説明

多連型掘進機

【課題】掘削形状が変化する場合に連結部の角度を変えて調整が可能な多連型掘進機を提供する。
【解決手段】複数の切削部12A〜12Cとその後方に延設される外殻とを備えた推進先導機1である。
そして、前記外殻は相対位置が可変である複数の筒状の外殻部13A〜13Cによって形成されるとともに、隣接する外殻部13A〜13C間の連結部15A,15Bの角度を所定の位置で固定する角度調整機構が設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の断面円形のトンネルの側部を重ねて連続して構築することによって、地中を囲繞する大断面トンネルを構築する場合などに使用される、複数のトンネルを連結した多連形状の掘削が可能な多連型掘進機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、地中に大断面トンネルを構築する方法として、特許文献1,2に開示されているように、地山を複数の小断面トンネルで囲繞して大断面トンネルの覆工部を形成した後に内部の地山を掘削する方法が知られている。
【0003】
また、特許文献3,4には、1台のシールド掘削機の前面に複数の切削部を設けた異形断面又は複数の円を一部重複させて連結した断面のシールド掘進機が開示されている。
【0004】
この特許文献3,4に開示されているシールド掘削機は、掘削前に掘削形状に合わせて工場などで組み立てられるものである。
【0005】
そして、このような横長のシールド掘削機を使用することで、円形断面のシールド掘削機で単円形の小断面トンネルを重ねて構築する場合に比べて、1/2又は1/3の掘進回数で大断面トンネルを構築することができる。
【特許文献1】特開2000−310100号公報
【特許文献2】特許第3150661号公報
【特許文献3】特開2000−204878号公報
【特許文献4】特開2003−321995号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、前記した従来のシールド掘削機は、製作時に設定した形状のトンネルを掘削することしかできないため、覆工部の曲率が部分的に変化する大断面トンネルを構築することが難しい。
【0007】
また、従来のシールド掘削機は矩形状に組み立てられることが多いので、大断面トンネルの覆工部も直線を繋げた多角形状に形成されることになり、滑らかな円形や楕円形の覆工部を構築することが難しい。
【0008】
さらに、多角形の角部が隣接するトンネルとの接合部となる場合は、接触面積が少なくなるので先行して構築されたトンネルに近接させてシールド掘削機を掘進させることが難しくなるとともに、掘削精度が低下すると角部に隙間ができて構造的な弱部となるおそれがある。
【0009】
そこで、本発明は、掘削形状が変化する場合に連結部の角度を変えて調整が可能な多連型掘進機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記目的を達成するために、複数の切削部とその後方に延設される外殻とを備えた多連型掘進機であって、前記外殻は相対位置が可変である複数の筒状の外殻部によって形成されるとともに、隣接する外殻部間の連結部の角度を所定の位置で固定する角度調整機構が設けられている多連型掘進機であることを特徴とする。
【0011】
ここで、前記連結部には隣接する外殻部との相対位置を変化させる可動機構を設けることが好ましい。
【0012】
また、隣接する前記外殻部の一方には円筒状周面が形成され、他方には前記円筒状周面に合致する凹形切欠面が形成されており、前記円筒状周面に前記凹形切欠面を合致させるとともに前記円筒状周面に沿って隣接する外殻部間の連結部の角度を調整するように構成することができる。
【発明の効果】
【0013】
このように構成された本発明の多連型掘進機は、相対位置が可変である複数の外殻部を備え、その外殻部間の連結部の角度を所定の位置で固定する角度調整機構が設けられている。
【0014】
このため、立坑の内部などであっても、連結部の角度を変更した後に角度調整機構によって固定して多連型掘進機の掘削断面形状を変えることができる。
【0015】
また、連結部に可動機構を設けることによって、この可動機構を作動させることで容易に連結部の角度を調整することができる。
【0016】
さらに、円筒状周面と凹形切欠面を合致させて連結部を形成すれば、一方の外殻部の円筒状周面に沿って他方の外殻部を移動させればよいので、円筒状周面がガイドになって正確な位置に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0018】
図1は、本実施の形態の多連型掘進機としての推進先導機1の概略構成を示した斜視図である。
【0019】
この推進先導機1の後方に、図2に示すような切欠円筒函体32や円筒函体33を3体並べて押し出して小断面トンネルを構築した後に、その小断面トンネルに沿って再び推進先導機1を掘進させることを繰り返すことで、断面視略楕円形の大断面トンネル3が形成される。
【0020】
まず、本実施の形態の推進先導機1の構成について説明する。
【0021】
この推進先導機1は、単体円筒形の中央掘削機11Aの両側に、円筒形の一部が切り欠かれた切欠円筒形状の側方掘削機11B,11Cが備えられている。
【0022】
これらの掘削機11A〜11Cは、それぞれ切削部12A〜12Cと、その切削部12A〜12Cを駆動させる回転軸14A〜14Cと、その回転軸14A〜14Cを収容して切削部12A〜12Cの後方に延設される外殻部13A〜13Cとを有している。
【0023】
例えば、中央掘削機11Aの切削部12Aは、フィッシュテール122を中心とするリング状の外縁部123の内側に十字形にスポーク124が配置され、そのスポーク124の前面には複数のカッタビット121,・・・が取り付けられることによって構成されている。
【0024】
そして、このフィッシュテール122の背面側に回転軸14Aの端部が接続され、その回転軸14Aを中心とした円筒形状に鋼製の円筒外殻部13Aが形成されている。
【0025】
また、側方掘削機11B,11Cにも、上記中央掘削機11Aと同様の構成を有する切削部12B,12Cと回転軸14B,14Cとが備えられ、その回転軸14B,14Cを中心とした切欠円筒外殻部13B,13Cが形成されている。
【0026】
この切欠円筒外殻部13B,13Cは、円筒状周面部分と、円筒の一部が切り欠かれて円筒状周面と同じ曲率で窪ませた凹形切欠面132とによって形成される断面視欠円形の外殻部である。
【0027】
この凹形欠円面132は、隣接する円筒外殻部13Aの円筒状周面131に合致する形状であり、中央掘削機11Aと側方掘削機11B,11Cの連結部15A,15Bでは凹形欠円面132と円筒状周面131とが対面することになる。
【0028】
また、中央掘削機11Aと側方掘削機11B,11Cとは、図1に示すように中央掘削機11Aの軸方向で前後するように配置されており、切削部12A〜12C同士が干渉し合わないように構成されている。
【0029】
また、連結部15A,15Bには、中央掘削機11Aと側方掘削機11B,11Cとの相対位置を固定するために角度調整機構としてのロックピン21やロック孔22が設けられている。
【0030】
すなわち、本実施の形態の推進先導機1には、隣接する外殻部13A〜13C間の連結部15A,15Bの角度を所定の位置で固定する角度調整機構が設けられており、予め外殻部13A〜13Cの所定の位置に設けられたロック孔22にロックピン21を挿入することで、掘削機11A〜11C間の連結部15A,15Bを所定の角度で固定することができる。
【0031】
なお、未使用時のロック孔22には栓体(図示せず)を設置して閉塞し、ロックピン21を挿入する際にもゴムパッキンなどによって止水をおこなう。
【0032】
次に、連結部15A,15Bの角度を変える際の可動機構4の詳細について、図3,4を参照しながら説明する。
【0033】
なお、以下では中央掘削機11Aと正面視左側の側方掘削機11Bとの関係で連結部15Aに設けられる可動機構4について説明するが、中央掘削機11Aと側方掘削機11Cとの連結部15Bにも同様の可動機構4が設けられる。
【0034】
この連結部15Aに設けられる可動機構4には、切欠円筒外殻部13Bの凹形切欠面132の断面視略中央に設けられたスリット(図示せず)から歯部が突出する円盤形ギア42が設けられている。
【0035】
この円盤形ギア42は、図4(a)に示すように側方掘削機11Bの軸方向に間隔をおいて2体配置され、この2体の円盤形ギア42,42の間に配置された駆動モータ41に接続されている。
【0036】
また、この円盤形ギア42,42に噛合するような円弧形ギア43,43が、円筒外殻部13Aの円筒状周面131に沿って配置されている。
【0037】
一方、円弧形ギア43,43よりも円筒外殻部13Aの軸方向外側に、円筒状周面131に沿って円弧状の溝部44,44が形成されている。
【0038】
この溝部44は、図4(b)(図4(a)のA−A線断面図)に示すように、切欠円筒外殻部13Bに向けて開口された幅の狭い開口部441とそこに連通される拡幅された内空部442とによって断面視略凹形に形成されている。
【0039】
この内空部442には、車輪45,45が配置され、その車輪45,45に連結された連結具46は側方掘削機11B内まで延出されている。
【0040】
また、この連結具46の端部に連結させるコ字型の伝達部461はジャッキ47,47を縮めた状態で取り付け、ジャッキ47,47を伸ばしてその先端と伝達部461の端面を連結することによって、円筒外殻部13Aと切欠円筒外殻部13Bとの間隔を適正な間隔に調整することができる。
【0041】
次に、図2に示すような大断面トンネル3の構築方法を説明するとともに、この実施の形態の作用について説明する。
【0042】
まず、図示しない立坑の内部から先行函体31用の推進機(図示せず)を発進させて先導トンネルを構築する。
【0043】
そして、この先導トンネルに設置した先行函体31に沿って本実施の形態の推進先導機1を立坑から発進させる。
【0044】
この推進先導機1は、立坑内部から推進ジャッキ(図示せず)によって地中に押し出すことによって掘進させる。また、この推進先導機1を発進させた立坑内部には、3体の単位長さの切欠円筒函体32,32,32を搬入し、横に並べて推進先導機1の外形に合わせて連結し、推進先導機1の後端に当接させる。
【0045】
この状態で切欠円筒函体32,32,32の後端を推進ジャッキで押し出せば、推進先導機1がさらに地中に押し出されることになる。
【0046】
このように切欠円筒函体32,32,32の接続と推進ジャッキによる押し出しを繰り返して、推進先導機1を到達立坑(図示せず)まで到達させるとともにその後方に切欠円筒函体32,・・・によって形成される3本のトンネルを構築する。
【0047】
この推進先導機1は、到達立坑の内部で反転させて発進立坑方向に前面を向けて次の掘削に再度使用する。
【0048】
ここで、図2に示すように断面視略楕円形の大断面トンネル3の覆工部30は、位置によって曲率が異なっているため、推進先導機1の連結部15A,15Bの角度を可動機構4と角度調整機構とによって変化させて固定することで掘削形状の調整をおこなう。
【0049】
例えば、頂上の先行函体31に沿って掘進させる際は、覆工部30の曲率が小さいので掘削機11A〜11Cを横並びさせた先導推進機1を傾けて発進させればよい(図3(a)参照)。
【0050】
そして、その次の断面を掘削する前に、立坑の内部で可動機構4を動かすことによって側方掘削機11Bの中央掘削機11Aに対する相対位置を変化させる(図3(b)参照)。
【0051】
この可動機構4による動作を説明すると、まず駆動モータ41を駆動させると円盤形ギア42が回転し、その円盤形ギア42に噛合した円弧形ギア43に沿って円盤形ギア42が上昇することによって、円盤形ギア42が固定された側方掘削機11BがR方向に上昇する。
【0052】
この際、側方掘削機11B側に一端が係留された連結具46の先端に設けられた車輪45が、中央掘削機11Aの溝部44内を走行することで移動時のガイドとすることができる。また、連結具46によって中央掘削機11Aと側方掘削機11Bは連結されているので、移動時に両者が離隔してしまうことはない。
【0053】
このようにして所望する角度に連結部15Aの角度を設定した後に円筒状周面131と凹形切欠面132に設けたロック孔22にロックピン21を挿入し、中央掘削機11Aと側方掘削機11Bの相対位置を所望する角度で固定する。
【0054】
また、連結部15A,15B、溝部44、円弧形ギア43などに対しては、止水処理をおこなって掘進中に地下水や土砂が推進先導機1の内部に侵入しないようにする。
【0055】
そして、このように連結部15A,15Bの角度を調整した推進先導機1を立坑から発進させ、その後方に追従させた切欠円筒函体32、円筒函体33によって形成される小断面トンネルの構築を繰り返すことによって、図2に示すような地中を囲繞する大断面トンネル3の覆工部30を構築する。
【0056】
なお、2台の推進先導機1,1を先行函体31の両側から発進させることで1台の推進先導機1で覆工部30を構築する場合に比べて工期を短縮することができる。さらに、3台以上の推進先導機1,・・・を使用する場合は、先導トンネルの数を増やして推進先導機1,・・・が発進できる箇所を増やせばよい。
【0057】
また、この大断面トンネル3の端部には、立坑などによって閉塞壁34を構築し、この閉塞壁34には本線トンネル35やランプトンネル36を接続する。
【0058】
このように構成された本実施の形態の推進先導機1は、相対位置が可変である複数の外殻部13A〜13Cを備え、その外殻部間の連結部15A,15Bの角度を所定の位置で固定するロックピン21やロック孔22などの角度調整機構が設けられている。
【0059】
このため、立坑の内部などであっても、連結部15A,15Bの角度を変更した後に角度調整機構によって固定して推進先導機1の掘削断面形状を容易に変えることができる。
【0060】
また、可動機構4を作動させることによって容易に連結部15A,15Bの角度を変化させることができる。
【0061】
さらに、中央掘削機11Aの円筒外殻部13Aの円筒状周面131に沿って側方掘削機11B,11Cの切欠円筒外殻部13B,13Cを移動させればよいので、円筒状周面131がガイドになって正確な位置に移動させることができる。
【0062】
そして、本実施の形態のような推進工法であれば、推進先導機1の内部でセグメントを組み立てることがないので、可動機構4を設けても障害になることはない。
【0063】
また、このような多連型の推進先導機1によって複数の小トンネルを一度に掘削できるようになれば、推進先導機1の掘進回数を大幅に削減して工期を短縮することができる。
【実施例1】
【0064】
以下、前記した実施の形態の実施例1について説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【0065】
前記実施の形態では、図2に示すような断面視略楕円形の大断面トンネル3を構築する場合について説明したが、この実施例1では図5(a)、(b)に示すような断面視略馬蹄形又は断面視略四角形の大断面トンネルを構築する場合について説明する。
【0066】
まず、図5(a)に示した断面視略馬蹄形の馬蹄形トンネル3Aは、頂点付近と脚部付近と底面付近とで曲率又は角度が違っている。
【0067】
このため、頂点付近を掘進させるときの推進先導機1Aと、側面を掘進させるときの推進先導機1Bと、脚部付近を掘進させるときの推進先導機1Cと、底面付近を掘進させるときの推進先導機1Dとでは、連結部15A,15Bの角度を変えて掘削形状を変化させる必要がある。
【0068】
また、図5(b)に示した断面視略長方形の矩形トンネル3Bでは、上辺及び下辺を掘進させる推進先導機1E,1Gは掘削機11A〜11Cが水平方向に並ぶように連結部15A,15Bの角度を調整し、角部を掘進させる推進先導機1F,1Hは中央掘削機11Aを中心に直角が形成されるように連結部15A,15Bの角度を調整することで角部と辺部とで異なる掘削形状となるように調整している。
【0069】
このように位置によって曲率や角度が異なる場合であっても、立坑内で可動機構4を作動させて連結部15A,15Bの角度を変更して角度調整機構で固定するようにすれば、一台の推進先導機1で所望する様々な掘削形状の掘削をおこなうことができる。
【0070】
また、角部や曲率が大きく変化する箇所を一台の推進先導機1によって構築することができるので、角部等に隙間が開くことがなく、構造的に優れた大断面トンネルを構築することができる。
【0071】
さらに、掘削精度を向上させることができるので、余分な掘削や余掘りによって形成される空洞の充填作業などが減って工事費を削減することができる。
【0072】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。
【実施例2】
【0073】
以下、実施例2について説明する。なお、前記実施の形態又は実施例1で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。
【0074】
前記実施の形態では、略円筒形の掘削機11A〜11Cを3連にした推進先導機1について説明したが、この実施例2では略四角筒形状の掘削機を二連結した多連型掘進機としての二連推進機50について説明する。
【0075】
この二連推進機50は、図6に示すように、断面視略矩形で側部に半円形の凸部を有する凸側掘削機51Aと、同じく断面視略矩形で側部に半円形の凹部を有する凹側掘削機51Bとを、凹部と凸部を合致させることによって連結させている。
【0076】
この凸側掘削機51Aは、前面に切削部52Aを備えるとともに、その後方に凸型外殻部53Aが延設されている。
【0077】
この切削部52Aには、凸部を含めた円形掘削をおこなう中央カッタ521と、中央カッタ521で掘削できない側部の掘削をおこなうサブカッタ523,523とが備えられている。
【0078】
さらに、中央カッタ521及びサブカッタ523,523には、中央カッタ521やサブカッタ523,523では掘削できない部分を掘削する伸縮式のコピーカッタ522,・・・が備えられている。なお、図6ではカッタビットなどの詳細は省略されている。
【0079】
また、凹側掘削機51Bは、前面に切削部52Bを備えるとともに、その後方に凹型外殻部53Bが延設されている。
【0080】
この切削部52Bは、円形掘削をおこなうカッタであって、凸側掘削機51Aの中央カッタ521では掘削できない部分を掘削する伸縮式のコピーカッタ522,・・・が備えられている。
【0081】
そして、凸側掘削機51Aと凹側掘削機51Bとは、凸部と凹部で合致するように連結されており、その連結部55にはリップシールなどのシール材551,551が取り付けられている。
【0082】
また、この凹側掘削機51Bは、図6の2点鎖線に示すように凸側掘削機51Aの円筒状周面に沿って移動して連結部55の角度を変更できるように構成されている。
【0083】
この連結部55の角度を変更する構成は色々と考えられるが、例えば図7に示すような可動機構54とすることができる。
【0084】
この可動機構54は、回転ピン542で支持された連結材543と、その上下に配置される伸縮ジャッキ541A,541Bと、その伸縮ジャッキ541A,541Bの先端を当接させる反力材545とを備えている。
【0085】
すなわち、二連推進機50の凸型外殻部53Aの内部には、凹型外殻部53B方向に伸縮する伸縮ジャッキ541A,541Bが上部と下部に配置されている。
【0086】
また、凸型外殻部53Aと凹型外殻部53Bは、凸型外殻部53Aに回転ピン542によって支持された連結材543によって連結されている。なお、この連結材543は、支持材544によって凹型外殻部53Bの内部に固定されている。
【0087】
さらに伸縮ジャッキ541A,541Bの先端が当接する凹型外殻部53Bの内部には、反力材545,545が配置されている。
【0088】
このように構成された二連推進機50は、上部の伸縮ジャッキ541Aを伸長し、下部の伸縮ジャッキ541Bを縮めると、凹型外殻部53Bが回転ピン542を中心に回動して下がることになる。
【0089】
このようにして調整される連結部55の角度は、伸縮ジャッキ541A,541Bの伸縮量によって所望する角度に調整することが容易にできる。
【0090】
また、二連推進機50は、連結数が最小の二連であるため、立坑内においても取り扱い易く施工性に優れている。
【0091】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は実施例1と略同様であるので説明を省略する。
【0092】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0093】
例えば、前記実施の形態で説明した大断面トンネル3の覆工部30の構築方法と同様な方法によって、隣接するトンネル間にアーチ形のフード状隔壁を設けることができる。
【0094】
また、前記実施の形態では3つの円を重複させた三連の多連型掘進機について説明したが、これに限定されるものではなく、四連以上の組み合わせの多連型掘進機であってもよい。
【0095】
また、前記実施の形態では、切削部12A〜12Cの位置をトンネル軸方向の前後にずらすことによって回転時の干渉を避けたが、これに限定されるものではなく、複数の切削部を同一面内に並べて、スポークの長さを調整したり、切削部の動きを揺動にしたり、同期させたりして互いに干渉し合わないように構成することができる。
【0096】
さらに、前記実施の形態及び実施例では、回転軸14A〜14Cによって回転する切削部12A〜12Cについて説明したが、これに限定されるものではなく、切削部が一回転するのではなく揺動するような構造であってもよい。
【0097】
また、前記実施の形態では、角度調整機構としてロックピン21とロック孔22について説明したが、これに限定されるものではなく、可動機構4,54によって移動させた後にこの可動機構4,54をロックさせて所定の角度に固定させる機構であってもよい。
【0098】
さらに、前記実施の形態では、可動機構4によって掘削機11A〜11Cを移動させたが、これに限定されるものではなく、立坑の内部でクレーンやジャッキを使用して掘削機11A〜11Cを所定の位置まで移動させ、ロックピン21などの角度調整機構によって連結部15A,15Bの角度を固定する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0099】
【図1】本発明の最良の実施の形態の推進先導機の概略構成を説明する斜視図である。
【図2】大断面トンネルの概略構成を説明する断面図である。
【図3】推進先導機の連結部の角度を変化させる工程を説明する説明図である。
【図4】連結部に設けられた可動機構の詳細を説明する図であって、(a)は推進先導機の一部切断平面図、(b)は(a)のA−A線方向の断面図である。
【図5】実施例1の大断面トンネルの概略構成を説明する断面図である。
【図6】実施例2の二連推進機の概略構成を説明する正面図である。
【図7】二連推進機の連結部の角度を変化させる可動機構の概略構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【0100】
1 推進先導機(多連型掘進機)
11A 中央掘削機
11B,11C 側方掘削機
12A〜12C 切削部
13A 円筒外殻部(外殻部)
13B,13C 切欠円筒外殻部(外殻部)
131 円筒状周面
132 凹形切欠面
15A,15B 連結部
21 ロックピン(角度調整機構)
22 ロック孔(角度調整機構)
4 可動機構
50 二連推進機(多連型掘進機)
51A 凸側掘削機
51B 凹側掘削機
52A,52B 切削部
53A 凸型外殻部(外殻部)
53B 凹型外殻部(外殻部)
54 可動機構
55 連結部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の切削部とその後方に延設される外殻とを備えた多連型掘進機であって、
前記外殻は相対位置が可変である複数の筒状の外殻部によって形成されるとともに、隣接する外殻部間の連結部の角度を所定の位置で固定する角度調整機構が設けられていることを特徴とする多連型掘進機。
【請求項2】
前記連結部には隣接する外殻部との相対位置を変化させる可動機構が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の多連型掘進機。
【請求項3】
隣接する前記外殻部の一方には円筒状周面が形成され、他方には前記円筒状周面に合致する凹形切欠面が形成されており、前記円筒状周面に前記凹形切欠面を合致させるとともに前記円筒状周面に沿って隣接する外殻部間の連結部の角度を調整することを特徴とする請求項1又は2に記載の多連型掘進機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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