JP4092265B2 - トンネル施工方法及びトンネル掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共同溝や地下収納施設などとして利用される互いに交差するトンネルを施工するためのトンネル施工方法、並びにトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガス配管や電気配線などを収容する共同溝では、本線の親トンネルにほぼ直交して分岐する子トンネルが必要となる。このようなトンネルを一台のトンネル掘削機により掘削するものとして、例えば、下記特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２６２９４号公報
【０００４】
この特許文献１に記載された「親子トンネル掘削機及びその掘削工法」は、内外の掘削盤を有する親トンネル掘削機の内部に回転収納体を設け、この回転収納体に内側掘削盤及び子トンネル掘削機を収納可能としたものである。従って、親トンネル掘削機により親トンネルを掘削し、所定の位置で親トンネル掘削機を停止し、内側掘削盤及び子トンネル掘削機を回転収納体に収納して９０度回転し、子トンネル掘削機を発進して子トンネルを掘削することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の「親子トンネル掘削機及びその掘削工法」にあっては、親トンネル掘削機の側部から子トンネル掘削機を発進する場合、回転収納体を９０度回転することで親トンネル掘削機の側部が開口し、推進ジャッキを作動して子トンネルを発進させている。ところが、子トンネル掘削機が親トンネル掘削機から発進する場合、子トンネル掘削機は実際に地盤を掘削することから、排土機構やシール機構などが必要となり、各種の設備を事前に搭載する必要がある。ところが、親トンネル掘削機内は内部に回転収納体や子トンネル掘削機を収納するために機内が狭く、子トンネル掘削機の後部に排土機構やシール機構などを装着作業が困難となり、作業者にかかる負担が大きいと共に、作業時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、収納したトンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ったトンネル施工方法及びトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を掘削して空間部を形成し、前記トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機が前記起点部に位置したとき、該分岐トンネル掘削機を前記空間部に押し出してから分岐トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を所定範囲にわたって掘削しつつ該トンネル掘削機を前進せしめ、前記親トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機をトンネル分岐方向に回転してヘッド部を前記所定範囲にわたって掘削した空間部に挿入し、前記分岐トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明のトンネル施工方法では、前記トンネル掘削機による前記起点部の掘削時に、前記空間部に壁面の崩壊を防止する置換材を注入することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のトンネル施工方法では、前記トンネル掘削機から前記分岐トンネル掘削機の先端部を前記空間部に押し出した後、該分岐トンネル掘削機の後端部にテール部を接続することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５の発明のトンネル掘削機は、外周部に開口部を有する親トンネル掘削機と、該親トンネル掘削機内に収納されて前記開口部から外部に突出して掘進可能な子トンネル掘削機と、前記親トンネル掘削機の開口部の外側を掘削可能な掘削手段と、前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明のトンネル掘削機は、本体外周部に子トンネル掘削機の搬出口及びヘッド部から外周方向に所定長さ伸長する掘削手段を有する親トンネル掘削機と、該親トンネル掘削機内に収納されて前記搬出口から外部に突出して掘進する子トンネル掘削機と、前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明のトンネル掘削機では、前記掘削手段は、前記親トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されたコピーカッタであることを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を開閉するゲートが設けられたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を閉止すると共にカッタにより破砕可能な土留壁が設けられたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に前記開口部または搬出口に嵌合して軸方向に移動可能なスライド筒が設けられ、該スライド筒内に前記子トンネル掘削機が収容されると共に、該スライド筒の前端部に前記土留壁が形成されたことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明のトンネル掘削機では、前記トンネル掘削機内に、カッタヘッドが該親トンネル掘削機の内周曲面に沿って後方に傾斜した子トンネル掘削機を、前記開口部または搬出口から外方に向けて掘進可能に収納したことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に第１実施形態のトンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に親トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略、図５乃至図７に子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略を示す。
【００２１】
第１実施形態のトンネル掘削機１０は、図１乃至図３に示すように、親トンネル掘削機１１内に子トンネル掘削機５１をほぼ直交する方向に収納しており、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2 の起点部を所定範囲にわたって掘削することで空間部Ｔ3を形成し、子トンネル掘削機５１がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機１１から子トンネル掘削機５１のヘッド部を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機５１により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交して分岐する子トンネルＴ2を掘削することができる。
【００２２】
即ち、親トンネル掘削機１１にて、掘削機本体１２は円筒形状をなす前胴１３と後胴１４とが球面軸受１５により屈曲自在に連結され、中折ジャッキ１６により屈曲可能となっている。この前胴１３は、駆動部を有する第１筒部１３ａと、子トンネル掘削機５１を収納する第２筒部１３ｂと、後胴１４と連結する第３筒部１３ｃとが一体にフランジ接合されて構成されている。そして、前胴１３の前部（第１筒部１３ａ）に軸受１７により回転リング１８が回転自在に支持され、この回転リング１８に連結ビーム１９を介してカッタヘッド２０が連結されている。このカッタヘッド２０は中心部２１から４つのスポーク２２が放射状に連結されると共に、各スポーク２２間に面板２３が取付けられることで、全体が円板形状をなしている。
【００２３】
そして、このカッタヘッド２０にて、各スポーク２２の前面に多数の先行ビット２４が固定されると共に、その両側に多数のカッタビット２５が装着されており、少なくとも２つのスポーク２２の先端部に第１コピーカッタ２６が装着されている。また、面板２３には各スポーク２２の両側に位置して土砂取込開口２７が形成されている。更に、一つのスポーク２２にはその長手方向に直交する方向に沿って油圧ジャッキ２８が装着され、この油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ２９（掘削手段）が外方に出没可能となっている。従って、油圧ジャッキ２８によりこの第２コピーカッタ２９をカッタヘッド２０の所定の回転角度位置で外方に突出することで、子トンネルＴ2の起点部を掘削することができる。
【００２４】
このカッタヘッド２０の後部にはリングギア３０が固定される一方、掘削機本体１２には複数のカッタ旋回モータ３１が取付けられ、各旋回モータ３１の駆動ギア３２がこのリングギア３０に噛み合っている。従って、旋回モータ３１を駆動して駆動ギア３２を回転駆動すると、リングギア３０を介してカッタヘッド２０を回転することができる。
【００２５】
また、前胴１３の前部にはカッタヘッド２０の後方に位置してバルクヘッド３３が設けられており、カッタヘッド２０とこのバルクヘッド３３との間にチャンバ３４が設けられている。そして、このチャンバ３４には一端がトンネル掘削機の外部に延設された送泥管３５及び排泥管３６の他端が開口している。
【００２６】
一方、後胴１４の前部にはリング状の支持壁３７が形成され、この支持壁３７に複数のシールドジャッキ３８が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ３８のスプレッダ３９を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ1に押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、後胴１４には旋回リング４０が駆動モータ４１により旋回可能に支持されており、この旋回リング４０にセグメントＳ1を組立てるエレクタ装置４２が装着されている。
【００２７】
そして、前胴１３の中間部（第２筒部１３ｂ）には、その一側部に子トンネル掘削機５１を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）４３が形成されている。そして、この開口部４３の周囲にはガイド部材４４が装着され、このガイド部材４４により前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したゲート４５が前胴１３の内側で周方向に沿って移動自在に支持されている。一方、前胴１３内の他側部にはウインチ４６が装着されており、このウインチ４６から繰出されたケーブル４７がプーリ４８を介して端部がゲート４５の上端部に連結されている。なお、ガイド部材４４には全周にシール部材が装着され、ゲート４５との嵌合面からの止水を行っている。従って、このウインチ４６を駆動することで、ケーブル４７を介してゲート４５を上下動して開口部４３を開閉することができる。
【００２８】
前胴１３内には、この開口部４３に対応して前胴１３の軸心に直交する水平方向に沿って支持筒４９が固定されると共に、開口部４３の反対側に位置して支持台５０が固定されており、この支持筒４９及び支持台５０により前述した子トンネル掘削機５１が支持されることで、親トンネル掘削機１１とほぼ直交する方向に収納されている。
【００２９】
即ち、子トンネル掘削機５１にて、掘削機本体５２は円筒形状をなす前胴５３と後胴５４とが球面軸受５５により屈曲自在に連結され、中折ジャッキ５６により屈曲可能となっている。そして、前胴５３の前部にバルクヘッド５７が固定されており、このバルクヘッド５７に図示しない軸受により回転軸５８が回転自在に支持され、この回転軸５８にカッタヘッド（ヘッド部）５９が連結されている。このカッタヘッド５９は中心部６０から４つのスポーク６１が放射状に連結されると共に、各スポーク６１間に面板（図示略）が取付けられることで、全体が円板形状をなしている。また、このカッタヘッド５９は親トンネル掘削機１１の掘削機本体１２の曲面に沿うようにスポーク６１及び面板が後方に所定角度だけ傾斜しており、子トンネル掘削機５１が親トンネル掘削機１１内に効率よく収納できるようになっている。そして、このカッタヘッド５９には多数の先行ビット（図示略）、多数のカッタビット６２、コピーカッタ６３、土砂取込開口（図示略）が設けられている。
【００３０】
このカッタヘッド５９の後部にはリングギア６４が固定される一方、掘削機本体５２には複数のカッタ旋回モータ６５が取付けられ、各旋回モータ６５の駆動ギア６６がこのリングギア６４に噛み合っている。従って、旋回モータ６５を駆動して駆動ギア６６を回転駆動すると、リングギア６４を介してカッタヘッド５９を回転することができる。
【００３１】
また、前胴５３の前部にはカッタヘッド５９とバルクヘッド５７との間にチャンバ６７が設けられている。そして、このチャンバ６７に送泥管６８及び排泥管６９の他端が開口している。
【００３２】
一方、後胴５４にはリング状の支持壁７０が形成され、この支持壁７０に複数のシールドジャッキ７１が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ７１のスプレッダ７２を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ2に押し付けることで、その反力により掘削機本体５２を前進することができる。また、後胴５４には旋回リング７３が駆動モータ７４により旋回可能に支持されており、この旋回リング７３にセグメントＳ2を組立てるエレクタ装置７５（図７参照）が着脱自在となっている。
【００３３】
このように構成された子トンネル掘削機５１は、前部が支持筒４９にシール部材を介して嵌合する一方、後部が支持台５０に載置されることで適正に支持されており、支持台５０には子トンネル掘削機５１を発進するための反力縦壁８０がシールドジャッキ７１に対向して設けられている。
【００３４】
また、親トンネル掘削機１１の前胴１３には開口部４３の上方に位置して第２コピーカッタ２９が掘削形成した空間部Ｔ3に対して、その壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入管（注入手段）８１が設けられる一方、開口部４３の下方に位置して空間部Ｔ3内の置換材を前胴１３内に吸入する吸入管８２が設けられている。
【００３５】
ここで、このように構成された第１実施形態のトンネル掘削機１０によるトンネルＴ1，Ｔ2 の掘削工法について説明する。
【００３６】
まず、各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するとき、図示しない発進立坑から親トンネル掘削機１１を投入して掘削作業を開始するが、親トンネルＴ1を掘削する場合には子トンネル掘削機５１は不要であるため、図４に示すように、親トンネル掘削機１１の前胴１３を第１筒部１３ａと第３筒部１３ｃとから構成して親トンネルＴ1の掘削を開始する。即ち、旋回モータ３１によりカッタヘッド２０を回転させながら、複数のシールドジャッキ３８を伸長して既設セグメントＳ1へ押し付け、その反力によって掘削機本体１２を前進させる。すると、カッタヘッド２０が前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ３４内に取り込まれ、送泥管３５から供給された送水と混合され、排泥管３６によって外部に排出される。一方、エレクタ装置４２は、親トンネルＴ1内に搬入されたセグメントＳ1をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて親トンネルＴ1を構築する。
【００３７】
この親トンネル掘削機１１によるトンネル掘削作業により、親トンネルＴ1を図示しない中継立坑の位置まで掘削すると、この中継立坑から子トンネル掘削機５１を収納した第２筒部１３ｂを投入し、図１及び図３に示すように、これを親トンネル掘削機１１に組み付ける。そして、子トンネル掘削機５１を収納した状態で親トンネル掘削機１１によるトンネル掘削作業を継続する。
【００３８】
そして、親トンネル掘削機１１が予め設定された親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2のトンネル分岐位置（起点部）に到達すると、図２、図３及び図５に示すように、油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ２９を伸縮、つまり、開口部４３の外側の周辺部だけを掘削できるように所定の回転角度位置で突出することで、子トンネルＴ2の起点部を掘削し、空間部Ｔ3を形成する。このとき、第２コピーカッタ２９による掘削作業に伴って掘削形成した空間部Ｔ3に、注入管８１から置換材を注入することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊を防止する。
【００３９】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2の起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成されると、第２コピーカッタ２９により掘削作業を停止し、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削作業を継続する。そして、親トンネル掘削機１１の開口部４３が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機１１による掘削作業を停止する。ここで、ウインチ４６を駆動してケーブル４７を巻き取ることで、ゲート４５を上方に移動して開口部４３を開放していく。このとき、子トンネル掘削機５１におけるカッタヘッド５９の前方やチャンバ６７に置換材（あるいは泥水）を注入して内外の圧力差を無くしておくことが望ましい。
【００４０】
親トンネル掘削機１１の開口部４３が開放されて子トンネル掘削機５１の前方に空間部Ｔ3が露出すると、図６に示すように、カッタヘッド５９を回転させずに、複数のシールドジャッキ７１を伸長して反力縦壁８０から延設した反力ロッド８３へ押し付け、その反力によって掘削機本体５２を前進させる。このとき、掘削機本体５２の前進動作に伴って空間部Ｔ3内の置換材を吸入管８２から吸入する。そして、子トンネル掘削機５１が所定距離前進してカッタヘッド５９が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、図７に示すように、子トンネル掘削機５１の後端部にテール部を接続する。即ち、後胴５４の後端部にテールシール８４を有するテール胴８５を接合し、旋回リング７３にエレクタ装置７５を装着し、また、送泥管６８及び排泥管６９を延長して外部まで延設する。
【００４１】
そして、子トンネル掘削機５１が掘進可能に装備されると、旋回モータ６５によりカッタヘッド５９を回転させながら、複数のシールドジャッキ７１を伸長して掘削機本体５２を前進させ、カッタヘッド５９が空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ６７内に取り込まれ、送泥管６８から供給された送水と混合され、排泥管６９によって外部に排出される。一方、エレクタ装置７５は、セグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築する。
【００４２】
その後、子トンネル掘削機５１が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機１１から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合してトンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００４３】
このように第１実施形態のトンネル掘削機１０にあっては、親トンネル掘削機１１内に子トンネル掘削機５１をほぼ直交する方向に収納し、親トンネル掘削機１１の側部に子トンネル掘削機５１が発進可能な開口部４３を形成すると共にゲート４５により開閉可能とし、親トンネル掘削機１１のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2の起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００４４】
従って、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル１１から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削し、子トンネル掘削機５１がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機１１から子トンネル掘削機５１の前部を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機５１を掘進して子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機５１の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機５１の前部を空間部Ｔ3に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機５１の後方空間部で子トンネル掘削機５１へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機５１の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００４５】
また、親トンネル掘削機１１に第２コピーカッタ２９が掘削形成した空間部Ｔ3に置換材を注入する注入管８１を設けると共に、この空間部Ｔ3内の置換材を吸入する吸入管８２を設けている。従って、第２コピーカッタ２９による掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部Ｔ3の置換材の注入圧が対抗することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊が防止され、子トンネル掘削機５１をこの空間部Ｔ3に適正に押し出すことができる。
【００４６】
更に、子トンネル掘削機５１のカッタヘッド５９を、収納する親トンネル掘削機１１の曲面に沿うように所定角度だけ後方に傾斜させている。従って、子トンネル掘削機５１の前端部を親トンネル掘削機１１の壁面に接近して収納することができ、所定長さを子トンネル掘削機５１が親トンネル掘削機１１内に効率よく収納することができる。
【００４７】
図８に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面、図９及び図１０に子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
第２実施形態のトンネル掘削機110は、図８に示すように、親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151をほぼ直交する方向に収納しており、親トンネル掘削機111による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の起点部を掘削し、子トンネル掘削機151がこの分岐する起点部に位置したとき、親トンネル掘削機111から子トンネル掘削機151を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機151により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができる。
【００４９】
親トンネル掘削機111は、前述した親トンネル掘削機１１とほぼ同様の構成をなしている。即ち、図１に示すように、掘削機本体１２は前胴１３と後胴１４とが屈曲自在に連結されてなり、前胴１３の前部にカッタヘッド２０が回転自在に装着され、複数のカッタ旋回モータ３１により駆動回転可能となっている。そして、このカッタヘッド２０に油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ（掘削手段）２９が外方に出没可能に装着されている。また、後胴１４に複数のシールドジャッキ３８が装着されると共に、エレクタ装置４２が装着されている。
【００５０】
そして、図８に示すように、前胴１３の中間部（第２筒部１３ｂ）に、その一側部に子トンネル掘削機151を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）112が形成されている。そして、この開口部112に対応して前胴１３の軸心に直交する水平方向に沿って支持筒113が固定されると共に、開口部112の反対側に位置して支持台114が固定されている。この支持筒113の内周面にはスライド筒115が軸方向に沿って移動自在に嵌合し、スライド筒115の前端部に前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したモルタル壁（土留壁）116が形成されている。また、スライド筒115と支持台114との間には複数のスライドジャッキ117が架設されている。
【００５１】
そして、子トンネル掘削機１５１の先端部がこのスライド筒１１５の内周部に移動自在に嵌合し、後端部が支持台１１４に載置されることで、子トンネル掘削機１５１が親トンネル掘削機１１１内にほぼ直交する方向に収納されることとなる。また、親トンネル掘削機１１１には開口部１１２の上方に位置して置換材注入管８１が設けられる一方、開口部１１２の下方に位置して置換材吸入管８２が設けられている。
【００５２】
この子トンネル掘削機151も前述した子トンネル掘削機５１とほぼ同様の構成をなしている。即ち、掘削機本体５２は前胴５３と後胴５４とが屈曲自在に連結されてなり、前胴５３の前部にカッタヘッド５９が回転自在に装着され、カッタ旋回モータ６５により駆動回転可能となっている。そして、後胴５４に複数のシールドジャッキ７１が装着されると共に、エレクタ装置７５が装着可能となっている。
【００５３】
このように構成された第２実施形態のトンネル掘削機110により各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するには、親トンネル掘削機111に子トンネル掘削機151を収納していない状態で、カッタヘッド２０を回転させながら、シールドジャッキ３８を伸長することで掘削機本体１２を前進させ、カッタヘッド２０により前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。そして、中継立坑の位置で親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151を収納し、図８に示すように、この状態で親トンネル掘削機111によるトンネル掘削作業を継続する。
【００５４】
そして、親トンネル掘削機111が予め設定された子トンネルＴ2とのトンネル分岐位置に到達すると、第２コピーカッタ２９を所定の回転角度位置で突出することで、子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削して空間部Ｔ3を形成する。このとき、第２コピーカッタ２９による掘削作業に伴って掘削形成した空間部Ｔ3に、注入管８１から置換材を注入することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊を防止する。
【００５５】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2が分岐する起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成され、親トンネル掘削機111の開口部112が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機111による掘削作業を停止する。ここで、図９に示すように、複数のスライドジャッキ117を伸長してスライド筒115を前進、つまり、ヘッド部を空間部Ｔ3に押し出す。このとき、掘削機本体５２の前進動作に伴って空間部Ｔ3内の置換材を吸入管８２から吸入する。そして、スライド筒115及び子トンネル掘削機151が所定距離前進してモルタル壁116が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、図１０に示すように、子トンネル掘削機151の後端部にテール部、即ち、後胴５４の後端部にテールシール８４を有するテール胴８５を接合し、旋回リング７３にエレクタ装置７５を装着し、また、送泥管６８及び排泥管６９を延長して外部まで延設する。
【００５６】
そして、子トンネル掘削機151が掘進可能に装備されると、旋回モータ６５によりカッタヘッド５９を回転させながら、複数のシールドジャッキ７１を伸長して掘削機本体５２を前進させる。すると、カッタヘッド５９がまず、スライド筒115のモルタル壁116を破砕し、続いて空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生したモルタル壁116を破砕部材や掘削土砂はチャンバ６７内に取り込まれ、送泥管６８から供給された送水と混合され、排泥管６９によって外部に排出される。一方、エレクタ装置７５は、セグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築する。
【００５７】
その後、子トンネル掘削機151が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機111から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合して各トンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００５８】
このように第２実施形態のトンネル掘削機110にあっては、親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151をほぼ直交する方向に収納し、親トンネル掘削機111の側部に子トンネル掘削機151が発進可能な開口部112を形成し、前端部に子トンネル掘削機151により破砕可能なモルタル壁116を有するスライド筒115を装着し、親トンネル掘削機111のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００５９】
従って、親トンネル掘削機111による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル111から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削し、子トンネル掘削機151がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機111から子トンネル掘削機151を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機151がモルタル壁116を破砕しながら掘進して子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機151の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機151の前部を空間部Ｔ3に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機151の後方空間部で子トンネル掘削機151へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機151の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００６０】
また、親トンネル掘削機111の側部に形成した開口部４３をモルタル壁116により閉止しており、子トンネル掘削機151がモルタル壁116を破砕して発進するようにしており、開口部４３を開閉するゲートやその開閉機構等が不要となり、構造を簡素化することができる。
【００６１】
図１１に本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の一部切欠平面視を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６２】
第３実施形態のトンネル掘削機210は、図１１に示すように、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251をほぼ平行となるよう同方向を向いて収納しており、親トンネル掘削機211による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の起点部を所定範囲内にわたって掘削しつつ親トンネル掘削機211を前進せしめ、子トンネル掘削機251がこの分岐する起点部に位置したとき、親トンネル掘削機211内で子トンネル掘削機251を分岐する起点部の方向に回転することで、ヘッド部を空間部Ｔ3に挿入してから、この子トンネル掘削機251により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができる。
【００６３】
親トンネル掘削機211は、前述した親トンネル掘削機１１，111とほぼ同様の構成をなしており、掘削機本体１２は前胴１３と後胴１４とが屈曲自在に連結されてなり、前部にカッタヘッド２０が回転自在に装着され、複数のカッタ旋回モータにより駆動回転可能となっている。そして、このカッタヘッド２０に油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ（掘削手段）２９が外方に出没可能に装着されている。また、後胴１４に複数のシールドジャッキ３８が装着されると共に、エレクタ装置が装着されている。
【００６４】
そして、前胴１３の中間部の一側部に子トンネル掘削機251を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）212が形成されており、この開口部212は前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したゲート213により開閉自在となっている。一方、前胴１３内には、この開口部212より若干後方に位置して子トンネル掘削機251が配設され、図示しない支持部材により支持されることで、親トンネル掘削機211内の中心位置に同方向を向いて収納されている。
【００６５】
この子トンネル掘削機251も前述した子トンネル掘削機５１，151とほぼ同様の構成をなしており、掘削機本体252が前胴と後胴とが屈曲自在に連結されてなり、前部にカッタヘッド253が駆動回転可能に装着され、後胴にシールドジャッキやエレクタ装置が装着可能となっている。
【００６６】
このように構成された第３実施形態のトンネル掘削機210により各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するには、親トンネル掘削機211に子トンネル掘削機121を収納した状態で、親トンネル掘削機211を掘進して親トンネルＴ1掘削し、この親トンネル掘削機211が予め設定された子トンネルＴ2とのトンネル分岐位置に到達すると、第２コピーカッタ２９を所定の回転角度位置で突出し、子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削して空間部Ｔ3を形成する。
【００６７】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2が分岐する起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成され、親トンネル掘削機211の開口部212が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機211による掘削作業を停止する。ここで、ゲート213を移動して開口部212を開放し、親トンネル掘削機211内の子トンネル掘削機251をほぼ９０度回転してヘッド部を空間部Ｔ3に挿入する。
【００６８】
即ち、まず、親トンネル掘削機211内で支持されている子トンネル掘削機251の支持状態を解除し、親トンネル掘削機211と子トンネル掘削機251の後部であって開口部212とは反対側との間に押出ジャッキ261を架設する。そして、この状態で押出ジャッキ261を伸長し、子トンネル掘削機251を前進させずに開口部212側に所定角度傾ける。このとき、子トンネル掘削機251が前方に移動しないように拘束して移動を円滑にすることが望ましい。次に、親トンネル掘削機211の右内壁と子トンネル掘削機251の右外壁とを連結リンク262及び連結軸263によって連結すると共に、押出ジャッキ261の装着位置を変更する。この状態で押出ジャッキ261を伸長し、子トンネル掘削機251を連結リンク262の連結軸263を支点として回転する。
【００６９】
そして、この押出ジャッキ261の装着位置の変更と、押出ジャッキ261の伸長による子トンネル掘削機251の所定角度の回転を交互に行うことで、図１１に二点鎖線で示すように、子トンネル掘削機251をほぼ９０度回転し、カッタヘッド253が空間部Ｔ3内に位置して親トンネル掘削機211と直行するように、つまり、この子トンネル掘削機251が子トンネルＴ2を掘削する方向を向くように移動する。
【００７０】
このように子トンネル掘削機251が移動してカッタヘッド253が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、子トンネル掘削機251から連結リンク262及び連結軸263を取り外して拘束を解除すると共に、この子トンネル掘削機251の後端部にテール部（テールシールなど）を接合し、エレクタ装置や送泥管、排泥管を延長して外部まで延設する。
【００７１】
そして、子トンネル掘削機251が掘進可能に装備されると、カッタヘッド253を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長して親トンネル掘削機211から反力をとって前進させ、空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。その後、子トンネル掘削機251が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機211から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合して各トンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００７２】
このように第３実施形態のトンネル掘削機210にあっては、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を同方向に沿って収納し、親トンネル掘削機211の側部に子トンネル掘削機251が発進可能な開口部212を形成してゲート213により開閉自在とすると共に、親トンネル掘削機211のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００７３】
従って、親トンネル掘削機211による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル211から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削して空間部Ｔ3を形成し、子トンネル掘削機251がこの起点部に位置したとき、空間部Ｔ3を用いて回転しながら親トンネル掘削機211から空間部Ｔ3に押し出し、この子トンネル掘削機251を掘進して子トンネルＴ2を掘削することができ、子トンネル掘削機251の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機251の後方空間部でテール部などの装着作業を容易に行うことができ、子トンネル掘削機251の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７４】
また、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を同方向に収納し、親トンネル掘削機211が掘削した空間部Ｔ3を用いて子トンネル掘削機251をこの空間部Ｔ3に押し出して分岐する子トンネルＴ2を掘削可能としたことで、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を効率的に収納することで、親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の径を大きくすることができる。
【００７５】
なお、上述の実施形態では、親トンネル掘削機内に収納した子トンネル掘削機の方向を直行方向あるいは平行方向としたが、これに限るものではない。また、親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の掘削方向も直行方向に限らず、斜め前方や後方、あるいは上下方向に掘削することもできる。
【００７６】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、このトンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を掘削して空間部を形成し、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機が起点部に位置したとき、分岐トンネル掘削機を空間部に押し出してから分岐トンネルを掘削するようにしたので、分岐トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、分岐トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された分岐トンネル掘削機の後方空間部で分岐トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、分岐トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７７】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、このトンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を所定範囲にわたって掘削しつつトンネル掘削機を前進せしめ、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機をトンネル分岐方向に回転してヘッド部を所定範囲にわたって掘削した空間部に挿入し、分岐トンネルを掘削するようにしたので、分岐トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、空間部を利用して分岐トンネル掘削機を回転して空間部に押し出すことで、拡大された分岐トンネル掘削機の後方空間部で分岐トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、分岐トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７８】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機による起点部の掘削時に、この空間部に壁面の崩壊を防止する置換材を注入するようにしたので、起点部の掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部の置換材の注入圧が対抗することで、この空間部の壁面の崩壊が防止され、分岐トンネル掘削機を空間部に適正に押し出すことができる。
【００７９】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機から分岐トンネル掘削機の先端部を空間部に押し出した後、分岐トンネル掘削機の後端部にテール部を接続するようにしたので、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機の全長を短く設定することができ、分岐トンネル掘削機を効率よく収納することができる。
【００８０】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、外周部に開口部を有する親トンネル掘削機と、この親トンネル掘削機内に収納されて開口部から外部に突出して掘進可能な子トンネル掘削機と、親トンネル掘削機の開口部の外側を掘削可能な掘削手段とを設けたので、親トンネル掘削機による親トンネルの掘削時に、親トンネルから分岐する子トンネルの起点部を掘削手段により掘削して空間部を形成し、子トンネル掘削機がこの分起点に位置したとき、親トンネル掘削機から子トンネル掘削機を空間部に押し出してから、この子トンネル掘削機を掘進して子トンネルを掘削し、親トンネルからほぼ直交する子トンネルを分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機の後方空間部で子トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００８１】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、本体外周部に子トンネル掘削機の搬出口及びヘッド部から外周方向に所定長さ伸長する掘削手段を有する親トンネル掘削機と、親トンネル掘削機内に収納されて搬出口から外部に突出して掘進する子トンネル掘削機とを設けたので、親トンネル掘削機による親トンネルの掘削時に、親トンネルから分岐する子トンネルの起点部を掘削手段により掘削して空間部を形成し、子トンネル掘削機がこの分起点に位置したとき、親トンネル掘削機から子トンネル掘削機を空間部に押し出してから、この子トンネル掘削機を掘進して子トンネルを掘削し、親トンネルからほぼ直交する子トンネルを分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機の後方空間部で子トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００８２】
本発明のトンネル掘削機によれば、掘削手段を親トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されたコピーカッタとしたので、簡単な構成により確実に空間部を掘削することができる。
【００８３】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口を開閉するゲートを設けたので、簡単な構成により子トンネル掘削機を発進する開口部または搬出口を開閉することができる。
【００８４】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段を設けたので、起点部の掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部の置換材の注入圧が対抗することで、空間部の壁面の崩壊が防止され、子トンネル掘削機をこの空間部に適正に押し出すことができる。
【００８５】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口を閉止すると共にカッタにより破砕可能な土留壁を設けたので、子トンネル掘削機が土留壁を破砕して発進すればよく、開口部または搬出口を開閉するゲートやその開閉機構等が不要となり、構造を簡素化することができる。
【００８６】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口に嵌合して軸方向に移動可能なスライド筒を設け、このスライド筒内に子トンネル掘削機を収容すると共に、スライド筒の前端部に土留壁を形成したので、確実に子トンネル掘削機を空間部に押し出すことができる。
【００８７】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機内に、カッタヘッドが親トンネル掘削機の内周曲面に沿って後方に傾斜した子トンネル掘削機を、開口部または搬出口から外方に向けて掘進可能に収納したので、子トンネル掘削機の前端部を親トンネル掘削機の壁面に接近して収納することができ、所定長さを子トンネル掘削機が親トンネル掘削機内に効率よく収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】第１実施形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】親トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図５】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図６】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図７】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【図９】子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図１０】子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の一部切欠平面図である。
【符号の説明】
１０ トンネル掘削機
１１ 親トンネル掘削機
２０ カッタヘッド
２８ 油圧ジャッキ
２９ 第２コピーカッタ（掘削手段）
３１ カッタ旋回モータ
３８ シールドジャッキ
４２ エレクタ装置
４３ 開口部（搬出口）
４５ ゲート
４６ ウインチ
４７ ケーブル
５１ 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
５９ カッタヘッド（ヘッド部）
６５ カッタ旋回モータ
７１ シールドジャッキ
７５ エレクタ装置
110 トンネル掘削機
111 親トンネル掘削機
112 開口部（搬出口）
115 スライド筒
116 モルタル壁（土留壁）
117 スライドジャッキ
151 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
210 トンネル掘削機
211 親トンネル掘削機
212 開口部（搬出口）
213 ゲート
251 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
253 カッタヘッド（ヘッド部）
261 押出ジャッキ
262 連結リンク
263 連結軸
Ｓ1，Ｓ2 セグメント
Ｔ1 親トンネル
Ｔ2 子トンネル（分岐トンネル）
Ｔ3 空間部
【発明の属する技術分野】
本発明は、共同溝や地下収納施設などとして利用される互いに交差するトンネルを施工するためのトンネル施工方法、並びにトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ガス配管や電気配線などを収容する共同溝では、本線の親トンネルにほぼ直交して分岐する子トンネルが必要となる。このようなトンネルを一台のトンネル掘削機により掘削するものとして、例えば、下記特許文献１に記載された技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２６２９４号公報
【０００４】
この特許文献１に記載された「親子トンネル掘削機及びその掘削工法」は、内外の掘削盤を有する親トンネル掘削機の内部に回転収納体を設け、この回転収納体に内側掘削盤及び子トンネル掘削機を収納可能としたものである。従って、親トンネル掘削機により親トンネルを掘削し、所定の位置で親トンネル掘削機を停止し、内側掘削盤及び子トンネル掘削機を回転収納体に収納して９０度回転し、子トンネル掘削機を発進して子トンネルを掘削することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の「親子トンネル掘削機及びその掘削工法」にあっては、親トンネル掘削機の側部から子トンネル掘削機を発進する場合、回転収納体を９０度回転することで親トンネル掘削機の側部が開口し、推進ジャッキを作動して子トンネルを発進させている。ところが、子トンネル掘削機が親トンネル掘削機から発進する場合、子トンネル掘削機は実際に地盤を掘削することから、排土機構やシール機構などが必要となり、各種の設備を事前に搭載する必要がある。ところが、親トンネル掘削機内は内部に回転収納体や子トンネル掘削機を収納するために機内が狭く、子トンネル掘削機の後部に排土機構やシール機構などを装着作業が困難となり、作業者にかかる負担が大きいと共に、作業時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、収納したトンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ったトンネル施工方法及びトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を掘削して空間部を形成し、前記トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機が前記起点部に位置したとき、該分岐トンネル掘削機を前記空間部に押し出してから分岐トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を所定範囲にわたって掘削しつつ該トンネル掘削機を前進せしめ、前記親トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機をトンネル分岐方向に回転してヘッド部を前記所定範囲にわたって掘削した空間部に挿入し、前記分岐トンネルを掘削することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明のトンネル施工方法では、前記トンネル掘削機による前記起点部の掘削時に、前記空間部に壁面の崩壊を防止する置換材を注入することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のトンネル施工方法では、前記トンネル掘削機から前記分岐トンネル掘削機の先端部を前記空間部に押し出した後、該分岐トンネル掘削機の後端部にテール部を接続することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５の発明のトンネル掘削機は、外周部に開口部を有する親トンネル掘削機と、該親トンネル掘削機内に収納されて前記開口部から外部に突出して掘進可能な子トンネル掘削機と、前記親トンネル掘削機の開口部の外側を掘削可能な掘削手段と、前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６の発明のトンネル掘削機は、本体外周部に子トンネル掘削機の搬出口及びヘッド部から外周方向に所定長さ伸長する掘削手段を有する親トンネル掘削機と、該親トンネル掘削機内に収納されて前記搬出口から外部に突出して掘進する子トンネル掘削機と、前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７の発明のトンネル掘削機では、前記掘削手段は、前記親トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されたコピーカッタであることを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を開閉するゲートが設けられたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を閉止すると共にカッタにより破砕可能な土留壁が設けられたことを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明のトンネル掘削機では、前記親トンネル掘削機に前記開口部または搬出口に嵌合して軸方向に移動可能なスライド筒が設けられ、該スライド筒内に前記子トンネル掘削機が収容されると共に、該スライド筒の前端部に前記土留壁が形成されたことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明のトンネル掘削機では、前記トンネル掘削機内に、カッタヘッドが該親トンネル掘削機の内周曲面に沿って後方に傾斜した子トンネル掘削機を、前記開口部または搬出口から外方に向けて掘進可能に収納したことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面、図２に第１実施形態のトンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に親トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略、図５乃至図７に子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略を示す。
【００２１】
第１実施形態のトンネル掘削機１０は、図１乃至図３に示すように、親トンネル掘削機１１内に子トンネル掘削機５１をほぼ直交する方向に収納しており、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2 の起点部を所定範囲にわたって掘削することで空間部Ｔ3を形成し、子トンネル掘削機５１がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機１１から子トンネル掘削機５１のヘッド部を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機５１により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交して分岐する子トンネルＴ2を掘削することができる。
【００２２】
即ち、親トンネル掘削機１１にて、掘削機本体１２は円筒形状をなす前胴１３と後胴１４とが球面軸受１５により屈曲自在に連結され、中折ジャッキ１６により屈曲可能となっている。この前胴１３は、駆動部を有する第１筒部１３ａと、子トンネル掘削機５１を収納する第２筒部１３ｂと、後胴１４と連結する第３筒部１３ｃとが一体にフランジ接合されて構成されている。そして、前胴１３の前部（第１筒部１３ａ）に軸受１７により回転リング１８が回転自在に支持され、この回転リング１８に連結ビーム１９を介してカッタヘッド２０が連結されている。このカッタヘッド２０は中心部２１から４つのスポーク２２が放射状に連結されると共に、各スポーク２２間に面板２３が取付けられることで、全体が円板形状をなしている。
【００２３】
そして、このカッタヘッド２０にて、各スポーク２２の前面に多数の先行ビット２４が固定されると共に、その両側に多数のカッタビット２５が装着されており、少なくとも２つのスポーク２２の先端部に第１コピーカッタ２６が装着されている。また、面板２３には各スポーク２２の両側に位置して土砂取込開口２７が形成されている。更に、一つのスポーク２２にはその長手方向に直交する方向に沿って油圧ジャッキ２８が装着され、この油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ２９（掘削手段）が外方に出没可能となっている。従って、油圧ジャッキ２８によりこの第２コピーカッタ２９をカッタヘッド２０の所定の回転角度位置で外方に突出することで、子トンネルＴ2の起点部を掘削することができる。
【００２４】
このカッタヘッド２０の後部にはリングギア３０が固定される一方、掘削機本体１２には複数のカッタ旋回モータ３１が取付けられ、各旋回モータ３１の駆動ギア３２がこのリングギア３０に噛み合っている。従って、旋回モータ３１を駆動して駆動ギア３２を回転駆動すると、リングギア３０を介してカッタヘッド２０を回転することができる。
【００２５】
また、前胴１３の前部にはカッタヘッド２０の後方に位置してバルクヘッド３３が設けられており、カッタヘッド２０とこのバルクヘッド３３との間にチャンバ３４が設けられている。そして、このチャンバ３４には一端がトンネル掘削機の外部に延設された送泥管３５及び排泥管３６の他端が開口している。
【００２６】
一方、後胴１４の前部にはリング状の支持壁３７が形成され、この支持壁３７に複数のシールドジャッキ３８が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ３８のスプレッダ３９を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ1に押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、後胴１４には旋回リング４０が駆動モータ４１により旋回可能に支持されており、この旋回リング４０にセグメントＳ1を組立てるエレクタ装置４２が装着されている。
【００２７】
そして、前胴１３の中間部（第２筒部１３ｂ）には、その一側部に子トンネル掘削機５１を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）４３が形成されている。そして、この開口部４３の周囲にはガイド部材４４が装着され、このガイド部材４４により前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したゲート４５が前胴１３の内側で周方向に沿って移動自在に支持されている。一方、前胴１３内の他側部にはウインチ４６が装着されており、このウインチ４６から繰出されたケーブル４７がプーリ４８を介して端部がゲート４５の上端部に連結されている。なお、ガイド部材４４には全周にシール部材が装着され、ゲート４５との嵌合面からの止水を行っている。従って、このウインチ４６を駆動することで、ケーブル４７を介してゲート４５を上下動して開口部４３を開閉することができる。
【００２８】
前胴１３内には、この開口部４３に対応して前胴１３の軸心に直交する水平方向に沿って支持筒４９が固定されると共に、開口部４３の反対側に位置して支持台５０が固定されており、この支持筒４９及び支持台５０により前述した子トンネル掘削機５１が支持されることで、親トンネル掘削機１１とほぼ直交する方向に収納されている。
【００２９】
即ち、子トンネル掘削機５１にて、掘削機本体５２は円筒形状をなす前胴５３と後胴５４とが球面軸受５５により屈曲自在に連結され、中折ジャッキ５６により屈曲可能となっている。そして、前胴５３の前部にバルクヘッド５７が固定されており、このバルクヘッド５７に図示しない軸受により回転軸５８が回転自在に支持され、この回転軸５８にカッタヘッド（ヘッド部）５９が連結されている。このカッタヘッド５９は中心部６０から４つのスポーク６１が放射状に連結されると共に、各スポーク６１間に面板（図示略）が取付けられることで、全体が円板形状をなしている。また、このカッタヘッド５９は親トンネル掘削機１１の掘削機本体１２の曲面に沿うようにスポーク６１及び面板が後方に所定角度だけ傾斜しており、子トンネル掘削機５１が親トンネル掘削機１１内に効率よく収納できるようになっている。そして、このカッタヘッド５９には多数の先行ビット（図示略）、多数のカッタビット６２、コピーカッタ６３、土砂取込開口（図示略）が設けられている。
【００３０】
このカッタヘッド５９の後部にはリングギア６４が固定される一方、掘削機本体５２には複数のカッタ旋回モータ６５が取付けられ、各旋回モータ６５の駆動ギア６６がこのリングギア６４に噛み合っている。従って、旋回モータ６５を駆動して駆動ギア６６を回転駆動すると、リングギア６４を介してカッタヘッド５９を回転することができる。
【００３１】
また、前胴５３の前部にはカッタヘッド５９とバルクヘッド５７との間にチャンバ６７が設けられている。そして、このチャンバ６７に送泥管６８及び排泥管６９の他端が開口している。
【００３２】
一方、後胴５４にはリング状の支持壁７０が形成され、この支持壁７０に複数のシールドジャッキ７１が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ７１のスプレッダ７２を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳ2に押し付けることで、その反力により掘削機本体５２を前進することができる。また、後胴５４には旋回リング７３が駆動モータ７４により旋回可能に支持されており、この旋回リング７３にセグメントＳ2を組立てるエレクタ装置７５（図７参照）が着脱自在となっている。
【００３３】
このように構成された子トンネル掘削機５１は、前部が支持筒４９にシール部材を介して嵌合する一方、後部が支持台５０に載置されることで適正に支持されており、支持台５０には子トンネル掘削機５１を発進するための反力縦壁８０がシールドジャッキ７１に対向して設けられている。
【００３４】
また、親トンネル掘削機１１の前胴１３には開口部４３の上方に位置して第２コピーカッタ２９が掘削形成した空間部Ｔ3に対して、その壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入管（注入手段）８１が設けられる一方、開口部４３の下方に位置して空間部Ｔ3内の置換材を前胴１３内に吸入する吸入管８２が設けられている。
【００３５】
ここで、このように構成された第１実施形態のトンネル掘削機１０によるトンネルＴ1，Ｔ2 の掘削工法について説明する。
【００３６】
まず、各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するとき、図示しない発進立坑から親トンネル掘削機１１を投入して掘削作業を開始するが、親トンネルＴ1を掘削する場合には子トンネル掘削機５１は不要であるため、図４に示すように、親トンネル掘削機１１の前胴１３を第１筒部１３ａと第３筒部１３ｃとから構成して親トンネルＴ1の掘削を開始する。即ち、旋回モータ３１によりカッタヘッド２０を回転させながら、複数のシールドジャッキ３８を伸長して既設セグメントＳ1へ押し付け、その反力によって掘削機本体１２を前進させる。すると、カッタヘッド２０が前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ３４内に取り込まれ、送泥管３５から供給された送水と混合され、排泥管３６によって外部に排出される。一方、エレクタ装置４２は、親トンネルＴ1内に搬入されたセグメントＳ1をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて親トンネルＴ1を構築する。
【００３７】
この親トンネル掘削機１１によるトンネル掘削作業により、親トンネルＴ1を図示しない中継立坑の位置まで掘削すると、この中継立坑から子トンネル掘削機５１を収納した第２筒部１３ｂを投入し、図１及び図３に示すように、これを親トンネル掘削機１１に組み付ける。そして、子トンネル掘削機５１を収納した状態で親トンネル掘削機１１によるトンネル掘削作業を継続する。
【００３８】
そして、親トンネル掘削機１１が予め設定された親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2のトンネル分岐位置（起点部）に到達すると、図２、図３及び図５に示すように、油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ２９を伸縮、つまり、開口部４３の外側の周辺部だけを掘削できるように所定の回転角度位置で突出することで、子トンネルＴ2の起点部を掘削し、空間部Ｔ3を形成する。このとき、第２コピーカッタ２９による掘削作業に伴って掘削形成した空間部Ｔ3に、注入管８１から置換材を注入することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊を防止する。
【００３９】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2の起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成されると、第２コピーカッタ２９により掘削作業を停止し、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削作業を継続する。そして、親トンネル掘削機１１の開口部４３が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機１１による掘削作業を停止する。ここで、ウインチ４６を駆動してケーブル４７を巻き取ることで、ゲート４５を上方に移動して開口部４３を開放していく。このとき、子トンネル掘削機５１におけるカッタヘッド５９の前方やチャンバ６７に置換材（あるいは泥水）を注入して内外の圧力差を無くしておくことが望ましい。
【００４０】
親トンネル掘削機１１の開口部４３が開放されて子トンネル掘削機５１の前方に空間部Ｔ3が露出すると、図６に示すように、カッタヘッド５９を回転させずに、複数のシールドジャッキ７１を伸長して反力縦壁８０から延設した反力ロッド８３へ押し付け、その反力によって掘削機本体５２を前進させる。このとき、掘削機本体５２の前進動作に伴って空間部Ｔ3内の置換材を吸入管８２から吸入する。そして、子トンネル掘削機５１が所定距離前進してカッタヘッド５９が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、図７に示すように、子トンネル掘削機５１の後端部にテール部を接続する。即ち、後胴５４の後端部にテールシール８４を有するテール胴８５を接合し、旋回リング７３にエレクタ装置７５を装着し、また、送泥管６８及び排泥管６９を延長して外部まで延設する。
【００４１】
そして、子トンネル掘削機５１が掘進可能に装備されると、旋回モータ６５によりカッタヘッド５９を回転させながら、複数のシールドジャッキ７１を伸長して掘削機本体５２を前進させ、カッタヘッド５９が空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生した掘削土砂はチャンバ６７内に取り込まれ、送泥管６８から供給された送水と混合され、排泥管６９によって外部に排出される。一方、エレクタ装置７５は、セグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築する。
【００４２】
その後、子トンネル掘削機５１が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機１１から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合してトンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００４３】
このように第１実施形態のトンネル掘削機１０にあっては、親トンネル掘削機１１内に子トンネル掘削機５１をほぼ直交する方向に収納し、親トンネル掘削機１１の側部に子トンネル掘削機５１が発進可能な開口部４３を形成すると共にゲート４５により開閉可能とし、親トンネル掘削機１１のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2の起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００４４】
従って、親トンネル掘削機１１による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル１１から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削し、子トンネル掘削機５１がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機１１から子トンネル掘削機５１の前部を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機５１を掘進して子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機５１の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機５１の前部を空間部Ｔ3に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機５１の後方空間部で子トンネル掘削機５１へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機５１の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００４５】
また、親トンネル掘削機１１に第２コピーカッタ２９が掘削形成した空間部Ｔ3に置換材を注入する注入管８１を設けると共に、この空間部Ｔ3内の置換材を吸入する吸入管８２を設けている。従って、第２コピーカッタ２９による掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部Ｔ3の置換材の注入圧が対抗することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊が防止され、子トンネル掘削機５１をこの空間部Ｔ3に適正に押し出すことができる。
【００４６】
更に、子トンネル掘削機５１のカッタヘッド５９を、収納する親トンネル掘削機１１の曲面に沿うように所定角度だけ後方に傾斜させている。従って、子トンネル掘削機５１の前端部を親トンネル掘削機１１の壁面に接近して収納することができ、所定長さを子トンネル掘削機５１が親トンネル掘削機１１内に効率よく収納することができる。
【００４７】
図８に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面、図９及び図１０に子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４８】
第２実施形態のトンネル掘削機110は、図８に示すように、親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151をほぼ直交する方向に収納しており、親トンネル掘削機111による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の起点部を掘削し、子トンネル掘削機151がこの分岐する起点部に位置したとき、親トンネル掘削機111から子トンネル掘削機151を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機151により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができる。
【００４９】
親トンネル掘削機111は、前述した親トンネル掘削機１１とほぼ同様の構成をなしている。即ち、図１に示すように、掘削機本体１２は前胴１３と後胴１４とが屈曲自在に連結されてなり、前胴１３の前部にカッタヘッド２０が回転自在に装着され、複数のカッタ旋回モータ３１により駆動回転可能となっている。そして、このカッタヘッド２０に油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ（掘削手段）２９が外方に出没可能に装着されている。また、後胴１４に複数のシールドジャッキ３８が装着されると共に、エレクタ装置４２が装着されている。
【００５０】
そして、図８に示すように、前胴１３の中間部（第２筒部１３ｂ）に、その一側部に子トンネル掘削機151を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）112が形成されている。そして、この開口部112に対応して前胴１３の軸心に直交する水平方向に沿って支持筒113が固定されると共に、開口部112の反対側に位置して支持台114が固定されている。この支持筒113の内周面にはスライド筒115が軸方向に沿って移動自在に嵌合し、スライド筒115の前端部に前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したモルタル壁（土留壁）116が形成されている。また、スライド筒115と支持台114との間には複数のスライドジャッキ117が架設されている。
【００５１】
そして、子トンネル掘削機１５１の先端部がこのスライド筒１１５の内周部に移動自在に嵌合し、後端部が支持台１１４に載置されることで、子トンネル掘削機１５１が親トンネル掘削機１１１内にほぼ直交する方向に収納されることとなる。また、親トンネル掘削機１１１には開口部１１２の上方に位置して置換材注入管８１が設けられる一方、開口部１１２の下方に位置して置換材吸入管８２が設けられている。
【００５２】
この子トンネル掘削機151も前述した子トンネル掘削機５１とほぼ同様の構成をなしている。即ち、掘削機本体５２は前胴５３と後胴５４とが屈曲自在に連結されてなり、前胴５３の前部にカッタヘッド５９が回転自在に装着され、カッタ旋回モータ６５により駆動回転可能となっている。そして、後胴５４に複数のシールドジャッキ７１が装着されると共に、エレクタ装置７５が装着可能となっている。
【００５３】
このように構成された第２実施形態のトンネル掘削機110により各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するには、親トンネル掘削機111に子トンネル掘削機151を収納していない状態で、カッタヘッド２０を回転させながら、シールドジャッキ３８を伸長することで掘削機本体１２を前進させ、カッタヘッド２０により前方の地盤を掘削して親トンネルＴ1を掘削する。そして、中継立坑の位置で親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151を収納し、図８に示すように、この状態で親トンネル掘削機111によるトンネル掘削作業を継続する。
【００５４】
そして、親トンネル掘削機111が予め設定された子トンネルＴ2とのトンネル分岐位置に到達すると、第２コピーカッタ２９を所定の回転角度位置で突出することで、子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削して空間部Ｔ3を形成する。このとき、第２コピーカッタ２９による掘削作業に伴って掘削形成した空間部Ｔ3に、注入管８１から置換材を注入することで、空間部Ｔ3の壁面の崩壊を防止する。
【００５５】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2が分岐する起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成され、親トンネル掘削機111の開口部112が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機111による掘削作業を停止する。ここで、図９に示すように、複数のスライドジャッキ117を伸長してスライド筒115を前進、つまり、ヘッド部を空間部Ｔ3に押し出す。このとき、掘削機本体５２の前進動作に伴って空間部Ｔ3内の置換材を吸入管８２から吸入する。そして、スライド筒115及び子トンネル掘削機151が所定距離前進してモルタル壁116が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、図１０に示すように、子トンネル掘削機151の後端部にテール部、即ち、後胴５４の後端部にテールシール８４を有するテール胴８５を接合し、旋回リング７３にエレクタ装置７５を装着し、また、送泥管６８及び排泥管６９を延長して外部まで延設する。
【００５６】
そして、子トンネル掘削機151が掘進可能に装備されると、旋回モータ６５によりカッタヘッド５９を回転させながら、複数のシールドジャッキ７１を伸長して掘削機本体５２を前進させる。すると、カッタヘッド５９がまず、スライド筒115のモルタル壁116を破砕し、続いて空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。このときに発生したモルタル壁116を破砕部材や掘削土砂はチャンバ６７内に取り込まれ、送泥管６８から供給された送水と混合され、排泥管６９によって外部に排出される。一方、エレクタ装置７５は、セグメントＳ2をトンネル内壁面に沿ってリング状に組み立てて子トンネルＴ2を構築する。
【００５７】
その後、子トンネル掘削機151が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機111から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合して各トンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００５８】
このように第２実施形態のトンネル掘削機110にあっては、親トンネル掘削機111内に子トンネル掘削機151をほぼ直交する方向に収納し、親トンネル掘削機111の側部に子トンネル掘削機151が発進可能な開口部112を形成し、前端部に子トンネル掘削機151により破砕可能なモルタル壁116を有するスライド筒115を装着し、親トンネル掘削機111のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００５９】
従って、親トンネル掘削機111による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル111から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削し、子トンネル掘削機151がこの起点部に位置したとき、親トンネル掘削機111から子トンネル掘削機151を空間部Ｔ3に押し出してから、この子トンネル掘削機151がモルタル壁116を破砕しながら掘進して子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機151の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機151の前部を空間部Ｔ3に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機151の後方空間部で子トンネル掘削機151へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機151の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００６０】
また、親トンネル掘削機111の側部に形成した開口部４３をモルタル壁116により閉止しており、子トンネル掘削機151がモルタル壁116を破砕して発進するようにしており、開口部４３を開閉するゲートやその開閉機構等が不要となり、構造を簡素化することができる。
【００６１】
図１１に本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の一部切欠平面視を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６２】
第３実施形態のトンネル掘削機210は、図１１に示すように、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251をほぼ平行となるよう同方向を向いて収納しており、親トンネル掘削機211による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の起点部を所定範囲内にわたって掘削しつつ親トンネル掘削機211を前進せしめ、子トンネル掘削機251がこの分岐する起点部に位置したとき、親トンネル掘削機211内で子トンネル掘削機251を分岐する起点部の方向に回転することで、ヘッド部を空間部Ｔ3に挿入してから、この子トンネル掘削機251により子トンネルＴ2を掘削し、親トンネルＴ1からほぼ直交する子トンネルＴ2を分岐して掘削することができる。
【００６３】
親トンネル掘削機211は、前述した親トンネル掘削機１１，111とほぼ同様の構成をなしており、掘削機本体１２は前胴１３と後胴１４とが屈曲自在に連結されてなり、前部にカッタヘッド２０が回転自在に装着され、複数のカッタ旋回モータにより駆動回転可能となっている。そして、このカッタヘッド２０に油圧ジャッキ２８により第２コピーカッタ（掘削手段）２９が外方に出没可能に装着されている。また、後胴１４に複数のシールドジャッキ３８が装着されると共に、エレクタ装置が装着されている。
【００６４】
そして、前胴１３の中間部の一側部に子トンネル掘削機251を外部に突出して掘進可能な開口部（搬出口）212が形成されており、この開口部212は前胴１３とほぼ同心円状に湾曲したゲート213により開閉自在となっている。一方、前胴１３内には、この開口部212より若干後方に位置して子トンネル掘削機251が配設され、図示しない支持部材により支持されることで、親トンネル掘削機211内の中心位置に同方向を向いて収納されている。
【００６５】
この子トンネル掘削機251も前述した子トンネル掘削機５１，151とほぼ同様の構成をなしており、掘削機本体252が前胴と後胴とが屈曲自在に連結されてなり、前部にカッタヘッド253が駆動回転可能に装着され、後胴にシールドジャッキやエレクタ装置が装着可能となっている。
【００６６】
このように構成された第３実施形態のトンネル掘削機210により各トンネルＴ1，Ｔ2を掘削するには、親トンネル掘削機211に子トンネル掘削機121を収納した状態で、親トンネル掘削機211を掘進して親トンネルＴ1掘削し、この親トンネル掘削機211が予め設定された子トンネルＴ2とのトンネル分岐位置に到達すると、第２コピーカッタ２９を所定の回転角度位置で突出し、子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削して空間部Ｔ3を形成する。
【００６７】
この第２コピーカッタ２９により子トンネルＴ2が分岐する起点部に所定の大きさの空間部Ｔ3が形成され、親トンネル掘削機211の開口部212が空間部Ｔ3に到達すると、親トンネル掘削機211による掘削作業を停止する。ここで、ゲート213を移動して開口部212を開放し、親トンネル掘削機211内の子トンネル掘削機251をほぼ９０度回転してヘッド部を空間部Ｔ3に挿入する。
【００６８】
即ち、まず、親トンネル掘削機211内で支持されている子トンネル掘削機251の支持状態を解除し、親トンネル掘削機211と子トンネル掘削機251の後部であって開口部212とは反対側との間に押出ジャッキ261を架設する。そして、この状態で押出ジャッキ261を伸長し、子トンネル掘削機251を前進させずに開口部212側に所定角度傾ける。このとき、子トンネル掘削機251が前方に移動しないように拘束して移動を円滑にすることが望ましい。次に、親トンネル掘削機211の右内壁と子トンネル掘削機251の右外壁とを連結リンク262及び連結軸263によって連結すると共に、押出ジャッキ261の装着位置を変更する。この状態で押出ジャッキ261を伸長し、子トンネル掘削機251を連結リンク262の連結軸263を支点として回転する。
【００６９】
そして、この押出ジャッキ261の装着位置の変更と、押出ジャッキ261の伸長による子トンネル掘削機251の所定角度の回転を交互に行うことで、図１１に二点鎖線で示すように、子トンネル掘削機251をほぼ９０度回転し、カッタヘッド253が空間部Ｔ3内に位置して親トンネル掘削機211と直行するように、つまり、この子トンネル掘削機251が子トンネルＴ2を掘削する方向を向くように移動する。
【００７０】
このように子トンネル掘削機251が移動してカッタヘッド253が空間部Ｔ3の壁面に対向する位置までくると、ここで、子トンネル掘削機251から連結リンク262及び連結軸263を取り外して拘束を解除すると共に、この子トンネル掘削機251の後端部にテール部（テールシールなど）を接合し、エレクタ装置や送泥管、排泥管を延長して外部まで延設する。
【００７１】
そして、子トンネル掘削機251が掘進可能に装備されると、カッタヘッド253を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長して親トンネル掘削機211から反力をとって前進させ、空間部Ｔ3の壁面を掘削して子トンネルＴ2を掘削する。その後、子トンネル掘削機251が子トンネルＴ2の掘削を継続して親トンネル掘削機211から完全に離脱すると、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2との分岐部分、つまり、空間部Ｔ3の外方の地盤に薬液を注入して固化し、親トンネルＴ1と子トンネルＴ2とを接合して各トンネルＴ1，Ｔ2を完成させる。
【００７２】
このように第３実施形態のトンネル掘削機210にあっては、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を同方向に沿って収納し、親トンネル掘削機211の側部に子トンネル掘削機251が発進可能な開口部212を形成してゲート213により開閉自在とすると共に、親トンネル掘削機211のカッタヘッド２０に子トンネルＴ2が分岐する起点部を掘削する第２コピーカッタ２９を装着している。
【００７３】
従って、親トンネル掘削機211による親トンネルＴ1の掘削時に、この親トンネル211から分岐する子トンネルＴ2の起点部を第２コピーカッタ２９により掘削して空間部Ｔ3を形成し、子トンネル掘削機251がこの起点部に位置したとき、空間部Ｔ3を用いて回転しながら親トンネル掘削機211から空間部Ｔ3に押し出し、この子トンネル掘削機251を掘進して子トンネルＴ2を掘削することができ、子トンネル掘削機251の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機251の後方空間部でテール部などの装着作業を容易に行うことができ、子トンネル掘削機251の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７４】
また、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を同方向に収納し、親トンネル掘削機211が掘削した空間部Ｔ3を用いて子トンネル掘削機251をこの空間部Ｔ3に押し出して分岐する子トンネルＴ2を掘削可能としたことで、親トンネル掘削機211内に子トンネル掘削機251を効率的に収納することで、親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の径を大きくすることができる。
【００７５】
なお、上述の実施形態では、親トンネル掘削機内に収納した子トンネル掘削機の方向を直行方向あるいは平行方向としたが、これに限るものではない。また、親トンネルＴ1から分岐する子トンネルＴ2の掘削方向も直行方向に限らず、斜め前方や後方、あるいは上下方向に掘削することもできる。
【００７６】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、このトンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を掘削して空間部を形成し、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機が起点部に位置したとき、分岐トンネル掘削機を空間部に押し出してから分岐トンネルを掘削するようにしたので、分岐トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、分岐トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された分岐トンネル掘削機の後方空間部で分岐トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、分岐トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７７】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、このトンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を所定範囲にわたって掘削しつつトンネル掘削機を前進せしめ、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機をトンネル分岐方向に回転してヘッド部を所定範囲にわたって掘削した空間部に挿入し、分岐トンネルを掘削するようにしたので、分岐トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、空間部を利用して分岐トンネル掘削機を回転して空間部に押し出すことで、拡大された分岐トンネル掘削機の後方空間部で分岐トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、分岐トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００７８】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機による起点部の掘削時に、この空間部に壁面の崩壊を防止する置換材を注入するようにしたので、起点部の掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部の置換材の注入圧が対抗することで、この空間部の壁面の崩壊が防止され、分岐トンネル掘削機を空間部に適正に押し出すことができる。
【００７９】
本発明のトンネル施工方法によれば、トンネル掘削機から分岐トンネル掘削機の先端部を空間部に押し出した後、分岐トンネル掘削機の後端部にテール部を接続するようにしたので、トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機の全長を短く設定することができ、分岐トンネル掘削機を効率よく収納することができる。
【００８０】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、外周部に開口部を有する親トンネル掘削機と、この親トンネル掘削機内に収納されて開口部から外部に突出して掘進可能な子トンネル掘削機と、親トンネル掘削機の開口部の外側を掘削可能な掘削手段とを設けたので、親トンネル掘削機による親トンネルの掘削時に、親トンネルから分岐する子トンネルの起点部を掘削手段により掘削して空間部を形成し、子トンネル掘削機がこの分起点に位置したとき、親トンネル掘削機から子トンネル掘削機を空間部に押し出してから、この子トンネル掘削機を掘進して子トンネルを掘削し、親トンネルからほぼ直交する子トンネルを分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機の後方空間部で子トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００８１】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、本体外周部に子トンネル掘削機の搬出口及びヘッド部から外周方向に所定長さ伸長する掘削手段を有する親トンネル掘削機と、親トンネル掘削機内に収納されて搬出口から外部に突出して掘進する子トンネル掘削機とを設けたので、親トンネル掘削機による親トンネルの掘削時に、親トンネルから分岐する子トンネルの起点部を掘削手段により掘削して空間部を形成し、子トンネル掘削機がこの分起点に位置したとき、親トンネル掘削機から子トンネル掘削機を空間部に押し出してから、この子トンネル掘削機を掘進して子トンネルを掘削し、親トンネルからほぼ直交する子トンネルを分岐して掘削することができ、子トンネル掘削機の発進時における土砂掘削作業が不要となり、子トンネル掘削機の前部を空間部に押し出すことで、拡大された子トンネル掘削機の後方空間部で子トンネル掘削機へのテール部の装着作業を行うことができ、子トンネル掘削機の発進を迅速に行うことで作業効率の向上を図ることができる。
【００８２】
本発明のトンネル掘削機によれば、掘削手段を親トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されたコピーカッタとしたので、簡単な構成により確実に空間部を掘削することができる。
【００８３】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口を開閉するゲートを設けたので、簡単な構成により子トンネル掘削機を発進する開口部または搬出口を開閉することができる。
【００８４】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段を設けたので、起点部の掘削作業時に、周辺地盤の土圧と空間部の置換材の注入圧が対抗することで、空間部の壁面の崩壊が防止され、子トンネル掘削機をこの空間部に適正に押し出すことができる。
【００８５】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口を閉止すると共にカッタにより破砕可能な土留壁を設けたので、子トンネル掘削機が土留壁を破砕して発進すればよく、開口部または搬出口を開閉するゲートやその開閉機構等が不要となり、構造を簡素化することができる。
【００８６】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機に開口部または搬出口に嵌合して軸方向に移動可能なスライド筒を設け、このスライド筒内に子トンネル掘削機を収容すると共に、スライド筒の前端部に土留壁を形成したので、確実に子トンネル掘削機を空間部に押し出すことができる。
【００８７】
本発明のトンネル掘削機によれば、親トンネル掘削機内に、カッタヘッドが親トンネル掘削機の内周曲面に沿って後方に傾斜した子トンネル掘削機を、開口部または搬出口から外方に向けて掘進可能に収納したので、子トンネル掘削機の前端部を親トンネル掘削機の壁面に接近して収納することができ、所定長さを子トンネル掘削機が親トンネル掘削機内に効率よく収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】第１実施形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】親トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図５】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図６】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図７】子トンネル掘削作業を表す第１実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の断面図である。
【図９】子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図１０】子トンネル掘削作業を表す第２実施形態のトンネル掘削機の概略図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の一部切欠平面図である。
【符号の説明】
１０ トンネル掘削機
１１ 親トンネル掘削機
２０ カッタヘッド
２８ 油圧ジャッキ
２９ 第２コピーカッタ（掘削手段）
３１ カッタ旋回モータ
３８ シールドジャッキ
４２ エレクタ装置
４３ 開口部（搬出口）
４５ ゲート
４６ ウインチ
４７ ケーブル
５１ 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
５９ カッタヘッド（ヘッド部）
６５ カッタ旋回モータ
７１ シールドジャッキ
７５ エレクタ装置
110 トンネル掘削機
111 親トンネル掘削機
112 開口部（搬出口）
115 スライド筒
116 モルタル壁（土留壁）
117 スライドジャッキ
151 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
210 トンネル掘削機
211 親トンネル掘削機
212 開口部（搬出口）
213 ゲート
251 子トンネル掘削機（分岐トンネル掘削機）
253 カッタヘッド（ヘッド部）
261 押出ジャッキ
262 連結リンク
263 連結軸
Ｓ1，Ｓ2 セグメント
Ｔ1 親トンネル
Ｔ2 子トンネル（分岐トンネル）
Ｔ3 空間部
Claims (11)
- トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を掘削して空間部を形成し、前記トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機が前記起点部に位置したとき、該分岐トンネル掘削機を前記空間部に押し出してから分岐トンネルを掘削する
ことを特徴とするトンネル施工方法。 - トンネル掘削機によるトンネルの掘削時に、該トンネルから分岐する分岐トンネルの起点部を所定範囲にわたって掘削しつつ該トンネル掘削機を前進せしめ、前記親トンネル掘削機に収納した分岐トンネル掘削機をトンネル分岐方向に回転してヘッド部を前記所定範囲にわたって掘削した空間部に挿入し、前記分岐トンネルを掘削する
ことを特徴とするトンネル施工方法。 - 請求項１または２記載のトンネル施工方法において、
前記トンネル掘削機による前記起点部の掘削時に、前記空間部に壁面の崩壊を防止する置換材を注入する
ことを特徴とするトンネル施工方法。 - 請求項１または２記載のトンネル施工方法において、
前記トンネル掘削機から前記分岐トンネル掘削機の先端部を前記空間部に押し出した後、該分岐トンネル掘削機の後端部にテール部を接続する
ことを特徴とするトンネル施工方法。 - 外周部に開口部を有する親トンネル掘削機と、
該親トンネル掘削機内に収納されて前記開口部から外部に突出して掘進可能な子トンネル掘削機と、
前記親トンネル掘削機の開口部の外側を掘削可能な掘削手段と、
前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えた
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 本体外周部に子トンネル掘削機の搬出口及びヘッド部から外周方向に所定長さ伸長する掘削手段を有する親トンネル掘削機と、
該親トンネル掘削機内に収納されて前記搬出口から外部に突出して掘進する子トンネル掘削機と、
前記親トンネル掘削機に設けられて前記掘削手段により掘削した空間部に対して壁面の崩壊を防止する置換材を注入する注入手段とを具えた
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項５または６記載のトンネル掘削機において、
前記掘削手段は、前記親トンネル掘削機のカッタヘッドに装着されたコピーカッタである
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項５または６記載のトンネル掘削機において、
前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を開閉するゲートが設けられた
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項５または６記載のトンネル掘削機において、
前記親トンネル掘削機に、前記開口部または搬出口を閉止すると共にカッタにより破砕可能な土留壁が設けられた
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項９のトンネル掘削機において、
前記親トンネル掘削機に前記開口部または搬出口に嵌合して軸方向に移動可能なスライド筒が設けられ、該スライド筒内に前記子トンネル掘削機が収容されると共に、該スライド筒の前端部に前記土留壁が形成された
ことを特徴とするトンネル掘削機。 - 請求項５または６記載のトンネル掘削機において、
前記親トンネル掘削機内に、カッタヘッドが該親トンネル掘削機の内周曲面に沿って後方に傾斜した子トンネル掘削機を、前記開口部または搬出口から外方に向けて掘進可能に収納した
ことを特徴とするトンネル掘削機。
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