JPH10266786A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一次覆工を掘削地盤の緩みのない掘削直後
に型枠を組み立て、型枠内にコンクリートを打設してラ
イニングを良好に行う。 【解決手段】 掘削機軸心方向に沿って配置された押し
管３前部のカッター駆動装置１４の直後部に、場所打ち
コンクリートライニングを行う一次覆工用型枠装置５を
前後方向に移動自在に配設し、この型枠装置５のリング
フレーム２３に設けられた型枠出退ジャッキ２４Ａを伸
展して型枠部材２５Ａをそれぞれトンネル内面に押し付
け固定することにより、このコンクリートを打設および
養生させ、この時にリングフレーム２３を押し管３から
離間させるように構成した。型枠部材の振動を軽減でき
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、比較的硬い岩盤に
鉄道や道路、水路用トンネルを掘削するトンネル掘削機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘削機による掘削におい
て、支保工が必要な地山が出現した場合、Ｈ型鋼による
支保工を構築したり、コンクリートの直接吹き付けを行
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、狭いスペース
のトンネル内でＨ型鋼支保工の組立作業は危険が伴い、
またコンクリート吹き付けでは、コンクリートの跳ね返
りによる掘削機の汚れやコンクリート材料のロス、粉塵
による作業環境の悪化などの問題が多い。

【０００４】また、トンネル掘削機による一次覆工は、
掘削直後で地盤が緩む前に覆工するのが理想的である
が、従来では掘削機本体内のスペースと作業装置との関
係で、掘削機本体の後方に作業装置を配置して一次覆工
を行っており、掘削と覆工との間に距離的、時間的なロ
スがあり、地盤が緩むおそれがあった。

【０００５】本発明のうち請求項１記載の発明は、上記
問題点を解決して、良好に一次覆工が実施できるトンネ
ル掘削機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の発明は、掘削機軸心に沿って
配置されるとともに排土装置が内蔵された押し管の前部
に、カッター駆動装置により駆動されるカッターヘッド
を配設し、前記押し管のカッター駆動装置の直後部に、
場所打ちコンクリートライニングを行う一次覆工用型枠
装置を配設し、前記押し管の後部に、一次覆工用型枠装
置によりライニングされたコンクリート壁を反力受けと
して押し管を推進する推進用グリッパー装置を設け、前
記一次覆工用型枠装置に、押し管に型枠移動手段を介し
て軸心方向に移動自在に外嵌されたリング形の型枠支持
体と、この型枠支持体に型枠出退装置を介してトンネル
内面に接近離間自在な複数の型枠部材とを備え、コンク
リート打設時および養生時に、前記型枠出退手段により
型枠部材をそれぞれトンネル内面に押し付けて固定する
とともに、前記型枠支持体を押し管から離間させるよう
に構成したものである。

【０００７】上記構成によれば、カッターヘッドのカッ
ター駆動装置の直後部の押し管に、リング形の型枠支持
体および型枠出退手段ならびに型枠部材からなる一次覆
工用型枠装置を前後に移動自在に配置したので、掘進時
に型枠部材のみをトンネル内面に固定して型枠移動手段
をフリー状態とすることにより、掘削機の前進を許して
コンクリートの打設および養生を実施することができ
る。したがって、掘削直後の掘削地盤の緩む前に一次覆
工を行うことができ、しかもコンクリート養生時にも掘
進することができて、能率よく掘削作業および覆工作業
を実施できる。また、コンクリート打設、養生時に押し
管と型枠支持体とを離間させることにより、掘削手段や
推進手段から押し管に伝達される振動が遮断されて、型
枠支持体に伝達されるのを防止できるので、型枠部材を
静止して安定して保持することができ、良好にコンクリ
ート打設および養生することができる。

【０００８】また請求項２記載の発明は、上記構成にお
いて、一次覆工用型枠装置の型枠支持体は、押し管上面
で軸心方向に配設されたガイド手段上を移動自在な移動
台車に支持され、型枠出退手段により型枠部材がトンネ
ル内面に固定された時に、前記移動台車がガイド手段上
から浮き上がって押し管から離間されるように構成した
ものである。

【０００９】上記構成によれば、型枠出退手段を伸展し
て突っ張らせることにより、容易に移動台車を浮き上が
らせることができ、押し管と型枠部材を切り離して掘削
などによる振動が型枠部材に伝達されるのを、効果的に
遮断することができる。

【００１０】さらに請求項３記載の発明は、上記構成に
おいて、押し管と移動台車との間に連結された型枠移動
手段により、移動台車の浮沈を案内するように構成した
ものである。

【００１１】上記構成によれば、移動台車のガイド手段
上への復帰を正確に行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るトンネル掘
削機の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。

【００１３】この掘削機は、比較的硬い岩盤を掘削して
切り羽崩壊土圧を保持しない開放型であり、図１に示す
ように、掘削機軸心Ｏに沿って配置された押し管３と、
この押し管３の前部に掘削機軸心Ｏを中心として回転自
在に支持されたカッターヘッド２と、押し管３に内蔵さ
れてカッターヘッド２に掘削された土砂等を後方へ排出
する排土装置４と、カッターヘッド２の後部に配置され
たカッター駆動装置１４と、カッター駆動装置１４の外
周部に設けられてトンネルの内面に案内されるガイド部
材１と、カッター駆動装置１４の直後部に配置されて場
所打ちコンクリートライニングを行うための一次覆工用
型枠装置（以下型枠装置という）５と、型枠装置５の後
方に設けられて押し管３を前方に推進する推進用グリッ
パー装置６と、推進用グリッパー装置６の後方で押し管
３を保持するサポート装置７とで構成されている。

【００１４】図２に示すように、前記押し管３の前部に
固定されたガイド部材１の支持フレーム１１内に、軸受
を介してカッターヘッド２の後部のカッターフレーム１
２が回転自在に支持され、カッターヘッド２には複数の
ローラービット１３が配設されている。また支持フレー
ム１１にはカッター駆動装置１４が設けられており、こ
のカッター駆動装置１４は、カッターフレーム１２に設
けられたリングギヤ１４ａと、これに噛み合う駆動ピニ
オン１４ｂと、駆動ピニオン１４ｂを駆動するカッター
駆動モータ１４ｃとで構成される。

【００１５】また前端部にはガイド部材１を支持する支
持フレーム１１が連結固定されており、この押し管３の
中空部には、前端の開口部から後方に掘削土砂を搬出す
るベルトコンベヤからなる排土装置４が配置されてい
る。

【００１６】前記型枠装置５は、図２，図３に示すよう
に、掘削直後に一次覆工を行うために、カッターヘッド
２の後部の押し管３の前部の円筒部３ａに配設されてお
り、押し管３上に複数の脚部材２１ａを介して配置され
たガイドフレーム２１と、このガイドフレーム２１に軸
心方向に沿って敷設されたガイド手段であるガイドレー
ル２１ｂに車輪２２ａを介して案内されて移動自在な移
動台車２２と、この移動台車２２に支持されてトンネル
の横断面上で周方向に沿う型枠支持体であるリングフレ
ーム２３と、このリングフレーム２３の外周部に型枠出
退手段である型枠支持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂを介して
トンネル内面に接近離間自在に配置された型枠部材２５
Ａ，２５Ｂと、前記移動台車２２を掘削機軸心Ｏ方向に
移動させる型枠移動手段である一対の型枠移動シリンダ
２６とで構成されている。

【００１７】なお、型枠移動手段は、ガイドフレーム２
１に設けた移動ラックと移動台車２２に設けた駆動ピニ
オンからなるラックピニオン機構で構成してもよく、ま
た移動台車２２に走行駆動装置を付加して自走式にする
こともできる。

【００１８】また前記型枠部材２５Ａ，２５Ｂは、周方
向の両端部にテーパ受部２５ａを有する受け型枠部材２
５Ａと、周方向の両端部にテーパ受部２５ａを押圧する
テーパ押圧部２５ｂを有する押し型枠部材２５Ｂとが交
互に配置されて構成され、後退される待機時には受け型
枠部材２５Ａの内側に押し型枠部材２５Ｂが後退されて
いる。さらに、型枠支持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂが収縮
された待機位置では、型枠部材２５Ａ，２５Ｂ、型枠支
持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂ、リングフレーム２３および
移動台車２２の自重はガイドフレーム２１を介して押し
管３に支持される。この状態でリングフレーム２３の中
心は掘削機軸心Ｏより少し下方に位置されているが、型
枠支持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂが伸展されて型枠部材２
５Ａ，２５Ｂがトンネル内面に接近する打設位置では、
図５に示すように、リングフレーム２３の中心が掘削機
軸心Ｏまで持ち上げられ、移動台車２２が待機位置から
少し浮き上がるように設定されている。

【００１９】したがって、型枠部材２５Ａ，２５Ｂが打
設位置に移動されると、図５に示すように、移動台車２
２の車輪２２ａがガイドレール２１ｂから僅かに浮き上
がり、押し管３と型枠部材２５Ａ，２５Ｂとが切り離さ
れて型枠移動シリンダ２６でのみ連結された状態とな
る。そして、型枠移動シリンダ２６は、本体が支持ピン
２６ａを介して上下揺動自在に支持されるとともに、ピ
ストンロッドが移動台車２２の受動部材２２ｂにピン連
結されているため、移動台車２２の昇降が許容され、浮
き上がった移動台車２２の車輪を正確に案内してガイド
レール２１ｂ上に復帰させることができる。また、車輪
２２ａは両側部に鍔部を有する鍔付車輪に形成され、そ
の浮き上がり量を鍔の高さの範囲とすることで確実にガ
イドレール２１ｂ上に復帰させることが可能となる。こ
のため、コンクリートの打設時や養生時にはカッターヘ
ッド２や推進装置６、排土装置４から型枠部材２５Ａ，
２５Ｂに伝達される振動が遮断されて大幅に軽減され、
安定した静止状態で型枠部材２５Ａ，２５Ｂが保持され
る。

【００２０】推進用グリッパー装置６は、図１，図４に
示すように、押し管３の後部の角筒部３ｂに配設された
前部グリッパー３１Ａと後部グリッパー３１Ｂとで構成
されている。これら前部グリッパー３１Ａと後部グリッ
パー３１Ｂは同一構造であり、ここでは前部グリッパー
３１Ａのみを説明して後部グリッパー３１Ｂには同一符
号を付し説明を省略する。

【００２１】前部グリッパー３１Ａは、押し管３の角筒
部３ｂに沿って移動自在に配置された推進フレーム３２
と、この推進フレーム３２の両側で上下位置にそれぞれ
配置されて複数のグリップシリンダ３３によりトンネル
の打設コンクリート３４内面に押し付けられる４個のグ
リップ体３５と、推進フレーム３２に内蔵されて出力端
が角筒部３ｂの前部の保持部材３６に連結された４本の
スラストジャッキ３７により構成される。

【００２２】したがって、前部グリッパー３１Ａおよび
後部グリッパー３１Ｂの推進フレーム３２を前部に位置
させ、グリップシリンダ３３を伸展し４個のグリップ体
３５を打設コンクリート３４内面に押し付けて推進フレ
ーム３２を固定し、スラストジャッキ３７を伸展させる
ことにより、押し管３を介して掘削機本体１を前方に推
進することができる。また前部グリッパー３１Ａおよび
後部グリッパー３１Ｂを交互に駆動して連続して推進す
ることもできる。

【００２３】次にこのトンネル掘削機の作用を説明す
る。まず前部グリッパー３１Ａおよび後部グリッパー３
１Ｂによりグリップ体３５を打設コンクリート３４内面
に押し付けて推進フレーム３２，３２を固定する。つい
で排土装置４を起動するとともに、カッター駆動装置１
４によりカッターヘッド２を回転させる。さらにサポー
ト装置７を収縮させ、スラストジャッキ３７を伸展させ
て押し管３を前方に押し出し、掘削機本体１を前方に推
進させる。これによりローラービット１３により岩盤が
掘削されてトンネルが掘削される。

【００２４】このとき、型枠装置５は型枠部材２５Ａ，
２５Ｂが打設位置に配置され、型枠部材２５Ａ，２５Ｂ
内で打設コンクリートが養生中である。そして、型枠支
持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂにより型枠部材２５Ａ，２５
Ｂの後端外周部が打設コンクリート３４の内面に押し付
けられ、かつ型枠部材２５Ａ，２５Ｂの前端外周部に設
けた妻型シール材２７がトンネル内面に押し付けられる
ことにより、リングフレーム２３および移動台車２２が
ガイドレール２１Ｂから浮き上がって押し管３と切り離
され、トンネル内面に固定された状態となっている。さ
らに型枠移動シリンダ２６がフリー状態にされるか、ま
たは掘削機の前進に連動して同期収縮されることによ
り、型枠装置５がトンネルに固定されて掘削機のみが前
進される。また型枠部材２５Ａ，２５Ｂの打設位置で
は、移動台車２２がガイドフレーム２１から浮き上が
り、押し管３と型枠部材２５Ａ，２５Ｂとが切り離され
ているため、カッターヘッド２や推進装置６、排土装置
４からの直接の振動が遮断されて振動が大幅に軽減され
ており、安定して型枠部材２５Ａ，２５Ｂが保持されて
いる。

【００２５】所定量掘削が進むと、スラストジャッキ３
７が停止され、脱型が行われる。先ず、型枠支持ジャッ
キ２４Ｂが収縮されて押し型枠部材２５Ｂが後退され、
次いで型枠支持ジャッキ２４Ａが収縮されて押し型枠部
材２５Ａが後退されて待機位置に戻ると、リングフレー
ム２３および移動台車２２が下降されて車輪２２ａがガ
イドレール２１ｂ上に着地される。その後、型枠移動シ
リンダ２６が伸展されて移動台車２２が所定ストローク
前進され、再度型枠支持ジャッキ２４Ａ，２４Ｂが順次
伸展されて型枠部材２５Ａ，２５Ｂが打設位置に組み立
てられ、コンクリートが打設される。これが繰り返され
てトンネルが掘削される。

【００２６】上記実施の形態によれば、カッター駆動装
置１４の直後部に型枠装置５を配置し、掘削直後の掘削
面の内面に型枠部材２５Ａ，２５Ｂを接近させて組み立
て、掘削面が緩む前にコンクリートを打設できるので、
良好にトンネルライニングを施すことができる。また、
打設コンクリート３４の養生中には、型枠支持ジャッキ
２４Ａ，２４Ｂにより型枠部材２５Ａ，２５Ｂがトンネ
ル内面の打設位置に固定されて移動台車２２をガイドフ
レーム２１のガイドレール２１ｂから浮き上がらせるよ
うに構成したので、カッターヘッド２や推進装置６、排
土装置４から押し管３を介して伝達される振動を効果的
に遮断して型枠部材２５Ａ，２５Ｂの振動を大幅に軽減
することができる。したがって、安定して型枠部材２５
Ａ，２５Ｂを打設位置に保持でき、良好にコンクリート
打設および養生を行うことができる。しかも養生中にも
掘削機本体１を掘進させることができて能率よくトンネ
ルを掘削することができる。

【００２７】上記実施の形態では、型枠部材を受け型枠
部材２５Ａと押し型枠部材２５Ｂとを交互に配置して構
成したが、図６に示すように、４個の型枠部材により構
成してもよい。すなわち、リングフレーム２３の上部と
下部には、それぞれ型枠支持ジャッキ２４Ｃ，２４Ｄに
より出退自在に支持された作動型枠部材２５Ｃ，２５Ｄ
が配置され、上部の作動型枠部材２５Ｃの両端部に掘削
機軸心Ｏ方向の連結ピン４１を介して側部型枠部材２５
Ｅ，２５Ｅが折畳み自在に配設される。さらに、上部の
作動型枠部材２５Ｃには折畳みシリンダ４２，４２が配
設され、これら折畳みシリンダ４２，４２のピストンロ
ッドがそれぞれ側部型枠部材２５Ｅ，２５Ｅに連結され
て構成されている。したがって、４個の型枠部材２５
Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｅで構成することができ、コ
ストを低減することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項１記
載の発明によれば、掘削手段の直後部の押し管に、リン
グ形の型枠支持体および型枠出退手段ならびに型枠部材
からなる一次覆工用型枠装置を前後に移動自在に配置し
たので、掘進時に型枠部材をトンネル内面に固定して押
し管の前進を許し、コンクリートの打設および養生を継
続することができる。したがって、掘削直後の掘削地盤
の緩む前に一次覆工を行うことができ、しかもコンクリ
ート養生時にも掘進することができ、能率よく掘削およ
び覆工を実施できる。また、コンクリート打設、養生時
に押し管と型枠支持体とを離間させることにより、掘削
手段や推進手段から押し管に伝達される振動が遮断され
て、型枠支持体に伝達されるのを防止できるので、型枠
部材を静止して安定して保持することができ、良好にコ
ンクリート打設および養生することができる。

【００２９】また請求項２記載の発明によれば、型枠出
退手段を伸展して突っ張らせることにより、容易に移動
台車を浮き上がらせることができ、押し管と型枠部材を
切り離して掘削などによる振動が型枠部材に伝達される
のを、効果的に遮断することができる。

【００３０】さらに請求項３記載の発明によれば、移動
台車のガイド手段上への復帰を正確に行うことができ
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を示
す縦断面図である。

【図２】同トンネル掘削機の前部を示す拡大縦断面図で
ある。

【図３】図１に示すＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１に示すＢ−Ｂ断面図である。

【図５】同トンネル掘削機の移動台車を示す拡大背面図
である。

【図６】型枠部材および型枠移動手段の他の実施の形態
を示す横断面図である。

【符号の説明】

Ｏ 掘削機軸心 １ 掘削機本体 ２ カッターヘッド ３ 押し管 ４ 排土装置 ５ 一次覆工用型枠装置 ６ 推進用グリッパー装置 １４ カッター駆動装置 ２１ ガイドフレーム ２１ｂ ガイドレール（ガイド手段） ２２ 移動台車 ２２ａ 車輪 ２３ リングフレーム（型枠支持体） ２４Ａ，２４Ｂ 型枠支持ジャッキ（型枠出退手段） ２５Ａ 受け型枠部材 ２５Ｂ 押し型枠部材 ２６ 型枠移動シリンダ（型枠移動手段） ３１Ａ 前部グリッパー ３１Ｂ 後部グリッパー ２４Ｃ，２４Ｄ 型枠支持ジャッキ（型枠出退手段） ２５Ｃ，２５Ｄ 作動型枠部材 ２５Ｅ 側部型枠部材

フロントページの続き (72)発明者 縁田 正美 大阪府大阪市此花区伝法四丁目３番55号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 西田 昭二 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 糸永 洋 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削機軸心に沿って配置されるとともに排
   土装置が内蔵された押し管の前部に、カッター駆動装置
   により駆動されるカッターヘッドを配設し、 前記押し管のカッター駆動装置の直後部に、場所打ちコ
   ンクリートライニングを行う一次覆工用型枠装置を配設
   し、 前記押し管の後部に、一次覆工用型枠装置によりライニ
   ングされたコンクリート壁を反力受けとして押し管を推
   進する推進用グリッパー装置を設け、 前記一次覆工用型枠装置に、押し管に型枠移動手段を介
   して軸心方向に移動自在に外嵌されたリング形の型枠支
   持体と、この型枠支持体に型枠出退装置を介してトンネ
   ル内面に接近離間自在な複数の型枠部材とを備え、 コンクリート打設時および養生時に、前記型枠出退手段
   により型枠部材をそれぞれトンネル内面に押し付けて固
   定するとともに、前記型枠支持体を押し管から離間させ
   るように構成したことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】一次覆工用型枠装置の型枠支持体は、押し
   管上面で軸心方向に配設されたガイド手段上を移動自在
   な移動台車に支持され、型枠出退手段により型枠部材が
   トンネル内面に固定された時に、前記移動台車がガイド
   手段上から浮き上がって押し管から離間されるように構
   成したことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削
   機。
3. 【請求項３】押し管と移動台車との間に連結された型枠
   移動手段により、移動台車の浮沈を案内するように構成
   したことを特徴とする請求項２記載のトンネル掘削機。