(57)【要約】【課題】トンネル掘削機の扉において、扉の閉鎖時に膨張袋体から扉にかかる圧力を分散することができる。  【解決手段】扉板２１と、扉板２１の両側面に設けられた上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂと、扉板２１の後面２１ｂの上部側に設けられた上側ストッパー２３と、扉板２１の後面２１ｂの下部側に設けられた下側ストッパー２４とから構成された扉４が各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの切羽側開口に配設される。各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ内の壁部１７には扉４の開閉と共に上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂが滑走する第一のレール及び第二のレール３２ｂと上側ストッパー２３が収容される溝部３２とが配設される。各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ内の床部１８には、閉鎖時に下側ストッパー２４を支持する下側ストッパー受け３３が配設される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放型トンネル掘削機の切羽側開口部に設けられて、切羽を押さえ、前記開放型トンネル掘削機の壁部に設けられたガイドに沿って移動し開閉する扉の構造であって、
前記扉の閉鎖時に前記開放型トンネル掘削機の壁部に設けられた第一の支持部に支持される第一のストッパーと、
前記扉の閉鎖時に前記開放型トンネル掘削機の床部に設けられた第二の支持部に支持される第二のストッパーと、を備えることを特徴とする開放型トンネル掘削機の扉の構造。
【請求項２】
前記第一のストッパーおよび前記第二のストッパーは下側が上側より小径のテーパー部を備えて、前記第一の支持部は前記第一のストッパーのテーパー部型の凹部を備え、前記第二の支持部は前記第二のストッパーのテーパー部型の凹部を備えることを特徴とする請求項１に記載の開放型トンネル掘削機の扉の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路トンネルやアンダーパス、共同溝といった主に矩形断面などのトンネルを掘削するための開放型トンネル掘削機の切羽側に備える扉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市域に設けられる道路や共同溝などのトンネルは、一般的に矩形断面である。しかし、円形断面のシールド掘削機を使用して掘削する場合には、必要以上の断面を掘削することになり、特に、周囲に埋設物が多い市街地の浅い深度においては、円形断面のシールド掘削機の使用ができない場合もあった。
そこで、矩形断面のトンネルを掘削できるシールド掘削機が使用されているが、矩形断面のシールド掘削機は高価で、特に矩形断面の密閉型シールド掘削機はカッター機構が複雑でより高価であった。また、矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて矩形断面の開放型のシールド掘削機ではコストを下げることができるが、地表面の沈下が矩形断面の密閉型シールド掘削機に比べて２〜３倍ほど大きくなるという問題があった。
【０００３】
そこで、複数の小断面掘削区画に分割された矩形断面の開放型シールド掘削機が提案されている。この掘削機では、例えば上下方向に２段、左右方向に２列の小断面掘削区画に分割され、各小断面掘削区画には開閉可能な扉と掘削機とを備えている。そして、この扉の切羽側には、所定の圧力で膨張可能な膨張袋体が備えられており、掘削を行う小断面掘削区画以外は扉を閉めて膨張袋体によって切羽を押圧し、切羽の崩落や地表面沈下を抑制している。
また、特許文献１によれば、切羽に対し膨張状態で接触するエアバッグを背面から押さえて、切羽に対し開閉可能な押さえ部材を備えた掘削用エレメントが提案されている。この掘削用エレメントによれば、掘削休止時などにおいてエアバッグが切羽を抑えることによって切羽崩落を防止している。
【特許文献１】特開２００８−１６３６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の掘削機では以下のような問題があった。
複数の小断面掘削区画に分割された矩形断面の開放型シールド掘削機に備える扉は、扉が閉められて膨張袋体が膨張して切羽を押圧する状態において膨張袋体からの圧力を受ける。そして、蝶番が扉の上端にあって扉の下端を掘削機側へ引き上げて開く構造の扉では、小断面掘削区画の開口を閉鎖する際に、扉の両側下端部に備えられたかんぬきによって固定されているが、膨張袋体から扉へかかる圧力がかんぬきの金具へ伝達して、かんぬきの金具が変形してかんぬきが抜けなくなり、扉の開閉にも支障が生じるという問題があった。
また、特許文献１による掘削用エレメントに備える押さえ部材においても、押さえ部材を固定する固定部材は揺動式のため、故障した場合には押さえ部材を固定できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、扉が閉められて切羽を押さえた状態において、切羽側から扉にかかる圧力を分散できて、扉に大きな圧力がかかった場合も確実に扉を固定でき、また容易に扉を開閉できる開放型トンネル掘削機の扉の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
また、本発明に係る開放型トンネル掘削機の扉の構造では、開放型トンネル掘削機の切羽側開口部に設けられて、切羽を押さえ、開放型トンネル掘削機の壁部に設けられたガイドに沿って移動し開閉する扉の構造であって、扉の閉鎖時に開放型トンネル掘削機の壁部に設けられた第一の支持部に支持される第一のストッパーと、扉の閉鎖時に開放型トンネル掘削機の床部に設けられた第二の支持部に支持される第二のストッパーと、を備えることを特徴とする。
本発明では、開放型トンネル掘削機の壁部に設けられた第一の支持部に支持される第一のストッパーと、開放型トンネル掘削機の床部に設けられた第二の支持部に支持される第二のストッパーとを備えていることにより、扉が切羽側開口部を閉鎖し切羽を押さえる際に、切羽側から扉にかかる圧力を第一及び第二のストッパーと第一及び第二の支持部を介して壁部と床部に伝達させることができ、扉に圧力が集中することを防ぐことができる。
【０００７】
また、本発明に係る開放型トンネル掘削機の扉の構造では、第一のストッパーおよび第二のストッパーは下側が上側より小径のテーパー部を備えて、第一の支持部は第一のストッパーのテーパー部型の凹部を備え、第二の支持部は第二のストッパーのテーパー部型の凹部を備えることが好ましい。
本発明では、第一および第二のストッパーは下側が上側より小径のテーパーに形成されて、第一の支持部は第一のストッパーのテーパー型の凹部を備え、第二の支持部は第二のストッパーのテーパー型の凹部を備えることにより、切羽側開口部を閉鎖した状態の扉において、第一および第二のストッパーは第一および第二の支持部と結合して支持されると共に、扉を開放する際には第一および第二のストッパーを上方へ移動させれば第一及び第二の支持部から容易に離すことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、切羽側開口部に設けられた扉には、扉の閉鎖時に開放型トンネル掘削機の壁部に設けられた第一の支持部に支持される第一のストッパーと、扉の閉鎖時に開放型トンネル掘削機の床部に設けられた第二の支持部に支持される第二のストッパーとを備えているので、扉の閉鎖時に切羽側から扉にかかる圧力を分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉の構造について、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の全体概要を示す図、図２は図１に示す開放型トンネル掘削機の正面図、図３は本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉が開口部を閉鎖している状態を示す図、図４は本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉が開口部を開放している状態を示す図、図５は本発明の実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉の斜視図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施の形態による開放型トンネル掘削機１は、例えば道路トンネルやアンダーパス、共同溝といった用途で構築される矩形断面のトンネルを掘削するため開放型のトンネル掘削機であって、比較的地盤中の水が少なく且つ浅い深度のトンネルに採用されている。
そして、基本的には周知のシールド掘削機と同様に、１サイクル分の地山を掘削しつつ適宜な搬送手段によって掘削土砂を坑外に搬出し、開放型トンネル掘削機１の後方で例えばコンクリート、スチール等のセグメントＳ（覆工体）を組み立て、そのセグメントＳから反力を取って推進するものである。１サイクルの掘進距離とは、１リング分のセグメントＳを設置することが可能な距離とされる。
なお、本実施の形態では、トンネルの掘削方向を「前方」、「前端」とし、その反対方向を「後方」、「後端」として以下説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、開放型トンネル掘削機１は、矩形断面形状のトンネル断面を上下方向に２段で左右方向に２列の４つの小断面掘削区画２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄに分割させた外殻体３と、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの切羽側の開口を開閉する扉４と、扉４の切羽側に設けられたエアバッグ５（押圧機構）と、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄに設置された小断面掘削機６と、小断面掘削機６によって掘削された土砂を後方に搬出させる移送コンベヤ７とから概略構成される。
【００１２】
外殻体３は、外周に位置していて矩形状をなすスキンプレート１１と、スキンプレート１１内の前部位置で小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄを仕切るために上下方向及び左右方向に配置された仕切り板１２と、スキンプレート１１内の後部側内面の周方向に沿って矩形状に枠組みされた支持枠部１３とからなる。
外殻体３の前端部は、上部が下部より切羽側に突出するように所定の傾斜角度で傾斜しており、上段の小断面掘削区画２Ａ、２Ｃにおける掘削面（切羽）の位置は、下段の小断面掘削区画２Ｂ、２Ｄより開放型トンネル掘削機１の前進方向で前方側に位置している。
【００１３】
支持枠部１３の後端部の外周には、複数の推進ジャッキ１４が設けられており、これらの推進ジャッキ１４は、その先端部をセグメントＳに押し付けることにより、開放型トンネル掘削機１を前進させる構成となっている。スキンプレート１１の内側で上段の小断面掘削区画２Ａ、２Ｃの上方には、切羽側に向けて突出可能なスライドフード１５が設けられている。スライドフード１５は、掘削時において上方の地山崩壊を防止するために切羽の地山内に突出させるものである。
【００１４】
図３に示すように、扉４は、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を閉鎖する時（以下、単に「閉鎖時」とする）には、扉４の面板の扉板２１がトンネルの軸方向（開放型トンネル掘削機１の掘削方向）に対して直交する状態で配設される。そして、図４に示すように、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を扉４が開放する時（以下、単に「開放時」とする）には、扉４は扉板２１が各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ上方のスキンプレート１１または仕切り板１２で形成される天井部１６の下側に天井部１６と平行で、エアバッグ５を備える面が上側になるように配設される。
なお、本実施の形態では、閉鎖時の扉４の扉板２１において、切羽に対向する面を前面２１ａとし、反対側を後面２１ｂとする。
【００１５】
図５に示すように、扉４は、扉板２１と、扉板２１の両側面２１ｃの上部側に設けられた上側車輪２２ａと、扉板２１の両側面２１ｃの下部側に設けられた下側車輪２２ｂと、扉板２１の後面２１ｂの上部側に設けられた上側ストッパー２３と、扉板２１の後面２１ｂの下部側に設けられた下側ストッパー２４とから構成される。
そして、図３、図４に示すように、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ内の側方のスキンプレート１１または仕切り板１２で形成される壁部１７には、扉４の開閉と共に上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂが滑走するレール３１（ガイド）と上側ストッパー２３が収容される溝部３２とが設けられている。また、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄ内の下方のスキンプレート１１または仕切り板１２で形成される床部１８には、閉鎖時に下側ストッパー２４を支持する下側ストッパー受け３３が設けられる。
【００１６】
扉板２１は、スキンプレート１１と仕切り板１２とで囲まれた各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの開口を閉塞できる大きさの平板形状に形成されて、前面２１ａには後述するエアバッグ５が配設される。
上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂは、扉４が開閉する際にレール３１上を滑走できるように、扉板２１の側面２１ｃから突出して設けられている。上側車輪２２ａと下側車輪２２ｂとの間には所定の間隔が設けられる。
【００１７】
上側ストッパー２３は、扉板２１の後面２１ｂの上部側で上側車輪２２ａの高さよりも下側に配設されて、扉板２１の後面２１ｂおよび側面２１ｃから突出して、壁部１７に備えられた溝部３２に収容される。上側ストッパー２３の壁部１７側の側面には、下側に向かって小径となるテーパー部２３ａが形成されている。
下側ストッパー２４は、扉板２１の後面２１ｂの下部側に配設される。下側ストッパー２４の側面には、下側に向かって小径となるテーパー部２４ａが形成されている。
【００１８】
レール３１は、閉鎖時の扉４の扉板２１の側面２１ｃに沿って壁部１７に設けられて鉛直方向に延びる第一のレール３１ａと、開放時の扉４の扉板２１の側面２１ｃに沿って壁部１７に設けられて水平方向に延びる第二のレール３１ｂとが略Ｌ字型に連結点３１ｃで連結された形状で、上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂは第一のレール３１ａおよび第二のレール３１ｂを連続して滑走できる。
第一および第二のレール３１の長さは、扉板２１の側面２１ｃに設けられた上側車輪２２ａと下側車輪２２ｂとの間隔よりも長い寸法とする。
【００１９】
溝部３２は壁部１７に形成された溝状の凹部で、閉鎖時に上側ストッパー２３を支持する上側ストッパー支持部３２ａと、開放時に上側ストッパー２３を収容する上側ストッパー収容部３２ｂと、扉４の開閉に伴って上側ストッパー２３が移動可能な上側ストッパー移動部３２ｃとから形成される。
上側ストッパー支持部３２ａは、閉鎖時の上側ストッパー２３の側方で、溝部３２の前方側端部に上側ストッパー２３のテーパー部２３ａ型の凹部に形成されている。上側ストッパー収容部３２ｂは、閉鎖時の上側ストッパー２３の側方で、溝部３２の後方側端部に形成されている。上側ストッパー移動部３２ｃは、扉４を開閉する際に移動する上側ストッパー２３の軌跡よりも広い範囲に形成されている。
【００２０】
下側ストッパー受け３３は、下側ストッパー２４のテーパー部２４ａ型の凹部を備えた部材で、閉鎖時の下側ストッパー２４の後方の床部１８に、下側ストッパー２４のテーパー部２４ａと下側ストッパー受け３３のテーパー部２４ａ型の凹部とがかみ合うように配設される。
【００２１】
図２に示すように、エアバッグ５は、膨張可能な膨張袋体で、小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの各扉４の扉板２１の切羽側に上下方向に３段で、左右方向に３列の９つ設けられている。エアバッグ５はエアバッグ５の内部に扉板２１内に配設された配管を介して空気（流体）が流入されて、所定の圧力で膨張する構造となっている。
このようなエアバッグ５は、各小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄにおいて切羽を掘削した後の扉４が閉じた状態で空気が流入されて膨張し、掘削部分の土水圧に対応できる圧力で切羽を押圧して押さえる。このとき、扉４はエアバッグ５の圧力を受けるが、扉板２１や上側および下側ストッパー２３、２４、また、溝部３２の上側ストッパー支持部３２ａや下側ストッパー受け３３はこの圧力に耐えられる強度を有するものとする。
また、扉４の開閉作業時および開放時にはエアバッグ５は収縮状態とする。
【００２２】
次に上述した開放型トンネル掘削機の扉の開閉方法について図面を用いて説明する。
図３に示す閉鎖状態の扉４を図４に示すような開放状態とするには、まず、上側車輪２２ａが第一及び第二のレール３１ａ、３１ｂの連結点３１ｃに到達するように扉４を上方に移動させる。このとき、上側ストッパー２３は上側ストッパー支持部３２ａから離れ、下側ストッパー２４も下側ストッパー受け３３から離れる。
そして、連結点３１ｃへ到達した上側車輪２２ａを第二のレール３１ｂ上を後方へ移動させ、下側車輪２２ｂを第一のレール３１ａ上を上方に移動させて扉４を回転させる。下側車輪２２ｂが連結点３１ｃへ到達し、扉板２１が水平となるように扉４が回転したら、上側２２ａおよび下側車輪２２ｂをさらに後方へ移動させ上側ストッパー２３を上側ストッパー収容部３２ｂへ収容する。
また、図４に示す開放状態の扉４を閉鎖状態とするには、上述した閉鎖状態の扉４を開放状態とする作業を逆に行えばよい。
【００２３】
次に、上述した本実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉の構造の作用効果について図面を用いて説明する。
本実施の形態による開放型トンネル掘削機の扉の構造では、閉鎖状態の扉４は、膨張状態のエアバッグ５から扉板２１にかかる圧力を上側ストッパー２３および上側ストッパー支持部３２ａを介して壁部１７に伝達し、下側ストッパー２４および下側ストッパー受けを介して床部１８へ伝達するので、エアバッグ５から扉板２１にかかる圧力を分散させることができて、この圧力を開放型トンネル掘削機１本体が負担できる作用効果を奏する。
【００２４】
また、上側ストッパー２３にはテーパー部２３ａが形成されて、上側ストッパー支持部３２ａはテーパー部２３ａと同形の凹部が形成されているので、閉鎖時には上側ストッパー２３と上側ストッパー支持部３２ａが密着して、膨張したエアバッグ５から扉板２１にかかる圧力を壁部１７に効率よく伝達できる。また、扉４を開放する際には扉４を上方に移動させれば上側ストッパー２３と上側ストッパー支持部３２ａとを容易に離すことができて、扉４を閉鎖する際には上側ストッパー支持部３２ａに上側ストッパー２３を差し込めばよいので上側ストッパー２３の脱着が行い易い。
また、下側ストッパー２４にもテーパー部２４ａが形成されて下側ストッパー受け３３にもテーパー部２４ａ型の凹部が形成されているので、上述した上側ストッパー２３および上側ストッパー支持部３２ａと同様に、閉鎖時には密着し、下側ストッパー２４の脱着が容易にできる。
また、上側ストッパー２３は、開放時に上側ストッパー収容部３２ｂに収容されることで扉４を開放状態に保つことができる。
【００２５】
また、扉４の開閉は、上側車輪２２ａおよび下側車輪２２ｂが第一および第二のレール３１ａ、３１ｂ上を移動することで、扉４が上下方向に回転して行うので、従来の側方に蝶番のある扉のように、収縮したエアバッグ５が床部１８に引きずられてエアバッグ５と床部１８との間に摩擦が生じることがなく、扉４の開閉を円滑に行うことができると共にエアバッグ５の損傷を防ぐことができる。
【００２６】
以上、本発明によるトンネル掘削機の扉の構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、開放型トンネル掘削機１は４つの小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄに分割させた外殻体３を備えて、小断面掘削区画２Ａ〜２Ｄの切羽側の開口部に扉４を設けているが、トンネル断面の大きさに対して上下または左右に２区画以上に設置してもよい。あるいは小断面掘削区画に分割されていない外殻体の切羽側の開口に扉４を設けてもよい。
また、上記の実施の形態では、扉４には切羽側にエアバッグ５が設けられているが、エアバッグ５を設けずに切羽を押さえる扉４を本実施の形態によるトンネル掘削機の扉の構造としてもよい。
また、上記の実施の形態では、扉４の開放時に上側ストッパー２３が上側ストッパー収容部３２ｂに収容されて、扉板２１を開放状態に保っているが、上側ストッパー収容部３２ｂを設けずに、フックやその他の金具などで扉板２１を開放状態に保ってもよい。
要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態によるトンネル掘削機の全体概要を示す図である。
【図２】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるトンネル掘削機の扉の閉じた状態を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態によるトンネル掘削機の扉の開いた状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態によるトンネル掘削機の扉の斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  トンネル掘削機
４  扉
１７  壁部
１８  床部
２１  扉板
２２ａ  上側車輪
２２ｂ  下側車輪
２３  上側ストッパー（第一のストッパー）
２４  下側ストッパー（第二のストッパー）
３１  レール（ガイド）
３２ａ  上側ストッパー支持部（第一の支持部）
３３  下側ストッパー受け（第二の支持部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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