(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機と、先端に削孔ビットが装着された削孔機とを備えるトンネル掘削装置であって、
前記自由断面掘削機の本体部の両側部とトンネル内周面との空間に第一のガイド部材が設けられ、該第一のガイド部材に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部と、該走行部からそれぞれ立ち上げられて前記空間に設けられた複数の脚部と、該複数の脚部上に架け渡された複数の梁部とを備える架台がトンネル軸方向に移動可能に設けられ、該架台の上でトンネル軸方向に前記削孔機を移動可能にしたことを特徴とするトンネル掘削装置。
【請求項２】
前記自由断面掘削機の本体部に対して、第一の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を固定し、他方を前記架台に対して固定し、前記第一の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、前記架台を第一のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである請求項１に記載のトンネル掘削装置。
【請求項３】
前記架台の上に第二のガイド部材が固定され、前記削孔機は該第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動可能に形成され、第二の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記架台に対して固定し、他方を前記削孔機に対して固定し、第二の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、削孔機を第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである請求項２に記載のトンネル掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削装置に関し、さらに詳細には、比較的小断面のトンネルにおいて施工機械の入れ替えを行うことなく、切羽前方探査を行うことを可能にするトンネル掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削に先立ち、地山変化部や脆弱地盤等において切羽前方地盤を探査するため、穿孔機により切羽前方ボーリングを実施し、穿孔水の状況、湧水の発生状況、のみ下がり速度などを事前に確認している。このような切羽前方地盤の探査では、自由断面掘削機を一旦坑ロまで後退させてから穿孔機を切羽へ投下するか、又は自由断面掘削機の本体部上に穿孔機を載置し、この穿孔機を切削ブーム上に移動させて切羽へ投下する方法が実施されている。
【０００３】
後者の方法では、例えば、特許文献１に記載されたトンネル掘削装置を使用することが可能である。これは、先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機に対して、先端に削孔ビットが装着される削孔機本体をガイド部材に沿って摺動可能に配設した削孔機の装着を可能にしたもので、このため、削孔機のガイド部材を、自由断面掘削機の掘削用ブームに形成した固定用ブラケットと、掘削用ブームの後方の掘削機本体側に形成した収納用ブラケットとの間で摺動させることにより、移動かつ選択的に固定可能に配設するトンネル掘削装置である。
【特許文献１】特許第３３９４５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の自由断面掘削機を一旦坑ロまで後退させてから穿孔機を切羽へ投下する方法では、切羽前方地盤の探査に時間が掛かり過ぎるという課題がある。また特許文献１のトンネル掘削装置を用いた場合にも、掘削用ブームに形成された固定用ブラケットと、掘削機本体に形成された収納用ブラケットとは、間隔をあけて設けられているため、これら両方のブラケット間で穿孔機を移動することは、ブームの水平移動が困難で狭い空間上で吊上げ装置を利用する必要があるため容易ではなく、穿孔機を掘削機本体側から切羽へ投下するには、やはり時間が掛かり過ぎるという課題が残される。
【０００５】
本発明は、以上のような現状を鑑みて提案されたものであり、比較的小断面のトンネルの掘削工事において、比較的短い時間で切羽前方の探査を可能にするトンネル掘削装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、以下に記載する（１）乃至（３）の手段により上記課題が解決される。
【０００７】
（１）先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機と、先端に削孔ビットが装着された削孔機とを備えるトンネル掘削装置であって、前記自由断面掘削機の本体部の両側部とトンネル内周面との空間に第一のガイド部材が設けられ、該第一のガイド部材に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部と、該走行部からそれぞれ立ち上げられて前記空間に設けられた複数の脚部と、該複数の脚部上に架け渡された複数の梁部とを備える架台がトンネル軸方向に移動可能に設けられ、該架台の上でトンネル軸方向に前記削孔機を移動可能にしたことを特徴とするトンネル掘削装置。
【０００９】
（２）前記自由断面掘削機の本体部に対して、第一の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を固定し、他方を前記架台に対して固定し、前記第一の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、前記架台を第一のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである前記（１）に記載のトンネル掘削装置。
【００１０】
（３）前記架台の上に第二のガイド部材が固定され、前記削孔機は該第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動可能に形成され、第二の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記架台に対して固定し、他方を前記削孔機に対して固定し、第二の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、削孔機を第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである前記（２）に記載のトンネル掘削装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル掘削装置は、自由断面掘削機とトンネル内周面との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台を設け、この架台に対して相対的にトンネル軸方向に移動可能なように穿孔機を設けたものであるため、穿孔機は、極めて容易に切羽近傍まで移動させたり、後方に移動させて切羽から遠ざけることが可能になった。
これにより、穿孔機による切羽前方探査のためのボーリング作業と、自由断面掘削機によるトンネル掘削作業との切替が迅速に行えるため、従来の切羽前方探査よりもサイクルタイムの短縮が可能になった。また地山変化部が突然出現した場合などに、素早く対応することが可能であると共に、狭隘部での穿孔機の移動・設置作業がなくなるため、作業の安全性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
図１乃至図３は本発明のトンネル掘削装置１０の一実施形態を示す図である。
このトンネル掘削装置１０は、先端に掘削ヘッド１１が装着された掘削用ブーム１２を有する自由断面掘削機１３に対して、先端に削孔ビット１４が装着された削孔機１５をトンネル軸方向に移動可能なように設けたものであり、そのため、自由断面掘削機１３の掘削機本体部１６とトンネル内周面４０との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台１７を設け、この架台１７に削孔機１５を搭載すると共に、削孔機１５を架台１７に対して相対的にトンネル軸方向に移動可能かつ選択的に固定可能にした。
【００１４】
ここで、自由断面掘削機１３の本体部１６の両側部には第一のガイド部材１８がブラケット１９を介して固定される。第一のガイド部材１８は、架台１７をトンネル軸方向に移動させるための軌道であり、これに沿って車輪を転動させることが可能なものであれば良く、例えば、図１及び図２に示したようにＨ形鋼をほぼ水平に延設すれば、このＨ形鋼の上下フランジ間、又は下方のフランジ上面を車輪が転動することができる。
【００１５】
架台１７は、両側部に設けられた第一のガイド部材１８に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部１７ａと、走行部１７ａからそれぞれ立ち上げられた複数の脚部１７ｂと、複数の脚部１７ｂの上に架け渡された複数の梁部１７ｃとから構成される。このように架台１７を構成する各部材は、図２に示したように、自由断面掘削機１３の本体部１６とトンネル内周面４０との空間に配置され、自由断面掘削機１３及びトンネル内周面４０の何れにも接触することなく、図１の位置と図２の位置との間で移動することが可能である。
ここで、走行部１７ａは、Ｈ形鋼又はＩ形鋼等からなる軸部材１７ｄの複数箇所に車輪１７ｅが設けられたものであり、これらの車輪１７ｅが第一のガイド部材１８の上下フランジ間に緩やかに嵌められ、ここを転動することにより架台１７のトンネル軸方向への走行移動を可能にする。また梁部１７ｃは、この上に削孔機１５を搭載することができるものであれば良く、図２に示したように、直線状の軸部材１７ｆと曲線状の軸部材１７ｇとを組合せる構成にしても良い。
【００１６】
自由断面掘削機１３及び架台１７の所定箇所には、架台１７を自由断面掘削機１３に対して相対的に移動させ、且つ所定位置で選択的に固定する機構として、第一の伸縮シリンダー２０が設けられる。
第一の伸縮シリンダー２０は、シリンダー２０ａとロッド２０ｂとを有し、シリンダー２０ａ内に装着されたロッド２０ｂが油圧又は気体圧により外側に押し出されて伸長し、且つロッド２０ｂがシリンダー２０ａ内に引き込まれて縮小する。この第一の伸縮シリンダー２０は、図１に示したように、シリンダー２０ａを自由断面掘削機１３における比較的前方の所定箇所に固定する一方で、ロッド２０ｂの先端は架台１７の所定箇所に固定する。これとは逆に、シリンダー２０ａを架台１７に、ロッド２０ｂを自由断面掘削機１３に固定することも可能である。
なお、第一の伸縮シリンダー２０を構成するシリンダー２０ａ及びロッド２０ｂは、部分的に架台１７の脚部１７ｂの後方に位置するものであるが、図１及び図３では、第一の伸縮シリンダー２０を実線にて作図し、その構成の明瞭化を図った。
【００１７】
第一の伸縮シリンダー２０が伸張することにより、架台１７はトンネル軸方向で切羽から遠ざかる方向に移動し、ほぼ最大の長さに伸張したときに、図１のように比較的後方に配置される。逆に、第一の伸縮シリンダー２０が収縮すると、架台１７はトンネル軸方向で切羽に近づく方向に移動し、ほぼ最小の長さに収縮したときに、図３のように比較的前方に配置される。第一の伸縮シリンダー２０の伸縮動作を停止することにより、架台１７も所定位置で停止し、固定することが可能になる。
【００１８】
前記削孔機１５は、特に限定されるものではないが、汎用のドリルマシンに搭載されている油圧式ドリフタをそのまま転用することが可能である。すなわち、削孔機１５は、先端に削孔ビット１４が装着される削孔機本体１５ａと、この削孔機本体１５ａが固定される断面形状が鼓状をした軸状の摺接部材１５ｂとを有し、図示しない油圧ユニット台車等から油圧が供給されることにより、削孔ビット１４による切羽前方探査のためのボーリング作業が可能になる。
【００１９】
削孔機１５は、第二のガイド部材２１により摺動可能に支持され、この第二のガイド部材２１は、断面形状が鼓状をした摺接部材１５ｂの下部を両側から摺動可能に挟持する挟持部２１ａと、この挟持部２１ａが取付けられて摺接部材１５ｂと同軸方向に延びるガイド本体部２１ｂとを備える。第二のガイド部材２１はブラケット２２や鋼材などの取付具２３を介して架台１７に固定される。
【００２０】
削孔機１５を架台１７に対して相対的に移動させ、且つ所定位置で選択的に固定する機構としては、第二の伸縮シリンダー２４が設けられる。
第二の伸縮シリンダー２４は、第一の伸縮シリンダー２０と同じ構成のものを使用可能であり、シリンダー２４ａとロッド２４ｂとを有し、シリンダー２４ａ内に装着されたロッド２４ｂが油圧又は気体圧により外側に押し出されることにより伸長し、且つロッド２４ｂがシリンダー２４ａ内に引き込まれることにより縮小するものである。
【００２１】
第二の伸縮シリンダー２４は、図１に示したように、取付具２５を介してシリンダー２４ａが第二のガイド部材２１の所定箇所に固定される一方で、ロッド２４ｂの先端はブラケット２６を介して削孔機１５の摺接部材１５ｂにおける比較的後方の所定箇所に固定される。これとは逆に、シリンダー２４ａを削孔機１５に対して固定し、ロッド２４ｂを第二のガイド部材２１の所定箇所に固定することも可能である。
なお、第二の伸縮シリンダー２４を構成するシリンダー２４ａ及びロッド２４ｂは、部分的に取付具２３の後方に位置するものであるが、図１及び図３では、第二の伸縮シリンダー２４を実線にて作図し、その構成の明瞭化を図った。
【００２２】
第二の伸縮シリンダー２４が伸張することにより、削孔機１５は、その摺接部材１５ｂが第二のガイド部材２１に沿って摺動し、トンネル軸方向に切羽から遠ざかる方向に移動し、ほぼ最大の長さに伸張したときに、図１のように比較的後方に配置される。逆に、第二の伸縮シリンダー２４が収縮すると、削孔機１５は、その摺接部材１５ｂが第二のガイド部材２１に沿って摺動し、トンネル軸方向で切羽に近づく方向に移動し、ほぼ最小の長さに収縮したときに、図３のように比較的前方に配置される。
【００２３】
なお、先端に掘削ヘッド１１が装着された掘削用ブーム１２を有する自由断面掘削機１３としては、慣用されている自由断面掘削機を使用することが可能であるが、これについて説明すれば、例えば、ウォーキングシュー３０を有する掘削機本体部１６と、この掘削機本体部１６の前部に旋回及び起伏可能に装着されるとともに、先端に掘削ヘッド１１が取着された掘削用ブーム１２と、掘削ヘッド１１によって掘削されたずりを掻き寄せる掻き寄せ機３１と、掻き寄せ機３１によって掻き寄せられたずりを後方の搬送車等に送るベルトコンベア３２と、伸張してトンネル側壁に当接することにより掘削機本体部１６を固定して掘削反力を受けるようにするサイドジャッキ３３とを備えたものがある。自由断面掘削機１３の掘削機本体部１６には、さらに、自由断面掘削機１３によって掘削されたトンネルに敷設されたレール（図示せず）に沿って走行するように高圧水ユニット台車（図示せず）や、油圧ユニット台車（図示せず）が連結される。圧水ユニット台車は、高圧水を掘削用ブーム１２の掘削ヘッド１１に供給するものであり、掘削ヘッド１１に配設した高圧水噴出口から噴出し、粉塵を抑制するとともに、ピックを冷却し、ピックの消耗を防止する。また掘削ヘッド１１の後方には、掘削ヘッド１１によって掘削したずりを掻き寄せ機３１側に送るスクリュー３４が設けられる。
【００２４】
次に、トンネル掘削装置１０の作動状況について説明する。
トンネル掘削装置１０において、自由断面掘削機１３により切羽を掘削してトンネルを形成する際には、第一の伸縮シリンダー２０を最大の長さに伸張し、架台１７を図１に示した後方の位置まで移動させると共に、第二の伸縮シリンダー２４も最大の長さに伸張し、削孔機１５を図１に示した後方の位置まで移動させる。
詳細には、第一の伸縮シリンダー２０のロッド２０ｂが油圧又は気体圧によりシリンダー２０ａの内部から後方へ突き出すことにより、第一の伸縮シリンダー２０は伸張し、ロッド２０ｂの先端に固定された架台１７は後方へ押す力を受けて、架台１７の車輪１７ｅが第一のガイド部材１８を転動し、架台１７は、自由断面掘削機１３とトンネル内周面４０との空間においてトンネル軸の後方へ向けて移動する。
逆に、トンネル掘削装置１０において、穿孔機により切羽前方探査のためのボーリング作業を実施する際には、第一の伸縮シリンダー２０を最小の長さに収縮し、架台１７を図３に示した前方の位置まで移動させると共に、第二の伸縮シリンダー２４も最小の長さに伸張し、削孔機１５を図３に示した前方の位置まで移動させる。
詳細には、第一の伸縮シリンダー２０のロッド２０ｂが油圧又は気体圧によりシリンダー２０ａの内部に引き込まれることにより、第一の伸縮シリンダー２０が収縮し、ロッド２０ｂの先端に固定された架台１７に前方へ引張る力を付与し、架台１７の車輪１７ｅが第一のガイド部材１８に沿って転動し、架台１７は、自由断面掘削機１３とトンネル内周面４０との空間においてトンネル軸の前方へと移動する。
【００２５】
以上のようにトンネル掘削装置１０において、削孔機１５は、トンネル軸の前方又は後方へと極めて容易に移動させることができるものであるため、穿孔機による切羽前方探査のためのボーリング作業と、自由断面掘削機によるトンネル掘削作業との切替を迅速に行うことが可能になった。これにより、従来の切羽前方探査よりもサイクルタイムを短縮することが可能になり、また地山変化部が突然出現した場合などにも、素早く対応することが可能になると共に、狭隘部での穿孔機の移動・設置作業がなくなるため、作業の安全性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を側方から見た図であり、削孔機を後方に配置したときのものでる。
【図２】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を部分的に構成を省略し、前方から見た図である。
【図３】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を側方から見た図であり、削孔機を前方に配置したときのものでる。
【符号の説明】
【００２７】
１０  トンネル掘削装置
１１  掘削ヘッド
１２  掘削用ブーム
１３  自由断面掘削機
１４  削孔ビット
１５  削孔機
１６  自由断面掘削機の本体部
１７  架台
１７ａ  走行部
１７ｂ  脚部
１７ｃ  梁部
１８  第一のガイド部材
２０  第一の伸縮シリンダー
２０ａ  シリンダー
２０ｂ  ロッド
２１  第二のガイド部材
２４  第二の伸縮シリンダー
２４ａ  シリンダー
２４ｂ  ロッド
【図１】
0005009831.tif 000002
【図２】
0005009831.tif 000003
【図３】
0005009831.tif 000004