JP2007077736A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な自由度を有し、例えばＤ型等の特殊な形状のセグメントでも容易に組み立てることができるエレクタ装置を備えたトンネル掘削機を提供する。
【解決手段】 筒状の掘削機本体１と、前記掘削機本体を前進させるシールドジャッキ２２と、前記掘削機本体の前部に回転可能に支持されたカッタヘッド１０と、前記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータ１３と、前記掘削機本体のテール内でセグメントＳを組み立てるエレクタ装置２４と、を備えたトンネル掘削機において、前記エレクタ装置は、掘削機本体に対し、少なくともトンネルの掘進方向に延びる第１旋回軸イと該第１旋回軸とはトンネルの径方向にずれた第２旋回軸ロを中心に旋回可能なグリップ装置３６を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、非円形セグメントを組み立てるのに好適なエレクタ装置を備えたトンネル掘削機に関するものである。

一般的なシールド掘削機は、筒状の掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着されると共に、この掘削機本体の後部にシールドジャッキ及びエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを駆動モータによって旋回させながら、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、エレクタ装置によってこの掘削形成されたトンネルの内壁面にセグメントを組付けてトンネルを構築することができる。

ところで、近年では、道路トンネルのランプ部において、本機シールド坑に分岐シールド坑を省スペースで合流させるために、本機シールド坑を通常断面（円形）から新断面（非円形：例えばＤ型）に変更（縮幅）する工法が種々開発されている。

このような工法に用いられるトンネル掘削機においては、エレクタ装置により例えばＤ型等の特殊な形状のセグメントをテール内で組み立てる必要がある。

特開２０００−２６５７９５号公報

しかしながら、従来のエレクタ装置は、特許文献１に開示されているように、エレクタ装置自体が旋回可能になっていると共に、グリップ装置がトンネルの長手方向にスライド自在で、かつグリップ装置がトンネルの径方向に移動可能になっているだけで、自由度が足りなく小回りがきかないことから、例えばＤ型等の特殊な形状のセグメントを、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等が通り動作範囲が規制される狭いテール内で、組み立てるのには非常に困難があった。

本発明は、十分な自由度を有し、例えばＤ型等の特殊な形状のセグメントでも容易に組み立てることができるエレクタ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。

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、前記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回転可能に支持されたカッタヘッドと、前記カッタヘッドを回転駆動する駆動手段と、前記掘削機本体のテール内でセグメントを組み立てるエレクタ装置と、を備えたトンネル掘削機において、
前記エレクタ装置は、掘削機本体に対し、少なくともトンネルの掘進方向に延びる第１旋回軸と該第１旋回軸とはトンネルの径方向にずれた第２旋回軸を中心に旋回可能なグリップ装置を有することを特徴とする。

また、前記グリップ装置は、トンネルの径方向に延びるヨーイング軸を中心に所定のヨーイング角度で揺動可能であることを特徴とする。

また、前記グリップ装置は、掘削機本体の左右方向にスライド可能であることを特徴とする。

また、前記グリップ装置は、トンネルの径方向に伸縮可能であることを特徴とする。

また、前記グリップ装置は、トンネルの掘進方向にスライド可能であることを特徴とする。

本発明のトンネル掘削機によれば、十分な自由度を有したエレクタ装置により、例えばＤ型等の特殊な形状のセグメントでも容易に組み立てることができ、施工性の向上が図れる。

以下、本発明に係る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は本発明の一実施例を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図２はエレクタ装置の拡大側面図、図３はエレクタ装置の拡大背面図、図４はグリップヨーイング角度の説明図、図５はＤ型セグメントの説明図、図６はセグメントピースＣ１の組立手順図、図７はセグメントピースＣ１の組立手順図、図８はセグメントピースＤ１の組立手順図、図９はセグメントピースＤ１の組立手順図、図１０はセグメントピースＰ１の組立手順図、図１１はセグメントピースＰ１の組立手順図、図１２はセグメントピースＤ３の組立手順図、図１３はセグメントピースＤ３の組立手順図、図１４はセグメントピースＫ１の組立手順図、図１５はセグメントピースＫ１の組立手順図である。

本実施例で説明するトンネル掘削機は、切羽及びチャンバ内に泥水を供給し、泥水圧で土圧及び水圧に対向しながら掘削土砂を泥水と共に排泥することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥水式シールド掘削機である。

この泥水式シールド掘削機において、図１に示すように、円筒状に形成された掘削機本体１の前部にはカッタヘッド１０が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１０の前面には多数のカッタビット１１が固定されている。そして、カッタヘッド１０の後部にはリングギヤ１２が固定される一方、掘削機本体１には駆動モータ（駆動手段）１３が取付けられ、この駆動モータ１３の駆動ギヤ１４が前記リングギヤ１２に噛み合っている。

従って、駆動モータ１３を駆動して駆動ギヤ１４を回転駆動すると、リングギヤ１２を介してカッタヘッド１０を回転することができる。

掘削機本体１にはカッタヘッド１０の後方に位置してバルクヘッド１５が取り付けられており、カッタヘッド１０とこのバルクヘッド１５との間にチャンバ１６が形成されている。そして、このチャンバ１６には一端が泥水式シールド掘削機の外部に延設された送泥管１７及び排泥管１８の他端が開口しており、排泥管１８の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合する図示しないアジテータが設置されている。なお、カッタヘッド１０の外周部にはコピーカッタ２０が設けられる。

掘削機本体１の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）２２が並設されており、このシールドジャッキ２２が掘進方向後方に伸長して既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１即ち、泥水式シールド掘削機全体を前進することができる。

そして、掘削機本体１の後部には、左右一対の縦梁２３を介して、同一構成の上下二つのエレクタ装置２４が装着されている。図面上では、下方のエレクタ装置２４のみを示している。このエレクタ装置２４は、シールドジャッキ２２によって前進した掘削機本体１と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳ（後述するセグメントピースＡ１〜Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１〜Ｄ４，Ｐ１，Ｐ２，Ｋ１）を装着してリング状に組み付けることができる。尚、図１中２５は止水用のテールパッキンである。

また、エレクタ装置２４は、図２及び図３に示すように、掘削機本体１に横（左右）移動可能に組み付けられた第１スライド体３０と、この第１スライド体３０に垂直面内で旋回可能に組み付けられた第１旋回体３１と、この第１旋回体３１に昇降（掘削機本体１の径方向移動）可能に組み付けられた第１昇降体３２と、この第１昇降体３２に垂直面内で旋回可能に組み付けられた第２旋回体３３と、この第２旋回体３３に昇降（トンネルの径方向に伸縮）可能に組み付けられた第２昇降体３４と、この第２昇降体３４に前後（トンネルの掘進方向）移動可能に組み付けられた第２スライド体３５と、この第２スライド体３５にヨーイング（揺動）可能に組み付けられたグリップ装置３６と、を主要部材としている。

第１スライド体３０は、左右一対の縦梁２３間に横架された上下一対のスライドガイド４０上をリニアガイド４１により横移動可能になっており、同第１スライド体３０側に取り付けられた上下一対の横移動油圧モータ４２のピニオン４３と、スライドガイド４０側に敷設されたラック４４との噛み合いで横移動するようになっている。

第１旋回体３１は、第１スライド体３０側に取り付けられた複数の第１旋回油圧モータ４５のギヤ４６に、同第１旋回体３１側に取り付けられた第１旋回ベアリング４７が噛み合うことで、トンネルの掘進方向に延びる第１旋回軸イを中心に旋回可能になっている。

第１昇降体３２は、第１旋回体３１に下向きに取り付けられた左右一対の第１昇降ジャッキ４８の伸縮により、左右一対のガイドロッド４９に案内されて昇降（トンネルの径方向に伸縮）可能になっている。

第２旋回体３３は、第１昇降体３２側に取り付けられた複数の第２旋回油圧モータ５０のギヤ５１に、同第２旋回体３３側に取り付けられた第２旋回ベアリング５２が噛み合うことで、前記第１旋回軸イとはトンネルの径方向にずれた第２旋回軸ロを中心に旋回可能になっている。

第２昇降体３４は、図示しない昇降駆動手段により、リニアガイド５３を介して昇降（トンネルの径方向に伸縮）可能になっている。

第２スライド体３５は、同第２スライド体３５に前向きに取り付けられた左右一対のスライドジャッキ５４の伸縮により、左右一対のガイドロッド５５に案内されて前後（トンネルの掘進方向）移動可能になっている。

グリップ装置３６は、第２スライド体３５と一体の支持内筒５６の外周に、上下一対のベアリング５７を介して、支持外筒５８が揺動自在に嵌合している。支持外筒５８の上端にはギヤボックス５９が固設され、このギヤボックス５９内に位置して、支持内筒５６の上端に嵌着されたギヤ６０に噛合する左右一対のギヤ６１が、ギヤボックス５９の上面に下向きに取り付けられた左右一対のヨーイング油圧モータ６２の出力軸上にそれぞれ固設されている。支持外筒５８の下端には、前後一対のブラケット６３が垂設され、このブラケット６３には、セグメント（ピース）Ｓの吊り金具６４に係脱自在な把持ピン６５と、この把持ピン６５を係脱させる把持ジャッキ６６とが組み付けられる。また、支持外筒５８の下部には、前記ブラケット６３の左，右両部に位置して、サポートジャッキ６７が付設され、サポートピース６８をセグメント（ピース）Ｓに押し当てることで、セグメント（ピース）Ｓを安定して把持し得るようになっている。

従って、グリップ装置３６においては、左右一対のヨーイング油圧モータ６２が同一方向に同期して回転駆動されることで、支持外筒５８とギヤボックス５９とが所定方向に一体的に揺動し、支持外筒５８に付設されたブラケット６３及びサポートジャッキ６７が、例えば図４に示すグリップヨーイング角度（範囲）で、トンネルの径方向に延びるヨーイング軸ハを中心にヨーイング可能となる。

このように構成されるため、カッタヘッド１０を回転させながら既設のセグメントＳに反力をとってシールドジャッキ２２を伸長させると、掘削機本体１が前進し、切羽が掘削される。

この際、切羽及びチャンバ１６内には送泥管１７より泥水が供給され、アジテータにより掘削土砂と混合・攪拌されて排泥管１８より泥水式シールド掘削機の外部に排出される。

この後、シールドジャッキ２２を縮めることで形成された空所にエレクタ装置２４によって新しいセグメント（ピース）Ｓを装着してリング状に組み付ける。以後、これを繰り返すことで所定の長さのトンネルが構築される。

そして、泥水式シールド掘削機が道路トンネルのランプ部等におけるトンネルの縮幅位置に到達したら、エレクタ装置２４によって、例えば、図５に示すような非円形のＤ型のセグメントＳを組み立てることになる。

Ｄ型のセグメントＳは、種々の形状のセグメントピースＡ１〜Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１〜Ｄ４，Ｐ１，Ｐ２，Ｋ１がＤ型状に組み立てられてなり、その組立順序は、例えば、Ｃ１→Ａ１→Ａ３→Ｂ２→Ｄ１→Ｐ１→Ｄ３と最初に下半部のセグメントピースが組み立てられ、次に、同様にしてＣ２→Ａ２→Ａ４→Ｂ１→Ｄ２→Ｐ２→Ｄ４と上半部のセグメントピースが組み立てられた後、最後にキーとなるセグメントピースである逆テーパのＫ１が組み立てられる。

ここで、半円形に組み立てられるＡ１〜Ａ４，Ｂ１，Ｂ２のセグメントピースは、エレクタ装置２４において複雑な動作（多くの自由度）は必要とせず、従来のエレクタ装置によっても容易に組み立てられるので、その組立手順の説明は省略する。一方、複雑な動作（多くの自由度）を必要するＣ１，Ｄ１，Ｐ１，Ｄ３の下半部のセグメントピース及びＫ１のキーとなるセグメントピースの組立手順の一例を図６〜図１５に基づいて説明する。尚、Ｃ２，Ｄ２，Ｐ２，Ｄ４の上半部のセグメントピースの組立手順は、Ｃ１，Ｄ１，Ｐ１，Ｄ３の下半部のセグメントピースの組立手順と同様なので、これを参照してその説明は省略する。

Ｃ１のセグメントピースは、図６及び図７に示すように、先ず、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ｃ（７１ａ，７１ｂも同様である）を避けて縦長に（前後方向に長い状態で）搬送され、この状態でグリップ装置３６により把持された後、ヨーイング軸ハを中心に９０°揺動される（図６の（ａ）→図６の（ｂ）参照）。尚、図６の（ａ）では、実際には、グリップ装置３６が９０°揺動した状態であるが、作図の便宜上、初期状態のまま図示している（後述する他の図においても同様である）。

この後、第１旋回軸イを中心に時計方向に若干旋回された後、第２旋回軸ロを中心に反時計方向に若干旋回され、次いで、第１旋回軸イを中心に時計方向にさらに旋回されて略水平状態にされる（図６の（ｃ）→図６の（ｅ）参照）。

次に、図中右方向に所定距離横移動された後、第１旋回軸イを中心に時計方向にさらに旋回されて左方向へ若干上向き状態にされる（図７の（ｆ）→図７の（ｇ）参照）。

次に、二段階に亙って下方へ下げられた後、今度は図中左方向に所定距離横移動されて組立が完了される（図７の（ｈ）→図７の（ｊ）参照）。

Ｄ１のセグメントピースは、図８及び図９に示すように、先ず、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ｃを避けて縦長に（前後方向に長い状態で）搬送され、この状態で初期状態のグリップ装置３６により把持された後、ヨーイング軸ハを中心に９０°揺動される（図８の（ａ）→図８の（ｂ）参照）。

この後、第１旋回軸イを中心に時計方向に所定角度旋回された後、図中右方向に若干横移動される（図８の（ｃ）→図８の（ｄ）参照）。

次に、第２旋回軸ロを中心に時計方向に９０°旋回された後、下方へ下げられ（図９の（ｅ）→図９の（ｆ）参照）、次いで左斜め上方へ伸ばされて組立が完了される（図９の（ｆ）→図９の（ｇ）参照）。

Ｐ１のセグメントピースは、図１０及び図１１に示すように、先ず、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ｃを避けて縦長に搬送され、この状態で初期状態のグリップ装置３６により把持された後、ヨーイング軸ハを中心に９０°揺動される（図１０の（ａ）→図１０の（ｂ）参照）。

この後、第１旋回軸イを中心に時計方向に若干旋回された後、図中右方向に所定距離横移動され、次いで、第２旋回軸ロを中心に時計方向に所定角度旋回される（図１０の（ｃ）→図１０の（ｅ）参照）。

次に、若干下方へ下げられた後、第２旋回軸ロを中心に時計方向にさらに旋回されて垂直状態にされる（図１１の（ｆ）→図１１の（ｇ）参照）。

次に、図中左方へ若干伸ばされた後、斜め下方へ下げられて組立が完了される（図１１の（ｈ）→図１１の（ｉ）参照）。

Ｄ３のセグメントピースは、図１２及び図１３に示すように、先ず、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ｃを避けて縦長に（前後方向に長い状態で）搬送され、この状態で初期状態からくの字状に変化されたグリップ装置３６により把持された後、第２旋回軸ロを中心に時計方向に若干旋回され、次いで、右斜め上方へ持ち上げられる（図１２の（ａ）→図１２の（ｃ）参照）。

この後、第１旋回軸イを中心に時計方向に所定角度旋回された後、第２旋回軸ロを中心に時計方向に所定角度旋回されて垂直状態にされる（図１２の（ｄ）→図１２の（ｅ）参照）。

次に、ヨーイング軸ハを中心に９０°揺動された後、左斜め下方へ下げられ（図１３の（ｆ）→図１３の（ｇ）参照）、次いで、図中左方へ伸ばされて組立が完了される（図１３の（ｇ）→図１３の（ｈ）参照）。

Ｋ１のセグメントピースは、図１４及び図１５に示すように、先ず、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ｃを避けて縦長に（前後方向に長い状態で）搬送され、この状態で初期状態のグリップ装置３６により把持された後、第１旋回軸イを中心に時計方向に左斜め上方まで大きく旋回されつつ、最大限図中右方に横移動される（図１４の（ａ）→図１５の（ｆ）参照）。

この後、ヨーイング軸ハを中心に９０°揺動された後、左斜め上方へ若干伸ばされる（図１５の（ｇ）→図１５の（ｈ）参照）。次いで、第２旋回軸ロを中心に反時計方向に旋回されて垂直状態にされた後、図中左方へ伸ばされて組立が完了される（図１５の（ｉ）→図１５の（ｊ）参照）。

このようにして、本実施例では、グリップ装置３６は、第１旋回軸イと第２旋回軸ロを中心に旋回可能であると共にヨーイング軸ハを中心に所定のヨーイング角度で揺動可能であり、かつ二段階に亙る昇降（トンネルの径方向に伸縮）とトンネルの前後及び左右方向へのスライドが可能であるので、十分な自由度により、送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース７１ａ，７１ｂ、７１ｃとの干渉を効果的に回避して、複雑な形状のＤ型のセグメントＳを容易に組み立てられる。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上下二つ設けたエレクタ装置に代えて、一つのエレクタ装置を上下動可能に設けてもよい。また、各種モータやジャッキは、現在取り付けられている部材に対応する部材側に取合関係を逆にして取り付けても良い。また、各種油圧モータやジャッキは他の駆動手段に変更しても良い。また、昇降手段は一つでも良い。さらに、本発明は、泥水式シールド掘削機を用いる例を示したが、土圧式シールド掘削機を用いて良い。

本発明の一実施例を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。 エレクタ装置の拡大側面図である。 エレクタ装置の拡大背面図である。 グリップヨーイング角度の説明図である。 Ｄ型セグメントの説明図である。 セグメントピースＣ１の組立手順図である。 セグメントピースＣ１の組立手順図である。 セグメントピースＤ１の組立手順図である。 セグメントピースＤ１の組立手順図である。 セグメントピースＰ１の組立手順図である。 セグメントピースＰ１の組立手順図である。 セグメントピースＤ３の組立手順図である。 セグメントピースＤ３の組立手順図である。 セグメントピースＫ１の組立手順図である。 セグメントピースＫ１の組立手順図である。

符号の説明

１ 掘削機本体
１０ カッタヘッド
１１ カッタビット
１２ リングギヤ
１３ 駆動モータ
１４ 駆動ギヤ
１５ バルクヘッド
１６ チャンバ
１７ 送泥管
１８ 排泥管
２０ コピーカッタ
２２ シールドジャッキ
２３ 縦梁
２４ エレクタ装置
２５ テールパッキン
３０ 第１スライド体
３１ 第１旋回体
３２ 第１昇降体
３３ 第２旋回体
３４ 第２昇降体
３５ 第２スライド体
３６ グリップ装置
４０ スライドガイド
４１ リニアガイド
４２ 横移動油圧モータ
４３ ピニオン
４４ ラック
４５第１旋回油圧モータ
４６ ギヤ
４７ 第１旋回ベアリング
４８ 第１昇降ジャッキ
４９ ガイドロッド
５０ 第２旋回油圧モータ
５１ ギヤ
５２ 第２旋回ベアリング
５３ リニアガイド
５４ スライドジャッキ
５５ ガイドロッド
５６ 支持内筒
５７ 上下一対のベアリング
５８ 支持外筒
５９ ギヤボックス
６０ ギヤ
６１ 左右一対のギヤ
６２ 左右一対のヨーイング油圧モータ
６３ 前後一対のブラケット
６４ 吊り金具
６５ 把持ピン
６６ 把持ジャッキ
６７ サポートジャッキ
６８ サポートピース
７１ａ〜７１ｃ 送，排泥管やパワーユニット用ケーブル等の設置スペース
Ｓ セグメント
イ 第１旋回軸
ロ 第２旋回軸
ハ ヨーイング軸

Claims (5)

1. 筒状の掘削機本体と、前記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回転可能に支持されたカッタヘッドと、前記カッタヘッドを回転駆動する駆動手段と、前記掘削機本体のテール内でセグメントを組み立てるエレクタ装置と、を備えたトンネル掘削機において、
   前記エレクタ装置は、掘削機本体に対し、少なくともトンネルの掘進方向に延びる第１旋回軸と該第１旋回軸とはトンネルの径方向にずれた第２旋回軸を中心に旋回可能なグリップ装置を有することを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記グリップ装置は、トンネルの径方向に延びるヨーイング軸を中心に所定のヨーイング角度で揺動可能であることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記グリップ装置は、掘削機本体の左右方向にスライド可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記グリップ装置は、トンネルの径方向に伸縮可能であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のトンネル掘削機。
5. 前記グリップ装置は、トンネルの掘進方向にスライド可能であることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載のトンネル掘削機。

Images