JPS5812439B2 - トンネル掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本願発明は、先進導坑ついで上部半断面を掘削して所望
のトンネルを掘削するトンネル掘削装置に関する。

従来、トンネル掘削工法として、トンネルを形成すべき
個所に底設導坑を先進掘削しつつトンネル断面の上部半
断面掘削及び側部掘削を順次行って大断面のトンネルを
形成する底設導坑先進上半断面工法が一般に行われてい
る。

そしてこの工法の実施には、互に別個独立の導坑用掘削
機と上部半断面用掘削機の二種類の掘削機が使用されて
おり、そのため比較的短いトンネルの掘削にあたっては
工費がかさむ欠点があった。

本願第１の発明は、まず導坑を掘削し、ついで該導坑を
掘削した掘削機をカッターのみ取り替えて該導坑内で後
退移動させつつ上部半断面の掘削を行うことができる安
価なトンネル掘削装置を提供することを目的とする。

また本願第２の発明は、構造を簡略化してさらに安価に
提供できるトンネル掘削装置を提供することを目的とす
るものである。

以下図面を参照して本願発明の実施例を説明する。

第１図において、掘削機本体Ｓは、支持台１の上に前後
方向へ向けて水平に固定された軸受２に駆動軸３を回転
自在にかつ進退自在に支承すると共に、軸受２の中間部
に上記駆動軸３を往復回転させる回転駆動機構４が装備
されており、又支持台１上に油圧シリンダ５…を設置し
、これらシリンダのロツド６…の上端に第１３図示のよ
うに湾曲した反力板７を取りつけ、各シリンダの進出駆
動により反力板７が坑の上部内壁面に圧接して後述の掘
削反力を受けるようにしてある。

なお、上記支持台１は進退機構を装備しており、該進退
機構は次のようである。

第１ａ１ｂ図において、支持台１の下部両側に下方へ開
口するチャンネル状の外側フレーム８，８を形成し、該
フレーム８，８のチャンネル内に外側フレームとほぼ同
長の内側板９，９をそれぞれ上下及び前後摺動自在に嵌
合し、この内側板９，９上面と外側フレームとの間に連
結した油圧シリンダ１０の駆動により、内側板９，９を
外側フレーム８，８内で進退できるようにしてあり、又
内側板９，９の前後両側部に油圧ジャッキ１１，１１・
・をそれぞれ垂直に固定すると共に、外側フレーム８，
８のチャンネル内の上記ジャッキ１１．１１に対応する
位置に適宜長のスキツド板１２．１２・・を水平に固定
し、該ジャッキ１１，１１・・の駆動によりスキツド板
１２．１２・・を介して外側フレーム８，８を内側板９
，９より押し上げるようにしてある。

従って、ジャッキ１１．１１・・の駆動による外側フレ
ーム８，８すなわち支持台１の押し上げと、油圧シリン
ダ１０・の１駆動による内側板９，９の進退七の交互作
用により支持台１が一定距離づつ進退することとなる。

また、上記駆動軸３を往復回転させる回転駆動機構４は
次のようである。

第１ｃ図において、軸受２の中間部に駆動ボックス１３
が設けてあり、該ボックス１３内には、上記駆動軸３の
後部に設けたスブテイン溝１４に嵌合し該軸を回転不能
且摺動自在に貫通保持するターニングチューブ１５がベ
アリング１６．１６を介して回転自在に支持されている
。

そしてこのターニングチューブ１５は油圧力により往復
回転するようになっており、その具体的手段として、上
記ターニングチューブ１５の外側面に第１ｄ図のように
レバー１７ａ，１７ｂを突設し該レバー１７ａ，１７ｂ
の各々に弧状リンク１８ａ，１８ｂをピン１９ａ，１９
ｂで、上記リンク１８ａ，１８ｂの他端にターニングリ
ンク２０ａ，２０ｂ，をピン２１ａ，２１ｂで順次連結
すると共に、上記ターニングリンク２０ａ ，２０ｂの
他端を駆動ボックス１９に突設したブラケット２２ａ，
２２ｂにピン２３ａ，２３ｂで軸支し、このリンク２０
ａ ，２０ｂの各各の中間部に往復回転駆動用油圧シリ
ンダ２４ａ，２４ｂのラム２５ａ，２５ｂを連結してあ
る。

なおシリンダ２４ａ，２４ｂの基部は駆動ボックス１３
内に突設されたブラケット２６ａ，２６ｂに軸支されて
いる。

さらに、上記駆動軸３を進退させる具体的手段は次のよ
うである。

上記軸受２の前方部内面に第１ｃ図に示すようにブラケ
ット２７を突設し、このブラケット２７に油圧シリンダ
２８を軸支すると共に、該シリンダ２８のラム２９先端
を、第１ｅ図に示すように駆動軸３先端に固定したフラ
ンジ３０に回転自在に係合させた断面コ字状の環３１に
連結してある。

したがって、駆動軸３は往復回転に左右されることなく
油圧シリンダ２８の伸縮駆動によって水平方向に進退作
動する。

なお３１′は環３１を保持案内するためのスライドバー
で、上記油圧シリンダ２８の駆動に供なって筒３１″内
を摺動する。

上記駆動軸３の前端には、上記フランジ３０に一体に固
定されたブラケット３２を介して導坑掘削用カッターＰ
又は上部半断面掘削用カッターＰａが着脱自在に装着さ
れる。

上記導坑掘削用カッターＰは次のようになっている。

第１及１ａ図のように、駆動軸３前端のブラケット３２
をガイドアーム３３の後面中心部にネジ３４…により直
角に螺着固定し、このガイドアーム３３の前面全長に設
けた係合溝に２個のスライド板３５，３５を長手方向へ
摺動自在に係合すると共に、各スライド板３５，３５に
モータ３６及び該モータにより回転されるドラム状の掘
削ヘッド３７をそれぞれ装着してある。

３８はガイドアーム３３の側面に固定されたスライド板
３本駆動用油圧シリンダで、そのラム３９を一方のスラ
イド板３５に連結してある。

同様にガイドアーム３３の他側面に別のスライド板駆動
用油圧シリンダ３８が固定され、そのラム３９が他方の
スライド板に連結されている。

また上記上部半断面掘削用カッターＰａは次のようであ
る。

第２図示のように、駆動軸３の前端に、上記ガイドアー
ム３３よりも長く且左右側面に係合溝を有するガイドア
ーム４０の一端部寄りの部分をネジ３４・・により直角
に螺着固定し、このガイドアーム４０の長尺部４０ａ側
の係合溝にスライド板４１を長手方向へ摺動自在に係合
すると共に、該スライド板４１の後面にモータ４２及び
該モータにより回転されるドラム状掘削ヘッド４３が装
着してあり、さらにガイドアーム４０の前面にスライド
板駆動用油圧シリンダ４４を取付け、そのラム４５をス
ライド板４１に連結してある。

４６．４７はガイドアーム４０の両端に設けた油圧ジャ
ッキである。

次に本発明掘削機の作用を説明する。

まず、駆動軸３の前端に第１図示のように導坑掘削用カ
ッターＰのガイドアーム３３を螺着固定し、この掘削機
を用いてトンネルＴを成形すべき個所に導坑Ａを掘削す
る。

この場合孫削形成すべき個所の上部半断面Ｂの掘削中心
位置と同芯となるよう位置させる。

導坑Ａの掘削は一例として、スライド板駆動用油圧シリ
ンダ３８．３８の駆動により両掘削ヘッド３７．３７を
ガイドアーム３３の中央部に寄せ、その状態でモータ３
６，３６の始動により両掘削ヘッド３７．３７を回転さ
せると共に油圧シリンダ２８．２８を伸出駆動させて駆
動軸３を一定距離前進させる。

これによりヘッド３７，３７に対応する２つの円形穴を
掘削する。

ついで駆動軸３を後退させつつ支持台１を一定距離前進
させると共に、油圧シリンダ５，５・・を駆動させて反
力板７を坑の内壁面に押し当てて支持台１を強固に支持
する。

そして回転駆動機構４により駆動軸３を本例では約１８
０度回転させそれにより第４図示のように両ヘッド３７
．３７の合計直径にほぼ相当する直径の円形穴ａをまず
掘削する。

次にスライド板駆動用油圧シリンダ３８ ．３８の駆動
により回転ヘッド３７．３７をガイドアーム３３に沿っ
て適宜外方へ移動させて、先に掘削した円形穴ａの外側
部を掘削し、ついで回転駆動機構４により両回転ヘッド
３７．３７を１８０度公転させ、それにより円形穴ａの
外側を環状に掘削し、先の円形穴と合わせてさらに大径
の円形穴を形成する。

以下同様の操作を繰返し、所望直径の導坑用穴を形成す
ると共に、油圧シリンダ５，５・・を後退移動させて反
力板７による支持台１の坑内壁面への固定を解除する。

以上の操作を繰返してトンネルを形成すべき個所に所望
直径の導坑Ａを貫通させる。

なお掘削土砂はコンベア４８により後方へ搬送し坑外に
排出する。

次に上部半断面Ｂの掘削を行なうが、この場合、まず上
記掘削機本体Ｓの駆動軸３から導坑掘削用カッターＰを
取り外し、これに代えて第２図示のように上部半断面掘
削用カッターＰａを付け替える。

ついでスライド板駆動用油圧シリンダ４４の駆動により
掘削ヘッド４３を導坑Ａの周縁部に対向させた状態でモ
ータ４２の始動によりヘッド４３を回転させ、それと共
にヘッド４３の１回分の掘削厚さに相当する距離だけ油
圧シリンダ２８・を後退駆動させて駆動軸３を後退させ
、第２図示のように回転ヘッド４３により導坑周縁部に
穴を掘削する。

ついでガイドアーム４０を例えば垂直に向け、油圧ジャ
ッキ４６．４７を張り出して該ガイドアームを固定し、
その状態でスライド板駆動用油圧シリンダ４４の駆動に
より回転ヘッド４３を外方へ移動させ、それにより第４
ａ図示のように導坑Ａの壁面から上半部Ｂの外周までヘ
ッド４３の直径巾の溝ｂを掘削する。

次に油圧シリンダ４４の駆動によりヘッド４３を元の位
置（内方）へ戻すと共に、油圧ジャッキ４６．４７を収
縮し、そして回転駆動機構４の駆動により駆動軸３を若
干回転させ、それによりガイドアーム４０を上記垂直状
態から掘削ヘッド４３の直径にほぼ相当する角度だけ回
転させ、その位置で油圧ジャッキ４６ ．４７を張出す
。

そして以下上記と同様の操作を行なう。

上記の操作を繰返すことにより第４ｂ図示のように上右
半部をほぼ扇形状に掘削し、全体として上半部全面を第
４０図示のように広角扇形状に掘削する。

以上の操作を支持台１の後退移動の毎に行い、トンネル
Ｔを形成すべき個所全長にわ起って上部半断面を掘削す
る。

この場合、掘削ズリは掘削機の前部に落下し、そして掘
削機が後退移動した後の上半部が掘削された広い坑内に
残されるから、坑の前口からパケットトラクター等を入
れて掘削機の操作と無関係に自由に排出することができ
る。

なお、軟質地盤における上半部掘削の他の例として、油
圧シリンダ５，５・・を伸出駆動させて反力板７を導坑
Ａの内壁面に押し当て支持台１を強固に支持し、ついで
油圧ジャッキ４６．４７を収縮し、回転駆動機構４の駆
動によりガイドアーム４０を一定角度で往復揺動させる
と共に、ガイドアームの揺動毎に油圧シリンダ４４を若
干駆動させて回転ヘッド４３の、揺動掘削により上半部
を扇状に掘削することもある。

第５，６図は他のトンネル掘削装置を示し、スライド板
３５’，３５’が第１図のもの３５，３５よりも外方へ
移動できるようにすると共に、ガイドアーム３３′の前
面又は後面を掘削機本体Ｓ′の駆動軸３′の前端にネジ
３４′・・により着脱自在に付け替えることができるよ
うに−し、それにより１つの掘削カッターで、導坑掘削
用カッターＰ′と上部半断面掘削用カッターＰａ’に使
用することができるようにしたもので、他の構造は第１
図の掘削機と実質的に同一である。

図中符号１’， ２’， ４’， ５’， ６’７’，
３ ６’， ３ ８’， ３ ９’， Ｓ’は第１図
の応当する符号の部分と実質的に同一である。

本願第１発明のトンネル掘削装置によれば、これをもっ
てトンネルを掘削する場合はまず掘削機本体の駆動軸に
導坑掘削用カッターを固定して導坑を掘削貫通し、つい
で上記掘削機本体の駆動軸に、導坑掘削用カッターに代
えて上部半断面掘削用カッターをつけ替え、掘削機本体
を導坑内で後退させつつ上部半断面を掘削し、このよう
に１台の掘削機本体と導坑掘削用カッター及び上部半断
面掘削用カッターとの簡単な構成によって所望のトンネ
ルを掘削することができるものであり、従って比較的短
いトンネルであっても安い工費で掘削することができる
ようになる。

本願第２発明のトンネル掘削装置によれば、掘削機本体
の駆動軸に導坑掘削用兼上部半断面掘削用カッターをそ
の回転掘削ヘッドを前方へ向けて固定して導坑を掘削貫
通し、ついで上記掘削用カッターをその回転掘削ヘッド
を後方へ向けて駆動軸につけ替えて掘削機本体を導坑内
で後退移動させつつ上部半断面を掘削し、このように１
台の掘削機本体と１種類の掘削用カッターとのさらに簡
単な構成によって所望のトンネルを掘削することができ
、従ってさらに安い工費で作業を行なうことができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本願発明の実施例を示し、第１図は導坑掘削用カ
ッターを取付けた掘削装置の側面図、第１ａ図は同上一
部切欠拡大正面図、第１ｂ図は支持台部分の一部切欠拡
大側面図、第１ｃ図は駆動軸の回転駆動機構の一部切欠
拡犬側面図、第１ｄ図は第１ｃ図の縦断正面図、第１ｅ
図は駆動軸の進退用シリンダの取付けを示す一部切欠拡
犬図、第２図は上部半断面掘削用カッターを取付けた掘
削装置の側面図、第３図は上部半断面掘削用カッターの
拡大正面図、第４図は導坑掘削工程の略線図、第４ａ，
４ｂ，４ｃ図は上部半断面掘削工程の各略線図、第５図
は他のトンネル掘削装置の側面図、第６図は掘削カッタ
ーのっけ替えを示す拡大側面図である。 １．１’…支持台、３ ． ３’…駆動軸、７，７′…
反力板、３３，３３’…ガイドアーム、３８．３８’…
掘削ヘッド、４０…ガイドアーム、４３…掘削ヘッド、
ｓ ， ｓ’…掘削機本体、Ｐ ， Ｐ’…導坑掘削用
カッター Ｐ ａ ， Ｐ ａ’…上部半断面掘削用カ
ッター０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前進後退自在の支持台に、駆動軸を回転自在且進退
   自在に支承し、該駆動軸を一定角度往復回転させる回転
   駆動機構及び該駆動軸を進退させる進退駆動機構を備え
   ると共に、上記支持台上に反力板を昇降自在に装備して
   なる掘削機本体と、上記駆動軸前端にアーム中心部を着
   脱自在に直角に固着できるようにしたガイドアームを有
   し、該ガイドアームに、２個のスライド板を該ガイドア
   ームの長手方向に移動自在に係合すると共に、各スライ
   ド板に、モータ及び該モータにより回転され且該ガイド
   アーム前面がわに突出する回転掘削ヘッドを装着し、さ
   らに上記スライド板を長手方向へ移動させる駆動手段を
   備えてなる導坑掘削用カッターと、 上記駆動軸の前端に、アームの一端寄り部分を着脱自在
   に直角に固着できるようにしたガイドアームを有し、該
   ガイドアームに、１個のスライド板を上記導孔掘削用カ
   ッターのスライド板よりさらに外側位置まで該ガイドア
   ームの長手力向に移動自在に係合すると共に、該スライ
   ド板に、モータ及び該モータにより回転され且該ガイド
   アーム後面がわに突出する回転掘削ヘッドを装着し、さ
   らに上記スライド板を長手力向へ移動させる駆動手段を
   備えてなる上部半断面掘削用カッターと、を含むトンネ
   ル掘削装置。 ２ 前進後退自在の支持台に駆動軸を回転自在且進退自
   在に支承し、該駆動軸を一定角度往復回転させる回転駆
   動機構及び該駆動軸を進退させる進退駆動機構を備える
   と共に、上記支持台上に反力板を昇降自在に装備してな
   る掘削機本体と、上記駆動軸前端に、アーム中心部の前
   面又は後面を選択的に着脱自在に直角に固着できるよう
   にしたガイドアームを有し、該ガイドアームに、２個の
   スライド板を該ガイドアームの長手方向へ移動自在であ
   って、一方のスライド板を他方のスライド板よりも外側
   位置まで移動できるように係合し、各スライド板に、モ
   ータ及び該モータにより回転され且該ガイドアームの一
   面から突出する回転掘削ヘッドをそれぞれ装着し、さら
   に上記各スライド板を長手方向へ移動させる駆動手段を
   備えた導坑掘削用兼半断面掘削用カッターと、を含むト
   ンネル掘削装置。