JP2019027131A - トンネル掘削機の異常報知装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ等の検知装置を用いることなく、掘削中にトンネル掘削機の異常を検知する。【解決手段】複数のディスクカッタ３が配置されたカッタヘッド１を備えたトンネル掘削機において、ディスクカッタ３の選択された部位に発臭源１２が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、発臭源１２が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、発臭源１２は、ディスクカッタ３の前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて発臭源１２からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、トンネル掘削機の異常報知装置及び方法に関するものである。

トンネル掘削機（ＴＢＭやシールド掘進機）は地中で活動する大型機械であり、カッタヘッドに設けたディスクカッタやカッタビット等の掘削体によって地中を掘削しながらトンネルを形成する。例えば、ＴＢＭは、機体の前部に回転自在に設けたカッタヘッド（面盤）と、カッタヘッドに回転可能に設けた複数のディスクカッタを備え、カッタヘッドを回転させながら推力をかけることで、ディスクカッタが岩盤に圧着しながら自転して、岩盤を破砕しながら切羽を掘削する。

ディスクカッタやカッタビット等の掘削体は使用によって摩耗すると掘削力が低下するため、掘削体の適切な管理・交換が必要となるが、掘削中の機械を止めて作業員が摩耗計測・異常確認等のメンテナンスを行うとすると、その分だけ掘削時間が犠牲となる。また、面盤内での人的作業は非効率であり安全性にも考慮する必要がある。

また、現場によってディスクカッタの摩耗の進行程度が異なるので、メンテナンス時期を適時に予想することは困難である。ＴＢＭによる掘削は、一般に掘削対象である岩盤や土砂を直接は観察せずに事前のボーリング調査に基づく地盤予測から運転設定を定めるのが通常である。しかし、当然サンプル調査に過ぎないボーリング調査の結果とは大きく異なる地盤状況が現れ、工事に大きな影響を及ぼすこともしばしばである。特に、地盤が想定よりも固く掘削しにくい状況では、トンネル掘削機のディスクカッタが想定以上に摩耗することが考えられる。ディスカッタの摩耗量が大きくなると、掘削効率の低下を招くことになる。また、ディスクカッタの偏摩耗が進行すると、偏摩耗状態での岩盤掘削時によってカッタヘッドやカッタハブが摩耗によって破損するおそれもある。

掘削中にディスクカッタの摩耗を検知しようとするアイデアは従来から提案されており、幾つかを例示する。特許文献１には、磁気センサを用いたディスクカッタ監視装置が記載されている。特許文献２には、ディスクカッタの回転数を検出する回転検出器を用いたディスクカッタの摩耗検出装置が記載されている。特許文献３には、近接スイッチを備えた回転検出器を用いたローラーカッター摩耗検知装置が記載されている。特許文献４には、ローラーカッターの半径方向から該ローラーカッターの刃先に向って突出又は後退可能なセンサを用いたローラーカッター摩耗検知装置が記載されている。特許文献５には、ローラーカッターの半径方向からこのローラーカッターの刃先に向って磁界を形成して距離を検出する渦電流式センサを用いたローラーカッター摩耗検知装置が記載されている。しかしながら、センサを含む検知装置のコストが課題となり、このような摩耗検知手段の実用化はあまり進んでいないのが実状である。
特開平８−２４６７９６号 特開平８−１１４０９１号 特許第３５４４１９０号 特許第３５８８０６８号 特開２００３−８２９８６号

本発明は、センサ等の検知装置を用いることなく、掘削中にトンネル掘削機の異常を検知することを目的とするものである。

本発明が採用した技術手段は、
複数の掘削体が配置されたカッタヘッドを備えたトンネル掘削機において、
前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの選択された部位に発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する摩耗状態報知手段として機能する、
トンネル掘削機の異常報知装置、である。

本発明は、構造物の摩耗・損傷という現象を、構造物から物質が漏れ出しにおいが発生するという現象に置き換えるという着想に基づくものである。
本発明に係る技術思想は、元来存在しない漏れ出す物質を敢えて対象に付加することで、対象の摩耗時ないし摩耗による損傷時に当該物質が漏れ出すことによってにおいを発生させ、センサ等の検知装置に代えて、嗅覚を用いて異常を検知するものである。
本発明は、においというアプローチが特に有効であるトンネル掘削機という閉鎖空間（切羽と周壁で囲まれている）で用いられるという特徴を生かすものであ。

本明細書では、トンネル掘削機は、ＴＢＭ、シールド掘進機を含む広い概念として用いる。
掘削体はいわばカッタであり、掘削体としては、ディスクカッタ、カッタビットが例示される。

選択された部位とは、切削体（ディスクカッタのカッタリングやカッタビット）における摩耗限界位置（最適交換時期に対応する摩耗位置）、摩耗を監視するための段階的な複数位置（例えば、交換時期に対応する摩耗位置よりも前の摩耗状態を予備的に報知する）、ディスクカッタのカッタハブやカッターヘッド（面盤）において偏摩耗の進行等により損傷する可能性がある位置が例示される。

発臭源から発するにおいは、トンネル内雰囲気のにおいと人間の嗅覚によって識別可能なにおいであり、いわば異臭である。

１つの態様では、前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに形成した穴あるいは溝内に設けられ、前記穴ないし溝の開口は密閉手段により密閉されている。
密閉手段としては、鋼球、溶接、樹脂（例えばエポキシ樹脂）の硬化、樹脂キャップ、ゴムシール、あるいはこれらの任意の組み合わせによるシールが例示される。穴ないし溝の開口が外部に面する場合には、密閉手段は、掘削現場という環境に耐え得る強度を備えることが要求され、例えば、鋼球や溶接が例示される。

１つの態様では、前記掘削体は、ディスクカッタであり、前記ディスクカッタのカッタリングには、使用前の刃先から径方向に所定量離間した位置に、１つあるいは複数の発臭源が埋設されている。

本発明が採用した他の技術手段は、
複数の掘削体が配置されたカッタヘッドを備えたトンネル掘削機の異常検知方法において、
前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの選択された部位に発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて前記発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する、
トンネル掘削機の異常報知方法、である。

本発明が採用した他の技術手段は、
トンネル掘削機の掘削体において、
前記掘削体の選択された部位に発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体の前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する摩耗状態報知手段として機能する、
発臭源が内蔵された掘削体、である。
１つの態様では、前記発臭源は、前記掘削体に形成した穴ないし溝内に設けられ、前記穴ないし溝の開口は密閉手段により密閉されている。
１つの態様では、前記掘削体は、ディスクカッタであり、前記ディスクカッタのカッタリングには、使用前の刃先から径方向に所定量離間した位置に、前記発臭源が設けられている。

本発明が採用した他の技術手段は、
前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに穴ないし溝を形成するステップと、
前記穴ないし溝に前記発臭源を挿入するステップと、
前記穴ないし溝の開口を密閉するステップと、
からなる、トンネル掘削機の異常報知装置における発臭源の埋設方法、である。

本発明が採用した他の技術手段は、
前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに穴ないし溝を形成するステップと、
前記穴ないし溝に前記発臭源を挿入するステップと、
前記穴ないし溝の開口を密閉するステップと、
からなる、掘削体における発臭源の埋設方法、である。

本発明によれば、トンネル掘削機の掘削体および／あるいはカッタヘッドの所定部位に発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、前記所定部位が摩耗した時に、密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいがトンネルという閉鎖空間に放出されて拡散することで、掘削中に嗅覚で摩耗状態を検知するため、センサ等の検知装置を用いることなく、発臭源を内蔵するといシンプルな構成で異常を検知することができる。よって、高価なセンサや検知装置を搭載することによるコストアップを抑えつつ低コストでトンネル掘削機の異常を検知することができ、また、センサ等の検知装置の不良に起因する異常の見落としを防止することもできる。

ディスクカッタの摩耗検出の第１実施例を示す図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第１実施例を示す図である。 図１Ａの部分拡大図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第２実施例を示す図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第２実施例を示す図である。 図２Ａの部分拡大図である。 第２実施例の変形例を示す図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第３実施例を示す図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第３実施例を示す図である。 図３Ａの部分拡大図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第４実施例を示す図である。 ディスクカッタの摩耗検出の第４実施例を示す図である。 図４Ａの部分拡大図である。 図４Ｂの類似の図であり、第４実施例の変形例を示す図である。 カッタヘッドの摩耗検出の実施例を示す図である。 カッタヘッドの摩耗検出の実施例を示す図である。 カッタビットの摩耗検出の実施例を示す図である。

本実施形態は、複数の掘削体が配置されたカッタヘッドを備えたトンネル掘削機の異常検知に係り、より詳しくは、ディスクカッタやカッタビット等の掘削体の摩耗検出、カッタヘッドの摩耗検出に関するものである。本明細書において、トンネル掘削機には、ＴＢＭやシールド掘進機、より詳しくは、オープン型ＴＢＭ、岩盤対応側シールド機、泥水式シールド機、土圧式シールド機等が含まれ、その種類は限定されない。本発明が適用されるカッタの形状や構成、カッタヘッドの形状や構成は限定されない。また、個別の現場に応じて新しいタイプのカッタやカッタヘッドが採用され得るが、本発明は、そのようなカッタやカッタヘッドにも適用可能である。

本発明は、摩耗を検知したい対象において、所定の位置に発臭源を密閉状態で埋設し、当該対象が所定の位置まで摩耗した時に、密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいの放出によって対象の摩耗状態を報知するものである。本技術は摩耗を検知したい対象であれば、概ねすべての構造物に適用可能であり、対象には、ディスクカッタ（カッタリング、カッタハブ）やカッタビット等のトンネル掘削機のカッタ全般、カッタヘッド等のカッタを支持する構造物が含まれる。

本発明は、トンネルという閉鎖された空間ににおいが放出されることで、当該閉鎖空間でにおいが充満することを利用する。トンネル空間は、先頭の切羽と周壁とから囲まれており、切羽から後方に離れた位置にいるトンネル掘削機のオペレータの前方は切羽と周壁から囲まれた閉鎖空間となっている。切羽で発生したにおいは閉鎖空間内で後方に拡散するので、そのにおいを嗅覚で検知したオペレータは、メンテナンスのために機械を停止させたり、機械を非常停止させたりすることができる。本発明は、発臭源からのにおいを感じることができるオペレータの知覚能力（嗅覚）を用いて、トンネル掘削中にディスクカッタ等の摩耗状態を的確に検知し、異常検知を可能とするものである。トンネル掘削機を操作するオペレータの嗅覚を用いるため、特に新しいセンサを搭載する必要がない。発臭源は、当該発臭源を埋設する作業を考慮しても、センサに比べて安価であるため、トンネル掘削機の掘削体やカッタヘッドの異常報知装置を低コストで提供することができる。オペレータの嗅覚で異常を検知するためセンサが不要であり、センサを用いないということは、センサ検知不良や動作不良に起因する異常状態の見落としが無いことを意味する。

本発明では、発臭源の埋設位置によって、異なる摩耗状態を報知して、これに対応することができる。発臭源の埋設位置としては、摩耗限界位置（最適交換時期に対応する摩耗位置）、摩耗を監視するための段階的な複数位置（例えば、交換時期に対応する摩耗位置である第１の位置と、第１の位置よりも前の摩耗状態を予備的に報知する第２の位置）、カッタハブやカッターヘッド（面盤）において偏摩耗の進行等により損傷する可能性がある位置が例示される。

例えば、ディスクカッタのカッタリングの摩耗限界位置（最適交換時期）に発臭源を内蔵することで、カッタリングが摩耗限界位置まで摩耗した際に放出される異臭によりディスクカッタの摩耗検出を行い、ディスカッタのカッタリングの交換作業を行うようにする。なお、ディスクカッタの偏摩耗が進行した場合には、そのディスクカッタのカッタリングが最初に摩耗限界位置に達すると考えられ、摩耗が進んだディスクカッタからにおいが発せられるので、偏摩耗を早い段階で検知することで、カッタハブやカッタヘッドの損傷を未然に防止できる。ディスクカッタの偏摩耗が放置されるとカッタハブやカッタヘッドの致命的な破損を招くおそれがあるため、偏摩耗の進行は避けなければならない。

また、ディスクカッタのカッタハブ、カッタヘッドは、本来摩耗してはならない部位であるが、かかる部位に発臭源を埋め込んでおき、ディスクカッタの偏摩耗等により、万が一、摩耗してはならない部位が損傷した場合、発臭源からの異臭が閉鎖空間であるトンネルの中に充満するようにして、トンネル掘削機のオペレータは自らの嗅覚により、異常を検知することを可能とし、機械を非常停止させるようにする。これによって、初期段階で損傷を検知し、カッタヘッド（面盤）の大幅な損傷などの経済的に深刻な破損を予防することが可能となる。

本発明では特に、地盤が想定よりも固く掘削しにくい状況を想定する。この状況で、トンネル掘削機の掘削体（ディスクカッタなど）ならびに構造部材（面盤など）が想定以上に摩耗または破損していることを検知可能とすることで、致命的な故障に至る前に必要な保守を行えるようにし、大幅な工期延長を防止することができる。

本発明では、においの種類を変更することで、摩耗・損傷部位を特定させることも可能である。摩耗することが前提の掘削体の場合、異なる部位に埋設した異なるにおいを用いて摩耗量を認知させることで、保守部品を事前に手配することも可能である。例えば、刃先に近い側に埋設された第１発臭源が予備的報知を行い、刃先から遠い側に埋設された第２発臭源が交換時期を報知するようにし、第１発臭源と第２発臭源とでにおいの種類を異ならしめることで、予備的報知であるか交換時期報知であるかを識別する。

また、摩耗・損傷が機械の性能に重大な影響を及ぼすものほど、人の嗅覚に大きな影響を及ぼす物質を発臭源とすることで、においの種類によって危険度や重大度を報知するようにしてもよい。例えば、ディスクカッタのカッタハブ、カッタヘッドは、本来摩耗してはならない部位であり、かかる部位の損傷は経済的に致命的な故障につながり、大幅な工期延長を招くおそれがあることから、摩耗初期において、例えば人の嗅覚に刺激が強いにおいを放出することで、重大性・緊急性を伝達する。

発臭源から発するにおいは、トンネル内雰囲気のにおいと人間の嗅覚によって識別可能なにおいであり、いわば異臭である。すなわち、発臭源から発するにおいは、トンネル内雰囲気に通常存在するにおいとは嗅覚で明確に識別できるにおいであることが必要である。また、発臭源の物質に要求される条件としては、人体に有害でないことに加えて、嗅覚疲労を起こしにくく、嗅覚閾値（何のにおいであるか検知できる最小濃度であり、少なくともその空間に存在するにおいと識別できる検知閾値）が低く低濃度でも臭気を感じることが出来るものであることが望ましい。その他の条件としては、導管やガス器具に吸着されたり、損傷を与えたりしないこと、化学的に安定していること、安価で、入手・取扱が容易であること、嗅覚以外の方法で検知可能であること等が挙げられる。また、１つの態様では、発臭源の物質は、化学的消臭法(におい成分が特定の)が適用可能なにおい成分であり、そうすることで、異常検知後も速やかな現状復帰が可能となる。

発臭源の物質は、速やかなにおいの放出及び拡散を考えると気体が有利であるが、揮発性の液体や固体でもよい。典型的な例では、発臭源は、カプセル内に密閉されており、カプセルに衝撃が加えられることで、カプセルが機械的に破壊されてにおいが放出される。あるいは、ディスクカッタやカッタビット、カッタヘッドの所定位置に外部と連通する空隙を形成し、当該空隙に発臭源の物質を注入した後に注入口を密閉することで、発臭源を内蔵させてもよい。

発臭源の物質としては、例えば、付臭剤ないし着臭剤として用いられているような物質を用いることが可能である。例えば、腐タマネギ臭であるtert-ブチルメルカプタン(TBM)、ニラ臭であるエチルメルカプタン、リンゴ臭であるイソ吉草酸等が例示されるが、必ずしも不快なにおいでなくてもよく、例えば、柑橘系のにおいや化粧品等に用いられる香料（トンネル内ではめったにすることがないにおいであり有効である）でもよい。

発臭源の物質には、性質及び量において、想定されるトンネル内の空間（トンネルの切羽およびオペレータが存在する位置を含む空間）内に拡散することでオペレータの嗅覚で検知できることが要求される。ＴＢＭでは、先頭のトンネル切羽から後方設備まで100m程度に及ぶ場合もあり、切羽とオペレータの位置が100m程度離れている場合を想定する必要がある。例えば、トンネルの径を10m、先頭から長さ約100mとする閉鎖空間の容積は、10000m3となる。上記例示した物質の場合、tert-ブチルメルカプタン(TBM)、エチルメルカプタン、イソ吉草酸の嗅覚閾値は、それぞれ、2.9×10-5 [ppm, v/v]、8.7×10-6 [ppm, v/v]、1.3×10-5 [ppm, v/v]であり、10000 m³の空間中で嗅覚検知に必要な量(気体)は、0.29[mL]、0.087[mL]、0.13[mL]であり、1ccの流出で嗅覚閾値に達すると考えられる。その他の物質においても、10000m3の空間中で嗅覚検知に必要な量はディスクカッタやカッタビットに容易に内蔵させることができる少量で十分であると考えられる。

発臭源は、例えば、ディスクカッタやカッタヘッドの所定部位に穴を開けて、発臭源を挿入し、穴の開口をシールして発臭源を密閉することで、ディスクカッタやカッタヘッドに内蔵することができる。ドリル加工とシール処理のみで既存のディスクカッタに埋設することができ、また、機械を操作するオペレータの嗅覚を用いるため、特に新しいセンサを搭載する必要がなく、既に稼働しているトンネル掘削機にマイナーな改良で適用可能である。なお、穴の直径は例えば10mmであるが、この程度のオーダの穴であれば、穴の数が多くても掘削体の強度低下を招くおそれはない。

穴のシール処理のための密閉手段ないしシール手段としては、鋼球、溶接、樹脂（例えばエポキシ樹脂）の硬化、樹脂キャップ、ゴムシール、あるいはこれらの任意の組み合わせによるシールが例示される。発臭源がカプセル化されている場合を例にとると、シール処理の目的は、掘削時に、カプセルが破壊されるような刺激がカプセルに作用することを防止すること、及び、仮にカプセルが破壊されたような場合でも予め設定された位置まで摩耗するまでは密閉状態が維持されることで、発臭源から外部ににおいが漏出することを防止することにある。穴の開口が直接外部に面しない場合（例えば、カッタリングの底面に穴を形成して発臭源を挿入し、底面と当接するカッタハブによって穴が塞がれる）には、密閉手段に必ずしも強度は要求されず、例えばゴム製や樹脂製でもよい。また、密閉手段は、隣接する構造体によって穴が閉鎖されることによるものでもよい。例えば、カッタリングの底面に穴を形成して発臭源を挿入し、底面と当接するカッタハブによって穴を密閉してもよい（上述したような他の密閉手段と組み合わせてもよい）。

本発明の幾つかの実施例について説明する。実施例１〜実施例４は、ディスクカッタの摩耗検出に関するものであり、実施例５はカッタヘッド（面盤）の摩耗ないし損傷の検出に関するものであり、実施例６はカッタビットの摩耗検出に関するものである。

実施例１〜実施例５に共通の構成であるディスクカッタ及びカッタヘッドの基本構成について、図１Ａ、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａ、図５Ｂに基づいて説明する。図５Ａ、図５Ｂに示すように、トンネル掘削機のカッタヘッドないし面盤１の前面部は、円形状の平面部１０と、平面部１０の周縁の湾曲状の周縁部１１からなる。前面部には、複数の凹部２が同心円状に所定間隔で形成されており、凹部２は、円筒状の側壁２０と円形状の底壁２１から形成されており、各凹部２にはディスクカッタ３が回転自在に収容されている。なお、図５Ｂにおいて、参照番号２２は、回転するカッタヘッド１を介してディスクカッタ３を切羽に押し当てて掘進させるジャッキであり、参照番号２３は、掘進方向を変える中折れジャッキであり、参照番号２４は、掘削ずりを排出するための搬送部である。カッタヘッド１の回転機構は省略されている。

ディスクカッタ３は、カッタリング４とカッタハブ５とからなり、シャフト６に対してベアリング７を介して回転自在に装着されている。シャフト６は、凹部２の底壁２１に固定したリテーナ８間に支持されており、カッタハブ５とリテーナ８の間には、ベアリング７に土砂等が侵入することを防止するシール９が設けてある。ディスクカッタ３は、カッタヘッド１に設けられた状態において、刃先を構成するカッタリング４がカッタヘッド１の前面部から突出している。

ディスクカッタ３のカッタハブ５はほぼ円筒形状を有し、外周面にカッタリング４が設けてある。カッタリング４は、カッタハブ５から遠い側の突縁部４０と、カッタハブ５に近い側の底部４１と、底部４１から先端部４０に向かって傾斜状に延びる左右の側面４２、４３と、からなり、突縁部の先端４００がカッタ刃先となっており、底部４１の底面４１０はカッタリング４の内周面となっている。

図１Ａ〜図１Ｃを参照しつつ、実施例１について説明する。カッタリング４には、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した位置に、周方向に亘って複数の発臭源１２が埋設されている。発臭源１２が設けられる位置は、例えば、摩耗限界位置Ｐ、すなわち、最適交換時期に対応する摩耗位置である。図１Ｃに示すように、カッタリング４の側面４２から厚さ方向に穴１３を形成し、発臭源１２を穴１３内に挿入し、穴１３を塞いでシールすることで発臭源１２を密閉する。図示の態様では、鋼球１４を用いて穴１３を密閉しているが、溶接等の他の密閉手段でもよい。

図１Ｂに示すように、カッタリング４に１２個の穴１３を形成して１２個の発臭源１２を埋設したが、発臭源１２の個数は限定されない。穴１３はドリル加工で形成することができ、穴１３の径は例えば10mmであるが（例えば、各穴１３に1ccの発臭源を内蔵可能）、穴１３の径も限定されない。図示の態様では、カッタリングの同じ側面４２から厚さ方向に穴１３を形成しているが、異なる側から周方向に交互に穴を形成してもよく、また、厚さ方向に対して斜めに穴を形成してもよい。

摩耗限界位置Ｐに発臭源１２が埋設されたディスクカッタ３において、使用によって刃先が摩耗限界位置Ｐまで摩耗すると、図１Ａの右図の状態となって、穴１３が外部と連通して密閉状態が開放されて発臭源１２からにおいが放出される。放出されたにおいがトンネル空間に拡散することで、オペレータの嗅覚で異常を検知することができる。

図２Ａ〜図２Ｃを参照しつつ、実施例２について説明する。ディスクカッタ３のカッタリング４には、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した位置に、周方向に亘って複数の発臭源１２が埋設されている。発臭源１２が設けられる位置は、例えば、摩耗限界位置Ｐ、すなわち、最適交換時期に対応する摩耗位置である。カッタリング４の底面４１０から径方向に先端に向かって、周方向に間隔を設けて複数の穴１５を形成し、穴１５内に発臭源１２を挿入し、シール材１６で穴１５を塞いでシールすることで発臭源１２を密閉する。本実施例において、穴１５の開口は、カッタハブ５の外周面によって塞がれて保護されており、外部に露出しないので、シール材１６は必ずしも剛性を備えていなくてもよい。シール材１６は、例えば樹脂性のシール材や樹脂を硬化させたものでもよく、あるいは、溶接や鋼球を用いてもよい。

図２Ｂに示すように、カッタリング４に１２個の穴１５を形成して１２個の発臭源１２を埋設したが、発臭源１２の個数は限定されない。穴１５の径は例えば10mmであるが、穴の径も限定されない。図示の態様では、カッタリング４の底面４１０から径方向に穴１５を形成しているが、径方向に対して斜めに穴を形成してもよい。

このように発臭源１２が埋設されたディスクカッタ３が、使用により摩耗限界位置Ｐまで摩耗すると、密閉状態が開放されて発臭源１２からのにおいが放出され、放出されたにおいがトンネル空間に拡散することで、オペレータの嗅覚で異常を検知することができる。

図２Ｄは、実施例２の変形例であるが、その説明は、実施例４の説明の後に記載する。

図３Ａ〜図３Ｃを参照しつつ、実施例３について説明する。ディスクカッタ３のカッタリング４には、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した位置に、周方向に亘って複数の発臭源１２が埋設されている。発臭源が設けられる位置は、例えば、摩耗限界位置Ｐ、すなわち、最適交換時期に対応する摩耗位置である。カッタリング４の底面４１０から所定深さの溝１７が周方向に延びるように形成されている。溝１７は、周方向全体に亘って設けても、あるいは、周方向に部分的に１つあるいは複数設けてもよい。溝１７内に発臭源１２を設け、シール材１６で溝１７を塞いでシールすることで発臭源１２を密閉する。溝１７内に設けられる発臭源１２の個数は限定されず、１つでも複数でもよい。シール材１６としては、実施例２と同様に、例えば、樹脂性のシール材や樹脂を硬化させたものでもよく、あるいは、溶接や鋼帯を用いてもよい。シール材１６の具体的な配置は、溝１７及び発臭源１２の具体的な個数や形状等によって当業者において適宜設計し得る。

このように発臭源１２が埋設されたディスクカッタ３が摩耗限界位置Ｐまで摩耗すると、密閉状態が開放されて発臭源１２からのにおいが放出され、放出されたにおいがトンネル空間に拡散することで、オペレータの嗅覚で異常を検知することができる。

図４Ａ〜図４Ｄを参照しつつ、実施例４について説明する。ディスクカッタ３のカッタリング４には、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第１の位置Ｐ´に厚さ方向に第１の穴１２´が形成されており、第１の穴１２´に第１の発臭源１２´を挿入し、鋼球１４´で第１の穴１２´を密閉している。使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第２の位置Ｐに厚さ方向に第２の穴１２が形成されており、第２の穴１２に第２の発臭源１２を挿入し、鋼球１４で第２の穴１２を密閉している。第２の発臭源１２が設けられる第２の位置Ｐは、例えば、摩耗限界位置、すなわち、最適交換時期に対応する摩耗位置である。第１の発臭源１２が設けられる第１の位置Ｐ´は、第２の位置Ｐよりも刃先４００に近い側に位置している。すなわち、ディスクカッタ３のカッタリング４には、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第１の位置（予備的報知位置）Ｐ´に、周方向に亘って複数の第１の発臭源１２´が埋設されており、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第２の位置（摩耗限界位置）Ｐに、周方向に亘って複数の第２の発臭源１２が埋設されている。

使用によるカッタリング４が摩耗するが、刃先４００に近い側で周方向に埋設された第１発臭源１２´が予備的報知を行って、保守部品を事前に手配することを可能とし、刃先４００から遠い側で周方向に埋設された第２発臭源１２が交換時期を報知する。第１発臭源１２´と第２発臭源１２とで発するにおいの種類を異ならしめることで、オペレータが嗅覚によって予備的報知であるか、交換時期の報知であるかを識別する。複数の第１発臭源１２´の各発臭源と、複数の第２発臭源１２の各発臭源は径方向に一致させて設けてもよく（図４Ｂ）、あるいは、複数の第２発臭源１２の各発臭源を径方向に重ならないように設けてもよい（図４Ｄ）。第１発臭源１２´の個数と第２発臭源１２の個数は同数でも、あるいは異なる個数であってもよい。

図２Ｄは、実施例２の変形例であるが、技術思想において実施例４と共通するものである。カッタリング４の底面４１０から径方向に先端に向かって、周方向に間隔を設けて複数の穴１５´を形成するが、穴１５´の深さは、実施例２の穴１５の深さよりも深く、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第１の位置（予備的報知位置）Ｐ´まで達している。穴１５´に第１発臭源１２´を挿入し、第１のシール材１８で密閉する。次いで第２発臭源１２を挿入するが、この時、第２発臭源１２の位置が、使用前の刃先４００から径方向に所定量離間した第２の位置（摩耗限界位置）Ｐとなるようにしている。最後に、第２のシール材１６´で穴１５´を塞いでシールする。第１のシール材１８は、カッタリング４が第１の位置Ｐ´まで摩耗した時に、外部に露出するので、溶接等の強度を有するシール材であることが望ましい。

実施例４と同様に、使用によるカッタリング４が摩耗するが、刃先４００に近い側で周方向に埋設された第１発臭源１２´が予備的報知を行って、保守部品を事前に手配することを可能とし、刃先４００から遠い側で周方向に埋設された第２発臭源１２が交換時期を報知する。第１発臭源１２´と第２発臭源１２とで発するにおいの種類を異ならしめることで、オペレータが嗅覚によって予備的報知であるか、交換時期の報知であるかを識別する。なお、図２Ｄは１つの穴１５´内に第１の発臭源１２´、第２の発臭源１２を設けたが、例えば、周方向に、第１の深さ（第１の位置Ｐ´に対応）を備えた第１の穴と第２の深さ（第２の位置Ｐに対応）を備えた第２の穴を交互に設け、第１の穴に第１発臭源を挿入し、第２の穴に第２発臭源を挿入してもよい。

図５Ａ、５Ｂを参照しつつ、実施例５について説明する。実施例５は、カッタヘッド（面盤）１の摩耗検出に関するものである。図示の態様では、カッタヘッド１の平面部１０には４つのディスクカッタ３が同心状に等間隔で配置されており、湾曲状の周縁部１１には４つのディスクカッタ３が同心状に等間隔で配置されている。平面部１０に設けた４つのディスクカッタ３において、互いに隣接する２つのディスクカッタ３の中間に位置して４つの穴１９が形成されており、各穴１９に発臭源１２´´を挿入し、穴１９の開口をシール材で塞いで密閉する。周縁部１１に設けた４つのディスクカッタ３において、互いに隣接する２つのディスクカッタ３の中間に位置して４つの穴１９が形成されており、各穴１９に発臭源１２´´を設けて、穴１９の開口をシール材で塞いで密閉する。

穴１９が形成された部位は、ディスクカッタ３の偏摩耗が進行した時に、岩盤等に接触する可能性がある部位であり、穴１９の深さは、当該穴１９に埋設した発臭源１２´´が、カッタヘッド１の摩耗の初期段階を検知して、カッタヘッド１の深刻な破損を未然に防止できるような深さである。

ディスクカッタ３の偏摩耗が進行して、発臭源１２´´が埋設されたカッタヘッド１の前面部が岩盤等に接触して所定量摩耗すると、発臭源１２´´の密閉状態が開放されて発臭源１２´´からのにおいが放出され、放出されたにおいがトンネル空間に拡散することで、オペレータの嗅覚で異常を検知し、トンネル掘削機の動作を非常停止して、カッタヘッド１の致命的な破損を防止する。ディスクカッタ３のカッタリング４に発臭源が設けられる場合には、その発臭源のにおいと発臭源１２´´のにおいは異なるにおいとする。

図６を参照しつつ、実施例６について説明する。実施例６は、カッタビットの摩耗検出に関するものである。図６はカッタビット３´の概略図であり、カッタビット３´の刃先３０´から所定量離れた位置に発臭源１２が埋設されている。発臭源１２が設けられる位置は、例えば、摩耗限界位置Ｐ、すなわち、最適交換時期に対応する摩耗位置である。カッタビット３´の面部３１´から厚さ方向に穴を形成し、発臭源１２を穴内に設け、シール材１４´によって穴１３を塞ぐことで発臭源１２を密閉する。シール材１４´は外部に露出するため、溶接や鋼球等の強度を備えたシール材であることが望ましい。

このように発臭源１２が埋設されたカッタビット３´が摩耗限界位置Ｐまで摩耗すると、密閉状態が開放されて発臭源１２からのにおいが放出され、放出されたにおいがトンネル空間に拡散することで、オペレータの嗅覚で異常を検知することができる。

トンネル掘削機は高価な機械であり、また、その故障は工期の大幅な遅れに繋がるために避けなければならない。本発明に係る掘削体の摩耗状態報知手段やカッタヘッドの摩耗状態報知手段は、トンネル掘削機に対して低コストで導入することができるものでありながら、トンネル掘削機の掘削体や構造部材が想定以上に摩耗または破損していることを検知可能とすることで、致命的な故障に至る前に必要な保守を行えるようにし、構造部材の破損による損失や大幅な工期延長を防止する。

１ カッタヘッド
３ ディスクカッタ
３´ カッタビット
４ カッタリング
５ カッタハブ
１２、１２´、１２´´ 発臭源
１３、１５、１５´ 穴
１４、１４´ １６、１６´、１８ 密閉手段
１７ 溝

Claims (11)

1. 複数の掘削体が配置されたカッタヘッドを備えたトンネル掘削機において、
   前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの選択された部位に、発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
   前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する摩耗状態報知手段として機能する、
   トンネル掘削機の異常報知装置。
2. 前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに形成した穴ないし溝内に設けられ、前記穴ないし溝の開口は密閉手段により密閉されている、
   請求項１に記載のトンネル掘削機の異常報知装置。
3. 前記掘削体は、ディスクカッタであり、前記ディスクカッタのカッタリングには、使用前の刃先から径方向に所定量離間した位置に、前記発臭源が設けられている、
   請求項１、２いずれか１項に記載のトンネル掘削機の異常報知装置。
4. 複数の掘削体が配置されたカッタヘッドを備えたトンネル掘削機の異常報知方法において、
   前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの選択された部位に、発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
   前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドの前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて前記発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する、
   トンネル掘削機の異常報知方法。
5. 前記発臭源は、前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに形成した穴ないし溝内に設けられ、前記穴ないし溝の開口は密閉手段により密閉されている、
   請求項４に記載のトンネル掘削機の異常報知方法。
6. 前記掘削体は、ディスクカッタであり、前記ディスクカッタのカッタリングには、使用前の刃先から径方向に所定量離間した位置に、前記発臭源が設けられている、
   請求項４、５いずれか１項に記載のトンネル掘削機の異常報知方法。
7. トンネル掘削機の掘削体において、
   前記掘削体の選択された部位に、発臭源が外部ににおいが漏出しない密閉状態で埋設されており、
   前記発臭源が発するにおいは、トンネル内環境の通常のにおいとは異なるにおいであり、前記発臭源は、前記掘削体の前記選択された部位が摩耗した時に、前記密閉状態が開放されて当該発臭源からのにおいの放出によって摩耗状態を報知する摩耗状態報知手段として機能する、
   発臭源が内蔵された掘削体。
8. 前記発臭源は、前記掘削体に形成した穴ないし溝内に設けられ、前記穴ないし溝の開口は密閉手段により密閉されている、
   請求項７に記載の掘削体。
9. 前記掘削体は、ディスクカッタであり、前記ディスクカッタのカッタリングには、使用前の刃先から径方向に所定量離間した位置に、前記発臭源が設けられている、
   請求項７、８いずれか１項に記載の掘削体。
10. 前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに穴ないし溝を形成するステップと、
    前記穴ないし溝に前記発臭源を挿入するステップと、
    前記穴ないし溝の開口を密閉するステップと、
    からなる、請求項１〜３いずれか１項に記載のトンネル掘削機の異常報知装置における発臭源の埋設方法。
11. 前記掘削体および／あるいはカッタヘッドに穴ないし溝を形成するステップと、
    前記穴ないし溝に前記発臭源を挿入するステップと、
    前記穴ないし溝の開口を密閉するステップと、
    からなる、請求項７〜９いずれか１項に記載の掘削体における発臭源の埋設方法。

Images