JP2019157418A - 掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明では、吹付機を特殊な構造にせずとも、吹付機がカッターブームの動作を邪魔せずに、トンネルの壁面全周にコンクリート吹付できる掘削機の提供を目的とする【解決手段】前記課題を解決するための手段は、先端が首振り動作可能であって切羽を掘削するカッターブーム４と、カッターブーム４の下方に配置されて、コンクリート吹付可能な吹付機５とを備えることで、吹付機５によってコンクリート吹付をする際にカッターブーム４が障害とならないことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

この発明は、掘削機に関する。

トンネルを掘る工法としては、例えばＮＡＴＭ工法と呼ばれる工法がある。ＮＡＴＭ工法とは、掘削後に岩盤を支える支保工を建て込み、直ちにコンクリートを吹付けて壁面を固め、壁面から地山内部へ向けて穿孔してロックボルトを打ち込み、地山自体の保持力を利用してトンネルを保持する工法である。

この工法では、作業工程ごとに専用の重機を入れ替えて作業を行うのが一般的であるが、都度重機を入れ替えるのは非常に手間がかかる。そこで、現在では、切羽の掘削を行うカッターブームを備える掘削機本体に、支保工の建込みを行うエレクターや、コンクリート吹付を行う吹付機などの装置を設けた多機能型の掘削機がある（例えば、特許文献１、２）。

このような多機能型の掘削機では、重機を入れ替える時間を短縮できるため、トンネル工事の作業効率を向上させられる。

特開平０３−０９６５９７ 特開２００３−０３５０９１

従来の掘削機に搭載されているカッターブームは、切羽を自在に掘削できるように上下左右に首振り自在に取り付けられているため、エレクターや吹付機などの装置は、カッターブームに干渉しないようにカッターブームの可動範囲外に取付けられている。

特に吹付機は、カッターブームで掘削した壁面にコンクリート吹付をする装置であるため、カッターブームの上部（特許文献１参照）あるいはカッターブームの後方（特許文献２参照）に配置されていた。

しかしながら、吹付機は、上下左右に駆動するブームと、ブームに取付けられコンクリートを噴射するノズルを有する吹付部を備えるとともに、前記ブームを駆動する駆動源が、ブームの下側に配置されているため、吹付機は、仰角は取りやすいが、俯角は取り難い構造となっている。

そのため、吹付機が従来の位置に配置される場合、トンネルの下方にコンクリート吹付をしようとすると、カッターブームや掘削機本体が障害物となり、従来の吹付機は、障害物をかわしてトンネルの下方にもコンクリート吹付できる特殊な構造にする必要があった。

そこで、本願発明では、吹付機を特殊な構造にせずとも、吹付機がカッターブームの動作を邪魔せずに、トンネルの壁面全周にコンクリート吹付できる掘削機の提供を目的とする。

前記課題を解決するための手段は、先端が首振り動作可能であって切羽を掘削するカッターブームと、前記カッターブームの下方に配置されて、コンクリート吹付可能な吹付機とを備えることを特徴とする。

また、下部に走行体が設けられた架台と、前記架台上に設けられ上部に前記カッターブームが設けられた門型の支持台とを有し、前記吹付機が、前記架台と前記支持台とに囲われた空間内に配置される掘削機としてもよい。この構成によると、吹付機が門型の支持台と架台の間に配置されるので、掘削機の構成がコンパクトになる。

また、前記架台上に前記走行体の進行方向に沿って延びるレールが設けられており、前記吹付機が、前記レールに沿って移動可能な掘削機としてもよい。この構成によると、吹付機がレールに沿って走行体の進行方向に移動自在となるため、吹付機の作動時には、吹付機を走行体の進行方向前方へレールに沿って移動させて架台上からせり出すことができる。そして、カッターブームの作動時には、吹付機を走行体の進行方向後方へレールに沿って移動させて架台とカッターブームとの間に格納できるため、吹付機がカッターブームの動作を邪魔しない。

また、掘削機は、前記走行体の進行方向から見て前記カッターブームと前記吹付機の中央を通る中央線が同一直線上にあるようにしてもよい。この構成によると、カッターブームによって掘削した後に、掘削機をその位置から動かさずに吹付機がコンクリート吹付をできる。

本発明の掘削機によれば、吹付機がカッターブームの下方に配置されるため、トンネルの下方にコンクリート吹付を行う際に、吹付機がカッターブームや掘削機本体に干渉せず、吹付機を特殊な構造にせずともトンネル壁面の全周にコンクリート吹付できる。

吹付機が格納された状態の掘削機の側面図であって、エレクターを省略するとともに吹付機が見えるように一部を切り欠いた図である。 本実施の形態に係る掘削機の正面図である。 本実施の形態に係る掘削機の平面図である。 吹付機が掘削機本体からせり出している状態の掘削機の側面図である。

以下に、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。いくつかの図面を通して付された同じ符号は同じ部品を示す。

本実施の形態に係る掘削機１は、掘削機本体２と、掘削機本体２の下部に取付けられ掘削機１を自走可能にする走行体としてのクローラー３と、掘削機本体２の上部に搭載されたカッターブーム４と、クローラー３とカッターブーム４の間に出入自在に格納される吹付機５とを備えて構成されている。

なお、本例では走行体として、クローラー３が採用されているが、掘削機１を自走可能にするものであれば構成は特に限定されず、例えば走行体はタイヤで構成されてもよい。

以下、本例の掘削機１の各部について詳細に説明する。図１、図２に示すように、掘削機本体２は、下部にクローラー３が設けられた架台６と、架台６の進行方向前側端部に設けられた門型の第一支持台７と、架台６の中間部付近に設けられた門型の第二支持台８と、架台６の進行方向後端部から起立する支持フレーム９と、第一支持台７と第二支持台８を挟持するように第一支持台７と第二支持台８の上方側部に連結されるとともに支持フレーム９上に連結された一対の上部フレーム１０，１０を備えて構成されている。

第一支持台７は、図２に示すように、クローラー３の進行方向に対して直交する方向である架台６の幅方向に間隔を空けて配置され架台６から垂直に立ち上がる一対の垂直部７ａ，７ａと、これらの垂直部７ａ，７ａの上端を繋ぐ水平部７ｂを有して門型に構成されている。

そして、図１，図３に示すように、第一支持台７の水平部７ｂには、円盤状の回転盤１２が第一支持台７に対して回転可能に取り付けられており、回転盤１２上にカッターブーム４が搭載されている。カッターブーム４は、回転盤１２に連結された基端部４ａと、伸縮可能であって基端部４ａの一端に基端部４ａに対して図１中上下動可能に連結されたブーム部４ｂと、ブーム部４ｂの先端に設けられ切羽を掘削するカッター部４ｃを備えて構成されている。

また、第二支持台８には、図３に示すように、カッターブーム４を左右に回動させる駆動装置としての二つの油圧シリンダ１３，１３が設けられている。これらの油圧シリンダ１３，１３は、一端がカッターブーム４の基端部４ａの左右にそれぞれ連結されており、油圧シリンダ１３，１３をそれぞれ伸縮させると、回転盤１２とともにカッターブーム４が図３中で上下方向となる左右方向に回動する。なお、前記駆動装置は、カッターブーム４を左右に回動できる装置であれば、特に油圧シリンダ１３，１３には限定されず、例えば、油圧モータを利用してもよい。

また、図１，図３に示すように、基端部４ａとブーム部４ｂの間には、横並びに設けられた二つの油圧シリンダ１４，１４が介装されており、これらの油圧シリンダ１４，１４を伸縮させると、ブーム部４ｂが、基端部４ａに対して図１中で上下に回動して、カッターブーム４が上下方向に回動する。なお、本例では、油圧シリンダ１４，１４によって、カッターブーム４を上下方向に回動させているが、カッターブーム４を上下方向に回動させられるようになっていれば、回動させる手段は油圧シリンダ１４には限定されない。また、図示しないが、本例のカッターブーム４は、カッター部４ｃを駆動する駆動源として、例えば電動機を備えている。これにより、カッターブーム４は、油圧シリンダ１３，１４を伸縮させることによって、上下左右に首振動作可能になっている。

図１，図２に示すように、架台６上には、クローラー３の進行方向に沿って延びるレールＲが設けられている。そして、このレールＲ上には、レールＲに沿って自在に移動可能な吹付機５が搭載されており、吹付機５は、架台６と門型の各支持台７，８に囲われた空間内に収容され、第一支持台７の上方に設置されているカッターブーム４の下方に配置されている。

吹付機５は、レールＲ上を走行可能な走行部５ａと、走行部５ａに対して上下左右に駆動可能に連結されたブーム部５ｂと、ブーム部５ｂに対して上下左右に回動可能に連結されるとともに伸縮可能な吹付部５ｃを備えている。そして、吹付部５ｃの先端には、コンクリートを噴射可能なノズル５ｄが設けられている。

また、走行部５ａとブーム部５ｂとの間には、上下に並べて配置されてブーム部５ｂを上下に回動させるための駆動源としての二つの油圧シリンダ１５，１５と、ブーム部５ｂを左右に回動させるための駆動源としての油圧シリンダ１６がそれぞれ介装されている。また、ブーム部５ｂと吹付部５ｃの間にも吹付部５ｃを上下動させるための駆動源１７が介装されている。さらに、図示しないが、吹付部５ｃには、吹付部５ｃをブーム部５ｂに対して左右に回動させるモータが設けられている。これにより、吹付機５は、ブーム部５ｂと吹付部５ｃをそれぞれ上下左右に首振動作できるようになっている。

なお、本例では、ブーム部５ｂを上下左右に駆動するための駆動源として油圧シリンダ１５，１６を利用しているが、駆動源は油圧シリンダには特に限定されない。

そして、吹付機５を使用する際には、図４に示すように、支持台７，８を潜らせて走行部５ａを架台６の前方へ移動させ、吹付機５を掘削機本体２からせり出した状態で、油圧シリンダ１５，１６、駆動源１７及び前記モータをそれぞれ駆動させて、ブーム部５ｂと吹付部５ｃをそれぞれ上下左右に動かすとともに、吹付部５ｃを伸縮させることで、ノズル５ｄを任意の位置に向けられる。したがって、吹付機５は、任意の位置にコンクリート吹付できるようになっている。

反対に吹付機５を使用しない間は、図１に示すように、走行部５ａを架台６の後方へ移動させれば、吹付機５を架台６と門型の支持台７，８に囲われた空間内であって、クローラー３とカッターブーム４の間に格納できる。

つまり、本例の吹付機５は、図１，図４に示すように、クローラー３とカッターブーム４の基端部４ａとの間に出入自在に格納されるとともにクローラー３の進行方向に対して直交する方向である側方から見てカッターブーム４の基端部４ａよりも下方に配置されている。

また、図２に示すように、カッターブーム４と吹付機５は、クローラー３の進行方向から見てカッターブーム４と吹付機５の中央を通る中央線Ｃが同一直線上になるように配置されている。

また、各上部フレーム１０，１０上には、作業員を乗せて作業場所に運搬可能なマンケージ１８がそれぞれ設けられている。マンケージ１８は、上部フレーム１０上を掘削機１の進行方向に沿って移動可能な走行部１８ａと、走行部１８ａに対して上下左右に駆動可能に連結されると共に伸縮可能な伸縮ブーム１８ｂと、伸縮ブーム１８ｂの先端に設けられ作業員が搭乗可能なケージ部１８ｃとを備えて構成されている。これにより、マンケージ１８は、ケージ部１８ｃに作業員を乗せた状態で、走行部１８ａを移動させるとともに、伸縮ブーム１８ｂを上下左右に駆動させたり、伸縮させることで、作業員を任意の作業場所まで運搬できる。

また、図１に示すように、走行部１８ａと伸縮ブーム１８ｂの間には、伸縮ブーム１８ｂを走行部１８ａに対して左右に駆動させるための駆動源としての油圧シリンダ１９と、伸縮ブーム１８ｂを走行部１８ａに対して上下に駆動させるための駆動源としての油圧シリンダ２０がそれぞれ介装されているが、これらの駆動源は油圧シリンダには限定されない。

また、図２，図４に示すように、各上部フレーム１０，１０の下部には支保工の建込みを行うエレクター２１，２１がそれぞれ吊持されている。エレクター２１は、上部フレーム１０の下面を掘削機１の進行方向に沿って移動可能な走行部２１ａと、伸縮可能であって走行部２１ａに対して上下左右に回動可能に連結された伸縮ブーム２１ｂと、伸縮ブーム２１ｂの先端に設けられ支保工を把持可能な把持部２１ｃを備えて構成されている。これにより、エレクター２１は、把持部２１ｃに支保工を把持させた状態で、走行部２１ａを移動させるとともに、伸縮ブーム２１ｂを上下左右に回動、伸縮させることで、支保工を任意の位置に運搬し、支保工の建込みをできる。

また、図１、図２に示すように、架台６の前側下端部には、クローラー３の前方を覆うフロントリガー２２が設けられている。フロントリガー２２は、掘削時に掘削機１を安定させるとともに、土砂を押し除ける排土板として機能する。

また、架台６の後端部には、電源に接続されるケーブル２３を吊持するケーブルハンガー２４と、ケーブル２３を収容するケーブルリール２５が設置されている。これにより、ケーブル２３を介して掘削機１の各部に電力を供給できるようになっている。

続いて、本例の掘削機１の作動について説明する。まず、切羽を掘削する掘削工程では、図１に示すように、吹付機５をクローラー３とカッターブーム４の基端部４ａとの間に格納した状態で、カッターブーム４のカッター部４ｃを上下左右に首振動作させるとともにカッター部４ｃを駆動して切羽を掘削する。

この際、吹付機５は、クローラー３とカッターブーム４の基端部４ａとの間に格納されているため、カッターブーム４のブーム部４ｂ及びカッター部４ｃを上下左右に首振動作する際に、カッターブーム４が吹付機５に干渉しない。

次に、支保工の建込工程について説明する。ここで、支保工は、トンネルの断面に沿うアーチ状であって、いくつかに分割されたものをボルトにより接合して構成される。本例では、エレクター２１の把持部２１ｃで支保工の分割体を掴んだ状態で、伸縮ブーム２１ｂを駆動させて、支保工の分割体をトンネルに沿うように設置していき、マンケージ１８に乗った作業員が支保工の分割体をボルト接合することで、支保工の建込みが行われる。

そして、コンクリート吹付工程では、図４に示すように、吹付機５を架台６の前方に移動させて吹付機５を掘削機本体２からせり出した状態で、ブーム部５ｂと吹付部５ｃをそれぞれ上下左右に首振りさせてノズル５ｄを任意の位置に向けてから、ノズル５ｄからコンクリートを噴射することで、トンネルの壁面へコンクリート吹付が行われる。この際、吹付機５が、掘削機本体２からせり出ているため、図４に示すように、吹付機５の下方には、障害物がない。そのため、本例の掘削機１では、トンネルの下方へのコンクリート吹付を容易に行える。また、吹付機５の上方にはカッターブーム４が配置されているが、カッターブーム４は、左右に首振できるため、吹付機５がトンネルの上方へコンクリート吹付を行う際には、吹付機５を避けるようにカッターブーム４を動かすだけで、トンネルの上方へもコンクリート吹付が容易に行える。

上述したように、本例の掘削機１は、先端が首振り動作可能であって切羽を掘削するカッターブーム４と、カッターブーム４の下方に配置されて、コンクリート吹付可能な吹付機５とを備えている。この構成によると、吹付機５でトンネルの下方にコンクリート吹付を行う際に、カッターブーム４や掘削機本体２が障害とならない上、トンネルの上方へコンクリート吹付を行う場合にもカッターブーム４を吹付機５を避けるように動かすだけで吹付機５がカッターブーム４に干渉しないようにできる。したがって、本例の掘削機１によれば、単純な構造の吹付機５を利用でき、吹付機５を特殊な構造にせずとも、トンネル壁面の全周に容易にコンクリート吹付できる。

さらに、本例では吹付機５がカッターブーム４の基端部４ａよりも下方に配置されているため、従来の掘削機のように吹付機５をカッターブーム４の上部あるいは後方に配置する場合に比べて、吹付機５が上方に張り出さない。そのため、本例では、掘削機１を従来よりもトンネル断面の小さいトンネルにも適用できるとともに、掘削時に掘削機１を壁際まで寄せても吹付機５がトンネルの壁面に接触する恐れがない。

加えて、本例の構成によれば、吹付機５が掘削機１の地面に近い位置に配置されるため、従来の掘削機のように吹付機を掘削機の上方に設けた場合に比べて、吹付機５に与える振動の影響を抑制できる。

また、本例では、下部に走行体としてのクローラー３が設けられた架台６と、架台６上に設けられ上部にカッターブーム４が設けられた門型の支持台としての第一支持台７とを有し、吹付機５が、架台６と第一支持台７とに囲われた空間内に配置されている。この構成によると、吹付機５が門型の第一支持台７と架台６の間に配置されるので、掘削機１の構成がコンパクトととなり、掘削機１を断面の小さいトンネルにも適用できる。

また、本例では、架台６上にクローラー３の進行方向に沿って延びるレールＲが設けられており、吹付機５が、レールＲに沿って移動できるようになっている。この構成によると、吹付機５がレールＲに沿ってクローラー３の進行方向に移動自在となるため、吹付機５の作動時には、吹付機５をクローラー３の進行方向前方へレールＲに沿って移動させて架台６上からせり出すことができる。そして、カッターブーム４の作動時には、吹付機５をクローラー３の進行方向後方へレールＲに沿って移動させれば架台６とカッターブーム４との間に格納できる。そのため、カッターブーム４の作動時に吹付機５をカッターブーム４の可動範囲外に配置でき、カッターブーム４の作動時にカッターブーム４が吹付機５に干渉しない。

また、本例では、走行体としてのクローラー３の進行方向である前方から見てカッターブーム４と吹付機５の中央を通る中央線Ｃが同一直線上になるように配置されている。この構成によると、カッターブーム４によって切羽を掘削した後に、掘削機１をその位置から動かさずに吹付機５によってコンクリート吹付できるため、コンクリート吹付工程の前に吹付機５の位置を調整する工程を省略できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱なく改造、変形及び変更ができるのは当然である。

例えば、本例の掘削機１に、トンネルの壁面に穿孔を行うとともにロックボルトを打ち込む穿孔機を搭載するようにしてもよい。掘削機１に穿孔機を設けた場合、コンクリート吹付後に、掘削機１と穿孔機を入れ替える時間を短縮できる。

１・・・掘削機、３・・・クローラー（走行体）、４・・・カッターブーム、５・・・吹付機、６・・・架台、７・・・第一支持台（支持台）、Ｃ・・・中央線、Ｒ・・・レール

Claims (4)

1. 先端が首振り動作可能であって切羽を掘削するカッターブームと、
   前記カッターブームの下方に配置されて、コンクリート吹付可能な吹付機とを備える
   ことを特徴とする掘削機。
2. 下部に走行体が設けられた架台と、
   前記架台上に設けられ上部に前記カッターブームが設けられた門型の支持台とを有し、
   前記吹付機が、前記架台と前記支持台とに囲われた空間内に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の掘削機。
3. 前記架台上に前記走行体の進行方向に沿って延びるレールが設けられており、
   前記吹付機が、前記レールに沿って移動可能である
   ことを特徴とする請求項２に記載の掘削機。
4. 前記走行体の進行方向から見て前記カッターブームと前記吹付機の中央を通る中央線が同一直線上にある
   ことを特徴とする請求項２に記載の掘削機。
   

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