JP2004092140A

JP2004092140A - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP2004092140A
Application number: JP2002253429A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sugiyama; 杉山　雅彦; Yasuyuki Hayakawa; 早川　康之; Kunihiro Nagamori; 永森　邦博; Takashi Kobayashi; 小林　孝志
Original assignee: Kajima Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】トンネル掘削機において、カッタヘッドに形成された土砂取込開口の閉塞を防止してトンネル掘削作業の安定化を図る。
【解決手段】カッタヘッド１７の土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の径方向中心部側端部に、多数の水噴射孔４２を有する噴射部材４１を固定する一方、掘削機本体１１に水噴射ポンプ４３を配設し、水噴射ポンプ４３と各噴射部材４１とを第１給水管４４及び第２給水管４５により連結する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に円盤形状をなすカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにはカッタビットが多数取付けられる一方、後部には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て構成されている。従って、カッタヘッドを回転させ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掘削反力を得て掘削機本体が前進し、各カッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。
【０００３】
このようなトンネル掘削作業にて、カッタヘッドが地盤を掘削して発生した土砂は、このカッタヘッドに形成された複数の開口を通して掘削機本体の前部に形成されたチャンバに取り込まれる。そして、チャンバに取り込まれた土砂は、スクリューコンベヤやベルトコンベヤ、あるいは送泥管などにより地上まで搬送されて処理されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
トンネル掘削作業では、前述したように、回転するカッタヘッドを切羽に押し付けることで地盤を掘削し、掘削土砂を複数の開口を通してチャンバに取り込んでスクリューコンベヤなどにより外部に排出している。この場合、開口はカッタヘッドの径方向に沿って形成されると共に、この開口の長手方向に沿ってカッタビットが固定されている。そして、カッタヘッドは中心部に対して外周部側の周速が速いので、掘削土砂はカッタヘッドの外周部側から中心部側に流動する間に複数の開口からチャンバに取り込まれる。そのため、カッタヘッドの中心部側に流動した掘削土砂が、この開口におけるカッタヘッドの中心側に付着してしまう。また、地盤が粘土質であると、掘削土砂が開口に沿って設けられた各カッタビットの間にも付着してしまう。このように掘削土砂が開口の端部やカッタビットの周辺に付着すると、この開口の一部を閉塞して掘削土砂を適正にチャンバに取り込むことができず、トンネル掘削効率が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタヘッドに形成された土砂取込開口の閉塞を防止してトンネル掘削作業の安定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駆動回転可能に装着されて土砂取込開口を有するカッタヘッドと、前記掘削機本体の前部に設けられて前記カッタヘッドが掘削した土砂を前記土砂取込開口を通して取り込むチャンバと、該チャンバ内の土砂を後方に排出する土砂排出手段と、前記土砂取込開口に付着した土砂を除去する土砂除去手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記土砂除去手段は、前記土砂取込開口に対して水を噴射する水噴射手段であることを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記水噴射手段は、表面に多数の水噴射孔が形成されたする噴射部材であることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記水噴射手段は、所定角度範囲に水を噴射する噴射ノズルであることを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記土砂取込開口は前記カッタヘッドの径方向に沿って形成され、前記土砂除去手段は該土砂取込開口における径方向中心側端部に装着されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明のトンネル掘削機では、前記土砂取込開口は前記カッタヘッドの径方向に沿って形成されると共に、該土砂取込開口の側部に沿って複数のカッタビットが取付けられ、前記土砂除去手段は該複数のカッタビットに対応して装着されたことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の正面視、図２にトンネル掘削機の概略断面を示す。
【００１４】
本実施形態のトンネル掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが球面軸受１４によって屈曲自在に連結され、複数の中折れジャッキ１５によって屈曲可能となっている。この掘削機本体１１の前胴１２の前部には軸受１６によってカッタヘッド１７が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１７は、中心部１８から放射状に位置する複数のカッタスポーク１９と、その間に取付けられた複数の面板２０とを有し、各カッタスポーク１９の両側に土砂取込開口２１が形成されている。そして、各カッタスポーク１９の前面に多数の先行ビット２２が直列に固定されると共に、その両側に土砂取込開口２１に臨むように多数のカッタビット２３が直列に固定されている。
【００１５】
一方、このカッタヘッド１７の後部にはリングギア２４が固定される一方、前胴１２には複数の旋回モータ２５が装着されており、各旋回モータ２５の駆動ギア２６がこのリングギア２４に噛み合っている。従って、旋回モータ２５を駆動して駆動ギア２６を回転駆動すると、リングギア２４を介してカッタヘッド１７を回転することができる。
【００１６】
また、前胴１２にはカッタヘッド１７の後方に位置してバルクヘッド２７が取付けられており、カッタヘッド１７とこのバルクヘッド２７との間にチャンバ２８が形成されている。そして、このチャンバ２８にはカッタヘッド１７に形成された複数の土砂取込開口２１が連通すると共に、一端がトンネル掘削機の外部に延設された送泥管２９及び排泥管３０の他端が開口しており、排泥管３０の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ３１が装着されている。
【００１７】
更に、掘削機本体１１の後胴１３の前部にはシールドジャッキ３２が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジャッキ３２が掘進方向後方に伸長し、スプレッダを掘削したトンネル内周面に構築された既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、この後胴１３には支持部材３３によって旋回リング３４が旋回自在で、駆動モータ３５により旋回可能となっており、この旋回リング３４にセグメントＳを組立てるエレクタ装置３６が装着されている。
【００１８】
ところで、トンネル掘削機は、駆動回転するカッタヘッド１７を切羽に押し付けることで地盤を掘削し、この掘削土砂を各土砂取込開口２１からチャンバ２８に取り込んで排泥管３０により外部に排出する。ところが、カッタヘッド１７は中心部に対して外周部側の周速が速いので、掘削土砂はカッタヘッド１７の外周部側から中心部側に流動する間に土砂取込開口２１からチャンバ２８に取り込まれることとなり、掘削土砂が土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の中心側端部に付着しやすく、土砂取込開口２１の閉塞による土砂排出効率の低下を招いてししまう。
【００１９】
そこで、本実施形態では、カッタヘッド１７にこの土砂取込開口２１に付着した土砂を除去する土砂除去手段としての水噴射手段を土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の中心側端部に設けている。
【００２０】
即ち、土砂取込開口２１はカッタスポーク１９の両側でカッタヘッド１７の径方向に沿って形成されており、チャンバ２８への土砂取込性を考慮して、カッタヘッド１７の中心側端部が鋭角となるような形状となっている。水噴射手段としての噴射部材４１は中空の三角柱形状をなし、表面、つまり、前面と側面の後面にそれぞれ多数の水噴射孔４２が形成されている。そして、この多数の水噴射孔４２を有する噴射部材４１が各土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の中心側端部に位置するように、カッタスポーク１９に対向する面板２０の端面に固定されている。この場合、噴射部材４１は、チャンバ２８への土砂取込性を考慮して、カッタヘッド１７（面板２０）の後側に位置している。
【００２１】
一方、掘削機本体１１内には水噴射ポンプ４３が設けられており、カッタヘッド１７側に配管された各噴射部材４１からの第１給水管４４と、掘削機本体１１側に配管された水噴射ポンプ４３からの第２給水管４５とがロータリジョイント４６を介して連結されている。そして、第２給水管４５には操作弁４７が設けられており、図示しない操作制御装置は水噴射ポンプ４３を駆動制御可能であると共に、この操作弁４７を開閉操作可能となっている。
【００２２】
従って、水噴射ポンプ４３を駆動して操作弁４７を開放すると、水が第２給水管４５及び第１給水管４４を通して各噴射部材４１に供給されることとなり、噴射部材４１の複数の水噴射孔４２から土砂取込開口２１の端部に水が噴射されるため、この周辺に付着した土砂を除去することができる。
【００２３】
ここで、このように構成された本実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。
【００２４】
トンネルを掘削形成するには、旋回モータ２５によってカッタヘッド１７を回転させながら、複数のシールドジャッキ３２を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させ、カッタヘッド１７に取付けられた多数の先行ビット２２及びカッタビット２３により前方の地盤を掘削する。そして、カッタヘッド１７が掘削した土砂は各土砂取込開口２１からチャンバ２８内に取り込まれ、送泥管２９からの送水と共にアジテータ３１により攪拌され、泥水となって排泥管３０により地上まで搬送されて処理される。一方、エレクタ装置３６は既設トンネル内に搬入されたセグメントＳをリング状に組み立てていく。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを構築する。
【００２５】
このようなトンネル掘削作業時に、カッタヘッド１７により掘削土砂はこのカッタヘッド１７の外周部側から中心部側に流動しながら、土砂取込開口２１を通してチャンバ２８に取り込まれており、また、掘削土砂が粘土質である場合には、この土砂が土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の中心側端部に付着しやすく、土砂取込開口２１の閉塞の原因となってしまう。
【００２６】
そこで、定期的に土砂取込開口２１の中心側端部の周辺に水噴射して付着した土砂を除去している。即ち、上述の作業により所定長さのトンネルを掘削すると、制御装置は水噴射ポンプ４３を駆動して操作弁４７を開放し、第２給水管４５及び第１給水管４４を通して各噴射部材４１に水を供給する。すると、各噴射部材４１の複数の水噴射孔４２から各土砂取込開口２１の端部の周辺に高圧の水が噴射されるたこととなり、この周辺に付着した土砂を除去することができる。従って、カッタヘッド１７が掘削した土砂はこの土砂取込開口２１を通してチャンバ２８に確実に取り込まれることとなり、掘削土砂の排出作業を適正に実施できる。
【００２７】
この場合、所定長さのトンネルを掘削するごとに、土砂取込開口２１の周辺に対する水噴射を行って付着土砂を除去したが、所定期間（自動的に）ごとに水噴射を行ったり、常時行ってもよい。また、土砂取込開口２１への付着土砂の有無をセンサにより検出し、付着土砂があるときに水噴射を行うようにしてもよい。例えば、カメラによる視認、チャンバ２８での土圧または土砂の流速、排泥管３０による排土量などから土砂取込開口２１への付着土砂の有無を推定してもよい。更に、噴射部材４１からの水噴射時期は、カッタヘッド１７の回転中であっても、停止時であってもよい。
【００２８】
このように第１実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１７の土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の径方向中心部側端部に、多数の水噴射孔４２を有する噴射部材４１を固定する一方、掘削機本体１１に水噴射ポンプ４３を配設し、水噴射ポンプ４３と各噴射部材４１とを第１給水管４４及び第２給水管４５により連結されている。
【００２９】
従って、必要時に水噴射ポンプ４３を駆動して第２給水管４５及び第１給水管４４を通して各噴射部材４１に水を供給すると、各噴射部材４１の複数の水噴射孔４２から各土砂取込開口２１の端部周辺に水を噴射し、この周辺に付着した土砂を除去することができ、カッタヘッド１７が掘削した土砂をこの土砂取込開口２１を通してチャンバ２８に確実に取り込むことができ、掘削土砂の排出作業を適正に実施することができる。
【００３０】
図３に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の正面視、図４に図３のＩＶ−ＩＶ断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
本実施形態のトンネル掘削機において、図３及び図４に示すように、図示しない掘削機本体の前部にはカッタヘッド５１が駆動回転可能に装着されており、このカッタヘッド５１は、放射状に位置する複数のカッタスポーク５２と、その間に取付けられた複数の面板５３とを有し、カッタスポーク５２の両側に土砂取込開口５４が形成されている。そして、各カッタスポーク５２の中央に複数のディスクカッタ５５が装着されると共に、その両側に土砂取込開口５４に臨むように多数のカッタビット５６が直列に固定されている。
【００３２】
土砂除去手段並びに水噴射手段としての噴射ノズル５７は所定角度範囲に高圧の水を噴射可能であって、各土砂取込開口５４におけるカッタヘッド５１の中心側に位置するように、カッタスポーク５２及びカッタビット５６に対向するカッタスポーク５２あるいは面板５３の端面に固定されている。この場合、噴射ノズル５７は、付着土砂を効率よく除去できるように、カッタスポーク５２あるいは面板５３における前後方向中間部に位置している。そして、各噴射ノズル５７には電磁弁５８を有する給水管５９が連結され、この給水管５８はカッタヘッド５１内を通って掘削機本体内に配管され、図示しない水噴射ポンプに連結されている。
【００３３】
従って、トンネル掘削作業中に所定長さのトンネルを掘削すると、水噴射ポンプを駆動して電磁弁５８を開放すると、水が給水管５９を通して各噴射ノズル５７に供給されることとなり、この噴射ノズル５７から土砂取込開口２１の中心側端部に向けて水が噴射されるため、この周辺に付着した土砂を除去することができる。この場合、噴射ノズル５７から所定角度範囲に噴射される高圧水は、土砂取込開口２１の端部に臨むカッタビット５６の周辺にも行き渡ることとなり、この隣接するカッタビット５６同志の間やカッタビット５６自体に付着した土砂も除去することができる。
【００３４】
このように第２実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド５１の土砂取込開口５４におけるカッタヘッド５１の径方向中心部側端部に、カッタスポーク５２の側部に高圧水を噴射可能な噴射ノズル５７を固定している。従って、必要時に水噴射ポンプを駆動して給水管を通して各噴射ノズル５７に水を供給すると、この噴射ノズル５７から各土砂取込開口５４の端部やカッタビット５６の間に水を噴射し、ここに付着した土砂を除去することができ、カッタヘッド５１が掘削した土砂をこの土砂取込開口５４を通して確実にチャンバに取り込むことができ、掘削土砂の排出作業を適正に実施することができる。
【００３５】
なお、上述した実施形態において、本発明の土砂除去手段並びに水噴射手段としての噴射部材４１、噴射ノズル５１を土砂取込開口２１，５４におけるカッタヘッド１７，５１の径方向中心側端部に装着したが、その装着位置は土砂取込開口２１，５４の形状によるものであり、土砂取込開口２１，５４にて土砂が付着して閉塞しやすい位置に装着すればよいものであり、土砂取込開口２１，５４におけるカッタヘッド１７，５１の径方向外周側や中間部に装着してもよい。
【００３６】
また、第１実施形態にて、噴射部材４１を土砂取込開口２１におけるカッタヘッド１７の径方向中心側端部に装着し、第２実施形態にて、噴射ノズル５１を土砂取込開口５４におけるカッタヘッド５１の径方向中心側端部に装着したが、土砂取込開口に対応して噴射部材４１と噴射ノズル５１とを両方設けてもよい。
更に、土砂除去手段を噴射部材４１、噴射ノズル５１に限らず、高圧エアを噴射する噴射ノズルや洗浄ブラシなどであってもよい。
【００３７】
【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、筒状をなす掘削機本体を推進ジャッキにより前進可能とし、この掘削機本体の前部に土砂取込開口を有するカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、カッタヘッドが掘削した土砂を土砂取込開口を通して取り込むチャンバを設けると共に、チャンバ内の土砂を後方に排出する土砂排出手段を設け、土砂取込開口に付着した土砂を除去する土砂除去手段を設けたので、必要時にこの土砂除去手段を作動して土砂取込開口の周辺に付着した土砂を除去して閉塞を防止することができ、カッタヘッドが掘削した土砂をこの土砂取込開口を通してチャンバに確実に取り込むことができ、掘削土砂の排出作業を適正に実施することで、トンネル掘削作業の安定化を図ることができる。
【００３８】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、土砂除去手段を土砂取込開口に対して水を噴射する水噴射手段としたので、機内への供給が容易な水を水噴射手段を用いて土砂取込開口の周辺に噴射し、この周辺に付着した土砂を除去することができ、簡単な方法で土砂取込開口の閉塞を防止することができる。
【００３９】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、水噴射手段を表面に多数の水噴射孔が形成されたする噴射部材としたので、水の噴射方向を限定することなく、大きな範囲で土砂取込開口の周辺に付着した土砂を除去することができる。
【００４０】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、水噴射手段を所定角度範囲に水を噴射する噴射ノズルとしたので、水の噴射方向を所定角度範囲に限定することで、土砂取込開口の周辺に付着した土砂を確実に除去することができる。
【００４１】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、土砂取込開口をカッタヘッドの径方向に沿って形成し、土砂除去手段を土砂取込開口における径方向中心側端部に装着したので、掘削土砂が付着しやすい土砂取込開口の端部の閉塞を確実に防止することができる。
【００４２】
請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、土砂取込開口をカッタヘッドの径方向に沿って形成すると共に、土砂取込開口の側部に沿って複数のカッタビットを取付け、土砂除去手段を複数のカッタビットに対応して装着したので、掘削土砂が付着しやすいカッタビットの間の土砂を適正に除去することで、土砂取込開口の閉塞を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の正面図である。
【図２】第１実施形態のトンネル掘削機の概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【符号の説明】
１１　掘削機本体
１７，５１　カッタヘッド
１９，５２　カッタスポーク
２０，５３　面板
２１，５４　土砂取込開口
２３，５６　カッタビット
２５　旋回モータ
２８　チャンバ
３０　排泥管（土砂排出手段）
３２　シールドジャッキ（推進ジャッキ）
３６　エレクタ装置
４１　噴射部材（土砂除去手段、水噴射手段）
４２　水噴射孔
４３　水噴射ポンプ
４４，４５　給水管
５７　噴射ノズル（土砂除去手段、水噴射手段）
５９　給水管

Claims

筒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駆動回転可能に装着されて土砂取込開口を有するカッタヘッドと、前記掘削機本体の前部に設けられて前記カッタヘッドが掘削した土砂を前記土砂取込開口を通して取り込むチャンバと、該チャンバ内の土砂を後方に排出する土砂排出手段と、前記土砂取込開口に付着した土砂を除去する土砂除去手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１において、前記土砂除去手段は、前記土砂取込開口に対して水を噴射する水噴射手段であることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項２において、前記水噴射手段は、表面に多数の水噴射孔が形成されたする噴射部材であることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項２において、前記水噴射手段は、所定角度範囲に水を噴射する噴射ノズルであることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１において、前記土砂取込開口は前記カッタヘッドの径方向に沿って形成され、前記土砂除去手段は該土砂取込開口における径方向中心側端部に装着されたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１において、前記土砂取込開口は前記カッタヘッドの径方向に沿って形成されると共に、該土砂取込開口の側部に沿って複数のカッタビットが取付けられ、前記土砂除去手段は該複数のカッタビットに対応して装着されたことを特徴とするトンネル掘削機。