JP4033710B2 - Tunnel drilling equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は地上側から所定深さまで立坑を掘削したのち、この立坑の底部から横坑を連続的に掘削する場合など、屈曲部を有する坑の連続掘削に適したトンネル掘削装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、岩盤トンネル掘削機(TBM)を用いて水平坑や斜坑を掘削することが行われているが、このトンネル掘削機によって立坑を地上側から所定深さまで切り下げ掘削したのち、該立坑の底部から横坑を連続的に掘削する等、任意の角度の屈曲部を有するトンネルを連続的に掘削することは、トンネル掘削機の向きを急角度で任意の方向に変更することが困難であるため行われていない。
【0003】
一方、岩盤トンネルではなく、土砂トンネルで使用されるシールド掘削機の場合、立坑と横坑とを一台の掘削機によって連続掘削する方法として、例えば、特開平3−183895号公報に記載されているように、推進ジャッキを備えた立坑用シールドフレームの前端開口部にシールド掘進機を旋回動自在に支持させると共にこのシールド掘進機のスキンプレートの前端外周面から上記立坑用シールドフレームの後端に至る外周面に鞘管を着脱自在に被せてなる掘削装置を使用して、まず、鞘管によりシールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持した状態で掘削壁面を覆工したセグメントに反力をとって推進ジャッキを伸長させることにより立坑を掘進し、所定の深さにまで掘削したのち、シールド掘削機を水平方向に旋回させて横坑を掘削することが行われている。
【0004】
この際、シールド掘削機を垂直状態から水平方向に旋回させるには、まず、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持させている上記鞘管を地上に設置しておいた複数台のウインチを駆動することによりワイヤを介して地上に引き上げ、しかるのち、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させることにより、シールド掘削機を水平方向に向けている。次いで、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような立坑と横坑との掘削装置によれば、立坑を掘進する時には、シールド掘進機が自重によって常にそのカッタヘッドを切羽に圧着させているために、岩盤トンネルに適用すれば、岩質に応じた効率のよい掘削が行えないばかりでなく、カッタヘッドの掘削ビットに過大な圧力が作用して掘削ビットが短時間で破損する虞れがある。
【0006】
仮に、岩盤トンネルに適用できたとしても、立坑の掘削後、掘削装置を水平状態に向ける際に、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持している鞘管を撤去しなければならず、この鞘管は掘削壁面に摺接してために、地上に設置した複数台のウインチを駆動してワイヤを介して引き上げようとしても、掘削壁面に係止して引き上げが円滑に行うことができず、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。
【0007】
その上、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させても、一度ではシールド掘削機を90度、旋回させることができないために、数本の旋回用ジャッキの盛り替えを必要とする。また、シールド掘削機を水平方向に向けた後には、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設しているために、カッタヘッド以外は立坑の掘削時と殆ど異なった横坑掘削用のシールド掘削機に改造しなければならず、作業能率が低下して立坑から横坑の掘削作業に長期の施工期間を要するという問題点があった。また、再度急角度に旋回する場合には、上記した鞘管や旋回ジャッキ、球状壁の再装着が必要であり、事実上困難である。
【0008】
以上のことから、岩盤トンネルでは使用できるものにはならず、このため、岩盤トンネルで屈曲部を施工する際は、一旦、掘削機と後続台車等を坑外に取り出し、削岩機等を用いてトンネル先端部(切羽)を拡大掘削したのち、掘削機と後続台車を再度坑内に搬入し、掘削機の向きを所望方向に変えて再掘進する手段しかなく、この場合、多大な労力と期間が必要で非常に困難なものとなっていた。
【0009】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、グリッパ式の岩盤トンネル掘削機(TBM)を使用して屈曲部を有する坑を連続的に能率よく掘削することができるトンネル掘削装置を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削装置は、先端にカッタヘッドを回転自在に配設している掘削機本体の外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパを装着すると共に、これらのグリッパにおける掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着した構造を有している。
【0011】
さらに、このように構成したトンネル掘削装置において、上記掘削機本体の外周四方に掘削機本体の長さ方向に平行な固定台板を固着し、これらの固定台板上にジャッキの支持台を取付けてこの支持台上に複数本のジャッキを介してグリッパを装着していると共に、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパを支持している上記支持台の中心部を固定台板に回動自在に枢着し、さらに、支持台を回動駆動機構によって回動させるように構成している。
【0012】
請求項2に係る発明は、上記各ジャッキの支持台とグリッパ間を連結している複数本のジャッキとして、支持台から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成していることを特徴とする。
【0013】
【作用】
掘削機本体の四方に配設しているグリッパを坑、例えば、立坑の掘削壁面に押し付けて掘削機本体を掘削壁面に支持させながら、下方に推進させることにより立坑を掘進する。この際、掘削機本体とグリッパ間を連結している複数本のジャッキによって掘削壁面に対する掘削機本体の支持力を調整しながら別なジャッキによって掘削機本体を推進させてもよいが、上記複数本のジャッキとして、掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成しておくことにより、突っ張り用傾斜ジャッキによりグリッパを掘削壁面に所定の押圧力でもって押し付けた状態で推進用ジャッキにより掘削機本体を推進させることができる。
【0014】
こうして一定の深さまで立坑を掘削したのち、該立坑に対して所定の角度、例えば、直角方向に指向する横坑を掘削する際に、まず、四方に配設している上記グリッパのうち、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパを立坑の掘削壁面に圧着させた状態で、他方の一組のグリッパを収縮させ、しかるのち、掘削壁面に圧着している上記一組のグリッパを支点として掘削機本体を垂直状態から水平状態となるまで回動させる。この際、掘削機本体のカッタヘッドを回転させて立坑の底部壁面を削りながら向きを変えていくものであるが、この掘削機本体の回動は、掘削壁面に圧着させている上記一組のグリッパに対して掘削機本体をラックとピニオン等の適宜な回動駆動機構によって行われる。
【0015】
掘削機本体が水平方向に向きを変えると、収縮させておいた他方の一組のグリッパが掘削機本体と一体的にその向きを変えてその凸円弧状に湾曲している外面が横坑の掘削壁面に圧着可能な状態になるが、立坑の掘削壁面に圧着している一方の一組のグリッパは、掘削機本体が水平方向に向きを変えても立坑の掘削に適した形態を維持しているので、それまで収縮させておいた他方の一組のグリッパを伸長させて掘削壁面に圧着させたのち、一方の一組のグリッパを収縮させると共にこれらのグリッパを適宜な回動駆動機構によって90度、回動させてその凸円弧状に湾曲した外面を横坑の掘削壁面に圧着可能な状態にする。しかるのち、上記立坑の掘進時と同様に、掘削機本体を推進させて横坑を掘進する。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図1は立坑Bを掘削しているトンネル掘削機Aの簡略縦断正面図、図2はそのグリッパ部分の横断面図であって、掘削機本体1は、一定長さを有する角筒状胴体1aの長さ方向の中間部外周面に内周面を円形面に形成している矩形枠体1bを一体に固着してなり、この矩形枠体1bの外周四方、即ち、矩形枠体1bにおける掘削機本体1の長さ方向に平行な四方の平坦な面に複数本のジャッキ3A、3Bによってそれぞれ径方向に伸縮するグリッパ2を配設していると共に角筒状胴体1aの先端(下端)側にカッタヘッド4を回転自在に配設している。
【0017】
掘削機本体1における上記矩形枠体1bの外周四方に配設しているグリッパ2において、掘削機本体1の直径方向に対向する一方の一組のグリッパ2A、2Aは、掘削機本体1の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着されてあり、掘削機本体1の直径方向に対向する他方の一組のグリッパ2B、2Bは、上記一方の一組のグリッパ2A、2Aと同様に、掘削機本体1の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着しておいてもよいが、図においては、矩形枠体1bの互いに平行な面にそれぞれ回動不能に装着されている。
【0018】
掘削機本体1の矩形枠体1bに対するこれらのグリッパ2A、2Bの取付構造をさらに詳しく説明すると、矩形枠体1bの外周四方の上記平坦な面に、図2に示すように固定台板5を固着し、互いに平行な二組の固定台板5、5における一方の一組の固定台板5、5上に支持台6A、6Aを重ね合わせてその中心部を固定台板5、5の中心に突設している支軸7に回動自在に枢着する一方、他方の一組の固定台板5、5上に支持台6B、6Bを固定し、これらの回動支持台6A、6Aと固定支持台6B、6Bにそれぞれ上記複数本のジャッキ3A、3Bの基端部を前後方向(掘削機本体1の長さ方向)に回動自在に連結すると共にそのロッド先端部をグリッパ2A、2Bの内面に回動自在に連結してなるものである。
【0019】
なお、上記回動支持台6A、6Aの回動駆動機構8としては、矩形枠体1b側と回動支持台6A間をジャッキによって連結して該ジャッキの作動により回動支持台6Aを回動させるように構成してもよいし、或いは、掘削壁面tと回動支持台6A間をジャッキによって斜め方向に連結して掘削壁面に反力をとりながらジャッキの作動により回転支持台6Aを回動させるように構成してもよいが、図においては、矩形枠体1b上に回動用モータ8aを設置し、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bを回動支持材6Aに上記支軸7を中心として一体に設けている円形ラック8cに噛合させて回動用モータ8aの駆動により回動支持材6Aを上記支軸7回りに回動させるように構成している。また、回動支持台6Aは通常は、ボルト(図示せず)によって固定台板5に回動不能に固定されていて、グリッパ2A、2Aの凸円弧状湾曲外面2aを掘削壁面tの周方向に向けた状態に保持している。
【0020】
さらに、グリッパ2A、2Bと支持台6A、6B間を連結している上記ジャッキ3A、3Bは、支持台6A、6Bからグリッパ2A、2Bに向かって掘削機本体1の後方(図においては上方)側に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aと、支持台6A、6Bからグリッパ2A、2Bに向かって掘削機本体1の前方(図においては下方)側に傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bとからなり、支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bの伸長によりグリッパ2A、2Bを掘削壁面tに圧着させて掘削機本体1が必要以上に下動するのを阻止すると共に支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aの伸長により掘削機本体1を掘進させるように構成している。
【0021】
なお、グリッパ2A、2Bはその外周面を掘削壁面tの周方向に凸円弧状に湾曲した湾曲面2a、2bに形成して掘削壁面tに全面的に圧着させるように構成していると共に、回動支持台6A、6A上に装着しているグリッパ2A、2Aは、掘削機本体1を垂直状態から水平状態にまで回動させる際に、カッタヘッド4との衝突を避けるために、掘削機本体1が向きを変える側(図においては一側部)の一部を取外し可能な干渉部2'に形成している。
【0022】
また、上記カッタヘッド4は、その回転中心部41から外周端に向かって後方(上方)に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていると共に掘削面に多数のローラビット42を突設してあり、さらに、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部43を設けていると共にこのズリ取込み開口部43の回転方向に面している側端縁に、掘削ズリを機内に取り込むためのスクレーパ44を取付けている。
【0023】
さらに、カッタヘッド4の外周端に内径方向に向かってアーム部材45を突設してこれらのアーム部材45の内端にリング部材46を一体に固着し、該リング部材46を掘削機本体1の上記矩形枠体1bの円形内周面における下端部(先端部)に回転自在に支持させていると共に、このリング部材46の内周面に設けている内歯ギヤ47に、矩形枠体1b上に設置している駆動用モータ9の回転軸に固着した外歯ギヤ9aを噛合させてモータ9の駆動によりカッタヘッド4を回転させるように構成している。
【0024】
このように構成したトンネル掘削機Aには平面矩形状の複数台(図においては3台)の後続台10、11、12が切り離し可能に上下に積み重ねた状態で連結してあり、各後続台10〜12には、その中心部に上記掘削機本体1の角筒状胴体1aと同大、同形の筒状支柱体13、14、15を一体に設けていて上下に隣接する後続台における支柱体の対向端面間を互いに着脱自在に連結、連通させていると共に下部後続台12の支柱体15の下端開口部を上記角筒状胴体1aの上端開口部に着脱自在に連結してあり、さらに、掘削機本体1の上記角筒状胴体1a内からこれらの支柱体13〜15内を通じて掘削ズリをバケットコンベア等の適宜な搬送手段によって上方に搬出するように構成している。
【0025】
なお、平面矩形状に形成されている後続台10〜12はその対角線の長さ及び各後続台10〜12の高さを立坑Bや後述する横坑Cの掘削径より短い長さ、高さに形成されている。また、上部後続台10には、例えば掘削壁面tに覆工コンクリートを施工するための設備が設けられ、中間部後続台11には各種の油圧設備等が設置され、下部後続台12にはロックボルト打設装置16や覆工コンクリート吹付装置(図示せず)などが配設されていて掘削壁面tに対する一次覆工等の作業を行うように構成している。
【0026】
次に、このように構成したトンネル掘削機Aによって、まず、立坑Bを所定深さまで垂直状に切り下げ掘削していくには、掘削機本体1の四方に配設しているグリッパ2A、2Bを傾斜ジャッキ3A、3Bによって掘削壁面tに圧着させることにより該掘削壁面tに推進反力をとると共にトンネル掘削機A及び後続台10〜12の支持を行わせ、矩形枠体1bから斜め上方に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aを伸長させることによってトンネル掘削機Aを垂直下方に推進させながらカッタヘッド4の回転によって切羽の岩盤を掘削していく。なお、矩形枠体1bから斜め下方に傾斜している突っ張り用傾斜ジャッキ3Bは、掘削壁面tに対するグリッパ2A、2Bの下端部の圧着力を調整してトンネル掘削機Aが必要以上に降下するのを阻止するものである。
【0027】
こうして、トンネル掘削機Aをその後続台10〜12と共に下方に掘進させて所定の深さまで立坑Bを掘削すると、まず、所定の深さに達する手前の位置で図3に示すように、後続台10〜12を一体に連結した状態で上部後続台10を掘削壁面t或いは地上のクレーンにワイヤロープ17によって吊支させた状態にしたのち、トンネル掘削機Aを所定深さまで掘進させることによって後続台10〜12をトンネル掘削機Aから切り離し、しかるのち、トンネル掘削機Aをその突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを伸長させることによって僅かに後退させて切羽面から離間させる。なお、後続台10〜12の支持は、上記した構成に限らず、例えば、後続台の側部数カ所にジャッキを取付け、このジャッキを伸長させて掘削壁面tに圧着させることにより支持させてもよい。また、トンネル掘削機Aを後退させることなく、カッタヘッド4のみを後退させておいてもよく、さらには何ら後退させなくてもよい。
【0028】
この状態にして一方の一組のグリッパ2A、2Aを装着している回動支持台6Aを固定ボルトの撤去によって固定台板5に対して回動可能にすると共に図4に示すように、これらのグリッパ2A、2Aの一側部の干渉部2'を一旦、取り外しておき、さらに、該グリッパ2A、2Aを掘削壁面tに圧着させる一方、他方の一組のグリッパ2B、2Bをそれらを支持しているジャッキ3A、3Bを収縮させることによって最大限まで縮径させておく。また、必要に応じてカッタヘッド4の最外周端にローラビット42' を装着する。
【0029】
しかるのち、カッタヘッド4を回転させると共に回動駆動機構8のモータ8aを駆動すると、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bが掘削壁面tに圧着している上記一方の一組のグリッパ2A、2Aの回動支持台6Aの外周端面に設けている円形ラック8cに噛合しながら周方向に移動してモータ8aを設置している固定支持台6B、6Bが図5、図6に示すように、上記グリッパ2A、2Aを支点として支軸7回りに回動し、掘削機本体1が垂直状態から一側方に向かって徐々に向きを変えながらカッタヘッド4によって立坑Bの掘削壁面tの一側壁面を切り崩していく。
【0030】
こうして、掘削機本体1が90度、支軸7回りに回動して水平方向に向きを変えると、図7、図8に示すように、収縮している他方の一組のグリッパ2B、2Bが掘削機本体1と一体的にその向きを変えて凸円弧状に湾曲した外面2bを次に掘削する横坑Cの掘削壁面t'の周方向に向けた状態となるが、立坑Bの底部における掘削壁面tに圧着している上記一方の一組のグリッパ2A、2Aは、掘削機本体1が水平方向に向きを変えても立坑Bの掘削に適した状態を保持している。
【0031】
この一組のグリッパ2A、2Aを横坑Cを掘削するのに適した状態にするには、まず、図9に示すように、掘削した立坑Bの底部における余掘り部を埋め戻して次に掘削すべき横坑Cの底面に連なる底面部Dを形成したのち、収縮している他方の一組のグリッパ2B、2Bを伸長させて底面部Dに対向している下側のグリッパ2Bを該底面部Dに当接させることより掘削機本体1を支持し、この状態にしたのち、掘削壁面tに圧着している一方の一組のグリッパ2A、2Aを収縮させる。
【0032】
しかるのち、上記回動駆動機構8のモータ8aを駆動すると、回動支持台6A、6Aが固定板5、5上を回動し、その回動角度が90度に達すると、これらのグリッパ2A、2Aの向きが横坑Cを掘削するのに適した状態、即ち、その凸円弧状に湾曲した外面2a、2aが横坑Cの掘削壁面t'の周方向に向けた状態となる。
【0033】
次いで、これらのグリッパ2A、2Aに掘削機本体1の回動時に取り外しておいた干渉部2'、2'を取付けて元の形状に復旧したのち、固定ボルトによってこれらのグリッパ2A、2Aの回転支持台6A、6Aを固定台板5、5に固定する。しかるのち、図10に示すように、グリッパ2A、2Aと立坑Bの底部における掘削壁面tとの間に当て物Eを介在させてグリッパ2A、2Aをこの当て物Eを介して掘削壁面tに均一を押し付け、この状態にして、カッタヘッド4を回転させながら推進用傾斜ジャッキ3A及び突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを作動させることにより、トンネル掘削機Aを水平方向に掘進させて横坑Cを掘削する。
【0034】
この横坑Cが20〜30m程度、掘削されると、該横坑Cの内底面に図11、図12に示すようにレール18を敷設し、上記立坑Bの掘削後に掘削機本体1から切り離して底部の上方部における掘削壁面tに吊支しておいた後続台10〜12を一台ずつ切り離してこのレール18上に走行自在に順次、配設すると共に掘削機本体1に直列状に接続する。この際、各後続台10〜12の車輪19は、立坑Bの掘削時に予め、地上から、後続台10〜12に搬入しておき、レール18の敷設後、このレール18上に吊り下ろす際に後続台10〜12の底面に取付けて台車とする。
【0035】
こうして、トンネル掘削機Aに後続台車10〜12を順次、連結してこれらの後続台車10〜12に配設している油圧機器や覆工用設備等の各種設備を使用しながらトンネル掘削機Aを掘進させて所定長さの横坑Cを掘削するものである。なお、以上の実施の形態においては、立坑Bから横坑Cに至る屈曲部の連続掘削方法について説明したが、立坑Bや横坑Cに限らず、トンネル掘削機Aによって掘削中の坑(トンネル)から該坑に対して急角度でもって任意の方向に坑を連続掘削する場合においても当然のことながら実施し得るものである。
【0036】
【発明の効果】
以上のように本発明のトンネル掘削装置は、請求項1に記載したように、先端にカッタヘッドを回転自在に配設している掘削機本体の外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパを装着すると共に、これらのグリッパにおける掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着しているので、四方のグリッパを掘削壁面に押し付けて掘削機本体を支持しながら立坑や横坑等の坑の掘進が正確に且つ能率よく行えると共に、一組のグリッパを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在としているから、掘削機本体を所望角度でもって所定の方向への向きの変更、例えば、掘削機本体の立坑から横坑への向きの変更を容易に且つ正確に行うことができると共に該グリッパも向きを変えて掘削する坑の掘削壁面に全面的に密着できる姿勢に簡単に戻すことができ、屈曲部を介して連続した坑を所定長まで円滑に掘削していくことができる。
【0037】
さらに、本発明によれば、掘削機本体の外周四方に掘削機本体の長さ方向に平行な固定台板を固着し、これらの固定台板上にジャッキの支持台を取付けてこの支持台上に複数本のジャッキを介してグリッパを装着していると共に、掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパを支持している上記支持台の中心部を固定台板に回動自在に枢着し、さらに、支持台を回動駆動機構によって回動させるように構成しているので、一組のグリッパをこれらのグリッパを支持しているジャッキと共に簡単に固定台板上で回動させることができると共にこれらのグリッパを掘削壁面に圧着させた状態で回動駆動機構を作動させることにより、掘削機本体を他方の一組のグリッパと共に所定方向に向きを変えることができる。
【0038】
また、請求項2に係る発明によれば、上記支持台とグリッパ間を連結している複数本のジャッキは、支持台から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成しているので、別に推進用ジャッキを使用することなく突っ張り用傾斜ジャッキによりグリッパを掘削壁面に所定の押圧力でもって押し付けた状態で推進用傾斜ジャッキにより掘削機本体を推進させながら立坑や横坑等を掘進することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 立坑を所定深さまで掘削したトンネル掘削機の簡略縦断正面図。
【図2】 その四方に配設したグリッパ部分の簡略横断面図。
【図3】 掘削機本体から後続台を切り離した状態の簡略縦断正面図。
【図4】 他方の一組のグリッパを収縮させた状態の簡略横断面図。
【図5】 掘削機本体を水平方向に向きを変えている状態の簡略縦断正面図。
【図6】 そのグリッパ部分の簡略横断面図。
【図7】 掘削機本体を水平方向に向きを変えた状態の簡略縦断正面図。
【図8】 その簡略横断面図。
【図9】 他方の一組のグリッパを伸長させた状態の簡略縦断正面図。
【図10】 一方の一組のグリッパ部分の簡略横断面図。
【図11】 横坑を掘削している状態の簡略縦断正面図。
【図12】 その簡略横断面図。
【符号の説明】
A トンネル掘削機
B 立坑
C 横坑
t 掘削壁面
1 掘削機本体
2A、2B グリッパ
3A、3B 傾斜ジャッキ
4 カッタヘッド
5 固定台板
6 支持台
8 回動駆動機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavation apparatus suitable for continuous excavation of a pit having a bent portion, for example, when excavating a shaft from a ground side to a predetermined depth and then continuously excavating a horizontal shaft from the bottom of the shaft.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, excavation of horizontal and inclined shafts using a rock tunnel excavator (TBM) has been performed. After excavating the shaft down to a predetermined depth from the ground side with this tunnel excavator, the bottom of the shaft is excavated. Since it is difficult to change the direction of the tunnel excavator in an arbitrary direction at a steep angle, it is difficult to continuously excavate a tunnel having a bent portion of an arbitrary angle, such as continuously excavating a horizontal shaft from Not done.
[0003]
On the other hand, in the case of a shield excavator used in a sediment tunnel instead of a rock tunnel, a method for continuously excavating a vertical shaft and a horizontal shaft with one excavator is described in, for example, JP-A-3-183895. As shown in the figure, the shield machine is supported at the front end opening of the shaft shield frame with the propulsion jack so that the shield machine can be swung freely, and from the outer peripheral surface of the skin end of the shield machine to the rear end of the shaft shield frame. Using a drilling device with a sheath pipe detachably covering the outer peripheral surface, first, a segment covering the excavation wall surface with the shield excavator and shaft shield frame held straight by the sheath pipe The reaction shaft is used to extend the propulsion jack to dig up the shaft, drill it to the specified depth, and then turn the shield excavator horizontally. It is possible to excavate the adit has been carried out.
[0004]
At this time, in order to turn the shield excavator from the vertical state to the horizontal direction, first, a plurality of the above-mentioned sheath pipes that hold the shield excavator and the shield frame for the shaft in a straight shape are installed on the ground. By driving a winch, the shield excavator is pulled horizontally to the ground via a wire, and then the swivel jack connecting the shaft frame and the rear spherical wall of the shield excavator is operated to move the shield excavator horizontally. Is aimed at. Next, after dismantling and removing the above-mentioned rear spherical wall of the swivel jack and shield excavator, the swivel center shaft, etc., the skin plate is added in a cylindrical shape, and the facilities necessary for excavation of the horizontal shaft are installed inside it. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such an excavation device for a vertical shaft and a horizontal shaft, when excavating the vertical shaft, since the shield machine always presses the cutter head against the face by its own weight, if applied to a rock tunnel, In addition to not being able to excavate efficiently according to the rock quality, there is a possibility that the excavation bit will be damaged in a short time due to excessive pressure acting on the excavation bit of the cutter head.
[0006]
Even if it can be applied to a rock tunnel, when the excavator is turned to a horizontal state after excavation of the shaft, the sheath pipe that holds the shield excavator and the shaft shield frame straight must be removed. In addition, since the sheath tube is in sliding contact with the excavation wall surface, even if an attempt is made to drive a plurality of winches installed on the ground and pull them up through the wire, the sheath tube is locked to the excavation wall surface and can be smoothly pulled up. However, there is a problem that the removal work requires a lot of trouble.
[0007]
In addition, even if the swivel jack that connects the vertical frame and the rear spherical wall of the shield excavator is operated, the shield excavator cannot be swiveled 90 degrees at a time. Need to be replaced. In addition, after turning the shield excavator horizontally, after dismantling and removing the swivel jack, the rear spherical wall of the shield excavator, the swivel center shaft, etc., add the skin plate into a cylindrical shape and add it inside. Since the equipment necessary for excavation of the horizontal shaft is installed, it is necessary to remodel the shield excavator for horizontal shaft excavation except for the cutter head, which is almost different from that for vertical shaft excavation. There was a problem that a long construction period was required for excavation work from the vertical shaft to the horizontal shaft. Further, when turning again at a steep angle, it is necessary to reattach the above-described sheath tube, turning jack, and spherical wall, which is practically difficult.
[0008]
For this reason, it cannot be used in rock tunnels. For this reason, when constructing a bent part in a rock tunnel, take out the excavator and the subsequent carriage, etc., and use a rock drill or the like. After excavating the tunnel tip (face), there is only a means to carry the excavator and the subsequent carriage into the mine again, change the direction of the excavator to the desired direction, and re-dig up. Was necessary and very difficult.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to continuously and efficiently excavate a pit having a bent portion using a gripper type rock tunnel excavator (TBM). It is in providing a tunnel drilling device that can .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the tunnel excavator of the present invention is equipped with grippers that extend and contract in the radial direction of the excavator main body by jacks on the outer periphery of the excavator main body having a cutter head rotatably disposed at the tip. In addition, the gripper has a structure in which a pair of grippers opposed to the diameter direction of the excavator body in the gripper are rotatably mounted around an axis perpendicular to the axis of the excavator body.
[0011]
Furthermore, in the tunnel excavator constructed as described above , a fixed base plate parallel to the length direction of the excavator body is fixed to the outer peripheral four sides of the excavator body, and a jack support base is mounted on these fixed base plates. A gripper is mounted on the support base via a plurality of jacks, and the central portion of the support base supporting a pair of grippers facing the diameter direction of the excavator body is used as a fixed base plate. A pivot is pivotally attached, and the support is rotated by a rotation drive mechanism.
[0012]
The invention according to
[0013]
[Action]
The gripper disposed on the four sides of the excavator main body is pushed against the excavation wall surface of a pit, for example, a vertical shaft, and the excavator main body is supported by the excavation wall surface, and the vertical shaft is advanced by propelling downward. At this time, the excavator body may be propelled by another jack while adjusting the support force of the excavator body with respect to the excavation wall surface by a plurality of jacks connecting the excavator body and the gripper. As a jack, it consists of a propulsion slanted jack inclined toward the rear side of the excavator body and a slanted jack slanted from the support base toward the front side of the excavator main body. The excavator main body can be propelled by the propulsion jack while the gripper is pressed against the excavation wall surface by the inclined jack with a predetermined pressing force.
[0014]
After excavating a shaft to a certain depth in this way, when excavating a horizontal shaft oriented at a predetermined angle, for example, a right angle with respect to the shaft, first of all the grippers arranged in four directions are excavated. With the pair of grippers facing in the diametrical direction of the machine main body pressed against the excavation wall surface of the shaft, the other set of grippers is contracted, and then the above-mentioned pair of grippers being crimped to the excavation wall surface The excavator body is rotated as a fulcrum from the vertical state to the horizontal state. At this time, the cutter head of the excavator main body is rotated to change the direction while cutting the bottom wall surface of the shaft, and the rotation of the excavator main body is the above-mentioned set of pressure-bonded to the excavation wall surface. The excavator body is moved with respect to the gripper by an appropriate rotation drive mechanism such as a rack and a pinion.
[0015]
When the excavator body changes its orientation in the horizontal direction, the other pair of grippers that have been shrunk change its direction integrally with the excavator body and the outer surface curved in a convex arc shape is One set of grippers that are crimped to the excavation wall of the shaft remains in a shape suitable for excavation of the shaft even if the main body of the excavator changes the horizontal direction. Therefore, after extending the other set of grippers that had been contracted so far and crimping them to the excavation wall surface, one set of grippers is contracted and these grippers are moved by an appropriate rotation drive mechanism. Rotate 90 degrees so that the outer surface curved in a convex arc shape can be crimped to the excavation wall surface of the horizontal shaft. After that, the excavator body is propelled and the horizontal shaft is dug in the same manner as when the shaft is dug.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a simplified longitudinal front view of a tunnel excavator A excavating a shaft B, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the gripper portion. The excavator
[0017]
In the
[0018]
The mounting structure of these
[0019]
As the rotation drive mechanism 8 of the rotation support bases 6A, 6A, the side of the
[0020]
Further, the
[0021]
The
[0022]
Further, the
[0023]
Further, an
[0024]
The tunnel excavator A constructed in this way is connected to a plurality of planar rectangular (three in the figure) succeeding
[0025]
In addition, the succeeding stands 10-12 formed in the plane rectangular shape are shorter in length and height than the excavation diameter of the vertical shaft B or the horizontal shaft C described later in terms of the length of the diagonal line and the height of each succeeding stand 10-12. Is formed. The upper succeeding
[0026]
Next, with the tunnel excavator A configured as described above, in order to excavate the vertical shaft B vertically down to a predetermined depth,
[0027]
In this way, when the tunnel excavator A is dug downward together with the succeeding
[0028]
In this state, the
[0029]
After that, when the
[0030]
Thus, when the excavator
[0031]
In order to make this set of
[0032]
After that, when the
[0033]
Next, the
[0034]
When the side pit C is excavated for about 20 to 30 m, rails 18 are laid on the inner bottom surface of the side pit C as shown in FIGS. 11 and 12 and separated from the
[0035]
In this way, the tunnel excavator A is connected to the tunnel excavator A in sequence, using various equipment such as hydraulic equipment and lining equipment disposed in the
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the tunnel excavator of the present invention is, as described in
[0037]
Further, according to the present invention, a fixed base plate parallel to the length direction of the excavator body is fixed to the outer peripheral four sides of the excavator body, and a jack support base is mounted on these fixed base plates. The gripper is attached to the base via a plurality of jacks, and the central part of the support base supporting the pair of grippers facing the diameter direction of the excavator body is pivoted to the fixed base plate. In addition, since the support base is configured to be rotated by a rotation drive mechanism, a pair of grippers can be easily rotated on the fixed base plate together with jacks supporting these grippers. In addition, the excavator main body can be turned in a predetermined direction together with the other pair of grippers by operating the rotation drive mechanism in a state where these grippers are pressed against the excavation wall surface.
[0038]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified longitudinal front view of a tunnel excavator excavating a vertical shaft to a predetermined depth.
FIG. 2 is a simplified cross-sectional view of a gripper portion disposed on its four sides.
FIG. 3 is a simplified longitudinal sectional front view of a state in which a succeeding base is separated from the excavator body.
FIG. 4 is a simplified cross-sectional view of the other set of grippers in a contracted state.
FIG. 5 is a simplified longitudinal sectional front view showing a state where the excavator body is turned in the horizontal direction.
FIG. 6 is a simplified cross-sectional view of the gripper portion.
FIG. 7 is a simplified longitudinal sectional front view of the excavator body with its orientation changed in the horizontal direction.
FIG. 8 is a simplified cross-sectional view thereof.
FIG. 9 is a simplified longitudinal sectional front view of a state in which the other set of grippers are extended.
FIG. 10 is a simplified cross-sectional view of one set of gripper portions.
FIG. 11 is a simplified longitudinal front view of a state where a horizontal pit is excavated.
FIG. 12 is a simplified cross-sectional view thereof.
[Explanation of symbols]
A Tunnel excavator B Vertical shaft C Horizontal shaft
2A, 2B gripper
3A, 3B
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