(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインビームに支持されるグリッパ装置を有し、カッターヘッドにより掘削を行うオープン型のトンネル掘進機において、
前記トンネル掘進機の本体前部に、半径方向に伸縮自在なサポートを設け、
前記トンネル掘進機における本体内部から後方に伸びるメインビームの後部位置に、薬液注入機能を備えるボーリング機が搭載設置され、
このボーリング機のドリルが前記トンネル掘進機の本体の内側からカッターヘッドの外周部よりやや外側に向かう角度で軸線を設定され、
前記サポートには、前記ボーリング機のドリルが貫通できるガイドを備えた挿通孔が、その本体上半部を覆う範囲で所要配分にて複数個所に設けられていることを特徴とする岩盤用トンネル掘進機。
【請求項２】
前記ボーリング機の旋回装置は、その旋回軸心をトンネル掘進機の軸心とほぼ合致させて円周方向に旋回するように設けられ、前記サポートに設けられるガイドを備えた挿通孔が同心円状に所要の配分で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の岩盤用トンネル掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤用トンネル掘進機に係るものであって、詳しくは掘削する地山が健岩部中に自立性の低い弱層部が混在するような地層を掘削する際に、切羽の直上部地山を薬液注入で固化できるボーリング手段を付設して、地盤改良しつつ掘進できるように構成された岩盤用トンネル掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、硬岩層の地山を掘削するにはオープン型のＴＢＭ（トンネル掘進機）を用いて行われているが、掘削される地山の地層が硬岩層の一部に自立性の低い崩落性地層が混在するような場合、その崩落性地層を掘進させるには切羽における地山の崩落を阻止する対策が必要となる。
【０００３】
このような自立性の低い崩落性地層が混在する地層を掘削するには、本来シールド型のトンネル掘進機を用いればあまり問題はないが、硬岩層の一部に自立性の低い崩落性地層の混在が推測できない場合は前述のようにオープン型のＴＢＭを用いて掘削されることが多い。このような場合、通常の掘削を続けると切羽での地山の崩落が発生して作業を困難にすることになる。そこで、崩落性地層に遭遇した場合、その対策として崩落する恐れのある個所に薬液を注入して固化させた後に掘削するような手法が考えられる。
【０００４】
前述の地山に薬液注入して固化する手段については、例えば特開平４−１８５８９４号公報によって知られるようなシールドトンネル掘削工事におけるトンネルの接合部でシールド掘進機の内部から地山に対して圧縮空気注入管と高圧水管および薬液注入管の三重管ロッドで、高圧水の噴射と圧縮空気の噴射によって地山にロッドを挿入し、そのロッド先端部のノズルから地盤硬化材を地盤中に注入して地盤を改良するものが開示されている。また、特開平３−１６１６９５号公報には、前記同様にシールドトンネル掘進機によるトンネル掘削工事における両側から掘り進んだトンネルの接合部における地盤改良によって掘削を安全に遂行するために、シールド掘進機の内部から地山に対してボーリングロッドを用い多数本の薬液注入操作を掘削部の全周にわたり放射状に行わせ、地盤の安定ゾーンを作って掘削部の接合が安全にできるようにする接合工法とその機能を備えたシールド掘進機について開示されている。
【０００５】
このような先行技術に鑑みて、前述のようなオープン型のＴＢＭを用いて自立性の低い崩落性地層が混在すると推測される地層を掘削するに際し、崩落性地層に遭遇した場合、その崩落する恐れのある個所に薬液を注入して固化させて掘進する手段として、図６（ａ）（ｂ）で例示するような方法が試みられた。この方式では、オープン型のＴＢＭ１０１の機体内後部におけるグリッパ装置１０４にボーリングマシン１１０を搭載して、ルーフサポート１０５やサイドサポートシューにドリル（ボーリングロッド）１１２が干渉しないようにそれらを交わしてカッターヘッド１０６の上方から地山Ａに向かってボーリングロッドを進入させて削孔し、予め組み込まれたそのボーリングロッド内から先端部に設けられる噴射ノズルによって地山Ａの切羽予定部分上部に地盤硬化材を注入する操作を複数本放射状に行わせ、地山Ａの改良を行って掘進するのである。なお、前記ボーリングマシン１１０は、トンネル掘進機１０１の軸心を基準にして所要回転角の範囲で移動させて図６（ｂ）で示されるように扇形状に削孔して薬液の注入を行わせ、薬液浸透部Ｄを形成することができるようにされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記オープン型のＴＢＭの機体内部に薬液注入機能を備えるボーリングマシン１１０を付設して、切羽部の上方地山Ａに地盤硬化材を注入して崩落性地層の強化改良を行う試みは、前記図示からも了解できるように、ボーリングロッド（ドリル）１１２をルーフサポート１０５やサイドサポートシューに干渉しないようにすることからトンネル掘進機１０１の本体１０２のかなり後方にボーリングマシン１１０を装着しなければならず、しかも掘削予定個所からかなり離れた地山Ａに対する薬液注入になるので薬液の注入拡散範囲が切羽位置に届かない結果となる。また、地盤強化ができるとしても薬液注入するための削孔数を多くして掘進部の上方強化範囲を過大にしなければならず作業性が低下するのみならず薬液注入の量が過大になって多くの工費が必要となるなどの問題がある。
【０００７】
また、前記特開平４−１８５８９４号公報、あるいは特開平３−１６１６９５公報によって開示されている方式では、前述の先行技術に比べてさらに薬液注入の範囲が広範囲にわたることになって、その目的とするようなトンネル接合部という限られたゾーンでの地盤強化策としては有効であっても、掘進途中における切羽の地山改良策としては採用できないものである。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、トンネル掘進機に搭載するボーリングマシンを用いての薬液注入部を切羽予定個所に接近させて無理なく最小限の薬液注入操作で安定した掘削地盤の改良を行えるようにされた岩盤用トンネル掘進機を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明による岩盤用トンネル掘進機は、
メインビームに支持されるグリッパ装置を有し、カッターヘッドにより掘削を行うオープン型のトンネル掘進機において、
前記トンネル掘進機の本体前部に、半径方向に伸縮自在なサポートを設け、
前記トンネル掘進機における本体内部から後方に伸びるメインビームの後部位置に、薬液注入機能を備えるボーリング機が搭載設置され、
このボーリング機のドリルが前記トンネル掘進機の本体の内側からカッターヘッドの外周部よりやや外側に向かう角度で軸線を設定され、
前記サポートには、前記ボーリング機のドリルが貫通できるガイドを備えた挿通孔が、その本体上半部を覆う範囲で所要配分にて複数個所に設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
このように構成される本発明の岩盤用トンネル掘進機によれば、掘進切羽が崩落性地層に遭遇した場合、ボーリング機のドリル軸線を予め設定されたボーリング位置に合わせて駆動してドリルを前進させれば、そのドリルが本体前部のサポートに設けられたガイドに案内されて挿通孔から地山に押し込まれ、ちょうど切羽の上部に対してドリルを掘進させることができる。この際、地山を掘進するドリルは、本体前部のサポートに設けられた挿通孔を通じて地山に進入して削孔できるので、カッターヘッドの外周部に近い位置（掘削径により近づけた部分）を削孔できることになり、所要深さに削孔した後薬液を注入することにより切羽の直上部で地山を強化させることが可能となる。したがって、補強のために薬液注入の地山掘削本数を少なくすることが可能になるとともに、薬液注入による地盤改良効果も有効になって作業効率を著しく向上させることができるという効果を奏するのである。また、前記ボーリング機のドリルのガイド部は、半径方向に伸縮自在なサポートに設けられているので、掘進する地山の状況に応じてドリルの打ち込み角度を変更して薬液注入範囲を最適な範囲に行うことができる。
【００１１】
本発明において、前記ボーリング機の旋回装置は、その旋回軸心をトンネル掘進機の軸心とほぼ合致させて円周方向に旋回するように設けられ、前記サポートに設けられるガイドを備えた挿通孔が同心円状に所要の配分で設けられているのがよい。こうすれば、ボーリング機による薬液注入孔を切羽上部個所の地山に対して掘削範囲を覆う範囲のみに薬液注入して地山の強化作業を迅速に、かつ効率よく実施することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、前記ボーリング機の設置個所としてはトンネル掘進機のグリッパ装置のキャリア後部支持部材を介して搭載することも可能であり、こうすれば、掘進しながら地盤強化のための薬液注入操作を並行して行うことができる。また、薬液注入に際しては、ボーリング機のドリル先端部に薬液拡散型のノズルを組み込むとともに、瞬結性の薬液と緩結性の薬液とが任意に切り替えられるように給液部で操作できる機構を付帯させて地山の状況に対応できるようにすれば、地盤硬化剤の選択で改良範囲を拡大させて薬液の注入本数を少なくすることも可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による岩盤用トンネル掘進機の具体的な実施例の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１に本発明にかかる岩盤用トンネル掘進機の概要を示す縦断面図が、図２に図１におけるII−II視とIV−IV視を半分ずつ併記された拡大断面図が、図３に図１のIII−III視拡大断面図が、そして図４に図１のV−V 視拡大断面図が、それぞれ表されている。
【００１６】
これら各図によって示されるように、本実施例の岩盤用トンネル掘進機１は、その本体２の構造が公知のオープン型トンネル掘進機と同様で、メインビーム３に支持されるグリッパ装置４の設置位置の後部に軸心を掘進機の軸心とほぼ合致させて周方向に旋回する旋回装置１４を介してボーリング機１０が搭載支持されている。このボーリング機１０におけるビーム１１上に搭載される周知構造のドリル（ロッド）１２は、その軸線がトンネル掘進機１の本体２上半部を覆うルーフサポート５の内側からカッターヘッド６の外周部よりやや外側に向かう角度で設置されている。なお、前記ドリル（ロッド）１２は所要長さに周知の継手（図示せず）によって順次接続できるもので、その内部に二液混合によって凝結する薬液が別個に供給できる二重管構造にされている。また、そのドリル１２の先端部には薬液噴射ノズル（図示省略）が付設され、ドリル駆動機１２ａの後端部には図示省略するが坑内に設けられた薬液供給装置からの給液配管が接続される。
【００１７】
トンネル掘進機の本体２におけるルーフサポート５には、前記ドリル１２が内周部から外周部を貫通して地山側に突き出すことができるドリルガイド７ａを備えた挿通孔７が所定の角度で、上半部におけるほぼ１２０°の範囲にて適宜間隔を置いて複数個所（具体例では５個所、但しこの数並びに配置範囲には限定されない）に設けられている。前記挿通孔７はルーフサポート５の内側から外側へ所定の角度で次第に開口するように形成され、そのルーフサポート５の内側を樋状のカバー７ｂによって覆うようになされている。
【００１８】
また、ドリルガイド７ａは、前記挿通孔７の内端部に前記ドリル１２のロッドを軸線方向に摺動自在で、かつ回転支持できる構造のものが取り付けられている。そのドリルガイド７ａ（挿通孔７）を備えるルーフサポート５は、本体フレーム９に繋がる支持リンク８，８と拡張用の油圧シリンダ８ａによって径方向に伸縮自在にされている。
【００１９】
このように構成されたトンネル掘進機１は、掘進操作を続けて前進するうちに、自立性の低い崩落性地層の存在が察知される（例えば先進ボーリングによって探査する）と、カッターヘッド６による掘削を一旦停止して（あるいは停止することなく）ボーリング機１０を作動させ、ビーム１１に沿ってドリル駆動機１２ａを前進させ、ドリル１２の先端部をルーフサポート５に設けられたドリルガイド７ａを通じて挿通孔７から地山Ａに突入させる。この状態では、図５（ａ）にて例示されるように、前記挿通孔７から地山Ａに向かって突入されるドリル１２は、カッターヘッド６の外周部より径方向にやや離れた個所で地山Ａ側に削孔Ｃして前進することになる。ドリル１２の掘削前進に応じて周知手段によってロッドを接続して所要長（所要深さ）削孔Ｃされたならば、そのロッド後端に予め接続されている給液配管を通じて薬液供給装置から薬液をロッド内に供給し、ドリル先端部の噴射ノズルから削孔Ｃ部の周囲に向かって混合された薬液を注入して地山Ａ内に浸透拡散させ、その薬液浸透部Ｄで地盤を硬化させて強化する。この際、注入される薬液については、予測される地山Ａの軟弱程度に応じて予め硬化速度を設定された配合となる二液を供給して混合注入される。
【００２０】
このようにして、１個所の薬液注入が終われば、ドリル１２を後退させて地山Ａから抜き出し、隣接する他のドリルガイド７ａ位置に旋回装置１４によってボーリング機１０を回動させてドリル１２の位置合わせを行い、再び前記要領でボーリング機１０を駆動して地山Ａにドリル１２を突入させ、所要深さ削孔Ｃさせて薬液の注入を行わせる。以後、この操作をルーフサポート５部に設けてあるドリルガイド７ａの設置数に応じて繰り返し行う。こうすると、図５（ａ）（ｂ）で例示されるように、トンネル掘進機１の切羽Ｂの上部に相当する地山部分に掘進するトンネル掘削機１と同心円状に薬液注入によって強化層が形成されることになり、カッターヘッド６による掘削に対して崩落するのが防止され、そのまま掘進できることになる。
【００２１】
この際、前記のようにして一層だけの地盤硬化処理を行っただけで崩落防止の効果が得られない場合には、トンネル掘進機１を少し前進させてから前記要領で再び薬液注入操作を行い２段に地盤硬化処理を施すことによって、より安定した地盤の強化を図ることができる。このようにしてトンネル掘進機１を運転すれば、自立性の低い崩落性地層に遭遇してもそのまま掘進することができ、無理なく掘進作業を続けることが可能になる。
【００２２】
以上のように、本実施例によれば、ボーリング機１０による薬液注入による強化層の形成が、そのボーリング機１０の旋回中心を掘進機の軸心にほぼ合致させてあることにより、掘進に際して最小限必要なゾーンを地盤強化するだけで安定させることができるので、過剰な薬液注入とそれに伴う地山のボーリング作業を少なくして効率よく実施できることになり、薬液注入の費用を低減するとともに、その作業に要する時間の短縮と相俟って掘進速度が向上し、トンネル工事の促進と工費の低減に役立つ効果が得られることになる。
【００２３】
以上の説明においては、ボーリング機１０の設置位置をメインビーム３の後端部で、グリッパ装置４から離れた位置に旋回装置１４を介して配置されているものであったが、このボーリング機１０の配置については、グリッパ装置４のキャリア４′にブラケット（図示せず）を介して搭載するようにしてもよい。こうすると、掘進しながら薬液注入のためにボーリング機１０を運転することが容易になる。すなわち、グリッパ装置４が移動するときにキャリア４′とともに移動して本体２の前進にそのまま対応できることになり、作業性を向上させる。
【００２５】
本実施例のドリルガイド７ａは本発明のガイドに、ルーフサポートは本体前部のサポートに、それぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる岩盤用トンネル掘進機の概要を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１におけるII−II視とIV−IV視と半分ずつ併記された拡大断面図である。
【図３】図３は、図１のIII−III視拡大断面図である。
【図４】図４は、図１のV−V 視拡大断面図である。
【図５】図５は、本実施例の作動態様を表わす図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は薬液注入部を表わす掘進部の横断面図ある。
【図６】図６は、従来技術における掘進部の地盤改良の概要図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は薬液注入部を表わす掘進部の横断面図ある。
【符号の説明】
１               トンネル掘進機
２               掘進機の本体
３               メインビーム
４               グリッパ装置
４′             キャリア
５               ルーフサポート
６               カッターヘッド
７               挿通孔
７ａ             ドリルガイド
１０             ボーリング機
１１             ボーリング機のビーム
１２             ドリル（ロッド）
１４             旋回装置
Ａ               地山
Ｂ               切羽
Ｃ               削孔
Ｄ               地山の薬液浸透部
【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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