JPH08165898A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 妻枠の保持機構の構造の簡素化及び低コスト
化を図ったトンネル掘削機を提供する。 【構成】 複数の推進ジャッキ２０を有する筒状の掘削
機本体（前胴１１、中胴１２、後胴１３）の前部に駆動
回転自在なカッタヘッド１４が装着される一方、後部に
既設された型枠２２の外周面に密着するリング状の妻枠
２４が装着されたトンネル掘削機において、掘削機本体
（後胴１３）と妻枠２４とを複数の揺動シリンダ５１〜
５８によって揺動自在に連結し、この複数の揺動シリン
ダ５１〜５８を妻枠２４の周方向に傾斜してトラス状の
パラレルリンク機構６１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、岩盤などを掘削してト
ンネルを構築するするトンネル掘削機に関し、特に、掘
削機本体の後部と既設された型枠との間に装着されてコ
ンクリートの打設を制御する妻枠の支持構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図３に従来のトンネル掘削機の概略、図
４に図３のIV−IV断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６
に図４のVI−VI断面、図７に図４のVII−VII断面を示
す。

【０００３】図３に示すように、地盤を掘削するトンネ
ル掘削機において、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１
１と中胴１２と後胴１３とから構成されている。この前
胴１１の前部にはカッタヘッド１４が回転自在に装着さ
れており、カッタヘッド１４は前面に地山を掘削するカ
ッタビット１５が多数固定されている。そして、カッタ
ヘッド１４の後部にはリングギア１６が一体に固定さ
れ、このリングギア１６には前胴に取付けられたカッタ
駆動モータ１７の駆動ギア１８が噛み合っている。従っ
て、カッタ駆動モータ１７により駆動ギア１８を回転駆
動すると、駆動ギア１８が噛み合うリングギア１６が回
転し、リングギア１６と一体のカッタヘッド１４を回転
することができる。

【０００４】中胴１２は複数の中折ジャッキ１９を介し
て前胴１１の後部に連結されており、カッタヘッド１４
を有する前胴１１はこの中折ジャッキ１９により中胴１
２に対してその掘進方向に変更することができる。後胴
１３は中胴１２の後部に嵌合すると共に、複数の推進ジ
ャッキ２０を介して前胴１１の後部に連結されており、
カッタヘッド１４を有する前胴１１はこの推進ジャッキ
２０により後胴１３に対して前進することができる。そ
して、後胴１３には複数のシールドジャッキ２１が装着
されており、このシールドジャッキ２１はトンネル掘削
機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に
構築された既設の型枠２２を押し付けて保持することが
できる。

【０００５】また、後胴１３には複数の妻枠ジャッキ２
３が装着されており、この妻枠ジャッキ２３によって後
胴１３と既設の型枠２２との間に挿着されたリング状の
妻枠２４を移動することができる。即ち、図４及び図５
に詳細に示すように、後胴１３に支持軸２５によって枢
着された妻枠ジャッキ２３は伸縮自在な駆動ロッド２６
を有し、この駆動ロッド２６の先端部には連結軸２７に
より妻枠２４が連結されている。この妻枠２４の外周面
には後胴１３の内周面に密着するシール部材２８が固着
される一方、内周面には既設の型枠２２の外周面に弾圧
するシール部材２９が固着されている。

【０００６】図３及び図６に詳細に示すように、リング
状の妻枠２４には軸方向に沿って複数の貫通孔３０が形
成されており、この貫通孔３０にはコンクリート配管３
１の一端が連結されている。このコンクリート配管３１
は貫通孔３０を介して掘削したトンネル内周面と既設の
型枠２２との間にコンクリートを注入するためのもので
あり、中途部に圧力計３２と開閉弁３３が介装されてい
る。なお、コンクリート配管３１の他端は図示しないコ
ンクリート供給源に連結されている。また、図４及び図
７に詳細に示すように、リング状の妻枠２４には周方向
所定の位置に複数の保持ローラ３４が取付けられてお
り、この保持ローラ３４は後胴１３の内周面を転動して
後胴１３と妻枠２４との距離を一定に保ち、各シール部
材２８，２９のシール機能が損なわれないようにしてい
る。

【０００７】また、図３に示すように、前胴１１には内
部に土砂や泥酔が浸入しないようにバルクヘッド３５が
形成されており、カッタヘッド１４とこのバルクヘッド
３５とによりチャンバ室３６が形成されている。そし
て、このチャンバ室３６には一端が図示しない泥水処理
に延設された送泥管３７及び排泥管３８の他端が開口し
ており、排泥管３８の開口部分の近傍には掘削土砂と泥
水とを攪拌、混合するアジテータ３９が設置されてい
る。なお、後胴１３には支持円板４０が駆動回転自在に
装着されており、この支持円板４０には型枠２２を組立
てるエレクタ装置４１が取付けられており、このエレク
タ装置４１はフィーダ装置４２によってトンネル内に搬
入された型枠２２を所定の位置に組み立てていく。

【０００８】このように構成されたトンネル掘削機によ
ってトンネルを掘削形成するには、図３に示すように、
まず、複数のシールドジャッキ２１を既設の型枠２２へ
の押し付けた状態で複数の推進ジャッキ２０を伸長する
ことによって前胴１１及び中胴１２を前進させ、これと
同時にカッタ駆動モータ１７の駆動ギア１８を回転駆動
すると、リングギア１６が回転して一体のカッタヘッド
１４を旋回させ、カッタビット１５によって地山を掘削
していく。このとき、カッタビット１５によって掘削し
た土砂はチャンバ室３６に取り込まれ、送泥管３７から
泥水が送給されてアジテータ３９により掘削土砂と泥水
とが攪拌、混合され、排泥管３８により外部に排出され
る。

【０００９】次に、推進ジャッキ２０を縮み方向に作動
する一方、シールドジャッキ２１を伸長させると、前進
した前胴１１及び中胴１２に対して後胴１３が前進して
追従する。そして、前胴１１及び中胴１２、後胴１３か
らなる掘削機本体が所定量前進すると、シールドジャッ
キ２１の何れか一つを縮み方向に作動して既設の型枠２
２との間に空所を形成し、この空所にエレクタ装置４０
によって新しい型枠２２を装着する。この型枠２２の組
付動作に伴い、コンクリート配管３１により妻枠２４の
貫通孔３０を介して掘削したトンネル内周面と既設の型
枠２２との間にコンクリートを注入する。そして、妻枠
ジャッキ２３は後胴１３の前進並びに型枠２２の組付に
対応して妻枠２４を作動し、各シール部材２８，２９に
より後胴１３内へのコンクリートの漏洩を防止する。こ
の作業の繰り返しによってトンネルを掘削形成してい
く。

【００１０】ところで、リング状の妻枠２４は後胴１３
と既設の型枠２２との間に位置してシール部材２８が後
胴１３の内周面に圧接すると共に、シール部材２９が既
設の型枠２２の外周面に圧接することで、後胴１３内へ
のコンクリートの漏洩を防止している。そして、妻枠ジ
ャッキ２３は後胴１３の前進時に伸長して妻枠２４を位
置保持する一方、型枠２２の組付後にコンクリートの注
入に伴って縮小して妻枠２４を前進させている。この場
合、トンネル内周面と既設の型枠２２との間に注入され
るコンクリートは軟らかく、下方に流動しようとするた
め、妻枠２４の下部に掘削機本体側（図３にて左側）へ
の力が作用し、妻枠２４が傾いてしまう。妻枠２４が傾
くと、コンクリート注入作業が不安定となり、また、シ
ール部材２８，２９の圧接が不十分となって後胴１３内
へコンクリートが漏洩してしまう虞があり、コンクリー
トの打設制御が困難となってしまう。

【００１１】そこで、妻枠２４にコンクリートによる押
圧力が作用してもこの妻枠２４を垂直に安定して保持す
ることができるように複数の妻枠ジャッキ２３並びにそ
の油圧制御装置は特殊なものとなっている。図８に従来
の妻枠支持装置の制御ブロックを示す。

【００１２】即ち、図８に示すように、妻枠２４を伸縮
させる妻枠ジャッキ２３は１２本程度装着されるもので
あって、全て同様の構造となっている。例えば、妻枠ジ
ャッキ２３ａにおいて、中空のシリンダケース１０１に
は仕切壁１０２が形成されており、一端が妻枠２４に連
結されたピストンロッド１０３の他端部には２つのピス
トン１０４，１０５が固着され、このピストン１０４，
１０５はシリンダケース１０１内に移動自在に嵌合して
いる。シリンダケース１０１内は仕切壁１０２及び２つ
のピストン１０４，１０５によって４つの部屋Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄが形成されている。このように構成された各妻枠
ジャッキ２３ａ〜２３ｌの各部屋Ａ，Ｂには油圧給排路
１０６，１０７の一端が連結し、油圧給排路１０６，１
０７の他端は切換弁１０８を介して油圧ポンプ１０９あ
るいは油圧タンク１１０に連結されている。また、各妻
枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌの各部屋Ｃ，Ｄは油圧連通路
１１１を介して他の各妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌの各
部屋Ｃ，Ｄと連結されている。

【００１３】従って、油圧ポンプ１０９から切換弁１０
８を介し油圧給排路１０６を通って各妻枠ジャッキ２３
ａ〜２３ｌの部屋Ａに油圧を供給すると、各ピストン１
０４が押され、ピストンロッド１０３を介して妻枠２４
を図８にて右方に移動させる。また、切換弁１０８を切
り換えて油圧ポンプ１０９から切換弁１０８を介し油圧
給排路１０７を通って各妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌの
部屋Ｂに油圧を供給すると、各ピストン１０４が逆に押
され、ピストンロッド１０３を介して妻枠２４を図８に
て左方に移動させる。このとき、注入されたコンクリー
トによって妻枠２４の下部に圧力Ｆが作用した場合、妻
枠２４の下部を保持する妻枠ジャッキ２３ｌの部屋Ａ，
Ｃが加圧されるが、この部屋Ｃは他の妻枠ジャッキの部
屋Ｄと油圧連通路１１１によって連通しており、全ての
妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌの部屋Ｃ及びＤは同じ圧力
となる。そのため、各妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌのピ
ストン１０４の位置は同位置となり、妻枠２４は傾かず
に垂直に保持されることとなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のトンネ
ル掘削機において、後胴１３と既設の型枠２２との間に
挿着される妻枠２４は特殊構造を有する妻枠ジャッキ２
３によって保持されており、その油圧制御装置も特別な
ものとなっている。即ち、妻枠ジャッキ２３自体の構造
が複雑となると共に、各妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌの
油圧配管も複雑となり、且つ、妻枠ジャッキ２３並びに
その油圧制御装置がコスト高となってしまう。そして、
各妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌは４つの部屋Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄと２つのピストン１０４，１０５を有しており、
全長が長くなってこの妻枠ジャッキ２３ａ〜２３ｌを装
着する後胴１３などが大型化してしまうという問題があ
る。

【００１５】また、従来の妻枠２４を移動保持する妻枠
ジャッキ２３は掘削機本体の掘進方向に沿って装着さ
れ、後胴１３の周方向に複数並設されている。妻枠２４
の下部には、前述したように、コンクリートの流動によ
って掘進方向と平行な圧力Ｆが作用するが、妻枠２４に
はこの圧力Ｆの他に周方向のローリング力も作用する。
従来、このローリング力は後胴１３に図示しないストッ
パを設けて受けていたが、妻枠２４の移動時に摺動抵抗
が発生し、妻枠２４の移動がスムースに行われなくなっ
てしまうという問題があった。また、妻枠２４は移動時
に保持ローラ３４が後胴１３の内周面を転動することで
後胴１３と妻枠２４との距離を一定に保つようにしてい
るが、これによって装置の複雑化、高コスト化を招いて
いた。

【００１６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、妻枠の保持機構の構造の簡素化及び低コスト化
を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機置は、複数の推進ジャッキ
を有する筒状の掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッ
タヘッドが装着される一方、該掘削機本体の後部に既設
された型枠の外周面に密着するリング状の妻枠が装着さ
れたトンネル掘削機において、前記掘削機本体と妻枠と
を複数の揺動シリンダによって揺動自在に連結し、該複
数の揺動シリンダを前記妻枠の周方向に傾斜してトラス
状に配設したことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】妻枠がその周方向に傾斜してトラス状に配設さ
れた複数の揺動シリンダによって掘削機本体に揺動自在
に支持されたことで、妻枠は複数の揺動シリンダの伸縮
によって掘進方向前後に移動することができ、独自の位
置保持機構を不要として掘進方向の圧力による傾きや周
方向へのローリングをこの揺動シリンダによって防止で
きる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２０】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機における妻枠支持機構を表す概略、図２に本実施例
の妻枠保持機構に適用されたパラレルリンク機構の制御
ブロックを示す。なお、従来の技術で説明したものと同
様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する
説明は省略する。

【００２１】図１に示すように、本実施例のトンネル掘
削機における妻枠保持機構において、掘削機本体は円筒
形状をなす前胴１１及び中胴１２（図３参照）と後胴１
３とから構成されており、この後胴１３の内側と既設の
型枠２２の外側との間にはリング状の妻枠２４が挿着さ
れている。この後胴１３と妻枠２４とは複数（本実施例
では８本）の揺動シリンダ５１〜５８によって揺動自在
に連結されており、この各揺動シリンダ５１〜５８は後
胴１３の前端部に取付けられた各球軸受５９によって揺
動自在に支持され、ロッド先端部は妻枠２４に取付けら
れた各球軸受６０によって揺動自在に支持されている。
そして、この揺動シリンダ５１〜５８は２本で１組をな
し、例えば、揺動シリンダ５１が妻枠２４（後胴１３）
の周方向一方に傾斜し、揺動シリンダ３２が妻枠２４
（後胴１３）の周方向他方に傾斜し、全体としてトラス
状に配設されることでパラレルリンク機構６１を構成し
ている。

【００２２】従って、パラレルリンク機構６１の揺動シ
リンダ５１〜５８を作動すると、妻枠２４を後胴１３に
対して掘進方向前後に移動することができ、この揺動シ
リンダ５１〜５８のみによって妻枠２４を保持すること
ができる。

【００２３】また、この妻枠２４の外周面には後胴１３
の内周面に密着するシール部材２８が固着される一方、
内周面には既設の型枠２２の外周面に弾圧するシール部
材２９が固着されている。また、リング状の妻枠２４に
は軸方向に沿う貫通孔３０が周方向に複数形成されてお
り、この貫通孔３０にはコンクリート配管３１の一端が
連結されている。このコンクリート配管３１は貫通孔３
０を介して掘削したトンネル内周面と既設の型枠２２と
の間にコンクリートを注入するためのものであり、中途
部に圧力計３２と開閉弁３３が介装されている。

【００２４】ここで、前述した複数の揺動シリンダ５１
〜５８から構成されるパラレルリンク機構６１の制御シ
ステムの構成について説明する。

【００２５】図２に示すように、揺動シリンダ５１〜５
８において、例えば、揺動シリンダ５１の図示しないピ
ストンによって仕切られた２つの圧力室には油圧給排管
７２，７３が連結されており、各油圧給排管７２，７３
はそれぞれ非常遮断弁７４，７５を介してサーボ弁７６
に連結されている。このサーボ弁７６は揺動シリンダ５
１の各圧力室への油圧の供給及び排出を切り換えるもの
であって、連結管７７，７８を介して油圧給排源７９に
連結されている。

【００２６】また、揺動シ６ンダ５１にはその作動位置
を検出する変位センサ８０が装着されており、この変位
センサ８０はコントローラ８１を介して制御部８２に接
続されている。そして、前述したサーボ弁７６はサーボ
アンプ８３を介して制御部８２に接続されている。な
お、この制御部８２には複数のジョイスティクレバーを
有する操作部８４と非常停止ボタン８５が接続されてい
る。

【００２７】従って、変位センサ８０は揺動シリンダ５
１の作動位置を検出しており、その検出信号をコントロ
ーラ８１を介して制御部８２に出力している。制御部８
２はこの検出信号に基づいてサーボアンプ８３に指令信
号を出力し、サーボアンプ８３はその指令信号に基づい
てサーボ弁７６を制御し、油圧給排源７９と揺動シリン
ダ５１との間で油圧の給排を行うようになっている。な
お、ここでは揺動シリンダ５１についてのみ説明した
が、他の揺動シリンダ５２〜５８についても同様の構成
となっている。

【００２８】而して、本実施例のトンネル掘削機におけ
る妻枠支持機構による妻枠２４作動について説明する。
図１及び図２に示すように、トンネル掘削機の掘進動作
に伴って後胴１３が前進し、掘削形成したトンネルの内
壁面に型枠２２を組付けていく。この型枠２２の組付動
作に伴って、コンクリート配管３１により妻枠２４の貫
通孔３０を介して掘削したトンネル内周面と既設の型枠
２２との間にコンクリートを注入する。そして、妻枠２
４はパラレルリンク機構６１の各揺動シリンダ５１〜５
８を作動することにより、後胴１３に対して妻枠２５を
接近（前進）し、各シール部材２８，２９により後胴１
３内へのコンクリートの漏洩を防止している。

【００２９】パラレルリンク機構６１の各揺動シリンダ
５１〜５８への油圧の給排が停止されて妻枠２４が停止
しているとき、サーボ弁６５は閉止状態となっている。
そのため、妻枠２４はパラレルリンク機構６１（揺動シ
リンダ５１〜５８）を介して後胴１３に支持されてお
り、この妻枠２４は後胴１３と既設の型枠２２との間に
所定の間隔をもって保持されており、前後方向や径方向
あるいは周方向に振れることはなく、確実に保持される
こととなる。

【００３０】この作動時に、制御部８２には変位センサ
８０が検出した揺動シリンダ５１〜５８の作動位置の検
出信号が入力されており、制御部８２は予め設定された
作動条件及び検出信号に基づいてサーボアンプ８３に指
令信号を出力してサーボ弁７６を制御し、油圧給排源７
９と揺動シリンダ５１〜５８との間で油圧の給排を行
う。従って、揺動シリンダ５１〜５８は油圧の給排によ
って所定量往復駆動し、妻枠２４はＸ方向及びＹ方向、
Ｚ方向の方向制御が行われながら移動する。

【００３１】なお、上述の実施例において、パラレルリ
ンク機構６１を８本の揺動シリンダ５１〜５８によって
構成したが、揺動シリンダの数は８本に限定されるもの
ではなく、６本以上であれば、１０本でも２本でもよい
ものであり、この場合であっても前述と同様の作用効果
を奏することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、複数の推進ジャ
ッキを有する筒状の掘削機本体の前部に駆動回転自在な
カッタヘッドが装着される一方、後部に既設された型枠
の外周面に密着するリング状の妻枠が装着されたトンネ
ル掘削機において、掘削機本体と妻枠とを複数の揺動シ
リンダによって揺動自在に連結してこの複数の揺動シリ
ンダを妻枠の周方向に傾斜してトラス状に配設したの
で、妻枠は複数の揺動シリンダによって掘削機本体支持
され、且つ、この揺動シリンダの伸縮によって移動する
こととなり、独自の位置保持機構がなくとも掘進方向の
圧力による傾きや周方向のローリング、径方向への振れ
を防止することができ、構造の簡素化及び小型化を図る
ことができると共に、装置の低コスト化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機におけ
る妻枠支持機構を表す概略図である。

【図２】本実施例の妻枠保持機構に適用されたパラレル
リンク機構の制御ブロック図である。

【図３】従来のトンネル掘削機の概略図である。

【図４】図３のIV−IV断面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】図４のVI−VI断面図である。

【図７】図４のVII−VII断面図である。

【図８】従来の妻枠支持装置の制御ブロック図である。

【符号の説明】

１１ 前胴（トンネル掘削機本体） １２ 中胴（トンネル掘削機本体） １３ 後胴（トンネル掘削機本体） １４ カッタヘッド １９ 中折ジャッキ ２０ 推進ジャッキ ２１ シールドジャッキ ２２ 型枠 ２４ 妻枠 ２８，２９ シール部材 ３０ 貫通孔 ３１ コンクリート配管 ５１〜５８ 揺動シリンダ ５９，６０ 球軸受 ６１ パラレルリンク機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の推進ジャッキを有する筒状の掘削
   機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着され
   る一方、該掘削機本体の後部に既設された型枠の外周面
   に密着するリング状の妻枠が装着されたトンネル掘削機
   において、前記掘削機本体と妻枠とを複数の揺動シリン
   ダによって揺動自在に連結し、該複数の揺動シリンダを
   前記妻枠の周方向に傾斜してトラス状に配設したことを
   特徴とするトンネル掘削機。