JP2000064787A - トンネル掘削機の余掘装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲線掘削を行う時にのみ、必要な量だけ容易
に余掘りが行えるようにしたトンネル掘削機の余掘装置
を提供する。 【解決手段】 駆動部１前側に備えられて回転により岩
盤を掘削するようにしているカッタヘッド３に、押出ジ
ャッキ２６によりカッタヘッド３外周面の外側に突出可
能で且つ回転駆動装置２７により回転可能な余掘ビット
２８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、硬質の岩盤を掘削
するトンネル掘削機（ＴＢＭ、岩盤対応型シールドな
ど）において、曲線のトンネルを掘削する際に用いられ
るトンネル掘削機の余掘装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来から、硬質の岩盤を掘削するための
種々の方式のトンネル掘削機が提案されている。 【０００３】図５はオープン型と呼ばれている岩盤掘削
のためのトンネル掘削機の一例を示したもので、駆動部
１の前側に、駆動モータ２によって回転駆動される円盤
状のカッタヘッド３が設けられており、該カッタヘッド
３の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラカッタ
４が回転自在に設けられており、またカッタヘッド３の
外周部には同様の構成を有する複数の外周部ローラカッ
タ５が設けられている。 【０００４】前記駆動部１には、図５、図６に示すよう
に、上側と下部左右側において、前側ジャッキ６により
カッタヘッド３の外周面より外方に突出できるようにし
た前側グリッパシュー７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けている。 【０００５】また、前記駆動部１の後方にはメインビー
ム８が突設されており、該メインビーム８に、図５、図
７に示すように、スライドブロック９が前後方向にスラ
イド可能に設けてあり、該スライドブロック９の左右側
部に、後側ジャッキ１０により左右に張り出して前記カ
ッタヘッド３の外周面より外方に突出できるようにした
後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂを設けている。 【０００６】更に、前記駆動部１とスライドブロック９
との間が、掘進ジャッキ１２により連結されている。図
中、１３は掘削物を搬出するベルトコンベヤである。 【０００７】図５〜図７に示したトンネル掘削機は、後
側ジャッキ１０により後側グリッパシュー１１Ａ，１１
Ｂを外側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧す
ることによりスライドブロック９を固定し、駆動モータ
２によりカッタヘッド３を回転駆動させた状態で、掘進
ジャッキ１２を伸長すると、前記スライドブロック９に
反力を取りながら駆動部１、メインビーム８及びカッタ
ヘッド３が前進し、カッタヘッド３の前面ローラカッタ
４及び外周部ローラカッタ５が岩盤に押付けられて回さ
れることにより岩盤が破砕され、掘削された掘削物はベ
ルトコンベヤ１３によって後方に搬出される。 【０００８】掘進ジャッキ１２の伸長により所定ストロ
ークの掘削が行われると、前側ジャッキ６により前側グ
リッパシュー７Ａ，７Ｂ，７Ｃを張り出させて掘削され
たトンネル内壁に押圧することにより駆動部１を固定
し、前記後側ジャッキ１０を縮小して後側グリッパシュ
ー１１Ａ，１１Ｂの固定を解除し、続いて掘進ジャッキ
１２を縮小することによりスライドブロック９を駆動部
１側に引き寄せ、再び後側グリッパシュー１１Ａ，１１
Ｂによる固定を行い、上記操作を繰り返して尺取虫状に
掘進を行う。 【０００９】図８はシールド型と呼ばれている岩盤掘削
のためのトンネル掘削機の一例を示した平面図であり、
駆動部１の前側に、駆動モータ２によって回転駆動され
る円盤状のカッタヘッド３が設けられており、該カッタ
ヘッド３の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラ
カッタ４が設けられており、またカッタヘッド３の外周
部には同様の構成を有する外周部ローラカッタ５が設け
られている。 【００１０】前記カッタヘッド３の外周後部には、前記
駆動部１の外周を包囲するように駆動部１に固定された
スキンプレートである前胴１４と、該前胴１４の後部に
勘合した中胴１５と、該中胴１５の後部に嵌合した後胴
１６とが備えられており、前記前胴１４と中胴１５との
間は掘進ジャッキ１７により連結されており、また、中
胴１５と後胴１６との間は方向制御を行うための中折れ
ジャッキ１８により連結されている。図中１３はベルト
コンベヤである。 【００１１】更に、前記駆動部１の外側（図８では左右
側部）に、前側ジャッキ１９により前胴１４に形成した
開口を通して前胴１４の外側に突出できるようにした前
側グリッパシュー２０Ａ，２０Ｂを設けている。 【００１２】また、前記後胴１６の内側には固定ブロッ
ク２１が設けられており、該固定ブロック２１に、後側
ジャッキ２２により後胴１６に形成した開口を通して後
胴１６の外側に突出できるようにした後側グリッパシュ
ー２３Ａ，２３Ｂを設けている。 【００１３】上記図８の構成では前胴１４と中胴１５と
後胴１６とを備えた構成の場合を示しているが、前胴１
４と後胴１６のみを備えて前胴１４と後胴１６との間で
中折れを行うようにしているものもある。更に、地山の
崩落や出水が生じる悪条件下での掘削の場合には、後胴
１６の内部においてセグメントを組立てるようにし、該
セグメントに反力を取って掘進を行うようにしているも
のである。 【００１４】図８に示したトンネル掘削機は、後側ジャ
ッキ２２により後側グリッパシュー２３Ａ，２３Ｂを外
側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧すること
により後胴１６及び固定ブロック２１を固定し、且つ中
折れジャッキ１８の伸縮を固定した状態で、駆動モータ
２によりカッタヘッド３の回転を駆動し、掘進ジャッキ
１７を伸長すると、前記中胴１５に反力を取りながら前
胴１４及び駆動部１が前進し、回転しているカッタヘッ
ド３の前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５に
より岩盤の破砕が行われ、掘削された掘削物はベルトコ
ンベヤ１３により後方に搬出される。 【００１５】掘進ジャッキ１７の伸長により所定ストロ
ークの掘削が行われると、前側ジャッキ１９により前側
グリッパシュー２０Ａ，２０Ｂを張り出して掘削された
トンネル内壁に押圧することにより駆動部１及び前胴１
４を固定し、前記後側ジャッキ２２を縮小して後側グリ
ッパシュー２３Ａ，２３Ｂの固定を解除し、掘進ジャッ
キ１７を縮小することにより中胴１５、後胴１６及び固
定ブロック２１を駆動部１側に引き寄せ、再び後側グリ
ッパシュー２３Ａ，２３Ｂによる固定を行い、上記操作
を繰り返して尺取虫状に掘進を行う。 【００１６】上記図５〜図７に示したオープン型のトン
ネル掘削機及び図８に示したシールド型のトンネル掘削
機によれば、硬質の岩盤を直線的に掘削して直線のトン
ネルを形成することができる。また、セグメント推進の
みを行う岩盤対応型シールド機に関しても同様である。 【００１７】一方、上記したようなトンネル掘削機にお
いて、曲ったトンネルの掘削、いわゆる曲線掘削を要求
される場合がある。 【００１８】図５〜図７に示したオープン型のトンネル
掘削機で曲線掘削を行うには、左右の後側グリッパシュ
ー１１Ａ，１１Ｂの張出量を変化させて駆動部１及びカ
ッタヘッド３の向きを変え、カッタヘッド３を向けた方
向に掘進することにより行い、また、図８のシールド型
のトンネル掘削機で曲線掘削を行うには、中折れジャッ
キ１８を調節して後胴１６に対して、中胴１５、前胴１
４及び駆動部１並びにカッタヘッド３の向きを変えるこ
とにより、カッタヘッド３を向けた方向に掘進すること
により行う。 【００１９】しかし、上記したように駆動部１及びカッ
タヘッド３の向きを後方で変化させようとしても、図９
にシールド型のトンネル掘削機を例にとって示すよう
に、曲げようとするカッタヘッド３、前胴１４、中胴１
５（図５ではカッタヘッド３と駆動部１）の外周部に余
裕がないと傾けることはできない。このために曲線掘削
を行うには、前記カッタヘッド３の外周部に余裕を持た
せるための余掘りを行う必要がある。 【００２０】従来、上記したような硬質の岩盤を掘削す
るシールド型掘削機及び岩盤対応型シールド機などにお
いて、曲線掘削のための余掘りを行う際には、次のよう
な方法が提案されている。 【００２１】従来の第１の余掘方法としては、カッタヘ
ッド３の最外周に設けられている外周部ローラカッタ５
の一部を、半径方向に移動可能に設け、該移動可能とし
た外周部ローラカッタ５をジャッキにより外方に張り出
させる。 【００２２】従来の第２の余掘方法としては、曲線掘削
に必要な予め大きめの径のカッタヘッド３を装備して掘
削を行う。 【００２３】従来の第３の余掘方法としては、最外周の
外周部ローラカッタ５を、大径のローラカッタと交換す
る。 【００２４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のトンネル掘削機の余掘方法においては、夫々次のよう
な問題を有していた。 【００２５】従来の第１の余掘方法では、外周部ローラ
カッタ５を単にジャッキで外側に張り出させようとして
も、岩盤が固い場合には殆んど張り出させることができ
ず、よって特に急カーブの曲線掘削は全く不可能であ
る。 【００２６】従来の第２の余掘方法では、曲線掘削に必
要な大きめの径のカッタヘッド３を用いて掘削するため
に、直線掘削時にも余分に大きいトンネルを形成するこ
とになり、掘削量が増加するために掘削工期が延長さ
れ、更に排土量も増加するという問題がある。更に、大
きめのトンネルを掘削すると、その分だけトンネル掘削
機が落ち込むことになるために、直線掘削時の上下方向
の姿勢制御が大変になるという問題がある。 【００２７】従来の第３の余掘方法では、最外周の外周
部ローラカッタ５を、大径のローラカッタと交換するた
めに、一旦シールド型掘削機を後退させてカッタヘッド
３の前面に作業スペースを確保した後、該スペースに作
業員が出て、ブレーカーなどを用いて大径のローラカッ
タを取付けるために必要な凹みをトンネルの内周面に形
成し、その後既設のローラカッタを取り外して大径のロ
ーラカッタを取付けるという作業を行う必要があるが、
上記作業には大変時間が掛かり、更に、重量物であるロ
ーラカッタを交換する作業が大変であると共に、危険を
伴うという問題がある。更に、作業員がカッタヘッド３
の前面に出て作業をするために、トンネルからの出水が
ある場合には、出水を止めるための作業も必要になると
いう問題がある。更に、前記大径のローラカッタを備え
たカッタヘッド３によって一気に大径のトンネルを形成
しようとしても、大径のローラカッタを備えたカッタヘ
ッド３は回転させることができず、そのために交換する
ローラカッタの径を段階的に大きくして、上記作業を繰
り返す必要があり、このために余掘作業に更に長時間を
要してしまうという問題がある。 【００２８】本発明は、かかる従来の問題点を解決すべ
くなしたもので、曲線掘削を行う時にのみ、必要な量だ
け容易に余掘りが行えるようにしたトンネル掘削機の余
掘装置を提供することを目的としている。 【００２９】 【課題を解決するための手段】本発明は、駆動部前側に
備えられて回転により岩盤を掘削するようにしているカ
ッタヘッドに、押出ジャッキによりカッタヘッド外周面
の外側に突出可能で且つ回転駆動装置により回転可能な
余掘ビットを備えたことを特徴とするトンネル掘削機の
余掘装置、に係るものである。 【００３０】本発明によれば、高速回転する余掘ビット
を備えたことにより、余掘量を任意に調節することがで
き、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行
うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しか
も作業員がカッタビットの前面に出て作業を行うような
必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実
施することができる。 【００３１】 【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。 【００３２】図１は、本発明を実施する形態の一例を示
すものであり、図８に示したシールド型トンネル掘削機
に適用した場合を示しているが、図５のオープン型トン
ネル掘削機にも同様に適用することができる。 【００３３】図１のように、駆動部１の前側に回転駆動
可能に備えられて岩盤の掘削を行うカッタヘッド３の内
部に、カッタヘッド３の半径方向に延びる余掘装置２４
を設置する。 【００３４】余掘装置２４は、カッタヘッド３にピン２
５にて取付けられた押出ジャッキ２６と、該押出ジャッ
キ２６に連結された油圧モータ或いは電動モータなどの
回転駆動装置２７と、該回転駆動装置２７に接続され内
部に備えた図示しない回転軸を介して回転駆動される超
硬金属からなる余掘ビット２８を先端に備えた移動ブロ
ック２９と、該移動ブロック２９をカッタヘッド３の半
径方向に移動可能に案内するためのガイド部材３０とを
備えており、回転駆動装置２７により余掘ビット２８を
高速で回転させながら押出ジャッキ２６を伸長して移動
ブロック２９をガイド部材３０に沿って移動させ、余掘
ビット２８をカッタヘッド３の外周面から外側に突出さ
せることにより余掘りを行えるようにしている。 【００３５】以下に上記形態の作用を説明する。 【００３６】トンネル掘削機により直線掘削を行う際に
は、図１に示すように、押出ジャッキ２６を縮小させて
余掘ビット２８の先端がカッタヘッド３の外周面と同一
或いはそれより僅かに引き込められた状態としておき、
回転駆動装置２７は停止させておく。 【００３７】曲線掘削を行うべき場所にトンネル掘削機
のカッタヘッド３が来ると、図５及び図８の駆動モータ
２によりカッタヘッド３を通常の掘削時より低速で回転
させた状態において、図２に示すように回転駆動装置２
７により余掘ビット２８を高速回転させながら、押出ジ
ャッキ２６を伸長させて余掘ビット２８をカッタヘッド
３の外周面より外部に突出させる。 【００３８】すると、余掘ビット２８が高速回転されて
いることにより、硬質の岩盤であっても半径方向に切削
して張り出させることができ、この時カッタヘッド３が
所定の低速で回転されていることにより余掘ビット２８
の張出量に応じた余掘りを行うことができ、よってトン
ネル掘削機の掘削方向を変更させて曲線掘削を行うこと
ができる。 【００３９】上記余掘りを実施する方法としては、余掘
ビット２８を張り出させた状態のままとして、図３に示
すようにトンネルの全周に余掘り３１を行う方法と、余
掘ビット２８の張出と引き込みを調整して、図４に示す
ようにトンネルを曲げる方向の岩盤だけを余掘り３１す
る方法を行うことができる。 【００４０】前記した余掘装置２４をカッタヘッド３の
周方向に複数個備えるようにすると、余掘装置２４の能
力を高めて曲線掘削の掘削速度を高めることができる。 【００４１】上記形態によれば、高速回転するようにし
た余掘ビット２８を、カッタヘッド３の外周に出没可能
に備えていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量
で余掘りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所に
おいてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余
掘りが実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に
出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安
全性の高い余掘りを実施することができる。 【００４２】尚、本発明は上記形態例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々変更を加え得ることは勿論である。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、高速回転するようにし
た余掘ビットを、カッタヘッドの外周に出没可能に備え
ていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量で余掘
りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所において
のみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが
実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に出て作
業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の
高い余掘りを実施することができるという優れた効果を
奏し得る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のトンネル掘削機の余掘装置の一例を示
す切断側面図である。 【図２】図１の余掘装置の余掘ビットを張り出した状態
を示す切断側面図である。 【図３】本発明の装置による余掘りの方法の一例を示す
トンネルの正面図である。 【図４】本発明の装置による余掘りの方法の他の例を示
すトンネルの正面図である。 【図５】従来のオープン型のトンネル掘削機の一例を示
す切断側面図である。 【図６】図５のＶＩ−ＶＩ方向矢視図である。 【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ方向矢視図である。 【図８】従来のシールド型のトンネル掘削機の一例を示
す切断側面図である。 【図９】トンネル掘削機により曲線掘削を行う状態を示
す概略図である。 【符号の説明】 １ 駆動部 ３ カッタヘッド ２４ 余掘装置 ２６ 押出ジャッキ ２７ 回転駆動装置 ２８ 余掘ビット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉森 真 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AA05 AD17 BA06 BA25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 駆動部前側に備えられて回転により岩盤
   を掘削するようにしているカッタヘッドに、押出ジャッ
   キによりカッタヘッド外周面の外側に突出可能で且つ回
   転駆動装置により回転可能な余掘ビットを備えたことを
   特徴とするトンネル掘削機の余掘装置。