JPH1122375A

JPH1122375A - トンネル掘削機

Info

Publication number: JPH1122375A
Application number: JP18899497A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Miyazawa; 和夫宮沢; Tsutomu Kiuchi; 勉木内; Futoshi Kusumoto; 太楠本; Toshihiko Wada; 利彦和田; Yoshiyuki Obara; 由幸小原; Yasunori Kondo; 保徳近藤; Takahito Yoshida; 貴人吉田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Kawasaki Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Kawasaki Heavy Industries Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-26
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: JP3052070B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軟岩地山中においても十分な掘進反力が確保
できるように作動するグリッパ装置をトンネル掘削機に
備える。【解決手段】トンネル掘削機のグリッパ装置を、トン
ネル掘削機の前後方向に配設された複数の油圧ジャッキ
２０で支持し、油圧ジャッキ２０を作動させることによ
り前端１０ａの突出量が後端１０ｂに対して大きなるよ
うに回動させて地山を押圧するグリップシュー１０と、
グリッパシュー１０の前端部１０ａ、後端部１０ｂを、
平面視して円弧状の摺接面１４を介して支持して推進反
力を地山側に伝達するとともに、回動動作時にグリッパ
シュー１０の回動を案内するスペーサガイド３３とを備
えた。

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削機に係
り、特に岩質が硬岩から軟岩にかけて変化するような地
山中でトンネル掘進を行うのに効果を発揮するグリッパ
装置を備えたトンネル掘削機に装着されるグリッパ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬質の岩盤（硬岩）からなる地山のトン
ネル掘削にふさわしい工法として全断面トンネル掘削機
（以下、ＴＢＭと記す。TBM：Tunnel Boring Machine）
によるトンネル掘削工法がある。このＴＢＭによれば、
掘削機前面のカッターフェースに配設された超硬カッタ
によって硬岩地山中を全断面形状で効率よく掘進するこ
とができる。このＴＢＭの胴殻は、フロントグリッパが
装備された前胴部と、メイングリッパが装備された後胴
部とから構成されており、硬岩地山を掘進する場合に
は、まずメイングリッパによって後胴部を地山に固定
し、前面のカッターフェースで地山切羽を掘削し、メイ
ングリッパで地山側に掘進時のスラスト反力を取って胴
殻内に装備されたスラストジャッキを伸長させて前胴を
前進させるようになっている。このＴＢＭは硬岩等の良
質な岩盤においては極めて高性能で経済的なトンネル掘
削を実現する。

【０００３】ところで、我が国の岩盤地層は欧米などに
比べ、岩盤の生成年代が新しいため、施工を予定してい
るトンネル区間において岩質が硬岩から軟岩まで種々変
化することが多い。このためこのような岩質の変化が予
想される場合に適合できるＴＢＭとして良質な岩盤を掘
削するとともに、軟弱地層の掘進も行えるようにした複
合地質型の機種も開発されている。

【０００４】図８は従来の複合地質型のＴＢＭ５０の一
例の全体図を示した斜視図である。この種のＴＢＭ５０
は前面にカッターフェースＣを備えた前胴部５１と、図
示しないスラストジャッキで連結された後胴部５２とか
ら構成されている。前胴部５１のスキンプレート５６の
外周位置にはフロントグリッパ装置５３が装備され、後
胴部５２のスキンプレート５６の外周の側面位置には接
地面が四角形状をなすメイングリッパ装置５４が装備さ
れている。図８に示したＴＢＭ５０は良質な岩盤中の掘
進では前述したメイングリッパ装置５４を動作させてス
ラストジャッキ（図示せず）の作動により掘進の推力を
得る一方、軟岩層を掘進する場合にメイングリッパ装置
５４だけではスラスト反力の支持が不十分になるとき
は、メイングリッパ装置５４の動作と合わせてＴＢＭ５
０の掘進に伴いＴＢＭ５０後方に順次構築されたインバ
ートライナー（またはセグメント）５５から掘進のため
の反力を取るようになっている。たとえば、この種のグ
リッパ装置を装備したトンネル掘削機の例として、出願
人の一は特公昭６２−３２３１９号公報記載のトンネル
掘削機を提案した。

【０００５】次に図９でメイングリッパ装置５４の構成
及び動作について説明する。メイングリッパ装置５４
は、初期状態として図９（ａ）に示したようにグリッパ
シュー６０が胴殻（スキンプレート５６）内に引き込ま
れ収容された状態にある。スキンプレート５６の内側に
は枠状のグリッパケーシング５７が固着されている。こ
のグリッパケーシング５７内に引き込み状態のグリッパ
シュー６０が収容される。このグリッパシュー６０は、
一端がＴＢＭ５０内部の固定部に固着された油圧ジャッ
キ５８のシリンダ５９の伸長動作によってスキンプレー
ト５６の外周面位置から図９（ｂ）に示したようにトン
ネル地山面７０側に押し出され、所定の押圧力で地山面
７０を押圧することにより、ＴＢＭ５０の掘進時のスラ
スト反力が確保されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図８に示し
ようなＴＢＭでは軟弱層を掘進する際にも、メイングリ
ッパ装置を介しての地山からの反力と、図示しないイン
バートライナーからの反力とを併せて掘進させるように
なっているが、トンネル地山面が軟弱でメイングリッパ
装置との間の摩擦力が十分とれない場合にはメイングリ
ッパ装置をトンネル地山面に押圧してもグリッパシュー
が軟弱な地山面に潜り込むだけで十分な地山反力を得る
ことができず、掘進に際しグリッパ表面と地山とに滑り
が生じてスラスト反力の確保が十分できなくなる。この
ため図示しないインバートライナー（セグメント）に過
大な反力を負担させなくてはならない。このため、硬岩
層と軟弱層が混在するトンネル区間を掘進するＴＢＭで
は複数の反力ジャッキ等の装備を設ける必要があり、機
構が複雑になる上、インバートライナーの剛性を高めた
りする必要があり、全体の装置、支保部材のコストも大
きくなる。また、グリッパフェースから複数本の棒状の
スパイク部材を突出させて軟弱層でのグリップ能力を高
めた装置も提案されている（特開平７−２８６４９３号
公報参照）。しかし、この装置では掘進時にスパイク部
材に過大な曲げが生じてスパイク部材が変形してしま
い、スパイク部材が滑らかに伸縮できないという問題が
ある。

【０００７】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、硬岩から軟弱層までの広い
範囲の岩質を対象にトンネル掘進を可能にするグリッパ
装置を備えたトンネル掘削機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は後胴部胴殻からグリッパ装置のグリッパシ
ューを所定量だけ突出させて地山を押圧して推進反力を
とり、前胴部前面のカッターフェースでトンネル切羽を
全断面掘削しながら掘進するトンネル掘削機において、
前記グリッパ装置は、前記トンネル掘削機の前後方向に
配設された複数の駆動手段に支持され、該駆動手段を作
動させることにより所定の伸縮ないし回動動作が付与さ
れ、そのときのトンネル切羽側前端の突出量が後端に対
して大きくなるように前記後胴部胴殻から突出可能なグ
リッパシューと、該グリッパシューの前端部および後端
部を、平面視して円弧状の摺接面を介して支持して前記
推進反力を地山側に伝達するとともに、伸縮ないし回動
動作を案内するスペーサガイドとを備えたことを特徴と
する。

【０００９】このとき、前記グリッパシューは外側表面
に凹凸形状が付されるようにすることが好ましい。ま
た、前記凹凸形状は前記グリッパシューに着脱自在に取
り付けられたブロックとすることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のトンネル掘削機の
一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
なお、従来のトンネル掘削機（ＴＢＭ）と同様の構成の
ものには同一符号を付してある。図１は本発明のトンネ
ル掘削機（ＴＢＭ）の全体を示した概略斜視図である。
同図に示したように、このＴＢＭは従来のＴＢＭと同様
に、前面にカッターフェースＣを備えた前胴部５１と、
図示しないスラストジャッキで連結された後胴部５２と
から構成されている。前胴部５１のスキンプレート５６
の外周位置には従来のものと同様のフロントグリッパ装
置５３が装備され、後胴部５２のスキンプレート５６の
外周の側面位置には接地面が縦長の四角形状をなすメイ
ングリッパ装置１（以下、グリッパ装置１と記す。）が
装備されている。スキンプレート５６の開口２から露出
している縦長四角形状のグリッパシュー１０の表面には
所定間隔に凹形状部１１が形成されている。

【００１１】図２各図は本発明のグリッパ装置１の平断
面構成を示した断面図である。図２（ａ）に示したよう
にグリッパ装置１はスキンプレート５６に形成された開
口部２の内側に固着された枠状のグリッパケーシング３
２内に収容されている。またグリッパケーシング３２の
内面にはグリッパシュー１０を、グリッパケーシング３
２内の所定位置に保持させるとともに、グリッパシュー
１０の回動を案内するスペーサガイド３３がグリッパシ
ュー１０との間に設けられている、このスペーサガイド
３３とグリッパシュー１０との当接面１４は図２（ａ）
に示したように、断面形状が所定の曲率からなる円弧状
をなし、グリッパシュー１０の上下方向に関しては図３
の各図に示したように、ＴＢＭの胴殻の曲率に一致した
円弧形状をなしている。また、スペーサガイド３３はグ
リッパシュー１０がトンネル地山面へ押し出される際
に、グリッパシュー１０を支持するために、グリッパケ
ーシング３２の内周面に沿って所定量だけスキンプレー
ト５６の表面から一部が突出するようになっている。こ
の場合、スペーサガイド３３の地山側への押し出し動作
はグリッパシュー１０の動作に追従するようにしてもよ
いし、油圧ジャッキ等の図示しない他の駆動手段を設け
てグリッパシュー１０の動作と同期をとってスペーサガ
イド３３を別途動作させてもよい。

【００１２】スキンプレート５６内の図示しない固定部
にはグリッパシュー１０をトンネル地山面へ押圧するた
めに複動式の油圧ジャッキ２０の基部が固着されてい
る。油圧ジャッキ２０のシリンダロッド２１の先端は、
グリッパシュー１０の背面に一体的に固着されたグリッ
パ支持フランジ２２に取り付けられている。１基のグリ
ッパシュー１０に対して本実施の形態では、図２、図
４、図６に示したように、ＴＢＭの前後方向に２本、上
下方向に２本の合計４本の油圧ジャッキ２０が配備され
ている。以下、前後方向の２本の油圧ジャッキ２０を特
定する場合、前方ジャッキ２０Ａ、後方ジャッキ２０Ｂ
と記す。前方ジャッキ２０Ａ、後方ジャッキ２０Ｂのそ
れぞれ上下位置に配置された２本は同一の動作をするの
で、以下の説明では図２各図に平面配置を示したジャッ
キ２０Ａ、２０Ｂの動作について説明する。

【００１３】前方ジャッキ２０Ａのシリンダロッド２１
Ａの先端は連結ピン２３を介してグリッパ支持フランジ
２２に連結されている。一方、後方ジャッキ２０Ｂのシ
リンダロッド２１Ｂの先端位置のグリッパ支持フランジ
２２にはＴＢＭの前後方向に沿った方向が長径となる長
孔２４が形成されており、この長孔２４にシリンダロッ
ド２１Ｂの先端がピン結合されている。また、油圧ジャ
ッキ２０の圧力源としての油圧ポンプ３０から供給され
る油圧の制御を行うために制御部３１が設けられてい
る。なお、油圧ポンプ３０は各ジャッキ２０に対してそ
れぞれ設けるようにしてもよいし、単独のタンク（図示
せず）及びポンプ３０からの油圧系統を図示しない切替
バルブの操作により切り替えて複数台の油圧ジャッキ２
０を独立して作動させるようにしてもよい。

【００１４】グリッパ支持フランジ２２の外面に連結さ
れた油圧ジャッキ２０のシリンダロッド２１の伸張量、
縮退量は所定の制御回路によって同期をとってあるいは
それぞれ独立して作動するようにも調整できる。したが
って、通常の硬岩地山を掘進しているような場合には２
本の油圧ジャッキ２０Ａ、２０Ｂには等しい伸長量が設
定されるが、軟弱層中を掘進するような場合には図２
（ｂ）に示したように２本の油圧ジャッキ２０Ａ、２０
Ｂのシリンダロッド２１Ａ、２１Ｂを所定量だけ伸張さ
せるとともに、前方ジャッキ２０Ａのシリンダロッド２
１Ａを更に伸張させてグリッパシュー１０の前端１０ａ
が十分地山内に食い込むようにして掘進時の推進反力を
確保することができる。なお、油圧ジャッキ２０の他、
電動モータ等の他の公知の駆動手段によってグリッパシ
ュー１０を地山側に押圧させてもよいことはいうまでも
ない。

【００１５】このときグリッパ支持フランジ２２とグリ
ッパシュー１０との境界にはグリッパシュー１０の前後
方向の両端面に球座面１４が形成されている。図２
（ｂ）に示したように前方ジャッキ２０Ａを後方ジャッ
キ２０Ｂより僅かに伸張させた場合にグリッパシュー１
０及びグリッパ支持フランジ２２は、その回動中心に関
してスペーサガイド３３との球座面１４に沿って摺動
し、回動する。このようにＴＢＭの掘進方向に対して前
方ジャッキ２０Ａを僅かに大きなストローク分だけ伸張
させることで掘進時に胴殻に沿って伝達されたスラスト
推力を地山に確実に支持させることができる。このとき
グリッパシュー１０の前端１０ａが地山を変形させるよ
うに地山面７０に食い込むので、確実に地山に反力を取
らせることができる。また、グリッパシュー１０の前端
１０ａがスキンプレート５６表面から比較的大きく押し
出された場合にも、スラスト反力は球座面１４でグリッ
パシュー１０と当接するスペーサガイド３３を介して胴
殻からグリッパシュー１０から地山に伝達され、油圧ジ
ャッキ２０Ａ、２０Ｂのシリンダロッド２１Ａ、２１Ｂ
には横荷重はほとんど作用しない。したがって、油圧ジ
ャッキ２０は横方向の荷重に対する剛性を確保する必要
がなく、シリンダ伸縮能力によって決定すればよい。

【００１６】次に、図３〜図７を参照してこのグリッパ
シュー１０の外周面に形成される凹部及び凸部の形状に
ついて説明する。図３（ａ）には外表面に複数の小さな
四角形状の凹部１１が所定の間隔で形成されたグリッパ
シュー１０が示されている。また、図３（ｂ）には所定
の鋼製ブロック１５をグリッパシュー１０表面の凹所に
固定ボルト１６を介して固着した凸部が所定の間隔で配
置されている。

【００１７】図３（ａ）に示したグリッパシュー１０
は、図４（ａ）〜（ｃ）の各図に示したように、ＴＢＭ
のスキンプレート５６の曲率に等しい曲率からなる。グ
リッパシュー１０は鋼板加工品であり、外表面の凹部形
状は工場製作時に形成されるようになっている。また、
図５（ａ）、（ｂ）に示したように、扁平な球面状の凸
部１２を配設したり、グリッパシュー１０の表面全面に
わたり鋸歯状面１３を形成することもできる。

【００１８】一方、図３（ｂ）に示したグリッパシュー
１０は、図６各図に示したように、グリッパシュー１０
表面に形成された凹所１１に凸形状の鋼製ブロック１５
が取り付けられたものである。このグリッパシュー１０
及び鋼製ブロック１５の構成について説明する。グリッ
パシュー１０には図６（ａ）に示したような所定間隔で
凹所１１が形成されており、各凹所１１の底面には所定
のボルト穴（図示せず）が形成されている。この凹所１
１にボルト挿通孔が形成された鋼製ブロック１５をはめ
込み、固定ボルト１６をボルト挿通孔に挿通して図６
（ｃ）、（ｄ）に示したように各凹所１１にネジ固定す
るようになっている。このようにグリッパシュー１０の
表面に所定の凹凸形状を施すことにより軟岩層から軟弱
層にかけても十分な摩擦力を確保することができ、ＴＢ
Ｍ掘進の際にグリッパシュー１０部分に滑りが生じるこ
とを防止することができる。なお、掘進途中において以
後、軟岩層ないしは軟弱層を掘進しないことが分かって
いる場合には、図６（ｄ）に示したように、凹所を閉塞
し、グリッパシュー１０の表面が平滑な曲面となるよう
に鋼製ブロック１７を取り付けることも可能である。ま
た、図７に示したように、個々の独立した鋼製ブロック
１５、１７に代えて、グリッパシュー１０の全高に近い
長さの細長い形状の凸状ブロック１８を複数箇所で固定
ボルト１６によって固着してもよい。

【００１９】以上に述べたようなグリッパシュー１０を
備えたグリッパ装置１において、軟岩層〜軟弱層中を掘
進する場合、グリッパ装置１を図２（ａ）のようにＴＢ
Ｍの進行方向に対してグリッパシュー１０の前端１０ａ
が突出するように地山側に前傾させるように油圧ジャッ
キ２０を作動させた際に、グリッパシュー１０の一部
が、グリッパケーシング３２内に収容された状態のスペ
ーサガイド３３で支持された状態で所定角度だけ回動す
るようにしたので、グリッパシュー１０に伝達されるス
ラスト反力が油圧ジャッキ２０等の駆動機構へ付加的な
横方向力として作用することを防止することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるグリッパ装置が用いられたトンネ
ル掘削機の一実施の態様を示した全体斜視図。

【図２】グリッパ装置の概略構成を示した部分横断面
図。

【図３】グリッパ装置のグリッパシューの表面形状を示
した概略斜視図。

【図４】図３（ａ）に示したグリッパシューの正面図、
断面図。

【図５】グリッパシューの表面形状の変形例を示した正
面図、断面図。

【図６】図３（ｂ）に示したグリッパシューの正面図、
断面図。

【図７】グリッパシューの表面形状の変形例を示した正
面図。

【図８】従来のトンネル掘削機とそのグリッパ装置の外
観を示した斜視図。

【図９】従来のグリッパ装置の概略構成を示した部分横
断面図。

【符号の説明】

１グリッパ装置１０グリッパシュー１１凹所１２凸部２０油圧ジャッキ２２グリッパ支持フランジ２４長孔３２グリッパケーシング３３スペーサガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木内勉東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者楠本太東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者和田利彦東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者小原由幸東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者近藤保徳兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者吉田貴人兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号川崎重工業株式会社神戸本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】後胴部胴殻からグリッパ装置のグリッパシ
ューを所定量だけ突出させて地山を押圧して推進反力を
とり、前胴部前面のカッターフェースでトンネル切羽を
全断面掘削しながら掘進するトンネル掘削機において、前記グリッパ装置は、前記トンネル掘削機の前後方向に
配設された複数の駆動手段に支持され、該駆動手段を作
動させることにより所定の伸縮ないし回動動作が付与さ
れ、そのときのトンネル切羽側前端の突出量が後端に対
して大きくなるように前記後胴部胴殻から突出可能なグ
リッパシューと、該グリッパシューの前端部および後端
部を、平面視して円弧状の摺接面を介して支持して前記
推進反力を地山側に伝達するとともに、伸縮ないし回動
動作を案内するスペーサガイドとを備えたことを特徴と
するトンネル掘削機。
【請求項２】前記グリッパシューは外側表面に凹凸形状
が付されたことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘
削機。
【請求項３】前記凹凸形状は前記グリッパシューに着脱
自在に取り付けられたブロックからなることを特徴とす
る請求項２記載のトンネル掘削機。