JPH0489991A - トンネル掘削機 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、岩盤若しくは礫地盤にトンネルを構築する場
合に用いるトンネル掘削機に関するものである。

［従来の技術１ トンネル構築方法として地山の状態に応じて種々の方法
が開発提供されており、その中でも特に岩盤あるいは礫
地盤を掘進する方法として機械式掘削工法が提供されて
いる。機械式掘削工法はトンネルの掘進を発破によらず
機械を使用して行う工法であり、発破工法に比べて省力
が大きいこと、余掘りかないこと、地山を痛めることが
ないこと、急速施工が可能であること等の利点があり、
近年盛んに用いられている工法である。当該工法の中に
円形全断面掘削機工法があり、この円形全断面掘削機工
法に用いられる掘進機がトンネル掘削機（以下、ｒＴＢ
ＭＪと称する。）と呼ばれるものである。

一般的にＴＢＭは、後部グリッパ−と、当該後部グリッ
パ−との前部に設けてなる胴部と、当該胴部の前部に摺
動自在に嵌合してなるカッターへ、トとから概略構成さ
れ、前記カッターヘッドを回転させることにより地山を
掘進するものである。

ＴＢＭを用いて地山を掘削する際、地山が良好な場合に
は月進３００〜５００ｍ程度の高速掘進が可能である。

ここで、地山が良好な場合とは、比較的均質、亀裂の少
ない母岩で一軸圧縮強度が１０００ｋｇ／ｃｍ’程度の
地山である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、破砕帯や断層等の崩落性地盤又は変形性
の大きな軟質地盤にＴＢＭが遭遇するとたちまち掘進速
度が落ち、最悪の場合にはＴＢＭを地山が捕獲し掘進が
停止することがある。掘進が停止する期間は数カ月から
一部に及ぶものまであり、それではＴＢＭの高速掘進の
意義が没却する。特に、日本のように地質の変化に富む
地盤においては、かかる悪質な地盤が存する場所を予め
見付は出すことは困難である。そのため、掘進しながら
ずつを見て判明することが多いのが実際である。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものでありその
課題とするところは、破砕帯や断層等の崩落性地盤や変
形性の大きな軟質地盤においても掘進することかてきる
トンネル掘削機を提供する点にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、径方向に膨縮可能な外胴と、当該外胴
の内部に存する基体と、当該基体の前部に位置し軸方向
回りに回動可能なカッターヘッドと、当該カッターヘッ
ドを回動させる回動手段と、前記カッターヘッドを前記
基体とともに軸方向前方に押出し、押出した前記基体に
前記後胴を引き寄せる押引手段と、前記外胴を径方向に
膨張させ又は縮小させる加圧手段とを備えたトンネル掘
削機に存する。

［作用］ 加圧手段は外胴を径方向に膨張又は収縮させる。

外胴は、膨張すると地山（トンネル掘削面ンを加圧支保
することができる。したかって、斯かる場合においては
カッターヘッドを押出する反力を地山からとることがで
きる。また、収縮すると地圧の一部又は全体をを解放す
ることができる。したかって、斯かる場合においては押
出した基体に外胴を引き寄せることができる。

しかるに、本発明は崩落性地盤や軟質な地山（膨張性地
山）がトンネル掘削機を捕獲するのを防止する。

それ故、本発明にかかるトンネル掘削機は、崩落性地盤
や軟質な地山を掘進することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して。

詳細に説明する。ただし、本実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれら
のみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にす
ぎない。

まず、本実施例に係るトンネル掘削機（以下、ｒＴＢＭ
Ｊと称する。）の構成について第１図（イ）及び第１図
（ロ）を用いて説明する。

当該ＴＢＭＩは、第１図（イ）に示すように、後外胴１
０及び前外胴２０と、当該後外胴１０及び前外胴２０の
内部に存するメインビーム３０（基体）と、当該メイン
ビーム３０の前部に位置し軸方向回りに回動可能なカッ
ターヘッド４０と、当該カッターヘッド４０を回動させ
る駆動モーター４５（回動手段）と、前記前外胴２０と
前記カッターへノド４０との間に一部を介装してなるフ
ロントサポート５０と、前記カッターへ、ド４０を前記
メインビーム３０とともに軸方向前方に押出し、押出し
た前記メインビーム３０に、前記後外胴１０を引き寄せ
る後外胴ジヤツキ１３、及び前外胴２０を引き寄せる前
外胴ジヤツキ２３（押弓手段）と、前記後外胴１０を径
方向に膨張させ又は縮小させる後外胴加圧手段６０と、
前記前外胴２０を径方向に膨張させ又は縮小させる前外
胴用加圧手段７０とを備えたものである。

前記後外胴１０は、例えば、４つの後外胴ユニ。

）１１からなる無底筒状体である。当該谷径外胴ユニッ
トｌ　１は、円筒を円周方向に４等分したシェル状体て
り、当該各ンエル状体の縁部には端部に向かうに従い内
径が漸増するようにテーパーを付けた鋼製体である。さ
らに、外周に硬質コム製の後外胴スリーブ１２を嵌めて
いる。

前記前外胴２０は、第１図（ロ）に示すように、後部近
傍に段部２０ａを有し大径部２０ｂと小径部２０ｃとを
形成している、４つの前外胴ユニット２１からなる無底
筒状体である。前記前外胴ユニット２１は、円周方向に
４等分したシェル状体である。前記後外胴１０の前部内
側には前記小径部２０ｃを挿入している。大径部２０ｂ
の外周には硬質コム製の前外胴スリーブ２２を嵌めてい
る。

さらに、本実施例においては前記小径部２０Ｃに前記段
部２０ａに接するようにリヤエアーチューブ２４を嵌め
ている。当該リヤエアーチューブ２４は、合成ゴム製の
閉口環状体であり、コンプレッサーにより膨張又は収縮
するものである。

前記メインビーム３０は、第１図（ロ）及び第２図（イ
）に示すように、互いに平行な例えば、４本の等長の杆
体３１と、それら４本の杆体３１を連結してなる正面視
において外輪郭正方形の後枠体３３及び前枠体３２と、
前記杆体３１の前（第１図（ロ）における掘進方向（以
下、同様とする。

））端に位置する壁面部３４とを備えたものである。前
記各杆体３１は、前記フロントサポート５０の前端付近
から、前記後外胴１０の後部付近にまで至り、横断面正
方形の各角部に位置するように配置した、軸方向に直行
する面において正方形の棒状体である。前記後枠体３３
は前記４本の杆体３１の後部付近を結束し、前記前枠体
３２は前部付近を結束するもので、それぞれ４つの板状
体３２ａ、３３ｂからなる。当該各板状体３２ａは幅方
向を軸方向と平行となるように設けたものである。前記
壁面部３４は、第１図（ロ）及び第２図（ロ）示すよう
に、前記４つの杆体３１の前端面に固設した、前方に向
かうに従い外径が漸増するテーパーを外側面に設けた有
底円筒状体であり、底部３４ａを前方に同けて壁体をな
すようにしたものである。前記テーパーの最外周部分に
は、軸方向に垂直な面に平行な面の段部３４ｂを形成し
、スラストベアリング８０の後（第１図（ロ）における
掘進方向と逆方向（以下、同様とする。））面を取っ付
でなる。さらにエレクタ走行レールを設置してなるエレ
クタ走行レール設置部３５を後端に設けている。当該エ
レクタ走行レール設置部３５は、前記各杆体３１の後端
部に設けた筒状体である。また、前記メインビーム３ｏ
は、前記後外胴１０と前記前外胴２０との内周面にそれ
ぞれ円周方向において等＃３隔に４つづつ設置プた、メ
インビーム支持ジヤツキ３６、及び４つのフロントサポ
ート支持ジヤツキ５１が支持してなる。当該各メインビ
ーム支持ジヤツキ３６は、第１図（ロ）及び第２図（イ
）に示すように、前記後外胴１０又は前記前外胴２０の
内周面にシリンダー口、ドをＴＢＭＩの軸方向に移動自
在にローラ支承され、またンリンターポトムが前記前枠
体３２又は前記後枠体３３に固定されている。

前記力、ターヘッド４ｏは、前記壁面部３４の側面と前
記フロントサポート５０との間隙に、正面視環状の嵌合
部４０ａを軸方向口りに回動自在に嵌合したものである
。前面には複数のカッター４１を有し、後面中央には、
前記壁面部３４の前面を貫通する回動軸４２を垂設して
いる。当該回動軸４２は、有底円筒状体のケーンング４
３に内設されている。なお、前記カッターへ、ド４ｏの
後面と、前記壁面部３４の前面との間隙はチャンバー４
４となっている。

前記駆動モーター４５は、ギアボックス４６内のビニオ
ンギア（図示路）に出力軸を噛合させたものである。

前記フロントサポート５０は、第１図（ロ）及び第２図
（ロ）に示すように、円周方向に４等分した４つのシェ
ル状体からなり、前記前外胴２゜及び前記カッターヘッ
ド４ｏの外側面と面一となるように前記前外胴２０と前
記カッターヘッド４０との間に大径部５０ｂを介装し、
前記前外胴２０の内部に小径部５０ｃを挿入している、
中央部に肩部５０ａを有する無底円筒状体である。当該
各ンエル状体は、側部には側端部に向かうに従い内径が
漸増するようにテーパーを付けたものである。前記小径
部５０ｃには前記肩部５０ａに接するようにフロントエ
アーチューブ５２を嵌めている。当該フロントエアーチ
ューブ５２も、前記リヤエアーチューブ２４と同様に、
合成ゴム製ノ閉ロ環状体であり、コンプレッサーにより
膨張又は収縮するものである。なお、前記壁面部３４に
設けた４つのフロントサポートジヤツキ５１は、シリン
ダーヘッドを前記フロントサポート５０の内周面に、ま
たシリンダーボトムをテーパーを付けた部分に、それぞ
れ円周方向において等間隔となるように固定したもので
ある。

前記後外胴ジヤツキ１３は、前記後枠体３３を構成する
板状体３３ａの外側面中央にシリンダーボトムを枢着し
、シリンダーロッドを最後部に設けた加圧リング６１の
前面に枢着したものである。

前記前外胴ジヤツキ２３は、前記前枠体３２を構成する
板状体３２ａの外側面中央にシリンターボトムを枢着し
、シリンターロッドを前から二番目の加圧リング６１の
前面に枢着したものである。

前記後外胴加圧手段６０は、第２図（イ）に示すように
、前記後外胴ユニット１１に固設してなる２本の加圧リ
ング６１と、前述した４本の後外胴ジヤツキ１３とを備
えたものである。前記両加圧リング６１は、その上端、
左端及び右端部分をそれぞれ１つづつヒンジ結合し、下
端は加圧ジヤツキ６２のシリンダーボトムとシリンダー
ヘッドとにより結合した環状体である。

前記前外胴用加圧手段７０も、前記前外胴ユニット２１
に固設してなる２本の加圧リング７１と、前述した４本
の前外胴ジャ、キ２３とを備え、前記両加圧リング７１
は、その上端、左端及び右端部分をそれぞれ１つづつヒ
ンジ結合し、下端は加圧ジヤツキ７２のシリンダーボト
ムとシリンダーヘッドとにより結合した環状体である。

なお、符号８１はスクリューコンベア、符号８２はエレ
クタ−２符号８３はセグメントである。

次いで、ＴＢＭｌの作用について説明する。

前記後外胴１０及び前記前外胴２０は、加圧／ヤッキ６
２，７２の作用により膨張するとトンネル掘削面を加圧
し支保し、収縮すると地圧の一部又は全体を解放するこ
とかできる。

前記メインビーム３０は、前記後外胴ジヤツキ１３及び
／又は前記前外胴ジヤツキ２３による弓張又は圧縮応力
を前記カッターヘッド４０に伝達する。

前記各メインビーム支持ジヤツキ３６は、前記メインビ
ーム３０を支持する。

前記弾性スリーブはＴＢＭｌ内に土砂等が入るのを防止
する。

前記フロントサポート５０は、前記メインビーム３ｏに
生じる圧力を前記カッターヘッド４ｏに伝達するのを助
け、掘進の方向を決定するほか、掘削直後の掘削面を支
保する。

前記カッターヘッド４０は、回転することにより切羽を
掘削する。

前記駆動モーター４５は、カッターヘッド４０を回転さ
せる。

前記後外胴ジヤツキ１３は、前記メインビーム３０を押
出し、前記後外胴１０を引き寄せる。

前記前外胴ジヤツキ２３は、前記メインビーム３０を押
出し、前記前外胴２０を引き寄せる。

前記加圧ジヤツキ６２．７２か伸縮すると、それに応じ
て前記加圧リング６１．７１の周長が伸縮する。前記加
圧リング６１．７１はヒンンを有するので前記後外胴１
０又は前記前外胴２ｏを径方向に膨張又は収縮させるこ
とを可能とする。したがって、前記後外胴加圧手段６ｏ
は、前記後外胴１０を膨張又は収縮させる。また、同様
に前記前外胴用加圧手段７０は、前記前外胴２ｏを膨張
又は収縮させる。

前記フロントチューブ及び前記リヤチューブは、ＴＢＭ
ｌ内に土砂が入るのを防止する。

前記スクリューコンベアは、チャンバー内のずりを機外
に搬出する。

次いで、ＴＢＭＩの掘進方法について第３図（イ）ない
し第３図（ニ）を用いて説明する。

まず、第３図（イ）に示すように、前記前外胴２０．１
０のみを膨張させ掘削面を保持した状態で、前記前外胴
ジヤツキ２３のみを伸長し、膨張させた前記前外胴２０
を介してトンネル側壁Ｗがら反力を得て掘進する。なお
、その際前記フロントエアーチューブ５２を漸次膨張さ
せて土砂かＴＢＭｌ内に入らないようにする。

次いで、上記のごとく掘進を続けながら第３図（ロ）に
示すように、前記後外胴ジヤツキ１３を退縮させて前記
後外胴１０を前記前外胴２０に引き寄せる。なお、前記
後外胴１０を引き寄せかたについては、地山の状態に応
じ、一部の支保圧力を残したまま弓き寄せることができ
る。また、その際、前記後外胴１０を引き寄せるに従い
漸次前記リヤエアーチューブ２４を収縮させる。

次いで、第３図（ハ）に示すように、前記前外胴ジヤツ
キ２３のストロークが限界となったところで、前記後外
胴１０．２０を膨張させた状態で、前記後外胴ジヤツキ
１３のみを伸長使用し、膨張させた前記後外胴１０を介
してトンネル側壁Ｗから反力を得て掘進する。

次いで、上記のごとく掘進を続けなから第３図（ニ）に
示すように、前記前外胴ジヤツキ２３を退縮させ、前記
前外胴２０を前方に押出する。なお、この場合も前記前
外胴２０の引き寄せかたについては、地山の状態に応じ
、一部の支保圧力を残したまま引き寄せることもてきる
。また、その際、前記前外胴２ｏを押出するに従い漸次
前記フロントエアーチューブ５２を収縮させ前記リヤエ
アーチューブ２４を膨張させる。なお、掘進に伴い前記
エレクタ−８２によりセグメント８３（第３図（ニ）に
おいて図示路）を組み立てトンネル側壁Ｗの崩壊を防止
する。

以上の工程を繰り替えすることにより掘進することがで
きる。

次に、以上のように構成させれたＴＢＭＩの効果につい
て説明する。

前記後外胴１０及び前記前外胴２０は、膨張すると地山
（トンネル側壁）を加圧するのでカッターヘッド４０を
押出する反力を地山からとることができ同時に地山を支
保することかできる。また収縮すると地圧の一部又は全
体を解放するので、押出したメインビーム３０に前記後
外胴１０及び前記前外胴２０を引き寄せることができる
。したがって、本実施例によれば崩落性地盤又は、軟質
地盤がＴＢＭＩを捕獲するのを防止することかできるほ
か、掘削面を支保することができる。

さらに、本実施例においては外胴を２つに分割している
ので、−の外胴を除圧移動している場合でも他の外胴か
ら反力を得ることができ、またトンネルの切羽からの距
離に応じたトンネルの側壁の変位又は地圧に応じること
ができる。

また、前記リヤエアーチューブ２４及び前記フロントエ
アーチューブ５２は、セグメント８３の切羽への裏込注
入材の漏出を防止することができる。

なお、本実施例においては、外胴を２つに分割している
か、本発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、本発
明においては１つ又は３つ以上とすることができる。ま
た、外胴ユニットについても２つ以上とすることができ
る。

［発明の効果〕 本発明は、以上のように構成されているので、以下に記
載するような効果を奏する。

外胴は、膨張すると地山（トンネル掘削面）を加圧する
のてカッターヘッドを押出する反力を地山からとること
かでき、同時に地山を支保することができる。また、収
縮すると地圧の一部又は全体を解放することができるの
で押出した基体に外胴を引き寄せることができる。

したがって、本発明は崩落性地盤や、変形性の大きな軟
質地盤がトンネル掘削機を捕獲するのを防止することが
できる。

故に、本発明にかかるトンネル掘削機は、崩落性地盤や
変形性の大きな軟質地盤を掘進することができる。

その結果、本発明によれば従来技術に比べ崩落性地盤や
変形性の大きな軟質地盤を有する地山を掘ｌする場合の
労力を軽減し、費用を低減し、施工期間を短縮すること
かできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）乃至第３図（ニ）は本発明の一実施例を示
すものであり、第１図（イ）はＴＢＭの正面図、第１図
（ロ）はＴＢＭの断面側面図、第２図（イ）は第１図（
ロ）のＡ−Ａ断面図、第２図（ロ）は第１図（ロ）のＢ
−Ｂ断面図、第３図（イ）ないし第３図（ニ）は工程図
である。 １・・・・・・ＴＢＭ、１０・・・・・・後外胴、１３
・・・・・・後外胴ジヤツキ（押引手段）、２０・・・
・・・前外胴、２３・・・・・・前外胴ジヤツキ（押引
手段）、３０・・・・・・メインビーム（基体）　、４
　’ｏ、−，，，，力・ツタ−へ・ソド、４５・・・・
・・駆動モーター　６０・・・・・・後外胴加圧手段、
７０・・・・・・前後胴加圧手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 径方向に膨縮可能な外胴と、当該外胴の内部に存する基
   体と、当該基体の前部に位置し軸方向回りに回動可能な
   カッターヘッドと、当該カッターヘッドを回動させる回
   動手段と、前記カッターヘッドを前記基体とともに軸方
   向前方に押出し、押出した前記基体に前記後胴を引き寄
   せる押引手段と、前記外胴を径方向に膨張させ又は縮小
   させる加圧手段とを備えたトンネル掘削機。