JPH0223674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、通信ケーブル用や下水用等に供され
る比較的小口径のトンネルを掘進するトンネル掘
進機に関する。

通信ケーブルや下水道用として使用されるトン
ネルを掘進するための従来のトンネル掘進機とし
ては、例えば第１図に示すものがある。

第１図においてｂは推進駆動装置ａによつてト
ンネル長手方向へ推進されるスクリユーコンベ
ア、ｃは推進駆動装置ａによつて回転させられる
スクリユー軸、ｄはスクリユー軸ｃ先端に固着さ
れ切羽ｅを掘削するカツター、ｆは直進性を保持
するために油圧ジヤツキｇにより方向を変え得る
ようにした方向修正外筒、ｈは掘進に併いトンネ
ル内にセツトされた中空円筒状のライニング、ｉ
は立坑である。

上記従来例では、カツターｄはスクリユー軸ｃ
を介して推進駆動装置ａにより駆動され、土砂が
掘削され、掘削された土砂はスクリユーコンベア
ｂにより立坑ｉまで搬送される。

しかしながら、斯かる従来装置にあつては、ス
クリユーコンベアｂにはスクリユー軸ｃがあるた
め、同一口径のリボンスクリユーに比較して排出
できるれきｊの大きさが小さい。又、湧水地盤で
は切羽ｅの土砂の崩壊を防止するためにスクリユ
ーコンベアｂ内に土砂を充満させて運転するのが
望ましいが、スクリユーコンベアｂ内に土砂を充
満させて掘削を行うと、土砂搬送のためのスクリ
ユートルクが大きくなつてスクリユー軸ｃや推進
駆動装置ａが大型化する。そこでスクリユーコン
ベアｂ内には土砂を充満させずに運転を行うが、
湧水地盤では切羽ｅの土砂がスクリユーコンベア
ｂ内に流入し、切羽ｅが崩壊するため掘削機の掘
進方向が不安定となり、方向修正外筒ｆによつて
直進性を保持しようとしても不充分となる。

本発明は斯かる観点に鑑み、小口径のものとし
ては比較的大きなれきを排出でき、切羽を安定化
させることができ、しかも水圧下でも掘削が可能
なうえ、掘進方向に直線性を保持できるよう制御
し得るようにすることを目的としてなしたもの
で、トンネル軸線に対する角度を変え得るように
した先端部外筒と中間部外筒及びトンネル軸線に
対する角度を変えることのできない後部外筒を直
列に配列すると共に、後部外筒内に回転自在に配
設した回転ケーシング内に、該回転ケーシングと
一体的に回転し得且つ先端が先端部外筒前方へ配
設したカツターに固定されたリボンスクリユーを
収納し、前記回転ケーシングから突出してカツタ
ーに至るリボンスクリユーにケーシングを外嵌し
て該ケーシングを前記回転ケーシングに外嵌させ
たベアリングに支持せしめ、前記先端部外筒、中
間部外筒、後部外筒、カツター、前記回転ケーシ
ング及びケーシング並にリボンスクリユーにより
形成されたリボンスクリユーコンベアにより掘削
機を形成し、該掘削機の後方に、前記リボンスク
リユーとは別個に駆動される軸付のスクリユーを
備え前記リボンスクリユーから送られてきた土砂
を排出するスクリユーコンベアを具備せるエレメ
ントを所要数直列に配列したものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。

第２図に示すごとく、トンネル先端部には、掘
削機１が配設され、該掘削機１の詳細は第３図〜
第７図に示されている。すなわち、掘削機１に
は、先端部外筒２及び中間部外筒３並に後部外筒
４が設けられ、先端部外筒２と中間部外筒３の間
には、土砂が外筒２，３内に入るのを防止するた
めに蛇腹式のシール５が取付けられ、後部外筒４
先端は先細りとなつて中間部外筒３後端側に挿入
され、外筒３，４間の間隙にはシール６が嵌合せ
しめられている。

中間部外筒３内周に固着した円筒状のフレーム
７には、リボンスクリユーコンベア８のケーシン
グ９の漏斗状拡大端部が、トンネル前方に向けて
拡大するよう固着され、且つ該固着部のフレーム
７先端内周と先端部外筒２に固着したフレーム１
０円筒状部外周との間にはシール１１が嵌合され
ている。

リボンスクリユーコンベア８のケーシング９外
周に固着した複数のブラケツトには、軸線がトン
ネル軸線と略平行な油圧ジヤツキ１２がピン枢着
され、該油圧ジヤツキ１２の先端には、ケーシン
グ９に固着したブラケツトにピン１３を介して枢
着されリンク１４の端部が枢着され、油圧ジヤツ
キ１２を作動させることによりリンク１４先端で
先端部外筒２を押し該先端部外筒２の向きを変更
し得るようになつている。

リボンスクリユーコンベア８のケーシング９外
周に固着した複数のブラケツトには、回転駆動装
置１５が配設され、軸線がトンネル軸線と平行な
回転駆動装置１５の回転出力軸には、第４図に示
すごとく正面形状が小判状のスペーサ１６が固着
され、回転駆動装置１５を駆動することにより、
スペーサ１６が中間部外筒３に固着されたフラン
ジ１７と後部外筒４に固着されたフランジ１８と
の間の隙間Ｇに挿入し得るようになつている。

ケーシング９の後方に、一端を該ケーシング９
に接続され他端を後述のスクリユーコンベア３７
のケーシング４０に接続されたケーシング１９が
配設され、該ケーシング１９内に嵌入したベアリ
ング２０には、ケーシング９と同心状にリボンス
クリユーコンベア８の回転ケーシング２１が嵌合
せしめられ、該回転ケーシング２１とケーシング
１９との間にはシール２２，２３が嵌合せしめら
れ、回転ケーシング２１外周に固着したギア２４
には、駆動軸２５に固着したピニオン２６が噛合
し、回転ケーシング２１内周には、ケーシング９
内を貫通するリボンスクリユー２７が固着され、
該リボンスクリユー２７のトンネル前方側先端は
切羽２８の土砂を掘削するカツター２９の背面部
に固着され、ケーシング９の漏斗状部には、注入
管３０から送られてきたベントナイト溶液等の粘
性付与剤をカツター２９背面のリボンスクリユー
コンベア８入口部に注入する注入ノズル３１が装
着されている。

立抗３２の底部にはフレーム３３が配設され、
該フレーム３３上には、複数の回転駆動出力軸等
を備えた推進駆動装置３４がトンネル軸線方向へ
移動し得るよう設置されている。

掘削機１と推進駆動装置３４の間には、所要組
数のエレメント３５が連続的に配設されている。
該エレメント３５は前記後部外筒４と略同径の筒
状のライニング３６、該ライニング３６内に収納
されたスクリユーコンベア３７、駆動軸３８、注
入管３９等から成り、スクリユーコンベア３７は
ケーシング４０、該ケーシング４０内に収納され
たスクリユー軸４１、該スクリユー軸４１に固着
されたスクリユー４２等から成る。そして、ライ
ニング３６及びスクリユーコンベア３７のケーシ
ング４０、スクリユー軸４１、スクリユー４２並
に駆動軸３８のトンネル軸線方向長さは略ｌであ
る。又、ライニング３６及びスクリユーコンベア
３７のケーシング４０、スクリユー軸４１、駆動
軸３８、注入管３９は互いに隣り合うもの同志が
フランジやカツプリング等を介して連結し得るよ
うにしてあると同時に、何れも推進駆動装置３４
に連結し得るようにしてあり、更にライニング３
６は前記後部外筒４に、スクリユーコンベア３７
のケーシング４０はリボンスクリユーコンベア８
のケーシング１９に、駆動軸３８は駆動軸２５
に、注入管３９は注入管３０に、夫夫連結し得る
ようにしてある。

スクリユーコンベア３７のケーシング４０の径
は、リボンスクリユーコンベア８のケーシング９
の円筒状部や回転ケーシング２１の径よりも充分
大きく作られており、リボンスクリユーコンベア
８内を通過したれきがスクリユーコンベア３７内
を通過し得るようにしてある。又、ケーシング４
０の上端はケーシング９の円筒状部や回転ケーシ
ング２１の上端と略同じ高さにあるが、その下端
はライニング３６下面に近接させ、スクリユーコ
ンベア３７上方のライニング３６内空間を有効に
利用し得るようにしてある。

なお第６図及び第７図中４３は測量用のターゲ
ツトを示す。

次に、実施例の作用について説明する。

推進駆動装置３４を駆動し、スクリユー軸４１
を介してスクリユーコンベア３７のスクリユー４
２を回転させると共に駆動軸３８，２５、ピニオ
ン２６、ギア２４、回転ケーシング２１を介して
リボンスクリユー２７及びカツター２９を回転さ
せ、カツター２９により切羽２８の掘削を開始
し、又推進駆動装置３４によつてエレメント３５
及び掘削機１を押し、地山中を前進させる。

掘削された土砂は、リボンスクリユーコンベア
８及びスクリユーコンベア３７によつて立坑３２
まで排出されるが、この際、リボンスクリユー２
７の回転数は、掘削機１の推進速度に合わせて調
整できるようにしてあるため、掘削土量に等しい
ようにリボンスクリユー排土量すなわちリボンス
クリユー回転数を調整することによつて、リボン
スクリユーコンベア８内を土砂で充満させること
ができる。この充満した土砂によるプラグ効果に
よつて、切羽２８からのトンネル内への湧水を防
ぎ、又切羽２８の流入崩壊を防ぐ。

掘削する土砂にシルト、粘土等の粘性分が少な
い場合には、注入管３９を通つて送られてきた粘
性付与剤を注入ノズル３１からカツター２９背面
部に注入し、カツター背面部のリボンスクリユー
２７によつて掘削土砂と粘性付与剤を撹拌、混合
し、難通水性及び適度の流動性を有する土砂に変
化させることができる。

リボンスクリユーコンベア８から排出された土
砂は、前述のようにスクリユーコンベア３７によ
つて後方に排出されるが、このときケーシング４
０内の土砂の充填率を下げることによつてスクリ
ユー４２の駆動トルクの増大を防止することがで
きる。

スクリユーコンベア３７をリボンスクリユーと
せず、軸付のスクリユーとしたのは、スクリユー
エレメントの接続がリボンスクリユーに比較して
非常に容易となること、及びリボンスクリユーの
場合、軸付スクリユーに比較して伝達可能トルク
が小さく、長距離になると実用性がないのに対
し、軸付スクリユーは強度においてリボンスクリ
ユーよりも優れ、長距離の場合でも充分実用的で
あるためである。

以上のようにして切羽の掘削が進み、掘削機１
及び各エレメント３５がエレメント３５の長さｌ
分だけ推進したら、推進駆動装置３４は後退し、
該推進駆動装置３４と最後部のエレメント３５と
の間に形成された空間に、新たなエレメント３５
が所要の手段によつて挿入され、各機器の前後の
連結部が相手側に接続される。而して斯かる作業
を繰返し行うことによりトンネルが築造される。

上記作業中に例えば切羽２８上部が崩壊する
と、切羽上部の推進抵抗が減少し、上方へ掘進方
向がずれて行くが、この場合には、先端部外筒２
及び中間部外筒３を傾斜させて位置の修正を行
う。すなわち、所要の油圧ジヤツキ１２によりリ
ンク１４を作動させ、リンク１４によつて先端部
外筒２を第５図に示すごとく下方に向けて傾斜さ
せる。従つて先端部外筒２は下向きに横力を受
け、所向の直線上に復帰しようとする。

又、推進駆動装置３４内に装備したスクリユー
移動用ジヤツキ（図示せず）により、ケーシング
４０、スクリユー軸４１を押し、中間部外筒３の
フランジ１７と後部外筒４のフランジ１８との間
に隙間Ｇを生じさせ、この隙間Ｇの所要位置（例
えば上部２個所）に回転駆動装置１５によつて回
転せしめたスペーサ１６を挿入し、しかる後に推
進駆動装置３４によつてエレメント３５を前進さ
せると、スペーサ１６の挿入されていない部分は
隙間Ｇがなくなり、この結果、スペーサ挿入位置
より前の部分は第３図に示すごとく傾斜角度αだ
け傾く。従つてこの傾いた部分に土圧を受け、方
向修正に必要な横力を得ることができる。

なお、本発明においては、位置修正の場合、先
端部外筒のみ或は中間部外筒のみ若しくは両者の
何れによつても位置修正可能であり、又本発明の
要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能であ
る。

本発明のトンネル掘削機によれば、 ） 掘削機の部分にリボンスクリユーを使用し
ているので、同径の軸付スクリユーを使用する
場合に比べてより大きなれきの排出が可能とな
る。従つて小口径でも比較的大きなれきの排出
を行うことができる。

） リボンスクリユーコンベアの駆動とスクリ
ユーコンベアの駆動を別駆動としているため、
リボンスクリユーの回転数を推進速度に応じて
制御することが可能となり、排出土砂量を適切
に制御できる。従つて、切羽の崩壊を防止する
ことができ、又湧水地盤の掘削をも行うことが
できる。

） 切羽が安定しているので、掘進方向が安定
し、直線性を容易に保持できるし、又万一直線
性が阻害されても方向修正装置によつて容易に
方向修正を行うことができる。

） スクリユーコンベアをリボンスクリユーと
軸付スクリユーの２本に分けたため、軸付のス
クリユーコンベアをライニング内下方に設置で
きる。従つて軸付のスクリユーコンベアの上方
空間を大きく取ることができ、掘進方向の測量
が容易となる。

） 先端部外筒や中間部外筒のトンネル軸線に
対する角度が傾いても、リボンスクリユーコン
ベアは傾くことがないため、前記各外筒が傾い
た場合でも土砂の搬送を何等支障なく行うこと
ができる。

等、種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のトンネル掘進機の説明図、第２
図は本発明のトンネル掘進機の説明図、第３図は
第２図に示す掘削機の説明図、第４図は第３図の
―方向矢視図、第５図は本発明において先端
部外筒により位置修正を行う場合の説明図、第６
図は本発明におけるリボンスクリユーコンベアの
駆動機構の説明図、第７図は第６図の―方向
矢視図である。 図中１は掘削機、２は先端部外筒、３は中間部
外筒、４は後部外筒、８はリボンスクリユーコン
ベア、１２は油圧ジヤツキ、１４はリンク、１５
は回転駆動装置、１６はスペーサ、１７，１８は
フランジ、２１は回転ケーシング、２４はギア、
２５は駆動軸、２６はピニオン、２７はリボンス
クリユー、２８は切羽、２９はカツター、３２は
立坑、３４は推進駆動装置、３５はエレメント、
３６はライニング、３７はスクリユーコンベア、
３８は駆動軸、４１はスクリユー軸、４２はスク
リユーを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ トンネル軸線に対する角度を変え得るように
   した先端部外筒と中間部外筒及びトンネル軸線に
   対する角度を変えることのできない後部外筒を直
   列に配列すると共に、後部外筒内に回転自在に配
   設した回転ケーシング内に、該回転ケーシングと
   一体的に回転し得且つ先端が先端部外筒前方へ配
   設したカツターに固定されたリボンスクリユーを
   収納し、前記回転ケーシングから突出してカツタ
   ーに至るリボンスクリユーにケーシングを外嵌し
   て該ケーシングを前記回転ケーシングに外嵌させ
   たベアリングに支持せしめ、前記先端部外筒、中
   間部外筒、後部外筒、カツター、前記回転ケーシ
   ング及びケーシング並にリボンスクリユーにより
   形成されたリボンスクリユーコンベアにより掘削
   機を形成し、該掘削機の後方に、前記リボンスク
   リユーとは別個に駆動される軸付のスクリユーを
   備え前記リボンスクリユーから送られてきた土砂
   を排出するスクリユーコンベアを具備せるエレメ
   ントを所要数直列に配列したことを特徴とするト
   ンネル掘進機。