JPH08170488A - トンネル掘削機及びトンネル掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、シールドジャッキ
の伸縮時に推進モーメントのバランスがくずれ、前胴及
び後胴が屈曲して掘進不能になる虞がある。 【解決手段】 前端部にカッタ装置３が装着された前胴
１に掘進方向に沿って相対移動自在な後胴２を連結し、
この前胴１と後胴２との間に複数の推進ジャッキ５を架
設すると共に後胴２の後部に複数の反力支持ジャッキ６
を並設し、且つ、後胴２からトンネル後方へ張り出され
たシャフト７を設けてこのシャフト７上に既設のセグメ
ント１１の内周部に係脱自在な反力支持フレーム９を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤などの硬質地
盤を掘削するＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）や軟
弱地盤を掘削するシールド掘削機などのトンネル掘削機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来のシールド掘削機として、
特開昭５８−２１３９９３号公報に開示されたものがあ
る。この公報に開示されたシールド掘削機は、地山の掘
削作業とセグメントの組立作業とを並行、あるい同時に
行って施工能率を著しく向上させるためのものである。
従って、前胴及び後胴に２分されたシールド掘削機本体
を複数の推進ジャッキによって接続し、後胴に装着され
たシールドジャッキをトンネル内周面に既設されたセグ
メントの端面に押し当て、この状態で推進ジャッキを伸
長して前方の地盤を掘削している間に、シールドジャッ
キを順番に数本ずつ縮め、このシールドジャッキと既設
のセグメントとの間の隙間にエレクタ装置により新しい
セグメントを装着して１リング分を組み立てている。

【０００３】また、一般的なシールド掘削機は、掘削機
包帯は一つであって上述した推進ジャッキを装備してお
らず、シールドジャッキを伸長して１ストローク分の掘
削終了後に一旦掘進を止め、シールドジャッキを数本ず
つ順番に抜いて（縮めて）その部分に新しいセグメント
を組み立てる手順（掘削とセグメント組立が直列作業）
となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、急速施工す
るためには、掘削とセグメント組立を同時に行うことが
不可決となる。この場合、前述した特開昭５８−２１３
９９３号公報に開示されたシールド掘削機にあっては、
シールドジャッキを縮めるときにモーメントバランスが
くずれ、前胴及び後胴が屈曲して掘進不能になる虞があ
る。

【０００５】また、シールドジャッキを複数本抜いたま
まで、推進ジャッキの推力で掘進するものにあっては、
残りの有効に張り出しているシールドジャッキに大きな
反力が生じ、シールドジャッキの強度アップとそれを受
けるセグメントの強度アップが必要になり、特に、セグ
メントの強度アップは施工費全体を高価にすることにな
る。

【０００６】本発明は上述した問題を解決するものであ
り、良好な反力支持機構によって急速施工を安価な施工
費で行うことのできるトンネル掘削機及びトンネル掘削
方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【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は、前端部にカッタ装置が
装着された前胴と、該前胴の後部に掘進方向に沿って相
対移動自在に連結された後胴と、前記前胴と後胴との間
に架設された両者を相対駆動する複数の推進ジャッキ
と、前記後胴の後部円周上に並設された複数の反力支持
ジャッキと、前記後胴からトンネル後方へ張り出された
シャフトと、該シャフト上に設けられて既設覆工材内周
部に係脱自在な反力支持フレームとを具えたことを特徴
とするものである。

【０００８】従って、前方の地盤を掘削する場合、カッ
タ装置を回転駆動すると共に推進ジャッキを伸長して後
胴に対して前胴及びカッタ装置を前進させることで行
い、このとき、掘削反力は、既設の覆工材に押し付けた
ままの反力支持ジャッキと、後胴にシャフトを介して装
着された反力支持フレームによって既設の覆工材に伝達
され、推進モーメントのバランスが良好に保たれ、この
間、一部の反力支持ジャッキが縮められて覆工材が施工
される。

【０００９】また、本発明のトンネル掘削機は、前記シ
ャフトの前端部は前記後胴に球面軸受を介して揺動自在
に支持されたことを特徴とするものである。

【００１０】従って、掘進方向が変更されても、前胴及
び後胴はシャフト、即ち、既設のセグメントに対して球
面軸受を支点として揺動することで、進路変更による前
胴及び後胴の屈曲量が吸収される。

【００１１】また、本発明のトンネル掘削機は、前記複
数の推進ジャッキは一端部が前記前胴に連結される一
方、他端部が前記シャフトに連結されたことを特徴とす
るものである。

【００１２】従って、推進ジャッキの伸長力は反力支持
フレームを介して覆工材に支持されたシャフトに作用す
ることとなり、前胴及び後胴の掘進方向の方向制御性が
良い。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削機は、前記シ
ャフトの外周部に覆工材組立用のエレクタ装置が設けら
れたことを特徴とするものである。

【００１４】従って、覆工材組立用のエレクタ装置がシ
ャフト外周に設けられることで、シャフトの有効利用が
図れる。

【００１５】また、本発明のトンネル掘削機は、前記エ
レクタ装置が複数設けられたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】従って、一般に、カッタ装置による掘削速
度がエレクタ装置の覆工速度より速いので、掘削速度に
見合うようにエレクタ装置の数を増やすことで、覆工速
度が向上して掘削と覆工とをうまく調和させて急速な施
工が可能となる。

【００１７】また、本発明のトンネル掘削機は、前記反
力支持フレームが軸方向に複数設けられたことを特徴と
するトンネル掘削機。

【００１８】従って、既設覆工材に反力を分散させて支
持することが可能となり、覆工材の強度を著しく向上さ
せる必要がなくなる。

【００１９】また、本発明のトンネル掘削方法は、前胴
の前端部に装着されたカッタ装置を駆動すると共に、複
数の推進ジャッキを伸長して後胴に対して前胴を前進す
ることで、前記カッタ装置によって前方の地盤を掘削す
る一方、前記カッタ装置から前記前胴を介して伝達され
る掘削反力を前記後胴に設けられた複数の反力支持ジャ
ッキ及び前記後胴からトンネル後方へ張り出されたシャ
フトを介して既設覆工材内周部に係脱自在な反力支持フ
レームによって受けるようにしたことを特徴とするもの
である。

【００２０】従って、推進モーメントのバランスが良好
に保たれ、掘削と覆工材を連続して、あるいは同時に行
うことで、トンネルの急速施工が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。

【００２２】図１に本発明の第１実施例に係るトンネル
掘削機としてのシールド掘削機の全体構成を表す概略、
図２に本実施例のシールド掘削機による掘削作業及びセ
グメント組立作業を説明するための概略である。

【００２３】図１に示すように、本実施例のシールド掘
削機において、シールド掘削本体は前胴１と後胴２に大
きく２分され、地山を掘削するカッタ装置３は前胴１の
前面部に設けられ、回転駆動モータ４によって回転駆動
可能となっている。また、前胴１の前面部には、チャン
バ室内に送水する排泥管１３と送水及び掘削物を排出す
る送泥管１４が設けられている。

【００２４】この前胴１と後胴２との間には、円周方向
に沿って複数の推進ジャッキ５が介装されると共に、後
胴２には同じく円周方向に沿って複数のシールドジャッ
キ（反力支持ジャッキ）６が配設されている。この推進
ジャッキ５は本体５ａが前胴１に取付けられる一方、駆
動ロッド５ｂの先端部は後胴２のフレーム２ａに連結さ
れている。また、シールドジャッキ６の本体６ａは後胴
２に取付けられる一方、駆動ロッド６ｂは掘進方向後方
に延出されて既設のセグメント（覆工材）１１に押圧自
在となっている。

【００２５】また、後胴２のフレーム２ａの中央には球
面ガイド１８を介して支持体１５が揺動自在に支持さ
れ、この支持体１５にはトンネル後方へ張り出されたシ
ャフト７が図示しないボルトによって固定され、このシ
ャフト７の後端部には反力支持フレーム９が接続されて
いる。そして、この反力支持フレーム９は、既設のセグ
メント１１の内壁の突起からなる係合部１２に嵌合する
係合装置１０が伸縮装置１７の先端部に装着されてい
る。

【００２６】また、シャフト７の前部には、セグメント
１１を組み立てるためのエレクタ装置８が旋回装置１６
を介して装備されている。

【００２７】ここで、上述した本実施例のシールド掘削
機によるトンネルの施工手順を図２を参照して説明す
る。まず、掘削開始状態では、図２の（ａ）に示すよう
に、シールドジャッキ６は全数伸びてセグメント１１の
端面を押圧した状態となっている。また、係合装置１０
はセグメント１１の内側の係合部１２に伸縮装置１７を
張り出して固定されている。

【００２８】この状態から、回転駆動モータ４によって
カッタ装置３を回転駆動しながら推進ジャッキ５を徐々
に伸ばしていくことで、後胴２に対して前胴１が前進
し、カッタ装置３によって地山が掘削される。一方、エ
レクタ装置８は新しいセグメント１１を保持し、シール
ドジャッキ６を縮めることで、形成された隙間にこの保
持したセグメント１１を挿入し、順次組み立てていく。

【００２９】このとき、シールドジャッキ６を部分的に
縮めても、その推進アンバランスモーメントに対向する
ように、支持体１５及びシャフト７を介して係合装置１
０が既設のセグメント１１に係合しており、既設のセグ
メント１１の内壁で推進反力をが受けることができた
め、モーメントバランスは保たれる。即ち、推進反力の
大部分は、カッタ装置３から推進ジャッキ５、フレーム
２ａ、支持体１５、シャフト７、反力支持フレーム９を
介して既設のセグメント１１に伝達されるのである。こ
れにより、セグメント１１の端面が受けるシールドジャ
ッキ６の負荷も増大することはない。この結果、特別な
強度のセグメント１１や特別な強度のシールドジャッキ
６が不要となる。

【００３０】次に、図２の（ｂ）に示すように、複数の
推進ジャッキ５の伸長によって前胴１及びカッタ装置３
の掘進が進行し、この推進ジャッキ５が伸びきり、新規
なセグメント１１を１リング分組み終わった状態とな
る。

【００３１】このとき、係合装置１０は嵌合しており、
また、セグメント１１の組立が完了したので、シールド
ジャッキ６は縮んだ状態になり、新規に組み込んだセグ
メント１１の端面に圧接している。この状態では、後胴
２は固定で、前胴１のみがトンネル前方へ進んだことに
なる。

【００３２】そして、図２の（ｃ）に示すように、盛替
え作業に入る。即ち、カッタ装置３の回転を止め、係合
装置１０を解除してから、複数の推進ジャッキ５を縮め
る一方、シールドジャッキ６を全数伸ばすことで、後胴
２を前胴１へ引き寄せる。各推進ジャッキ５がストロー
クエンドまで移動すると、係合装置１０を伸縮装置１７
によってセグメント１１の係合部１２へ張り出し、再掘
進（図２の（ａ）の状態）に入る。この作業の繰り返し
によってトンネルを施工していく。

【００３３】図３に本発明の第２実施例に係るトンネル
掘削機としてのシールド掘削機の全体構成を表す概略、
図４に本実施例のシールド掘削機による掘削作業及びセ
グメント組立作業を説明するための概略である。なお、
上述の実施例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。

【００３４】図３に示すように、本実施例のシールド掘
削機において、シールド掘削本体は前胴１と後胴２に大
きく２分され、前胴１の前面部にカッタ装置３は設けら
れ、回転駆動モータ４によって回転駆動可能となってい
る。この前胴１と後胴２との間には、円周方向に沿って
複数の推進ジャッキ５が介装されると共に、後胴２には
同じく円周方向に沿って複数のシールドジャッキ６が配
設されている。この推進ジャッキ５は本体５ａが前胴１
に取付けられる一方、駆動ロッド５ｂの先端部は後述す
る支持体１５に連結されている。また、シールドジャッ
キ６の本体６ａは後胴２に取付けられる一方、駆動ロッ
ド６ｂは掘進方向後方に延出されて既設のセグメント１
１に押圧自在となっている。

【００３５】また、前述した支持体１５は後胴２のフレ
ーム２ａの中央に球面ガイド１８を介して揺動自在に支
持され、この支持体１５にはトンネル後方へ張り出され
たシャフト７が図示しないボルトによって固定され、こ
のシャフト７の後端部には反力支持フレーム９が接続さ
れている。そして、この反力支持フレーム９は、既設の
セグメント１１の内壁の突起からなる係合部１２に嵌合
する係合装置１０が伸縮装置１７の先端部に装着されて
いる。更に、シャフト７の前部には、エレクタ装置８が
旋回装置１６を介して装備されている。

【００３６】ここで、上述した本実施例のシールド掘削
機によるトンネルの施工手順を図４を参照して説明す
る。まず、掘削開始状態では、図４の（ａ）に示すよう
に、シールドジャッキ６は全数伸びてセグメント１１の
端面を押圧しており、係合装置１０はセグメント１１の
係合部１２に伸縮装置１７を張り出して固定されてい
る。この状態から、カッタ装置３を回転駆動しながら推
進ジャッキ５を徐々に伸ばすことで、後胴２に対して前
胴１が前進し、カッタ装置３によって地山が掘削され
る。一方、エレクタ装置８は新しいセグメント１１を、
シールドジャッキ６が縮めて形成された隙間に挿入し、
順次組み立てていく。

【００３７】このとき、シールドジャッキ６を部分的に
縮めても、その推進アンバランスモーメントに対向する
ように、支持体１５及びシャフト７を介して係合装置１
０が既設のセグメント１１に係合しており、既設のセグ
メント１１の内壁で推進反力をが受けることができた
め、モーメントバランスは保たれる。これにより、セグ
メント１１の端面が受けるシールドジャッキ６の負荷も
増大することはなく、特別な強度のセグメント１１や特
別な強度のシールドジャッキ６が不要となる。また、推
進ジャッキ５の推進反力が支持体１５を介してシャフト
７に伝達されるため、この推進ジャッキ５の伸び力によ
る不平衡力が負荷され、カーブに対する方向制御性が良
い。

【００３８】次に、図４の（ｂ）に示すように、複数の
推進ジャッキ５の伸長によって前胴１及びカッタ装置３
の掘進が進行し、この推進ジャッキ５が伸びきり、新規
なセグメント１１を１リング分組み終わった状態とな
り、シールドジャッキ６は縮んだ状態で新規に組み込ん
だセグメント１１の端面に圧接している。この状態で後
胴２は固定され、前胴１のみがトンネル前方へ進んだこ
とになる。

【００３９】そして、図４の（ｃ）に示すように、カッ
タ装置３の回転を止め、係合装置１０を解除してから、
複数の推進ジャッキ５を縮める一方、シールドジャッキ
６を全数伸ばすことで、後胴２を前胴１へ引き寄せる。
各推進ジャッキ５がストロークエンドまで移動すると、
係合装置１０を伸縮装置１７によってセグメント１１の
係合部１２へ張り出し、再掘進（図４の（ａ）の状態）
に入る。この作業の繰り返しによってトンネルを施工し
ていく。

【００４０】なお、上述の実施例では、反力支持フレー
ム９が１個の例を示したが、この反力支持フレーム９を
軸方向に複数設けることで、推進反力を分散させること
ができ、１個のセグメント１１に加わる力を軽減できる
ので、セグメント１１の強度を著しく増す必要が更にな
くなる利点がある。

【００４１】また、本出願人等の先願「セグメント組立
装置」（特願平５−１９２０８５号）を適用して、周方
向及び軸方向への移動が自在なエレクタ装置を複数個設
ければ、それだけセグメント組立速度を向上させること
ができ、カッタ装置の掘削速度にあったセグメント組立
速度までスピードアップできる。従って、セグメント組
立を掘進と同時に終了することができるので、中断なし
の連続掘進が可能となる。

【００４２】なお、本発明は上述の実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、係合装置を突起
への嵌合方式から摩擦によるグリッパ方式、楔式等へ変
更する等各種変更が可能である。

【００４３】

【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、前端部にカッタ
装置が装着された前胴に掘進方向に沿って相対移動自在
な後胴を連結し、この前胴と後胴との間に複数の推進ジ
ャッキを架設すると共に後胴の後部に複数の反力支持ジ
ャッキを並設し、且つ、後胴からトンネル後方へ張り出
されたシャフトを設けてこのシャフト上に既設覆工材内
周部に係脱自在な反力支持フレームを設けたので、掘削
作業と覆工材の組立作業とを並行して行うことができ、
施工サイクルタイムが大幅に短くなり、急速施工を可能
とすることができると共に、覆工材の組立作業における
反力支持ジャッキの伸縮時にも推進モーメントのバラン
スを安定して保持することができ、その結果、作業効率
の向上を図ることができる。

【００４４】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
シャフトの前端部が後胴に球面軸受を介して揺動自在に
支持されたので、掘進方向が変更されても、前胴及び後
胴はシャフト、即ち、既設のセグメントに対して球面軸
受を支点として揺動することとなり、進路変更による前
胴及び後胴の屈曲量を吸収することができる。

【００４５】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
複数の推進ジャッキの一端部が前胴に連結される一方、
他端部がシャフトに連結されたので、推進ジャッキの伸
長力が反力支持フレームを介して覆工材に支持されたシ
ャフトに作用することとなり、前胴及び後胴の掘進方向
の方向制御性が良くなる。

【００４６】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
シャフトの外周部に覆工材組立用のエレクタ装置を設け
たので、シャフトの有効利用を図ることができる。

【００４７】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
エレクタ装置を複数設けたので、カッタ装置による掘削
速度がエレクタ装置の覆工速度より速いことで、この掘
削速度に見合うようにエレクタ装置の数を増やすこと
で、覆工速度を向上して掘削と覆工とをうまく調和させ
て急速な施工を可能とすることができる。

【００４８】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
反力支持フレームを軸方向に複数設けたので、既設覆工
材に反力を分散させて支持することが可能となり、覆工
材の強度を著しく向上させる必要がなく、小型軽量化を
図ることができる。

【００４９】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、カッタ装置を駆動すると共に複数の推進ジャッキを
伸長して後胴に対して前胴を前進することで前方の地盤
を掘削する一方、カッタ装置から前胴を介して伝達され
る掘削反力を後胴の複数の反力支持ジャッキ及び後胴か
らトンネル後方へ張り出されたシャフトを介して既設覆
工材内周部に係脱自在な反力支持フレームによって受け
るようにしたので、推進モーメントのバランスが良好に
保たれ、掘削と覆工材を連続して、あるいは同時に行う
ことで、トンネルの急速施工を可能とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機とし
てのシールド掘削機の全体構成を表す概略図である。

【図２】本実施例のシールド掘削機による掘削作業及び
セグメント組立作業を説明するための概略図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るトンネル掘削機とし
てのシールド掘削機の全体構成を表す概略図である。

【図４】本実施例のシールド掘削機による掘削作業及び
セグメント組立作業を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１ 前胴 ２ 後胴 ３ カッタ装置 ５ 推進ジャッキ ６ シールドジャッキ（反力支持ジャッキ） ７ シャフト ８ エレクタ装置 ９ 反力支持フレーム １１ セグメント １５ 支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安本 匡剛 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 宮内 政男 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 橋本 司 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 松下 清一 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 浅井 康彦 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 多田 幸司 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内 (72)発明者 請川 誠 東京都中央区京橋１−７−１ 戸田建設株 式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前端部にカッタ装置が装着された前胴
   と、該前胴の後部に掘進方向に沿って相対移動自在に連
   結された後胴と、前記前胴と後胴との間に架設された両
   者を相対駆動する複数の推進ジャッキと、前記後胴の後
   部円周上に並設された複数の反力支持ジャッキと、前記
   後胴からトンネル後方へ張り出されたシャフトと、該シ
   ャフト上に設けられて既設覆工材内周部に係脱自在な反
   力支持フレームとを具えたことを特徴とするトンネル掘
   削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記シャフトの前端部は前記後胴に球面軸受を介し
   て揺動自在に支持されたことを特徴とするトンネル掘削
   機。
3. 【請求項３】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記複数の推進ジャッキは一端部が前記前胴に連結
   される一方、他端部が前記シャフトに連結されたことを
   特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項１，２，３記載のトンネル掘削機
   において、前記シャフトの外周部に覆工材組立用のエレ
   クタ装置が設けられたことを特徴とするトンネル掘削
   機。
5. 【請求項５】 請求項４記載のトンネル掘削機におい
   て、前記エレクタ装置が複数設けられたことを特徴とす
   るトンネル掘削機。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３記載のトンネル掘削機
   において、前記反力支持フレームが軸方向に複数設けら
   れたことを特徴とするトンネル掘削機。
7. 【請求項７】 前胴の前端部に装着されたカッタ装置を
   駆動すると共に、複数の推進ジャッキを伸長して後胴に
   対して前胴を前進することで、前記カッタ装置によって
   前方の地盤を掘削する一方、前記カッタ装置から前記前
   胴を介して伝達される掘削反力を前記後胴に設けられた
   複数の反力支持ジャッキ及び前記後胴からトンネル後方
   へ張り出されたシャフトを介して既設覆工材内周部に係
   脱自在な反力支持フレームによって受けるようにしたこ
   とを特徴とするトンネル掘削方法。