(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴が着脱自在に連結された第１掘削機本体と、周方向複数に分割されて該第１掘削機本体の前胴の外周部に着脱自在に配設された大径筒形状をなす第２掘削機本体と、該第２掘削機本体を径方向に分割移動させる分割手段と、前記第２掘削機本体を第１掘削機本体の前胴及び後胴から分離させる分離手段と、前記第１掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に装着された伸縮カッタとを具えたことを特徴とする分割型トンネル掘削機。
【請求項２】
小径筒形状をなす第１掘削機本体の外周部に、周方向複数に分割可能な第２掘削機本体が一体に連結された状態で、前記第１掘削機本体の前部に装着されて伸縮カッタが伸長した状態にあるカッタヘッドを駆動回転しながら、前記第１掘削機本体及び前記第２掘削機本体を前進させることで、前記カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径のトンネルを掘削し、途中で前記第２掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで前記第１掘削機本体から分離し、この状態で、前記伸縮カッタを収縮して前記カッタヘッドを駆動回転しながら前記第１掘削機本体の前胴のみを前進させることで、前記カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、前記大径トンネルに連続する小径のトンネルを掘削形成することを特徴とするトンネル掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中にトンネル掘削形成する分割型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来の分割型シールド掘削機の概略断面、図１０に図９のＸ−Ｘ断面、図１１に前後に分割された状態にある従来の分割型シールド掘削機の概略断面を示す。
【０００３】
従来の分割型シールド掘削機において、図９及び図１０に示すように、円筒形状をなす第１スキンプレート101の外周部にはシール部材102を介して第２スキンプレート103が軸方向に沿って移動自在に嵌合しており、図示しない固定ボルトによって一体に連結されている。この第１スキンプレート101の前部にはバルクヘッド104が形成され、このバルクヘッド104には駆動モータ105が装着されており、この駆動モータ105の駆動軸106は前方に延出し、先端部には円盤形状のカッタヘッド107が固結されている。そして、このカッタヘッド107の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット108が装着されている。また、このカッタヘッド107の外周部には径方向に伸縮自在な複数の伸縮カッタ109が装着されており、この伸縮カッタ109の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット110が装着されている。
【０００４】
なお、第１スキンプレート101の後部外周辺には図示しないスラストジャッキが複数並設されており、このスラストジャッキ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Ｓ1 ，Ｓ2 に押し付けることで、その反力により第１スキンプレート101及び第２スキンプレート103を前進することができる。また、第１スキンプレート101の後部中央部には図示しないセグメントエレクタが配設されており、このセグメントエレクタはスラストジャッキによって前進した第１及び第２スキンプレート101，103と既設のセグメントＳ1 ，Ｓ2 との間の空所に新しいセグメントＳ1 ，Ｓ2 を装着してトンネルを構築することができる。
【０００５】
従って、トンネルを掘削形成するには、図９に示すように、複数のスラストジャッキを伸長し、既設のセグメントＳ1 への押し付け反力によって第１及び第２スキンプレート101，103を前進させる一方、駆動モータ105によりカッタヘッド107及び伸縮カッタ109を回転させ、多数のカッタビット107，110によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳ1 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントＳ1 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルＴ1 を掘削形成することができる。
【０００６】
そして、図１１に示すように、所定の位置で第１及び第２スキンプレート101，103及びカッタヘッド107を停止し、固定ボルトを弛緩して第１スキンプレート101と第２スキンプレート103との連結を解除すると共に、複数の伸縮カッタ109を収縮してカッタヘッド107内に収容する。この状態で、複数のスラストジャッキを伸長し、第２スキンプレート103をそのまま残して第１スキンプレート101のみを前進させる一方、駆動モータ105によりカッタヘッド107を回転させ、多数のカッタビット107によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳ2 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントＳ2 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルＴ1 に連続する小径のトンネルＴ2 を掘削形成することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の分割型シールド掘削機にあっては、第１スキンプレート101と第２スキンプレート103との連結状態で、両者を前進させてカッタヘッド107及び伸縮カッタ109によって大径トンネルＴ1 を掘削し、途中で、第１スキンプレート101と第２スキンプレート103との連結を解除し、第２スキンプレート103をその位置に残して第１スキンプレート101のみを前進させてカッタヘッド107によって小径トンネルＴ2 を掘削し、途中から断面形状が変化する大径トンネルＴ1 及び小径トンネルＴ2 を掘削形成していた。
【０００８】
この場合、大径トンネルＴ1 を掘削後、第１スキンプレート101と第２スキンプレート103との連結を解除してから、第１スキンプレート101のみを前進させているが、第１スキンプレート101に対してシール部材102を介して第２スキンプレート103が嵌合しており、両者の隙間は微小となっている。そのため、第１スキンプレート101のみを前進させる場合には、第２スキンプレート103との嵌合が解除されるまで直進しなければならず、せりなどが発生して前進が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであって、掘削途中から断面形状の異なるトンネルを容易に掘削可能として掘削作業効率の向上を図った分割型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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の発明の分割型トンネル掘削機は、小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴が着脱自在に連結された第１掘削機本体と、周方向複数に分割されて該第１掘削機本体の前胴の外周部に着脱自在に配設された大径筒形状をなす第２掘削機本体と、該第２掘削機本体を径方向に分割移動させる分割手段と、前記第２掘削機本体を第１掘削機本体の前胴及び後胴から分離させる分離手段と、前記第１掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に装着された伸縮カッタとを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明のトンネル掘削方法は、小径筒形状をなす第１掘削機本体の外周部に、周方向複数に分割可能な第２掘削機本体が一体に連結された状態で、前記第１掘削機本体の前部に装着されて伸縮カッタが伸長した状態にあるカッタヘッドを駆動回転しながら、前記第１掘削機本体及び前記第２掘削機本体を前進させることで、前記カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径のトンネルを掘削し、途中で前記第２掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで前記第１掘削機本体から分離し、この状態で、前記伸縮カッタを収縮して前記カッタヘッドを駆動回転しながら前記第１掘削機本体の前胴のみを前進させることで、前記カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、前記大径トンネルに連続する小径のトンネルを掘削形成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分割型トンネル掘削機としての分割型シールド掘削機の概略断面、図２に図１のII−II断面、図３に第２スキンプレートが分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面、図４に図３のIV−IV断面、図５に第２スキンプレートに対する第１スキンプレートの分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面、図６に第１スキンプレートと第２スキンプレートとの連結状態を表す要部断面、図７及び図８に第２スキンプレートの移動機構を表す要部断面を示す。
【００１４】
本実施形態の分割型シールド掘削機において、図１及び図２に示すように、第１掘削機本体としての第１スキンプレート１１は、小径筒形状をなす前胴１１ａとこの前胴１１ａの後部に着脱自在に連結された大径筒形状をなす後胴１１ｂとから構成されている。第２掘削機本体としての第２スキンプレート１２は大径筒形状をなし、周方向複数（本実施形態では８個）に分割されて第１スキンプレート１１の前胴１１ａの外周部に配設され、各分割部１２ａ〜１２ｈは径方向に移動することで、第１スキンプレート１１に対して着脱自在となっている。
【００１５】
従って、第２スキンプレート１２の各分割部１２ａ〜１２ｈが径方向内方に位置したときには、互いに密着して大径円筒となって第１スキンプレート１１の後胴１１ｂと同外径となり、第１スキンプレート１１と第２スキンプレート１２は一体となって前進可能となる。一方、図３及び図４に示すように、各分割部１２ａ〜１２ｈが径方向外方に位置したときには、互いに周方向へ離間して第１スキンプレート１１の前胴１１ａから離脱することとなり、図５に示すように、第１スキンプレート１１の前胴１１ａと後胴１１ｂとの連結を解除することで、第１スキンプレート１１の前胴１１ａは後胴１１ｂと第２スキンプレート１２とを残して単独で前進可能となる。
【００１６】
また、図１及び図２に示すように、第１スキンプレート１１の前部にはバルクヘッド１３が形成され、このバルクヘッド１３には駆動モータ１４が装着されており、この駆動モータ１４の駆動軸１５は前方に延出し、先端部には円盤形状のカッタヘッド１６が固結されている。そして、このカッタヘッド１６の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット１７が装着されている。また、このカッタヘッド１６の外周部には径方向に伸縮自在な複数の伸縮カッタ１８が装着されており、この伸縮カッタ１８の前面には前方の地盤を掘削する多数のカッタビット１９が装着されている。
【００１７】
従って、駆動モータ１４を駆動すると、駆動軸１５を介してカッタヘッド１６が回転駆動し、カッタヘッド１６の前面に装着された多数のカッタビット１７によって前方の地盤を小径の範囲で掘削することができる。このとき、カッタヘッド１６の外周部から複数の伸縮カッタ１８を伸長すると、カッタヘッド１６と共に伸縮カッタ１８が回転駆動し、カッタビット１７及びカッタビット１９によって前方の地盤を大径の範囲で掘削することができる。
【００１８】
なお、第１スキンプレート１１の後部外周辺には図示しないスラストジャッキが複数並設されており、このスラストジャッキ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Ｓ1 ，Ｓ2 に押し付けることで、その反力により第１スキンプレート１１及び第２スキンプレート１２を前進することができる。また、第１スキンプレート１１の後部中央部には図示しないセグメントエレクタが配設されており、このセグメントエレクタはスラストジャッキによって前進した第１及び第２スキンプレート１１，１２と既設のセグメントＳ1 ，Ｓ2 との間の空所に新しいセグメントＳ1 ，Ｓ2 を装着してトンネルを構築することができる。更に、第１スキンプレート１１の前胴１１ａ及び後胴１１ｂの後端内周部にはテールシール２０ａ，２０ｂが装着されており、セグメントＳ1 ，Ｓ2 の外周面にそれぞれ押圧することで第１スキンプレート１１内部への水の浸入を防止している。
【００１９】
ところで、本実施形態の分割型シールド掘削機において、図６に示すように、第１スキンプレート１１は前胴１１ａと後胴１１ｂとが複数の固定ボルト２１によって着脱自在となっている。また、第２スキンプレート１２はこの第１スキンプレート１１に複数の固定ボルト２２によって着脱自在であると共に、移動手段としての複数の移動ジャッキ２３，２４によって径方向外方に移動し、周方向に分割することで分割部１２ａ〜１２ｈ（図４参照）となることで、第１スキンプレート１１に対して着脱自在となっている。
【００２０】
この移動ジャッキ２３は第１スキンプレート１１の前胴１１ａの外周部に掘削方向に沿って複数設けられており、図７に詳細に示すように、前胴１１ａの内周面にシリンダ３１が固定され、このシリンダ３１内に移動ロッド３２を有するピストン３３が移動自在に嵌合しており、この移動ロッド３２の先端部は前胴１１ａを貫通して第２スキンプレート１２に係合している。即ち、第２スキンプレート１２には移動ロッド３２の先端部が係合する長孔３４が形成されると共に、この長孔３４を塞いで移動ロッド３２の先端部が当接する基板３５が固定されている。そして、シリンダ３１には内部を仕切るピストン３３の上下の部屋に連通するポート３６，３７が形成されており、この各ポート３６，３７には図示しない油圧給排装置が接続されている。なお、３８はシリンダ３１と移動ロッド３２との間から圧油の漏洩を防止するリング部材である。
【００２１】
従って、複数の固定ボルト２２を弛緩して第１スキンプレート１１と第２スキンプレート１２との連結を解除した後、シリンダ３１のポート３７から内部に圧油を供給すると、ピストン３３が押圧されて移動ロッド３２が上方に移動し、先端部が基板３５を押す。すると、基板３５と一体の第２スキンプレート１２を径方向外方に移動し、第１スキンプレート１１から離間させることができる。次に、シリンダ３１のポート３６から内部に圧油を供給すると、ピストン３３が押圧されて移動ロッド３２が下方に移動し、先端部が長孔３４から抜け出てシリンダ３１内に収容されることとなり、第２スキンプレート１２を第１スキンプレート１１から離脱させることができる。
【００２２】
また、移動ジャッキ２４は第１スキンプレート１１の後胴１１ｂの前端部に設けられており、図８に詳細に示すように、後胴１１ｂの内周面にシリンダ４１が固定され、このシリンダ４１内に移動ロッド４２を有するピストン４３が移動自在に嵌合しており、この移動ロッド４２の先端部は後胴１１ｂを貫通して第２スキンプレート１２に係合している。即ち、移動ロッド４２の先端部には係合部材４４が固定される一方、第２スキンプレート１２にはこの係合部材４４が係合する長孔４５が形成されている。そして、シリンダ４１には内部を仕切るピストン４３の上下の部屋に連通するポート４６，４７が形成されており、この各ポート４６，４７には図示しない油圧給排装置が接続されている。なお、４８はシリンダ４１と移動ロッド４２との間から圧油の漏洩を防止するリング部材である。
【００２３】
従って、シリンダ４１のポート４７から内部に圧油を供給すると、ピストン４３が押圧されて移動ロッド４２が左方に移動し、係合部材４４が第２スキンプレート１２を前方に移動し、第１スキンプレート１１から離間させることができる。次に、シリンダ４１のポート４６から内部に圧油を供給すると、ピストン４３が押圧されて移動ロッド４２が右方に移動し、係合部材４４が長孔４５から抜け出て移動ロッド４２がシリンダ４１内に収容されることとなり、第２スキンプレート１２を第１スキンプレート１１から離脱させることができる。
【００２４】
ここで、上述した本実施形態の分割型シールド掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。
【００２５】
図１に示すように、前胴１１ａと後胴１１ｂとは複数の固定ボルト２１によって締結されて第１スキンプレート１１を構成し、この第１スキンプレート１１と第２スキンプレート１２とは複数の固定ボルト２２によって一体に締結されており、また、各伸縮カッタ１８は伸長状態となっている。この状態から、まず、複数のスラストジャッキを伸長し、既設のセグメントＳ1 への押し付け反力によって第１及び第２スキンプレート１１，１２を前進させる一方、駆動モータ１４によりカッタヘッド１６及び伸縮カッタ１８を回転させ、多数のカッタビット１７，１９によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳ1 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントＳ1 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルＴ1 を掘削形成することができる。
【００２６】
そして、途中でトンネルの径を小さく変更する場合には、所定の位置で第１及び第２スキンプレート１１，１２及びカッタヘッド１６を停止し、図６に示すように、固定ボルト２２を弛緩して第１スキンプレート１１と第２スキンプレート１２との連結を解除すると共に、伸縮カッタ１８を収縮してカッタヘッド１６内に収容する。この状態で、各移動ジャッキ２３，２４に油圧を供給して各移動ロッド３２，４２を伸長すると、図３及び図４に示すように、第２スキンプレート１２は前方に移動しながら径方向外方に移動し、周方向に分割して分割部１２ａ〜１２ｈとなり、第１スキンプレート１１から離間する。この場合、各移動ジャッキ２３，２４の各移動ロッド３２，４２と第２スキンプレート１２との連結部には長孔３４，４５があるため、第１スキンプレート１１に対する第２スキンプレート１２の前方及び径方向への移動が許容される。
【００２７】
このように第１スキンプレート１１に対して第２スキンプレート１２が外方へ離間すると、固定ボルト２１を弛緩して前胴１１ａと後胴１１ｂとの連結を解除し、この状態で複数のスラストジャッキを伸長すると、第２スキンプレート１２と第１スキンプレート１１の後胴１１ｂをその位置に残して第１スキンプレート１１の前胴１１ａのみを前進させることができる。そして、このときに駆動モータ１４によりカッタヘッド１６を回転させることで、多数のカッタビット１６が前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂は図示しない排土装置によって外部に排出され、スラストジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳ2 との間に空所を形成し、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントＳ2 を装着する。この作業の繰り返しによって大径のトンネルＴ1 に連続する小径のトンネルＴ2 を掘削形成することができる。
【００２８】
本実施形態の分割型シールド掘削機にあっては、第１スキンプレート１１と第２スキンプレート１２とを一体として掘進させることで大径トンネルＴ1 を掘削し、続いて第１スキンプレート１１から第２スキンプレート１２を外して第１スキンプレート１１の前胴１１ａのみを掘進させて大径トンネルＴ1 に連続する小径トンネルＴ2 を掘削するとき、第２スキンプレート１２を径方向外方に移動してから第１スキンプレート１１の前胴１１ａと後胴１１ｂを分離し、前胴１１ａのみを前進させるようにしている。従って、第１スキンプレート１１の前胴１１ａが前進するとき、第２スキンプレート１２との間には隙間が確保されており、せりなどが発生することもなく、容易に前進が可能となる。そして、このときに前胴１１ａを屈曲して前進させることもできる。
【００２９】
なお、上述の実施形態では、第１スキンプレート１１からの第２スキンプレート１２の外方移動を容易とするために、後胴１１ｂに対して第２スキンプレート１２を前方移動させてから外方移動させたが、直接外方移動させてもよい。
【００３０】
【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の発明の分割型トンネル掘削機によれば、小径筒形状をなす前胴の後部に大径筒形状をなす後胴を着脱自在に連結して第１掘削機本体を構成し、この第１掘削機本体の前胴の外周部に周方向複数に分割されて着脱自在な大径筒形状をなす第２掘削機本体を配設し、この第２掘削機本体を、分割手段によって径方向に分割移動すると共に、分離手段によって第１掘削機本体の前胴及び後胴から分離し、第１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てこのカッタヘッドの外周部に径方向伸縮自在に伸縮カッタを装着したので、第１掘削機本体と第２掘削機本体とを一体として掘進させて大径トンネルを掘削し、続いて第１掘削機本体から第２掘削機本体を外して径方向外方に移動してから第１掘削機本体の前胴と後胴を分離し、前胴のみを掘進させて大径トンネルに連続する小径トンネルを掘削するようにしており、第１掘削機本体は第２掘削機本体と所定の隙間をもって前進することとなり、せりなどが発生することもなく、容易に前進することができ、掘削作業効率の向上を図ることができる。
【００３１】
また、請求項２の発明のトンネル掘削方法によれば、第１掘削機本体の外周部に第２掘削機本体を一体に連結した状態でカッタヘッドを駆動回転しながら、この第１掘削機本体及び第２掘削機本体を前進させることで、カッタヘッド及び伸縮カッタが前方の地盤を掘削して大径トンネルを掘削し、途中で第２掘削機本体を径方向外方に移動して周方向複数に分割することで第１掘削機本体から分離し、この状態で、伸縮カッタを収容してカッタヘッドを駆動回転しながら第１掘削機本体の前胴のみを前進させることで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削し、大径トンネルに連続する小径トンネルを掘削形成するようにしたので、第１掘削機本体の前胴のみが前進するとき、第２掘削機本体との間には所定の隙間が確保されており、せりなどが発生することもなく、掘削途中から断面形状の異なるトンネルを容易に掘削可能として掘削作業効率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分割型トンネル掘削機としての分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】第２スキンプレートが分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】第２スキンプレートに対する第１スキンプレートの分割状態にある分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図６】第１スキンプレートと第２スキンプレートとの連結状態を表す要部断面図である。
【図７】第２スキンプレートの移動機構を表す要部断面図である。
【図８】第２スキンプレートの移動機構を表す要部断面図である。
【図９】従来の分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】前後に分割された状態にある従来の分割型シールド掘削機の概略断面図である。
【符号の説明】
１１  第１スキンプレート（第１掘削機本体）
１１ａ  前胴
１１ｂ  後胴
１２  第２スキンプレート（第２掘削機本体）
１２ａ〜１２ｈ  分割部
１４  駆動モータ
１６  カッタヘッド
１８  伸縮カッタ
２１，２２  固定ボルト
２３，２４  移動ジャッキ（移動手段）
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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