JPH10196275A - 既掘削坑からの交差坑掘削方法とその掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のトンネル掘削機は機械全長が長く、横
坑内等のように作業空間の大きさに制限のある狭隘な場
所から軸芯が交差する方向に掘削できない。 【解決手段】 既掘削坑ｔの軸芯ｃと交差する方向に交
差坑Ｔを掘削するカッターヘッドＨを設け、このカッタ
ーヘッドＨを回転駆動するとともに掘削方向に推力を与
える駆動装置Ｋを支持櫓Ｌによってスライド可能に支持
し、この支持櫓Ｌに既掘削坑ｔの壁面ｆに固定するグリ
ッパ２１，２２を設けて掘削時の反力を受けるように
し、カッターヘッドＨを回転駆動するとともに掘削方向
に推力を与えてスライドさせることにより、既掘削坑ｔ
の軸芯ｃと交差する方向に交差坑Ｔを掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、地中
に形成した既掘削坑内から、この既掘削坑の軸芯と交差
する方向に交差坑を掘削する既掘削坑からの交差坑掘削
方法とその掘削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地下空間を利用するためにト
ンネル掘削機で多くのトンネルを形成している。例え
ば、硬岩質の地層を掘削するトンネル掘削機としては、
トンネル掘削機の胴部に設けた推力反力受たるグリッパ
をトンネル坑壁に押圧することにより推力反力を坑壁で
受け、先端に設けたカッターヘッドを回転させながら推
進することにより所定の方向にトンネルを掘削するもの
がある。

【０００３】また、地上等から竪孔を掘る掘削機の従来
技術として、特開昭５８−４０８８号公報記載の発明が
あり、この発明では、竪孔を掘削する時の推力反力を坑
壁にて受け、竪孔掘削時に必要なカッターヘッドへの推
力を付加するための重錘を設けて竪孔を掘削している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年では、地下
空間をより有効に利用するために、既掘削坑からこの既
掘削坑の軸芯と交差する軸方向に交差坑（「既掘削坑と
軸芯が交差するトンネル」をいう）を掘削し、より複雑
な形態で地下空間を利用しようとする要求がある。例え
ば、この要求の一つとして、トンネル掘削機によって掘
削した横坑から多数の竪坑を掘削するものがある。

【０００５】しかしながら、上記した従来のトンネル掘
削機の場合には所定の方向へ横坑等のトンネルを掘削す
るための構成であるため、掘削機の前部からカッターヘ
ッド，駆動装置，グリッパの順に設けて胴部が長くなっ
てしまうため、既掘削坑内からこの既掘削坑の軸芯と交
差する竪孔等を掘削できるものではない。

【０００６】また、上記公報記載の竪孔掘削機の場合、
竪孔掘削時に必要なカッターヘッドへの推力付加構成と
して、カッターヘッド後部に重錘を設け、推力反力受と
して機械後部にグリッパを設けて掘削竪孔壁面に推力反
力を作用させて推力を得る構成であるため、これら推力
を得るための構成を設けるために機械全長が長くなり、
既掘削坑である横坑内等のように作業空間の大きさに制
限のある狭隘な場所から竪坑等の交差坑を掘削すること
は困難である。

【０００７】しかも、この竪孔掘削機の場合には掘削機
自体が自走できないので、所定位置での掘削完了後に次
掘削位置へ移動させる場合には、例えばクレーン車等の
別途運搬装置によって行うこととなり、既掘削坑内のよ
うに空間寸法に制限のある場所での使用は現実的ではな
い。仮に、狭隘な空間での運搬が可能な装置を採用する
としても運搬重量を軽くする必要があるので、掘削装置
を部分的に解体して可搬重量以下にしてから移動させて
再組立をして掘削することとなり、多くの時間と労力を
要して効率的な掘削作業を行うことができなくなる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、この出願に係る発明は、既掘削坑の軸芯と
交差する方向に交差坑を掘削するカッターヘッドを設
け、このカッターヘッドを回転駆動するとともに掘削方
向に推力を与える駆動装置を支持体によってスライド可
能に支持し、この支持体に既掘削坑の壁面に固定する固
定手段を設けて掘削時の反力を受けるようにしている。

【０００９】このように固定手段で支持体を既掘削坑の
壁面に固定して掘削反力を受けるようにし、この支持体
に沿ってカッターヘッドを回転駆動するとともに掘削方
向に推力を与える駆動装置をスライドさせることによ
り、既掘削坑の軸芯と交差する方向に設けたカッターヘ
ッドによって交差坑を掘削することができる。

【００１０】また、支持体を既掘削坑の軸方向に移動さ
せる移動手段を設ければ、交差坑掘削後の移動を容易に
行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この出願に係る発明の交差坑掘削
方法は、既掘削坑壁面の所定位置に、該既掘削坑の軸芯
と交差する軸方向にカッターヘッドの掘削軸芯を設けて
支持し、該カッターヘッドを回転駆動するとともに掘削
方向に推力を与えて既掘削坑の軸芯と交差する方向に交
差坑を掘削し、掘削完了後、該カッターヘッドを格納し
て支持を解除した後に既掘削坑の軸芯に沿って次掘削位
置へ移動させ、該次掘削位置にカッターヘッドを支持
し、前記工程を繰り返すことによって順次既掘削坑の軸
芯と交差する軸方向に複数の交差坑を掘削するようにし
ている。このように、既掘削坑の軸芯と交差する軸方向
に軸芯を設けたカッターヘッドで既掘削坑の軸芯と交差
する方向に交差坑を掘削し、掘削後は、既掘削坑の軸芯
に沿って次掘削位置へ移動させて既掘削坑の軸芯と交差
する方向に交差坑を掘削するので、既掘削坑の軸芯と交
差する方向に複数の交差坑を容易に形成することができ
る。

【００１２】また、この出願に係る発明の交差坑掘削装
置は、既掘削坑の軸芯と交差する軸方向に交差坑を掘削
するための交差坑掘削装置であって、前記既掘削坑の軸
芯と交差する軸方向に掘削するカッターヘッドを設ける
とともに、該カッターヘッドに回転駆動力と掘削方向推
力とを与える駆動装置を設け、該駆動装置を掘削方向に
スライド可能に支持するガイド部材を有し、掘削反力を
既掘削坑の壁面で受けるように固定する固定手段を具備
した支持体を設けている。これにより、固定手段で支持
体を既掘削坑の壁面に固定し、駆動装置でカッターヘッ
ドに回転駆動力と掘削方向推力とを与えながらガイド部
材に沿って掘削方向にスライドさせれば、カッターヘッ
ドで既掘削坑の軸芯と交差する方向に交差坑を掘削する
ことができる。

【００１３】上記固定手段を、支持体の上下に支持体の
微小な傾きを調整できる片側少なくとも３箇所以上の独
立して操作可能な固定部材を設けて構成すれば、上下各
３箇所以上の固定部材を独立操作して微小な傾きを調整
することにより、既掘削坑壁面の所定位置に支持体を確
実に固定することができる。

【００１４】また、支持体に、掘削初期にカッターヘッ
ドの方向ガイドを兼ねるとともに、掘削時の水位を持続
するスタンドパイプを設ければ、掘削初期にカッターヘ
ッドの軸芯を容易に出すことができるとともに、掘削時
に掘削土砂や水の流出を防止することができる。

【００１５】上記スタンドパイプの既掘削坑壁面との接
触部を該壁面に沿う形状に形成し、該スタンドパイプの
接触部にシール部材を設けることにより、既掘削坑の壁
面とスタンドパイプとのシールを確実に行うことができ
る。

【００１６】また、スタンドパイプと支持体との間に、
該スタンドパイプを既掘削坑の壁面に押圧又は離脱させ
る昇降手段を設ければ、スタンドパイプ使用時にのみ既
掘削坑壁面との間でシールを行うことができる。

【００１７】さらに、支持体の重量を支持し、該支持体
を既掘削坑の軸方向に移動させる移動手段を設けること
により、この移動手段によって、上記したようにして交
差坑を掘削した後に次の掘削位置まで支持体を移動させ
ることができるので、複数の交差坑を連続的に掘削する
ことができる。

【００１８】しかも、移動手段と支持体との間に、該支
持体に対する移動手段の相対的な向きを調整する調整手
段を設けて支持体の移動方向を変更できるようにすれ
ば、既掘削坑の軸芯がずれても支持体を既掘削坑壁面に
沿わせて移動させることができる。

【００１９】また、移動手段を、支持体の移動方向に軸
芯を有するスライドボックスと、該スライドボックス内
を摺動するとともに支持体の重量を支持する固定部材を
有するウオーキングビームとで構成すれば、支持体の固
定手段によるウオーキングビームの重量支持と、ウオー
キングビームの固定部材による支持体の重量支持とを交
互に行うことにより容易に移動することができる。

【００２０】さらに、カッターヘッドで掘削した土砂を
排出する排土手段を設け、該排土手段を、支持体又は移
動手段に設けて移動可能に構成すれば、掘削場所の移動
とともに排土手段を移動させて効率良く掘削土砂の排出
を行うことができる。

【００２１】また、排土手段を、カッターヘッド前面の
掘削面に臨むカッターヘッド側に設けたズリ揚管と、該
ズリ揚管と連通する駆動装置側に設けた排土管と、該排
土管内を負圧にする吸引ポンプ又はジェットポンプを設
けて構成すれば、狭隘な既掘削坑内において掘削ズリを
詰まらせることなく排出できる排土手段を構成すること
ができる。

【００２２】

【実施例】以下、この出願に係る発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。図１はこの出願に係る発明の交差
坑掘削装置の一例を示す一部断面した側面図であり、図
２は図１に示すＡ−Ａ断面図、図３は同Ｂ−Ｂ断面図、
図４は同Ｃ−Ｃ矢視図、図５は同Ｄ−Ｄ矢視図である。
図６は図１に示す交差坑掘削装置のカッターヘッドを示
す拡大断面図であり、図７は同カッターヘッドを示す拡
大正面図である。図８は図１に示す交差坑掘削装置のロ
ータリーテーブルを示す図面で、(a) は側面図、(b) は
平面図、図９は同ロータリーテーブルの断面図で、(a)
は図８(b) のＥ−Ｅ断面図、(b) は(a) のＦ−Ｆ断面図
である。図１０は図２に示すＧ−Ｇ断面図、図１１は図
２に示すＨ−Ｈ断面図、図１２は図２に示すＩ−Ｉ断面
図、図１３は図２に示すＪ−Ｊ断面図である。この実施
例では横向きの既掘削坑ｔから、この既掘削坑ｔの軸芯
ｃと直交する軸方向の下向きに竪坑を掘削する例を説明
する。

【００２３】図示するように、既掘削坑ｔの軸芯ｃと交
差する軸方向に軸芯を有するカッターヘッドＨを設け、
このカッターヘッドＨの上部には、カッターヘッドＨを
回転駆動するとともに掘削方向に推力を与える駆動装置
Ｋを設けている。この駆動装置Ｋは支持体たる支持櫓Ｌ
で支持しており、この支持櫓Ｌに沿って掘削方向にスラ
イド可能となっている。この支持櫓Ｌには、既掘削坑ｔ
の壁面ｆに固定して掘削反力を受ける固定手段Ｇを設け
ている。また、この実施例では、既掘削坑ｔの軸芯ｃ方
向に支持櫓Ｌを移動させるための移動手段Ｒを設け、カ
ッターヘッドＨの中央部には掘削土砂を排出するための
排土手段Ｓを設けており、これらによって交差坑掘削装
置Ｍを構成している。

【００２４】上記カッターヘッドＨは、上端にフランジ
１ａを有するフレーム１の下面に複数の掘削カッタ２を
設け、上部にカッター回転時のガイド用スタビライザ３
を設けており、このフレーム１の中心には掘削土砂を排
出するためのズリ揚管４を設けている。

【００２５】また、カッターヘッドＨの周囲には、掘削
時の水位を維持するとともに、掘削初期にカッターヘッ
ドＨの方向ガイドを兼ねるスタンドパイプ５を設けてお
り、図３に示すように、上部は昇降手段たる複数の押付
ジャッキ８によって支持櫓Ｌに支持している。この押付
ジャッキ８の両端はピンによって連結している。このス
タンドパイプ５の内径は上記ガイド用スタビライザ３の
最外周径とほぼ等しく、このスタンドパイプ内面が掘削
時にカッターヘッドＨの軸芯を出すガイド部になる。ま
た、このガイド用スタビライザ３の最外周径は掘削径に
ほぼ等しく、掘削の進行に伴ってこのスタビライザ３は
スタンドパイプ５から交差坑Ｔの壁面Ｆへと接して掘削
時のカッターヘッドガイド部になる。

【００２６】この実施例では、スタンドパイプ５下部の
既掘削坑壁面ｆとの接触部６を壁面ｆに沿う形状に形成
し、この接触部６にシール部材７を設けて確実なシール
効果を発揮できるようにしている。このスタンドパイプ
５を押付ジャッキ８で既掘削坑壁面ｆに押付けることに
より、シール部材７でスタンドパイプ５下端をシールす
る。

【００２７】上記掘削カッタ２は、図６，図７に示すよ
うに、カッターヘッドＨ前面の所定位置に複数個設けて
おり、この掘削カッタ２に近接した位置には掘削土砂を
所定方向へ集めるスクレーパ２ａを設けている。４ａは
ズリ揚管４の先端の吸込口であり、掘削面近くまで突設
している。

【００２８】上記駆動装置Ｋには、上記カッターヘッド
Ｈに回転駆動力を与えるとともに掘削方向に推力を与え
る密閉ボックス状のロータリーテーブル９を設けてお
り、このロータリーテーブル９の上部には、減速機付駆
動用電動機１０と土砂排出用のスイベルジョイント１１
を設けている。

【００２９】このロータリーテーブル９内には、図８
(a),(b) 、図９(a),(b) に示すように、駆動用電動機１
０のピニオン１０ａと噛合する駆動ギヤ１２を設け、こ
の駆動ギヤ１２を支持する駆動軸１３を、スラストおよ
びラジアル荷重を受けるための軸受１４によって支持し
ている。この駆動軸１３の下端がカッターヘッドＨ上端
のフランジ１ａと連結するための相フランジ１３ａであ
り、上端がスイベルジョイント１１を接続するための接
続フランジ１３ｂとなっている。この実施例では、４台
（複数）の駆動用電動機１０によって駆動ギヤ１２を駆
動することにより、大トルクでカッターヘッドＨを駆動
するようにしている。１３ｃは排泥用通路である。

【００３０】さらに、ロータリーテーブル９の隅部に
は、支持櫓Ｌに沿ってスライドするガイド部材１５を設
けており、両側部には図１，図２に示すようにロータリ
ーテーブル９を掘削方向にスライドさせるスライドジャ
ッキ１７を取付けるブラケット１６を設けている。

【００３１】上記支持櫓Ｌには隅部に４本の櫓柱１８を
設けており、この櫓柱１８の内側角がロータリーテーブ
ル９のガイド部材１５をガイドするガイド部１８ａとな
り、このガイド部１８ａに沿ってガイド部材１５が摺動
しながらスライドする。この櫓柱１８の上下部は連結梁
２０ａ，２０ｂによって剛接合しており、これら櫓柱１
８と連結梁１９，２０ａ，２０ｂによって支持櫓Ｌを剛
体に構成している。

【００３２】また、櫓柱１８の上下端には支持櫓Ｌを既
掘削坑壁面ｆに固定するための固定部材たるグリッパ２
１，２２を設けている。上部のグリッパ２１は、櫓柱１
８の上端に設けた４箇所の伸縮ジャッキ２３とブラケッ
ト２３ａを介してピン２３ｂで連結しており、下部のグ
リッパ２２は、櫓柱１８下端の４箇所に設けたブラケッ
ト２４とピン２４ａで連結している。

【００３３】これらのグリッパ２１，２２の外面には既
掘削坑壁面ｆと接するシュー２１ａ，２２ａを設けてお
り、このシュー２１ａ，２２ａによってグリッパ２１，
２２の両端で既掘削坑壁面ｆとが接するようにしてい
る。これらのグリッパ２１，２２およびシュー２１ａ，
２２ａの外面は既掘削坑壁面ｆに沿う円弧で形成してい
る。これにより複数の伸縮ジャッキ２３によって支持櫓
Ｌの微小な傾きを調整できるようにするとともに、確実
な支持櫓Ｌの固定ができるようにしている。これらのグ
リッパ２１，２２によって固定手段Ｇを構成している。

【００３４】また、上部グリッパ２１の中央部に設けた
ブラケット２１ｂに、上記ロータリーテーブル９を掘削
方向にスライドさせるスライドジャッキ１７の後端を軸
支している。これによりロータリーテーブル９からの掘
削反力をグリッパ２１で既掘削坑壁面ｆへ直接的に受け
るようにしている。

【００３５】上記移動手段Ｒは、この実施例では櫓柱１
８の下部を連結する連結梁１９の両側部に設けたスライ
ドボックス２５と、このスライドボックス２５内に摺動
可能に嵌合したウオーキングビーム３０とによって構成
しており、この移動手段Ｒによって支持櫓Ｌとともにカ
ッターヘッドＨおよび駆動装置Ｋを既掘削坑ｔの軸芯ｃ
方向に移動できるようにしている。

【００３６】上記スライドボックス２５は、図２および
図１０に示すように、連結梁１９のほぼ中央部上下に固
着した保持部材２６にピン２７を介して回転自在に支持
しており、連結梁１９から上部ピン２７ａを設ける位置
を決定することにより、支持櫓Ｌとスライドボックス２
５との間に所定の隙間βを設けている。２７ｃは下部ピ
ン２７ｂの固定材である。

【００３７】また、図２および図１１に示すように、こ
のピン２７の位置から所定距離離れた位置には、連結梁
１９上部とスライドボックス２５上部にブラケット１９
ａ，２５ａを突設しており、これらのブラケット１９
ａ，２５ａ間に調整手段たる変位ジャッキ２８を設けて
いる。この変位ジャッキ２８を伸縮させることにより、
支持櫓Ｌに対するスライドボックス２５の相対的な向き
を上記隙間βの範囲内で任意に調節することができ、こ
れによって支持櫓Ｌの移動方向を変更できるようにして
いる。

【００３８】さらに、図２および図１２に示すように、
スライドボックス２５の両端は、櫓柱１８から突設した
サポート部材２９によって支持しており、このサポート
部材２９とスライドボックス２５との間に設けた所定の
隙間δの間で摺動可能に支持している。この摺動可能に
支持するサポート部材２９は、スライドボックス２５の
前後に少なくとも２箇所設け、このサポート部材２９に
よって、支持櫓Ｌに作用する重量をスライドボックス２
５を介してウオーキングビーム３０で支持することがで
き、また逆に、ウオーキングビーム３０の重量をスライ
ドボックス２５を介して支持櫓Ｌで支持することができ
る。なお、スライドボックス２５とウオーキングビーム
３０との間の摺動面には支持メタル２５ｂを適当数取付
けている。

【００３９】また、図２および図１３に示すように、ス
ライドボックス２５の一端（この実施例では左端）には
側方へ突出するブラケット２５ｃを設けており、このブ
ラケット２５ｃに摺動用ジャッキ３２のクレビス３２ａ
を取付けている。この摺動用ジャッキ３２の先端３２ｂ
は、図２に示すように、ウオーキングビーム３０に設け
たブラケット３０ａにピン３０ｂで連結している。な
お、１８ｂは足場材である。

【００４０】上記ウオーキングビーム３０は、図１，図
２および図３，図４に示すように、スライドボックス２
５内を摺動する左右のスライド部材３１と、これらのス
ライド部材３１の前後を連結する連結部材４０によって
枠状に形成している。この連結部材４０の下部には支持
部材たる支持シュー３３，３４を設けており、これらの
支持シュー３３，３４は、連結部材４０に設けた伸縮ジ
ャッキ３５，３６によって昇降自在となっている。ま
た、この連結部材４０の両側部には位置決めシュー３７
を設けており、これらの位置決めシュー３７は各々伸縮
ジャッキ３８によって進退可能となっている。なお、こ
の実施例では進行側には交差坑Ｔがないので支持シュー
３３を中央部に設けている。

【００４１】上記伸縮ジャッキ３５，３６の先端は図示
していないが球面クレビスとなっており、支持シュー３
３，３４側に設けた球面クレビスに嵌合させることによ
り、支持シュー３３，３４の変位に対し、伸縮ジャッキ
３５，３６に軸力以外の曲げモーメント等が発生しない
ようにしている。また、伸縮ジャッキ３８はブラケット
３９とピン連結している。なお、この連結も上記伸縮ジ
ャッキ３５，３６と同様に球面連結してもよい。

【００４２】図１４(a),(b) および図１５(a),(b) は上
記交差坑掘削装置Ｍに用いる排土手段Ｓの一例を示す図
面である。

【００４３】図１４はジェットポンプを用いる場合の図
面で、(a) は構成の側面図、(b) は系統図であり、この
排土手段Ｓでは、ロータリーテーブル９の接続フランジ
１３ｂに接続したスイベルジョイント１１に排土管４１
を接続し、この排土管４１にジェットポンプ４２を設け
ている。このジェットポンプ４２は、排土管４１の上部
ベント部４１ａにノズル４２ａを設け、このノズル４２
ａをホース配管４４によって高圧駆動ポンプ４３と連結
している。このポンプ４３は駆動モータ４５によって駆
動しており、貯水タンク４６の水を排土管４１内に高圧
ジェットとして噴出させて土砂を排出する。

【００４４】また、図１５は真空吸引ポンプを用いる場
合の図面で、(a) は構成の側面図、(b) は系統図であ
り、この排土手段Ｓでは、排土管４１に真空吸引ポンプ
４７を取付けたズリタンク４８を接続し、このズリタン
ク４８内を駆動モータ４９によって駆動するポンプ５０
で負圧にすることにより掘削ズリを吸引してズリタンク
４８に貯留後、駆動モータ５１で駆動する泥水ポンプ５
２で排出している。

【００４５】さらに、この実施例では図２に示すよう
に、ウオーキングビーム３０の進行側に連結材５３を設
けており、この連結材５３の図示しない位置に上記排土
手段Ｓを設けることにより、移動手段Ｒたるウオーキン
グビーム３０とともに排土手段Ｓ（レールマウント方式
等）を移動させて迅速な排土を行いながら効率良く掘削
できるようにしている。なお、排土手段Ｓは、カッター
ヘッドＨで掘削した土砂を排出できる構成であればよ
く、これらの構成に限定されるものではない。

【００４６】図１６は上記交差坑掘削装置Ｍによる第１
回掘削前の状態を示す一部断面した側面図であり、図１
７は図１６に示す状態から第１回掘削を行った状態を示
す一部断面した側面図、図１８は図１７に示す第１回掘
削を完了した状態からドリルパイプを接続する状態を示
す一部断面した側面図、図１９は図１８に示す状態から
順次ドリルパイプを接続して交差坑を掘削する状態を示
す一部断面した側面図である。この実施例では、カッタ
ーヘッドＨと駆動装置Ｋとの間に複数のドリルパイプＰ
₁ 〜Ｐ_n を設けることにより所定深さの交差坑Ｔを掘削
する例を示している。これらの図面と上述した図１に基
づいて、上記構成による交差坑掘削装置Ｍによって既掘
削坑ｔの軸芯ｃと交差する直角軸方向に複数の交差坑Ｔ
を掘削する場合を以下に説明する。

【００４７】まず、上記図１に示す状態から第１回掘削
を行う場合、カッターヘッドＨの先端を壁面ｆに当接さ
せて自重を壁面ｆに預けた後、図１６に示すように、カ
ッターヘッドＨのフランジ１ａとロータリーテーブル９
の相フランジ１３ａとの結合を解除し、スライドジャッ
キ１７を縮めることによってロータリーテーブル９を所
定距離上昇させる。その後、両フランジ１ａ，１３ａの
間にドリルパイプＰ₁を挿入して、両フランジ１ａ，１
３ａとドリルパイプＰ₁ のフランジＰａとを強固に連結
する。このドリルパイプＰ₁ の中央には掘削ズリ排出用
の通路Ｐｂを形成している。

【００４８】次に、櫓柱１８の下端に設けた下部のグリ
ッパ２２を既掘削坑ｔの壁面ｆへ接地させるとともに、
上部のグリッパ２１を伸縮ジャッキ２３で伸長させて既
掘削坑ｔの壁面ｆに押圧し、これらのグリッパ２１，２
２によって支持櫓Ｌを既掘削坑壁面ｆの所定位置に固定
する。この時、複数の伸縮ジャッキ２３の伸長量を調整
すれば、支持櫓Ｌの傾きを調整することができる。この
時、この実施例ではウオーキングビーム３０に設けたシ
ュー３３，３４，３７を既掘削坑ｔの壁面ｆに押圧する
ことにより、ウオーキングビーム３０も所定位置に固定
する。また、押付ジャッキ８を伸長させることにより、
スタンドパイプ５先端のシール部材７を既掘削坑壁面ｆ
に押圧する。

【００４９】そして、駆動装置ＫでカッターヘッドＨを
回転させながらスライドジャッキ１７を伸長させること
により、カッターヘッドＨに回転トルクと推力を作用さ
せてスライドジャッキ１７のストローク分下降させるこ
とにより既掘削坑ｔの壁面ｆに交差坑Ｔの掘削を始め
る。

【００５０】その後、図１７に示すように、カッターヘ
ッドＨを回転させながらスライドジャッキ１７を伸長さ
せることにより、カッターヘッドＨに回転トルクと推力
を作用させてスライドジャッキ１７のストローク分下降
させて交差坑Ｔを掘削する。

【００５１】この時、駆動力は、駆動電動機１０からピ
ニオン１０ａ、ギヤ１２、相フランジ１３ａを介してド
リルパイプＰ₁ からカッターヘッドＨへ伝達され、推力
は、スライドジャッキ１７からブラケット１６、ロータ
リーテーブル９、軸受１４、駆動軸１３、相フランジ１
３ａを介してドリルパイプＰ₁ からカッターヘッドＨへ
伝達される。また、カッターヘッドＨを支持するロータ
リーテーブル９は、ガイド部材１５と櫓柱１８のガイド
部１８ａに沿って垂直方向にガイドされながらトルク反
力を吸収して摺動する。

【００５２】さらに、カッターヘッドＨは、スタビライ
ザ３によってスタンドパイプ５の内径ガイド面に沿って
下降するため、掘削時のカッターヘッドＨの軸芯の振れ
防止とともに既掘削坑ｔの壁面ｆに掘削する交差坑Ｔの
芯振れ防止ができる。

【００５３】この掘削時の掘削反力は、カッターヘッド
Ｈからロータリーテーブル９へ伝達され、このロータリ
ーテーブル９からブラケット１６、スライドジャッキ１
７を介してグリッパ２１のシュー２１ａから既掘削坑ｔ
の壁面ｆへと伝達される。この時、一部の掘削反力は、
ロータリーテーブル９のガイド部材１５からガイド部１
８ａを介して櫓柱１８へ伝達され、グリッパ２１のシュ
ー２１ａから既掘削坑ｔの壁面ｆへと伝達される。

【００５４】また、掘削ズリは、カッターヘッドＨの前
面の掘削面に向かって開口したズリ揚管４から、ロータ
リーテーブル９の中央部とスイベルジョイント１１とを
介して、負圧となっている排土管４１から循環水ととも
に排出される。この時、ジェットポンプ方式あるいは真
空吸引方式の排土手段Ｓを採用することにより、いわゆ
る一般のサクションポンプ等で発生するサクションポン
プ部でのズリの詰まりは生じない。

【００５５】この第１回掘削時には、スタンドパイプ５
の内径であるガイド部によって芯振れ防止を図っている
ため、カッターヘッドＨのスタビライザ３が交差坑Ｔの
壁面Ｆに沿って正確な掘削を行うことができる。なお、
地質等に応じてこの第１回掘削時のドリルパイプＰ₁ 連
結前に多少掘削すれば、地質等に応じた芯振れ防止の初
期安定性向上を図ることができる。

【００５６】そして、図１８に示すように、スライドジ
ャッキ１７のストローク分だけ交差坑Ｔを掘削すると、
ロータリーテーブル９とドリルパイプＰ₁ 上部のフラン
ジＰａとの接続を解除する。この時、支持櫓Ｌ等に設け
たスライド可能なドリルパイプ預け台５４をドリルパイ
プＰ₁ のフランジＰａ下部までスライドさせてカッター
ヘッドＨ側の自重を支持し、ドリルパイプＰ₁ の接続作
業時に生じるフランジＰａの揺動や不安定状態を防止す
る。このドリルパイプ預け台５４は、ドリルパイプＰ₁
のフランジＰａ下部を所定位置に保持できる構成であれ
ばよい。

【００５７】その後、スライドジャッキ１７を縮めてロ
ータリーテーブル９を上昇させることにより、カッター
ヘッドＨに結合したドリルパイプＰ₁ とロータリーテー
ブル９との間に第２本目のドリルパイプＰ₂ 用のスペー
スを設け、このドリルパイプＰ₂ の下部フランジＰａを
ドリルパイプＰ₁ の上部フランジＰａと連結し、ドリル
パイプＰ₂ の上部フランジＰａをロータリーテーブル９
の相フランジ１３ａと連結する。このドリルパイプＰ₂
の連結作業が終了すると、ドリルパイプ預け台５４をド
リルパイプＰ₁,Ｐ₂ の回転・下降を阻害しない位置まで
後退させる。

【００５８】このようにして新たなドリルパイプＰ₂ を
連結した後は、上記動作と同様に再度スライドジャッキ
１７を伸長させてストローク分を掘削し、掘削ズリは上
記掘削時と同様に排出する。

【００５９】その後は、図１９に示すように、上記工程
を順次繰返し、必要深さまでドリルパイプＰ_n を接続し
て掘削する。

【００６０】このようにして必要深さまで掘削完了した
後は、上記ドリルパイプＰ₁ 〜Ｐ_nを連結する作業手順
と逆の手順によって順次ドリルパイプを外してカッター
ヘッドＨを引上げ、図１に示す初期状態まで戻す。な
お、このカッターヘッドＨの引上げ時には、上記ドリル
パイプ預け台５４によってカッターヘッドＨとドリルパ
イプＰ₁ 〜Ｐ_n の自重を支持することとなるため、ドリ
ルパイプ預け台５４はこれらの自重を支持できる剛性を
有している。

【００６１】図２０は上記交差坑掘削装置Ｍで既掘削坑
の軸方向に交差坑を掘削した後に、既掘削坑軸方向に移
動する途中の状態を示す図１のＡ−Ａ断面図であり、図
２１は図２０に示す既掘削坑軸方向に移動する状態の次
の状態を示すＡ−Ａ断面図、図２２は図２１に示す既掘
削坑軸方向に移動する状態の次の状態を示すＡ−Ａ断面
図である。これらの図面に基づいて既掘削坑ｔの軸芯ｃ
と交差する方向に交差坑Ｔを掘削した後の移動方法を以
下に説明する。

【００６２】上記したようにして所定位置に既掘削坑ｔ
の軸芯ｃと交差する交差坑Ｔの掘削が完了すると、図１
に示すように、カッターヘッドＨ先端面の掘削カッタ２
が既掘削坑壁面ｆと接しないようスライドジャッキ１７
を縮めて掘削カッタ２の前面と既掘削坑壁面ｆとの間に
隙間を設けるとともに、押付ジャッキ８を縮めてスタン
ドパイプ５の先端が既掘削坑壁面ｆと接しないように隙
間を設ける。この時、支持櫓Ｌの上下に設けたグリッパ
２１，２２は既掘削坑ｔの壁面ｆに押圧したままの状態
であり、これらのグリッパ２１，２２で自重を支持した
状態を保つ。

【００６３】そして、図２０に示すように、ウオーキン
グビーム３０前後の支持シュー３３（図５），３４（図
４）および位置決めシュー３７を既掘削坑壁面ｆから離
れるように縮め、支持櫓Ｌの両側部に設けたスライドボ
ックス２５によってウオーキングビーム３０の自重を支
持する。この状態から、矢印ｘに示すように、摺動用ジ
ャッキ３２を伸長させることによって摺動用ジャッキ３
２の１ストローク分、ウオーキングビーム３０を移動さ
せる。この移動させた状態が図２１に示す状態である。

【００６４】このようにしてウオーキングビーム３０を
既掘削坑ｔの軸芯ｃの方向に所定距離移動させた後、ウ
オーキングビーム３０の支持シュー３３，３４および位
置決めシュー３７を伸長させてウオーキングビーム３０
を既掘削坑ｔの壁面ｆに固定する。

【００６５】この時、位置決めシュー３７の矢印ｙ方向
伸長量を調整することにより進行方向の方向調整を行う
ことができ、支持シュー３３，３４の伸長量を調整する
ことにより、新たに掘削する交差坑Ｔの既掘削坑ｔの軸
芯ｃに対する垂直度を正確に調整して精度の良い掘削を
行うようにできる。

【００６６】しかも、このようにして移動する既掘削坑
ｔの軸芯ｃがずれている場合には、支持櫓Ｌとスライド
ボックス２５との間に設けた変位ジャッキ２８を伸縮さ
せることにより、ピン２７を中心にしてスライドボック
ス２５を方向転回させてウオーキングビーム３０の移動
軸を既掘削坑ｔの軸芯ｃに合わせてから、上記したよう
に摺動用ジャッキ３２を伸長させウオーキングビーム３
０を移動させる。このスライドボックス２５の最大転回
量はスライドボックス２５と櫓柱１８の隙間β（図１
０）を決めることによって任意に設定することができ
る。

【００６７】次に、櫓柱１８の上部に設けたグリッパ２
１の伸縮ジャッキ２３（図４，図５）を縮めることによ
り支持櫓Ｌの既掘削坑壁面ｆへの固定を解除し、ウオー
キングビーム３０の支持シュー３３（図５），３４（図
４）および位置決めシュー３７によって支持櫓Ｌに支持
したカッターヘッドＨ等の重量をスライドボックス２５
を介して支持する。

【００６８】そして、図２２に示すように、摺動用ジャ
ッキ３２を縮めて支持櫓Ｌを矢印ｚの方向に移動させる
ことにより、交差坑掘削装置Ｍを次掘削位置へ移動させ
る作業が完了する。

【００６９】以上のようにして交差坑Ｔを掘削した後
に、ウオーキングビーム３０の各シュー３３，３４，３
７と支持櫓Ｌのグリッパ２１，２２とを利用して次掘削
位置まで交差坑掘削装置Ｍを移動させると、上述したよ
うにグリッパ２１を伸長させて支持櫓Ｌを固定するとと
もに押付ジャッキ８を伸長させてスタンドパイプ５を固
定し、カッターヘッドＨで次の交差坑Ｔを掘削する。そ
の後は、順次、これらの工程を繰り返して既掘削坑ｔ内
に必要数の交差坑Ｔを連続的に掘削する。

【００７０】なお、上記実施例では、掘削制御を行う操
作盤や作動用ユニット類を図示していないが、これらの
制御機器も既掘削坑ｔ内に設けており、好ましくは、支
持櫓Ｌ又はウオーキングビーム３０に搭載して掘削の進
行とともに移動させればよい。

【００７１】また、上記実施例では横坑の既掘削坑ｔか
ら交差する軸方向として直角方向に交差する竪坑の交差
坑Ｔを例示しているが、この出願に係る発明は、既掘削
坑ｔは横坑に限定されず竪坑や斜坑であってもよく、交
差坑Ｔも竪坑に限定されず横坑や斜坑等であってもよ
い。しかも、既掘削坑ｔの軸芯ｃに対する交差方向も直
角方向に限定されず斜めであってもよく、交差坑Ｔの利
用目的や既掘削坑ｔの形状に応じて既掘削坑ｔからこの
既掘削坑ｔの軸芯ｃと交差する軸方向に交差坑Ｔを掘削
する構成であれば、上記実施例以外の形態であってもよ
い。

【００７２】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００７３】まず、交差坑掘削方法によれば、既掘削坑
の軸芯と交差する軸方向にカッターヘッドで交差坑を掘
削することができるとともに、掘削完了後は、既掘削坑
の軸芯に沿って次掘削位置へ移動させて次の交差坑を順
次掘削することができるので、狭隘な既掘削坑内からこ
の既掘削坑の軸芯と交差する方向に複数の交差坑を容易
に形成することが可能となる。

【００７４】また、交差坑掘削装置によれば、固定手段
で支持体を既掘削坑の壁面に固定して坑壁で掘削反力を
受けるので掘削装置を小型化でき、駆動装置でカッター
ヘッドに回転駆動力と掘削方向推力とを与えながらガイ
ド部材に沿って掘削方向にスライドさせることにより、
作業性良く既掘削坑の軸芯と交差する方向に交差坑を掘
削することが容易に可能となる。このことは、硬岩掘削
時等のように大容量のトルクと推力を必要とする既掘削
坑内からの掘削であったとしても、坑壁での大きな支持
力で反力を受けて掘削するので効率良く掘削することが
可能となる。

【００７５】さらに、既掘削坑壁面上下の片側少なくと
も３箇所以上で微小な傾きを調整できるようにすれば、
支持体を確実に固定できるとともに、掘削点の正確な決
定と掘削坑の精度を確保した掘削が可能となる。

【００７６】また、支持体にスタンドパイプを設けれ
ば、掘削初期にカッターヘッドの軸芯を容易に出して精
度の良い正確な掘削が行えるとともに、掘削時の掘削土
砂や水の流出を防止した掘削を行うことが可能となる。

【００７７】このスタンドパイプの既掘削坑壁面との接
触部を既掘削坑壁面に沿う形状に形成して接触部にシー
ル部材を設ければ、既掘削坑の壁面とスタンドパイプと
の間を確実にシールすることが可能となる。

【００７８】また、スタンドパイプを既掘削坑の壁面に
押圧又は離脱させる昇降手段を設ければ、既掘削坑壁面
とスタンドパイプとのシールを任意に行うことができ、
スタンドパイプ使用時にのみ効率的なシールを行うこと
が可能となる。

【００７９】さらに、支持体の重量を支持して支持体を
既掘削坑の軸方向に移動させる移動手段を設けることに
より、別途移動設備を必要とすることなくこの移動手段
によって掘削完了後に次掘削点まで移動することが容易
に行えるので、掘削装置の移動を効率良く行って複数の
交差坑を連続的に掘削することが可能となる。

【００８０】しかも、支持体に対する移動手段の相対的
な向きを調整する調整手段を設ければ、既掘削坑の軸芯
がずれても支持体を既掘削坑壁面に沿わせて移動させ
て、正確な掘削を行うことが可能となる。

【００８１】また、移動手段をスライドボックスとウオ
ーキングビームとで構成すれば、支持体の固定手段によ
るウオーキングビームの支持とウオーキングビームの固
定部材による支持体の支持とを交互に行って容易に移動
することができるので、効率良く掘削装置を移動させて
交差坑を掘削することが可能となる。

【００８２】さらに、排土手段を支持体又は移動手段に
設けることにより、掘削場所の移動とともに排土手段を
移動させて効率良く掘削土砂を排出して交差坑を掘削す
ることが可能となる。

【００８３】また、この排土手段を排土管内を負圧にす
る吸引ポンプ又はジェットポンプで構成することによ
り、いわゆる一般のサクションポンプ等で発生するサク
ションポンプ部でのズリの詰まりをなくして、狭隘な既
掘削坑内において掘削ズリを効率良く排出できる排土手
段を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明の交差坑掘削装置の一例を
示す一部断面した側面図である。

【図２】図１に示す交差坑掘削装置のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図３】図１に示す交差坑掘削装置のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図４】図１に示す交差坑掘削装置のＣ−Ｃ矢視図であ
る。

【図５】図１に示す交差坑掘削装置のＤ−Ｄ矢視図であ
る。

【図６】図１に示す交差坑掘削装置のカッターヘッドを
示す拡大断面図である。

【図７】図１に示す交差坑掘削装置のカッターヘッドを
示す拡大正面図である。

【図８】図１に示す交差坑掘削装置のロータリーテーブ
ルを示す図面であり、(a) は側面図、(b) は平面図であ
る。

【図９】図８に示すロータリーテーブルの断面図であ
り、(a) は図８(b) のＥ−Ｅ断面図、(b) は(a) のＦ−
Ｆ断面図である。

【図１０】図２に示すＧ−Ｇ断面図である。

【図１１】図２に示すＨ−Ｈ断面図である。

【図１２】図２に示すＩ−Ｉ断面図である。

【図１３】図２に示すＪ−Ｊ断面図である。

【図１４】図１に示す交差坑掘削装置に用いる排土手段
の一例としてジェットポンプを用いる場合を示す図面で
あり、(a) は構成の側面図、(b) は系統図である。

【図１５】図１に示す交差坑掘削装置に用いる排土手段
の一例として真空吸引ポンプを用いる場合を示す図面で
あり、(a) は構成の側面図、(b) は系統図である。

【図１６】図１に示す交差坑掘削装置による第１回掘削
前の状態を示す一部断面した側面図である。

【図１７】図１６に示す状態から第１回掘削を行った状
態を示す一部断面した側面図である。

【図１８】図１７に示す第１回掘削を完了した状態から
第２ドリルパイプを接続する状態を示す一部断面した側
面図である。

【図１９】図１８に示す状態から順次ドリルパイプを接
続して交差坑を掘削する状態を示す一部断面した側面図
である。

【図２０】図１に示す交差坑掘削装置で既掘削坑の軸方
向に交差坑を掘削した後に、既掘削坑軸方向に移動する
途中の状態を示す図１のＡ−Ａ断面図である。

【図２１】図２０に示す既掘削坑軸方向に移動する状態
の次の状態を示すＡ−Ａ断面図である。

【図２２】図２１に示す既掘削坑軸方向に移動する状態
の次の状態を示すＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１…フレーム ２…掘削カッタ ３…ガイド用スタビライザ ４…ズリ揚管 ５…スタンドパイプ ６…押付ジャッキ ７…シール部材 ８…押付ジャッキ ９…ロータリーテーブル １０…駆動用電動機 １１…スイベルジョイント １２…駆動ギヤ １３…駆動軸 １４…軸受 １５…ガイド部材 １６…ブラケット １７…スライドジャッキ １８…櫓柱 １９，２０…連結梁 ２１，２２…グリッパ ２３…伸縮ジャッキ ２４…ブラケット ２５…スライドボックス ２６…保持部材 ２７…ピン ２８…変位ジャッキ ２９…サポート部材 ３０…ウオーキングビーム ３１…スライド部材 ３２…摺動用ジャッキ ３３，３４…支持シュー ３５，３６…伸縮ジャッキ ３７…位置決めシュー ３８…伸縮ジャッキ ３９…ブラケット ４０…連結部材 ４１…排土管 ４２…ジェットポンプ ４３…ポンプ ４４…ホース配管 ４５…駆動モータ ４６…貯水タンク ４７…真空吸引ポンプ ４８…ズリタンク ４９…駆動モータ ５０…ポンプ ５１…駆動モータ ５２…泥水ポンプ ５３…連結材 ５４…ドリルパイプ預け台 β，δ…隙間 Ｔ…交差坑 Ｆ…壁面 Ｈ…カッターヘッド Ｋ…駆動装置 Ｌ…支持櫓 Ｇ…固定手段 Ｒ…移動手段 Ｓ…排土手段 Ｍ…交差坑掘削装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 伸一 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 楠本 太 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 櫨田 吉造 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既掘削坑壁面の所定位置に、該既掘削坑
   の軸芯と交差する軸方向にカッターヘッドの掘削軸芯を
   設けて支持し、該カッターヘッドを回転駆動するととも
   に掘削方向に推力を与えて既掘削坑の軸芯と交差する方
   向に交差坑を掘削し、掘削完了後、該カッターヘッドを
   格納して支持を解除した後に既掘削坑の軸芯に沿って次
   掘削位置へ移動させ、該次掘削位置にカッターヘッドを
   支持し、前記工程を繰り返すことによって順次既掘削坑
   の軸芯と交差する軸方向に複数の交差坑を掘削すること
   を特徴とする既掘削坑からの交差坑掘削方法。
2. 【請求項２】 既掘削坑の軸芯と交差する軸方向に交差
   坑を掘削するための交差坑掘削装置であって、 前記既掘削坑の軸芯と交差する軸方向に掘削するカッタ
   ーヘッドを設けるとともに、該カッターヘッドに回転駆
   動力と掘削方向推力とを与える駆動装置を設け、該駆動
   装置を掘削方向にスライド可能に支持するガイド部材を
   有し、掘削反力を既掘削坑の壁面で受けるように固定す
   る固定手段を具備した支持体を設けたことを特徴とする
   交差坑掘削装置。
3. 【請求項３】 固定手段を、支持体の上下に支持体の微
   小な傾きを調整できる片側少なくとも３箇所以上の独立
   して操作可能な固定部材を設けて構成したことを特徴と
   する請求項２記載の交差坑掘削装置。
4. 【請求項４】 支持体に、掘削初期にカッターヘッドの
   方向ガイドを兼ねるとともに、掘削時の水位を持続する
   スタンドパイプを設けたことを特徴とする請求項２又は
   請求項３記載の交差坑掘削装置。
5. 【請求項５】 スタンドパイプの既掘削坑壁面との接触
   部を該壁面に沿う形状に形成し、該スタンドパイプの接
   触部にシール部材を設けたことを特徴とする請求項４記
   載の交差坑掘削装置。
6. 【請求項６】 スタンドパイプと支持体との間に、該ス
   タンドパイプを既掘削坑の壁面に押圧又は離脱させる昇
   降手段を設けたことを特徴とする請求項４又は請求項５
   記載の交差坑掘削装置。
7. 【請求項７】 支持体の重量を支持し、該支持体を既掘
   削坑の軸方向に移動させる移動手段を設けたことを特徴
   とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の交差坑掘削
   装置。
8. 【請求項８】 移動手段と支持体との間に、該支持体に
   対する移動手段の相対的な向きを調整する調整手段を設
   けて支持体の移動方向を変更できるようにしたことを特
   徴とする請求項７記載の交差坑掘削装置。
9. 【請求項９】 移動手段を、支持体の移動方向に軸芯を
   有するスライドボックスと、該スライドボックス内を摺
   動するとともに支持体の重量を支持する固定部材を有す
   るウオーキングビームとで構成したことを特徴とする請
   求項７又は請求項８記載の交差坑掘削装置。
10. 【請求項１０】 カッターヘッドで掘削した土砂を排出
    する排土手段を設け、該排土手段を、支持体又は移動手
    段に設けて移動可能に構成したことを特徴とする請求項
    ２〜９のいずれか１項に記載の交差坑掘削装置。
11. 【請求項１１】 排土手段を、カッターヘッド前面の掘
    削面に臨むカッターヘッド側に設けたズリ揚管と、該ズ
    リ揚管と連通する駆動装置側に設けた排土管と、該排土
    管内を負圧にする吸引ポンプ又はジェットポンプを設け
    て構成したことを特徴とする請求項１０記載の交差坑掘
    削装置。