JP2005207090A

JP2005207090A - トンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法及び装置並びに該装置を備えたトンネル掘削機

Info

Publication number: JP2005207090A
Application number: JP2004014012A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Inoue; 年史井上; Masaaki Nakai; 正明中井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP3876255B2

Abstract

【課題】トンネル掘削機や切羽の点検・保守作業を人為的作業に依存することなく機械的かつ能率的に行なって点検・保守にかかる作業時間を大幅に短縮する。
【解決手段】筒状をなす掘削機本体１の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッド２と、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッド４との間に、掘削土砂を集積するためのチャンバー７を画成してなるトンネル掘削機において、前記バルクヘッド２の後面側に位置してチャンバー点検・保守装置１０を設けると共に、該チャンバー点検・保守装置は、バルクヘッド２に設けたゲート１１に開閉される固定外筒１２内にマニピュレータ１６を、前記ゲートの開時にはチャンバー内への進出が可能に格納すると共に、前記マニピュレータ１６の先端部に点検用カメラ１８とレンズ洗浄用高圧水ノズル１９及び圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０とを取り付けてなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル掘削機のチャンバー内に挿入されたマニピュレータを介してトンネル掘削機や切羽の点検・保守を行うトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法及び装置並びに該装置を備えたトンネル掘削機に関する。

図６に従来のトンネル掘削機の概略を示す。

図示のように、円筒形状をなす掘削機本体１００の前部にはバルクヘッド１０１が固定されており、このバルクヘッド１０１には軸受１０２を介してカッタヘッド１０３の回転軸１０４が回転自在に支持されている。このカッタヘッド１０３は前面部に前方の切羽を掘削するカッタビット１０５が多数取り付けられていると共に、同カッタヘッド１０３とバルクヘッド１０１との間には、掘削土砂を集積するチャンバー１０６が形成されている。このチャンバー１０６内にはスクリューコンベヤ１０７の先端が臨入され、チャンバー１０６内の掘削土砂が掘削機本体１００後方へ排出可能になっている。そして、カッタヘッド１０３の後部には駆動モータ１０８が装着され、この駆動モータ１０８によってカッタヘッド１０３が回転されるようになっている。

従って、駆動モータ１０８を駆動しカッタヘッド１０３を回転させた状態で、図示しないシールドジャッキ等によって掘削機本体１００を前進させると、カッタヘッド１０３のカッタビット１０５が前方の切羽を掘削することができる。そして、掘削土砂はカッタヘッド１０３のスリット等からチャンバー１０６内に取り込まれ、ここからスクリューコンベヤ１０７及び排土管等によってトンネルの外部に排出される。

特開平４−１１８４９９号公報

ところで、上述したトンネル掘削機の稼働下において、土砂の粘着力が高い場合、掘削された土砂がチャンバー１０６内で付着圧密され、スクリューコンベヤ１０７まで流れ込むことがきわめて困難となり、掘進能率が低下する。同様に、カッタビット１０５が摩耗しても掘進能率が低下する。更に、切羽に存在する障害物と遭遇すれば、掘進不能となる場合もある。

上述した掘進能率の低下や掘進不能時は、従来、作業員がチャンバー１０６内に入って、圧密された土砂の除去や、カッタビット１０５の点検や交換、切羽状況の確認等の作業を行っていた。

しかしながら、作業員がチャンバー１０６内に入り、安全に作業を行うためには、薬液注入工法や凍結工法等により予め地盤を改良する必要があり、そのための長期にわたる作業期間と多大な地盤改良費用が必要となるという問題点があった。また、圧気工法を併用する場合も多く、この場合は苛酷な環境下における作業員の負担が大きくなると共に作業能率も低下するという不具合があった。

尚、特許文献１では、シールド掘進機のカッタビット交換方法及び装置として、チャンバー内にマニピュレータを装備した作業函を進出させ、この作業函内からマニピュレータ及びマニピュレータ先端に装着したカッタビット交換治具を遠隔操作してカッタヘッド前面のカッタビットを交換する技術が開示されている。

ところが、上記特許文献１に開示された技術にあっては、作業がカッタビットの交換だけに特化されてしまい、上述したような圧密された土砂の除去や、カッタビットの点検、切羽状況の確認等の作業を行なえないことから、トンネル掘削機の長距離施工化に十分に対応することができないという欠点がある。また、チャンバー内にマニピュレータを装備した作業函毎進出させるため、構造が大掛かりとなってコストアップを招来するという欠点もある。

本発明はこのような問題を解決するものであって、トンネル掘削機や切羽の点検・保守作業を人為的作業に依存することなく機械的かつ能率的に行なって点検・保守にかかる作業時間を大幅に短縮することができるトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法及び装置並びに該装置を備えたトンネル掘削機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のチャンバー点検・保守装置は、筒状をなす掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドとの間に、掘削土砂を集積するためのチャンバーを画成してなるトンネル掘削機において、前記バルクヘッドの後面側に位置してチャンバー点検・保守装置を設けると共に、該チャンバー点検・保守装置は、バルクヘッドに設けたゲートに開閉される装置本体内にマニピュレータを、前記ゲートの開時にはチャンバー内への進出が可能に格納すると共に、前記マニピュレータの先端部に点検用カメラと洗浄用高圧水ノズルとを取り付けてなることを特徴とする。

前記洗浄用高圧水ノズルは、前記点検用カメラのレンズ洗浄用高圧水ノズルと圧密土砂を除去・洗浄するための圧密土砂洗浄用高圧水ノズルとからなることを特徴とする。

前記マニピュレータの先端部に、カッタヘッドに取り付けたカッタの摩耗量を計測するためのスケールを付設してなることを特徴とする。

また、本発明に係るトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法は、筒状をなす掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドとの間に、掘削土砂を集積するためのチャンバーを画成してなるトンネル掘削機において、前記バルクヘッドの後面側から同バルクヘッドに設けたゲートの開時にマニピュレータをチャンバー内へ進出させ、このマニピュレータの先端部に取り付けた点検用カメラで目標位置を確認しながらマニピュレータの先端部を目標位置に移動させた後、マニピュレータの先端部に取り付けた洗浄用高圧水ノズルから高圧水を目標物周辺に向け噴射させて目標物周辺を洗浄することを特徴とする。

前記目標物周辺の洗浄後に、点検用カメラで目標物の点検・保守を行なうことを特徴とする。

前記目標物周辺の洗浄後に、点検用カメラのレンズに向けて洗浄用高圧水ノズルから高圧水を噴射してレンズの洗浄を行なうことを特徴とする。

前記点検用カメラをカッタヘッドに取り付けた計測１箇所のカッタに対しマニピュレータにより平行移動させて複数枚の写真を撮影し、各々の画像の重なりより３次元画像を形成し、該３次元画像によりカッタの摩耗量を計測することを特徴とする。

また、本発明に係るトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドと、前記バルクヘッドとカッタヘッドとの間に画成されて掘削土砂を集積するチャンバーとを備えると共に、前記バルクヘッドの後面側に前記チャンバー点検・保守装置を備えてなることを特徴とする。

本発明の構成によれば、トンネル掘削機や切羽の点検・保守作業を人為的作業に依存することなく機械的かつ能率的に行なって点検・保守にかかる作業時間を大幅に短縮することができる。また、チャンバー内へはマニピュレータのみが進出するので、装置本体側も併せて進出する場合に比べて、装置が大掛かりになることが回避される。

以下、本発明のチャンバー点検・保守方法及び装置並びに該装置を備えたトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示すトンネル掘削機の概略図、図２は同じくチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。

図１に示すように、トンネル掘削機（泥土圧式シールド掘進機等）の円筒形状をなす掘削機本体１の前部にはバルクヘッド２が固定されており、このバルクヘッド２には軸受３を介してカッタヘッド４の回転軸５が回転自在に支持されている。このカッタヘッド４は前面部に前方の切羽を掘削するカッタビット６が多数取り付けられていると共に、同カッタヘッド４とバルクヘッド２との間には、掘削土砂を集積するチャンバー７が形成されている。

前記チャンバー７内にはスクリューコンベヤ８の先端が臨入され、チャンバー７内の掘削土砂が掘削機本体１後方へ排出可能になっている。また、前記カッタヘッド４の後部には駆動モータ９が装着され、この駆動モータ９によってカッタヘッド４が回転されるようになっている。

従って、駆動モータ９を駆動しカッタヘッド４を回転させた状態で、図示しないシールドジャッキ等によって掘削機本体１を前進させると、カッタヘッド４のカッタビット６が前方の切羽を掘削することができる。そして、掘削土砂はカッタヘッド４のスリット等からチャンバー７内に取り込まれ、ここからスクリューコンベヤ８及び排土管等によってトンネルの外部に排出される。

そして、本実施例では、前記バルクヘッド２の上部にチャンバー点検・保守装置１０が図示例では１個設置される。このチャンバー点検・保守装置１０はバルクヘッド２の上部に限らず、他の部位に複数個設置されても良い。

前記チャンバー点検・保守装置１０は、図２に示すように、バルクヘッド２に組み付けられたゲート１１と、該ゲート１１の後方に接続されて同ゲート１１の開閉によりチャンバー７内と連通・遮断される固定外筒（装置本体）１２と、該固定外筒１２内を長手方向（掘削機本体１の前後方向）に摺動可能な土砂シール１３付きの可動内筒１４と、該可動内筒１４と固定外筒１２との間に架設されて可動内筒１４を摺動させるジャッキ１５と、同可動内筒１４の前面部に支持されたマニピュレータ（もしくは位置制御可能な多軸アームロボット）１６とを備える。

前記マニピュレータ１６の先端には、取付板１７を介して照明及びズーム付きの点検用カメラ１８と該点検用カメラ１８のレンズ洗浄用高圧水ノズル１９と圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０とが付設されている。レンズ洗浄用高圧水ノズル１９は点検用カメラ１８のレンズに向け高圧水（例えば１ＭＰａ）を噴射し得るようにノズルの向きが曲げられている。圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０は所要部位（目標物）に高圧水（例えば７．５ＭＰａ）を噴射して圧密土砂を除去・洗浄し得るように前方に真っ直ぐ指向されている。

前記点検用カメラ１８は、マニピュレータ１６と共に図示しないケーブルを介して掘削機本体１に搭載された同じく図示しないコントローラに接続されると共に、コントローラには同じく図示しないモニタ装置が接続されている。また、レンズ洗浄用高圧水ノズル１９と圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０は、図示しないホースを介して掘削機本体１に連結された同じく図示しない後続台車上の同じく図示しない洗浄ポンプユニットに接続されると共に、ジャッキ１５は、図示しないホースを介して掘削機本体１に連結された同じく図示しない後続台車上の同じく図示しない油圧ポンプユニットに接続されている。洗浄ポンプユニットと油圧ポンプユニットは前記コントローラにも接続されている。

従って、マニピュレータ１６と点検用カメラ１８やレンズ洗浄用高圧水ノズル１９及び圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０の作動がコントローラによって遠隔操作で制御されると共に、点検用カメラ１８の画像がモニタ装置に映し出される。

このように構成されるため、トンネル掘削機や切羽の点検・保守作業時には、図においてマニピュレータ１６が固定外筒１２内に格納された状態でゲート１１を開放し（ゲート１１の開放は現場での手動のスイッチ操作でも良いし、前述したコントローラによる遠隔操作でも良い）、可動内筒１４をジャッキ１５の伸長で前方へ移動させれば、マニピュレータ１６がチャンバー７内に進出する。このゲート１１開放下においても、可動内筒１４の外周面には土砂シール１３が装着されているので、土砂や泥水が掘削機本体１内に侵入することはない。

そして、マニピュレータ１６は例えば６軸の自由度を持って構成されているので、マニピュレータ１６先端部の任意位置への移動が、掘削機本体１の後方から遠隔操作で行なえる。この際、点検用カメラ１８により、マニピュレータ１６前方の状況がモニタ装置に映し出された画像により確認可能である。

チャンバー７内やカッタビット６周辺の圧密土砂を除去・洗浄する場合は、後方のモニタ装置に映し出された画像（以下、モニタ映像という）により圧密位置を確認しながら目的位置にマニピュレータ１６先端部を遠隔操作で近づけ、圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０から圧密土砂部に向けて高圧水を噴射する。

圧密土砂部が広範囲に渡って存在する場合も、マニピュレータ１６先端部を移動させながら圧密部に向け高圧水を連続噴射することにより、容易に圧密土砂を除去することができる。

尚、カッタビット６周辺に圧密付着した土砂を除去・洗浄すれば、カッタビット６のモニタ映像による点検・保守が可能になる。同様に、切羽に存在する障害物周辺を洗浄すれば、モニタ映像による切羽障害物の確認も可能である。

また、圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０から高圧水を噴射すれば、跳ね返った噴射水滴や土砂が点検用カメラ１８のレンズに付着することにより、モニタ映像が不鮮明になる場合がある。その場合は、付着の都度、レンズ洗浄用高圧水ノズル１９からレンズに向けて高圧水を噴射し、レンズを洗浄すれば良い。

点検・保守作業が終了すれば、マニピュレータ１６を格納位置に戻し、ゲート１１を閉じれば、再度シールド掘進が可能になる。

尚、点検・保守対象物はカッタビット６や切羽に存在する障害物のみならず、モニタ映像可能なもの（例えばチャンバー７内に存在する砂礫や異物、切羽土質の状態等）は全て可能である。また、上述した各点検・保守作業時は、チャンバー７内への土砂の崩壊を防ぐため、バルクヘッド２より切羽側を部分圧気工法にて圧気した状態下で作業を行なっても良い。

このようにして、本実施例では、作業員がチャンバー７内に入ることなく安全に、かつ切羽を開放することなく容易に、圧密土砂の除去やチャンバー７内及び切羽の点検等が可能になる。また、チャンバー７内へはマニピュレータ１６のみが進出するので、可動内筒１４も併せて進出する場合に比べて装置が大掛かりになることが回避される。

図３は本発明の実施例２を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。

これは、実施例１におけるマニピュレータ１６の取付板１７にＬ字状のカッタビット用スケール２１を付設し、カッタビット６に付着した土砂を圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０からの高圧水で除去・洗浄した後、スケール２１をカッタビット６の摩耗部に沿わせ、スケール２１に表示された目盛でカッタビット６（厳密にはチップ６ａ）の高さをモニタ映像を通して計測し得るようにした例である。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、カッタビット６の点検・保守も容易に行なえるという利点が得られる。

図４は本発明の実施例３を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。

これは、実施例２と同様に、実施例１におけるマニピュレータ１６の取付板１７にＶ溝型の計測部を備えたローラカッタ用スケール２２を付設し、カッタヘッド４に装着されたローラカッタ６Ａに付着した土砂を圧密土砂洗浄用高圧水ノズル２０からの高圧水で除去・洗浄した後、スケール２２のＶ溝型の計測部をローラカッタ６Ａの外周摩耗部に後方より挿入して、ローラカッタ６Ａとスケール２２の間に生じた隙間ａをモニタ映像を通して読み取ることにより、摩耗量を計測し得るようにした例である。尚、ローラカッタ６Ａは掘進時カッタヘッド４の回転に伴い自身も回転するため、摩耗はローラカッタ６Ａの外周に対し均一に生じる。そのため、計測位置はローラカッタ６Ａの後方でも良い。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、ローラカッタ６Ａの点検・保守も容易に行なえるという利点が得られる。

図５は本発明の実施例４を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。

これは、実施例１におけるチャンバー点検・保守装置を用い、計測１箇所のカッタビット６に対し平行移動させた複数枚の写真を点検用カメラ１８で撮影し、コントローラの画像処理部で各々の画像の重なりより３次元画像を形成し、該３次元画像によりカッタビット６（厳密にはチップ６ａ）の高さを計測し得るようにした例である。

これによれば、実施例１と同様の作用・効果に加えて、スケールを用いることなくカッタビット６又はローラカッタ６Ａの点検・保守も容易に行なえるという利点が得られる。

本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘進機に限らず、土圧式シールド掘進機、泥水式シールド掘進機、機械式シールド掘進機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。

本発明の実施例１を示すトンネル掘削機の概略図である。同じくチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。本発明の実施例２を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。本発明の実施例３を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。本発明の実施例４を示すチャンバー点検・保守装置の要部詳細図である。従来のトンネル掘削機の概略図である。

符号の説明

１掘削機本体、２バルクヘッド、３軸受、４カッタヘッド、５回転軸、６カッタビット、６Ａローラカッタ、７チャンバー、８スクリューコンベヤ、９駆動モータ、１０チャンバー点検・保守装置、１１ゲート、１２固定外筒、１３土砂シール、１４可動内筒、１５ジャッキ、１６マニピュレータ、１７取付板、１８照明及びズーム付きの点検用カメラ、１９レンズ洗浄用高圧水ノズル、２０圧密土砂洗浄用高圧水ノズル、２１カッタビット用スケール、２２ローラカッタ用スケール。

Claims

筒状をなす掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドとの間に、掘削土砂を集積するためのチャンバーを画成してなるトンネル掘削機において、前記バルクヘッドの後面側に位置してチャンバー点検・保守装置を設けると共に、該チャンバー点検・保守装置は、バルクヘッドに設けたゲートに開閉される装置本体内にマニピュレータを、前記ゲートの開時にはチャンバー内への進出が可能に格納すると共に、前記マニピュレータの先端部に点検用カメラと洗浄用高圧水ノズルとを取り付けてなることを特徴とするトンネル掘削機のチャンバー点検・保守装置。
前記洗浄用高圧水ノズルは、前記点検用カメラのレンズ洗浄用高圧水ノズルと圧密土砂を除去・洗浄するための圧密土砂洗浄用高圧水ノズルとからなることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削機のチャンバー点検・保守装置。
前記マニピュレータの先端部に、カッタヘッドに取り付けたカッタの摩耗量を計測するためのスケールを付設してなることを特徴とする請求項１又は２記載のトンネル掘削機のチャンバー点検・保守装置。
筒状をなす掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドとの間に、掘削土砂を集積するためのチャンバーを画成してなるトンネル掘削機において、前記バルクヘッドの後面側から同バルクヘッドに設けたゲートの開時にマニピュレータをチャンバー内へ進出させ、このマニピュレータの先端部に取り付けた点検用カメラで目標位置を確認しながらマニピュレータの先端部を目標位置に移動させた後、マニピュレータの先端部に取り付けた洗浄用高圧水ノズルから高圧水を目標物周辺に向け噴射させて目標物周辺を洗浄することを特徴とするトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法。
前記目標物周辺の洗浄後に、点検用カメラで目標物の点検・保守を行なうことを特徴とする請求項４記載のトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法。
前記目標物周辺の洗浄後に、点検用カメラのレンズに向けて洗浄用高圧水ノズルから高圧水を噴射してレンズの洗浄を行なうことを特徴とする請求項４又は５記載のトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法。
前記点検用カメラをカッタヘッドに取り付けた計測１箇所のカッタに対しマニピュレータにより平行移動させて複数枚の写真を撮影し、各々の画像の重なりより３次元画像を形成し、該３次元画像によりカッタの摩耗量を計測することを特徴とする請求項４，５又は６記載のトンネル掘削機のチャンバー点検・保守方法。
前記請求項１乃至３のいずれかに記載したチャンバー点検・保守装置を備えたトンネル掘削機であって、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に固定されて内部への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッドの前方に装着されて回転駆動により前方の切羽を掘削するカッタヘッドと、前記バルクヘッドとカッタヘッドとの間に画成されて掘削土砂を集積するチャンバーとを備えると共に、前記バルクヘッドの後面側に前記チャンバー点検・保守装置を備えてなることを特徴とするトンネル掘削機。