JP3970133B2

JP3970133B2 - Tunnel excavator

Info

Publication number: JP3970133B2
Application number: JP2002252544A
Authority: JP
Inventors: 清亮西村; 喬岡田; 修二繁; 雅彦杉山; 隆史東
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004092104A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤層、軟弱土砂層、山岳層などを掘削してトンネルを構築可能なトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、土圧式シールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着される一方、後部に掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着され、また、掘削機本体の前後方向に沿って掘削土砂を排出するスクリューコンベヤが配設されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの反力を得て掘削機本体が前進することで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削してスクリューコンベヤにより掘削土砂が外部に排出されると共に、エレクタ装置が既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築する。
【０００３】
このような土圧式シールド掘削機によるトンネル掘削作業にて、重要な構造物の下方や埋設物の近傍を掘削するとき、掘削地盤が軟弱であるとき、また、大深度トンネルを掘削するときなどは、地山の崩壊などの虞があるため、周辺の地盤に薬材を注入して地盤を改良する必要がある。従来、前方の地盤に対して薬材を注入する先行注入装置は、カッタヘッドの後部に設けられており、掘削作業を一時停止した状態でカッタヘッドから前方に向けて注入管を所定長さ打設し、この注入管を通して地盤に薬材を圧入している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、先行注入装置により切羽に注入管を打設し、薬材をこの注入管を通して地盤に圧入して周辺の地盤改良を行っているが、シールド掘削機の周囲の広い範囲にわたって地盤改良を行う必要がある。ところが、従来の先行注入装置はカッタヘッドの後部に設けられているため、この一つの先行注入装置を用いて切羽に対してたくさんの位置に注入管を打設して薬材を圧入しなければならず、作業が面倒になると共に長い作業時間が必要となり、作業効率が良くないという問題がある。また、作業者が先行注入装置を使用する場合、機内からチャンバに入らなければならず、このチャンバにある土砂を全て排出しなければならずに作業時間が長くなると共に作業者の安全性を確保することが困難となる。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するものであって、地盤補強作業の作業性の向上並びに装置の簡素化を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００６】
【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の発明のトンネル掘削機は、筒形状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に装着されたカッタと、前記掘削機本体の後部に旋回自在に装着された旋回リングと、該旋回リングに装着されて掘削壁面に沿って覆工部材を組み付けるエレクタ装置と、前記旋回リングに装着されて切羽に対して固化材を注入する先行注入装置とを具え、前記先行注入装置は、所定長さの注入管を連結して前方に延出可能であると共に、前記掘削機本体の前部に設けられたバルクヘッドに該注入管を挿通して切羽へ送り込む支持管を装着し、前記バルクヘッドは、前記旋回リングに同期して前記掘削機本体に周方向回動可能に支持されたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記先行注入装置を周方向に沿って複数配設したことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記旋回リングに掘削壁面から周囲の地山にロックボルトを挿入するロックボルト挿入装置を装着したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記カッタは前記掘削機本体の外径より若干大きい掘削範囲を有し、該掘削機本体の前部に該掘削機本体と前記カッタが掘削した掘削壁面との空間部にモルタルを注入するモルタル注入装置を設け、前記ロックボルト挿入装置は前記空間部に注入されたモルタルを貫通して前記ロックボルトを地山に挿入することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記旋回リングに掘削壁面に対してセメントを吹き付けて塗装する吹付装置を装着したことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機としての土圧式シールド掘削機の概略断面、図２に本実施形態のシールド掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に図１のIV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断面、図６に図２のVI−VI断面、図７に周辺地盤の補強状態を表す概略、図８に本実施形態のトンネル掘削機に掘削する地盤の概略を示す。
【００１６】
本実施形態のトンネル掘削機は、図８に示すように、地盤の大深度領域（４０〜５０ｍ）にトンネルを施工する際に用いられるものであり、例えば、掘削地盤が軟弱土砂層から岩盤層に変化しても、掘削仕様を一部変更するだけで継続してトンネルを掘削可能となっている。この場合、具体的には、軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削可能な土圧式シールド掘削機Ａを立坑Ｔ_Lから搬入し、この軟弱土砂層Ｇ_Sを所定距離掘削すると、土圧式シールド掘削機Ａから岩盤層Ｇ_Rを掘削可能なトンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する。）Ｂに変更し、この岩盤層Ｇ_Rを継続して掘削することで、大深度用トンネルＴ_Sを掘削可能としている。
【００１７】
本実施形態のトンネル掘削機としての土圧式シールド掘削機Ａにおいて、図１及び図２に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１１の前部にバルクヘッド１２が設けられ、このバルクヘッド１２には支持部材１３により回転体１４が回転自在に支持されている。この回転体１４には複数の連結ビーム１５によりカッタヘッド１６が連結されており、カッタヘッド１６は掘削機本体１１の外径より若干大きく形成され、前面部に岩盤をせん断破壊するディスクカッタ１７や軟弱地盤を掘削可能なカッタビット１８が多数装着されると共に、土砂取込開口部１９が形成されている。一方、回転体１４の後部に内歯を有するリングギア２０が一体に固定される一方、支持部材１３に複数のカッタ旋回モータ２１が固定されており、このカッタ旋回モータ２１の駆動ギヤ２２がリングギヤ２０に噛み合っている。
【００１８】
従って、カッタ旋回モータ２１を駆動して駆動ギヤ２２を回転駆動すると、この駆動ギヤ２２が噛み合うリングギヤ２０が回転し、このリングギヤ２０と連結ビーム１５を介して連結されたカッタヘッド１６を旋回し、ディスクカッタ１７やカッタビット１８が地盤を掘削し、発生したずりを土砂取込開口部１９から掘削機本体１１の内部に取り込むことができる。
【００１９】
また、掘削機本体１１の後部には支持フレーム２３が固定されており、この支持フレーム２３は既設トンネルのほぼ中心部を後方に延出され、後端部にこの支持フレーム２３を水平状態に維持する図示しないシュージャッキが装着されている。そして、掘削機本体１１の後方にて、リヤグリッパ２４が支持フレーム２３に対して前後移動自在に設けられており、このリヤグリッパ２４は、図示しないが、グリッパジャッキによって既設トンネルの壁面に圧接して位置保持する一対のグリッパシューを有している。
【００２０】
そして、掘削機本体１１とこのリヤグリッパ２４との間には推進ジャッキとしての油圧の給排によって伸縮作動する複数本のスラストジャッキ２５が架設されている。従って、各スラストジャッキ２５を伸縮駆動することで、掘削機本体１１とリヤグリッパ２４との相対位置を変更することができ、また、左右のスラストジャッキ２５の各作動ストロークを変えることで、カッタヘッド１６を有する掘削機本体１１を左右に屈曲してその掘進方向を変更することができる。
【００２１】
更に、カッタヘッド１６と掘削機本体１１のバルクヘッド１２によりチャンバ２６が形成されており、このバルクヘッド１２のほぼ中央部にはコンベヤ取付孔２７が形成されている。そして、掘削機本体１１のほぼ中央部にはスクリューコンベヤ２８が前傾状態で配設されており、コンベヤ取付孔２７にスクリューコンベヤ２８の前端部が装着されると共に、蓋部材２９が装着されている。
【００２２】
そして、前述したように、本実施形態のトンネル掘削機は、軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削可能な土圧式シールド掘削機Ａから、岩盤層Ｇ_Rを掘削可能なトンネルボーリングマシンＢに変更可能となっている。この場合、土圧式シールド掘削機ＡとトンネルボーリングマシンＢとでは掘削土砂が異なるため、カッタヘッド１６に形成された土砂取込開口部１９の開口量を変更可能であると共に、チャンバ２６内に取り込まれた土砂をかき上げるバケットが出没自在となっている。
【００２３】
即ち、カッタヘッド１６にて、図６に詳細に示すように、放射状に配設されたカッタスポーク１６ａの中央部には複数のディスクカッタ１７が列設され、その両側には複数のカッタビット１８が列設されており、このカッタスポーク１６ａと面板１６ｂとの間にスリット形状の土砂取込開口部１９が形成されている。そして、この土砂取込開口部１９にスリット開閉板３０が支持軸３１により回動自在に装着されると共に、開閉ジャッキ３２により回動可能となっている。また、カッタヘッド１６の面板１６ｂの後部には土砂かき上げ用バケット３３が支持軸３４により回動自在に装着されると共に、出没ジャッキ３５により出没可能となっている。
【００２４】
従って、軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削する土圧式シールド掘削機Ａの仕様では、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を後方に回動して土砂取込開口部１９を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を前方に回動して格納する。一方、岩盤層Ｇ_Rを掘削するトンネルボーリングマシンＢでは、図６に二点鎖線で示すように、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を前方に回動して土砂取込開口部１９を減少すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を後方に回動してチャンバ２６に突出する。
【００２５】
そして、土圧式シールド掘削機Ａの仕様に対応して、掘削機本体１１内には軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削して発生した土砂を排出可能なスクリューコンベヤ２８が装着されているが、トンネルボーリングマシンＢの仕様に対応するように、スクリューコンベヤ２８に代えてベルトコンベヤ（図示略）を装着可能となっている。
【００２６】
また、図１乃至図４に示すように、カッタヘッド１６の外径は掘削機本体１１の外径よりも若干大きく形成されており、掘削機本体１１の前端部にカッタヘッド１６の後方に近接して、掘削機本体１１と掘削壁面Ｇとの空間部にモルタルを注入するモルタル注入装置４１と、この空間部に注入されたモルタルを掘削壁面Ｇ側に押圧して締め固めるモルタル押圧装置４２とが設けられている。また、この空間部に注入されたモルタルが前方のカッタヘッド１６側へ漏洩しないように防止する前部遮蔽板４３が設けらると共に、空間部に注入されたモルタルが後方へ漏洩しないように防止する後部遮蔽板４４が設けられている。
【００２７】
即ち、掘削機本体１１の前外周部には周方向に沿って凹部４５が形成されており、この凹部４５内には周方向に均等間隔で三角形断面の仕切り壁４６が形成されている。そして、各仕切り壁４６で区画された凹部４５には箱型形状をなす可動プレート４７が掘削機本体１１の径方向に沿って移動自在に装着されている。そして、凹部４５には複数の移動ジャッキ４８が装着されており、各移動ジャッキ４８の駆動ロッド４９の先端部が可動プレート４７に連結されている。この場合、可動プレート４４及び移動ジャッキ４８等によりモルタル押圧装置４２が構成される。
【００２８】
また、この複数の可動プレート４７のうちのいくつかにモルタル注入管５０が装着されており、このモルタル注入管５０は基端部に注入ホース５１を介して掘削機本体１１に搭載された図示しないモルタル供給装置が連結される一方、先端部が前述した空間部に開口している。この場合、モルタル注入管５０、注入ホース５１、モルタル供給装置等によりモルタル注入装置４１が構成される。
【００２９】
更に、凹部４５の前端部にはエアチューブ式の前部遮蔽板４３が周方向に沿って配設されると共に、この前部遮蔽板４３にエア給排管５２を介して図示しないコンプレッサが連結されている。一方、凹部４５の後端部には平板形状をなす複数の後部遮蔽板４４が互いに重なり合って周方向に沿って配設されると共に、複数の油圧ジャッキ５３により空間部に移動可能となっている。
【００３０】
従って、コンプレッサによりエア給排管５２を通して前部遮蔽板４３にエアを供給すると、この前部遮蔽板４３が外方に広がって外周部が掘削壁面Ｇに当接することで、空間部の前方を遮断することができる。また、複数の油圧ジャッキ５３を伸長駆動すると、各後部遮蔽板４４が互いに重なり合ったまま外方に移動し、外周部が掘削壁面Ｇに当接することで、空間部の後方を遮断することができる。この状態でモルタル注入装置４１によりモルタルを注入ホース５１を通して供給することで、各モルタル注入管５０から空間部にモルタルを注入することができる。そして、空間部に所定量のモルタルが注入されると、モルタル押圧装置４２によりび移動ジャッキ４８を伸長駆動して可動プレート４７を外方に移動すると、各可動プレート４７の外周面で空間部のモルタルを掘削壁面Ｇ側に押圧することで、モルタルを締め固めることができると共に、掘削機本体１１とモルタルとの間に推進のための隙間を形成することができる。
【００３１】
また、図１に示すように、掘削機本体１１の後端部には複数の支持ローラ６１により旋回リング６２が旋回自在に支持され、駆動モータ６３により正逆方向に駆動旋回可能となっている。そして、この旋回リング６１に、切羽に固化材を注入する複数の先行注入装置６４と、掘削壁面から周囲の地山にロックボルトを挿入するロックボルト挿入装置６５と、掘削壁面にセメントを吹き付けて塗装する吹付装置６６と、掘削壁面に沿って覆工部材としてのＨ形鋼Ｓ（あるいは、セグメント）を組み付けるエレクタ装置６７とが装着されている。
【００３２】
即ち、旋回リング６２には左右一対の外筒７１が固定され、各外筒７１には内筒７２が移動自在に支持され、下端部がアーム７３を介してその中央に位置するハウジング７４に連結されている。また、各外筒７１にはそれぞれ昇降ジャッキ７５が取付けられ、駆動ロッドの先端部が各アーム７３に連結されている。そして、このハウジング７４にエレクタ装置６７が装着されており、エレクタ装置６７はＨ形鋼を把持する吊り金具７６と振れ止め用サポート部材７７を有しており、吊り金具７６はトンネル長手方向に沿って移動自在に支持されている。
【００３３】
従って、駆動モータ６３により旋回リング６２を旋回してエレクタ装置６７をトンネル周方向に移動することでき、また、昇降ジャッキ７５によりエレクタ装置２８をトンネル径方向に沿って移動することができ、吊り金具７６を介してＨ形鋼Ｓを把持して所定の位置に組み付けることができる。
【００３４】
また、旋回リング６２には第１取付台７８が固定されると共に、第２取付台７９が外筒７１や昇降ジャッキ７５を回避するように固定され、アーム７３には第３取付台８０が固定されており、各取付台７８，７９，８０は周方向に沿ってほぼ等間隔で配設されている。そして、この各取付台７８，７９，８０に先行注入装置６４が装着されている。この各先行注入装置６４はほぼ同様の構成をなし、調整ジャッキ８１によりトンネル径方向に対する位置及び角度を調整可能であり、所定長さの注入管Ｐを前方に移動可能であると共に、この注入管Ｐ同志を複数連結して前方に延出可能となっている。また、バルクヘッド１２には各先行注入装置６４に対応してバルブを有する複数の支持管８２が固定されており、各支持管８２には複数連結された注入管Ｐが挿通可能となっている。
【００３５】
従って、所定長さの注入管Ｐを複数連結しながら前方に移動し、バルクヘッド１２の支持管８２を挿通してカッタヘッド１６の前方へ送り出すことで、注入管Ｐを切羽に送り込むことができ、その後、先行注入装置６４に図示しない固化材供給装置を連結し、この固化材供給装置により複数連結された注入管Ｐを通して切羽に固化材を注入することができる。この場合、バルクヘッド１２に固定された複数の支持管８２は掘進方向に対して平行をなすもの、また、所定の角度をもっているものがあり、掘削機本体１１内から注入管Ｐをカッタフェースに直交する前方、あるいは径方向外方を向けて傾斜した方向に送り出すことができる。
【００３６】
また、旋回リング６２には第４取付台８３が固定され、この第４取付台８３にロックボルト挿入装置６５が装着されている。このロックボルト挿入装置６５は図示しない調整装置によりトンネル周方向に対する角度を調整可能であり、所定長さのロックボルトＢを外方に移動して周囲の地山に圧入することができる。更に、旋回リング６２には第５取付台８４が固定され、この第５取付台８４に吹付装置６６が装着されている。この吹付装置６６は図示しない調整装置によりトンネル長手方向に対する位置を調整可能であり、掘削機本体１１と掘削壁面Ｇとの空間部に注入されたモルタル壁面にセメントを吹き付けて塗装することができる。なお、ロックボルト挿入装置６５及び吹付装置６６を旋回リング６２に一つずつ設けたが、複数設けてもよい。
【００３７】
ここで、上述した本実施形態の土圧式シールド掘削機を用いた大深度地盤のトンネル掘削作業について説明する。
【００３８】
図８に示すように、事前の土質調査により掘削を開始する地盤が軟弱土砂層Ｇ_Sであると判定された場合、トンネル掘削機を土圧式シールド掘削機Ａの仕様に変更する。つまり、図１、図２、図６に示すように、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を後方に回動して土砂取込開口部１９を拡大すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を前方に回動して格納し、また、掘削機本体１１内にスクリューコンベヤ２８を装着する。そして、軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削可能に変更された土圧式シールド掘削機Ａを立坑Ｔ_Lから搬入する。
【００３９】
そして、この土圧式シールド掘削機Ａにより軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削して大深度用トンネルＴ_Sの掘削を開始するが、地盤の大深度領域で、且つ、軟弱であるため、事前に先行注入装置６４を用いて周辺地盤に固化材を圧入して地盤を補強する。即ち、図１及び図７に示すように、先行注入装置６４にて、調整ジャッキ８１により注入管Ｐの送給角度を調整し、注入管Ｐを前方に移動すると共に後端部に次の注入管Ｐを連結し、支持管８２を通して前方へ送り出す。このとき、注入管Ｐはカッタヘッド１６の土砂取込開口部１９を通して切羽側へ送り出し、注入管Ｐの先端に装着されたビットにより地盤を穿孔する。そして、注入管Ｐが所定の位置まで送り込まれると、固化材供給装置により複数連結された注入管Ｐを通して切羽に固化材を圧入し、軟弱土砂層Ｇ_Sを固化して補強する。
【００４０】
この場合、掘削機本体１１の後部には６つの先行注入装置６４が等間隔で配設されており、上述した注入管Ｐの地盤穿孔作業及び注入管Ｐを通した固化材の圧入作業を同期して行う。そして、一度目の注入作業が完了したら注入管Ｐ同志の連結を解除しながら、先端側の注入管Ｐを切羽及び支持管８２から抜き取った後、調整ジャッキ８１により注入管Ｐの送給角度を変更すると共に、旋回リング６２を所定角度ずつ旋回して注入管Ｐの送給位置を変更し、再びこの注入管Ｐを支持管８２を通して前方へ送り出し、地盤穿孔作業及び固化材の圧入作業を同期して行う。この作業を繰り返し行うことで、掘削機本体１１の前方周辺の軟弱土砂層Ｇ_Sに対し、全ての領域にわたって固化材を注入し、軟弱土砂層Ｇ_Sを確実に補強することができる。
【００４１】
そして、前方の軟弱土砂層Ｇ_Sの補強が完了したら、土圧式シールド掘削機Ａにて、リヤグリッパ２４を立坑Ｔ_L内の反力受けに圧接して位置保持した状態で、カッタ旋回モータ２１によってカッタヘッド１６を回転駆動しながら、各スラストジャッキ２５を伸長し、リヤグリッパ２４を介して掘削反力を得て掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１６が立坑Ｔ_Lの縦壁及び前方の軟弱土砂層Ｇ_Sを掘削し、掘削機本体１１よりも若干大きい径のトンネルを形成する。
【００４２】
そして、各スラストジャッキ２５が所定のストローク伸長してカッタヘッド１６が所定長さのトンネルを掘削すると、リヤグリッパ２４による位置保持を解除して各スラストジャッキ２５を収縮し、掘削機本体１１に対してリヤグリッパ２４を前方に引き寄せる。そして、リヤグリッパ２４を既設トンネルの内壁面に位置保持し、カッタヘッド１６を回転駆動しながらスラストジャッキ２５を伸長し、掘削機本体１１を前進してカッタヘッド１６により前方の地盤を掘削する。一方、カッタヘッド１６によって掘削された土砂は大きく開口した土砂取込開口部１９を通してチャンバ２６内に取り込まれ、この軟弱土砂をチャンバ２６に充満させて切羽の安定を確保しながら、適量の土砂をスクリューコンベヤ２８によって外部に排出する。
【００４３】
また、このカッタヘッド１６による地盤掘削時に、その直後では、掘削機本体１１の外周側空間部Ｓにモルタルを注入して締め固めることで、モルタルの覆工を行っている。即ち、エア給排管４８から前部遮蔽板４３にエアを供給して膨張させることで、外周部を掘削壁面Ｇに当接して空間部Ｓの前方を遮断する。一方、油圧ジャッキ４９を伸長して後部遮蔽板４４を外方に移動することで、外周部を掘削壁面Ｇに当接して空間部Ｓの後方を遮断する。そして、モルタル注入装置３１により空間部Ｓにモルタルを所定量注入した後、モルタル押圧装置４２により可動プレート４３を外方に移動することで、この可動プレート４３の外周面が空間部Ｓのモルタルを掘削壁面Ｇ側に押圧し、このモルタルを掘削壁面Ｇ側で早期に締め固める。
【００４４】
そして、空間部Ｓでモルタルが固化したら、可動プレート４３を掘削機本体１１側に戻すと共に、前部遮蔽板４３及び後部遮蔽板４４を戻すと、可動プレート４３がモルタルを押して外方に移動した分だけ、掘削機本体１１と固化したモルタルとの間に隙間が形成される。そのため、掘削機本体１１は固化したモルタルと接触することなくスムースに推進することができる。その後、掘削機本体１１が所定距離掘進したら、今度は前部遮蔽板４３だけ可動して空間部Ｓの前方を遮断し、モルタル注入装置４１により空間部Ｓにモルタルを所定量注入し、可動プレート４３を外方に移動してモルタルを掘削壁面Ｇ側に押圧することで、掘削壁面Ｇ側でモルタルを締め固めるてモルタル覆工を連続して行う。
【００４５】
一方、掘削機本体１１の後方にて、まず、ロックボルト挿入装置６５は所定長さのロックボルトＢをモルタルＭを貫通して周囲の地山に多数圧入することで、モルタルＭと地山との結合関係を強固にすると共に地山を補強する。次に、エレクタ装置６７がトンネル内に搬入されたＨ形鋼Ｓを把持して移動し、このＨ形鋼Ｓを所定間隔でリング状に組み付けていく。そして、最後に、吹付装置６６がモルタルＭの内面にセメントを吹き付けて塗装する。
【００４６】
このように先行注入装置６４による注入管Ｐを通した固化材の圧入作業やロックボルト挿入装置６５によるロックボルトＢの圧入作業を繰り返し行って軟弱土砂層Ｇ_Sを補強しながら、カッタヘッド１６がトンネルを掘削し、トンネル構造体としてのモルタルＭを打設すると共にＨ形鋼Ｓを組み立て、且つ、セメントにより塗装することで、大深度用トンネルＴ_Sを所定長さ構築する。
【００４７】
そして、軟弱土砂層Ｇ_Sに所定長さのトンネルＴ_Sが構築され、土圧式シールド掘削機Ａが軟弱土砂層Ｇ_Sから岩盤層Ｇ_Rに至ると、土圧式シールド掘削機ＡをトンネルボーリングマシンＢの仕様に変更する。つまり、開閉ジャッキ３２によりスリット開閉板３０を前方に回動して土砂取込開口部１９の開口量を減少すると共に、出没ジャッキ３５によりバケット３３を後方に回動してチャンバ２６内に突出し、また、掘削機本体１１内のスクリューコンベヤ２８をベルトコンベヤに変更する。この場合、開閉ジャッキ３２と油圧ジャッキ３５の作動は図示しないコントローラにより自動化されており、切替スイッチを操作することで、スリット開閉板３０及びバケット３３の自動的に所望の位置に移動することができる。
【００４８】
土圧式シールド掘削機ＡをトンネルボーリングマシンＢの使用に変更すると、前述と同様に、リヤグリッパ２４を既設トンネルの壁面に圧接して位置保持した状態で、カッタ旋回モータ２１によってカッタヘッド１６を回転駆動しながら、各スラストジャッキ２５を伸長して掘削機本体１１を前進させ、カッタヘッド１６が前方の岩盤層Ｇ_Rを掘削してトンネルを形成する。
【００４９】
このとき、カッタヘッド１６によって破砕された大きな岩石は小さい土砂取込開口部１９を通ることができず、小さく破砕されてからこの土砂取込開口部１９を通してチャンバ２６内に取り込まれる。そして、掘削土砂は直接、あるいはカッタヘッド１６と共に回転するバケット３３により上方にかき上げられてベルトコンベヤ３６に落下し、外部に排出される。なお、このトンネルボーリングマシンＢによる岩盤層Ｇ_Rのトンネル掘削時であっても、カッタヘッド１６が掘削時した直後で、掘削機本体１１の外周側空間部Ｓにモルタルを注入して締め固めることで、モルタルの覆工を行っている。この作業の繰り返しにより土圧式シールド掘削機ＡからトンネルボーリングマシンＢに仕様を変更するだけで、軟弱土砂層Ｇ_Sと岩盤層Ｇ_RとにわたってトンネルＴ_Sを連続して構築できる。
【００５０】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の後端部に旋回リング６２を旋回自在に支持し、この旋回リング６１に、切羽に固化材を注入する複数の先行注入装置６４を周方向等間隔で装着すると共に、掘削壁面に沿ってＨ形鋼Ｓを組み付けるエレクタ装置６７を装着している。
【００５１】
従って、大深度用トンネルＴ_Sを掘削する前に、先行注入装置６４により複数の注入管Ｐを互いに連結して切羽側へ送り出し、この注入管Ｐにより地盤を穿孔して所定の位置まで送り込み、この複数連結された注入管Ｐを通して切羽に固化材を圧入して軟弱土砂層Ｇ_Sを固化して補強することができる。そして、この場合、掘削機本体１１の後部に複数の先行注入装置６４が等間隔で配設されており、一度に切羽の複数箇所に固化材を注入することができると共に、旋回リング６２を所定角度ずつ旋回して固化材の注入位置を変更することができ、短時間で容易に掘削機本体１１の前方周辺の所定の領域にわたって固化材を注入することができる。
【００５２】
また、先行注入装置６４をカッタヘッド１６後部の狭い領域ではなく、掘削機本体１１の後方に配設したことで、作業者がチャンバ２６に入る必要はなく土砂の排出を不要となり、作業の簡素化が可能となると共に、作業者の安全性を十分に確保することができる。
【００５３】
更に、この旋回リング６１に、複数の先行注入装置６４及びエレクタ装置６７と共に、掘削壁面から周囲の地山にロックボルトを挿入するロックボルト挿入装置６５と、掘削壁面にセメントを吹き付けて塗装する吹付装置６６を装着している。従って、先行注入装置６４、エレクタ装置６７、ロックボルト挿入装置６５、吹付装置６６を一つの旋回リング６１を用いてその移動や位置決めを行うこととなり、複数の移動装置を不要として装置を簡素化することができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、旋回リング６１に６つの先行注入装置６４を設けたが、その数は限定されるものではない。また、旋回リング６１に一つのロックボルト挿入装置６５、吹付装置６６を設けたが、作業性を考慮して複数設けてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、掘削機本体１１の前部にバルクヘッド１２を固定し、このバルクヘッド１２に各先行注入装置６４の注入管Ｐを挿通可能な複数の支持管８２を固定したが、掘削機本体１１にバルクヘッド１２を周方向に沿って回転自在に支持すると共に、ロック機構により固定可能とし、掘削機本体１１に設けた駆動装置により回転可能とし、この回転可能なバルクヘッド１２に複数の支持管８２を固定してもよい。なお、バルクヘッド１２を回転する駆動装置として、カッタヘッド１６に旋回するカッタ旋回モータ２１を適用し、駆動力の伝達系を切り換えるようにしてもよい。
【００５６】
従って、トンネル掘削作業時は、ロック機構によりバルクヘッド１２を掘削機本体１１に固定する一方、先行地盤を補強するときには、ロック機構を解除してバルクヘッド１２を回転可能とすると共に、スクリューコンベヤ２８の前端部を解体する。そして、各先行注入装置６４の注入管Ｐを複数連結し、支持管８２を通して切羽側へ送り出して一度目の固化材注入作業を完了した後、注入管Ｐ同志の連結を解除しながら、先端側の注入管Ｐを切羽から抜き取った状態で、バルクヘッド１２と旋回リング６２を同期して旋回させることで、注入管Ｐを支持管８２から抜き取ることなく切羽への送給位置を変更することができる。
【００５７】
更に、上述の実施形態では、大深度領域にて、掘削地盤が軟弱土砂層Ｇ_Sから岩盤層Ｇ_Rに変化したときに、土圧式シールド掘削機ＡからトンネルボーリングマシンＢに変更してトンネル掘削作業を継続して行うことで、大深度用トンネルＴ_Sを掘削したが、掘削領域は大深度領域に限定されるものではなく、また、掘削地盤が岩盤層Ｇ_Rから軟弱土砂層Ｇ_Sに変化したときに、トンネルボーリングマシンＢから土圧式シールド掘削機Ａに変更してトンネル掘削作業を継続して行うこともできる。
【００５８】
【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請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、前部にカッタが装着された掘削機本体を推進ジャッキにより前進可能とし、この掘削機本体の後部に旋回リングを旋回自在に装着し、この旋回リングに、掘削壁面に沿って覆工部材を組み付けるエレクタ装置と、切羽に対して固化材を注入する先行注入装置を装着したので、先行注入装置をカッタヘッド後部の狭い領域ではなく、掘削機本体の後方の広い空間部に配設することとなり、作業者がチャンバに入る必要はなく土砂の排出を不要もなり、作業を簡素化して地盤補強作業の作業性を向上することができと共に、作業者の安全性を十分に確保することができ、また、旋回リングによりエレクタ装置と先行注入装置を移動することで、複数の移動装置を不要として装置を簡素化することができる。
【００５９】
また、上記トンネル掘削機によれば、先行注入装置は、所定長さの注入管を連結して前方に延出可能であると共に、掘削機本体の前部に設けられたバルクヘッドに注入管を挿通して切羽へ送り込む支持管を装着したので、注入管をバルクヘッドの支持管を通して前方に延出可能としたことで、チャンバの土砂が機内に入り込むことなく安全に固化材を注入することができる。
【００６０】
更に、上記トンネル掘削機によれば、バルクヘッドを旋回リングに同期して掘削機本体に周方向回動可能に支持したので、注入管を支持管から抜き取ることなく周方向に回動して固化材の注入位置を変更することができ、固化材注入作業の作業性を向上することができる。
【００６１】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、先行注入装置を周方向に沿って複数配設したので、一度に切羽の複数箇所に固化材を注入することができると共に、旋回リングを所定角度ずつ旋回して固化材の注入位置を変更することができ、短時間で容易に所定の領域にわたって固化材を注入することができる。
【００６２】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、旋回リングに掘削壁面から周囲の地山にロックボルトを挿入するロックボルト挿入装置を装着したので、旋回リングにより先行注入装置、エレクタ装置、ロックボルト挿入装置の移動や位置決めを行うこととなり、複数の移動装置を不要として装置を簡素化することができる。
【００６３】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、カッタが掘削機本体の外径より若干大きい掘削範囲を有し、掘削機本体の前部に掘削機本体とカッタが掘削した掘削壁面との空間部にモルタルを注入するモルタル注入装置を設け、ロックボルト挿入装置は空間部に注入されたモルタルを貫通してロックボルトを地山に挿入するので、ロックボルトによりトンネル構造体としてのモルタルと周辺地盤との連結を強固に行うことで、トンネルの十分な強度を確保することができる。
【００６４】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、旋回リングに掘削壁面に対してセメントを吹き付けて塗装する吹付装置を装着したので、旋回リングにより先行注入装置、エレクタ装置、吹付装置の移動や位置決めを行うこととなり、複数の移動装置を不要として装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機としての土圧式シールド掘削機の概略断面図である。
【図２】本実施形態のシールド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】図１のIV−IV断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図２のVI−VI断面図である。
【図７】周辺地盤の補強状態を表す概略図である。
【図８】本実施形態のトンネル掘削機に掘削する地盤の概略図である。
【符号の説明】
１１掘削機本体
１６カッタヘッド
１９土砂取込開口部
２１カッタ旋回モータ
２４リヤグリッパ
２５スラストジャッキ（推進ジャッキ）
２６チャンバ
２８スクリューコンベヤ
４１モルタル注入装置
６２旋回リング
６４先行注入装置
６５ロックボルト挿入装置
６６吹付装置
６７エレクタ装置６７
Ａ土圧式シールド掘削機（トンネル掘削機）
Ｂトンネルボーリングマシン、ＴＢＭ（トンネル掘削機）
Ｌロックボルト
Ｐ注入管
ＳＨ形鋼[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavator capable of constructing a tunnel by excavating a rock layer, a soft earth and sand layer, a mountain layer and the like.
[0002]
[Prior art]
In general, the earth pressure type shield excavator has a cutter head mounted on a front portion of a cylindrical excavator main body so that the cutter head can be driven and rotated, while a rear portion includes a large number of shield jacks for advancing the excavator main body, An erector device for assembling the segment is mounted on the inner wall surface of the existing tunnel, and a screw conveyor for discharging excavated earth and sand is disposed along the front-rear direction of the excavator body. Therefore, when the shield jack is extended while rotating the cutter head, the excavator main body moves forward with the reaction force from the existing segment, so that the cutter head excavates the ground in front and the excavated soil is removed by the screw conveyor. In addition, the erector device constructs the tunnel by assembling the segments on the inner wall surface of the existing tunnel.
[0003]
When excavating underneath important structures or near buried objects in tunnel excavation work using such earth pressure type shield excavators, when excavating ground is weak, or when excavating deep tunnels, etc. Because of the possibility of collapse of natural ground, it is necessary to improve the ground by injecting chemicals into the surrounding ground. Conventionally, a pre-injection device that injects a chemical material into the front ground is provided at the rear of the cutter head, and the excavation operation is temporarily stopped, and the injection tube is struck forward by a predetermined length from the cutter head. The chemical is pressed into the ground through this injection pipe.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the injection pipe is placed on the face by the preceding injection device, and the chemical material is pressed into the ground through this injection pipe to improve the surrounding ground, but the ground is spread over a wide area around the shield excavator. Improvements need to be made. However, since the conventional pre-injection device is provided at the rear part of the cutter head, it is necessary to use this one pre-injection device to place injection pipes at many positions with respect to the face to press the chemicals. However, there is a problem that the work is troublesome and a long work time is required, and the work efficiency is not good. In addition, when a worker uses a pre-injection device, the worker must enter the chamber from the inside of the machine, and all the earth and sand in the chamber must be discharged, which increases the work time and ensures the safety of the worker. Difficult to do.
[0005]
The present invention solves such problems, and an object of the present invention is to provide a tunnel excavator that improves the workability of ground reinforcement work and simplifies the apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a tunnel excavator according to the invention of claim 1 is mounted on a tubular excavator main body, a propulsion jack for advancing the excavator main body, and a front portion of the excavator main body. A cutter, a swiveling ring that is pivotably mounted on the rear portion of the excavator body, an erector device that is mounted on the swiveling ring and that assembles a covering member along the excavation wall surface, and that is mounted on the swiveling ring to the face A pre-injection device for injecting solidifying material,The pre-injection device can be extended forward by connecting an injection tube of a predetermined length, and is supported by inserting the injection tube into a bulkhead provided at the front of the excavator body and feeding it to the face A pipe is attached, and the bulkhead is supported by the excavator body so as to be rotatable in the circumferential direction in synchronization with the swivel ring.
[0007]
The tunnel excavator of the invention of claim 2 is characterized in that a plurality of the preceding injection devices are arranged along the circumferential direction.
[0010]
  Claim 3The tunnel excavator according to the invention is characterized in that a lock bolt insertion device for inserting a lock bolt from the excavation wall surface into a surrounding natural ground is attached to the swivel ring.
[0011]
  Claim 4In the tunnel excavator of the invention, the cutter has an excavation range slightly larger than the outer diameter of the excavator main body, and a space between the excavator main body and the excavation wall surface excavated by the cutter at a front portion of the excavator main body. A mortar injecting device for injecting mortar into the part is provided, and the rock bolt inserting device penetrates the mortar injected into the space and inserts the rock bolt into the ground.
[0012]
  Claim 5The tunnel excavator according to the invention is characterized in that a spraying device for spraying cement on the wall surface of the excavation is applied to the swivel ring.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an earth pressure shield excavator as a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the shield excavator of the present embodiment, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 1, FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-V in FIG. 6, FIG. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI in FIG. The outline of the ground excavated in the tunnel excavator of the form is shown.
[0016]
As shown in FIG. 8, the tunnel excavator of the present embodiment is used when constructing a tunnel in a large depth region (40 to 50 m) of the ground. For example, the excavated ground is formed from a soft earth layer to a rock layer. Even if it changes, the tunnel can be continuously excavated by changing the excavation specification partially. In this case, specifically, the soft earth and sand layer G_SPressure shield excavator A that can excavate_LThis soft soil layer G_SWhen excavating for a predetermined distance, earth pressure type shield excavator A to bedrock layer G_RIs changed to a drilling tunnel boring machine (hereinafter referred to as TBM) B._RTunnel T for large depths by continuously excavating_SCan be excavated.
[0017]
In the earth pressure shield excavator A as a tunnel excavator of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a bulkhead 12 is provided at the front portion of a cylindrical excavator main body 11. The rotating member 14 is rotatably supported by the support member 13. A cutter head 16 is connected to the rotating body 14 by a plurality of connecting beams 15. The cutter head 16 is formed to be slightly larger than the outer diameter of the excavator body 11, and a disk cutter 17 that shears and breaks the rock is formed on the front surface. A large number of cutter bits 18 capable of excavating soft ground are mounted, and an earth and sand intake opening 19 is formed. On the other hand, a ring gear 20 having internal teeth is fixed integrally to the rear portion of the rotating body 14, while a plurality of cutter turning motors 21 are fixed to the support member 13, and a drive gear 22 of the cutter turning motor 21 is a ring gear. 20 is engaged.
[0018]
Accordingly, when the cutter turning motor 21 is driven to drive the drive gear 22 to rotate, the ring gear 20 with which the drive gear 22 meshes rotates, and the cutter head 16 connected to the ring gear 20 via the connecting beam 15 rotates. The disc cutter 17 and the cutter bit 18 excavate the ground, and the generated shear can be taken into the excavator body 11 from the earth and sand taking-in opening 19.
[0019]
Further, a support frame 23 is fixed to the rear portion of the excavator main body 11, and this support frame 23 extends rearward substantially at the center of the existing tunnel, and the support frame 23 is maintained in a horizontal state at the rear end portion. A shoe jack (not shown) is attached. A rear gripper 24 is provided behind the excavator body 11 so as to be movable back and forth with respect to the support frame 23. Although not shown, the rear gripper 24 is pressed against the wall surface of the existing tunnel by a gripper jack. It has a pair of gripper shoes to hold.
[0020]
Between the excavator body 11 and the rear gripper 24, a plurality of thrust jacks 25 that extend and contract by hydraulic pressure supply / discharge as a propulsion jack are installed. Accordingly, the relative positions of the excavator body 11 and the rear gripper 24 can be changed by driving the thrust jacks 25 to extend, and the cutter heads 16 can be changed by changing the operating strokes of the left and right thrust jacks 25. The excavator main body 11 having a bend can be bent to the left and right to change the direction of excavation.
[0021]
Further, a chamber 26 is formed by the cutter head 16 and the bulkhead 12 of the excavator main body 11, and a conveyor mounting hole 27 is formed at a substantially central portion of the bulkhead 12. A screw conveyor 28 is arranged in a forwardly inclined state at a substantially central portion of the excavator main body 11. A front end portion of the screw conveyor 28 is attached to the conveyor mounting hole 27 and a lid member 29 is attached. Yes.
[0022]
And as mentioned above, the tunnel excavator of this embodiment is a soft soil layer G._SFrom the earth pressure shield excavator A that can excavate the rock layer G_RCan be changed to a tunnel boring machine B that can excavate. In this case, since the excavated soil is different between the earth pressure type shield excavator A and the tunnel boring machine B, the opening amount of the earth and sand intake opening 19 formed in the cutter head 16 can be changed and taken into the chamber 26. A bucket that lifts the earth and sand that has been collected is freely accessible.
[0023]
That is, as shown in detail in FIG. 6, the cutter head 16 has a plurality of disc cutters 17 arranged in the center of the radially disposed cutter pork 16a, and a plurality of cutter bits 18 on both sides thereof. Are arranged, and a slit-shaped earth and sand taking-in opening 19 is formed between the cutter pork 16a and the face plate 16b. A slit opening / closing plate 30 is rotatably mounted on the earth taking-in opening 19 by a support shaft 31 and can be rotated by an opening / closing jack 32. Further, a sand-raising bucket 33 is rotatably mounted on the rear portion of the face plate 16 b of the cutter head 16 by a support shaft 34 and can be moved in and out by a protruding jack 35.
[0024]
Therefore, soft soil layer G_SIn the specification of the earth pressure type shield excavator A for excavating the earth, the slit opening / closing plate 30 is rotated rearward by the opening / closing jack 32 to enlarge the earth and sand intake opening 19, and the bucket 33 is rotated forward by the retracting jack 35. And store. Meanwhile, rock formation G_RIn the tunnel boring machine B that excavates, as shown by a two-dot chain line in FIG. 6, the slit opening / closing plate 30 is rotated forward by the opening / closing jack 32 to reduce the earth and sand intake opening 19, and The bucket 33 is rotated rearward and protrudes into the chamber 26.
[0025]
In response to the specifications of the earth pressure type shield excavator A, the soft excavator body 11 has a soft soil layer G._SAlthough the screw conveyor 28 capable of discharging the sediment generated by excavating the shaft is installed, a belt conveyor (not shown) can be installed instead of the screw conveyor 28 so as to correspond to the specifications of the tunnel boring machine B. ing.
[0026]
As shown in FIGS. 1 to 4, the outer diameter of the cutter head 16 is slightly larger than the outer diameter of the excavator body 11, and is close to the rear end of the cutter head 16 at the front end of the excavator body 11. Then, a mortar injection device 41 that injects mortar into the space between the excavator body 11 and the excavation wall surface G, and a mortar pressing device 42 that presses and compacts the mortar injected into the space portion toward the excavation wall surface G. Is provided. In addition, a front shielding plate 43 that prevents the mortar injected into the space from leaking to the front cutter head 16 side is provided, and prevents the mortar injected into the space from leaking backward. A rear shielding plate 44 is provided.
[0027]
That is, a recess 45 is formed in the front outer periphery of the excavator body 11 along the circumferential direction, and a partition wall 46 having a triangular cross section is formed in the recess 45 at equal intervals in the circumferential direction. A box-shaped movable plate 47 is mounted in the recess 45 defined by each partition wall 46 so as to be movable along the radial direction of the excavator body 11. A plurality of movable jacks 48 are attached to the recess 45, and the distal end portion of the drive rod 49 of each movable jack 48 is connected to the movable plate 47. In this case, the mortar pressing device 42 is configured by the movable plate 44, the moving jack 48, and the like.
[0028]
In addition, a mortar injection pipe 50 is attached to some of the plurality of movable plates 47, and the mortar injection pipe 50 is mounted on the excavator body 11 via an injection hose 51 at the base end portion (not shown). While the mortar supply device is connected, the tip portion opens to the space portion described above. In this case, the mortar injection device 41 is constituted by the mortar injection pipe 50, the injection hose 51, the mortar supply device, and the like.
[0029]
Further, an air tube type front shield plate 43 is disposed along the circumferential direction at the front end of the recess 45, and a compressor (not shown) is connected to the front shield plate 43 via an air supply / discharge pipe 52. Has been. On the other hand, a plurality of rear shielding plates 44 each having a flat plate shape are disposed along the circumferential direction at the rear end portion of the recess 45 and can be moved to the space portion by a plurality of hydraulic jacks 53. .
[0030]
Therefore, when air is supplied to the front shielding plate 43 through the air supply / discharge pipe 52 by the compressor, the front shielding plate 43 spreads outward and the outer peripheral portion comes into contact with the excavation wall surface G. Can be blocked. Further, when the plurality of hydraulic jacks 53 are driven to extend, the rear shielding plates 44 move outward while overlapping each other, and the outer peripheral portion abuts against the excavation wall surface G, so that the rear of the space portion can be blocked. . In this state, the mortar can be injected into the space from each mortar injection pipe 50 by supplying the mortar through the injection hose 51 with the mortar injection device 41. When a predetermined amount of mortar is injected into the space portion, the movable jack 48 is extended and driven by the mortar pressing device 42 to move the movable plate 47 outward. By pressing the mortar toward the excavation wall surface G, the mortar can be compacted and a gap for propulsion can be formed between the excavator body 11 and the mortar.
[0031]
Further, as shown in FIG. 1, a turning ring 62 is turnably supported by a plurality of support rollers 61 at the rear end portion of the excavator body 11, and can be driven to turn forward and backward by a drive motor 63. . Then, a plurality of preceding injection devices 64 for injecting solidified material into the face, a lock bolt insertion device 65 for inserting a lock bolt from the excavation wall surface into the surrounding natural ground, and a cement on the excavation wall surface. A spraying device 66 for painting and an erector device 67 for assembling H-section steel S (or a segment) as a lining member along the excavation wall surface are mounted.
[0032]
That is, a pair of left and right outer cylinders 71 are fixed to the swivel ring 62, the inner cylinder 72 is movably supported on each outer cylinder 71, and a lower end portion is connected to a housing 74 located at the center via an arm 73. Has been. In addition, a lifting jack 75 is attached to each outer cylinder 71, and the distal end portion of the drive rod is connected to each arm 73. The housing 74 is mounted with an erector device 67. The erector device 67 has a suspension fitting 76 for holding the H-shaped steel and a support member 77 for steadying, and the suspension fitting 76 extends along the longitudinal direction of the tunnel. And is supported movably.
[0033]
Accordingly, the swiveling ring 62 can be swung by the drive motor 63 to move the erector device 67 in the tunnel circumferential direction, and the erector device 28 can be moved along the tunnel radial direction by the lifting jack 75. The H-shaped steel S can be gripped through 76 and assembled at a predetermined position.
[0034]
In addition, a first mounting base 78 is fixed to the turning ring 62, a second mounting base 79 is fixed so as to avoid the outer cylinder 71 and the lifting jack 75, and a third mounting base 80 is fixed to the arm 73. The mounting bases 78, 79, 80 are arranged at substantially equal intervals along the circumferential direction. A pre-injection device 64 is attached to each of the mounts 78, 79, 80. Each of the preceding injection devices 64 has substantially the same configuration, the position and angle with respect to the tunnel radial direction can be adjusted by the adjustment jack 81, the injection pipe P having a predetermined length can be moved forward, and the injection pipe Multiple P comrades can be connected and extended forward. A plurality of support pipes 82 having valves are fixed to the bulkhead 12 so as to correspond to the respective preceding injection devices 64, and a plurality of injection pipes P connected to each support pipe 82 can be inserted. .
[0035]
Accordingly, the injection pipe P can be fed into the face by moving forward while connecting a plurality of injection pipes P of a predetermined length, and passing through the support pipe 82 of the bulkhead 12 and feeding it forward of the cutter head 16. Thereafter, a solidifying material supply device (not shown) is connected to the preceding injection device 64, and the solidifying material can be injected into the face through a plurality of injection pipes P connected by the solidifying material supply device. In this case, the plurality of support pipes 82 fixed to the bulkhead 12 may be parallel to the excavation direction or may have a predetermined angle, and the injection pipe P may be used as a cutter face from within the excavator body 11. It can be sent out in a direction that is inclined perpendicularly forward or radially outward.
[0036]
A fourth mounting base 83 is fixed to the turning ring 62, and a lock bolt insertion device 65 is attached to the fourth mounting base 83. The lock bolt inserting device 65 can adjust the angle with respect to the circumferential direction of the tunnel by an adjusting device (not shown), and the lock bolt B having a predetermined length can be moved outward to be press-fitted into the surrounding natural ground. Further, a fifth mounting base 84 is fixed to the turning ring 62, and a spraying device 66 is mounted on the fifth mounting base 84. The position of the spraying device 66 in the tunnel longitudinal direction can be adjusted by an adjusting device (not shown), and cement can be sprayed onto the mortar wall surface injected into the space between the excavator body 11 and the excavation wall surface G. In addition, although the lock bolt insertion device 65 and the spraying device 66 are provided in the turning ring 62 one by one, a plurality may be provided.
[0037]
Here, the tunnel excavation work of the deep ground using the earth pressure type shield excavator of this embodiment mentioned above is demonstrated.
[0038]
As shown in FIG. 8, the ground where excavation is started by a prior soil survey is a soft soil layer G._SIf it is determined, the tunnel excavator is changed to the specifications of the earth pressure type shield excavator A. That is, as shown in FIGS. 1, 2, and 6, the slit opening / closing plate 30 is rotated rearward by the opening / closing jack 32 to enlarge the earth and sand intake opening 19, and the bucket 33 is moved forward by the retracting jack 35. It is rotated and stored, and a screw conveyor 28 is mounted in the excavator body 11. And soft soil layer G_SThe earth pressure type shield excavator A that has been changed to excavate the shaft T_LCarry in from.
[0039]
And this earth pressure type shield excavator A makes the soft earth and sand layer G_SDigging and deep tunnel T_SHowever, since it is a deep region of the ground and is soft, the solidification material is press-fitted into the surrounding ground in advance using the advance injection device 64 to reinforce the ground. That is, as shown in FIG. 1 and FIG. 7, the feeding angle of the injection pipe P is adjusted by the adjustment jack 81 in the preceding injection device 64, the injection pipe P is moved forward, and the next injection is performed at the rear end. The pipe P is connected and sent forward through the support pipe 82. At this time, the injection pipe P is sent to the face side through the earth and sand intake opening 19 of the cutter head 16, and the ground is drilled by a bit attached to the tip of the injection pipe P. When the injection pipe P is sent to a predetermined position, the solidification material is pressed into the face through the injection pipes P connected by a plurality of solidification material supply devices, and the soft earth and sand layer G_SSolidify and reinforce.
[0040]
In this case, six pre-injection devices 64 are arranged at equal intervals on the rear part of the excavator main body 11, and the above-described ground drilling work of the injection pipe P and the press-fitting work of the solidified material through the injection pipe P are synchronized. And do it. When the first injection operation is completed, the connection between the injection pipes P is released, the injection pipe P on the distal end side is removed from the face and the support pipe 82, and then the feeding angle of the injection pipe P is adjusted by the adjustment jack 81. At the same time, the swiveling ring 62 is swung by a predetermined angle to change the feeding position of the injection pipe P, and the injection pipe P is again fed forward through the support pipe 82 to synchronize the ground drilling work and the press-fitting work of the solidified material. And do it. By repeating this work, the soft soil layer G around the front of the excavator body 11_SIn contrast, the solidified material is injected over the entire area, and the soft earth and sand layer G_SCan be reliably reinforced.
[0041]
And soft soil layer G ahead_SWhen the reinforcement of the rear is completed, the rear gripper 24 is moved to the vertical shaft T by the earth pressure type shield excavator A._LThe thrust jacks 25 are extended while the cutter head 16 is rotationally driven by the cutter turning motor 21 in a state where the position is held in pressure contact with the reaction force receiver, and an excavating machine is obtained through the rear gripper 24 to obtain an excavation reaction force. The main body 11 is advanced. Then, the cutter head 16 is connected to the shaft T_LVertical wall and soft soil layer G ahead_SAnd a tunnel having a slightly larger diameter than the excavator body 11 is formed.
[0042]
Then, when each thrust jack 25 is extended by a predetermined stroke and the cutter head 16 excavates a tunnel having a predetermined length, the position holding by the rear gripper 24 is released and each thrust jack 25 is contracted, and the excavator main body 11 is retracted. The rear gripper 24 is pulled forward. Then, the rear gripper 24 is held on the inner wall surface of the existing tunnel, the thrust jack 25 is extended while the cutter head 16 is rotationally driven, the excavator body 11 is advanced, and the ground ahead is excavated by the cutter head 16. On the other hand, the earth and sand excavated by the cutter head 16 is taken into the chamber 26 through the earth and sand taking-in opening 19 which is wide open. It is discharged to the outside by the screw conveyor 28.
[0043]
Further, immediately after the ground excavation by the cutter head 16, the mortar is lined by injecting the mortar into the outer peripheral space S of the excavator body 11 and compacting it. That is, by supplying air from the air supply / discharge pipe 48 to the front shielding plate 43 and expanding it, the outer peripheral portion abuts against the excavation wall surface G and the front of the space S is blocked. On the other hand, by extending the hydraulic jack 49 and moving the rear shielding plate 44 outward, the outer peripheral portion comes into contact with the excavation wall surface G and the rear of the space portion S is blocked. Then, after injecting a predetermined amount of mortar into the space S by the mortar injection device 31, the outer peripheral surface of the movable plate 43 moves the mortar of the space S by moving the movable plate 43 outward by the mortar pressing device 42. The mortar is pressed to the excavation wall surface G side, and the mortar is quickly compacted on the excavation wall surface G side.
[0044]
When the mortar is solidified in the space S, the movable plate 43 is returned to the excavator body 11 side, and when the front shielding plate 43 and the rear shielding plate 44 are returned, the movable plate 43 moves outward by pushing the mortar. A gap is formed between the excavator body 11 and the solidified mortar. Therefore, the excavator body 11 can be smoothly pushed without coming into contact with the solidified mortar. After that, when the excavator body 11 digs a predetermined distance, this time, only the front shielding plate 43 is moved to block the front of the space portion S, and a predetermined amount of mortar is injected into the space portion S by the mortar injection device 41. 43 is moved outward and the mortar is pressed toward the excavation wall surface G, so that the mortar lining is continuously performed by compacting the mortar on the excavation wall surface G side.
[0045]
On the other hand, at the rear of the excavator main body 11, first, the lock bolt inserting device 65 presses a large number of lock bolts B of a predetermined length through the mortar M and presses them into the surrounding natural ground. Strengthen the natural ground and strengthen the connection. Next, the erector device 67 grips and moves the H-section steel S carried into the tunnel, and assembles the H-section steel S in a ring shape at a predetermined interval. Finally, the spraying device 66 sprays cement on the inner surface of the mortar M and paints it.
[0046]
In this way, the soft sand layer G is obtained by repeatedly performing the press-fitting work of the solidified material through the injection pipe P by the preceding injection device 64 and the press-fitting operation of the lock bolt B by the lock bolt insertion device 65._SCutter head 16 excavates the tunnel, mortar M as the tunnel structure is placed, H-shaped steel S is assembled, and it is painted with cement._SBuild a predetermined length.
[0047]
And soft soil layer G_STunnel T of a predetermined length_SIs constructed, earth pressure type shield excavator A is soft soil layer G_STo bedrock layer G_RThen, the earth pressure type shield excavator A is changed to the specification of the tunnel boring machine B. In other words, the slit opening / closing plate 30 is rotated forward by the opening / closing jack 32 to reduce the opening amount of the earth and sand intake opening 19, and the bucket 33 is rotated backward by the retracting jack 35 to protrude into the chamber 26. Further, the screw conveyor 28 in the excavator body 11 is changed to a belt conveyor. In this case, the operations of the open / close jack 32 and the hydraulic jack 35 are automated by a controller (not shown), and the slit open / close plate 30 and the bucket 33 can be automatically moved to desired positions by operating the changeover switch. .
[0048]
When the earth pressure type shield excavator A is changed to the use of the tunnel boring machine B, the cutter head 16 is rotationally driven by the cutter turning motor 21 while the rear gripper 24 is held in pressure contact with the wall surface of the existing tunnel as described above. While extending the thrust jacks 25 to advance the excavator body 11, the cutter head 16 is moved forward to the bedrock layer G._RExcavate to form a tunnel.
[0049]
At this time, the large rock crushed by the cutter head 16 cannot pass through the small earth and sand intake opening 19 and is taken into the chamber 26 through the earth and sand intake opening 19 after being crushed small. Then, the excavated earth and sand are lifted up directly by the bucket 33 rotating together with the cutter head 16 and dropped onto the belt conveyor 36 and discharged to the outside. The rock formation G by this tunnel boring machine B_REven during the tunnel excavation, immediately after the cutter head 16 excavates, the mortar is lined by injecting and compacting the mortar into the outer peripheral space S of the excavator body 11. By repeating this work, simply changing the specification from earth pressure shield excavator A to tunnel boring machine B, the soft soil layer G_SAnd bedrock layer G_RAnd tunnel T_SCan be built continuously.
[0050]
As described above, in the tunnel excavator according to the present embodiment, the swivel ring 62 is pivotally supported at the rear end portion of the excavator main body 11, and a plurality of preceding members inject the solidified material into the face of the swivel ring 61. The injection device 64 is mounted at equal intervals in the circumferential direction, and an erector device 67 for mounting the H-section steel S along the excavation wall surface is mounted.
[0051]
Therefore, the deep tunnel T_SBefore excavating the pipe, a plurality of injection pipes P are connected to each other by the preceding injection device 64 and fed to the face side, the ground is drilled by the injection pipe P and sent to a predetermined position, and the plurality of injection pipes P connected to each other. Press the solidified material into the face through the soft sand layer G_SCan be solidified and reinforced. In this case, a plurality of pre-injection devices 64 are arranged at equal intervals on the rear part of the excavator main body 11, so that the solidified material can be injected into a plurality of positions of the face at a time, and the swivel ring 62 is provided in a predetermined manner. It is possible to change the injection position of the solidified material by turning at an angle, and it is possible to easily inject the solidified material over a predetermined area around the front of the excavator body 11 in a short time.
[0052]
Further, since the pre-injection device 64 is disposed not behind a narrow area at the rear portion of the cutter head 16 but behind the excavator body 11, the operator does not need to enter the chamber 26, so that the discharge of earth and sand is unnecessary, and the work is simplified. And the safety of the worker can be sufficiently ensured.
[0053]
Furthermore, a rock bolt insertion device 65 for inserting a lock bolt from the excavation wall surface into the surrounding natural ground, and a spray for applying the cement to the excavation wall surface by coating the swivel ring 61 together with a plurality of pre-injection devices 64 and an elector device 67. A device 66 is attached. Accordingly, the leading injection device 64, the erector device 67, the lock bolt insertion device 65, and the spraying device 66 are moved and positioned by using one swivel ring 61, and a plurality of moving devices are not required and the device is simplified. be able to.
[0054]
In the above-described embodiment, the six pre-injection devices 64 are provided in the swivel ring 61, but the number is not limited. Further, although the single lock bolt insertion device 65 and the spray device 66 are provided on the turning ring 61, a plurality of them may be provided in consideration of workability.
[0055]
In the above-described embodiment, the bulkhead 12 is fixed to the front portion of the excavator main body 11, and a plurality of support pipes 82 through which the injection pipes P of the respective preceding injection devices 64 can be inserted are fixed to the bulkhead 12. The bulkhead 12 is supported on the excavator body 11 so as to be rotatable along the circumferential direction, and can be fixed by a lock mechanism, and can be rotated by a driving device provided on the excavator body 11. A plurality of support pipes 82 may be fixed to each other. Note that a cutter turning motor 21 that turns the cutter head 16 may be applied as a driving device that rotates the bulkhead 12 to switch the driving force transmission system.
[0056]
Accordingly, during tunnel excavation work, the bulkhead 12 is fixed to the excavator body 11 by the lock mechanism, while when the preceding ground is reinforced, the lock mechanism is released to enable the bulkhead 12 to rotate and the screw conveyor 28. Dismantle the front end of. Then, a plurality of injection pipes P of each of the preceding injection devices 64 are connected and sent to the face side through the support pipe 82 to complete the first solidification material injection operation. In a state where the injection pipe P is removed from the face, the feed position to the face can be changed without removing the injection pipe P from the support pipe 82 by rotating the bulkhead 12 and the turning ring 62 synchronously. it can.
[0057]
Furthermore, in the above-described embodiment, the excavated ground is a soft soil layer G in a large depth region._STo bedrock layer G_RBy changing from earth pressure type shield excavator A to tunnel boring machine B and continuing the tunnel excavation work, the deep tunnel T_SThe excavation area is not limited to the deep area, and the excavation ground is the rock layer G._RTo soft soil layer G_SWhen the change is made, the tunnel boring machine B can be changed to the earth pressure type shield excavator A and the tunnel excavation work can be continued.
[0058]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiment, according to the tunnel excavator of the invention of claim 1, the excavator main body with the cutter attached to the front part can be advanced by the propulsion jack, and the rear part of the excavator main body is provided. Since the swivel ring is mounted so that it can swivel, and the swivel ring is equipped with an erector device that assembles the lining member along the wall of the excavation and a pre-injection device that injects the solidified material into the face, It is arranged not in a narrow area at the back of the head but in a wide space behind the excavator body, so that the operator does not need to enter the chamber and does not need to discharge earth and sand. The workability can be improved and the safety of the worker can be sufficiently ensured. Also, multiple movements can be achieved by moving the erector device and the pre-injection device with the swivel ring. It is possible to simplify the device the location as required.
[0059]
  Further, according to the tunnel excavator, the preceding injection device can be extended forward by connecting an injection tube of a predetermined length, and the injection tube is attached to the bulkhead provided at the front of the excavator body. Since the support tube that is inserted and sent to the face is attached, the injection tube can be extended forward through the support tube of the bulkhead, so that the solidified material can be injected safely without entering the chamber sediment. it can.
[0060]
  Furthermore, according to the above tunnel excavator, the bulkhead is supported by the excavator main body so as to be able to rotate in the circumferential direction in synchronization with the swiveling ring, so that the injection pipe is rotated in the circumferential direction without being extracted from the support pipe and solidified. The injection position of the material can be changed, and the workability of the solidified material injection work can be improved.
[0061]
  According to the tunnel excavator of the second aspect of the present invention, since a plurality of the preceding injection devices are arranged along the circumferential direction, the solidification material can be injected into a plurality of locations of the face at a time, and the swivel ring is set at a predetermined angle. It is possible to change the pouring position of the solidified material by turning each time, and it is possible to easily inject the solidified material over a predetermined region in a short time.
[0062]
  Claim 3According to the tunnel excavator of the invention, since the lock bolt insertion device for inserting the lock bolt into the surrounding natural ground from the excavation wall surface is mounted on the swivel ring, the swivel ring allows the advance injection device, the elector device, and the lock bolt insertion device to Movement and positioning are performed, and the apparatus can be simplified by eliminating the need for a plurality of moving apparatuses.
[0063]
  Claim 4According to the tunnel excavator of the invention, the cutter has a digging range slightly larger than the outer diameter of the excavator body, and the mortar is located in the space between the excavator body and the excavation wall surface where the cutter excavated at the front of the excavator body. A mortar injection device is provided to inject the rock bolt, and the lock bolt insertion device penetrates the mortar injected into the space and inserts the lock bolt into the ground, so the mortar as a tunnel structure and the surrounding ground are connected by the lock bolt By sufficiently performing the above, sufficient strength of the tunnel can be secured.
[0064]
  Claim 5According to the tunnel excavator of the invention, since the spraying device for spraying cement on the excavation wall surface is applied to the swivel ring, the leading injection device, the erector device, and the spraying device are moved and positioned by the swivel ring. Thus, the apparatus can be simplified by eliminating the need for a plurality of moving apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an earth pressure shield excavator as a tunnel excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the shield excavator of the present embodiment.
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a reinforcing state of the surrounding ground.
FIG. 8 is a schematic view of the ground excavated by the tunnel excavator of the present embodiment.
[Explanation of symbols]
11 Excavator body
16 Cutter head
19 Sediment uptake opening
21 Cutter turning motor
24 Rear gripper
25 Thrust jack (propulsion jack)
26 chambers
28 Screw conveyor
41 Mortar injection equipment
62 Swivel ring
64 Pre-injection device
65 Lock bolt insertion device
66 Spraying device
67 Electa device 67
A Earth pressure shield excavator (tunnel excavator)
B Tunnel boring machine, TBM (tunnel excavator)
L Rock bolt
P injection tube
SH section steel

Claims

A cylindrical excavator body,
A propulsion jack that advances the excavator body;
A cutter attached to the front of the excavator body;
A swivel ring pivotally attached to the rear of the excavator body;
An erector apparatus that is attached to the swivel ring and that assembles the lining member along the excavation wall;
A pre-injection device that is attached to the swivel ring and injects a solidified material into the face,
The pre-injection device can be extended forward by connecting an injection tube of a predetermined length, and is supported by inserting the injection tube into a bulkhead provided at the front of the excavator body and feeding it to the face Install the tube,
The bulk excavator is supported by the excavator body so as to be rotatable in the circumferential direction in synchronization with the swivel ring.

The tunnel excavator according to claim 1, wherein a plurality of the preceding injection devices are arranged along a circumferential direction.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein a lock bolt insertion device for inserting a lock bolt into the surrounding natural ground from the excavation wall surface is attached to the swivel ring.

The cutter according to claim 3 , wherein the cutter has an excavation range slightly larger than an outer diameter of the excavator body, and a mortar is formed in a space portion between the excavator body and an excavation wall surface excavated by the cutter at a front portion of the excavator body. A tunnel excavator characterized in that a mortar injection device for injecting water is provided, and the lock bolt insertion device penetrates the mortar injected into the space and inserts the lock bolt into a natural ground.

2. The tunnel excavator according to claim 1, wherein a spraying device for spraying cement on the excavation wall surface is applied to the swivel ring.