JPH11141272A

JPH11141272A - 鋼管布設施工における岩盤立坑及び斜坑の掘削方法及びその掘削機

Info

Publication number: JPH11141272A
Application number: JP31011497A
Authority: JP
Inventors: Masanori Hirachi; 正憲平地; Kenichi Kaneko; 研一金子; Hikoe Iwama; 彦衛岩間; Kiyoshi Suzuki; 清鈴木; Naoki Takeda; 直樹竹田; Masaharu Miyamoto; 正治宮本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 1999-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼管の布設施工が容易となり、施工時間の短縮
が可能となる鋼管布設施工における斜坑トンネル等の岩
盤立坑及び斜坑の掘削方法を提供するものであり、また
併せて、小型化が可能であって低価格化を実現できる鋼
管布設施工における斜坑トンネル等の岩盤立坑及び斜坑
の掘削機を提供する。【解決手段】カッタヘッド４を備えた掘削機１の後面と
なる蓋体６に、鋼管Ｓを介して、油圧ジャッキ１２の作
動により鋼管Ｓの周面に嵌着して鋼管Ｓを締結自在とす
る、一対の半環状のグリッパ１３と、締結状態にあるグ
リッパ１３を下方に押し出す油圧の押し込みジャッキ１
４と、前記押し込みジャッキ１４を支持する反力台１５
とから構成される鋼管押し込み手段１１によって押圧力
を付与し、該押圧力を掘進力として掘削を行うことを特
徴とする鋼管布設施工における岩盤立坑及び斜坑の掘削
方法とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揚水式地下発電所
等において建造される、鋼管布設施工における斜坑トン
ネル等の岩盤立坑及び斜坑の掘削方法及びその掘削機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より岩盤立坑及び斜坑の掘削方法と
しては、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭとい
う）による掘削方法、いわゆるＴＢＭ工法が採用されて
いる。図４はこのＴＢＭ工法の概念図であり、掘削後に
鋼管を布設してから地山との隙間にコンクリートを充填
する施工例を示す。図４（ａ）に示すようにＴＢＭ５１
は、先端にカッタヘッド５２を備える前部円筒体５３と
後部円筒体５４とからなる分割フレーム構造であり、そ
れぞれの側面には地山（岩盤）の側壁に押圧力を付与す
るフロントグリッパ５５、メイングリッパ５６を備え
る。かかるＴＢＭ５１による掘進プロセスは、先ず、掘
進反力を得るため、メイングリッパ５６を拡張して後部
円筒体５４を地山の側壁に固定し、その上で、カッタヘ
ッド５２を回転させながら、内蔵したスラストジャッキ
（図示せず）を延伸して前部円筒体５３を掘進させ、ス
ラストジャッキが延伸しきるとメイングリッパ５６を戻
し、今度はフロントグリッパ５５を拡張して前部円筒体
５３を地山の側壁に固定し、スラストジャッキを縮退さ
せて後部円筒体５４を引き寄せる、という一連の動作を
尺取虫の如く繰り返すものである。掘削ずりは、ＴＢＭ
５１内に配設したコンベア５７にて後方のバケット５８
に搬出される。そして、所定深さまでの掘削が完了した
ら、ＴＢＭ５１を地上に引き上げた後、鋼管Ｓを挿入し
て、地山との隙間にコンクリートを充填する（図４
（ｂ））。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる掘削方
法によれば、掘削完了後に鋼管布設を行うための設備や
時間が必要となり、施工費、施工時間の増大を招くとい
う問題があった。また、ＴＢＭは、前記したように掘進
に必要な反力を地山の側壁にとるために、それぞれにグ
リッパを備えた分割フレーム構造にならざるを得ない。
そのため、機体が前後方向に大型化し、また掘進用のス
ラストジャッキを要するために構造も複雑となり、高価
な機体となるという問題があった。また、地山が不良地
盤の場合には、地山の側壁との間に充分な掘進反力をと
れないという問題もあった。

【０００４】また、前記コンベア及びバケットによる掘
削ずりの搬出方法では、搬出途中で掘削ずりがこぼれ落
ちてしまうという問題がある。そのため、坑内に作業員
が入って清掃を行うという作業が必要となり、施工時間
の遅延につながるとともに、危険でもあった。なお、近
年ではシールド装着形ＴＢＭによる施工も行われつつあ
るが、この場合の掘削ずりの搬出は泥水の循環により行
われるものである。この泥水循環方式は、機体内に隔壁
を設けて機体内の前方部を閉塞し、隔壁と前面切羽との
空間を泥水室として、カッタで掘削された掘削ずりを前
記泥水室で地上から送泥管を介して送られてくる泥水と
攪拌混合し、排泥管を介して地上に送り込むものであ
る。従来のシールド装着形ＴＢＭは、この送泥管及び排
泥管を上下一対として装備しており、特に斜坑の掘削に
おいては、掘削ずりの搬出効率を高めるため排泥管を最
下部に位置させる。しかし、掘削作業が長時間にわたる
と、機体が初めに設定した向きから次第に回転してしま
うという、いわゆるローリングが発生し、従って排泥管
の位置もずれてしまい掘削ずりの搬出効率が低下すると
いう問題があった。

【０００５】一方、前記泥水循環による掘削ずりの搬出
の場合であって、且つ図４（ｂ）に示したように鋼管の
布設後にコンクリートの充填を行う工事の場合において
は、掘削後の壁面に順次裏込め剤を充填するという工程
が無くなることから、稼働中、泥水が機体の脇から溢れ
出てしまうことになり、結果としてＴＢＭが泥水に浸漬
された状態となってしまい、機体内部まで水が浸入して
故障の原因になるという問題もあった。

【０００６】本発明は、このような課題を解消するため
に創作されたものであり、鋼管の布設施工が容易とな
り、施工時間の短縮が可能となる鋼管布設施工における
斜坑トンネル等の岩盤立坑及び斜坑の掘削方法を提供す
るものであり、また併せて、小型化が可能であって低価
格化を実現できる鋼管布設施工における斜坑トンネル等
の岩盤立坑及び斜坑の掘削機を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために以下の手段を用いた。まず、鋼管の布設施
工を容易とし、施工時間の短縮を可能とする手段とし
て、前面にカッタヘッドを備えた掘削機の後面に、鋼管
を介して鋼管押し込み手段による押圧力を付与し、該押
圧力を推進力として掘削を行うようにした。

【０００８】また、小型で低価格な機体を実現する手段
として、本体の前面にカッタヘッドを備えた掘削機にお
いて、本体の後面に、鋼管を本体に緊結させるグリッパ
を備え、該鋼管に付与される押圧力を推進力として掘削
を行う掘削機とした。なお、前記掘削機の内部に、掘削
機の中心軸を挟んで対向する一対の送泥管及び排泥管を
複数組配設して泥水循環経路を形成すれば、掘削機がロ
ーリングを起こしたときであっても、効率の良い掘削ず
りの搬出を維持できる。さらに、前記掘削機の本体の外
側に、地山の側壁との隙間を塞ぐシール部材を配設すれ
ば、立坑又は斜坑の上方への泥水の流出を防止すること
ができ、したがって掘削機内部への水の浸入を低減させ
ることが可能となり、故障の発生率低下を実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明に係る鋼管布設施工におけ
る岩盤立坑及び斜坑の掘削方法及びその掘削機を示す概
略説明図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図
１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【００１０】図１において、符号１は掘削機を示し、円
筒形を呈する本体２の前面には、内蔵の駆動モータ３に
より回転するカッタヘッド４が取り付けられている。本
体２の後端には、その中心に鋼管Ｓの内径より若干小さ
い径の孔口を穿設した蓋体６が嵌合されており本体２の
後面を形成している。蓋体６の孔口の周縁には上方に立
ち上がる筒部６ａが形成されていて、鋼管Ｓをこの筒部
６ａの外周面側から嵌合させて、鋼管Ｓの端面を蓋体６
に当接させるようになっている。蓋体６は、リブ補強等
により鋼管Ｓの押圧力に耐える程度の強度を備えてい
る。

【００１１】鋼管Ｓと本体２を緊結するために蓋体６に
は固定式グリッパ７が装着されており、掘削作業中は常
に鋼管Ｓを筒部６ａに緊結した状態にする。固定式グリ
ッパ７としては、油圧ジャッキを備えた環状のグリッパ
等、公知のグリッパが使用される。なお、本体２の周側
面には、掘進方向を制御する方向制御ジャッキ８が複数
取り付けられ、遠隔操作により地上から制御可能として
ある。

【００１２】掘削機１に推進力を付与するべく、鋼管Ｓ
に押圧力を付与する鋼管押し込み手段１１は、油圧ジャ
ッキ１２の作動により鋼管Ｓの周面に嵌着して鋼管Ｓを
締結自在とする、一対の半環状のグリッパ１３（図２参
照）と、締結状態にあるグリッパ１３を下方に押し出す
油圧の押し込みジャッキ１４と、地上に設置されて前記
押し込みジャッキ１４を支持する反力台１５とから構成
される。

【００１３】次に、掘削機１の掘進プロセスについて説
明すると、まず、掘削機１の後面、すなわち蓋体６の筒
部６ａに鋼管Ｓを嵌合し、鋼管Ｓの端面を蓋体６に当接
させて、固定式グリッパ７により鋼管Ｓの下端を蓋体６
に緊結させる。一方、鋼管Ｓの上方においては、油圧ジ
ャッキ１２を作動させてグリッパ１３を縮環させ、鋼管
Ｓを挟圧させる。この状態でカッタヘッド４を回転さ
せ、押し込みジャッキ１４を延伸させ、鋼管Ｓを下方に
押し込んでいく。掘削機１は、後面すなわち蓋体６の部
位で鋼管Ｓから押圧力を受け、この押圧力をそのまま推
進力として切羽の岩盤を破砕していく。押し込みジャッ
キ１４が延伸しきると、油圧ジャッキ１２を作動させて
グリッパ１３を緩環させた後、押し込みジャッキ１４を
縮めて、再び油圧ジャッキ１２を作動させてグリッパ１
３で鋼管Ｓを挟圧し、下方に押し込む。１本の鋼管Ｓに
対してこの一連の動作を数回繰り返し行い、所定深さま
で挿入されたら、新たな鋼管Ｓ′を鋼管Ｓの上部に載置
して溶接により継ぎ足していき、鋼管Ｓ′に対しても前
記一連の動作を繰り返していく。

【００１４】このように鋼管の押圧力をそのまま推進力
とする掘削工法によれば、地山の側壁に掘進反力をとる
従来のＴＢＭ工法に比べて、常に安定した推進力を得る
ことができる。すなわち、地山が硬岩の風化した弱層や
破砕帯などの不良地盤であるなしに関係なく、一定の推
進力が得られるものであり、掘削時間の短縮を実現でき
ることになる。無論、掘削完了時には、鋼管の据え付け
が既に完了していることから、新たに足場や鋼管の釣り
下ろし設備を設置する必要もなくなり、施工時間を大幅
に短縮することが可能となっている。また、地山の側壁
に掘進反力をとらない構造とすることは、同時に掘削機
自体の構造が簡素化されることにもなり、分割フレーム
構造やスラストジャッキを要しない、小型で低価格な機
体が実現されることになる。

【００１５】さて、本実施形態における掘削機１は掘削
ずりの搬出として、泥水循環方式を採用しており、送泥
管及び排泥管を内蔵した構造となっている。カッタヘッ
ド４の後部には機体内に隔壁を設けてなる泥水室１６が
形成され、この泥水室１６に、図３に示すように本体２
の中心軸を挟んで対向する一対の送泥管９及び排泥管１
０を複数組、本実施形態では３組臨ませている。これら
の送泥管９ａ、９ｂ、９ｃ及び排泥管１０ａ、１０ｂ、
１０ｃはそれぞれ本体２の内部で集管して、それぞれ１
本の送泥管９及び排泥管１０となり、蓋体６の孔口、鋼
管Ｓ内を通って地上部へと延伸し、泥水循環経路を形成
する。

【００１６】前記送泥管９及び排泥管１０は、通常、地
上からのバルブ遠隔操作により、１８０°対向し合う一
対の送泥管９及び排泥管１０（例えば、送泥管９ａと排
泥管１０ａ）を使用する。また、坑が斜坑である場合に
は、坑の最下部から掘削ずりを抜くのが効率が良いこと
から、送泥管９ａが最上部に、排泥管１０ａが最下部に
位置するように本体２を設置する必要がある。もし掘削
作業中、本体２のローリングにより送泥管９ａ及び排泥
管１０ａの位置がずれた場合には、代わってそれぞれ上
方、下方に位置した送泥管及び排泥管（例えば９ｂと１
０ｂ）に切り替えれば良く、効率の良い掘削ずりの搬出
が維持される。またローリングが激しく天地が逆転した
場合には、地上部における配管を逆に組み替えることに
より、今まで送泥管として使用していた系統を排泥管と
して使用することができる。また、砂礫で排泥管が閉塞
した場合であっても、他の排泥管に切り替えることによ
り、掘削ずりの搬出を連続して行うことができるので、
作業の中断がなく安定した掘削ずりの搬出が可能とな
る。

【００１７】また、本体２の外周には、泥水が立坑Ｈの
上方にまで回って掘削機１の後部から内部へと浸入しな
いように、地山の側壁との隙間を止水するシール５が装
着されている。したがって、浸水による機体の故障発生
率の低下を実現することが可能となる。

【００１８】以上、本発明について、その好適な実施形
態について説明したが、各構成部材の形状や取付け位置
等は、図面に記載したものに限られることなく、本発明
の主旨を逸脱しない範囲で設計変更することが可能であ
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る鋼管布設施工における岩盤
立坑及び斜坑の掘削方法及び掘削機によれば以下のよう
な効果を奏する。（１）前面にカッタヘッドを備えた掘削機の後面に、鋼
管を介して鋼管押し込み手段による押圧力を付与し、該
押圧力を推進力として掘削を行う掘削方法とすることに
より、掘削完了時に、鋼管の据え付けが完了しているた
め、足場の設置や鋼管の吊り下ろし設備の設置を行う必
要がなくなり、鋼管の布設施工が容易になり、施工時間
の短縮が可能となる。また、地山が硬岩の風化した弱層
や破砕帯などの不良地盤であるなしに関係なく、一定の
推進力が得られ、掘削時間の短縮を実現できることにな
る。さらに、作業員は坑内に立ち入ることなく、地上で
全て遠隔操作できるので安全性が向上する。（２）本体の前面にカッタヘッドを備えた掘削機におい
て、本体の後面に、鋼管を本体に緊結させるグリッパを
備え、該鋼管に付与される押圧力を推進力として掘削を
行う掘削機とすることにより、構造が簡単になるので小
型化が可能となり、低価格化な機体を実現することがで
きる。（３）前記掘削機の内部に、掘削機の中心軸を挟んで対
向する一対の送泥管及び排泥管を複数組配設して泥水循
環経路を形成すれば、掘削機がローリングを起こしたと
き、或いは砂礫で排泥管が閉塞した場合であっても、使
用中の送泥管及び排泥管を別の管に切り替えることによ
り、常に効率の良い掘削ずりの搬出を維持できる。また
ローリングが激しく天地が逆転した場合であっても、地
上部における配管を逆に組み替えることにより、今まで
送泥管として使用していた系統を排泥管として使用する
ことができる。（４）前記掘削機の本体の外側に、地山の側壁との隙間
を塞ぐシール部材を配設すれば、立坑又は斜坑の上方へ
の泥水の流出を防止することができ、したがって掘削機
内部への水の浸入を低減させることが可能となり、故障
の発生率低下を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋼管布設施工における岩盤立坑及
び斜坑の掘削方法及びその掘削機を示す概略説明図であ
る。

【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

【図４】ＴＢＭ工法の概念図であり、掘削後に鋼管を布
設してから地山との隙間にコンクリートを充填する施工
例を示す。

【符号の説明】

Ｈ立坑Ｓ、Ｓ′ 鋼管１掘削機２本体３駆動モータ４カッタヘッド５シール部材６蓋体６ａ筒部７固定式グリッパ８方向制御ジャッキ９送泥管１０排泥管１１鋼管押し込み手段１２油圧ジャッキ１３グリッパ１４押し込みジャッキ１５反力台１６泥水室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木清東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内 (72)発明者竹田直樹東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内 (72)発明者宮本正治東京都新宿区西新宿一丁目25番１号大成建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前面にカッタヘッドを備えた掘削機の後
面に、鋼管を介して鋼管押し込み手段による押圧力を付
与し、該押圧力を推進力として掘削を行うことを特徴と
する鋼管布設施工における岩盤立坑及び斜坑の掘削方
法。
【請求項２】本体の前面にカッタヘッドを備えた掘削
機であって、本体の後面に、鋼管を本体に緊結させるグリッパを備
え、該鋼管に付与される押圧力を推進力として掘削を行
うことを特徴とする鋼管布設施工における岩盤立坑及び
斜坑の掘削機。
【請求項３】前記掘削機の内部に、掘削機の中心軸を
挟んで対向する一対の送泥管及び排泥管を複数組配設し
て泥水循環経路を形成したことを特徴とする請求項２に
記載の鋼管布設施工における岩盤立坑及び斜坑の掘削
機。
【請求項４】前記掘削機の本体の外側に、地山の側壁
との隙間を塞ぐシール部材を配設したことを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載の鋼管布設施工における岩
盤立坑及び斜坑の掘削機。