(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が前後方向に移動可能に備えられた円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽面に対向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、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透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記カッタ横行装置にカッタスライド機構がトンネル断面の放射方向に移動自在に設けられ、且つ、該カッタスライド機構に円弧状ガイド部材が枢支されていることを特徴とするトンネル施工機。
【請求項２】
前記カッタスライド機構が横行装置の前面に載設され、俯仰用油圧シリンダならびに移動用油圧シリンダとを備えている請求項１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トンネルを掘進するためのトンネル施工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアーチ形トンネルの掘進方式としては、特公昭６１−２４５１２号公報により公表されているように、循環駆動されるカッタチェーンを有する透かし溝掘削用チェーンカッタと透かし溝掘進方向の後方に順次並ぶ閉塞具および硬化性材料吹付管とを、トンネルアーチ線に沿って移動させることにより、前記透かし溝掘削用チェーンカッタによってトンネルの切羽面から前方に向かって拡大するアーチ形の透かし溝を掘削するとともに、そのズリを排出して前記硬化性材料吹付管から前記透かし溝内に硬化性材料を連続的に吹付け充填するとともに、その硬化性材料を硬化させてアーチ形支保版を形成し、このようなアーチ形支保版を、一部が間隔をおいて重なるようにしてトンネル長手方向に順次施工していくプレライニング方式のトンネル工法が知られている。
【０００３】
しかしながら、前記工法では、隣り合うアーチ形支保版の重なり合う部分の間に地山の層が残るので、土砂が前記隣り合うアーチ形支保版の間からトンネル内に漏出する恐れがある。
また、各アーチ形支保版が遊離しているので、各アーチ形支保版により構成されるトンネル支保の強度が弱く、そのため各アーチ形支保版の内側に鋼製支保枠を設置する必要があるので、工費が掛かるとともに、トンネル掘進能率が悪くなり、且つ、鋼製支保枠とトンネル施工機との干渉を避けるために、隣り合うアーチ形支保版の間隔を更に開ける必要がり、益々アーチ形支保版の間から土砂の崩落が発生し易くなる。
【０００４】
そのため、前記問題を解決するために、特公平０４−６３１９８号公報にて、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、公表されている。
【０００５】
前記アーチ形トンネル掘進工法では、図６、図７ならびに図８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透かし溝掘削用チェーンカッタ４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５を掘削し、そのアーチ形透かし溝５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１５を形成したのち、そのアーチ形支保版１５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１５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５を形成していく。
【０００６】
また、前記工法では、アーチ形トンネル掘進装置は、地盤１１上に設置されたレール１６上を、走行用駆動装置１７によって駆動する走行装置１２に、トンネル断面と相似する径を有するアーチフレーム２が固定され、そのアーチフレーム２に沿って移動用駆動装置２１により移動される可動フレーム２２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２０が固定され、その円弧状ガイド部材２０に沿ってカッタ進退用駆動装置２３により移動される移動フレーム２４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２０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４により掘削されたアーチ形透かし溝５に硬化性材料を注入する硬化性材料注入管１８が前記移動フレーム２４により支持されている。
更に、前記硬化性材料注入管１８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１９が接続されている。
【０００７】
しかしながら、前記特公昭６１−２４５１２号公報ならびに特公平０４−６３１９８号公報にて公表されている工法は、単芯円形状トンネルを対象とするものであり、近年における道路ならびに鉄道用トンネル等のトンネル幅の大きさが増加するにともない使用されている偏平断面型トンネルには不向きである。
【０００８】
すなわち、前記従来工法のトンネル掘進装置では、単芯円形状アーチフレームに沿って、カッタ横行装置とともに透かし溝掘削用チェーンカッタが、単芯円形状に移動して、図５に示されているように、単芯円形アーチ状の透かし溝１５aが掘削され、多芯円形状の透かし溝１５を一度に簡単に掘削することは出来ない。
【０００９】
従って、前記工法を用いて断面が多芯円形状のトンネルを掘削する場合には、まず、断面が多芯円形状に近似する単芯円形状の透かし溝１５aを掘削して、瞬間硬化性コンクリートを充填して支保版を形成し、この支保版により囲まれた部分を掘削して、掘削された土砂を切羽に向かって後方へ排出し、次に、余分な部分１５bのはつり作業を必要とし、部分１５cならびに１５dにおいて覆工コンクリートの打設作業が必要となり、掘削工期ならびに掘削コストの点で問題がある。
【００１０】
そこで、前記のような断面が多芯円形状のトンネルを掘削する場合に対応するための発明が、特願２０００−２８４２５１にて特許出願されている。
【００１１】
前記特願２０００−２８４２５１にて出願されている発明は図４に示されているように、切羽に向かってトンネル長手方向に延びる透かし溝５を掘削するための透かし溝掘削用チェーンカッタ４を設けたカッタ横行装置３が、両下端部が走行装置１２に固定され単芯円形状に構成されるアーチフレーム２の内側に沿って設けられたラックと歯合するピニオン６が回転してアーチフレーム２に沿って移動しながら、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４が循環駆動されることにより、切羽の外周に沿って透かし溝が掘削される。
【００１２】
前記透かし溝５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１５を形成して、そのアーチ形支保版１５により囲まれた部分を掘削して、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うトンネル掘進工法であって、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４が前記カッタ横行装置３とともに前記アーチフレーム２に沿って移動するときに、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４をトンネル断面の放射方向あるいは逆方向に動かして、例えばトンネルの左側から順次右側へと多芯円形状に透かし溝５を一度に掘削するトンネル掘進工法である。
【００１３】
また、前記トンネル掘進工法において、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４が、前記カッタ横行装置３とともに前記ラックと歯合するピニオン６が回転しながら前記アーチフレーム２に沿って移動するときに、前記アーチフレーム２を部分的に捩じれ状にしておくことで、そのアーチフレーム２を捩じって、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４をトンネル断面の放射方向あるいは逆方向に動かすことができ、透かし溝５を多芯円形状に掘削するトンネル掘進装置である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特公昭６１−２４５１２号公報ならびに特公平０４−６３１９８号公報にて公表されている従来工法では、偏平断面を有したトンネル形状に対して、それよりも若干大きめの単芯円形状のアーチ形支保版をもって、プレライニングを施工せざるを得なかった。
【００１５】
そのため余堀り量が多くなって、掘削土量が増えて、その掘削土の輸送費あるいは廃棄土量が増大するという問題がある。
また、トンネルを正規の偏平断面に仕上げるための覆工コンクリート量が相当増えるという問題がある。
そのため、結果としてトンネルの工期が長くなり建設費が増大することとなる。
【００１６】
前記問題を解決するために、前記特願２０００−２８４２５１では、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４をトンネル断面の放射方向あるいは逆方向に動かして、透かし溝を一度に多芯円形状に掘削するトンネル掘進装置が発明されている。
【００１７】
しかしながら、前記従来技術では、前記透かし溝掘削用チェーンカッタが一点を支点として俯仰動作をしているので、透かし溝に対して正対しておらず、その透かし溝が少し捩じれて形成されるという問題がある。
また、前記のように少し捩じれた透かし溝によってアーチ形支保版が形成されるため、その強度が若干弱くなる可能性があるという不都合がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本発明であるトンネル施工機は、透かし溝掘削用チェーンカッタが前後方向に移動可能に備えられた円弧状ガイド部材を突設したカッタ横行装置が、切羽面に対向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、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透かし溝を掘削するトンネル施工機において、前記カッタ横行装置にカッタスライド機構がトンネル断面の放射方向に移動自在に設けられ、且つ、該カッタスライド機構に円弧状ガイド部材が枢支されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明では、前記従来技術での課題である透かし溝が捩じれて形成されるという問題を、透かし溝掘削用チェーンカッタのカッタ部が俯仰動作に加え、上下に平行移動が可能であるカッタスライド機構を設けることによって解決される。
すなわち、前記カッタスライド機構により所定の透かし溝の断面に対して、正対した位置に前記透かし溝掘削用チェーンカッタのカッタ部を位置させることができ、前記所定の透かし溝を高い精度をもって形成することができ、そのためその透かし溝内に瞬間硬化性材料を注入することにより形成されるアーチ形支保版の強度を十分高めることが可能となる。
【００２０】
また、前記カッタスライド機構が横行装置の前面に載設され、俯仰用油圧シリンダならびに移動用油圧シリンダとを備えていることにより，容易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、且つ移動可能とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の好ましい実施の形態の一例で、従来工法にて使用されているカッタ横行装置を備えたトンネル施工機に、更にカッタスライド機構を備えたトンネル施工機による多芯円形状のトンネルの掘削方法を示している。
本発明は、多芯円形状のトンネル１の切羽に向かってトンネル長手方向に延びる透かし溝５を掘削するための透かし溝掘削用チェーンカッタ４を設けたカッタ横行装置３が、両下端部が走行装置１２に固定され単芯円形状に構成されるアーチフレーム２の内側に沿って設けられたラック２aと歯合するピニオン６が，油圧モータ９と減速機１０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２に沿って移動する。
【００２３】
前記カッタ横行装置３の前面に抱き合わせるようにカッタスライド機構１３が設置されている。そのカッタスライド機構１３は、俯仰用油圧シリンダ７ならびに移動用油圧シリンダ２５とを備えている。
前記俯仰用油圧シリンダ７は、筒部８aおよび筒部８a内をスライドして伸縮するピストン８bとから成っており、筒部８aの下端は前記カッタスライド機構１３の前面に回動可能に固定され、他端のピストン８bの先端は円弧状ガイド部材２０の上部に回動可能に固定されている。前記ピストン８bの伸縮にともない、前記カッタ横行装置３がアーチフレーム２に沿って移動するにつれて透かし溝５の方向に合うように伏せたり、上向きに仰ぐように向いたり円弧状ガイド部材２０が回転軸２８を支点として回動する。
【００２４】
また、前記移動用油圧シリンダ２５は、筒部２６aおよび筒部２６a内をスライドして伸縮するピストン２６bとから成っており、筒部２６aの下端は前記カッタスライド機構１３の下部に回動可能に固定され、他端である前記ピストン２６bの先端は前記カッタ横行装置３の上部に回動可能に固定されている。
前記ピストン２６bが上下伸縮することで、スライドフレーム２７が前記カッタ横行装置３の前面に沿って上下に摺動する。
一方、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４は、前記円弧状ガイド部材２０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おり、前記ピストン８bの伸縮にともない前記円弧状ガイド部材２０が回転軸２８を支点として、回動するにつれてトンネルの切羽面に対して前記のように俯仰するが、この動作だけでは、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４のカッタ部が前記透かし溝５に正対せず、少し傾いた、或いは捩じれたような状態となり、所定の透かし溝が掘れない。
【００２５】
そこで、前記移動用油圧シリンダ２５を伸縮させて前記スライドフレーム２７を前記カッタ横行装置３の前面に沿って上下に摺動させることで、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４が上下に平行移動し、前記俯仰用油圧シリンダ７による俯仰動作と前記移動用油圧シリンダ２５の上下平行移動とにより、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４のカッタ部を前記透かし溝５に対して、捩じれることなく、正対する位置に向けることができ、且つ前記アーチフレーム２の単芯円径と横行位置毎に変わる前記透かし溝５の多芯円径の各々の半径との差の変化を、横行位置検出器（図示省略）ならびに俯仰用油圧シリンダ７と移動用油圧シリンダとに設けられたシリンダストローク計（図示省略）での検出データにより制御することで調整することができる。
【００２６】
前記所定の位置に向けられた透かし溝掘削用チェーンカッタ４が循環駆動されることにより、切羽の外周に沿って透かし溝５が掘削される。
【００２７】
前記透かし溝５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１５を形成して、そのアーチ形支保版１５により囲まれた部分を掘削して、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うトンネル掘進工法であって、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４が前記カッタ横行装置３とともに前記アーチフレーム２に沿って移動するときに、前記透かし溝掘削用チェーンカッタ４を前記カッタスライド機構１３により、所定の透かし溝に正対する位置に向けることで、前記透かし溝５を多芯円形状に掘削し連続して前記アーチ形支保版１５を形成して、プレライニングを施すトンネル掘進工法である。
【００２８】
図２は、本発明における実施の形態の一例を示すもので、前記カッタスライド機構１３の詳細を示しており、移動用油圧シリンダ２５の筒部２６aの下端が、前記カッタスライド機構１３の下部に固定されており、一方そのピストン２６bの上端は前記カッタ横行装置３の上部に回動可能に固定されている。
前記ピストン２６bが上下伸縮することで、スライドフレーム２７が前記カッタ横行装置３の前面に沿って上下に摺動する。
尚、前記移動用油圧シリンダ２５の取付け方には、幾つかの方法が考えられるが、それらの保守点検のやり方等を考慮して、例えば、上下を逆にする等の方法があり、その方法については適宜決めれば良い。
【００２９】
また、図３は、本発明における多芯円形状のトンネルの掘削におけるトンネル、透かし溝、アーチ形支保版ならびにアーチフレーム等の立断面を示している。
【００３０】
以下、図３に基づき詳細に説明する。
本断面図に示されているように、アーチフレーム２は、半径Ｒをもった単芯円形状のフレームであり、カッタ横行装置は前記アーチフレーム２に沿って横行する。
一方、トンネルは、例えば、半径Ｒ１ならびに半径Ｒ２を持つ多芯円形状をしたトンネル断面を持っている。
【００３１】
前記多芯円形状をしたトンネルの掘削では、トンネル断面に向かって左側より掘削を開始し、逐次右側に向かって掘削を継続していく。
その際に、偏平断面に沿ったカッタ溝１４の外形と単芯円のアーチフレームの外形との間隔Ｌ１とＬ２とが、前記カッタ溝１４の切削部の横行位置により異なってくる。即ち、図３に示したように、半径Ｒ２が半径Ｒ１に比べて大きくなっている分、Ｌ２の方がＬ１より大きくなる。
その間隔の差を、カッタスライド機構により透かし溝掘削用チェーンカッタのカッタ部を平行移動させて上下調整することで偏平断面に沿って、且つカッタ溝１４に捩じれることなく、真にその溝に合ったスリットを掘削することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、従来工法の単芯円形状用のトンネル施工機による多芯円形状のトンネル掘削における掘削工期の長期化ならびに余掘土量の増大等によるトンネルの掘削コストの飛躍的増大を防ぎ、ならびに工事効率の大幅改善を可能とする。
また、既に発明として出願されている多芯円形状用のトンネル施工機による透かし溝の捩じれによるアーチ形支保版の強度の低下の問題も、本発明のカッタスライド機構によって所定の透かし溝の形状に合わせて透かし溝掘削用チェーンカッタのカッタ部の位置を調整できるので、所定の正確な精度の高い透かし溝を形成でき、十分な強度をもったアーチ形支保版を施工することができ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】カッタスライド機構ならびに横行装置を備えたトンネル施工機を示した全体側面図。
【図２】カッタスライド機構の拡大断面図。
【図３】本発明の多芯円形状のトンネル、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４】従来例における横行装置を備えた多芯円形状用トンネル施工機を示した全体側面図。
【図５】従来例における単芯円形状ならびに多芯円形状トンネルの透かし溝の断面形状を表した断面図。
【図６】従来例における横行装置を備えた単芯円形状用トンネル施工機を示した全体側面図。
【図７】図６の単芯円形状用トンネル施工機を用いてトンネルを施工する実施例を示した断面正面図。
【図８】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，２  アーチフレーム，２a  ラック，３  カッタ横行装置，   ４  透かし溝掘削用チェーンカッタ，５  透かし溝，６  ピニオン，７  俯仰用油圧シリンダ，８a   筒部，８b   ピストン，９  油圧モータ，１０  減速機，１１  地盤，１２  走行装置，１３  カッタスライド機構，１４  カッタ溝，１５  アーチ形支保版，１６  レール，１７  走行用駆動装置，１８  硬化材注入管，１９  ホース，２０  円弧状ガイド部材，２１  移動用駆動装置，２２  可動フレーム，２３  カッタ進退用駆動装置，２４  移動フレーム，２５  移動用油圧シリンダ，２６a  筒部，２６b  ピストン，２７  スライドフレーム，２８  回転軸
【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】
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【図８】
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