説明

トンネル掘削時の作業者による作業方法

【課題】シールド筒1と掘削ユニット2とを備え、シールド筒の前部内周にリング体16が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁21を有し、この隔壁21に径方向に拡縮自在なカッタヘッド22が軸支されると共に、隔壁の背面に、カッタヘッドを駆動する駆動ユニット23が設置されたシールド掘削機を用いての掘削中に、カッタヘッドと隔壁との間の空間25に作業者が入って安全に作業を行うことができるようにする。
【解決手段】リング体16に対する隔壁21の固定を解除した状態でシールド筒1を切羽まで前進させ、カッタヘッド22をリング体16内に収納する。次に、隔壁21から駆動ユニット23を取外し、この状態で隔壁21を通して切羽に注入パイプ5を挿入し、切羽の前方地盤に薬剤を注入して、切羽の止水を行う。その後、カッタヘッド22と隔壁21との間の空間25に作業者が入る。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールド掘削機を用いてのトンネル掘削中に、切羽にカッタヘッドでは掘削困難な障害物が現われたときに等に行う作業者による作業方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、シールド掘削機として、シールド筒と、シールド筒の前端より前方位置で切羽を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットとを備え、シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退自在であり、この隔壁に径方向に拡縮自在なカッタヘッドを軸支すると共に、隔壁の背面にカッタヘッドを回転駆動する駆動ユニットを設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。尚、駆動ユニットは、カッタヘッドの軸部を軸支する隔壁に固定のギヤケースと、ギヤケースに周方向の間隔を存して取付けられ、ギヤケース内のギヤを介してカッタヘッドの軸部を回転駆動する複数の駆動モータとで構成されており、これら複数の駆動モータによりカッタヘッドを高トルクで回転駆動できるようにしている。
【0003】
このシールド掘削機によれば、トンネルの掘削完了後に、隔壁のリング体に対する固定を解除し、カッタヘッドを縮径させた状態で隔壁を後方に引張ることにより、掘削ユニット全体をリング体の後方に引き抜くことができる。そして、掘削ユニットをトンネルを通して回収できる。
【0004】
ところで、トンネルの掘削中に、切羽にカッタヘッドでは掘削困難な岩石等の障害物が現われて、それ以上掘進できなくなることがある。この場合、従来は、一般的に、地上から障害物の埋設箇所まで立坑を掘り、障害物を除去しているが、これでは大掛かりな工事が必要になって、工費が嵩むと共に工期が長びく。
【0005】
ここで、上記従来例のシールド掘削機を用いる場合は、切羽に障害物が現われたときに、リング体に対する隔壁の固定を解除すると共にカッタヘッドを縮径させた状態でシールド筒を切羽まで前進させて、カッタヘッドをリング体の内周に収納し、次に、切羽に隔壁の背面側から注入パイプを用いて地盤改良剤等の薬剤を注入し、切羽から泥水が染み出ないように止水した後、カッタヘッドと隔壁との間の空間に作業者が入り、削岩機等を用いて障害物を破砕除去することが考えられる。
【0006】
然し、上記従来例のシールド掘削機では、隔壁に設けられたカッタヘッド用の駆動ユニットが複数の駆動モータを有する大型のものであるため、駆動ユニットが邪魔になって、切羽の中央部分に注入パイプを差し込むことができない。そのため、切羽の止水が不十分になり易く、カッタヘッドと隔壁との間の空間での作業の安全性を確保することが困難になる。
【特許文献1】特許第3836467号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、以上の点に鑑み、カッタヘッドと隔壁との間の空間に作業者が入っての作業の安全性を確保できるようにしたトンネル掘削時の作業者による作業方法を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明は、シールド筒と、シールド筒の前端より前方位置で切羽を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットとを備え、シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退可能であり、この隔壁に径方向に拡縮自在なカッタヘッドが軸支されると共に、隔壁の背面にカッタヘッドを回転駆動する駆動ユニットが設けられたシールド掘削機を用いてのトンネル掘削中に、カッタヘッドと隔壁との間の空間で作業者による所定の作業を行う方法であって、シールド掘削機として、隔壁から駆動ユニットを取外し自在としたものを用い、前記所定の作業が必要になったときに、リング体に対する隔壁の固定を解除すると共にカッタヘッドを縮径させた状態でシールド筒を切羽まで前進させ、隔壁及びカッタヘッドをシールド筒に対し相対的に後退させて、カッタヘッドをリング体の内周に収納する工程と、隔壁から駆動ユニットを取外す工程と、隔壁の背面側から隔壁とカッタヘッドとを通して注入パイプを切羽に差し込み、注入パイプを介して切羽の前方地盤に薬剤を注入することにより、切羽の止水を行う工程と、カッタヘッドと隔壁との間の空間に作業者が入って、前記所定の作業を行う工程とを備えることを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、隔壁から駆動ユニットを取外すことにより、注入パイプを駆動ユニットに邪魔されることなく切羽に差し込むことができる。特に、隔壁の駆動ユニットを設置する部分に貫通孔を形成しておくことにより、駆動ユニットを取外した状態で、注入パイプを貫通孔を通して切羽の中央部分に容易に差し込むことができる。そのため、切羽をその中央部に亘って確実に止水できる。従って、カッタヘッドと隔壁との間の空間に作業者が入っての障害物除去といった作業の安全性を確保できる。
【0010】
また、本発明において、シールド掘削機がリング体に対し隔壁を前後方向に進退する進退駆動源を備えるものであれば、所定の作業完了後に、駆動ユニットを隔壁に取付ける工程と、カッタヘッドを駆動ユニットにより回転させると共に拡径させながら、隔壁を進退駆動源によりリング体に対し前進させ、カッタヘッドをシールド筒の前端より前方位置に復帰させた状態で、隔壁をリング体に固定する工程とを行うことにより、通常の掘削状態への復帰作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
図1は、地中にトンネルを掘削するシールド掘削機を示している。このシールド掘削機は、シールド筒1と、シールド筒1に組付けた掘削ユニット2とを備えている。シールド筒1は、前筒11と後筒12とで構成されている。後筒12の前端には、前筒11の後端部に内嵌する球面ジョイント部13が設けられており、前筒11は後筒12に対し任意の方向に屈曲自在になる。そして、前筒11と後筒12とを連結する中折れジャッキ14を周方向の間隔を存して複数設け、これら中折れジャッキ14により前筒11の方向、即ち、シールド掘削機の掘進方向を調節できるようにしている。
【0012】
後筒12には、掘削済みのトンネル内壁面にセグメントSをリング状に組付けるエレクタ3が内装されると共に、設置済みのセグメントSを反力受けにしてシールド筒1を前進させる推進ジャッキ15が周方向の間隔を存して複数取り付けられている。また、後筒12の後端には、セグメントSとの間の隙間をシールするテールシール12aが取り付けられている。更に、前筒11の前部内周には、内径がシールド筒1の他部の内径より小さなリング体16が一体的に固定されている。
【0013】
掘削ユニット2は、リング体16に内嵌する隔壁21と、シールド筒1の前端より前方で切羽を掘削する、隔壁21に支持されるカッタヘッド22とを有している。隔壁21の外周には、リング体16に内嵌する筒状のフランジ部21aが設けられている。隔壁21は、フランジ部21aにおいてリング体16の定位置にボルト止めされている。
【0014】
カッタヘッド22は、後方にのびる軸部22aにおいて隔壁21の前面に設けた支持筒21bに軸支される。隔壁21の背面にはカッタヘッド22用の駆動ユニット23が設けられている。駆動ユニット23は、隔壁21に図外のボルトによって着脱自在に取付けられるギヤケース23aと、ギヤケース23a内に軸支される駆動軸23bと、ギヤケース23aに図2に示す如く周方向の間隔を存して取付けられる複数の駆動モータ23cとで構成されている。ギヤケース23a内には駆動軸23bに外嵌固定されるギヤ23dが設けられており、各駆動モータ23cの出力軸上のギヤ23eがギヤ23dに噛合している。これにより、複数の駆動モータ23cによりカッタヘッド22を高トルクで回転駆動することができる。
【0015】
また、カッタヘッド22の軸部22aの後端部22bをギヤケース23a内に挿入し、この後端部22bに駆動軸23bを軸方向に分離自在にスプライン嵌合させている。かくして、ギヤケース23aを隔壁21から取外すと、駆動軸23bがカッタヘッド22の軸部22aから離脱し、軸部22aに拘束されることなく駆動ユニット23全体を隔壁21から取外すことができる。
【0016】
隔壁21の左右の各側部には、進退用駆動源たるジャッキ24の前端がブラケット24a(図5(b)(c)参照)を介して連結されている。ジャッキ24の後端は、後筒12の前部にブラケット24bを介して連結されている。そして、隔壁21のリング体16に対するボルト止めを解除した状態で、ジャッキ24により隔壁21をリング体16に対し前後方向に進退できるようにしている。
【0017】
カッタヘッド22は、図3に示す如く、カッタビット22cを取付けた放射状の複数のカッタスポーク22dと、各カッタスポーク22dに内蔵した伸縮ジャッキ(図示せず)により各カッタスポーク22dの外端部から径方向外方に出没するオーバーカッタ22eとを備えている。そして、カッタヘッド22を、オーバーカッタ22eの出没により、シールド筒1の外径と略等径の拡径状態と、リング体16の内径以下の縮径状態とに切換自在としている。また、カッタヘッド22は、各カッタスポーク22d間に位置する面板22fを備えている。面板22fには、カッタヘッド22と隔壁21との間の土砂室25に掘削土を取り込むための開口部22gが形成されている。
【0018】
隔壁21の下部には、土砂室25に連通する排土口21cが設けられている。排土口21cには、土砂室25内の掘削土を排出する排土手段たるスクリューコンベア4が連結されている。スクリューコンベア4は後上りの傾斜姿勢で配置されている。そして、掘削済みのトンネル内に設置したベルトコンベア(図示せず)にスクリューコンベア4の後端の排出口4aから掘削土を落下させ、ベルトコンベアを介して掘削土を坑外に搬出するようにしている。
【0019】
ここで、スクリューコンベア4が駆動ユニット23と別個に設けられていると、駆動ユニット23を隔壁21から取外す際にスクリューコンベア4が邪魔になる。そのため、駆動ユニット23の取外しに先行してスクリューコンベア4を隔壁21から取外すことが必要になる。そこで、本実施形態では、ギヤケース23aにスクリューコンベア4を組み付けている。これによれば、駆動ユニット23をスクリューコンベア4ごと隔壁21から取外すことができ、取外し作業が容易になる。
【0020】
また、リング体16の前端部の内径は、隔壁21が内嵌するリング体16の部分の内径より大径になっている。そして、リング体16の内周に、カッタヘッド22をリング体16の前端部の内径と同程度に縮径させてリング体16の前端部内に収納させたときに、カッタヘッド22の径方向外端部の後面、即ち、オーバーカッタ22eの後面が当接可能な径方向の段差部16aが形成されている。
【0021】
また、隔壁21には、駆動ユニット23を設置する部分に亘って、複数の貫通孔21dが形成されている。貫通孔21dは、図4に示す如く、隔壁21の前面に取付けた弾性板21eにより常時は閉塞されており、貫通孔21dに後述する注入パイプ5を挿通したときに、弾性板21eが押し開かれるようにしている。また、貫通孔21dには、注入パイプ5との間の隙間をシールするシール部材21fが内装されている。更に、隔壁21の上部には、作業者が土砂室25に入るためのハッチ21gが設けられている。
【0022】
ところで、トンネル掘削中に、土砂室25に作業者が入って作業を行うことが必要になる場合がある。例えば、図1に示す如く、切羽にカッタヘッド22では掘削困難な岩石等の障害物Aが現われ、土砂室25に作業者Pが入って、障害物Aの除去作業を行うことが必要になる場合がある。以下、図5を参照して、障害物Aの除去作業手順について説明する。
【0023】
切羽に障害物Aが現われたときは、先ず、リング体16に対する隔壁21の固定を解除する。その後、カッタヘッド22をリング体16の前端部の内径と同程度に縮径させると共に、ジャッキ24をフリーにした状態で、推進ジャッキ15によりシールド筒1を切羽まで前進させる。この際、隔壁21はリング体16に対し後退可能であるため、シールド筒1を前進させると、切羽により前進が阻止されているカッタヘッド22と共に隔壁21がリング体16に対し相対的に後退する。これにより、図5(a)に示す如く、カッタヘッド22がリング体16の前端部内周に収納される。また、オーバーカッタ22eの後面がリング体16の段差部16aに当接する。
【0024】
次に、ギヤケース23aの隔壁21に対する固定を解除して、駆動ユニット23をスクリューコンベア4ごと隔壁21から取外す。この際、排土口21cに蓋板21hを装着し、排土口21cから泥土が侵入することを防止する。その後、図5(b)に示す如く、前筒11に形成しておいた貫通孔を通して切羽の周辺部に注入パイプ5を差し込むと共に、隔壁21に形成した貫通孔21dを通して切羽に注入パイプ5を差し込む。尚、カッタヘッド22は、開口部22gが貫通孔21dの前方に位置する位相で停止されており、貫通孔21dに挿通した注入パイプ5は開口部22gを通して切羽に差し込まれる。
【0025】
そして、これら注入パイプ5を介して切羽の前方地盤に地盤改良剤等の薬剤を注入し、切羽の止水を行う。ここで、本実施形態では、駆動ユニット23を隔壁21から取外した状態で薬液注入作業を行うことができるため、駆動ユニット23が作業の邪魔にならず、薬液注入作業を作業性良く行うことができる。更に、隔壁21の駆動ユニット23を設置する部分に形成した貫通孔21dに注入パイプ5を挿通して、切羽の中央部分にも薬液を注入でき、切羽全体が確実に止水される。
【0026】
次に、土砂室25に残留する泥土を排土口21c等から掻き出した後、ハッチ21gを開いて、図5(c)に示す如く土砂室25に作業者Pが入り、削岩機等を用いて障害物Aの除去作業を行う。ここで、土砂室25に切羽の手前の地山から泥水が侵入することはシールド筒1により防止され、且つ、切羽から泥水が土砂室25に浸入することは切羽への薬液の注入で防止されるため、作業の安全性が確保される。
【0027】
尚、図5(c)では、障害物Aがその周囲の切羽の部分と共に完全に取り除かれたように図示されているが、障害物Aが破砕されて掘削の邪魔にならなくなれば、破砕片が切羽に埋設されたまま残っていても構わない。即ち、障害物Aの除去作業では、障害物Aを掘削の邪魔にならないように処理すれば足りる。
【0028】
除去作業が完了して、作業者Pが隔壁21の背面側に退避すると、駆動ユニット23及びスクリューコンベア4を隔壁21に取付ける。次に、カッタヘッド22を駆動ユニット23により回転させると共に拡径させながら、隔壁21をジャッキ24の作動でリング体16に対し定位置まで前進させ、隔壁21をリング体16に固定する。これにより、図5(d)に示す如く、切羽を掘削しつつカッタヘッド22がシールド筒1の前端より前方位置に復帰し、通常の掘削状態に戻る。
【0029】
また、トンネル掘削中に、土砂室25内で障害物除去以外の作業(例えば、カッタビット22cの交換作業)が必要になったときも、上記と同様の手順で作業を行うことができる。尚、カッタビット22cの交換作業を行うときは、図5(b)に示す薬液注入作業を行った後、カッタヘッド22をリング体16の後部の内径と同程度に縮径させ、この状態でジャッキ24により隔壁21を若干後退させる。これにより、カッタヘッド22が切羽から引き離されて、カッタビット22cの交換が可能になる。
【0030】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、進退駆動源たるジャッキ24を常時設置しているが、必要時にのみジャッキ24を設置しても良い。また、上記実施形態では、カッタヘッド22を面板22f付きのものとしているが、カッタヘッド22は面板22fの無いものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の実施に用いるシールド掘削機の縦断面図。
【図2】図1のII−II線で切断した横断面図。
【図3】図1のシールド掘削機の正面図。
【図4】図1のシールド掘削機に備える隔壁の貫通孔の形成部分の断面図。
【図5】本発明の実施形態の障害物除去作業の手順を示す説明図。
【符号の説明】
【0032】
1…シールド筒、16…リング体、2…掘削ユニット、21…隔壁、21d…貫通孔、22…カッタヘッド、23…駆動ユニット、24…ジャッキ(進退用駆動源)、5…注入パイプ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シールド筒と、シールド筒の前端より前方位置で切羽を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットとを備え、シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退可能であり、この隔壁に径方向に拡縮自在なカッタヘッドが軸支されると共に、隔壁の背面にカッタヘッドを回転駆動する駆動ユニットが設けられたシールド掘削機を用いてのトンネル掘削中に、カッタヘッドと隔壁との間の空間で作業者による所定の作業を行う方法であって、
シールド掘削機として、隔壁から駆動ユニットを取外し自在としたものを用い、
前記所定の作業が必要になったときに、リング体に対する隔壁の固定を解除すると共にカッタヘッドを縮径させた状態でシールド筒を切羽まで前進させ、隔壁及びカッタヘッドをシールド筒に対し相対的に後退させて、カッタヘッドをリング体の内周に収納する工程と、
隔壁から駆動ユニットを取外す工程と、
隔壁の背面側から隔壁とカッタヘッドとを通して注入パイプを切羽に差し込んで、注入パイプを介して切羽の前方地盤に薬剤を注入することにより、切羽の止水を行う工程と、
カッタヘッドと隔壁との間の空間に作業者が入って、前記所定の作業を行う工程とを備えることを特徴とするトンネル掘削時の作業者による作業方法。
【請求項2】
前記注入パイプは、前記隔壁の前記駆動ユニットを設置する部分に形成された貫通孔を通して切羽に挿入されることを特徴とする請求項1記載のトンネル掘削時の作業者による作業方法。
【請求項3】
前記シールド掘削機は、前記リング体に対し前記隔壁を前後方向に進退する進退駆動源を備え、前記所定の作業完了後に、前記駆動ユニットを前記隔壁に取付ける工程と、前記カッタヘッドを駆動ユニットにより回転させると共に拡径させながら、隔壁を進退駆動源によりリング体に対し前進させ、カッタヘッドをシールド筒の前端より前方位置に復帰させた状態で、隔壁をリング体に固定する工程とを行うことを特徴とする請求項1又は2記載のトンネル掘削時の作業者による作業方法。

【図3】
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【図1】
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【図2】
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【図4】
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【図5】
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