シールド型トンネル掘削機
【課題】ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、換装を短時間で行え、緊急に出水した場合でも、速やかに止水することができるシールド型トンネル掘削機を提供する。
【解決手段】カッターヘッド１２と、このカッターヘッド１２を支持、駆動する駆動部１４と、駆動部１４に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部１６と、駆動部１４に対して推進力を付与する推進部１８と、カッターヘッド１２の後方で駆動部１４、掘削反力支持部１６及び推進部１８を覆う少なくとも前胴部３２及び後胴部３６を含む胴部２０とを有するシールド型トンネル掘進機１０において、カッターヘッド１２のチャンバー２６側と胴部２０との間に位置する隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、ゲートプレート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６のチャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にした。
【解決手段】カッターヘッド１２と、このカッターヘッド１２を支持、駆動する駆動部１４と、駆動部１４に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部１６と、駆動部１４に対して推進力を付与する推進部１８と、カッターヘッド１２の後方で駆動部１４、掘削反力支持部１６及び推進部１８を覆う少なくとも前胴部３２及び後胴部３６を含む胴部２０とを有するシールド型トンネル掘進機１０において、カッターヘッド１２のチャンバー２６側と胴部２０との間に位置する隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、ゲートプレート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６のチャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関し、特に、ベルトコンベアからスクリューコンベアへの換装が容易かつ短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも容易に対応可能なシールド型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に山岳トンネルにはＴＢＭと称されるトンネル掘削機が用いられる。
【０００３】
現在のＴＢＭの型式は、オープン型ＴＢＭと、シールド型ＴＢＭに大別される。
【０００４】
また、オープン型ＴＢＭの中には、オープン型ＴＢＭと、改良オープン型ＴＢＭがある。
【０００５】
オープン型ＴＢＭは、メインビーム式であり、推進はスラストジャッキとメイングリッパーで行われる。
【０００６】
ルーフサポートやハーフシールドが装備している場合もあるが、本体全体の外殻は存在しない。
【０００７】
シールド型ＴＢＭは外殻が本体機長全長で、複数の胴部から構成される。
【０００８】
メイングリッパーは本体に内蔵され、スラストジャッキとメイングリッパーによる推進に加え、機体後方部にライナー、セグメント等を組み立てるためのエレクター、テール部を装備している場合が多く、ライナー、セグメントによるシールドジャッキでの推進も可能である。
【０００９】
そして、この機能により、ＴＢＭ適用地質の拡大が図られた。
【００１０】
また、改良オープン型ＴＢＭは、オープン型ＴＢＭとシールド型ＴＢＭ両型式の利点を取り入れたもので、オープン型ＴＢＭを基本とし、機体前部には外殻があり、その後方で全周にライナーが組み立てられ、このライナーから掘進反力を確保する補助推進ジャッキが装備されている場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−３１４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
オープン型ＴＢＭは、ルーフ等があるが基本的に外殻が非常に短いため、地盤状況が切羽に近い位置で把握でき、地山の補強が必要なときは、早期に比較的切羽に近い位置で支保工の設置や地盤補強等の施工が可能であるという利点を有する反面、セグメントやライナーが設置できないため、作業員の避難する場所を確保することが困難であるため、落石、落盤に対する事故防止が困難で、また、補助推進ジャッキの装備がないため、多亀裂や軟弱地盤層ではグリッパ面の地山を補強する以外には推進ができないという欠点があった。
【００１３】
また、改良オープン型ＴＢＭは、シールド型ＴＢＭの前胴部の長さ程度までに切羽に近い位置で、地山状況の把握、支保工の設置や地盤補強等の対応を図ることができ、グリッパ反力が取れなくなった脆弱地盤でもグリッパ前方切羽側で全周ライナーやセグメントを組み立て、その端面を反力として推進できるという利点を有する反面、ライナーやセグメントを設置しない限り、作業員の避難する場所を確保することが困難であるため、落石、落盤に対する事故防止が困難で、また、ライナーやセグメントはテール部がないため、シールド型ＴＢＭより組み立てが困難であるという欠点があった。
【００１４】
シールド型ＴＢＭは、外殻が機長全長となっているため、作業員が機内に避難することができ、落石、落盤での事故防止ができ、グリッパ反力が取れなくなった脆弱地盤でも、後方でライナーやセグメントを組み立て、その端面を反力として推進することができるという利点がある。
【００１５】
これに対し、地下水が存在する土砂を多く含む脆弱な掘削地盤はカッタ回転に伴い泥濘化する場合が多く、掘削した土砂を搬送するためのベルトコンベアでは、土砂を搬送できず掘進不能になるため、スクリューコンベア等の泥濘化した土砂でも搬送できる搬送機と交換する必要がある。
【００１６】
このため、従来は、ベルトコンベア取り付け箇所の隔壁を大きく切り開いているだけであり、これにスクリューコンベアを取り付ける場合は、新たに治具を取り付ける必要があった。
【００１７】
そのため、止水効果も不安定で、緊急に出水した場合は、速やかに止水することもできず、ＴＢＭの各機器が水没することもある。
【００１８】
また、ＴＢＭのチャンバー内の機構は、掘削土砂をベルトコンベアに供給するためのバケットがあり、このバケットは泥濘化された土砂ではチャンバー内閉塞の原因になり、掘進不能となるため、撤去する必要があった、
さらには、一般的にＴＢＭのカッター面板では、掘削土砂がチャンバー内に入るためのスリットが小さく、泥濘化した掘削土砂はこのスリットで目詰まりを起こし、掘進が不能になる場合があり、スリットをＴＢＭ掘進時よりは開口率として大きくする必要があった。
【００１９】
このように、脆弱地盤の土砂部掘削のためのマシン換装に多大な時間がかかり、硬軟輻輳した地盤ではそのたびたびの交互の換装は工期に大きな影響を与えることとなる。
【００２０】
また、換装を施しても、従来の山岳トンネルで用いる坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭは止水機構がないため、地下水の存在する土砂地盤に対応できないものでもあった。
【００２１】
本発明の目的は、シールド型ＴＢＭの利点を生かしながら、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもないシールド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にある。
【００２２】
本発明の他の目的は、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、セグメントの端面に推進反力をとる場合でも、地下水の存在する土砂を多く含んだ脆弱地盤に対応できるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらに他の目的は、土砂搬送用のコンベア換装にあわせて、バケットの換装も容易かつ短時間で行うことができるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【００２４】
本発明のさらに他の目的は、地下水の存在する土砂を多く含んだ脆弱地盤に対応して、カッター面板の開口率を容易かつ短時間で大きくすることができるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（１）前記目的を達成するため、本発明のシールド型トンネル掘削機は、カッターヘッドと、このカッターヘッドを支持、駆動する駆動部と、前記駆動部に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部と、前記駆動部に対して推進力を付与する推進部と、前記カッターヘッドの後方で前記駆動部、掘削反力支持部及び推進部を覆う少なくとも前胴部及び後胴部を含む胴部とを有するシールド型トンネル掘進機において、
前記カッターヘッドのチャンバー側と前記胴部との間に位置する隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、前記ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にしたことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にすることで、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００２７】
（２）本発明においては、（１）において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、ゲートプレートをスライド可能に取り付けたものとすることができる。
【００２８】
このような構成とすることにより、開口部にゲートプレートを取り付けるという簡単な構成で、換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００２９】
（３）本発明においては、（１）において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体を前記カッターヘッドに押し付けて止水可能とすることができる。
【００３０】
このような構成とすることにより、隔壁に形成した開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体をカッターヘッドに押し付けて止水可能とすることで、（２）の効果に加え、（２）の場合よりも緊急な出水にさらに速やかに対応することができる。
【００３１】
たとえば、緊急な出水時には、ベルトコンベアを動かす前に止水用筒体をカッターヘッドに押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベアと換装し、最後に止水用筒体を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００３２】
（４）本発明においては、（１）〜（３）のいずれかにおいて、
前記掘削反力支持部は、前記後胴部に設けたメイングリッパーを有し、前記前胴部には胴部伸縮支持用のフロントグリッパーを有し、前記胴部の各伸縮部と、前記前胴部とフロントグリッパーとの間と、前記後胴部とメイングリッパーとの間とにシール材を設けるようにすることができる。
【００３３】
このような構成とすることにより、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、地下水の存在する土砂地盤に対応できる。
【００３４】
（５）本発明においては、（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記チャンバー内の掘削土砂を前記チャンバー内に挿入されたベルトコンベアに対して受け渡すバケットが前記チャンバー内に突出して設けられ、
前記バケットは、前記スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にすることができる。
【００３５】
このような構成とすることにより、本来バケットはチャンバー内の土砂をベルトコンベア上に移すためのもので、スクリューコンベアを要した土砂掘削になった場合、逆に土砂移動の阻害となるため、撤去する必要があるが、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にすることで、換装時間を大幅に削減することができる。
【００３６】
（６）本発明においては、（１）〜（５）のいずれかにおいて、
前記カッターヘッドの面板は、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための脱着部を有すると共に、
前記面板には、加泥材注入用のロータリージョイントが設けられるようにすることができる。
【００３７】
このような構成とすることにより、通常の仕様ではカッターヘッドの面板の開口率が非常に狭く、掘削土砂をスムーズに取り込むことができず、面板側の土砂の流動性がよくないが、脱着部を取り外して面板の開口率を上げることで、掘削土砂をスムーズに取り込むことができ、しかも、面板に加泥材注入用のロータリージョイントを設けることで、土砂の流動性を促進することができる。
【００３８】
（７）本発明のトンネル掘削方法は、（１）のシールド型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
掘削反力支持部により掘削反力を確保した状態でカッターヘッドにより切羽を掘削しつつ推進部により推進力を付与して掘進する工程と、
掘進に伴い発生した掘削土砂をカッターヘッド内のチャンバーに取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー内に設けたバケットを介して隔壁よりチャンバー内に先端が挿入されたベルトコンベアに供給して胴部内に取り入れ搬出する工程と、
前記ベルトコンベアによる掘削土砂の取入れからスクリューコンベアによる掘削土砂の取り入れに換装する工程とを含み、
前記換装工程では、
前記ベルトコンベアの先端側を持ち上げてベルトコンベアを後方に引き下げ、隔壁の開口部より引き抜く工程と、
前記引き抜いたベルトコンベアの先端側を隔壁の開口部よりも下方に下げる工程と、
前記先端が開口部より下方に位置するベルトコンベアを搬送手段として前記スクリューコンベアを前記開口部まで搬送する工程と、
前記開口部位置でスクリューコンベアの先端を前記開口部内に差し込んで装着する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００３９】
本発明によれば、隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にすることで、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００４０】
また、ベルトコンベアを開口部から引き抜き、開口部下方に吊り下した状態で、ベルトコンベアを利用してスクリューコンベアを搬送することで、効率よく換装作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機の概略縦断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う拡大断面図である。
【図３】図１のベルトコンベア使用時における拡大断面図である。
【図４】スクリューコンベア使用時における図３の相当の拡大断面図である。
【図５】ゲートの変形例を示すもので、止水時の断面図である。
【図６】図５の開放時の断面図である。
【図７】バケットの使用状態を示すチャンバー部分の拡大斜視図である。
【図８】バケットの折り畳み状態を示す図７同様の斜視図である。
【図９】ベルトコンベア使用時におけるカッターヘッドの正面図である。
【図１０】スクリューコンベア使用時におけるカッターヘッドの正面図である。
【図１１】換装時におけるベルトコンベアの吊り上げ状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の状態からベルトコンベアを引き抜く状態を示す縦断面図である。
【図１３】図１２の状態からベルトコンベアを吊り下す状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１３の状態からスクリューコンベアを搬送する状態を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の状態からスクリューコンベアを隔壁の開口部に装着する状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４３】
図１〜図１５は、本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機を示す図である。
【００４４】
図１は、本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機の概略縦断面図で、
このシールド型トンネル掘削機１０は、カッターヘッド１２と、駆動部１４と、掘削反力支持部１６と、推進部１８と、胴部２０（前胴部３２、中胴部３４及び後胴部３６）とを有している。
【００４５】
カッターヘッド１２は、岩を圧砕する複数のディスクカッター２２を搭載し、回転することによって切羽２４を圧砕し、掘削土砂（ズリ）をチャンバー２６内に取り込むようになっている。
【００４６】
駆動部１４は、カッターヘッド１２を支持、駆動するもので、胴部２０（前胴部３２）との間に設けられたカッターヘッド支持ベアリング２８と、胴部２０（前胴部３２）内に設けられたカッターヘッド駆動装置３０とを有している。
【００４７】
掘削反力支持部１６は、坑壁に押し付けて駆動部１４に対する掘削反力を確保するもので、メイングリッパー４０を有している。
【００４８】
また、メイングリッパー４０にて掘削反力を得、スラストジャッキ４２にて推進力を付与して掘進した後、胴部２０の伸縮部を元に戻すための伸縮反力支持部として前胴部３２にフロントグリッパー３８が設けられている。
【００４９】
推進部１８は、駆動部１４に対して推進力を付与する後胴部３６と前胴部３２とを連結するスラストジャッキ４２を有している。
【００５０】
胴部２０は、前述のように、前胴部３２、中胴部３４及び後胴部３６を含む複数のものからなり、掘削反力支持部１６及び推進部１８を覆うようになっている。
【００５１】
前胴部３２の前端面には隔壁４８が設けられ、この隔壁４８には、バケット４４がチャンバー２６内に突出して設けられ、チャンバー２６内に取り込まれた掘削土砂（ズリ）がカッターヘッド１２の回転によって上方に持ち上げられてバケット４４内に投入され、バケット４４内に投入された掘削土砂（ズリ）は、バケット４４を介してチャンバー２６内に挿入されたベルトコンベア４６上に供給され、ベルトコンベア４６からズリトロ運搬車で坑外に搬出されるようになっている。
【００５２】
後胴部３６内には、エレクター５０が設けられ、後胴部３６の後方にセグメント５２が組み立てられるようになっている。
【００５３】
また、後胴部３６内には、補助推進用のシールドジャッキ５４が設けられ、前記組み立てられたセグメント５２の端面を反力として推進力が得られるようになっている。
【００５４】
なお、後胴部３６の後部にはテールシール５６が設けられている。
【００５５】
本実施の形態においては、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートとして図２〜図４にも示すようなゲートプレート６０をスライド可能に取り付け、このゲートプレート６０位置、すなわち開口部５８に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入または図４に示すスクリューコンベア６２の装着を可能にしている。
【００５６】
開口部５８には、ゲートプレート６０をスライド可能に保持し、かつ止水可能なフレームが設けられ、このフレームに沿ってスライド可能にされている。
【００５７】
ゲートプレート６０は、ゲートプレート開閉ジャッキ６４によって開閉可能にされている。
【００５８】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、開口部５８位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入またはスクリューコンベア６２の装着を可能にすることで、ベルトコンベア４６からスクリューコンベア６２に換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレート６０を閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００５９】
図５及び図６には、止水可能なゲートの変形例を示しており、この止水可能なゲートは、隔壁４８に設けたベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２挿入用の開口部５８に、隔壁４８に設けた筒状のパッキングケース６６に沿って止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２の背面側に設けたパッキング７０に押し付けて止水可能としている。
【００６０】
この止水用筒体６８のスライド移動はスライドジャッキ７２によって行われるようになっている。
【００６１】
そして、この止水用筒体６８内にベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２を挿入、装着可能としている。
【００６２】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水可能とすることで、より緊急な出水にさらに速やかに対応することができる。
【００６３】
たとえば、緊急な出水時には、ベルトコンベア４６を動かす前に止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベア６２と換装し、最後に止水用筒体６８を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、胴部２０の各伸縮部２０Ａ、２０Ｂと、前胴部３２とフロントグリッパー３８との間３８Ａと、後胴部３６とメイングリッパー４０との間４０Ａと、カッターヘッド支持ベアリング２８の周囲２８Ａとにそれぞれシール材２１、３９、４１、２９を設けるとともに、後胴部３６のテール部にテールシール５６を設けるようにすることで、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、地下水の存在する土砂地盤に対応できるようにしている。
【００６５】
このシール材２１、３９、４１、２９、テールシール５６としては、シールド掘進機等において、一般に使用されるものを採用することができ、ここでは詳細は省略する。
【００６６】
また、本実施の形態では、チャンバー２６内の掘削土砂をチャンバー２６内に挿入されたベルトコンベア４６に対して受け渡すバケット４４を、図４、図８、図１２〜図１５に示すように、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時に隔壁４８側に折りたたみ可能にすることで、本来バケット４４はチャンバー２６内の土砂をベルトコンベア４６上に移すためのもので、スクリューコンベア６２を要した土砂掘削になった場合、逆に土砂移動の阻害となるため、撤去する必要があり、これをスクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁４８側に折りたたみ可能にすることで、換装時間を削減することができるようにしている。
【００６７】
さらに、本実施の形態においては、図９及び図１０に示すように、カッターヘッド１２の面板７４に、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための複数の脱着部７６を設け、通常の仕様ではカッターヘッド１２の面板７４の開口率が非常に狭く、掘削土砂をスムーズに取り込むことができず、脱着部７６を取り外して面板７４の開口率を上げることで、掘削土砂をスムーズに取り込むことができるようにすると共に、図１、図３〜図６、図１１〜図１５に示すように、面板７４に加泥材注入用のロータリージョイント７８を設けるようにすることで、土砂の流動性を促進することができるようにしている。
【００６８】
次に、本実施の形態におけるシールド型トンネル掘削機１０を用いたトンネル掘削方法について、図１１〜図１５を参照して説明する。
【００６９】
まず、掘削反力支持部１６であるメイングリッパー４０により坑壁に押し付けて掘削反力を確保した状態で、駆動部１４によりカッターヘッド１２を回転駆動させ、カッターヘッド１２により切羽２４を掘削しつつ推進部１８のスラストジャッキ４２により推進力を付与して掘進を行う。
【００７０】
掘進に伴い発生した掘削土砂はカッターヘッド１２内のチャンバー２６に取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー２６内に設けたバケット４４を介して隔壁４８よりチャンバー２６内に先端が挿入されたベルトコンベア４６に供給され、胴部２０内に取り入れベルトコンベア４６からズリトロ運搬車で坑外に搬出される。
【００７１】
掘削途中に土質が変化して、土砂化された地盤あるいは破砕体などの脆弱地盤が出現した時で、スクリューコンベア６２による掘削土砂の取入れが必要になった場合には、ベルトコンベア４６による掘削土砂の取入れからスクリューコンベア６２による掘削土砂の取り入れに換装する。
【００７２】
このコンベアの換装は、以下の工程で行われる。
【００７３】
まず、図１１に示すように、バケット４４を折り畳んで隔壁４８側に収納しておく。
【００７４】
ベルトコンベア４６は、先端側が長さ調整可能なベルトコンベアサポート８０によって支持されており、このベルトコンベアサポート８０の長さを調節してベルトコンベア４６の先端を持ち上げる。
【００７５】
次に、図１２に示すように、ベルトコンベア４６を持ち上げ支持した状態で、ベルトコンベア４６の後方に配置したベルトコンベアスライド機構８２により、ベルトコンベア４６を後方に引き下げ、隔壁４８の開口部５８より引き抜く。
【００７６】
次いで、図１３に示すように、ベルトコンベアサポート８０を調節して、引き抜いたベルトコンベア４６の先端側を隔壁４８の開口部５８よりも下方に下げる。
【００７７】
この場合、スクリューコンベア４６の先端側の高さは、スクリューコンベア４６の中心軸が開口部５８の中心と一致する高さにしておくとよい。
【００７８】
次に、図１４に示すように、先端が開口部５８より下方に位置するベルトコンベア４６を搬送手段としてスクリューコンベア６２を開口部５８まで搬送する。
【００７９】
そして、図１５に示すように、開口部５８位置でスクリューコンベア６２の先端を開口部５８内に差し込んで装着し、スクリューコンベア６２を隔壁４８に固定すればよい。
【００８０】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、開口部５８位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入またはスクリューコンベア６２の装着を可能にすることで、ベルトコンベア４６からスクリューコンベア６２に換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがない。
しかも、ベルトコンベア４６を開口部５８から引き抜き、開口部５８下方に吊り下した状態で、ベルトコンベア４６を利用してスクリューコンベア６２を搬送することで、効率よく換装作業を行うことができる。
【００８１】
また、切羽２４からの出水時には、ベルトコンベア４６を開口部５８より引き抜いた後、ゲートプレート６０を閉めて止水し、出水防止処理を行った後、ゲートプレート６０を開いてスクリューコンベア６２の装着作業を行うようにすることで、出水に対し安全な状態で換装作業を行うことができ、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００８２】
図５及び図６に示す止水可能なゲートの変形例の場合には、隔壁４８に設けたベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２挿入用の開口部５８に、止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２に設けたパッキング７０に押し付けて止水可能とされているため、出水状態での換装時には、止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水した状態で作業を行い、 換装作業終了後、止水用筒体６８を後方に移動させることで、掘削土砂をスクリューコンベア６２で取り込み可能にすることができ、ベルトコンベア４６を動かす前に止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベア６２と換装し、最後に止水用筒体６８を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００８３】
特に、緊急な出水には、ベルトコンベア４６やスクリューコンベア６２を装着したまま、止水用筒体６８をスライドさせるだけで止水ができ、さらに速やかに対応することができる。
【００８４】
また、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時にはバケット４４を隔壁４８側に折り畳むことで、スクリューコンベア６２を要した土砂掘削で、土砂移動の阻害となるバケット４４を撤去する必要がなく、換装時間を削減することができる。
【００８５】
さらに、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時にはカッターヘッド１２の面板７４に設けた脱着部７６を取り外すと共に、ロータリージョイント７８を用いて面板７４側に加泥材を注入するようにすることで、脱着部７６を取り外して面板７４の開口率を上げて掘削土砂をスムーズに取り込むことができ、しかも、面板７４にロータリージョイントを用いて加泥材を注入することで、土砂の流動性を促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００８７】
たとえば、前記実施の形態では、ベルトコンベアの持ち上げに長さ調整可能なベルトコンベアサポートを用いているが、この例に限らず、ジャッキあるいはワイヤ、チェーン等を使用した巻き上げ機等を用いることも可能である。
【００８８】
また、チャンバー内に設けられる掘削土砂取り込み用のバケットは、ヒンジ構造あるいはボルト締結方式等により、手動あるいは自動で隔壁側に折り畳み可能にすることができる。
【００８９】
さらに、カッター面版の開口率を上げるための脱着部は、ボルト・ナット方式あるいは油圧方式等で脱着可能にすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０ シールド型トンネル掘削機
１２ カッターヘッド
１４ 駆動部
１６ 掘削反力支持部
１８ 推進部
２０ 胴部
２４ 切羽
３２ 前胴部
３４ 中胴部
３６ 後胴部
４８ 隔壁
５８ 開口部
６０ ゲートプレート
６２ スクリューコンベア
６８ 止水用筒体
７４ 面板
７６ 脱着部
７８ ロータリージョイント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関し、特に、ベルトコンベアからスクリューコンベアへの換装が容易かつ短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも容易に対応可能なシールド型トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に山岳トンネルにはＴＢＭと称されるトンネル掘削機が用いられる。
【０００３】
現在のＴＢＭの型式は、オープン型ＴＢＭと、シールド型ＴＢＭに大別される。
【０００４】
また、オープン型ＴＢＭの中には、オープン型ＴＢＭと、改良オープン型ＴＢＭがある。
【０００５】
オープン型ＴＢＭは、メインビーム式であり、推進はスラストジャッキとメイングリッパーで行われる。
【０００６】
ルーフサポートやハーフシールドが装備している場合もあるが、本体全体の外殻は存在しない。
【０００７】
シールド型ＴＢＭは外殻が本体機長全長で、複数の胴部から構成される。
【０００８】
メイングリッパーは本体に内蔵され、スラストジャッキとメイングリッパーによる推進に加え、機体後方部にライナー、セグメント等を組み立てるためのエレクター、テール部を装備している場合が多く、ライナー、セグメントによるシールドジャッキでの推進も可能である。
【０００９】
そして、この機能により、ＴＢＭ適用地質の拡大が図られた。
【００１０】
また、改良オープン型ＴＢＭは、オープン型ＴＢＭとシールド型ＴＢＭ両型式の利点を取り入れたもので、オープン型ＴＢＭを基本とし、機体前部には外殻があり、その後方で全周にライナーが組み立てられ、このライナーから掘進反力を確保する補助推進ジャッキが装備されている場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−３１４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
オープン型ＴＢＭは、ルーフ等があるが基本的に外殻が非常に短いため、地盤状況が切羽に近い位置で把握でき、地山の補強が必要なときは、早期に比較的切羽に近い位置で支保工の設置や地盤補強等の施工が可能であるという利点を有する反面、セグメントやライナーが設置できないため、作業員の避難する場所を確保することが困難であるため、落石、落盤に対する事故防止が困難で、また、補助推進ジャッキの装備がないため、多亀裂や軟弱地盤層ではグリッパ面の地山を補強する以外には推進ができないという欠点があった。
【００１３】
また、改良オープン型ＴＢＭは、シールド型ＴＢＭの前胴部の長さ程度までに切羽に近い位置で、地山状況の把握、支保工の設置や地盤補強等の対応を図ることができ、グリッパ反力が取れなくなった脆弱地盤でもグリッパ前方切羽側で全周ライナーやセグメントを組み立て、その端面を反力として推進できるという利点を有する反面、ライナーやセグメントを設置しない限り、作業員の避難する場所を確保することが困難であるため、落石、落盤に対する事故防止が困難で、また、ライナーやセグメントはテール部がないため、シールド型ＴＢＭより組み立てが困難であるという欠点があった。
【００１４】
シールド型ＴＢＭは、外殻が機長全長となっているため、作業員が機内に避難することができ、落石、落盤での事故防止ができ、グリッパ反力が取れなくなった脆弱地盤でも、後方でライナーやセグメントを組み立て、その端面を反力として推進することができるという利点がある。
【００１５】
これに対し、地下水が存在する土砂を多く含む脆弱な掘削地盤はカッタ回転に伴い泥濘化する場合が多く、掘削した土砂を搬送するためのベルトコンベアでは、土砂を搬送できず掘進不能になるため、スクリューコンベア等の泥濘化した土砂でも搬送できる搬送機と交換する必要がある。
【００１６】
このため、従来は、ベルトコンベア取り付け箇所の隔壁を大きく切り開いているだけであり、これにスクリューコンベアを取り付ける場合は、新たに治具を取り付ける必要があった。
【００１７】
そのため、止水効果も不安定で、緊急に出水した場合は、速やかに止水することもできず、ＴＢＭの各機器が水没することもある。
【００１８】
また、ＴＢＭのチャンバー内の機構は、掘削土砂をベルトコンベアに供給するためのバケットがあり、このバケットは泥濘化された土砂ではチャンバー内閉塞の原因になり、掘進不能となるため、撤去する必要があった、
さらには、一般的にＴＢＭのカッター面板では、掘削土砂がチャンバー内に入るためのスリットが小さく、泥濘化した掘削土砂はこのスリットで目詰まりを起こし、掘進が不能になる場合があり、スリットをＴＢＭ掘進時よりは開口率として大きくする必要があった。
【００１９】
このように、脆弱地盤の土砂部掘削のためのマシン換装に多大な時間がかかり、硬軟輻輳した地盤ではそのたびたびの交互の換装は工期に大きな影響を与えることとなる。
【００２０】
また、換装を施しても、従来の山岳トンネルで用いる坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭは止水機構がないため、地下水の存在する土砂地盤に対応できないものでもあった。
【００２１】
本発明の目的は、シールド型ＴＢＭの利点を生かしながら、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもないシールド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にある。
【００２２】
本発明の他の目的は、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、セグメントの端面に推進反力をとる場合でも、地下水の存在する土砂を多く含んだ脆弱地盤に対応できるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらに他の目的は、土砂搬送用のコンベア換装にあわせて、バケットの換装も容易かつ短時間で行うことができるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【００２４】
本発明のさらに他の目的は、地下水の存在する土砂を多く含んだ脆弱地盤に対応して、カッター面板の開口率を容易かつ短時間で大きくすることができるシールド型トンネル掘削機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
（１）前記目的を達成するため、本発明のシールド型トンネル掘削機は、カッターヘッドと、このカッターヘッドを支持、駆動する駆動部と、前記駆動部に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部と、前記駆動部に対して推進力を付与する推進部と、前記カッターヘッドの後方で前記駆動部、掘削反力支持部及び推進部を覆う少なくとも前胴部及び後胴部を含む胴部とを有するシールド型トンネル掘進機において、
前記カッターヘッドのチャンバー側と前記胴部との間に位置する隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、前記ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にしたことを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にすることで、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００２７】
（２）本発明においては、（１）において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、ゲートプレートをスライド可能に取り付けたものとすることができる。
【００２８】
このような構成とすることにより、開口部にゲートプレートを取り付けるという簡単な構成で、換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００２９】
（３）本発明においては、（１）において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体を前記カッターヘッドに押し付けて止水可能とすることができる。
【００３０】
このような構成とすることにより、隔壁に形成した開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体をカッターヘッドに押し付けて止水可能とすることで、（２）の効果に加え、（２）の場合よりも緊急な出水にさらに速やかに対応することができる。
【００３１】
たとえば、緊急な出水時には、ベルトコンベアを動かす前に止水用筒体をカッターヘッドに押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベアと換装し、最後に止水用筒体を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００３２】
（４）本発明においては、（１）〜（３）のいずれかにおいて、
前記掘削反力支持部は、前記後胴部に設けたメイングリッパーを有し、前記前胴部には胴部伸縮支持用のフロントグリッパーを有し、前記胴部の各伸縮部と、前記前胴部とフロントグリッパーとの間と、前記後胴部とメイングリッパーとの間とにシール材を設けるようにすることができる。
【００３３】
このような構成とすることにより、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、地下水の存在する土砂地盤に対応できる。
【００３４】
（５）本発明においては、（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記チャンバー内の掘削土砂を前記チャンバー内に挿入されたベルトコンベアに対して受け渡すバケットが前記チャンバー内に突出して設けられ、
前記バケットは、前記スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にすることができる。
【００３５】
このような構成とすることにより、本来バケットはチャンバー内の土砂をベルトコンベア上に移すためのもので、スクリューコンベアを要した土砂掘削になった場合、逆に土砂移動の阻害となるため、撤去する必要があるが、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にすることで、換装時間を大幅に削減することができる。
【００３６】
（６）本発明においては、（１）〜（５）のいずれかにおいて、
前記カッターヘッドの面板は、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための脱着部を有すると共に、
前記面板には、加泥材注入用のロータリージョイントが設けられるようにすることができる。
【００３７】
このような構成とすることにより、通常の仕様ではカッターヘッドの面板の開口率が非常に狭く、掘削土砂をスムーズに取り込むことができず、面板側の土砂の流動性がよくないが、脱着部を取り外して面板の開口率を上げることで、掘削土砂をスムーズに取り込むことができ、しかも、面板に加泥材注入用のロータリージョイントを設けることで、土砂の流動性を促進することができる。
【００３８】
（７）本発明のトンネル掘削方法は、（１）のシールド型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
掘削反力支持部により掘削反力を確保した状態でカッターヘッドにより切羽を掘削しつつ推進部により推進力を付与して掘進する工程と、
掘進に伴い発生した掘削土砂をカッターヘッド内のチャンバーに取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー内に設けたバケットを介して隔壁よりチャンバー内に先端が挿入されたベルトコンベアに供給して胴部内に取り入れ搬出する工程と、
前記ベルトコンベアによる掘削土砂の取入れからスクリューコンベアによる掘削土砂の取り入れに換装する工程とを含み、
前記換装工程では、
前記ベルトコンベアの先端側を持ち上げてベルトコンベアを後方に引き下げ、隔壁の開口部より引き抜く工程と、
前記引き抜いたベルトコンベアの先端側を隔壁の開口部よりも下方に下げる工程と、
前記先端が開口部より下方に位置するベルトコンベアを搬送手段として前記スクリューコンベアを前記開口部まで搬送する工程と、
前記開口部位置でスクリューコンベアの先端を前記開口部内に差し込んで装着する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００３９】
本発明によれば、隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にすることで、ベルトコンベアからスクリューコンベアに換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００４０】
また、ベルトコンベアを開口部から引き抜き、開口部下方に吊り下した状態で、ベルトコンベアを利用してスクリューコンベアを搬送することで、効率よく換装作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機の概略縦断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う拡大断面図である。
【図３】図１のベルトコンベア使用時における拡大断面図である。
【図４】スクリューコンベア使用時における図３の相当の拡大断面図である。
【図５】ゲートの変形例を示すもので、止水時の断面図である。
【図６】図５の開放時の断面図である。
【図７】バケットの使用状態を示すチャンバー部分の拡大斜視図である。
【図８】バケットの折り畳み状態を示す図７同様の斜視図である。
【図９】ベルトコンベア使用時におけるカッターヘッドの正面図である。
【図１０】スクリューコンベア使用時におけるカッターヘッドの正面図である。
【図１１】換装時におけるベルトコンベアの吊り上げ状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の状態からベルトコンベアを引き抜く状態を示す縦断面図である。
【図１３】図１２の状態からベルトコンベアを吊り下す状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１３の状態からスクリューコンベアを搬送する状態を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の状態からスクリューコンベアを隔壁の開口部に装着する状態を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４３】
図１〜図１５は、本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機を示す図である。
【００４４】
図１は、本発明の一実施の形態にかかるシールド型トンネル掘削機の概略縦断面図で、
このシールド型トンネル掘削機１０は、カッターヘッド１２と、駆動部１４と、掘削反力支持部１６と、推進部１８と、胴部２０（前胴部３２、中胴部３４及び後胴部３６）とを有している。
【００４５】
カッターヘッド１２は、岩を圧砕する複数のディスクカッター２２を搭載し、回転することによって切羽２４を圧砕し、掘削土砂（ズリ）をチャンバー２６内に取り込むようになっている。
【００４６】
駆動部１４は、カッターヘッド１２を支持、駆動するもので、胴部２０（前胴部３２）との間に設けられたカッターヘッド支持ベアリング２８と、胴部２０（前胴部３２）内に設けられたカッターヘッド駆動装置３０とを有している。
【００４７】
掘削反力支持部１６は、坑壁に押し付けて駆動部１４に対する掘削反力を確保するもので、メイングリッパー４０を有している。
【００４８】
また、メイングリッパー４０にて掘削反力を得、スラストジャッキ４２にて推進力を付与して掘進した後、胴部２０の伸縮部を元に戻すための伸縮反力支持部として前胴部３２にフロントグリッパー３８が設けられている。
【００４９】
推進部１８は、駆動部１４に対して推進力を付与する後胴部３６と前胴部３２とを連結するスラストジャッキ４２を有している。
【００５０】
胴部２０は、前述のように、前胴部３２、中胴部３４及び後胴部３６を含む複数のものからなり、掘削反力支持部１６及び推進部１８を覆うようになっている。
【００５１】
前胴部３２の前端面には隔壁４８が設けられ、この隔壁４８には、バケット４４がチャンバー２６内に突出して設けられ、チャンバー２６内に取り込まれた掘削土砂（ズリ）がカッターヘッド１２の回転によって上方に持ち上げられてバケット４４内に投入され、バケット４４内に投入された掘削土砂（ズリ）は、バケット４４を介してチャンバー２６内に挿入されたベルトコンベア４６上に供給され、ベルトコンベア４６からズリトロ運搬車で坑外に搬出されるようになっている。
【００５２】
後胴部３６内には、エレクター５０が設けられ、後胴部３６の後方にセグメント５２が組み立てられるようになっている。
【００５３】
また、後胴部３６内には、補助推進用のシールドジャッキ５４が設けられ、前記組み立てられたセグメント５２の端面を反力として推進力が得られるようになっている。
【００５４】
なお、後胴部３６の後部にはテールシール５６が設けられている。
【００５５】
本実施の形態においては、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートとして図２〜図４にも示すようなゲートプレート６０をスライド可能に取り付け、このゲートプレート６０位置、すなわち開口部５８に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入または図４に示すスクリューコンベア６２の装着を可能にしている。
【００５６】
開口部５８には、ゲートプレート６０をスライド可能に保持し、かつ止水可能なフレームが設けられ、このフレームに沿ってスライド可能にされている。
【００５７】
ゲートプレート６０は、ゲートプレート開閉ジャッキ６４によって開閉可能にされている。
【００５８】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、開口部５８位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入またはスクリューコンベア６２の装着を可能にすることで、ベルトコンベア４６からスクリューコンベア６２に換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがなく、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレート６０を閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００５９】
図５及び図６には、止水可能なゲートの変形例を示しており、この止水可能なゲートは、隔壁４８に設けたベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２挿入用の開口部５８に、隔壁４８に設けた筒状のパッキングケース６６に沿って止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２の背面側に設けたパッキング７０に押し付けて止水可能としている。
【００６０】
この止水用筒体６８のスライド移動はスライドジャッキ７２によって行われるようになっている。
【００６１】
そして、この止水用筒体６８内にベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２を挿入、装着可能としている。
【００６２】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水可能とすることで、より緊急な出水にさらに速やかに対応することができる。
【００６３】
たとえば、緊急な出水時には、ベルトコンベア４６を動かす前に止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベア６２と換装し、最後に止水用筒体６８を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、胴部２０の各伸縮部２０Ａ、２０Ｂと、前胴部３２とフロントグリッパー３８との間３８Ａと、後胴部３６とメイングリッパー４０との間４０Ａと、カッターヘッド支持ベアリング２８の周囲２８Ａとにそれぞれシール材２１、３９、４１、２９を設けるとともに、後胴部３６のテール部にテールシール５６を設けるようにすることで、坑壁に反力をとり伸縮機構を装備したＴＢＭであっても、地下水の存在する土砂地盤に対応できるようにしている。
【００６５】
このシール材２１、３９、４１、２９、テールシール５６としては、シールド掘進機等において、一般に使用されるものを採用することができ、ここでは詳細は省略する。
【００６６】
また、本実施の形態では、チャンバー２６内の掘削土砂をチャンバー２６内に挿入されたベルトコンベア４６に対して受け渡すバケット４４を、図４、図８、図１２〜図１５に示すように、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時に隔壁４８側に折りたたみ可能にすることで、本来バケット４４はチャンバー２６内の土砂をベルトコンベア４６上に移すためのもので、スクリューコンベア６２を要した土砂掘削になった場合、逆に土砂移動の阻害となるため、撤去する必要があり、これをスクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁４８側に折りたたみ可能にすることで、換装時間を削減することができるようにしている。
【００６７】
さらに、本実施の形態においては、図９及び図１０に示すように、カッターヘッド１２の面板７４に、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための複数の脱着部７６を設け、通常の仕様ではカッターヘッド１２の面板７４の開口率が非常に狭く、掘削土砂をスムーズに取り込むことができず、脱着部７６を取り外して面板７４の開口率を上げることで、掘削土砂をスムーズに取り込むことができるようにすると共に、図１、図３〜図６、図１１〜図１５に示すように、面板７４に加泥材注入用のロータリージョイント７８を設けるようにすることで、土砂の流動性を促進することができるようにしている。
【００６８】
次に、本実施の形態におけるシールド型トンネル掘削機１０を用いたトンネル掘削方法について、図１１〜図１５を参照して説明する。
【００６９】
まず、掘削反力支持部１６であるメイングリッパー４０により坑壁に押し付けて掘削反力を確保した状態で、駆動部１４によりカッターヘッド１２を回転駆動させ、カッターヘッド１２により切羽２４を掘削しつつ推進部１８のスラストジャッキ４２により推進力を付与して掘進を行う。
【００７０】
掘進に伴い発生した掘削土砂はカッターヘッド１２内のチャンバー２６に取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー２６内に設けたバケット４４を介して隔壁４８よりチャンバー２６内に先端が挿入されたベルトコンベア４６に供給され、胴部２０内に取り入れベルトコンベア４６からズリトロ運搬車で坑外に搬出される。
【００７１】
掘削途中に土質が変化して、土砂化された地盤あるいは破砕体などの脆弱地盤が出現した時で、スクリューコンベア６２による掘削土砂の取入れが必要になった場合には、ベルトコンベア４６による掘削土砂の取入れからスクリューコンベア６２による掘削土砂の取り入れに換装する。
【００７２】
このコンベアの換装は、以下の工程で行われる。
【００７３】
まず、図１１に示すように、バケット４４を折り畳んで隔壁４８側に収納しておく。
【００７４】
ベルトコンベア４６は、先端側が長さ調整可能なベルトコンベアサポート８０によって支持されており、このベルトコンベアサポート８０の長さを調節してベルトコンベア４６の先端を持ち上げる。
【００７５】
次に、図１２に示すように、ベルトコンベア４６を持ち上げ支持した状態で、ベルトコンベア４６の後方に配置したベルトコンベアスライド機構８２により、ベルトコンベア４６を後方に引き下げ、隔壁４８の開口部５８より引き抜く。
【００７６】
次いで、図１３に示すように、ベルトコンベアサポート８０を調節して、引き抜いたベルトコンベア４６の先端側を隔壁４８の開口部５８よりも下方に下げる。
【００７７】
この場合、スクリューコンベア４６の先端側の高さは、スクリューコンベア４６の中心軸が開口部５８の中心と一致する高さにしておくとよい。
【００７８】
次に、図１４に示すように、先端が開口部５８より下方に位置するベルトコンベア４６を搬送手段としてスクリューコンベア６２を開口部５８まで搬送する。
【００７９】
そして、図１５に示すように、開口部５８位置でスクリューコンベア６２の先端を開口部５８内に差し込んで装着し、スクリューコンベア６２を隔壁４８に固定すればよい。
【００８０】
このように、隔壁４８に形成した開口部５８に、止水可能なゲートプレート６０を取り付け、開口部５８位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベア４６をチャンバー２６内に挿入またはスクリューコンベア６２の装着を可能にすることで、ベルトコンベア４６からスクリューコンベア６２に換装する場合に、新たな治具を取り付けることなく、その換装を容易に行うことができ、換装を短時間で行え、硬軟輻輳した地盤でも換装が工期に大きな影響を与えることがない。
しかも、ベルトコンベア４６を開口部５８から引き抜き、開口部５８下方に吊り下した状態で、ベルトコンベア４６を利用してスクリューコンベア６２を搬送することで、効率よく換装作業を行うことができる。
【００８１】
また、切羽２４からの出水時には、ベルトコンベア４６を開口部５８より引き抜いた後、ゲートプレート６０を閉めて止水し、出水防止処理を行った後、ゲートプレート６０を開いてスクリューコンベア６２の装着作業を行うようにすることで、出水に対し安全な状態で換装作業を行うことができ、しかも、止水効果も安定で、緊急に出水した場合でも、ゲートプレートを閉じることで、速やかに止水することができ、ＴＢＭの各機器が水没することもない。
【００８２】
図５及び図６に示す止水可能なゲートの変形例の場合には、隔壁４８に設けたベルトコンベア４６またはスクリューコンベア６２挿入用の開口部５８に、止水用筒体６８を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体６８をカッターヘッド１２に設けたパッキング７０に押し付けて止水可能とされているため、出水状態での換装時には、止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水した状態で作業を行い、 換装作業終了後、止水用筒体６８を後方に移動させることで、掘削土砂をスクリューコンベア６２で取り込み可能にすることができ、ベルトコンベア４６を動かす前に止水用筒体６８をカッターヘッド１２のパッキング７０に押し付けて止水を行い、その後スクリューコンベア６２と換装し、最後に止水用筒体６８を引き戻すことで、止水状態のまま換装を行うことができる。
【００８３】
特に、緊急な出水には、ベルトコンベア４６やスクリューコンベア６２を装着したまま、止水用筒体６８をスライドさせるだけで止水ができ、さらに速やかに対応することができる。
【００８４】
また、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時にはバケット４４を隔壁４８側に折り畳むことで、スクリューコンベア６２を要した土砂掘削で、土砂移動の阻害となるバケット４４を撤去する必要がなく、換装時間を削減することができる。
【００８５】
さらに、スクリューコンベア６２を用いる土砂掘削時にはカッターヘッド１２の面板７４に設けた脱着部７６を取り外すと共に、ロータリージョイント７８を用いて面板７４側に加泥材を注入するようにすることで、脱着部７６を取り外して面板７４の開口率を上げて掘削土砂をスムーズに取り込むことができ、しかも、面板７４にロータリージョイントを用いて加泥材を注入することで、土砂の流動性を促進することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態に変形可能である。
【００８７】
たとえば、前記実施の形態では、ベルトコンベアの持ち上げに長さ調整可能なベルトコンベアサポートを用いているが、この例に限らず、ジャッキあるいはワイヤ、チェーン等を使用した巻き上げ機等を用いることも可能である。
【００８８】
また、チャンバー内に設けられる掘削土砂取り込み用のバケットは、ヒンジ構造あるいはボルト締結方式等により、手動あるいは自動で隔壁側に折り畳み可能にすることができる。
【００８９】
さらに、カッター面版の開口率を上げるための脱着部は、ボルト・ナット方式あるいは油圧方式等で脱着可能にすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１０ シールド型トンネル掘削機
１２ カッターヘッド
１４ 駆動部
１６ 掘削反力支持部
１８ 推進部
２０ 胴部
２４ 切羽
３２ 前胴部
３４ 中胴部
３６ 後胴部
４８ 隔壁
５８ 開口部
６０ ゲートプレート
６２ スクリューコンベア
６８ 止水用筒体
７４ 面板
７６ 脱着部
７８ ロータリージョイント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドと、このカッターヘッドを支持、駆動する駆動部と、前記駆動部に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部と、前記駆動部に対して推進力を付与する推進部と、前記カッターヘッドの後方で前記駆動部、掘削反力支持部及び推進部を覆う少なくとも前胴部及び後胴部を含む胴部とを有するシールド型トンネル掘進機において、
前記カッターヘッドのチャンバー側と前記胴部との間に位置する隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、前記ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にしたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、ゲートプレートをスライド可能に取り付けてなることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項３】
請求項１において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体を前記カッターヘッドに押し付けて止水可能としたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記掘削反力支持部は、前記後胴部に設けたメイングリッパーを有し、前記前胴部には胴部伸縮支持用のフロントグリッパーを有し、前記胴部の各伸縮部と、前記前胴部とフロントグリッパーとの間と、前記後胴部とメイングリッパーとの間とにシール材を設けたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記チャンバー内の掘削土砂を前記チャンバー内に挿入されたベルトコンベアに対して受け渡すバケットが前記チャンバー内に突出して設けられ、
前記バケットは、前記スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にされていることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記カッターヘッドの面板は、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための脱着部を有すると共に、
前記面板には、加泥材注入用のロータリージョイントが設けられていることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項７】
請求項１記載のシールド型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
掘削反力支持部により掘削反力を確保した状態でカッターヘッドにより切羽を掘削しつつ推進部により推進力を付与して掘進する工程と、
掘進に伴い発生した掘削土砂をカッターヘッド内のチャンバーに取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー内に設けたバケットを介して隔壁よりチャンバー内に先端が挿入されたベルトコンベアに供給して胴部内に取り入れ搬出する工程と、
前記ベルトコンベアによる掘削土砂の取入れからスクリューコンベアによる掘削土砂の取り入れに換装する工程とを含み、
前記換装工程では、
前記ベルトコンベアの先端側を持ち上げてベルトコンベアを後方に引き下げ、隔壁の開口部より引き抜く工程と、
前記引き抜いたベルトコンベアの先端側を隔壁の開口部よりも下方に下げる工程と、
前記先端が開口部より下方に位置するベルトコンベアを搬送手段として前記スクリューコンベアを前記開口部まで搬送する工程と、
前記開口部位置でスクリューコンベアの先端を前記開口部内に差し込んで装着する工程と、
を含むことを特徴とするトンネルの掘削方法。
【請求項１】
カッターヘッドと、このカッターヘッドを支持、駆動する駆動部と、前記駆動部に対する掘削反力を確保する掘削反力支持部と、前記駆動部に対して推進力を付与する推進部と、前記カッターヘッドの後方で前記駆動部、掘削反力支持部及び推進部を覆う少なくとも前胴部及び後胴部を含む胴部とを有するシールド型トンネル掘進機において、
前記カッターヘッドのチャンバー側と前記胴部との間に位置する隔壁に形成した開口部に、止水可能なゲートを取り付け、前記ゲート位置に掘削土砂搬送用のベルトコンベアの前記チャンバー内への挿入またはスクリューコンベアの装着を可能にしたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、ゲートプレートをスライド可能に取り付けてなることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項３】
請求項１において、
前記止水可能なゲートは、前記隔壁に設けたベルトコンベアまたはスクリューコンベア挿入用の開口部に、止水用筒体を前後方向にスライド可能に取り付け、この止水用筒体を前記カッターヘッドに押し付けて止水可能としたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記掘削反力支持部は、前記後胴部に設けたメイングリッパーを有し、前記前胴部には胴部伸縮支持用のフロントグリッパーを有し、前記胴部の各伸縮部と、前記前胴部とフロントグリッパーとの間と、前記後胴部とメイングリッパーとの間とにシール材を設けたことを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記チャンバー内の掘削土砂を前記チャンバー内に挿入されたベルトコンベアに対して受け渡すバケットが前記チャンバー内に突出して設けられ、
前記バケットは、前記スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に隔壁側に折りたたみ可能にされていることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記カッターヘッドの面板は、スクリューコンベアを用いる土砂掘削時に取り外して面板開口率を上げるための脱着部を有すると共に、
前記面板には、加泥材注入用のロータリージョイントが設けられていることを特徴とするシールド型トンネル掘削機。
【請求項７】
請求項１記載のシールド型トンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
掘削反力支持部により掘削反力を確保した状態でカッターヘッドにより切羽を掘削しつつ推進部により推進力を付与して掘進する工程と、
掘進に伴い発生した掘削土砂をカッターヘッド内のチャンバーに取り込み、取り込んだ掘削土砂をチャンバー内に設けたバケットを介して隔壁よりチャンバー内に先端が挿入されたベルトコンベアに供給して胴部内に取り入れ搬出する工程と、
前記ベルトコンベアによる掘削土砂の取入れからスクリューコンベアによる掘削土砂の取り入れに換装する工程とを含み、
前記換装工程では、
前記ベルトコンベアの先端側を持ち上げてベルトコンベアを後方に引き下げ、隔壁の開口部より引き抜く工程と、
前記引き抜いたベルトコンベアの先端側を隔壁の開口部よりも下方に下げる工程と、
前記先端が開口部より下方に位置するベルトコンベアを搬送手段として前記スクリューコンベアを前記開口部まで搬送する工程と、
前記開口部位置でスクリューコンベアの先端を前記開口部内に差し込んで装着する工程と、
を含むことを特徴とするトンネルの掘削方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２８９５２（Ｐ２０１３−２８９５２Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５４７４（Ｐ２０１１−１６５４７４）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【特許番号】特許第４９５５８２８号（Ｐ４９５５８２８）
【特許公報発行日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【出願人】（５０９２５０３７５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【特許番号】特許第４９５５８２８号（Ｐ４９５５８２８）
【特許公報発行日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【出願人】（５０９２５０３７５）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]