JP2002047891A - トンネルボーリングマシンのグリッパ装置 - Google Patents

トンネルボーリングマシンのグリッパ装置

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JP2002047891A
JP2002047891A JP2000236391A JP2000236391A JP2002047891A JP 2002047891 A JP2002047891 A JP 2002047891A JP 2000236391 A JP2000236391 A JP 2000236391A JP 2000236391 A JP2000236391 A JP 2000236391A JP 2002047891 A JP2002047891 A JP 2002047891A
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gripper
cylinder
carrier
torque
cylinders
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Kazuyuki Okamoto
和之 岡本
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のユニバーサルジョイントが不要になる
ので製作費が低減できるトンネルボーリングマシンのグ
リッパ装置を提供する。 【解決手段】 水平方向に互いに対向して配設された一
対のグリッパシリンダを、グリッパキャリアを挟んで、
少くとも上、下に各1対設け、上記グリッパシリンダを
伸ばしてグリッパシューをトンネル壁に押し付けるトン
ネルボーリングマシンのグリッパ装置において、掘削時
の掘削トルク反力に抗するためのトルクシリンダ136
を、上記グリッパシリンダ33a、33bと平行に少な
くとも2本以上配設し、上記グリッパシリンダ33a、
33bの軸方向力として掘削トルク反力に抗するように
したことにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、岩盤掘削用のトン
ネルボーリングマシンのグリッパ装置(ハイドロフロー
ティンググリッパ)に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来のオープンタイプのトンネ
ルボーリングマシンの全体を示す概念図で、図4は、図
3のA矢視方向図である。図5ないし図7は、図3の各
部分の断面図である。
【0003】まず、トンネルボーリングマシン10の全
体構成について説明する。図3ないし図8に示すよう
に、トンネルボーリングマシン10は、カッタヘッド1
5と、カッタヘッド15を回転させる駆動装置と、機械
を坑壁に支持させる各種サポートを装備したカッタヘッ
ドサポート11と、カッタヘッドサポート11にフラン
ジ結合され、後方に伸びるメインビーム25と、メイン
ビーム25を後方で支持し、カッタヘッド15に与える
スラストの反力と回転トルクの反力をトンネル壁に伝え
るアンカーとなるグリッパ31と、カッタヘッドサポー
ト11にスラストを与えるスラストシリンダー26と、
メインビーム25の最後尾に設けられたリアサポート3
6と、掘削したズリを機械の後方に搬出するベルトコン
ベア23等により構成される。カッタヘッド15には掘
削工具としてのカッタ16が多数取り付けられており、
掘削したズリをカッタヘッド15内にとりこむ為のスク
レーパ17と開口部が設けられている(図4参照)。
【0004】カッタヘッドサポート11の中央部は、カ
ッタヘッド15を支える大口径ベヤリング18のハウジ
ングと、カッタ旋回モータ20を取り付ける構造物から
構成されている。この例では大口径ベヤリング18のイ
ンナーレースのハウジングの一端にリングギア19が取
り付けられ、他端のフランジがカッタヘッド15とフラ
ンジ結合される。カッタ旋回モータ20の先端にはピニ
オン21が取り付けられており、リングギア19と噛合
っている。カッタヘッドサポート11のバルクヘッド2
4にメインビーム25がフランジ結合されている。
【0005】図5の断面図に示されているように、カッ
タヘッドサポート11の中央部の構造物には、バーティ
カルサポート14、ルーフサポート12、サイドサポー
ト13などが取り付けられている。ルーフサポート12
には、ルーフサポートシリンダ30が取り付けられ、ま
た、サイドサポート13には、サイドサポートウェッジ
シリンダ28とサイドサポートリトラクトシリンダ29
とが取り付けられ、径方向の伸縮ができるようになって
いる。メインビーム25は機械の後方に伸びて、グリッ
パ31により支持されている。
【0006】グリッパ31は、図6に示すように、グリ
ッパシュー32、グリッパシリンダ33a、33b、グ
リッパキャリア34、トルクシリンダー35で構成され
ている。グリッパキャリア34はトルクシリンダ35に
よりグリッパシリンダ33aによって支持されている。
グリッパシリンダ33a、33bはグリッパシュー32
に接続されており、グリッパシリンダ33a、33bに
圧油を給排することで、グリッパシュー32をトンネル
壁に押し付けられたり、トンネル壁から離れたりする。
【0007】グリッパキャリア34の中にはメインビー
ム25が通っており、メインビーム25のキャリアウェ
イ45とグリッパキャリア34のキャリアレシーバー4
4とが摺動可能に係合して、メインビーム25に伝えら
れたカッタヘッド15の掘削トルク反力とメインビーム
25の自重がグリッパキャリア34に伝えられる。グリ
ッパキャリア34に伝えられたメインビーム25自重と
掘削トルク反力はトルクシリンダー35を通じてグリッ
パシリンダ33aに伝えられ、最終的にグリッパシュー
32を通じてトンネル壁に支持される。
【0008】図3,図5,図8に示すように、グリッパ
シュー32とスラストロッド27の間にはスラストシリ
ンダ26が取付けられている。図3,図7に示すように
メインビーム25の最後尾にはリアサポート36が取り
付けられている。リアサポート36はメインビーム25
に取り付けられるリアサポートフレーム37、リアサポ
ートレッグ38、リアサポートシリンダ39、リアサポ
ートシュー40で構成され、リアサポートシリンダ39
を伸縮することでリアサポートシュー40を接地した
り、離れさせたりする。
【0009】カッタヘッドサポート11の内部には、カ
ッタヘッドサポート11の内部に支持されてホッパ22
が設けられており、このホッパ22の下にコンベア23
が配設されている。コンベア23はメインビーム25の
内部を通り機械の後方迄伸びている。カッタヘッドサポ
ート11の直背部には、支保工エレクタ46が装備され
ている。
【0010】トンネルボーリングマシン10は、図3に
示すように、カッタヘッドサポート11の下部にあるバ
ーティカルサポート14とリアサポート36で支持され
ている。この状態から図6に示すように、グリッパシリ
ンダ33a、33bを伸ばして、グリッパシュー32を
トンネル壁に押しつけ、図3に示したリアサポートシリ
ンダ39を縮めることにより、リアサポートレグ38を
縮めて、メインビーム25の重量をトルクシリンダ35
に移す。そして、カッタヘッドサポート11のルーフサ
ポートシリンダ30を伸ばし、ルーフサポート12がト
ンネル壁上部に軽く接触するようにする。
【0011】また、カッタヘッドサポート11のサイド
サポートウェッジシリンダ28を伸ばし、サイドサポー
ト13をトンネル壁に軽く押しつける。これらの操作は
掘削時にカッタヘッド15が振れないように、カッタヘ
ッドサポート11を固定するものである。次に、スラス
トシリンダ26を伸びに操作すると、スラストロッド2
7を通じて、カッタヘッドサポート11がグリッパ31
を固定点として押し出され、これによって、カッタヘッ
ドサポート11に支持されて回転しているカッタヘッド
15は、その先端のカッタ16が岩盤に押しつけられ、
岩盤を掘削する。
【0012】こうして、掘削されたズリは、スクレーパ
17で掬れ、カッタヘッド15の開口部からカッタヘッ
ド15内に入り、ホッパ22で集められてコンベア23
により機外に排出される。機外に出たズリは、シュート
から図示しないズリとろ又はコンベアにより坑外に搬出
される。こうして、スラストシリンダ26がストローク
エンドに達すると、リアサポートシリンダ39を伸ばし
てリアサポートシュー40を接地し、グリッパシリンダ
33a、33bを縮めて、機体をバーティカルサポート
14とリアサポート36で支持する。次に、スラストシ
リンダ26を縮めてグリッパ31を機械前方に引き寄
せ、始めの状態に戻る。以後、この操作を繰り返し、尺
取り虫のように掘進して行く。
【0013】次に掘進方向を変更する方法について説明
する。機械を水平面内で右方向(後方からみて)に向け
たい時は、左右にあるグリッパシリンダ33a、33b
のストロークを掘進中に変えることで行われる(図6参
照)。すなわち右側のグリッパシリンダ33a、33b
を伸ばし、左側のグリッパシリンダ33a、33bを縮
めることでトラニオン軸43からトラニオン42を介し
て、グリッパキャリア34を左方向に移動させる(図7
参照)。グリッパキャリア34の内部にあるメインビー
ム25はグリッパキャリア34に連れられて左方向に移
動することになり、掘進方向を右の方に変える(ライト
ターン)ことになる。掘進方向を左の方に変える(レフ
トターン)ときは、この反対の操作をすることになる。
この方向変換中もグリッパシリンダ33a、33bは、
シリンダ側の油圧を高圧に保った状態で、ロッド側の油
を給排することで行う。グリッパシリンダ33a,33
bとメインビーム25を含むグリッパキャリア34との
間に生ずる角度のずれは、トラニオン軸43とトラニオ
ン42の間が回転することで吸収される。
【0014】次に機械を垂直面内で上方向(後方からみ
て)に向けたい時は、左、右のトルクシリンダ35を均
等に伸ばして、グリッパキャリア34を下の方に押して
やると、機械はバーティカルサポート14を支点として
上向きにすることが出来る(図3、図6参照)。下向き
にするときは上記操作と反対の操作となる。この操作に
よってグリッパシリンダ33a、33bを含む垂直面と
機械の長手軸との間におきる角度の変化(ピッチング
角)はグリッパシリンダ33aのシリンダとロッドの間
の回転によって吸収される。
【0015】次にグリッパシュー32が掘削トルクの反
力により回転を起こした(ローリング)時は、左、右の
トルクシリンダ35のストロークを変えて操作すること
で修正される。この時に、グリッパキャリア34とグリ
ッパシリンダ33a、33bの間に生ずる角度のずれ
は、トラニオン42の先端の軸とグリッパキャリア34
のトラニオン受座の間が回転することで吸収される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従来方式では方向制御
を行う時に、グリッパシリンダ33a、33bとグリッ
パキャリア34の間に生ずる角度の変化(ピッチング
角、ヨーイング角、ローリング角)を吸収するために機
械的なユニバーサルジョイントを設けることが必要であ
った。また、従来方式では左、右のグリッパシリンダ3
3a、33bの中央にトラニオン軸43とトラニオン4
2等のユニバーサルジョイントを設ける必要があったの
で、グリッパシリンダ33a、33bのストロークが減
少し小口径のTBMではストロークが不足することがあ
った。
【0017】従来の方式では掘削トルク反力をトルクシ
リンダ35を介して、グリッパシリンダ33a、33b
に曲げを与える方向に受けている為に、グリッパシリン
ダ33a、33bに加る曲げモーメントが大きくなり、
グリッパシリンダ33a、33bに大きな強度が必要と
なる。従来の方式ではトルクシリンダ35が機械の自
重、掘削トルクの反力、上下方向のステアリング力の3
ヶの力を受けている。さらに、トルク反力は掘削する岩
石の種類・性状、カッタヘッド15に与える推力によっ
て変化するので、垂直方向のステアリング力をコントロ
ールするのが難しい欠点がある。
【0018】またさらに、従来の方式でグリッパシリン
ダ33a、33bの中央にあるトラニオン軸43とトラ
ニオン42等のユニバーサルジョイントは、機械の中心
から相当離れた位置にあり、このためグリッパ31がロ
ーリングを起こすと、ユニバーサルジョイントはローリ
ングを起こす前の位置から移動することになる。また、
ローリングの修正は、このユニバーサルジョイントがグ
リッパ31の回転中心となるので、ローリングの修正操
作をすると、機械の中心が、修正前の位置と異った位置
になり、ローリング修正の他に水平方向の修正が必要に
なる欠点がある。
【0019】本発明は、上記課題を解決し、従来のユニ
バーサルジョイントが不要になるので製作費が低減でき
るトンネルボーリングマシンのグリッパ装置を提供する
ことを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、水平方向に互いに対向して配設された一対
のグリッパシリンダを、グリッパキャリアを挟んで、少
くとも上、下に各1対設け、上記グリッパシリンダを伸
ばしてグリッパシューをトンネル壁に押し付けるトンネ
ルボーリングマシンのグリッパ装置において、掘削時の
掘削トルク反力に抗するためのトルクシリンダを、上記
グリッパシリンダと平行に少なくとも2本以上配設し、
上記グリッパシリンダの軸方向力として掘削トルク反力
に抗するようにしたことにある。また、本発明は、上記
トルクシリンダの一端を、上記グリッパシリンダに連結
し、かつトルクシリンダの他端をグリッパキャリアに連
結するとともに、グリッパキャリアの上部側のトルクシ
リンダと、グリッパキャリアの下部側のトルクシリンダ
を、トルクを受ける方向が逆方向になるように設定した
ことにある。さらに、本発明は、垂直方向のステアリン
グを行うバーティカルステアリングシリンダを、上記グ
リッパキャリアの左右に、該グリッパキャリアが油圧的
に完全にフローティング支持されるようにグリッパシリ
ンダとグリッパキャリアを連結して設けたことにある。
またさらに、本発明は、上記グリッパシリンダとグリッ
パキャリアを連結するロッドを、上記グリッパキャリア
の両側に、該グリッパキャリアの軸方向に沿って設け、
該ロッドの一端を上記グリッパシリンダに連結し、該ロ
ッドの他端を上記グリッパキャリアに連結したことにあ
る。また、本発明は、上記左、右のバーティカルステア
リングシリンダにおけるシリンダ側の油圧室相互間、お
よびロッド側の油圧室相互間を、夫々1本の配管により
連結したことにある。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図3ないし図8と同一部分
は同符号を付して示す本発明の実施の形態を図面を参照
しながら詳細に説明する。図1は、本発明のトンネルボ
ーリングマシンのグリッパ装置の実施の形態を示す断面
図であり、図2は図1のF−F方向の矢視断面図であ
る。図1および図2において、メインビーム25は上部
にキャリアウェイ45を有し、グリッパキャリア34の
キャリアレシーバ44と摺動できるように係合してい
る。グリッパキャリア34とグリッパシリンダ33bは
バーティンカルステアリングシリンダ135により連結
されている。また、グリッパキャリア34はグリッパキ
ャリア34の上下にあるトルクシリンダ136により、
グリッパシリンダ33a、33bと連結されている。グ
リッパキャリア34はロッド137によりグリッパシリ
ンダ33aと連結されている。
【0022】トルクシリンダ136の反力を受ける反力
受部材138は上、下に夫々2本あるグリッパシリンダ
33a、33bを連結している。このグリッパに装備し
ているグリッパシリンダ33a、33b、トルクシリン
ダ136、バーティカルステアリングシリンダ135、
ロッド137の両端の取付ピンは周知の技術である球面
軸受(図示せず)を使用して取り付けられている。
【0023】掘削トルクの反力は、メインビーム25の
キャリアウェイ45からグリッパキャリア34について
いるキャリアレシーバ44に伝わり、トルクシリンダ1
36を経てグリッパシリンダ33a、33bの軸力とし
て伝わり、シュー32を経てトンネル壁にて支持され
る。メインビーム25及びグリッパキャリア34の自重
は、バーティカルステアリングシリンダ135で支持さ
れており、グリッパシリンダ33bを経てグリッパシュ
ー32に伝わり、トンネル坑壁にて支持される。トルク
反力がバーティカルステアリングシリンダ135によっ
て受けとめられないよう、左、右のバーティカルステア
リングシリンダ135のシリンダ側の油圧室、ロッド側
の油圧室は夫々1本の配管により左右が結ばれている。
【0024】掘進及び盛替時に、キャリアウェイ45と
キャリアレシーバ44の間に生じる摩擦抵抗は、ロッド
137によりグリッパキャリア34からグリッパシリン
ダ33a、33bに伝わり、グリッパシュー32を経て
坑壁に支持される。掘進方向を上向き、または下向きに
変更したい時には、バーティカルステアリングシリンダ
135に圧油を供給することにより行う。この時、トル
クシリンダ136はグリッパキャリア34に対して水平
に取り付けられているので、メインビーム25と係合し
ているグリッパキャリア34を上下に動かすことを妨げ
ることはない。また、ロッド137も水平に取り付けら
れているので、グリッパキャリア34の上下方向の動き
を妨げることはない。
【0025】掘進方向を右向き(後方からみて)に変更
したい時は、グリッパシリンダ33a、33bのピスト
ン側に圧力をたてたまま、左側のグリッパシリンダ33
a、33bのロッド側に圧油を送り、右側のグリッパシ
リンダ33a、33bのロッド側の油をタンクに戻すこ
とによって行われる。このグリッパシリンダ33a、3
3bによって与える方向制御力は、トルクシリンダ13
6、グリッパキャリア34を経てメインビーム25に与
えられる。左方向に向きを変更したい時はグリッパシリ
ンダ33a、33bに与える圧油の方向を反対にすれば
よい。機械がローリングを起こした時の修正は、トルク
シリンダ136を操作することによって、従来技術と同
様に行える。
【0026】
【発明の効果】本発明によるトンネルボーリングマシン
のグリッパ装置によれば、以下のような効果を奏する。
本発明は、水平方向に互いに対向して配設された一対の
グリッパシリンダを、グリッパキャリアを挟んで、少く
とも上、下に各1対設け、上記グリッパシリンダを伸ば
してグリッパシューをトンネル壁に押し付けるトンネル
ボーリングマシンのグリッパ装置において、掘削時の掘
削トルク反力に抗するためのトルクシリンダを、上記グ
リッパシリンダと平行に少なくとも2本以上配設し、上
記グリッパシリンダの軸方向力として掘削トルク反力に
抗するようにしたので、従来のユニバーサルジョイント
が不要になるので製作費が低減できる。従来方式では
左、右のグリッパシリンダの中央にユニバーサルジョイ
ントを設ける必要があったので、グリッパシリンダのス
トロークが減少し小口径のTBMではストロークが不足
することがあった。本発明による方法はユニバーサルジ
ョイントが不要なのでストロークが長くとれる利点があ
る。
【0027】また、従来の方式では掘削トルク反力をト
ルクシリンダを介して、グリッパシリンダに曲げを与え
る方向に受けている為に、グリッパシリンダに加る曲げ
モーメントが大きくなり、グリッパシリンダに大きな強
度が必要となる。本発明によれば、トルクシリンダの一
端を、上記グリッパシリンダに連結し、かつトルクシリ
ンダの他端をグリッパキャリアに連結するとともに、グ
リッパキャリアの上部側のトルクシリンダと、グリッパ
キャリアの下部側のトルクシリンダを、トルクを受ける
方向が逆方向になるように設定したので、トルク反力が
グリッパシリンダの軸方向荷重となることから、グリッ
パシリンダに加る曲げモーメントが減少し、グリッパシ
リンダの重量を軽くすることができ、製作費が低減でき
る。さらに、従来の方式ではトルクシリンダが機械の自
重、掘削トルクの反力、上下方向のステアリング力の3
ヶの力を受けている。トルク反力は掘削する岩石の種類
・性状、カッタヘッドに与える推力によって変化するの
で、垂直方向のステアリング力をコントロールするのが
難しい欠点がある。
【0028】また、本発明は、垂直方向のステアリング
を行うバーティカルステアリングシリンダを、上記グリ
ッパキャリアの左右に、該グリッパキャリアが油圧的に
完全にフローティング支持されるようにグリッパシリン
ダとグリッパキャリアを連結して設け、トルク反力を別
のシリンダで受けるようにしているので、垂直方向制御
力をコントロールすることが容易になる利点がある。ま
たさらに、従来の方式でグリッパシリンダの中央にある
ユニバーサルジョイントは、機械の中心から相当離れた
位置にあり、このためグリッパがローリングをおこすと
ユニバーサルジョイントはローリングをおこす前の位置
から移動することになる。ローリングの修正は、このユ
ニバーサルジョイントがグリッパの回転中心となるの
で、ローリングの修正操作をすると、機械の中心が、修
正前の位置と異った位置になり、ローリング修正の他に
水平方向の修正が必要になる欠点がある。(厳密には垂
直方向にも移動するが量は少い。) これに対し、本発明の方法ではローリング修正の際の回
転中心は機械の中心にあるので従来方式の欠点がなくな
り、ローリングを修正しても機械中心が保たれるという
利点がある。
【0029】またさらに、本発明は、上記グリッパシリ
ンダとグリッパキャリアを連結するロッドを、上記グリ
ッパキャリアの両側に、該グリッパキャリアの軸方向に
沿って設け、該ロッドの一端を上記グリッパシリンダに
連結し、該ロッドの他端を上記グリッパキャリアに連結
したので、グリッパキャリアの上下方向の動きを妨げる
ことなくグリッパキャリアとグリッパシリンダを連結す
ることができる。また、本発明は、上記左、右のバーテ
ィカルステアリングシリンダにおけるシリンダ側の油圧
室相互間、およびロッド側の油圧室相互間を、夫々1本
の配管により連結したので、トルク反力がバーティカル
ステアリングシリンダによって受け止められることがな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトンネルボーリングマシンのグリッパ
装置の実施の形態を示す断面図である。
【図2】図1のA矢視方向を示す側面図である。
【図3】従来のオープンタイプのトンネルボーリングマ
シンの全体を一部を断面にして示す側面図である。
【図4】図3のA矢視方向を示す概念図である。
【図5】図3のB−B線断面図である。
【図6】図3のC−C線断面図である。
【図7】図3のD−D線断面図である。
【図8】図3のE−E線断面図である。
【符号の説明】
25 メインビーム 33a、33b グリッパシリンダ 34 グリッパキャリア 135 バーティンカルステアリングシリンダ 136 トルクシリンダ 137 ロッド 138 反力受部材

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平方向に互いに対向して配設された一
    対のグリッパシリンダを、グリッパキャリアを挟んで、
    少くとも上、下に各1対設け、上記グリッパシリンダを
    伸ばしてグリッパシューをトンネル壁に押し付けるトン
    ネルボーリングマシンのグリッパ装置において、掘削時
    の掘削トルク反力に抗するためのトルクシリンダを、上
    記グリッパシリンダと平行に少なくとも2本以上配設
    し、上記グリッパシリンダの軸方向力として掘削トルク
    反力に抗するようにしたことを特徴とするトンネルボー
    リングマシンのグリッパ装置。
  2. 【請求項2】 上記トルクシリンダの一端を、上記グリ
    ッパシリンダに連結し、かつトルクシリンダの他端をグ
    リッパキャリアに連結するとともに、グリッパキャリア
    の上部側のトルクシリンダと、グリッパキャリアの下部
    側のトルクシリンダを、トルクを受ける方向が逆方向に
    なるように設定したことを特徴とする請求項1に記載の
    トンネルボーリングマシンのグリッパ装置。
  3. 【請求項3】 垂直方向のステアリングを行うバーティ
    カルステアリングシリンダを、上記グリッパキャリアの
    左右に、該グリッパキャリアが油圧的に完全にフローテ
    ィング支持されるようにグリッパシリンダとグリッパキ
    ャリアを連結して設けたことを特徴とする請求項1また
    は2に記載のトンネルボーリングマシンのグリッパ装
    置。
  4. 【請求項4】 上記グリッパシリンダとグリッパキャリ
    アを連結するロッドを、上記グリッパキャリアの両側
    に、該グリッパキャリアの軸方向に沿って設け、該ロッ
    ドの一端を上記グリッパシリンダに連結し、該ロッドの
    他端を上記グリッパキャリアに連結したことを特徴とす
    る請求項1ないし3のいずれか1項に記載のトンネルボ
    ーリングマシンのグリッパ装置。
  5. 【請求項5】 上記左、右のバーティカルステアリング
    シリンダにおけるシリンダ側の油圧室相互間、およびロ
    ッド側の油圧室相互間を、夫々1本の配管により連結し
    たことを特徴とする請求項3または4に記載のトンネル
    ボーリングマシンのグリッパ装置。
JP2000236391A 2000-08-04 2000-08-04 トンネルボーリングマシンのグリッパ装置 Withdrawn JP2002047891A (ja)

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