トンネル掘削機
【課題】 トンネル掘削機において、掘削されたトンネルの内面を覆工装置を備え、かつ構造の簡素化を図る。
【解決手段】 掘削されたトンネルの内壁面Ｇａとトンネル掘削機本体１１の外周面１１ａとの間にコンクリートを打設して覆工を行なうトンネル掘削機であって、前記トンネル掘削機本体１１に妻型枠５２を固定して設け、この妻型枠５２に、前記掘削されたトンネルの内壁面Ｇａとトンネル掘削機本体１１の外周面１１ａとの間にコンクリートを打設する覆工装置５１を設けてなる。
【解決手段】 掘削されたトンネルの内壁面Ｇａとトンネル掘削機本体１１の外周面１１ａとの間にコンクリートを打設して覆工を行なうトンネル掘削機であって、前記トンネル掘削機本体１１に妻型枠５２を固定して設け、この妻型枠５２に、前記掘削されたトンネルの内壁面Ｇａとトンネル掘削機本体１１の外周面１１ａとの間にコンクリートを打設する覆工装置５１を設けてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、覆工装置を備えたトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大深度、大土被りにおけるトンネル施工にあっては、トンネルの掘削後すみやかに支保工を施工する必要がある。支保工の一手段としてコンクリートを掘削内面に直打ちし、必要に応じその内側に鋼製の支保工を建て込む方法がある。従って、大深度、大土被りにおけるトンネルを掘削するトンネル掘削装置にあってはコンクリートを打設する装置が必要である。
【０００３】
また、ＥＣＬ工法（Extruded Concrete Lining Method）による覆工方法を採用したトンネル掘削機として、泥土圧式シールド掘削機等が良く知られている（特許文献１参照）。これは、円筒状の掘削機本体の前面部に設けたカッタヘッドで地盤を掘削しつつ、掘進されたトンネルの内壁面を所定の間隔を空けて内型枠によって覆い、この内型枠と前記内壁面との間に適宜鉄筋を配置するなどして、直打ち（場所打ち）でコンクリートを打設し、その養生・硬化を待って覆工を行うものである。コンクリートの打設は、掘削機本体の移動方向に移動可能となっている妻型枠を通してなされるのが通常である。
【０００４】
以上のように、トンネル掘削機においては、コンクリートの打設装置を必要とするものがあるが、コンクリートを打設した場合には、打設したコンクリートを一定期間保持しておくための装置が更に必要となる。例えば、特許文献２では、リング状に組まれた可動プレートと掘削壁面との間にコンクリートを注入し、可動プレートを半径方向外側に移動してコンクリートを保持するようにしている。また、泥土圧式シールド掘削機等では、妻型枠をシリンダ駆動で駆動して打設されたコンクリートに押し付けるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７３３８７号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
本発明は、トンネル掘削機におけるコンクリートの打設と保持をより簡素な装置で行なえるようにすることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する第１の発明(請求項１に対応)に係るトンネル掘削機は、掘削されたトンネルの内壁面とトンネル掘削機本体の外周面又は前記内壁面に沿って組み立てられた内型枠との間に覆工材を打設して覆工を行なうトンネル掘削機において、前記トンネル掘削機本体に固定して設けられた妻型枠と、前記妻型枠に装備され、前記トンネルの内壁面と前記トンネル掘削機本体との間又は前記トンネルの内壁面と前記内型枠との間に覆工材を供給する覆工装置とを備えたことを特徴とする。なお、覆工材としては、モルタル、コンクリートなどが使われる。
【０００８】
また、上記目的を達成する第２の発明(請求項２に対応)に係るトンネル掘削機は、前記妻型枠が、前記トンネル掘削機本体に固定した固定妻型枠と、この固定妻型枠に対し前記トンネル掘削機本体の軸方向に平行な方向に移動可能な可動妻型枠とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する第３の発明(請求項３に対応)に係るトンネル掘削機は、第２の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の後面に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する第４の発明(請求項４に対応)に係るトンネル掘削機は、第２の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の移動経路において、前記固定妻型枠に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する第５の発明(請求項５に対応)に係るトンネル掘削機は、第４の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の移動により前記覆工材吐出口が開閉されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明に係るトンネル掘削機によれば、トンネル掘削機本体に妻型枠を固定し、そこに覆工装置を装備したので、トンネル掘削機の簡略化が達成できる。覆工装置によるコンクリート、モルタルなどの覆工材の供給方向としては、例えば、トンネル掘削機の軸方向などが考えられる。
【００１３】
第２の発明に係るトンネル掘削機によれば、先に打設した覆工材が硬化した後、トンネル掘削機による掘削に伴って更に覆工材を供給する際には、可動妻型枠を固定妻型枠に対しトンネル掘削機前方に移動することにより、可動妻型枠と既設の覆工材との間に、新たな覆工材を注入するための隙間をつくることができ、覆工材の注入が可能となる。
【００１４】
第３の発明に係るトンネル掘削機によれば、可動妻型枠の後面に、覆工装置の覆工材吐出口を開口したので、可動妻型枠を移動させて形成した空間に直接覆工材を注入することができる。
【００１５】
第４の発明に係るトンネル掘削機によれば、固定妻型枠に覆工材吐出口を開口したので、構造がより簡素化される。つまり、移動する可動妻型枠に覆工材注入手段を接続する場合に比べて、覆工材を供給するホースなどの取り合いが容易かつ簡素化される。
【００１６】
第５の発明に係るトンネル掘削装置によれば、可動妻型枠の移動により、固定妻型枠に設けた覆工材の吐出口が開閉されるので、つまり可動妻型枠が塞止弁を兼ねるので、構造の簡素化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の概略断面図、図２はその正面図、図３は図２のIII−III矢視断面図、図４はトンネル掘削機の後方から見た覆工装置の配置図、図５はその一部の拡大図、図６は図５におけるVI−VI矢視断面図、図７は状態を異にする図５と同じ個所の断面図、図８は図５におけるVIII−VIII矢視断面図、図９はその平面に沿う断面図、図１０は状態を異にする図８と同じ個所の断面図、図１１はその平面に沿う断面図である。
【００１９】
本実施例のトンネル掘削機は、特に、地盤の大深度領域（４０〜５０ｍ）にトンネルを施工する際に用いられるものであり、例えば、周辺の掘削地盤が軟弱土砂層から硬質な岩盤層に変化しても、地盤掘削手段や土砂排出手段などのトンネル施工の仕様を一部変更するだけで、トンネル掘削機を交換することなく、継続してトンネルを施工可能としているものである。具体的には、一部の構成部品を変えることにより、トンネルボーリングマシンに変更することができるものである。
【００２０】
図１には、土圧式シールド掘削機の状態のトンネル掘削機を示す。土圧式シールド掘削機Ａは円筒形状の掘削機本体１１を有しており、掘削機本体１１の前部にバルクヘッド１２が設けられ、このバルクヘッド１２には支持部材１３により回転体１４が回転自在に支持されている。回転体１４には複数の連結ビーム１５によりカッタヘッド１６が連結されている。カッタヘッド１６は、掘削機本体１１の外径より若干大きく形成され、前面部に岩盤をせん断破壊するディスクカッタ１７や軟弱地盤を掘削可能なカッタビット１８が多数装着される。カッタヘッド１６には、図２に示すように土砂取込開口部（土砂取込手段）１９が形成されている。
【００２１】
回転体１４の後部には、内歯を有するリングギヤ２０が一体に固定される一方、支持部材１３に複数のカッタ旋回モータ２１が固定されており、このカッタ旋回モータ２１の駆動ギヤ２２がリングギヤ２０に噛み合っている。
【００２２】
従って、カッタ旋回モータ２１を駆動して駆動ギヤ２２を回転駆動すると、この駆動ギヤ２２が噛み合うリングギヤ２０が回転し、このリングギヤ２０と連結ビーム１５を介して連結されたカッタヘッド１６を旋回し、ディスクカッタ１７やカッタビット１８が地盤を掘削し、発生したずりを土砂取込開口部１９から掘削機本体１１の内部に取り込むことができる。
【００２３】
また、掘削機本体１１の後部には支持フレーム２３が固定されており、この支持フレーム２３は既設トンネルのほぼ中心部を後方に延出され、後端部にこの支持フレーム２３を水平状態に維持する図示しないシュージャッキが装着されている。そして、掘削機本体１１の後方にて、リヤグリッパ２４が支持フレーム２３に対して前後移動自在に設けられており、このリヤグリッパ２４は、図示はしていないが、グリッパジャッキによって既設トンネルの壁面に圧接して位置保持する一対のグリッパシューを有している。
【００２４】
そして、掘削機本体１１とこのリヤグリッパ２４との間には推進ジャッキとして、油圧の給排によって伸縮作動する複数本のスラストジャッキ２５が架設されている。従って、各スラストジャッキ２５を伸縮駆動することで、掘削機本体１１とリヤグリッパ２４と相対位置を変更することができ、また、左右のスラストジャッキ２５の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１６を有する掘削機本体１１を左右に屈曲してその掘進方向を変更することができる。
【００２５】
更に、カッタヘッド１６と掘削機本体１１のバルクヘッド１２によりチャンバ２６が形成されており、このバルクヘッド１２のほぼ中央部にはコンベヤ取付孔２７が形成されている。そして、掘削機本体１１のほぼ中央部にはスクリューコンベヤ（土砂排出手段）２８が前傾状態で配設されており、コンベヤ取付孔２７にスクリューコンベヤ２８の前端部が装着されると共に、蓋部材２９が装着されている。
【００２６】
前述したように、本実施形態のトンネル掘削機は、軟弱土砂層を掘削可能な土圧式シールド掘削機Ａから、岩盤層を掘削可能なトンネルボーリングマシンに仕様変更可能となっている。この場合、土圧式シールド掘削機Ａとトンネルボーリングマシンとでは、取り扱う掘削土砂が異なるため、地盤掘削手段として、カッタヘッド１６に形成された土砂取込開口部１９の開口量を変更可能であると共に、土砂排出手段として、チャンバ２６内に取り込まれた土砂をかき上げるバケットを出没自在としている。
【００２７】
即ち、カッタヘッド１６にて、図１乃至図３に示すように、放射状に配設されたカッタスポーク１６ａの中央部には複数のディスクカッタ１７が列設され、その両側には複数のカッタビット１８が列設されており、このカッタスポーク１６ａと面板１６ｂとの間にスリット形状をなす土砂取込開口部１９が形成されている。そして、この土砂取込開口部１９の面板１６ｂにスリット開閉板３０が支持軸３１により回動自在に装着されると共に、開閉ジャッキ３２により回動可能とされている。また、カッタヘッド１６における面板１６ｂの後部には、土砂かき上げ用バケット３３が支持軸３４により回動自在に装着されると共に、出没ジャッキ３５により出没可能となっている。
【００２８】
従って、軟弱土砂層を掘削する土圧式シールド掘削機Ａの仕様では、図３に示すように、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を後方に回動して土砂取込開口部１９の開口量（開口幅）を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を前方に回動して格納する。一方、岩盤層を掘削するトンネルボーリングマシンの仕様では、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を、図３中、二点鎖線で示すように前方に回動して土砂取込開口部１９の開口量（開口幅）を減少すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を後方に回動してチャンバ２６内に突出させる。
【００２９】
また、図１に示す状態では、掘削機本体１１内に、軟弱土砂層を掘削して発生した土砂を排出可能なスクリューコンベヤ２８が装着されているが、トンネルボーリングマシンの仕様に対応するように、スクリューコンベヤ２８に代えてベルトコンベヤが装着可能となっている。即ち、掘削機本体１１からスクリューコンベヤ２８を後方に取り外して解体すると共に、バルクヘッド１２から前述した蓋部材２９を取り外し、そして、掘削機本体１１内にベルトコンベヤを搬入して所定の位置に配設し、その前端部をコンベヤ取付孔２７を通してチャンバ２６内に挿入して固定し、ここにホッパを装着可能としている。
【００３０】
この土圧式シールド掘削機Ａは、フード部を直打ちライニングしてトンネル覆工を行なうための覆工装置５１を有している。カッタヘッド１６は、外径が掘削機本体１１の外径よりも若干大きく形成されており、掘削機本体１１の前端部にカッタヘッド１６の後部に近接して、覆工装置５１が設けられている。
【００３１】
カッタヘッド１６の後部には、スキンプレート１３が設けられている。このスキンプレート１３は、掘削機本体１１の一部をなすもので、バルクヘッド１２に取り付けられている。図４、５に示すように、スキンプレート１３の後端部には、妻型枠５２が取り付けられている。妻型枠５２は、掘削機本体１のスキンプレート１３の後端部内周面に溶接などより固定されたリング状の固定妻型枠５３と、この固定妻型枠５３に設けられた複数（本実施例では１２個）の弧状で扁平なシリンダ孔５４と、シリンダ孔５４内に、固定妻型枠５４の軸方に移動可能に挿入された弧状で扁平な可動妻型枠５５とからなる。固定妻型枠５３の内面に、円筒状の掘削機本体１１の端部が接続されている。つまり、固定妻型枠５３は、スキンプレート１３と掘削機本体１１との連結部材といえる。なお、固定妻型枠５３は、スキンプレート１３に固定されているので、通常の妻型枠と異なりスキンプレート１３との間のシールは不要であり、シール構造が簡略化される。
【００３２】
可動妻型枠５５は、シリンダ孔５４内をピストンの如く移動するようになっている。可動妻型枠５５の背面５５ａの左右二箇所には、妻型枠ジャッキ５７のロッド５７ａの先端の連結部材５８が結合されている。連結部材５８は、二つの部材５８ａと５８ｂをピン５９で結合して構成されている。妻型枠ジャッキ５７は、その後部でスキンプレート１３の内面にブラケット６０を介して支持されている。図６は、妻型枠ジャッキ５７が縮限（収縮端）にあり、可動妻型枠５５が後退位置にある状態を示す。図７は、妻型枠ジャッキ５７が伸限（伸長端）にあり、可動妻型枠５５が前進位置にある状態を示す。図７に示すように、可動妻型枠５５が前進位置に来ると、可動妻型枠５５の前面５５ｂと固定妻型枠５３の前面５３ａとが同一面となり、完全にリング状をなす面でコンクリートを押圧することができるようになっている。なお、可動妻型枠５５の外周面には、ゴム製等のシール部材６１が二つ設けられており、可動妻型枠５５と固定妻型枠５３との間からの浸水を防ぐようにしている。このシール構造は、可動妻型枠５５の周面にＯリングのようなシール材を設けるだけの、簡単なもので足りる。
【００３３】
妻型枠装置５１の可動妻型枠５５には、コンクリート打設装置７１のコンクリート打設管７２が結合されている。可動妻型枠５５における、二つの妻型枠ジャッキ５７の連結部材５８が接続する個所より内側の位置に、覆工材吐出口として、二つのコンクリート打設孔７３が可動妻型枠５５を前後に貫通して設けられ、これらのコンクリート打設孔７３にコンクリート打設管７２がそれぞれ挿入され、結合されている。コンクリート打設管７２の可動妻型枠５５への結合は、コンクリート打設管７２の外周に設けられた取付板７４を可動妻型枠５５の背面５５ａに取り付けることによりなされている。
【００３４】
前記コンクリート打設管７２は、図９〜１１図に示すように、直管部７２ａとその途中に接続する分岐管部７２ｂとからなるＹ管状に形成され、直管部７２ａの先端部分が前述の如く可動妻型枠５５に結合されている。そして、分岐管部７２ｂにはコンクリート打設配管７５が着脱自在にフランジ結合されている。コンクリート打設配管７５は、掘削機本体1１内に設置されたコンクリート供給源にパワーユニットを介して連通される。なお、図１０においては、分岐管部７２ｂの直管部７２ａとの連通部分７２ｃが表れている。
【００３５】
コンクリート打設管７２の直管部７２ａには、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとを連通し又は遮断する塞止弁装置８１が結合されている。塞止弁装置８１は、直管部７２ａの端部に接続する連結管８２と、連結管８２に接続する塞止弁ジャッキ８３と、塞止弁ジャッキ８３のピストンロッドに８３ａに結合され、連結管８２及びコンクリート打設管７２の直管部７２ａ内を移動可能な棒状の塞止弁体８４とからなる。
【００３６】
塞止弁体８４は、先端の第１パッキン８５と、第１パッキン８５に続いて設けられた第１パイプ部８６と、第１パイプ部８６に続いて設けられた第２パッキン８７と、第２パッキン８７に続いて設けられかつピストンロッド８３ａの先端部に結合されている第２パイプ８８等からなる。第１パッキン８５は、塞止弁体８４とコンクリート打設孔７２との間をシールし、第２パッキン８７は、コンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとの間、つまり連通部分７２ｃを遮断又は開く機能をなす。
【００３７】
塞止弁装置８１の連結管８２は、スキンプレート１３に設けられた支持ガイド８９により、軸方向に移動可能に支持されている。つまり、塞止弁装置８１全体が軸方向に移動可動となっているのである。塞止弁装置８１及びコンクリート打設管７２と前記妻型枠ジャッキ５７の連結部材５８とは連結され、一体となっている。つまり、妻型枠ジャッキ５７により移動される可動妻型枠５５と一緒にコンクリート打設管７２、塞止弁装置８１も移動するようになっているのである。
【００３８】
図８、９には、可動妻型枠５５と共に、コンクリート打設管７２、塞止弁装置８１が固定妻型枠５３のシリンダ孔５４内で後退している状態を示す。このとき、塞止弁ジャッキ８３は伸限（伸長端）にあり、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは第２パッキン８８により遮断されている。図１０、１１は、可動妻型枠５５と共に、コンクリート打設管７２、塞止弁装置８１がシリンダ孔５４内で前進している状態を示す。また、塞止弁ジャッキ８３は縮限（収縮端）にあり、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは連通状態にある。
【００３９】
固定妻型枠５３における各シリンダ孔５４間には、固定妻型枠５３を貫通するコンクリート打設孔９１がそれぞれあけられている。これらのコンクリート打設孔９１にも、図８〜１１に示したのと同様のコンクリート打設管が接続されている。ただし、これらのコンクリート打設管は移動する必要がなく、固定妻型枠５３に固定されている。なお、コンクリート打設孔９１は、可動妻型枠５５側のコンクリート打設孔７３と合わせて、円周方向に均等な間隔で設けるのが望ましい。
【００４０】
なお、図１に示すように、掘削機本体１１の後端部には旋回リング９５が駆動旋回自在に支持され、この旋回リング９５に、コンクリートの打設によって形成されたコンクリート覆工部の内面に更にセメントを吹き付けて塗装する吹付装置９６が装着されると共に、このコンクリート覆工部の内周面にＨ形鋼等の支保工（またはセグメント）Ｈをリング状に組立てるエレクタ装置９７が装着されている。
【００４１】
次に、上述したトンネル掘削機によるトンネル構築作業について説明する。ここでは、軟弱土砂層でのトンネル構築作業について説明する。
図１乃至図３に示すように、作業者は機内から各種機器を遠隔操作し、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を、図３中実線で示すように後方に回動して土砂取込開口部１９を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を、図３中実線で示すように前方に回動して格納し、また、掘削機本体１１内にスクリューコンベヤ２８を装着する。
【００４２】
図１に示すように、リヤグリッパ２４を立坑又は既設のトンネルの反力受けに圧接して位置保持した状態で、カッタ旋回モータ２１によってカッタヘッド１６を駆動回転させながら、各スラストジャッキ２５を伸長し、リヤグリッパ２４を介して掘削反力を得て掘削機本体１１を前進させる。カッタヘッド１６により前方の地山が掘削され、掘削機本体１１よりも若干大きい径のトンネル(内壁面Ｇａ)が形成される。
【００４３】
そして、各スラストジャッキ２５が所定のストローク伸長することにより、カッタヘッド１６が所定長さのトンネルを掘削すると、リヤグリッパ２４による位置保持を解除して各スラストジャッキ２５を収縮し、掘削機本体１１に対してリヤグリッパ２４を前方に引き寄せる。そして、リヤグリッパ２４を既設トンネルの内壁面に位置保持し、カッタヘッド１６を回転駆動しながらスラストジャッキ２５を伸長し、掘削機本体１１を前進してカッタヘッド１６により前方の地盤を掘削する。一方、カッタヘッド１６によって掘削された土砂は大きく開口した土砂取込開口部１９を通してチャンバ２６内に取り込まれる。この軟弱土砂をチャンバ２６に充満させて切羽の安定を確保しながら、適量の土砂をスクリューコンベヤ２８によって外部に排出する。
【００４４】
このカッタヘッド１６による地盤掘削時に、その直後では、掘削機本体１１の外周面と掘削地山Ｇの内壁面Ｇａとの間の空間Ｅにコンクリートを注入して締め固めることで、コンクリート覆工を行う。
【００４５】
図７及び図１０、１１に示すように、覆工装置５１の妻型枠ジャッキ５７が伸びて、可動妻型枠５５はシリンダ孔５４の前端に位置し、可動妻型枠５５の前面５５ｂは固定妻型枠５３の前面５３ａと同一面となる。また、塞止弁装置８１の塞止弁装置のジャッキ８３は縮限位置に来、ピストンロッド８３ａと共に塞止弁体８４は後退し、コンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは連通する。従って、コンクリート打設配管７５を経て送給されたコンクリートは、分岐管部７２ｂと直管部７２ａを通ってコンクリート打設空間Ｅに供給される。固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１に接続されているコンクリート打設管にも同様にコンクリートが送られ、コンクリート打設空間Ｅに供給される。このように、可動妻型枠５５のコンクリート打設孔７３及び固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１の両方より生コンクリートを打ち込むことにより、コンクリート打設空間Ｅ内には隅々まで生コンクリートが充填される。
【００４６】
コンクリート打設空間Ｅに充填されたコンクリートの端部は、掘削機本体１１に固定されている固定妻型枠５３と、妻型枠ジャッキ５７により伸び側に作動されている可動妻型枠５５とにより押圧され、打設されたコンクリートＣは締め固められる。勿論、固定妻型枠５３の内側は、スキンプレート１３に溶接などにより固定されているので、固定妻型枠５３とスキムプレート１３との間からコンクリートが漏れたり浸水したりすることはない。可動妻型枠５５と固定妻型枠５３との間はシール部材６１によりシールされる。
【００４７】
コンクリートの打設後、所定時間が経過すると、コンクリートが養生・硬化してトンネル構造体が構築される。
【００４８】
一部分のトンネル構造体が構築されると、掘削が再開され、それに伴ってコンクリートの打設が行なわれるが、コンクリート打設孔７３、９１の出口側には硬化したコンクリートが密着しているので、コンクリートを供給することができない。そのため、図６に示すように、妻型枠ジャッキ５７を縮める方向に作動させて、可動妻型枠５５を後退させ、可動妻型枠５５の前方に空間ｅを作る。空間ｅを作ることによりコンクリートの注入が可能となる。
【００４９】
つまり、掘削再開直後は、可動妻型枠５５に接続されているコンクリート打設管７２を通してのみコンクリートが打設されて行く。掘削が進み、固定妻型枠５３と既設のコンクリートとの間に隙間ができると、固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１からもコンクリートを供給することができる。
【００５０】
所定距離まで掘削が進んだらトンネル掘削機を停止し、コンクリートの養生・硬化を行うのであるが、それに先立ち、妻型枠ジャッキ５７を伸長作動し、可動妻型枠５５を図６の後退状態から図７の前進位置に移動し、空間ｅ内のコンクリートを空間Ｅ側に押し出すと共に、コンクリート打設空間Ｅ内のコンクリートに圧力を加える。コンクリート打設装置７１においても、塞止弁ジャッキ８３を伸長作動し、塞止弁体８４により直管部７２ａ内のコンクリートを前方空間Ｅに押し出す。
以上の動作を繰り返すことによりトンネルを順次構築して行く。
【００５１】
掘削を進めながらコンクリート打設空間Ｅにコンクリートを打設していく際、妻型枠が従来のもののように動かなくても何ら問題はない。掘削機本体１１の進行とコンクリートの充填量のバランスを取ることにより、スキンプレート１３に固定された妻型枠５２によりコンクリートに圧力をかけながら、適切な打設を行なうことができるからである。
【００５２】
本実施例において、妻型枠ジャッキ５７は容易に外すことができるようになっている。妻型枠ジャッキ５７の後部をブラケット６０から外し、かつロッド５８ａと５８ｂとをつないでいるピン５９を抜けば、妻型枠ジャッキ５７をスキンプレート１３及び可動妻型枠５５から分離できる。よって、妻型枠ジャッキ５７のメンテナンス等は容易となる。
【００５３】
コンクリート打設装置７１の洗浄の際には、塞止弁装置８１の塞止弁ジャッキ８３が伸び、塞止弁体８４の前進によりコンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとの連通が第２パッキン８７により遮断されると共に、直管部７２ａ内の残留コンクリートが塞止弁体８４の先端の第１パッキン８５により押し出される。
【００５４】
本発明は上記実施例の構造に限らず、種々の形で実施される。例えば、可動妻型枠は、本実施例では１２個設けているが、これをもっと少なく二つくらいにすることも可能である。その場合には、一つの可動妻型枠を移動させるために可動妻型枠に連結される妻型枠ジャッキの数も増え、可動妻型枠に接続されるコンクリート打設管の数も増えるが、妻型枠自体の構成は簡素化される。
【実施例２】
【００５５】
図１２〜１６には、他の実施例に係る覆工装置１０１を示す。図１２は、覆工装置１０１を後方から見た状態の部分図であり、図１３はそのトンネル掘削機の軸方向に沿う断面図、図１４は、状態を異にする図１３と同じ部分の断面図、図１５は、図１３の状態における覆工装置１０１の平面に沿う断面図、図１６は、図１４の状態における覆工装置１０１の平面に沿う断面図である。
【００５６】
スキンプレート１３の後端と掘削機本体１１の先端との間に妻型枠１０２が設けられている。妻型枠１０２は、スキンプレーと１３に固定されている環状の固定妻型枠１０３と、この固定妻型枠１０３に、円周方向に沿って設けられた多数の扁平な筒体（シリンダ）１０４と、筒体１０４内に掘削機本体１１の軸方向に移動可能に設けられた可動妻型枠１０５とからなっている。筒体１０４は、実施例１におけるシリンダ孔５４と異なり表裏面が平坦面となっている。つまり、数を増やすことにより湾曲面をなくし、製作の容易化を図っている。筒体１０４の内側面（掘削機本体１１の内側を向く面）には、覆工材吐出口としてコンクリート打設孔１０６ａがあけられ、ここにコンクリート打設管１０６が接続されている。なお、筒体１０４には、掘削機本体１１の外周面１１ａに滑材を供給するための滑材注入管１０７も接続される。
【００５７】
筒体１０４のトンネル掘削機前方側の端面は、閉止部材１０８により塞がれており、閉止部材１０８には、二本の妻型枠ジャッキ１０９が取り付けられ、そのピストンロッド１１０は、ブラケット１１１を介して可動妻型枠１０５の背面に結合されている。従って、妻型枠ジャッキ１０９の駆動によりピストンロッド１１０が伸縮することにより、可動妻型枠１０５は筒体１０４内で往復移動される。ピストンロッド１１０が縮んで可動妻型枠１０５が後退位置にあるときには、図１５に示すように、コンクリート打設孔１０６ａは開放される。ピストンロッド１１０が伸びて可動妻型枠１０５が前進位置にあるときには、図１６に示すように、コンクリート打設孔１０６ａは閉鎖される。つまり、可動妻型枠１０５は、コンクリート打設管１０６の塞止弁としても機能しているのである。
【００５８】
この実施例では、コンクリート打設管１０６を掘削機本体１１内に放射状に配するので、スキンプレート１３の内側にスペースがとれない場合などに有効である。
【００５９】
次に、この実施例に係る覆工装置１０１によるコンクリートの覆工作業について説明する。
【００６０】
掘削機本体１１の外周面１１ａと掘削地山Ｇの内壁面Ｇａとの間の空間ＥにコンクリートＣが注入された状態では、可動妻型枠１０５はその前進位置にあり、図１６に示すように、固定妻型枠１０３の後端面１０３ａと可動妻型枠１０５の前面１０５ａとが面一となる。つまり、空間Ｅに充填されたコンクリートＣは、固定妻型枠１０３と可動妻型枠１０５とにより押されて保持されるのである。その際、妻型枠ジャッキ１０８により、可動妻型枠１０５を介してコンクリートＣに後方向きの力をかけることにより、コンクリートＣを強固に固化させることができる。
【００６１】
コンクリートＣが固化し、内壁面Ｇａにリング状をなすコンクリート覆工部が形成されたら、掘進を再開する。その際には、先ず妻型枠ジャッキ１０９を駆動して、ピストンロッド１１０を縮め、可動妻型枠１０５を図１３、１５に示す位置に後退させる。可動妻型枠１０５を後退させることにより、筒体１０４の打設孔１０６ａが開口されると共に、可動妻型枠１０６の前方に、コンクリートＣａを注入できる空間ｅができる。つまり、掘削の再開直後からコンクリートＣａを供給することができるのである。なお、コンクリートＣａの打設に先立ち、滑材注入管１０７より掘削機本体１１の外周面１１ａの表面に滑材を供給しておく。滑材は、打設コンクリートの固化後、トンネル掘削機が移動する際、掘削機本体１１の外周面と固化したコンクリートＣとの間の摩擦を軽減する。
【００６２】
所定距離の掘削が進んだらシールド掘削機Ａを停止し、コンクリートＣの締め固めを行なうのであるが、それに先立ち、妻型枠ジャッキ１０９を伸長駆動して、可動妻型枠１０５を図１４、１５に示す前進位置に移動し、空間ｅ内のコンクリートＣａを空間Ｅ側に押し出すと共に、空間Ｅ内のコンクリートＣに圧力を加え、コンクリートＣを締め固める。
以上の動作を繰り返すことによりトンネルを順次構築して行く。
【００６３】
この第２の実施例のものにあっては、実施例１のものと異なり、可動妻型枠１０５を駆動する駆動手段とコンクリート打設管１０６の塞止弁の開閉手段とが共用されているので、構造の簡素化が更に進められている。
【実施例３】
【００６４】
上記実施例１及び実施例２の構造は、そのままＥＣＬ工法に適用されるトンネル掘削機に適用される。つまり、掘削機本体（スキンプレート）の後部に実施例１又は２に示した覆工装置５１又は１０１を組み付けることができる。図１７には、その適用例を示す。この図は、図７に相当する図で、覆工装置５１が、スキンプレート１３の後部に設けられている。覆工装置５１は、トンネルの内壁面Ｇａと、このトンネル内壁面Ｇａと所定の間隔をあけて周方向にリング状に組み立てられた内型枠Ｓとの間にコンクリートを充填する。固定妻型枠５３の内周面には、この内周面と内型枠Ｓの外周面との間をシールするための、ステンレスなどの金属製のテールパッキン(ブラシ)１２０が全周に渡って装着される。そのほかの構成は、図４〜１１に示した実施例と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。
【図３】スリット開閉板及びバケットを表す図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】図１のトンネル掘削機の後方から見た覆工装置の全体配置図である。
【図５】図４の一部の拡大図である。
【図６】図５におけるVI−VI矢視断面図である。
【図７】状態を異にする図６と同じ個所の断面図である。
【図８】図５におけるVIII−VIII矢視断面図である。
【図９】図７の平面に沿う断面図である。
【図１０】状態を異にする図８と同じ個所の断面図である。
【図１１】図１０の平面に沿う断面図である。
【図１２】他の実施例における覆工装置の、トンネル掘削機の後方から見た部分配置図である。
【図１３】図１２中のXIII−XIII矢視断面図である。
【図１４】状態を異にする図１３と同じ箇所の断面図である。
【図１５】図１３の状態における覆工装置の平面に沿う断面図である。
【図１６】図１４の状態における覆工装置の平面に沿う断面図である。
【図１７】更に他の実施例における覆工装置の、図６と同じ状態の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１ 掘削機本体
１２ バルクヘッド
１３ スキンプレート
１６ カッタヘッド
２４ リヤグリッパ
２５ スラストジャッキ
２８ スクリューコンベヤ
５１ 覆工装置
５２ 妻型枠
５３ 固定妻型枠
５４ シリンダ孔
５５ 可動妻型枠
５７ 妻型枠ジャッキ
７１ コンクリート打設装置
７２ コンクリート打設管
７３ コンクリート打設孔
７５ コンクリート打設配管
８１ 塞止弁装置
８２ 連結管
８３ 塞止弁ジャッキ
８４ 塞止弁体
９１ コンクリート打設孔
１０１ 覆工装置
１０２ 妻型枠
１０３ 固定妻型枠
１０４ 筒体
１０５ 可動妻型枠
１０６ コンクリート打設管
１０６ａ コンクリート打設孔
１０９ 妻型枠ジャッキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、覆工装置を備えたトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大深度、大土被りにおけるトンネル施工にあっては、トンネルの掘削後すみやかに支保工を施工する必要がある。支保工の一手段としてコンクリートを掘削内面に直打ちし、必要に応じその内側に鋼製の支保工を建て込む方法がある。従って、大深度、大土被りにおけるトンネルを掘削するトンネル掘削装置にあってはコンクリートを打設する装置が必要である。
【０００３】
また、ＥＣＬ工法（Extruded Concrete Lining Method）による覆工方法を採用したトンネル掘削機として、泥土圧式シールド掘削機等が良く知られている（特許文献１参照）。これは、円筒状の掘削機本体の前面部に設けたカッタヘッドで地盤を掘削しつつ、掘進されたトンネルの内壁面を所定の間隔を空けて内型枠によって覆い、この内型枠と前記内壁面との間に適宜鉄筋を配置するなどして、直打ち（場所打ち）でコンクリートを打設し、その養生・硬化を待って覆工を行うものである。コンクリートの打設は、掘削機本体の移動方向に移動可能となっている妻型枠を通してなされるのが通常である。
【０００４】
以上のように、トンネル掘削機においては、コンクリートの打設装置を必要とするものがあるが、コンクリートを打設した場合には、打設したコンクリートを一定期間保持しておくための装置が更に必要となる。例えば、特許文献２では、リング状に組まれた可動プレートと掘削壁面との間にコンクリートを注入し、可動プレートを半径方向外側に移動してコンクリートを保持するようにしている。また、泥土圧式シールド掘削機等では、妻型枠をシリンダ駆動で駆動して打設されたコンクリートに押し付けるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１７３３８７号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
本発明は、トンネル掘削機におけるコンクリートの打設と保持をより簡素な装置で行なえるようにすることを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する第１の発明(請求項１に対応)に係るトンネル掘削機は、掘削されたトンネルの内壁面とトンネル掘削機本体の外周面又は前記内壁面に沿って組み立てられた内型枠との間に覆工材を打設して覆工を行なうトンネル掘削機において、前記トンネル掘削機本体に固定して設けられた妻型枠と、前記妻型枠に装備され、前記トンネルの内壁面と前記トンネル掘削機本体との間又は前記トンネルの内壁面と前記内型枠との間に覆工材を供給する覆工装置とを備えたことを特徴とする。なお、覆工材としては、モルタル、コンクリートなどが使われる。
【０００８】
また、上記目的を達成する第２の発明(請求項２に対応)に係るトンネル掘削機は、前記妻型枠が、前記トンネル掘削機本体に固定した固定妻型枠と、この固定妻型枠に対し前記トンネル掘削機本体の軸方向に平行な方向に移動可能な可動妻型枠とで構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する第３の発明(請求項３に対応)に係るトンネル掘削機は、第２の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の後面に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する第４の発明(請求項４に対応)に係るトンネル掘削機は、第２の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の移動経路において、前記固定妻型枠に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する第５の発明(請求項５に対応)に係るトンネル掘削機は、第４の発明に係るトンネル掘削機において、前記可動妻型枠の移動により前記覆工材吐出口が開閉されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明に係るトンネル掘削機によれば、トンネル掘削機本体に妻型枠を固定し、そこに覆工装置を装備したので、トンネル掘削機の簡略化が達成できる。覆工装置によるコンクリート、モルタルなどの覆工材の供給方向としては、例えば、トンネル掘削機の軸方向などが考えられる。
【００１３】
第２の発明に係るトンネル掘削機によれば、先に打設した覆工材が硬化した後、トンネル掘削機による掘削に伴って更に覆工材を供給する際には、可動妻型枠を固定妻型枠に対しトンネル掘削機前方に移動することにより、可動妻型枠と既設の覆工材との間に、新たな覆工材を注入するための隙間をつくることができ、覆工材の注入が可能となる。
【００１４】
第３の発明に係るトンネル掘削機によれば、可動妻型枠の後面に、覆工装置の覆工材吐出口を開口したので、可動妻型枠を移動させて形成した空間に直接覆工材を注入することができる。
【００１５】
第４の発明に係るトンネル掘削機によれば、固定妻型枠に覆工材吐出口を開口したので、構造がより簡素化される。つまり、移動する可動妻型枠に覆工材注入手段を接続する場合に比べて、覆工材を供給するホースなどの取り合いが容易かつ簡素化される。
【００１６】
第５の発明に係るトンネル掘削装置によれば、可動妻型枠の移動により、固定妻型枠に設けた覆工材の吐出口が開閉されるので、つまり可動妻型枠が塞止弁を兼ねるので、構造の簡素化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の概略断面図、図２はその正面図、図３は図２のIII−III矢視断面図、図４はトンネル掘削機の後方から見た覆工装置の配置図、図５はその一部の拡大図、図６は図５におけるVI−VI矢視断面図、図７は状態を異にする図５と同じ個所の断面図、図８は図５におけるVIII−VIII矢視断面図、図９はその平面に沿う断面図、図１０は状態を異にする図８と同じ個所の断面図、図１１はその平面に沿う断面図である。
【００１９】
本実施例のトンネル掘削機は、特に、地盤の大深度領域（４０〜５０ｍ）にトンネルを施工する際に用いられるものであり、例えば、周辺の掘削地盤が軟弱土砂層から硬質な岩盤層に変化しても、地盤掘削手段や土砂排出手段などのトンネル施工の仕様を一部変更するだけで、トンネル掘削機を交換することなく、継続してトンネルを施工可能としているものである。具体的には、一部の構成部品を変えることにより、トンネルボーリングマシンに変更することができるものである。
【００２０】
図１には、土圧式シールド掘削機の状態のトンネル掘削機を示す。土圧式シールド掘削機Ａは円筒形状の掘削機本体１１を有しており、掘削機本体１１の前部にバルクヘッド１２が設けられ、このバルクヘッド１２には支持部材１３により回転体１４が回転自在に支持されている。回転体１４には複数の連結ビーム１５によりカッタヘッド１６が連結されている。カッタヘッド１６は、掘削機本体１１の外径より若干大きく形成され、前面部に岩盤をせん断破壊するディスクカッタ１７や軟弱地盤を掘削可能なカッタビット１８が多数装着される。カッタヘッド１６には、図２に示すように土砂取込開口部（土砂取込手段）１９が形成されている。
【００２１】
回転体１４の後部には、内歯を有するリングギヤ２０が一体に固定される一方、支持部材１３に複数のカッタ旋回モータ２１が固定されており、このカッタ旋回モータ２１の駆動ギヤ２２がリングギヤ２０に噛み合っている。
【００２２】
従って、カッタ旋回モータ２１を駆動して駆動ギヤ２２を回転駆動すると、この駆動ギヤ２２が噛み合うリングギヤ２０が回転し、このリングギヤ２０と連結ビーム１５を介して連結されたカッタヘッド１６を旋回し、ディスクカッタ１７やカッタビット１８が地盤を掘削し、発生したずりを土砂取込開口部１９から掘削機本体１１の内部に取り込むことができる。
【００２３】
また、掘削機本体１１の後部には支持フレーム２３が固定されており、この支持フレーム２３は既設トンネルのほぼ中心部を後方に延出され、後端部にこの支持フレーム２３を水平状態に維持する図示しないシュージャッキが装着されている。そして、掘削機本体１１の後方にて、リヤグリッパ２４が支持フレーム２３に対して前後移動自在に設けられており、このリヤグリッパ２４は、図示はしていないが、グリッパジャッキによって既設トンネルの壁面に圧接して位置保持する一対のグリッパシューを有している。
【００２４】
そして、掘削機本体１１とこのリヤグリッパ２４との間には推進ジャッキとして、油圧の給排によって伸縮作動する複数本のスラストジャッキ２５が架設されている。従って、各スラストジャッキ２５を伸縮駆動することで、掘削機本体１１とリヤグリッパ２４と相対位置を変更することができ、また、左右のスラストジャッキ２５の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１６を有する掘削機本体１１を左右に屈曲してその掘進方向を変更することができる。
【００２５】
更に、カッタヘッド１６と掘削機本体１１のバルクヘッド１２によりチャンバ２６が形成されており、このバルクヘッド１２のほぼ中央部にはコンベヤ取付孔２７が形成されている。そして、掘削機本体１１のほぼ中央部にはスクリューコンベヤ（土砂排出手段）２８が前傾状態で配設されており、コンベヤ取付孔２７にスクリューコンベヤ２８の前端部が装着されると共に、蓋部材２９が装着されている。
【００２６】
前述したように、本実施形態のトンネル掘削機は、軟弱土砂層を掘削可能な土圧式シールド掘削機Ａから、岩盤層を掘削可能なトンネルボーリングマシンに仕様変更可能となっている。この場合、土圧式シールド掘削機Ａとトンネルボーリングマシンとでは、取り扱う掘削土砂が異なるため、地盤掘削手段として、カッタヘッド１６に形成された土砂取込開口部１９の開口量を変更可能であると共に、土砂排出手段として、チャンバ２６内に取り込まれた土砂をかき上げるバケットを出没自在としている。
【００２７】
即ち、カッタヘッド１６にて、図１乃至図３に示すように、放射状に配設されたカッタスポーク１６ａの中央部には複数のディスクカッタ１７が列設され、その両側には複数のカッタビット１８が列設されており、このカッタスポーク１６ａと面板１６ｂとの間にスリット形状をなす土砂取込開口部１９が形成されている。そして、この土砂取込開口部１９の面板１６ｂにスリット開閉板３０が支持軸３１により回動自在に装着されると共に、開閉ジャッキ３２により回動可能とされている。また、カッタヘッド１６における面板１６ｂの後部には、土砂かき上げ用バケット３３が支持軸３４により回動自在に装着されると共に、出没ジャッキ３５により出没可能となっている。
【００２８】
従って、軟弱土砂層を掘削する土圧式シールド掘削機Ａの仕様では、図３に示すように、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を後方に回動して土砂取込開口部１９の開口量（開口幅）を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を前方に回動して格納する。一方、岩盤層を掘削するトンネルボーリングマシンの仕様では、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を、図３中、二点鎖線で示すように前方に回動して土砂取込開口部１９の開口量（開口幅）を減少すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を後方に回動してチャンバ２６内に突出させる。
【００２９】
また、図１に示す状態では、掘削機本体１１内に、軟弱土砂層を掘削して発生した土砂を排出可能なスクリューコンベヤ２８が装着されているが、トンネルボーリングマシンの仕様に対応するように、スクリューコンベヤ２８に代えてベルトコンベヤが装着可能となっている。即ち、掘削機本体１１からスクリューコンベヤ２８を後方に取り外して解体すると共に、バルクヘッド１２から前述した蓋部材２９を取り外し、そして、掘削機本体１１内にベルトコンベヤを搬入して所定の位置に配設し、その前端部をコンベヤ取付孔２７を通してチャンバ２６内に挿入して固定し、ここにホッパを装着可能としている。
【００３０】
この土圧式シールド掘削機Ａは、フード部を直打ちライニングしてトンネル覆工を行なうための覆工装置５１を有している。カッタヘッド１６は、外径が掘削機本体１１の外径よりも若干大きく形成されており、掘削機本体１１の前端部にカッタヘッド１６の後部に近接して、覆工装置５１が設けられている。
【００３１】
カッタヘッド１６の後部には、スキンプレート１３が設けられている。このスキンプレート１３は、掘削機本体１１の一部をなすもので、バルクヘッド１２に取り付けられている。図４、５に示すように、スキンプレート１３の後端部には、妻型枠５２が取り付けられている。妻型枠５２は、掘削機本体１のスキンプレート１３の後端部内周面に溶接などより固定されたリング状の固定妻型枠５３と、この固定妻型枠５３に設けられた複数（本実施例では１２個）の弧状で扁平なシリンダ孔５４と、シリンダ孔５４内に、固定妻型枠５４の軸方に移動可能に挿入された弧状で扁平な可動妻型枠５５とからなる。固定妻型枠５３の内面に、円筒状の掘削機本体１１の端部が接続されている。つまり、固定妻型枠５３は、スキンプレート１３と掘削機本体１１との連結部材といえる。なお、固定妻型枠５３は、スキンプレート１３に固定されているので、通常の妻型枠と異なりスキンプレート１３との間のシールは不要であり、シール構造が簡略化される。
【００３２】
可動妻型枠５５は、シリンダ孔５４内をピストンの如く移動するようになっている。可動妻型枠５５の背面５５ａの左右二箇所には、妻型枠ジャッキ５７のロッド５７ａの先端の連結部材５８が結合されている。連結部材５８は、二つの部材５８ａと５８ｂをピン５９で結合して構成されている。妻型枠ジャッキ５７は、その後部でスキンプレート１３の内面にブラケット６０を介して支持されている。図６は、妻型枠ジャッキ５７が縮限（収縮端）にあり、可動妻型枠５５が後退位置にある状態を示す。図７は、妻型枠ジャッキ５７が伸限（伸長端）にあり、可動妻型枠５５が前進位置にある状態を示す。図７に示すように、可動妻型枠５５が前進位置に来ると、可動妻型枠５５の前面５５ｂと固定妻型枠５３の前面５３ａとが同一面となり、完全にリング状をなす面でコンクリートを押圧することができるようになっている。なお、可動妻型枠５５の外周面には、ゴム製等のシール部材６１が二つ設けられており、可動妻型枠５５と固定妻型枠５３との間からの浸水を防ぐようにしている。このシール構造は、可動妻型枠５５の周面にＯリングのようなシール材を設けるだけの、簡単なもので足りる。
【００３３】
妻型枠装置５１の可動妻型枠５５には、コンクリート打設装置７１のコンクリート打設管７２が結合されている。可動妻型枠５５における、二つの妻型枠ジャッキ５７の連結部材５８が接続する個所より内側の位置に、覆工材吐出口として、二つのコンクリート打設孔７３が可動妻型枠５５を前後に貫通して設けられ、これらのコンクリート打設孔７３にコンクリート打設管７２がそれぞれ挿入され、結合されている。コンクリート打設管７２の可動妻型枠５５への結合は、コンクリート打設管７２の外周に設けられた取付板７４を可動妻型枠５５の背面５５ａに取り付けることによりなされている。
【００３４】
前記コンクリート打設管７２は、図９〜１１図に示すように、直管部７２ａとその途中に接続する分岐管部７２ｂとからなるＹ管状に形成され、直管部７２ａの先端部分が前述の如く可動妻型枠５５に結合されている。そして、分岐管部７２ｂにはコンクリート打設配管７５が着脱自在にフランジ結合されている。コンクリート打設配管７５は、掘削機本体1１内に設置されたコンクリート供給源にパワーユニットを介して連通される。なお、図１０においては、分岐管部７２ｂの直管部７２ａとの連通部分７２ｃが表れている。
【００３５】
コンクリート打設管７２の直管部７２ａには、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとを連通し又は遮断する塞止弁装置８１が結合されている。塞止弁装置８１は、直管部７２ａの端部に接続する連結管８２と、連結管８２に接続する塞止弁ジャッキ８３と、塞止弁ジャッキ８３のピストンロッドに８３ａに結合され、連結管８２及びコンクリート打設管７２の直管部７２ａ内を移動可能な棒状の塞止弁体８４とからなる。
【００３６】
塞止弁体８４は、先端の第１パッキン８５と、第１パッキン８５に続いて設けられた第１パイプ部８６と、第１パイプ部８６に続いて設けられた第２パッキン８７と、第２パッキン８７に続いて設けられかつピストンロッド８３ａの先端部に結合されている第２パイプ８８等からなる。第１パッキン８５は、塞止弁体８４とコンクリート打設孔７２との間をシールし、第２パッキン８７は、コンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとの間、つまり連通部分７２ｃを遮断又は開く機能をなす。
【００３７】
塞止弁装置８１の連結管８２は、スキンプレート１３に設けられた支持ガイド８９により、軸方向に移動可能に支持されている。つまり、塞止弁装置８１全体が軸方向に移動可動となっているのである。塞止弁装置８１及びコンクリート打設管７２と前記妻型枠ジャッキ５７の連結部材５８とは連結され、一体となっている。つまり、妻型枠ジャッキ５７により移動される可動妻型枠５５と一緒にコンクリート打設管７２、塞止弁装置８１も移動するようになっているのである。
【００３８】
図８、９には、可動妻型枠５５と共に、コンクリート打設管７２、塞止弁装置８１が固定妻型枠５３のシリンダ孔５４内で後退している状態を示す。このとき、塞止弁ジャッキ８３は伸限（伸長端）にあり、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは第２パッキン８８により遮断されている。図１０、１１は、可動妻型枠５５と共に、コンクリート打設管７２、塞止弁装置８１がシリンダ孔５４内で前進している状態を示す。また、塞止弁ジャッキ８３は縮限（収縮端）にあり、直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは連通状態にある。
【００３９】
固定妻型枠５３における各シリンダ孔５４間には、固定妻型枠５３を貫通するコンクリート打設孔９１がそれぞれあけられている。これらのコンクリート打設孔９１にも、図８〜１１に示したのと同様のコンクリート打設管が接続されている。ただし、これらのコンクリート打設管は移動する必要がなく、固定妻型枠５３に固定されている。なお、コンクリート打設孔９１は、可動妻型枠５５側のコンクリート打設孔７３と合わせて、円周方向に均等な間隔で設けるのが望ましい。
【００４０】
なお、図１に示すように、掘削機本体１１の後端部には旋回リング９５が駆動旋回自在に支持され、この旋回リング９５に、コンクリートの打設によって形成されたコンクリート覆工部の内面に更にセメントを吹き付けて塗装する吹付装置９６が装着されると共に、このコンクリート覆工部の内周面にＨ形鋼等の支保工（またはセグメント）Ｈをリング状に組立てるエレクタ装置９７が装着されている。
【００４１】
次に、上述したトンネル掘削機によるトンネル構築作業について説明する。ここでは、軟弱土砂層でのトンネル構築作業について説明する。
図１乃至図３に示すように、作業者は機内から各種機器を遠隔操作し、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を、図３中実線で示すように後方に回動して土砂取込開口部１９を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を、図３中実線で示すように前方に回動して格納し、また、掘削機本体１１内にスクリューコンベヤ２８を装着する。
【００４２】
図１に示すように、リヤグリッパ２４を立坑又は既設のトンネルの反力受けに圧接して位置保持した状態で、カッタ旋回モータ２１によってカッタヘッド１６を駆動回転させながら、各スラストジャッキ２５を伸長し、リヤグリッパ２４を介して掘削反力を得て掘削機本体１１を前進させる。カッタヘッド１６により前方の地山が掘削され、掘削機本体１１よりも若干大きい径のトンネル(内壁面Ｇａ)が形成される。
【００４３】
そして、各スラストジャッキ２５が所定のストローク伸長することにより、カッタヘッド１６が所定長さのトンネルを掘削すると、リヤグリッパ２４による位置保持を解除して各スラストジャッキ２５を収縮し、掘削機本体１１に対してリヤグリッパ２４を前方に引き寄せる。そして、リヤグリッパ２４を既設トンネルの内壁面に位置保持し、カッタヘッド１６を回転駆動しながらスラストジャッキ２５を伸長し、掘削機本体１１を前進してカッタヘッド１６により前方の地盤を掘削する。一方、カッタヘッド１６によって掘削された土砂は大きく開口した土砂取込開口部１９を通してチャンバ２６内に取り込まれる。この軟弱土砂をチャンバ２６に充満させて切羽の安定を確保しながら、適量の土砂をスクリューコンベヤ２８によって外部に排出する。
【００４４】
このカッタヘッド１６による地盤掘削時に、その直後では、掘削機本体１１の外周面と掘削地山Ｇの内壁面Ｇａとの間の空間Ｅにコンクリートを注入して締め固めることで、コンクリート覆工を行う。
【００４５】
図７及び図１０、１１に示すように、覆工装置５１の妻型枠ジャッキ５７が伸びて、可動妻型枠５５はシリンダ孔５４の前端に位置し、可動妻型枠５５の前面５５ｂは固定妻型枠５３の前面５３ａと同一面となる。また、塞止弁装置８１の塞止弁装置のジャッキ８３は縮限位置に来、ピストンロッド８３ａと共に塞止弁体８４は後退し、コンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとは連通する。従って、コンクリート打設配管７５を経て送給されたコンクリートは、分岐管部７２ｂと直管部７２ａを通ってコンクリート打設空間Ｅに供給される。固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１に接続されているコンクリート打設管にも同様にコンクリートが送られ、コンクリート打設空間Ｅに供給される。このように、可動妻型枠５５のコンクリート打設孔７３及び固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１の両方より生コンクリートを打ち込むことにより、コンクリート打設空間Ｅ内には隅々まで生コンクリートが充填される。
【００４６】
コンクリート打設空間Ｅに充填されたコンクリートの端部は、掘削機本体１１に固定されている固定妻型枠５３と、妻型枠ジャッキ５７により伸び側に作動されている可動妻型枠５５とにより押圧され、打設されたコンクリートＣは締め固められる。勿論、固定妻型枠５３の内側は、スキンプレート１３に溶接などにより固定されているので、固定妻型枠５３とスキムプレート１３との間からコンクリートが漏れたり浸水したりすることはない。可動妻型枠５５と固定妻型枠５３との間はシール部材６１によりシールされる。
【００４７】
コンクリートの打設後、所定時間が経過すると、コンクリートが養生・硬化してトンネル構造体が構築される。
【００４８】
一部分のトンネル構造体が構築されると、掘削が再開され、それに伴ってコンクリートの打設が行なわれるが、コンクリート打設孔７３、９１の出口側には硬化したコンクリートが密着しているので、コンクリートを供給することができない。そのため、図６に示すように、妻型枠ジャッキ５７を縮める方向に作動させて、可動妻型枠５５を後退させ、可動妻型枠５５の前方に空間ｅを作る。空間ｅを作ることによりコンクリートの注入が可能となる。
【００４９】
つまり、掘削再開直後は、可動妻型枠５５に接続されているコンクリート打設管７２を通してのみコンクリートが打設されて行く。掘削が進み、固定妻型枠５３と既設のコンクリートとの間に隙間ができると、固定妻型枠５３のコンクリート打設孔９１からもコンクリートを供給することができる。
【００５０】
所定距離まで掘削が進んだらトンネル掘削機を停止し、コンクリートの養生・硬化を行うのであるが、それに先立ち、妻型枠ジャッキ５７を伸長作動し、可動妻型枠５５を図６の後退状態から図７の前進位置に移動し、空間ｅ内のコンクリートを空間Ｅ側に押し出すと共に、コンクリート打設空間Ｅ内のコンクリートに圧力を加える。コンクリート打設装置７１においても、塞止弁ジャッキ８３を伸長作動し、塞止弁体８４により直管部７２ａ内のコンクリートを前方空間Ｅに押し出す。
以上の動作を繰り返すことによりトンネルを順次構築して行く。
【００５１】
掘削を進めながらコンクリート打設空間Ｅにコンクリートを打設していく際、妻型枠が従来のもののように動かなくても何ら問題はない。掘削機本体１１の進行とコンクリートの充填量のバランスを取ることにより、スキンプレート１３に固定された妻型枠５２によりコンクリートに圧力をかけながら、適切な打設を行なうことができるからである。
【００５２】
本実施例において、妻型枠ジャッキ５７は容易に外すことができるようになっている。妻型枠ジャッキ５７の後部をブラケット６０から外し、かつロッド５８ａと５８ｂとをつないでいるピン５９を抜けば、妻型枠ジャッキ５７をスキンプレート１３及び可動妻型枠５５から分離できる。よって、妻型枠ジャッキ５７のメンテナンス等は容易となる。
【００５３】
コンクリート打設装置７１の洗浄の際には、塞止弁装置８１の塞止弁ジャッキ８３が伸び、塞止弁体８４の前進によりコンクリート打設管７２の直管部７２ａと分岐管部７２ｂとの連通が第２パッキン８７により遮断されると共に、直管部７２ａ内の残留コンクリートが塞止弁体８４の先端の第１パッキン８５により押し出される。
【００５４】
本発明は上記実施例の構造に限らず、種々の形で実施される。例えば、可動妻型枠は、本実施例では１２個設けているが、これをもっと少なく二つくらいにすることも可能である。その場合には、一つの可動妻型枠を移動させるために可動妻型枠に連結される妻型枠ジャッキの数も増え、可動妻型枠に接続されるコンクリート打設管の数も増えるが、妻型枠自体の構成は簡素化される。
【実施例２】
【００５５】
図１２〜１６には、他の実施例に係る覆工装置１０１を示す。図１２は、覆工装置１０１を後方から見た状態の部分図であり、図１３はそのトンネル掘削機の軸方向に沿う断面図、図１４は、状態を異にする図１３と同じ部分の断面図、図１５は、図１３の状態における覆工装置１０１の平面に沿う断面図、図１６は、図１４の状態における覆工装置１０１の平面に沿う断面図である。
【００５６】
スキンプレート１３の後端と掘削機本体１１の先端との間に妻型枠１０２が設けられている。妻型枠１０２は、スキンプレーと１３に固定されている環状の固定妻型枠１０３と、この固定妻型枠１０３に、円周方向に沿って設けられた多数の扁平な筒体（シリンダ）１０４と、筒体１０４内に掘削機本体１１の軸方向に移動可能に設けられた可動妻型枠１０５とからなっている。筒体１０４は、実施例１におけるシリンダ孔５４と異なり表裏面が平坦面となっている。つまり、数を増やすことにより湾曲面をなくし、製作の容易化を図っている。筒体１０４の内側面（掘削機本体１１の内側を向く面）には、覆工材吐出口としてコンクリート打設孔１０６ａがあけられ、ここにコンクリート打設管１０６が接続されている。なお、筒体１０４には、掘削機本体１１の外周面１１ａに滑材を供給するための滑材注入管１０７も接続される。
【００５７】
筒体１０４のトンネル掘削機前方側の端面は、閉止部材１０８により塞がれており、閉止部材１０８には、二本の妻型枠ジャッキ１０９が取り付けられ、そのピストンロッド１１０は、ブラケット１１１を介して可動妻型枠１０５の背面に結合されている。従って、妻型枠ジャッキ１０９の駆動によりピストンロッド１１０が伸縮することにより、可動妻型枠１０５は筒体１０４内で往復移動される。ピストンロッド１１０が縮んで可動妻型枠１０５が後退位置にあるときには、図１５に示すように、コンクリート打設孔１０６ａは開放される。ピストンロッド１１０が伸びて可動妻型枠１０５が前進位置にあるときには、図１６に示すように、コンクリート打設孔１０６ａは閉鎖される。つまり、可動妻型枠１０５は、コンクリート打設管１０６の塞止弁としても機能しているのである。
【００５８】
この実施例では、コンクリート打設管１０６を掘削機本体１１内に放射状に配するので、スキンプレート１３の内側にスペースがとれない場合などに有効である。
【００５９】
次に、この実施例に係る覆工装置１０１によるコンクリートの覆工作業について説明する。
【００６０】
掘削機本体１１の外周面１１ａと掘削地山Ｇの内壁面Ｇａとの間の空間ＥにコンクリートＣが注入された状態では、可動妻型枠１０５はその前進位置にあり、図１６に示すように、固定妻型枠１０３の後端面１０３ａと可動妻型枠１０５の前面１０５ａとが面一となる。つまり、空間Ｅに充填されたコンクリートＣは、固定妻型枠１０３と可動妻型枠１０５とにより押されて保持されるのである。その際、妻型枠ジャッキ１０８により、可動妻型枠１０５を介してコンクリートＣに後方向きの力をかけることにより、コンクリートＣを強固に固化させることができる。
【００６１】
コンクリートＣが固化し、内壁面Ｇａにリング状をなすコンクリート覆工部が形成されたら、掘進を再開する。その際には、先ず妻型枠ジャッキ１０９を駆動して、ピストンロッド１１０を縮め、可動妻型枠１０５を図１３、１５に示す位置に後退させる。可動妻型枠１０５を後退させることにより、筒体１０４の打設孔１０６ａが開口されると共に、可動妻型枠１０６の前方に、コンクリートＣａを注入できる空間ｅができる。つまり、掘削の再開直後からコンクリートＣａを供給することができるのである。なお、コンクリートＣａの打設に先立ち、滑材注入管１０７より掘削機本体１１の外周面１１ａの表面に滑材を供給しておく。滑材は、打設コンクリートの固化後、トンネル掘削機が移動する際、掘削機本体１１の外周面と固化したコンクリートＣとの間の摩擦を軽減する。
【００６２】
所定距離の掘削が進んだらシールド掘削機Ａを停止し、コンクリートＣの締め固めを行なうのであるが、それに先立ち、妻型枠ジャッキ１０９を伸長駆動して、可動妻型枠１０５を図１４、１５に示す前進位置に移動し、空間ｅ内のコンクリートＣａを空間Ｅ側に押し出すと共に、空間Ｅ内のコンクリートＣに圧力を加え、コンクリートＣを締め固める。
以上の動作を繰り返すことによりトンネルを順次構築して行く。
【００６３】
この第２の実施例のものにあっては、実施例１のものと異なり、可動妻型枠１０５を駆動する駆動手段とコンクリート打設管１０６の塞止弁の開閉手段とが共用されているので、構造の簡素化が更に進められている。
【実施例３】
【００６４】
上記実施例１及び実施例２の構造は、そのままＥＣＬ工法に適用されるトンネル掘削機に適用される。つまり、掘削機本体（スキンプレート）の後部に実施例１又は２に示した覆工装置５１又は１０１を組み付けることができる。図１７には、その適用例を示す。この図は、図７に相当する図で、覆工装置５１が、スキンプレート１３の後部に設けられている。覆工装置５１は、トンネルの内壁面Ｇａと、このトンネル内壁面Ｇａと所定の間隔をあけて周方向にリング状に組み立てられた内型枠Ｓとの間にコンクリートを充填する。固定妻型枠５３の内周面には、この内周面と内型枠Ｓの外周面との間をシールするための、ステンレスなどの金属製のテールパッキン(ブラシ)１２０が全周に渡って装着される。そのほかの構成は、図４〜１１に示した実施例と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。
【図３】スリット開閉板及びバケットを表す図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】図１のトンネル掘削機の後方から見た覆工装置の全体配置図である。
【図５】図４の一部の拡大図である。
【図６】図５におけるVI−VI矢視断面図である。
【図７】状態を異にする図６と同じ個所の断面図である。
【図８】図５におけるVIII−VIII矢視断面図である。
【図９】図７の平面に沿う断面図である。
【図１０】状態を異にする図８と同じ個所の断面図である。
【図１１】図１０の平面に沿う断面図である。
【図１２】他の実施例における覆工装置の、トンネル掘削機の後方から見た部分配置図である。
【図１３】図１２中のXIII−XIII矢視断面図である。
【図１４】状態を異にする図１３と同じ箇所の断面図である。
【図１５】図１３の状態における覆工装置の平面に沿う断面図である。
【図１６】図１４の状態における覆工装置の平面に沿う断面図である。
【図１７】更に他の実施例における覆工装置の、図６と同じ状態の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１ 掘削機本体
１２ バルクヘッド
１３ スキンプレート
１６ カッタヘッド
２４ リヤグリッパ
２５ スラストジャッキ
２８ スクリューコンベヤ
５１ 覆工装置
５２ 妻型枠
５３ 固定妻型枠
５４ シリンダ孔
５５ 可動妻型枠
５７ 妻型枠ジャッキ
７１ コンクリート打設装置
７２ コンクリート打設管
７３ コンクリート打設孔
７５ コンクリート打設配管
８１ 塞止弁装置
８２ 連結管
８３ 塞止弁ジャッキ
８４ 塞止弁体
９１ コンクリート打設孔
１０１ 覆工装置
１０２ 妻型枠
１０３ 固定妻型枠
１０４ 筒体
１０５ 可動妻型枠
１０６ コンクリート打設管
１０６ａ コンクリート打設孔
１０９ 妻型枠ジャッキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削されたトンネルの内壁面とトンネル掘削機本体の外周面又は前記内壁面に沿って組み立てられた内型枠との間に覆工材を打設して覆工を行なうトンネル掘削機において、
前記トンネル掘削機本体に固定して設けられた妻型枠と、
前記妻型枠に装備され、前記トンネルの内壁面と前記トンネル掘削機本体との間又は前記トンネルの内壁面と前記内型枠との間に覆工材を供給する覆工装置とを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記妻型枠は、前記トンネル掘削機本体に固定した固定妻型枠と、この固定妻型枠に対し前記トンネル掘削機本体の軸方向に平行な方向に移動可能な可動妻型枠とで構成されている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】
前記可動妻型枠の後面に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記可動妻型枠の移動経路において、前記固定妻型枠に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記可動妻型枠の移動により前記覆工材吐出口が開閉されることを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
【請求項１】
掘削されたトンネルの内壁面とトンネル掘削機本体の外周面又は前記内壁面に沿って組み立てられた内型枠との間に覆工材を打設して覆工を行なうトンネル掘削機において、
前記トンネル掘削機本体に固定して設けられた妻型枠と、
前記妻型枠に装備され、前記トンネルの内壁面と前記トンネル掘削機本体との間又は前記トンネルの内壁面と前記内型枠との間に覆工材を供給する覆工装置とを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記妻型枠は、前記トンネル掘削機本体に固定した固定妻型枠と、この固定妻型枠に対し前記トンネル掘削機本体の軸方向に平行な方向に移動可能な可動妻型枠とで構成されている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】
前記可動妻型枠の後面に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記可動妻型枠の移動経路において、前記固定妻型枠に、前記覆工装置の覆工材吐出口が開口されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記可動妻型枠の移動により前記覆工材吐出口が開閉されることを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−５１４３０（Ｐ２００７−５１４３０Ａ）
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２３５６１０（Ｐ２００５−２３５６１０）
【出願日】平成１７年８月１６日（２００５．８．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１日（２００７．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月１６日（２００５．８．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
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