トンネルボーリングマシン
【課題】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する。
【解決手段】得ようとする異形断面の大部分を円形断面に掘削する面板２と、円形断面より突出する部分を掘削するために、面板の背部にあって、円形断面の左右両側に固定配置される一対の小形面板４０と、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために小形面板の背部に配置される掘削機構を備えたものである。
【解決手段】得ようとする異形断面の大部分を円形断面に掘削する面板２と、円形断面より突出する部分を掘削するために、面板の背部にあって、円形断面の左右両側に固定配置される一対の小形面板４０と、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために小形面板の背部に配置される掘削機構を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記円形断面より突出する部分を掘削するために前記面板の左右両側に固定配置される一対の小形面板と、前記得ようとする異形断面のうち、前記面板及び前記小形面板で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために前記小形面板の背部に配置される掘削機構とから構成され、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）。
【０００７】
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、異形断面を掘削することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記掘削機構は、前記面板の背部に固定され、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であることを特徴とする。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
異形断面掘削部３は、メインとなる面板２のスキンプレート両側を切欠き、この切欠２ａ内に一部がはいるように固定配置された一対の小形面板４０と、この小形面板４０の背面に配置された異形断面掘削刃口３０と、刃口３０の後部に、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とから構成されている。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、刃口３０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を介して固定され、下面円弧とした馬蹄型形状を有する。また、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。
【００１６】
前記固定スリーブ４の上下にはそれぞれ一対のジャッキ１０を介してフロントグリッパ１１が配置され、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。
【００１７】
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、フロントグリッパ１１、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、フロントグリッパ１１及びエンドグリッパ１６を縮小し、面板２及び小形面板４０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、小形面板４０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。
【００１８】
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つつ、面板２で円状に掘削された両側の突出する部分を小形面板４０によりさらに掘削し、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面（図４に斜線で示す部分）を刃口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。
【００１９】
掘削により生じるずりは、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。
【００２０】
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、ベルトコンベア８側へと送りだす。
【００２１】
小形面板４０により掘削されたずりはこれのスキンプレート後部に配置されたベルトコンベア４１によって後方に向けて送りだされる。
【００２２】
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。
【００２３】
以上説明した本実施形態におけるＴＢＭによれば、一掘削動作毎に面板２による円状掘削、小形面板４０による円状掘削部の両側部の掘削及びそれらの後部における異形断面掘削部３による馬蹄型の掘削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。
【００２４】
また、複雑な機構を伴うことなく面板２及び小形面板４０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。
【００２５】
さらに、面板２で円筒状に掘削された両側部を小形面板４０によってさらに掘削し、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面（図４に斜線で示す部分）を刃口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。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を軟岩掘削に適用した場合のＴＢＭの斜視図である。
【図２】（ａ）はＴＢＭの正面図、（ｂ）は刃口部分の正断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は同ＴＢＭの側断面図である。
【図４】同ＴＢＭの正面図である。
【図５】（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。
【図６】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】
【００２８】
２ 面板
３ 異形断面掘削部
１９ スライドリング
３０ 刃口
３２ バケット
４０ 小形面板
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、前記円形断面より突出する部分を掘削するために前記面板の左右両側に固定配置される一対の小形面板と、前記得ようとする異形断面のうち、前記面板及び前記小形面板で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために前記小形面板の背部に配置される掘削機構とから構成され、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）。
【０００７】
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、異形断面を掘削することができる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記掘削機構は、前記面板の背部に固定され、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であることを特徴とする。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１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、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。
【００１３】
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。
【００１４】
異形断面掘削部３は、メインとなる面板２のスキンプレート両側を切欠き、この切欠２ａ内に一部がはいるように固定配置された一対の小形面板４０と、この小形面板４０の背面に配置された異形断面掘削刃口３０と、刃口３０の後部に、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とから構成されている。
【００１５】
図２（ｂ）に示すように、刃口３０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を介して固定され、下面円弧とした馬蹄型形状を有する。また、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。
【００１６】
前記固定スリーブ４の上下にはそれぞれ一対のジャッキ１０を介してフロントグリッパ１１が配置され、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。
【００１７】
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、フロントグリッパ１１、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、フロントグリッパ１１及びエンドグリッパ１６を縮小し、面板２及び小形面板４０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、小形面板４０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。
【００１８】
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つつ、面板２で円状に掘削された両側の突出する部分を小形面板４０によりさらに掘削し、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面（図４に斜線で示す部分）を刃口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。
【００１９】
掘削により生じるずりは、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。
【００２０】
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、ベルトコンベア８側へと送りだす。
【００２１】
小形面板４０により掘削されたずりはこれのスキンプレート後部に配置されたベルトコンベア４１によって後方に向けて送りだされる。
【００２２】
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。
【００２３】
以上説明した本実施形態におけるＴＢＭによれば、一掘削動作毎に面板２による円状掘削、小形面板４０による円状掘削部の両側部の掘削及びそれらの後部における異形断面掘削部３による馬蹄型の掘削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。
【００２４】
また、複雑な機構を伴うことなく面板２及び小形面板４０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。
【００２５】
さらに、面板２で円筒状に掘削された両側部を小形面板４０によってさらに掘削し、面板２及び小形面板４０で掘削できずに残置された掘削不足断面（図４に斜線で示す部分）を刃口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。
【００２６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を軟岩掘削に適用した場合のＴＢＭの斜視図である。
【図２】（ａ）はＴＢＭの正面図、（ｂ）は刃口部分の正断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は同ＴＢＭの側断面図である。
【図４】同ＴＢＭの正面図である。
【図５】（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。
【図６】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】
【００２８】
２ 面板
３ 異形断面掘削部
１９ スライドリング
３０ 刃口
３２ バケット
４０ 小形面板
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記円形断面より突出する部分を掘削するために前記面板の左右両側に固定配置される一対の小形面板と、前記得ようとする異形断面のうち、前記面板及び前記小形面板で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために前記小形面板の背部に配置される掘削機構とから構成され、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。
【請求項２】
前記掘削機構は、前記面板の背部に固定され、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であ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。
【請求項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、
前記円形断面より突出する部分を掘削するために前記面板の左右両側に固定配置される一対の小形面板と、前記得ようとする異形断面のうち、前記面板及び前記小形面板で掘削できずに残置された掘削不足断面を掘削するために前記小形面板の背部に配置される掘削機構とから構成され、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。
【請求項２】
前記掘削機構は、前記面板の背部に固定され、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であ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１８６９９０（Ｐ２００７−１８６９９０Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６１９９５（Ｐ２００７−６１９９５）
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【分割の表示】特願２００２−２７３１８（Ｐ２００２−２７３１８）の分割
【原出願日】平成１４年２月４日（２００２．２．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【分割の表示】特願２００２−２７３１８（Ｐ２００２−２７３１８）の分割
【原出願日】平成１４年２月４日（２００２．２．４）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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