JPH01295992A - トンネル掘削装置 - Google Patents

トンネル掘削装置

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JPH01295992A
JPH01295992A JP63124597A JP12459788A JPH01295992A JP H01295992 A JPH01295992 A JP H01295992A JP 63124597 A JP63124597 A JP 63124597A JP 12459788 A JP12459788 A JP 12459788A JP H01295992 A JPH01295992 A JP H01295992A
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/0875Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket

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  • Mining & Mineral Resources (AREA)
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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

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】 技術分野 本発明は、トンネル掘削装置に関し、もつと詳しくは、
山岳トンネルおよび都市トンネルで施工されているN 
A T M (New^ustri@n Tunnel
lingNetbod)工法の改良に関する。
従来の技術 NATM工法は、切羽面で作業者が小型掘削機を操作し
て、掘削断面を数区分に分けて掘削を行つてゆき、掘削
後、上方および左右の地盤崩壊保護のために支保工を組
み立て、トンネル保護及び表面あらさ向上の目的でコン
クリートを吹き付け、吹き付はコンクリートの信頼性を
上げるためにロックボルトを埋め込み、トンネル掘削後
、又は掘削と並行して、鉄筋入りのコンクリートを二次
覆工するという一連のトンネル施工技術のことを言う。
発明が解決すべき課題 このような先行技術では、次のような問題がある。
(1)切羽面で作業者が掘削作業をしなければならず、
悪環境での作業を必要とする。
(2)切羽面の土質が急激に変化し、破砕帯での切羽崩
壊および水の噴発に早急に対応することが困難である。
(3)軟弱層の掘削を容易に行うことができない。
(4)−数的に、掘削機が小型であり、能率が悪く、ま
た全断面を一気に掘削すると、切羽が崩壊しやすい、し
たがって作業能率が悪い。
(5)作業者が、掘削機を操作して切羽の掘削を行うの
で、省力化がしにくい。
(6)作業環境は、騒音、振動、粉塵、掘削ずり飛散、
コンクリート吹きけけのはね返りなどのために、きわめ
て悪い。
本発明は、このような先行技術の有している課題(1)
〜(6)を−挙に解決するものであり、安全で効率よく
掘削作業を行うことができるようにした新規なトンネル
掘削装置を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、切羽側との隔壁を有するシールド本体と、 シールド本体に前記隔壁よりも前方で設けられ、切羽を
掘削する掘削手段と、 シールド本体の先端部に設けられ、掘削すべき掘削孔の
断面形状とほぼ同一の外形を有し、前記隔壁よりも前方
に突出したシールドフードと、シールド本体を前進駆動
する手段と、 掘削孔の内周面に係止して掘削時のシールド本体に作用
する反力を受ける反力受は手段とを含むことを特徴とす
るトンネル掘削装置である。
また本発明は、掘削手段を、シールド本体に対して前進
駆動するためのジヤツキを備える。
また本発明は、切羽側との隔壁を有する前本体と、この
前本体よりも後方で前本体との前進方向の相互の変位が
可能な決本体とを有するシールド本体と、 前本体に、前記隔壁よりも前方で設けられ、切羽を掘削
する掘削手段と、 前本体の先端部に設けられ、掘削すべき掘削孔の断面形
状とほぼ同一の外形を有し、前記隔壁よりも前方に突出
したシールドフードと、後本体に設けられ、掘削孔の内
周面に係止して掘削時の前本体に作用する反力を受ける
反力受は手段と、 前本体と後本体との間に設けられ、前本体を後本体に対
して前方に駆動するジヤツキとを含むことを特徴とする
トンネル掘削装置である。
fV用 本発明に従えば、シールド本体には隔壁が設けられてお
り、これによって切羽側と仕切られ、このシールド本体
には隔壁よりも前方に掘削手段が設けられている。し7
たかって作業者が安全であり、また切羽面の土質を急激
に変化し、破砕帯での切羽崩壊および水の噴発に早急に
対応することが容易であり、また軟弱層の掘削を容易に
行うことができる。さらにまた掘削手段を大形化して、
切羽を一気に掘削することができ、掘削能率が良好であ
る。さらにまた省力化が容易である。また作業環境の向
上を図ることができる。
また本発明に従えば、シールド本体は、前本体と後本体
とを有し、前本体に切羽と仕切るための隔壁が設けられ
、前本体に掘削手段が設けられるので、前述のように作
業効率が向上される。
実施例 第1図は、本発明の一実施例の断面図である。
このトンネル掘削装置1は基本的には、切羽2側との隔
N3を有するシールド本体4と、このシールド本#4に
隔壁3よりも前方(第1図の左方)に設けられる掘削手
段5と、シールド本体4の先端部に設けられるシールド
フード6と、シールド本体4を前進駆動するための無端
軌条であるクローラ7とを有し、さらにまたシールド本
体4には、掘削時にシールド本体4に作用する反力を、
掘削孔8に係止して受けるための反力受は手段9とを古
む。
第2図は、シールド本体4およびシールドフード6など
を示す簡略化した斜視図である。シールドフード6は、
掘削孔8の断面形状とほぼ同一の外形を有しており、隔
壁3よりも前方く第1図の左方)に突出し、前方になる
につれて内周面が半径方向外方に広がる形状を有してい
る。
シールドフード6の外周部には、シール部材10が、そ
のシールドフード6に形成された凹溝に嵌め込まれて配
置される。このシール部材10は、可撓性を有し、その
内部に空気、水および作動油などを圧送してシール部材
10を半径方向外方に膨張させ、掘削孔8の内周面に密
着させる。これによって、切羽2における破砕帯での急
激な水の噴発時において、水が後方(第1図の右方)に
侵入・することを防ぐことができる。
第3図は掘削手段5の断面図であり、第4図はその掘削
手段5の正面図である。18i削ヘツド12は、ヘッド
本体13と、このヘッド本体13の外周面に固定された
カッタビット14とを含む。この掘削ヘッド12のヘッ
ド本体13は、後方(第3tgの右方)に延びる軸部1
5を有し、この軸部15の端面には環状の歯車16が固
着される。この軸部15は、軸受17によってラジアル
力およびスラスト力が受けられる。支持部材18に、支
持される。支持部材18には、掘削ヘッド12を回転駆
動するためのモータ19が周方向に間隔をあけて複数個
取付けられ、このモータ19によって歯車20が回転駆
動される。歯車2oは、掘削ヘッド12に取付けられて
いる歯車16に噛み合う、ヘッド本体13の軸部15の
外周部は、環状のシール部材21によって、支持部材1
8が固定されているハウジング22の内周面との間の気
密性が達成される。ハウジング22、したがって支持部
材18には、複動油圧シリンダ23のピストン棒24の
端部がピン25によって結合される。
ハウジング22は、ピストン棒24とその付近を覆い、
筒状体27の外周面との間に介在されているシール部材
28によって気密性が達成される。
このようにして掘削ヘッド12は、本件トンネル掘削装
置1の軸線29に平行な軸線30のまわりにモータ19
によって回転駆動され、この軸線29.30に垂直な軸
線31を有するシリンダ23によってトンネル掘削装置
1の半径方向に変位可能に構成される。シリンダ23は
ピン32によって筒状体27に結合される。この筒状体
27は、回転軸33の端部に固定される。
回転軸33は隔壁3を貫通し、シールド本体4の空間8
9に突出する。この回転軸33は、ラジアル軸受34に
よって隔壁3に支持されるとともに、ラジアル軸受35
によって変位部材36に支持され、またスラスト軸受3
7によって変位部材36に支持される0回転軸33には
歯車38が固着されている。変位部材36にはモータ3
9が固着される。モータ39は、歯車38に噛み会う歯
車40を回転駆動する。こうしてモータ39によって回
転軸33を、軸線29まわりに回転して、掘削ヘッド1
2を公転させることができる。このモータ39による回
転軸33の公転中において、掘削ヘッド12を前述のモ
ータ19によって自転させつつ、またシリンダ23を伸
縮しつつ、切羽2を、シールドフード6に対応した形状
に掘削してゆくことができ・る。
第5図は、切羽2の掘削状況を示す断面図である。掘削
ヘッド12の軸線30が、その公転に伴ってシリンダ2
3の伸縮駆動することによって、参照符42で示す軌跡
をたどることによって、希望する断面形状を有する掘削
孔8を形成することができる。
この掘削時において隔壁3は切羽2の崩壊による危険を
防止する。
変位部材36は、複動シリンダによってill成される
ジヤツキ43によって、前方(第1図の左方)に駆動さ
れる。このジヤツキ43の一端部44は、変位部材36
にビン結きされ、他方の端部45は、シールド本体4に
ビン結合される。このようなジヤツキ43は、周方向に
等間隔をあけて複数個取付けられる。
掘削にあたっては、掘削ヘッド12をモータ19によっ
て自転駆動し、この状態でジヤツキ43を伸長して変位
部材36を前進させる。そのため掘削ヘッド12が前進
する。その後、ジヤツキ43による変位部材36の前進
を停止し、この状態でモータ39によって掘削ヘッド1
2の公転駆動を行うとともに、シリンダ23の伸wI駆
動によって切羽2の全断面の掘削を一気に行う。
掘削時におけるシールド本体4に作用する反力は、反力
受は手段9によって受ける。この反力受は手段9は、掘
削孔8の内周面に当接して係止することができる押圧片
47と、この押圧片47をシールド本体4の半径方向く
変位駆動する複動シリンダから成るジヤツキ48とを有
する。ジヤツキ48の一端部49は、押圧片47にビン
結合され、ジヤツキ48の他端部50は、ジヤツキ48
を収納する収納凹所51内でシールド本体4にビン結合
される。
掘削された土砂は、シールドフード6の下部に設けられ
た土砂掻寄せ手段53によって掻寄せられ、隔壁3を貫
通して設けられるスクリュコンベア54によって排出さ
れる。土砂掻寄せ手段53は、駆動源55によって角変
位駆動される複数の掻寄せ片56を備える。
l・ンネルとなる掘削孔8の断面の詳細形状に会わせて
、その掘削孔8の断面形状を整形するために、シールド
本体4の下側部には、軸線29に垂直な回転軸線を有す
る一対の掘削ヘッド58(第2図および第5図参照)が
設けられる。この掘削ヘッド58を回転駆動して、掘削
孔8の下隅部の整形を行う。
シールド本体4内の作業空間59を囲んでそのシールド
本体4には取付部材60が固定されており、この取付部
材60には、支保工の組み立てのためのエレクタ61が
取付けられる0作業空間59内で、取付部材62には、
コンクリート吹き付は手段63およびロックボルト取り
付は手段64が取付けられている。こうして切羽2を掘
削しながら、その掘削作業と同時に、エレクタ61によ
って支保工の組み立てを行うとともに、コンクリートの
吹き付けおよびロックボルトの取付は作業を行うことが
できる。これによって作業を極めて効率よく行うことが
できる。地山と密着した吹き付はコンクリート65と、
地山を補強するロックボルト66の働きによって、トン
ネル周囲の地山内に支持リングを形成させて覆工する。
掘削される切羽2の崩壊が激しいときには、ボーリング
マシン兼薬液注入装置67を使用して、切羽2をポーリ
ング加工し、切羽内部に、硬化する薬液を注入し、切羽
2の崩壊を、掘削に先立って未然に防ぐ。
このようにして切羽2における作業者による作業をなく
し、切羽2と、作業者が存在する作業空間59との間に
、隔壁3を設け、安全性を向上することができる。また
掘削孔8を一気に掘削することができる。さらにまた切
羽2が軟弱層、硬岩層など、いろんな土質および土質の
急激な変化、破砕帯での切羽崩壊、および水の噴発に対
して早急に対応することができる。さらにまたトンネル
精度および掘削孔8の表面あらさの精度を向上すること
ができる。さらにまた作業空間59では、騒音、振動、
粉塵、掘削ずり飛散などが少ないので、環境が良好であ
り、また掘削孔8を掘削している場所の付近の住民への
悪影響を抑制することができる。また圧気および先行地
質の改良などの補助施工が不要であり、作業性が良好で
ある。さらにまた支保工組み立て、コンクリート吹き付
け、およびロックボルトの組み立て作業などを迅速に行
うことができる。このようにして安全性、確実性、およ
び迅速性に優れたトンネル施工を高精度に行うことがで
きる。
シールドフード6を切羽2側に突出させ、このシールド
フード6によって囲まれた空間内で、掘削手段5によっ
て掘削を行うことによって、切羽2の掘削時における崩
壊を可及的に防いで、能率のよい掘削作業を行うことが
できる。
シールドフード6は、シールド本体4に着脱自在とし、
これによって各層の断面形状を有する掘削孔8を容易に
掘削することが可能となる。
第6図は、本発明の他の実施例のトンネル掘削装置71
の断面図である。この実施例は前述の実施例に類似し、
対応する部分には同一の参照符を付す、f!にこの実施
例では、シールド本体72は、前本体73と後本体74
とを有する。前本体73には隔壁3が形成されている。
後本体74は、前本体73よりも後方(第6図の右方)
で、前本体73に対して前進方向の相互の変位が可能で
ある。
後本体74には、反力受は手段9が設けられている。ジ
ヤツキ75の一端部76は前本体73(ビンによって連
結され、このジヤツキ75の他端部は後本体74にビン
によって連結される。前本体73の後端部には、筒状体
78が設けられており、この筒状体78の外周面と、後
本体75の内周面との間には、摺動メタル79が介゛在
され、これによってジヤツキ75による前本体73と後
本体74との軸線29に沿う相互の変位が円滑となる。
掘削手段5の回転軸33は前述の実施例と同様に軸受3
4によって隔壁3に支持される。この軸33は、ラジア
ル軸受34.35とスラスト軸受37とによって支持体
80によって支持される。この支持体80は、前本体7
3に一体的に固定されている。
前本体73には、掘削孔8の内周面に係止するための係
止手段82が設けられる。この係止手段82は、掘削孔
8の内周面に圧接される。押圧片83と、この押圧片8
3を本件トンネル掘削装置71の半径方向に駆動する複
動シリンダであるジヤツキ84とを含む、ジヤツキ82
の一端部85は、押圧片83にビン結きされ、ジヤツキ
84の他端部86は、前本件73に形成された収納凹所
87内で前本体73にビン活きされる。
掘削手段5による掘削時の反力は、後本体74に設けら
れている反力受は手段9によって受けられ、また係止手
段82によって受けられる。ジヤツキ75によって前本
体73および掘削手段5を前進させるときには、反力受
は手段9のシリンダ48を伸長させた状態において、係
止手段82のジヤツキ84を縮小する。
シールド本体72を前進するにあたっては、まず反力受
は手段9のジヤツキ48を伸長して押圧片49を掘削孔
8の内周面に押し付けて係止した状態で、係止手段82
のシリンダ84を縮小し、ジヤツキ75を伸長する1次
に反力受は手段9のシリンダ48を縮小し、係止手段8
2のシリンダ84を伸長して押圧片83を掘削孔8の内
周面に押し付けて係止する。この状態でジヤツキ75を
縮小する。こうして前本体73と後本体74とを、いわ
ば尺取り出方式で前進させることができる。
効  果 以上のように本発明によれば、隔壁によって切羽と仕切
られた空間内でその切羽を一気に掘削することができ、
安全でしかも作業性の良好な効率のよいトンネル掘削を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図はシールド
本体4およびシールドフード6などを示す簡略化した斜
視図、第3図は掘削手段5の断面図、第4図は掘削手段
5の正面図、第5113は掘削孔8の掘削時における断
面図、第6121は本発明の他の実施例の断面図である
。 1.71・・・トンネル掘削装置、2・・・切羽、3・
・・隔壁、4,72・・・シールド本体、5・・・掘削
手段、6・・・シールドフード、7・・・クローラ、8
・・・掘削孔、9・・・反力受は手段、43・・・ジヤ
ツキ、53・・・土砂掻寄せ手段、54・・・スクリュ
コンベア、73・・・前本体、74・・・後本体 代理人  弁理士 画数 圭一部 第2図 第3図 征削へ、/ド 第4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)切羽側との隔壁を有するシールド本体と、シール
    ド本体に前記隔壁よりも前方で設けられ、切羽を掘削す
    る掘削手段と、 シールド本体の先端部に設けられ、掘削すべき掘削孔の
    断面形状とほぼ同一の外形を有し、前記隔壁よりも前方
    に突出したシールドフードと、シールド本体を前進駆動
    する手段と、 掘削孔の内周面に係止して掘削時のシールド本体に作用
    する反力を受ける反力受け手段とを含むことを特徴とす
    るトンネル掘削装置。
  2. (2)掘削手段を、シールド本体に対して前進駆動する
    ためのジャッキを備える特許請求の範囲第1項記載のト
    ンネル掘削装置。
  3. (3)切羽側との隔壁を有する前本体と、この前本体よ
    りも後方で前本体との前進方向の相互の変位が可能な後
    本体とを有するシールド本体と、前本体に、前記隔壁よ
    りも前方で設けられ、切羽を掘削する掘削手段と、 前本体の先端部に設けられ、掘削すべき掘削孔の断面形
    状とほぼ同一の外形を有し、前記隔壁よりも前方に突出
    したシールドフードと、 後本体に設けられ、掘削孔の内周面に係止して掘削時の
    前本体に作用する反力を受ける反力受け手段と、 前本体と後本体との間に設けられ、前本体を後本体に対
    して前方に駆動するジャッキとを含むことを特徴とする
    トンネル掘削装置。
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