(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシールド部と、
このシールド部の前端に回転自在に設けられ、回転駆動されることにより地山を掘削するカッターヘッドと、
推進用のスラストジャッキと、
地山に当接して推進反力を確保するグリッパーとを備えたトンネル掘進機において、
前記トンネル掘進機の掘進停止時に、前記シールド部の外周上部側と地山掘削面との間に拡開可能なバッグを挿入設置して、前記バックを空気などの流体注入により拡開させて、地山掘削面を仮支保することを特徴とするトンネル掘進機の上部地山の支持方法。
【請求項２】
前記バッグは、前記シールド部の前方から引き込み、前記バッグを前記シールド部の後方から前方に移動させて、前記シールド部の外周上部側と地山掘削面との間に設置して、前記流体を注入して拡径させることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘進機の上部地山の支持方法。
【請求項３】
前記バッグは、トンネル軸方向の剛性が高められたものであって、剛性が高められた前記バックを、前記シールド部の後端側から押し込んで設置して、前記流体を注入して拡径させることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘進機の上部地山の支持方法。
【請求項４】
前記バッグは、トンネル軸方向または周方向に沿って複数に分断し、挿入設置する際に、分断した端部間を連結部材で相互に結合することを特徴とする請求項２または３記載のトンネル掘進機の上部地山の支持方法。
【請求項５】
前記バッグは、前記シールド部との接触面に、摩擦低減用の高分子樹脂シートを貼着したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のトンネル掘進機の上部地山の支持方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネル掘進機の上部地山の支持方法に関し、特に、この種のトンネル掘進機おける地山の緩みに対する拘束を解消する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと略す）は、基本的には、岩盤を対象として、ローラーカッターにより岩盤を圧砕しながら掘進する全断面掘削機であって、通常、ローラーカッターを装備したカッターヘッド、掘進する推力を発生させるスラストジャッキ、地山に当接して掘進反力を確保するグリッパーを備えている。
【０００３】
ところで、この種のＴＢＭは、オープンタイプとシールドタイプに大別され、例えば、シールドタイプのＴＢＭは、グリッパーの周囲までシールド部により覆われていて、掘削後の地山の崩落から機械設備を保護している。
【０００４】
また、オープンタイプのＴＢＭでは、シールドタイプよりも短い長さのシールド部を備えている。一般に、ＴＢＭでは、曲線部の施工や膨張性地山へ対応させるために、掘削径に対して、シールド部の外径は小さくなっていて、例えば、直径５ｍのシールドタイプＴＢＭでは、天端で約１０ｃｍ以上の隙間が空くように設計されていた。
【０００５】
しかしながら、従来のＴＢＭには、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来のシールドタイプのＴＢＭには、天端で約１０ｃｍ以上の隙間が空くように設計されており、このような構造では、シールド部に掘削した地山を支保し、崩落を防ぐといった機能は、殆ど期待できない。
【０００７】
このため、例えば、ＴＢＭのテール通過までに地山の崩落が発生し、天端部分での崩落が進行すると、地山の緩み領域の拡大による緩み圧の増大により、ＴＢＭの推進力などが摩擦抵抗により増大し、場合によっては、ＴＢＭが地山により拘束され、推進不能に陥る場合があった。
【０００８】
この場合特に、ＴＢＭが地山に拘束される可能性は、カッター交換や反力を確保するためのライナー設置の準備時間など、ＴＢＭの掘進を停止している間に大きくなるという実情がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＴＢＭが地山により拘束される可能性の高い場合に、地山を仮支保することにより、ＴＢＭの拘束を回避することができるトンネル掘進機の上部地山の支持方法を提供することにある。
【００１０】
【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、筒状のシールド部と、このシールド部の前端に回転自在に設けられ、回転駆動されることにより地山を掘削するカッターヘッドと、推進用のスラストジャッキと、地山に当接して推進反力を確保するグリッパーとを備えたトンネル掘進機において、前記トンネル掘進機の掘進停止時に、前記シールド部の外周上部側と地山掘削面との間に拡開可能なバッグを挿入設置して、前記バックを空気などの流体注入により拡開させて、地山掘削面を仮支保するようにした。
このように構成したトンネル掘進機の上部地山の支持方法によれば、トンネル掘進機の拘束可能性が大きい掘進停止時に、シールド部の外周と地山掘削面との間に、拡開可能なバッグを挿入設置して、このバックを空気などの流体注入により拡開させて、地山掘削面を仮支保するので、地山が緩んだ場合でも、地山圧力が直接シールド部に作用しないので、トンネル掘進機の拘束を回避することができる。
前記バッグは、前記シールド部の前方から引き込み、前記バッグを前記シールド部の後方から前方に移動させて、前記シールド部の外周上部側と地山掘削面との間に設置して、前記流体を注入して拡径させることができる。
また、前記バッグは、トンネル軸方向の剛性が高められたものであって、剛性が高められた前記バックを、前記シールド部の後端側から押し込んで設置して、前記流体を注入して拡径させることができる。
前記バッグは、トンネル軸方向または周方向に沿って複数に分断し、挿入設置する際に、分断された端部間を連結部材で相互に結合することができる。
この構成によれば、トンネル軸方向または周方向に沿って分断することにより、単体の長さが短くなるので、設置する際などの取扱い性が向上する。
前記バッグは、前記シールド部との接触面に、摩擦低減用の高分子樹脂シートを貼着することができる。
この構成によれば、地山が緩んだ後に、トンネル掘進機を再掘進させる際に、掘進が容易になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかるトンネル掘進機の上部地山の支持方法の第１実施例を示している。
【００１２】
本実施例の支持方法が適用されるトンネル掘進機１０は、両端が開口した円筒状の前シールド部１１と、両端が開口した同径の円筒状に形成され、２つの独立した中および後シールド部１２，１３とを備えている。
【００１３】
シールド部１１と同１２とは、ベアリングを介在させて、相互に回転自在に結合されている。中シールド部１２と後シールド部１３とは、分離可能に結合されている。
【００１４】
前シールド部１１の先端には、地山を圧砕して掘削するローラーカッターを有するカッターヘッド１４が回転自在に配置されている。また、前シールド部１１内には、掘削された地山掘削面１５に向けて出没自在に設けられたフロントグリッパー１６と、カッターヘッド１４を回転駆動する駆動モータ１７が設けられている。
【００１５】
フロントグリッパー１６は、周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数個から構成され、グリッパープレートを掘削された地山掘削面１５側に向けて伸縮させるジャッキが内蔵され、このジャッキの圧力を制御する電磁リリーフ弁などが設けられている。
【００１６】
後シールド部１３には、カッターヘッド１４で地山を掘削する際に、地山掘削面１５に当接して、これを押圧することにより反力を取るメイングリッパー１８が設けられている。
【００１７】
メイングリッパー１８は、後シールド部１３の周方向に沿って所定の間隔を隔てて設置された複数個から構成され、各メイングリッパー１８には、フロントグリッパー１６と同様に、グリッパープレートを掘削された坑壁側に向けて伸縮させるジャッキが内蔵されているとともに、各ジャッキの圧力を制御する電磁リリーフ弁などが設けられている。
【００１８】
また、後シールド部１３内の後端側には、地山が悪い場合に、その後方に設置されるセグメント１９に反力を取って、トンネル掘進機１０を推進させるシールドジャッキ２０と、セグメント１９の組み立て用エレクター２１とが設けられている。
【００１９】
さらに、中シールド部１２と後シールド部１３との間には、前および中シールド部１１，１２を前方に推進させる複数のスラストジャッキ２２が設けられている。
【００２０】
なお、図１において、符号２３で示した部材は、スラストジャッキ２２の前端側に設けられた方向制御ジャッキであり、同２４はスラストジャッキ２２の後端に設けられたローリングジャッキである。
【００２１】
また、図１，２に示したトンネル掘進機１０では、曲線部の施工や膨張性地山へ対応させるために、カッターヘッド１４の掘削径に対して、シールド部１１，１２，１３の外径は小さくなっていて、地山掘削面１５とシールド部１１，１２，１３の外周との間に隙間が空くように設計されている。
【００２２】
本実施例の場合には、後シールド部１３の外周と地山掘削面１５との間に、トンネル掘進機１０の掘進停止時に、流体（エアーなどの気体または水などの液体）を注入することにより拡開させて、地山掘削面１５を仮支保するための拡開可能なバッグ３０が設置されている。
【００２３】
バッグ３０は、後シールド部１３の軸方向の全長とほぼ同じ長さを有し、周方向には、図２に示すように、後シールド部１３と地山掘削面１５との間の外周の上半分を覆う長さを有している。
【００２４】
バッグ３０を隙間に設置する方法の具体例を図３に示している。同図に示したバッグ３０の設置方法は、バッグ３０の一端にロープなどの紐体３１を係止し、この紐体３１を後シールド部１３に設けた貫通孔内に引き込み、後シールド部１３内から紐体３１を引っ張ることにより、バッグ３０を後シールド部１３の外周面と地山掘削面１５との間に設置する。
【００２５】
紐体３１は、予め後シールド部１３の外側に仮固定しておくなどの手段を採用することができる。この場合に、使用するバッグ３０の詳細を図４に示している。
【００２６】
同図に示したバッグ３０は、偏平な長方形の板状に形成された本体３１と、本体３２の一側部に突設された口金３３とを備えている。本体３２は、芯体となる基布３２０と、カバーゴム３２１と、剥離シート３２２とを備えている。
【００２７】
基布３２０は、帆布などから構成され、２枚を対向するように配置して、一方の幅方向の両端を、他方の端部に重ね合わせ、対向する面間に剥離シート３２２を介装し、外周をカバーゴム３２１で覆っている。
【００２８】
口金３３は、２枚を対向するように配置した基布３２０間と連通するように設けられている。このような構造のバッグ３０が後シールド部１３の前方側から紐体３１を介して、引き込むことにより設置されると、口金３３に流体供給ホースを接続してバッグ３０を拡開させる。
【００２９】
バッグ３０が拡開されて、その上下面が後シールド部１３の外周面と地山掘削面１５との間の隙間を埋めると、これにより地山掘削面１５の仮支保が行われる。このようにして、仮支保を行うと、トンネル掘進機１０の拘束可能性が大きい掘進停止時に、地山が緩んだ場合でも、地山圧力がシールド部１３に直接作用しないので、トンネル掘進機１０の拘束を回避することができる。
【００３０】
図５は、オープンタイプのトンネル掘進機１０ａにバッグ３０を設置する場合の模式図である。オープンタイプのトンネル掘進機１０ａでは、カッターヘッド１４の後方に比較的短い円筒状のシールド部１１ａが設けられていて、このシールド部１１ａの外周面と、地山掘削面１５との間の隙間に、バッグ３０に紐体３１を係止して引き込むことにより、前述したシールドタイプのトンネル掘進機１０と同様に、掘進を停止する際になどに設置する。
【００３１】
そして、バッグ３０内に流体を注入することにより拡開させて地山掘削面１５の仮支保を行い、トンネル掘進機１０ａの拘束を回避して、再発進の容易性を確保する。
【００３２】
図６は、バッグ３０を複数に分断して、分断した部分間に連結部材４０を設け、バッグ３０を引き込みにより設置する際に、連結部材４０で相互に結合させる場合の適用例である。
【００３３】
同図に示した連結部材４０は、局部切欠大径パイプ４１と局部切欠小径パイプ４２とを備えている。局部切欠大径パイプ４１の内径は、局部切欠小径パイプ４２の外径が嵌合可能な大きさになっている。そして、バッグ３０の本体３２の分断された部分の端部には、補強用のスチールワイヤ４３がそれぞれ埋設されている。
【００３４】
一方、各局部切欠大径および小径パイプ４１,４２の一端外周には、固定用ボルト４４が固設され、この固定用ボルト４４は、ナット４５を装着して、本体３２の端部に埋設されている。
【００３５】
また、各局部切欠大径および小径バイプ４１,４２の内周には、これらを相互に嵌合させた際に、相互に係合して抜け止めとなる止めピン４６が突設されている。
【００３６】
バッグ３０の分断方向は、トンネル軸に沿った方向およびトンネルの周方向の何れの方向であってもよい。すなわち、バッグ３０をトンネル軸方向に沿って分断する場合には、連結部材４０は、図４に示した長方形状の本体３２の長手方向に直交するように配置される。
【００３７】
また、バッグ３０をトンネルの周方向に沿って分断する場合には、連結部材４０は、図４に示した長方形状の本体３２の長手方向に配置される。この場合、バッグ３０は、トンネル軸方向に沿って分断すると、長手方向の長さが分断数に応じて短くなり、設置する際の取扱い性が向上する。
【００３８】
なお、バッグ３０をトンネル軸方向に沿って分断する場合には、連結部材４０は、本体３２が掘削面１５に沿って湾曲変形できるように、各局部切欠大径および小径パイプ４１,４２の長さを短くする必要がある。
【００３９】
図７は、本発明かかる地山の支持方法の他の実施例を示している。同図に示した支持方法では、設置状態におけるトンネル軸方向に沿った剛性を高めたバッグ３０ａを用い、このバッグ３０ａを後シールド部１３の後端側から、後シールド部１３の外周面と地山掘削面１５との間の隙間に押し込むようにして設置する。
【００４０】
図８には、トンネル軸方向に沿った剛性を高めたバッグ３０ａの一例が示されている。同図に示したバッグ３０ａは、本体３２ａをトンネルの周方向に沿って分断し、分断個所に図６に示した連結部材４０と実質的に同じ構成のものを配置している。
【００４１】
剛性強化は、固定用ボルト４４の外周に補強プレート４７を装着して、本体３２ａ内に埋設している。補強プレート４７は、本体３２ａの端部に沿って、その全長に亘って設けられていて、設置状態においてトンネル軸方向に延設される。
【００４２】
このように構成したバッグ３０ａを後シールド部１３の後端側から、後シールド部１３の外周面と地山掘削面１５との間の隙間に押し込むようにして設置し、この後に流体を注入して拡開させ、地山掘削面１５を仮支保すると、上記実施例同様な作用効果が得られる。
【００４３】
また、本実施例の場合には、バッグ３０ａを後シールド部１３の後端側から、隙間に押し込むようにして設置するので、バッグ３０を引き込む場合よりも設置作業が容易に行える。
【００４４】
図９は、オープンタイプのトンネル掘進機１０ａにトンネル軸方向の剛性を高めたバッグ３０ａを設置する場合の模式図であり、オープンタイプのトンネル掘進機１０ａにおいても、シールド部１１ａの後端側からバッグ３０ａを押し込むことにより、同様に設置することができる。
【００４５】
図１０は、トンネル軸方向の剛性を高めたバッグ３０ｂの他の構造例を示しており、この例では、補強プレート４７の外側にスチールワイヤ４３を埋設して、本体３２ｂの端部も補強している。
【００４６】
図１１から図１３は、トンネル軸方向の剛性を高め、かつ、分断部分に上記実施例の連結構造と異なる構造を採用した複数のバッグ３０ｃ〜３０ｅが示されている。
【００４７】
図１１に示したバッグ３０ｃでは、連結部材４１ａに同じ形状のアイボルト４８を用い、このアイボルト４８を本体３２ｃの端部に千鳥状に配置し、アイボルト４８の孔部を一致させた状態で、孔部内に図外のロッドを挿入することにより、両者を結合させる。
【００４８】
本体３２ｃに埋設されるアイボルト４８の基端４９には、補強プレート４７を装着して、トンネル軸方向の剛性が強化されている。図１２に示したバッグ３０ｄでは、図１１の構成に加えて、補強プレート４７の外側にスチールワイヤ４３を埋設して、本体３２ｄの端部も補強している。
【００４９】
図１３に示したバッグ３０ｅでは、連結部材４１ｂに先端がＬ字形に折れ曲がった鉤型プレート５０を用い、実質的に同一構成の一対の鉤型プレート５０を本体３２ｅの端部の一表面側に、Ｌ字形部が相互に係合できるように固設し、本体３２ｅの他方の表面側に剛性補強プレート４７を固設している。
【００５０】
以上のように構成したバッグ３０ｂ〜３０ｅを用いても、図７ないしは図９に示した実施例と同等の作用効果が得られる。図１４は、本発明の支持方法に使用されるバッグの他の例を示している。同図に示したバッグ３０ｆは、地山掘削面１５が緩んで、トンネル掘進機１０,１０ａが拘束されかけた場合に、その再掘進を容易にする方法であって、バッグ３０ｆの本体３２ｆが、シールド部１１ａ,１３の外周面に接触する側に、摩擦低減用の高分子シート５０が貼着されている。
【００５１】
バッグ３０ｆは、図４に示したバッグ３０と同様に、口金３３を備え、本体３２ｆは、芯体となる基布３２０と、カバーゴム３２１と、剥離シート３２２とを備えている。
【００５２】
このような構造のバッグ３０ｆを用いると、地山掘削面１５が緩んで、シールド部１１ａ,１３に間接的に荷重が加わっていても、シート５０とシールド部１１ａ,１３の外周面との間の摩擦が非常に少なくなるので、トンネル掘進機１０,１０ａの再掘進が容易に行える。
【００５３】
この場合、高分子シート５０に凹凸を設けると、さらに摩擦が低減されて、再掘進が容易になる。なお、上記実施例で示したバックにおいて、これを分断することなく、トンネル軸方向の剛性だけを高める場合には、例えば、図４において、本体３２の長手方向に沿って、細幅な金属プレートを短手方向に所定の間隔を設けて設置すれば、地山掘削面１５に沿って湾曲させながら、剛性補強を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるトンネル掘進機の上部地山の支持方法によれば、地山を仮支保することにより、ＴＢＭの拘束を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるトンネル掘進機の上部地山の支持方法の一実施例を示す実施状態の側断面説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示した支持方法において、仮支保用のバッグを設置する方法の説明図である。
【図４】図３のバッグの平面図と同平面図のＡ―Ａ,Ｂ―Ｂ線断面図である。
【図５】図１に示したバッグを他の形式のトンネル掘進機に適用する際の設置方法の説明図である。
【図６】図１に示した支持方法で使用するバッグの他の例を示す断面説明図である。
【図７】本発明にかかる支持方法の他の実施例を示すバッグの設置方法の説明図である。
【図８】図７に示したバッグの断面説明図である。
【図９】図７に示したバッグを他の形式のトンネル掘進機に適用する際の設置方法の説明図である。
【図１０】図７の設置方法で使用できるバッグの他の例を示す断面説明図である。
【図１１】図７の設置方法で使用できるバッグの他の例を示す断面説明図である。
【図１２】図７の設置方法で使用できるバッグの他の例を示す断面説明図である。
【図１３】図７の設置方法で使用できるバッグの他の例を示す断面説明図である。
【図１４】本発明の支持方法で用いることができるバッグのさらに別の例を示す平面図と同平面図のＡ―Ａ,Ｂ―Ｂ線断面図である
【符号の説明】
１０，１０ａ        トンネル掘進機
１１        前シールド部
１２        中シールド部
１３        後シールド部
１４        カッターヘッド
１５        地山掘削面
１６        フロントグリッパー
１７        駆動モータ
１８        メイングリッパー
３０，３０ａ〜３０ｅ  バッグ
３２，３２ａ〜３２ｅ  本体
４０                  連結部材
【図１】
0003728987.tif 000002
【図２】
0003728987.tif 000003
【図３】
0003728987.tif 000004
【図４】
0003728987.tif 000005
【図５】
0003728987.tif 000006
【図６】
0003728987.tif 000007
【図７】
0003728987.tif 000008
【図８】
0003728987.tif 000009
【図９】
0003728987.tif 000010
【図１０】
0003728987.tif 000011
【図１１】
0003728987.tif 000012
【図１２】
0003728987.tif 000013
【図１３】
0003728987.tif 000014
【図１４】
0003728987.tif 000015