JPH09184391A - トンネル掘進機の薬液注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 後方に薬注ドリル８ｂを設置した薬注バルブ
８ａをカッタヘッド４に設置することにより、地山の土
質を確実に、かつ効率よく改良してトンネル施工の安全
性および作業性の向上を図るためのトンネル掘進機の薬
液注入装置８を提供する。 【解決手段】 トンネル掘進機本体１の前部に回転自在
に装着したカッタヘッド４と、掘削する地山の土質を改
良するための薬注装置８とを有するトンネル掘進機にお
いて、前記薬注装置８はカッタヘッド４に設置された薬
注バルブ８ａと、この薬注バルブ８ａの後方から薬注バ
ルブ８ａ内を通過して地山に貫入すると共に、地山に土
質改良剤等の薬液を注入する薬注ロッド８ｂと、この薬
注ロッド８ｂ先端に設置された先端部カッタ８ｃと、前
記薬注バルブ８ａの後方に設置されると共に、前記先端
部カッタ８ｃを回転および伸縮駆動させる薬注ドリル８
ｄとからなるトンネル掘進機の薬液注入装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル掘進機の薬
液注入装置に関し、特に、後方に薬注ドリルを設置した
薬注バルブをカッタヘッドに設置することにより、地山
の土質を確実に、かつ効率よく任意の位置の土質を改良
するためのトンネル掘進機の薬液注入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係るトンネル掘進機の薬液注入
装置に関する第１の従来技術として、図６および図７に
示すシールド掘進機について説明する。シールド掘進機
本体５１の前端にはカッタ駆動モータ５２により回転駆
動されるカッタヘッド５３が、ベアリング５４により回
転自在に支持されている。このようにカッタヘッド５３
が回転しながらシールド掘進機本体５１がシールドジャ
ッキ５５により、セグメント５６から推進反力をとって
推進すると地山中にトンネルが掘削される。トンネルを
掘削することによりカッタヘッド５３とバルクヘッド５
７間に形成されたチャンバ５８に取り込まれた掘削土砂
は、バルクヘッド５７に取り付けられた薬注バルブ５９
からカッタヘッド前方の地山に注入された土質改良材あ
るいは止水材等により、所定の硬さ、あるいは止水土質
に改良される。また、シールド掘進機本体５１の前端の
スキンプレート６４に設置された薬注バルブ６５から
は、ボイドや地山中に土質改良材あるいは止水材等の薬
注が行われている。

【０００３】本発明に係るトンネル掘進機の薬液注入装
置に関する第２の従来技術として、図８に示す地上から
土質改良材を注入する方法がある。予め把握している障
害物、あるいはトンネル掘進機に設置されたレーダによ
り発見された障害物の位置に相当する地上の位置に図８
に示す薬注装置７０を運搬し、地上から障害物の位置近
傍に土質改良材を注入している。

【０００４】先ず薬注装置７０の構成について説明す
る。薬注ドリル７２は、本体７１の上部に設置されると
共に、注入管ロッド７３を回転する回転用モータ７４
と、注入管ロッド７３を伸縮する推進用モータ７５とに
より構成される。薬注ドリル７２の下方には注入管ロッ
ド７３が装着され、この注入管ロッド７３を挿通してい
るボールバルブ７６が本体７１内に固定されており、注
入管ロッド７３先端には先端部カッタ７７が設置されて
いる。注入管ロッド７３は、端部にロッド連結部７３ａ
を有するロッド部７３ｂと、このロッド部７３ｂの外部
を覆い、かつ端部にスペーサ管連結部７３ｃを有するス
ペーサ管７３ｄとで形成される長さＬの単位注入管ロッ
ド７３ｅを、前記各ロッド連結部７３ａおよびスペーサ
管連結部７３ｃにて連結することにより、その長さを調
整することができる。

【０００５】次に薬注装置７０の作用について説明す
る。トンネル掘進機が障害物に遭遇すると、その位置に
相当する地上の位置に薬注装置７０を運搬し、回転用モ
ータ７４により注入管ロッド７３を回転すると共に、推
進用モータ７５により注入管ロッド７３に推力を与える
と、注入管ロッド７３先端に設置された先端部カッタ７
７により地面７８が掘削される。先端部カッタ７７によ
り長さＬだけ地面７８を掘削すると、推進用モータ７５
により注入管ロッド７３を長さＬだけ収縮させ、そのス
ペースに単位注入管ロッド７３ｅを連結した後長さＬだ
け地面７８を掘削する。このようにして先端部カッタ７
７が障害物近傍、軟弱地盤であるため計画線通りの掘進
施工ができなく防護施工をしなくてはならないとき、あ
るいはカッタ類の交換地点等に到達すると、図示しない
薬液注入管から注入管ロッド７３を介して土質改良材を
注入して、地山を改良した後障害物の除去作業、防護施
工作業、カッタ類の交換作業等を行っていた。薬注施工
しないときには注入管ロッド７３をボールバルブ７６内
から引き込めて、ボールバルブ７６を閉めることにより
注入管ロッド７３を保護している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来の
技術においては次のような問題がある。 （１）バルクヘッド５７部側からの注入ではカッタヘッ
ド５３のセンタ部にはカッタヘッド中央連結部材、スポ
ーク、面板等の障害物があり、任意位置への注入が困難
であった。 （２）スキンプレート６４外周部に設置された薬注バル
ブ６５から、ボイドや地山中に土質改良材を薬注してシ
ールド掘削外径周辺の防護工を行うが、シールドジャッ
キやその他の搭載機器により、取付位置が限定され、ま
た薬注ドリルの設置位置が限定され、完全な周辺防護工
の施工が困難であった。また、第２の従来の技術におい
ては次のような問題がある。 （３）障害物の位置に相当する正確な地上の位置が分か
りにくいため薬注範囲を広くする必要があり、土質改良
材を多く必要とし、不経済となるだけでなく、薬注工数
が増大する。 （４）地上に建造物が密集している位置では薬注装置７
０を運搬することができない。 （５）カーブのトンネル線形においては地上より地盤改
良が行えない状況が生じる場合がある。

【０００７】本発明は前記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その後方に薬注ドリルを設置した
薬注バルブをカッタヘッドに設置することにより、地山
の土質を確実に、かつ効率よく改良してトンネル施工の
安全性および作業性の向上を図るためのトンネル掘進機
の薬液注入装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段、および作用効果】上記目
的を達成するため、第１の発明に係るトンネル掘進機の
薬液注入装置は、トンネル掘進機本体の前部に回転自在
に装着したカッタヘッドと、地山の土質を改良するため
の薬注装置とを有するトンネル掘進機において、前記薬
注装置はカッタヘッドに設置された薬注バルブと、この
薬注バルブの後方から薬注バルブ内を通過して地山に貫
入すると共に、地山に土質改良材等の薬液を注入する薬
注ロッドと、この薬注ロッド先端に設置された先端部カ
ッタと、前記薬注バルブの後方に設置されると共に、前
記先端部カッタを回転および伸縮駆動させる薬注ドリル
とからなる。

【０００９】第１の発明に係るトンネル掘進機の薬液注
入装置では、掘削する地山の土質を改良する場合には、
トンネル掘進機の掘進を停止した後、薬注ドリルにより
薬注ロッドを介して先端部カッタを回転および伸長駆動
して、カッタヘッドに設置した薬注バルブを開き、その
薬注バルブ内に薬注ロッドと先端部カッタとを通過させ
て地山に貫入させた後、地山に土質改良材等の薬液を注
入して地山の土質を改良する。掘削する地山の土質改良
が終了した場合には、薬注ドリルにより薬注ロッドを介
して先端部カッタを収縮駆動して、カッタヘッドに設置
された薬注バルブ内から先端部カッタが引っ込んだ後
に、薬注バルブを閉じてカッタヘッド内を地山からシー
ルしてトンネル掘進機を掘進させる。

【００１０】従って次のような効果が得られる。 （１）カッタヘッド前面の近傍から前方へ向けて薬注ロ
ッドを貫入することができるので、カッタヘッドスポー
ク、センタシャフト、カッタヘッド面板等により薬注位
置を限定されることなく、広い範囲にわたって切羽全断
面を地盤改良することができる。 （２）切羽に近い位置から薬注ロッドを貫入するので、
薬注したい任意の位置に確実に土質改良材を注入するこ
とができる。また土質改良材の消費も少なくすることが
でき経済的である。 （３）カッタヘッド近傍の地山を改良することが可能で
あり、不測のトラブル（例えばカッタヘッドの閉塞、チ
ャンバ内の閉鎖等）に対して迅速に対処できる。

【００１１】第２の発明に係るトンネル掘進機の薬液注
入装置は、第１の発明において、前記薬注バルブは、カ
ッタヘッド中央部分に設置される。

【００１２】第２の発明に係るトンネル掘進機の薬液注
入装置では、カッタヘッド中央部分に薬注バルブが設置
するため、カッタヘッドスポーク、センタシャフト、カ
ッタヘッド面板等により、薬注位置を限定されることが
なく、トンネル掘進方向とほヾ平行に薬注ロッドを貫入
することができ、任意の位置を地盤改良することができ
る。

【００１３】第３の発明に係るトンネル掘進機の薬液注
入装置は、第１の発明において、前記薬注バルブは、自
在継手を介してカッタヘッドに装着される。

【００１４】第３の発明に係るトンネル掘進機の薬液注
入装置では、薬注バルブと薬注ロッドを自在継手を介し
てカッタヘッドに設けるので、自在継手により薬注ロッ
ドの貫入方向を変えて薬注できるので、広い範囲を薬注
できると共に薬注バルブの設置数を少なくすることがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル掘進
機の薬液注入装置に関する各実施例を図１〜図５により
詳述する。図１は、本発明に係るトンネル掘進機の薬液
注入装置に関する一実施例を示す縦断面図、図２は、図
１の前面図、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図
１に示す薬液注入装置を示す図、図５は、図４のＰ部詳
細図である。

【００１６】図１〜図３を参照して本発明に係るトンネ
ル掘進機の薬液注入装置について説明する。トンネル掘
進機本体１の前部には、径方向に伸びる複数のスポーク
２と、このスポーク２の前部に固定された、カッタ取付
用のカッタヘッド面板３からなるカッタヘッド４が回転
自在に装着されている。このカッタヘッド４はトンネル
掘進機本体１に設置されたカッタヘッド駆動モータ５に
より回転駆動される。前記カッタヘッド４を構成する複
数のスポーク２の内、１つの直径部に位置するスポーク
２は、他のスポーク２より前後方向に厚く形成されてお
り、カッタヘッド面板３と、このカッタヘッド面板３の
後方に固定されたスポーク２により密閉状に設置される
作業空間６を形成している。そして作業空間６は移動用
階段７によりカッタヘッド４の径方向に人間が通過可能
であり、所定箇所に設置された足場１３に乗ることによ
りカッタヘッド４の径方向に設置された複数の薬液注入
装置（以後、薬注装置という）８を任意に操作できる。
なお、スポーク２の前部にはカッタビット９が固定する
と共に、これらカッタビット９間には先行ビット１０が
固定されている。

【００１７】トンネル掘進機本体１に固定されたバルク
ヘッド１１の中心部には、センタシャフト１２が固定さ
れており、このセンタシャフト１２前端部１２ａにはカ
ッタヘッド嵌合部４ａが嵌合して嵌合部１２ｂを形成
し、その摺動部はシール１４により密封されている。セ
ンタシャフト１２内には、チャンバ１５内に向かって水
または添加材等を注入する注入バルブ１６が設置されて
あり、センタシャフト１２後方にはマンロック１７が固
定されている。

【００１８】カッタヘッド４の中心部には、薬注装置８
を構成する後述する４個の薬注バルブ８ａが設置されて
おり、この薬注バルブ８ａの後方に位置するセンタシャ
フト１２内には、薬注バルブ８ａを介して地山に土質改
良材を注入するための、薬注装置８を構成する後述の先
端に先端部カッタ８ｃを備えた薬注ロッド８ｂと、この
薬注ロッド８ｂを回転および伸縮駆動する薬注ドリル８
ｄとが配置されている。またカッタヘッド４の一つの直
径方向のスポーク２は前後方向に厚く形成されており、
このスポーク２の前面板２０には８つの薬注バルブ８ａ
が設置されており、カッタヘッド面板３の前記各薬注バ
ルブ８ａに対応する位置には、薬注ロッド８ｂが通過可
能な薬注穴１８が形成されている。

【００１９】図４および図５により薬注装置８について
説明する。前記カッタヘッド４の中心部に４個、カッタ
ヘッド４の一つの直径方向に８個設置されている薬注装
置８は共通の構成となっている。薬注装置８は、カッタ
ヘッド４に設置される薬注バルブ８ａと、この薬注バル
ブ８ａの後方から薬注バルブ８ａ内を通過して地山に貫
入すると共に、地山に土質改良材を注入する薬注ロッド
８ｂと、この薬注ロッド８ｂ先端に設置された先端部カ
ッタ８ｃと、前記薬注バルブ８ａの後方に設置されると
共に、前記薬注ロッド８ｂを介して先端部カッタ８ｃを
回転および伸縮駆動させる薬注ドリル８ｄとからなる。

【００２０】前記薬注バルブ８ａは、カッタヘッド４に
装着される球面ジョイント８ａ1 と、薬注ロッド８ｂの
通過時には開放し、薬注ロッド８ｂが通過しない時には
閉止するボールバルブ８ａ2 とからなる。また前記薬注
ロッド８ｂは、先端に先端部カッタ８ｃを備えたロッド
部８ｂ1と、これを覆うスペーサ管８ｂ2 とからなる先
端部薬注ロッド８ｂ3 と、その後部に連結されると共
に、端部に連結部を有するロッド部８ｂ4 と、このロッ
ド部８ｂ4 を覆うと共に、端部に連結部を有するスペー
サ管８ｂ5 とからなる、Ｌなる長さの薬注ロッドユニッ
ト８ｂ6 とにより構成される。なおボールバルブ８ａ2
とスペーサ管８ｂ2 およびスペーサ管８ｂ5 とは止水シ
ール８ｅによりシールされる。

【００２１】前記構成による作用について説明する。ト
ンネル掘進機本体１の前部に回転自在に装着されている
カッタヘッド４が、カッタ駆動モータ５により回転駆動
されると前方の地山が掘削される。トンネル掘進機に設
置されたレーダ１９により前方に基礎杭等の障害物を発
見するとその位置を検出し、その障害物の近傍までトン
ネル掘進機を掘削させて停止する。その後薬注ドリル８
ｄにより薬注ロッド８ｂを介して先端部カッタ８ｃを回
転および伸長駆動して、カッタヘッド４に設置した薬注
バルブ８ａを開き、その薬注バルブ８ａ内に薬注ロッド
８ｂと先端部カッタ８ｃとを通過させて地山に貫入させ
た後、地山に土質改良材を注入して掘削する地山の土質
を改良する。掘削する地山の土質改良が終了した場合に
は、薬注ドリル８ｄにより薬注ロッド８ｂを介して先端
部カッタ８ｃを回転および収縮駆動して、カッタヘッド
４に設置された薬注バルブ８ａ内から先端部カッタ８ｃ
が引っ込んだ後に、薬注バルブ８ａを閉じてカッタヘッ
ド４内を地山からシールしてトンネル掘進機を掘進させ
る。

【００２２】必要に応じてスポーク２に設置される移動
用階段７により、人間が移動して所定の薬注装置８によ
り前方の地山を選択的に土質改良することもできる。ま
たトンネル掘進機本体１に固定されたセンタシャフト１
２前端部にカッタヘッド嵌合部４ａを設けてあるため、
回転しないセンタシャフト１２部分が長くなり、マンロ
ック１７からカッタヘッド４へ人間が通過し易くなると
共に、薬注ドリル８ｄ等の設置も容易になる。

【００２３】このようにシールド外径より大きい外径で
切羽全断面を地盤改良できるので、チャンバ内に人間は
入ることが可能となり、カッタ類の交換あるいはチャン
バ内点検等を容易に行うことができると共に、トンネル
掘進機の前方に障害物が出現する場合に障害物の除去等
が可能となる。また、防護施工作業を安全、かつ能率よ
く実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネル掘進機のカッタヘッド構
造に関する一実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の前面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１に示す薬液注入装置を示す図である。

【図５】図４のＰ部詳細図である。

【図６】第１の従来技術を示す図である。

【図７】図６の前面図である。

【図８】第２の従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１…トンネル掘進機本体、２…スポーク、３…カッタヘ
ッド面板、４…カッタヘッド、４ａ…カッタヘッド嵌合
部、５…カッタヘッド駆動モータ、６…カッタヘッド、
４ａ…カッタヘッド嵌合部、５…作業空間、７…移動用
階段、８…薬液注入装置（薬注装置）、８ａ…薬注バル
ブ、８ａ1 …球面ジョイント、８ａ2 …ボールバルブ、
８ａ3 …ハンドル、８ｂ…薬注ロッド、８ｂ1 …ロッド
部、８ｂ2 …スペーサ管、８ｂ3 …先端部薬注ロッド、
８ｂ4 …ロッド連結部、８ｂ5 …スペーサ管部結部、８
ｂ6 …薬注ロッドユニット、８ｃ…先端部カッタ、８ｄ
…薬注ドリル、８ｄ1 …回転用モータ、８ｄ2 …推進用
モータ、８ｅ…止水シール、９…カッタビット、１０…
先行ビット、１１…バルクヘッド、１２…センタシャフ
ト、１２ａ…前端部、１２ｂ…嵌合部、１３…足場、１
４…シール、１５…チャンバ、１６…注入バルブ、１７
…マンロック、１８…薬注穴、１９…レーダ、２０…前
面板。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘進機本体の前部に回転自在に
   装着したカッタヘッドと、掘削する地山の土質を改良す
   るための薬注装置とを有するトンネル掘進機において、
   前記薬注装置はカッタヘッドに設置された薬注バルブ
   と、この薬注バルブの後方から薬注バルブ内を通過して
   地山に貫入すると共に、地山に土質改良材等の薬液を注
   入する薬注ロッドと、この薬注ロッド先端に設置された
   先端部カッタと、前記薬注バルブの後方に設置されると
   共に、前記先端部カッタを回転および伸縮駆動させる薬
   注ドリルとからなることを特徴とするトンネル掘進機の
   薬液注入装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘進機の薬液注
   入装置において、前記薬注バルブは、カッタヘッド中央
   部分に設置されることを特徴とするトンネル掘進機の薬
   液注入装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のトンネル掘進機の薬液注
   入装置において、前記薬注バルブは、自在継手を介して
   カッタヘッドに装着されることを特徴とするトンネル掘
   進機の薬液注入装置。