JPS62273394A - トンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はトンネル掘進機に係り、詳しくは、軟弱地盤の
掘進が可能であると共に岩盤地質も掘削することができ
るトンネル掘進機に関するものである。

〔従来技術〕

トンネル掘削工事にあって、地盤が軟弱であれば、セグ
メントリングを組立ててトンネル壁が構築され、トンネ
ル壁の端面をシールドジヤツキで押圧し、その押圧反力
で掘進するシールド掘進機が採用される。その掘削土砂
はコンベアなどで後方に搬送される。地盤が極めて軟弱
であれば泥水を切羽に供給し、泥水圧で切羽の自立を図
りながら掘進し、その掘削土砂を泥水と共にカッタチャ
ンバから排泥管で排出する泥水式のシールド掘進機が採
用される。一方、硬い地盤を掘削する場合は、トンネル
掘削機が採用される。それは、ローラカッタを備えたカ
ッタヘッドで切羽を掘削し、前胴に配置されたフロント
グリッパと後胴に配置されたりャーグリフバで岩盤を交
互にグリップしながら、ジヤツキの伸縮で前進する。

ところで、岩盤地質と軟弱地質とが出現する地盤を掘進
するとき、トンネル掘削機としての機能に加えて、シー
ルド掘進機としての機能も要求される。その複合した掘
進機の一例として、第５図に示すトンネル掘進機がある
。この掘進機１は、シールド本体の前部にカッタヘッド
２が装着され、それに岩盤掘削用ローラカッタ３と、軟
弱地盤掘削用ティースカッタ４が取付けられている。駆
動用油圧モータ５の回転が旋回ベアリング６などを介し
てカッタヘッド２に伝達される一方、掘進機１はシール
ドジヤツキ７でトンネル覆工壁８の端面を押圧して掘進
する。そのトンネル覆工壁８は、セグメントエレクタ装
置９により構築される一連のセグメントリングで形成さ
れる。

トンネル掘進機１が軟弱地盤を掘進するとき、送泥管１
０からカッタチャンバ１１を経て、泥水が切羽１２に供
給され、その泥水圧で切羽１２の崩壊を防止しながら掘
進する。スキンプレート１３に一体化されたテールプレ
ート１４にはテールシール１５が取付けられ、テールシ
ール１５は、トンネル覆工壁８とテールプレート１４の
間隙１６から泥水などが機内へ侵入するのを防止する。

ティースカッタ４で掘削された土砂は、泥水と一緒に排
泥管１７で後方に向けて搬出される。この掘進機１には
、リヤーグリッパが設置されていないので、岩盤を掘削
するとき、シールドジヤツキ７でトンネル覆工壁８の端
面を押圧しながら掘進することになる。なお、前部には
フロントグリッパが設けられ、カッタヘッド２の岩盤掘
削に伴う振動回転がシールド本体に伝わらないようにな
っている。このようにして、掘進機１は硬軟画質の地盤
を掘進することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の多機能を有するトンネル掘進機の掘進は、地盤の
硬軟に関係なく、セグメントリングで構築されたトンネ
ル覆工壁の端面をシールドジヤツキで押圧した反力を利
用して行なわれる。なお、一般的に、トンネル掘削機が
岩盤を掘削するとき、掘削されたトンネルを形成する岩
盤に、簡便で装置な支保工を組立て固定し、トンネルの
落盤や崩壊を防止している。このように支保工が組立て
固定されたトンネルは、支保工に推進押圧力を与えるこ
とができない。一方、上述のトンネル掘進機にはりャー
グリッパが設けられていないことから、岩盤で掘進力を
得ることは不可能である。したがって、坑壁の保護は支
保工でもよいにも拘わらず、掘進力を得るためにセグメ
ントリングによるトンネル壁の構築が必要とされ、この
掘進機が岩盤を掘削するとき、セグメントリングの組立
てに手間や時間ならびに多くの資材を要する問題がある
。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、軟弱な地盤を掘進できると共に岩盤も
掘削する機能を有し、岩盤掘削に必要な装置や部材を着
脱可能にして小型化を図り、トンネル工事の手間の軽減
および時間の短縮を図ることができるトンネル掘進機を
提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は、第１図に示すように、フロントグリッ
パ装置１８を備え、組立てられたセグメントで反力をと
りながら岩盤および非岩盤地質を掘進するトンネル掘進
機２０であって、テール内面２１ａにガイド体３８が取
付けられ、それに沿って機軸３２方向に移動するプレス
リング２２が、シールド本体２０Δの後部に着脱可能に
配置され、そのプレスリング２２には解体および組立て
可能なりャーグリッパ装置２３が取付は自在であり、シ
ールドジヤツキ７によってプレスリング２２を介してリ
ヤーグリッパ装置２３を押圧したり前方へ引き寄せるこ
とができるようにしたことである。

〔作　　　用〕

トンネル掘進機２０が軟弱な地盤を掘進するときは、プ
レスリング２２やリヤーグリッパ装置２３は取外される
。掘進機２０により掘削されたトンネル内に一連のセグ
メントリングのトンネル壁が構築され、シールドジヤツ
キ７の伸長によってトンネル覆工壁の端面を押圧しなが
ら掘進する。

硬い地盤を掘削するときは、プレスリング２２やリヤー
グリッパ装置２３が装着される。リヤーグリッパ装置２
３が岩盤壁を押圧すると、その位置でリヤーグリッパ装
置２３は固定される。シールドジヤツキ７を伸長させて
リヤーグリッパ装置２３に連結されたプレスリング２２
を押圧することにより、トンネル掘進機２０は押圧反力
で掘進する。プレスリング２２が、テールプレートのテ
ール内面２１’ａに取付けられたガイド体３８〔第２図
参照〕に噛み合い、ローラカッタの回転掘削に伴って発
生する掘削反力は、ガイド体３８、プレスリング２２を
介してリヤーグリッパ装′Ｒ２３で受は止められ、シー
ルド本体２０Δの反転が防止される。１ストロークの掘
削が終わればフロントグリッパ装置１８が岩盤を押圧し
、リヤーグリッパ装置２３の押圧が解除される。シール
ドジヤツキ７を縮小させると、プレスリング２２がガイ
ド体３８に沿ってリヤーグリッパ装置２３と共に前方に
引き寄せられる。

〔発明の効果〕

テール内面にガイド体が取付けられ、それに沿って機軸
方向に移動するプレスリングが、シールド本体後部に着
脱可能に配置され、そのプレスリングには解体および組
立て可能なりャーグリッパ装置が取付は自在であり、シ
ールドジヤツキによってプレスリングを介してリヤーグ
リッパ装置を押圧したり前方へ引き寄せることができる
ようにしたので、硬軟両地盤を掘削できるような機能の
多様化を図ることができる。その結果、岩盤を掘削する
ときに、セグメントリングの組立てが不要となると共に
、簡便な支保工で岩盤壁を補強することができる。した
がって、資材の低減が図られると共にトンネル覆工壁の
補強の手間が省かれ、作業時間を短縮することができる
。加えて、岩盤掘削Ｇこ必要なプレスリングやりャーグ
リッパ装置の着脱や解体組立てが可能となるので、掘進
機の小型化を図ることができ、トンネル掘進機を地中に
配置するための搬入立坑の規模を小さくすることもでき
る。

〔実　施　例〕

以下に本発明のトンネル掘進機を、その実施例に基づい
て詳細に説明する。第１図に示すトンネル掘進機２０は
、スキンプレート１３で形成されたシールド本体２０Δ
と、スキンプレート１３に一体化されたテールプレート
２１と、シールド本体２０Ａの前部に装着さたカッタヘ
ッド２と、岩盤を掘削するときに使用されるフロントグ
リッパ装置１８と、プレスリング２２と、テールプレー
ト２１の後方に位置するリヤーグリッパ装置２３と、セ
グメントエレクタ装置９と、支保工エレクタ装置２４と
、推進力を与えるシールドジヤツキ７とにより構成され
る。

カッタヘッド２には、岩盤地質である硬い地盤を掘削す
るためのローラカッタ３および非岩盤地質の軟弱な地盤
を掘削するためのティースカッタ４が装着され、カッタ
ヘッド２の内部に、掘削された土砂や礫石を取り込むた
めのカンタチャンバ２５が形成される。そのカッタチャ
ンバ２５は、バルクヘッド２６でシールド本体２０Ａの
機内２７と隔絶されている。そのバルクヘッド２６の周
面位置にシール部材２８が配設され、カッタヘッド２の
回転に伴って、掘削された土砂が混入した泥水などの機
内２７への侵入を防止している。また、機内２７に、カ
ンタヘッド２の駆動用油圧モータ５が設けられ、その回
転力はピニオン２９Ａに噛み合うリングギヤー２９Ｂに
伝達される。リングギヤー２９Ｂに伝達された回転力は
、旋回ベアリング６に支承されたカッタへラド２に伝達
されるようになっている。

一方、フロントグリッパ装置１８は、シールド本体２Ｏ
Ａの前部に位置するリングガーダ３０に設けられ、リン
グガーダ３０の周方向の４個所において、図示しない油
圧ジヤツキにより突出自在なスキッド１８Ａが装着され
る。このフロントグリッパ装置１８は、リヤーグリッパ
装置２３をシールドジヤツキ７で前方に引き寄せるとき
、地盤を強く押圧してシールド本体２ＯＡを固定するこ
とができる。さらに、フロントグリッパ装置１８は、ト
ンネル掘進機２０の岩盤掘削時に地盤を軽く押圧するこ
とにより、カッタヘッド２の振動回転を直Ｗｉ機内２７
およびシールド本体２０Ａに伝わらなくするようにもな
っている。

シールドジヤツキ７はリングガーダ３０に取付けられ、
そのジヤツキヘッド３１がトンネル覆工壁８〔第５図参
照〕の端面を直接押圧したり、プレスリング２２を介し
てリヤーグリッパ装置２３を押圧することにより、トン
ネル掘進機２０は掘進反力を得ることができる。また、
例えば１２本のシールドジヤツキ７の中６本程度のジヤ
ツキヘッド３１は、プレスリング２２にボルトなどで連
結され、シールドジヤツキ７の縮小時にリヤーグリッパ
装置２３を前方に移動させるようになっている。

送泥管ｌＯおよび排泥管１７が機軸３２に沿って設けら
れ、バルクヘッド２６を貫通してカッタチャンバ２５に
開口されている。両管１０．１７の後方には、図示しな
い泥水処理設備が設置され、その設備では泥水と一緒に
排出された土砂を処理廃棄できるようになっている。機
軸３２方向に例えば２００ｍｍといった程度の距離を移
動させることができるセグメントエレクタ装置９が、テ
ールプレート２１内に取付けられ、そのエレクタ装置９
には、シールド本体２０Ａの径方向や周方向に移動自在
なチャッキング部が備えられているので、トンネル覆工
壁を構築するだめのセグメントをリング状に組立てるこ
とができる。なお、テールプレート２１の後端にテール
シール１５が取付けられ、泥水などの機内２７への侵入
を防止するようになっている。

このような構成のトンネル掘進機２０は、軟弱な地盤を
掘進してトンネルを構築し、加えて岩盤の掘削に必要な
構成部材や装置は、以下のようにして付加される。プレ
スリング２２はリング状に形成されると共に、円筒状も
しくは複数本にて形成された連結部材３３と一体化され
る。このプレスリング２２は、適数のシールドジヤツキ
７のジヤツキヘッド３１に装着され、連結部材３３はリ
ヤーグリッパ装置２３と連結されている。このように、
プレスリング２２およびリヤーグリッパ装置２３は、シ
ールド本体２ＯＡに対して着脱自在とされる。

第２図および第３図に示すように、プレスリング２２の
剛性を強化するため、上下方向の２個所にキー溝３４が
刻設された厚肉の継部材３５が介在され、その継部材３
５と半円形のリング部材３６が一体化されてプレスリン
グ２２が形成される。

また、そのキー溝３４に噛み合い可能なキー３７の形成
されたガイド体３８が、テールプレート２１のテール内
面２１ａにボルトなどにより固定される。そのキー溝３
４にキー３７が嵌挿されるので、キー３７はプレスリン
グ２２の機軸３２方向の前進をガイドする。一方、第１
図に示すように、カッタヘッド２が切羽１２を掘削する
ときの回転反力がシールド本体２０Ａに伝達されて発生
する捩れは、第２図に示すガイド体３８や第１図に示す
連結部材３３と一体のプレスリング２２を介してリヤー
グリッパ装置２３に伝達される。しかし、リヤーグリッ
パ装置２３は、トンネル掘進機２０の掘進中において常
時岩盤３９をグリップしているので、回転反力はリヤー
グリッパ装置２３に吸収されてシールド本体２０Ａの反
転を防止する。

なお、プレスリング２２の前面２２ａは、上述したよう
に、リヤーグリッパ装置２３を引き寄せるため、半数程
度のジヤツキヘッド３１にボルトなどで連結されている
。

第４図に示すように、リヤーグリッパ装置２３は、左右
のフレーム４０Ａ、４０Ｂと、中央のフレーム４１によ
り構成される。３個のフレーム４０Ａ、４０Ｂ、４１は
、接合面４２．４３においてボルトなどの締結部材で接
合されて一体化され、分解組立て自在な構造とされる。

左側のフレーム４０Ａと右側のフレーム４０Ｂには、ス
キッド４４Δ、４４Ｂが突出自在に内蔵され、油圧ジヤ
ツキ４５Ａ、４５Ｂにより岩盤３９を押圧したり離反で
きるようになっている。また、フレーム４１の下部に突
出自在なスキッド４６が格納され、油圧ジヤツキ４７に
より岩盤３９を押圧して、リヤーグリッパ装置２３の傾
きを修正し姿勢を正すことや引き寄せ時の補助足となる
ことができる。

第１図に示すリヤ、−グリッパ装置２３の後面には、岩
盤３９の落盤や崩壊を防止するための補強材となる支保
工４８を、岩盤３９に組立て固定するための支保工エレ
クタ装置２４が設けられている。その支保工エレクタ装
置２４には、リヤーグリッパ装置２３の径方向や周方向
に移動自在なチャッキング部４９が装着され、例えば円
弧状のＨ形鋼である複数の支保工４８を組立てることが
できる。

トンネル掘進機２０で岩盤を掘削するときには、カッタ
チャンバ２５内に取り込まれた礫石を泥水に比べて廉価
な自然水によって流体輸送できるように配慮されている
。すなわち、排泥管１７の開口位置のカッタチャンバ２
５側に、礫石排出用のジェットポンプ５０が設置され、
送泥管１０が接続されて図示しない高圧水発生装置から
浄水の高圧水が、ジェットポンプノズル５２に供給され
るようになっている。カッタチャンバ２５内には複数の
ガイド板５１が取付けられ、カッタヘッド２から取込ま
れる掘削礫石がカッタヘッド２と共に回転し、上昇して
上方位置から落下してジェットポンプ５０の吸入口５０
ａに投入される。

このような構成のトンネル掘進機２０によれば、次のよ
うにして岩盤および非岩盤地質よりなる硬軟地盤を掘進
して、トンネルの掘削を行なうことができる。軟弱な地
盤と岩盤３９が交互に出現する地山を掘削するには、ま
ず、トンネル掘進機２０が図示しない立坑より地中に搬
入される。その際、プレスリング２２、リヤーグリッパ
装置２３および支保工エレクタ装置２４などは取外され
ている。トンネル掘進１２０は、リヤーグリッパを内蔵
した従来のトンネル掘削機に比べて、全長が短くなる。

例えば、全長６６５メートル必要なものが５メ一トル程
度に小型化されるので、低度な小規模の立坑を利用して
地中への搬入が可能となる。

なお、プレスリング２２や連結部材３３・やりャーグリ
フパ装置２３および支保工エレクタ装置２４などは個別
に搬入される。

地中に搬入されたトンネル掘進機２０が軟弱な地盤５３
を掘進する場合、プレスリング２２やリヤーグリッパ装
置２３を取外して掘進させればよい。送泥管１０より供
給される泥水の圧力で、切羽１２の崩壊が避けられ、カ
ッタヘッド２は駆動用油圧モータ５で回転されるので、
ティースカッタ４で切羽１２を掘削する。一方、シール
ドジヤツキ７がトンネル覆工壁８の端面を押圧し、トン
ネル掘進機２０の掘進が行なわれる。その掘削土砂は泥
水と共にカンタチャンバ２５に取り込まれる。図示しな
いポンプに連結された排泥管１７中を、掘削土砂が泥水
と一緒に流過して後方に向けて搬送され、後方の泥水処
理設備で処理される。

なお、掘進機２０の掘進中、テールシール１５は泥水な
どの機内２７への侵入を防止している。１セグメント分
の掘削が終わると、トンネル掘進機２０の掘進が停止さ
れ、セグメントエレクタ装置９で一連のセグメントリン
グの組立てが行なわれる。

次に、岩盤３９を掘削する場合、適数のジヤツキヘッド
３１が選択され、それに、連結部材３３と一体のプレス
リング２２が連結される。また、リヤーグリッパ装置２
３が連結部材３３に接続され、さらにリヤーグリッパ装
置２３の後面に支保工エレクタ装置２４を取付ける。続
いて、ジェットポンプ５０をカッタチャンバ２５内に設
置し、送泥管１０をジェットポンプ５０に接続して高圧
の浄水をジェットポンプ５０に供給し、掘削礫石を水流
に乗せて搬送できるように準備する。また、リヤーグリ
ッパ装置２３の中央のフレーム４１に内蔵された油圧ジ
ヤツキ４７を伸縮させてスキ・ノド４６の突出量を調整
し、定位置に置かれたリヤーグリッパ装置２３の姿勢を
正す。続いて、左右（７）７レー４４０Ａ、４０Ｂに内
蔵された油圧シャツ−１−４５Ａ、４５Ｂを伸長させる
と、スキッド４４Δ、４４Ｂは突出して、二点鎖線で示
す位置で岩盤３９をグリップする。その押圧によって、
シールド本体２ＯＡは岩盤３９で形成されたトンネルの
定位置に固定される。一方、支保工エレクタ装置２４は
、支保工４８の複数の円弧状のＨ形鋼を岩盤３９面に組
立て固定して岩盤３９の補強を行なう。次に、シールド
ジヤツキ７を伸長させて、ジヤツキヘッド３１でプレス
リング２２の前面２２ａを押圧し続けると、リヤーグリ
ッパ装置２３から掘進反力を得たシールド本体２ＯＡは
前進する。一方、駆動用油圧モータ５で回転されている
カッタヘッド２に装着された口〜ラヵソタ３は、回転し
ながら前進して切羽１２を掘削する。なお、掘削中フロ
ントグリッパ装置１８のスキッド１８Ａは、図示しない
油圧ジヤツキの伸長により岩盤３９を軽く押圧している
ので、ローラカッタ３の掘削に伴って発生する振動は、
直接シールド本体２０Ａに伝達されることはない。さら
に、スキッド１８Δによる押圧が軽くされているので、
シールド本体２ＯＡの掘進を妨げることもない。なお、
掘削された礫石はカッタチャンバ２５に取り込まれ、ガ
イド板５１にガイドされて上昇して上方位置より落下し
、吸入口５０ａよりジェットポンプノズル５２の水流に
吸引される。礫石はジェットポンプ５０により排泥管１
７中を流体輸送されて後方に排出される。排出後の礫石
と浄水の処理は簡便かつ低頭に行なわれる。すなわち、
泥水と共に排出された掘削土砂の場合泥水処理設備で泥
水処理されるが、それに比べてジエ−／　）ポンプ５０
による流体輸送には浄水が使用されるので、公害を招く
ことなく容易に処理できる。

リヤーグリッパ装置２３は、油圧ジヤツキ４５Ａ、４５
Ｂを縮小させて押圧中のスキッド４４Ａ。

４４Ｂを岩盤３９より離反させ、リヤーグリッパ装置２
３が本体２０Ａの機軸３２方向に移動できるように準備
する。続いて、シールドジヤツキ７を縮小させると、ジ
ヤツキヘッド３１に連結されたプレスリング２２　（ガ
イド体３８でガイドされている）は、連結部材３３を介
してリヤーグリッパ装置２３と支保工エレクタ装置２４
とを前方に引き寄せる。その位置でスキッド４４Ａ、４
４Ｂを突出させ、岩盤３９を押圧させてリヤーグリッパ
装置２３を固定する。その固定前に、必要ならば、油圧
ジヤツキ４７を伸縮させてスキッド４６の突出量を加減
し、リヤーグリッパ装置２３の姿勢を正しておけばよい
。このような準備がなされたトンネル掘進機２０は、岩
盤の掘削を再開することができる。なお、軟弱な地盤が
出現した場合、プレスリング２２、連結部材３３、リヤ
ーグリッパ装置２３および支保工エレクタ装置２４を取
外せばよい。

以上の実施例は、泥水式シールド掘進ならびにジェット
ポンプによる礫石の流体輸送形態の採用されたトンネル
掘進機であるが、これに限らず、例えば土圧バランス式
など他の形式のシールド掘進や礫石のコンベア輸送など
の場合においても、本発明を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトンネル掘進機の全体縦断面図、第２
図は第１図のｎ−ｎ線矢視断面図、第３図は第２図の部
分拡大図、第４図は第１図の■−■線矢視断面図、第５
図は従来のトンネル掘進機全体縦断面図、第６図は第５
図のｖｔ−ｖｒ線矢視図である。 ７−・シールドジヤツキ、１８・・−フロントグリツバ
装置、２０−　トンネル掘進機、２ＯＡ−・−シールド
本体、２１ａ−・テール内面、２２−・−プレスリング
、２３−　リヤーグリッパ装置、３２−機軸、３８−・
−ガイド体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フロントグリッパ装置を備え、組立てられたセグ
   メントで反力をとりながら岩盤および非岩盤地質を掘進
   するトンネル掘進機において、テール内面にガイド体が
   取付けられ、それに沿って機軸方向に移動するプレスリ
   ングが、シールド本体の後部に着脱可能に配置され、 そのプレスリングには解体および組立て可能なリヤーグ
   リッパ装置が取付け自在であり、 シールドジャッキによって前記プレスリングを介してリ
   ヤーグリッパ装置を押圧したり前方へ引き寄せることが
   できるようにしたことを特徴とするトンネル掘進機。