トンネル掘削機及びトンネル施工方法
【課題】従来、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行っているため、トンネル掘削機を前進させようとする場合に、胴筒が地山の圧力で圧迫されて、トンネル掘削機が前進できなくなる。
【解決手段】胴筒２と胴筒２の前側に設けられたカッタヘッド３と胴筒２の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッド３を回転駆動させることによってカッタヘッド３で地山４４を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面４２に支保材６を吹き付けるための吹付けノズル３２を備えるとともに、胴筒２の外周面と対向するトンネル空洞部４１の内壁面４２に覆工部６９を形成するための型枠装置５０を取付可能な取付部４９を備えたことを特徴とする。
【解決手段】胴筒２と胴筒２の前側に設けられたカッタヘッド３と胴筒２の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッド３を回転駆動させることによってカッタヘッド３で地山４４を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面４２に支保材６を吹き付けるための吹付けノズル３２を備えるとともに、胴筒２の外周面と対向するトンネル空洞部４１の内壁面４２に覆工部６９を形成するための型枠装置５０を取付可能な取付部４９を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機の胴筒が地山の圧力で圧迫されないようにしてトンネル掘削機をスムーズに掘進させることができ、かつ、地山の土質に合った合理的な掘削作業の可能なトンネル掘削機及びトンネル施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
胴筒と胴筒の前側に回転可能に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによりカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、トンネル掘削機の胴筒が前進する前に、胴筒の外周面とトンネル空洞部の内壁面との間に覆工コンクリートのような覆工部を形成することにより、掘削機の胴筒の外周面と覆工部の内壁面との間に隙間を形成することで、胴筒を前進させやすくすることが知られている。
上記覆工部は、地山の土質が軟弱地山であれば必要であるが、地山の土質が岩盤層や山岳層である場合には、厚さの厚い覆工部の形成は不経済となる。そこで、岩盤層や山岳層である場合には、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行うことも知られている。
しかしながら、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行う場合には、胴筒が地山の圧力で圧迫されて、トンネル掘削機が前進できなくなることがある。
【特許文献１】特開２００４−１２４６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明が解決しようとする課題は、従来は、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行っているため、トンネル掘削機を前進させようとする場合に、胴筒が地山の圧力で圧迫されて、トンネル掘削機が前進できなくなるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係るトンネル掘削機は、胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けるための吹付けノズルを備えるとともに、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成するための型枠装置を取付可能な取付部を備えたことを特徴とする。
吹付けノズルが、カッタヘッドの後面又はカッタヘッドと一緒に回転する回転体に、カッタヘッドや回転体の周方向に沿って間隔を隔てて複数又は一つ配置されたことも特徴とする。
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えたことも特徴とする。
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えたことも特徴とする。
本発明に係る別のトンネル掘削機は、胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、胴筒の前端側の周縁部には、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けて支保層を形成する吹付けノズル又は胴筒の周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成する型枠装置のいずれか一方を取付可能な取付部を備えたことを特徴とする。
取付部が、胴筒の周縁部に近い前端部に、胴筒の周方向に沿って複数設けられたことも特徴とする。
本発明に係るトンネル施工方法は、上記トンネル掘削機を用い、地山の土質に応じて、吹付けノズルによる支保層又は型枠装置による覆工部を選択して形成することを特徴とする。
トンネル掘削機を用い、掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合には、吹付けノズルによる支保層を形成し、掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合には、型枠装置による覆工部を形成することも特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のトンネル掘削機及びトンネル施工方法によれば、吹付けノズルによる支保材の吹き付けによってカッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保層を形成するか、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成できるので、胴筒が地山の圧力で圧迫されず、胴筒をスムーズに前進させることができるので、トンネル掘削作業を効率的に行える。
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体に設けたので、吹付けノズルがカッタヘッドや回転体と一緒に回転するため、吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の周方向に沿って移動させるためだけの専用の駆動装置を不要とできる。また、吹付けノズルがカッタヘッドや回転体と一緒に回転するため、カッタヘッドや回転体に吹付けノズルを１つだけ設けた構成とした場合でも、上記トンネル空洞部の内壁面に支保層を形成することが可能となる。複数の吹付けノズルがカッタヘッド又は回転体の周方向に沿って間隔を隔てて配置された構成とすれば、複数の吹付けノズルにより上記トンネル空洞部の内壁面に支保層を形成できるので、吹付け時間を短くでき、トンネル施工時間を短くできる。
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えた構成とすれば、インバートの形成される部分に支保材の吹き付けを行わないようにでき、支保材の無駄を省けるとともに、インバートブロック敷設時において余分な支保材のはつり作業のような余分な作業を回避できる。
吹付けノズルをカッタヘッドの前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えれば、上記トンネル空洞部の内壁面におけるカッタヘッドの回転中心軸に沿った方向に渡って支保層を形成できる。
取付部を胴筒の周縁部に近い前端部に胴筒の周方向に沿って複数設けたことで、トンネル空洞部の内壁面に環状の覆工部を形成できたり、インバートの形成される部分を除いたトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１及び図２は最良の形態を示し、図１はトンネル掘削機の構成を断面で示し、図２はトンネル掘削機の岩盤層掘削形態と軟弱層掘削形態とを示す。
【０００７】
図１を参照し、トンネル掘削機１の構成を説明する。
掘削対象の土質が岩盤層や山岳層のように崩落の危険が少ない場合の掘削の際には、トンネル掘削機１は、円筒状の胴筒２、地山掘削用のカッタヘッド３、カッタヘッド駆動機構４、推進用のジャッキ５、モルタルやコンクリートのような支保材６の吹付け装置７、着脱部４９を備えた形態である（以下、岩盤層掘削形態という）。即ち、岩盤層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、塞板４８が取付部４９に取付けられる（図２（ａ）参照）。
【０００８】
カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２とが所定の間隔Ｈを隔てて配置される。所定の間隔Ｈは５０ｃｍ程度以上に設定される。即ち、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間（以下、カッタ胴筒間という）が間隔Ｈに設定される。
胴筒２の内側には、図外の、スクリューコンベア、支保工やセグメントの組立装置、反力受板保持装置などを備える。胴筒２は、スキンプレートやテールプレートなどと呼ばれる部分である。
【０００９】
カッタヘッド３は、円盤状の面盤１３の前面１４に複数のカッタビット１５を備えた構成であり、胴筒２の前側に、中心軸１６を回転中心として回転可能に設けられる。
カッタヘッド３を回転させるためのカッタヘッド駆動機構４は、胴筒２の前側に中心軸１６を回転中心として回転可能に設けられた回転盤１７と、回転盤１７の周縁部１８に沿って後方に突出して設けられたリング体１９の内側（あるいは外側）に内歯ギヤ２０が形成されたリングギヤ２１と、複数の駆動モータ２２と、駆動モータ２２のモータ軸２３に設けられてリングギヤ２１の内歯ギヤ２０に噛み合う駆動ギヤ２４と、回転盤１７の前面２５とカッタヘッド３の後面２６とを連結する複数の連結部材２７とで形成される。複数の駆動モータ２２のモータ軸２３が回転すると、駆動ギヤ２４の回転力がリングギヤ２１に伝達されて回転盤１７及びカッタヘッド３が回転する。尚、回転盤１７とリングギヤ２１とにより形成される回転体１７Ａは、胴筒２の前部に形成された回転収容部１７Ｂに前後移動が規制された状態で回転可能に収容される。
ジャッキ５は、胴筒２の後側の内面に周方向に沿って複数個設けられる。
【００１０】
吹付け装置７は、材料圧送装置３０、混合機３１、吹付けノズル３２を備える。
吹付けノズル３２と混合機３１とがホース３３で互いに繋がれ、混合機３１と材料圧送装置３０とがホース３４で互いに繋がれる。
尚、吹付け方式には、乾式と湿式とがある。
乾式の場合、図外の吹付け材料生成部から材料圧送装置３０に供給されたドライモルタルやドライコンクリートなどの吹付け材料が材料圧送装置３０から混合機３１及び吹付けノズル３２に向けて圧送されるとともに、急結材が混合機３１に供給され、水が混合機３１に供給されることによって、吹付け材料と水と急結材とが混合されて生成された支保材６が吹付けノズル３２を経由して噴射される。
湿式の場合、図外の吹付け材料生成部から材料圧送装置３０に供給された生モルタルや生コンクリートなどの吹付け材料が材料圧送装置３０から混合機３１及び吹付けノズル３２に向けて圧送されるとともに、急結材が混合機３１に供給されることによって、水分を含んだ吹付け材料と急結材とが混合されて生成された支保材６が吹付けノズル３２を経由して噴射される。
【００１１】
吹付けノズル３２は、カッタヘッド３の周縁部９に近い後面２６に１つだけ設けられる。吹付けノズル３２には、ジャッキなどを用いた図外の前後揺動装置が設けられる。前後方向揺動装置は、吹付けノズル３２をカッタヘッド３の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させるアクチュエータであり、図外の制御装置により制御される。つまり、吹付けノズル３２は、前後揺動装置によって矢印Ａの如くカッタヘッド３の前後方向に所定の範囲で首振りのように揺動可能に構成されるとともに、カッタヘッド３と一緒に回転する。例えば、吹付けノズル３２を前後揺動装置によって前後に揺動させながらカッタヘッド３をゆっくりと回転させることによって、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４３を形成できる。特に、吹付けノズル３２を前後揺動装置によって前後方向に首振りのように揺動駆動する構成としたことで、カッタ胴筒間（間隔Ｈ）が長い場合であっても、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。
【００１２】
また、胴筒２の周縁部１１の前端部には、前方に尖った形状に形成された支保材はつり部２ａが形成される。支保材はつり部２ａは、胴筒２の周縁部１１の前端１２から胴筒２の中心に向けて胴筒２の後方に傾斜する傾斜面２ｂを備え、傾斜面２ｂと胴筒２の周面とのなす角度が鋭角に形成された形状である。支保材はつり部２ａは、胴筒２の前方から見た場合に、胴筒２の周縁部１１に沿って円環状に形成される。この支保材はつり部２ａを備えているため、トンネル空洞部４１の内壁面４２に吹き付けられた支保材６の余盛部分が、胴筒２の前進に伴って支保材はつり部２ａの先鋭な前端１２により削られる。
【００１３】
掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合のトンネル掘削方法を説明する。
ジャッキ５のピストン４０の反力受けを設置し、ジャッキ５のピストン４０を駆動するとともにカッタヘッド３を駆動することによってトンネル掘削機１で地山４４を掘削して掘進する。トンネル掘削機１の掘進によって、カッタ胴筒間に素掘り状態のトンネル空洞部４１を形成し、そのトンネル空洞部４１の内壁面４２に、吹付けノズル３２から支保材６を噴射して吹き付けることにより支保層４３を形成する。以後、トンネル掘削機１をそのまま掘進させながら、掘進によりカッタ胴筒間に形成される素掘り状態のトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保材６を噴射して吹き付けることにより支保層４３を形成していく。即ち、トンネル掘削機１と吹付け装置７とをともに駆動し、トンネル掘削機１を掘進させながらカッタ胴筒間に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に吹付け装置７により支保材６を吹き付けて支保層４３を形成する。つまり、トンネル掘削機１の掘進によりカッタ胴筒間に素掘り状態のトンネル空洞部４１が形成された直後に、このトンネル空洞部４１の内壁面４２に吹付け装置７によって支保層４３を形成する。
【００１４】
したがって、トンネル掘削機１を前進させる前に、胴筒２の前方に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４６を形成できるため、トンネル掘削機１を前進させる際には、支保層４６によって胴筒２の前方の地山４０が支持されていることによって、胴筒２が地山４０の圧力で圧迫されず、トンネル掘削機１がスムーズに前進する。したがって、トンネル掘削作業を効率的に行える。
【００１５】
掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合の掘削の際には、トンネル掘削機１は、図２（ｂ）に示すように、取付部４９に型枠装置５０が取付けられた形態である（以下、軟弱層掘削形態という）。
【００１６】
取付部４９は、胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に、胴筒２の周方向に沿って間隔を隔てて複数設けられる。岩盤層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、塞板４８が取付部４９に取付けられ、塞板４８によって胴筒２の内側と外側とが遮断された状態である（図２（ａ）参照）。一方、軟弱層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、型枠装置５０が取付部４９に取付けられ、型枠装置５０によって胴筒の内側と外側とが遮断された状態である（図２（ｂ）参照）
【００１７】
型枠装置５０は、取付基盤５１、内枠５２、前枠５３、左右仕切枠５４、後部遮蔽構成体５５、前部遮蔽構成体５６、支保材注入装置５７、前方塞体５８、内枠用ジャッキ５９などを備える。後部遮蔽構成体５５は、後部遮蔽板６０、後部遮蔽板を昇降するジャッキ６１を備える。後部遮蔽板６０はジャッキ６１のピストン６２に取付けられて、ピストン６２の伸縮作動によって内壁面４２の方向に進退可能である。内枠５２は内枠用ジャッキ５９のピストン６３に取付けられて、ピストン６３の伸縮作動によって内壁面４２の方向に進退可能である。前部遮蔽構成体５６は、エアチューブ６４、エア供給管６５を備え、エアチューブ６４がエアにより内壁面４２の方向に膨らんで前部を遮蔽する。支保材注入装置５７は注入口６６が内枠５２の内面６７に露出する。支保材注入装置５７と混合機３１とが支保材供給管５８ａによって互いに繋がれる。取付基盤５１には、支保材注入装置５７、内枠用ジャッキ５９、ジャッキ６１などが取り付けられる。取付基盤５１は止ねじ６８などで取付部４９に取付けられる。前方塞体５８は、カッタヘッド３が回転可能なように、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間を塞ぐ。
【００１８】
軟弱層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、胴筒２が前進する前に、胴筒２の外周面と内壁面４２との間に、型枠装置５０によって直打ち支保材ライニングと呼ばれるような覆工部６９を形成する。
【００１９】
型枠装置５０による覆工部６９の形成方法を説明する。まず、後部遮蔽板６０を内壁面４２の方向に出し、エアチューブ６４にエアを供給してエアチューブ６４を膨らますことによって、内壁面４２、内枠の内面６７、左右仕切枠５４、エアチューブ６４、後部遮蔽板６０によって囲まれた空間７０を形成する。図外の開閉弁を開けると混合機３１から支保材供給管５８ａを経由して支保材注入装置５７に支保材が供給され、支保材注入装置５７により空間７０内に支保材が注入される。空間７０内に支保材を注入した後、内枠用ジャッキ５９を伸ばすように駆動して内枠５２の内面６７で支保材を内壁面４２に押圧して固めることによって、胴筒２との覆工部６９の内面との間に胴筒２が前に推進しやすいように隙間を形成する。以上の動作をトンネル掘削機１が所定の距離だけ前進する毎に行う。尚、後方にすでに覆工部６９形成された後は、後部遮蔽板６０を作動させる必要はない。
【００２０】
したがって、トンネル掘削機１の胴筒２が前進する前に、胴筒２の外周面と内壁面４２との間に、型枠装置５０によって直打ちモルタルライニングと呼ばれるような覆工部６９を形成できるので、胴筒２が地山４０の圧力で圧迫されず、トンネル掘削機１がスムーズに前進する。したがって、トンネル掘削作業を効率的に行える。
【００２１】
最良の形態によれば、吹付けノズル３２による支保材６の吹き付けによってカッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に胴筒２が前進する前に支保層４３を形成するか、胴筒２の外周面と対向するトンネル空洞部４１の内壁面４２に覆工部６９を形成できるので、地山の条件にかかわらず、胴筒２が地山の圧力で圧迫されず、胴筒２をスムーズに前進させることができるので、トンネル掘削作業を効率的に行える。
また、トンネル掘削機１と吹付け装置７とをともに駆動し、トンネル掘削機１の掘削作業と吹付け装置７による吹付け作業とを一緒に行えるので、作業時間を短くできる。
また、吹付けノズル３２がカッタヘッド３と一緒に回転するので、吹付けノズル３２を胴筒２の周方向に沿って移動させるためだけの専用の駆動装置を不要とでき、経済的である。
また、吹付けノズル３２がカッタヘッド３と一緒に回転するため、カッタヘッド３に吹付けノズル３２を１つだけ設けた構成としても、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２の周方向に渡って支保層４３を形成できる。
また、前後方向揺動装置を備えたことで、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。
また、取付部４９を、胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に胴筒２の周方向に沿って複数設けたことで、複数の型枠装置５０を用いて、トンネル空洞部４１の内壁面４２に環状の覆工部６９を容易に形成できる。
【００２２】
他の形態１
吹付けノズル３２を、回転体１７Ａの前面２５における周縁部１８に近い位置に１つだけ設け、かつ、吹付けノズル３２に上述した前後揺動装置を設けた構成とした場合でも、上述した最良の形態と同じ効果が得られる。
【００２３】
他の形態２
吹付けノズル３２が、カッタヘッド３の後面２６又は回転体１７Ａの前面２５に、カッタヘッド３や回転体１７Ａの周方向に沿って間隔を隔てて配置された構成とすれば、複数の吹付けノズル３２によりトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４３を形成でき、複数の吹付けノズル３２による吹付け時間を短くできるので、トンネル施工時間を短くできる。
【００２４】
他の形態３
一緒に回転するカッタヘッド３と回転体１７Ａとを中心軸１６を回転中心として左回り方向及び右回り方向に所定角度αだけ回転させる揺動駆動機構を設ける。例えば、カッタヘッド３と回転体１７Ａとを左回り方向及び右回り方向にそれぞれα＝１４０°だけ回転させる、所謂、揺動構成とする（即ち、揺動角度範囲は２α＝２８０°）。この構成において、例えば、図３に示すように、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５の回転初期位置における時計の１２時の位置を揺動基準点Ｇと決めておき、揺動基準点Ｇの位置に吹付けノズル３２を１つ取付けたことによって、図３に示すインバート４６の形成される部分に支保材６の吹き付けを行わないようにする。つまり、インバート４６の形成される部分は胴筒２の下部の外周面に対向する地山部分であり、この地山部分は胴筒２を圧迫しないので、インバート４６の形成される部分に支保材６を吹き付けないようにすることは、支保材６の無駄を省けるとともに、インバートブロック敷設時において余分な支保材のはつり作業のような余分な作業を回避できる。
【００２５】
即ち、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５における揺動基準点Ｇの位置に吹付けノズル３２を１つだけ取付け、カッタヘッド３の揺動角度範囲を、インバート４６の形成される部分以外のトンネル空洞部４１の内壁面４２の周面の角度範囲に合わせることによって、インバート４６の形成される部分を除いたトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保材６を吹き付けて支保層４３を形成できる。
【００２６】
揺動駆動機構は、駆動モータを正逆回転制御して中心軸１６を回転させるモータ制御方式、油圧ジャッキのようなジャッキを用いて中心軸１６を回転させるジャッキ方式、中心軸１６に設けたピニオンとこのピニオンを往復直線運動させるラックとの噛み合いによって中心軸１６を回転させるラックピニオン方式などによって実現可能である。尚、ジャッキ方式、ラックピニオン方式の場合、図１の駆動モータ２２及びリングギヤ２１は不要である。ジャッキ方式において吹付け範囲に対応する揺動角度範囲が不足する場合は、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５における周方向において吹付けノズル３２を間隔を隔てて複数設ければよい。例えば、揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ１４０°の角度範囲の周面に吹き付けを行いたい場合において、ジャッキ方式によりカッタヘッド３が揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ７０°しか回転させることができない場合は、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５において揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ７０°の位置に吹付けノズル３２を1つずつ取付ければよい。
【００２７】
尚、他の形態３において、取付部４９を、インバート４６の形成される部分に対応する部分を除いて胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に胴筒２の周方向に沿って複数設けることで、インバート４６の形成される部分を除いたトンネル空洞部４１の内壁面４２に、複数の型枠装置５０を用いて覆工部６９を容易に形成できる。
【００２８】
他の形態４
カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５に吹付けノズル３２を設けずに、取付部４９に吹付けノズル３２及び型枠装置５０のいずれか一方を選択的に取付可能とした構成としてもよい。換言すれば、吹付けノズル３２及び型枠装置５０のいずれか一方を選択的に取付けることの可能な取付部４９を備えたトンネル掘削機１としても最良の形態や他の形態と同じ効果を得ることができる。
【００２９】
尚、吹付けノズル３２、型枠装置５０、塞板４８の取付部４９への取付けは、胴筒の内側である取付部４９の後方の蓋７５を取り外して取り付けようとするものを取付部４９の後部開口７６から進入させ、取付部４９に胴筒２の内側から嵌め込むようにして取り付ける。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
吹付けノズル３２の前後方向の吹付け幅をカッタ胴筒間（間隔Ｈ）に合わせれば前後揺動装置は不要とできて、かつ、トンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。特に、カッタ胴筒間（間隔Ｈ）が短いトンネル掘削機の場合は、吹付けノズル３２の前後方向の吹付け幅をカッタ胴筒間（間隔Ｈ）に合わせやすく前後揺動装置を不要とできる。
【００３１】
また、上記では円形断面孔を掘削するトンネル掘削機を用いた方法を説明したが、本発明は、複円形断面孔、矩形断面孔を掘削するトンネル掘削機を用いる場合にも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】トンネル掘削機の構成を示す断面図（最良の形態）。
【図２】トンネル掘削機の岩盤層掘削形態と軟弱層掘削形態とを示す断面図（最良の形態）。
【図３】支保層の形成範囲を示す説明図（他の形態３）。
【符号の説明】
【００３３】
１ トンネル掘削機、２ 胴筒、３ カッタヘッド、
４ カッタヘッド駆動機構、５ ジャッキ、７ 吹付け装置、６ 支保材、
１０ カッタヘッドの周縁部の後端、１２ 胴筒の周縁部の前端、
１７Ａ 回転体、２６ カッタヘッドの後面、３２ 吹付けノズル、
４１ トンネル空洞部、４２ 内壁面、４３ 支保層、４４ 地山、
４９ 取付部、５０ 型枠装置、６９ 覆工部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機の胴筒が地山の圧力で圧迫されないようにしてトンネル掘削機をスムーズに掘進させることができ、かつ、地山の土質に合った合理的な掘削作業の可能なトンネル掘削機及びトンネル施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
胴筒と胴筒の前側に回転可能に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによりカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、トンネル掘削機の胴筒が前進する前に、胴筒の外周面とトンネル空洞部の内壁面との間に覆工コンクリートのような覆工部を形成することにより、掘削機の胴筒の外周面と覆工部の内壁面との間に隙間を形成することで、胴筒を前進させやすくすることが知られている。
上記覆工部は、地山の土質が軟弱地山であれば必要であるが、地山の土質が岩盤層や山岳層である場合には、厚さの厚い覆工部の形成は不経済となる。そこで、岩盤層や山岳層である場合には、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行うことも知られている。
しかしながら、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行う場合には、胴筒が地山の圧力で圧迫されて、トンネル掘削機が前進できなくなることがある。
【特許文献１】特開２００４−１２４６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明が解決しようとする課題は、従来は、胴筒の後方で支保を組んでコンクリート吹き付けによる覆工工事を行っているため、トンネル掘削機を前進させようとする場合に、胴筒が地山の圧力で圧迫されて、トンネル掘削機が前進できなくなるという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係るトンネル掘削機は、胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けるための吹付けノズルを備えるとともに、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成するための型枠装置を取付可能な取付部を備えたことを特徴とする。
吹付けノズルが、カッタヘッドの後面又はカッタヘッドと一緒に回転する回転体に、カッタヘッドや回転体の周方向に沿って間隔を隔てて複数又は一つ配置されたことも特徴とする。
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えたことも特徴とする。
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えたことも特徴とする。
本発明に係る別のトンネル掘削機は、胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、胴筒の前端側の周縁部には、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けて支保層を形成する吹付けノズル又は胴筒の周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成する型枠装置のいずれか一方を取付可能な取付部を備えたことを特徴とする。
取付部が、胴筒の周縁部に近い前端部に、胴筒の周方向に沿って複数設けられたことも特徴とする。
本発明に係るトンネル施工方法は、上記トンネル掘削機を用い、地山の土質に応じて、吹付けノズルによる支保層又は型枠装置による覆工部を選択して形成することを特徴とする。
トンネル掘削機を用い、掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合には、吹付けノズルによる支保層を形成し、掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合には、型枠装置による覆工部を形成することも特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のトンネル掘削機及びトンネル施工方法によれば、吹付けノズルによる支保材の吹き付けによってカッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保層を形成するか、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成できるので、胴筒が地山の圧力で圧迫されず、胴筒をスムーズに前進させることができるので、トンネル掘削作業を効率的に行える。
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体に設けたので、吹付けノズルがカッタヘッドや回転体と一緒に回転するため、吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の周方向に沿って移動させるためだけの専用の駆動装置を不要とできる。また、吹付けノズルがカッタヘッドや回転体と一緒に回転するため、カッタヘッドや回転体に吹付けノズルを１つだけ設けた構成とした場合でも、上記トンネル空洞部の内壁面に支保層を形成することが可能となる。複数の吹付けノズルがカッタヘッド又は回転体の周方向に沿って間隔を隔てて配置された構成とすれば、複数の吹付けノズルにより上記トンネル空洞部の内壁面に支保層を形成できるので、吹付け時間を短くでき、トンネル施工時間を短くできる。
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えた構成とすれば、インバートの形成される部分に支保材の吹き付けを行わないようにでき、支保材の無駄を省けるとともに、インバートブロック敷設時において余分な支保材のはつり作業のような余分な作業を回避できる。
吹付けノズルをカッタヘッドの前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えれば、上記トンネル空洞部の内壁面におけるカッタヘッドの回転中心軸に沿った方向に渡って支保層を形成できる。
取付部を胴筒の周縁部に近い前端部に胴筒の周方向に沿って複数設けたことで、トンネル空洞部の内壁面に環状の覆工部を形成できたり、インバートの形成される部分を除いたトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１及び図２は最良の形態を示し、図１はトンネル掘削機の構成を断面で示し、図２はトンネル掘削機の岩盤層掘削形態と軟弱層掘削形態とを示す。
【０００７】
図１を参照し、トンネル掘削機１の構成を説明する。
掘削対象の土質が岩盤層や山岳層のように崩落の危険が少ない場合の掘削の際には、トンネル掘削機１は、円筒状の胴筒２、地山掘削用のカッタヘッド３、カッタヘッド駆動機構４、推進用のジャッキ５、モルタルやコンクリートのような支保材６の吹付け装置７、着脱部４９を備えた形態である（以下、岩盤層掘削形態という）。即ち、岩盤層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、塞板４８が取付部４９に取付けられる（図２（ａ）参照）。
【０００８】
カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２とが所定の間隔Ｈを隔てて配置される。所定の間隔Ｈは５０ｃｍ程度以上に設定される。即ち、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間（以下、カッタ胴筒間という）が間隔Ｈに設定される。
胴筒２の内側には、図外の、スクリューコンベア、支保工やセグメントの組立装置、反力受板保持装置などを備える。胴筒２は、スキンプレートやテールプレートなどと呼ばれる部分である。
【０００９】
カッタヘッド３は、円盤状の面盤１３の前面１４に複数のカッタビット１５を備えた構成であり、胴筒２の前側に、中心軸１６を回転中心として回転可能に設けられる。
カッタヘッド３を回転させるためのカッタヘッド駆動機構４は、胴筒２の前側に中心軸１６を回転中心として回転可能に設けられた回転盤１７と、回転盤１７の周縁部１８に沿って後方に突出して設けられたリング体１９の内側（あるいは外側）に内歯ギヤ２０が形成されたリングギヤ２１と、複数の駆動モータ２２と、駆動モータ２２のモータ軸２３に設けられてリングギヤ２１の内歯ギヤ２０に噛み合う駆動ギヤ２４と、回転盤１７の前面２５とカッタヘッド３の後面２６とを連結する複数の連結部材２７とで形成される。複数の駆動モータ２２のモータ軸２３が回転すると、駆動ギヤ２４の回転力がリングギヤ２１に伝達されて回転盤１７及びカッタヘッド３が回転する。尚、回転盤１７とリングギヤ２１とにより形成される回転体１７Ａは、胴筒２の前部に形成された回転収容部１７Ｂに前後移動が規制された状態で回転可能に収容される。
ジャッキ５は、胴筒２の後側の内面に周方向に沿って複数個設けられる。
【００１０】
吹付け装置７は、材料圧送装置３０、混合機３１、吹付けノズル３２を備える。
吹付けノズル３２と混合機３１とがホース３３で互いに繋がれ、混合機３１と材料圧送装置３０とがホース３４で互いに繋がれる。
尚、吹付け方式には、乾式と湿式とがある。
乾式の場合、図外の吹付け材料生成部から材料圧送装置３０に供給されたドライモルタルやドライコンクリートなどの吹付け材料が材料圧送装置３０から混合機３１及び吹付けノズル３２に向けて圧送されるとともに、急結材が混合機３１に供給され、水が混合機３１に供給されることによって、吹付け材料と水と急結材とが混合されて生成された支保材６が吹付けノズル３２を経由して噴射される。
湿式の場合、図外の吹付け材料生成部から材料圧送装置３０に供給された生モルタルや生コンクリートなどの吹付け材料が材料圧送装置３０から混合機３１及び吹付けノズル３２に向けて圧送されるとともに、急結材が混合機３１に供給されることによって、水分を含んだ吹付け材料と急結材とが混合されて生成された支保材６が吹付けノズル３２を経由して噴射される。
【００１１】
吹付けノズル３２は、カッタヘッド３の周縁部９に近い後面２６に１つだけ設けられる。吹付けノズル３２には、ジャッキなどを用いた図外の前後揺動装置が設けられる。前後方向揺動装置は、吹付けノズル３２をカッタヘッド３の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させるアクチュエータであり、図外の制御装置により制御される。つまり、吹付けノズル３２は、前後揺動装置によって矢印Ａの如くカッタヘッド３の前後方向に所定の範囲で首振りのように揺動可能に構成されるとともに、カッタヘッド３と一緒に回転する。例えば、吹付けノズル３２を前後揺動装置によって前後に揺動させながらカッタヘッド３をゆっくりと回転させることによって、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４３を形成できる。特に、吹付けノズル３２を前後揺動装置によって前後方向に首振りのように揺動駆動する構成としたことで、カッタ胴筒間（間隔Ｈ）が長い場合であっても、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。
【００１２】
また、胴筒２の周縁部１１の前端部には、前方に尖った形状に形成された支保材はつり部２ａが形成される。支保材はつり部２ａは、胴筒２の周縁部１１の前端１２から胴筒２の中心に向けて胴筒２の後方に傾斜する傾斜面２ｂを備え、傾斜面２ｂと胴筒２の周面とのなす角度が鋭角に形成された形状である。支保材はつり部２ａは、胴筒２の前方から見た場合に、胴筒２の周縁部１１に沿って円環状に形成される。この支保材はつり部２ａを備えているため、トンネル空洞部４１の内壁面４２に吹き付けられた支保材６の余盛部分が、胴筒２の前進に伴って支保材はつり部２ａの先鋭な前端１２により削られる。
【００１３】
掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合のトンネル掘削方法を説明する。
ジャッキ５のピストン４０の反力受けを設置し、ジャッキ５のピストン４０を駆動するとともにカッタヘッド３を駆動することによってトンネル掘削機１で地山４４を掘削して掘進する。トンネル掘削機１の掘進によって、カッタ胴筒間に素掘り状態のトンネル空洞部４１を形成し、そのトンネル空洞部４１の内壁面４２に、吹付けノズル３２から支保材６を噴射して吹き付けることにより支保層４３を形成する。以後、トンネル掘削機１をそのまま掘進させながら、掘進によりカッタ胴筒間に形成される素掘り状態のトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保材６を噴射して吹き付けることにより支保層４３を形成していく。即ち、トンネル掘削機１と吹付け装置７とをともに駆動し、トンネル掘削機１を掘進させながらカッタ胴筒間に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に吹付け装置７により支保材６を吹き付けて支保層４３を形成する。つまり、トンネル掘削機１の掘進によりカッタ胴筒間に素掘り状態のトンネル空洞部４１が形成された直後に、このトンネル空洞部４１の内壁面４２に吹付け装置７によって支保層４３を形成する。
【００１４】
したがって、トンネル掘削機１を前進させる前に、胴筒２の前方に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４６を形成できるため、トンネル掘削機１を前進させる際には、支保層４６によって胴筒２の前方の地山４０が支持されていることによって、胴筒２が地山４０の圧力で圧迫されず、トンネル掘削機１がスムーズに前進する。したがって、トンネル掘削作業を効率的に行える。
【００１５】
掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合の掘削の際には、トンネル掘削機１は、図２（ｂ）に示すように、取付部４９に型枠装置５０が取付けられた形態である（以下、軟弱層掘削形態という）。
【００１６】
取付部４９は、胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に、胴筒２の周方向に沿って間隔を隔てて複数設けられる。岩盤層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、塞板４８が取付部４９に取付けられ、塞板４８によって胴筒２の内側と外側とが遮断された状態である（図２（ａ）参照）。一方、軟弱層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、型枠装置５０が取付部４９に取付けられ、型枠装置５０によって胴筒の内側と外側とが遮断された状態である（図２（ｂ）参照）
【００１７】
型枠装置５０は、取付基盤５１、内枠５２、前枠５３、左右仕切枠５４、後部遮蔽構成体５５、前部遮蔽構成体５６、支保材注入装置５７、前方塞体５８、内枠用ジャッキ５９などを備える。後部遮蔽構成体５５は、後部遮蔽板６０、後部遮蔽板を昇降するジャッキ６１を備える。後部遮蔽板６０はジャッキ６１のピストン６２に取付けられて、ピストン６２の伸縮作動によって内壁面４２の方向に進退可能である。内枠５２は内枠用ジャッキ５９のピストン６３に取付けられて、ピストン６３の伸縮作動によって内壁面４２の方向に進退可能である。前部遮蔽構成体５６は、エアチューブ６４、エア供給管６５を備え、エアチューブ６４がエアにより内壁面４２の方向に膨らんで前部を遮蔽する。支保材注入装置５７は注入口６６が内枠５２の内面６７に露出する。支保材注入装置５７と混合機３１とが支保材供給管５８ａによって互いに繋がれる。取付基盤５１には、支保材注入装置５７、内枠用ジャッキ５９、ジャッキ６１などが取り付けられる。取付基盤５１は止ねじ６８などで取付部４９に取付けられる。前方塞体５８は、カッタヘッド３が回転可能なように、カッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間を塞ぐ。
【００１８】
軟弱層掘削形態のトンネル掘削機１による掘削の際には、胴筒２が前進する前に、胴筒２の外周面と内壁面４２との間に、型枠装置５０によって直打ち支保材ライニングと呼ばれるような覆工部６９を形成する。
【００１９】
型枠装置５０による覆工部６９の形成方法を説明する。まず、後部遮蔽板６０を内壁面４２の方向に出し、エアチューブ６４にエアを供給してエアチューブ６４を膨らますことによって、内壁面４２、内枠の内面６７、左右仕切枠５４、エアチューブ６４、後部遮蔽板６０によって囲まれた空間７０を形成する。図外の開閉弁を開けると混合機３１から支保材供給管５８ａを経由して支保材注入装置５７に支保材が供給され、支保材注入装置５７により空間７０内に支保材が注入される。空間７０内に支保材を注入した後、内枠用ジャッキ５９を伸ばすように駆動して内枠５２の内面６７で支保材を内壁面４２に押圧して固めることによって、胴筒２との覆工部６９の内面との間に胴筒２が前に推進しやすいように隙間を形成する。以上の動作をトンネル掘削機１が所定の距離だけ前進する毎に行う。尚、後方にすでに覆工部６９形成された後は、後部遮蔽板６０を作動させる必要はない。
【００２０】
したがって、トンネル掘削機１の胴筒２が前進する前に、胴筒２の外周面と内壁面４２との間に、型枠装置５０によって直打ちモルタルライニングと呼ばれるような覆工部６９を形成できるので、胴筒２が地山４０の圧力で圧迫されず、トンネル掘削機１がスムーズに前進する。したがって、トンネル掘削作業を効率的に行える。
【００２１】
最良の形態によれば、吹付けノズル３２による支保材６の吹き付けによってカッタヘッド３の周縁部９の後端１０と胴筒２の周縁部１１の前端１２との間に形成されたトンネル空洞部４１の内壁面４２に胴筒２が前進する前に支保層４３を形成するか、胴筒２の外周面と対向するトンネル空洞部４１の内壁面４２に覆工部６９を形成できるので、地山の条件にかかわらず、胴筒２が地山の圧力で圧迫されず、胴筒２をスムーズに前進させることができるので、トンネル掘削作業を効率的に行える。
また、トンネル掘削機１と吹付け装置７とをともに駆動し、トンネル掘削機１の掘削作業と吹付け装置７による吹付け作業とを一緒に行えるので、作業時間を短くできる。
また、吹付けノズル３２がカッタヘッド３と一緒に回転するので、吹付けノズル３２を胴筒２の周方向に沿って移動させるためだけの専用の駆動装置を不要とでき、経済的である。
また、吹付けノズル３２がカッタヘッド３と一緒に回転するため、カッタヘッド３に吹付けノズル３２を１つだけ設けた構成としても、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２の周方向に渡って支保層４３を形成できる。
また、前後方向揺動装置を備えたことで、カッタ胴筒間のトンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。
また、取付部４９を、胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に胴筒２の周方向に沿って複数設けたことで、複数の型枠装置５０を用いて、トンネル空洞部４１の内壁面４２に環状の覆工部６９を容易に形成できる。
【００２２】
他の形態１
吹付けノズル３２を、回転体１７Ａの前面２５における周縁部１８に近い位置に１つだけ設け、かつ、吹付けノズル３２に上述した前後揺動装置を設けた構成とした場合でも、上述した最良の形態と同じ効果が得られる。
【００２３】
他の形態２
吹付けノズル３２が、カッタヘッド３の後面２６又は回転体１７Ａの前面２５に、カッタヘッド３や回転体１７Ａの周方向に沿って間隔を隔てて配置された構成とすれば、複数の吹付けノズル３２によりトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保層４３を形成でき、複数の吹付けノズル３２による吹付け時間を短くできるので、トンネル施工時間を短くできる。
【００２４】
他の形態３
一緒に回転するカッタヘッド３と回転体１７Ａとを中心軸１６を回転中心として左回り方向及び右回り方向に所定角度αだけ回転させる揺動駆動機構を設ける。例えば、カッタヘッド３と回転体１７Ａとを左回り方向及び右回り方向にそれぞれα＝１４０°だけ回転させる、所謂、揺動構成とする（即ち、揺動角度範囲は２α＝２８０°）。この構成において、例えば、図３に示すように、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５の回転初期位置における時計の１２時の位置を揺動基準点Ｇと決めておき、揺動基準点Ｇの位置に吹付けノズル３２を１つ取付けたことによって、図３に示すインバート４６の形成される部分に支保材６の吹き付けを行わないようにする。つまり、インバート４６の形成される部分は胴筒２の下部の外周面に対向する地山部分であり、この地山部分は胴筒２を圧迫しないので、インバート４６の形成される部分に支保材６を吹き付けないようにすることは、支保材６の無駄を省けるとともに、インバートブロック敷設時において余分な支保材のはつり作業のような余分な作業を回避できる。
【００２５】
即ち、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５における揺動基準点Ｇの位置に吹付けノズル３２を１つだけ取付け、カッタヘッド３の揺動角度範囲を、インバート４６の形成される部分以外のトンネル空洞部４１の内壁面４２の周面の角度範囲に合わせることによって、インバート４６の形成される部分を除いたトンネル空洞部４１の内壁面４２に支保材６を吹き付けて支保層４３を形成できる。
【００２６】
揺動駆動機構は、駆動モータを正逆回転制御して中心軸１６を回転させるモータ制御方式、油圧ジャッキのようなジャッキを用いて中心軸１６を回転させるジャッキ方式、中心軸１６に設けたピニオンとこのピニオンを往復直線運動させるラックとの噛み合いによって中心軸１６を回転させるラックピニオン方式などによって実現可能である。尚、ジャッキ方式、ラックピニオン方式の場合、図１の駆動モータ２２及びリングギヤ２１は不要である。ジャッキ方式において吹付け範囲に対応する揺動角度範囲が不足する場合は、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５における周方向において吹付けノズル３２を間隔を隔てて複数設ければよい。例えば、揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ１４０°の角度範囲の周面に吹き付けを行いたい場合において、ジャッキ方式によりカッタヘッド３が揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ７０°しか回転させることができない場合は、カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５において揺動基準点Ｇから左回り方向及び右回り方向にそれぞれ７０°の位置に吹付けノズル３２を1つずつ取付ければよい。
【００２７】
尚、他の形態３において、取付部４９を、インバート４６の形成される部分に対応する部分を除いて胴筒２の周縁部１１に近い前端部４５に胴筒２の周方向に沿って複数設けることで、インバート４６の形成される部分を除いたトンネル空洞部４１の内壁面４２に、複数の型枠装置５０を用いて覆工部６９を容易に形成できる。
【００２８】
他の形態４
カッタヘッド３の後面２６や回転体１７Ａの前面２５に吹付けノズル３２を設けずに、取付部４９に吹付けノズル３２及び型枠装置５０のいずれか一方を選択的に取付可能とした構成としてもよい。換言すれば、吹付けノズル３２及び型枠装置５０のいずれか一方を選択的に取付けることの可能な取付部４９を備えたトンネル掘削機１としても最良の形態や他の形態と同じ効果を得ることができる。
【００２９】
尚、吹付けノズル３２、型枠装置５０、塞板４８の取付部４９への取付けは、胴筒の内側である取付部４９の後方の蓋７５を取り外して取り付けようとするものを取付部４９の後部開口７６から進入させ、取付部４９に胴筒２の内側から嵌め込むようにして取り付ける。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
吹付けノズル３２の前後方向の吹付け幅をカッタ胴筒間（間隔Ｈ）に合わせれば前後揺動装置は不要とできて、かつ、トンネル空洞部４１の内壁面４２におけるカッタヘッド３の中心軸１６に沿った方向に渡って支保層４３を形成できる。特に、カッタ胴筒間（間隔Ｈ）が短いトンネル掘削機の場合は、吹付けノズル３２の前後方向の吹付け幅をカッタ胴筒間（間隔Ｈ）に合わせやすく前後揺動装置を不要とできる。
【００３１】
また、上記では円形断面孔を掘削するトンネル掘削機を用いた方法を説明したが、本発明は、複円形断面孔、矩形断面孔を掘削するトンネル掘削機を用いる場合にも同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】トンネル掘削機の構成を示す断面図（最良の形態）。
【図２】トンネル掘削機の岩盤層掘削形態と軟弱層掘削形態とを示す断面図（最良の形態）。
【図３】支保層の形成範囲を示す説明図（他の形態３）。
【符号の説明】
【００３３】
１ トンネル掘削機、２ 胴筒、３ カッタヘッド、
４ カッタヘッド駆動機構、５ ジャッキ、７ 吹付け装置、６ 支保材、
１０ カッタヘッドの周縁部の後端、１２ 胴筒の周縁部の前端、
１７Ａ 回転体、２６ カッタヘッドの後面、３２ 吹付けノズル、
４１ トンネル空洞部、４２ 内壁面、４３ 支保層、４４ 地山、
４９ 取付部、５０ 型枠装置、６９ 覆工部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けるための吹付けノズルを備えるとともに、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成するための型枠装置を取付可能な取付部を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
吹付けノズルが、カッタヘッドの後面又はカッタヘッドと一緒に回転する回転体に、カッタヘッドや回転体の周方向に沿って間隔を隔てて複数又は一つ配置されたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、胴筒の前端側の周縁部には、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けて支保層を形成する吹付けノズル又は胴筒の周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成する型枠装置のいずれか一方を取付可能な取付部を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
取付部が、胴筒の周縁部に近い前端部に、胴筒の周方向に沿って複数設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のトンネル掘削機を用い、地山の土質に応じて、吹付けノズルによる支保層又は型枠装置による覆工部を選択して形成することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のトンネル掘削機を用い、掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合には、吹付けノズルによる支保層を形成し、掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合には、型枠装置による覆工部を形成することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項１】
胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けるための吹付けノズルを備えるとともに、胴筒の外周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成するための型枠装置を取付可能な取付部を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
吹付けノズルが、カッタヘッドの後面又はカッタヘッドと一緒に回転する回転体に、カッタヘッドや回転体の周方向に沿って間隔を隔てて複数又は一つ配置されたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
カッタヘッドを左回り方向及び右回り方向に所定角度だけ回転させる揺動駆動機構を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
吹付けノズルをカッタヘッド又は回転体の前後方向に沿って所定の範囲で往復移動させる前後方向揺動装置を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
胴筒と胴筒の前側に設けられたカッタヘッドと胴筒の後側に設けられたジャッキとを備え、ジャッキの駆動により推進しながらカッタヘッドを回転駆動させることによってカッタヘッドで地山を掘削するトンネル掘削機において、胴筒の前端側の周縁部には、カッタヘッドの周縁部の後端と胴筒の周縁部の前端との間に形成されたトンネル空洞部の内壁面に支保材を吹き付けて支保層を形成する吹付けノズル又は胴筒の周面と対向するトンネル空洞部の内壁面に覆工部を形成する型枠装置のいずれか一方を取付可能な取付部を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
取付部が、胴筒の周縁部に近い前端部に、胴筒の周方向に沿って複数設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のトンネル掘削機を用い、地山の土質に応じて、吹付けノズルによる支保層又は型枠装置による覆工部を選択して形成することを特徴とするトンネル施工方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のトンネル掘削機を用い、掘削対象の土質が岩盤層のように崩落の危険が少ない場合には、吹付けノズルによる支保層を形成し、掘削対象の土質が軟弱土砂層のように崩落の危険がある場合には、型枠装置による覆工部を形成することを特徴とするトンネル施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１０６４５７（Ｐ２００８−１０６４５７Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８７９６３（Ｐ２００６−２８７９６３）
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（５０７１３７６３４）三菱重工地中建機株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【出願人】（５０７１３７６３４）三菱重工地中建機株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]