説明

トンネル掘削装置

【課題】 比較的小断面のトンネルの掘削工事において、比較的短い時間で切羽前方の探査を可能にするトンネル掘削装置を提供する。
【解決手段】 トンネル掘削装置10は、先端に掘削ヘッド11が装着された掘削用ブーム12を有する自由断面掘削機13に対して、先端に削孔ビット14が装着された削孔機15をトンネル軸方向に移動可能なように設けたものであり、そのため、自由断面掘削機13の本体部16とトンネル内周面40との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台17を設け、この架台17に削孔機16を搭載すると共に、削孔機16を架台17に対して相対的にトンネル軸方向に移動可能かつ選択的に固定可能にした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル掘削装置に関し、さらに詳細には、比較的小断面のトンネルにおいて施工機械の入れ替えを行うことなく、切羽前方探査を行うことを可能にするトンネル掘削装置に関する。
【背景技術】
【0002】
掘削に先立ち、地山変化部や脆弱地盤等において切羽前方地盤を探査するため、穿孔機により切羽前方ボーリングを実施し、穿孔水の状況、湧水の発生状況、のみ下がり速度などを事前に確認している。このような切羽前方地盤の探査では、自由断面掘削機を一旦坑ロまで後退させてから穿孔機を切羽へ投下するか、又は自由断面掘削機の本体部上に穿孔機を載置し、この穿孔機を切削ブーム上に移動させて切羽へ投下する方法が実施されている。
【0003】
後者の方法では、例えば、特許文献1に記載されたトンネル掘削装置を使用することが可能である。これは、先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機に対して、先端に削孔ビットが装着される削孔機本体をガイド部材に沿って摺動可能に配設した削孔機の装着を可能にしたもので、このため、削孔機のガイド部材を、自由断面掘削機の掘削用ブームに形成した固定用ブラケットと、掘削用ブームの後方の掘削機本体側に形成した収納用ブラケットとの間で摺動させることにより、移動かつ選択的に固定可能に配設するトンネル掘削装置である。
【特許文献1】特許第3394518号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述の自由断面掘削機を一旦坑ロまで後退させてから穿孔機を切羽へ投下する方法では、切羽前方地盤の探査に時間が掛かり過ぎるという課題がある。また特許文献1のトンネル掘削装置を用いた場合にも、掘削用ブームに形成された固定用ブラケットと、掘削機本体に形成された収納用ブラケットとは、間隔をあけて設けられているため、これら両方のブラケット間で穿孔機を移動することは、ブームの水平移動が困難で狭い空間上で吊上げ装置を利用する必要があるため容易ではなく、穿孔機を掘削機本体側から切羽へ投下するには、やはり時間が掛かり過ぎるという課題が残される。
【0005】
本発明は、以上のような現状を鑑みて提案されたものであり、比較的小断面のトンネルの掘削工事において、比較的短い時間で切羽前方の探査を可能にするトンネル掘削装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明では、以下に記載する(1)乃至(4)の手段により上記課題が解決される。
【0007】
(1)先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機と、先端に削孔ビットが装着された削孔機とを備えるトンネル掘削装置であって、自由断面掘削機の本体部とトンネル内周面との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台が設けられ、当該架台の上でトンネル軸方向に前記削孔機が移動可能かつ選択的に固定可能にしたことを特徴とするトンネル掘削装置。
【0008】
(2)前記自由断面掘削機の本体部の両側部には第一のガイド部材が設けられ、
前記架台は、前記両側部の第一のガイド部材に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部と、当該走行部からそれぞれ立ち上げられて前記空間に設けられた複数の脚部と、当該複数の脚部上に架け渡された複数の梁部とを備えることを特徴とする前記(1)に記載のトンネル掘削装置。
【0009】
(3)第一の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記自由断面掘削機の本体部に対して固定し、他方を前記架台に対して固定し、第一の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、前記架台を第一のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである前記(2)に記載のトンネル掘削装置。
【0010】
(4)前記架台の上に第二のガイド部材が固定され、前記削孔機は当該第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動可能に形成され、第二の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記架台に対して固定し、他方を前記削孔機に対して固定し、第二の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、削孔機を第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである前記(1)に記載のトンネル掘削装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明のトンネル掘削装置は、自由断面掘削機とトンネル内周面との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台を設け、この架台に対して相対的にトンネル軸方向に移動可能なように穿孔機を設けたものであるため、穿孔機は、極めて容易に切羽近傍まで移動させたり、後方に移動させて切羽から遠ざけることが可能になった。
これにより、穿孔機による切羽前方探査のためのボーリング作業と、自由断面掘削機によるトンネル掘削作業との切替が迅速に行えるため、従来の切羽前方探査よりもサイクルタイムの短縮が可能になった。また地山変化部が突然出現した場合などに、素早く対応することが可能であると共に、狭隘部での穿孔機の移動・設置作業がなくなるため、作業の安全性も向上する。
【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説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0013】
図1乃至図3は本発明のトンネル掘削装置10の一実施形態を示す図である。
このトンネル掘削装置10は、先端に掘削ヘッド11が装着された掘削用ブーム12を有する自由断面掘削機13に対して、先端に削孔ビット14が装着された削孔機15をトンネル軸方向に移動可能なように設けたものであり、そのため、自由断面掘削機13の掘削機本体部16とトンネル内周面40との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台17を設け、この架台17に削孔機15を搭載すると共に、削孔機15を架台17に対して相対的にトンネル軸方向に移動可能かつ選択的に固定可能にした。
【0014】
ここで、自由断面掘削機13の本体部16の両側部には第一のガイド部材18がブラケット19を介して固定される。第一のガイド部材18は、架台17をトンネル軸方向に移動させるための軌道であり、これに沿って車輪を転動させることが可能なものであれば良く、例えば、図1及び図2に示したようにH形鋼をほぼ水平に延設すれば、このH形鋼の上下フランジ間、又は下方のフランジ上面を車輪が転動することができる。
【0015】
架台17は、両側部に設けられた第一のガイド部材18に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部17aと、走行部17aからそれぞれ立ち上げられた複数の脚部17bと、複数の脚部17bの上に架け渡された複数の梁部17cとから構成される。このように架台17を構成する各部材は、図2に示したように、自由断面掘削機13の本体部16とトンネル内周面40との空間に配置され、自由断面掘削機13及びトンネル内周面40の何れにも接触することなく、図1の位置と図2の位置との間で移動することが可能である。
ここで、走行部17aは、H形鋼又はI形鋼等からなる軸部材17dの複数箇所に車輪17eが設けられたものであり、これらの車輪17eが第一のガイド部材18の上下フランジ間に緩やかに嵌められ、ここを転動することにより架台17のトンネル軸方向への走行移動を可能にする。また梁部17cは、この上に削孔機15を搭載することができるものであれば良く、図2に示したように、直線状の軸部材17fと曲線状の軸部材17gとを組合せる構成にしても良い。
【0016】
自由断面掘削機13及び架台17の所定箇所には、架台17を自由断面掘削機13に対して相対的に移動させ、且つ所定位置で選択的に固定する機構として、第一の伸縮シリンダー20が設けられる。
第一の伸縮シリンダー20は、シリンダー20aとロッド20bとを有し、シリンダー20a内に装着されたロッド20bが油圧又は気体圧により外側に押し出されて伸長し、且つロッド20bがシリンダー20a内に引き込まれて縮小する。この第一の伸縮シリンダー20は、図1に示したように、シリンダー20aを自由断面掘削機13における比較的前方の所定箇所に固定する一方で、ロッド20bの先端は架台17の所定箇所に固定する。これとは逆に、シリンダー20aを架台17に、ロッド20bを自由断面掘削機13に固定することも可能である。
なお、第一の伸縮シリンダー20を構成するシリンダー20a及びロッド20bは、部分的に架台17の脚部17bの後方に位置するものであるが、図1及び図3では、第一の伸縮シリンダー20を実線にて作図し、その構成の明瞭化を図った。
【0017】
第一の伸縮シリンダー20が伸張することにより、架台17はトンネル軸方向で切羽から遠ざかる方向に移動し、ほぼ最大の長さに伸張したときに、図1のように比較的後方に配置される。逆に、第一の伸縮シリンダー20が収縮すると、架台17はトンネル軸方向で切羽に近づく方向に移動し、ほぼ最小の長さに収縮したときに、図3のように比較的前方に配置される。第一の伸縮シリンダー20の伸縮動作を停止することにより、架台17も所定位置で停止し、固定することが可能になる。
【0018】
前記削孔機15は、特に限定されるものではないが、汎用のドリルマシンに搭載されている油圧式ドリフタをそのまま転用することが可能である。すなわち、削孔機15は、先端に削孔ビット14が装着される削孔機本体15aと、この削孔機本体15aが固定される断面形状が鼓状をした軸状の摺接部材15bとを有し、図示しない油圧ユニット台車等から油圧が供給されることにより、削孔ビット14による切羽前方探査のためのボーリング作業が可能になる。
【0019】
削孔機15は、第二のガイド部材21により摺動可能に支持され、この第二のガイド部材21は、断面形状が鼓状をした摺接部材15bの下部を両側から摺動可能に挟持する挟持部21aと、この挟持部21aが取付けられて摺接部材15bと同軸方向に延びるガイド本体部21bとを備える。第二のガイド部材21はブラケット22や鋼材などの取付具23を介して架台17に固定される。
【0020】
削孔機15を架台17に対して相対的に移動させ、且つ所定位置で選択的に固定する機構としては、第二の伸縮シリンダー24が設けられる。
第二の伸縮シリンダー24は、第一の伸縮シリンダー20と同じ構成のものを使用可能であり、シリンダー24aとロッド24bとを有し、シリンダー24a内に装着されたロッド24bが油圧又は気体圧により外側に押し出されることにより伸長し、且つロッド24bがシリンダー24a内に引き込まれることにより縮小するものである。
【0021】
第二の伸縮シリンダー24は、図1に示したように、取付具25を介してシリンダー24aが第二のガイド部材21の所定箇所に固定される一方で、ロッド24bの先端はブラケット26を介して削孔機15の摺接部材15bにおける比較的後方の所定箇所に固定される。これとは逆に、シリンダー24aを削孔機15に対して固定し、ロッド24bを第二のガイド部材21の所定箇所に固定することも可能である。
なお、第二の伸縮シリンダー24を構成するシリンダー24a及びロッド24bは、部分的に取付具23の後方に位置するものであるが、図1及び図3では、第二の伸縮シリンダー24を実線にて作図し、その構成の明瞭化を図った。
【0022】
第二の伸縮シリンダー24が伸張することにより、削孔機15は、その摺接部材15bが第二のガイド部材21に沿って摺動し、トンネル軸方向に切羽から遠ざかる方向に移動し、ほぼ最大の長さに伸張したときに、図1のように比較的後方に配置される。逆に、第二の伸縮シリンダー24が収縮すると、削孔機15は、その摺接部材15bが第二のガイド部材21に沿って摺動し、トンネル軸方向で切羽に近づく方向に移動し、ほぼ最小の長さに収縮したときに、図3のように比較的前方に配置される。
【0023】
なお、先端に掘削ヘッド11が装着された掘削用ブーム12を有する自由断面掘削機13としては、慣用されている自由断面掘削機を使用することが可能であるが、これについて説明すれば、例えば、ウォーキングシュー30を有する掘削機本体部16と、この掘削機本体部16の前部に旋回及び起伏可能に装着されるとともに、先端に掘削ヘッド11が取着された掘削用ブーム12と、掘削ヘッド11によって掘削されたずりを掻き寄せる掻き寄せ機31と、掻き寄せ機31によって掻き寄せられたずりを後方の搬送車等に送るベルトコンベア32と、伸張してトンネル側壁に当接することにより掘削機本体部16を固定して掘削反力を受けるようにするサイドジャッキ33とを備えたものがある。自由断面掘削機13の掘削機本体部16には、さらに、自由断面掘削機13によって掘削されたトンネルに敷設されたレール(図示せず)に沿って走行するように高圧水ユニット台車(図示せず)や、油圧ユニット台車(図示せず)が連結される。圧水ユニット台車は、高圧水を掘削用ブーム12の掘削ヘッド11に供給するものであり、掘削ヘッド11に配設した高圧水噴出口から噴出し、粉塵を抑制するとともに、ピックを冷却し、ピックの消耗を防止する。また掘削ヘッド11の後方には、掘削ヘッド11によって掘削したずりを掻き寄せ機31側に送るスクリュー34が設けられる。
【0024】
次に、トンネル掘削装置10の作動状況について説明する。
トンネル掘削装置10において、自由断面掘削機13により切羽を掘削してトンネルを形成する際には、第一の伸縮シリンダー20を最大の長さに伸張し、架台17を図1に示した後方の位置まで移動させると共に、第二の伸縮シリンダー24も最大の長さに伸張し、削孔機15を図1に示した後方の位置まで移動させる。
詳細には、第一の伸縮シリンダー20のロッド20bが油圧又は気体圧によりシリンダー20aの内部から後方へ突き出すことにより、第一の伸縮シリンダー20は伸張し、ロッド20bの先端に固定された架台17は後方へ押す力を受けて、架台17の車輪17eが第一のガイド部材18を転動し、架台17は、自由断面掘削機13とトンネル内周面40との空間においてトンネル軸の後方へ向けて移動する。
逆に、トンネル掘削装置10において、穿孔機により切羽前方探査のためのボーリング作業を実施する際には、第一の伸縮シリンダー20を最小の長さに収縮し、架台17を図3に示した前方の位置まで移動させると共に、第二の伸縮シリンダー24も最小の長さに伸張し、削孔機15を図3に示した前方の位置まで移動させる。
詳細には、第一の伸縮シリンダー20のロッド20bが油圧又は気体圧によりシリンダー20aの内部に引き込まれることにより、第一の伸縮シリンダー20が収縮し、ロッド20bの先端に固定された架台17に前方へ引張る力を付与し、架台17の車輪17eが第一のガイド部材18に沿って転動し、架台17は、自由断面掘削機13とトンネル内周面40との空間においてトンネル軸の前方へと移動する。
【0025】
以上のようにトンネル掘削装置10において、削孔機15は、トンネル軸の前方又は後方へと極めて容易に移動させることができるものであるため、穿孔機による切羽前方探査のためのボーリング作業と、自由断面掘削機によるトンネル掘削作業との切替を迅速に行うことが可能になった。これにより、従来の切羽前方探査よりもサイクルタイムを短縮することが可能になり、また地山変化部が突然出現した場合などにも、素早く対応することが可能になると共に、狭隘部での穿孔機の移動・設置作業がなくなるため、作業の安全性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を側方から見た図であり、削孔機を後方に配置したときのものでる。
【図2】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を部分的に構成を省略し、前方から見た図である。
【図3】本発明のトンネル掘削装置の一実施形態を側方から見た図であり、削孔機を前方に配置したときのものでる。
【符号の説明】
【0027】
10 トンネル掘削装置
11 掘削ヘッド
12 掘削用ブーム
13 自由断面掘削機
14 削孔ビット
15 削孔機
16 自由断面掘削機の本体部
17 架台
17a 走行部
17b 脚部
17c 梁部
18 第一のガイド部材
20 第一の伸縮シリンダー
20a シリンダー
20b ロッド
21 第二のガイド部材
24 第二の伸縮シリンダー
24a シリンダー
24b ロッド

【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端に掘削ヘッドが装着された掘削用ブームを有する自由断面掘削機と、先端に削孔ビットが装着された削孔機とを備えるトンネル掘削装置であって、
自由断面掘削機の本体部とトンネル内周面との空間を利用してトンネル軸方向に移動可能なように架台が設けられ、当該架台の上でトンネル軸方向に前記削孔機が移動可能かつ選択的に固定可能にしたことを特徴とするトンネル掘削装置。
【請求項2】
前記自由断面掘削機の本体部の両側部には第一のガイド部材が設けられ、
前記架台は、前記両側部の第一のガイド部材に沿ってそれぞれ走行可能に形成された走行部と、当該走行部からそれぞれ立ち上げられて前記空間に設けられた複数の脚部と、当該複数の脚部上に架け渡された複数の梁部とを備えることを特徴とする請求項1に記載のトンネル掘削装置。
【請求項3】
第一の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記自由断面掘削機の本体部に対して固定し、他方を前記架台に対して固定し、第一の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、前記架台を第一のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである請求項2に記載のトンネル掘削装置。
【請求項4】
前記架台の上に第二のガイド部材が固定され、前記削孔機は当該第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動可能に形成され、第二の伸縮シリンダーを構成するシリンダーとロッドとの何れか一方を前記架台に対して固定し、他方を前記削孔機に対して固定し、第二の伸縮シリンダーを伸縮させることにより、削孔機を第二のガイド部材に沿ってトンネル軸方向に移動させるものである請求項1に記載のトンネル掘削装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−191565(P2009−191565A)
【公開日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−35580(P2008−35580)
【出願日】平成20年2月18日(2008.2.18)
【出願人】(303057365)株式会社間組 (138)
【Fターム(参考)】