(57)【要約】【課題】地山の崩落を防止して拡幅トンネルを容易に掘削することができるトンネル掘削機を提供すること。【解決手段】スキンプレート１の前部に設けられたカッタヘッド２を駆動回転させながら、コピーカッタ３をカッタヘッド２の外周部から外方に出没させると共にカッタヘッド２を拡幅方向に揺動させることで、掘削断面の幅が拡大するように前方の地盤を掘削し、可動胴部１０を拡幅量に応じて掘削した土砂をチャンバ室９に取り込めるように拡幅方向に突出させる一方、フード１１を拡幅量に応じて拡幅方向に突出させるようにした。【選択図】図１
2007247213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、
前記掘削機の外殻から拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、
前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、
前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、
前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、
前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、
前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機において、
前記拡縮部材は前記拡幅トンネルに取り付けられたセグメントの前端近傍まで延設される
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削途中で掘削幅を拡大可能なトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、トンネル掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転可能に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びセグメントエレクタが装着されている。従って、このカッタヘッドを駆動モータによって回転させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることにより、前方の地盤を掘削してトンネル坑を掘削形成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成されたトンネル坑の内壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築することができる。
【０００３】
ところで、トンネル掘削機によって地下トンネルを掘削する場合、トンネル内に道路部を構築するだけでなく、この道路部の側部にトンネル長さ方向に一定距離ごとに該道路部を拡幅した非常駐車帯部や設備設置場所等の拡幅部を構築する必要があった。従来、トンネル内に拡幅部を構築する方法として、開削工法、トンネル本体を構築後に部分的にセグメントを取り外して拡幅部を掘削・覆工する工法、あるいは拡幅専用のトンネル掘削機を用いる工法等が実施されている。
【０００４】
ところが、掘削形成されたトンネル坑の内壁面は不安定であり、崩落の少ない地盤であれば問題はないが、地山が崩落し易い地盤では、セグメントを組み付けるまでにトンネル坑の内壁面が崩落するおそれがあった。従来のトンネル掘削機では、拡幅カッタで拡幅部を掘削すると共に、拡幅カッタの後方に設けられた拡幅部材を拡幅方向に突出させ山留めを行うことで、拡幅部の崩落を防止していた。このような、従来のトンネル掘削機は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８９１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のトンネル掘削機においては、拡幅部のみを掘削する拡幅カッタを設け、この拡幅カッタに形成された開口部から掘削土砂を取り込むようにしているので、掘削機本体の構造が非常に複雑になっていた。また、拡幅カッタが拡幅方向に扇状に突出されるので、その後方に配置された拡幅部材との間に隙間部が形成されるだけではなく、掘削直後からセグメントを組み付けるまでの拡幅部の内壁面に対して十分に対応が取られていなかった。
【０００７】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、地山の崩落を防止して拡幅トンネルを容易に掘削することができるトンネル掘削機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、
前記掘削機の外殻から拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、
前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、
前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、
前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、
前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、
前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係るトンネル掘削機は、
第１乃至３のいずれかの発明に係るトンネル掘削機において、
前記拡縮部材は前記拡幅トンネルに組み付けられたセグメントの前端近傍まで延設される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明に係るトンネル掘削機によれば、掘削機本体と、前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、前記掘削機の外殻から拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備えることにより、地山の崩落を防止して拡幅トンネルを容易に掘削することができる。
【００１３】
第２の発明に係るトンネル掘削機によれば、掘削機本体と、前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備えることにより、地山の崩落を防止して拡幅トンネルを容易に掘削することができる。
【００１４】
第３の発明に係るトンネル掘削機によれば、掘削機本体と、前記掘削機本体の前部に回転自在に設けられ前方の地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの外周部において該カッタヘッドの外方に出没自在に設けられ拡幅掘削する伸縮カッタと、前記カッタヘッドを拡幅方向に揺動させる揺動装置と、前記掘削機の外殻に対して拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され前記カッタヘッドが掘削した土砂を収容するチャンバ室を形成する可動胴部と、前記掘削機の外殻から前記拡幅量に応じて拡幅方向に拡縮され拡幅トンネルの山留めを行う拡縮部材とを備えることにより、地山の崩落を防止して拡幅トンネルを容易に掘削することができる。
【００１５】
第４の発明に係るトンネル掘削機によれば、第１乃至３のいずれかの発明に係るトンネル掘削機において、前記拡縮部材は前記拡幅トンネルに組み付けられたセグメントの前端近傍まで延設されることにより、確実に地山の崩落を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は拡幅時においてカッタヘッドが揺動した様子を示す図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視断面図、図５は図３のＣ−Ｃ矢視断面図、図６は拡幅時においてカッタヘッドが揺動していない様子を示す図、図７は図６のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【００１７】
図１，２に示すように、掘削機本体として円筒形状をなすスキンプレート１の前部には、略円盤状をなすカッタヘッド２が回転自在に装着されている。このカッタヘッド２の前部には多数のカッタビット３が固定されると共に、その外周部には多数のコピーカッタ４が径方向に出没自在に支持されている。そして、カッタヘッド２の後部にはカッタドラム５が固定される一方、スキンプレート１にはカッタヘッド用駆動モータ６を備えるカッタ駆動装置７が設けられており、カッタドラム５の図示しないリングギヤとカッタ駆動装置７の図示しない駆動ギヤとが噛み合っている。また、カッタヘッド２は図示しない揺動装置により拡幅方向、即ち、掘進方向と略直交方向に揺動自在に支持されている。
【００１８】
従って、カッタヘッド２は、カッタヘッド用駆動モータ６によってカッタ駆動装置７が駆動されるとカッタドラム５を介して回転されると共に、揺動装置が駆動されると拡幅方向に揺動される。コピーカッタ４は、カッタヘッド所定角度範囲（拡幅掘削時）においてはカッタヘッド２の外周部から突出されると共に、それ以外の角度においてはカッタヘッド２内に収納されている。つまり、標準トンネルＴ１を掘削する場合にはカッタヘッド２をスキンプレート１１の軸線上に配置させ、拡幅トンネルＴ２（図３参照）を掘削する場合にはカッタヘッド２を揺動させると共にコピーカッタ４を出没させる。
【００１９】
スキンプレート１の前部には、カッタヘッド２の後方に配置されたバルクヘッド８が設けられており、これにより、カッタヘッド２とこのバルクヘッド８との間にはチャンバ室９が形成される。このチャンバ室９には、図示しない掘削土砂排出装置が連結されており、この装置に接続されトンネル掘削機の外部まで延設する配管により、チャンバ室９内に収容された掘削土砂が排出される。
【００２０】
また、スキンプレート１の拡幅側には可動胴部１０とフード１１とが設けられている。この可動胴部１０とフード１１とは、スキンプレート１の外殻の一部を形成すると共に拡幅方向に拡縮自在に支持されている。可動胴部１０は、その掘進方向前端部においてチャンバ室９の外側を形成するものであり、拡縮ジャッキ１２により拡幅方向に拡縮自在に支持されている。一方、拡縮部材であるフード１１は、可動部材１０の掘進方向後方に隣接して設けられており、押圧ジャッキ１３により拡幅方向に拡縮自在に支持されている。なお、フード１１の掘進方向の長さは、可動胴部１０の後端から後述する組み付けられたセグメントＳの前端まで形成されている。
【００２１】
即ち、可動部材１０とフード１１とは、標準トンネルＴ１のみを掘削する場合にはスキンプレート１内に収納されており、拡幅トンネルＴ２を掘削する場合には拡幅量に応じて拡幅方向に突出され、フード１１が拡幅部ｔ２の内壁面を押圧することで、地山の崩落を防止している。
【００２２】
そして、スキンプレート１の後部の内周面には、周方向に沿って複数のシールドジャッキ１４が並設けられており（図１では１つだけ図示）、このシールドジャッキ１４を掘進方向後方に伸長して、標準トンネルＴ１の内壁面に組み付けられたセグメントＳに押し付けることで、その反力によりスキンプレート１を前進させることができる。更に、スキンプレート１の後部には、図示しないセグメントエレクタが設けられており、このセグメントエレクタは、シールドジャッキ１４により前進したスキンプレート１と、組み付けられたセグメントＳとの間の空間に新しいセグメントＳを組み付けることができる。
【００２３】
次に、上述した本実施例に係るトンネル掘削機の作用について説明する。
【００２４】
先ず、標準トンネルＴ１を掘削形成する場合には、カッタヘッド用駆動モータ６の駆動によりカッタヘッド２を回転させながら、複数のシールドジャッキ１４を伸長し、組み付けられたセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート１を前進させることで、多数のカッタビット３が前方の地盤を掘削する。そして、カッタビット３によって掘削された土砂はチャンバ室９内に取り込まれ、掘削土砂排出装置の配管により外部に排出される。次に、シールドジャッキ１４のいずれかを縮み方向に作動して組み付けられたセグメントＳとの空間を形成し、セグメントエレクタによりこの空間に新しいセグメントＳを組み付ける。この作業を繰り返し行うことにより、所定長さの標準トンネルＴ１を掘削形成することができる。
【００２５】
また、拡幅トンネルＴ２を掘削形成する場合には、図３乃至７に示すように、スキンプレート１が拡幅位置に配置されると、カッタヘッド２を回転させながら、カッタヘッド２の所定角度でコピーカッタ４を駆動させ突出・収納するように往復運動させると共に、カッタヘッド２を揺動装置により拡幅方向に揺動させ、複数のシールドジャッキ１４を伸長し、組み付けられたセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート１を前進させることで、多数のカッタビット３が前方の地盤を掘削する。同時に、可動胴部１０は拡縮ジャッキ１２の伸長により拡幅方向に突出され、フード１１は押圧ジャッキ１２の伸長により拡幅方向に突出される。このとき、カッタヘッド２の拡幅量（揺動量）は所定の拡幅量まで徐々に大きくなり、可動胴部１０及びフード１１も、この拡幅量に応じて徐々に拡幅方向に突出される。また、フード１１は、組み付けられたセグメントＳの前端までの拡幅部ｔ２の内周面を常に押圧し、地山の崩壊を防止するようにしている。
【００２６】
そして、カッタビット３によって掘削された土砂は、可動胴部１０の突出により拡大されたチャンバ室９内に取り込まれ、掘削土砂排出装置の配管により外部に排出される。次に、シールドジャッキ１４のいずれかを縮み方向に作動して組み付けられたセグメントＳとの空間を形成し、セグメントエレクタによって、この空間に拡幅部ｔ２に対応し拡幅部ｔ２の周方向に拡大可能な拡幅セグメントＳを配置した後、この拡幅セグメントを拡幅部ｔ２の内壁面に沿うように拡大させ組み付ける。この作業を繰り返し行うことによって、所定長さの拡幅トンネルＴ２を掘削形成することができる。
【００２７】
次いで、拡幅トンネルＴ２を掘削形成後に標準トンネルＴ１を掘削形成する場合には、コピーカッタ４を収納し、揺動装置の駆動を停止させカッタヘッド２をスキンプレート１の軸線上に配置させると共に、拡縮ジャッキ１２及び押圧ジャッキ１３を縮み方向に作動させ、可動胴部１０及びフード１１をスキンプレート１の外殻を形成するように縮幅して収納することにより、標準トンネルＴ１を掘削形成することができる。
【００２８】
なお、本実施例においては、コピーカッタ４を出没させながらカッタヘッド２を揺動させているが、所定の拡幅量までコピーカッタ４だけを駆動させ、その後はカッタヘッド２の揺動だけを行うようにしても構わない。また、拡幅量にもよるが、拡幅量が小さければコピーカッタ４だけを駆動させ、大きければカッタヘッド２の揺動だけで拡幅させても構わない。更に、本実施例においては、片側拡幅を行うトンネル掘削機を説明したが、両側拡幅を行うトンネル掘削機にも適用可能である。
【００２９】
従って、本発明のトンネル掘削機によれば、スキンプレート１の前部に設けられたカッタヘッド２を駆動回転させながら、コピーカッタ４をカッタヘッド２の外周部から外方に出没させると共にカッタヘッド２を拡幅方向に揺動させることで、掘削断面の幅が拡大するように前方の地盤を掘削し、可動胴部１０を拡幅量に応じてカッタヘッド２が掘削した土砂をチャンバ室９内に取り込めるように拡幅方向に突出させる一方、フード１１を拡幅量に応じて拡幅方向に突出させ拡幅部ｔ２の内壁面に押圧させることにより、簡素な構成で地山の崩落を防止して拡幅トンネルＴ２を容易に掘削することができる。また、フード１１は、組み付けられたセグメントＳの前端まで延設されているので、新しいセグメントＳを組み付けるときまで拡幅部ｔ２を押圧することがき、確実に拡幅部ｔ２の内壁面の崩落を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
トンネルの内壁面の崩落を抑制すると共に掘削作業の効率を図るトンネル掘削機に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】拡幅時においてカッタヘッドが揺動した様子を示す図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図６】拡幅時においてカッタヘッドが揺動していないときの様子を示す図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      スキンプレート
２      カッタヘッド
３      カッタビット
４      コピーカッタ
５      カッタドラム
６      カッタヘッド用駆動モータ
７      カッタ駆動装置
８      バルクヘッド
９      チャンバ室
１０      可動胴部
１１      フード
１２      拡縮ジャッキ
１３      押圧ジャッキ
１４      シールドジャッキ
【図１】
2007247213.tif 000003
【図２】
2007247213.tif 000004
【図３】
2007247213.tif 000005
【図４】
2007247213.tif 000006
【図５】
2007247213.tif 000007
【図６】
2007247213.tif 000008
【図７】
2007247213.tif 000009