JPH10252385A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンクリートの内部に鉄筋が配筋されたヒュー
ム管等の既設管を確実に破砕してトンネルを掘削する。 【解決手段】既設管Ａおよびその周囲の地盤等を既設管
Ａの軸線に沿って破砕する１次破砕機構Ｃ’と、既設管
Ａの軸線に対してほぼ直交する切断面を有して１次破砕
機構Ｃ’で破砕された破砕物をさらに細かく破砕する２
次破砕機構Ｅ’とを備えてなる。１次破砕機構Ｃ’は、
既設管Ａの内部に圧入され既設管Ａを内側から支持する
固定ガイド部１１１と、固定ガイド部１１１の外側で回
転して既設管Ａおよびその周囲の地盤等を破砕する回転
破砕刃１１２とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既設管およびその
周囲の地盤等を既設管の軸線に沿って破砕してトンネル
を掘削するトンネル掘削機に係る技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘削機としては、例え
ば、先端に衝撃式の破砕装置を備えてなるものが知られ
ている。

【０００３】この従来のトンネル掘削機は、既設管およ
びその周囲の地盤等を破砕装置で破砕して、既設管の軸
線に沿って前進する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来のトンネル
掘削機では、既設管が鉄筋の配筋されたヒューム管等で
ある場合に、鉄筋を有効に切断することができないた
め、既設管の破砕を確実に行うことができないという問
題点がある。

【０００５】本発明は、このような問題点を考慮してな
されたもので、コンクリートの内部に鉄筋が配筋された
ヒューム管等の既設管を確実に破砕してトンネルを掘削
することのできるトンネル掘削機を提供することを課題
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明に係るトンネル掘削機は、次のような手段を
採用する。

【０００７】即ち、請求項１では、既設管およびその周
囲の地盤等を既設管の軸線に沿って破砕する１次破砕機
構と、既設管の軸線に対してほぼ直交する切断面を有し
て１次破砕機構で破砕された破砕物をさらに細かく破砕
する２次破砕機構とを備えてなるトンネル掘削機におい
て、１次破砕機構は、既設管の内部に圧入され既設管を
内側から支持する固定ガイド部と、固定ガイド部の外側
で回転して既設管およびその周囲の地盤等を破砕する回
転破砕刃とを備えてなることを特徴とする。

【０００８】この手段では、１次破砕機構の回転破砕刃
が既設管のコンクリートを破砕するが、１次破砕機構の
固定ガイド部がコンクリートによる拘束の解かれた鉄筋
を内側から支持する。このため、１次破砕機構の回転破
砕刃の応力で鉄筋が捩れ変形することがなく、鉄筋がそ
のまま２次破砕機構に送られて確実に剪断されることに
なる。

【０００９】また、請求項２では、請求項１のトンネル
掘削機において、１次破砕機構の固定ガイド部は、外周
面に既設管の内壁に食込む楔形の突起が軸方向へ延びて
設けられていることを特徴とする。

【００１０】この手段では、１次破砕機構の固定ガイド
部の突起が既設管に食込んで割裂させ回転破砕刃の破砕
作用を補助する。

【００１１】また、請求項３では、請求項２のトンネル
掘削機において、１次破砕機構の固定ガイド部は、突起
が周方向へ規則的に設けられ突起の間に凹溝が設けられ
ていることを特徴とする。

【００１２】この手段では、鉄筋のうちの既設管の軸方
向へ延びる縦筋が１次破砕機構の固定ガイド部の凹溝を
通って２次破砕機構に送られ、鉄筋のうちの既設管の周
方向へ延びる螺旋筋が凹溝に入ることができず１次破砕
機構の回転破砕刃で剪断される。

【００１３】また、請求項４では、請求項１〜３のいず
れかのトンネル掘削機において、２次破砕機構の後方側
に水を利用して破砕物を移送する破砕物移送機構に接続
した泥水室が設けられ、泥水室の内部に回転して破砕物
を掻き揚げる掻き揚板が設けられていることを特徴とす
る。

【００１４】この手段では、２次破砕機構で破砕され泥
水室の底部に沈降したコンクリートと鉄筋とが掻き揚板
で上部に掻き揚げられ泥水室に取込まれる。

【００１５】また、請求項５では、請求項４のトンネル
掘削機において、１次破砕機構の回転破砕刃の先端から
泥水室に既設管の周囲の地盤等を主に取込む土砂取込口
を連通させたことを特徴とする。

【００１６】この手段では、破砕されたコンクリート等
で流通抵抗の高くなる１次破砕機構の周囲を避けて、既
設管の周囲の地盤等が土砂取込口を通して泥水室に取込
まれる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル掘削
機の実施の形態を図面に基いて説明する。

【００１８】図１〜図６は、本発明に係るトンネル掘削
機の実施の形態（１）を示すものである。

【００１９】この実施の形態では、図２に示すように、
発進立坑Ｆから到達立坑Ｇに向けてセミシールド推進工
法により既設管Ａを新設管Ｈに更新するシステムに利用
されるものを示してある。

【００２０】このシステムは、最先端の切羽に位置する
トンネル掘削機１１に減速装置１２，設備筒１３を後続
させてなる推進管体１の推進によりトンネルを掘削す
る。推進管体１の推進力は、発進立坑Ｆに設置されたジ
ャッキ２によって得られる。ジャッキ２は、発進立坑Ｆ
に設置された推進架台３にスライド可能に載承され推進
管体１の後部に接続された新設管Ｈに連結している。

【００２１】なお、推進管体１のトンネル掘削機１１
は、既設管Ａおよびその周囲の地盤等を既設管Ａの軸線
Ｂに沿って破砕する。また、推進管体１の減速装置１２
は、トンネル掘削機１１の破砕に付与される回転数を適
正に減速する。また、推進管体１の設備筒１３は、トン
ネル掘削機１１に回転を付与するモータ等が収容されて
いる。

【００２２】さらに、発進立坑Ｆ付近には、油圧ユニッ
ト４，中央操作盤５が設置されている。これ等の油圧ユ
ニット４，中央操作盤５は、推進管体１の設備筒１３に
収容されている各機器に接続，連結されている。

【００２３】また、到達立坑Ｇ付近には、泥水処理装置
６が設置されている。この泥水処理装置６は、推進管体
１のトンネル掘削機１１が破砕した破砕物と水とを濾過
分離するもので、破砕物移送機構７を介してトンネル掘
削機１１に接続している。なお、破砕物移送機構７は、
送りポンプ７１を有して破砕物移送機構７，トンネル掘
削機１１の間に配設され水を送水する往管７２と、戻り
ポンプ７３を有して破砕物移送機構７，トンネル掘削機
１１の間に配設され破砕物と水との混合物を回収する復
管７４と、往管７２，復管７４を接続して復管７４の詰
まり解消等に使用されるバイパス７５とからなる。

【００２４】なお、発進立坑Ｆ側と新設管Ｈとの間およ
び既設管Ａの内部には、破砕物移送機構７で使用される
水の漏水を防止するシール部材８，８’が設けられる。

【００２５】この実施の形態である推進管体１のトンネ
ル掘削機１１は、太陽歯車１２１，遊星歯車１２２，内
歯車１２３の遊星歯車機構からなる減速装置１２に連結
されている。

【００２６】トンネル掘削機１１は、１次破砕機構Ｃと
２次破砕機構Ｅとを備えている。

【００２７】１次破砕機構Ｃは、ドラム形の固定ガイド
部１１１と円筒形の回転破砕刃１１２とからなる。固定
ガイド部１１１は、既設管Ａの内径とほぼ同じか僅かに
大きな外径を有してなるもので、破砕物移送機構７の往
管７２，復管７４が貫通された端板１１１ａと、端板１
１１ａで閉塞された内部に形成された２次泥水室１１１
ｂと、外周面の前方側に軸方向へ延び周方向へ規則的に
設けられた楔形の突起１１１ｃと、突起１１１ｃの間に
設けられた凹溝１１１ｄと、外周面の後方側に２次泥水
室１１１ｂと連通するように開口された連通窓１１１ｅ
とからなる。なお、突起１１１ｃは、前方に向けて下降
する傾斜１１１ｃ’を有している。回転破砕刃１１２
は、減速装置１２の内歯車１２３に連結され固定ガイド
部１１１の外側で近接して回転するように構成されてな
るもので、先端部に設けられたビット１１２ａと、固定
ガイド部１１１に対面する内側面に設けられた螺旋突起
１１２ｂとからなる。

【００２８】２次破砕機構Ｅは、１次破砕機構Ｃの固定
ガイド部１１１の突起１１１ｃの後端部に固定された固
定剪断刃１１３と、１次破砕機構Ｃの回転破砕刃１１２
の後端部に固定され固定剪断刃１１３と既設管Ａの軸線
Ｂに対してほぼ直交する切断面Ｄを構成する回転剪断刃
１１４とからなる。

【００２９】さらに、このトンネル掘削機１１は、２次
破砕機構Ｅの後方側に１次破砕機構Ｃの固定ガイド部１
１１，回転破砕刃１１２の後端部側で区画される１次泥
水室１１５が設けられている。この１次泥水室１１５の
内部には、１次破砕機構Ｃの回転破砕刃１１２に固定さ
れて回転する掻き揚板１１６が設けられている。また、
この１次泥水室１１５に対しては、１次破砕機構Ｃの回
転破砕刃１１２の先端部から土砂取込口１１７が連通さ
れている。

【００３０】この実施の形態によると、ジャッキ２が押
込み動作することによって、１次破砕機構Ｃの固定ガイ
ド部１１１が既設管Ａの内部に圧入する。このとき、固
定ガイド部１１１が突起１１１ｃの傾斜１１１ｃ’に案
内されるため、既設管Ａの内部への圧入が円滑に奏され
る。

【００３１】既設管Ａの内部へ圧入された１次破砕機構
Ｃの固定ガイド部１１１は、突起１１１ｃを既設管Ａの
内側壁に食込ませて既設管Ａを割裂させるとともに、鉄
筋Ｐの縦筋Ｐａを凹溝１１１ｄの中に取込む。

【００３２】既設管Ａの内部へ１次破砕機構Ｃの固定ガ
イド部１１１が圧入された状態で１次破砕機構Ｃの回転
破砕刃１１２が回転すると、既設管Ａおよびその周囲の
地盤等が破砕される。このとき、１次破砕機構Ｃの固定
ガイド部１１１によって既設管Ａが既に割裂されている
ことや、回転破砕刃１１２にビット１１２ａ，螺旋突起
１１２ｂが設けられていることにより、既設管Ａの周囲
の枕部材等をも含めて破砕が円滑になされる。また、既
設管Ａの周囲の土砂は、流通抵抗の高くなっている１次
破砕機構Ｃの固定ガイド部１１１，回転破砕刃１１２の
間を避けて、土砂取込口１１７を通って１次泥水室１１
５に送られる。

【００３３】この１次破砕機構Ｃによる破砕では、鉄筋
Ｐの螺旋筋Ｐｂが構造上固定ガイド部１１１の凹溝１１
１ｄの中に取込まれないため、回転破砕刃１１２によっ
て剪断されることになる。このとき、螺旋筋Ｐｂが回転
破砕刃１１２によって固定ガイド部１１１の突起１１１
ｃに押付けられるようにして剪断されるため、螺旋筋Ｐ
ｂの滑り，逃げが防止されて確実に剪断される。

【００３４】前述の１次破砕機構Ｃの破砕による破砕物
は、トンネル掘削機１１の前進に伴って、１次破砕機構
Ｃの固定ガイド部１１１，回転破砕刃１１２の間を通っ
て２次破砕機構Ｅに送られることになる。このとき、固
定ガイド部１１１の凹溝１１１ｄの中に取込まれた縦筋
Ｐａは、破砕物とともに加圧されて凹溝１１１ｄの中に
固定されている。従って、回転破砕刃１１２の応力等で
縦筋Ｐａが捻じれ変形することはなく、その直線性を維
持したまま２次破砕機構Ｅに送られ剪断されることにな
る。なお、縦筋Ｐａは、固定状態にあるため、滑り，逃
げが防止されて確実に剪断される。この縦筋Ｐａの切断
長は、後処理上５ｃｍ程度以下が好ましい。また、他の
破砕物も２次破砕機構Ｅによってさらに細かく破砕され
ることになる。

【００３５】２次破砕機構Ｅで破砕された破砕物は、１
次泥水室１１５に入り、続いて連通窓１１１ｅから２次
泥水室１１１ｂに入る。１次泥水室１１５の底部に沈降
した破砕物は、掻き揚板１１６によって上部に掻き揚げ
られ、連通窓１１１ｅから２次泥水室１１１ｂに投入さ
れる。

【００３６】２次泥水室１１１ｂに投入された破砕物
は、泥水となって移送回収されることになる。

【００３７】図７は、本発明に係るトンネル掘削機の実
施の形態（２）を示すものである。

【００３８】この実施の形態では、前述の実施の形態
（１）の１次破砕機構Ｃの回転破砕刃１１２の螺旋突起
１１２ｂを回転刃１１２ｃとしてある。

【００３９】この実施の形態によると、１次破砕機構Ｃ
の回転破砕刃１１２の摩耗を減少させることができ、摩
耗交換の際に回転刃１１２ｃの部分的交換ですむことに
なる。

【００４０】以上、図示した実施の形態の外に、１次破
砕機構Ｃの固定ガイド部１１１に突起１１１ｃ，凹溝１
１１ｄを設けないことも可能である。既設管Ａの内部に
圧入して既設管Ａを内側から支持すれば、鉄筋Ｐの捻じ
れ変形を阻止することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るトンネル掘
削機は、１次破砕機構の固定ガイド部が既設管の内部に
圧入して既設管を内側から支持することにより、鉄筋を
確実に剪断することができるため、コンクリートの内部
に鉄筋が配筋されたヒューム管等の既設管を確実に破砕
してトンネルを掘削することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネル掘削機の実施の形態
（１）を示す断面図である。

【図２】図１が利用されるセミシールド推進工法のシス
テムの側面図である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線拡大断面図である。

【図４】図１のＹ−Ｙ線拡大断面図である。

【図５】図１のＺ−Ｚ線拡大断面図である。

【図６】図１の要部の動作を示す拡大斜視図である。

【図７】本発明に係るトンネル掘削機の実施の形態
（２）を示す要部の断面図である。

【符号の説明】

１１ トンネル掘削機 １１１ 固定ガイド部 １１１ｃ 突起 １１１ｄ 凹溝 １１２ 回転破砕刃 １１５ １次泥水室 １１６ 掻き揚板 １１７ 土砂取込口 Ｃ １次破砕機構 Ｅ ２次破砕機構

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設管およびその周囲の地盤等を既設管
   の軸線に沿って破砕する１次破砕機構と、既設管の軸線
   に対してほぼ直交する切断面を有して１次破砕機構で破
   砕された破砕物をさらに細かく破砕する２次破砕機構と
   を備えてなるトンネル掘削機において、１次破砕機構
   は、既設管の内部に圧入され既設管を内側から支持する
   固定ガイド部と、固定ガイド部の外側で回転して既設管
   およびその周囲の地盤等を破砕する回転破砕刃とを備え
   てなることを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１のトンネル掘削機において、１
   次破砕機構の固定ガイド部は、外周面に既設管の内壁に
   食込む楔形の突起が軸方向へ延びて設けられていること
   を特徴とするトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 請求項２のトンネル掘削機において、１
   次破砕機構の固定ガイド部は、突起が周方向へ規則的に
   設けられ突起の間に凹溝が設けられていることを特徴と
   するトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかのトンネル掘削
   機において、２次破砕機構の後方側に水を利用して破砕
   物を移送する破砕物移送機構に接続した泥水室が設けら
   れ、泥水室の内部に回転して破砕物を掻き揚げる掻き揚
   板が設けられていることを特徴とするトンネル掘削機。
5. 【請求項５】 請求項４のトンネル掘削機において、１
   次破砕機構の回転破砕刃の先端から泥水室に既設管の周
   囲の地盤等を主に取込む土砂取込口を連通させたことを
   特徴とするトンネル掘削機。