JP2015161139A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバと掘削機本体内とを連通する流路を有するロータリジョイントのメンテナンス等を容易に行うことができるようにする。
【解決手段】円筒形状のスキンプレート１０と、前記スキンプレート１０の前方部に設けられるカッタヘッド１１と、前記カッタヘッド１１の後方に位置して前記スキンプレート１０に設けられるバルクヘッド１５とを備えたトンネル掘削機１において、前記スキンプレート１０の内周側における前記バルクヘッド１５よりも前方のチャンバ１０ａと、前記バルクヘッド１５よりも後方の本体内空間１０ｂとを連通する連通流路５１と、前記連通流路５１と交差する挿通孔６０と、前記挿通孔６０内を移動可能に設けられて先端部７１ａが前記連通流路５１と交差する位置まで到達可能な棒状のピストン部材７１と、前記ピストン部材７１の前記先端部７１ａに取り付けられる弾性部材７２とを有する連通流路封止手段７０とを備えて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル掘削機に関する。

トンネル掘削機は、円筒形状を成す掘削機本体（スキンプレート）の前方部に円盤形状を成すカッタヘッドがカッタ駆動装置により駆動回転可能に支持されると共に、掘削機本体の後方部に当該掘削機本体を前進させる複数の推進ジャッキと既設トンネルの内壁面（地山の周壁）にセグメントを組み付けるエレクタ装置とが装着されて成る。推進ジャッキを伸長させて既設のセグメントに押し当てることにより、セグメントからの反力を得て掘削機本体を前進させることができると共に、カッタ駆動装置を駆動させてカッタヘッドを回転させることにより、前方の地盤を掘削することができる。

また、カッタヘッドの後方にはバルクヘッドが備えられ、カッタヘッドとバルクヘッドとの間にチャンバが形成される。カッタヘッドによって掘削した土砂は、チャンバ内に前端部が開口して設けられるスクリューコンベアによって後方へ搬送され、スクリューコンベアの後端部からベルトコンベア等によって排出される。

例えば、トンネル掘削機の一つである泥土圧式シールド掘削機においては、チャンバ内に加泥剤を注入することによって、チャンバ内の圧力を保つと共に、掘削した土砂を排出するようにしている。このようなチャンバ内への加泥剤の注入等は、ロータリジョイント（回転式管継手）を介装して行っている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−３１４１９０号公報

しかし、ロータリジョイントにおける加泥剤を供給するための加泥剤供給流路はチャンバと連通しているため、ロータリジョイントを解体するとチャンバ内の土砂や地山の水等が当該加泥剤供給流路を逆流して掘削機本体内に浸入する虞があり、ロータリジョイントのメンテナンス等を行うことができなかった。なお、ロータリジョイントが故障した場合には、例えば、地山に薬液注入するなどの地盤改良を施した後にロータリジョイントを解体するなどの手間の掛かる作業を要していた。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、トンネル掘削機において、チャンバと掘削機本体内とを連通する流路を有するロータリジョイントのメンテナンス等を容易に行うことができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係るトンネル掘削機は、円筒形状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前方部に設けられるカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に位置して前記スキンプレートに設けられるバルクヘッドとを備えたトンネル掘削機において、前記スキンプレートの内周側における前記バルクヘッドよりも前方のチャンバと、前記バルクヘッドよりも後方の本体内空間とを連通する連通流路と、前記連通流路と交差する挿通孔と、前記挿通孔内を移動可能に設けられて先端部が前記連通流路と交差する位置まで到達可能な棒状のピストン部材と、前記ピストン部材の前記先端部に取り付けられる弾性部材とを有する連通流路封止手段とを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記カッタヘッドと同軸心状に設けられて前記スキンプレートに支持される固定部と、前記固定部に回転可能に支持されて前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転部とから成るロータリジョイントを備え、前記連通流路の一部が、前記回転部に形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係るトンネル掘削機は、第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記ロータリジョイントの前記回転部と着脱可能に連結され、前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転体を備え、前記挿通孔が、前記回転体に形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第四の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第三のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記弾性部材に中空部を形成したことを特徴とする。

上記課題を解決する第五の発明に係るトンネル掘削機は、第四の発明に係るトンネル掘削機において、前記中空部に流体を供給する流体供給手段を備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第六の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第五のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記挿通孔に弁手段を備え、前記弁手段が、弁閉時には当該挿通孔を遮断し、弁開時には前記ピストン部材を挿通可能とすることを特徴とする。

第一の発明に係るトンネル掘削機によれば、円筒形状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前方部に設けられるカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に位置して前記スキンプレートに設けられるバルクヘッドとを備えたトンネル掘削機において、前記スキンプレートの内周側における前記バルクヘッドよりも前方のチャンバと、前記バルクヘッドよりも後方の本体内空間とを連通する連通流路と、前記連通流路と交差する挿通孔と、前記挿通孔内を移動可能に設けられて先端部が前記連通流路と交差する位置まで到達可能な棒状のピストン部材と、前記ピストン部材の前記先端部に取り付けられる弾性部材とを有する連通流路封止手段とを備えたことにより、チャンバと本体内空間とを連通する連通流路を封止することができるので、チャンバ内の土砂や地山の水等の本体内空間への浸入を防ぐことができる。よって、チャンバと本体内空間とを連通する流路を有する部材等のメンテナンスを行うことができる。

第二の発明に係るトンネル掘削機によれば、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記カッタヘッドと同軸心状に設けられて前記スキンプレートに支持される固定部と、前記固定部に回転可能に支持されて前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転部とから成るロータリジョイントを備え、前記連通流路の一部が、前記回転部に形成されるものであることにより、ロータリジョイントをチャンバと連通しない状態にすることができるので、ロータリジョイントのメンテナンス等を行うことができる。

第三の発明に係るトンネル掘削機によれば、第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記ロータリジョイントの前記回転部と着脱可能に連結され、前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転体を備え、前記挿通孔が、前記回転体に形成されるものであることにより、ロータリジョイントの回転部と着脱可能な回転体において連通流路を封止することができるので、ロータリジョイントを取り外してメンテナンス等を行うことができる。

第四の発明に係るトンネル掘削機によれば、第一から第三のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記弾性部材に中空部を形成したことにより、弾性部材の変形量を大きくすることができるので、連通流路をより確実に封止することができる。

第五の発明に係るトンネル掘削機によれば、第四の発明に係るトンネル掘削機において、前記中空部に流体を供給する流体供給手段を備えたことにより、弾性部材を膨張させることができるので、連通流路をより確実に封止することができる。

第六の発明に係るトンネル掘削機によれば、第一から第五のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記挿通孔に弁手段を備え、前記弁手段が、弁閉時には当該挿通孔を遮断し、弁開時には前記ピストン部材を挿通可能とすることにより、弁閉時には弁手段によって挿通孔が遮断されているので、連通流路封止手段における弾性部材の劣化を抑えることができる。

実施例１に係るトンネル掘削機における流路封止手段を示す説明図である。 実施例１に係るトンネル掘削機を示す説明図である。 実施例１に係るトンネル掘削機におけるロータリジョイント近傍を示す部分縦断面図である。 実施例１に係るトンネル掘削機における流路封止手段近傍を示す横断面図である。 実施例１に係るトンネル掘削機における流路封止手段の変更例を示す説明である。

以下に、本発明に係るトンネル掘削機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の構造について、図１から図５を参照して説明する。

図２に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体としての円筒形状を成すスキンプレート（掘削機本体）１０と、スキンプレート１０の前方部（図２における左方側）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図２における右方側）に設けられる推進ジャッキ（推進手段）１２およびエレクタ装置１３とから構成されている。

カッタヘッド１１は、図示しないリングギヤ等のギヤ機構を介して、その後方に設けられるカッタ駆動モータ１４と連結され、カッタ駆動モータ１４を駆動することにより、ギヤ機構を介してカッタヘッド１１を回転させることができる。

また、スキンプレート１０には、カッタヘッド１１の後方に位置してバルクヘッド１５が取り付けられ、カッタヘッド１１とバルクヘッド１５との間にチャンバ１０ａが形成されている。つまり、バルクヘッド１５によってチャンバ１０ａと掘削機本体内の空間（本体内空間）１０ｂとが隔てられている。なお、カッタヘッド１１、カッタ駆動モータ１４および図示しないギヤ機構は、バルクヘッド１５を介してスキンプレート１０に支持されている。

カッタヘッド１１を駆動回転させて前方の地山を掘削した土砂は、チャンバ１０ａ内に前端部が開口して設けられるスクリューコンベア１６によって後方へ搬送され、スクリューコンベア１６の後端部から図示しないベルトコンベア等によって排出される。

図３に示すように、カッタヘッド１１には、その回転中心部から後方側（図３における右方側）へ延出する回転軸部（回転体）２０が設けられている。バルクヘッド１５には、回転軸部２０の外径と略同径の内径を有する貫通穴１５ａが形成され、回転軸部２０は、バルクヘッド１５を貫通して設けられている。なお、バルクヘッド１５と回転軸部２０との間にはシール部材３０が設けられ、チャンバ１０ａと本体内空間１０ｂとは隔離された状態である。

回転軸部２０の後端（図３における右方端）には、第一の接続ブロック（回転体）２１を介して後述する流路封止機構を備えた中間軸部（回転体）２２が連結され、中間軸部２２の後端には、第二の接続ブロック（回転体）２３を介してロータリジョイント（回転式管継手）４０が連結されている。

ロータリジョイント４０は、略円筒形状のアウトサイドボディ（固定部）４１と、当該アウトサイドボディ４１の内周側に係合して回転自在の略円柱形状のインサイドボディ（回転部）４２とを備えている。

アウトサイドボディ４１は、図示しないブラケットを介してバルクヘッド１５（固定側）に支持され、軸方向および周方向の動き（移動）が制限されている。つまり、アウトサイドボディ４１は、インサイドボディ４２の回転を許容しつつ掘削機本体側（固定側）に支持されている。

一方、インサイドボディ４２は、回転軸部２０、第一の接続ブロック２１、中間軸部２２、第二の接続ブロック２３を介してカッタヘッド１１に連結されている。つまり、回転軸部２０、第一の接続ブロック２１、中間軸部２２、第二の接続ブロック２３、インサイドボディ４２は、それぞれボルト（機械的締結手段）によってカッタヘッド１１と同軸心状に連結され、カッタヘッド１１と共に駆動回転される。

アウトサイドボディ４１には、加泥剤をロータリジョイント４０内に取り入れるための開口部４１ａが形成され、当該開口部４１ａには加泥剤を供給するための図示しない加泥剤供給装置と連通する加泥剤供給管５０が連結されている。また、アウトサイドボディ４１には、開口部４１ａに対応する位置（軸方向の位置を同じくする位置）の全周に亘って、内周面に開口する凹状の溝４１ｂが形成されている。

インサイドボディ４２には、軸方向前端面（図３における左方側端面）およびアウトサイドボディ４１に形成された溝４１ｂに対応する外周面に開口する連通孔（連通流路）４２ａが形成されている。この連通孔４２ａは、図示しない加泥剤供給装置から供給される加泥剤をチャンバ１０ａ内へ送るための加泥剤供給流路（連通流路）５１の一部である。

また、第二の接続ブロック２３、中間軸部２２、第一の接続ブロック２１および回転軸部２０には、インサイドボディ４２における連通孔４２ａと互いに連通する連通孔（連通流路）２３ａ，２２ａ，２１ａ，２０ａが設けられている。つまり、インサイドボディ４２、第二の接続ブロック２３、中間軸部２２、第一の接続ブロック２１および回転軸部２０に設けた連通孔４２ａ，２３ａ，２２ａ，２１ａ，２０ａによって、加泥剤供給流路５１が形成されている。

よって、図示しない加泥剤供給装置から供給される加泥剤は、加泥剤供給管５０から、ロータリジョイント４０におけるアウトサイドボディ４１に供給され、更に、ロータリジョイント４０におけるインサイドボディ４２、第二の接続ブロック２３、中間軸部２２、第一の接続ブロック２１、回転軸部２０を介して、カッタヘッド１１の前方（チャンバ１０ａ）に供給されるようになっている。

なお、図３においては、図を明瞭にするために、ロータリジョイント４０等におけるチャンバ１０ａ内への加泥剤の供給やコピーカッタ等への作動油の供給などを行うための多数の流路の図示を省略し、一本の加泥剤供給流路（連通流路）５１のみを示している。

図１に示すように、中間軸部２２には、加泥剤供給流路５１の流路封止手段として、加泥剤供給流路５１と交差する挿通孔６０を備えると共に、挿通孔６０内を移動可能に設けられて先端部７１ａが加泥剤供給流路５１と交差する位置まで到達可能な棒状の挿通棒（ピストン部材）７１と、挿通棒７１の先端部７１ａに取り付けられる弾性部材７２とを有する流路封止装置（連通流路封止手段）７０を備えている。

つまり、流路封止装置７０は、挿通孔６０に挿通棒７１を挿入し、その先端部７１ａに設けられた弾性部材７２によって加泥剤供給流路５１を封止するものである。これにより、チャンバ１０ａにおける加泥剤等が、加泥剤供給流路５１を逆流し、ロータリジョイント４０および挿通孔６０を介して、本体内空間１０ｂへ浸入することを防ぐことができる。なお、本実施例においては、加泥剤供給流路５１を確実に封止することができるように、挿通孔６０を加泥剤供給流路５１と略同径に形成すると共に、弾性部材７２を、挿通孔６０と交差する加泥剤供給流路５１（連通孔２２ａ）に対応した形状に形成している。つまり、弾性部材７２は、挿通孔６０の内面に対応する形状、すなわち、挿通孔６０の内径と略同径の外径で挿通孔６０の軸方向に沿う形状の円柱部と、加泥剤供給流路５１の内面に対応する形状、すなわち、円柱部の先端に形成される加泥剤供給流路５１の内径と略同径の外径の半球部とから成る。

また、本発明における弾性部材は、本実施例の図１に示すように、中実の弾性部材７２に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、弾性部材１７２に中空部１７２ａを設けると共に、挿通棒１７１に流路１７１ｂを設けることにより、流体供給手段１７８によって挿通棒１７１の流路１７１ｂを介して空気等の流体を弾性部材１７２の中空部１７２ａに送り込むことができる。これによれば、弾性部材１７２が中空部１７２ａに送り込まれる流体によって膨張し、加泥剤供給流路５１をより確実に封止することができる。

更に、流路封止装置７０は、図示しないブラケットを介してバルクヘッド１５に支持される支持プレート７３と、支持プレート７３に固定されてねじ切り加工が施されたガイド棒７４と、ガイド棒７４と係合してガイド棒７４に沿って移動可能な移動プレート７５と、ガイド棒７４と螺合して図示しない駆動回転手段によって回転されることでガイド棒７４に沿って移動するナット７６とを備えている。

また、支持プレート７３には挿通棒７１を挿通可能な挿通孔７３ａが設けられ、移動プレート７５には挿通棒７１の一端が連結され、移動プレート７５の上下に隣接するようにナット７６が配置されている。このような構成により、図示しない駆動回転手段によってナット７６を回転させると、ナット７６と共に移動プレート７５および移動プレート７５に連結された挿通棒７１をガイド棒７４に沿って移動させることができる。もちろん、油圧ジャッキやモータ等の駆動手段を利用して、挿通棒７１を挿通孔６０内で移動させるようにしても良い。

また、図１に示すように、中間軸部２２の挿入孔（挿通孔）６０には、ボールバルブ（弁手段）７７を備えている。ボールバルブ７７は、弁閉時には挿通孔６０を遮断して加泥剤供給流路５１から加泥剤等が流出するのを防止し、弁開時には挿通棒７１を挿通可能とするものである。よって、ボールバルブ７７の弁開口部７７ａは、挿入孔６０と同軸心状であり、挿通棒７１を挿通することができる程度の内径を有している。

もちろん、本発明における弁手段は、本実施例におけるボールバルブ７７に限定されず、弁閉時には挿通孔（挿入孔６０）を遮断し、弁開時にはピストン部材（挿通棒７１）を挿通可能とするものであれば良く、本発明における弁手段として、コック弁など種々のバルブを採用することができる。

本実施例においては、挿入孔６０を加泥剤供給流路５１と直交して設けているが、本発明における挿通孔はこれに限定されず、本発明における挿通孔としては、角度によらず連通流路と交差してピストン部材（挿通棒７１）を挿入することができるものであれば良い。

多数の流路に対して、それぞれ流路封止装置７０を設ける場合には、図４に示すように、多数の流路封止装置７０を中間軸部２２の周方向に間隔を空けて放射状に配設することにより、設置スペースを確保することができる。また、流路封止装置７０を周方向にずらして配設するだけでなく、中間軸部２２の軸方向に間隔を空けて配設することにより設置スペースを確保するようにしても良く、中間軸部２２の軸方向に対する流路封止装置７０の設置角度が異なるように配設することにより設置スペースを確保するようにしても良い。

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機１におけるロータリジョイント４０のメンテナンス等の動作について、図１を参照して説明する。

まず、図示しない加泥剤供給手段によるチャンバ１０ａへの加泥剤の供給を停止する。そして、ボールバルブ７７を開弁すると共に、図示しない駆動回転手段によってナット７６を回転させ、ナット７６と共に移動プレート７５および移動プレート７５に連結された挿通棒７１をガイド棒７４に沿って移動させる。

挿通棒７１の先端部７１ａに設けた弾性部材７２は、挿入孔６０と加泥剤供給流路５１（連通孔２２ａ）とが交差する位置に達する、すなわち、加泥剤供給流路５１（連通孔２２ａ）に突き当たり、僅かに弾性変形することによって、加泥剤供給流路５１は確実に封止される。つまり、チャンバ１０ａにおける加泥剤等が、加泥剤供給流路５１を逆流し、ロータリジョイント４０および挿通孔６０を介して、本体内空間１０ｂへ浸入することはない。

よって、ロータリジョイント４０のアウトサイドボディ４１をインサイドボディ４２から取り外して、ロータリジョイント４０のメンテナンス等を行うことができる。

また、本実施例においては、ロータリジョイント４０のインサイドボディ４２とは別の中間軸部２２に挿入孔６０および流路封止装置７０を備えているので、ロータリジョイント４０のインサイドボディ４２を第二の接続ブロック２３から取り外して、ロータリジョイント４０のメンテナンス等を行うことができる。

このようにして、本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、チャンバ１０ａと本体内空間１０ｂとを連通する加泥剤供給流路５１を有するロータリジョイント４０のメンテナンス等を、地山に薬液注入するなどの地盤改良を施すことなく、容易に行うことができる。

１ トンネル掘削機
１０ スキンプレート（掘削機本体）
１０ａ チャンバ
１０ｂ 掘削機本体内の空間（本体内空間）
１１ カッタヘッド
１２ 推進ジャッキ
１３ エレクタ装置
１４ カッタ駆動モータ
１５ バルクヘッド
１５ａ 貫通穴
１６ スクリューコンベア
２０ 回転軸部（回転体）
２０ａ 連通孔（連通流路）
２１ 第一の接続ブロック（回転体）
２１ａ 連通孔（連通流路）
２２ 中間軸部（回転体）
２２ａ 連通孔（連通流路）
２３ 第二の接続ブロック（回転体）
２３ａ 連通孔（連通流路）
３０ シール部材
４０ ロータリジョイント（回転式管継手）
４１ アウトサイドボディ（固定部）
４２ インサイドボディ（回転部）
４２ａ 連通孔（連通流路）
５０ 加泥剤供給管
５１ 加泥剤供給流路（連通流路）
６０ 挿入孔（挿通孔）
７０ 流路封止装置（連通流路封止手段）
７１ 挿通棒（ピストン部材）
７１ａ 先端部
７２ 弾性部材
７３ 支持プレート
７３ａ 挿通孔
７４ ガイド棒
７５ 移動プレート
７６ ナット
７７ ボールバルブ（弁手段）
７７ａ 弁開口部
１００ トンネル
Ｓ セグメント

Claims (6)

1. 円筒形状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前方部に設けられるカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に位置して前記スキンプレートに設けられるバルクヘッドとを備えたトンネル掘削機において、
   前記スキンプレートの内周側における前記バルクヘッドよりも前方のチャンバと、前記バルクヘッドよりも後方の本体内空間とを連通する連通流路と、
   前記連通流路と交差する挿通孔と、前記挿通孔内を移動可能に設けられて先端部が前記連通流路と交差する位置まで到達可能な棒状のピストン部材と、前記ピストン部材の前記先端部に取り付けられる弾性部材とを有する連通流路封止手段と
   を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記カッタヘッドと同軸心状に設けられて前記スキンプレートに支持される固定部と、前記固定部に回転可能に支持されて前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転部とから成るロータリジョイントを備え、
   前記連通流路の一部が、前記回転部に形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記ロータリジョイントの前記回転部と着脱可能に連結され、前記カッタヘッドと共に駆動回転可能な回転体を備え、
   前記挿通孔が、前記回転体に形成されるものである
   ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記弾性部材に中空部を形成した
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
5. 前記中空部に流体を供給する流体供給手段を備えた
   ことを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
6. 前記挿通孔に弁手段を備え、
   前記弁手段が、弁閉時には当該挿通孔を遮断し、弁開時には前記ピストン部材を挿通可能とする
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。

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