JPS6232319B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、前胴、中胴、後胴を屈曲自在に接合
したトンネル掘削機に関する。

トンネル掘削機として軟弱土層用には第１図に
示すようなシールド式トンネル掘進機１があり、
山岳トンネル等における硬岩用には第２図に示す
ようなトンネルボーリング機２がある。

前者は、掘削された坑壁に逐次施工されたセグ
メント３をシールドジヤツキが押圧することによ
り掘進するもので、トンネル内に湧水が生じても
セグメント３により水密構造となるので掘進機１
が水没することはないし、軟弱土層を掘削するこ
とからカツタデイスク５の回転反力も小さく、シ
ールドジヤツキがセグメント端３ａを押圧すると
き生ずる摩擦力のみで対抗させることができる利
点がある。

しかし、これを硬岩に適用するとすればカツタ
デイスク５の回転反力に対抗できる強大な支持手
段を有しないし、曲進する場合に必要とされる坑
壁と掘進機１との間の余分な隙間をカツタデイス
ク５でもつて確保することもできず、またオーバ
ーカツタ６で硬岩を十分に余掘することもできな
い結果、シールド式トンネル掘進機１を硬岩掘削
に使用することができない欠点がある。

一方、後者はグリツパ８やサポートレツグ９を
有するので、カツタデイスク５の反力を十分支持
することができ、また、シールド式トンネル掘進
機１で使用されるシールドスキンプレート７を有
しないのでグリツパ８およびサポートレツグ９の
操作により掘削方向を容易に変えられ曲進ができ
るが、湧水が生ずると水没状態になるし、この湧
水によつて搬出用ベルトコンベア１０上の掘削土
石が滑り落ちうまく乗載されない欠点がある。加
えて、これを軟弱土層に適用するとグリツパ８等
が坑壁に埋没したり、坑壁や切羽を自立させるこ
とができず崩壊する危険がある。

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、湧水が生じても掘削できかつ硬岩層に
おいても曲進できるすなわち軟弱土層ではシール
ド式トンネル掘進機として、また硬岩層ではトン
ネルボーリング機として、いかなる土層でも掘削
することができるトンネル掘削機を提供すること
を目的とする。

その特徴とするところは、第１の発明にあつて
は、前胴、中胴、後胴が屈曲自在に接合され、前
胴にはその前面にカツタデイスクが、その胴部周
上にフロントグリツパが装着され、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、後
胴にはその胴部周上にリヤーグリツパが装着さ
れ、前胴と後胴の間にはスラストジヤツキが介在
されているトンネル掘削機としたことであり、第
２の発明にあつては、前記発明の構成に後胴の胴
部周上に装着されたシールドジヤツキを加えたこ
とである。

以下、本発明をその実施例に基づいて詳細に説
明する。

第３図は本発明のトンネル掘削機１１の全体縦
断面図で、軸方向に前胴１２、中胴１３、後胴１
４がそれぞれシール１５，１６を介して屈曲自在
に接合されている。

前胴１２の前面には、第４図に示すような硬岩
用ローラビツト１７、軟弱土層用カツタビツト１
８および掘削土石の呑込み用スリツト１９を有す
るカツタデイスク２０が装着されている。このカ
ツタデイスク２０は円筒形の支持体２１を介して
軸受２２でもつて前胴１２内に支承され、駆動モ
ータ２３からの動力がピニオン２４、リングギヤ
２５を介して伝達され駆動される。なお、支持体
２１と前胴１２との間にはシール２６が介在され
ている。

前記支持体２１の内方にはシール２７を介して
隔壁２８があり、この隔壁２８とカツタデイスク
２０の間のカツタチヤンバ２９にはホツパ３０が
設けられていて、その下には取込口３１ａが開口
した流体式コンベア３１が隔壁２８を貫通して装
着されている。なお流体コンベア３１に限らず情
況に応じてベルトコンベアを用いてもよい。

この前胴１２の周上には第５図に示すようなフ
ロントグリツパ３２が適数個装着されていて、こ
れを油圧力で半径方向に伸縮させることにより前
胴１２を坑壁に固定できるようになつている。こ
のフロントグリツパ３２の直後部の凹部３３には
前胴１２をとり巻くように坑壁シール３４が収納
されている。この坑壁シール３４はその中に流体
が供給されると坑壁に向つて膨出し切羽３５から
の湧水を止水するものである。

中胴１３は前胴１２と同一外径を有する外筒３
８とこの外筒３８内を軸方向に摺動する内筒３９
とからなり、中胴１３は全体として伸縮自在な構
成となつている。内筒３９はキー４０を有し、外
筒３８のキー溝４１に嵌合することにより相互の
回転が阻止され、両者の水密を保持するシール４
２が、また摺動可能ならしめるメタル４３が間隙
４４に介在されている。

なお、内筒３９の前面と前胴１２の後端との間
に方向制御ジヤツキ４５が適数個装着されてい
て、前胴１２が内筒３９に対して首振り可能なよ
うになつている。

後胴１４はその周上において半径方向に伸縮す
る複数個のリヤーグリツパ４８とセグメント４９
を押圧するシールドジヤツキ５０とが装着されて
いる。このリヤーグリツパ４８の直前部には、前
述の坑壁シール３４と同様の機能を有する坑壁シ
ール５１が介在されている。なお、硬岩層を掘削
する場合でもセグメント４９を施工すれば坑壁シ
ール３４，５１はなくてもよい。ところで、上述
したシールドジヤツキ５０は、リング状に形成さ
れたセグメント４９を押圧して掘進力を発生させ
るものであるが、切羽３５や坑壁上部が崩壊する
可能性はあるもののリヤーグリツパ４８の機能が
期待できる程度の中間的な地層を掘削の対象とす
る場合には、次に述べるスラストジヤツキ５３を
伸長した場合の掘進反力をリヤーグリツパ４８で
受け持たせることができるので、シールドジヤツ
キ５０は装着されていなくてよい。この後胴１４
の前端と中胴１３の外筒３８端との間には屈曲を
可能ならしめるデイテエインジヤツキ５２が、前
胴１２の後端との間にはスラストジヤツキ５３
が、第６図に示すようにそれぞれ適数個装着され
ている。スラストジヤツキ５３は、その軸線５３
ａが前胴１２の軸線１２ａと平行でもよいが、後
胴１４から前胴１２に向けて前記軸線１２ａに接
近するごとく傾斜して設置しておくと、前述の方
向制御ジヤツキ４５とは別にまたは併用して曲進
に必要な半径方向の分力を発生させることができ
て都合がよい。

本発明は以上述べたように構成したので、次の
ように作動する。

先ず、破砕帯および軟弱土層の掘削は、カツタ
デイスク２０を駆動モータ２３で回転させ、主と
してカツタビツト１８で行う。このとき、ローラ
ビツト１７も共に回転しているが、土層が軟弱で
あるので掘削機能はほとんど発揮しない状態にあ
る。掘削土石はスリツト１９より取込まれ、カツ
タデイスク２０の回転に伴つてホツパ３０に投入
され取込口３１ａを経て流体式コンベア３１で搬
出される。

掘削機１１の推進は後胴１４に装着されたシー
ルドジヤツキ５０を伸長することにより、後胴１
４のテールプレート１４ａ内に構築されたセグメ
ント４９の端面４９ａをスプレツダ５０ａで押圧
することによつて行われる。ちなみに、やや軟弱
な土層で例えば切羽３５や坑壁上部が崩壊する可
能性はあるが、後胴に装着されたリヤーグリツパ
４８の機能が期待できる程度の中間的な地層であ
つて、次に述べる硬岩層の掘削と同様にして、掘
進反力をリヤーグリツパ４８で受け持たせること
ができれば、シールドジヤツキ５０を用いる必要
はない。

曲進は、前胴１２と中胴１３の内筒３９の間に
設けられた方向制御ジヤツキ４５の各伸長量を異
にして、前胴１２を中胴１３に対して首振りさ
せ、かつ必要な個所のスラストジヤツキ５３を伸
長しシールドジヤツキ５０を介してセグメント４
９で反力を持たせることにより行われる。このと
き、スラストジヤツキ５３は前述のごとく傾斜し
て配置されているので、半径方向の力も発生し容
易に曲進力を与えることができる。また、前胴１
２、中胴１３、後胴１４は、それぞれの間のシー
ル１５，１６の変形とこのシール１５，１６を介
在する部材の間隙が拡縮することにより、掘削機
１１が全体として曲進することができる。

次に、硬岩層を掘削する場合は、先ず後胴１４
のリヤーグリツパ４８を坑壁に押付ける。坑壁が
硬いのでセグメント４９を構築する必要がなく、
後胴１４はその位置に保持されローラビツト１７
の掘削反力を取ることができる。

このとき後胴１４の坑壁シール５１が半径方向
に膨出していて、切羽３５からの湧水を止水して
いる。スラストジヤツキ５３を伸長させると、前
胴１２が方向制御ジヤツキ４５を介して中胴１３
の内筒３９と共に前進する。したがつて、内筒３
９は外筒３８に対してはキー４０で回り止めされ
た状態でメタル４３上を摺動する。１ストローク
の掘進が終ると、次に前胴１２のフロントグリツ
パ３２を坑壁に押付け坑壁シール３４を膨出させ
た後、後胴１４のリヤーグリツパ４８および坑壁
シール５１を縮小する。

このとき、湧水は坑壁シール３４で止水され
る。そこでスラストジヤツキ５３を縮小すると、
後胴１４をデイテエンジヤツキ５２で接続された
中胴１３の外筒３８と共に前進させることができ
る。これを繰返すことにより推進が行われる。

掘削土石の搬出は前述の軟弱土層の場合と異な
るところはなく、曲進は推進同様リヤーグリツパ
４８やフロントグリツパ３２で反力を持たせるほ
かは異なるところがない。なお、前胴１２の隔壁
２８により切羽３５からの湧水が掘削機１１内に
侵入することが防止されている。

本発明は以上詳細に述べたように、第１の発明
にあつては、前胴にはその前面にカツタデイスク
が、その胴部周上にフロントグリツパが装着さ
れ、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、後胴にはその胴部周上にリヤーグ
リツパが装着され、前胴と後胴との間にはスラス
トジヤツキが介在されているので、１つの掘削機
でもつて、切羽や坑壁上部が崩壊する可能性はあ
るが、後胴に装着されたリヤーグリツパの機能が
期待できる程度の中間的な地層を掘削することも
硬岩層を掘削することもでき、かつ切羽の湧水お
よび地山の崩壊に対して作動不能となることな
く、また硬岩層においても曲進掘削することが可
能となる。また、第２の発明にあつては、第１の
発明の構成に加えて後胴シールドジヤツキを装着
したので、極めて崩壊し易い破砕帯や軟弱帯であ
る軟弱層および硬岩層を円滑に掘削することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシールド式トンネル掘進機の従来例、
第２図はトンネルボーリング機の従来例、第３図
は本発明のトンネル掘削機の縦断面図、第４図は
第３図の―線矢視の片側図、第５図は第３図
の―線断面の片側図、第６図は第３図の―
線断面の片側図、第７図は第３図の―線断
面の片側図である。 １１…トンネル掘削機、１２…前胴、１２ａ…
軸線、１３…中胴、１４…後胴、２０…カツタデ
イスク、２８…隔壁、３１…流体式コンベア、３
２…フロントグリツパ、３８…外筒、３９…内
筒、４８…リヤーグリツパ、５０…シールドジヤ
ツキ、５３…スラストジヤツキ、５３ａ…軸線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前胴、中胴、後胴を屈曲自在に接合したトン
   ネル掘削機において、前胴にはその前面にカツタ
   デイスクが、その胴部周上にフロントグリツパが
   装着され、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、後胴にはその胴部周上にリ
   ヤーグリツパが装着され、前胴と後胴との間には
   スラストジヤツキが介在されていることを特徴と
   するトンネル掘削機。 ２ 前記前胴にはカツタデイスクの後背開口部に
   水密構造の隔壁を有し、この隔壁を貫通して掘削
   土石を搬出する流体式コンベアが装着されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のト
   ンネル掘削機。 ３ 前記スラストジヤツキは、その軸線が後胴か
   ら前胴に向けて前胴の軸線に接近するよう設置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載のトンネル掘削機。 ４ 前胴、中胴、後胴を屈曲自在に接合したトン
   ネル掘削機において、前胴にはその前面にカツタ
   デイスクが、その胴部周上にフロントグリツパが
   装着され、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、後胴にはその胴部周上にシ
   ールドジヤツキとリヤーグリツパが装着され、前
   胴と後胴との間にはスラストジヤツキが介在され
   ていることを特徴とするトンネル掘削機。