれぞれ離間させ、この状
態でスラストシリンダ１５を収縮する。これによってグ
リッパ装置１０のグリッパキャリヤ１１及びこれに後端
が係合するメインビーム１が次掘進ストローク位置まで
前進される。

【００１８】メインビーム１が次掘進ストローク位置ま
で前進されたら、グリッパシリンダ１３を伸長してグリ
ッパシュー１４をリーミング坑壁Ｒへ圧接し、この状態
でトルクシリンダ１２及びグリッパシリンダ１３により
必要に応じて掘進方向の修正を行う。すなわち水平方向
の修正は、図１０に示すようにピストン１３ｂにより３
室に区割されたグリッパシリンダ１３内の左右の室の何
れかに油圧を供給する。これによってグリッパキャリヤ
１１が左右方向へ移動するので、メインビーム１の後端
が掘進方向と一致したところでグリッパシリンダ１３の
伸縮を停止する。次に上下方向の修正はトルクシリンダ
１２によりメインビーム１の後端を上下方向へ移動させ
ることにより行う。

【００１９】以上のようにして掘進方向の修正が完了
し、メインビーム１が掘進方向へ正しくセットされた
ら、メインビーム１先端の支持脚９を伸長してパイロッ
ト坑壁Ｐへ圧接すると共に、支持脚ジャッキ５を収縮し
てカッタヘッドサポート２の支持脚４をリーミング坑壁
Ｒより離間させ、この状態で再びリーミングを開始する
もので、リーミング用トンネル掘進機によってリーミン
グされた坑壁は、カッタヘッド６の後方もしくは機械の
後方に設けたロックボルト用ドリル、支保工用エレクタ
１６、コンクリート吹付装置１７を使用することによ
り、掘進と併行して支保作業を行うことができる。また
リーミング用トンネル掘進機のメインビーム１の後端に
は、連結器１８によって後続台車１９が連結されてお
り、この後続台車１９にはトンネル掘進機の運転に必要
な運転席、パワーユニット、制御盤、電源トランス（何
れも図示せず）等が搭載されている。

【００２０】なお上記実施例は斜めに掘削されたパイロ
ット坑ｐをリーミングする斜坑用トンネル掘進機の場合
を説明したが、カッタヘッド６の外周に、カッタヘッド
６が掘削したずりを掬い上げるバケットを、またメイン
ビーム１の上方にずりを搬出するコンベヤ等の搬出装置
を設ければ水平パイロット坑のリーミングも行うことが
できる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は以上詳述したように、掘進ス
トローク中カッタヘッドはメインビームに案内されて推
進されるため、予めメインビームを掘進方向へ正確に位
置決めしておくことにより、掘削する岩盤が不均質であ
っても、これらに影響されることなく掘進することがで
きるため、精度の高いリーミングが可能になる。また掘
削中カッタヘッドに作用する掘削スラスト及び掘削トル
ク反力はメインビームの後端に設けられたグリッパ装置
を介してリーミング坑壁へ伝達され、リーミング坑壁で
支持されるため、メインビームの前端に設けられた支持
脚は、掘進機の自重及びカッタヘッドに作用する掘削荷
重のうち、トンネル軸に直角な方向の荷重と偏荷重によ
るモーメント荷重の一部を支持するだけでよい。これに
よって支持脚の小型化によりパイロット坑の口径が小さ
くできるため、大口径のトンネルの掘削が短期間で、し
かも低コストで行うことができる。さらに不良地山内に
トンネルを掘削する場合には、パイロット坑壁はパイロ
ット坑掘削時に既にパイロット掘削用全断面トンネル掘
進機のグリッパによってゆるみを生じたり、部分的に崩
落を生じている可能性があるが、この発明のリーミング
用トンネル掘進機によれば、掘進スラスト・トルク反力
をパイロット坑壁に取らずリーミング坑壁に取るので、
不良地山による影響を受けることが少ないと共に、掘進
中リーミング坑壁と摺動する部分がないので、掘削に要
するスラスト力は最小でよく、従ってグリッパによるリ
ーミング坑壁に対する影響も最小とできる。しかも掘進
中にカッタヘッドの直後、または機械の後方で必要に応
じてロックボルト、支保工、コンクリート吹付等のトン
ネル支保作業を行うことができるため、これによっても
工期の短縮化が図れるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のリーミング用トンネル掘進機の説明図で
ある。

【図２】従来のリーミング用トンネル掘進機の説明図で
ある。

【図３】従来のリーミング用トンネル掘進機の説明図で
ある。

【図４】この発明の一実施例になるリーミング用トンネ
ル掘進機の断面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図６】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図７】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図８】図７のＸ−Ｘ断面図である。

【図９】図４のＺ方向からの矢視図である。

【図１０】グリッパシリンダの拡大図である。

【図１１】この発明の一実施例になるリーミング用トン
ネル掘進機の掘進中の作用説明図で図８の平面図を示
す。

【図１２】この発明の一実施例になるリーミング用トン
ネル掘進機の掘削完了時の作用説明図で図８の平面図を
示す。

【符号の説明】

１ メインビーム ２ カッタヘッドサポート ６ カッタヘッド ７ カッタヘッドモータ ９ 支持脚 １０ グリッパ装置 １２ トルクシリンダ １３ グリッパシリンダ １４ グリッパシュー １６ 支保工エレクタ １７ コンクリート吹付装置 ｐ パイロット坑 Ｐ パイロット坑壁 Ｒ リーミング坑壁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部に設けられた伸縮自在な支持脚９
   と、後部に設けられた伸縮自在なグリッパ装置１０によ
   り前後端がパイロット坑壁Ｐ及びリーミング坑壁Ｒに支
   持されたメインビーム１と、上記メインビーム１に前後
   摺動自在に支持されたカッタヘッドサポート２に回転自
   在に支承され、かつカッタヘッドモータ７により回転駆
   動されてパイロット坑ｐの掘削された岩盤をリーミング
   するカッタヘッド６と、上記カッタヘッドサポート２に
   設けられ、かつ上記メインビーム１の前進時カッタヘッ
   ドサポート２をリーミング坑壁Ｒへ固定する伸縮自在な
   支持脚４と、上記カッタヘッドサポート２とグリッパ装
   置１０の間に設けられ、かつカッタヘッドサポートを介
   してカッタヘッド６を推進させるスラストシリンダ１５
   とを具備してなるリーミング用トンネル掘進機。
2. 【請求項２】 グリッパ装置１０のグリッパシュー１４
   をグリッパシリンダ１３によりリーミング坑壁Ｒに支持
   させた状態で、メインビーム１の後端を上下方向へ移動
   することにより、メインビーム１を掘進方向へ修正する
   トルクシリンダ１２を設けてなる請求項１記載のリーミ
   ング用トンネル掘進機。
3. 【請求項３】 カッタヘッドサポート２またはその後方
   に、ロックボルト用ドリル及び支保工エレクタ１６また
   はコンクリート吹付装置１７を設けてなる請求項１記載
   のリーミング用トンネル掘進機。