JPH0774596B2 - 溝孔掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野と〕 本発明は主として、トンネル掘削時に切羽部のトンネル
外周縁から前方の地盤にトンネル外周に沿ったプレライ
ニングを形成するための溝孔掘削装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来から、トンネルの覆工は、トンネル空間を掘削した
のちに、その掘削壁面にコンクリートを吹き付ける方法
が広く採用されているが、トンネルの掘削から覆工まで
の間に生じる地山の緩みを抑えることができず、地盤が
軟弱な未固結地山である場合や地下水がある場合には切
羽の崩壊や覆工作業中に地盤の肌落ちなどが生じて極め
て危険であり、地山を安定させることが困難である。

又、トンネル壁面にコンクリートを吹き付けると、その
跳ね返りや粉塵が多く発生し、材料の損失や作業環境の
悪化が避けられないという問題点がある。

このため、切羽部のトンネル外周縁から前方の地盤に、
トンネル外周に沿うアーチ形状の溝孔を所望深さまで掘
削し、その溝孔内にコンクリートを充填してトンネル掘
削前の覆工（プレライニング）を形成したのち、該コン
クリートで囲まれた地盤を掘削するという作業を繰り返
し行ってトンネルを掘削していく工法が開発されたが、
このように工法における上記溝孔の掘削装置としては、
従来から、アースオーガを多連に並列した状態で連結
し、各アースオーガによる円形掘削断面が連続して一定
幅の溝孔を掘削し得るように装置が開発されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような多連式アースオーガでは掘削
される溝孔の幅は常に一定となり、従って、切羽面側に
おいては隣接する溝孔間が連通する状態で穿設されて
も、溝孔はその掘削方向がトンネルの拡径方向に傾斜す
るように末拡がり状に穿設されるものであるから、溝孔
先端部側では隣接する溝孔間に間隔が生じることにな
り、溝孔にコンクートを充填したのち、その内部側の地
盤を掘削すると、前記間隔部から軟弱地盤が崩れ落ちた
り、湧水が生じるという問題点がある。

さらに、多連式アースオーガによって掘削された溝孔の
形状は、隣接するアースオーガによる円形孔がその一部
を重ね合わせた形状、即ち、周壁が凹凸形状となるの
で、掘削面積の割りにはトンネル覆工を行うための有効
断面が小さくなり、所望の覆工厚さにするには必要以上
の材料を要するという問題点がある。

又、上記のような溝孔先端部間の隙間の発生をなくする
には、切羽面側で隣接する溝孔間の一部を重複させれば
よいが、このような掘削方法でも溝孔先端部間における
断面方向の接合部が円形断面の点接合となって、覆工の
剛性が小さくなると共に止水性が不十分となる等の問題
点があった。

本発明はこのような問題点を解消し得る溝孔掘削装置の
提供を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の溝孔掘削装置は、
内部にアースオーガを回転動自在に挿通させて該アース
オーガを開口前端から前方に突出させ且つ後端を適宜な
押圧機構に連結している管体と、この管体の先端部両側
面に左右方向に回動自在に枢着されたバケットと、これ
らのバケットを背面適所と管体の両側部間とに連結され
てバケットを左右方向に拡縮させるジャッキと、前記ア
ースオーガの回転駆動機構並びに前記押圧機構の前後動
手段とより構成している。

又、上記管体を内管と外管とで構成して内管に上記バケ
ットを装着し、外管に対してバケットを前後移動可能に
構成してもよい。

即ち、内部にオーガを回転自在に挿通させて該アースオ
ーガを開口前端から前方に突出させ且つ後端を適宜な押
圧機構に連結している外管と、この外管に摺動自在に挿
入された内管と、外管の先端から突出した内管の両側面
と外管の先端部両側面間を連結して内管を外管に対して
前後に伸縮させる左右一対のジャッキと、内管の突出端
両側に左右方向に回動自在に枢着されたバケットと、内
管の両側部とこれらのバケットの背面適所間に連結され
てバケットを左右方向に拡縮させるジャッキと、前記ア
ースオーガの回転駆動機構並びに前記押圧機構の前後動
手段とより構成することもできる。

〔作用〕

掘削すべきトンネルの切羽面外周縁の適所に上記掘削装
置をトンネルの長さ方向に対して斜め外方に向けて傾斜
させた状態に配設したのち、管体（外管）に挿通してい
るアースオーガを回転させながら前進させて一定長さの
円形孔を掘削していく。

次いで、この円形孔の掘削後、又はその掘削に後続して
バケット回動用ジャッキを伸長させると、左右のバケッ
トがその掘削開口縁を互いに接近する方向に前方に向か
って円弧状の軌跡を描きながら移動し、上記アースオー
ガによって掘削された円形孔の両側地盤にバケットの厚
みに相当した掘削厚みを有する断面長方形状の孔が掘削
され、掘削土砂はアースオーガ側に寄せられて該アース
オーガによって後方側に排出され、円形孔と両側長方形
状の孔とが連通した溝孔が得られる。

この際、掘削開始時のバケット間の開口幅、即ち、両バ
ケットの先端間の間隔を適当に設定することによって掘
削される溝孔の幅寸法を決定することができる。

次に、上記ジャッキを収縮させることによりバケットを
元の状態に左右に開き、この状態から後方側の左右ジャ
ッキを伸長させて、両バケットを前進させることにより
次の掘削部位に位置させると共に管体（外管）をその前
進長さだけ押圧、前進させた後、再び前記同様にして溝
孔を掘削する。

この作業を繰り返し行って掘削すべきトンネル外周の一
部に前方に向かって斜め外方に傾斜した所定長さの溝孔
を掘削する。

このような溝孔を掘削すべきトンネルの外周に沿って周
方向に順次掘削し、その掘削と並行して該溝孔内にコン
クリートを充填して、コンクリート充填溝孔が一連に連
続したアーチ状のプレライニングを形成したのち、該プ
レライニングの先端部を残してこのプレライニングによ
り囲まれた地盤を掘削することにより一定長のトンネル
を得るものであり、この一定長のトンネルを前方に向か
って上記作業工程を繰り返し行いながらトンネル覆工を
形成していくものである。

なお、溝孔はその掘削方向がトンネルの拡径方向に傾斜
するように末拡がり状に穿設されるものであるから、両
バケットによる溝孔掘削幅が該溝孔の最深部でバケット
の最大開口幅以下となるように作動させて隣接する溝孔
同士が互いに連通するように掘削していくものである。

〔実 施 例〕

本発明の実施例を図面について説明すると、第１図にお
いて、（１）は一定径を有する長尺の円形鋼管からなる
外管で、その内部にアースオーガ（２）を回転自在に挿
通させて該アースオーガ（２）の前部の適宜長さ部分を
その開口前端から前方に突出させていると共に、この外
管（１）の前部内周面に短尺の円形鋼管からなる内管
（３）の後部を前後摺動自在に挿嵌させてある。

さらに、外管（１）から突出した内管（３）の外周中間
部両側と外管（１）の前端部外周両側部とに夫々前後ブ
ラケット（４）（４）、（５）（５）を突設、固着して
あり、これらの前後に対向するブラケット（４）（５）
間にジャッキ（６）（６）を連結して該ジャッキ（６）
（６）を伸縮させることにより外管（１）に対して内管
（３）を前後方向に摺動させるようにしてある。

（７）（７）は前方に向けた開口端縁を掘削刃縁に形成
している左右一対のバケットで、その開口内端部を内管
（３）の前端両側部に前後回動自在に枢着（８）してい
ると共にこれらのバケット（７）（７）の背面中央部と
上記前部ブラケット（４）（４）の対向面とに夫々バケ
ット作動用ジャッキ（９）（９）を連結して、該ジャッ
キ（９）（９）を伸縮させることによりバケット（７）
（７）を枢着部（８）を中心にして左右方向に回動させ
るようにしてある。

なお、これらのバケット（７）（７）の開口幅（左右方
向に直交する方向の幅）は外管（１）の外径寸法と同等
若しくはやゝ小幅に形成してある。

又、第２図に示すように、外管（１）の後端から突出す
るアースオーガ（２）の端部をモータ等の回転駆動機構
（10）に適宜の掴持部材（11）を介して連結すると共に
この回転駆動機構（10）を配設、固定させている移動台
（12）に前記外管（１）の後端面を固定的に支持させる
ようにし、さらに、この移動台（12）を前方に向かって
外方に緩傾斜した案内台（13）上に押圧ジャッキ或いは
移動台（12）に連結した無端移行チエーン等の適宜な押
圧機構（14）によって前後動自在に配設してある。な
お、このような押圧機構（14）としては、移動台（12）
にモータにより回転する歯車を配設しておく一方、案内
台（13）に該歯車を噛合させたラックを前後方向に配設
して歯車の回転により案内台（13）に沿って移動台（1
2）を前方に押進、移動させるようにすることもでき
る。

（15）はトンネルの切羽面に対向してトンネルの長さ方
向に移動自在に配設した台車で、その外周面が掘削すべ
きトンネルの断面形状に相似した形状に形成されている
と共にこの台車（14）の前枠（15a）よりも後枠（15b）
をやゝ小形に形成してこれらの前後枠（15a）（15b）の
円弧状外周面間に架設状態で配設した前記案内台（13）
を上述したように前方に向かってやゝ外向きに傾斜させ
ているものである。

さらに、前後枠（15a）（15b）の円弧状外周面にはその
外周面に沿ってガイドレール（16）（16）を敷設、固定
し、これらのガイドレール（16）（16）に案内台（13）
の前後下面に軸支したローラ（17）（17）を摺動自在に
取付けてある。

このように構成した実施例における溝孔掘削装置によっ
てトンネル外周に沿ったプレライニングを形成するため
の溝孔を掘削するには、まず、掘削すべきトンネル切羽
面外周縁の適所にアースオーガ（２）の先端を向け、該
アースオーガ（２）を回転させると共に傾斜案内台（1
3）に沿って移動台（12）を押圧ジャッキ等によって押
進させることにより、アースオーガ（２）で円形孔
（ａ）を適宜深さまで掘削していくと、該アースオーガ
（２）と一体的に押進させられる外管（１）も前進して
予め外方に開放させているバケット（７）（７）が切羽
面に当接する。

この状態で、移動台（12）の押進を停止させると共にバ
ケット作動用ジャッキ（９）（９）を伸長させると、左
右のバケット（７）（７）がその掘削開口刃縁を互いに
接近する方向に前方に向かって円弧状の軌跡を描きなが
ら回動し、上記アースオーガ（２）によって掘削された
円形孔（ａ）の両側地盤にバケット（７）（７）の厚み
に相当した掘削厚みを有する断面長方形状の孔を（ｂ）
（ｂ）掘削する。

掘削された土砂は、バケット（７）（７）が第１図に点
線で示すように、その開口刃縁がアースオーガ（２）の
長さ方向に沿う位置まで回動した時に、アースオーガ
（２）側に寄せられて、該アースオーガ（２）の回転に
より外管（１）内を通じて後方側に排出される。

こうして、バケット（７）（７）によって一定長さ部分
の円形孔（ａ）の両側に連通する断面長方形状の孔
（ｂ）（ｂ）が掘削され、次いで、ジャッキ（９）
（９）を収縮させてバケット（７）（７）を左右に開放
させて元の位置にまで回動させたのち、後部ジャッキ
（６）（６）を伸長させてバケット（７）（７）を配設
している内管（３）を前進させながら、該バケット
（７）（７）を上記同様にして内方に回動させると、該
バケット（７）（７）により上記断面長方形状の孔
（ｂ）（ｂ）を円形孔（ａ）に沿って前方に連続させた
孔を掘削する。

次いで、バケット（７）（７）を開放させると共に後部
のジャッキ（６）（６）を収縮させてバケット（７）
（７）を後退させた後、移動台（12）を案内台（13）上
で押圧機構（14）を介して前進させることによりアース
オーガ（２）を外管（１）と共に押圧、前進させ、該ア
ースオーガ（２）によって前記円形孔（ａ）をさらに深
く掘削する。

しかるのち、前記同様にしてバケット（７）（７）を開
閉させることにより、断面長方形状の孔（ｂ）（ｂ）を
深く掘削していく。

この掘削工程を一定長さ毎に繰り返し行って計画トンネ
ル形状の外周の一部に前方に向かって斜め外方に傾斜し
た所定長さの溝孔（Ａ）を掘削する。

このような溝孔（Ａ）を第３図に示すように、掘削すべ
きトンネル（Ｂ）の外周に沿って周方向に順次掘削し、
その掘削と並行して該溝孔（Ａ）内にコンクリートを充
填して、コンクリート充填溝孔が一連に連続したアーチ
状のプレライニングを形成するものである。

この際、溝孔（Ａ）は、第３図の点線で示すように、そ
の掘削方向がトンネルの拡径方向に傾斜するように末拡
がり状に穿設されるものであるから、両バケット（７）
（７）による溝孔掘削幅が該溝孔（Ａ）の最深部でバケ
ット（７）（７）の最大開口幅以下となるように作動さ
せて隣接する溝孔同士が互いに連通するように掘削して
いくものである。

なお、周方向への溝孔掘削は、台車（15）上のガイドレ
ール（16）に沿って案内台（13）を周方向に移動させる
ことにより掘削装置全体を次の掘削位置まで移動させて
行う。

こうしてプレライニングを形成したのち、該プレライニ
ングの先端部を残してこのプレライニングにより囲まれ
た地盤を掘削することにより一定長のトンネルを得るも
のであり、この一定長のトンネルを前方に向かって上記
作業工程を繰り返し行いながらトンネル覆工を形成して
いくものである。

第４図は本発明の掘削装置を使用してプレライニング形
成する別な方法を示すもので、まず、掘削すべきトンネ
ル断面形状の外周に沿って、所望間隔をおいて２本の円
管形状のガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）を前方外方に向
かって末広がり状に打ち込む。この打ち込みは、該ガイ
ドケーシング（Ｃ）（Ｃ）内にアースオーガを挿入して
おき、このアースオーガを回転させながら地山を掘削す
ると同時にガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）を押圧する公
知の手段によって行う。

次に、これらのガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）間の後端
間に本発明の掘削装置を配設し、ガイドケーシング
（Ｃ）（Ｃ）に沿って上記実施例に述べた方法と同様に
してガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）間に溝孔（Ａ）を掘
削する。

この溝孔（Ａ）の掘削が終われば、掘削装置を後退させ
ると共に前記２本のガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）のう
ち、１本を抜き取り、溝孔（Ａ）と抜き取ったガイドケ
ーシング跡の空間内にコンクリートを充填させる。

次に、残置させたガイドケーシング（Ｃ）に対して抜き
取ったガイドケーシング（Ｃ）又は予め準備しておいた
同形状のガイドケーシング（Ｃ）を前記同様にして所望
間隔を存して打ち込み、これらのガイドケーシング
（Ｃ）（Ｃ）間の地山を上記掘削装置によって掘削し、
この作業を繰り返して、トンネル断面形状に沿った所望
のプレライニングを形成するものである。

なお、掘削装置の一部を構成している内外管（１）
（３）の前端部に前後ジャッキ（６）（６）、（９）
（９）を夫々囲繞するようにして溝孔（Ａ）と略等しい
断面形状を有するスタビライダー（18）（19）を固着さ
せておけば、溝孔（Ａ）の崩壊を防止しながらより円滑
な掘削が可能となる。

又、ガイドケーシング（Ｃ）（Ｃ）を使用した場合に
は、バケット（７）（７）の開口外端にこれらのガイド
ケーシング（Ｃ）（Ｃ）に摺接するガイドプレート（2
0）（20）を装着しておけば、精度のよい掘削が可能と
なるものである。

なお、以上の実施例において、外管（１）の前端部内に
内管（３）を摺動自在に挿嵌し、この内管（３）にバケ
ット（７）（７）を装着しているが、一本の管体を使用
してその内部にアースオーガを回転自在に挿通させると
共に該管体の先端部両側にジャッキにより開閉する一対
のバケットを装着しておき、このバケットを管体と一体
的に前進させるようにして構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の溝孔掘削装置によれば、内部にア
ースオーガを回転動自在に挿通させて該アースオーガを
開口前端から前方に突出させ且つ後端を適宜な押圧機構
に連結している管体と、この管体の先端部両側面に左右
方向に回動自在に枢着されたバケットと、これらのバケ
ットの背面適所と管体の両側部間とに連結されてバケッ
トを左右方向に拡縮させるジャッキと、前記アースオー
ガの回転駆動機構並びに前記押圧機構の前後動手段とよ
り構成しているので、中央に配設したアースオーガによ
って円形孔を先掘りしながら該円形孔をガイドとしてバ
ケットにより掘進を行うことができ、バケットの方向性
が良好となって溝孔を正確に所望深さまで掘削すること
ができると共にバケットによって掘削された土砂をアー
スオーガによって排出させながら円滑な掘削が可能とな
るものである。

さらに、バケット掘削であるから、掘削される溝孔の周
壁面には従来の多連敷アースオーガによる掘削孔のよう
な凹凸が生じなく、その上、隣接する溝孔同志が一定の
厚みで連接させることができるので、横方向に連なる溝
孔の厚さが略均一化させることができて形成されるライ
ニングの剛性を大きくすることができると共に止水性も
向上するものである。

又、アースオーガを中央にしてその両側に配設したバケ
ットは、溝孔の幅方向に回動自在となっているので、掘
削溝孔の幅を簡単に調節することができ、従って、掘進
するに従ってその溝幅を広くすることができるから、ト
ンネルの拡径方向に傾斜して末拡がり状に掘削される隣
接する溝孔間を確実に連通させることができ、精度の良
いプレライニングを施工し得るものである。

このように、トンネル断面を掘削する前にライニングを
施すことができるから、切羽が安定し、トンネルの変位
も少なくて、地表部の地盤の沈下や地下構造物への影響
を低減でき、さらに、大型機械を使用した大断面のトン
ネル掘削も可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は本装置を
使用して掘削する状態を示す一部断面平面図、第２図は
その切羽側からの溝孔掘削状態を示す簡略縦断側面図、
第３図は一連に掘削する溝孔の正面図、第４図は本装置
を使用した別な溝孔掘削方法を説明するための一部断面
平面図、第５図及び第６図は夫々第４図Ａ−Ａ線、Ｂ−
Ｂ線における簡略断面図である。 （１）……外管、（２）……アースオーガ、（３）……
内管、（６）……前部ジャッキ、（７）……バケット、
（９）……後部ジャッキ、（10）……回転駆動機構、
（12）……移動台、（13）……案内台、（14）……押圧
機構、（15）……台車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 前田建設工業株式会社 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 (72)発明者 足立 義雄 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土木 研究所内 (72)発明者 水谷 敏則 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土木 研究所内 (72)発明者 稲野 茂 茨城県つくば市大字旭１番地 建設省土木 研究所内 (72)発明者 小西 守 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２ 号 株式会社奥村組内 (72)発明者 浜野 正之 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 垣内 幸雄 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組内 (72)発明者 高森 貞彦 東京都千代田区富士見２丁目10番26号 前 田建設工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−257284（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257293（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257297（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部にアースオーガを回転動自在に挿通さ
   せて該アースオーガを開口前端から前方に突出させ且つ
   後端を適宜な押圧機構に連結している管体と、この管体
   の先端部両側面に左右方向に回動自在に枢着されたバケ
   ットと、これらのバケットの背面適所と管体の両側部間
   とに連結されてバケットを左右方向に拡縮させるジャッ
   キと、前記アースオーガの回転駆動機構並びに前記押圧
   機構の前後動手段とより構成していることを特徴とする
   溝孔掘削装置。
2. 【請求項２】内部にアースオーガを回転動自在に挿通さ
   せて該アースオーガを開口前端から前方に突出させ且つ
   後端を適宜な押圧機構に連結している外管と、この外管
   の先端部両側面に基端部を連結し且つ外管から突出した
   内管にその先端部を連結して該内管を外管に対して前後
   に伸縮させる左右一対のジャッキと、内管の突出端両側
   に左右方向に回動自在に枢着されたバケットと、内管の
   両側部とこれらのバケットの背面適所間に連結されてバ
   ケットを左右方向に拡縮させるジャッキと、前記アース
   オーガの回転駆動機構並びに前記押圧機構の前後動手段
   とより構成していることを特徴とする溝孔掘削装置。