JPH09217589A - トンネル掘削機及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】地下水が押し寄せる場合でも、ずりを極めて僅
かな水分で搬出する。 【解決手段】機械本体２０に取り付けられ、トンネル軸
線Ｍに沿って延びる軸Ａを中心に回転可能な掘削ヘッド
１０と、掘削ヘッドを堀進方向に坑道切羽３へ押し付け
る手段と、回転シール２２によって掘削ヘッドに対して
密封され且つ地下水を圧縮空気によって押し止める圧力
隔壁２１と、掘削ヘッド１０内のずりを圧力隔壁２１を
介して後方に搬出する搬送手段と、搬送手段を圧密に囲
繞するハウジング６０と、搬送手段の排出端４２に設け
られ、ずりを圧力隔壁の後方の無圧空間に搬出する手段
５０とを備えたトンネル掘削機１００であって、搬送手
段は、排出端に向かって上がり勾配になっており且つサ
イフォンを形成するサイフォン形成部４０を有し、サイ
フォン形成部には、押し寄せる地下水の圧力に調整され
た圧力下で圧縮空気が注入可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械本体と、該機
械本体に取り付けられ、実質的にトンネル軸線に延びて
いる軸を中心に回転可能であり、トンネルの形状に対応
する作動横断面を有する掘削ヘッドと、該掘削ヘッドを
堀進方向に坑道切羽へと押し付ける手段と、掘削ヘッド
の後方に位置し、回転シールによって掘削ヘッドに対し
密封され、坑道切羽から押し寄せる地下水を圧縮空気の
印加によって押し止める圧力隔壁と、該圧力隔壁を貫通
し、掘削ヘッドの領域まで達し、該掘削ヘッドに収容さ
れたずりを圧力隔壁を通って後方に搬出する搬送手段
と、該搬送手段を圧密に囲繞するハウジングと、搬送手
段の排出端に具備され、ずりを圧力隔壁の後方の無圧空
間に搬出する手段(Einrichtung zum Ausschleusen)と、
を具備するトンネル掘削機及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来技術】このようなトンネル掘削機は公知であり、
押し寄せる地下水をトンネル掘削機の作業領域で圧縮空
気によって押し止める原理は、ギュンター・クーン著
『デァ・マシネレ・ティーフバウ』 ビー・ジー・トイ
プナー社 シュトゥットガルト（１９９２）、３５５頁
に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このタ
イプのトンネル掘削機では、特に、地下水の押寄せが強
いとき、搬出される物質が地下水とずりとの混合物、つ
まり一種の滓又は泥を形成し、これが物を搬出するコン
ベヤベルト上で搬出駆動を妨げる酷い汚れとなってしま
う場合がある。

【０００４】本発明の目的は、地下水が押し寄せる場合
でも、ずりを、極めて僅かな水分を含んだまま搬出する
ことが可能なトンネル掘削機及びその駆動方法を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、搬送手段が排出端に上がり勾配になっており且つサ
イフォンを形成するサイフォン形成部を有し、このサイ
フォン形成部には、押し寄せる地下水の圧力に調整され
た圧力下で圧縮空気が注入可能であることによって解決
される。

【０００６】多くの地下水が押し寄せるとき、通常は、
ずりを搬出する手段まで搬送手段に水が入って来る。

【０００７】本発明によれば、搬送手段のサイフォン形
成部を上がり勾配としたことによって、搬送手段内の水
位が一定に維持され、その水位の上方に圧縮空気のみが
存在するように制御することが可能である。

【０００８】搬送手段で搬送されている間に、ずりと共
に搬送される水が落下して、落下した水は、上記一定の
水位に維持されている水に戻される。この場合、ダブル
スルースに到達したずりは、確かにまだ濡れてはいる
が、多量の水を含んではいないため、搬送手段が滓状又
は泥状のずりの塊によって汚れるのを著しく防止するこ
とができる。

【０００９】上がり勾配のサイフォン形成部を設計する
ことは必要である。つまり、このことは、サイフォン形
成部の端部に印加されている圧縮空気が、上りの道に水
が注入されていようといまいと、その上り道の途中で逃
が出てはならない、ことを意味している。むしろ、上が
り勾配のサイフォン形成部にある水のために、以下の最
低点がなければならない。この最低点は、空気が掘削ヘ
ッドの領域へ逃れ出ようとするならば、その空気によっ
て制圧されねばならないだろう。しかし、空気の泡は水
中では下方に行かないので、圧縮空気は水位の上方の領
域に留まる。本発明の利点は、必要な圧縮空気の量がか
くして限界に留まっていることにある。

【００１０】搬送手段の「上がり勾配のサイフォン形成
部」は、特に、請求項２に記載された方法で、すなわち
搬送手段がタンデム配列された２つの個別のコンベヤを
有し、そのうちの第２のコンベヤが第１のコンベヤの下
方で始まっていることにより、実現される。このことに
よって、かなり狭いトンネルの断面においてサイフォン
を形成すると共に、第２のコンベヤの十分なハウジング
の高さを形成するための構造的な前提が改善される。

【００１１】コンベヤとしては、ずりのような物質を建
設中のトンネルから搬送することで知られている構造体
が考えられ、特に、第１のコンベヤとしてはベルトコン
ベヤが、上がり勾配の第２のコンベヤとしてはスクレー
パコンベヤが考えられる。

【００１２】サイフォンを形成するためには、請求項３
の構造が目的に適っている。すなわち、第２のコンベヤ
のハウジングの上側は、第２のコンベヤを覆うようにか
なり接近して延びているので、第１のコンベヤのハウジ
ング部分への移行部にサイフォン箇所を容易に形成する
ことができる。

【００１３】請求項４に記載のように、ずりを搬出する
手段はダブルスルースを有することができる。

【００１４】請求項５には、ハウジングの高さの好まし
い寸法、即ちサイフォン形成部と、スルースの領域との
間におけるハウジングの下側の最高点との間の差が記載
されている。水位は、ハウジングの高さの範囲に留まら
ねばならない。水位がサイフォンのレベル以下に落ちた
ときは、圧縮空気は直接上がり道を占拠して、第１のコ
ンベヤのハウジングを通って掘削ヘッドの領域へ出てい
く。水位が第２のコンベヤのハウジングの下側の最高点
の上まで上がれば、水はスルースに流れ込み、物を転送
する搬送手段に達する。このことは正に回避したいこと
だ。かなり多い圧縮空気の量が、より大きなコストなし
に、約０．１バールの許容量をもって制御されることが
できる。０．１バールは１ｍの水柱の高さに対応する。
少なくとも２ｍの高さは搬送手段の上がり勾配の端部部
分の領域で水位用の間隙として用いられねばならない。

【００１５】本発明は請求項６に記載の駆動方法すなわ
ち前記上がり勾配の端部領域でそのまま(ohne Aenderun
gen)水位を保つ方法にも関する。

【００１６】本発明のトンネル掘削機によって、請求項
７に記載された他の駆動方法も変化なしに可能となる。
つまり、地下水の押寄せが余りに多くなく、岩石の地質
がかなり密である地山領域では、上がり勾配の端部領域
で圧力が著しく高められると、かくして第１のコンベヤ
及び掘削ヘッドから地下水が全く排除されて、地山に十
分に押し止められるので、掘削ヘッドは水中でなく、一
定の空気の過剰圧力の下でのみ作動することができる。
これは利点である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
るトンネル掘削機について、添付図面を参照して説明す
る。なお、図１には、トンネル内で作動するトンネル掘
削機のトンネル軸を通る縦断面が示されている。

【００１８】トンネル掘削機１００は、地山２にトンネ
ル１を掘るために用いられる。

【００１９】坑道切羽３に隣接したトンネル掘削機１０
０の前部は、トンネル１の中心線Ｍと実質的に一致する
軸線Ａを有する。なお、中心線Ｍは、直線である必要は
なく、湾曲して延びていてもよい。

【００２０】トンネル掘削機１００の機械本体２０に
は、ディスク状の掘削ヘッド１０が軸線Ａを中心に回転
自在に取り付けられている。

【００２１】掘削ヘッド１０は、トンネルの輪郭を中心
線Ｍに対し垂直方向に規定し、坑道切羽３に向いた側
に、地山２を粉砕するための適切な種類及び配列の掘削
工具１１，１２，１３，１４，１５を具備している。

【００２２】掘削ヘッド１０は、後方に、即ち坑道切羽
３から離隔して、堀進方向と反対に延びている支持延長
部１６を有しており、この支持延長部１６によって、掘
削ヘッド１０は、機械ハウジングすなわち機械本体２０
内に支持されている。

【００２３】実際の掘削ヘッド１０の直ぐ後方には、ず
りを受ける受け手段１７が具備されている。解されたず
りは、受け手段１７に直接に落ち込むか、あるいは受け
手段１７がずりを一種のシャベル１８でトンネル１の底
部から収容する。

【００２４】ピックアップ即ち受け手段１７は、ずりを
ホッパ１９に渡し、ホッパ１９からはずりＢが、点で示
す如くに、水平方向のコンベヤベルトの形状をした第１
のコンベヤ３０の送込み領域３１に落下する。

【００２５】機械本体２０は、シールド６を介して、ト
ンネル１の内周面において支持される。このシールド６
には、横壁２７によって、圧力隔壁２１が形成されてい
る。

【００２６】圧力隔壁２１には、堀進方向と反対方向に
支持延長部１６が貫通している。また、シール２２によ
って、支持延長部１６の外周面を、支持延長部１６を横
壁２７に通すために開けられている開口部に対し密封す
る。また、掘削ヘッド１０は、軸線Ａを中心にハイドロ
モータ(Hydromotor)２３によって駆動される。更に、横
壁２７の後方の、坑道切羽３側にある領域への出入り
は、スルース２４，２５，２６を介して可能である。

【００２７】トンネル掘削用機械１００の前部の直ぐ後
方には、タビング設置手段４が具備されている。タビン
グ設置手段４には、前もって掘削したトンネル壁部を支
持するための長方形形状のタビング５を設置されてい
る。

【００２８】第１のコンベヤ３０は、その排出端３２
で、ずりＢを第２のコンベヤ４０の送込み領域４１に落
下させる。この送込み領域４１には、間隔をあけて排出
端３２の下方に設けられている。

【００２９】第２のコンベヤ４０は、実質的にリニアに
斜め上方にタビング設置手段４の通路を通って延びてい
るスクレーパコンベヤである。このスクレーパコンベヤ
は、ずりＢを上方の排出端４２で、ダブルスルース５０
(Doppelschleuse)へ落下させる。

【００３０】ダブルスルース５０は、排出端４２の下方
に設けられた垂直な貯蔵シャフト５２を備えた第１のス
ルース５１を有する。

【００３１】貯蔵シャフト５２の下端は、釣支された部
分的に円筒状の閉鎖スライド５３によって閉鎖されてい
る。

【００３２】ずりＢは、図面から明らかなように、一種
の仮貯蔵として、閉鎖スライド５３上で所定の量まで集
められる。そして、閉鎖スライド５３が回動軸５４を中
心に或る位置５３′へ移動すると、位置５３′におい
て、閉鎖スライド５３によって貯蔵シャフト５２の横断
面即ち下端が開放される。この結果、貯蔵シャフト５２
に集められたずりＢは、第１のスルース５１の下方に設
置された第２のスルース５５の貯蔵シャフト５６に落下
する。

【００３３】第２のスルース５５は、閉鎖スライド５７
によって閉じられている。閉鎖スライド５７は、軸５８
を中心に回転自在に釣支されており、実線で示された閉
鎖位置５７から破線で示された開放位置５７′へ移動さ
せることができる。

【００３４】閉鎖スライド５７上に落下したずりＢは、
閉鎖スライド５７が開放されると、コンベヤ７０の送込
み領域７１に落下する。コンベヤ７０は、ずりＢをトン
ネル掘削用機械１００から後方へと、既に堀進されたト
ンネルを通って搬出する。

【００３５】ピックアップ１７からスルース５０までの
全搬送区間は、圧密のハウジング６０によって囲繞され
ている。

【００３６】ハウジング６０は、第１のコンベヤ３０を
囲繞している第１のハウジング部分６１と、ハウジング
部分６１の、図面で右の端部から垂直方向下方に延びる
シャフト６２と、第２のコンベヤ４０を囲繞する上り勾
配のハウジング部分６３とにより構成される。

【００３７】ハウジング部分６３は、ダブルスルース５
０へと移っている。また、第１のハウジング部分６１は
横壁２７を貫通し、ホッパ１９の下方まで延びている。
更に、ハウジング部分６１及び隔壁２１は、圧密に互い
に連通されている。

【００３８】ダブルスルース５０も圧密に形成されてお
り、閉鎖スライド５３は、圧密のハウジング部分５９の
内側で移動制御される。

【００３９】閉鎖スライド５７が閉じられている間、ハ
ウジング部分６３に支配的な圧力が外に放出することな
く、閉鎖スライド５３をハウジング部分５９の内側で開
放されることができる。

【００４０】ハウジング部分６３の上側の最低点６４
は、装置内の水平線（レベル）６５によって規定され、
ハウジング部分６３の下側の最高点６６は、水平線（レ
ベル）６７によって規定されており、この水平線６５，
６７の高低差として、ハウジング６０の高さｈが規定さ
れている。

【００４１】トンネル１内の坑道切羽３の領域で地下水
が押し寄せるときは、トンネル１の、横壁２７によって
区分された領域に、波線Ｗによって示される水が入って
来る。同様に、ハウジング６０全体に水が第１のスルー
ス５１まで入って来る。

【００４２】ハウジング部分６３の上方領域に設けられ
た接続部６８を通って、圧縮空気を押し入れることがで
きる。圧縮空気は、図面から明らかなように、ハウジン
グ部分６３を通して水位Ｓｐを押し戻す。圧縮圧力の圧
力が所定のときに水位Ｓｐがどの程度押し戻されるか
は、領域０内の地下水の反力に従う。空気圧が所定のと
き、平衡が調節される。

【００４３】第２のコンベヤ４０は、サイフォンを形成
しており、サイフォンの最低点６４は、上記レベル６５
に位置付けられている。この場合、水位Ｓｐが、レベル
６５より下がると、水位Ｓｐより上の圧縮空気は、直接
上方へ領域０に逃れ出て、未使用でかつ不都合にも放出
される。なお、レベル６５は、整然たる駆動中に許容さ
れる水位Ｓｐの高さの下限である。

【００４４】水位Ｓｐがレベル６７を越えると、水は、
第１のスルース５１に流入し、別個のコンベヤ７０に達
する。このことは、コンベヤ７０が滓状又は泥状の物質
を搬送する必要がないようにするには、正に避けたいこ
とである。他方、水位Ｓｐの許容される位置は上限６７
で表わされる。

【００４５】多量の圧縮空気は、実行可能なコストで、
例えば、１ｍの水柱につき０．１バールの許容をもって
制御される。制御がこのように精確である場合、トンネ
ル掘削用機械１００の安全な駆動が可能であるようにす
るときは、レベルの高低差ｈは少なくとも２ｍでなけれ
ばならない。何故ならば、圧力の目標値が予め設定され
た値から０．１バールだけ上方又は下方に幅があること
を前提としなければならないからである。この理由か
ら、第２のコンベヤ４０のかなり険阻な配置が必要であ
る。

【００４６】駆動中、ずりＢが第２のコンベヤ４０上を
搬送されている間、ずりＢを搬送する第２のコンベヤ４
０の上側は、水位Ｓｐから出ているため、ずりＢと共に
搬送される水は落下する。そして、落下した水は、水位
Ｓｐに維持された水へ戻る。かくして多量の水分が落ち
たずりＢは、排出端４２で、図示するように、第１のス
ルース５１の閉鎖スライド５３に排出される。そこで十
分な量が集められた後に、閉鎖スライド５７が閉じられ
ている間は、閉鎖スライド５３が位置５３′に移動され
ると、ずりＢは閉鎖スライド５７に落下する。閉鎖スラ
イド５７が気密であれば、重要な空気量は外側に逃げな
い。

【００４７】溜められたずりＢを排出した後、閉鎖スラ
イド５３は再度閉じられ、次に閉鎖スライド５７が開か
れる。閉鎖スライド５７は、ずりＢを別個のコンベヤ７
０上に下ろす。かくして、ずりＢは、過剰な水の混入な
しに、別個のコンベヤ７０に達する。このことの前提
は、水位Ｓｐがハウジング６０の高さｈ以下に保たれる
ことである。このことは、接続部６８での圧力のしかる
べき量定によってなされる。

【００４８】この圧力を高めると、水を全てハウジング
部分６３及び領域０から排除することができる。この領
域０には、地下水が周囲の岩石に押し止められ、領域０
で実質的に水の無い状態で作業を行なうことができる程
の空気圧力が支配している。しかし、このことは押し寄
せる地下水の量と、露出した地山の質とに拠る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るトンネル掘削機の
構成を示す図。

【符号の説明】

３ 坑道切羽 １０ 掘削ヘッド ２０ 機械本体 ２２ 回転シール ２１ 圧力隔壁 ４０ サイフォン形成部 ４２ 搬送手段の排出端 ５０ ずりを搬出する手段 ６０ ハウジング １００ トンネル掘削機

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械本体（２０）と、 機械本体（２０）に取り付けられ、実質的にトンネル軸
   線（Ｍ）に沿って延びる軸（Ａ）を中心に回転可能であ
   って且つトンネルの輪郭に対応する作動横断面を有する
   掘削ヘッド（１０）と、 掘削ヘッド（１０）を堀進方向に坑道切羽（３）へ押し
   付ける手段と、 掘削ヘッド（１０）の後方に位置しており、回転シール
   （２２）によって掘削ヘッド（１０）に対して密封され
   且つ坑道切羽（３）から押し寄せる地下水を圧縮空気の
   印加によって押し止める圧力隔壁（２１）と、 圧力隔壁（２１）を貫通して掘削ヘッド（１０）の領域
   まで達しており、掘削ヘッド（１０）に収容されたずり
   （Ｂ）を圧力隔壁（２１）を介して後方に搬出する搬送
   手段と、 この搬送手段を圧密に囲繞するハウジング（６０）と、 前記搬送手段の排出端（４２）に設けられており、ずり
   （Ｂ）を圧力隔壁（２１）の後方の無圧空間に搬出する
   手段（５０）とを具備するトンネル掘削機（１００）に
   おいて、 前記搬送手段は、排出端（４２）に向かって上がり勾配
   になっており且つサイフォンを形成するサイフォン形成
   部（４０）を有しており、サイフォン形成部（４０）に
   は、押し寄せる地下水の圧力に調整された圧力下で圧縮
   空気が注入可能であることを特徴とするトンネル掘削
   機。
2. 【請求項２】 前記搬送手段は、ハウジング（６０）に
   格納された第１及び第２のコンベヤ（３０，４０）を備
   えており、サイフォン形成部（４０）を構成する第２の
   コンベヤ（４０）には、第１のコンベヤ（３０）の排出
   端（３２）の下方に間隔をあけて設けられている送込み
   領域（４１）が設けられていることを特徴とする請求項
   １に記載のトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 ハウジング（６０）の上側には、第１及
   び第２のコンベヤ（３０，４０）の間の領域において、
   最も低くなった最低点（６４）を有することを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 ずり（Ｂ）を搬出する手段（５０）は、
   第２のコンベヤ（４０）の排出端（４２）の下方に設け
   られたダブルスルースを有することを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか１に記載のトンネル掘削機。
5. 【請求項５】 少なくとも第２のコンベヤ（４０）の領
   域におけるハウジング（６０）の高さ（ｈ）は、水柱と
   して、少なくとも、第２のコンベヤ（４０）の領域で保
   持可能な圧縮空気の圧力許容範囲に対応していることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のトンネ
   ル掘削機。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１に記載のト
   ンネル掘削機を駆動する駆動方法であって、水位（Ｓ
   ｐ）が前記搬送手段のサイフォン形成部（４０）の領域
   に留まるように、前記圧縮空気の圧力を選択することを
   特徴とする駆動方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれか１に記載のト
   ンネル掘削機を駆動する駆動方法であって、地下水を坑
   道切羽（３）の領域に押し止めて掘削ヘッド（１０）の
   作業領域が水の無い状態に維持されるように、前記圧縮
   空気の圧力を選択することを特徴とする駆動方法。