JP2020076233A - Tunnel excavator and tunnel excavation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地盤を掘削する際にカッタヘッドに発生した振動を抑制するようにしたトンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関する。 The present invention relates to a tunnel excavator and a tunnel excavation method that suppress vibration generated in a cutter head when excavating the ground.
一般的に、トンネル掘削機においては、カッタヘッドを回転させ、そのカッタヘッドの前面に装着された複数のカッタが前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削することができる。 Generally, in a tunnel excavator, a tunnel can be excavated by rotating a cutter head, and a plurality of cutters mounted on the front surface of the cutter head form a cutting face on the ground in front.
このとき、掘削する地盤が岩盤等の硬質地盤となる場合には、カッタヘッドに大きな振動が発生する。このようにして大きな振動がカッタヘッドに発生すると、その振動が地中を伝わり、地表の住宅や地下施設等の周辺地域に振動被害を及ぼすおそれがある。 At this time, if the ground to be excavated is hard ground such as rock, a large vibration occurs in the cutter head. When a large vibration is generated in the cutter head in this way, the vibration is transmitted to the ground, and there is a risk of vibration damage to surrounding areas such as houses and underground facilities on the surface of the ground.
そこで、地盤を掘削する際にカッタヘッドに発生した振動を抑制するトンネル掘削機が提供されている。このようなトンネル掘削機としては、例えば下記特許文献1に開示されている。
Therefore, there is provided a tunnel excavator that suppresses vibration generated in the cutter head when excavating the ground. Such a tunnel excavator is disclosed, for example, in
下記特許文献1のようなトンネル掘削機においては、掘削機本体及びカッタヘッド等に、複数の加振器を設けるようにしており、これらの加振器を駆動させることにより、カッタヘッドに発生した振動に対して、その振動の位相と逆位相になる振動を出力するようにしている。これにより、カッタヘッドに発生した振動を、出力した逆位相振動によって相殺し、その振動を抑制するようにしている。
In the tunnel excavator as disclosed in
しかしながら、従来のトンネル掘削機においては、加振器が逆位相振動を与える面に、当該加振器を設置しているため、その出力させた逆位相振動が、カッタヘッドに伝達され難くなっている。 However, in the conventional tunnel excavator, since the vibration exciter is installed on the surface where the vibration exciter gives the antiphase vibration, the output antiphase vibration is difficult to be transmitted to the cutter head. There is.
すなわち、加振器の設置面と、加振器が逆位相振動を与える面とが同じになっているため、加振器が逆位相振動を出力しても、その振動によって加振器自体が振れてしまうことになり、出力した逆位相振動をカッタヘッドに対して適切に伝達させることができない。このようなトンネル掘削機においては、カッタヘッドに発生した振動を十分に抑制させることができないおそれがある。 In other words, the installation surface of the exciter and the surface on which the exciter gives anti-phase vibration are the same, so even if the exciter outputs anti-phase vibration, the vibration itself As a result, the output antiphase vibration cannot be properly transmitted to the cutter head. In such a tunnel excavator, there is a possibility that the vibration generated in the cutter head cannot be sufficiently suppressed.
上述の問題を解決するため、上記特許文献2では、掘削時においてカッタヘッドに発生した振動を抑制することにより、周辺地域への振動被害を防止することができるトンネル掘削機が開示されている。 In order to solve the above-mentioned problem, Patent Document 2 discloses a tunnel excavator capable of preventing vibration damage to the surrounding area by suppressing the vibration generated in the cutter head during excavation.
しかしながら、上記特許文献2においては、掘削機本体の外周に沿って設けられた方向制御ジャッキを制振用ジャッキとしても用いるため、掘削機本体のうち前胴側に取り付けられた構成全て、例えば、カッタヘッドの制振と関係ないスクリューコンベア等にまで、制振のための振動を与えてしまうことになる。 However, in the above-mentioned Patent Document 2, since the direction control jack provided along the outer periphery of the excavator body is also used as the vibration suppression jack, all the configurations attached to the front trunk side of the excavator body, for example, Vibration for vibration suppression is applied even to a screw conveyor or the like that is not related to vibration suppression of the cutter head.
さらに、上述の方向制御ジャッキ兼制振用ジャッキは、掘削機本体の軸方向における前胴と後胴との境に設けられているため、そもそも掘削機本体が前胴と後胴に分かれていないようなトンネル掘削機においては、上記特許文献2の技術は適用することができない。 Furthermore, since the above-mentioned direction control jack and vibration control jack are provided at the boundary between the front body and the rear body in the axial direction of the excavator body, the excavator body is not divided into the front body and the rear body in the first place. The technique of Patent Document 2 cannot be applied to such a tunnel excavator.
上記技術的課題に鑑み、本発明は、制振対象範囲を振動発生源近傍に限定することで、カッタヘッドの制振と関係ない構成に影響を与えることなく、カッタヘッドの制振を行うことができ、かつ、掘削機本体が前胴と後胴に分かれていない場合にも適用することができる、トンネル掘削機及びトンネル掘削方法を提供することを目的とする。 In view of the above technical problem, the present invention limits the vibration suppression target range to the vicinity of the vibration generation source, thereby performing the vibration suppression of the cutter head without affecting the configuration unrelated to the vibration suppression of the cutter head. It is an object of the present invention to provide a tunnel excavator and a tunnel excavation method that can be applied even when the excavator body is not divided into a front body and a rear body.
上記課題を解決するための第1の発明に係るトンネル掘削機は、
筒状の掘削機本体、及び、該掘削機本体の軸方向前端において回転支持部に連結し回転可能であり、地盤を掘削するカッタヘッドを備えるトンネル掘削機であって、
前記カッタヘッドよりも軸方向後方側において前記回転支持部を支持する内側隔壁部、及び、内周面によって該内側隔壁部を軸方向にスライド可能に支持し、外周面が前記掘削機本体の内周面に嵌合するようにして配される、環状の外側隔壁部を有し、前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドとの間に空間を形成するように配される隔壁と、
前記回転支持部及び前記内側隔壁部のうち任意の位置に対して一端が配され、前記掘削機本体に対して他端が配され、伸縮可能な制振用ジャッキと、
前記カッタヘッドに発生する振動を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づき、前記カッタヘッドに発生する振動の位相に対して逆位相となる逆位相振動を出力するように前記制振用ジャッキの制御を行う制御手段とを備える
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a first invention for solving the above-mentioned problems,
A tubular excavator main body, and a tunnel excavator including a cutter head for excavating the ground, which is rotatable by being coupled to a rotation support portion at an axial front end of the excavator main body,
An inner partition wall portion that supports the rotation support portion axially rearward of the cutter head, and an inner peripheral surface that slidably supports the inner partition wall portion in an axial direction, and an outer peripheral surface of the excavator body is inside. A partition wall that is arranged so as to be fitted to the peripheral surface, has an annular outer partition wall portion, and is arranged so as to form a space between the cutter head and the inside of the excavator body,
One end is arranged at an arbitrary position of the rotation support part and the inner partition wall part, and the other end is arranged with respect to the excavator main body;
Measuring means for measuring the vibration generated in the cutter head,
Control means for controlling the vibration damping jack so as to output an anti-phase vibration that is an anti-phase to the phase of the vibration generated in the cutter head, based on the measurement result of the measurement means. And
上記課題を解決するための第2の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第1の発明に係るトンネル掘削機において、
前記掘削機本体は、その内部において前記隔壁よりも軸方向後方側に配されるビームを備え、
前記制振用ジャッキは、前記ビームと前記内側隔壁部との間に軸方向に延伸するように配される
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a second invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to the first invention,
The excavator main body includes a beam arranged axially rearward of the partition wall inside the excavator main body,
The vibration damping jack is arranged so as to extend in the axial direction between the beam and the inner partition wall portion.
上記課題を解決するための第3の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第2の発明に係るトンネル掘削機において、
前記ビームには、軸方向前方側に突出する第1突起部が形成され、
前記内側隔壁部には、軸方向後方側に突出する第2突起部が形成され、
前記制振用ジャッキは、前記第1突起部と前記第2突起部との間に設けられる
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a third invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to the second invention,
The beam is formed with a first protrusion that protrudes forward in the axial direction,
A second protrusion that protrudes rearward in the axial direction is formed on the inner partition wall,
The vibration damping jack is provided between the first protrusion and the second protrusion.
上記課題を解決するための第4の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第1から3のいずれか1つの発明に係るトンネル掘削機において、
前記制振用ジャッキは、周方向において複数並設される
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to any one of the first to third inventions,
A plurality of the vibration damping jacks are arranged side by side in the circumferential direction.
上記課題を解決するための第5の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第4の発明に係るトンネル掘削機において、
前記制御手段は、全ての前記制振用ジャッキを所定数ずつの複数のグループに分け、前記計測手段の計測結果に基づき、グループごとに制御を行う
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to the fourth aspect,
The control means divides all the vibration damping jacks into a plurality of groups of a predetermined number, and controls each group based on the measurement result of the measurement means.
上記課題を解決するための第6の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第1から5のいずれか1つの発明に係るトンネル掘削機において、
前記制振用ジャッキには、当該制振用ジャッキの長さが、前記逆位相振動を出力する場合未満に設定された所定長まで縮むと作動する、移動量制限機構が設けられる
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a sixth invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to any one of the first to fifth inventions,
The vibration damping jack is provided with a movement amount limiting mechanism that operates when the length of the vibration damping jack contracts to a predetermined length that is set to a value less than when the antiphase vibration is output. To do.
上記課題を解決するための第7の発明に係るトンネル掘削機は、
上記第1から6のいずれか1つの発明に係るトンネル掘削機において、
前記計測手段は、前記内側隔壁部に設けられる
ことを特徴とする。
A tunnel excavator according to a seventh invention for solving the above-mentioned problems,
In the tunnel excavator according to any one of the first to sixth inventions,
The measuring means is provided in the inner partition wall portion.
上記課題を解決するための第8の発明に係るトンネル掘削方法は、
筒状の掘削機本体、及び、該掘削機本体の軸方向前端において回転支持部に連結し回転可能であり、地盤を掘削するカッタヘッドを備えるトンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法であって、
前記トンネル掘削機は、前記カッタヘッドよりも軸方向後方側において前記回転支持部を支持する内側隔壁部、及び、内周面によって該内側隔壁部を軸方向にスライド可能に支持し、外周面が前記掘削機本体の内周面に嵌合するようにして配される、環状の外側隔壁部を有し、前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドとの間に空間を形成するように配される隔壁と、前記回転支持部及び前記内側隔壁部のうち任意の位置に対して一端が配され、前記掘削機本体に対して他端が配され、伸縮可能な制振用ジャッキとを備えるものであり、
前記カッタヘッドに発生する振動を計測し、その計測結果に基づき、前記カッタヘッドに発生する振動の位相に対して逆位相となる逆位相振動を出力するように前記制振用ジャッキの制御を行う
ことを特徴とする。
A tunnel excavation method according to an eighth invention for solving the above-mentioned problems,
A tubular excavator main body, and a tunnel excavation method using a tunnel excavator equipped with a cutter head for excavating the ground, which is rotatable by being coupled to a rotation support portion at an axial front end of the excavator main body,
The tunnel excavator, an inner partition wall portion that supports the rotation support portion on the axial rear side of the cutter head, and an inner peripheral surface slidably support the inner partition wall portion, the outer peripheral surface is The excavator main body is arranged so as to be fitted to the inner peripheral surface of the excavator main body, and has an annular outer partition wall portion, and is arranged so as to form a space between the cutter head and the inside of the excavator main body. A partition wall, and one end of the rotation support portion and the inner partition wall portion at arbitrary positions and the other end of the excavator body, and a stretchable damping jack. And
The vibration generated in the cutter head is measured, and based on the measurement result, the vibration suppression jack is controlled so as to output an antiphase vibration that is an opposite phase to the phase of the vibration generated in the cutter head. It is characterized by
本発明に係るトンネル掘削機及びトンネル掘削方法によれば、制振対象範囲を振動発生源近傍に限定することで、カッタヘッドの制振と関係ない構成に影響を与えることなく、カッタヘッドの制振を行うことができ、かつ、掘削機本体が前胴と後胴に分かれていない場合にも適用することができる。 According to the tunnel excavator and the tunnel excavation method of the present invention, by limiting the vibration suppression target range to the vicinity of the vibration source, the control of the cutter head can be performed without affecting the structure unrelated to the vibration suppression of the cutter head. It can be shaken and can be applied even when the excavator body is not divided into a front body and a rear body.
以下、本発明に係るトンネル掘削機及びトンネル掘削方法について、実施例にて図面を用いて説明する。 Hereinafter, a tunnel excavator and a tunnel excavation method according to the present invention will be described with reference to the drawings in the embodiments.
本実施例に係るトンネル掘削機の構成について図1,2を用いて説明する。
図1は、本実施例に係るトンネル掘削機(トンネル掘削機1)を説明する概略図であり、図2は、図1のA‐A矢視に相当する概略図である。ただし、図2では、トンネル掘削機1の構成のうち、後述するカッタ回転軸11a、ビーム16、制振用ジャッキ18、カッタ旋回用モータ13、及び振動計測器(計測手段)19の位置関係を説明するものであり、それ以外の構成は省略している。
The configuration of the tunnel excavator according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a tunnel excavator (tunnel excavator 1) according to the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram corresponding to the arrow AA of FIG. 1. However, in FIG. 2, in the configuration of the
図1,2に示すように、トンネル掘削機1は、主に、円筒状の掘削機本体10、及び、円盤状のカッタヘッド11を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
カッタヘッド11は、円筒状の掘削機本体10の軸方向(すなわちトンネル延伸方向)前端に設けられている。また、カッタヘッド11の中心部には、カッタ回転軸11aの前端が嵌入されている。
The
掘削機本体10の内周面は、カッタヘッド11よりもトンネル延伸方向後方側において隔壁12が配されている。隔壁12の中心部にはカッタ回転軸11aが、その外周側には、連結部材11bが、ともに回転可能に支持されており、隔壁12の後面には、カッタ旋回用モータ13が設けられている。
A
カッタ旋回用モータ13を駆動させることにより、図示しないギヤ機構及び連結部材11bを介して、カッタヘッド11を、カッタ回転軸11aを中心として回転させ、地盤(切羽)を掘削することができる。
By driving the
そして、カッタヘッド11と隔壁12との間には、チャンバ14が区画形成されている。チャンバ14は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間(室)となっており、チャンバ14内には、カッタヘッド11による地盤掘削に伴って発生する掘削土砂が取り込まれる。
A
また、掘削機本体10の内部には、スクリューコンベヤ15が設けられている。このスクリューコンベヤ15は、トンネル延伸方向前端の開口部が、隔壁12の(鉛直方向における)下方位置を貫通して、チャンバ14内に挿入され、トンネル延伸方向後方側に向かうに従い、鉛直方向上方に位置するように、傾斜して配置されている。
A
これにより、スクリューコンベヤ15を駆動させることで、チャンバ14内に蓄えられた掘削土砂を掘削機本体10のトンネル延伸方向後方に向けて排出することができる。
Accordingly, by driving the
さらに、掘削機本体10の隔壁12よりもトンネル延伸方向後方側には、掘削機本体10の内周面10aに略井桁状に配されるビーム16が設けられている。
Further, on the rear side of the
ビーム16の後面には、エレクタ装置17が掘削機本体10の軸方向、径方向、及び周方向(すなわちトンネル延伸方向、径方向、及び周方向)に移動可能に支持されている。このエレクタ装置17は、覆工部材としてのセグメントSを把持可能となっており、その把持したセグメントSをトンネルTの内壁面(坑壁)に沿って組立可能となっている。
An
セグメントSは、掘削されたトンネルTの内壁面形状に沿う環片となっている。従って、エレクタ装置17を駆動させることにより、複数のセグメントSをトンネル周方向に沿ってリング状に組み立てることができる。
The segment S is a ring piece that follows the shape of the inner wall surface of the excavated tunnel T. Therefore, by driving the
さらに、掘削機本体10の内周面には、複数のシールドジャッキ(推進ジャッキ)21が、その内周面に沿って、且つ、その周方向において所定の間隔で並設されている。
Further, on the inner peripheral surface of the
これらのシールドジャッキ21は、駆動ロッドをトンネル延伸方向に伸縮可能としており、その駆動ロッドの先端には、スプレッダ21aが装着されている。このスプレッダ21aは、トンネル延伸方向において、既設のセグメントSにおける前端面と対向している。
In these shield jacks 21, a drive rod can be expanded and contracted in the tunnel extending direction, and a
したがって、シールドジャッキ21の駆動ロッドを、トンネル延伸方向後方側に向けて伸長して、スプレッダ21aを、既設のセグメントSに押圧させることにより、掘削機本体10に推進反力を与えることができる。すなわち、掘削機本体10は、シールドジャッキ21がセグメントSを押圧したときに発生する推進反力によって、前進可能となっている。
Therefore, by propelling the drive rod of the
ところで、本実施例では、隔壁12が、内側隔壁部12a及び外側隔壁部12bによって構成されている。内側隔壁部12aは、カッタヘッド11よりもトンネル延伸方向後方側においてカッタ回転軸11a及び連結部材11bを回転可能に支持し、さらに、カッタ旋回用モータ13、図示しない上記ギヤ機構、そして後述する制振用ジャッキ18等が設けられる円盤状のものである。
By the way, in this embodiment, the
また、外側隔壁部12bは、内周面12baによって内側隔壁部12aを外周面12aaにて支持しつつ、外周面12bbが掘削機本体10の内周面10aに嵌合するようにして配される円環状のものであり、スクリューコンベヤ15の掘削土砂取込口等が設けられる。
Further, the
そして、内側隔壁部12aの外周面12aaと外側隔壁部12bの内周面12baとの間には、図示しない軸受ブッシュ及びシール等が設けられることによってスライド面が形成されている。すなわち、外側隔壁部12bは、内周面12baによって内側隔壁部12aを、(隔壁としての)水密状態を維持しながら、トンネル延伸方向にスライド可能に支持している。
A bearing bush and a seal (not shown) are provided between the outer peripheral surface 12aa of the
これにより、内側隔壁部12aに配されている、カッタ回転軸11a、連結部材11b、カッタ旋回用モータ13、図示しない上記ギヤ機構、及び制振用ジャッキ18等は、掘削機本体10に対して、水密状態を維持しながら、トンネル延伸方向にスライド可能となっている。
As a result, the
また、制振用ジャッキ18は、トンネル延伸方向に延伸し、基端がトンネル延伸方向後方側、先端がトンネル延伸方向前方側となる向きに配されている。さらに制振用ジャッキ18は、周方向において所定の間隔で複数並設されている。
Further, the damping
制振用ジャッキ18の基端はビーム16に支持されている。詳述すると、ビーム16にはトンネル延伸方向前方側に突出する突起部16aが形成されており、制振用ジャッキ18の基端はこの突起部16a(第1突起部)に支持されている。
The base end of the damping
一方、制振用ジャッキ18の先端には、トンネル延伸方向に伸縮可能とする伸縮ロッド18aが設けられており、伸縮ロッド18aの先端は内側隔壁部12aに連結されている。詳述すると、伸縮ロッド18aは、内側隔壁部12aの上記スライド面の近傍においてトンネル延伸方向後方側に突出するように形成された突起部12ab(第2突起部)に、連結されている。
On the other hand, a
上述のように制振用ジャッキ18の基端及び先端を設置することにより、制振用ジャッキ18は、掘削機本体10に対してトンネル延伸方向に伸縮可能となっている。
By installing the base end and the tip of the
そして、制振用ジャッキ18は、伸縮ロッド18aを小刻みに繰り返し伸縮させることにより、振動を発生させることができる。この制振用ジャッキ18の微伸縮によって発生された振動は、地盤の掘削に伴ってカッタヘッド11に発生した振動の位相と逆位相となる逆位相振動となっている。
Then, the
カッタヘッド11と(制振用ジャッキ18が配された)内側隔壁部12aとは、カッタヘッド回転軸11a及び連結部材11bによって接続しているため、カッタヘッド11に発生した振動に対して、制振用ジャッキ18による逆位相振動が干渉し、その振動を抑制することができる。
Since the
ただし、制振用ジャッキ18は、カッタヘッド11に対し(逆位相)振動を伝達可能であれば良いため、上述した内側隔壁部12aとビーム16との間に限らず、カッタヘッド11を回転支持するカッタ回転軸11aと連結部材11b(総じて回転支持部と呼称)、及び内側隔壁部12aのうち、任意の位置に対し、制振用ジャッキ18の基端及び先端のうちいずれか一端が配されるようにすればよい。
However, since the damping
さらに、制振用ジャッキ18は、例えばローラーカッタの交換時にカッタヘッド11を移動させるなど、制振以外の目的のため、上記逆位相振動に必要なストローク以上のストロークを有するものとする場合がある。このような場合、制振用ジャッキ18のストローク(長さ)が、上記逆位相振動を出力する場合未満に設定された所定長まで縮むと作動する、移動量制限機構(図示略)を設けるようしてもよい。これにより制振用ジャッキ18は、カッタヘッド11が後退することを防止する効果を奏することができる。
Further, the damping
また、上述のごとく、制振用ジャッキ18が内側隔壁部12aとビーム16との間に配される場合、隔壁12のトンネル延伸方向後面における制振用ジャッキ18よりも径方向内側に、振動計測器(計測手段)19が配される。
Further, as described above, when the
振動計測器19は、カッタヘッド11が地盤を掘削する際に、当該カッタヘッド11に発生する振動(波形、周期、及び振幅)を計測することを可能とするものである。
The
すなわち、地盤の掘削に伴ってカッタヘッド11に発生する振動は、カッタ回転軸11a及び連結部材11bを介して、隔壁12に伝達された後、振動計測器19に入力されることになる。
That is, the vibration generated in the
ただし、振動計測器19は、カッタヘッド11に発生する振動を計測することができれば良いため、カッタヘッド11、上記回転支持部、及び内側隔壁部12aのうち、任意の位置に配されるようにすればよい。また、振動計測器19は周方向に複数並設されるようにしてもよい。
However, since the
また、掘削機本体10内には、制御装置(制御手段)20が設けられている。この制御装置20は、制振用ジャッキ18に対して油圧を給排するためのサーボ弁と、振動計測器19とに電気的に接続されており、振動計測器19の計測結果に基づき、制振用ジャッキ18におけるサーボ弁の弁開度を制御することにより、制振用ジャッキ18に対し、振動的に伸縮させて、逆位相振動を出力するように制御を行う。
A control device (control means) 20 is provided in the
詳細には、制御装置20においては、各振動計測器19によって計測された振動が入力されると、それらの振動を解析して、カッタヘッド11に発生した振動の主体となる振動モードを特定した後、その振動モードに応じた制御信号を、各制振用ジャッキ18のサーボ弁に入力するようになっている。
Specifically, in the
ここで、振動モードとしては、主としてトンネル延伸方向の振動があり、加えて、トンネル径方向(鉛直方向と水平方向)の振動も発生する。制御装置20においては、複数の制振用ジャッキ18に対して、全て一括して制御するようにしても良いが、全ての制振用ジャッキ18を(周方向に)所定数ずつの複数のグループに分け、振動計測器19の計測結果に基づき、このグループごとに制御を行うようにしてもよい。
Here, the vibration mode mainly includes vibration in the tunnel extension direction, and in addition, vibration in the tunnel radial direction (vertical direction and horizontal direction) is also generated. The
以上より、トンネル掘削機1によってトンネル構造体を施工する場合には、先ず、カッタヘッド11を回転させながら、複数のシールドジャッキ21を伸長させて既設のセグメントSに押し付ける。これにより、掘削機本体10がその既設のセグメントSから推進反力を得て前進すると共に、回転するカッタヘッド11により、トンネルTが掘削される。
As described above, when constructing a tunnel structure with the
このとき、地盤掘削によって発生した掘削土砂は、カッタヘッド11の掘削土砂取込口を介して、チャンバ14内に充填されることになり、そのチャンバ14は、充填された掘削土砂によって、所定の内圧に維持される。そして、チャンバ14内に充填された掘削土砂は、スクリューコンベヤ15の回転によって、トンネル延伸方向後方側に向けて排出される。
At this time, the excavated earth and sand generated by the ground excavation is filled in the
これと同時に、短縮したシールドジャッキ21のトンネル延伸方向後方側においては、エレクタ装置17の駆動によって、これに保持されたセグメントSが、トンネルTの内壁面に沿って、リング状に順次組み立てられる。
At the same time, on the rear side of the shortened
すなわち、カッタヘッド11の掘削による掘削量に見合う土砂量を、スクリューコンベヤ15によって円滑に排出して、チャンバ14内を常に掘削土砂によって充満させることにより、切羽の安定化を図りつつ、トンネルTを掘削する。これと同時に、シールドジャッキ21の伸長によって、既設のセグメントSから推進反力を取って掘進しながら、短縮させたシールドジャッキ21のトンネル延伸方向後方側において、新設のセグメントSを組み立てる。
That is, the amount of earth and sand corresponding to the amount of excavation by the
また、カッタヘッド11に発生した振動が振動計測器19によって計測されると、制御装置20においては、その計測された振動の大きさに応じた逆位相振動が発生するように、制振用ジャッキ18の伸縮を制御する。
Further, when the vibration generated in the
これにより、その制振用ジャッキ18によって出力された逆位相振動は、カッタヘッド11に伝達された後、そのカッタヘッド11に発生した振動と干渉して、当該振動を減少させる。
As a result, the anti-phase vibration output by the damping
このとき、カッタヘッド11に発生する振動モードに応じて、グループごとに制振用ジャッキ18の伸縮を制御することで、カッタヘッド11に発生する振動は逆位相振動によって十分に抑制されることになる。
At this time, by controlling expansion and contraction of the
本実施例によれば、外側隔壁部12bに対してスライドする内側隔壁部12aに、制振用ジャッキ18を設けているので、掘削機本体10を振動させず、振動発生源であるカッタヘッド11近傍に限定した制振が可能となる。
According to the present embodiment, since the
また、本実施例における制振用ジャッキ18で適用するストロークは、逆位相の振動を発生すればよいので、短いストローク(例えば1mm以下)でよく、上記特許文献2のように方向制御ジャッキを制振用として用いる場合に比べ、小型化及び軽量化を図ることができる。
Further, the stroke applied by the damping
さらに、本実施例では、制振用ジャッキ18に移動量制限機構を設けることで、カッタヘッド11が後退することを防止することができる。
Further, in the present embodiment, by providing the
本発明は、地盤を掘削する際にカッタヘッドに発生した振動を抑制するようにしたトンネル掘削機及びトンネル掘削方法として好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable as a tunnel excavator and a tunnel excavation method for suppressing vibration generated in a cutter head when excavating the ground.
1 トンネル掘削機
10 掘削機本体
10a 内周面
11 カッタヘッド
11a カッタ回転軸
11b 連結部材
12 隔壁
12a 内側隔壁部
12aa 外周面
12ab 突起部
12b 外側隔壁部
12ba 内周面
12bb 外周面
13 カッタ旋回用モータ
14 チャンバ
15 スクリューコンベヤ
16 ビーム
16a 突起部
17 エレクタ装置
18 制振用ジャッキ
18a 伸縮ロッド
19 振動計測器(計測手段)
20 制御装置(制御手段)
21 シールドジャッキ(推進ジャッキ)
21a スプレッダ
S セグメント
T トンネル
DESCRIPTION OF
20 Control device (control means)
21 Shield jack (propulsion jack)
21a Spreader S segment T tunnel
Claims (8)
前記カッタヘッドよりも軸方向後方側において前記回転支持部を支持する内側隔壁部、及び、内周面によって該内側隔壁部を軸方向にスライド可能に支持し、外周面が前記掘削機本体の内周面に嵌合するようにして配される、環状の外側隔壁部を有し、前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドとの間に空間を形成するように配される隔壁と、
前記回転支持部及び前記内側隔壁部のうち任意の位置に対して一端が配され、前記掘削機本体に対して他端が配され、伸縮可能な制振用ジャッキと、
前記カッタヘッドに発生する振動を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づき、前記カッタヘッドに発生する振動の位相に対して逆位相となる逆位相振動を出力するように前記制振用ジャッキの制御を行う制御手段とを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。 A tubular excavator main body, and a tunnel excavator including a cutter head for excavating the ground, which is rotatable by being coupled to a rotation support portion at an axial front end of the excavator main body,
An inner partition wall portion that supports the rotation support portion axially rearward of the cutter head, and an inner peripheral surface that slidably supports the inner partition wall portion in an axial direction, and an outer peripheral surface of the excavator body is inside. A partition wall that is arranged so as to be fitted to the peripheral surface, has an annular outer partition wall portion, and is arranged so as to form a space between the cutter head and the inside of the excavator body,
One end is arranged at an arbitrary position of the rotation support part and the inner partition wall part, and the other end is arranged with respect to the excavator main body;
Measuring means for measuring the vibration generated in the cutter head,
Control means for controlling the vibration damping jack so as to output an anti-phase vibration that is an anti-phase to the phase of the vibration generated in the cutter head, based on the measurement result of the measurement means. And tunnel excavator.
前記制振用ジャッキは、前記ビームと前記内側隔壁部との間に軸方向に延伸するように配される
ことを特徴とする請求項1に記載のトンネル掘削機。 The excavator main body includes a beam arranged axially rearward of the partition wall inside the excavator main body,
The tunnel excavator according to claim 1, wherein the vibration damping jack is arranged so as to extend in an axial direction between the beam and the inner partition wall portion.
前記内側隔壁部には、軸方向後方側に突出する第2突起部が形成され、
前記制振用ジャッキは、前記第1突起部と前記第2突起部との間に設けられる
ことを特徴とする請求項2に記載のトンネル掘削機。 The beam is formed with a first protrusion that protrudes forward in the axial direction,
A second protrusion that protrudes rearward in the axial direction is formed on the inner partition wall,
The tunnel excavator according to claim 2, wherein the damping jack is provided between the first protrusion and the second protrusion.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 The tunnel excavator according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the vibration damping jacks are arranged side by side in the circumferential direction.
ことを特徴とする請求項4に記載のトンネル掘削機。 The tunnel according to claim 4, wherein the control unit divides all the vibration damping jacks into a plurality of groups of a predetermined number and controls each group based on a measurement result of the measurement unit. Excavator.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 The damping jack is provided with a movement amount limiting mechanism that operates when the length of the damping jack contracts to a predetermined length that is set to a value less than when the antiphase vibration is output. The tunnel excavator according to any one of claims 1 to 5.
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 The tunnel excavator according to any one of claims 1 to 6, wherein the measuring unit is provided in the inner partition wall.
前記トンネル掘削機は、前記カッタヘッドよりも軸方向後方側において前記回転支持部を支持する内側隔壁部、及び、内周面によって該内側隔壁部を軸方向にスライド可能に支持し、外周面が前記掘削機本体の内周面に嵌合するようにして配される、環状の外側隔壁部を有し、前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドとの間に空間を形成するように配される隔壁と、前記回転支持部及び前記内側隔壁部のうち任意の位置に対して一端が配され、前記掘削機本体に対して他端が配され、伸縮可能な制振用ジャッキとを備えるものであり、
前記カッタヘッドに発生する振動を計測し、その計測結果に基づき、前記カッタヘッドに発生する振動の位相に対して逆位相となる逆位相振動を出力するように前記制振用ジャッキの制御を行う
ことを特徴とするトンネル掘削方法。 A tubular excavator main body, and a tunnel excavation method using a tunnel excavator equipped with a cutter head for excavating the ground, which is rotatable by being coupled to a rotation support portion at an axial front end of the excavator main body,
The tunnel excavator, an inner partition wall portion that supports the rotation support portion on the axial rear side of the cutter head, and an inner peripheral surface slidably support the inner partition wall portion, the outer peripheral surface is The excavator main body is arranged so as to be fitted to the inner peripheral surface of the excavator main body, and has an annular outer partition wall portion, and is arranged so as to form a space between the cutter head and the inside of the excavator main body. A partition wall, and one end of the rotation support portion and the inner partition wall portion at arbitrary positions and the other end of the excavator body, and a stretchable damping jack. And
The vibration generated in the cutter head is measured, and based on the measurement result, the vibration suppression jack is controlled so as to output an antiphase vibration that is an opposite phase to the phase of the vibration generated in the cutter head. A tunnel excavation method characterized by the above.
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