JPH05321573A - トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的自立性に乏しい地山においても、地山
の崩落を招くことなく、効率の良いトンネル掘削が行え
る装置を提供する。 【構成】 内部に掘削機４１、４３が搬入される走行フ
レーム１に、地山６１に略水平に貫入されるデッキ７、
地山天井部に差し込まれ、かつ引き抜かれるときに空洞
部にモルタルを提供してモルタルパイルを造成するパイ
プ１６、トンネル側面下半部にコンクリートを打設させ
る装置３１、トンネル上半部にコンクリートを打設させ
る覆工装置２６を設け、地山にデッキ７を略水平に貫入
させて地山を安定させると共に上下に分割し、分割され
た地山ごとに掘削を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工期の短縮が達成でき
るトンネル掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削工法の代表的なものとし
て、従来、全断面掘削工法、上部半断面先進工法などが
知られている。全断面掘削工法は、各サイクルごとにト
ンネルの全断面を一度に掘削する工法である。また、上
部半断面先進工法は、トンネルの上部半断面を先に掘削
し、その後に下部半断面（ベンチ部）を掘削する工法で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、全断面掘削工
法では、ずり出しが終るまで、地山の安定が保てること
が必要である。つまり、全断面を一度に開放するので、
地山からの荷重に耐え得ることが必要である。また、崩
壊が起こる場合は、崩壊領域が大きくなるという問題が
ある。さらに、ずり出しが終ってからトンネルの底面
（インバート）にコンクリートを打設し、その上に掘削
機を前進させるためのレールを敷設するのであるが、コ
ンクリートが養生するまで待たなければならないという
時間的問題もある。

【０００４】上部半断面先進工法では、トンネル断面を
一度に開放するのではないので、全断面掘削工法ほどト
ンネルの変形に対する条件は厳しくはないが、掘進速度
は全断面掘削工法に比べると劣る。また、トンネル底面
に打設したコンクリートの養生のための待ち時間が生じ
てしまうのは全断面掘削工法の場合と同じである。

【０００５】その他の工法では、やはり掘削スピードの
点で難点がある。なお、別の工法として、シールド掘進
機を用いたシールド工法があるが、装置が大形化し、工
費も嵩むという別の問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、なるべく簡易な装置で掘削速度を向上させることを
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本
発明に係るトンネル掘削装置は、地山に対し推進移動さ
れ、かつ内部に掘削機が搬入される走行フレームと、走
行フレームに搭載され、地山に貫入されるデッキと、走
行フレームに搭載され、地山の天井部に差し込まれ、か
つ引き抜かれるときに前方にモルタルもしくは地山固化
補強材を供給する天部保護壁造成用パイプと、走行フレ
ームの後部に装備され、トンネルの上半部にコンクリー
トを打設する上半部覆工装置とからなることを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】上記装置では、地山にデッキを貫入して、地山
を安定させ、安定状態の分割された地山ごとに掘削す
る。掘削と並行して、覆工装置によりコンクリートの打
設を行う。また、デッキを切羽地山に貫入して地山を複
数の領域に分割し、下半領域の地山を先に掘削すれば、
トンネル底面へのコンクリートの打設、養生と並行して
上側の地山の掘削が行える。

【０００９】

【実施例】次に、本発明に係るトンネル掘削装置の一実
施例を説明する。図１にはフードを破砕した内部の斜視
状態を示してあり、図２には装置の側面に沿う断面を示
してあり、図４には装置の正面を示してある。

【００１０】１は走行フレーム（機械本体）で、左右の
レール２上に乗る車輪３ａを備えた左右の脚部３と、そ
の上面に設けられた床部４とからなっている。走行フレ
ーム１の後部には走行用ジャッキ５がその一端部で結合
されている。走行用ジャッキ５の他端には前記レール２
を把持するためのクランプ装置６が備えられている。し
たがって、レール２を反力受けとして走行用ジャッキ５
が伸長されることにより、走行フレーム１はレール２上
を前進される。なお、レール２は、掘削されたトンネル
底面に打設されたコンクリート等の上に固定される。

【００１１】走行フレーム１の床部４内には、水平方向
に並べて三つのデッキ７が前進及び後退可能に組み付け
られている。各デッキ７には、床部４側に取付けられた
デッキ貫入用シリンダ８のピストンロッド９が結合され
ており、デッキ貫入用シリンダ８の作動によりデッキ７
は前進あるいは後退され、床部４より突き出され、ある
いは床部４内に納められる。各デッキ７内には、掘削及
びずり出しを兼ねたスクリュ１０が複数組み付けられて
いる。スクリュ１０は、デッキ７の後部に設けた駆動源
１１により回転駆動される。したがって、スクリュ１０
を回転駆動させながら、デッキ貫入用シリンダ８によっ
てデッキ７を前進させることにより、デッキ７を前方の
地山に貫入することができる。

【００１２】一方、前記走行フレーム１の床部４上の両
側部にはレール１２が敷設されており、これらレール上
に、半円筒状（ドーム状）のフード（シェル）１３が車
輪を介して乗っている。フード１３には、床部４上に設
けられたフード移動用ジャッキが連結されており、この
ジャッキの作動により、フード１３は、底部４上を前進
動される。

【００１３】フード１３は切羽から後方の上半部コンク
リート打設部までの上半部を連続的に保護するが、地山
によっては後述する天部保護モルタルパイル６２の造成
によって安定する場合がある。この場合はフード１３の
装備の必要はない。図３はフードなしの状態図を示し
た。この場合も後方上半部コンクリート打設部までの間
は抗壁の真円状態を保持する必要があるため真円保持装
置６３を装備する。真円保持装置６３はレール１２上を
車輪により前後進可能とし、かつ真円保持ジャッキ（図
示せず）によって上方に拡張し真円保持する。真円保持
装置６３を前進する時は真円保持ジャッキを縮め地山と
の接触を切って前進させる。真円保持装置６３は切羽〜
後方コンクリート打設部までの距離に応じて数台装備す
る。

【００１４】このフード１３の前部の内周面には天端保
護壁造成装置用ガイド１４が設けられている。ガイド１
４には、多数のガイド孔１５が先端側を外側にして斜め
に形成されており、各ガイド孔１５にはそれぞれ保護パ
イル形成用のパイプ１６が挿入されている。パイプ１６
には、フード１３側に支持された油圧シリンダ１７のピ
ストンロッド１８が連結されており、油圧シリンダ１７
の作動により、パイプ１６はパイプガイド１４を案内と
して、フード１３先端より斜め前方に突出されるように
なっている。

【００１５】パイプ１６内には、掘削及びずり出しを兼
ねたスクリュ１９が組み込まれている。スクリュ１９
は、パイプ１６の後部に設けられた駆動源２０により回
転駆動される。スクリュ１９の軸２１はパイプ状となっ
ており、内部を通して軸先端よりモルタルあるいは地山
固化補強材（以下、モルタル等という）を注出できるよ
うにしてある。

【００１６】走行フレーム１の床部４上において前記レ
ール１２の内側にはさらに一対のレール２２が敷設され
ており、これらのレール２２上には自走型の山留装置２
３が搭載されている。山留装置２３は、略台形の枠体
（本体）２４と、枠体２４に対し入れ子状（テレスコピ
ック状）に出入し得る山留部材２５と、山留部材２５を
枠体２４に対し出入駆動させる駆動源３５と、枠体２４
をレール２２上で移動し、かつレール２２に対し固定す
るジャッキ等からなっている。

【００１７】フード１３の後部には、上半部コンクリー
ト覆工装置２６が装備されている。この覆工装置２６
は、フード１３後部内周に沿って設けられたレール２７
に沿って移動される循環ベルト２８と、循環ベルト２８
とトンネル内壁との間にコンクリートを注入するコンク
リート打ち込み装置２９、コンクリートのフード１３内
への浸入を防止するための妻枠装置３０等からなってい
る。また、支持フレーム１の脚部３の前部外側には、下
部側壁部覆工装置３１が設けられている。この装置３１
は、内型枠３２と、内型枠３２を前進させる駆動機構３
６と内型枠３２とトンネル内壁との間にコンクリートを
注入するコンクリート打ち込み装置等からなっている。

【００１８】走行フレーム１の床部４の下側には、地山
を掘削するための掘削機４１及び岩や土を搬出するため
のコンベア４２等が搬入され、また、床部４上にも同様
に掘削機４３、コンベア４４が設けられる。

【００１９】なお、当該装置には、トンネル断面形状を
所定の断面形状に仕上げるためのセントルあるいはスチ
ームフォームと呼ばれるコンクリート覆工装置が続く。
当然トンネルによってはこれら覆工装置が構成されない
こともある。

【００２０】次に、上記装置によるトンネル掘削の手順
について説明する。先ず、デッキ貫入用シリンダ８を作
動し、図５に示すように、デッキ７を突き出させて前方
の地山６１に貫入して行く。このとき、デッキ７内部の
スクリュ１０は回転駆動され、地山６１の掘削に寄与す
ると共に、切羽土砂を後方へ排出する。

【００２１】次に、図６に示すように、掘削機４１によ
り、デッキ７の下側の地山６１を掘削する。地山６１は
デッキ７により安定が図られているので、下側を先に掘
ったとしても地山６１の崩壊を招くことはない。また、
掘削によるくずれ落ちをアーチ作用により防止するた
め、掘削はドーム状あるいは直状、斜状に行う。一方、
デッキ７の下側の掘削と並行して、地山天井部にパイプ
１６を貫入させる。つまり、油圧シリンダ１７を作動さ
せて、パイプガイド１４を案内としてパイプ１６をフー
ド１３の前端より突出させ、地山６１に斜めに貫入させ
て行くのである。パイプ１６内のスクリュ１９は駆動回
転され、パイプ１６の地山６１への貫入に寄与すると共
に、切羽土砂を後方へ排出する。パイプ１６が所定量地
山６１に貫入したら、油圧シリンダ１７を送作動させて
パイプ１６を引き抜くと共に、スクリュ軸２１の先端よ
り、パイプ１６の引き抜きにより発生する空洞部分に引
抜きと同時にモルタル等を打ち込んで行く。パイプ１６
が引き抜かれると、地山天井部には多数のパイル６２が
ドーム状に配列されて打ち込まれた状態となる。つま
り、地山天井部には、モルタル等のパイル６２による保
護壁が造成されるのである。

【００２２】モルタル等のパイル６２による保護壁の構
築作業が終了したら、図７に示すようにデッキ７上側の
地山６１を掘削機４３により掘削する。地山天井部はモ
ルタル等のパイル６２により補強されているので、地山
６１の崩壊を招くことはない。掘削はやはりドーム状あ
るいは直状、斜状に行う。一方、デッキ７の下側におい
ては、デッキ７上側の掘削と並行して、掘られたトンネ
ルの底面にコンクリートを打設する。また、下部側壁部
覆工装置３１により、底面の両側部に重ねて下部側壁部
のコンクリートの打設を行う。図中、５１がトンネル底
部に打設されたコンクリート、５２が下部側壁に打設さ
れたコンクリートを示す。デッキ７の上側の地山６１の
掘削の進行に伴い、コンクリート５１、５２の養生も進
行する。当然側壁の状況によってはコンクリート打設に
代って吹付コンクリートを行うこともある。

【００２３】コンクリート５１が養生したら、図８に示
すように、コンクリート５１上にレール２を延設し、固
定する。一方、デッキ７上側の地山６１に対しては、山
留装置２３を前進させ、かつ、山留部材２５を突出させ
て地山６１に押し当て、機械的に山留めを行う。なお、
地山６１が自立性の高いものであれば、山留めは行わな
くてもよい。この後、クランプ装置６でレール２をクラ
ンプし、走行用ジャッキ５を伸長作動させ、レール２上
で走行フレーム１を前進させる。このとき、デッキ貫入
用シリンダ８は、デッキ７を収納する方向に同期して作
動され、走行フレーム１の前進の妨げとなることは防止
される。

【００２４】フード１３も前進移動されるのであるが、
天井面にはモルタル等のパイル６２が突き出ているの
で、フード１３の前進に先立ち、あるいはデッキ７上側
の地山６１の掘削の際に、掘削機４３により併せて削り
取る。したがって、フード移動用ジャッキの作動による
フード１３の前進の際には、モルタル等のパイル６２が
邪魔となることはない。しかも、図９に示すように天井
部にはモルタル等のパイル６２が残っているので、補強
は図られている。

【００２５】フード１３の前進によりフード１３の後方
上部には、掘削された天井部が露出する。この天井部に
コンクリートの覆工を行うため、覆工装置２６の循環ベ
ルト２８がレール２７に沿って移動されると共に、コン
クリート打ち込み装置２９により循環ベルト２８と壁面
との間にコンクリート（図中、５３で示す）が打ち込ま
れる。これにより、前述の下部側壁部につなげてコンク
リートが打ち込まれたことになり、掘削されたトンネル
断面の全周の閉合が完了する。

【００２６】以上の作業を１サイクルとしてトンネルの
掘削は進められる。なお、コンクリートにより閉合され
たトンネルの内面は後続するセントル等により寸法、形
状が仕上げられる。

【００２７】上記実施例は、デッキ７により地山６１を
上下に分割してそれぞれを掘削するようにしたものであ
るが、図１０に示すように、さらに縦方向に分割しても
よい。このような分割は、大断面のトンネルに対して有
効である。分割の仕方は、このようにトンネルの大きさ
や地山の性質、作業性等を考慮して決められる。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係るトンネル掘削装置によれ
ば、地山にデッキを貫入させて、地山を分割して掘削す
るので、地山にゆるみを生じさせずに掘削することがで
き、比較的自立性の乏しい地山においても崩落などを招
くことなく、効率の良いトンネル掘削が行える。また、
デッキを水平に地山に差し込んで、デッキ下側を先に掘
削するようにすれば、トンネル底部のコンクリート打ち
込みを早く行うことができることから、トンネルの変形
の防止が図れると共に、レールを敷設することにより装
置を無駄な時間なく進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置の斜視図である。

【図２】図１に示した装置の側面（フード有）に沿う断
面図である。

【図３】図１に示した装置の側面（フード無）に沿う断
面図である。

【図４】図１に示した装置の正面図である。

【図５】掘削作業の一工程を示す斜視図である。

【図６】掘削作業の図４に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図７】掘削作業の図５に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図８】掘削作業の図６に続く工程を示す斜視図であ
る。

【図９】掘削進行途中の概略側断面図である。

【図１０】デッキ貫入態様の他の例を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 走行フレーム ４ 床部 ５ 走行用ジャッキ ７ デッキ ８ デッキ貫入用シリンダ １０ スクリュ １３ フード １４ パイプガイド １６ パイプ １９ スクリュ ２３ 山留装置 ２５ 山留部材 ２６ 上半部コンクリート覆工装置 ３１ 下部側壁部覆工装置 ４１、４３ 掘削機 ５１、５２ 打設されたコンクリート ６１ 地山 ６２ モルタル等のパイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高崎 敏雄 大阪府大阪市西区阿波座一丁目３番15号 鹿島建設株式会社大阪支店内 (72)発明者 塚本 浩一 京都府京都市北区紫竹上長目町21−４ (72)発明者 西岳 茂 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 橘 嘉保 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地山に対し推進移動され、かつ内部に掘
   削機が搬入される走行フレームと、走行フレームに搭載
   され、地山に貫入されるデッキと、走行フレームに搭載
   され、地山の天井部に差し込まれ、かつ引き抜かれると
   きに前方にモルタルもしくは地山固化補強材を供給する
   天部保護壁造成用装置と、走行フレームの後部に装備さ
   れ、トンネルの上半部にコンクリートを打設する上半部
   覆工装置とからなることを特徴とするトンネル掘削装
   置。