JPH1150788A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、機内から掘削障害
物を除去可能として作業の安全性の向上を図ると共に工
費の節減や工期の短縮を可能として作業性の向上を図
る。 【解決手段】 筒状のスキンプレート１１の前部にカッ
タヘッド１２を駆動回転可能に装着すると共に、このス
キンプレート１１をシールドジャッキ２３によって前進
可能とし、カッタヘッド１２に開閉蓋４２によって開閉
可能な開口部４１を設け、カッタヘッド１２内に収容し
たダイヤモンドカッタ５１とウォータジェット装置６８
のノズル７１を突出可能とし、地中杭７１などカッタヘ
ッド１２では破砕できない障害物をこのダイヤモンドカ
ッタ５１によって破砕する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機に
関し、特に、前方の地盤にカッタヘッドでは掘削が困難
な障害物が存在する場合に、この障害物を破砕してトン
ネルを掘削することのできるトンネル掘削機及びトンネ
ル掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来のシールド掘削機の概略を示
す。

【０００３】図５に示すように、従来のシールド掘削機
において、掘削機本体としての円筒形状をなすスキンプ
レート１０１の前部にはカッタヘッド１０２が回転自在
に装着されており、このカッタヘッド１０２に放射状に
取付けられたスポーク１０３には多数のカッタビット１
０４が固定されている。そして、カッタヘッド１０２の
後部にはリングギア１０５が固定される一方、スキンプ
レート１０１には油圧モータ１０６が取付けられ、この
油圧モータ１０６の駆動ギア１０７がこのリングギア１
０５に噛み合っている。従って、油圧モータ１０６を駆
動して駆動ギア１０７を回転駆動すると、リングギア１
０５を介してカッタヘッド１０２を回転することができ
る。

【０００４】また、スキンプレート１０１にはカッタヘ
ッド１０２の後方に位置してバルクヘッド１０８が取付
けられており、カッタヘッド１０２とこのバルクヘッド
１０８との間にチャンバ室１０９が形成されている。そ
して、このチャンバ室１０９には一端がシールド掘削機
の外部に延設された送泥管１１０及び排泥管１１１の他
端が開口しており、排泥管１１１の開口部分の近傍には
掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ１１２が
設置されている。なお、カッタヘッド１０２には機外に
出るためのマンロック１１３が設けられている。

【０００５】更に、スキンプレート１０１の後部外周辺
には円周方向に複数のシールドジャッキ１１４が並設さ
れており、このシールドジャッキ１１４がシールド掘削
機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に
構築された既設のセグメントＳに押し付けることで、そ
の反力によりスキンプレート１０１、即ち、シールド掘
削機全体を前進することができる。一方、スキンプレー
ト１０１の後部中央部にはセグメントエレクタ１１５が
装着されており、このセグメントエレクタ１１５はシー
ルドジャッキ１１４によって前進したスキンプレート１
０１と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメ
ントＳを装着してトンネルを構築することができる。

【０００６】従って、トンネルを掘削形成するには、ま
ず、油圧モータ１０６によりカッタヘッド１０２を回転
させながら、複数のシールドジャッキ１１４を伸長し、
既設のセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプ
レート１０１を前進させことで、カッタヘッド１０２の
多数のカッタビット１０４が前方の地盤を掘削する。そ
して、カッタビット１０４によって掘削された土砂はチ
ャンバ室１０９内に取り込まれ、送泥管１１０から給水
されてアジテータ１１２により掘削土砂と送水とが攪
拌、混合され、排泥管１１１により外部に排出される。
次に、シールドジャッキ１１４の何れか一つを縮み方向
に作動して既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、
セグメントエレクタ１１５によってこの空所に新しいセ
グメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所
定長さのトンネルを掘削形成していく。

【０００７】ところで、トンネルを掘削中に、前方の地
盤に予期せぬ障害物、例えば、シートパイルや鉄筋コン
クリート杭などが発見された場合、上述した従来のシー
ルド掘削機のカッタヘッド１０２では破砕することがで
きない。そのため、従来は、作業者が機外へ出て障害物
の撤去作業を行っていた。即ち、チャンバ室１０９に圧
縮空気を送給して地下水を排出したのち、作業者がマン
ロック１１３に入ってカッタヘッド１０２の前方に圧縮
空気を送給することで、チャンバ室１０９室と同圧とす
る。そして、作業者がカッタヘッド１０２に形成された
図示しないマンホールを通ってカッタヘッド１０２の前
方に行き、土砂を排出した後、障害物に接近してピック
やガス切断機などを用いて障害物を小さく破砕し、マン
ロック１１３から外部に搬出する。なお、掘削地盤が不
安定である場合は、事前に地盤に固化剤を注入し、地盤
を固めてから作業を行う。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のように、作業者がカッタヘッド１０２の前方に行っ
て障害物を撤去する場合には地盤の崩落を考慮し、固化
剤を注入して地盤を固めてから作業を行うこととなり、
工事費用が高くなってしまうと共に、工期が長くなって
しまうとい問題がある。また、作業員が機外にでるとい
うことは、固化剤で地盤を固めてはいても、危険を伴う
ものであり、機内から障害物を除去することが望まし
い。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、機内から掘削障害物を除去可能として作業の安
全性の向上を図ると共に工費の節減や工期の短縮を可能
として作業性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体
と、該掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタ
ヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド
駆動手段と、前記掘削機本体に設けられた推進手段と、
前記カッタヘッドによって掘削した土砂を掘削機本体の
内部に取り込んで後方に送給して外部に排出する掘削土
砂排出手段と、前記カッタヘッドの前面部に形成された
開口部を開閉自在な開閉蓋と、前記カッタヘッド内に駆
動回転可能に装着されると共に該開閉蓋によって開放さ
れた前記開口部から前方へ突出可能な障害物破砕カッタ
と、前記カッタヘッド内に装着されると共に前記開閉蓋
によって開放された前記開口部からウォータジェットを
前方へ噴射可能なウォータジェット手段とを具えたこと
を特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機としてのシールド掘削機に装着された障害物破砕カ
ッタ装置の概略、図２にこの障害物破砕カッタ装置にお
ける破砕カッタの概略、図３に本実施例のシールド掘削
機の概略断面、図４にこのシールド掘削機の正面視を示
す。

【００１３】本実施例のシールド掘削機において、図３
及び図４に示すように、掘削機本体としての円筒形状を
なすスキンプレート１１の前部にはカッタヘッド１２が
回転自在に装着されている。即ち、このカッタヘッド１
２に放射状に取付けられたスポーク１３には多数のカッ
タビット１４が固定されている。そして、このカッタか
っど１２にはリングギア１５が固定される一方、スキン
プレート１１には油圧モータ１６が取付けられ、このカ
ッタ旋回モータ１６の駆動ギア１７がこのリングギア１
５に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１６を
駆動して駆動ギア１７を回転駆動すると、リングギア１
５を介してカッタヘッド１２を回転駆動することができ
る。

【００１４】また、スキンプレート１１の前部にはカッ
タヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド１８が取付
けられており、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド１
８との間にチャンバ室１９が形成されている。そして、
このチャンバ室１９には一端がシールド掘削機の外部に
延設された送泥管２０及び排泥管２１の他端が開口して
おり、排泥管２１の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水
とを攪拌、混合するアジテータ２２が設置されている。

【００１５】更に、スキンプレート１１の後部外周辺に
は円周方向に複数のシールドジャッキ２３が並設されて
おり、このシールドジャッキ２３がシールド掘削機の掘
進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築さ
れた既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力
によりスキンプレート１１、即ち、シールド掘削機全体
を前進することができる。また、スキンプレート１１の
後部にはセグメントエレクタ２４が配設されており、こ
のセグメントエレクタ２４はシールドジャッキ２３によ
って前進したスキンプレート１１と既設のセグメントＳ
との間の空所に新しいセグメントＳを装着してトンネル
を構築することができる。

【００１６】ところで、本実施例のシールド掘削機にあ
っては、カッタヘッド１２内には、駆動回転可能であっ
てこのカッタヘッド１２の前面部から掘削方向前方へ突
出可能な障害物破砕カッタ装置３１が多数設けられてい
る。また、カッタヘッド１２の前面部には、前方の地盤
に存在する障害物を検出する障害物探査装置としての探
査レーダ装置装置３２が設けられている。

【００１７】この障害物破砕カッタ装置３１において、
図１及び図２に示すように、カッタヘッド１２の前面部
に円形状の開口部４１が形成されており、この開口部４
１には開閉蓋４２が取付けられ、複数の固定ボルト４３
によって固定されている。従って、この固定ボルト４３
を弛緩することで、開閉蓋４２を取り外して開口部４１
を開放することができるようになっている。

【００１８】カッタヘッド１２内であって、この開口部
４１の後方位置にはダイヤモンドコアカッタ５１が配設
され、このダイヤモンドコアカッタ５１は開閉蓋４２に
よって開放された開口部４１から前方へ突出可能となっ
ている。即ち、このダイヤモンドコアカッタ５１は、摺
動チューブ５２の前端部に接続チューブ５３が連結さ
れ、この接続チューブ５３の前端部に周方向に沿って多
数のダイヤモンドチップ５４がろう付け固定されて構成
されている。また、ダイヤモンドコアカッタ５１の両側
にはスライド軸５５がカッタヘッド１２に固定されてお
り、この各スライド軸５５にはそれぞれスライド体５６
が移動自在に支持され、このスライド体５６には支持体
５７が取付けられている。また、そして、カッタヘッド
１２に装着されたスライドジャッキ５８の駆動ロッド５
９の先端部がこのスライド体５６に連結されている。

【００１９】この支持体５７には支持筒６０が固定さ
れ、この支持筒６０内には自在軸受６１によってダイヤ
モンドコアカッタ５１の摺動チューブ５２が軸方向移動
自在で、且つ、周方向回転自在に支持されている。そし
て、支持筒５８には油圧モータ６２が装着され、この油
圧モータ６２の駆動軸が減速機６３を介して摺動チュー
ブ５２に駆動連結されている。また、支持筒５８にはス
クリューモータ６４が装着され、このスクリューモータ
６４の駆動軸にはスクリュー軸６５が駆動連結され、こ
のスクリュー軸６５は摺動チューブ５２の連結部６６に
螺合している。なお、６７は連結部６６に対して摺動チ
ューブ５２を回転自在に支持する軸受である。

【００２０】また、このダイヤモンドコアカッタ５１に
は、ウォータジェットを前方へ噴射可能なウォータジェ
ット装置６８が設けられている。即ち、摺動チューブ５
２の後端部にはポンプ６９が配設されて連結部６６に支
持され、このポンプ６９にはウォータパイプ７０の基端
部が接続されており、このウォータパイプ７０は摺動チ
ューブ５２内を通って前方に延出され、先端部にノズル
７１が形成されている。そして、ウォータパイプ７０の
基端部側には位置決め装置７２が設けられている。

【００２１】従って、スライドジャッキ５８を伸縮する
ことで、駆動ロッド５９によってスライド体５９を介し
て支持体５７を前後移動することで、この支持体５７に
支持されたダイヤモンドコアカッタ５１を前後移動し、
開閉蓋４２によって開放された開口部４１からから出没
することができる。また、油圧モータ６２を駆動するこ
とで、減速機６３を介してダイヤモンドコアカッタ５１
を回転駆動することができる。更に、スクリューモータ
６４を駆動することで、回転するスクリュー軸６５によ
ってダイヤモンドコアカッタ５１を前後移動することが
できる。

【００２２】ここで、本実施例のシールド掘削機を用い
たトンネルを掘削作業について説明する。図１及び図３
に示すように、カッタヘッド１２による通常の掘削作業
では、カッタヘッド１２に開閉蓋４２を固定することで
開口部４１を閉止し、ダイヤモンドコアカッタ５１をカ
ッタヘッド１２内に収容しておく。この状態で、まず、
カッタ旋回モータ１６によってカッタヘッド１２を回転
させながら、複数のシールドジャッキ２３を伸長し、既
設のセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレ
ート１１を前進させことで、カッタヘッド１２の多数の
カッタビット１４が前方の地盤を掘削する。そして、カ
ッタビット１４によって掘削された土砂はチャンバ室１
９内に取り込まれ、送泥管２０から給水されてアジテー
タ２２により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥
管２１により外部に排出される。次に、シールドジャッ
キ２３の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメ
ントＳとの間に空所を形成し、セグメントエレクタ２４
によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。こ
の作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形
成していく。

【００２３】一方、このカッタヘッド１２による掘削作
業中に、探査レーダ装置装置３２は前方の地盤を探索し
ており、障害物を発見するとその障害物の位置を求め
る。このとき、前方の地盤にカッタヘッド１２では破砕
不能な障害物、例えば、鉄筋を含んだ地中杭８１が発見
された場合、ダイヤモンドコアカッタ５１を用いてこの
地中杭８１を破砕する。

【００２４】この場合、まず、地中杭８１に対向するよ
うにカッタヘッド１２の回転を停止し、この地中杭８１
の周囲を薬液を注入して地盤８２を固化する。次に、各
固定ボルト４３を弛緩して開閉蓋４２を取り外し、開口
部４１を開放する。そして、スライドジャッキ５８を伸
長することでスライド体５６及び支持体５７等を介して
ダイヤモンドコアカッタ５１を前方に移動し、このダイ
ヤモンドコアカッタ５１をカッタヘッド１２の開口部４
１から前方に突出させる。この状態で、油圧モータ６２
によってダイヤモンドコアカッタ５１を高速で回転させ
ながら、スクリューモータ６４によって前進させること
で、多数のダイヤモンドチップ５４によって固化して地
盤８２や地中杭８１を破砕し、必要に応じて自在軸受６
１によってダイヤモンドコアカッタ５１を揺動する。

【００２５】このとき、ポンプ６９を駆動することで、
ウォータパイプ７０を介して高圧水を前方に供給し、こ
の高圧水をノズル７１から前方に噴射する。この高圧
水、つまり、ウォータジェットはダイヤモンドチップ５
４に噴射され、地中杭８１を破砕することで熱が発生し
たダイヤモンドチップ５４を冷却する。

【００２６】このようにして回転するダイヤモンドコア
カッタ５１が地中杭８１を破砕すると、地中杭８１の破
片は図示しないスクリューコンベヤなどによって外部に
排出する。その後、地中杭８１を全て除去した後は、ダ
イヤモンドコアカッタ５１の回転を停止し、ノズル７１
から前方の地盤８２に向けてウォータジェットを噴射す
ることで、固化して地盤８２をこのウォータジェットに
よって破砕する。そして、固化して地盤８２が全て破砕
されると、ポンプ６９の駆動を停止してウォータジェッ
トの噴射を停止し、スライドジャッキ５８を収縮するこ
とでダイヤモンドコアカッタ５１を後退し、開口部４１
からカッタヘッド１２内に収容する。ここで、開閉蓋４
２をカッタヘッド１２に固定して開口部４１を閉止し、
再び、カッタヘッド１２を回転させながらスキンプレー
ト１１を前進し、カッタヘッド１２によって前方の地盤
を掘削してトンネルを掘削する。

【００２７】このように本実施例のシールド掘削機にあ
っては、障害物破砕カッタ装置３１と探査レーダ装置装
置３２とウォータジェット装置６８が設けられており、
カッタヘッド１２による掘削作業中に探査レーダ装置装
置３２が前方に障害物を発見すると、開閉蓋４２によっ
てカッタヘッド１２の開口部４１を開放し、この開口部
４１からダイヤモンドコアカッタ５１を突出して駆動回
転し、ノズル７１から噴射されたウォータジェットにて
冷却しながらこのダイヤモンドコアカッタ５１によって
障害物としての地中杭８１を容易に破砕することができ
る。そのため、障害物を除去するために、作業員がカッ
タヘッドの前方にでて障害物の除去作業を行うこともな
くなって安全性が確保される。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明のトンネル掘削機によれば、筒状をなす掘
削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドを装着してカ
ッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能とすると共
に、掘削機本体を推進手段によって前進可能とし、ま
た、カッタヘッドによって掘削した土砂を掘削機本体の
内部に取り込んで掘削土砂排出手段によって後方に送給
して外部に排出可能とし、カッタヘッド内に駆動回転可
能であってこのカッタヘッドの前面開口部から出没可能
な障害物破砕カッタとウォータジェット手段とを設けた
ので、カッタヘッドでは掘削できない障害物を、ウォー
タジェット手段で冷却しながら障害物破砕カッタが破砕
して除去することができ、作業員が機外にでて障害物除
去作業を行う必要もなく、機内から容易に障害物の除去
を可能として作業性及び安全性の向上を図ることができ
ると共に工費の節減や工期の短縮を可能とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機として
のシールド掘削機に装着された障害物破砕カッタ装置の
概略図である。

【図２】障害物破砕カッタ装置における破砕カッタの概
略図である。

【図３】本実施例のシールド掘削機の概略断面図であ
る。

【図４】本実施例のシールド掘削機の正面図である。

【図５】従来のシールド掘削機の概略図である。

【符号の説明】

１１ スキンプレート（掘削機本体） １２ カッタヘッド １６ カッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段） ２１ 排泥管（掘削土砂排出手段） ２３ シールドジャッキ（推進手段） ２４ セグメントエレクタ ３１ 障害物破砕カッタ装置 ３２ 探査レーダ装置装置 ４１ 開口部 ４２ 開閉蓋 ５１ ダイヤモンドカッタ ５４ ダイヤモンドチップ ５５ スライド軸 ５７ 支持体 ５８ スライドジャッキ ６２ 油圧モータ ６４ スクリューモータ ６８ ウォータジェット装置 ６９ ポンプ ７０ ウォータパイプ ７１ ノズル ８１ 地中杭（障害物）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体
   の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッ
   タヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記
   掘削機本体に設けられた推進手段と、前記カッタヘッド
   によって掘削した土砂を掘削機本体の内部に取り込んで
   後方に送給して外部に排出する掘削土砂排出手段と、前
   記カッタヘッドの前面部に形成された開口部を開閉自在
   な開閉蓋と、前記カッタヘッド内に駆動回転可能に装着
   されると共に該開閉蓋によって開放された前記開口部か
   ら前方へ突出可能な障害物破砕カッタと、前記カッタヘ
   ッド内に装着されると共に前記開閉蓋によって開放され
   た前記開口部からウォータジェットを前方へ噴射可能な
   ウォータジェット手段とを具えたことを特徴とするトン
   ネル掘削機。