トンネル拡張用掘削装置
【課題】掘削機の掘削反力を確実に支持し、トンネル内を安定して推進させる。
【解決手段】掘削機１が搭載された移動架台２と、内筒ビーム５４により連結されるとともに移動架台２の前後に配置された前方出退部５２と後方出退部５３を有する可動フレーム５１と、移動架台２に設けられ押圧フレーム６２ｃを内壁ＴＳに押し付けて移動架台２を固定する主グリッパ装置６２と、前方出退部５２および後方出退部５３に設けられ押圧フレーム７２ｃを内壁ＴＳに押し付けて可動フレーム５１を固定する補助グリッパ装置７２と、主グリッパ装置６２と補助グリッパ装置７２により移動架台２と可動フレーム５１とを交互に内壁ＴＳに固定し、推進ジャッキ５５ａにより可動フレーム５１を出退させて移動架台２を推進する推進装置５５とを具備した。
【解決手段】掘削機１が搭載された移動架台２と、内筒ビーム５４により連結されるとともに移動架台２の前後に配置された前方出退部５２と後方出退部５３を有する可動フレーム５１と、移動架台２に設けられ押圧フレーム６２ｃを内壁ＴＳに押し付けて移動架台２を固定する主グリッパ装置６２と、前方出退部５２および後方出退部５３に設けられ押圧フレーム７２ｃを内壁ＴＳに押し付けて可動フレーム５１を固定する補助グリッパ装置７２と、主グリッパ装置６２と補助グリッパ装置７２により移動架台２と可動フレーム５１とを交互に内壁ＴＳに固定し、推進ジャッキ５５ａにより可動フレーム５１を出退させて移動架台２を推進する推進装置５５とを具備した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体にトンネル内から外周側の地山を拡張掘削する掘削機を搭載したトンネル拡張用掘削装置に関するもので、特に大口径の道路分岐、合流部などのトンネル施工部を形成する際に、トンネル施工部の外周部に沿って所定間隔ごとに複数のルーフシールドトンネルを掘削し、隣接するルーフシールドトンネルを連結してトンネル施工部を切羽防護するトンネル工法において、ルーフシールドトンネル内から拡張掘削するのに適したものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内から地山を拡張掘削する掘削装置として、たとえば特許文献１には、トンネル内面に突っ張り状態でリーミング装置を固定するグリッパ装置を設けたものが開示されている。
【特許文献１】特開平８−１１４０８３（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特開２００６−７０５３０において、道路分岐、合流部など大口径のトンネル施工部を掘削する場合、トンネル施工部の外周部に所定間隔ごとにルーフシールドトンネルを拡張掘削し、ルーフシールドトンネル内から隣接するルーフシールドトンネルの間の地山を掘削し、これら掘削部に連結構造物（ルーフシールド先受け工）を設置し、トンネル施工部を切羽防護するトンネル工法が提案されている。
【０００４】
このトンネル工法を実施する場合、ルーフシールドトンネルに沿って掘削機をトンネル軸心方向に移動させつつ、隣接するルーフシールドトンネルに向かって１つのトンネルから対称の２方向に拡張掘削を行う。この掘削作業では、掘削機を搭載した移動体を、掘削方向に対応する一定の姿勢でトンネルの内壁に固定し、大きい掘削反力を支持する必要がある。
【０００５】
ところで、特許文献１では、トンネル前方の地山を掘削しているため、９０°ごとの対称方向に４個のグリッパ装置を前後２組に配置して、リーミング装置をトンネル内に固定している。しかし、上記トンネル工法のように、トンネル内からトンネル外周側の地山を拡張掘削する場合、掘削方向近傍のトンネル内壁は、掘削により強度が低下するため、大きい掘削反力を支持することができない。
【０００６】
また特許文献１では、リーミング装置は成立姿勢で掘削を行うもので、前進するためのレールをトンネル内に敷設し、リーミング装置にレールに案内される複数の走行車輪を設けている。しかし、上記トンネル工法のように、トンネルごとに掘削方向が異なる場合には、掘削機および移動体の姿勢が変更されるため、レールと走行車輪による走行装置では、設定された姿勢を保持しつつ掘削機および移動体をトンネル内で移動させるのが困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、大きい掘削反力を確実に支持でき、かつ掘削機および移動体の適正姿勢を保持しつつ安定して推進することができるトンネル拡張用掘削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、掘削機が搭載された移動体と、移動体の前部および後部にそれぞれ配置された前方出退部および後方出退部と、これら前方出退部および後方出退部を互いに連結する連結材とを有し、移動体から前後方向に出退自在に設けられた可動フレームと、移動体の前後でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームと有する主グリッパ装置と、可動フレームの前方出退部および後方出退部でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームとを有する補助グリッパ装置と、主グリッパ装置と補助グリッパ装置とにより移動体と可動フレームとを交互にトンネルの内壁に固定するとともに、可動フレームを出退させて移動体をトンネル軸心方向に推進させる推進装置とを具備したものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、掘削機が搭載された移動体と、移動体の前部または後部にトンネル軸心方向に出退自在に配置されてトンネルの内壁に係合、離脱自在な係止装置を有する可動フレームと、前記可動フレームを出退駆動して移動体をトンネル軸心方向に移動させる推進装置と、トンネル軸心の対称位置にそれぞれ配置されて移動体よりトンネルの軸心方向に長い複数のそり部材と、移動体に配置された押圧駆動装置により、前記対称位置の一方のそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体をトンネルの内壁に固定可能なグリッパ装置とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、移動体の主グリッパ装置と、可動フレームの補助グリッパ装置とにより、トンネルの内壁の対称面をそれぞれ４箇所ずつ押圧して移動体を保持するので、トンネル内から対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直交する２方向の内壁で、大きい掘削反力と掘削振動とを支持させることができる。また推進装置では、トンネルの内壁に固定解放可能な主グリッパ装置を有する移動架台と、トンネルの内壁に固定解放可能な補助グリッパ装置を有する可動フレームとを、接近離間移動させることにより、トンネル拡張用掘削装置をあらゆる姿勢で安定して推進させることができる。なお、前進時に内壁の内面を摺動する部材がないので、移動をスムーズに行え、大型で大重量のトンネル拡張用掘削装置に好適となる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、掘削機を搭載した移動体を、トンネル軸心の対称位置に配置された複数のそり部材を介してトンネルの内壁に沿って案内するとともに、グリッパ装置によりそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体を固定するように構成したので、掘削反力と掘削振動とを複数のそり部材を介してトンネルの内壁の広範囲に伝達して分散させ支持させることができ、大きい掘削反力や掘削振動に効果的に対応することができる。また構造が簡単で、前進に要する時間も短縮できる。さらに、同一のトンネル内から対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直交交差する方向の内壁で大きい掘削反力を確実に支持させることができる。さらにまた、推進装置により、係止装置を有する可動フレームを出退させて、あらゆる姿勢の移動体を安定して推進することができ、内壁の内面が滑らかでない場合であっても、複数のそり部材により移動体を円滑に摺動して前進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
トンネル拡張用掘削装置の実施の形態１を図１〜図８を参照して説明する。
【００１３】
（全体構造）
図１〜図４に示すように、本発明に係るトンネル拡張用掘削装置は、掘削機１を搭載した移動体である移動架台２と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定する複数の主グリッパ装置６２と、移動架台２の前部の前方出退部５２および後部の後方出退部５３を有する可動フレーム５１と、前方出退部５２および後方出退部５３に設けられて可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定する複数の補助グリッパ装置７２と、可動フレーム５１を前後方向に出退して移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に沿って前後進させる自走式の推進装置５５とを具備している。
【００１４】
トンネルＴの内壁ＴＳは、複数のセグメントＳが周方向およびトンネル軸心Ｏ方向に組み立てられた覆工体により形成されている。各セグメントＳは、円弧状の外周プレートＳａと、外周プレートＳａの周方向に沿う２辺の内面にそれぞれ取り付けられた一対のフランジプレートＳｄと、外周プレートＳａのトンネル軸心Ｏ方向に沿う２辺の内面にそれぞれ取り付けられた一対の連結プレートＳｃと、外周プレートＳａの内面でフランジプレートＳｄ間にトンネル軸心Ｏ方向に沿って取り付けられた複数のリブプレートＳｂとで構成されている。そして複数のセグメントＳが周方向に連結されてセグメントリングが形成され、セグメントリングがフランジプレートＳｄを介してトンネル軸心Ｏ方向に連結されて内壁ＴＳが組み立てられている。
【００１５】
（移動架台）
移動架台２は、所定間隔をあけて配置された左右一対で上下二組の前後ビーム１１と、これら４本の前後ビーム１１の両端部をそれぞれ連結する縦連結ビーム１２と、横連結ビーム１３とで縦長の直方体枠形に形成され、下部の前後ビーム１１および横連結ビーム１３間の底部に掘削機１が搭載されている。
【００１６】
（掘削機）
掘削機１は、たとえばトンネルＴの前方に向かって左方向の地山を掘削するように設置されている。この掘削機１は、図５，図６に示すように、移動架台２の底部に前後ビーム１１に沿って左右両側に敷設された一対の縦行レール２１に、縦行ローラ２３ａを介して縦行ベースフレーム２３が移動自在に支持されており、複数の縦行ジャッキ２２により縦行ベースフレーム２３がトンネル軸心Ｏ方向に所定範囲で往復移動される。この縦行ベースフレーム２３上に、左側上位から右側下位に傾斜する前後一対の傾斜スライドレール２４が敷設され、この傾斜スライドレール２４にスライドローラ２６ａを介してスライドベース２６が移動自在に支持されており、スライドベース２６はスライドジャッキ２５により左右方向に所定範囲で出退移動される。
【００１７】
このスライドベース２６上には、出退揺動フレーム２７の固定端部が、スライドベース２６にトンネル軸心Ｏに平行な軸心周りに揺動自在に支持され、この出退揺動フレーム２７の遊端部に、周方向揺動フレーム２８がトンネル軸心Ｏに平行な軸心周りに揺動自在に支持されている。そして、スライドベース２６の右側部と出退揺動フレーム２７の中間部の間に、出退揺動フレーム２７を固定端部を中心に左右方向に揺動して周方向揺動フレーム２８を出退させる出退揺動ジャッキ２９が連結されている。またスライドベース２６の左側部と周方向揺動フレーム２８の間に、周方向揺動フレーム２８を上下方向に揺動させる周方向揺動ジャッキ３０が連結されている。
【００１８】
ここで、スライドベース２６における出退揺動フレーム２７と周方向揺動ジャッキ３０との連結部間の距離と、周方向揺動フレーム２８における出退揺動フレーム２７と周方向揺動ジャッキ３０との連結部間の距離とが等しく設定されており、周方向揺動ジャッキ３０の長さを出退揺動フレーム２７に等しくすることにより、平行リンクを形成することができる。したがって、平行リンクを形成した状態で、出退揺動ジャッキ２９を伸縮駆動することにより、周方向揺動フレーム２８を一定姿勢で左右方向に平行移動（出退）させることができる。
【００１９】
そして周方向揺動フレーム２８上に設置された出退ガイド筒３１に、ヘッド出退ジャッキ３２により出退される出退ビーム３３がスライド自在に嵌合されている。さらに出退ビーム３３の先端部に、カッタ回転駆動装置３６により出退方向の軸心周りに回転駆動される掘削ヘッド３５が設けられ、また掘削ヘッド３５を出退方向およびトンネル軸心Ｏに直交する軸心周りに所定範囲で揺動させるヘッド揺動ジャッキ３４が設けられている。
【００２０】
したがって、スライドジャッキ２５や出退揺動ジャッキ２９、ヘッド出退ジャッキ３２により、掘削ヘッド３５を出退するとともに、縦行ジャッキ２２や周方向揺動ジャッキ３０、ヘッド揺動ジャッキ３４により、掘削ヘッド３５を移動および揺動して、隣接するトンネルＴに接近する図８に示す掘削部を掘削することができる。
【００２１】
（可動フレーム）
図１〜図４に示すように、可動フレーム５１は、移動架台２の前部および後部に配置された前方出退部５２および後方出退部５３と、各前後ビーム１１内にそれぞれスライド自在に嵌合されて前方出退部５２と後方出退部５３とを連結する内筒ビーム（連結材）５４とを具備している。前方出退部５２および後方出退部５３は、上下の内筒ビーム５４の両端部を連結する左右一対の横架ビーム５２ｂ，５３ｂと、横架ビーム５２ｂ，５３ｂを連結する前後一対の縦架ビーム５２ａ，５３ａとで縦長の矩形枠状に形成されている。そして、各前後ビーム１１の側部に、内筒ビーム５４を出退駆動する推進ジャッキ５５ａが前方出退部５２と前後ビーム１１の所定位置との間に連結されて配置され、これら４本の推進ジャッキ５５により可動フレーム５１を前後方向に移動させることができる。
【００２２】
また前方出退部５２の縦架ビーム５２ａの上部にカッタ駆動用ポンプユニット１４が設けられ、下部にジャッキ駆動用油圧ユニット１５が設けられている。さらに縦架ビーム５２ａの中間部に、トンネル軸心Ｏと平行な軸心周りに正立姿勢に変更可能なフランジリングを有する姿勢調整装置１６を介して、制御盤１７およびオイルタンク１８が設けられている。
【００２３】
（主グリッパ装置）
移動架台２で各縦連結ビーム１２の外側に主グリッパビーム材６１がそれぞれ取り付けられ、これら主グリッパビーム材６１は、外端部がそれぞれ開口された２本の有底円筒体６１ａを連結材６１ｂにより連結して構成されている。前記各円筒体６１ａには、内装されたグリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）６２ａにより内筒部６２ｂがそれぞれ開口部から出退自在に嵌合され、左右の主グリッパビーム材６１の内筒部６２ｂ間にトンネル軸心Ｏ方向のピン６２ｄを介して円弧状の押圧フレーム６２ｃが取り付けられ、主グリッパ装置６２が構成されている。したがって、主グリッパ装置６２によれば、各グリッパ用ジャッキ６２ａをそれぞれ進展し内筒部６２ｂを介して押圧フレーム６２ｃをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて、移動架台２をトンネルＴ内に固定することができる。
【００２４】
（補助グリッパ装置）
可動フレーム５１で縦架ビーム５２ａ，５３ａの外側に補助グリッパビーム材７１がそれぞれ取り付けられ、これら補助グリッパビーム材７１は、外端部がそれぞれ開口された２本の円筒体７１ａを連結材７１ｂで連結して構成されている。前記各円筒体７１ａには、内装されたグリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）７２ａにより内筒部７２ｂがそれぞれ開口部から出退自在に嵌合され、左右の内筒部７２ｂ間にトンネル軸心Ｏ方向のピン７２ｄを介して円弧状の押圧フレーム７２ｃがそれぞれ取り付けられて補助グリッパ装置７２が構成されている。したがって、補助グリッパ装置７２によれば、各グリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）７２ａをそれぞれ進展し内筒部７２ｂを介して押圧フレーム７２ｃをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて、可動フレーム５１をトンネルＴ内に固定することができる。
【００２５】
（推進装置）
推進装置５５は、移動架台２および可動フレーム５１と、主グリッパ装置６２および補助グリッパ装置７２と、移動架台２に対して可動フレーム５１を出退駆動する推進ジャッキ５５ａとで構成されている。すなわち、主グリッパ装置６２により移動架台２を内壁ＴＳに固定するとともに補助グリッパ装置７２を内壁ＴＳから解放した状態で、推進ジャッキ５５ａを進展して可動フレーム５１を前進させる。そして補助グリッパ装置７２により可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定するとともに主グリッパ装置７２により移動架台２を内壁ＴＳから解放した状態で、推進ジャッキ５５ａを収縮して移動架台２を前進させることができる。これを繰り返すことにより、トンネルＴ内でトンネル拡張用掘削装置をトンネル軸心Ｏ方向に前進させることができる。
【００２６】
（掘削動作）
上記構成の拡張用掘削装置によるトンネル工法を説明する。
まず、図７に示すように、トンネル施工部Ａで、主トンネルａ１と分岐トンネルａ２の一方から小口径のシールド掘進機を発進させて、複数のトンネルＴをトンネル施工部Ａを囲むように並列掘削し、トンネルＴ内に内壁ＴＳを形成する。さらに内壁ＴＳ内に、隣接するトンネルＴと対向する位置に補強梁Ｂを設置する。
【００２７】
拡張用掘削装置をトンネルＴ内の掘削位置に配置し、主グリッパ装置６２と補助グリッパ装置７２の押圧フレーム６２ｃ，７２ｃをそれぞれ内壁ＴＳに押し付けて、移動架台２および可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定する。そして掘削するトンネルＴ側の地山を薬剤処理するとともに、内壁ＴＳの一部のセグメントＳを取り外して掘削開口部を形成する。
【００２８】
このトンネル工法では、内壁ＴＳの略対称方向の２箇所に掘削開口部を形成して２方向で掘削するため、掘削開口部に対向する内壁ＴＳで掘削反力を支持することができない。このため、掘削方向と略直角で交差する２方向の内壁ＴＳで掘削反力を支持させる必要があり、２つのグリッパ装置６２，７２により前後４個で上下２組の押圧フレーム６２ｃ，７２ｃをそれぞれ内壁ＴＳに押し付けることで、掘削反力および掘削振動を内壁ＴＳの広い面積に伝達して、十分に大きな支持力を得て移動架台２を内壁ＴＳに固定している。
【００２９】
掘削機１では、周方向揺動ジャッキ３０の長さを出退揺動フレーム２７と同一として平行リンクを形成し、掘削ヘッド３５を回転駆動して出退揺動ジャッキ２９を伸展させ、掘削ヘッド３５を内壁ＴＳの掘削開口部から突出させて地山を拡張掘削する。そして周方向揺動ジャッキ２８を伸縮して掘削ヘッド３５を揺動させ、掘削部を周方向に拡張し、さらに縦行ジャッキ２２、スライドジャッキ２５、ヘッド出退ジャッキ３２およびヘッド揺動ジャッキ３４を伸縮して掘削ヘッド３５を移動させて掘削部を拡張する。
【００３０】
掘削が終了すると、掘削ヘッド３５を後退させ、主グリッパ装置６２を解放して移動架台２を内壁ＴＳから離脱させる。そして、推進ジャッキ５５ａを収縮し、補助グリッパ装置７２により内壁ＴＳに固定された可動フレーム５に対して、移動架台２を次の掘削位置に前進させる。ついで主グリッパ装置６２により移動架台２を内壁ＴＳに固定した後、推進ジャッキ５５ａを進展させて可動フレーム５１を前進させる。
【００３１】
このようにして掘削部が図８に示すように拡張されると、隣接するトンネルＴから同様に掘削し、隣接するトンネルＴ間を掘削部で連通して、この掘削部に補剛フレームＭを組み立て、さらに鉄筋コンクリートＣを打設してルーフシールド先受工（連結構造体）Ｒを構築する。
【００３２】
（実施の形態１の効果）
上記実施の形態１によれば、移動架台２の上下の対称位置にそれぞれに設けられた主グリッパ装置６２と、可動フレーム５１の前方出退部５２と後方出退部５３とに対称位置にそれぞれに設けられた補助グリッパ装置７２とにより、掘削方向と略直角で交差するトンネルＴの内壁ＴＳ２箇所を、前後方向に４箇所ずつそれぞれ押圧して移動架台２を固定することができるので、掘削機１による大きい掘削反力と掘削振動とを効果的に支持することができる。
【００３３】
また推進装置５５では、主グリッパ装置６１によりトンネルＴに固定、解放可能な移動架台２と、補助グリッパ装置７２によりトンネルＴに固定、解放可能な可動フレーム５１とを推進ジャッキ５５ａにより出退させることにより、掘削機１および移動架台２の姿勢に関係なくトンネル拡張用掘削装置を安定して前進させることができ、また前進時に内壁ＴＳの内面を摺動する部材がないので、移動をスムーズに行え、大型で大重量の掘削機１に好適となる。
［実施の形態２］
トンネル拡張用掘削装置の実施の形態２を図９〜図１４を参照して説明する。なお、実施の形態１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
（全体構造）
図９〜図１２に示すように、本発明に係るトンネル拡張用掘削装置は、掘削機１を搭載した移動体である移動架台２と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定する複数のグリッパ装置３と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳ上に摺動自在に支持するとともに、グリッパ装置３を介して移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定するそり部材６Ｄ，６Ｕと、移動架台２の前部（または後部でもよい）に配置されてトンネルＴの内壁ＴＳに着脱自在な係止装置７を有する可動フレーム５と、可動フレーム５を出退して移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に沿って前後進させる自走式の推進装置４とを具備している。
【００３５】
（移動架台）
移動架台２は、左右一対で前後二組の縦連結ビーム１２と、左右の縦連結ビーム１２を互いに連結する上下一対で前後二組の横連結ビーム１３と、前後の横連結ビーム１３の両端部を互いに連結する左右一対で上下二組の前後ビーム１１とで枠形構造体に形成され、下部の前後ビーム１１および横連結ビーム１３間の底部に掘削機１が搭載されている。
【００３６】
（グリッパ装置）
移動架台２で４本の縦連結ビーム１２の上部外側には、それぞれ移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定、解放自在なグリッパ装置３が設けられている。これらグリッパ装置３は、図９に示すように、左右の縦連結ビーム１２に連結された横梁ビーム３ｆに縦連結ビーム１３に沿って取り付けられた外筒部３ａと、この外筒部３ａ内に出退自在に嵌合された内筒部３ｃと、外筒部３ａ内に設けられて内筒部３ｃを出退駆動するグリッパ用ジャッキ３ｂとを具備し、左右のグリッパ装置３で内筒部３ｃにピンを介して内壁ＴＳに沿う円弧状の押圧フレーム３ｅが連結され、そして前後の押圧フレーム３ｅにわたって３本の押圧側のそり部材６Ｕが取り付けられている。
【００３７】
（そり部材）
そり部材６Ｄ，６Ｕは、移動架台２の底部に配置されて移動架台２を内壁ＴＳに沿って摺動自在に支持する３本の固定側のそり部材６Ｄと、前述したように、グリッパ装置３により内壁ＴＳに押し付けられて移動架台２を内壁ＴＳに固定する３本の押圧側のそり部材６Ｕとからなり、固定側のそり部材６Ｄは、移動架台２の底部で前後の横連結ビーム１３にそれぞれ取り付けられた円弧フレーム６ｂに、周方向に一定間隔をあけて取り付けられている。図９に示すように、これらそり部材６Ｄ，６Ｕは、それぞれ同一長さＬｓに形成されて、移動架台２の長さＬａより長く形成され、両端部外面に先端ほど内側に傾斜する傾斜ガイド面６ａがそれぞれ形成されている。
【００３８】
（推進装置）
推進装置４は、図９，図１２に示すように、移動架台２からトンネル軸心Ｏに沿って前方に出退自在な可動フレーム５と、可動フレーム５の先端部に設けられてトンネルＴの内壁ＴＳに係脱自在な係止装置７とを有し、係止装置７がトンネルＴの内壁ＴＳに係止された状態で、グリッパ装置３を解放し、可動フレーム５を出退駆動して固定側のそり部材６Ｄを内壁ＴＳに沿って摺動させ、移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に前進または後進させることができる。
【００３９】
すなわち、可動フレーム５は、移動架台２の４本の前後ビーム１１内からそれぞれ前方に出退自在に嵌合された内筒ビーム５ａと、左右の内筒ビーム５ａの先端部間に連結された上下一対の横架ビーム５ｂと、横架ビーム５ｂを連結する左右一対の縦架ビーム５ｃとを具備し、各前後ビーム１１内に、内筒ビーム５ａをそれぞれ出退駆動する推進ジャッキ８が配置されている。また係止装置７は、各縦架ビーム５ｃの上端部および下端部にそれぞれ設けられており、図１３に示すように、縦架ビーム５ｃ内に出退自在に嵌合された出退筒７ａと、これら出退筒７ａをそれぞれ出退駆動する係止用ジャッキ７ｂと、出退筒７ａの先端部に設けられて内壁ＴＳのフランジプレートＳｄの前後に係合可能な前後一対の係止爪７ｃとで構成されている。したがって、係止用ジャッキ７ｂにより出退筒７ａを介して係止爪７ｃを突出して、フランジプレートＳｄに係合させることにより、可動フレーム５を内壁ＴＳに係止することができる。
【００４０】
（掘削動作）
拡張用掘削装置をトンネルＴ内の掘削位置に配置すると、グリッパ装置３のグリッパ用ジャッキ３ｂをそれぞれ進展して押圧側のそり部材６Ｕを内壁ＴＳに押し付け、押圧側のそり部材６Ｕと固定側のそり部材６Ｄとにより、移動架台２を内壁ＴＳに固定する。そして掘削するトンネルＴ側の地山を薬剤処理するとともに、内壁ＴＳの一部のセグメントＳを取り外して掘削開口部を形成する。
【００４１】
このトンネル工法では、内壁ＴＳに形成する掘削開口部を略対称位置に、別の掘削作業により掘削開口部（反対側を掘削するための）を形成するため、掘削方向に相対する内壁ＴＳで掘削反力を支持することができない。このため、掘削方向と略直角で交差する方向の内壁ＴＳで掘削反力を支持させる必要があり、グリッパ装置３により押圧側のそり部材６Ｕを内壁ＴＳに押し付け、押圧側および固定側のそり部材６Ｕ，６Ｄにより、掘削反力および掘削振動を内壁ＴＳの広い面積に分散して伝達し、十分に大きな支持力で移動架台２を内壁ＴＳに固定することができる。
【００４２】
図１４に示すように、掘削が終了すると、掘削ヘッド３５を後退させ、グリッパ用ジャッキ３ｂにより押圧側のそり部材６Ｕを後退させてグリッパ装置３を解放する。そして、推進ジャッキ８を収縮し、係止装置７により内壁ＴＳに係止された可動フレーム５に対して、移動架台２を次の掘削位置に前進させる。係止装置７を内壁ＴＳから離脱させた後、推進ジャッキ８を進展させて可動フレーム５を前進させる。さらに係止装置７を内壁ＴＳに係合させる。
【００４３】
（実施の形態２の効果）
上記実施の形態１によれば、掘削機１を搭載した移動架台２に、複数のそり部材６Ｄ，６Ｕを対称位置に設けてトンネルＴの内壁ＴＳに沿って摺動自在させるとともに、グリッパ装置３により押圧側のそり部材６ＵをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて移動架台２をトンネルＴ内に固定するように構成したので、掘削反力と掘削振動とを内壁ＴＳの広い範囲に伝達して分散させることができ、大きい掘削反力と掘削振動とを効果的に支持することができる。また構造が簡単で、前進時に要する時間も短縮することができる。
【００４４】
また、トンネルＴから対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直角に交差する２方向の内壁ＴＳの広い面積に、複数のそり部材６Ｄ，６Ｕを押し付けることで、掘削機１の大きい掘削反力を確実に支持することができる。さらに、推進装置４により係止装置７を有する可動フレーム５を出退させて、掘削機１および移動架台２の姿勢に関係なく移動架台２を安定して推進させることができ、内壁ＴＳの内面が滑らかでない場合でも円滑に摺動して前進させることができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、移動架台２の前部に可動フレーム５を配置したが、移動架台２の後部に可動フレーム５を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るトンネル拡張用掘削装置の実施の形態１を示す側面部分断面図である。
【図２】トンネル拡張用掘削装置の概略構造を示す斜視図である。
【図３】トンネル拡張用掘削装置の背面図である。
【図４】トンネル拡張用掘削装置の正面図である。
【図５】掘削機を示す側面図である。
【図６】掘削機を示す正面図である。
【図７】トンネルの拡張掘削部の説明図で、（ａ）は全体横断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部拡大図である。
【図８】トンネルの拡張掘削状態を示し、（ａ）は図７（ａ）に示すＤ部の掘削状態を示す拡大図、（ｂ）は図７（ａ）に示すＥ部の掘削状態を示す拡大図である。
【図９】本発明に係るトンネル拡張用掘削装置の実施の形態２を示す側面部分断面図である。
【図１０】トンネル拡張用掘削装置の概略構造を示す斜視図である。
【図１１】トンネル拡張用掘削装置の背面図である。
【図１２】トンネル拡張用掘削装置の正面図である。
【図１３】可動フレームの係止装置を示す縦断面図である。
【図１４】トンネルの拡張掘削状態を示し、（ａ）は図７（ａ）に示すＤ部の掘削状態を示す拡大図、（ｂ）は図７（ａ）に示すＥ部の掘削状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｔ トンネル
Ｏ トンネル軸心
ＴＳ 内壁
Ｓ セグメント
１ 掘削機
２ 移動架台（移動体）
３ グリッパ装置
４ 推進装置
５ 可動フレーム
５ａ 内筒ビーム
５ｂ 横架ビーム
５ｃ 縦架ビーム
６Ｄ 押圧側のそり部材
６Ｕ 固定側のそり部材
７ 係止装置
８ 推進ジャッキ
１１ 前後ビーム
１２ 縦連結ビーム
１３ 横連結ビーム
２６ スライドベース
２７ 出退揺動フレーム
２８ 周方向フレーム
２９ 出退揺動ジャッキ
３０ 周方向揺動ジャッキ
３１ 出退ガイド筒
３５ 掘削ヘッド
５１ 可動フレーム
５２ 前方出退部
５３ 後方出退部
５４ 内筒ビーム
５５ 推進装置
５５ａ 推進ジャッキ
６１ 主グリッパビーム材
６２ 主グリッパ装置
６２ａ グリッパ用ジャッキ
６２ｃ 押圧フレーム
７１ 補助グリッパビーム材
７１ａ 円筒体
７１ｂ 連結材
７２ 補助グリッパ装置
７２ａ グリッパ用ジャッキ
７２ｃ 押圧フレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体にトンネル内から外周側の地山を拡張掘削する掘削機を搭載したトンネル拡張用掘削装置に関するもので、特に大口径の道路分岐、合流部などのトンネル施工部を形成する際に、トンネル施工部の外周部に沿って所定間隔ごとに複数のルーフシールドトンネルを掘削し、隣接するルーフシールドトンネルを連結してトンネル施工部を切羽防護するトンネル工法において、ルーフシールドトンネル内から拡張掘削するのに適したものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内から地山を拡張掘削する掘削装置として、たとえば特許文献１には、トンネル内面に突っ張り状態でリーミング装置を固定するグリッパ装置を設けたものが開示されている。
【特許文献１】特開平８−１１４０８３（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特開２００６−７０５３０において、道路分岐、合流部など大口径のトンネル施工部を掘削する場合、トンネル施工部の外周部に所定間隔ごとにルーフシールドトンネルを拡張掘削し、ルーフシールドトンネル内から隣接するルーフシールドトンネルの間の地山を掘削し、これら掘削部に連結構造物（ルーフシールド先受け工）を設置し、トンネル施工部を切羽防護するトンネル工法が提案されている。
【０００４】
このトンネル工法を実施する場合、ルーフシールドトンネルに沿って掘削機をトンネル軸心方向に移動させつつ、隣接するルーフシールドトンネルに向かって１つのトンネルから対称の２方向に拡張掘削を行う。この掘削作業では、掘削機を搭載した移動体を、掘削方向に対応する一定の姿勢でトンネルの内壁に固定し、大きい掘削反力を支持する必要がある。
【０００５】
ところで、特許文献１では、トンネル前方の地山を掘削しているため、９０°ごとの対称方向に４個のグリッパ装置を前後２組に配置して、リーミング装置をトンネル内に固定している。しかし、上記トンネル工法のように、トンネル内からトンネル外周側の地山を拡張掘削する場合、掘削方向近傍のトンネル内壁は、掘削により強度が低下するため、大きい掘削反力を支持することができない。
【０００６】
また特許文献１では、リーミング装置は成立姿勢で掘削を行うもので、前進するためのレールをトンネル内に敷設し、リーミング装置にレールに案内される複数の走行車輪を設けている。しかし、上記トンネル工法のように、トンネルごとに掘削方向が異なる場合には、掘削機および移動体の姿勢が変更されるため、レールと走行車輪による走行装置では、設定された姿勢を保持しつつ掘削機および移動体をトンネル内で移動させるのが困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、大きい掘削反力を確実に支持でき、かつ掘削機および移動体の適正姿勢を保持しつつ安定して推進することができるトンネル拡張用掘削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、掘削機が搭載された移動体と、移動体の前部および後部にそれぞれ配置された前方出退部および後方出退部と、これら前方出退部および後方出退部を互いに連結する連結材とを有し、移動体から前後方向に出退自在に設けられた可動フレームと、移動体の前後でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームと有する主グリッパ装置と、可動フレームの前方出退部および後方出退部でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームとを有する補助グリッパ装置と、主グリッパ装置と補助グリッパ装置とにより移動体と可動フレームとを交互にトンネルの内壁に固定するとともに、可動フレームを出退させて移動体をトンネル軸心方向に推進させる推進装置とを具備したものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、掘削機が搭載された移動体と、移動体の前部または後部にトンネル軸心方向に出退自在に配置されてトンネルの内壁に係合、離脱自在な係止装置を有する可動フレームと、前記可動フレームを出退駆動して移動体をトンネル軸心方向に移動させる推進装置と、トンネル軸心の対称位置にそれぞれ配置されて移動体よりトンネルの軸心方向に長い複数のそり部材と、移動体に配置された押圧駆動装置により、前記対称位置の一方のそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体をトンネルの内壁に固定可能なグリッパ装置とを具備したものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、移動体の主グリッパ装置と、可動フレームの補助グリッパ装置とにより、トンネルの内壁の対称面をそれぞれ４箇所ずつ押圧して移動体を保持するので、トンネル内から対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直交する２方向の内壁で、大きい掘削反力と掘削振動とを支持させることができる。また推進装置では、トンネルの内壁に固定解放可能な主グリッパ装置を有する移動架台と、トンネルの内壁に固定解放可能な補助グリッパ装置を有する可動フレームとを、接近離間移動させることにより、トンネル拡張用掘削装置をあらゆる姿勢で安定して推進させることができる。なお、前進時に内壁の内面を摺動する部材がないので、移動をスムーズに行え、大型で大重量のトンネル拡張用掘削装置に好適となる。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、掘削機を搭載した移動体を、トンネル軸心の対称位置に配置された複数のそり部材を介してトンネルの内壁に沿って案内するとともに、グリッパ装置によりそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体を固定するように構成したので、掘削反力と掘削振動とを複数のそり部材を介してトンネルの内壁の広範囲に伝達して分散させ支持させることができ、大きい掘削反力や掘削振動に効果的に対応することができる。また構造が簡単で、前進に要する時間も短縮できる。さらに、同一のトンネル内から対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直交交差する方向の内壁で大きい掘削反力を確実に支持させることができる。さらにまた、推進装置により、係止装置を有する可動フレームを出退させて、あらゆる姿勢の移動体を安定して推進することができ、内壁の内面が滑らかでない場合であっても、複数のそり部材により移動体を円滑に摺動して前進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
トンネル拡張用掘削装置の実施の形態１を図１〜図８を参照して説明する。
【００１３】
（全体構造）
図１〜図４に示すように、本発明に係るトンネル拡張用掘削装置は、掘削機１を搭載した移動体である移動架台２と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定する複数の主グリッパ装置６２と、移動架台２の前部の前方出退部５２および後部の後方出退部５３を有する可動フレーム５１と、前方出退部５２および後方出退部５３に設けられて可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定する複数の補助グリッパ装置７２と、可動フレーム５１を前後方向に出退して移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に沿って前後進させる自走式の推進装置５５とを具備している。
【００１４】
トンネルＴの内壁ＴＳは、複数のセグメントＳが周方向およびトンネル軸心Ｏ方向に組み立てられた覆工体により形成されている。各セグメントＳは、円弧状の外周プレートＳａと、外周プレートＳａの周方向に沿う２辺の内面にそれぞれ取り付けられた一対のフランジプレートＳｄと、外周プレートＳａのトンネル軸心Ｏ方向に沿う２辺の内面にそれぞれ取り付けられた一対の連結プレートＳｃと、外周プレートＳａの内面でフランジプレートＳｄ間にトンネル軸心Ｏ方向に沿って取り付けられた複数のリブプレートＳｂとで構成されている。そして複数のセグメントＳが周方向に連結されてセグメントリングが形成され、セグメントリングがフランジプレートＳｄを介してトンネル軸心Ｏ方向に連結されて内壁ＴＳが組み立てられている。
【００１５】
（移動架台）
移動架台２は、所定間隔をあけて配置された左右一対で上下二組の前後ビーム１１と、これら４本の前後ビーム１１の両端部をそれぞれ連結する縦連結ビーム１２と、横連結ビーム１３とで縦長の直方体枠形に形成され、下部の前後ビーム１１および横連結ビーム１３間の底部に掘削機１が搭載されている。
【００１６】
（掘削機）
掘削機１は、たとえばトンネルＴの前方に向かって左方向の地山を掘削するように設置されている。この掘削機１は、図５，図６に示すように、移動架台２の底部に前後ビーム１１に沿って左右両側に敷設された一対の縦行レール２１に、縦行ローラ２３ａを介して縦行ベースフレーム２３が移動自在に支持されており、複数の縦行ジャッキ２２により縦行ベースフレーム２３がトンネル軸心Ｏ方向に所定範囲で往復移動される。この縦行ベースフレーム２３上に、左側上位から右側下位に傾斜する前後一対の傾斜スライドレール２４が敷設され、この傾斜スライドレール２４にスライドローラ２６ａを介してスライドベース２６が移動自在に支持されており、スライドベース２６はスライドジャッキ２５により左右方向に所定範囲で出退移動される。
【００１７】
このスライドベース２６上には、出退揺動フレーム２７の固定端部が、スライドベース２６にトンネル軸心Ｏに平行な軸心周りに揺動自在に支持され、この出退揺動フレーム２７の遊端部に、周方向揺動フレーム２８がトンネル軸心Ｏに平行な軸心周りに揺動自在に支持されている。そして、スライドベース２６の右側部と出退揺動フレーム２７の中間部の間に、出退揺動フレーム２７を固定端部を中心に左右方向に揺動して周方向揺動フレーム２８を出退させる出退揺動ジャッキ２９が連結されている。またスライドベース２６の左側部と周方向揺動フレーム２８の間に、周方向揺動フレーム２８を上下方向に揺動させる周方向揺動ジャッキ３０が連結されている。
【００１８】
ここで、スライドベース２６における出退揺動フレーム２７と周方向揺動ジャッキ３０との連結部間の距離と、周方向揺動フレーム２８における出退揺動フレーム２７と周方向揺動ジャッキ３０との連結部間の距離とが等しく設定されており、周方向揺動ジャッキ３０の長さを出退揺動フレーム２７に等しくすることにより、平行リンクを形成することができる。したがって、平行リンクを形成した状態で、出退揺動ジャッキ２９を伸縮駆動することにより、周方向揺動フレーム２８を一定姿勢で左右方向に平行移動（出退）させることができる。
【００１９】
そして周方向揺動フレーム２８上に設置された出退ガイド筒３１に、ヘッド出退ジャッキ３２により出退される出退ビーム３３がスライド自在に嵌合されている。さらに出退ビーム３３の先端部に、カッタ回転駆動装置３６により出退方向の軸心周りに回転駆動される掘削ヘッド３５が設けられ、また掘削ヘッド３５を出退方向およびトンネル軸心Ｏに直交する軸心周りに所定範囲で揺動させるヘッド揺動ジャッキ３４が設けられている。
【００２０】
したがって、スライドジャッキ２５や出退揺動ジャッキ２９、ヘッド出退ジャッキ３２により、掘削ヘッド３５を出退するとともに、縦行ジャッキ２２や周方向揺動ジャッキ３０、ヘッド揺動ジャッキ３４により、掘削ヘッド３５を移動および揺動して、隣接するトンネルＴに接近する図８に示す掘削部を掘削することができる。
【００２１】
（可動フレーム）
図１〜図４に示すように、可動フレーム５１は、移動架台２の前部および後部に配置された前方出退部５２および後方出退部５３と、各前後ビーム１１内にそれぞれスライド自在に嵌合されて前方出退部５２と後方出退部５３とを連結する内筒ビーム（連結材）５４とを具備している。前方出退部５２および後方出退部５３は、上下の内筒ビーム５４の両端部を連結する左右一対の横架ビーム５２ｂ，５３ｂと、横架ビーム５２ｂ，５３ｂを連結する前後一対の縦架ビーム５２ａ，５３ａとで縦長の矩形枠状に形成されている。そして、各前後ビーム１１の側部に、内筒ビーム５４を出退駆動する推進ジャッキ５５ａが前方出退部５２と前後ビーム１１の所定位置との間に連結されて配置され、これら４本の推進ジャッキ５５により可動フレーム５１を前後方向に移動させることができる。
【００２２】
また前方出退部５２の縦架ビーム５２ａの上部にカッタ駆動用ポンプユニット１４が設けられ、下部にジャッキ駆動用油圧ユニット１５が設けられている。さらに縦架ビーム５２ａの中間部に、トンネル軸心Ｏと平行な軸心周りに正立姿勢に変更可能なフランジリングを有する姿勢調整装置１６を介して、制御盤１７およびオイルタンク１８が設けられている。
【００２３】
（主グリッパ装置）
移動架台２で各縦連結ビーム１２の外側に主グリッパビーム材６１がそれぞれ取り付けられ、これら主グリッパビーム材６１は、外端部がそれぞれ開口された２本の有底円筒体６１ａを連結材６１ｂにより連結して構成されている。前記各円筒体６１ａには、内装されたグリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）６２ａにより内筒部６２ｂがそれぞれ開口部から出退自在に嵌合され、左右の主グリッパビーム材６１の内筒部６２ｂ間にトンネル軸心Ｏ方向のピン６２ｄを介して円弧状の押圧フレーム６２ｃが取り付けられ、主グリッパ装置６２が構成されている。したがって、主グリッパ装置６２によれば、各グリッパ用ジャッキ６２ａをそれぞれ進展し内筒部６２ｂを介して押圧フレーム６２ｃをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて、移動架台２をトンネルＴ内に固定することができる。
【００２４】
（補助グリッパ装置）
可動フレーム５１で縦架ビーム５２ａ，５３ａの外側に補助グリッパビーム材７１がそれぞれ取り付けられ、これら補助グリッパビーム材７１は、外端部がそれぞれ開口された２本の円筒体７１ａを連結材７１ｂで連結して構成されている。前記各円筒体７１ａには、内装されたグリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）７２ａにより内筒部７２ｂがそれぞれ開口部から出退自在に嵌合され、左右の内筒部７２ｂ間にトンネル軸心Ｏ方向のピン７２ｄを介して円弧状の押圧フレーム７２ｃがそれぞれ取り付けられて補助グリッパ装置７２が構成されている。したがって、補助グリッパ装置７２によれば、各グリッパ用ジャッキ（押圧駆動装置）７２ａをそれぞれ進展し内筒部７２ｂを介して押圧フレーム７２ｃをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて、可動フレーム５１をトンネルＴ内に固定することができる。
【００２５】
（推進装置）
推進装置５５は、移動架台２および可動フレーム５１と、主グリッパ装置６２および補助グリッパ装置７２と、移動架台２に対して可動フレーム５１を出退駆動する推進ジャッキ５５ａとで構成されている。すなわち、主グリッパ装置６２により移動架台２を内壁ＴＳに固定するとともに補助グリッパ装置７２を内壁ＴＳから解放した状態で、推進ジャッキ５５ａを進展して可動フレーム５１を前進させる。そして補助グリッパ装置７２により可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定するとともに主グリッパ装置７２により移動架台２を内壁ＴＳから解放した状態で、推進ジャッキ５５ａを収縮して移動架台２を前進させることができる。これを繰り返すことにより、トンネルＴ内でトンネル拡張用掘削装置をトンネル軸心Ｏ方向に前進させることができる。
【００２６】
（掘削動作）
上記構成の拡張用掘削装置によるトンネル工法を説明する。
まず、図７に示すように、トンネル施工部Ａで、主トンネルａ１と分岐トンネルａ２の一方から小口径のシールド掘進機を発進させて、複数のトンネルＴをトンネル施工部Ａを囲むように並列掘削し、トンネルＴ内に内壁ＴＳを形成する。さらに内壁ＴＳ内に、隣接するトンネルＴと対向する位置に補強梁Ｂを設置する。
【００２７】
拡張用掘削装置をトンネルＴ内の掘削位置に配置し、主グリッパ装置６２と補助グリッパ装置７２の押圧フレーム６２ｃ，７２ｃをそれぞれ内壁ＴＳに押し付けて、移動架台２および可動フレーム５１を内壁ＴＳに固定する。そして掘削するトンネルＴ側の地山を薬剤処理するとともに、内壁ＴＳの一部のセグメントＳを取り外して掘削開口部を形成する。
【００２８】
このトンネル工法では、内壁ＴＳの略対称方向の２箇所に掘削開口部を形成して２方向で掘削するため、掘削開口部に対向する内壁ＴＳで掘削反力を支持することができない。このため、掘削方向と略直角で交差する２方向の内壁ＴＳで掘削反力を支持させる必要があり、２つのグリッパ装置６２，７２により前後４個で上下２組の押圧フレーム６２ｃ，７２ｃをそれぞれ内壁ＴＳに押し付けることで、掘削反力および掘削振動を内壁ＴＳの広い面積に伝達して、十分に大きな支持力を得て移動架台２を内壁ＴＳに固定している。
【００２９】
掘削機１では、周方向揺動ジャッキ３０の長さを出退揺動フレーム２７と同一として平行リンクを形成し、掘削ヘッド３５を回転駆動して出退揺動ジャッキ２９を伸展させ、掘削ヘッド３５を内壁ＴＳの掘削開口部から突出させて地山を拡張掘削する。そして周方向揺動ジャッキ２８を伸縮して掘削ヘッド３５を揺動させ、掘削部を周方向に拡張し、さらに縦行ジャッキ２２、スライドジャッキ２５、ヘッド出退ジャッキ３２およびヘッド揺動ジャッキ３４を伸縮して掘削ヘッド３５を移動させて掘削部を拡張する。
【００３０】
掘削が終了すると、掘削ヘッド３５を後退させ、主グリッパ装置６２を解放して移動架台２を内壁ＴＳから離脱させる。そして、推進ジャッキ５５ａを収縮し、補助グリッパ装置７２により内壁ＴＳに固定された可動フレーム５に対して、移動架台２を次の掘削位置に前進させる。ついで主グリッパ装置６２により移動架台２を内壁ＴＳに固定した後、推進ジャッキ５５ａを進展させて可動フレーム５１を前進させる。
【００３１】
このようにして掘削部が図８に示すように拡張されると、隣接するトンネルＴから同様に掘削し、隣接するトンネルＴ間を掘削部で連通して、この掘削部に補剛フレームＭを組み立て、さらに鉄筋コンクリートＣを打設してルーフシールド先受工（連結構造体）Ｒを構築する。
【００３２】
（実施の形態１の効果）
上記実施の形態１によれば、移動架台２の上下の対称位置にそれぞれに設けられた主グリッパ装置６２と、可動フレーム５１の前方出退部５２と後方出退部５３とに対称位置にそれぞれに設けられた補助グリッパ装置７２とにより、掘削方向と略直角で交差するトンネルＴの内壁ＴＳ２箇所を、前後方向に４箇所ずつそれぞれ押圧して移動架台２を固定することができるので、掘削機１による大きい掘削反力と掘削振動とを効果的に支持することができる。
【００３３】
また推進装置５５では、主グリッパ装置６１によりトンネルＴに固定、解放可能な移動架台２と、補助グリッパ装置７２によりトンネルＴに固定、解放可能な可動フレーム５１とを推進ジャッキ５５ａにより出退させることにより、掘削機１および移動架台２の姿勢に関係なくトンネル拡張用掘削装置を安定して前進させることができ、また前進時に内壁ＴＳの内面を摺動する部材がないので、移動をスムーズに行え、大型で大重量の掘削機１に好適となる。
［実施の形態２］
トンネル拡張用掘削装置の実施の形態２を図９〜図１４を参照して説明する。なお、実施の形態１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
（全体構造）
図９〜図１２に示すように、本発明に係るトンネル拡張用掘削装置は、掘削機１を搭載した移動体である移動架台２と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定する複数のグリッパ装置３と、移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳ上に摺動自在に支持するとともに、グリッパ装置３を介して移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定するそり部材６Ｄ，６Ｕと、移動架台２の前部（または後部でもよい）に配置されてトンネルＴの内壁ＴＳに着脱自在な係止装置７を有する可動フレーム５と、可動フレーム５を出退して移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に沿って前後進させる自走式の推進装置４とを具備している。
【００３５】
（移動架台）
移動架台２は、左右一対で前後二組の縦連結ビーム１２と、左右の縦連結ビーム１２を互いに連結する上下一対で前後二組の横連結ビーム１３と、前後の横連結ビーム１３の両端部を互いに連結する左右一対で上下二組の前後ビーム１１とで枠形構造体に形成され、下部の前後ビーム１１および横連結ビーム１３間の底部に掘削機１が搭載されている。
【００３６】
（グリッパ装置）
移動架台２で４本の縦連結ビーム１２の上部外側には、それぞれ移動架台２をトンネルＴの内壁ＴＳに固定、解放自在なグリッパ装置３が設けられている。これらグリッパ装置３は、図９に示すように、左右の縦連結ビーム１２に連結された横梁ビーム３ｆに縦連結ビーム１３に沿って取り付けられた外筒部３ａと、この外筒部３ａ内に出退自在に嵌合された内筒部３ｃと、外筒部３ａ内に設けられて内筒部３ｃを出退駆動するグリッパ用ジャッキ３ｂとを具備し、左右のグリッパ装置３で内筒部３ｃにピンを介して内壁ＴＳに沿う円弧状の押圧フレーム３ｅが連結され、そして前後の押圧フレーム３ｅにわたって３本の押圧側のそり部材６Ｕが取り付けられている。
【００３７】
（そり部材）
そり部材６Ｄ，６Ｕは、移動架台２の底部に配置されて移動架台２を内壁ＴＳに沿って摺動自在に支持する３本の固定側のそり部材６Ｄと、前述したように、グリッパ装置３により内壁ＴＳに押し付けられて移動架台２を内壁ＴＳに固定する３本の押圧側のそり部材６Ｕとからなり、固定側のそり部材６Ｄは、移動架台２の底部で前後の横連結ビーム１３にそれぞれ取り付けられた円弧フレーム６ｂに、周方向に一定間隔をあけて取り付けられている。図９に示すように、これらそり部材６Ｄ，６Ｕは、それぞれ同一長さＬｓに形成されて、移動架台２の長さＬａより長く形成され、両端部外面に先端ほど内側に傾斜する傾斜ガイド面６ａがそれぞれ形成されている。
【００３８】
（推進装置）
推進装置４は、図９，図１２に示すように、移動架台２からトンネル軸心Ｏに沿って前方に出退自在な可動フレーム５と、可動フレーム５の先端部に設けられてトンネルＴの内壁ＴＳに係脱自在な係止装置７とを有し、係止装置７がトンネルＴの内壁ＴＳに係止された状態で、グリッパ装置３を解放し、可動フレーム５を出退駆動して固定側のそり部材６Ｄを内壁ＴＳに沿って摺動させ、移動架台２をトンネル軸心Ｏ方向に前進または後進させることができる。
【００３９】
すなわち、可動フレーム５は、移動架台２の４本の前後ビーム１１内からそれぞれ前方に出退自在に嵌合された内筒ビーム５ａと、左右の内筒ビーム５ａの先端部間に連結された上下一対の横架ビーム５ｂと、横架ビーム５ｂを連結する左右一対の縦架ビーム５ｃとを具備し、各前後ビーム１１内に、内筒ビーム５ａをそれぞれ出退駆動する推進ジャッキ８が配置されている。また係止装置７は、各縦架ビーム５ｃの上端部および下端部にそれぞれ設けられており、図１３に示すように、縦架ビーム５ｃ内に出退自在に嵌合された出退筒７ａと、これら出退筒７ａをそれぞれ出退駆動する係止用ジャッキ７ｂと、出退筒７ａの先端部に設けられて内壁ＴＳのフランジプレートＳｄの前後に係合可能な前後一対の係止爪７ｃとで構成されている。したがって、係止用ジャッキ７ｂにより出退筒７ａを介して係止爪７ｃを突出して、フランジプレートＳｄに係合させることにより、可動フレーム５を内壁ＴＳに係止することができる。
【００４０】
（掘削動作）
拡張用掘削装置をトンネルＴ内の掘削位置に配置すると、グリッパ装置３のグリッパ用ジャッキ３ｂをそれぞれ進展して押圧側のそり部材６Ｕを内壁ＴＳに押し付け、押圧側のそり部材６Ｕと固定側のそり部材６Ｄとにより、移動架台２を内壁ＴＳに固定する。そして掘削するトンネルＴ側の地山を薬剤処理するとともに、内壁ＴＳの一部のセグメントＳを取り外して掘削開口部を形成する。
【００４１】
このトンネル工法では、内壁ＴＳに形成する掘削開口部を略対称位置に、別の掘削作業により掘削開口部（反対側を掘削するための）を形成するため、掘削方向に相対する内壁ＴＳで掘削反力を支持することができない。このため、掘削方向と略直角で交差する方向の内壁ＴＳで掘削反力を支持させる必要があり、グリッパ装置３により押圧側のそり部材６Ｕを内壁ＴＳに押し付け、押圧側および固定側のそり部材６Ｕ，６Ｄにより、掘削反力および掘削振動を内壁ＴＳの広い面積に分散して伝達し、十分に大きな支持力で移動架台２を内壁ＴＳに固定することができる。
【００４２】
図１４に示すように、掘削が終了すると、掘削ヘッド３５を後退させ、グリッパ用ジャッキ３ｂにより押圧側のそり部材６Ｕを後退させてグリッパ装置３を解放する。そして、推進ジャッキ８を収縮し、係止装置７により内壁ＴＳに係止された可動フレーム５に対して、移動架台２を次の掘削位置に前進させる。係止装置７を内壁ＴＳから離脱させた後、推進ジャッキ８を進展させて可動フレーム５を前進させる。さらに係止装置７を内壁ＴＳに係合させる。
【００４３】
（実施の形態２の効果）
上記実施の形態１によれば、掘削機１を搭載した移動架台２に、複数のそり部材６Ｄ，６Ｕを対称位置に設けてトンネルＴの内壁ＴＳに沿って摺動自在させるとともに、グリッパ装置３により押圧側のそり部材６ＵをトンネルＴの内壁ＴＳに押し付けて移動架台２をトンネルＴ内に固定するように構成したので、掘削反力と掘削振動とを内壁ＴＳの広い範囲に伝達して分散させることができ、大きい掘削反力と掘削振動とを効果的に支持することができる。また構造が簡単で、前進時に要する時間も短縮することができる。
【００４４】
また、トンネルＴから対称の２方向に拡張掘削を行う場合であっても、掘削方向と直角に交差する２方向の内壁ＴＳの広い面積に、複数のそり部材６Ｄ，６Ｕを押し付けることで、掘削機１の大きい掘削反力を確実に支持することができる。さらに、推進装置４により係止装置７を有する可動フレーム５を出退させて、掘削機１および移動架台２の姿勢に関係なく移動架台２を安定して推進させることができ、内壁ＴＳの内面が滑らかでない場合でも円滑に摺動して前進させることができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態１では、移動架台２の前部に可動フレーム５を配置したが、移動架台２の後部に可動フレーム５を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るトンネル拡張用掘削装置の実施の形態１を示す側面部分断面図である。
【図２】トンネル拡張用掘削装置の概略構造を示す斜視図である。
【図３】トンネル拡張用掘削装置の背面図である。
【図４】トンネル拡張用掘削装置の正面図である。
【図５】掘削機を示す側面図である。
【図６】掘削機を示す正面図である。
【図７】トンネルの拡張掘削部の説明図で、（ａ）は全体横断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部拡大図である。
【図８】トンネルの拡張掘削状態を示し、（ａ）は図７（ａ）に示すＤ部の掘削状態を示す拡大図、（ｂ）は図７（ａ）に示すＥ部の掘削状態を示す拡大図である。
【図９】本発明に係るトンネル拡張用掘削装置の実施の形態２を示す側面部分断面図である。
【図１０】トンネル拡張用掘削装置の概略構造を示す斜視図である。
【図１１】トンネル拡張用掘削装置の背面図である。
【図１２】トンネル拡張用掘削装置の正面図である。
【図１３】可動フレームの係止装置を示す縦断面図である。
【図１４】トンネルの拡張掘削状態を示し、（ａ）は図７（ａ）に示すＤ部の掘削状態を示す拡大図、（ｂ）は図７（ａ）に示すＥ部の掘削状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４７】
Ｔ トンネル
Ｏ トンネル軸心
ＴＳ 内壁
Ｓ セグメント
１ 掘削機
２ 移動架台（移動体）
３ グリッパ装置
４ 推進装置
５ 可動フレーム
５ａ 内筒ビーム
５ｂ 横架ビーム
５ｃ 縦架ビーム
６Ｄ 押圧側のそり部材
６Ｕ 固定側のそり部材
７ 係止装置
８ 推進ジャッキ
１１ 前後ビーム
１２ 縦連結ビーム
１３ 横連結ビーム
２６ スライドベース
２７ 出退揺動フレーム
２８ 周方向フレーム
２９ 出退揺動ジャッキ
３０ 周方向揺動ジャッキ
３１ 出退ガイド筒
３５ 掘削ヘッド
５１ 可動フレーム
５２ 前方出退部
５３ 後方出退部
５４ 内筒ビーム
５５ 推進装置
５５ａ 推進ジャッキ
６１ 主グリッパビーム材
６２ 主グリッパ装置
６２ａ グリッパ用ジャッキ
６２ｃ 押圧フレーム
７１ 補助グリッパビーム材
７１ａ 円筒体
７１ｂ 連結材
７２ 補助グリッパ装置
７２ａ グリッパ用ジャッキ
７２ｃ 押圧フレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、
掘削機が搭載された移動体と、
移動体の前部および後部にそれぞれ配置された前方出退部および後方出退部と、これら前方出退部および後方出退部を互いに連結する連結材とを有し、移動体から前後方向に出退自在に設けられた可動フレームと、
移動体の前後でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームと有する主グリッパ装置と、
可動フレームの前方出退部および後方出退部でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームとを有する補助グリッパ装置と、
主グリッパ装置と補助グリッパ装置とにより移動体と可動フレームとを交互にトンネルの内壁に固定するとともに、可動フレームを出退させて移動体をトンネル軸心方向に推進させる推進装置とを具備した
ことを特徴とするトンネル拡張用掘削装置。
【請求項２】
トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、
掘削機が搭載された移動体と、
移動体の前部または後部にトンネル軸心方向に出退自在に配置されてトンネルの内壁に係合、離脱自在な係止装置を有する可動フレームと、
前記可動フレームを出退駆動して移動体をトンネル軸心方向に移動させる推進装置と、
トンネル軸心の対称位置にそれぞれ配置されて移動体よりトンネルの軸心方向に長い複数のそり部材と、
移動体に配置された押圧駆動装置により、前記対称位置の一方のそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体をトンネルの内壁に固定可能なグリッパ装置とを具備した
ことを特徴とするトンネル拡張用掘削装置。
【請求項１】
トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、
掘削機が搭載された移動体と、
移動体の前部および後部にそれぞれ配置された前方出退部および後方出退部と、これら前方出退部および後方出退部を互いに連結する連結材とを有し、移動体から前後方向に出退自在に設けられた可動フレームと、
移動体の前後でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームと有する主グリッパ装置と、
可動フレームの前方出退部および後方出退部でトンネル軸心の対称位置に配置された押圧駆動装置と、当該押圧駆動装置によりトンネルの内壁に押し付けられる押圧フレームとを有する補助グリッパ装置と、
主グリッパ装置と補助グリッパ装置とにより移動体と可動フレームとを交互にトンネルの内壁に固定するとともに、可動フレームを出退させて移動体をトンネル軸心方向に推進させる推進装置とを具備した
ことを特徴とするトンネル拡張用掘削装置。
【請求項２】
トンネル内からトンネル外周側の地山を掘削するトンネル拡張用掘削装置であって、
掘削機が搭載された移動体と、
移動体の前部または後部にトンネル軸心方向に出退自在に配置されてトンネルの内壁に係合、離脱自在な係止装置を有する可動フレームと、
前記可動フレームを出退駆動して移動体をトンネル軸心方向に移動させる推進装置と、
トンネル軸心の対称位置にそれぞれ配置されて移動体よりトンネルの軸心方向に長い複数のそり部材と、
移動体に配置された押圧駆動装置により、前記対称位置の一方のそり部材をトンネルの内壁に押し付けて移動体をトンネルの内壁に固定可能なグリッパ装置とを具備した
ことを特徴とするトンネル拡張用掘削装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１２１１５８（Ｐ２００９−１２１１５８Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９７３８２（Ｐ２００７−２９７３８２）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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