JPH06173575A - 斜坑トンネルの掘削工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小さな掘進力により地盤崩壊のない斜坑トン
ネルの掘削工法を提供すること。 【構成】 装置本体と、該装置本体に対して支持され、
掘進方向の前面に円形のカッター面をトンネル軸方向に
対して傾斜したカッタードラムとを備える掘進機を用
い、斜坑トンネルを下方から上方へ切り上がりに掘削す
る工法において、前記カッタードラムのカッター面の角
度を鉛直あるいはそれより頭部を前方に下げた状態に保
持することにより、切羽から前面上方の土塊の緩みを抑
制しながら水平方向に長い楕円形のトンネル断面を掘削
する斜坑トンネルの掘削工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘進機を用いて斜坑ト
ンネル、特に切り上がりの斜坑トンネルを掘削する工法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から知られているトンネルボーリン
グマシーン４００は、図４に示すように、装置本体４２
０の掘進側先端部に円筒形のカッタードラム４１０を配
し、該カッタードラム４１０の掘進方向前面に、円形の
カッター面４１１を備えている。実際の掘削時には、グ
リッパー４３０によって坑壁に掘削反力をとり、前記カ
ッター面４１１を掘削地盤に押し当て、前記カッタード
ラム４１０を電動モータ４１４で回転させながら前記装
置本体を前進させ、トンネルを連続して掘削するもので
ある。

【０００３】また、上記トンネルボーリングマシーンは
グッリパーにより掘削反力をとるために、岩盤は硬いも
のに用いられるが、軟弱地盤においては掘削後のトンネ
ル崩壊を防止するために掘削地盤にセグメントや場所打
コンクリートを覆工し、これが妻部にジャッキを当てて
掘進反力をとってトンネルを掘削するシールド機も知ら
れている。

【０００４】これらトンネルボーリングマシンとシール
ド機は、いずれも掘進機の範疇に属するものであるが、
最近ではグリッパの掘進反力をセグメント等にとって、
軟弱地盤にも硬い地盤にも対抗できる折衷的な掘進機も
見られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、切り上
がりの斜坑トンネルを掘削する際に、上記掘進機は掘削
カッターを有するカッタードラム面がトンネル軸に対し
て下方より上方の頭が上がっているために、図５に示す
ように、切羽前方上部に大きな緩み土塊が生じて、これ
が掘削時の大きな負荷になり、掘進機に必要以上に大き
な掘進力を要することになるだけでなく、トンネル全上
部において地盤崩壊を招くおそれが生じる。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決せんとしたも
のであり、その目的は小さな掘進力により地盤崩壊のな
い斜坑トンネルの掘削工法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的に鑑
みてなされたものであり、その要旨は、装置本体と、該
装置本体に対して支持され、掘進方向の前面に円形のカ
ッター面をトンネル軸方向に対して傾斜したカッタード
ラムとを備える掘進機を用い、斜坑トンネルを下方から
上方へ切り上がりに掘削する工法において、前記カッタ
ードラムのカッター面の角度を鉛直あるいはそれより頭
部を前方に下げた状態に保持することにより切羽から前
面上方の土塊の緩みを抑制しながら水平方向に長い楕円
形のトンネル断面を掘削する斜坑トンネルの掘削工法に
ある。

【０００８】

【作用】本発明の掘進機による掘削工法は、斜坑を掘進
する際、掘削面であるカッター面を鉛直あるいはそれよ
り頭を前方に下げた角度にすることにより、切羽の前方
上方に地盤の緩みができる地域を極力小さくし、斜坑で
あっても掘進力を比較的小さくして掘進する。なお、カ
ッター面を下方に傾斜することにより掘進機全体に浮き
上がるような掘削反力が生じるが、これにはループサポ
ート２５の位置に油圧シリンダなどの押付装置を設置
し、これをコンピュータによって自動制御して予め設定
した掘進線形のトンネルを掘進することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１０】本発明の斜坑トンネルの掘削工法に用いる
トンネルボーリングマシーン１００は、図１に図示する
ように、掘進方向の前方に位置するカッタードラム１
０、該カッタードラム１０を支持する装置本体としての
メインフレーム２０、及び掘削反力をとるためのグリッ
パー部３０で主要部を構成する。

【００１１】円筒形のカッタードラム１０は、掘進方向
の前面に円形のカッター面１１を有し、カッター面１１
には、多数の掘削カッター１２を配しており、電動モー
ター１４によってカッタードラム１０を回転駆動して地
盤を掘削する。また、カッタードラム１０は、可動連結
部２１における連結ロッド２１’を介してその後方のメ
インフレーム２０に傾動自在に支持されている。

【００１２】ボックス型を呈するメインフレーム２０
は、その先方部にカッタードラム１０を傾動させる傾動
シリンダー２６を備え、また後方部には、グリッパー部
３０を配している。傾動シリンダー２６の先端部は、カ
ッタードラム１０の下端部に固定しており、この傾動シ
リンダー２６のシリンダーを伸縮させることにより、カ
ッタードラム１０は可動連結部２１の連結ロッド２１’
を中心に上下方向に回動し、掘削方向に対するカッター
面１１の傾斜角度を任意に設定することができる。ま
た、メインフレーム２０の後端部には、グリッパー部３
０による固定を解除した際に、メインフレーム２０を下
方から支持するためのリヤサポート２３を配置してお
り、このリヤサポート２３は、シリンダー構造によって
伸縮可能な機構となっている。なお、メインフレーム２
０の側部には、ベルトコンベヤー２２を固定しており、
カッタードラム１０に設けた掻き上げ板１３により掻き
上げられ切削ズリが、このベルトコンベヤー２２上に落
下し後方側に搬送される機構となっている。

【００１３】グリッパー部３０は、メインフレーム２０
から水平方向両側に伸縮自在に突出するグリッパーシリ
ンダー３１を備え、その先端部には、坑壁に沿って円弧
状に湾曲したグリッパーシュー３２を配している。掘削
反力をとる場合には、前記グリッパーシリンダー３１を
伸長させ、坑壁をグリッパーシュー３２で押圧すること
により、グリッパー部３０をこの位置に固定する。ま
た、スラストシリンダー２４の基端部をグリッパー部３
０に固定し、先端部をマシーン本体としてのメインフレ
ーム２０側に固定しており、掘削時には、スラストシリ
ンダー２４を伸長させることにより、メインフレーム２
０と一体的にカッタードラム１０を前進させるものであ
る。

【００１４】また、トンネルボーリングマシーン１００
は、カッタードラム１０の下部にカッタードラムサポー
ト１５を配し、メインフレーム２０の上部にループサポ
ート２５を設けており、これらによって上下方向にも支
承されながら掘進するものである。

【００１５】以上のように構成するトンネルボーリング
マシーン１００を用いて斜坑トンネルを掘削する本発明
の掘削工法を図２を参照して説明する。

【００１６】まず、傾動シリンダー２６を収縮させ、カ
ッタードラム１０を頭部を下げた状態、すなわち鉛直状
態に保持する。

【００１７】この工程と同時或は前後して、グリッパー
シリンダー３１を水平方向両側に伸長させ、坑壁をグリ
ッパーシュー３２で押圧し、グリッパー部３０を固定す
る。掘削開始時におけるグリッパー部３０の初期位置
は、図１の参照番号３０′で破線で示す箇所に位置して
いる。なお、この際、後端部のリヤサポート２３は収縮
状態である（図示せず）。

【００１８】次に、電動モーター１４によってカッター
ドラム１０を回転駆動すると共に、スラストシリンダー
２４を伸長させ、前述の固定したグリッパー部３０に反
力をとってカッタードラム１０を前進させる。これによ
り、グリッパー部３０は固定位置を保ち、メインフレー
ム２０と共にカッタードラム１０が前方に移動する。

【００１９】このようにして掘削を続け、所定のスパン
を掘進した時点で掘削を一時停止する。この際、後端部
のリヤサポート２３を伸長させ、メインフレーム２０を
支持可能な状態とする。次いで、グリッパーシリンダー
３１を収縮させ、グリッパー部３０の固定を解除する。
このとき、メインフレーム２０は、リヤサポート２３に
より支持される。次いで、スラストシリンダー２４を収
縮させ、グリッパー部３０を前述した初期位置（参照番
号３０′）まで移動し、次の掘削に備える。このような
工程を繰り返して、トンネルを順次掘削していくもので
ある。

【００２０】このように、鉛直方向に傾斜したカッター
面１１によって、トンネルを掘削した場合、その掘削断
面３００は、図３に図示すように、道路構築等に適した
水平方向に長い楕円形となる。この楕円形は、構築すべ
き馬蹄形のトンネル断面に極めて近い形状となってお
り、無駄な余堀部分を軽減することができる。さらに、
カッタードラム１０を鉛直状態に保持することによっ
て、切羽の前方上部に生じる地盤の緩みを軽減すること
ができる。

【００２１】本実施例では、カッタードラム１０を鉛直
状態に保持させた場合について述べたが、該カッタード
ラム１０の頭部を前方に下げた状態に保持しても構わな
い。また前記カッタードラム１０は、トンネルの傾斜角
度に追随して鉛直状態に保持するように、カッタードラ
ムサポート１５とカッタードラム１０との間に傾斜調整
台１６を介在させ、自動調整させることも無論可能であ
る。

【００２２】

【効果】本発明に係る斜坑トンネルの掘削工法は、カッ
タードラムを装置本体に傾動自在に固定したトンネルボ
ーリングマシーンを用いて、掘削面であるカッター面を
鉛直あるいはそれより頭を下げた角度にすることによ
り、斜坑の切羽の前方上方に地盤の緩み地域を極力小さ
くし、掘削時にかかる負荷を軽減することができる。し
たがって、斜坑であっても比較的小さい掘進力で掘進す
ることができるため、トンネル全上部において地盤崩壊
を招くおそれを大幅に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘削工法に用いるトンネルボーリング
マシーンの一実施例を示す全体側面図である。

【図２】図１のトンネルボーリングマシーンを用いて斜
坑トンネルを掘削する状態を示す全体側面図である。

【図３】本発明の掘削工法により掘削されたトンネルの
形状を示すトンネル断面図。

【図４】従来のトンネルボーリングマシーンを示す全体
側面図である。

【図５】図４のトンネルボーリングマシーンを用いて斜
坑トンネルを掘削する状態を示す全体側面図である。

【符号の説明】

１０、４１０ カッタードラム ２０、４２０ メインフレーム（装置本体） ３０、４３０ グリッパー部 １００、４００ トンネルボーリングマシーン ３００ トンネル断面図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 崇弘 東京都文京区音羽２−10−２ 音羽ＮＳビ ル７Ｆ 財団法人先端建設技術センター内 (72)発明者 寺内 伸 東京都港区北青山２−５−８ 株式会社間 組内 (72)発明者 石原 金洋 東京都中央区日本橋本町四丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 (72)発明者 南 好人 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装置本体と、該装置本体に対して支持さ
   れ、掘進方向の前面に円形のカッター面をトンネル軸方
   向に対して傾斜したカッタードラムとを備える掘進機を
   用い、斜坑トンネルを下方から上方へ切り上がりに掘削
   する工法において、 前記カッタードラムのカッター面の角度を鉛直あるいは
   それより頭部を前方に下げた状態に保持することによ
   り、切羽から前面上方の土塊の緩みを抑制しながら水平
   方向に長い楕円形のトンネル断面を掘削する斜坑トンネ
   ルの掘削工法。