(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１トンネル掘削機を一方向に掘進させると共に第２トンネル掘削機を前記第１シールド掘削機の掘進方向反対側から掘進させて該第１及び第２トンネル掘削機の掘進側を接合して連続したトンネルを掘削する地中接合式トンネル掘削機において、前記第１トンネル掘削機は、筒状をなす第１掘削機本体と、該第１掘削機本体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能な第１カッタヘッドと、前記第１掘削機本体内から掘進方向に前方に突出可能な筒状の接合部とを有する一方、前記第２トンネル掘削機は、筒状をなす第２掘削機本体と、該第２掘削機本体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能な第２カッタヘッドと、リング状に形成されると共に前記第１トンネル掘削機の接合部が挿入される空間部と、該空間部を径方向に開閉可能な大礫通過防止枠とを有することを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２台のトンネル掘削機によって互いに逆方向から掘削を行い、これらのトンネル掘削機の先端側を接合して連続したトンネルを掘削する地中接合式トンネル掘進機に関するものであり、シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上より深いところに長距離のトンネルを形成するとき、２台のシールド掘削機を用いて作業を行うことがある。この場合、第１トンネル掘削機で一方向から掘進して第１トンネルを形成すると共に、第２トンネル掘削機で第１トンネル掘削機の掘進方向の反対側から掘進して第２トンネルを形成し、互いのトンネル掘削機の先端側を突き合わせてトンネル掘削機を停止し、その後、各トンネル掘削機の先端部側を接合してから内部土砂を排出し、各トンネル掘削機が掘削した第１及び第２トンネルを連結して連続したトンネルを構築するようにしている。
【０００３】
このような従来の地中接合式トンネル掘進機としては、実開平５−３８０９３号公報に開示されたものがある。
【０００４】
図５に従来の地中接合式シールド掘削機の断面、図６に従来の地中接合式シールド掘削機によるトンネル接合作業を表す断面を示す。
【０００５】
従来の地中接合式シールド掘削機において、図５に示すように、第１シールド掘削機100は筒状の掘削機本体101の前部に駆動回転するカッタヘッド102が装着される一方、後部に複数のシールドジャッキ103が周方向に並設されている。また、掘削機本体101の前部は若干小径となって外周部に外筒104がＶＤシール105を介して前方に移動自在に嵌合し、伸縮ジャッキ106によって前方に移動することができる。更に、カッタヘッド102の外周部にはオーバカッタ107が装着されており、通常の掘削時には、掘削機本体101よりわずかに大きな掘削径が得られる程度に外方に伸長して掘削する。
【０００６】
一方、第２シールド掘削機200は筒状の掘削機本体201の前部に駆動回転するカッタヘッド202が装着される一方、後部に複数のシールドジャッキ203が周方向に並設されている。この掘削機本体201及びカッタヘッド202の外径は、第１シールド掘削機100の外筒104の内径よりも若干小径であり、前端部にはドッキングシール伸縮用ジャッキ204によって外方に伸縮可能なドッキングシール205が装備されている。
【０００７】
従って、第１シールド掘削機100と第２シールド掘削機200を、構築しようとするトンネルの両端部からそれぞれ接近するように逆方向に向って掘進させる。そして、規定の間隔に達したときに各掘削機100，200の掘削を停止し、図６に示すように、まず、第１シールド掘削機100のカッタヘッド102に装備されているオーバカッタ107を収縮してカッタヘッド102内に収納し、カッタヘッド102による掘削外径を外筒104の内径より小さい状態にする。次に、第１シールド掘削機100の外筒104を伸縮ジャッキ106によって前方に移動し、地山Ｇ1 と、第１シールド掘削機100と第２シールド掘削機200との間にある地山Ｇ2 とを隔離しつつ、第２シールド掘削機200の掘削機本体201の外周部に嵌合する。
【０００８】
そして、第２シールド掘削機200と外筒104との接合部の止水性を高めるため、第２シールド掘削機200の掘削機本体201のドッキングシール205をドッキングシール伸縮用ジャッキ204によって外方に移動して圧接し、第１シールド掘削機100の外筒104との隙間をなくし、第１シールド掘削機100と外筒104との間のシール105と共に、地山Ｇ1 よりの止水を確実にする。止水が確実に行なわれた時点で第１シールド掘削機100及び第２シールド掘削機200の内部を解体し、第１シールド掘削機100と第２シールド掘削機200の間にある地山Ｇ2 を取り除き、その後、トンネルの二次施工を実施する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の地中接合式シールド掘削機では、第１シールド掘削機100の前端部と第２シールド掘削機200の前端部を接合することで、第１シールド掘削機100が掘削した第１トンネルと第２シールド掘削機200が掘削した第２トンネルとを連結して長距離のトンネルを構築している。この第１トンネルと第２トンネルとはほぼ同口径のトンネルであるが、近年、途中で口径や断面の異なるトンネルの需要があり、例えば、第１シールド掘削機が掘削した小口径の第１トンネルと第２シールド掘削機が掘削した大口径の第２トンネルを連結して長距離のトンネルを構築することがある。この場合、第２シールド掘削機の本体を第１シールド掘削機掘削の本体よりも大径とし、この第２シールド掘削機の前面部に、第１シールド掘削機の外筒が嵌入するリング状の嵌入孔を形成する必要がある。ところが、第１シールド掘削機と第２シールド掘削機との連結前は、各掘削機を前方の地盤を掘削する一般的なシールド掘削機として使用している。そのため、前面部、つまり、カッタヘッドにリング状の嵌入孔が形成された第２シールド掘削機によるトンネル掘削作業時に、掘削土砂に混じった大礫がこのリング状の嵌入孔に入り込み、排泥管内で閉塞して土砂の排出作業に支障きたしてしまうばかりか、掘削不能となってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するものであって、掘削機同志を接合するための空間部への大礫の通過を防止することでトンネル工事の作業性の向上を図った地中接合式トンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機は、第１トンネル掘削機を一方向に掘進させると共に第２トンネル掘削機を前記第１シールド掘削機の掘進方向反対側から掘進させて該第１及び第２トンネル掘削機の掘進側を接合して連続したトンネルを掘削する地中接合式トンネル掘削機において、前記第１トンネル掘削機は、筒状をなす第１掘削機本体と、該第１掘削機本体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能な第１カッタヘッドと、前記第１掘削機本体内から掘進方向に前方に突出可能な筒状の接合部とを有する一方、前記第２トンネル掘削機は、筒状をなす第２掘削機本体と、該第２掘削機本体の前部に回転自在に装着されて前方の地盤を掘削可能な第２カッタヘッドと、リング状に形成されると共に前記第１トンネル掘削機の接合部が挿入される空間部と、該空間部を径方向に開閉可能な大礫通過防止枠とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル掘削機を構成する第２シールド掘削機の正面視、図２に第２シールド掘削機の側面概略断面、図３に本実施形態の地中接合式トンネル掘削機を構成する第１シールド掘削機の側面概略断面、図４に本実施形態の地中接合式トンネル掘削機の接合状態を表す側面概略断面を示す。
【００１４】
本実施形態の地中接合式トンネル掘削機は、図４に示すように、掘削口径の異なる２台のシールド掘削機１０，４０によって互いに逆方向から掘削を行い、これらのトンネル掘削機１０，４０の先端側を接合して連続したトンネルを掘削するものである。
【００１５】
第１シールド掘削機１０は小口径トンネルを掘削するためのものであり、図１に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１１の前端部にバルクヘッド１２が固定され、このバルクヘッド１２には前方の地盤を掘削可能なカッタヘッド１３が装着されている。このカッタヘッド１３は円盤形状をなしてバルクヘッド１２に回転自在に支持され、放射状に固定されたカッタスポーク１４には多数のカッタビット１５が取付けられている。このカッタヘッド１３の外周部には複数のスライドスポーク１６が放射方向に沿って移動自在に支持され、移動ジャッキ１７によって移動可能となっている。そして、この各スライドスポーク１６には伸縮ジャッキ１８によって伸縮自在なコピーカッタ１９が装着されている。
【００１６】
また、カッタヘッド１２の後部にはリングギヤ２０が固定される一方、掘削機本体１１には駆動モータ２１が装着されており、この駆動モータ２１の駆動ギヤ２２がリングギヤ２０に噛み合っている。従って、駆動モータ２１を駆動すると、駆動ギヤ２２の駆動力がリングギヤ２０を介してカッタヘッド１３に伝達され、このカッタヘッド１３を回転駆動することができる。
【００１７】
掘削機本体１１の後部には円周方向に沿って複数のシールドジャッキ２３が並設されており、このシールドジャッキ２３が掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１、即ち、第１シールド掘削機１０全体を前進することができる。また、掘削機本体１１の後部には図示しないエレクタ装置が搭載されており、前進した掘削機本体１１と既設のセグメントとの間の空所に新しいセグメントを装着してトンネルを構築することができる。なお、カッタヘッド１３とバルクヘッド１２との間のチャンバ２４には一端がシールド掘削機１０の外部に延設された送泥管２５及び排泥管２６の他端が開口しており、排泥管２６の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ２７が設置されている。
【００１８】
また、掘削機本体１１の内側には格納筒２８が固定されており、この格納筒２８内には接合部としての内筒２９が掘進方向に沿って移動自在に支持されており、移動ジャッキ３０によって前方に移動可能となっている。この場合、掘削作業時には、格納筒２８の前方にスライドスポーク１６が位置しており、掘削作業の終了後に、第１シールド掘削機１０を第２シールド掘削機４０に接合するとき、移動ジャッキ１７によりスライドスポーク１６を径方向内方に移動することで、掘削機本体１１とカッタヘッド１３との間にリング状の開口部を形成し、移動ジャッキ３０によってこの開口部から内筒２９を掘進方向前方に押し出すことができる。
【００１９】
一方、第２シールド掘削機４０は大口径トンネルを掘削するためのものであり、図１及び図２に示すように、円筒形状をなす掘削機本体４１の前端部にバルクヘッド４２が固定され、このバルクヘッド４２には前方の地盤を掘削可能な内側カッタヘッド４３が装着されている。この内側カッタヘッド４３は前述した第１シールド掘削機１０の掘削機本体１１に装着された円筒２９よりも小径な円盤形状をなしてバルクヘッド４２に回転自在に支持され、放射状に固定されたカッタスポーク４４には多数のカッタビット４５が取付けられている。内側カッタヘッド４３の外周側には所定の間隔（空間部Ｓ）をあけてリング形状をなす外側カッタヘッド４６が回転自在に支持されている。この外側カッタヘッド４６は内径が円筒２９よりも大径な円盤形状をなし、外径が掘削機本体４１とほぼ同じとなっており、放射状に固定されたカッタスポーク４７には多数のカッタビット４８が取付けられている。
【００２０】
そして、内側カッタヘッド４３の外周部には複数のスライドスポーク４９が放射方向に沿って移動自在に支持され、移動ジャッキ５０によって移動可能となっている。従って、この移動ジャッキ５０を駆動して各スライドスポーク４９の先端部を空間部Ｓを通して外側カッタヘッド４６の各連結孔３１に嵌脱することで、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との連結解除を行うことができる。そして、このスライドスポーク４９には伸縮ジャッキ５１によって伸縮自在なコピーカッタ５２が装着されている。また、外側カッタヘッド４６にも伸縮ジャッキ５３によって伸縮自在なコピーカッタ５４が装着されている。更に、外側カッタヘッド４６の外周部には転倒防止ジャッキ５５が装着される一方、掘削機本体４１の先端内周面には横振れ防止リング５６が固定されている。
【００２１】
また、内側カッタヘッド４３の後部にはリングギヤ５７が固定される一方、掘削機本体４１には駆動モータ５８が装着されており、この駆動モータ５８の駆動ギヤ５９がリングギヤ５７に噛み合っている。従って、駆動モータ５８を駆動すると、駆動ギヤ５８の駆動力がリングギヤ５７を介して内側カッタヘッド４３に伝達され、この内側カッタヘッド４３を回転駆動することができる。
【００２２】
掘削機本体４１の後部には円周方向に沿って複数のシールドジャッキ６０が並設されており、このシールドジャッキ６０が掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体４１、即ち、第１シールド掘削機４０全体を前進することができる。また、掘削機本体４１の後部には図示しないエレクタ装置が搭載されており、前進した掘削機本体４１と既設のセグメントとの間の空所に新しいセグメントを装着してトンネルを構築することができる。なお、各カッタヘッド４３，４６とバルクヘッド４２との間のチャンバ６１には一端がシールド掘削機４０の外部に延設された送泥管６２及び排泥管６３の他端が開口しており、排泥管６３の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ６４が設置されている。
【００２３】
また、前述したように、掘削機本体４１における内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との間には、第１シールド掘削機１０における掘削機本体１１の内筒２９が進入可能なリング形状の空間部Ｓが形成されている。そして、バルクヘッド４２にはこの空間部Ｓに対向してリング形状をなすシール部材６５が固定されている。また、内側カッタヘッド４３には各スライドスポーク４９の間に位置して複数の大礫通過防止枠６６が径方向に移動自在に支持され、移動ジャッキ６７によって空間部Ｓを開閉自在となっている。
【００２４】
この場合、掘削作業時には、スライドスポーク４９がこの空間部Ｓを通して外側カッタヘッド４６に係止しており、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６とを一体連結すると共に、移動ジャッキ６７により大礫通過防止枠６６が突出して空間部Ｓを閉止する位置にある。そして、掘削作業の終了後に、第１シールド掘削機１０を第２シールド掘削機４０に接合するとき、スライドスポーク４９がこの空間部Ｓから内側カッタヘッド４３内に戻り、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との連結を解除すると共に、移動ジャッキ６７により大礫通過防止枠６６が引き込まれて空間部Ｓを開放する位置にある。そのため、第１シールド掘削機１０から押し出された内筒２９がこの空間部Ｓを通してチャンバ６１に進入すると、このシール部材６５は内筒２９の先端部を受け止めてシールすることができる。
【００２５】
ここで、上述した第１シールド掘削機１０と第２シールド掘削機４０による掘削作業、並びに、この第１シールド掘削機１０と第２シールド掘削機４０との接合作業について説明する。
【００２６】
図３に示すように、第１シールド掘削機１０にて、まず、駆動モータ２１によりカッタヘッド１３を回転駆動しながら、複数のシールドジャッキ２３を伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させると、カッタヘッド１３に取付けられた多数のカッタビット１５及びコピーカッタ１９によって前方の地盤を掘削する。そして、カッタヘッド１３によって掘削された土砂はチャンバ２４に取り込まれ、送泥管２５によって供給された泥水と共にアジテータ２７によって攪拌され、排泥管２６によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ２３の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さの小径トンネルを掘削形成する。
【００２７】
一方、図１及び図２に示すように、まず、この第１シールド掘削機１０の掘進方向前方の反対側に位置した第２シールド掘削機４０にて、移動ジャッキ５０を伸長駆動することで、スライドスポーク４９の先端部を外側カッタヘッド４６の連結孔３１に嵌入し、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６とを一体に連結すると共に、移動ジャッキ６７を伸長駆動することで、大礫通過防止枠６６を突出して空間部Ｓを閉止する。この状態で、駆動モータ５８により各カッタヘッド４３，４６を回転駆動しながら、複数のシールドジャッキ６０を伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体４１を前進させると、カッタヘッド４３，４６に取付けられた多数のカッタビット４５，４８及びコピーカッタ５２，５４によって前方の地盤を掘削する。このとき、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との間の空間部Ｓは複数のスライドスポーク４９及び大礫通過防止枠６６によって閉止されているため、掘削土砂の通過する隙間が小さくなり、大礫の通過を防止できる。
【００２８】
そのため、カッタヘッド４３，４６によって掘削された土砂は大礫通過防止枠６６の小さい隙間を通過した細かいものだけチャンバ６１に取り込まれ、送泥管６２によって供給された泥水と共にアジテータ６４によって攪拌され、排泥管６３によって外部に排出される。従って、排泥管６３が大礫によって閉塞することはない。次に、シールドジャッキ６０の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さの大径トンネルを掘削形成する。
【００２９】
このように第１シールド掘削機１０と第２シールド掘削機４０とによってそれぞれ小径トンネルと大径トンネルを掘削し、互いの掘進側が所定距離に接近すると両者の掘進を停止する。そして、図４に示すように、第２シールド掘削機４０にて、移動ジャッキ５０を収縮駆動することでスライドスポーク４９を径方向内方に移動し、先端部を外側カッタヘッド４６の連結孔３１から抜き取り、内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６とを離脱すると共に、移動ジャッキ６７を収縮駆動することで、大礫通過防止枠６６を引き込んで両者の間にリング形状の空間部Ｓを形成する。
【００３０】
一方、第１シールド掘削機１０にて、移動ジャッキ１７を収縮駆動することでスライドスポーク１６を径方向内方に移動し、このスライドスポーク１６と掘削機本体１１との間にリング形状の空間部を形成する。そして、移動ジャッキ３０を伸長駆動して内筒２９をスライドスポーク１６と掘削機本体１１との間の開口部から掘進方向前方に押し出す。すると、内筒２９の先端部は第２シールド掘削機４０における内側カッタヘッド４３と外側カッタヘッド４６との空間部を通してチャンバ６１に進入し、シール部材６５に当接する。この第２シールド掘削機４０のシール部材６５はこの内筒２９の先端部を所定の圧力で弾接的に受け止め、シールする。
【００３１】
このようにして第１シールド掘削機１０と第２シールド掘削機４０とが止水状態を維持して接合されると、各シールド掘削機１０，４０の各カッタヘッド１３，４３，４６を解体して外部に搬出すると共に、内部に残った土砂を排出することで第１シールド掘削機１０が掘削した小径トンネルと第２シールド掘削機４０が掘削した大径トンネルを連続することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機によれば、第１トンネル掘削機を一方向に掘進させると共に第２トンネル掘削機を第１シールド掘削機の掘進方向反対側から掘進させて両者を接合して連続したトンネルを掘削する地中接合式トンネル掘削機にて、第１トンネル掘削機を、筒状をなす第１掘削機本体の前部に前方の地盤を掘削可能な第１カッタヘッドを回転自在に装着し、この第１掘削機本体内から掘進方向に前方に突出可能な筒状の接合部を設けて構成する一方、第２トンネル掘削機を、筒状をなす第２掘削機本体の前部に前方の地盤を掘削可能な第２カッタヘッドを回転自在に装着し、リング状に形成されると共に第１トンネル掘削機の接合部が挿入される空間部を径方向に開閉可能な大礫通過防止枠を設けて構成したので、掘削作業時には、空間部に大礫通過防止枠が位置してこれを閉止し、掘削土砂が通過する隙間を小さくして大礫の通過を防止することができ、掘削土砂排出作業を円滑に行うことで、トンネル工事の作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル掘削機を構成する第２シールド掘削機の正面図である。
【図２】第２シールド掘削機の側面概略断面図である。
【図３】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機を構成する第１シールド掘削機の側面概略断面図である。
【図４】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機の接合状態を表す側面概略断面図である。
【図５】従来の地中接合式シールド掘削機の断面図である。
【図６】従来の地中接合式シールド掘削機によるトンネル接合作業を表す断面図である。
【符号の説明】
１０  第１シールド掘削機
１１  掘削機本体
１３  カッタヘッド（第１カッタヘッド）
１６  スライドスポーク
２３  シールドジャッキ
２９  内筒（接合部）
３０  移動ジャッキ
４０  第２シールド掘削機
４１  掘削機本体
４３  内側カッタヘッド（第２カッタヘッド）
４６  外側カッタヘッド（第２カッタヘッド）
４９  スライドスポーク
６０  シールドジャッキ
６５  シール部材
６６  大礫通過防止枠
６７  移動ジャッキ
【図１】
0003758858.tif 000002
【図２】
0003758858.tif 000003
【図３】
0003758858.tif 000004
【図４】
0003758858.tif 000005
【図５】
0003758858.tif 000006
【図６】
0003758858.tif 000007