JPH07310494A - トンネル掘削装置およびトンネル内壁施工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】複雑な地層や軟弱地盤の多い山岳地帯におい
て、大口径断面トンネルを切羽や天盤の崩落の危険性が
なく安全に、かつ能率良く掘削する。 【構成】大口径断面トンネルの切羽面をアーチ状に掘削
する際に使用するトンネル掘削装置において、外周にシ
ールド部を備えた鋼構造のアーチフレームＡの両下端部
にトンネル両側位置に掘削された先進導坑の底面に敷設
されたコンクリート軌道床上を走行する車輪を設け、ア
ーチフレームにはアーチ状に取付けたガイドレールに沿
って移動可能な支持体にドラムカッタを搭載した。大口
径断面トンネルの内壁を施工する際に使用するトンネル
内壁施工装置において、トンネル両側位置に掘削された
先進導坑の底面に敷設されたコンクリート軌道床上を走
行する台車に鋼構造のコンクリートセグメント支持フレ
ームＢを油圧シリンダによって起伏可能に配設するとと
もに、上下用油圧シリンダによって上下動可能に配設し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速道路等を建設するた
めの大口径断面山岳トンネルの掘削装置およびトンネル
内壁施工装置に係り、特に断面積が大きいため多種類の
地質が一断面に現われる複雑な地層に掘削する大口径断
面トンネルの掘削装置およびトンネル内壁施工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に複雑な地層や軟弱地盤においてト
ンネルを掘削する場合、崩落を防止しつつ掘削を進めな
ければならない。このために従来の方法としては、まず
アーチ状の透し溝を切削形成し、この透し溝内に発生し
た切削屑を掻き出した後、透し溝内にコンクリートを充
填してアーチ状のコンクリートの仮支保を形成する、い
わゆるリングカット工法が知られている。

【０００３】また、これらの工程を連続化し、併せて自
動化、省力化を図る方法及び装置として、特公昭６１ー
２４５１２号公報に記載された提案が公知である。この
提案は切削用チェーンカッタ、切削屑排出用圧気管、閉
塞具挿入管、硬化剤吹付管が順次隣接して配設された可
動フレームをアーチ状ガイド部材に沿って走行させて、
透し溝切削、切削屑排出、閉塞具挿入及び硬化剤の吹付
けを順次自動的に連続して行なうようにしたものであ
る。

【０００４】さらに、特開平２−２０４５９７号公報に
記載されたトンネル掘進方法は先端に切削具が設けられ
たスクリューを回転、前進させて地盤を切削し、同時に
切削屑を排出して円筒状の孔部を形成し、前記スクリュ
ーの中心に軸方向に形成された通路を介して先端から常
温硬化性材料を吐出しつつ前記スクリューを後退させ
て、この常温硬化性材料を前記孔部に充填させてアーチ
型仮支保を形成する方法であり、これはスクリューの先
端に設けられた切削具を回転前進させることにより、地
盤に円筒状の孔部を連続して形成することができ、その
直後にスクリューを後退させながら常温硬化性材料を前
記孔部に充填してアーチ型の仮支保を形成し、軟弱地盤
にあっても崩落を防止することができるようにしたもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速道
路の山岳トンネルにおいては、掘削幅が約２１ｍ以上、
掘削高さが１２ｍ以上にもなり、大口径断面のため切羽
や天盤の崩落の危険性が非常に高く、特に山岳地におい
ては複雑な地層が多く、従来のトンネル掘削方法では安
全性に問題があり、かつ作業能率の点からも、また経済
性の点からもこれらの厳しい自然条件に適するトンネル
掘削装置は未だ開発されていなかった。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、複雑な地層や軟弱地盤の多い山岳地帯におい
て、大口径断面トンネルを切羽や天盤の崩落の危険性が
なく安全に、かつ能率良く掘削、施工できるトンネル掘
削装置およびトンネル内壁施工装置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】本発明は、上記目的を達
成するための、大口径断面トンネルの切羽面をアーチ状
に掘削する際に使用するトンネル掘削装置において、外
周にシールド部を備えた鋼構造のアーチフレームの両下
端部にトンネル両側位置に掘削された先進導坑の底面に
敷設されたコンクリート軌道床上を走行する車輪を設
け、前記アーチフレームにはアーチ状に取付けたガイド
レールに沿って移動可能な支持体にドラムカッタを搭載
したことを特徴とするトンネル掘削装置であり、そして
前記ガイドレールに沿って移動可能な支持体は、ガイド
レールに設けたラックと支持体に取付けた駆動歯車との
噛み合わせによって駆動されることを特徴としている。

【０００８】また、大口径断面トンネルの内壁を施工す
る際に使用するトンネル内壁施工装置において、トンネ
ル両側位置に掘削された先進導坑の底面に敷設されたコ
ンクリート軌道床上を走行する台車に鋼構造のコンクリ
ートセグメント支持フレームを油圧シリンダによって起
伏可能に配設するとともに、上下用油圧シリンダによっ
て上下動可能に配設したことを特徴とするトンネル内壁
施工装置であり、そして前記コンクリートセグメント支
持フレームは、中央部でピン接手によって連結されてい
ることを特徴としている。

【０００９】

【作用】次に、本発明の作用について説明すると、大口
径断面トンネルを二段階に分けてトンネルを掘削する際
に、先ずトンネル両側を掘削して先進導坑を形成し、そ
の掘削した先進導坑の底面にコンクリートを打設してコ
ンクリート道床を形成し、その上にレールを敷設してコ
ンクリート軌道床を建設する。その後このコンクリート
軌道床上に走行可能な鋼構造のアーチフレームを切羽の
近くに配置し、そのアーチフレームに設けられたガイド
レールに沿って移動可能な支持体に搭載されたドラムカ
ッタによって切羽面をアーチ状に掘削する。この際、前
記支持体はガイドレールに設けたラックと支持体に取付
けた駆動歯車との噛み合わせによって駆動され、またド
ラムカッタはブームによって駆動されるから切羽面に大
口径断面トンネルのアーチ状をした幅広の溝を安全に掘
削できる。

【００１０】また、大口径断面トンネルを二段階に分け
て掘削し、内壁面を形成してトンネルを施工する際に、
先ずトンネル両側を掘削して先進導坑を形成し、その掘
削した先進導坑の底面にコンクリートを打設してコンク
リート道床を形成し、その上にレールを敷設してコンク
リート軌道床を建設する。その後このコンクリート軌道
床上に走行可能な鋼構造のアーチフレームを配置し、そ
のアーチフレームに沿って移動可能に搭載されたドラム
カッタによって切羽面をアーチ状に掘削した後、先に敷
設した先進導坑底面の軌道床上を走行可能なコンクリー
トセグメント支持フレームを利用して掘削した空間部で
コンクリートセグメント支持フレームを油圧シリンダに
よって水平に倒伏させた状態にして、その上でトンネル
壁面用のコンクリートセグメントをアーチ状に仮組立を
行なう。このようにしてアーチ状に仮組立されたコンク
リートセグメントを再び油圧シリンダによって垂直に起
立させた状態にして、全体を走行台車により移動させ
て、上記の掘削されたアーチ状掘削部にアーチ状に組み
立てたコンクリートセグメントをセグメント支持フレー
ムを利用して所定の位置まで搬送し、さらに上下用油圧
シリンダによって持ち上げて大口径断面トンネル内壁の
正規の位置に設置してトンネルの内壁面を施工する。

【００１１】

【実施例】本発明に係るトンネル掘削装置およびトンネ
ル内壁施工装置の実施例について図面を参照して説明す
る。図１は、本実施例の作業現場全体の断面説明図であ
り、図２は切羽前面に置かれたアーチフレームおよびセ
グメント支持フレームを示す断面説明図、図３はアーチ
フレーム全体の正面図である。

【００１２】図においてアーチフレームＡは、鋼構造の
アーチ状をした両下端部１に移動用車輪２を備えた本体
３の外周にシールド部４を配設し、このシールド部４は
前後の縦板５，６と上下板７，８からなり、前縦板５と
後縦板６の間は作業者の通路及び前部の掘削機等の運転
操作、監視をする空間９となっている。そして上記移動
用車輪２としては鋼板上を走行可能な重量荷重に耐える
エンドレスコロなどを用いる。前後の縦板５，６には丸
孔１０が設けられていて、これから掘削状況を監視しな
がら運転操作したり、また掘削機の補修点検の際には作
業員がこの丸孔１０から出入りする。またシールド部４
の上板７は前後に延びて、掘削空間１１とコンクリート
セグメントの組立空間１２を形成している。さらに、シ
ールド部４にはアーチフレーム本体３を前進移動するシ
ールドジャッキ１３が全周にわたって複数個装備されて
いる。

【００１３】また、図３および図４に示したようにアー
チフレーム本体３には多数のピック１４ａを備えたドラ
ムカッタ、例えばレンジングドラムカッタ１４の支持体
１５が、前記シールド部４の下板８に固定されたアーチ
状レール１６と前縦板５に固定されたアーチ状レール１
７とにローラ１８がそれぞれ係合され支持されている。
また、支持体１５の円弧状の移動は、図４および図５に
示すように前縦板５に固定されたアーチ状ラック１９に
駆動歯車２０を噛み合わせ、モータ２１からの回転を減
速機を介して駆動歯車２０を回転させて行ない、またレ
ンジングドラムカッタ１４と支持体１５との間にはシリ
ンダ２２を設けて支持体１５に対してドラムカッタ１４
を揺動させることができる。

【００１４】本実施例によって大口径断面トンネルＴを
掘削するには、先ずトンネル両側を掘削して先進導坑２
３を形成し、その掘削した先進導坑２３の底面にコンク
リートを打設してコンクリート道床を形成し、その上に
レール２４を敷設してコンクリート軌道床２５を建設す
る。その後このコンクリート軌道床２５に敷かれた鋼板
上を走行可能な前記車輪２を両下端１に備えた鋼構造の
アーチフレームＡを使用し、そのアーチフレーム本体３
に設けた２本のアーチ状レール１６，１７に沿って本体
３の前縦板５に固定されたアーチ状ラック１９に噛み合
った駆動歯車２０を減速回転させて移動させ、その際に
レンジングドラムカッタ１４を支持体１５に対してブー
ムにより揺動させながら掘削し、これによって切羽面を
アーチ状に掘削する。この掘削の際には、シールド部４
の上板７によってアーチフレームＡとレンジングドラム
カッタ１４の本体部分は覆われ保護されている。その
後、大口径断面トンネル内でレンジングドラムカッタ１
４によって掘削されたアーチ状以外の掘り残された残部
Ｒを一般の掘削機Ｄによって掘削して大口径断面トンネ
ルＴの掘削を完成させる。

【００１５】次に、図６および図７に示す本実施例のコ
ンクリートセグメント支持フレームＢは、中央部がピン
２８によって回動できるように連結された一対のＬ字断
面をしたアーチ支持本体２９と前記コンクリート道床２
４のレール２５上を走行する台車３０とからなり、この
アーチ支持本体２９の両下端部は台車３０の進行方向に
油圧シリンダ３１によって回動できる支持台３２に保持
されている。そしてこのアーチ支持本体２９は台車３０
に対して上下用油圧シリンダ３３によって上下動がで
き、また左右調整用油圧シリンダ３４によってアーチ支
持本体２９の両下端部を拡開することができるようにな
っている。符号３５はアーチ支持本体２９を上下用油圧
シリンダ３３によって持ち上げる場合のガイドである。

【００１６】本実施例のコンクリートセグメント支持フ
レームＢを用いて掘削された大口径断面トンネルＴに内
壁を施工する場合は、先に建設したコンクリート軌道床
２５のレール２４上を走行する台車３０の支持台３２を
油圧シリンダ３１によって起立させ、アーチ支持本体２
９を水平に倒伏させてからその断面Ｌ字状のアーチ支持
本体２９上で多数のトンネル壁面用のコンクリートセグ
メント３６をアーチ状に仮組立を行なう。

【００１７】このようにしてアーチ状に仮組立されたコ
ンクリートセグメント３６を油圧シリンダ３１によって
支持台３２を介して垂直に起立させた状態にして台車３
０によってレール２４上を移動させる。前記アーチフレ
ーム本体３のシールドジャッキ１３を縮めた後に、掘削
されたアーチ状掘削部の内壁を施工すべき所定の場所で
台車３０を停止させ、アーチ状に組み立てたコンクリー
トセグメント３６を台車３０の上下用油圧シリンダ３３
によってガイド３５沿うて持ち上げ、さらに左右調整用
油圧シリンダ３４によってアーチ支持本体２９の両下端
部を拡開させ、予め先進導坑２３内のコンクリート道床
に設置されている一対の基礎部コンクリートセグメント
３７の上に前記仮組立されたコンクリートセグメント３
６を載置してトンネルの内壁面Ｐを形成する。なお、符
号３８はコンクリートセグメント３６とトンネルとの間
にセメントミルクを注入した裏込めである。

【００１８】さらに、図９に示したように先進導坑２３
に水平なコンクリート道床と基礎部コンクリートセグメ
ントとを一体に形成した基礎コンクリート軌道床３９を
建設した場合、その基礎コンクリート軌道床３９上にＬ
型の鋼板４０を敷設し、重量荷重に耐えるエンドレスコ
ロ４１を複数個備えたアーチフレームＡがその上を走行
する。また、上記基礎コンクリート軌道床３９を建設し
た場合に、コンクリートセグメント支持フレームＢを用
いて掘削された大口径断面トンネルＴに内壁を施工する
には、同様に所定の場所で台車３０を停止させ、アーチ
状に組み立てたコンクリートセグメント３６を台車３０
の上下用油圧シリンダ３３によってガイド３５に沿って
持ち上げ、さらにアーチ支持本体２９の両下端部を拡開
させ、予め先進導坑２３内の基礎コンクリート軌道床３
９の上に前記仮組立されたコンクリートセグメント３６
を載置してトンネルの内壁面Ｐを形成する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、大口径断
面トンネルを掘削する際に、外周にシールド部を備えた
鋼構造のアーチフレームの両下端部にトンネル両側位置
に掘削された先進導坑の底面に敷設されたコンクリート
軌道床上を走行する車輪を設け、前記アーチフレームに
はアーチ状に取付けたガイドレールに沿って移動可能な
支持体に搭載したドラムカッタによって切羽面をアーチ
状に掘削できるから、複雑な地層や軟弱地盤の多い山岳
地帯においても、大口径断面トンネルを切羽や天盤の崩
落の危険なしに安全に、かつ能率良く掘削できる効果が
ある。

【００２０】また、本発明はトンネル両側位置に掘削さ
れた先進導坑の底面に敷設されたコンクリート軌道床上
を走行する台車に鋼構造のコンクリートセグメント支持
フレームを油圧シリンダによって起伏可能に設けるとと
もに、上下用油圧シリンダによって上下動可能に設けた
から、先に敷設した先進導坑の軌道床上を走行できるア
ーチ状のコンクリートセグメント支持フレームを水平に
倒伏させ、その上でトンネル壁面用のコンクリートセグ
メントをアーチ状に容易に、かつ正確に仮組立を行なう
ことができる。

【００２１】このようにしてアーチ状に組み立てたコン
クリートセグメントを垂直に起立させた状態にして移動
させ上記の掘削されたアーチ状掘削部にアーチ状に仮組
立されたコンクリートセグメントをセグメント支持フレ
ームを利用して切羽付近の所定の位置に迅速に搬送で
き、さらに上下用油圧シリンダによって持ち上げてトン
ネルの内壁面を容易に形成できるから、複雑な地層や軟
弱地盤の多い山岳地帯においても、大口径断面トンネル
を切羽や天盤の崩落の危険なしに安全に、かつ能率良く
掘削できるばかりでなく、その壁面を迅速に施工できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の作業現場全体の断面説明図である。

【図２】本実施例の作業状況を示す断面説明図である。

【図３】本実施例のアーチフレーム全体の正面図であ
る。

【図４】本実施例のレンジングドラムカッタの正面図で
ある。

【図５】本実施例のレンジングドラムカッタの平面図で
ある。

【図６】本実施例のコンクリートセグメント支持フレー
ムの側面図である。

【図７】本実施例のコンクリートセグメント支持フレー
ムの正面図である。

【図８】本実施例による大口径断面トンネル内壁の正面
図である。

【図９】他の実施例の一部断面説明図である。

【図１０】他の実施例のコンクリートセグメント支持フ
レームの一部説明図である。

【符号の説明】 Ａ アーチフレーム Ｂ コンクリートセグメント支持フレーム Ｐ トンネル内壁面 Ｔ 大口径断面トンネル ３ アーチフレーム本体 ４ シールド部 ５ 前縦板 ６ 後縦板 ７ 上板 ８ 下板 １１ 掘削空間 １２ 組立空間 １３ シールドジャッキ １４ レンジングドラムカッタ １５ 支持体 ２３ 先進導坑 ２５ コンクリート軌道床 ２９ アーチ支持本体 ３０ 台車 ３１ 油圧シリンダ ３２ 支持台 ３３ 上下用油圧シリンダ ３４ 左右調整用油圧シリンダ ３６ コンクリートセグメント ３７ 基礎部コンクリートセグメント ３９ 基礎コンクリート軌道床 ４１ エンドレスコロ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定塚 正行 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号 財 団法人高速道路技術センター内 (72)発明者 伊藤 啓之 福岡県大牟田市旭町２丁目28番地 株式会 社三井三池製作所三池事業所内 (72)発明者 酒井 喜久雄 愛知県名古屋市天白区天白町大字植田字塔 ノ前102番 株式会社エムシーエム内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大口径断面トンネルの切羽面をアーチ状
   に掘削する際に使用するトンネル掘削装置において、外
   周にシールド部を備えた鋼構造のアーチフレームの両下
   端部にトンネル両側位置に掘削された先進導坑の底面に
   敷設されたコンクリート軌道床上を走行する車輪を設
   け、前記アーチフレームにはアーチ状に取付けたガイド
   レールに沿って移動可能な支持体にドラムカッタを搭載
   したことを特徴とするトンネル掘削装置。
2. 【請求項２】 ガイドレールに沿って移動可能な支持体
   はガイドレールに設けたラックと支持体に取付けた駆動
   ピニオンとの噛み合わせによって駆動されることを特徴
   とした請求項１記載のトンネル掘削装置。
3. 【請求項３】 大口径断面トンネルの内壁を施工する際
   に使用するトンネル内壁施工装置において、トンネル両
   側位置に掘削された先進導坑の底面に敷設されたコンク
   リート軌道床上を走行する台車に鋼構造のコンクリート
   セグメント支持フレームを油圧シリンダによって起伏可
   能に配設するとともに、上下用油圧シリンダによって上
   下動可能に配設したことを特徴とするトンネル内壁施工
   装置。
4. 【請求項４】 コンクリートセグメント支持フレームは
   中央部でピン接手によって連結されていることを特徴と
   した請求項３記載のトンネル内壁施工装置。