JPH112097A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計画トンネル線上に硬質岩盤と崩壊性岩盤と
が混在していてもこれらの岩盤を能率よく掘進していく
ことができるトンネル掘削機を提供する。 【解決手段】 硬質岩盤を掘削する時には、掘削機本体
１のカッタ板２と隔壁６間で形成した掘削土取込室７に
臨ませているスクリューコンベア９の搬送始端にバケッ
ト形状のシュート８を装着しておき、カッタ板２によっ
て掘削された岩石を該シュート８に受け入れてスクリュ
ーコンベア９により搬出させる。また、崩壊性岩盤に遭
遇した時には、上記シュート８を取り外して撤去すると
共に掘削土取込室７内に泥水を注入、充填させ、その泥
水圧によって切羽の崩壊を防止しながらカッタ板２によ
り掘削し、掘削土をスクリューコンベア９によって後方
に搬出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は硬質岩盤や崩壊性岩
盤が混在する地山にトンネルを掘削するのに好適なトン
ネル掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、トンネルを掘削する場合、地
盤が硬質岩盤である場合にはローラカッタを有するカッ
タ板を備えたＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）を使
用し、切羽が崩壊しやすい土質地盤の場合にはカッタ板
とその後方に張設した隔壁との間の土砂取込室に泥水を
充満させてその泥水圧で切羽の崩壊を抑えながら掘進す
る泥水加圧工法や、掘削土砂に加泥材を混合して土砂取
込室内に充満させることにより切羽を抑えながら掘進す
る泥土圧工法などの所謂シールド工法が採用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トンネ
ルの計画線上には硬質の岩盤地盤や崩壊性の土質地盤が
混在するのが通常であり、上記ＴＢＭによって硬質岩盤
を掘削しながらトンネルを掘進する途上で崩壊性地盤に
遭遇した場合に、ＴＢＭでは切羽を抑える手段が設けら
れていないために、一旦、トンネル掘削を中断し、機内
から地盤に薬液注入パイプを打ち込んで薬液により崩壊
性地盤を結合、硬化させて地盤の改良を行い、しかるの
ち、掘進しているのが現状である。従って、このような
地盤改良に多大な手間と時間を要し、トンネルを築造す
るための作業能率が著しく低下するという問題点があっ
た。

【０００４】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは崩壊性の地盤に遭遇
した時に、薬液注入を行うことなく硬質岩盤の掘削と同
様に掘進しながら崩壊性地盤を機内に取り込み、崩壊性
地盤も確実且つ能率よく掘削し得るトンネル掘削機を提
供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るトンネル掘削機は、胴体の
開口前端に回転自在に配設され且つ背面側にスクレーパ
を突設しているカッタ板と、該カッタ板の後方側に張設
された隔壁と、これらのカッタ板と隔壁間の空間部で形
成した掘削土取込室と、この掘削土取込室に連通させて
上記隔壁に搬送始端側を臨ませている掘削土搬送手段と
を備えているトンネル掘削機において、上記掘削土取込
室内に掘削土搬送手段の搬送始端に連通する上端が掘削
土受入口に形成しているシュートを着脱自在に配設した
ことを特徴としている。

【０００６】また、請求項２に係る発明は、上記請求項
１に係る発明におけるトンネル掘削機本体の構造に関す
るものであって、フロントグリッパを有する前胴と、リ
アグリッパを有する後胴とを伸縮用ジャッキにより互い
に伸縮方向に移動自在に連結してなり、前胴の開口端に
多数のローラカッタを突設している上記カッタ板を回転
自在に配設していると共に上記隔壁の背面側に該カッタ
板の回転手段を装着してあり、さらに、該隔壁を貫通し
て掘削土取込室内に泥水を注入するための泥水注入管を
設けていることを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記トンネル掘削機によって硬質岩盤を掘削す
る場合には、カッタ板と隔壁間の空間部で形成している
掘削土取込室内に掘削土搬送手段の搬送始端に連通させ
てシュートを配設しておく。この状態でカッタ板を回転
させながらトンネル掘削機を推進させると、カッタ板に
よって破砕された岩石が掘削土取込室内に取り込まれ、
カッタ板の回転に伴ってスクレーパにより持ち上げら
れ、上方に達した時にスクレーパから滑り落ちてシュー
ト内に投入され、掘削土搬送手段によって機内の後方に
搬出される。

【０００８】次に崩壊性の岩盤に遭遇した場合、上記シ
ュートを取り外して機内に撤去し、しかるのちカッタ板
を回転させながらトンネル掘削機を推進させると、カッ
タ板によって掘削された岩石を含む掘削土が掘削土取込
室内に取り込まれる。この際、掘削土取込室内の土圧に
よって切羽の崩壊を防止させることもできる場合もある
が、請求項２に記載した泥水注入管から泥水を掘削土取
込室内に注入して掘削土と混合させ、この泥水土圧によ
って切羽を抑えてその崩壊を防止しながら崩壊性地盤を
掘進すると共に泥水と混合した掘削土を搬送手段によっ
て機内の後方に搬出する。

【０００９】トンネル掘削機は、請求項２に記載したよ
うに、掘削機本体の後胴側をリアグリッパによって掘削
壁面に支持させた状態で伸縮用ジャッキを伸長させるこ
とにより前胴を前進させながら該前胴の開口端に回転自
在に配設している多数のローラカッタを突設したカッタ
板によって切羽地盤を掘削し、一定長のトンネルの掘削
後、フロントグリッパを伸長させて掘削壁面に圧着させ
ることで前胴を掘削壁面に支持させた状態にしたのち、
リアグリッパを後退させて掘削地盤に対する後胴の支持
を解き、しかるのち、伸縮用ジャッキを収縮させること
により後胴を前胴側に引き寄せ、再び、上記同様に、リ
アグリッパを伸長して後胴部を掘削壁面に支持させる一
方、フロントグリッパにより前胴の固定を解いたのち、
伸縮ジャッキを伸長させながらトンネルを掘進する。

【００１０】掘削機本体の隔壁には掘削土取込室内に通
じる扉体が装着されてあり、硬質岩盤の掘削時にはこの
扉体を開らいて上記シュートを掘削土取込室内に搬送手
段と連通するように装着し、崩壊性岩盤の掘削時にはシ
ュートを取り外して機内の後方に撤去するものである。

【００１１】シュートは、その後端が全面的に開口させ
ており、掘削土搬送手段の開口端を挟むようにして該後
端面を隔壁の前面にボルト・ナットによって取付ける
と、スクリューコンベアよりなる掘削土搬送手段の搬送
始端部を該シュート内に突出させた状態にすることがで
き、該シュート内に投入される掘削土を確実に受止して
スクリューコンベアにより円滑に搬出することができる
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施の形態を図
面について説明すると、図１はトンネル掘削機（ＴＢ
Ｍ）の縦断側面図であって、掘削機本体１の胴体（スキ
ンプレート）は前端開口部にカッタ板２を回転自在に装
着している円筒形状の前胴1aと、該前胴1aの後端部にト
ンネル長さ方向に伸縮自在に連結している円筒形状の後
胴1bとからなり、前後胴1a、1b間の数箇所を伸縮用ジャ
ッキ３によって連結していると共にこれらの前後胴1a、
1bの少なくとも両側部にはトンネル掘削壁面Ｔに向かっ
て進退自在なフロントグリッパ４とリアグリッパ５を夫
々装着している。

【００１３】さらに、前胴1aの前部にはカッタ板２と機
内側とを水密状態に区画している隔壁６が張設されてあ
り、この隔壁６と上記カッタ板２との間の前胴1aの前部
内の空間部によって掘削土取込室７を形成していると共
にカッタ板２の外周縁に後方に向かって前胴1aと同径の
円筒部2aを一体に設けてあり、この円筒部2aの内周面に
円周方向に適宜間隔毎に掘削土取込室７内に向かって複
数本のスクレーパ10を放射状に突設している。また、前
胴1a内から後胴1b内に向かって斜め上方に傾斜したスク
リューコンベアからなる掘削土搬送手段９を配設してあ
り、この掘削土搬送手段９の前端開口部を上記隔壁６の
下部を貫通して掘削土取込室７の下端部内に臨ませてい
る。

【００１４】掘削機本体１の後方側には図示していない
が泥水供給源（図示せず）が設置されてあり、この泥水
供給源から圧送ポンプ（図示せず）を通じて後胴1bから
前胴1aに向かって配管した注入管11に泥水を供給するよ
うに構成してあり、この注入管11の前端開口部を上記隔
壁６の上部を貫通させて掘削土取込室７内に臨ませてい
る。

【００１５】さらに、掘削土取込室７内において、上記
搬送手段９の搬送始端に連通して掘削土を受け入れるた
めの上端が全面的に開口して掘削土受入口8dに形成して
なるシュート８を撤去可能に配設している。このシュー
ト８は図２、図３に示すように、搬送手段９であるスク
リューコンベアの円筒状ケース9aの下周部と同一湾曲度
でもって円弧状に湾曲した底板部8aと、この底板部8aの
両側上端面に下端を分解可能に接合、連結してなる両側
板部8b、8bと、これらの底板部8aおよび両側板部8b、8b
の前端面に周縁を着脱自在に取付けて前端開口側を閉止
してなる前板部8cとからなり、上記両側板部8b、8bは底
板部8aから上方に向かって斜め外側方に傾斜して上記掘
削土受入口8dを拡開させていると共にその後半部を底板
部8aから後方に突出させてあり、この両側板部8b、8bと
上記底板部8aとの後端面にはそれぞれ複数個のボルト挿
通孔12を設けた縦長長方形状のリブ13と円弧状に湾曲し
たリブ14とをそれぞれ固着した状態にして後端側を全面
的に開口させている。

【００１６】一方、搬送手段９を構成しているスクリュ
ーコンベアの回転スクリュー9bを内装している上記筒状
ケース9aは、その前端部を掘削土取込室７内に突出させ
ていると共に該突出端部の上周部を切除して円弧状に湾
曲した下周部9cのみ残してあり、この下周部9cの前端面
に上記シュート８の底板部8aに固着している円弧状リブ
14に合致するリブ15を固着し、該リブ15に上記ボルト挿
通孔12に連通する複数個のボルト挿通孔16を穿設してい
る。さらに、シュート８の両側板部8b、8bに固着してい
る上記直状リブ13が当接する隔壁６部分には、このリブ
13に穿設しているボルト挿通孔12に連通するボルト挿通
孔17が穿設されている。従って、シュート８はその両側
板部8b、8bに固着している上記直状リブ13と底板部8aに
固着している円弧状リブ14とを隔壁６のボルト挿通孔17
の穿設部分とスクリューコンベアの上記前端下周部9cに
固着しているリブ15とにそれぞれ当接させ、ボルト挿通
孔12、16間及び12、17間にボルト18を挿通してナットを
螺合させることにより図３に示すように、隔壁６とスク
リューコンベアの下周部7cに対して着脱自在に取付ける
ように構成しているものである。

【００１７】また、上記隔壁６の中央部には扉体20によ
って開閉自在に閉止された機内側と掘削土取込室７間を
連通する出入口21が設けられてあり、この出入口21を通
じて上記シュート８を掘削土取込室９内に搬入並びに該
掘削土取込室７内から撤去可能にしている。

【００１８】上記カッタ板２は公知のようにその板面に
多数のローラカッタ2bを突設していると共に円周方向に
隣接するローラカッタ2b間に掘削土取込口（図示せず）
を開設している。このカッタ板２の駆動機構としては、
該カッタ板２の円筒部2aの後端に円環状の内歯車22を固
着すると共に隔壁６の背面に駆動モータ23を装着し、こ
の駆動モータ23の回転軸に固着したピニオン24を上記内
歯車23に噛合させてなるものである。25は上記前胴1aと
後胴1b間を連結している伸縮用ジャッキ３と交互に配設
した推進用ジャッキで、後胴1bの内周面に固定してあ
り、そのピストンロッドの先端スプレッダ25a を覆工セ
グメント26の前端に当接させて掘削機本体１全体を推進
させるように構成している。

【００１９】以上のように構成したトンネル掘削機によ
ってトンネルを掘進するには、既知のように、前胴1aの
フロントグリッパ４を掘削壁面Ｔに圧着させた状態で伸
縮用ジャッキ３を収縮させて後胴1bを前胴1a側に引き寄
せたのち、該後胴1bのリアグリッパ５を掘削壁面Ｔに圧
着させる。このように、リアグリッパ５を介して後胴1b
を掘削壁面Ｔに支持させたのち、フロントグリッパ４を
収縮させて掘削壁面Ｔに対する圧着を解き、カッタ板回
転駆動用モータ23を駆動してカッタ板２を回転させると
共に伸縮用ジャッキ３を伸長させることにより掘削壁面
Ｔ側に前胴1aの推進反力を支持させて該前胴1aを前進さ
せながらカッタ板２から突設しているローラカッタ2bに
よって切羽地盤を掘削する。

【００２０】この時、掘削すべき地盤が硬質岩盤の場合
には、図１に示すように、予め掘削土取込室７内に臨ん
でいる掘削土搬送手段９の開口端にシュート８を装着し
ておく。このシュート８の装着は、機内側から隔壁６の
扉体20を開いて出入口21を通じて該シュート８を掘削土
取込室７内に搬入し、このシュート８の両側板部8b、8b
の後端面のリブ13と円弧状底板部8aのリブ14を上述した
ように、隔壁６の前面と掘削土搬送手段９の筒状ケース
9aの前端下周部に固着しているリブ15にそれぞれ当接し
た状態にしてボルト・ナット18で連結することにより行
う。

【００２１】カッタ板２によって掘削された岩石は掘削
土取込室７内に取り込まれると共にスクレーパ10により
持ち上げられ、上方に達した時にスクレーパ10から滑り
落ちて上記シュート８の掘削土受入口8dから該シュート
８内に投入され、シュート８の内底面に沿って前端部が
突出している搬送手段９の回転スクリュー9bにより後方
に搬出されるものである。なお、シュート８の前端が開
口していても掘削土の受入れ、搬出には何等の支障が生
じることがないので、前板部8cは必ずしも設けておく必
要はない。

【００２２】次に、掘削すべき地盤が崩壊性の岩盤であ
る場合には、シュート８を隔壁６及びスクリューコンベ
アの前端面から取り外すと共に底板部8a、両側板部8b、
8b及び前板部8cに分解したのち、機内側に撤去する（図
５参照）。この状態にして泥水注入管11を通じて掘削土
取込室７内に泥水を注入、充満させ、その泥水圧によっ
て切羽面を抑えて岩盤の崩壊を防止しながらカッタ板２
を回転させると共に前胴1aを推進させることにより崩壊
性の岩盤を掘削する。掘削された岩石を含む掘削土は、
取込室７内に取り込まれると共にスクレーパ10により泥
水に攪拌、混合され、泥水と共に搬送手段９であるスク
リューコンベアによって後方に搬出されるものである。

【００２３】一定長のトンネルが掘削されると、フロン
トグリッパ４によって前胴1aを掘削地盤に支持させたの
ち、リアグリッパ５を収縮させて伸縮用ジャッキ３を収
縮させることにより後胴1bを前胴1a側に引き寄せ、しか
るのち、該リアグリッパ５を掘削地盤に圧着させて後胴
1bを支持させ、フロントグリッパ４を収縮させたのちカ
ッタ板２を回転させながら伸縮用ジャッキ３を伸長させ
ることにより再び上記同様にしてトンネルを掘進するも
のである。

【００２４】なお、掘削されたトンネル周壁面にセグメ
ント覆工を施工する場合には、この覆工セグメント26に
推進用ジャッキ25のスプレッダ25a を当接、受止させる
ことによって覆工セグメント26側に推進反力を支持させ
ることができ、確実な掘進が可能となる。また、以上の
実施例においては、掘削機本体１として前胴1aと後胴1b
とを伸縮用ジャッキ３によって連結した構造のものを示
したが、このような胴体を設けることなく、前端にカッ
タ板２と掘削土取込室７を有し、この掘削土取込室７か
ら後方に向かってビーム体を突設すると共に該ビーム体
に推進手段と掘削壁面に対する支持手段とを備えたトン
ネル掘削機であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明の請求項１に係るト
ンネル掘削機によれば、胴体の開口前端に回転自在に配
設され且つ背面側にスクレーパを突設しているカッタ板
と、該カッタ板の後方側に張設された隔壁と、これらの
カッタ板と隔壁間の空間部で形成した掘削土取込室と、
この掘削土取込室に連通させて上記隔壁に搬送始端側を
臨ませている掘削土搬送手段とを備えているトンネル掘
削機において、上記掘削土取込室内に掘削土搬送手段の
搬送始端に連通する上端が掘削土受入口に形成している
シュートを着脱自在に配設しているので、硬質の岩盤を
掘削する場合には該シュートを掘削土取込室内に装着し
ておくことによって、掘削した岩石を該シュート内に取
り込みながら搬送手段により搬出することができるもの
であり、崩壊性の岩盤を掘削する場合には上記シュート
を撤去すると共に泥水注入管を通じて掘削土取込室内に
泥水を注入、充満させ、この泥水圧で切羽地盤を抑える
ことで切羽の崩壊を防止しながら掘進することができ、
掘削土を搬送手段によって後方に搬出することができ
る。

【００２６】従って、計画トンネル線上に硬質岩盤と崩
壊性の岩盤とが存在しても、崩壊性の岩盤に達した時に
薬液注入による地盤改良を行う必要はなく、シュートを
撤去すると共に掘削土取込室内に泥水を注入、充満させ
ることによって硬質岩盤の掘削と同様にトンネルを掘進
しながら崩壊性岩盤の掘削作業が確実且つ能率よく行え
るものである。

【００２７】又、請求項２に係る発明によれば、トンネ
ル掘削機本体はフロントグリッパを有する前胴と、リア
グリッパを有する後胴とを伸縮用ジャッキにより互いに
伸縮方向に移動自在に連結してなるものであるから、従
来のこの種のトンネル掘削機と同様に後胴を掘削壁面に
支持させた状態で前胴を伸縮用ジャッキの伸長により推
進させることで能率よくトンネルの掘進が行えるもので
あり、また、掘削機本体の隔壁に掘削土取込室内に通じ
る扉体を装着しておくことで、硬質岩盤の掘削時にはこ
の扉体を開らいて上記シュートを掘削土取込室内に搬送
手段と連通するように装着し、崩壊性岩盤の掘削時には
シュートを取り外して機内の後方に撤去することがで
き、硬質岩盤の掘削と崩壊性岩盤の掘削とに対する準備
作業が簡単に行える。

【００２８】さらに、上記シュート体の両側板部の後端
面と円弧状底部の後端面とをボルト・ナットによってそ
れぞれ隔壁と搬送手段であるスクリューコンベアの開口
端とに着脱自在に装着するように構成しておくことによ
って、その取り付け、取り外し作業が容易に行えると共
にスクリューコンベアの搬送始端部をシュートの内底部
に突出させた状態にしてシュート内に投入された掘削土
をスクリューコンベアにより円滑に搬出することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】シュートを装着しているトンネル掘削機の簡略
縦断側面図、

【図２】シュートの斜視図、

【図３】シュートを装着している部分の簡略正面図、

【図４】トンネル掘削機の簡略背面図、

【図５】シュートを取り外した状態のトンネル掘削機の
簡略縦断側面図。

【符号の説明】

１ 掘削機本体 1a 前胴 1b 後胴 ２ カッタ板 ３ 伸縮用ジャッキ ４ フロントグリッパ ５ リアグリッパ ６ 隔壁 ７ 掘削土取込室 ８ シュート ９ 掘削土搬送手段 10 スクレーパ 11 泥水注入管 20 扉体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体の開口前端に回転自在に配設され且
   つ背面側にスクレーパを突設しているカッタ板と、該カ
   ッタ板の後方側に張設された隔壁と、これらのカッタ板
   と隔壁間の空間部で形成した掘削土取込室と、この掘削
   土取込室に連通させて上記隔壁に搬送始端側を臨ませて
   いる掘削土搬送手段とを備えているトンネル掘削機にお
   いて、上記掘削土取込室内に掘削土搬送手段の搬送始端
   に連通する上端が掘削土受入口に形成しているシュート
   を着脱自在に配設したことを特徴とするトンネル掘削
   機。
2. 【請求項２】 トンネル掘削機本体はフロントグリッパ
   を有する前胴と、リアグリッパを有する後胴とを伸縮用
   ジャッキにより互いに伸縮方向に移動自在に連結してな
   り、前胴の開口端に多数のローラカッタを突設している
   上記カッタ板を回転自在に配設していると共に上記隔壁
   の背面側に該カッタ板の回転手段を装着してあり、さら
   に、該隔壁を貫通して掘削土取込室内に泥水を注入する
   ための泥水注入管を設けていることを特徴とする請求項
   １記載のトンネル掘削機。