(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体の後部に装着されて覆工部材を既設トンネルの壁面にリング状に組み付けるエレクタ装置と、前記掘削機本体の後部から後方に延設された架台と、該架台に既設トンネルの長手方向に沿って移動自在な旋回フレームに既設トンネルの周方向に沿って旋回自在に支持された作業台と、前記架台に既設トンネルの長手方向に移動自在に配設されて既設トンネルの壁面に組み付けられた前記覆工部材の内周面に圧接して所定形状に保持する形状保持装置と、前記カッタヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具え、前記旋回フレームは垂直方向に対して所定角度前傾して配設されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に関し、特に、既設トンネルの内壁面にセグメントなどの覆工部材をリング状に組立てる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に従来の形状保持装置を具備したシールド掘削機の概略を示す。
【０００３】
一般的なシールド掘削機において、図４に示すように、掘削機本体１１の前部にはカッタヘッド１２が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１２の前面には多数のカッタビット１３が固定されている。そして、カッタヘッド１２の後部にはリングギア１４が固定される一方、掘削機本体１１には駆動モータ１５が取付けられ、この駆動モータ１５の駆動ギア１６がこのリングギア１４に噛み合っている。従って、駆動モータ１５を駆動して駆動ギア１６を回転駆動すると、リングギア１４を介してカッタヘッド１２を回転することができる。
【０００４】
掘削機本体１１にはカッタヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド１７が取付けられており、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド１７との間にチャンバ１８が形成されている。そして、このチャンバ１８には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管１９及び排泥管２０の他端が開口しており、排泥管２０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２１が設置されている。なお、カッタヘッド１２の外周部にはコピーカッタ２２が設けられており、掘削機本体１１の前端部には機外に出るためのマンロック２３が設けられ、掘削機本体１１の外周部には薬液注入管２４が設けられている。
【０００５】
また、掘削機本体１１の後部外周辺には円周方向に複数のシールドジャッキ２５が並設されており、このシールドジャッキ２５がシールド掘削機の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既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１、即ち、シールド掘削機全体を前進することができる。また、掘削機本体１１の後部にはリングガーダ２６が形成され、このリングガーダ２６に取付けられた縦梁２７に後方に延出されるように架台２８が固定されている。そして、このリングガーダ２６を介してエレクタ装置２９が支持されており、このエレクタ装置２９はシールドジャッキ２５によって前進した掘削機本体１１と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することができる。更に、架台２８の後部にはセグメントＳを所定形状（例えば、真円）に保持する従来の形状保持装置101が設けられている。
【０００６】
この従来の形状保持装置101において、架台２８上には左右一対の水平レール102が取付けられている。一方、左右一対の支持筒103は上部の外筒104と下部の外筒105が相対移動自在に嵌合し、両者の間に伸縮ジャッキ106が介装されて構成されている。この各支持筒103にはそれぞれ支持ローラ107が装着され、水平レール102上を転動自在となっている。そして、左右の外筒104の上部にはセグメントＳの内面に圧接自在な弧状をなす上部支え梁108が連結される一方、左右の内筒105の下部には下部支え梁109が連結され、各支え梁108，109の外周面には圧接部材110，111がそれぞれ取付けられている。また、架台２８には移動ジャッキ112が装着され、この移動ジャッキ112の駆動ロッド113が支持筒103に連結されている。
【０００７】
従って、カッタヘッド１２を回転させながら、シールドジャッキ２５を伸長すると、セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１が前進し、カッタヘッド１２によって前方の地盤を掘削し、トンネルを形成する。その後、エレクタ装置２９によって既設トンネルの内壁面にセグメントＳをリング状に組付け、リング状に組付けられたセグメントＳを形状保持装置101が所定形状（例えば、真円）に保持する。
【０００８】
即ち、移動ジャッキ112を伸長して支持筒103を前進させることで、図４に二点鎖線で示すように、各圧接部材110，111を保持するセグメントＳの内周面に対向する位置まで移動する。そして、この位置で伸縮ジャッキ106を伸長し、内筒105を下降してから、外筒104を上昇し、各支え梁108，109を介して圧接部材110，111をリング状のセグメントＳの内周面に圧接し、所定形状に保持する。そして、この作業中にも掘削機本体１１は前進するが、このとき、移動ジャッキ110の油圧保持力を解除することで、形状保持装置101はセグメントＳに圧接して形状を保持している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このようなエレクタ装置２９や形状保持装置101によるセグメントＳの組立作業において、既設トンネルの下部にセグメントＳを組み付けることは容易であるが、既設トンネルの上部にセグメントＳを組み付けることは、このセグメントＳ自体が重量物であるために困難な作業となる。そのため、エレクタ装置２９の後方に既設トンネルの周方向に沿って移動自在な旋回式組立足場を設け、この旋回式組立足場に作業者が乗ってセグメントＳを組付作業を補助することが考えられている。
【００１０】
ところが、エレクタ装置２９の後方に旋回式組立足場を設けると、この旋回式組立足場が形状保持装置101に干渉してしまうため、この形状保持装置101を更に後方の位置に設けざるを得ない。すると、この形状保持装置101はエレクタ装置２９からある程度離間して位置することとなり、エレクタ装置２９が組み付けたリンク状のセグメントＳを直ちに保持することができないという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決するものであって、既設トンネルの壁面に組み付けられた覆工部材を適正に保持することで、セグメント組立作業の作業効率の向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１２】
【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の発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体の後部に装着されて覆工部材を既設トンネルの壁面にリング状に組み付けるエレクタ装置と、前記掘削機本体の後部から後方に延設された架台と、該架台に既設トンネルの長手方向に沿って移動自在な旋回フレームに既設トンネルの周方向に沿って旋回自在に支持された作業台と、前記架台に既設トンネルの長手方向に移動自在に配設されて既設トンネルの壁面に組み付けられた前記覆工部材の内周面に圧接して所定形状に保持する形状保持装置と、前記カッタヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項１の発明のトンネル掘削機では、前記旋回フレームは垂直方向に対して所定角度前傾して配設されたことを特徴としている。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１にトンネル掘削機に装備された形状保持装置の一例における側面視、図２に形状保持装置の正面視を示す。
【００１８】
本形状保持装置が装備されるトンネル掘削機は、前述した図４を用いて説明したシールド掘削機と同様であるため、既に説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００１９】
本トンネル掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１の後部にはリングガーダ２６が形成され、このリングガーダ２６に取付けられた縦梁２７に後方に延出されるように架台２８が固定されている。そして、このリングガーダ２６には覆工部材としてのセグメントＳを組み付けるエレクタ装置２９が支持されている。また、架台２８の後部にはセグメントＳを所定形状（例えば、真円）に保持する旋回式組立足場装置３０と形状保持装置５０が設けられている。
【００２０】
この旋回式組立足場装置３０において、架台２８にはエレクタ装置２９の後方に位置してＣ字形状をなす旋回フレーム３１が前後方向に移動自在に支持されており、補強のために支持梁３２が固定されている。この旋回フレーム３１には駆動機構３３を介して作業台３４が移動自在に支持されている。この駆動機構３３は作業台３４を旋回フレーム３１に沿って移動させるものであって、旋回フレーム３１に沿って設けられた旋回状ラックにピニオンが噛み合って構成され、作業台３４が旋回フレーム３１をどの位置に移動しても、その水平状態が維持されるようになっている。なお、３５は旋回フレーム３１に取付けられたケーブルガイドであって、図示しない駆動源から作業台３４に接続される油圧ホースや電気ケーブルを支持している。そして、架台２８には移動ジャッキ３６が装着され、この移動ジャッキ３６の駆動ロッド３７が旋回フレーム３１に連結されている。
【００２１】
また、形状保持装置５０において、架台２８上には左右一対の水平レール５１が取付けられている。一方、左右一対の支持筒５２は上部の外筒５３と下部の外筒５４が相対移動自在に嵌合し、両者の間に伸縮ジャッキ５５が介装されて構成されている。この各支持筒５２にはそれぞれ支持ローラ５６が装着され、水平レール５１上を転動自在となっている。そして、左右の外筒５３の上部には接続部材５７を介してセグメントＳの内面に圧接自在な弧状をなす２つの上部支え梁５８，５９が連結される一方、左右の内筒５４の下部には下部支え梁６０が連結され、各支え梁５８，５９，６０の外周面にはそれぞれ圧接部材６１，６２，６３が取付けられている。なお、この圧接部材６１と６２との間隔はセグメントＳの幅とほぼ同様となっている。また、架台２８には移動ジャッキ６４が装着され、この移動ジャッキ６４の駆動ロッド６５が支持筒５２に連結されている。
【００２２】
このように構成された旋回式組立足場装置３０と形状保持装置５０とはそれぞれ移動ジャッキ３６，６４によって独立して移動自在であるため、形状保持装置５０に干渉しないように旋回フレーム３１を前後に移動し、且つ、作業台３４を旋回させることができる。また、形状保持装置５０の圧接部材６１，６２（支え梁５８，５９）は２リング分のセグメントＳに対して圧接して保持することができる。
【００２３】
また、形状保持装置５０において、架台２８上には左右一対の水平レール５１が取付けられている。一方、左右一対の支持筒５２は上部に配置される外筒５３と下部に配置される外筒５４が相対移動自在に嵌合し、両者の間に伸縮ジャッキ５５が介装されて構成されている。この各支持筒５２にはそれぞれ支持ローラ５６が装着され、水平レール５１上を転動自在となっている。そして、左右の外筒５３の上部には接続部材５７を介してセグメントＳの内面に圧接自在な弧状をなす２つの上部支え梁５８，５９が連結される一方、左右の内筒５４の下部には下部支え梁６０が連結され、各支え梁５８，５９，６０の外周面にはそれぞれ圧接部材６１，６２，６３が取付けられている。なお、この圧接部材６１と６２との間隔はセグメントＳの幅とほぼ同様となっている。また、架台２８には移動ジャッキ６４が装着され、この移動ジャッキ６４の駆動ロッド６５が支持筒５２に連結されている。
【００２４】
即ち、エレクタ装置２９は既設トンネル内に搬送されたセグメントＳを把持し、下方から順に所定位置に組み付けていく。作業者は旋回式組立足場装置３０の作業台３４に乗り、セグメントＳの組付補助、つまり、隣接するセグメントＳ同志を連結固定するためのボルト締結作業を行う。この場合、移動ジャッキ３６によって旋回フレーム３１と共に作業台３４を前後に移動させたり、駆動機構３３によって作業台３４を旋回フレーム３１に沿って移動することで、作業者は所望位置にボルト締結作業を行うことができる。
【００２５】
そして、形状保持装置５０では、移動ジャッキ６４を伸長して支持筒５２を前進させることで、図１に二点鎖線で示すように、各圧接部材６１，６２，６３を、保持するセグメントＳの内周面に対向する位置まで移動する。このとき、移動ジャッキ３６によって旋回フレーム３１（作業台３４）を前方に移動することで、形状保持装置５０との干渉を防止する。
【００２６】
そして、この位置で伸縮ジャッキ５５を伸長し、外筒５４を下降してから外筒５３を上昇し、各支え梁５８，５９，６０を介して圧接部材６１，６２，６３をリング状のセグメントＳの内周面に圧接し、所定形状に保持する。このとき、形状保持装置５０の上側では、２つの圧接部材６１，６２が２番目と３番目の２リング分のセグメントＳを同時に圧接して保持することができる。そして、この作業中にも掘削機本体１１は前進するが、圧接部材６１，６２，６３がセグメントＳに圧接した保持状態で、移動ジャッキ６４の油圧保持力を解除することで、形状保持装置５０がセグメントＳ形状保持してその位置に残ったまま、掘削機本体１１（架台２８）は前進できる。
【００２７】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、旋回フレーム３１と作業台３４等よりなる旋回式組立足場装置３０を移動ジャッキ３６によって前後に移動可能とすると共に、支持筒５２と支え梁５８，５９，６０等によりリング形状をなす形状保持装置５０を移動ジャッキ６４によって前後に移動可能としている。そのため、両者を互いに干渉しないように移動することで、セグメントＳのボルト締結作業と形状保持作業を適正に行うことができる。その結果、セグメントＳを効率よく組み付けて確実に形状保持できる。
【００２８】
図３に本発明の実施形態に係るトンネル掘削機に装備された形状保持装置の側面視を示す。
【００２９】
本実施形態のトンネル掘削機において、図３に示すように、掘削機本体１１の後部にはエレクタ装置２９が配設されると共に、架台２８に旋回式組立足場装置７０と形状保持装置５０が設けられている。この掘削機本体１１の構成やエレクタ装置２９、形状保持装置５０については前述の図１，２，４と同様であるため、前述した図１，２，４で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３０】
旋回式組立足場装置７０において、架台２８にはＣ字形状をなす旋回フレーム３１が垂直方向に対して所定角度傾斜した状態で前後方向に移動自在に支持されており、架台２８に装着された移動ジャッキ３６の駆動ロッド３７がこの旋回フレーム３１に連結されている。この場合、旋回フレーム３１は上部が掘削方向前方に、下部が後方に位置するように傾斜している。そして、この旋回フレーム３１には駆動機構３３を介して作業台７１が水平状態にて移動自在に支持されており、この作業台７１は水平ジャッキ７２によって前後方向（既設トンネルの長手方向）に移動可能となっている。
【００３１】
従って、旋回フレーム３１が垂直方向に対して上部が掘削方向前方に、下部が後方に位置するように傾斜しており、旋回フレーム３１がエレクタ装置２９によるセグメントＳの組付作業の邪魔になることはなく、水平ジャッキ７２によって作業台７１を前方移動することで、セグメントＳのボルト締結作業を適正に行うことができる。
【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の発明の形状保持装置によれば、筒状の掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドを装着し、この掘削機本体の後部に覆工部材を既設トンネルの壁面にリング状に組み付けるエレクタ装置を装着すると共に、掘削機本体の後部から後方に延設された架台に、既設トンネルの長手方向及び周方向に沿って移動自在に支持された作業台と、既設トンネルの長手方向に移動自在で既設トンネルの壁面に組み付けられた覆工部材の内周面に圧接して所定形状に保持する形状保持装置とを配設したので、作業台と形状保持装置は互いに干渉しないように移動することができ、覆工部材の組付作業と形状保持作業を適正に行うことができ、その結果、覆工部材組立作業の作業効率の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本形状保持装置によれば、形状保持装置を、架台の両側に上下に伸縮自在に支持された一対の支持筒と、一対の支持筒の上端部同志及び下端部同志を連結して覆工部材の内周面を圧接可能な一対の圧接部材とで構成し、上部の圧接部材が既設トンネルの長手方向に沿って並列された少なくともリング分の覆工部材の内周面を圧接可能としたので、圧接部材が２リング分の覆工部材を同時に圧接して保持することができ、覆工部材組立作業の作業効率を向上することができる。
【００３４】
また、請求項１の発明の形状保持装置によれば、旋回フレームを垂直方向に対して所定角度前傾して配設したので、エレクタ装置や形状保持装置による各種作業の邪魔にならずに、覆工部材の組付作業を行うことができる。
【００３５】
また、本形状保持装置によれば、作業台を、作業者の乗るケージが旋回フレームに旋回自在に支持された旋回台に既設トンネルの前後方向に沿って移動自在に支持して構成したので、作業台を作業者の所望の位置に移動して作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル掘削機に装備された形状保持装置の一例における側面図である。
【図２】形状保持装置の正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るトンネル掘削機に装備された形状保持装置の側面図である。
【図４】従来の形状保持装置を具備したシールド掘削機の概略図である。
【符号の説明】
１１  掘削機本体
１２  カッタヘッド
１５  駆動モータ（カッタヘッド駆動手段）
２５  シールドジャッキ（推進ジャッキ）
２８  架台
２９  エレクタ装置
３０  旋回式組立足場装置
３１  旋回フレーム
３３  駆動機構
３４  作業台
３６  移動ジャッキ
５０  形状保持装置
５２  支持筒
５５  伸縮ジャッキ
５８，５９，６０  支え梁
６１，６２，６３  圧接部材
６４  移動ジャッキ
７０  旋回式組立足場装置
７１  作業台
７２  水平ジャッキ
Ｓ  セグメント（覆工部材）
【図１】
0003752100.tif 000002
【図２】
0003752100.tif 000003
【図３】
0003752100.tif 000004
【図４】
0003752100.tif 000005