(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
得ようとする異形断面に包含される円形断面を掘削するための面板と、
前記面板のすぐ背部にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリングと、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付けられ、かつ前記回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿って揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端に設けられたカッタービットとから構成され、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするトンネルボーリングマシン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと略記する）に関し、特に異形断面を掘削できるようにした構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの掘削に発破を使用せず、機械掘削工法によりトンネル全断面を一度に掘削するトンンネル掘進機として、従来より、例えばＴＢＭが知られている。このＴＢＭは、先端の掘進機本体と、これに後続する各種の施設を載置移動するための作業台車とを備え、掘進機本体に取付けたグリッパーによりトンネル周囲の地盤を反力として掘進機本体を前進させつつトンンネルを掘削してゆくものである。そしてトンネルの掘削後は、コンクリート等の吹付け材料により吹付けライニングしてトンネル内周面を防護する。ＴＢＭを用いて掘削されるトンネルの掘削断面は円形である。これは、切羽を掘削するための面板が円形であり、かつ面板を回転しつつ掘削するためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば鉄道トンネルや道路トンネルなどの馬蹄形断面を要求されるトンネルをＴＢＭを用いて掘削した場合、掘削作業後に、例えば図４（ａ）の斜線部分に示すような追加掘削部分が生じたり、図４（ｂ）の斜線に示すように埋戻しが必要な部分が生じ、その掘削作業や埋戻し作業分、工期が長くなり、不経済となっていた。
【０００４】
また、大断面トンネルにおいては、図５に示すように、ＴＢＭを用いて先進導坑ａを掘削するのが一般的であるが、斜線で示す不足断面分についてはＮＡＴＭ工法により掘削せざるを得ず、工期が長くなるなどの不具合もあった。
【０００５】
この発明は、以上の技術課題を解決するためになされたものであり、その目的は、前述のごとき非円形の異形断面であっても他の工法を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できるようにしたＴＢＭを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のトンネルボーリングマシンは、得ようとする異形断面に包含される円形断面を掘削するための面板と、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするものである。従って、本発明のトンネルボーリングマシンは、トンネルボーリングマシン単独の掘削作業により、円断面とともに異形断面に形成することができる。
【０００７】
前記異形断面掘削部は、前記面板のすぐ背部にあって回転しつつ前後方向に移動するスライドリングと、該スライドリングの外周部に揺動可能に取付けられ、かつ、前記回転と同期して断面不足箇所の外周軌跡に沿って揺動する複数の掘削アームと、各掘削アームの先端に設けられたカッタービットとを備えたものとすることができる。従って、本発明のトンネルボーリングマシンは、硬岩などにおいても円形掘削と同時に異形断面掘削を行うことができ、特に硬岩掘削用として好適である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は本発明を硬岩掘削用に好適なものとして開発した実施形態を示すものである。
【０００９】
図１におけるＴＢＭは、前後方向中央に配置された中空角筒型のビーム１と、ビーム１の先端に回転自在に支持され、かつ後部外周を筒形のスキンプレートで覆った面板２と、面板２のすぐ背面に同軸上に設けられた異形断面掘削部３と、異形断面掘削部３の背面にあってビーム１の外周に配置された固定スリーブ４と、固定スリーブ４の後部にあって前記ビーム１の外周に配置され、かつ複数のスラストジャッキ５を介して固定スリーブ４に連結した角形のスライドブロック６と、スライドブロック６の下部に配置されたずり寄せシュート７と、ずり寄せシュート７の後部中央に先端を位置させ、後部を斜め上方に向けて配置したずり排出用のベルトコンベア８及びビーム１内に配置され、その後部をベルトコンベア８の上部側に位置させたずり排出用のベルトコンベア９とから概略構成されている。  前記固定スリーブ４の上下にはそれぞれ一対のジャッキ１０を介してフロントグリッパ１１が配置され、スライドブロック６の左右には、複数のジャッキ１２を介してメイングリッパ１４が配置され、さらにビームの後部左右にはそれぞれサポートジャッキ１５を介してエンドグリッパ１６が設けられ、各ジャッキの伸縮によりそれぞれのグリッパをトンネル内壁に当接ないしは離間させることで、掘削時における反力を得るようにしている。
【００１０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）には、その動作が示されており、まず、図２（ａ）に示す掘削動作停止状態で、フロントグリッパ１１、エンドグリッパ１６をトンネル内壁に突き当て、スライドブロックのメイングリッパ１４を縮小し、スラストジャッキ５を縮小させてスライドブロック６を前進させ、次いで、図２（ｂ）に示すように、メイングリッパ１４を拡径してトンネル内壁に突き当てることによりスライドブロック６を固定した上で、フロントグリッパ１１及びエンドグリッパ１６を縮小し、面板２及び異形断面掘削部３を回転駆動しつつ、スラストジャッキ５を伸長させることで、面板２及び異形断面掘削部３は前進して一ストローク分の掘削を行う。
【００１１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記面板２の正面には放射状の配列で多数のカッタービット１７が配置され、面板２の回転に伴いその正面の切羽を掘削し、その掘削ずりをスキンプレートで囲われたチャンバからビーム１内に取入れ、ベルトコンベア９及び８を通じて坑内後部に向けて排出する。
【００１２】
前記異形断面掘削部３は、前記面板２より小さな径であって、面板２のすぐ背部に配置されるとともに、面板２とともに回転し、かつ複数のスラストジャッキ１８（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）を介して固定スリーブ４の外周を前後往復移動可能に配置されたスライドリング１９と、スライドリング１９の外周部にピン２０（図３（ｂ）参照）を介して揺動可能に支持された複数の掘削用アーム２１と、各アーム２１の先端に設けられた円盤状カッタービット２２を備えたものであり、スライドリング１９は、前記面板２の回転とともに回転しつつ、固定スリーブ４の外周を前後に往復する。
【００１３】
各掘削アーム２１は、スライドリング１９の回転に同期して揺動しつつ図１の想像線で示すように、下部が円弧状の馬蹄型軌跡を描き、その先端のカッタービット２２によって図３（ｂ）に斜線部で示す馬蹄型軌跡と面板２により既に掘削された円断面との間の部分を掘削する。
【００１４】
なお、各掘削アーム２１による以上の掘削を可能とするためには、例えば、揺動制御用のサーボモータを各掘削アーム２１に設けておき、コンピュータ制御などにより、回転と同期して揺動制御することによっても前記馬蹄型掘削軌跡を実現できる。また、前記馬蹄型掘削断面と相似する馬蹄型カムリード溝を有するカム板を各掘削アーム２１の背面に固定し、各掘削アーム２１の背面に突出するピンをカムリード溝に係合することで、カムリード溝の軌跡に沿って掘削アーム２１を揺動することもできる。
【００１５】
いずれの制御方法を用いたとしても、各掘削アーム２１による最大掘削軌跡は図３（ｂ）の破線で示す軌跡となるため、前記馬蹄型断面のみならず、カム板の交換や、コンピュータプログラムの変更に応じて各種断面に掘削することが可能となる。
【００１６】
前記ずり寄せシュート７は馬蹄型掘削部分の掘削により発生する掘削ずりをかき集めるものであり、その前部左右には、図１に示すように回転羽２３が配置され、これの回転によってずり寄せシュート７の前端部ですくい上げられたずりを中央後部に寄せ集め、前記ベルトコンベア８側へと送りだす。
【００１７】
なお、このずり寄せシュート７は昇降用ジャッキなどにより前記スライドブロック６の下部に回動可能に取付けておき、スライドブロック６の移動時にはこれを上に上げることで移動の妨げを防止し、スライドブロック６の固定時には接地させておくことで、効率よくずりを捕集することができる。
【００１８】
以上により、一掘削動作毎に面板２による円状掘削とその後部における異形断面掘削部３による馬蹄型の掘削作業が同時になされることになり、他の工法を併用することなくＴＢＭのみにより馬蹄型断面のトンネルを造成できることになるのである。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明によるＴＢＭによれば、異形断面であっても他の工法を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できるため、経済的であり、工期短縮に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を硬岩掘削に適用した場合の実施形態によるＴＢＭの斜視図である。
【図２】  （ａ），（ｂ）は同ＴＢＭの側断面図である。
【図３】  （ａ）は同ＴＢＭの正面図、（ｂ）は異形断面掘削部を示す正断面図である。
【図４】  （ａ），（ｂ）は従来のＴＢＭを用いて異形断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。
【図５】  従来のＴＢＭを用いて大断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。
【符号の説明】
２  面板
３  異形断面掘削部
１９  スライドリング
２１  掘削アーム
２２  カッタービット
【図１】
0003951725.tif 000002
【図２】
0003951725.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003951725.tif 000005
【図５】
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