(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機のメインビームの両側部にそれぞれ設けられ、掘削直後のトンネル壁面上部にコンクリートを吹き付けて支保するためのコンクリート吹付け装置において、上記メインビームの長さ方向に沿って往復動するＬ字形フレームと、このＬ字形フレームの水平端に設けられた伸縮ジャッキと、この伸縮ジャッキの先端に吹出口が連結された吹付けホースと、この伸縮ジャッキを上記Ｌ字形フレームの水平端を支点としてトンネルの周方向に旋回すべく旋回ジャッキとからなることを特徴とするトンネル掘削機のコンクリート吹付け装置。
【請求項２】
トンネル掘削機のメインビームの両側部にそれぞれ設けられ、掘削直後のトンネル壁面上部にコンクリートを吹き付けて支保するためのコンクリート吹付け装置において、上記メインビームの長さ方向に沿って往復動するＬ字形フレームと、このＬ字形フレームの水平端に設けられた伸縮自在なガイドロッドと、このガイドロッドを伸縮する伸縮ジャッキと、このガイドロッドの先端に吹出口が連結された吹付けホースと、このガイドロッドを上記Ｌ字形フレームの水平端を支点としてトンネルの周方向に旋回すべく旋回ジャッキとからなることを特徴とするトンネル掘削機のコンクリート吹付け装置。
【請求項３】
上記伸縮ジャッキ又はガイドロッドの先端に、上記各吹付けホースの吹出口の向きを変える首振り機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機のコンクリート吹付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削直後のトンネル壁面上部にコンクリートを吹き付けて支保するためのコンクリート吹付け装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地下道やトンネル等を形成するためのトンネル掘削機としては、掘削と同時にコンクリート製のセグメントを組み立ててトンネル壁を形成するいわゆるシールド式トンネル掘削機と称される掘削機の他に、岩盤等の比較的土質が安定している箇所を掘削するためのＴＢＭ（Tunnel-boring-Machine ）と称されるトンネル掘削機（以下、ＴＢＭと称す）が知られている。
【０００３】
このＴＢＭは、例えば、図５〜図１０に示すように、地中を掘削する円形のカッターヘッド１と、このカッターヘッド１を支持するフロントサポート２と、このフロントサポート２の後方からトンネルの軸方向に延びるメインビーム３と、このメインビーム３に沿ってスライドすると共にその両側からトンネル壁面側に出没するグリッパー４と、メインビーム３の後端をトンネル下部から支持するリアサポート５とから主に構成されている。
【０００４】
従って、先ず図９に示すように、このグリッパー４を突出させてその両端のクリッパーシュー４ａ，４ａをトンネル壁面に押し当ててメインビーム３をトンネルの略軸心部に支持固定した後、カッターヘッド１を駆動しながら図５に示すように、フロントサポート２とグリッパー４間を接続する推進ジャッキ６を延ばし、カッターヘッド１及びフロントサポート２をメインビーム３と共にグリッパー４を支持点として前方に押し出すことで地中を掘削するようになっている。
【０００５】
そして、このようにして地中を一定距離、すなわち推進ジャッキ６のストローク量だけ掘進したならば、カッターヘッド１を停止し、図１０に示すようにリアサポート５を延ばしてトンネル下部側からメインビーム３の後端を支持した後、グリッパー４を緩めると同時に伸び切った推進ジャッキ６を縮めることでグリッパー４をカッターヘッド１側にスライドさせ、その後、このグリッパー４を再び突出させてメインビーム３等をトンネル壁側から支持した後、リアサポート５を縮めて同様な掘削を再開することで順次、前方に移動しながら掘削距離を延ばすようになっている。
【０００６】
また、このようにして掘削された土砂はメインビーム３内に設けられたベルトコンベア７によって後方に排土され、また、排土しきれなかった土砂はメインビーム３の下部に設けられたショベル８によって掬い上げられ、残土処理用ベルトコンベア９からカッターヘッド１側に戻されてベルトコンベア７から排土されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなＴＢＭによって掘削されたトンネル壁面には、掘削直後のトンネルの崩落等を防止するための支保（壁面サポート）が直ちに施されるようになっている。
【０００８】
そして、この支保方法としては、従来、図５及び図７に示すようにカッターヘッド１後方のフロントサポート２内に設けられた鋼アーチ支保組立用エレクタ１０によって分割された鋼アーチ１１を順次リング状に組み立てて行う方法や、図５及び図８に示すように、メインビーム３の両側に設けられたロックボルト打込装置１２，１２によってトンネル壁面の上面にロックボルトを等間隔に打ち込む方法の他に、切削直後のトンネル壁面に、瞬間接着剤を混ぜ合わせたコンクリートを直接吹き付けて固める方法が用いられている。
【０００９】
このうち、コンクリートを直接吹き付けてトンネル壁面を固めて支保する方法としては、図示していないが▲１▼フロントサポート２の後方に旋回フレームを設け、この旋回フレームのエレクターにコンクリート吹付用ノズルを設置してこれを周方向に旋回させながら吹き付けを行う方法、▲２▼作業員がトンネル内に入り込み、直接吹付けホースを手にしてメインビーム３上から吹き付ける方法、▲３▼山岳（ＮＡＴＭ）工法等で用いられているロボットアーム型の吹付車両を用いる方法等が考えられている。
【００１０】
しかしながら、▲１▼の旋回フレームを設置して行う方法では、その設置スペース分、掘削機全体の機長が長くなってしまい、急カーブの掘削を行う掘削機には適せず、また、旋回フレームが一つとなるため、個別（左右）の吹き付け作業が困難である。しかも、所要の動作を満足するには掘削機自体に対して大規模な構造改良が必要となり、経済性が悪くなるといった問題がある。
【００１１】
一方、▲２▼に示すような作業員による吹付ける方法では、危険が多い上に労働条件も劣悪で作業効率が悪く、実用的ではない。
【００１２】
さらに、▲３▼に示す山岳（ＮＡＴＭ）工法等で用いられているロボットアーム型の吹付車両を用いる方法では、ＴＢＭの狭いスペースに設置することが困難であり、且つ自由が利かないといった欠点がある。
【００１３】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、既存のＴＢＭを殆ど改良することなく、かつ安全確実にトンネル壁面に対するコンクリート支保を行うことができる新規なＴＢＭ掘削機のコンクリート吹付け装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、トンネル掘削機のメインビームの両側部それぞれに設けられ、掘削直後のトンネル壁面上部にコンクリートを吹き付けて支保するためのコンクリート吹付け装置において、上記メインビームの長さ方向に沿って往復動するＬ字形フレームと、このＬ字形フレームの水平端に揺動自在に設けられた伸縮ジャッキと、この伸縮ジャッキの先端に吹出口が連結された吹付けホースと、この伸縮ジャッキを揺動すべく上記Ｌ字形フレームの上端に揺動自在に設けられた旋回ジャッキとからなるものである。
【００１５】
すなわち、Ｌ字形フレームの上端に設けられた旋回ジャッキを伸縮させてＬ字形フレームの水平端に設けられた伸縮ジャッキを揺動させると、吹付けホースの吹出口がトンネル壁の周方向に旋回するため、このような旋回と同時にその吹出口からコンクリートを吹き出すことでトンネル壁面の周方向にコンクリートを吹き付けることができる。また、このように伸縮ジャッキを揺動させながらＬ字形フレームをメインビームの長さ方向に移動させることで周方向のコンクリート吹き付けと同時に軸方向の吹き付けも行うことができる。
【００１６】
さらに、伸縮ジャッキの旋回角度によって吹出口とトンネル壁面との吹付け距離が異なる場合には、旋回角度に応じてこの伸縮ジャッキを適宜伸縮させることで、その吹き付け距離を常に一定に保つことが可能となり、均一なコンクリート吹き付けが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るトンネル掘削機のコンクリート吹付け装置２０の実施の一形態を示したものである。
【００１９】
図示するように、このコンクリート吹付け装置２０は、従来、上述したロックボルト装置１２，１２が取り付けられていた位置に設けられるようになっており、断面矩形状をしたメインビーム３の両側部にミラー状に対面した状態でそれぞれ独立して作動可能となっている。
【００２０】
このコンクリート吹付け装置２０は、図２及び図３に示すように、メインビーム１の長さ方向に沿って往復動するＬ字形フレーム２１と、このＬ字形フレーム２１の水平端に設けられたガイドロッド２２と、このガイドロッド２２側に付設された伸縮ジャッキ２３と、このガイドロッド２２の先端に連結プレート２４を介して連結された吹付けホース２５と、このガイドロッド２２と上記Ｌ字形フレーム２１の上端間に設けられた旋回ジャッキ２６とから主に構成されている。
【００２１】
先ず、このＬ字形フレーム２１は、図２に示すように、その屈曲部外側に形成された係合部２７がメインビーム３の側面にその長さ方向に設けられた凸状のガイドレール２８に係合して設けられるようになっており、図３に示すように、グリッパー４側からメインビーム３と平行に延びるスライドジャッキ２９によってガイドレール２６に沿ってメインビーム３の前後方向に往復動されるようになっている。尚、このガイドレール２８及びスライドジャッキ２９は従来、上記ロックボルト装置１２をスライド移動させるために予め設けられていたものがそのまま用いられる。
【００２２】
次に、このＬ字形フレーム２１の水平端に設けられたガイドロッド２２は、外径の異なる２本又は３本の筒体を同軸上に重ね合わせたものであり、その最外筒体の下端部がＬ字形フレーム２１の水平端にピン結合されてトンネルの周方向に旋回自在となっていると共に、その最内筒上端部が上記支持プレート２４に連結されてその長さ方向にテレスコープ状に伸縮自在となっている。
【００２３】
また、このガイドロッド２２に付設された伸縮ジャッキ２３は、図示しない油圧ケーブルから供給される油圧によって同じくテレスコープ状に伸縮する油圧ジャッキであり、その下端部がガイドロッド２２の最外筒体側に連結固定されると共に、その伸縮上端部が上記支持プレート２４側に連結されている。
【００２４】
一方、旋回ジャッキ２６は、図２に示すようにその一端部がＬ字形フレーム２１の上端部に揺動自在にピン結合されると共に、他端部がガイドロッド２２に設けられたブラケット３０側にピン結合されており、Ｌ字形フレーム２１の上端部とブラケット３０間を連結するようになっている。そして、この旋回ジャッキ２６は上記伸縮ジャッキ２３と同様、図示しない油圧ケーブルから供給される油圧によってテレスコープ状に伸縮する油圧ジャッキであり、これがその長さ方向に伸縮することで図示するようにガイドロッド２２を伸縮ジャッキ２３及び吹付けホース２５と共にＬ字形フレーム２１の水平端を軸としてトンネル壁の周方向に沿って９０°以上の範囲に亘って旋回させるようになっている。尚、このガイドロッド２２，伸縮ジャッキ２３，旋回ジャッキ２６の伸縮部には、蛇腹状のカバー３１が設けられており、スライド面に土砂やコンクリート液が付着しないように防護されている。
【００２５】
以上において、本発明装置の作用を説明する。
【００２６】
図１及び図２に示すように、メインビーム３の両側に設けられた各コンクリート吹付け装置２０，２０の各旋回ジャッキ２６，２６を伸縮させると、これに伴って各ガイドロッド２２，２２の先端に設けられた各吹付けホース２５，２５の各吹出口２５ａ，２５ａがそれぞれトンネル壁の一方の側面から上面に９０°以上の範囲に亘って連続的に旋回する。
【００２７】
従って、このような状態で各吹付けホース２５，２５にコンクリートを供給すると、それらの吹出口２５ａ，２５ａから吹き出されたコンクリートがそれぞれトンネル壁面全体の約１／４以上の範囲に亘って吹き付けられることとなり、少なくともトンネル壁の上半分の範囲には確実なコンクリート吹付けが行われる。そして、一般的にこのようなコンクリート吹付けはトンネル壁の上面側のみに施され、下面側には施す必要がないことから、これら二つの吹き付け装置２０，２０で充分な範囲にコンクリートを吹き付けることができる。
【００２８】
このとき、各吹出口２５ａ，２５ａは、Ｌ字形フレーム２１の水平端を軸として円弧状に旋回するが、一般にその旋回軸はトンネルの中心軸と一致していないため、その旋回角度によって吹出し距離が変化し、吹き付け範囲が均一に行われないといった問題が生じてくる。すなわち、吹出口２５ａから吹き出されるコンクリートは放射状に吹き出されることから、図１に示すような構成の場合では、ガイドロッド２２を倒したときに吹出口２５ａとトンネル壁面との距離が最短になっているのに対し、起立させるに従って吹出口２５ａとトンネル壁面との距離が徐々に長くなるため、吹付け範囲に広狭の差が発生し、均一なコンクリート吹き付けが困難となる。
【００２９】
しかしながら、本発明装置は上述したようにこの吹出口２５ａを旋回するためのガイドジャッキ２２を伸縮ジャッキ２３によって伸縮自在としたことから、図１に示すように、旋回角度にリンクさせてガイドロッド２２を伸縮させれば、旋回角度に拘わらず、常に吹出口２５ａとトンネル壁との距離を一定に保つことが可能となり、均一なコンクリート吹き付けを行うことができる。
【００３０】
さらに、このような周方向の吹き付けを行いながら、図３に示すように、スライドジャッキ２９によってＬ字形フレーム２１をメインビーム３のガイドレール２８に沿って移動させることで、トンネルの長さ方向に亘って所定の範囲にコンクリートを均一にムラなく吹き付けることができる。
【００３１】
また、本発明は従来のロックボルト装置１２，１２が設けられていたメインビーム３の先端に位置するようになっているため、掘削直後のトンネル壁に対して直ちにコンクリート吹き付けを行うことができることから、トンネル壁の崩落を確実に防止することが可能となり、良好且つ迅速なコンクリート吹き付けを行うことができる。しかも、本発明装置はコンパクトな大きさであるため、新たに専用の設置スペースを設ける必要がなく既存の掘削機にそのまま適用でき高い汎用性を発揮することができる。さらに、比較的簡単な構成であるため、信頼性も高くかつ製作コストも安価に抑えることも可能となる。
【００３２】
尚、本発明装置を備えることにより、従来のロックボルト装置１２，１２はその必要性が少なくなるが、このコンクリート吹付け装置２０と共に付設する場合には、そのメインビーム３の後端側に付設すれば、図８に示すような動きの規制がなくなって自由度が高まるため、その設置数も２つから１つに減らすことも期待できる。
【００３３】
また、本実施の形態では、比較的荷重や吹出し反力の大きい吹付けホース２５を確実に支持するためにガイドロッド２２を備えた例で説明したが、伸縮ジャッキ２３自体が充分な剛性、強度を有したものであれば、このガイドロッド２２を省略した構成としても良い。
【００３４】
次に、図４は本発明装置の他の実施の形態を示したものであり、上述したガイドロッド２２の先端に上記各吹付けホース２５の吹出口２５ａの方向を自在に変える首振り機構３３を設けるようにしたものである。
【００３５】
この首振り機構３３は図示するようにガイドロッド２２の先端の連結プレート２４にピン結合されたガイドロッド３４と、このガイドロッド３４をガイドロッド２２の旋回方向へ揺動する揺動ジャッキ３５と、このガイドロッド３４の先端に上述した吹付けホース２５の吹出口２５ａを支持する支持プレート３６とから構成されており、この揺動ジャッキ３５を伸縮させることで図示するように、吹出口２５ａの向きをガイドロッド２２の旋回方向に自在に変えることができるようになっている。
【００３６】
すなわち、上記実施の形態に示した構成では、ガイドロッド２２を伸縮させることにより、吹き付け距離を一定にすることができるが、この構成のみでは図１に示すようにガイドロッド２２を倒したときにはコンクリートがトンネル壁面に直角に吹き付けられるのに対し、起立させるに従ってその吹き付け角度が斜めになってしまい、トンネル壁面に対するコンクリートの吹付け角度が異なって吹付け範囲が周方向に伸張してしまうことが考えられる。
【００３７】
そのため、上記構成に加え、本実施の形態に示すような首振り機構３３をガイドロッド３４の先端に設け、この首振り機構３３によってさらに吹出口２５ａの向きを調整するようにすれば、ガイドロッド２２に旋回角度に拘わらず、常にトンネル壁面に対してコンクリートを直角に吹き付けることができ、さらに良好な吹き付け作業を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮することができる。
【００３９】
▲１▼トンネル壁面に対するコンクリート支保を機械化によって確実に行うことができる。
【００４０】
▲２▼コンパクトで簡易な構造であるため、狭いスペースへも容易に設置することができる。
【００４１】
▲３▼既存のトンネル掘削機を殆ど改良することなく付設することができるため、新たに旋回リングやエレクタ等を設置するような構造に比べて製作コストを大幅に削減することができる。
【００４２】
▲４▼また、構造が簡単なことにより装置の信頼性も高くなって故障頻度の可能性も低く、仮に故障してもその修復も容易に行うことができる。
【００４３】
▲５▼狭い作業空間でのコンクリート吹付けの機械化が可能となり、作業効率及び安全性を大幅に向上することができる。
【００４４】
▲６▼左右単独操作が可能となるため、均一で確実なコンクリート吹付け作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を備えたトンネル掘削機の実施の一形態を示す正面図である。
【図２】本発明装置の構成及び作用を示す正面図である。
【図３】本発明装置の構成及び作用を示す側面図である。
【図４】本発明装置の他の実施の形態を示す部分拡大図である。
【図５】従来のトンネル掘削機（ＴＢＭ）の実施の一形態を示す側面図である。
【図６】図５中Ａ−Ａ矢視図である。
【図７】図５中Ｂ−Ｂ断面図である。
【図８】図５中Ｃ−Ｃ断面図である。
【図９】図５中Ｄ−Ｄ断面図である。
【図１０】図５中Ｆ−Ｆ断面図である。
【符号の説明】
３  メインビーム
20  コンクリート吹付け装置
21  Ｌ字形フレーム
22  ガイドロッド
23  伸縮ジャッキ
25  吹付けホース
26  旋回ジャッキ
25a 吹出口
29  スライドジャッキ
33  首振り機構
【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】
0003987982.tif 000009
【図９】
0003987982.tif 000010
【図１０】
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