(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内周壁を押圧するように伸長可能な第１のグリッパを有し、前記トンネル内に前記トンネルと同心的に配置される第１の円筒部  と、
前記内周壁を押圧するように伸長可能な第２のグリッパを有し、前記第１の円筒部と、ほぼ同一の直径に形成され、前記トンネル内に前記第１の円筒部と同心的に配置される第２の円筒部と、
前記第１の円筒部と前記第２の円筒部の間に設けられ、伸縮することより、前記第１の円筒部と前記第２の円筒部とを、近接あるいは離隔させる伸縮装置と、
前記第２の円筒部の先端に、前記第２の円筒部と同心的に、かつ、前記第２の円筒部に対して回転可能に設けられる回転フレームと、
前記回転フレームに固定され、前記第２の円筒部の側から切羽に向かって、斜めに拡がるように伸長するチェーンカッタ用ガイド部材と、
前記チェーンカッタ用ガイド部材に沿って移動されるように設けられ、前記トンネルの長手方向に伸長し、循環駆動されることにより、前記切羽の外周に沿って透かし溝を掘削する透かし溝掘削用チェーンカッタと、
前記透かし溝掘削用チェーンカッタと共に移動するように設けられ、前記透かし溝に硬化性材料を注入する硬化性材料注入管と、から成ることを特徴とするトンネル掘進装置。
【請求項２】
前記回転フレームは、前記第２の円筒部とほぼ同一直径の円環状に構成され、前記第２の円筒部の先端に回転可能に設けられる請求項１記載のトンネル掘進装置。
【請求項３】
前記透かし溝掘削用チェーンカッタは、一対から成り、トンネル半径方向に互いに重なるように、かつ、前記透かし溝切進方向の前部から後部に向かって、互いに接近するように傾斜して配置され、
前記透かし溝の切進方向に向かって開口し、前記トンネル長手方向に伸長する溝形カバー内に、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタにおける前記透かし溝切進方向の前部が露出するように、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタが収容される請求項１または２記載のトンネル掘進装置。
【請求項４】
前記チェーンカッタ用ガイド部材が、前記トンネル長手方向に伸長し、かつ、中間部がトンネル外側に窪むように湾曲し、
前記透かし溝掘削用チェーンカッタは、前記チェーンカッタ用ガイド部材と同一曲率で中間部が、前記トンネル外側に窪むように湾曲する請求項１から３のいずれかに記載のトンネル掘進装置。
【請求項５】
前記チェーンカッタ用ガイド部材、および、前記透かし溝掘削用チェーンカッタは、前記トンネル長手方向に直線状に伸長する請求項１から３のいずれかに記載のトンネル掘進装置。
【請求項６】
前記透かし溝掘削用チェーンカッタにより掘削された土砂をすくい上げるバケットと、
前記バケットが設けられ、前記バケットと共に前記トンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられ、前記バケットから前記土砂が載せられ、回動することにより前記土砂を搬出するベルトコンベアと、を有する請求項１から５のいずれかに記載のトンネル掘進装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のトンネル掘進装置を用いるトンネル掘進工法であって、
トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周に沿って円筒状に回動し、最初の円筒状透かし溝を掘削しつつ、前記最初の円筒状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させて、最初の円筒状支保版を形成し、
前記最初の円筒状支保版により囲まれた部分を掘削し、
次に、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを前進させた後、前記トンネル切羽の外周に沿って円筒状に回動し、前記最初の円筒状支保版の前端部に後端部が近接、または、連続する次の円筒状透かし溝を掘削しつつ、前記次の円筒状透かし溝内に前記硬化性材料を充填して、硬化させて、次の円筒状支保版を形成し、
前記次の円筒状支保版により囲まれた部分を掘削し、
以下同様の工程を繰り返して行い、
前記工程により掘削された土砂を、前記トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出することを特徴とするトンネル掘進工法。
【請求項８】
トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周に沿って螺旋状に前進しつつ回動させて、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、前記螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させて、螺旋状支保版を形成し、
前記螺旋状支保版により囲まれた部分を所要時に掘削し、
前記工程により掘削された土砂を、前記トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出することを特徴とするトンネル掘進工法。
【請求項９】
各々の前記透かし溝は、中間部が、トンネル外側に窪むように湾曲する請求項７または８記載のトンネル掘進工法。
【請求項１０】
各々の前記透かし溝は、前記トンネル長手方向に直線状に伸長する請求項７または８記載のトンネル掘進工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱な地盤において、トンネルを掘進する場合に用いられるトンネル掘進装置およびトンネル掘進工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟弱な地盤において、トンネルを掘進する場合に用いられるトンネル掘進工法としては、特公昭６１−２４５１２号公報、特公平４−６３１９８号公  報、特公平６−５８０３４号公報等で、アーチ状の透かし溝を掘削し、そのアーチ状の透かし溝内に瞬間硬化性コンクリートを充填し、アーチ状の支保版を形成するトンネル掘進工法が知られている。
また、特許番号第２５１９３８０号特許公報では、円筒状の支保版を形成することができるトンネル掘進工法および装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特公昭６１−２４５１２号公報、特公平４−６３１９８号公  報、特公平６−５８０３４号公報等のアーチ状の支保版を形成する工法では、  アーチ状の支保版の両側下端に荷重が集中するため、特に、軟弱な地盤におい  て、アーチ状の支保版全体が若干沈下し、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が生じるという問題点があった。
また、この地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響を軽減するため、通常、アーチ状の支保版の両下端の間を、後作業によるインバートにより閉合する作業が行われているが、作業効率が悪く、作業コストが高いという問題点があった。
また、上述の特許番号第２５１９３８０号特許公報の円筒状の支保版を形成することができるトンネル掘進工法および装置では、その構造上、トンネル掘進作業中において、常に、トンネル断面のほぼ中央に装置全体が位置する。  このため、円筒状の支保版を形成した後の掘削作業に用いられる掘削装置を、トンネルから自由に出し入れして、取り替えることは出来ず、地質の種類に対応して、容易に掘削装置の種類を選択して、取り替えることは困難で、作業能率が悪く、作業コストも高いという問題点があった。
また、上述の特許番号第２５１９３８０号特許公報の円筒状の支保版を形成することができるトンネル掘進工法では、所定奥行の円筒状の支保版１個を形成する毎に、円筒状の透かし溝を掘削するカッタを一旦引き抜かなければならないため、作業能率が悪く、作業コストも高いという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明は、軟弱な地盤においても、支保版全体が沈下することを防止し、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響を防止し、支保版を形成した後の掘削作業に用いられる掘削装置を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れして、取り替えることにより、容易に掘削装置の種類を選択するため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安いトンネル掘進装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、軟弱な地盤においても、支保版を円筒状に形成することにより、円筒状支保版全体が沈下することを防止し、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響を防止し、円筒状支保版を形成した後の掘削作業に用いられる掘削装置を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れして、取り替えることにより、容易に掘削装置の種類を選択するため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安いトンネル掘進工法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、軟弱な地盤においても、支保版を螺旋状に形成することにより、螺旋状支保版全体が沈下することを防止し、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響を防止し、透かし溝掘削用チェーンカッタを一旦引き抜くことはしないため、円筒状支保版を形成するトンネル掘進工法よりも、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安いトンネル掘進工法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トンネルの内周壁を押圧するように伸長可能な第１のグリッパを有し、前記トンネル内に前記トンネルと同心的に配置される第１の円筒部と、
前記内周壁を押圧するように伸長可能な第２のグリッパを有し、前記第１の円筒部と、ほぼ同一の直径に形成され、前記トンネル内に前記第１の円筒部と同心的に配置される第２の円筒部と、
前記第１の円筒部と前記第２の円筒部の間に設けられ、伸縮することより、前記第１の円筒部と前記第２の円筒部とを、近接あるいは離隔させる伸縮装置と、
前記第２の円筒部の先端に、前記第２の円筒部と同心的に、かつ、前記第２の円筒部に対して回転可能に設けられる回転フレームと、
前記回転フレームに固定され、前記第２の円筒部の側から切羽に向かって、斜めに拡がるように伸長するチェーンカッタ用ガイド部材と、
前記チェーンカッタ用ガイド部材に沿って移動されるように設けられ、前記トンネルの長手方向に伸長し、循環駆動されることにより、前記切羽の外周に沿って透かし溝を掘削する透かし溝掘削用チェーンカッタと、
前記透かし溝掘削用チェーンカッタと共に移動するように設けられ、前記透かし溝に硬化性材料を注入する硬化性材料注入管と、から成ることを特徴とするトンネル掘進装置である。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記回転フレームは、前記第２の円筒部とほぼ同一直径の円環状に構成され、前記第２の円筒部の先端に回転可能に設けられるトンネル掘進装置である。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタは、一対から成り、トンネル半径方向に互いに重なるように、かつ、前記透かし溝切進方向の前部から後部に向かって、互いに接近するように傾斜して配置され、
前記透かし溝の切進方向に向かって開口し、前記トンネル長手方向に伸長する溝形カバー内に、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタにおける前記透かし溝切進方向の前部が露出するように、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタが収容されるトンネル掘進装置である。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタにより掘削された土砂をすくい上げるバケットと、
前記バケットが設けられ、前記バケットと共に前記トンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられ、前記バケットから前記土砂が載せられ、回動することにより前記土砂を搬出するベルトコンベアと、を有するトンネル掘進装置である。
【０００６】
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置を用いるトンネル掘進工法であっ  て、
トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周に沿って円筒状に回動し、最初の円筒状透かし溝を掘削しつつ、前記最初の円筒状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させて、最初の円筒状支保版を形成し、
前記最初の円筒状支保版により囲まれた部分を掘削し、
次に、前記透かし溝掘削用チェーンカッタを前進させた後、前記トンネル切羽の外周に沿って円筒状に回動し、前記最初の円筒状支保版の前端部に後端部が近接、または、連続する次の円筒状透かし溝を掘削しつつ、前記次の円筒状透かし溝内に前記硬化性材料を充填して、硬化させて、次の円筒状支保版を形成し、
前記次の円筒状支保版により囲まれた部分を掘削し、
以下同様の工程を繰り返して行い、
前記工程により掘削された土砂を、前記トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出することを特徴とするトンネル掘進工法である。
【０００７】
さらに、本発明は、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周に沿って螺旋状に前進しつつ回動させて、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、前記螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させ  て、螺旋状支保版を形成し、
前記螺旋状支保版により囲まれた部分を所要時に掘削し、
前記工程により掘削された土砂を、前記トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出することを特徴とするトンネル掘進工法である。
【０００８】
本発明のトンネル掘進装置によれば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に、あるいは、螺旋状に回動し、円筒状透かし溝、あるいは、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、円筒状透かし溝内、あるいは、螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版を形成することができるため、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版の全体の荷重が分散される。
このため、軟弱な地盤においても、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
また、第１の円筒部、第２の円筒部および回転フレームは、円環状等の構造であるため、支保版を形成した後の掘削作業に用いられるバケットその他の掘削手段を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れし  て、取り替えることにより、容易にバケットその他の掘削手段の種類を選択できるため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記回転フレームは、前記第２の円筒部とほぼ同一直径の円環状に構成され、前記第２の円筒部の先端に回転可能に設けられるため、前記回転フレームは、透かし溝掘削用チェーンカッタとトンネルの内周壁との間の残された空間に納まり、空間を有効利用できるという利点がある。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタは、一対から成り、トンネル半径方向に互いに重なるように、かつ、前記透かし溝切進方向の前部から後部に向かって、互いに接近するように傾斜して配置され、
前記透かし溝の切進方向に向かって開口し、前記トンネル長手方向に伸長する溝形カバー内に、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタにおける前記透かし溝切進方向の前部が露出するように、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタが収容される構成であるため、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタによ  り、トンネルの上側で透かし溝を掘削しているとき、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタの上側で地盤の崩落が発生しても、崩落した土砂が、透かし溝の奥部に押し込まれることを防止し、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタに過大な駆動抵抗が作用することを防止する。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタにより掘削された土砂をすくい上げるバケットと、
前記バケットが設けられ、前記バケットと共に前記トンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられ、前記バケットから前記土砂が載せられ、回動することにより前記土砂を搬出するベルトコンベアと、を有するため、バケットその他の掘削手段により掘削された土砂を、トンネル切羽に向かって後方に容易に搬出できる。
【０００９】
さらに、上記の本発明のトンネル掘進装置を用いるトンネル掘進工法によれ  ば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に回動し、円筒状透かし溝を掘削しつつ、円筒状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより円筒状支保版を形成することができるため、円筒状支保版の全体の荷重が分散される。  このた  め、軟弱な地盤においても、円筒状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
また、上記の本発明のトンネル掘進装置を用いるため、第１の円筒部、第２の円筒部および回転フレームは、円環状等の構造である。  このため、円筒状支保版を形成した後の掘削作業に用いられるバケットその他の掘削手段を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れして、取り替えることにより、容易にバケットその他の掘削手段の種類を選択できるため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、円筒状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
【００１０】
さらに、支保版を螺旋状に形成する本発明のトンネル掘進工法によれば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として螺旋状に回動し、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより螺旋状支保版を形成することができるため、螺旋状支保版の全体の荷重が分散される。  このため、軟弱な地盤においても、螺旋状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
さらに、螺旋状透かし溝を掘削する透かし溝掘削用チェーンカッタを、適宜、そのままの状態で中断停止し、引き抜く必要は無いため、円筒状支保版を形成するトンネル掘進工法よりも、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、螺旋状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態が、トンネル上方で透かし溝を掘削しながら、同時に掘削された土砂を排出している状態の説明図、図    ２は、本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態が、トンネル下方で透かし溝を掘削しているが、掘削された土砂は排出していない状態の説明図で、図３は、図１、図２の左側から見た正面図である。  第１の円筒部１は、トンネル２の内周壁３を押圧するように伸長可能な第１のグリッパ４を有し、トンネル２内にトンネル２と同心的に配置される。
第２の円筒部５は、内周壁３を押圧するように伸長可能な第２のグリッパ６を有する。  第２の円筒部５は、さらに、第１の円筒部１と、ほぼ同一の直径に形成され、トンネル２内に第１の円筒部１と同心的に配置される。
伸縮装置であるシリンダ７は、第１の円筒部１と第２の円筒部５の間に設けられ、伸縮することより、第１の円筒部１と第２の円筒部５とを、近接あるいは離隔させる装置である。
【００１２】
ここで、例えば、第１のグリッパ４が伸長して、内周壁３を押圧している状態では、第１の円筒部１は、トンネル２に対して固定状態となる。  第２の円筒部５の第２のグリッパ６は縮まって内周壁３を押圧しない状態では、第２の円筒部５は、トンネル２に対して固定されない状態となる。  ここで、伸縮装置であるシリンダ７を伸長すると、第１の円筒部１は固定されているため、第２の円筒部５のみが、トンネル切羽に向かって前方に移動される。  ここで、第２の円筒部５の第２のグリッパ６を伸長して、第２の円筒部５を固定状態にして、第１の円筒部１の第１のグリッパ４を縮めると第１の円筒部１は固定されない状態とな  る。  ここで、伸縮装置であるシリンダ７を縮めると、第２の円筒部５は固定されているため、第１の円筒部１のみが、第２の円筒部５へ近接するように移動される。
以上の動作により、本発明のトンネル掘進装置は、トンネル切羽に向かって前方に移動され、逆の動作により、トンネル切羽に向かって後方に移動される。
【００１３】
回転フレーム８は、第２の円筒部５とほぼ同一直径の円環状に構成され、第  ２の円筒部５の先端に、第２の円筒部５と同心的に、かつ、第２の円筒部５に対して回転可能に設けられる。  回転フレーム８は、その接続部８ａの車輪８ｂ，８ｃが、第２の円筒部５の先端内円周に沿って設けられた溝５ａ内を走行するように設けられることにより、第２の円筒部５に対して回転可能に設けられる。
車輪８ｂの回転軸は、トンネル２の長手方向に平行に、また、車輪８ｃの回転軸は、トンネル２の長手方向に垂直に設けられるが、この車輪８ｂ，８ｃの回転軸の方向は、適宜、設けられる。  第２の円筒部５の内側接続部５ｄに設けられた減速機内蔵モータ５ｂにより、ピニオン５ｃが回転される。  ピニオン５ｃには、回転フレーム８の接続部８ａの内側に設けられたラック部８ｄが歯合し、減速機内蔵モータ５ｂによるピニオン５ｃの回転により、ラック部８ｄを介して回転フレーム８を、第２の円筒部５に対して回転させる。
【００１４】
以上のように回転フレーム８が、第２の円筒部５とほぼ同一直径の円環状に構成され、第２の円筒部５の先端に回転可能に設けられると、回転フレーム８が、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１とトンネル２の内周壁３との間の残された空間に納まり、空間を有効利用できるという利点がある。
ここで、回転フレーム８は、円環状に形成されることが好適であるが、第２の円筒部５と同心的に、かつ、第２の円筒部５に対して回転可能に設けられ、バ  ケットその他の掘削手段がトンネルから自由に出し入れできる円環状等の構造であれば、その構造は限定されない。
【００１５】
チェーンカッタ用ガイド部材９は、回転フレーム８に固定され、第２の円筒部５の側から切羽に向かって、斜めに拡がるように伸長する。
透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、チェーンカッタ用ガイド部材９に沿って図示されない移動手段により移動されるように設けられ、トンネル２の長手方向に伸長し、チェーンカッタ循環用駆動装置１７により、循環駆動されることにより、切羽の外周に沿って透かし溝１２を掘削する装置である。  透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、１つのチェーンカッタから成るが、後述するように一対のチェーンカッタから構成されても良い。
この実施の形態においては、チェーンカッタ用ガイド部材９が、トンネル長手方向に伸長し、かつ、中間部がトンネル外側に窪むように湾曲する。
これに伴い透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、チェーンカッタ用ガイド部材９と同一曲率で中間部が、トンネル外側に窪むように湾曲する。
また、チェーンカッタ用ガイド部材９、および、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、トンネル長手方向に直線状に伸長するように構成される場合もある。
図４に示されるように、硬化性材料注入管１３は、透かし溝掘削用チェーン  カッタ１１と共に移動するように設けられ、透かし溝掘削用チェーンカッタ    １１により掘削された透かし溝１２に、瞬間硬化性コンクリート等の硬化性材料４２を注入するものである。
【００１６】
図示されない駆動装置により駆動されるバケット１４は、透かし溝掘削用    チェーンカッタ１１により掘削された土砂をすくい上げる装置である。
図示されない駆動装置により駆動されるベルトコンベア１５は、バケット    １４が設けられ、かつ、バケット１４と共にトンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられ、バケット１４から土砂が載せられ、トラック５２等に土砂を載せるように回動することにより土砂を搬出する装置である。  第１の円筒部１および第２の円筒部５の底部に設けられたレール１５ｂ上を、ベルトコンベア１５の車輪１５ａが、走行することにより、トンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられる。
ここでベルトコンベア１５は、レール１５ｂ上を車輪１５ａにより走行する構成ではなく、タイヤ、あるいは、クローラ等により走行する構成でも良い。
図１に示されるように、トンネル上方で透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５の存在は邪魔にならないため、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１による透かし溝１２の掘削作業と、図１２に示される支保版１２ａ，１２ｃ内の地盤のバケット１４による掘削作業、および、バケット１４、ベルトコンベア１５およびトラック５２により、トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出する作業を効率的に同時に行うことができる。
しかし、図２に示されるように、トンネル下方で円筒状透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５が干渉するため、トンネル切羽に向かって後方に退避させる。
【００１７】
次に、上記のように構成されたトンネル掘進装置を用いてトンネルを掘進する工法を説明する。
まず、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタ１１を、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に回動し、最初の円筒状透かし溝１２を掘削しつつ、最初の円筒状透かし溝１２内に瞬間硬化性コンクリート等の硬化性材料４２を、硬化性材料注入管１３により充填して、硬化させて、図１２（ａ）に示されるように最初の円筒状支保版１２ａを形成する。
次に、最初の円筒状支保版１２ａにより囲まれた部分を、バケット１４、あるいは、その他の掘削機により掘削する。
次に、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１を前進させた後、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に移動し、最初の円筒状支保版１２ａの前端部に後端部が近接、または、連続する次の円筒状透かし溝１２を掘削しつつ、次の円筒状透かし溝１２内に硬化性材料４２を、硬化性材料注入管１３により充填して、硬化させて、次の円筒状支保版１２ａを形成する。
次に、次の円筒状支保版１２ａにより囲まれた部分を、バケット１４、あるいは、その他の掘削機により掘削する。
ここで、図１に示されるように、トンネル上方で透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５の存在は邪魔にならないため、透かし溝掘削用チェーンカッタ  １１による透かし溝１２の掘削作業と、バケット１４による図１２に示される支保版１２ａ，１２ｃ内の地盤のバケット１４による掘削作業、および、バケット１４、ベルトコンベア１５およびトラック５２により、トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出する作業を効率的に同時に行うことができる。
しかし、図２に示されるように、トンネル下方で円筒状透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５が干渉するため、トンネル切羽に向かって後方に退避させる。
以下、さらに、次の円筒状支保版１２ａ…を形成して、以下同様の工程を繰り返して行う。
ここで、上記工程に掘削された土砂を、バケット１４、ベルトコンベア１５およびトラック５２により、トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出する。
【００１８】
次に、トンネルを掘進する他の工法を、上記のトンネル掘進装置を用いた場合について説明するが、上記のトンネル掘進装置を用いることには限定はされな  い。
まず、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタ１１を、トンネル切羽の外周を円周として螺旋状に前進しつつ回動させて、螺旋状透かし溝１２ｂを掘削しつつ、螺旋状透かし溝１２ｂ内に硬化性材料４２を、硬化性材料注入管１３により充填して、硬化させて、螺旋状支保版１２ｃを形成する。
ここで、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、適宜、中断停止され、作業終了まで、引き抜かれることは無いため、上記の円筒状透かし溝１２を掘削する方法より、作業能率が良い。
次に、螺旋状支保版１２ｃにより囲まれた部分を、バケット１４、あるいは、その他の掘削手段により掘削する。
ここで、上記工程に掘削された土砂を、バケット１４、ベルトコンベア１５およびトラック５２により、トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出する。
ここで、図１に示されるように、トンネル上方で透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５の存在は邪魔にならないため、透かし溝掘削用チェーンカッタ  １１による透かし溝１２の掘削作業と、バケット１４による図１２に示される支保版１２ａ，１２ｃ内の地盤のバケット１４による掘削作業、および、バケット１４、ベルトコンベア１５およびトラック５２により、トンネル切羽に向かって後方に所要時に排出する作業を効率的に同時に行うことができる。
しかし、図２に示されるように、トンネル下方で円筒状透かし溝１２を掘削している時には、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１に対して、バケット１４およびベルトコンベア１５が干渉するため、トンネル切羽に向かって後方に退避させる。
また、各々の透かし溝１２、１２ｂは、中間部が、トンネル外側に窪むように湾曲するが、トンネル長手方向に直線状に伸長する場合もある。
【００１９】
次に、図５〜図１１に示されるように、透かし溝掘削用チェーンカッタ      １１は、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂから成り、トンネル半径方向に互いに重なるように、かつ、透かし溝切進方向の前部から後部に向かって、互いに接近するように傾斜して配置される。  ここで、透かし溝掘削用チェーンカッタ１１は、単に、１つのチェーンカッタから構成される場合もあ  る。
透かし溝１２、１２ｂの切進方向に向かって開口し、トンネル長手方向に伸長する溝形カバー１６内に、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、      １１ｂにおける透かし溝１２、１２ｂ切進方向の前部が露出するように、一対の前記透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂが収容される。  一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂは、チェーンカッタ循環用駆動装置  １７により、循環駆動される。
一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂは、チェーンガイド溝を有するチェーンガイド部材２０と、チェーンガイド部材２０に摺動自在に設けられ、駆動スプロケット２１に巻き掛けられたチェーン２２と、チェーン２２に取り付けられた多数の掘削用ピック２５ａとにより、構成される。
【００２０】
次に、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにおけるチェーンガイド部材２０の間に楔形断面のスペーサ２３が介在され、溝形カバー１６と一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにおけるチェーンガイド部材２０とスペーサ２３とは、ボルト２４により一体に結合される。
図１１に示されるように、隣り合う一方の透かし溝掘削用チェーンカッタ    １１ａにおける各ピックホルダ付きリンク２５は、隣り合う他方の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ｂにおけるピックホルダ付きリンク２５の間の側方に配置される。
図９、図１０に示されるようにチェーンガイド部材２０におけるトンネル長手方向の後部に連接された支持部２６に、減速機およびブレーキ付き電動機から成るチェーンカッタ循環用駆動装置１７が固定されると共に、従動軸２８および中間歯車２９が、回転自在に取付けられる。  従動軸２８には、駆動スプロケット２１および中間歯車２９に歯合する従動歯車３０が固定される。  チェーンカッタ循環用駆動装置１７の出力軸に中間歯車２９に歯合する駆動歯車３１が固定され、チェーンカッタ循環用駆動装置１７の出力軸の中心延長線が、斜交するように配置される。
【００２１】
対向する駆動歯車３１の間に連動用連結軸３２が配置され、その連動用連結軸３２の両端部に連設された歯付き挿入継手３３は、駆動歯車３１の中央部に設けられた歯付き孔部に対して若干傾斜し得るように嵌合挿入される。  チェーン  カッタ循環用駆動装置１７を運転すると、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂが等速度で循環駆動され、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにおける透かし溝切進方向の前部がトンネル長手方向の後方に移動するように、循環駆動される。
図６に示されるように、溝形カバー１６における透かし溝切進方向の後部にカバー長手方向に延長するカッタ移動用チェーン３４が配置される。  カッタ移動用チェーン３４の両端部は、溝形カバー１６の両端部に固定される。  一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにカッタ移動用駆動装置３７が固定される。  カッタ移動用駆動装置３７の出力軸に駆動スプロケット４３が固定される。  駆動スプロケット４３の溝形カバー１６の長手方向の両側に配置された転向用スプロケット３５、３６は、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ      １１ａ、１１ｂにに回転自在に取り付けられる。  カッタ移動用チェーン３４  は、緊張状態で駆動スプロケット４３および転向用スプロケット３５、３６に巻き掛けられる。  カッタ移動用駆動装置３７を、正回転または逆回転すると、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂがトンネル長手方向に前進または後退移動される。
【００２２】
硬化性材料注入管１３は、溝形カバー１６における透かし溝切進方向の後部に近接する位置において、溝形カバー１６に平行に延長するように配置され、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂに支持される。  硬化性材料注入管１３の長手方向に沿って延長する注入管移動用チェーン３８の両端部は、硬化性材料注入管１３の両端部に固定される。  一対の透かし溝掘削用チェーン  カッタ１１ａ、１１ｂに減速機およびブレーキ付き電動機から成る図示されない注入管移動用駆動装置が固定される。  図示されない注入管移動用駆動装置の出力軸に駆動スプロケット４４が固定される。  駆動スプロケット４４の硬化性材料注入管１３長手方向の両側に配置された転向用スプロケット３５、３６は、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂに回転自在に取り付けられ  る。  注入管移動用チェーン３８は、緊張状態で駆動スプロケット２１および転向用スプロケット３５、３６に巻き掛けられ、図示されない注入管移動用駆動装置を正回転または逆回転運転すると、硬化性材料注入管１３が溝形カバー１６の長手方向に前進または後退移動される。
【００２３】
カッタ移動用チェーン３４および駆動スプロケット４３および転向用スプロ  ケット３５、３６と、注入管移動用チェーン３８および駆動スプロケット４４および転向用スプロケット３５、３６とは、透かし溝１２、１２ｂの幅方向に偏位して、配置される。  カッタ移動用チェーン３４および注入管移動用チェーン  ３８としては、ショートリンクチェーンが用いられるので、そのショートリンクチェーンにモルタルが多少付着しても、スプロケットとの歯合に支障を生じな  い。  上記のように隣り合う一方の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａにおける各ピックホルダ付きリンク２５は、隣り合う他方の透かし溝掘削用チェーン  カッタ１１ｂにおけるピックホルダ付きリンク２５の間の側方に配置される。  すなわち、隣り合う一方の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａにおける各ピックホルダ付きリンク２５は、隣り合う他方の透かし溝掘削用チェーンカッタ    １１ｂにおけるピックホルダ付きリンク２５に対し半ピッチだけチェーン長手方向に偏位して配置されるので、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、  １１ｂにおける透かし溝切進方向の後部にあるピックホルダ付きリンク２５および掘削用ピック２５ａの移動軌跡を重なるようにできる。
【００２４】
上記実施の形態のカッタを使用してトンネルを掘進する場合には、まず、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂを、その後方から前方に向かってトンネル中心線から離反する方向に傾斜させると共に、トンネル周壁の一端部においてトンネル切羽に対向するように配置する。  次に、チェーンカッタ循環用駆動装置１７を運転して、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、    １１ｂを、矢印Ｂ方向である透かし溝切進方向の前側部分がトンネル長手方向の後方に移動するように循環駆動すると共に、カッタ移動用駆動装置３７により、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂをトンネル長手方向に前進移動して、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにより、土砂類を掘削、排出しながら一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂを軟弱地盤４５に挿入する。
【００２５】
チェーンカッタ用ガイド部材９に支持されている一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂを移動させて、トンネル周壁の周囲方向に透かし溝    １２を切進していく。  透かし溝１２、１２ｂが、ある距離だけ切進されるごとに、図示されない注入管移動用駆動装置により硬化性材料注入管１３を、透かし溝１２、１２ｂ内の奥部まで前進挿入する。  次に、図示されないポンプにより瞬間硬化性コンクリート等の硬化性材料をホース５３および硬化性材料注入管  １３を通って圧送し、硬化性材料注入管１３の前端から、硬化性材料４２を透かし溝１２、１２ｂ内に放出しながら、図示されない注入管移動用駆動装置により硬化性材料注入管１３を後退移動し、トンネル切羽の前方の周囲に、図１２    （ａ）（ｂ）に示されるように硬化性材料４２から成る円筒状支保版１２ａあるいは螺旋状支保版１２ｃを形成する。
【００２６】
上記実施の形態は、溝形カバー１６により一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂは、後側部分が被覆されているので、一対の透かし溝掘削用  チェーンカッタ１１ａ、１１ｂの後部分に近接する位置まで、硬化性材料４２を注入充填することができる。  また、溝形カバー１６により軟弱地盤４５が崩落しないように支えながら、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、      １１ｂを切進し、続いて、溝形カバー１６に近接する位置まで硬化性材料４２を注入充填することができるので、軟弱地盤４５の崩落を防止しながら、トンネル周囲の透かし溝１２、１２ｂを切進すると共に、その透かし溝１２内に支保層形成用の硬化性材料４２を充填することができる。
また、トンネル半径方向に重なるように配置された一対の透かし溝掘削用    チェーンカッタ１１ａ、１１ｂにより、透かし溝１２、１２ｂを切進するので、透かし溝の幅およびその中に充填される硬化性材料４２の厚みを大きくして、円筒状支保版１２ａあるいは螺旋状支保版１２ｃの強度を大きくすることができ  る。  さらに、一対の透かし溝掘削用チェーンカッタ１１ａ、１１ｂが、溝形カバー１６により補強されるので、長尺の溝形カバー１６付き二重チェーンカッタを用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のトンネル掘進装置によれば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に、あるいは、螺旋状に回動し、円筒状透かし溝、あるいは、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、円筒状透かし溝内、あるいは、螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版を形成することができるため、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版の全体の荷重が分散される。
このため、軟弱な地盤においても、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
また、第１の円筒部、第２の円筒部および回転フレームは、円環状等の構造であるため、支保版を形成した後の掘削作業に用いられるバケットその他の掘削手段を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れし  て、取り替えることにより、容易にバケットその他の掘削手段の種類を選択できるため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、円筒状支保版、あるいは、螺旋状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記回転フレームは、前記第２の円筒部とほぼ同一直径の円環状に構成され、前記第２の円筒部の先端に回転可能に設けられるため、前記回転フレームは、透かし溝掘削用チェーンカッタとトンネルの内周壁との間の残された空間に納まり、空間を有効利用できるという利点がある。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタは、一対から成り、トンネル半径方向に互いに重なるように、かつ、前記透かし溝切進方向の前部から後部に向かって、互いに接近するように傾斜して配置され、
前記透かし溝の切進方向に向かって開口し、前記トンネル長手方向に伸長する溝形カバー内に、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタにおける前記透かし溝切進方向の前部が露出するように、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタが収容される構成であるため、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタによ  り、トンネルの上側で透かし溝を掘削しているとき、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタの上側で地盤の崩落が発生しても、崩落した土砂が、透かし溝の奥部に押し込まれることを防止し、前記一対の透かし溝掘削用チェーンカッタに過大な駆動抵抗が作用することを防止する。
さらに、本発明は、上記トンネル掘進装置において、前記透かし溝掘削用    チェーンカッタにより掘削された土砂をすくい上げるバケットと、
前記バケットが設けられ、前記バケットと共に前記トンネル切羽に向かって前方および後方に移動可能に設けられ、前記バケットから前記土砂が載せられ、回動することにより前記土砂を搬出するベルトコンベアと、を有するため、バケットその他の掘削手段により掘削された土砂を、トンネル切羽に向かって後方に容易に搬出できる。
【００２８】
さらに、上記の本発明のトンネル掘進装置を用いるトンネル掘進工法によれ  ば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として円筒状に回動し、円筒状透かし溝を掘削しつつ、円筒状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより円筒状支保版を形成することができるため、円筒状支保版の全体の荷重が分散される。  このた  め、軟弱な地盤においても、円筒状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
また、上記の本発明のトンネル掘進装置を用いるため、第１の円筒部、第２の円筒部および回転フレームは、円環状等の構造である。  このため、円筒状支保版を形成した後の掘削作業に用いられるバケットその他の掘削手段を、掘削する地盤の地質の種類に対応して、トンネルから自由に出し入れして、取り替えることにより、容易にバケットその他の掘削手段の種類を選択できるため、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、円筒状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
【００２９】
さらに、支保版を螺旋状に形成する本発明のトンネル掘進工法によれば、トンネル長手方向に伸長する透かし溝掘削用チェーンカッタを、トンネル切羽の外周を円周として螺旋状に回動し、螺旋状透かし溝を掘削しつつ、螺旋状透かし溝内に硬化性材料を充填して、硬化させる。  これにより螺旋状支保版を形成することができるため、螺旋状支保版の全体の荷重が分散される。  このため、軟弱な地盤においても、螺旋状支保版の全体が沈下することが防止され、地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響が防止される。
さらに、螺旋状透かし溝を掘削する透かし溝掘削用チェーンカッタを、適宜、そのままの状態で中断停止し、引き抜く必要は無いため、円筒状支保版を形成するトンネル掘進工法よりも、掘削能率が高く、このため作業能率が良く、作業コストも安い。
さらに、螺旋状支保版は地盤上の建造物の沈下等の近隣への悪影響は防止されるので、アーチ状の支保版と異なり、後作業によるインバートにより閉合する作業を不要とするため、作業効率が良く、作業コストが安くなる。
【００３０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態が、トンネル上方で透かし溝を掘削しながら、同時に掘削された土砂を排出している状態の説明図である。
【図２】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態が、トンネル下方で透かし溝を掘削しているが、掘削された土砂は排出していない状態の説明図である。
【図３】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の正面図である。
【図４】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の平面図である。
【図５】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図６】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図７】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図８】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図９】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図１０】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図１１】本発明のトンネル掘進装置の一実施の形態の部分構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態により形成された円筒状支保版および螺旋状支保版の構成図である。
【符号の説明】
１  第１の円筒部
２  トンネル
３  内周壁
５  第２の円筒部
８  回転フレーム
９  チェーンカッタ用ガイド部材
１１，１１ａ，１１ｂ  透かし溝掘削用チェーンカッタ
１２，１２ｂ  透かし溝
１２ａ  円筒状支保版
１２ｃ  螺旋状支保版
１３  硬化性材料注入管
１４  バケット
１５  ベルトコンベア
【図１】
0003789572.tif 000002
【図２】
0003789572.tif 000003
【図３】
0003789572.tif 000004
【図４】
0003789572.tif 000005
【図５】
0003789572.tif 000006
【図６】
0003789572.tif 000007
【図７】
0003789572.tif 000008
【図８】
0003789572.tif 000009
【図９】
0003789572.tif 000010
【図１０】
0003789572.tif 000011
【図１１】
0003789572.tif 000012
【図１２】
0003789572.tif 000013