(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に装備したカッタヘッドを回転させながら掘進するトンネル掘削機において、
カッタヘッドの背面部に、伸縮可能な掃除用棒を配設し、
前記掃除用棒の伸長時に前記カッタヘッドの背面と前記フードの先端部との隙間に臨入し、カッタヘッドの回転下でカッタヘッドの背面やフードの先端部に付着した固結物を除去可能にしたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記掃除用棒は、カッタヘッドの背面に出没可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記掃除用棒は、コピーカッタを兼用することを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、ＥＣＬ（Extruded Concrete Lining）による覆工方法に用いられるトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記ＥＣＬによる覆工方法を採用したトンネル掘削機として、泥土圧式シールド掘削機等が良く知られている（特許文献１参照）。これは、円筒状の掘削機本体の前面部に設けたカッタヘッドで地盤を掘削しつつ、掘進されたトンネルの内壁面を所定の間隔を空けて内型枠によって覆い、この内型枠と前記内壁面との間に適宜鉄筋を配置するなどして、直打ち（場所打ち）でコンクリートを打設し、その養生・硬化を待って覆工を行うものである。このような覆工方法を一般にＥＣＬとか直打ちコンクリート工法と言う。
【０００３】
そして、前述したような泥土圧式シールド掘削機等では、前記トンネルの内壁面と内型枠との空間を閉塞するためのリング状の妻型枠（装置）が設けられ、該妻型枠を通して前記コンクリートが打設されると共に、妻型枠ジャッキの伸縮により当該妻型枠が前記空間内を前後方向（トンネルの長手方向）へ摺動可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１７３３８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１８４７６４号公報
【特許文献３】特許第４０３７４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した泥土圧式シールド掘削機等にあっては、カッタヘッドの外径寸法が掘削機本体の外径寸法より若干大きかったり、コピーカッタによる余堀り後等において、トンネルの内壁面と掘削機本体の外周面との間に若干の隙間が生じている場合、妻型枠を通して内型枠とトンネルの内壁面との間に打設されたコンクリートが前記隙間を通ってカッタヘッド側に回り込んで、カッタヘッドや掘削機本体のフードに固結するという問題点があった。
【０００６】
即ち、コンクリートがカッタヘッドや掘削機本体のフードに固結すると、カッタヘッドを起動させて回転させる際などにカッタヘッドの回転トルクが増大し、カッタヘッドの電流値が過大となってカッタヘッドが回転不能になるといった弊害が生じるのである。さらには、推進推力も大きくなり、掘進速度の低下を招き、工期が長くなる要因にもなっていた。
【０００７】
尚、上述した問題点は、ＥＣＬによる覆工方法のコンクリートに限らず、セグメントによる覆工方法の裏込め注入材においても、同様に言える。また、掘削土砂のカッタヘッドや掘削機本体のチャンバへの付着を防止する技術が特許文献２や特許文献３で開示されているが、これらを、上述したコンクリートや裏込め注入材の固結防止に適用することは不可能である。
【０００８】
そこで、本発明は、カッタヘッド側に回り込んだコンクリートや裏込め注入材等の固結物（異物）がカッタヘッドや掘削機本体のフードに固結するのを簡単な手段で防止することができるトンネル掘削機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】
【０００９】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体の前部に装備したカッタヘッドを回転させながら掘進するトンネル掘削機において、
カッタヘッドの背面部に、伸縮可能な掃除用棒を配設し、
前記掃除用棒の伸長時に前記カッタヘッドの背面と前記フードの先端部との隙間に臨入し、カッタヘッドの回転下でカッタヘッドの背面やフードの先端部に付着した固結物を除去可能にしたことを特徴とする。
【００１１】
また、
前記掃除用棒は、カッタヘッドの背面に出没可能に取り付けられることを特徴とする。
【００１２】
また、
前記掃除用棒は、コピーカッタを兼用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの背面と掘削機本体のフード先端部との隙間に掃除用棒を突き出してカッタヘッドを回転させるという簡単な手段で、カッタヘッドの背面やフードの先端部に付着した固結物が除去され、両部位が完全に縁切りされる。
【００１４】
この結果、カッタヘッドの背面やフードの先端部に付着した固結物により、カッタヘッドが回転不能になるといった弊害が未然に回避されると共に、掘進速度の低下も無くして工期の遅延が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１を示す泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例２を示す泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例３を示す掃除用棒の各々の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の実施例１を示す泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【００１８】
本実施例で説明するトンネル掘削機は、掘削土砂をチャンバに充満させ、チャンバ内を所定の圧力に維持しながら排土することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥土圧式シールド掘削機である。
【００１９】
この泥土圧式シールド掘削機において、図１に示すように、掘削機本体１１は、ほぼ同径の円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが連結軸１４によって左右に屈曲自在に連結され、両者の間に架設された複数本の中折ジャッキ１５によって屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には回転リング１６が回転自在に支持され、この回転リング１６には連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８が連結されている。
【００２０】
このカッタヘッド１８は、中心部から複数本のカッタスポーク１９が放射状をなして配設され、各先端部が外周リング２０によって連結されて構成されている。そして、カッタヘッド１８の中心部にはフィッシュテールカッタ２１が装着される一方、各カッタスポーク１９の両側部には複数のカッタビット２２がその長手方向に沿って装着され、所定のカッタスポーク１９の先端部には余掘りを行うコピーカッタ２３ａとレスキュービット２３ｂが出没可能に設けられている。
【００２１】
また、回転リング１６の後部にはリングギア２４が固定される一方、掘削機本体１１の前胴１２には複数のカッタ旋回モータ（駆動手段）２５が装着されており、この各カッタ旋回モータ２５の駆動ギア２６がこのリングギア２４にそれぞれ噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２５を駆動して駆動ギア２６を回転駆動すると、リングギア２４、回転リング１６、連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８を回転することができる。
【００２２】
そして、本実施例では、カッタヘッド１８の背面外周部（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ）の一箇所（複数箇所でも良い）に、掃除用棒５５が配設される。この掃除用棒５５はヘッド部５５ａからピストンロッド５５ｂを伸縮可能に備えた油圧アクチュエータで構成され、そのヘッド部５５ａがカッタスポーク１９の後壁１９ａを貫通してブラケット５６によりカッタスポーク１９の後壁１９ａ内面に固設されている。
【００２３】
前記掃除用棒５５は、そのピストンロッド５５ｂの伸長時に、ピストンロッド先端部がカッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面）と前記前胴１２と一体形成されたフード１２ａの先端部との隙間Ｃに臨入し、カッタヘッド１８の回転下でカッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面）やフード１２ａの先端部に付着した固結物を除去し、上述したカッタヘッド１８の背面とフード１２ａの先端部を完全に縁切りするものである。
【００２４】
前記固結物は、カッタヘッド１８の外径寸法が掘削機本体１１の外径寸法より若干大きかったり、コピーカッタ２３ａによる余堀り後等において、地山Ｇの周壁（トンネルの内壁面）と掘削機本体１１の外周面との間に若干の隙間が生じている場合、後述する妻型枠４６を通して内型枠Ｓと地山Ｇの周壁との間のコンクリート打設空間Ｅに打設されて前記隙間を通ってカッタヘッド１８側に回り込んできたコンクリートである。
【００２５】
また、前胴１２の前部には、カッタヘッド１８の後方に位置してバルクヘッド２７が設けられ、カッタヘッド１８とこのバルクヘッド２７との間に掘削土砂を充満させるチャンバ２８が形成されている。バルクヘッド２７の前面側には複数本の固定式攪拌棒２９が突設される一方、カッタヘッド１８の後面側には複数本の旋回式攪拌棒３０が突設されている。
【００２６】
前記固定式攪拌棒２９の一部にチャンバ２８内の掘削土砂に対して加泥材を注入する図示しない加泥材注入口が設けられると共に、薬液（固結材）を注入する図示しない薬液注入管が設けられている。そして、掘削機本体１１内には、掘削土砂を外部に搬出するためのスクリューコンベヤ３３が配設されており、前部が下方に傾斜してバルクヘッド２７を貫通してチャンバ２８内に開口している。
【００２７】
掘削機本体１１の後胴１３には、その内周面に沿ってリングガータ３４が固定されており、このリングガータ３４には複数本のシールドジャッキ（推進ジャッキ）３５が後胴１３の周方向に沿って装着されており、このシールドジャッキ３５を後方に伸長してスプレッダ３６を既設の内型枠（型枠）Ｓに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１が前進することができる。
【００２８】
この内型枠Ｓは、複数個のものがトンネルの内壁面（地山Ｇの周壁）に所定の間隔を空けて周方向にリング状に組み付けられるものであり、この組付後に、地山Ｇの周壁とリング状に組み立てられた内型枠Ｓの外周面との空間（コンクリート打設空間Ｅ）に後述するコンクリート打設装置により直打ち（場所打ち）でコンクリートが打設されることで、トンネルが構築される。また、内型枠Ｓはトンネルの長手方向へ複数段に亙って組み付けられる。
【００２９】
また、リングガータ３４には旋回リング３８がトンネル内壁面の周方向に沿って旋回自在に支持され、図示しない駆動モータにより駆動旋回可能となっており、この旋回リング３８に内型枠Ｓを組立てる内型枠組立装置３９が設けられている。さらに、リングガータ３４には左右一対の支柱４０が固定され、この支柱４０からは後方に向かってほぼ水平な架台４１が延設されており、この架台４１には内型枠Ｓの組み立てを補助する前後一対の形状保持装置４２が前後方向に移動自在に装着されている。
【００３０】
また、架台４１の後端には図示しない複数台の搬送台車が連結され、これら搬送台車には後段の内型枠Ｓを脱型する内型枠脱型装置と、この内型枠脱型装置で脱型された内型枠Ｓをトンネル前方へ搬送するホイストと、コンクリート打設装置のパワーユニット等が搭載されている。
【００３１】
更に、後胴（スキンプレート）１３と内型枠Ｓとの間には同内型枠Ｓと地山Ｇの周壁との間にコンクリート打設空間Ｅを形成するリング状の妻型枠４６が配設されると共に、その前方に位置して複数本の妻型枠ジャッキ４７が周方向に沿って並設され、ヘッド基端部がリングガータ３４を貫通して後胴１３内周部に連結される一方、ロッド先端部が前記妻型枠４６に連結されている。そして、妻型枠４６の外周面にはゴム製のシール部材４８（図２参照）が周方向に沿って装着される一方、妻型枠４６の内周面には金属製のブラシシール４９が周方向に沿って装着されている。
【００３２】
従って、この妻型枠ジャッキ４７を伸縮することで、リング状の妻型枠４６を前後に移動することができ、このとき、シール部材４８が後胴１３の内周面に押圧すると共に、ブラシシール４９がリング状に組み立てられた既設内型枠Ｓの外周面に押圧することで、掘削機本体１１の内部への浸水を防止することができる。
【００３３】
そして、この妻型枠４６には掘進方向後方に向かってコンクリート打設管５０が周方向に所定間隔離間して複数本挿通され、これらのコンクリート打設管５０は、塞止弁装置６０の切り替えによりコンクリート打設配管（ホース：コンクリート打設ライン）５１と連通可能になっている。これらのコンクリート打設配管５１は前述した搬送台車上のパワーユニットを介してコンクリート供給源に連通される。
【００３４】
従って、塞止弁装置６０によりコンクリート打設管５０とコンクリート打設配管５１とが連通した状態下で、コンクリート供給源から送給された生コンクリートがコンクリート打設配管５１、コンクリート打設管５０を通って前述したコンクリート打設空間Ｅに打設される。この際、コンクリート打設空間Ｅには、各コンクリート打設管５０より周方向に順番に打設されるようになっている。
【００３５】
また、前記内型枠Ｓ、妻型枠４６、コンクリート打設管５０、コンクリート打設配管５１及び塞止弁装置６０等でコンクリート打設装置が構成される。
【００３６】
次に、上述した本実施例の泥土圧式シールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。
【００３７】
図１に示すように、カッタ旋回モータ２５によりカッタヘッド１８を回転させながら、複数のシールドジャッキ３５を伸長してスプレッダ３６を既設の内型枠Ｓへ押し付け、その反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１８の各カッタビット２２が前方の地盤を掘削し、掘削土砂が各カッタスポーク１９の間からチャンバ２８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ３３によって外部に搬出される。
【００３８】
そして、内型枠組立装置３９では、トンネル内に搬入された内型枠Ｓを把持してトンネル内壁面に沿って移動し、把持した内型枠Ｓを所定の位置に固定してリング状に組み立てていく。このとき、前方の形状保持装置４２は内型枠組立装置３９との干渉を避けながら、内型枠Ｓを正規の組立位置に矯正すると共に、後方の形状保持装置４２はリング状に組み立てられた内型枠Ｓを真円となるように矯正する。
【００３９】
この内型枠組立装置３９による内型枠Ｓの組立に並行して、前述したコンクリート打設装置により掘削地山Ｇの周壁と既設の内型枠Ｓの外周面との間のコンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが打設される。その後、所定時間が経過すると、このコンクリートが養生・硬化してトンネル構造体が強固に構築される。
【００４０】
また、掘削機本体１１の推進時には、内型枠Ｓが組み返し組み立てられる。即ち、コンクリート打設空間Ｅに生コンクリートが連続して注入されてから所定時間が経過すると、このコンクリートは次第に養生・硬化する。そこで、この養生・硬化したコンクリートに対応した後段側の内型枠Ｓを図示しない内型枠脱型装置により取り外し（脱型し）、同じく図示しないホイストによりトンネル前方に搬送し、内型枠組立装置３９による新たな組み立てに供されるのである。
【００４１】
一方、泥土圧式シールド掘削機が点検等で停止すると、コンクリート打設装置によるコンクリート打設空間Ｅへの生コンクリートの打設が停止される。この後、コンクリート打設ラインは適宜高圧の洗浄水で洗浄される。
【００４２】
そして、本実施例では、カッタヘッド１８の背面外周部（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ）の一箇所に、掃除用棒５５が配設されている。
【００４３】
従って、泥土圧式シールド掘削機の停止時等において、地山Ｇの周壁（トンネルの内壁面）と掘削機本体１１の外周面との間に生じた若干の隙間を通って、コンクリート打設空間Ｅに打設されたコンクリートがカッタヘッド１８側に回り込んで、カッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ）やフード１２ａの先端部に付着して固結が進行したら、掃除用棒５５のピストンロッド５５ｂを伸長させてその先端部をカッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面）と前記フード１２ａの先端部との隙間Ｃに臨入させると共に、この状態でカッタヘッド１８を回転させれば良い。
【００４４】
これにより、掃除用棒５５のピストンロッド５５ｂ先端部で、カッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面）やフード１２ａの先端部に付着して固結が進行したコンクリートが除去され、カッタヘッド１８の背面とフード１２ａの先端部が完全に縁切りされる。
【００４５】
この結果、カッタヘッド１８の背面とフード１２ａの先端部との隙間に掃除用棒５５を突き出してカッタヘッド１３を回転させるという簡単な手段で、固結したコンクリートにより、カッタヘッド１８が回転不能になるといった弊害が未然に回避されると共に、掘削機本体１１の掘進速度の低下も無くして工期の遅延が回避される。
【実施例２】
【００４６】
図２は本発明の実施例２を示す泥土圧式シールド掘削機の概略構成図である。
【００４７】
これは、実施例１における掃除用棒５５をカッタヘッド１３の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ）側からバルクヘッド２７側に取付位置を変更した例である。図示例では、ピストンロッド５５ｂをカッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面）と前記フード１２ａの先端部との隙間Ｃに向けて指向させた状態で、ヘッド部５５ａをバルクヘッド２７に対し斜めに貫通させてブラケット５７により取り付けている。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材、部位には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
この実施例においても、実施例１と同様の作用・効果が得られる。
【実施例３】
【００４９】
図３は本発明の実施例３を示す掃除用棒の各々の横断面図である。
【００５０】
これは、実施例１における掃除用棒５５を、カッタヘッド１８の背面（厳密にはカッタスポーク１９の後壁１９ａ）に出没可能に取り付けた例である。即ち、図３の（ａ）はカッタスポーク１９の後壁１９ａ外面側に凸設した固定ケース５８ａに対し掘削機本体１１（図１参照）の前後方向に出没可能な可動ケース５８ｂに掃除用棒５５を収容・支持させる一方、図３の（ｂ）はカッタスポーク１９の後壁１９ａ内面側に凹設した固定ケース５９ａに対し掘削機本体１１（図１参照）の前後方向に出没可能な可動ケース５９ｂに掃除用棒５５を収容・支持させて、チャンバ２８内の掘削土砂等に晒される掃除用棒５５の耐久性向上を図った例である。尚、図３の（ａ）中５８ａ１は、掘削土砂等の出入り孔である。
【００５１】
また、図３の（ｂ）の場合は、可動ケース５９ｂの没状態では、掃除用棒５５がカッタスポーク１９の内部に位置するので、コピーカッタ２３ａ（図１参照）を兼用することも可能である。逆に、従前のコピーカッタ２３ａのジャッキを傾動可能に構成して掃除用棒５５を兼用することもできる。
【００５２】
尚、本発明は、上記各実施例に限定されず、ＥＣＬによる覆工方法（固結物がコンクリート）に用いられるトンネル掘削機に代えて、セグメントによる覆工方法（固結物が裏込め注入材）に用いられるトンネル掘削機に適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機に限らず、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１１  掘削機本体
１２  前胴
１２ａ  フード部
１３  後胴
１４  連結軸
１５  中折ジャッキ
１６  回転リング
１７  連結ビーム
１８  カッタヘッド
１９  カッタスポーク
１９ａ  後壁
２０  外周リング
２１  フィッシュテールカッタ
２２  カッタビット
２３ａ  コピーカッタ
２３ｂ  レスキュービット
２４  リングギア
２５  カッタ旋回モータ
２６  駆動ギア
２７  バルクヘッド
２８  チャンバ
２９  固定式攪拌棒
３０  旋回式攪拌棒
３３  スクリューコンベヤ
３４  リングガータ
３５  シールドジャッキ
３６  スプレッダ
３８  旋回リング
３９  内型枠組立装置
４０  支柱
４１  架台
４２  形状保持装置
４６  妻型枠
４７  妻型枠ジャッキ
４８  シール部材
４９  ブラシシール
５０  コンクリート打設管
５１  コンクリート打設配管
５５  掃除用棒
５５ａ  ヘッド部
５５ｂ  ピストンロッド
５６，５７  ブラケット
５８ａ，５９ａ  固定ケース
５８ｂ，５９ｂ  可動ケース
６０  塞止弁装置
【図１】
0005566838.tif 000002
【図２】
0005566838.tif 000003
【図３】
0005566838.tif 000004