(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透かし溝掘削用チェーンカッタを前後方向に移動可能に備えるとともに中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽面に対峙して配置された円弧状のアーチフレームに沿って移動可能に備えられ、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを循環移動させながら前記カッタ横行装置を介して前記アーチフレームに沿って移動させることにより切羽の外周にアーチ形透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記円弧状ガイド部材が前記カッタ横行装置に旋回可能に装着されていることを特徴とするトンネル施工機。
【請求項２】
前記透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材の湾曲方向に対して直角方向に旋回可能に前記円弧状ガイド部材に備えられている請求項１に記載のトンネル施工機。
【請求項３】
透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材から突出したときに前記円弧状ガイド部材がトンネル断面の放射方向に沿って揺動可能に前記カッタ横行装置に備えられている請求項１または２に記載のトンネル施工機。
【請求項４】
前記円弧状ガイド部材の少なくとも後部が伸縮可能である請求項１，２または３に記載のトンネル施工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土被りの浅いトンネル掘進において、地表の沈下を防ぐために掘削予定断面の外側にプレライニングを施した比較的幅広な鉄道や地下鉄駅舎等のためのトンネルを掘進する際に用いられるトンネル施工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、隣り合うアーチ形支保版を相互に近接あるいは接合させて施工するアーチ形トンネル掘進工法およびその装置が、特公平０４−６３１９８号公報に提示されている。
【０００３】
前記アーチ形トンネル掘進工法では、図７、図８ならびに図９に示しているように、トンネル長手方向に延びるとともに、中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している円弧状の透かし溝掘削用チェーンカッタ２を、トンネルの切羽の外周に沿って移動して、円弧状断面のアーチ形透かし溝１９を掘削し、そのアーチ形透かし溝１９内に硬化性材料を充填して硬化させて、円弧状断面のアーチ形支保版２１を形成したのち、そのアーチ形支保版２１により囲まれた部分を掘削して、以下同様の工程を繰返して、前記アーチ形支保版２１の前端部内側にその後部が近接または連続するように前記アーチ形透かし溝１９を形成していくものである。
【０００４】
また、前記工法では、アーチ形トンネル掘進装置は、トンネル施工機設置面１８上に設置されたレール２２上を、走行用駆動装置２３によって駆動する走行装置２４に、トンネル断面と相似する径を有するアーチフレーム５が固定され、そのアーチフレーム５に沿って移動用駆動装置２５により移動される可動フレーム２６に、トンネルの後側から切羽に向かって斜め上向きに延びるとともに、その中間部がトンネルの外側に窪むように湾曲している円弧状ガイド部材３が固定されている。
【０００５】
そして、前記円弧状ガイド部材３に沿ってカッタ進退用駆動装置８により移動される移動フレーム９に、トンネルの長手方向に延びるとともに前記円弧状ガイド部材３と同一曲率で中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している円弧状透かし溝掘削用チェーンカッタ２により掘削されたアーチ形透かし溝１９に硬化性材料を注入するための硬化性材料注入管２７が前記移動フレーム９により支持されている。
【０００６】
更に、前記硬化性材料注入管２７には、コンクリートのバッチャープラントとを連結接続するためのホース２８が接続されている。
【０００７】
そして、前記公報に提示されている工法は、トンネル断面と相似する径を有するアーチフレームがトンネル断面の下部に位置するトンネル施工機設置面に固定され、そのアーチフレーム５に沿って透かし溝掘削用チェーンカッタ２を移動させ、トンネルの切羽の外周に沿って円弧状断面のアーチ形透かし溝１９を掘削していくものであるが、従来のトンネル形状はアーチフレーム５の中心位置、つまり、装置の移動中心がトンネル施工機設置面１８よりも上側に位置しており、透かし溝掘削用チェーンカッタ２による掘削時に円弧状ガイド部材３の後端が前記トンネル施工機設置面１８、即ち、トンネルの地盤に当たる等の心配がなくアーチフレーム５の端から端まで円滑に移動し何等問題がなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示したような最近の道路や鉄道用トンネルにおいて要求されるような高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネル、即ち
カッタ横行装置４の旋回中心１７がトンネル断面の下部に位置するトンネル施工機設置面１８よりも下側に位置してしまうようなトンネルにおいて適度の深さを有するアーチ形透かし溝１９を形成しようとすると、トンネル施工機設置面１８との距離が空いているアーチフレーム５の頂上付近は問題ないが、トンネル施工機設置面１８との距離が接近しているアーチフレーム５の両側を透かし溝掘削用チェーンカッタ２により掘削しようとすると、図２の実線で示したように円弧状ガイド部材３の後端３ｃがトンネル施工機設置面１８に当たってしまうことから円弧状断面のアーチ形透かし溝１９の両端部を掘削することができない、という問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、透かし溝掘削用チェーンカッタを前後方向に移動可能に備えるとともに中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽面に対峙して配置された単芯円形状のアーチフレームに沿って移動可能に備えられており、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを循環移動させながら前記カッタ横行装置を介して前記アーチフレームに沿って移動させることにより切羽の外周にアーチ形透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記円弧状ガイド部材が前記カッタ横行装置に旋回可能に装着されていることを特徴とする。
【００１０】
即ち、円弧状ガイド部材を前記カッタ横行装置に旋回可能に装着することにより、前記円弧状ガイド部材がトンネル断面に沿って旋回してトンネル施工機設置面に平行に位置するので（図２に示す矢印Ｂの位置）、高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネルにおいて、カッタ横行装置の旋回中心がトンネル断面の下部に位置する場合であって、透かし溝掘削用チェーンカッタがアーチフレームの両端に位置しているときに円弧状ガイド部材の後端がトンネル施工機設置面に当たってしまうことなしに円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができる。
【００１１】
また、本発明において、前記透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材の湾曲方向に対して直角方向に旋回可能に前記円弧状ガイド部材に備えられていることにより、円弧状ガイド部材がアーチフレームの両端においてトンネル施工機設置面に平行に位置しているとき（図２に示す矢印Ｂの位置）に透かし溝掘削用チェーンカッタが、上下に旋回可能となり、前記円弧状ガイド部材の水平位置より下方部分への透かし溝の掘削が可能となる。
【００１２】
更に、透かし溝掘削用チェーンカッタが、前記円弧状ガイド部材から突出したときに前記円弧状ガイド部材がトンネル断面の放射方向に沿って揺動可能に前記カッタ横行装置に備えられていることにより、前記透かし溝掘削用チェーンカッタがアーチフレームの両端に位置しているときに、円弧状ガイド部材を前記カッタ横行装置に対して旋回することにより、元のアーチフレームの半径軸線に合致させる（図２に示す矢印Ａの位置）際に、円弧状ガイド部材の旋回中心と透かし溝掘削用チェーンカッタとの位置のズレにより半径により形成される透かし溝の半径とその後にアーチフレームに沿って横行する際に形成されるアーチ形透かし溝との半径のずれから生じる透かし溝掘削用チェーンカッタとの接触により旋回不能に陥る心配を解消することができる。
【００１３】
更にまた、前記円弧状ガイド部材の後部を伸縮可能とすることにより、円弧状ガイド部材が、アーチフレームの両端部分において水平位置から旋回して元のアーチフレームの半径軸線Ａと合致する位置に戻るまでの間において円弧状ガイド部材の後部のトンネル施工機設置面への当接状態を回避して円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１乃至図６は、本発明の好ましい実施の形態の一例を示すものであり、トンネル施工機１の基本的な構成および施工方法などは従来のアーチ形トンネル掘進工法に用いられるものとほぼ同様であって、循環駆動する透かし溝掘削用チェーンカッタ２を前後方向に移動可能に備えるとともに中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する円弧状ガイド部材３を突設したカッタ横行装置４が、切羽面に対峙して配置された旋回中心１７がトンネル施工機設置面１８よりも下方に位置する円弧状のアーチフレーム５に沿って移動可能に備えられており、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２を循環移動させながら前記カッタ横行装置４を介して前記アーチフレーム５に沿って移動させることにより切羽の外周にアーチ形透かし溝１９を掘削するものである。
【００１６】
そして、カッタ横行装置４の前面に旋回軸受６が設けられており、その旋回軸受６に旋回フレーム７が介装されており、カッタ横行装置４と旋回フレーム７との間には、旋回油圧シリンダ３２が２箇所に転動可能に固定されており、そのピストンを伸縮させることで旋回フレーム７を回転中心３３を軸として横行装置４に対して旋回させることができる。そして、この旋回軸受６に旋回フレーム７を介して備えられた円弧状ガイド部材３がトンネル断面に沿って旋回する動作を、以下、旋回−1の動作と称する。
【００１７】
また、旋回フレーム７と円弧状ガイド部材３との間には、筒部２９ａと筒部２９ａ内をスライドしてが伸縮するピストン２９ｂとからなる俯仰用油圧シリンダ２９が回動可能に架設され、前記筒部２９ａの下端は旋回フレーム７の前面に回動可能に固着されているとともにピストン２９ｂの先端は円弧状ガイド部材３の上部に回動可能に固着されており、ピストン２９ｂの伸縮に伴って円弧状ガイド部材３が回転軸３０を支点として揺動する。
【００１８】
更に、前記円弧状ガイド部材３は、先部３ａと後部３ｂとからなり、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２が円弧状ガイド部材３に沿って移動し、透かし溝掘削用チェーンカッタ２が一旦先部３ａの所定位置に固定された後は、後部３ｂが折り畳み用の油圧シリンダ３１により先部３ａ側に折り畳まれる。
【００１９】
前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２は、前記円弧状ガイド部材３と同一の曲率で中間部がトンネル外側に窪むように湾曲している。
【００２０】
また、透かし溝掘削用チェーンカッタ２には、円弧状ガイド部材３上をカッタ進退用駆動装置８によりピニオン（図示省略）とラック（図示省略）が噛合して移動する移動フレーム９との間に、回動可能なように旋回油圧シリンダ１０が介装されている。その旋回油圧シリンダ１０により前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２は回転軸１１を中心に上下に旋回動作を行う。以下、その上下旋回動作を旋回−２の動作と称する。
【００２１】
そして、本実施の形態は、駆動装置３２により循環駆動する透かし溝掘削用チェーンカッタ２を前後進可能に円弧状ガイド部材３を設けたカッタ横行装置４を、両下端部を走行装置１２に固定され円弧状に構成されるアーチフレーム５の内側に沿って設けられたラック１３と歯合するピニオン１４が，油圧モータ１５と減速機１６とで構成される移動用駆動装置の出力軸に接続されて回転し、アーチフレーム５に沿って移動させて切羽の外周にアーチ形透かし溝１９を掘削するのであるが、図２に示されているように、高さに対して大きな半径を持つ扁平断面形状のトンネルを掘るときにおいて、カッタ横行装置４の旋回中心１７がトンネル施工機設置面１８の下方に位置することから、殊に掘削開始や掘削終了時のトンネル施工機設置面１８との距離が接近しているアーチフレーム５の両端側を透かし溝掘削用チェーンカッタ２により掘削しようとすると、円弧状ガイド部材３の後端３ｃがトンネル施工機設置面１８に当たってしまい掘削作業を始めることができない。
【００２２】
そこで、円弧状ガイド部材３をアーチフレーム５の最端に位置させた状態で前記旋回−１の動作により前記旋回フレーム７、円弧状ガイド部材３ならびに透かし溝掘削用チェーンカッタ２を水平の位置（図２の破線で示す状態）として、円弧状ガイド部材３の後端３ｃがトンネル施工機設置面１８へ当接するのを回避する。
【００２３】
次いで、前記旋回−１の動作により旋回フレーム７、円弧状ガイド部材３ならびに透かし溝掘削用チェーンカッタ２をトンネル施工機設置面１８に対して水平の位置（図２の破線で示す状態）とした状態で、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２を前記旋回−２の動作により旋回させて地盤に向かって下げ（図４に鎖線で示す状態）、その透かし溝掘削用チェーンカッタ２を円弧状ガイド部材３にガイドさせて地山へ押し込みながら掘削を行い円弧状ガイド部材３の水平位置より下の部分に透かし溝２０を形成する。
【００２４】
次に、前記円弧状ガイド部材３の後部３ｂを先部３ａ側へ折り畳んで収縮させて円弧状ガイド部材３の後端３ｃがトンネル施工機設置面１８に当たるのを防止した状態で、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２を前記旋回−２の動作により旋回させて地盤から上方へと向けて、透かし溝掘削用チェーンカッタ２を円弧状ガイド部３の水平位置に復帰させる（図４に実線で示す状態）。
【００２５】
そして、次に、前記旋回−１の動作により前記旋回フレーム７を中心として、円弧状ガイド部材３を半径Ｒ１の軸線に合致させるまで図３に示すように透かし溝２０ａを形成しながら旋回させた後、前記カッタ横行装置４を動かしてアーチ形透かし溝１９を切羽切り上げていく。
【００２６】
ところが、図３に示すように、前記旋回−１の動作に伴って切羽に掘削・形成される透かし溝２０ａの旋回半径Ｒ2の曲率半径と前記カッタ横行装置４を介して前記アーチフレーム５に沿って移動させることにより切羽の外周に掘削・形成されるアーチ形透かし溝１９の半径Ｒ１の曲率半径が異なること、更には元々から、透かし溝掘削用チェーンカッタ２は施工量の多いアーチ形透かし溝１９に対して抵抗が少なくなるように形成されていることから、前記旋回−１の動作によって円弧状ガイド部材３をアーチフレーム５の半径Ｒ１の軸線に合致させアーチ形透かし溝１９を切羽切り上げていく過程に移行させる際に、透かし溝掘削用チェーンカッタ２が透かし溝２０ａに接触して旋回−１の動作が困難になる心配がある。
【００２７】
そこで、前記円弧状ガイド部材３がトンネル断面の放射方向に沿って揺動可能に前記旋回フレーム７に備えられており、前記旋回−１の動作と前記揺動による俯仰動作との連携操作で位置制御をしつつ上方に向かってきわめて円滑に前記アーチ形透かし溝１９へと連続して掘削することができる。尚、前記旋回−１の動作と前記揺動による俯仰動作により透かし溝掘削用チェーンカッタ２を前記アーチ形透かし溝１９に移行させる際に、前記旋回−１の動作と前記揺動による俯仰動作との操作量を、予め計算によりもとめて制御することにより、確実且つ円滑にアーチ形透かし溝１９へと移行させることができる。
【００２８】
尚、これまでは、掘削の開始時について詳細に説明したが、前記アーチ形透かし溝１９の掘削が更に継続され、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２が前記アーチフレーム５の頂点を過ぎ、前記左側での掘削終了時に至った場合にも全く逆の手順により同様にして掘削することができる。
【００２９】
そして、前記アーチ形透かし溝１９を掘削しながら前記透かし溝掘削用チェーンカッタ２のカッタ部に吐出口を設けたホース（図示省略）から前記アーチ形透かし溝１９内に瞬間硬化性材料を挿入することによりアーチ形支保版２１を形成して、そのアーチ形支保版２１により囲まれた切羽部分を掘削して、掘削された土砂を切羽に向かって後方に排出し、それらの工程を繰り返して行いトンネルを掘進する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、トンネル高さに対して幅広な径を有するプレライニングを必要とする地下鉄駅舎等のトンネル掘削のように、トンネル施工機を設置する地盤面を深くとれず、アーチフレームの旋回中心がトンネル断面の下部に位置する場合であっても、これまでのように、不必要なトンネル施工機設置面の掘り下げをすることなしに円弧状断面のアーチ形透かし溝の両端部を含めて掘削することができ、掘削土量が減少し掘削コストを削減でき、且つ工事効率の大幅改善を可能とする優秀なトンネル施工機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態を示す側面図。
【図２】本発明の実施の形態におけるトンネルのアーチ形透かし溝、アーチ形支保版ならびにアーチフレームの断面を示した断面図。
【図３】図２の更に詳細な部分説明図。
【図４】本発明の実施の形態についての旋回−２の動作機構を示した断面図。
【図５】本発明の実施の形態についての旋回−１の動作機構を示した断面図。
【図６】本発明の実施の形態についての旋回−１の動作機構を示した正面図。
【図７】従来例における側面図。
【図８】従来例におけるトンネルのアーチ形透かし溝、アーチ形支保版ならびにアーチフレームの断面形状を表した断面図。
【図９】連続形成されたアーチ形支保版からなるトンネル支保の斜視図。
【符号の説明】
１  トンネル施工機
２  透かし溝掘削用チェーンカッタ
３  円弧状ガイド部材
３ａ  先部
３ｂ  後部
３ｃ  後端
４  カッタ横行装置
５  アーチフレーム
１８  トンネル施工機設置面
１９  アーチ形透かし溝
【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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【図６】
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【図７】
0004753272.tif 000008
【図８】
0004753272.tif 000009
【図９】
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