JP4661805B2 - トンネルボーリングマシン - Google Patents

Description

本発明は、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと略記する）に関し、特に異形断面を掘削できるようにした構造に関する。

トンネルの掘削に発破を使用せず、機械掘削工法によりトンネル全断面を一度に掘削するトンネル掘進機として、従来より、例えばＴＢＭが知られている。このＴＢＭは、先端の掘進機本体と、これに後続する各種の施設を載置移動するための作業台車とを備え、掘進機本体に取付けたグリッパーによりトンネル周囲の地盤を反力として掘進機本体を前進させつつトンネルを掘削してゆくものである。そしてトンネルの掘削後は、コンクリート等の吹付け材料により吹付けライニングしてトンネル内周面を防護する。ＴＢＭを用いて掘削されるトンネルの掘削断面は円形である。これは、切羽を掘削するための面板が円形であり、かつ面板を回転しつつ掘削するためである。

ところで、例えば鉄道トンネルや道路トンネルなどの馬蹄形断面を要求されるトンネルをＴＢＭを用いて掘削した場合、掘削作業後に、例えば図５（ａ）の斜線部分に示すような追加掘削部分が生じたり、図５（ｂ）の斜線に示すように埋戻しが必要な部分が生じ、その掘削作業や埋戻し作業分、工期が長くなり、不経済となっていた。

また、大断面トンネルにおいては、図６に示すように、ＴＢＭを用いて先進導坑ａを掘削するのが一般的であるが、斜線で示す不足断面分についてはＮＡＴＭ工法により掘削せざるを得ず、工期が長くなるなどの不具合もあった。

この発明は、以上の技術課題を解決するためになされたものであり、その目的は、前述のごとき非円形の異形断面であっても他の工法を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できるようにしたＴＢＭを提供するものである。

前記目的を達成するため、本発明のトンネルボーリングマシンは、得ようとする異形断面に包含される円形断面を掘削するための面板と、前記面板のすぐ背部に固定され、かつ、前記得ようとする異形断面形状の外周形状に形成された刃口と、該刃口の背部両側に配置された掘削用のバケットとから構成され、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とする（第１の発明）。

本発明によるトンネルボーリングマシンによれば、トンネルボーリングマシン単独の掘削作業により、円断面とともに異形断面に形成することができる。

また、前記異形断面掘削部は、前記面板のすぐ背部に固定され、かつ得ようとする異形断面形状の外周形状に形成された刃口と、該刃口の背部両側に配置された掘削用のバケットとを備えたものとすることができる。この発明は、ＴＢＭの推力により、断面不足箇所を掘削することができるため、特に軟岩掘削用に好適である。

本発明によるＴＢＭによれば、異形断面であっても他の工法を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できため、経済的であり、工期短縮に寄与できる。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は本発明を軟岩掘削用に好適なものとして開発した実施形態を示すものである。

図におけるＴＢＭは、前後方向中央に配置された中空角筒型のビーム１と、ビーム１の先端に回転自在に支持され、かつ後部外周を筒形のスキンプレートで覆った面板２と、面板２のすぐ背面に同軸上に設けられた異形断面掘削部３と、異形断面掘削部３の背面にあってビーム１の外周に配置された固定スリーブ４と、固定スリーブ４の後部にあって前記ビーム１の外周に配置され、かつ複数のスラストジャッキ５を介して固定スリーブ４に連結した角形のスライドブロック６と、スライドブロック６の下部に配置されたずり寄せシュート７と、ずり寄せシュート７の後部中央に先端を位置させ、後部を斜め上方に向けて配置したずり排出用のベルトコンベア８及びビーム１内に配置され、その後部をベルトコンベア８の上部側に位置させたずり排出用のベルトコンベア９とから概略構成されている。

図２（ａ）に示すように、面板２の正面には放射状の配列で多数のカッタービット１７が配置され、面板２の回転に伴いその正面の切羽を掘削し、その掘削ずりをスキンプレートで囲われたチャンバからビーム１内に取入れ、ベルトコンベア９及び８を通じて坑内後部に向けて排出する。

図２（ｂ）に示すように、異形断面掘削部３は、面板２の後部における固定スリーブ４の外周に複数のブラケット３１を介して面板２のすぐ背部に固定され、下面円弧とした馬蹄型形状の異形断面掘削刃口３０と、刃口３０の後部において固定スリーブ４の両側に配置されたずり寄せと自由断面掘削を兼用した一対のバケット３２とからなっており、前記刃口３０は先端をナイフエッジとした固定刃であり、ＴＢＭの推進力を利用して刃口形状に地盤を掘削するものである。

スライドブロック６の左右には、複数のジャッキ１２を介してメイングリッパ１４が配置され、さらにビームの後部左右にはそれぞれサポートジャッキ１５を介してエンドグリッパ１６が設けられ、各ジャッキの伸縮によりそれぞれのグリッパをトンネル内壁に当接ないしは離間させることで、掘削時における反力を得るようにしている。

図３（ａ）及び図３（ｂ）にはＴＢＭの動作が示されており、まず、図３（ａ）に示す掘削動作停止状態で、エンドグリッパ１６をトンネル内壁に突き当て、スライドブロックのメイングリッパ１４を縮小し、スラストジャッキ５を縮小させてスライドブロック６を前進させ、次いで、図３（ｂ）に示すように、メイングリッパ１４を拡径してトンネル内壁に突き当てることによりスライドブロック６を固定した上で、エンドグリッパ１６を縮小し、面板２を回転駆動しつつ、スラストジャッキ５を伸長させることで、面板２及び異形断面掘削部３は前進して一ストローク分の掘削を行う。

上述した構成からなるＴＢＭを用いて、まず、面板２により切羽を円状に掘削し、その推進動作によって面板２のすぐ背部の刃口３０が断面不足箇所（図４に斜線で示す部分）を削り取る。また、その掘削ずり及び掘削できない箇所などはバケット３２に掘削され、または壁面を修正されて中央側に集められ、ずり寄せシュート７及びベルトコンベア８を通じて後方へ向けて送りだされる。

前記ずり寄せシュート７は馬蹄型掘削部分の掘削により発生する掘削ずりをかき集めるものであり、その前部左右には、図１に示すように回転羽２３が配置され、これの回転によってずり寄せシュート７の前端部ですくい上げられたずりを中央後部に寄せ集め、前記ベルトコンベア８側へと送りだす。

なお、このずり寄せシュート７は昇降用ジャッキなどにより前記スライドブロック６の下部に回動可能に取付けておき、スライドブロック６の移動時にはこれを上に上げることで移動の妨げを防止し、スライドブロック６の固定時には接地させておくことで、効率よくずりを捕集することができる。

以上により、一掘削動作毎に面板２による円状掘削とその後部における異形断面掘削部３による馬蹄型の掘削作業が同時になされることになり、他の工法を併用することなくＴＢＭのみにより馬蹄型断面のトンネルを造成できることになるのである。

また、複雑な機構を伴うことなく面板２の直後においてその推進力により異形断面掘削を行うことができ、削り取り掘削が可能な軟岩地盤用として好適である。

以上の構成においては、面板２で円筒状に掘削し、その断面不足箇所（図４に斜線で示す部分）を面板２のすぐ背部の刃口３０によって削り取り、さらにはバケット３２によって自由掘削するため、推進力の負担がさらに小さいものとなる。

以上の説明により明らかなように、本発明によるＴＢＭによれば、異形断面であっても他の工法を併用することなくＴＢＭ単独により掘削できため、経済的であり、工期短縮に寄与できる。

本発明を軟岩掘削に適用した場合の実施形態によるＴＢＭの斜視図である。 （ａ）は同ＴＢＭの正面図、（ｂ）は刃口部分の正断面図である。 （ａ），（ｂ）は同ＴＢＭの側断面図である。 同ＴＢＭの正面図である。 （ａ），（ｂ）は従来のＴＢＭを用いて異形断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。 従来のＴＢＭを用いて大断面掘削を行う場合の不具合を示す正面図である。

符号の説明

２ 面板
３ 異形断面掘削部
３０ 刃口
３２ バケット

Claims (4)

1. 得ようとする異形断面に包含される円形断面を掘削するための面板と、
   前記面板のすぐ背部に固定され、かつ、前記得ようとする異形断面形状の外周形状に形成された刃口と、該刃口の背部両側に配置された掘削用のバケットとから構成され、該面板によって掘削される円形断面の左右における断面不足箇所を掘削するための異形断面掘削部とを備えたことを特徴とするトンネルボーリングマシン。
2. 前記刃口の最高位置が前記面板の最高位置に一致するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネルボーリングマシン。
3. 前記刃口の最低位置が前記面板の最低位置に一致するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネルボーリングマシン。
4. 前記バケットは、前記トンネルボーリングマシンの掘進方向に対して垂直な面内で揺動可能であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のトンネルボーリングマシン。

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