JPH11159276A - トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機内を狭くすることがなく、連続掘進を行う
ことができるとともに、例えば急曲線を掘削させる場合
であっても前胴，中胴および後胴の方向制御性が非常に
良いトンネル掘削機および掘削方法を提供する。 【解決手段】 スキンプレート２が前胴５，中胴６およ
び後胴７に屈曲自在に分割され、これら前胴５，中胴６
および後胴７にグリッパ１３〜１５が設けられており、
前記前胴５と中胴６との間にアーティスラストジャッキ
１０が、前記中胴６と後胴７との間にスラストジャッキ
１１が設けられる。このアーティスラストジャッキ１０
およびスラストジャッキ１１のストローク量が制御され
て、前記中胴６もしくは後胴７のグリッパ１４，１５の
いずれかにより掘進反力をとりつつ前胴が常に前進する
ようにされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前胴と中胴と後胴
とが屈曲自在に接合されたトンネル掘削機およびそのト
ンネル掘削機を用いるトンネル掘削方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、特公昭６２−３２３１９号公報に
開示されるように、前胴と、中胴と、後胴とが屈曲自在
に接合され、前胴にはフロントグリッパが装着され、後
胴にはリヤーグリッパが装着され、また、前胴と後胴と
の間にはスラストジャッキが介在されており、中胴には
その外筒内で軸方向に摺動自在の内筒が嵌挿されている
トンネル掘削機が知られている。

【０００３】このような従来のトンネル掘削機において
は、リヤーグリッパを坑壁に押しつけて反力を持たせて
（破砕帯および軟弱土層では、シールドジャッキを介し
てセグメントに反力をもたせて）前胴と後胴との間に設
けられたスラストジャッキを伸長させることにより前胴
が推進し、この前胴の推進に伴って中胴の内筒が前進す
る。次いで、フロントグリッパを坑壁に押しつけて反力
を持たせて前記スラストジャッキを収縮させる。これに
より後胴が前進し、この後胴の前進に伴って中胴の外筒
が前進するようにされている。

【０００４】また、このトンネル掘削機において、破砕
帯および軟弱土層を曲進する際には、前胴と中胴の内筒
との間に設けられた方向制御ジャッキの各伸長量を異に
して、前胴を中胴に対して首振りさせ、かつ必要な個所
のスラストジャッキを伸長しシールドジャッキを介して
セグメントに反力を持たせるようにされている。また、
硬岩層を曲進する際には、推進同様リヤーグリッパまた
はフロントグリッパを坑壁に押しつけて反力を持たせて
軟弱土層と同様に曲進するようにされている。

【０００５】また、１９７４年 ＲＥＴＣ ＰＲＯＣＥ
ＥＤＩＮＧＳ，ＶＯＬ．２，Ｐ１６８３〜１６９６（以
下、米国文献という。）には図４に示されるようなトン
ネル掘削機が開示されている。このトンネル掘削機１０
０は、多数（図４では３つ）の短い円筒状シェル１０１
の内周に沿って推進シリンダ１０２が設けられ、この円
周状に配置された推進シリンダ１０２の内周に一体のフ
レーム構造体１０３が設けられている。各推進シリンダ
１０２の一端は前記複数の円筒状シェル１０１のそれぞ
れに連結され、他端はすべてフレーム構造体に連結され
ている。

【０００６】図４（ｂ１）〜（ｂ４）は、前記トンネル
掘削機１００の一側の断面図であり、推進サイクルの段
階が示されている。このように推進中は、どの時点にお
いても前記円筒状シェル１０１のうち少なくとも２個は
周囲の土壌１０４に対して静止し、グリッパ（図示省
略）によってしっかりと適所に固定され、固定されてい
ない円筒状シェル１０１ａが推進シリンダ１０２ａによ
り推進される。こうして、前記円筒状シェル１０１が断
続的に相次いで移動し、この円筒状シェル１０１の移動
により前記フレーム構造体１０３が連続的に移動するよ
うにされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
６２−３２３１９号公報に記載のトンネル掘削機では、
スラストジャッキを最大限伸長させて前胴を掘進させた
後、再び掘進作業を行う際には、一旦掘進を止めてフロ
ントグリッパを坑壁に押しつけて、前記スラストジャッ
キを収縮させる必要がある。したがって、連続的に掘進
を行うことができず、掘削作業に多大な時間を要すると
いう問題点がある。また、この公報に記載のトンネル掘
削機を用いて曲線を掘進させる場合、破砕帯および軟岩
土層では前胴を中胴に対して首振りさせた状態でシール
ドジャッキにより推進力が与えられるため、推進方向の
推進力が得られず、方向制御性が悪いという問題点があ
る。一方、硬岩土層では首振りをさせるために方向制御
ジャッキとスラストジャッキとが用いられるため推進手
段がなく掘進できないという矛盾が生じてしまう。

【０００８】また、前記米国文献に記載のトンネル掘削
機１００では、連続掘進が可能であるものの、円筒状シ
ェル１０１の内部に前端から後端までを連結するフレー
ム構造体１０３が配されているために、トンネル掘削機
１００の内部空間が非常に狭くなってしまうという問題
点がある。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、機内を狭くすることがなく、連続
掘進を行うことができるとともに、例えば急曲線を掘削
する場合であっても前胴，中胴および後胴の方向制御性
が非常に良いトンネル掘削機およびトンネル掘削方法を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用・効果】第１発
明によるトンネル掘削機は、前記目的を達成するため
に、前胴と中胴と後胴とが屈曲自在に接合され、かつ中
胴が外筒とその外筒に対し軸方向に摺動自在に嵌挿され
る内筒とからなるトンネル掘削機において、拡縮可能で
あり、拡張させることにより少なくとも中胴および後胴
をそれぞれ地山に固定する中胴用グリッパおよび後胴用
グリッパと、前記前胴と中胴とを連結する第１スラスト
ジャッキと、前記中胴と後胴とを連結する第２スラスト
ジャッキとを設けることを特徴とするものである。

【００１１】第１発明においては、胴部が前胴，中胴お
よび後胴により構成され、さらに前記中胴は外筒とその
外筒に軸方向に対して摺動自在に嵌挿されている内筒と
から構成され、かつ少なくとも，中胴および後胴には、
それぞれ拡縮可能なグリッパが設けられており、これら
グリッパが拡張されることにより各胴部が地山に固定さ
れる。

【００１２】また、前記前胴と中胴との間には、第１ス
ラストジャッキが設けられ、この第１スラストジャッキ
を伸長させることにより、中胴に対して前胴が掘進され
る。この前胴の前進時には、前記中胴に設けられている
グリッパが拡張されて中胴が地山に固定されており、前
記前胴に設けられているグリッパは収縮されている。さ
らに、前記中胴と後胴との間には、第２スラストジャッ
キが設けられ、この第２スラストジャッキを伸長させる
ことにより、後胴に対して中胴および前胴が掘進され
る。この中胴および前胴の前進時には、前記後胴に設け
られているグリッパが拡張されて後胴が地山に固定され
ており、前記前胴および中胴に設けられているグリッパ
は収縮されている。

【００１３】このように前記前胴は、第１スラストジャ
ッキおよび第２スラストジャッキの伸長により掘進さ
れ、その掘進方向は前記前胴が第１スラストジャッキに
より中胴に対して屈曲されるとともに、第２スラストジ
ャッキにより後胴に対して屈曲されることにより制御さ
れる。こうして２段階に方向が制御され、掘進方向に各
スラストジャッキから推進力が付与されるため、曲線施
工性を向上させることができるという効果を奏する。

【００１４】また、第１発明においては、前記第１スラ
ストジャッキおよび第２スラストジャッキのうちの少な
くとも一方に前記中胴もしくは後胴の軸心周りの回転を
防止するローリング防止手段を設けることが好ましい。
こうすることにより、前胴に設けられるカッタヘッドを
回転させて地山を掘削する際に、このカッタヘッドの回
転が中胴および後胴に伝達してそれら中胴および後胴が
軸心周りに回転するのを防止することができる。

【００１５】次に、第２発明によるトンネル掘削方法
は、請求項１または請求項２に記載のトンネル掘削機を
用いるトンネル掘削方法であって、前記後胴用グリッパ
を拡張させて前記後胴を地山に固定した状態で、前記第
２スラストジャッキを伸長させながら、前記第１スラス
トジャッキを収縮させ、次いで、前記中胴用グリッパを
拡張させて前記中胴を地山に固定した状態で、第１スラ
ストジャッキを伸長させつつ、前記後胴用グリッパを収
縮させて第２スラストジャッキを収縮させることを特徴
とするものである。

【００１６】第２発明においては、後胴用グリッパを拡
張させ、後胴を地山に固定し、この後胴用グリッパに反
力をとりつつ第２スラストジャッキを伸長させて中胴お
よび前胴が前進される。そして、この第２スラストジャ
ッキを伸長させている間に、第１スラストジャッキを収
縮させて中胴の盛替えが行われる。ただし、この盛替え
時に第１スラストジャッキの縮み速度は、前記第２スラ
ストジャッキの伸長速度より遅くされる。こうすること
により、盛替え時にも相対的に前胴を前進させることが
できる。

【００１７】次いで、前記中胴用グリッパを拡張して中
胴を地山に固定し、前記中胴のグリッパに反力をとりつ
つ第１スラストジャッキを伸長させて前胴が前進され
る。このように第１スラストジャッキを伸長させている
間に、前記拡張された状態の後胴用グリッパを収縮させ
た後前記第２スラストジャッキを収縮させて後胴の盛替
えが行われる。ただし、前記後胴用グリッパを収縮させ
るのは、第２スラストジャッキの収縮前であれば、前記
中胴用グリッパを拡張した後であっても、同時であって
もよい。また、前記第１スラストジャッキの伸長は、前
記第２スラストジャッキを収縮させている間のみ行われ
ていればよい。

【００１８】続いて、前胴を掘進させる際には、再び後
胴用グリッパを拡張させて反力をとりつつ第２スラスト
ジャッキを伸長させて前胴を前進させ、前述の動作を繰
り返して行うようにする。このように第１スラストジャ
ッキおよび第２スラストジャッキの伸縮ストローク量を
制御し、中胴および後胴のそれぞれのグリッパにより反
力をとるようにして前胴を掘進させることにより連続掘
進が可能となるという効果を奏する。また、第１発明と
同様に、前胴が中胴に対して屈曲され、中胴が後胴に対
して屈曲されるように２段階に方向が制御されるため、
掘進方向に推進力が付与され、急曲線を掘削する場合で
あっても掘進方向に推進力を付与することができ、曲線
施工性を向上させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるトンネル掘削
機およびトンネル掘削方法の具体的な実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例に係るトンネル
掘削機の縦断面図である。図２（ａ）（ｂ）および図３
（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係る掘削方法を順
次説明する模式図である。

【００２１】本実施例のトンネル掘削機１においては、
全体がスキンプレート２で覆われており、前面にディス
クカッタ３を有するカッタヘッド４が設けられている。
前記スキンプレート２は、前胴５，中胴６および後胴７
に分割されており、これらは屈曲自在に接合されてい
る。また、前記中胴６は、外筒８と内筒９とに分割され
ており、前記外筒８は前胴５の後端部に連結され、内筒
９は後胴７の前端部に連結されて、これら外筒８と内筒
９とが軸方向に摺動自在に嵌挿されている。

【００２２】前記前胴５と中胴６の外筒８との間には、
方向制御が可能なアーティスラストジャッキ１０が設け
られており、前記中胴６の外筒８と後胴７との間にはス
ラストジャッキ１１が設けられている。また、前記中胴
６の内筒９と後胴７との間にはアーティキュレートジャ
ッキ１２が設けられている。これらアーティスラストジ
ャッキ１０およびスラストジャッキ１１は、それぞれ最
低６本のジャッキを隣接ジャッキ同士がハの字形に配さ
れたパラレルリンク構造とされている。さらに、前記前
胴５，中胴６の外筒８および後胴９には、それぞれ前胴
用グリッパ１３，中胴用グリッパ１４および後胴用グリ
ッパ１５がトンネル坑壁に対して拡縮可能に設けられて
いる。

【００２３】前述のように構成されるトンネル掘削機１
において、まずアーティスラストジャッキ１０およびス
ラストジャッキ１１が収縮された状態から、図２（ａ）
に示されるように、後胴用グリッパ１５を拡張してトン
ネル坑壁に後胴９を固定し、スラストジャッキ１１のみ
を伸長させて、カッタヘッド４を前進させる。この時、
中胴６の内筒８と後胴７との間のアーティキュレートジ
ャッキ１２は、フロート状態にされている。

【００２４】次いで、前記スラストジャッキ１１がほと
んど伸びた状態になった時（図２（ｂ））、図３（ａ）
に示されるように、中胴用グリッパ１４を拡張させてト
ンネル坑壁に中胴６の外筒８を固定し、前記後胴グリッ
パ１５を収縮させる。その後、スラストジャッキ１１を
収縮させつつ、前記アーティスラストジャッキ１０を伸
長させてカッタヘッド４を前進させる。この時、アーテ
ィスラストジャッキ１０は、スラストジャッキ１１が収
縮される時間（盛替時間）をカバーできるだけ伸長させ
ればよい。

【００２５】この後、スラストジャッキ１１が収縮され
ると、図３（ｂ）に示されるように、後胴グリッパ１５
を拡張させて、トンネル坑壁に後胴７を固定し、前記中
胴グリッパ１４を収縮させる。次いで、前記アーティス
ラストジャッキ１０を収縮させつつ、スラストジャッキ
１１を伸長させる。この時、アーティスラストジャッキ
１０の縮み速度は、スラストジャッキ１１の伸長速度よ
り遅くされており、これによってカッタヘッド４が相対
的に前進するようにされている。

【００２６】こうして、アーティスラストジャッキ１０
が収縮してスラストジャッキ１１がほとんど伸びた状
態、すなわち図２（ｂ）に示される状態となり、掘進作
業を続ける場合は再び図３（ａ）および図３（ｂ）に示
される操作が繰り返し行われる。

【００２７】このように、スラストジャッキ１１の盛替
え中はアーティスラストジャッキ１０の伸長によりカッ
タヘッド４が前進され、アーティスラストジャッキ１０
の盛替え中はスラストジャッキ１１の伸長によりカッタ
ヘッド４が前進されるため、カッタヘッド４の前進を止
めることなく連続掘進が可能になるという効果を奏す
る。なお、前述のように中胴用グリッパ１４および後胴
用グリッパ１５は拡張されることによりトンネル坑壁に
掘進反力をとるようにされているが、前胴用グリッパ１
３は、拡張時にカッタヘッド４の回転に伴うカッタヘッ
ド４の振れを停止させる役目をしている。

【００２８】また、アーティスラストジャッキ１０を伸
長させる際に６本のジャッキそれぞれのストローク量を
制御することにより、中胴６に対して任意の方向にカッ
タヘッド４を掘進させることができる。また、スラスト
ジャッキ１１も前記アーティスラストジャッキ１０と同
様に６本のジャッキがパラレルリンク構造とされてお
り、図２（ｂ）もしくは図３（ｂ）に示されるようにス
ラストジャッキ１０を伸長させる際に６本のジャッキそ
れぞれのストローク量を制御することにより、後胴７に
対して中胴６を任意の方向に向けることができる。この
ように、後胴に対して中胴を、中胴に対して前胴をそれ
ぞれ屈曲させることができるため、掘進方向に推進力を
与えることができ、急曲線等の掘進が可能となる。

【００２９】また、アーティスラストジャッキ１０およ
びスラストジャッキ１１を盛り替える際のそれぞれのジ
ャッキストローク量を制御することにより、前記カッタ
ヘッド４により掘削された曲線に沿って中胴６および後
胴７を前進させることができるため、曲線施工性が向上
するという効果を奏する。また、前記アーティスラスト
ジャッキ１０およびスラストジャッキ１１をそれぞれ構
成する６本のジャッキは、パラレルリンク構造とされて
いるため、カッタヘッド４の回転が中胴６，後胴７に伝
わってそれら中胴６および後胴７が軸心周りに回転（ロ
ーリング）するのを防ぐことができるとともに、方向制
御の精度を向上させることができる。

【００３０】本実施例においては、アーティスラストジ
ャッキ１０およびスラストジャッキ１１の両方がパラレ
ルリンク構造とされているが、これに限らず、アーティ
スラストジャッキ１０もしくはスラストジャッキ１１の
いずれか一方のみをパラレルリンク構造とする実施例も
可能である。このようにパラレルリンク構造とされない
場合は、カッタヘッド４の回転が中胴６もしくは後胴７
に伝わるのを防止するために、ガタを持たせたピン等の
ローリング防止部材を設けることが必要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係るトンネル掘削
機の縦断面図である。

【図２】図２（ａ）（ｂ）は、本実施例に係る掘削方法
を順次説明する模式図（１）である。

【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本実施例に係る掘削方法
を順次説明する模式図（２）である。

【図４】図４は、従来のトンネル掘削機の横断面図
（ａ）および推進サイクルの段階を示す説明図（ｂ）で
ある。

【符号の説明】

１ トンネル掘削機 ２ スキンプレート ３ ディスクカッタ ４ カッタヘッド ５ 前胴 ６ 中胴 ７ 後胴 ８ 外筒 ９ 内筒 １０ アーティスラストジャッキ １１ スラストジャッキ １２ アーティキュレートジャッキ １３ 前胴用グリッパ １４ 中胴用グリッパ １５ 後胴用グリッパ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前胴と中胴と後胴とが屈曲自在に接合さ
   れ、かつ中胴が外筒とその外筒に対し軸方向に摺動自在
   に嵌挿される内筒とからなるトンネル掘削機において、 拡縮可能であり、拡張させることにより少なくとも中胴
   および後胴をそれぞれ地山に固定する中胴用グリッパお
   よび後胴用グリッパと、 前記前胴と中胴とを連結する第１スラストジャッキと、 前記中胴と後胴とを連結する第２スラストジャッキとを
   設けることを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 前記第１スラストジャッキおよび第２ス
   ラストジャッキのうちの少なくとも一方に前記中胴もし
   くは後胴の軸心周りの回転を防止するローリング防止手
   段を設け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】 請求項１または請求項２に記載のトンネ
   ル掘削機を用いるトンネル掘削方法であって、 前記後胴用グリッパを拡張させて前記後胴を地山に固定
   した状態で、前記第２スラストジャッキを伸長させなが
   ら、前記第１スラストジャッキを収縮させ、 次いで、前記中胴用グリッパを拡張させて前記中胴を地
   山に固定した状態で、第１スラストジャッキを伸長させ
   つつ、 前記後胴用グリッパを収縮させて第２スラストジャッキ
   を収縮させることを特徴とするトンネル掘削方法。