JP4071260B2

JP4071260B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP4071260B2
Application number: JP2006080737A
Authority: JP
Inventors: 啓能稲葉
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2006207370A

Description

本発明は地中に小口径管体を埋設するためのトンネルを掘削するトンネル掘削機に関するものである。

従来から、小口径下水管等の管体を地中に埋設するには、トンネル掘削機に一定長さを有する管体を順次、後続させてトンネル掘削機の掘進に従って地中に推進、埋設していくことが行われている。このトンネル掘削機において、掘削土砂を排土管を通じてトンネル後方に排出するように構成している場合には、その排土管の先端部にピンチバルブを設けて掘削停止時に該ピンチバルブを閉止することにより、カッタヘッドの背面側における土砂室を所定の泥土圧に維持して切羽の安定を図ると共に排土管の点検や目詰まりの処理を可能にし、さらに、該ピンチバルブの開度を調整することにより排土量や泥土圧、泥水圧等の調整を行っている。

上記ピンチバルブは通常、トンネル掘削機のスキンプレート内に設けられているが、特に、泥土圧シールドにおいては該ピンチバルブをスキンプレートの前部における隔離の後方近傍部に配設している。その理由は、カッタヘッドによって掘削された土砂を該カッタヘッドと上記隔壁との間に形成している土砂室に取り込み、該土砂室内の泥土圧を利用して土砂を後方に送り出す時に、泥土は泥水よりも粘度が大きくて流動性に乏しいため、その泥土圧により泥土を後方に圧送可能な長さが短くなり、その長さよりも後方にピンチバルブを配設すると、このピンチバルブよりも前方の切羽側で土砂の閉塞が発生するからである。
実公平６−２０９４２号公報

しかしながら、ピンチバルブを設置する隔離の後方近傍部におけるスキンプレート内には、各種の機器類や多数の部品が設けられてあり、特に、直径が30〜60cm程度の小径のトンネル掘削機においては、これらの機器類や部品が密集状態に配設されているため作業空間が著しく制限され、ピンチバルブの保守、点検やピンチバルブが故障した時の補修が困難であるという問題点がある。

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、バルブの交換等が容易に行えるようにしたトンネル掘削機を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削機は、請求項１に記載したように、筒状のスキンプレートと、このスキンプレートの前部に配設された隔壁と、該隔壁前方のスキンプレート前端開口部に配設された回転掘削部と、この回転掘削部と隔壁間に形成された土砂室と、隔壁に設けられた排土口を通じて送り出される上記土砂室内の土砂を後方に排出する排土管とを備えたトンネル掘削機であって、隔壁の後方に設けられた仕切壁と、上記排土口と同一中心線上に対向する仕切壁部分に設けられて上記排土管の前端部を連通させている貫通孔と、隔壁に設けている上記排土口と仕切壁に設けている上記貫通孔との間に配設されたバルブとを備え、このバルブは、上記スキンプレートの一部を切除することによって形成された開口部を通じてスキンプレート外に臨んであり、この開口部に閉止板を着脱可能に装着していることを特徴とする。

上記トンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、上記バルブの前後開口端に接続短管を一体に連結していると共に、前側の接続短管と後側の接続短管とを上記排土口と排土管にそれぞれ連通させてあり、さらに、上記バルブの後側接続短管を仕切壁に設けている貫通孔に、バルブの前側接続短管を隔壁に設けている排土口にそれぞれ挿嵌し且つ一方の接続短管を他方の接続短管よりも長く形成してバルブを管軸方向に移動可能に構成している。また、請求項３に係る発明は、上記バルブの後側接続短管を仕切壁に設けている貫通孔に、前側接続短管を隔壁に設けている排土口にそれぞれ回転自在に挿嵌していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、筒状のスキンプレートと、このスキンプレートの前部に配設された隔壁と、該隔壁前方のスキンプレート前端開口部に配設された回転掘削部と、この回転掘削部と隔壁間に形成された土砂室と、隔壁に設けられた排土口を通じて送り出される上記土砂室内の土砂を後方に排出する排土管とを備えたトンネル掘削機であって、隔壁の後方に設けられた仕切壁と、上記排土口と同一中心線上に対向する仕切壁部分に設けられて上記排土管の前端部を連通させている貫通孔と、隔壁に設けている上記排土口と仕切壁に設けている上記貫通孔との間に配設されたバルブとを備えた構造を有しているので、隔壁に設けている排土口にバルブを直接的に連通させた構造となって、土砂室内の泥土圧により排土口を通じて泥土をバルブ内にまで確実に送り出すことができると共にその泥土圧によって切羽を抑えて切羽の安定を図ることができる。

さらに、上記バルブを、上記スキンプレートの一部を切除することによって形成された開口部を通じてスキンプレート外に臨ませてあり、この開口部に閉止板を着脱可能に装着しているので、バルブの補修や取り替えの必要が生じた時には、トンネル掘削機を発進立坑内に引き出したのち、スキンプレート内に配設している機器類に関係なく、スキンプレートの外側から上記開口部を通じてバルブのみを容易に外部に取り出すことができ、その補修や取り替え作業が簡単に行えるものである。

また、請求項２及び請求項３に係る発明によれば、バルブの後側接続短管を仕切壁に設けている貫通孔に、バルブの前側接続短管を隔壁に設けている排土口にそれぞれ回転自在に挿嵌し且つ一方の接続短管を他方の接続短管よりも長く形成してバルブを管軸方向に移動可能に構成しているので、スキンプレートの外部からのバルブの取付け、取り外し作業が簡単且つ確実に行えると共にバルブ本体と前後接続短管とを締結しているボルトの除去作業やボルトによる締結作業も能率よく行えて作業性が著しく向上するものである。

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、１は直径が30〜60cmの小径トンネル掘削機Ａの胴体部を形成している筒状のスキンプレートで、その前端開口部にカッターヘッドからなる回転掘削部２を配設していると共に、この回転掘削部２の後方近傍部におけるスキンプレート１の前部に該回転掘削部２側と機内の後方側とを区画した隔壁３を配設して回転掘削部２の後面と隔壁３の前面間の空間部を土砂室４に形成してあり、さらに、上記隔壁３の下部にこの隔壁３の後面側から上記土砂室４内に連通した排土口５を設けて該排土口５をバルブ設置室６内に設置したエアピンチバルブ７を通じて排土管８に連通させている。

上記スキンプレート１は前後のスキンプレート部1A、1Bに二分割されてあり、前側のスキンプレート部1Aに上記隔壁３の外周部を一体に固着していると共に該前側スキンプレート部1Aの後端部に仕切壁９を固着して隔壁３とこの仕切壁９との間の空間部を機器類配設室10に形成し、この機器類配設室10の下部内に上記バルブ設置室６が設けられている。また、仕切壁９の下部には、上記隔壁３の下部に設けている排土口５の後方に対向させて該排土口５と同一中心線上に前後面間に貫通した貫通孔11を設けてあり、この貫通孔11の後部内に上記排土管８の前端部を挿嵌させてエアピンチバルブ７の後端に連通させている。

また、上記バルブ設置室６は、その上周壁部を機器類配設室10の下部に配設したドーム状に湾曲した防水カバー12によって形成していると共に、該防水カバー12の前後端面を上記前壁としての隔壁３と後壁としての仕切壁９との対向面下部に水密に接合、固着して隔壁３と仕切壁９及び防水カバー12によって囲まれた空間部により形成されてあり、従って、バルブ設置室６は防水カバー12によって該防水カバー12外の機器類配設室10と区画され、遮断されている。さらに、バルブ設置室６の下端は上記防水カバー12の下端によって囲まれている前側スキンプレート部1Aの下周部を切除することによって開口し、該開口部13を通じてスキンプレート外に臨んであり、この開口部13に閉止板14をボルトによって着脱可能に装着している。

バルブ設置室６内に配設された上記エアピンチバルブ７は、図３に示すように両端にフランジ部7a、7aを有する円筒形状のケーシング7Aの内周面に接して両端部をケーシング7Aのフランジ部7a、7aに円環状挟持板7C、7Cによって挟着され且つボルト15によって固着された円筒形状のゴム製弁体7Bを配設し、このゴム製弁体7Bとケーシング7Aとの間にケーシング7Aの長さ方向に中央部適所に穿設したエアポート7Dを通じて外部から該エアポート7Dに連結、連通したホース7Eに圧力空気を供給することにより、弁体7B対向面を二点鎖線で示すように偏平状に変形、圧接させて閉弁させるように構成している。

また、上記エアピンチバルブ７の前後開口端には上記隔壁３の下部に設けている排土口５と仕切壁９の下部に設けている貫通孔11にそれぞれ環状パッキン材18、19を介して回転自在に挿嵌した接続短管16、17が一体に取付けられている。これらの接続短管16、17において、前側の接続短管16にはその後端部に上記前側の円環状挟持板7Cの前面に当接してこの円環状挟持板7Cに上記ボルト15によって一体に固着されたフランジ部16a を設けてあり、後側の接続短管17にはその前端部に上記後側の円環状挟持板7Cの後面に当接してこの円環状挟持板7Cに上記ボルト15によって一体に固着されたフランジ部17a を設けている。

さらに、前側の接続短管16の長さを後側の接続短管17の長さよりも長く形成していると共に、これらの前後接続短管16、17を取付けているエアピンチバルブ７の全長、即ち、前後接続短管16、17の開口端間の長さを上記排土口５と貫通孔11の対向開口端間の寸法よりも長く且つ前側接続短管16が排土口５にその長さの中程まで挿嵌した時に、後側接続短管17が貫通孔11の前端開口部から離脱し得る長さに形成している。

また、これらの前後接続短管16、17を排土口５と貫通孔11に挿嵌させてエアピンチバルブ７をバルブ設置室10内に配設した状態において、前側接続短管16が必要以上に排土口５内に移動することによってエアピンチバルブ７が前進して後側接続短管17が貫通孔11から離脱するのを防止するために、後側接続短管17のフランジ部17a を貫通孔11の開口前端面に当接させた状態で前側接続短管16のフランジ部16a と排土口５の開口後端面との間にストッパー部材20を介在させ、エアピンチバルブ７の前後方向の移動を阻止して所定位置に配設するように構成している。このストッパ部材20はバルブ設置室６の開口部13を閉止した閉止板14の内面に一体に固着されてあり、バルブ設置室６内へのエアピンチバルブ７の配置後、開口部13を閉止板14によって閉止すると同時に前側接続短管16のフランジ部16a と排土口５の開口後端面との間にストッパー部材20を介在させてエアピンチバルブ７の前後妄動を阻止するようにしている。

なお、後側接続短管17の長さを前側接続短管16の長さよりも長く形成しておいてもよく、要するにいずれか一方の接続短管を他方の接続短管よりも長く形成しておけばよい。

上記カッタヘッドからなる回転掘削部２は、その回転シャフト2aの前後端部を上記隔壁３の中心部と仕切壁９の中心部に回転自在に支持されていると共に仕切壁９の後面に配設した駆動モータ21によって回転駆動させられると共に上記土砂室４内に突出した回転シャフト2aの前端部外周面に前端に向かって徐々に小径に形成されているインナコーン2bを固着し、このインナコーン2bに対向させて前側スキンプレート部1Aの前端部内周面に前端に向かって徐々に拡径させたアウタコーン2cを固着している。さらに、回転シャフト2aと一体に回転する上記インナコーン2bの後端面外周部には土砂室４内の泥土を攪拌する土砂掻き寄せ板2dを突設している。

また、上記回転シャフト2aは剛性材料からなる円筒形状の保護カバー22によって被覆されてあり、この保護カバー22の前後両端面を隔壁３と仕切壁９との対向面中央部に固着して回転シャフト2aを保護していると共に後側スキンプレート部1Bからの推進力の一部を前側スキンプレート部1Aに伝達する役目も兼ね備えている。なお、上記ドーム形状の防水カバー12の上端部はこの保護カバー22の下周部に溶接等によって接合、固定している。

さらに、上記機器類配設室10には、土砂室４内の泥土圧を計測する土圧計23や地上の受信器に発信して位置を計測する磁力線発生装置（ゾンテ）24、トンネル掘削機Ａのローリングとピッチングを計測するための二軸傾斜計25等の機器類が配設されてあり、さらに、この機器類配設室10の天井壁を形成している前側スキンプレート部1Aの上周部に点検窓26を設けている。

前側スキンプレート部1Aの後端部と後側スキンプレート部1Bの前端部とは互いに屈折自在に接合、連結してあり、後側スキンプレート部1Bの内周面に、周方向に所定間隔毎に複数本の方向修正ジャッキ27を装着し、これらの方向修正ジャッキ27のロッド先端を前側スキンプレート部1Aの上記仕切壁９の後面が外周部に連結している。

上記排土管８はスキンプレート１における後側スキンプレート1Bの内底部上に配設され、その後端開口部を該後側スキンプレート1Bの後端に固着したリング状連結板28の下部に貫設している取付孔29に連通状態で支持させている。この連結板28は、埋設すべき最前部の小口径管体Ｂの前端開口部に一体に設けているリング状連結板30をボルト31によって連結させて該小口径管体Ｂをトンネル掘削機Ａに後続させるように構成してあり、小口径管体Ｂはその後端開口部にもリング状連結板（図示せず）を一体に設けていて複数の小口径管体Ｂを順次、直列状に連結するように構成している。

さらに、各小口径管体Ｂの上記前後連結板30の下部には上記排土管８と同一中心線上で連通する土砂排出管（図示せず）の前後開口端部を挿嵌、支持した連通孔32が設けられていて、排土管８から土砂排出管を通じて発進立坑Ｃ側に掘削土砂を排出するように構成してなる。なお、掘削土砂は土砂排出管の後端側に連結、連通させている真空ポンプ（図示せず）の吸引力によって行われ、排土管８の前端部には真空ポンプの吸引の補助する空気取込口8aが設けられている。

このように構成したトンネル掘削機Ａは、図４に示すように、発進立坑Ｃから到達立坑Ｄに向かって掘進させる。その掘進は回転掘削部２を回転させながらスキンプレート１の後端面に発進立坑Ｃ内に設置した前後移動台Ｆの当板ｆを当接させ、該移動台Ｆを発進立坑Ｃの後端部内に設置した複数本の推進ジャッキＥのピストンロッドを伸長させて前進させることにより行われる。トンネル掘削機Ａが一定長、地中に掘進すると、推進ジャッキＥのピストンロッドを収縮させると共に移動台Ｆを後退させたのち、このトンネル掘削機Ａのスキンプレート１の後端にスキンプレート１と略同径の小口径管体Ｂを連結し、該小口径管体Ｂの後端を推進ジャッキＥにより上記同様に押し進めることによりこの小口径管体Ｂをトンネル掘削機Ａによって掘削されたトンネル内に推進させる。以下、同様にしてトンネル掘削機Ａが一定長、掘進する毎に小口径管体Ｂを接続する。

トンネル掘削機Ａの回転掘削部２によって掘削された土砂は土砂室４内に取り込まれる。この際、、大塊土の場合にはインナコーン2bとアウタコーン2cにより細かく破砕して土砂室４内に取り込み、泥土化させる。なお、掘削土砂が泥土状でない場合には、土砂室４に適量の泥水を注入して土砂室４内の土砂を均一な泥土に調製する。

掘削された土砂が土砂室４に充満してその圧力により切羽を抑えて該切羽地盤の崩壊を防止しながら回転掘削部２により掘削する。この土砂室４内の泥土圧は該土砂室４の後端排土口５に直接連通状態で接続しているエアピンチバルブ７の開度を調整することにより行われると共にその泥土圧によって排土口５からエアピンチバルブ７側に泥土を送り出す。この時、土砂室４からエアピンチバルブ７までの泥土押し出し通路である排土口５と前側接続短管16との長さは極めて短いために、土砂室４内の泥土圧によって確実且つ円滑に所定量の掘削土砂（泥土）をエアピンチバルブ７内に送り出すことができる。なお、エアピンチバルブ７の開度の調整は、ホース7Eを通じて圧縮空気を供給することによって弁体7Bの対向面間の幅を縮小させ、該圧縮空気を排除することによってその幅を拡大することによって行われる。

排土口５からエアピンチバルブ７の前側接続短管16内を通じて該エアピンチバルブ７内にまで送り出された掘削土砂は、このエアピンチバルブ７の後側接続短管17内からこの後側接続短管17を回転自在に挿嵌させている貫通孔11を通じて該貫通孔11に前端部を挿嵌させている排土管８に送り出され、排土管８からこの排土管８に直列状に連通している小口径管体Ｂ内の土砂排出管を通じて発進立坑Ｃ側に排出される。この土砂の排出は発進立坑Ｃ側に設置した真空ポンプを作動させることにより土砂排出管を通じて排土管８内に吸引力を発生させ、その吸引力によりエアピンチバルブ７内に達した上記掘削土砂を排土管８内に取り込むことによって行われる。

このように、土砂室４内の掘削土砂を排土口５からエアピンチバルブ７、排土管８を通じて後方に送り出してながらトンネル掘削機Ａによって前方地盤を掘進するものであるが、その掘進中に、掘削土砂の詰まりや土砂室４側の泥土圧の急激な上昇、或いは、エアピンチバルブ７の破損によって掘削土砂である泥土が接続短管部分から噴発する事態が発生する場合がある。しかしながら、前後接続短管16、17を含めてエアピンチバルブ７は防水カバー12と隔壁３及び仕切壁９とで囲まれたバルブ設置室６内に配設されているため、噴発した泥土はこのバルブ設置室６内に滞留して防水カバー12外の機器類配設室10内へは飛び散ることはなく、機器類配設室10内に配設している機器類23〜25や各種部品等を汚損する虞れはない。

また、エアピンチバルブ７の補修や取り替えを行う場合には、バルブ設置室６の開口部13を閉止している閉止板14を取り外したのち、エアピンチバルブ７の前後接続短管16、17のフランジ部16a 、17a をエアピンチバルブ７のケーシング7Aの前後フランジ部7a、7aからこれらのフランジ部同士を連結、固定している複数本のボルト15を取り外すことにより分離させ、エアピンチバルブ７のケーシング7Aと前後接続短管16、17とを別々にしてバルブ設置室６から取り出し、エアピンチバルブ７の補修、或いは、新たなエアピンチバルブとの取り替えを行うものである。

このエアピンチバルブ７の撤去時において、前後接続短管16、17は隔壁３に設けている排土口５と仕切壁９に設けている貫通孔11に対してそれぞれ回動自在に挿嵌しているので、エアピンチバルブ７の前後フランジ部7a、7aと前後接続短管16、17のフランジ部16a 、17a との円周方向の複数箇所を連結している複数本のボルト15を、前後接続短管16、17を回動させて順次、手前側、即ち、バルブ設置室６の開口部13側に移動させて確実且つ円滑にボルト取り外し作業を行うことができる。なお、エアピンチバルブ７のケーシング7Aから前後接続短管16、17を取り外すことなく、いずれか一方を取り外せば、バルブ設置室６からエアピンチバルブ７を取り出すことができる。

こうして補修したエアピンチバルブ７、或いは新たなエアピンチバルブ７をバルブ設置室６内に配設するには、まず、前側の接続短管16を排土口５に挿嵌させた状態にしてエアピンチバルブ７をバルブ設置室６内に挿入して該エアピンチバルブ７の前側フランジ部7aをこの接続短管16のフランジ部16a にボルト15によって連結し、次いで、前側接続短管16を排土口５に大きく挿嵌させた状態にしてエアピンチバルブ７の後端と貫通孔11の前端面との隙間を広くし、この隙間に後側接続短管17を挿入してそのフランジ部17a をエアピンチバルブ７の後側フランジ部7aにボルト15により連結し、しかるのち、前側接続短管16を後退させながら後側接続短管17を貫通孔11に挿嵌させることにより行う。この場合も、エアピンチバルブ７を回動させて連結すべきフランジ部同士のボルト連結孔を手前側に順次移動させることによってボルト15による連結作業が簡単且つ能率よく行えるものである。なお、エアピンチバルブ７の取り付けは、エアピンチバルブ７に予め後側接続短管17をボルト15により連結しておいたものを前側接続短管16が挿嵌されたバルブ設置室内に配設するようにしてもよい。

上記エアピンチバルブ７の補修作業や取替作業は、トンネルを掘削する前やトンネルを掘削後において立坑内等で行うことができるが、トンネルの掘削中においてエアピンチバルブ７が故障した場合には、一旦、トンネル掘削機Ａを発進立坑Ｃ側に引き戻して発進立坑Ｃ内で行う。なお、トンネル掘削機Ａは上述したように直径が30〜60cmの小径掘削機であって、バルブ設置室６の空間、即ち、スキンプレート１から回転シャフト2aに達する防水カバー12の凹部の深さが大きくとれなく、そのため、エアピンチバルブ７や接続短管16、17のフランジ部をバルブ設置室６内に収納し切れなくなるので、図２に示すように、これらのフランジ部の上下部を水平状に切除33している。この場合、前後接続短管16、17がエアピンチバルブ７と一体に排土口５と貫通孔11に対して回動自在に構成しているので、上記フランジ部に形成している上下切除部33を確実に狭い空間部の回転シャフト2a側とスキンプレート側とに向けた状態に位置させることができる。

上記実施の形態では、エアピンチバルブ７の補修、取り替えの際、前後接続短管16、17も一緒に取り外し、再取付けを行うよう説明したが、本発明はこれに限らず、前後接続短管16、17はトンネル掘削機に残したままでエアピンチバルブ７のみを取り出し、再取付けをするようしてもよく、この場合、前後接続短管16、17の長さを特に限定する必要はなく、少なくとも一方の接続短管が前後動可能となっておればよい。

トンネル掘削機の縦断側面図、その前側スキンプレート部の縦断正面図、エアピンチバルブの簡略縦断側面図、トンネル施工状態を示す簡略側面図。

符号の説明

１スキンプレート
２回転掘削部
３隔壁
４土砂室
５排土口
６バルブ設置室
７エアピンチバルブ
８排土管
９仕切壁
10 機器類配設室
11 貫通孔
12 防水カバー
13 開口部
14 閉止板
16、17 接続短管

Claims

筒状のスキンプレートと、このスキンプレートの前部に配設された隔壁と、該隔壁前方のスキンプレート前端開口部に配設された回転掘削部と、この回転掘削部と隔壁間に形成された土砂室と、隔壁に設けられた排土口を通じて送り出される上記土砂室内の土砂を後方に排出する排土管とを備えたトンネル掘削機であって、隔壁の後方に設けられた仕切壁と、上記排土口と同一中心線上に対向する仕切壁部分に設けられて上記排土管の前端部を連通させている貫通孔と、隔壁に設けている上記排土口と仕切壁に設けている上記貫通孔との間に配設されたバルブとを備え、このバルブは、上記スキンプレートの一部を切除することによって形成された開口部を通じてスキンプレート外に臨んであり、この開口部に閉止板を着脱可能に装着していることを特徴とするトンネル掘削機。
バルブの前後開口端に接続短管を一体に連結していると共に、前側の接続短管と後側の接続短管とを上記排土口と排土管にそれぞれ連通させてあり、さらに、上記バルブの後側接続短管を仕切壁に設けている貫通孔に、バルブの前側接続短管を隔壁に設けている排土口にそれぞれ挿嵌し且つ一方の接続短管を他方の接続短管よりも長く形成してバルブを管軸方向に移動可能に構成していることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
バルブの後側接続短管を仕切壁に設けている貫通孔に、バルブの前側接続短管を隔壁に設けている排土口にそれぞれ回転自在に挿嵌していることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。