(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部内周に貫入リングとこの貫入リングを受け入れるリング状受入部の何れか一方を備えると共に、カッタスポークが伸縮可能なカッタヘッドを備えた機械式地中接合工法に用いられるトンネル掘削機において、
複数のカッタビットが屈曲自在に連結されたカッタ列を前記カッタスポークと中間支持ビームとに設けたガイドレールに牽引スライド可能に支持してカッタビットの交換が可能とすると共に、
前記ガイドレールをカッタスポーク側と中間支持ビーム側とに分割してカッタスポーク側のガイドレールをカッタヘッドの半径方向にスライド可能とした、
ことを特徴とする牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機。
【請求項２】
前記カッタスポークは中心筒部に固定された外筒と該外筒に対してスポーク伸縮ジャッキにより伸縮可能な内筒とからなり、該内筒に前記カッタスポーク側のガイドレールが固定されたことを特徴とする請求項１に記載の牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機。
【請求項３】
前記ガイドレール内には、カッタヘッドの外周部に位置するセンタカッタビットの一部がリンク機構等を介して一連に連結されてなる主カッタ列がセンタカッタビットを有しない副カッタ列とともに支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機。
【請求項４】
前記カッタスポーク側のガイドレールは、地中接合時に、カッタ列が中間支持ビーム側に牽引スライドされた状態下でカッタヘッドの半径方向にスライドされることを特徴とする請求項１,２又は３に記載の牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル施工区間の両側から掘り進んだ２台のシールド掘削機等を地中で機械的に接合してトンネルを構築する機械式地中接合工法は既に特許文献１等で公知である。この機械式地中接合工法によれば、薬液注入工法、高圧噴射撹拌工法、凍結工法等の補助工法による地盤改良を必要としないので、他の工法に比べ、工期を大幅に短縮し、より安全、より簡単に施工が行えるなどの利点があります。
【０００３】
また、近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたカッタビットが摩耗してしまう。このカッタビットが摩耗すると地盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止して磨耗した各カッタを交換しなければならない。従来、カッタビットの交換作業では、前方の地盤を薬液の注入や凍結などにより固化改良し、この地盤改良地点まで掘削した後に後退してチャンバ内の掘削土砂を全て排出し、作業者がこのカッタヘッドの前方やチャンバ内に入ってカッタビットの交換作業を行っていた。
【０００４】
ところが、このような交換作業では、地盤の改良を行うために使用する薬液などに費用がかかって不経済であると共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者はカッタヘッドの前方やチャンバ内などの狭い空間で作業を行うことなり、不自由な作業となって作業者にかかる負担が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、本出願人等は、カッタビットを掘削機本体内で交換可能としたものとして、特許文献２で牽引式カッタ交換機構（トレール工法）を提案した。この牽引式カッタ交換機構は、掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタヘッドに中心部側が内方の屈曲したガイドレールを配設し、複数のカッタビットが屈曲自在に連結されたカッタ列をこのガイドレールに移動自在に支持し、ガイドレールの端部にゲート機構を介してカッタ収容箱を取り付け、油圧ジャッキによってカッタ列をカッタ収容箱内に移動可能とし、このカッタ収容箱内で磨耗したカッタビットを新しいカッタビットに交換するものである。
【０００６】
この牽引式カッタ交換機構によれば、地盤改良が不要で施工費用の軽減が図れると共に掘削機本体内の広い空間で自由に作業が行えるので、作業性が向上し、かつ作業者の負担の軽減が図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−００４９９８号公報
【特許文献２】特許第３６９７２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、本出願人等は、前述した機械式地中接合工法に牽引式カッタ交換機構を併用することで、短い施工期間でより長距離のトンネルを施工することができることに着目した。しかしながら、機械式地中接合工法は接合時に貫入側シールド掘削機の貫入リングを受入側シールド掘削機のリング状受入部（受圧ゴムリングや受入室等）に受入させるためにカッタスポークが伸縮スポークタイプであるため、ガイドレールを支持するカッタスポークが固定的である（伸縮しない）牽引式カッタ交換機構と併用することが困難であるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、牽引式カッタ交換機構を有効に併用して短い施工期間でより長距離のトンネルを施工することができる、牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用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】
【００１０】
斯かる目的を達成するための本発明に係る牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機は、
掘削機本体の前部内周に貫入リングとこの貫入リングを受け入れるリング状受入部の何れか一方を備えると共に、カッタスポークが伸縮可能なカッタヘッドを備えた機械式地中接合工法に用いられるトンネル掘削機において、
複数のカッタビットが屈曲自在に連結されたカッタ列を前記カッタスポークと中間支持ビームとに設けたガイドレールに牽引スライド可能に支持してカッタビットの交換が可能とすると共に、
前記ガイドレールをカッタスポーク側と中間支持ビーム側とに分割してカッタスポーク側のガイドレールをカッタヘッドの半径方向にスライド可能とした、
ことを特徴とする。
【００１１】
また、
前記カッタスポークは中心筒部に固定された外筒と該外筒に対してスポーク伸縮ジャッキにより伸縮可能な内筒とからなり、該内筒に前記カッタスポーク側のガイドレールが固定されたことを特徴とする。
【００１２】
また、
前記ガイドレール内には、カッタヘッドの外周部に位置するセンタカッタビットの一部がリンク機構等を介して一連に連結されてなる主カッタ列がセンタカッタビットを有しない副カッタ列とともに支持されていることを特徴とする。
【００１３】
また、
前記カッタスポーク側のガイドレールは、地中接合時に、カッタ列が中間支持ビーム側に牽引スライドされた状態下でカッタヘッドの半径方向にスライドされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用トンネル掘削機によれば、機械式地中接合工法に用いられるトンネル掘削機に牽引式カッタ交換機構を有効に併用したので、短い施工期間でより長距離のトンネルを施工することができ、施工費の大幅な削減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例を示す受入側泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】受入側泥水式シールド掘削機の正面図である。
【図３】貫入側泥水式シールド掘削機の要部側断面図である。
【図４】受入側泥水式シールド掘削機と貫入側泥水式シールド掘削機の地中接合時の断面図である。
【図５】通常掘削時の牽引式カッタ交換部の正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】通常掘削時の牽引式カッタ交換部の側断面図である。
【図８】地中接合時の牽引式カッタ交換部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る牽引式カッタ交換機構付き地中接合工法用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】
【００１７】
図１は本発明の一実施例を示す受入側泥水式シールド掘削機の側断面図、図２は受入側泥水式シールド掘削機の正面図、図３は貫入側泥水式シールド掘削機の要部側断面図、図４は受入側泥水式シールド掘削機と貫入側泥水式シールド掘削機の地中接合時の断面図、図５は通常掘削時の牽引式カッタ交換部の正面図、図６は図５のＡ−Ａ線断面図、図７は通常掘削時の牽引式カッタ交換部の側断面図、図８は地中接合時の牽引式カッタ交換部の正面図である。
【００１８】
機械式地中接合工法に用いられる受入側泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）は、図１及び図２に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１０の前部には軸受１１によってカッタヘッド１２が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１２の後部には中間支持ビーム１３を介してリングギア１４が固定される一方、掘削機本体１０にはカッタ旋回モータ１５が取り付けられ、このカッタ旋回モータ１５の駆動ギア１６がこのリングギア１４に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１５を駆動して駆動ギア１６を回転駆動すると、リングギア１４及び中間支持ビーム１３を介してカッタヘッド１２を回転させることができる。
【００１９】
また、掘削機本体１０の前部にはバルクヘッド１７が取り付けられており、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド１７との間にチャンバ１８が形成されている。そして、このチャンバ１８の上部には一端が機外に延設された送泥管１９の他端が開口し、チャンバ１８の下部には一端が機外に延設された排泥管２０の他端が開口している。
【００２０】
一方、掘削機本体１０の後部内周にはシールドジャッキ（推進ジャッキ）２１が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ２１が掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された既設セグメントＳを押し付けることで、その反力により掘削機本体１０を前進させることができる。
【００２１】
また、掘削機本体１０の後部には支持壁２２が取り付けられており、この支持壁２２に旋回自在に支持された旋回リング２３にセグメントＳを組み立てるエレクタ装置２４が設けられる。図１中２５が旋回リング駆動用のモータである。また、支持壁２２の中央部から掘削機本体１０の後方へ延出された架台２６上には既設セグメントＳの形状を保持する形状保持装置２７がジャッキ２８により前後方向へ移動自在に設けられている。
【００２２】
そして、バルクヘッド１７前方の掘削機本体１０の前部内周には、二重筒部を介して地中接合時に後述する貫入側泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）と接合するための受圧ゴムリング（リング状受入部）２９が装着されている。図１中３０はチャンバ１８内の掘削土砂を撹拌するアジテータである。
【００２３】
前述したカッタヘッド１２にて、その前面部の中央には中心筒部３１を介して先行カッタビット（フィッシュテールカッタ）３２が固定されると共に、前記中心筒部３１には周方向へ等角度で６つのカッタスポーク３３ａ〜３３ｆが放射状に固定されている。そして、各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの両側面には長手方向に沿って複数のサイドカッタビット３４が固定されると共に各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの正面（前面）には長手方向に沿って複数のセンタカッタビット３５が固定される。
【００２４】
また、各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆは、中心筒部３１に固定された外筒３６とこの外筒３６内をスポーク伸縮ジャッキ３７により伸縮可能な内筒３８とからなる。即ち、通常掘削時は、サイドカッタビット３４とセンタカッタビット３５の一部を担持した内筒３８はスポーク伸縮ジャッキ３７により伸長されてその先端部がカッタヘッド１２における外周リング３９の切欠き内に挿入される。これにより、カッタヘッド１２はトンネル断面をフルに掘削することができるのである（図２及び図５参照）。
【００２５】
一方、後述する地中接合時は、内筒３８はスポーク伸縮ジャッキ３７により収縮されてその先端部が外周リング３９の切欠き内から抜出される。これにより、外周リング３９と各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの先端及び該各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆを土砂取込開口４０ａを介して露呈させている面板４０の外周との間にクリアランスＣが形成されるようになっている（図８参照）。尚、図２中５０は面板４０に取り付けられたコピーカッタである。
【００２６】
そして、各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの内、カッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅとカッタスポーク３３ｄに牽引式カッタ交換システム（トレール工法）が採用されている。
【００２７】
即ち、カッタスポーク３３ｄにあっては、外筒３６の内周部と中心筒部３１内の案内筒４１に沿って設けられたガイドレール４２内を、センタカッタビット３５の一部（カッタヘッド１２の内周部に位置するセンタカッタビット３５）がリンク機構等を介して一連に連結されてなる主カッタ列ＭＣがセンタカッタビット３５を有しない副カッタ列ＳＣとともに移動自在に支持されている。従って、このセンタカッタビット３５が磨耗して掘削能率が低下したときには、このカッタ列ＭＣ及びＳＣをゲート機構４３及び連結シャフト４４を介して図示しないカッタ収容箱内に油圧ジャッキ等で引き込むことで、磨耗したセンタカッタビット３５を新しいものと交換できるのである。尚、牽引式カッタ交換システム（トレール工法）は、前述したように特許文献２で公知であるのでゲート機構４３及び連結シャフト４４等の具体的な構造は特許文献２を参照してここでは説明を省略する。
【００２８】
一方、カッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅにあっては、図５乃至図７にも示すように、外筒３６の外周部に対応する長さの内筒３８の略全長と中間支持ビーム１３及び案内筒４５に沿って設けられたガイドレール４６内を、センタカッタビット３５の一部（カッタヘッド１２の外周部に位置するセンタカッタビット３５）がリンク機構等を介して一連に連結されてなる主カッタ列ＭＣがセンタカッタビット３５を有しない副カッタ列ＳＣとともに移動自在に支持されている。従って、このセンタカッタビット３５が磨耗して掘削能率が低下したときには、このカッタ列ＭＣ及びＳＣをゲート機構４７及び連結シャフト４８を介してカッタ収容箱４９（図４参照）内に油圧ジャッキ等で引き込むことで、磨耗したセンタカッタビット３５を新しいものと交換できるのである。尚、牽引式カッタ交換システム（トレール工法）は、前述したように特許文献２で公知であるのでゲート機構４７及び連結シャフト４８等の具体的な構造は特許文献２を参照してここでは詳しい説明を省略する。
【００２９】
そして、本実施例では、カッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅにおけるガイドレール４６は、内筒３８と中間支持ビーム１３との間で二分割され、スポーク伸縮ジャッキ３７の収縮時には、主カッタ列ＭＣと副カッタ列ＳＣがカッタ収容箱４９側に引き込まれた状態下で、内筒３８側のガイドレール４６ａが当該内筒３８と一体となって移動（収縮）し、中間支持ビーム１３側のガイドレール４６ｂと分離可能になっている。
【００３０】
機械式地中接合工法に用いられる貫入側泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）は、図３に示すように、掘削機本体１０の前部内周に二重筒部を介して所定長さの貫入リング５１が貫入リング押出しジャッキ５２により伸縮可能に装着され、後述する地中接合時に貫入リング押出しジャッキ５２の伸長により貫入リング５１が掘削機本体１０の前方に押し出された時はその先端部が前述した受入側泥水式シールド掘削機の受圧ゴムリング２９に圧接し得るようになっている。貫入側泥水式シールド掘削機のその他の構成は受入側泥水式シールド掘削機と同様なので、図３及び図４において図１と同一部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００３１】
このように構成されるため、通常掘削時は、トンネル施工区間の両側に位置する受入側泥水式シールド掘削機と貫入側泥水式シールド掘削機は、ともに図１乃至図３に示す状態下にあり、各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの内筒３８はスポーク伸縮ジャッキ３７の伸長によりカッタヘッド１２の外周側に伸び出してその先端部が外周リング３９の切欠き内に挿入される。
【００３２】
この状態で、カッタ旋回モータ１５によってカッタヘッド１２を回転しながら、複数のシールドジャッキ２1を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１0を前進させることで、多数の先行カッタビット３２，サイドカッタビット３４，センタカッタビット３５によって前方の地盤を掘削する。
【００３３】
そして、掘削された土砂は土砂取込開口４０ａからチャンバ１８内に取り込まれ、送泥管１９から供給された水と攪拌されて排泥管２０によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ２１の何れか一つを縮み方向に作動して既設セグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置２４によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成していく。
【００３４】
この掘削途中で、カッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅ又はカッタスポーク３３ｄのセンタカッタビット３５が摩耗して掘削能率が低下した時は、カッタ列ＭＣ及びＳＣをゲート機構４7及び連結シャフト４８又はゲート機構４３及び連結シャフト４４を介してカッタ収容箱４９内に油圧ジャッキ等で引き込むことで、従前の牽引式カッタ交換システム（トレール工法）と同様に、磨耗したセンタカッタビット３５を新しいものと交換することができる。勿論、カッタ列ＭＣ及びＳＣが引き込まれて空になったガイドレール４６内にはグリースが大量に充填されるので掘削土砂の侵入は阻止できる。
【００３５】
一方、地中接合時は、図４及び図８に示すように、受入側泥水式シールド掘削機と貫入側泥水式シールド掘削機とが接合位置で対向した状態下で、両泥水式シールド掘削機における各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの内筒３８はスポーク伸縮ジャッキ３７により収縮されてその先端部が外周リング３９の切欠き内から抜出される。これにより、両泥水式シールド掘削機のカッタヘッド１２において、外周リング３９と各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの先端及び該各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆを土砂取込開口４０ａを介して露呈させている面板４０の外周との間にクリアランスＣが形成される。
【００３６】
この際、両泥水式シールド掘削機のカッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅにあっては、内筒３８側のガイドレール４６ａが当該内筒３８と一体となって移動（収縮）し、中間支持ビーム１３側のガイドレール４６ｂと分離されるので、カッタ列ＭＣ及びＳＣをゲート機構４7及び連結シャフト４８を介してカッタ収容箱４９内に油圧ジャッキ等で予め引き込んでおく。
【００３７】
この状態で、貫入側泥水式シールド掘削機の貫入リング押出しジャッキ５２を伸長させて貫入リング５１を掘削機本体１０の前方に押し出す。これにより、貫入リング５１はクリアランスＣ内を突き進み、やがてその先端部が受入側泥水式シールド掘削機の受圧ゴムリング２９に圧接し、地中接合が実現される。
【００３８】
この後、従前の機械式地中接合工法と同様に、両泥水式シールド掘削機のカッタヘッド１２とその駆動部等の所謂内蔵物が解体されてトンネルが開通される。
【００３９】
このようにして、本実施例によれば、カッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅにおけるガイドレール４６は、伸縮可能な内筒３８と固定の中間支持ビーム１３との間で二分割され、スポーク伸縮ジャッキ３７の収縮時には、主カッタ列ＭＣと副カッタ列ＳＣがカッタ収容箱４９側に引き込まれた状態下で、内筒３８側のガイドレール４６ａが当該内筒３８と一体となって移動（収縮）し、中間支持ビーム１３側のガイドレール４６ｂと分離可能になっているので、機械式地中接合工法に用いられる泥水式シールド掘削機のおいても、通常掘削時にはスポーク伸縮ジャッキ３７を伸長して内筒３８側のガイドレール４６ａと中間支持ビーム１３側のガイドレール４６ｂとを連結させておくことで、牽引式カッタ交換システムを容易に併用でき、地盤改良が不要で施工費用の軽減が図れると共に掘削機本体１０内の広い空間で自由に交換作業が行えるので作業性が向上しかつ作業者の負担の軽減が図れるという牽引式カッタ交換システムの作用効果を十分に享受することができる。
【００４０】
一方、地中接合時には、両泥水式シールド掘削機のカッタスポーク３３ａ，３３ｃ，３３ｅにおいて、主カッタ列ＭＣと副カッタ列ＳＣがカッタ収容箱４９側に引き込まれた状態下で、スポーク伸縮ジャッキ３７を収縮して内筒３８側のガイドレール４６ａと中間支持ビーム１３側のガイドレール４６ｂとを分離させることで、他のカッタスポーク３３ｂ，３３ｄ，３３ｆと同様に内筒３８を容易に収縮させることができる。
【００４１】
これにより、両泥水式シールド掘削機のカッタヘッド１２において、外周リング３９と各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆの先端及び該各カッタスポーク３３ａ〜３３ｆを土砂取込開口４０ａを介して露呈させている面板４０の外周との間にクリアランスＣが形成されるので、機械式地中接合工法を円滑に実施でき、薬液注入工法、高圧噴射撹拌工法、凍結工法等の補助工法による地盤改良を必要としないので他の工法に比べ工期を大幅に短縮し、より安全、より簡単に施工が行えるという機械式地中接合工法の作用効果を十分に享受することができる。
【００４２】
これらの結果、短い施工期間でより長距離のトンネルを施工することができ、施工費の大幅な削減が図れる。
【００４３】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で牽引式カッタ交換機構を採用するカッタスポークの本数変更や機械式地中接合工法における接合構造の変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。
【００４４】
また、本発明のトンネル掘削機を、泥水式シールド掘削機として説明したが、土圧式シールド掘削機やカッタスポークの中央部に複数のローラカッタ列を設けたトンネルボーリングマシンに適用することもできる。トンネルボーリングマシンに適用した場合、カッタビットのみならずローラカッタ列を移動可能としてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０  掘削機本体
１１  軸受
１２  カッタヘッド
１３  中間支持ビーム
１４  リングギア
１５  カッタ旋回モータ
１６  駆動ギア
１７  バルクヘッド
１８  チャンバ
１９  送泥管
２０  排泥管
２１  シールドジャッキ
２２  支持壁
２３  旋回リング
２４  エレクタ装置
２５  旋回リング駆動用のモータ
２６  架台
２７  形状保持装置
２８  ジャッキ
２９  受圧ゴムリング（リング状受入部）
３０  アジテータ
３１  中心筒部
３２  先行カッタビット（フィッシュテールカッタ）
３３ａ〜３３ｆ  カッタスポーク
３４  サイドカッタビット
３５  センタカッタビット
３６  外筒
３７  スポーク伸縮ジャッキ
３８  内筒
３９  外周リング
４０  面板
４０ａ  土砂取込開口
４１  案内筒
４２  ガイドレール
４３  ゲート機構
４４  連結シャフト
４５  案内筒
４６  ガイドレール
４６ａ  内筒側のガイドレール
４６ｂ  中間支持ビーム側のガイドレール
４７  ゲート機構
４８  連結シャフト
４９  カッタ収容箱
５０  コピーカッタ
５１  貫入リング
５２  貫入リング押出しジャッキ
Ｃ  クリアランス
Ｓ  セグメント
ＭＣ  主カッタ列
ＳＣ  副カッタ列
【図１】
0005854770.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005854770.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005854770.tif 000006
【図６】
0005854770.tif 000007
【図７】
0005854770.tif 000008
【図８】
0005854770.tif 000009