JP4848566B2 - 自走式エレクターおよびトンネル構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、掘穴内を自走すると共に、その掘穴にセグメントを組み立てる自走式エレクターおよびその自走式エレクターを用いたトンネル構築方法に関するものである。

従来、例えば山岳トンネルなどの構築方法として、ＮＡＴＭ工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

そのＮＡＴＭ工法では、例えば自由断面トンネル掘削機などの機械掘り或いは発破掘削により掘穴を形成し、その掘穴の内壁にコンクリートを吹き付けて、トンネルを構築するようにしている。

特開２００６−３３６２５９号公報

ところで、山岳トンネルの構築による地下水位の低下が自然環境に大きく影響する場合、止水の必要があり、ウォータタイト（覆工止水構造）区間を形成する必要がある。

止水を行う場合、上述したＮＡＴＭ工法では、ウォータタイト区間の始末により、切羽からコンクリート覆工までの距離が長く、覆工作業に掛かるまでに長時間を要したり、コンクリートの硬化を待ったりする。

そこで、本坑内にセグメントを組み付けることが考えられる。

しかしながら、一般に、セグメントの組み付けは、シールドマシーンの一部をなすエレクターにて行うため、上述したＮＡＴＭ工法のように本坑の掘削にシールドマシーンを使用しないものでは、従来、施工例がなかった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、掘穴内を自走してセグメントを組み立てることができる自走式エレクターおよびトンネル構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、掘穴内を自走すると共に、その掘穴にセグメントを組み立てる自走式エレクターにおいて、上記セグメントを組み立てるためのエレクター本体と、そのエレクター本体を支持するための内筒と、その内筒の外周に前後方向に並べてスライド可能に嵌め合わされた複数の外筒と、各外筒の外周から既設セグメントまで外方に張り出して該既設セグメントを押圧し、かつ内方に縮退可能なグリッパー手段と、各外筒と上記内筒とを前後方向に相対移動、或いは固定するためのスライド手段と、上記内筒内に形成され該内筒を前後方向に挿通する搬送通路とを備えたものである。

好ましくは、上記グリッパー手段は、既設セグメントに当接する受座と、その受座を既設セグメントに押圧するためのグリッパージャッキとを有するものである。

好ましくは、上記スライド手段は、上記内筒および各外筒に固定され、前後方向に伸縮自在なスライドジャッキからなるものである。

好ましくは、上記搬送通路内に、上記掘穴内を前後方向に延び、切羽側から坑口側に掘削土を搬送するためのインバート桟橋が設けられたものである。

好ましくは、上記エレクター本体にセグメントを供給するためのホイストを備え、そのホイストの前後方向移動を可能とすべく、上記内筒および外筒の下部に、前後方向に延びる切欠溝が形成されたものである。

上記目的を達成するために本発明は、掘穴の所望の止水区間に、上記自走式エレクターによりセグメントを組み付けるものである。

好ましくは、上記組み付けたセグメントの背面にコンクリートを吹き付けて該セグメントを固定するものである。

本発明によれば、掘穴内を自走して所望の区間にセグメントを組み立てることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態の自走式エレクターは、例えば、トンネルを掘削する自由断面トンネル掘削機などの後方に位置し、その自由断面トンネル掘削機が形成した掘穴にセグメントを組み立てると共に、その掘穴内を自走するものである。

まず、図１から図４に基づき本実施形態の自走式エレクターの概略構造を説明する。

図１に示すように、自走式エレクター１は、セグメント３を組み立てるためのエレクター本体６と、そのエレクター本体６を支持すると共に該エレクター本体６から後方（図１において右方）に延びる内筒２と、その内筒２の外周に前後方向に並べてスライド可能に嵌め合わされた複数の外筒４１−４３と、それら外筒４１−４３と内筒２とを相対移動させて自走式エレクター１に推進力を付与するためのスライド手段５と、各外筒４１−４３に設けられ推進反力を既設セグメント３に取るためのグリッパー手段７と、内筒２内に形成され該内筒２を前後方向に挿通する搬送通路８（図２参照）と、自走式エレクター１を制御するための制御盤１０と、自走式エレクター１の各種油圧機器６、７、３１に油圧を供給するための油圧供給源１１と、セグメント３をエレクター本体６に供給するためのホイスト１２とを備える。

図２に示すように、各外筒４１−４３は、断面略八角形に形成される。外筒４１−４３の下面には、ホイスト１２のチェーンブロック１３の前後方向の移動を可能とするための切欠溝１４が、外筒４１−４３の前端から後端まで前後方向に連続して形成される。

各外筒４１−４３の外周には、複数のグリッパー手段７が設けられる。そのグリッパー手段７は、外筒４１−４３を支持すべく外筒４１−４３の外周から既設セグメント３まで張り出して該既設セグメント３を押圧し、かつ内方（径方向内側）に縮退可能に構成される。

本実施形態のグリッパー手段７は、既設セグメント３に当接する受座１６と、その受座１６を既設セグメント３に押し付けるためのグリッパージャッキ１５とを有する。

グリッパージャッキ１５は、各外筒４１−４３の上下左右に一対ずつ設けられる。すなわち、外筒４１−４３の上部および下部に、上下方向に伸縮可能な一対のグリッパージャッキ１５、１５が各々設けられ、外筒４１−４３の左側部および右側部に、左右方向に伸縮可能な一対のグリッパージャッキ１５、１５が各々設けられる。

より具体的には、外筒４１−４３の上面と左側面との間の傾斜面に、水平取付面と垂直取付面とを有するベース部材１８が形成され、そのベース部材１８の水平取付面に上下方向に伸縮可能なグリッパージャッキ１５が取付られ、垂直取付面に左右方向に伸縮可能なグリッパージャッキ１５が取付られる。

同様に、外筒４１−４３の他の傾斜面（上面と右側面との間、下面と左側面との間、および下面と右側面との間の各傾斜面）に、ベース部材１８と、上下方向に伸縮可能なグリッパージャッキ１５および左右方向に伸縮可能なグリッパージャッキ１５とが各々設けられる。

グリッパージャッキ１５は、例えば、油圧で作動し、セグメント３の真円保持を行えるように、各グリッパージャッキ１５ごとに独立して伸縮が制御される。

受座１６は、各外筒４１−４３の上下左右に配置された一対のグリッパージャッキ１５、１５ごとに、各々取り付けられる。すなわち、受座１６は、各外筒４１−４３に４つずつ設けられる。

その受座１６は、一対のグリッパージャッキ１５、１５の一方の先端から他方の先端まで既設セグメント３の内周面に沿って周方向に延びる円弧状に形成される。

外筒４１−４３の内周面には、内筒２を前後方向に摺動可能に支持するすべり軸受１７が設けられる。すべり軸受１７は、各外筒４１−４３の下面、左側面および右側面に、２つずつ設けられる。

内筒２は、外筒４１−４３が嵌め合わされた断面略八角形の内筒本体２０と、その内筒本体２０から前方に延びる断面略円形状の連結部２１とを備える。

内筒本体２０の下面には、外筒４１−４３と同様にホイスト１２のチェーンブロック１３を前後方向に移動可能とするための切欠溝２３が形成される。その切欠溝２３は、内筒本体２０の前端から後端まで前後方向に連続して形成される。

また、内筒本体２０の外周には、複数のスライド手段５が設けられる。本実施形態のスライド手段５は、内筒本体２０と各外筒４１−４３とに各々固定され、前後方向に伸縮自在なスライドジャッキ２４からなる。そのスライドジャッキ２４は、伸縮して、内筒２と各外筒４１−４３とを前後方向に相対移動させると共に、固定されて、内筒２と各外筒４１−４３との相対移動を規制する。

本実施形態のスライドジャッキ２４は、各外筒４１−４３の後方に、その外筒４１−４３（内筒本体２０）の外周に沿って間隔を隔てて複数（図例では、上下左右に２つずつ）配置される。

より具体的には、外筒４１−４３（内筒本体２０）の上面および下面における左右方向の両端部と、左側面および右側面における上下方向の両端部とに、グリッパージャッキ１５の内側に位置させて、各々配置される。

スライドジャッキ２４の伸縮ストロークは、少なくとも１つのセグメント３の軸方向長さよりも長く設定される。スライドジャッキ２４は、例えば、油圧などで作動する。

搬送通路８は、内筒本体２０と連結部２１との内周面により区画形成され、その搬送通路８内に、掘穴内を前後方向に延びるインバート桟橋２２が配置される。

そのインバート桟橋２２上を、前方の切羽側で排出された土砂を後方の坑口側に搬送するダンプトラック２３や坑口側から資材を切羽側に搬送するための台車（図示せず）などが通行するようになっている。また、インバート桟橋２２の下方には、坑口側からエレクター本体６まで前後方向に延びるホイストレール（図示せず）が設けられ、そのホイストレールを走行するチェーンブロック１３によりエレクター本体６にセグメント３が供給される。

エレクター本体６は、セグメント３を把持するための把持部２６と、その把持部２６が取り付けられ、径方向に移動可能な吊りビーム２７と、その吊りビーム２７を腕部２８を介して支持し、後述するリングガーダ３４に回転可能に支持されたリング状の回転フレーム３５とを備える。

リングガーダ３４は、自走式エレクター１の前端部に配置され、内筒２の連結部２１を介して内筒本体２０に接続、支持される。

リングガーダ３４の内周には、エレクター本体６の回転フレーム３５を回転可能に支持するための支持ローラ３０が設けられる。支持ローラ３０は、リングガーダ３４の内周に沿って複数（図例では、８つ）配置される。

リングガーダ３４の外周には、径方向外側に掘穴の内壁面まで延びてリングガーダ３４の荷重を支持するアウトリガー３１が設けられる。

そのアウトリガー３１は、複数設けられ、図例では、荷重が集中する下方に６つ、上方に２つ配置される。本実施形態のアウトリガー３１は、径方向に伸縮可能に形成される。

また、リングガーダ３４には、セグメント３（掘穴の内壁面）に沿って周方向に略リング状に形成された作業足場３２が設けられる。その作業足場３２には、作業足場３２から後方にセグメント３の内周側に張り出し可能なスライド足場３３が設けられる。

図４に示すように、本実施形態の自走式エレクター１は、セグメント３の背面に（セグメント３と掘穴内壁との間に）コンクリートを吹き込むための吹付け手段（例えば、コンクリートおよび急結材供給ホース４０およびコンクリート吹付け機ノズル４１など）を備える。

また、本実施形態のセグメント３は、エレクター本体６により組み付けられたセグメント３を既設セグメント３に結合させるためのボルト３７およびナット４７を備える。

ボルト３７は、セグメント３の前後継手部（リング間）の断面上同一位置にボルト穴４１を挿通可能に形成され、先端にナット４７等の雌ねじ部に螺合可能な雄ねじ部が形成される。ボルトをナット等の雌ねじ部に螺合し、ボルト３７をスパナ等で固定し、ナット４７を回転させることにより、該セグメント３を既設セグメント３に押し付けるようになっている。

次に、本実施形態の自走式エレクターを用いたトンネル構築方法を説明する。

本実施形態のトンネル構築方法は、山岳トンネルなどを構築するに際して、まず自由断面トンネル掘削機などにより掘穴を機械掘削、或いは掘穴を発破掘削し、その掘穴における所望の止水区間に上述した自走式エレクター１によりセグメント３を組み付けると共に組み付けたセグメント３の背面にコンクリートを吹付けて、該セグメント３を掘穴に固定するようにしたものである。

図５から図９に基づき、ウォータタイト区間を構築する際の自走式エレクターの作動について説明する。

まず、セグメント組立時およびコンクリート吹付け時の自走式エレクター１の状態を説明する。

図５に示すように、セグメント組立時およびコンクリート吹付け時は、第１外筒４１から第３外筒４３の全てのグリッパージャッキ１５を伸長させて、それらの受座１６により既設セグメント３の真円保持を行う。また、第１外筒４１（および第２外筒４２、第３外筒４３）のスライドジャッキ２４を伸長させて、エレクター本体６を既設セグメント３の直前の所定位置に位置させる。さらに、リングガーダ３４のアウトリガー３１を伸長させ、そのアウトリガー３１を介して、リングガーダ３４やエレクター本体６の荷重を掘穴の内壁面にて支持する。

この図５のセグメント組立およびコンクリート吹付けが終了した後、自走式エレクター１は、次のセグメント３を組み立てるべく、前方（図５において左方）に１セグメント分移動する。

図６から図９により自走式エレクター１の自走方法を説明する。

まず、図６に示すように、内筒２を前方に移動させる。具体的には、アウトリガー３１を径方向内側に縮退、引込めた後、第１外筒４１から第３外筒４３の全てのスライドジャッキ２４を略同時に縮退させて、内筒２を前方に押し出す。これにより、内筒２を前方に１セグメント分だけ移動させ、その後、アウトリガー３１を再び伸長、押出して、掘穴の内壁面を押圧する。

この内筒２の前進時は、第１外筒４１から第３外筒４３の全てのグリッパージャッキ１５を伸長させて、それらの受座１６にて既設セグメント３を押圧し、その既設セグメント３に推進反力を取る。

次に、図７に示すように、第１外筒４１を前方に移動させる。具体的には、第１外筒４１のグリッパージャッキ１５を縮退させて、第１外筒４１の受座１６を内方に引込めた後、第１外筒４１のスライドジャッキ２４を伸長させて、第１外筒４１を前方に押出す。これにより、第１外筒４１を前方に１セグメント分移動させる。その後、第１外筒４１のグリッパージャッキ１５を再び伸長させて、第１外筒４１の受座１６を外方に押出し、新たに組み付けられたセグメント３を押圧する。

この第１外筒４１の前進時は、第２外筒４２および第３外筒４３のグリッパージャッキ１５および受座１６にて既設セグメント３に推進反力を取る。

次に、この図７の第１外筒４１の前進と同様に、第２外筒４２、第３外筒４３を順次前進させる。

すなわち、図８に示すように、第２外筒４２のグリッパージャッキ１５を縮退させ、受座１６を引込めた後、第２外筒４２のスライドジャッキ２４を伸長させて、第２外筒４２を前方に押出す。その第２外筒４２の移動後、第２外筒４２のグリッパージャッキ１５を再び伸長させ、受座１６にて既設セグメント３を押圧する。

この第２外筒４２の前進時は、第１外筒４１および第３外筒４３のグリッパージャッキ１５および受座１６にてセグメント３に推進反力を取る。

次に、図９に示すように、第３外筒４３のグリッパージャッキ１５を縮退させ、受座１６を引込めた後、第３外筒４３のスライドジャッキ２４を伸長させて、第３外筒４３を前方に押出す。その第３外筒４３の移動後、グリッパージャッキ１５を再び伸長させ、受座１６にて既設セグメント３を押圧する。

この第３外筒４３の前進時は、第１外筒４１および第２外筒４２のグリッパージャッキ１５および受座１６にてセグメント３に推進反力を取る。

これら図６から図９のステップにより、自走式エレクター１が全体として１セグメント分前方に移動する。その後は、再び図５に戻りセグメント組立、セグメント背面のコンクリート吹付けが行われる。

このように本実施形態の自走式エレクター１は、掘穴を自走してセグメントを組み立てることができ、それにより、ＮＡＴＭ工法などの機械掘りや発破掘削された掘穴において、任意の区間にセグメントの組立を行うことができる。

その結果、シールドマシーンを使用することなく、掘穴にセグメントによるウォータタイト（止水構造）を容易に、早期に構築することができる。

さらに、エレクター本体６を、内筒２および外筒４１−４３からなる二重筒構造により支持するので、内筒２の搬送通路８を挿通させてインバート桟橋を設置することができ、切羽側で排出される掘削土を坑口側に容易に搬送することができる。

また、自走式エレクター１は、グリッパージャッキ１５とスライドジャッキ２４との組合せにより自走するので、掘穴内にレールなどを敷設することなく、移動することができる。これは、大口径のトンネルを構築するに際して、エレクターが大型化、重量化する場合に、特に有利である。

また、グリッパージャッキ１５により、セグメント３の真円保持と、推進反力の確保との両方を行うことができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、外筒の数は、３つに限定されず、２つでも、或いは４つ以上でもよい。

図１は、本発明に係る一実施形態による自走式エレクターの概略図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１のＩＶ部拡大図である。 図５は、本実施形態の自走式エレクターの自走方法を説明するための図であり、セグメント組立時およびコンクリート吹付け時の状態を示す。 図６は、本実施形態の自走式エレクターの自走方法を説明するための図であり、内筒を前進させた状態を示す。 図７は、本実施形態の自走式エレクターの自走方法を説明するための図であり、第１外筒を前進させた状態を示す。 図８は、本実施形態の自走式エレクターの自走方法を説明するための図であり、第２外筒を前進させた状態を示す。 図９は、本実施形態の自走式エレクターの自走方法を説明するための図であり、第３外筒を前進させた状態を示す。

符号の説明

１ 自走式エレクター
２ 内筒
３ セグメント
５（２４） スライド手段（スライドジャッキ）
６ エレクター本体
７ グリッパー手段
８ 搬送通路
１５ グリッパージャッキ
１６ 受座
４１−４３ 外筒

Claims (7)

1. 掘穴内を自走すると共に、その掘穴にセグメントを組み立てる自走式エレクターにおいて、
   上記セグメントを組み立てるためのエレクター本体と、そのエレクター本体を支持するための内筒と、その内筒の外周に前後方向に並べてスライド可能に嵌め合わされた複数の外筒と、各外筒の外周から既設セグメントまで外方に張り出して該既設セグメントを押圧し、かつ内方に縮退可能なグリッパー手段と、各外筒と上記内筒とを前後方向に相対移動、或いは固定するためのスライド手段と、上記内筒内に形成され該内筒を前後方向に挿通する搬送通路とを備えたことを特徴とする自走式エレクター。
2. 上記グリッパー手段は、既設セグメントに当接する受座と、その受座を既設セグメントに押圧するためのグリッパージャッキとを有する請求項１記載の自走式エレクター。
3. 上記スライド手段は、上記内筒および各外筒に固定され、前後方向に伸縮自在なスライドジャッキからなる請求項１または２記載の自走式エレクター。
4. 上記搬送通路内に、上記掘穴内を前後方向に延び、切羽側から坑口側に掘削土を搬送するためのインバート桟橋が設けられた請求項１から３いずれかに記載の自走式エレクター。
5. 上記エレクター本体にセグメントを供給するためのホイストを備え、そのホイストの前後方向移動を可能とすべく、上記内筒および外筒の下部に、前後方向に延びる切欠溝が形成された請求項１から４いずれかに記載の自走式エレクター。
6. 掘穴の所望の止水区間に、請求項１から５いずれかに記載の自走式エレクターによりセグメントを組み付けることを特徴とするトンネル構築方法。
7. 上記組み付けたセグメントの背面にコンクリートを吹き付けて該セグメントを固定する請求項６記載のトンネル構築方法。

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