JP4926134B2 - トンネル間連結掘削工法およびトンネル間連結掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル間の地山を掘削するためのトンネル間連結掘削工法およびトンネル間連結掘削装置に関するものである。

道路分岐、合流部など大口径のトンネル施工部を掘削する場合に、トンネル施工部の外周部に所定間隔ごとにルーフシールドトンネルを掘削し、隣接するルーフシールドトンネル間の地山を掘削して形成された掘削空間部に、連結構造物（ルーフシールド先受け工）を設置することにより、トンネル施工部を切羽防護するトンネル工法が特許文献１に提案されている。
特開２００６−７０５３０号公報

このトンネル工法を実施する場合、ルーフシールドトンネルに沿って掘削機をトンネル軸心方向に移動させつつ、隣接するルーフシールドトンネルに向かって地山の拡張掘削を行う。この掘削作業では、各ルーフシールドトンネルごとに、それぞれ隣接するルーフシールドトンネルに対応してトンネル軸心の周囲３６０°のあらゆる方向に掘削することから、掘削機を掘削方向に対応する一定姿勢に保持して、トンネル軸心方向に前進させることが必要である。

ところで、上記の拡張掘削作業では、トンネル内から掘削ヘッドを進展、揺動して地山を掘削するため、掘削範囲が限られて広範囲な拡張掘削ができず、またトンネルの壁面に接近した部位などの掘削が難しく、時間を要するという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決して、２本のトンネル間の地山を効率よく、広範囲に掘削できるトンネル間連結掘削工法およびトンネル間連結掘削装置を提供することを目的とする。

本発明に係る請求項１記載のトンネル間連結掘削工法は、所定間隔をあけて隣接する２本のトンネル間の地山を掘削して両トンネルを互いに連結するに際し、両トンネル間に形成された発進空間に、両トンネル内の案内支持部材に支持された推進フレームを配置し、推進フレームに設置された掘削機により、掘削反力を前記案内支持部材に支持させて両トンネル間の地山を掘削して掘削部を形成し、推進フレームに設置された推進装置により、推進反力を前記案内支持部材に支持させて、推進フレームを掘削部に沿って前進させるものである。

請求項２記載のトンネル間連結掘削装置は、所定間隔をあけて隣接する２本のトンネル間の地山を掘削して両トンネルを互いに連結するトンネル間連結掘削装置であって、両トンネルの互いに対向する外周壁と両トンネル間の地山を除去して形成された発進空間に配置される推進フレームに、当該推進フレームを両トンネル内にそれぞれ設置された案内支持部材に固定、解放可能に支持するフレーム固定機構と、当該フレーム固定機構の解放時に、推進フレームを前記案内支持部材に沿って案内するフレーム案内機構と、両トンネル間の前方の地山を掘削可能な掘削機と、前記案内支持部材に推進反力を支持させて推進フレームを前進させる推進装置とを具備したものである。

請求項３記載のトンネル間連結掘削装置は、請求項２記載の構成において、掘削機は、トンネル軸心と平行な旋回軸心周りに回転自在な回転体と、当該回転体の一側部に揺動自在に支持された掘削機フレームと、当該掘削機フレームの前端部に回転自在に支持された掘削ヘッドとを有するものである。

請求項４記載のトンネル間連結掘削装置は、請求項２または３記載の構成において、案内支持部材は、トンネル軸心方向に設置されて掘削反力の支持と推進フレームの案内とを受け持つ受圧案内部と、推進反力の支持を受け持つ推力支持部とを有し、フレーム固定機構とフレーム案内機構とを有する複数のグリッパ装置を具備し、前記グリッパ装置は、前記フレーム固定機構によりガイド部材を出退し前記受圧案内部に係合させて押圧することにより推進フレームを固定し、前記フレーム案内機構により前記ガイド部材が前記受圧案内部に沿って案内されるように構成され、推進装置は、トンネル軸心方向に前後２組が配置されて前記推力支持部を把持可能な把持装置と、これら前後の把持装置を接近離間させる推進駆動装置とを有するものである。

請求項５記載のトンネル間連結掘削装置は、請求項２乃至４のいずれかに記載の構成において、推進フレームに、流動体を封入した伸縮バッグを発進空間または掘削部の掘削面に押し付ける防振装置を設けたものである。

請求項１記載の発明によれば、トンネル間の発進空間に、トンネルＴ内の案内支持部材に支持された推進フレームを配置し、この推進フレームに設置された掘削機より、トンネル間の地山を掘削し、この掘削部に沿って推進フレームを前進させるので、トンネル間の地山を広範囲にかつ効率よく掘削することができ、トンネルの形成間隔が広い地山や、トンネルの形成間隔が変化する地山を容易に掘削することができる。また隣接する２つのトンネルの配置がトンネル軸心を中心とするあらゆる角度であっても、両トンネル内に設置された案内支持部材により、推進フレームを安定して支持させるとともにスムーズに前進させることができ、ルーフシールドトンネル間の接続に極めて有効となる。

請求項２記載の発明によれば、トンネル間の発進空間に配置した推進フレームを、フレーム固定機構により両トンネル内の案内支持部材に固定し、推進フレームに設置した掘削機によりトンネル間の地山を掘削し、その掘削反力をフレーム固定機構を介して案内支持部材に支持させることができる。またフレーム固定機構の解放時に、フレーム案内機構により推進フレームを案内支持部材に案内させるとともに、推進装置により案内支持部材に推進反力を支持させて前進させるので、トンネル間の地山を広範囲にかつ効率よく掘削することができ、トンネルの形成間隔が広い地山や、トンネルの形成間隔が変化する地山を容易に掘削することができる。また隣接する２つのトンネルの配置がトンネル軸心を中心とするあらゆる角度であっても、両トンネル内に設置された案内支持部材により、推進フレームを安定して支持させるとともにスムーズに前進させることができ、ルーフシールドトンネル間の接続に極めて有効となる。

請求項３記載の発明によれば、旋回軸心周りに旋回される回転体の一側部に、掘削機フレームを揺動自在に配置したので、トンネル間の地山を広範囲に効率よく掘削することができる。

請求項４記載の発明によれば、グリッパ装置のフレーム固定機構により、ガイド部材を受圧案内部に係合し押圧して推進フレームを固定し、掘削反力を支持させることにより、トンネル間の地山を良好に掘削することができる。またフレーム案内機構により、ガイド部材を受圧案内部から少し後退させることで、ガイド部材が受圧案内部に移動自在に案内される。さらに、前後の把持装置によりトンネル内の推力支持部にそれぞれ把持させ、推進駆動装置により前後の把持装置を接近離間させて推進フレームを前進させることができ、推進フレームを受圧案内部に沿ってスムーズに安定して前進させることができる。

請求項５記載の発明によれば、防振装置により、掘削時の振動や衝撃を緩衝吸収して、推進フレームの振動を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
トンネル間連結掘削装置の実施の形態を図１〜図９を参照して説明する。

本発明に係るトンネル間連結掘削装置（以下、掘削装置という）は、図５に示すように、たとえば大口径施工部を形成するために、大口径のトンネル施工部Ｂの周囲に所定間隔をあけて形成された複数本のルーフシールドトンネル（以下、トンネルという）Ｔのうち、隣接するトンネルＴ間の地山を掘削除去して、その掘削部に連結構造物（ルーフシールド先受け工）を設置することによりトンネルＴを連結し、大口径のトンネル施工部Ｂを切羽防護するものである。

この掘削装置は、図１〜図４に示すように、隣接するトンネルＴ間に、外周壁で互いに対向する壁部を削除して開口部Ｔｏを形成し、このトンネルＴ内から開口部Ｔｏを介して掘削された発進空間Ｅに配置される。これら両トンネルＴ内には、開口部Ｔｏに臨んでトンネル軸心方向に一定間隔ごとに支保工である支柱部材（案内支持部材、推力支持部）Ｐがそれぞれ立設配置され、これら支柱部材Ｐにわたってトンネル軸心に沿うパイプレールからなるレール部材（案内支持部材、受圧案内部）Ｒｄ，Ｒｕが下部と上部にそれぞれ装着されている。

掘削装置は、旋回式の掘削機１２を具備した推進フレーム１１と、推進フレーム１１を両トンネルＴのレール部材Ｒｄ，Ｒｕにそれぞれ固定、解放可能なフレーム固定機構と、レール部材Ｒｄ，Ｒｕに沿って案内可能なフレーム案内機構とを具備した主グリッパ装置１３および副グリッパ装置１４と、推進フレーム１１をレール部材Ｒｄ，Ｒｕに案内させて前進させる推進装置１５と、掘削時の振動を軽減する防振装置１６とを具備している。

推進フレーム１１は、掘削機１２を搭載した基部フレーム部２１と、基部フレーム部から後方に接近離間自在に配置された進退フレーム部２２とを具備している。基部フレーム部２１は、底部で幅方向に配置された基部底辺ビーム２１ａと、基部底辺ビーム２１ａの左右端部から互いに平行に立設された前側辺ビーム２１ｂと、これら左右の前側辺ビーム２１ｂの上端部間を連結し中央部が頂部となるように山形に折り曲げられた前天辺ビーム２１ｃとで、正面視が五角形に形成されている。さらに左右の前側辺ビーム２１ｂの上部と前天辺ビーム２１ｃの中央部に、それぞれ後方に伸びる３本の連結ビーム２１ｄが連結されるとともに、左右の前側辺ビーム２１ｂの下部から後方に伸びる一対のガイドビーム２１ｅが連結されている。また、これら左右の連結ビーム２１ｄとガイドビーム２１ｅの後端部に、左右の後側辺ビーム２１ｆがそれぞれ連結され、またこれら左右の後側辺ビーム２１ｆの上端部間に中央部が頂部となるように山形に折り曲げられた後天辺ビーム２１ｇに連結され、後天辺ビーム２１ｇの中央部に連結ビーム２１ｄが連結されている。

前記進退フレーム部２２は、両側のガイドビーム２１ｅ内にそれぞれスライド自在に嵌合されたスライドビーム２２ｂと、左右のスライドビーム２２ｂの後端部間に、下方に垂下されたブラケットを介して進退底辺ビーム２２ａが連結されている。

旋回式の掘削機１２は、基部フレーム部２１の基部底辺ビーム２１ａ、前側辺ビーム２１ｂおよび前天辺ビーム２１ｃの背面部に回転体３３が配置され、この回転体３３は、図１、図６に示すように、外周部に突設された外周レール３３ｄが、基部フレーム部２１に設けられた複数のガイドローラ３１と振れ止めローラ３２により案内されて、トンネル軸心と平行な旋回軸心Ｏｓ周りに回転自在に支持されている。そして、回転体３３の外周部に設けられたリングギヤ３４ａに噛合するピニオン３４ｂをカッタ旋回駆動装置（たとえば油圧式モータ）３４ｃにより回転駆動して回転体３３を旋回させるカッタ旋回装置３４が基部フレーム２１に設けられている。また回転体３３の外周側には、一側部に支持ブラケット３３ａが、他側部にバランスウエイト３３ｂがそれぞれ設けられており、この支持ブラケット３３ａに接線方向の支軸３３ｃを介して掘削機フレーム３５が揺動自在に支持されている。また回転体３３の他端側と掘削機フレーム３５との間に、掘削機フレーム３５を揺動させて掘削範囲を拡張する掘削揺動装置（たとえば油圧式ジャッキ）３６が連結されている。そして掘削機フレーム３５に、内装された掘削出退装置（たとえば油圧式ジャッキ）３７により出退される掘削出退ヘッド３８と、掘削出退ヘッド３８に内装された掘削回転駆動装置（たとえば油圧式モータ）３９により出退方向の軸心周りに回転駆動される掘削ヘッド４０とが設けられている。

主グリッパ装置１３は、推進フレーム１１の底部四隅側にそれぞれ４個が設置されている。すなわち、基部底辺ビーム２１ａと進退底辺ビーム２２ａの両端部にそれぞれ出退ビーム２３が所定範囲で出退自在に内嵌されており、これら基部底辺ビーム２１ａ内に、出退ビーム２３を出退させる主グリッパ駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）２４がそれぞれ内装されている。そして、各出退ビーム２３の先端部に、下部のレール部材Ｒｄにそれぞれ係脱自在なガイド部材２５が固定されている。ここで、トンネルＴの傾斜に対応してレール部材Ｒｄの傾斜が大きい場合には、これらガイド部材２５を、レール部材Ｒｄの傾斜に対応して所定範囲で傾動自在に取り付けても良い。またこれらガイド部材２５は、レール部材Ｒｄに外嵌可能に開口された半円形断面に形成されてレール部材Ｒｄに長さ方向にスライド自在に外嵌され、推進フレーム１１をトンネル軸心方向に案内するように構成され、これらガイド部材２５によりフレーム案内機構が構成されている。また基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａから出退される出退ビーム２３、主グリッパ駆動装置２４およびガイド部材２５により、ガイド部材２５をレール部材Ｒｄに押圧して推進フレーム１１を固定する下部のフレーム固定機構が構成されている。

副グリッパ装置１４は、前、後天辺ビーム２１ｃ，２１ｇの左右両側で上部に、それぞれ伸縮フレーム２６が上下方向に揺動自在に支持され、揺動調整装置（たとえば油圧式ジャッキ）２７により伸縮フレーム２６が所定範囲で上下方向に揺動されて姿勢が調整される。そして各伸縮フレーム２６には、内嵌された出退筒２６ａを出退させる副グリッパ駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）２８がそれぞれ内装され、これら出退筒２６ａの先端部に、それぞれ上部のレール部材Ｒｕに係脱自在なガイド部材２９が固定されている。ここで、トンネルＴの傾斜に対応してレール部材Ｒｕの傾斜が大きい場合には、これらガイド部材２９を、レール部材Ｒｕの傾斜に対応して所定範囲で傾動自在に取り付けても良い。またこれらガイド部材２９は、レール部材Ｒｕに外嵌可能に開口された半円形断面に形成されて、レール部材Ｒｕに長さ方向にスライド自在に外嵌され、推進フレーム１１をトンネル軸心方向に案内するように構成され、これらガイド部材２９によりフレーム案内機構が構成されている。またこれら伸縮フレーム２６から出退される出退筒２６ａ、副グリッパ駆動装置２８およびガイド部材２９により、ガイド部材２９をレール部材Ｒｕに押圧して推進フレーム１１を固定する上部のフレーム固定機構が構成されている。

したがって、フレーム案内機構では、主グリッパ駆動装置２４および副グリッパ駆動装置２８により、出退ビーム２３および出退筒２６ａをそれぞれ突出させてガイド部材２５，２９をレール部材Ｒｄ，Ｒｕにそれぞれ係合させて押圧しない状態で、掘削装置の自重のみをレール部材Ｒｄ，Ｒｕに支持させて前進移動を案内させることができる。さらにフレーム固定機構では、主、副グリッパ駆動装置２４，２８によりガイド部材２５，２９をレール部材Ｒｄ，Ｒｕに押圧することにより、推進フレーム１１をレール部材Ｒｄ，Ｒｕを介してトンネルＴに固定することができ、これにより掘削機１２による掘削反力を支持させることができる。また、２つの隣接トンネルＴが漸次接近したり、漸次離間するような場合には、出退ビーム２３および出退筒２６ａの出退ストロークにより、トンネルＴの間隔の変動やレール部材Ｒｄ，Ｒｕの傾斜を吸収することができる。

前記推進装置１５は、主グリッパ装置１３にそれぞれ設けられて支柱部材Ｐを把持しトンネル軸心方向の移動を規制する把持装置１７Ｆ，１７Ｒと、各ガイドビーム２１ｅ内にそれぞれ内装されて基部フレーム部２１と進退フレーム部２２とを互いに接近離間させる推進駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）４１と、把持装置１７Ｆ，１７Ｒの把持位置を調整可能な把持位置調整機構４７とで構成されている。

前記把持装置１７Ｆ，１７Ｒは、基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａの両端部に配置されたガイド部材２５にそれぞれ設けられており、図７、図８に示すように、ガイド部材２５の上部に取り付けられた基台４２と、この基台４２に上下方向の垂直ピン４３を中心に揺動され突出位置で把持凹部４４ａが支柱部材Ｐに外嵌可能なクランプアーム４４と、基台４２とクランプアーム４４の遊端側との間に連結されてクランプアーム４４を出退させるドグルリンク４６と、このドグルリンク４６を作動してクランプアーム４４を出退駆動する開閉駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）４５とを具備している。

また把持位置調整機構４７は、支柱部材Ｐの位置ずれを調整するためのもので、推進フレーム１１の一側部（図では前進方向に向かって右側）に設けられている。これら把持位置調整機構４７は、ガイド部材２５の上部にトンネル軸心に平行に取り付けられたガイドレール４８と、ガイドレール４８にスライド自在に案内されるサドル部４９と、サドル部４９をガイドレール４８に固定解放可能な固定具５０とを具備し、サドル部４９に把持装置１７Ｆ，１７Ｒの基台４２が取り付けられている。したがって、発進空間Ｅに推進フレーム１１が設置されると、固定具５０を解除してサドル部４９をガイドレール４８に沿って移動させ、クランプアーム４４の把持凹部４４ａが支柱部材Ｐに嵌合可能に位置調整し、固定具５０を固定する。ここで、支柱部材Ｐは、トンネル軸心方向に一定間隔ごとに設置されているため、発進時の調整のみで良い。

上記把持装置１７Ｆ，１７Ｒにおいて、開閉駆動装置４５によりドグルリンク４６を介してクランプアーム４４を外方に揺動し突出させて把持凹部４４ａを支柱部材Ｐに外嵌させ、基部フレーム部２１または進退フレーム部２２と、支柱部材Ｐとを連結固定して推進反力を支持させることができる。また開閉駆動装置４５によりドグルリンク４６を介してクランプアーム４４を内方に揺動し後退させて把持凹部４４ａを支柱部材Ｐから離脱させ、基部フレーム部２１または進退フレーム部２２と、支柱部材Ｐとを分離させることができる。

したがって、基部フレーム部２１の把持装置１７Ｆと進退フレーム部２２の把持装置１７Ｒの一方で支柱部材Ｐを把持し、他方で支柱部材Ｐを解放した状態で、各推進駆動装置４１を伸縮させて基部フレーム部２１と進退フレーム部２２とを接近または離間させ、これを交互に行うことにより、推進フレーム１１を前進させることができる。

前記防振装置１６は、基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａの中央部下部と前、後天辺ビーム２１ｃ，２１ｇの頂部上にそれぞれ配置されており、図９に示すように、ジャバラなどを有して膨出、退縮自在な加圧面を有する拡縮ケース５１内に、加圧エアまたは加圧水などの加圧流動体を送り込んで膨張させる伸縮バッグ５２が設けられている。そして、掘削時に伸縮バッグ５２に加圧流動体を供給して膨張させ、伸縮バッグ５２の外面を膨出させて拡縮ケース５１の加圧面を掘削面に押し当てることにより、掘削機１２から推進フレーム１１に伝達された振動や衝撃を緩和して吸収させることができ、これら防振装置１６により推進フレーム１１の振動を軽減することができる。また拡縮ケース５１は用いずに、伸縮バッグ５２を直接地山に押し付けるように構成してもよい。

上記掘削装置によるトンネルＴ間の地山の掘削方法を説明する。
所定間隔をあけて隣接する２本のトンネルＴは、複数のセグメントが連結された外周壁により覆工され、少なくともトンネルＴの接近する側の外周壁に臨んで、複数の支柱部材Ｐがトンネル軸心に沿って一定間隔ごとに立設されて外周壁を支持している。これら支柱部材Ｐに、トンネル軸心に沿うレール部材Ｒｄ，Ｒｕが下部および上部にそれぞれ取付部材を介して取り付けられている。

１）発進位置に対応して、隣接するトンネルＴに接近する側の外周壁をそれぞれ部分的に削除し、その開口部Ｔｏを介して発進空間Ｅを形成する。
２）発進空間Ｅ内に推進フレーム１１やその他構成部材を搬入して、掘削装置を組み立てる。すなわち、推進フレーム１１の基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａと前、後天辺ビーム２１ｃ，２１ｇの両側にそれぞれ設けられた主、副グリッパ装置１３，１４のガイド部材２５，２９を、両トンネルＴのレール部材Ｒｄ，Ｒｕにそれぞれ係合させて推進フレーム１１を支持させる。そして、主、副グリッパ装置１３，１４によりガイド部材２５，２９をそれぞれレール部材Ｒｄ，Ｒｕに押圧して推進フレーム１１を固定する。さらに把持位置調整機構４７により、支柱部材Ｐに対応して一側部の把持装置１７Ｆ，１７Ｒの位置を調整した後、把持装置１７Ｆ，１７Ｒにより支柱部材Ｐをそれぞれ把持させる。さらに防振装置１６の伸縮バッグ５２に加圧流動体を供給して拡縮ケース５１を膨出させ発進空間Ｅの掘削面に押し当てる。

３）掘削機１２により地山を掘削する。掘削回転駆動装置３９により掘削ヘッド４０を回転駆動するとともに、掘削出退装置３７により掘削ヘッド４０を出退させて、トンネルＴ間の地山を掘削する。さらに掘削揺動装置３６により掘削機フレーム３５を揺動させるとともに、カッタ旋回装置３４により回転体３３を回転させることにより掘削範囲を拡張する。この時の掘削反力が、主、副グリッパ装置１３，１４によりガイド部材２５，２９を介して両トンネルＴのレール部材Ｒｄ，Ｒｕにそれぞれ支持される。また防振装置１６により、推進フレーム１１の振動が緩衝されて軽減される。そして、掘削した土砂をトンネルＴを介して排出し、さらに掘削が進むに従って、掘削部に接するトンネルＴの外周壁を順次削除して開口部Ｔｏを前方に拡張する。

４）掘削作業が終了すると、掘削機１２を前進させる。すなわち、掘削状態では、推進フレーム１１において基部フレーム部２１と進退フレーム部２２とが離間された状態にあり、まず主、副グリッパ駆動装置２４，２８を少し収縮させて、ガイド部材２５，２９によるレール部材Ｒｄ，Ｒｕへの押圧固定を解除し、推進フレーム１１の自重のみをレール部材Ｒｄ，Ｒｕに支持させる。ついで、進退フレーム部２２に設けられた後部の把持装置１７Ｒのクランプアーム４４を後退させて支柱部材Ｐから離脱させる。さらに、各推進駆動装置４１をそれぞれ収縮させて進退フレーム部２２を基部フレーム部２１に接近させる。そして、進退フレーム部２２に設けられた後部の把持装置１７Ｒにより支柱部材Ｐを把持させ、前部の把持装置１７Ｆを支柱部材Ｐから離脱させた後、推進駆動装置４１をそれぞれ伸展させて基部フレーム部２１を前進させ、進退フレーム部２２から離間させて推進フレーム１１を前進させる。

５）主、副グリッパ駆動装置２４，２８によりガイド部材２５，２９をレール部材Ｒｄ，Ｒｕに押圧するとともに、前部の把持装置１７Ｆにより支柱部材Ｐを把持させる。そして、再度、掘削機１２を駆動してトンネルＴ間の地山を掘削する。

これを繰り返すことで、トンネルＴ間の地山を掘削する。
なお、図では、水平方向に対向するトンネルＴ間の地山を掘削する掘削装置を示しているが、ルーフシールドトンネルの場合は、３６０°あらゆる方向に対向するトンネルＴ間の地山を掘削することになる。

上記実施の形態１のトンネル連結掘削工法および装置によれば、トンネルＴ間の発進空間Ｅに、トンネルＴ内のレール部材Ｒｄ，Ｒｕに主、副グリッパ装置１３，１４を介して支持された推進フレーム１１を配置し、推進フレーム１１に設置された掘削機１２により、トンネルＴ間の地山を掘削する。そして掘削終了後、前後の把持装置１７Ｆ，１７Ｒにより支柱部材Ｐを把持させて推進反力を支持させ、推進フレーム１１を掘削部に沿って推進フレーム１１を前進させるので、トンネルＴ間の地山を確実にかつ効率よく掘削することができ、トンネルＴ間の間隔が長い地山や、トンネルＴ間の距離が変化する地山に容易に対応することができる。また隣接する２つのトンネルＴの配置があらゆる角度であっても、両トンネル内に設置されたレール部材Ｒｄ，Ｒｕと支柱部材Ｐとにより、推進フレーム１１を安定して支持させスムーズに前進させることができ、ルーフシールドトンネル間の接続掘削に極めて有効となる。

また掘削機１２において、トンネル軸心と平行な旋回軸心Ｏｓ周りに回転自在な回転体３３の一側部に、掘削ヘッド４０を有する掘削機フレーム３５を揺動自在に配置し、掘削機フレーム３５を揺動させつつ回転体３３を回転することにより、トンネルＴ間の地山を広範囲に効率よく掘削することができる。

さらに主、副グリッパ装置１３，１４に設けられたフレーム固定機構により、ガイド部材２５，２９をレール部材Ｒｄ，Ｒｕにそれぞれ係合して押圧し、推進フレーム１１を固定して掘削反力を支持させることにより、トンネルＴ間の地山を良好に掘削することができる。またフレーム案内機構により、ガイド部材２５，２９をレール部材Ｒｄ，Ｒｕから少し後退させることで、推進フレーム１１の自重のみをガイド部材２５，２９を介してレール部材Ｒｄ，Ｒｕに支持させる。さらに、前後の把持装置１７Ｆ，１７ＲによりトンネルＴ内の支柱部材Ｐをそれぞれ把持させて推進反力を支持させるとともに、推進駆動装置４１により基部フレーム部２１と進退フレーム部２２とを接近離間させて推進フレーム１１を前進させることができ、推進フレーム１１をレール部材Ｒｄ，Ｒｕに沿ってスムーズに安定して前進させることができる。

さらに、推進フレーム１１の基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａと前、後天辺ビーム２１ｃ，２１ｇとに防振装置１６を設けたので、掘削機１２から推進装置１５に伝達される振動や衝撃を緩衝して効果的に低減することができる。
［実施の形態２］
本発明に係るトンネル間連結掘削装置の実施の形態２を図１０〜図１２を参照して説明する。なお、実施の形態１と同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。

この掘削装置は、実施の形態１に比較して、推進フレーム１１における基部フレーム部６１の構造が異なっており、基部フレーム部６１に基部底辺ビーム２１ａと左右一対のガイドビーム２１ｅを有しているが、前側辺ビーム２１ｂ、前天辺ビーム２１ｃ、後側辺ビーム２１ｆ、後天辺ビーム２１ｇおよび連結ビーム２１ｄは削除されている。また防振装置１６がない。さらに副グリッパ装置１４に替えて、掘削部の底面と天面とを押圧する補助グリッパ装置６２が設けられている。そして旋回式の掘削機１２に替えてスイング式の掘削機６３が設けられている。

基部フレーム部６１には、基部底辺ビーム２１ａと左右のガイドビーム２１ｅの間に基台部６１ａが設けられている。
そして、この基台部６１ａの中央部にスイング式の掘削機６３が設置されている。この掘削機６３は、基台部６１ａの中央部に上下方向の旋回軸心Ｏｕ周りに回動自在な旋回テーブル６４が配置され、旋回テーブル６４と基台部６１ａとの間に、旋回テーブル６４を所定範囲で回動させる周方向揺動ジャッキ６５が連結されている。また旋回テーブル６４に立設された架台部６６に、旋回軸心Ｏｕに垂直なスイング軸６６ａを介してスイングフレーム６７が揺動自在に支持され、架台部６６とスイングフレーム６７との間に連結されたスイングジャッキ６８によりスイングフレーム６７が所定範囲で揺動される。そしてスイングフレーム６７の筒部６７ａに掘削機フレーム６９が支持され、掘削機フレーム６９には、掘削出退ジャッキ７０により出退自在に支持された掘削出退ヘッド７１と、掘削出退ヘッド７１に設けられたカッタ駆動モータ７２により出退方向の軸心周りに回転駆動される掘削ヘッド７３が設けられている。

補助グリッパ装置６２は、上方グリッパ部６２Ｕと下方グリッパ部６２Ｄとで構成されている。上方グリッパ部６２Ｕは、左右のガイドビーム２１ｅ上に、所定間隔をあけてガイド筒８１がそれぞれ立設され、各ガイド筒８１内に内装された上グリップ駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）８３によりスライド自在に嵌合されたスライド筒８２が出退される。そして各スライド筒８２の上端部にトンネル軸心に平行な支持ピン８２ａを介して押圧部材８４がそれぞれ設けられるとともに、左右の押圧部材８４が連結ビーム８５を介して互いに連結されて正面視で門形に形成さている。また下方グリッパ部６２Ｄは、基台部６１ａの四隅位置にガイド筒８６が貫設され、これらガイド筒８６に出退自在に内嵌されたスライド筒８７が、下グリップ駆動装置（たとえば油圧式ジャッキ）８８により下方に向かって出退され、これらスライド筒８７の下端部にそれぞれ押圧部材８９が取り付けられている。

したがって、掘削時に、補助グリッパ装置６２により、上方、下方グリッパ部６２Ｕ、６２Ｄの上、下グリップ駆動装置８３，８８をそれぞれ伸展させて押圧部材８４，８９を掘削部の天面と底面とにそれぞれ押し付けることにより、推進フレーム１１を固定して、掘削反力や振動などを補助グリッパ装置６２を介して掘削部の天面と底面とに支持させることができる。

上記構成における掘削工法を説明する。
１）発進位置に対応して、隣接するトンネルＴに互いに接近する外周壁をそれぞれ部分的に削除し、その開口部Ｔｏを介して発進空間Ｅを形成する。

２）発進空間Ｅ内に推進フレーム１１やその他構成部材を搬入して、掘削装置を組み立てる。すなわち、推進フレーム１１の基部、進退底辺ビーム２１ａ，２２ａの両側にそれぞれ設けられた主グリッパ装置１３のガイド部材２５を、両トンネルＴのレール部材Ｒｄにそれぞれ係合させて推進フレーム１１を支持させる。そして、主グリッパ駆動装置２４を伸展してガイド部材２５をレール部材Ｒｄに押圧させるとともに、補助グリッパ装置６２の上方、下方グリッパ部６２Ｕ，６２Ｄにより、押圧部材８４，８９で発進空間Ｅの天面と底面にそれぞれ押圧して推進フレーム１１を固定し、掘削反力を支持させる。さらに把持位置調整機構４７により、一側側の把持装置１７Ｆ，１７Ｒの位置を支柱部材Ｐの位置に対応させ、把持装置１７Ｆ，１７Ｒにより支柱部材Ｐを把持させる。

３）掘削機６３によりトンネルＴ間の地山を掘削する。カッタ駆動モータ７２により掘削ヘッド７３を回転駆動するとともに、掘削出退ジャッキ７０により掘削ヘッド７３を出退させて地山を掘削する。さらにスイングジャッキ６８により掘削機フレーム６９を揺動させるとともに、周方向揺動ジャッキ６５により旋回テーブル６４を旋回させて掘削ヘッド７３を移動させることにより掘削範囲を拡張する。そして、掘削した土砂をトンネルＴを介して排出する。また掘削が進むに従って、掘削部に接するトンネルＴの外周壁を順次削除して、開口部Ｔｏを前方に拡張する。

４）掘削作業が終了すると、掘削機１２を前進させる。すなわち、掘削状態で推進フレーム１１は、基部フレーム部２１と進退フレーム部２２とが離間された位置にあり、まず進退フレーム部２２の把持装置１７Ｒのクランプアーム４４を後退させて支柱部材Ｐから離脱させる。そして、主グリッパ駆動装置２４を少し収縮させて推進フレーム１１の固定を解除し、レール部材Ｒｄに推進フレーム１１の自重のみを支持させる。ついで、上方、下方グリッパ部６２Ｕ，６２Ｄの上、下グリップ駆動装置８３，８８を収縮させて押圧部材８４，８９を発進空間Ｅの天面と底面から離間させる。そして各推進駆動装置４１をそれぞれ収縮させて、進退フレーム部２２を基部フレーム部２１に接近させる。さらに、後部の把持装置１７Ｒにより支柱部材Ｐを把持させ、前部の把持装置１７Ｆを支柱部材Ｐから離脱させた後、各推進駆動装置４１をそれぞれ伸展させて基部フレーム部２１を進退フレーム部２２から離間させ、推進フレーム１１を前進させる。

５）主グリッパ装置１３の主グリッパ駆動装置２４をそれぞれ伸展してガイド部材２５をレール部材Ｒｄに押圧し、さらに補助グリッパ装置６２により押圧部材８４，８９をそれぞれ掘削面に押圧して推進フレーム１１を固定し、さらに前部の把持装置１７Ｆ，１７Ｒにより支柱部材Ｐを把持させる。そして、再度掘削機６３を駆動してトンネルＴ間の地山を掘削する。これを繰り返し行う。

上記実施の形態２によれば、推進フレーム１１の四隅側に配設されてトンネルＴ内のレール部材Ｒｄに固定される主グリッパ装置１３と、押圧部材８４，８９を掘削部の天面と底面とにそれぞれ押圧する補助グリッパ装置６２により、推進フレーム１１を安定して固定して掘削反力を支持させることができ、トンネルＴ間の地山を効率よく掘削することができる。

［実施の形態３］
本発明に係るトンネル間連結掘削装置の実施の形態３を図１３〜図１５を参照して説明する。なお、この掘削装置は、実施の形態２の掘削装置から補助グリッパ装置６２を削除したもので、他は同一構成であるため、実施の形態１および２と同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。

掘削時には、補助グリッパ装置６２により推進フレーム１１が固定されることがないので、掘削反力の支持力が小さいが、部材が少なくコンパクトで低コストで製造することができ、地山が比較的軟質や砂礫質の時に有効となる。

なお、上記実施の形態１〜３では、掘削装置の案内支持部材として、掘削反力の支持用および前進移動の案内用として、上部（下部）のレール部材Ｒｄ，Ｒｕを設け、推進反力の支持用として支柱部材Ｐを設けたが、図１６に示すように、これらを一体に設けることもできる。すなわち、支柱部材Ｐに取付部材を介して支持されたレール部材（受圧案内部）Ｒｄ，Ｒｕに一定間隔ごとに、推進反力支持用の推力支持ブロック（推力支持部）ＲＳを一体に設けることもできる。

また主、副グリッパ装置１３，１４に、フレーム固定機構とフレーム案内機構とを兼用で設けたが、それぞれ別々に構成することもできる。
さらに、上記説明では便宜的に、「左、右」および「幅方向」、「上、下」および「高さ方向」を用いたが、これらの位置および方向は、隣接する２つのトンネルＴの配置で変化するものであるため、「左、右」および「幅方向」は、「２つの隣接トンネルＴの軸心を結ぶ線の両端側」および「２つの隣接トンネルＴの軸心を結ぶ線に沿う方向」と読み替え、また「上、下」および「高さ方向」は、「２つの隣接トンネルＴの軸心と直交する線の両端側」および「２つの隣接トンネルＴの軸心と直交する線に沿う方向」と読み替えるものとする。

本発明に係るトンネル間連結掘削装置の実施の形態１を示す正面図である。 掘削装置の平面視の断面図である。 掘削装置の側面図である。 掘削装置の縦断面図である。 ルーフシールドトンネルの掘削工法を説明する横断面図で、（ａ）は概略全体図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部拡大図である。 図１に示す断面図で、（ａ）はａ−ａ断面図、（ｂ）はｂ−ｂ断面図である。 グリッパ装置の平面図で、（ａ）は把持状態、（ｂ）は解放状態を示す。 グリッパ装置の正面図で、（ａ）は右側部、（ｂ）は左側部を示す。 防振装置を示す縦断面図である。 本発明に係るトンネル間連結掘削装置の実施の形態２を示す正面図である。 掘削装置の平面視の断面図である。 掘削装置の側面図である。 本発明に係るトンネル間連結掘削装置の実施の形態３を示す正面図である。 掘削装置の平面視の断面図である。 掘削装置の側面図である。 案内支持部材の一例を示す斜視図である。

符号の説明

Ｔ トンネル
Ｔｗ 対向壁
Ｐ 支柱部材（案内支持部材、支持部材）
Ｒｄ，Ｒｕ レール部材（案内支持部材、案内部材）
Ｏｓ 旋回軸心
Ｏｕ 旋回軸心
Ｅ 発進空間
１１ 推進フレーム
１２ 掘削機
１３ 主グリッパ装置
１４ 副グリッパ装置
１５ 推進装置
１６ 防振装置
１７Ｆ，１７Ｒ 把持装置
２１ 基部フレーム部
２２ 進退フレーム部
２４ 主グリッパ駆動装置
２５ ガイド部材
２７ 揺動調整装置
２８ 副グリッパ駆動装置
２９ ガイド部材
３３ 回転体
３３ｃ 支軸
３４ カッタ旋回装置
３５ 掘削機フレーム
４０ 掘削ヘッド
４１ 推進駆動装置
４４ クランプアーム
４４ａ 把持凹部
４５ 開閉駆動装置
５１ 拡縮ケース
５２ 伸縮バッグ（弾性体）
６１ 基部フレーム部
６２ 補助グリッパ装置
６２Ｕ 上方グリッパ部
６２Ｄ 下方グリッパ部
６３ 掘削機
６４ 旋回テーブル
６７ スイングフレーム
７３ 掘削ヘッド
８３ 上グリップ駆動装置
８４ 押圧部材
８８ 下グリップ駆動装置
８９ 押圧部材

Claims (5)

1. 所定間隔をあけて隣接する２本のトンネル間の地山を掘削して両トンネルを互いに連結するに際し、
   両トンネル間に形成された発進空間に、両トンネル内の案内支持部材に支持された推進フレームを配置し、
   推進フレームに設置された掘削機により、掘削反力を前記案内支持部材に支持させて両トンネル間の地山を掘削して掘削部を形成し、
   推進フレームに設置された推進装置により、推進反力を前記案内支持部材に支持させて、推進フレームを掘削部に沿って前進させる
   ことを特徴とするトンネル間連結掘削工法。
2. 所定間隔をあけて隣接する２本のトンネル間の地山を掘削して両トンネルを互いに連結するトンネル間連結掘削装置であって、
   両トンネルの互いに対向する外周壁と両トンネル間の地山を除去して形成された発進空間に配置される推進フレームに、
   当該推進フレームを両トンネル内にそれぞれ設置された案内支持部材に固定、解放可能に支持するフレーム固定機構と、
   当該フレーム固定機構の解放時に、推進フレームを前記案内支持部材に沿って案内するフレーム案内機構と、
   両トンネル間の前方の地山を掘削可能な掘削機と、
   前記案内支持部材に推進反力を支持させて推進フレームを前進させる推進装置とを具備した
   ことを特徴とするトンネル間連結掘削装置。
3. 掘削機は、トンネル軸心と平行な旋回軸心周りに回転自在な回転体と、当該回転体の一側部に揺動自在に支持された掘削機フレームと、当該掘削機フレームの前端部に回転自在に支持された掘削ヘッドとを有する
   ことを特徴とする請求項２記載のトンネル間連結掘削装置。
4. 案内支持部材は、トンネル軸心方向に設置されて掘削反力の支持と推進フレームの案内とを受け持つ受圧案内部と、推進反力の支持を受け持つ推力支持部とを有し、
   フレーム固定機構とフレーム案内機構とを有する複数のグリッパ装置を具備し、
   前記グリッパ装置は、前記フレーム固定機構によりガイド部材を出退し前記受圧案内部に係合させて押圧することにより推進フレームを固定し、前記フレーム案内機構により前記ガイド部材が前記受圧案内部に沿って案内されるように構成され、
   推進装置は、トンネル軸心方向に前後２組が配置されて前記推力支持部を把持可能な把持装置と、これら前後の把持装置を接近離間させる推進駆動装置とを有する
   ことを特徴とする請求項２または３記載のトンネル間連結掘削装置。
5. 推進フレームに、流動体を封入した伸縮バッグを発進空間または掘削部の掘削面に押し付ける防振装置を設けた
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のトンネル間連結掘削装置。

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