JP2612218B2 - トンネルボーリングマシーン - Google Patents

トンネルボーリングマシーン

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JP2612218B2
JP2612218B2 JP3129074A JP12907491A JP2612218B2 JP 2612218 B2 JP2612218 B2 JP 2612218B2 JP 3129074 A JP3129074 A JP 3129074A JP 12907491 A JP12907491 A JP 12907491A JP 2612218 B2 JP2612218 B2 JP 2612218B2
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cutter drum
cutter
gripper
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boring machine
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荘太 高津
伸 寺内
好人 南
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カッタードラムを回転
させることにより、地盤を掘進するトンネルボーリング
マシーンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から知られているトンネルボーリン
グマシーンは、マシーン本体の掘進側先端部に円筒形の
カッタードラムを配し、該カッタードラムの掘進方向前
面に、複数の切削カッターを配した円形のカッター面を
備えている。実際の掘削時には、グリッパーによって坑
壁に掘削反力をとり、前記カッター面を掘削地盤に押し
当て、前記カッタードラムを回転させながら前記装置本
体を前進させ、トンネルを連続して掘削するものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のトン
ネルボーリングマシーンは、円筒形のカッタードラムを
回転させて掘進するので、その掘削断面は円形状にな
り、水路や上下水道等の場合は、設計断面が円形である
ため、特に問題は生じない。しかし、鉄道、道路等の設
計断面60は、通常、馬蹄形であり、円形断面のトンネ
ル61を掘削した場合には、図5(b)に示すような余
堀部分62が発生し、結果的に不必要な領域まで掘削し
ていることになり、この分、余分なコストを要さねばな
らず不経済であった。
【0004】本発明は、上記問題点を解決すべくなされ
たものであり、その目的は、鉄道、道路等、設計断面が
馬蹄形のトンネルを構築する際に発生する余堀を低減す
ることができるトンネルボーリングマシーンを提供する
ことにある。
【0005】また、本発明の他の目的は、従来のトンネ
ルボーリングマシーンの基本構成を大幅に変更すること
なく、前述の余堀を低減することができるトンネルボー
リングマシーンを提供することにある。
【0006】さらに、本発明の他の目的は、所定の楕円
断面のトンネルを掘削するため、マシーン本体に対する
前記カッタードラムの傾斜角度を容易に変更し得るトン
ネルボーリングマシーンを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的に鑑
みてなされたものであり、その要旨は、掘削方向の前方
に位置するカッタードラムと、カッタードラムを支持す
る装置本体としてのメインフレームと、メインフレーム
の後方にメインフレームに対し摺動可能に設けた掘削反
力をとるためのグリッパー部と、メインフレームの前方
上部に設けたルーフサポートと、カッタードラムの下部
に設けたカッタードラムサポートと、メインフレームと
グリッパー部の間に設けたスラストシリンダーとを備
え、メインフレームがトンネル坑壁に対しグリッパー
部、ルーフサポート及びカッタードラムサポートによっ
て支持されるオープンタイプのトンネルボーリングマシ
ーンであって、前記カッタドラムを前記メインフレーム
に対して傾動させるため伸縮するシリンダー部材を更に
備えることを特徴とするトンネルボーリングマシーンに
ある。また、前記シリンダー部材は、一端が前記メイン
フレームに接続され、他端が前記カッタードラムに接続
されるものとすることができる。
【0008】
【作用】本発明に係るトンネルボーリングマシーンは、
前記装置本体の前方に設けた前記カッタードラムを、前
記シリンダー部材の伸縮により掘進方向に対して任意の
角度に傾斜させる。このように、カッター面が掘進方向
に対して傾斜した状態でカッタードラムを回転させて掘
進することにより、トンネルの掘削断面は楕円形状とな
り、前記シリンダー部材の伸縮割合を変化させることに
より、前記カッタードラムの傾斜角度を任意に設定する
ことができる。前記カッタードラムを鉛直方向に傾斜さ
せて配設すれば、その掘削断面は水平方向に長い楕円形
状となり、水平方向に傾斜させて配設すれば、その掘削
断面は鉛直方向に長い楕円形状となる。
【0009】
【実施例】本発明に係るトンネルボーリングマシーンを
添付図面に基づいて説明する。
【0010】図1(a),(b)において、トンネルボ
ーリングマシーンは、掘削方向の前方に位置するカッタ
ードラム10、該カッタードラム10を支持する装置本
体としてのメインフレーム20、及び掘削反力をとるた
めのグリッパー部30で主要部を構成する。
【0011】円筒型のカッタードラム10は、掘進方向
の前面に円形のカッター面11を有し、カッター面11
には、多数の掘削カッター12を配しており(図2)、
電動モーター14によってカッタードラム10を回転駆
動して地盤を掘削する。また、カッタードラム10は、
可動連結部21における連結ロッド21′を介してその
後方のメインフレーム20に傾動自在に支持されてい
る。
【0012】ボックス型を呈するメインフレーム20
は、カッタードラム10を傾動させる傾動シリンダー2
6を備え、また、後方部には、メインフレーム20に対
して摺動自在に嵌合するグリッパー部30(図3参照)
を配している。傾動シリンダー26の先端部は、カッタ
ードラム10の下端部に固定しており、この傾動シリン
ダー26のシリンダーを伸縮させることにより、カッタ
ードラム10は可動連結部21の連結ロッド21′を中
心に上下方向に回動し、掘削方向に対するカッター面1
1の傾斜角度を任意に設定することができる。また、メ
インフレーム20の後端部には、グリッパー部30によ
る固定を解除した際に、メインフレーム20を下方から
支持するためのリヤサポート23を配設しており、この
リヤサポート23は、シリンダー構造によって伸縮可能
な機構となっている。なお、メインフレーム20の側部
には、ベルトコンベヤー22を固定しており、カッター
ドラム10に設けた掻き上げ板13により掻き上げられ
切削ズリが、このベルトコンベヤー22上に落下し後方
側に搬送される機構となっている。
【0013】グリッパー部30は、メインフレーム20
から水平方向両側に伸縮自在に突出するグリッパーシリ
ンダー31を備え、その先端部には、坑壁に沿って円弧
状に湾曲したグリッパーシュー32を配している(図
3)。掘削反力をとる場合には、前記グリッパーシリン
ダー31を伸長させ、坑壁をグリッパーシュー32で押
圧することにより、グリッパー部30をこの位置に固定
する。また、スラストシリンダー24の基端部をグリッ
パー部30に固定し、先端部をマシーン本体としてのメ
インフレーム20側に固定しており、掘削時には、スラ
ストシリンダー24を伸長させることにより、前述のよ
うに固定したグリッパー部30に反力をとり、メインフ
レーム20と一体的にカッタードラム10を前進させる
ものである。
【0014】また、トンネルボーリングマシーンは、カ
ッタードラム10の下部にカッタードラムサポート15
を配し、メインフレーム20の上部にルーフサポート2
5を設けており、これらによって上下方向にも支承され
ながら掘進するものである。以上のように構成するトン
ネルボーリングマシーンによってトンネルを掘削する工
程を順に説明する。
【0015】まず、掘削断面が所定の楕円形状となるよ
うに、傾動シリンダー26を伸縮させ、カッタードラム
10を掘進方向に対して所定の角度に傾斜させる。
【0016】この工程と同時或は前後して、グリッパー
シリンダー31を水平方向両側に伸長させ、坑壁をグリ
ッパーエンド32で押圧し、グリッパー部30を固定す
る。掘削開始時におけるグリッパー部30の初期位置
は、図1の参照番号30′で破線で示す箇所に位置して
いる。なお、この際、後端部のリヤサポート23は収縮
状態である(図4)。
【0017】次に、電動モーター14によってカッター
ドラム10を回転駆動すると共に、スラストシリンダー
24を伸長させ、前述の固定したグリッパー部30に反
力をとってカッタードラム10を前進させる。これによ
り、グリッパー部30は固定位置を保ち、メインフレー
ム20と共にカッタードラム10が前方に移動する。
【0018】このようにして掘削を続け、所定のスパン
を掘進した時点で掘削を一時停止する。この際、後端部
のリヤサポート23を伸長させ、メインフレーム20を
支持可能な状態とする。次いで、グリッパーシリンダー
31を収縮させ、グリッパー部30の固定を解除する。
このとき、メインフレーム20は、リヤサポート23に
より支持される。次いで、スラストシリンダー24を収
縮させ、グリッパー部30を前述した初期位置(参照番
号30′)まで移動し、次の掘削に備える。このような
工程を繰り返して、トンネルを順次掘削していくもので
ある。
【0019】このように、鉛直方向に傾斜したカッター
面11によって、トンネルを掘削した場合、その掘削断
面61は、図1(a)に示すように、道路構築に適した
水平方向に長い楕円形となる。この楕円形は、構築すべ
き馬蹄形のトンネル断面60に極めて近い形状となって
おり、無駄な余堀部分62を軽減することができる。な
お、傾動シリンダー26を伸縮すれば、図6(b)に示
すようにカッタードラム10の傾斜角度の設定を変え
て、図6(a)に示すような楕円形状に掘削できるが、
この場合、カッタードラム10を下方から支承するカッ
タードラムサポート15と、カッタードラム10との連
結部の傾斜も変化するので、カッタードラムサポート1
5とカッタードラム10との間に、傾斜調整台16を介
在させる。この傾斜調整台16は、傾斜角度に応じて種
々形成しておくことが好ましい。
【0020】本実施例では、カッター面を鉛直方向に傾
斜させた状態について述べたが、可動連結部21及び傾
動シリンダー26の取付け位置を変更すれば、カッター
ドラム10を水平方向に任意の角度で傾斜させることも
無論可能である。なお、水平方向に傾斜したカッター面
11によって、トンネルを掘削した場合には、掘削断面
は鉛直方向に長い楕円形となり(図示せず)、このよう
に鉛直方向に長い楕円形断面のトンネルは、鉄道の構築
等に適するものである。
【0021】また、本実施例では、カッター面を鉛直及
び水平方向に傾斜させた状態について述べたが、この方
向に限定するものではなく、傾斜方向及び傾斜角度を所
望により変更し、任意の掘削断面形状のトンネルを掘削
できる。
【0022】
【効果】本発明の請求項1に係るトンネルボーリングマ
シンでは、シリンダー部材を伸縮させてカッタードラム
をメインフレームに対して傾動させることにより、カッ
タードラムを掘削方向に対して傾斜させることができ、
このような状態でカッタードラムを回転させて掘進する
ことにより、トンネルの掘削断面を楕円形状とすること
ができる。そしてシリンダー部材の伸縮割合を変化させ
ることにより、カッタードラムの傾斜角度を任意に設定
して、掘削断面の楕円形状の長径と短径の割合を所望な
ものとすることができる。また、カッタードラムの傾斜
方向も任意に選択でき、カッタードラムを鉛直方向に傾
斜させて掘削すれば、掘削断面は水平方向に長い楕円形
状となり、カッタードラムを水平方向に傾斜させて掘削
すれば、掘削断面は鉛直方向に長い楕円形状となる。
って、構築すべきトンネルに最適な楕円断面を付与する
ことができる。 更に、本願マシーンはシールドタイプで
はなく、メインフレームがトンネル坑壁(内径)に対し
グリッパー部、ルーフサポート及びカッタードラムサポ
ートによって支持されるオープンタイプであるため、掘
進途中でカッタードラムの傾斜角度を変更して楕円の長
径と短径の割合を変えた場合、グリッパー部とルーフサ
ポートの伸縮量を変えることによって容易に変更後の楕
円断面に対応することができる。 また、本発明の請求項
2に係るトンネルボーリングマシーンでは、既述した利
点が得られる他、シリンダー部材によってメインフレー
ムとカッタードラムとを簡易に接続でき、更に、掘進、
盛り替え、停止のとき、カッタードラムの角度のみを調
整すれば、特にシリンダー部材の伸縮量に注意を払う必
要がなく、操作が簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)はトンネルの掘削断面を示す正面
図、図1(b)は本発明に係るトンネルボーリングマシ
ーンを示す縦断面図である。
【図2】カッタードラム前方のカッター面を示す正面図
である。
【図3】図1における線III−IIIに沿った断面図であ
る。
【図4】図1における線IV−IVに沿った断面図である。
【図5】図5(a)、(b)は設計断面、掘削断面及び
余堀部分の占める割合を示す説明図である。
【図6】図6(a)はトンネルの掘削断面を示す正面
図、図6(b)はカッタードラムの傾斜角度を変化させ
た状態を示すトンネルボーリングマシーンの縦断面図で
ある。
【符号の説明】
10 カッタードラム 11 カッター面 20 メインフレーム(装置本体) 26 傾動シリンダー(シリンダー部材) 30 グリッパー部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 好人 東京都港区赤坂二丁目3番6号 株式会 社小松製作所内 (56)参考文献 特開 昭51−11627(JP,A) 実開 昭58−185691(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 掘削方向の前方に位置するカッタードラ
    ムと、カッタードラムを支持する装置本体としてのメイ
    ンフレームと、メインフレームの後方にメインフレーム
    に対し摺動可能に設けた掘削反力をとるためのグリッパ
    ー部と、メインフレームの前方上部に設けたルーフサポ
    ートと、カッタードラムの下部に設けたカッタードラム
    サポートと、メインフレームとグリッパー部の間に設け
    たスラストシリンダーとを備え、メインフレームがトン
    ネル坑壁に対しグリッパー部、ルーフサポート及びカッ
    タードラムサポートによって支持されるオープンタイプ
    のトンネルボーリングマシーンであって、前記カッター
    ドラムを前記メインフレームに対して傾動させるため伸
    縮するシリンダー部材を更に備えることを特徴とするト
    ンネルボーリングマシーン。
  2. 【請求項2】 前記シリンダー部材は、一端が前記メイ
    ンフレームに接続され、他端が前記カッタードラムに接
    続される請求項1に記載したトンネルボーリングマシー
    ン。
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JP3449803B2 (ja) * 1994-11-15 2003-09-22 財団法人先端建設技術センター トンネル掘削機
CN102704945B (zh) * 2012-06-29 2014-10-22 中国铁建重工集团有限公司 一种长距离大坡度斜井全断面岩石掘进机

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JPS5111627A (ja) * 1974-07-18 1976-01-29 Baade Unto Co Gmbh Tonnerukutsusakushiirudonoatsukishitsukarano doshahaishutsuhoho oyobi sochi
JPS58185691U (ja) * 1982-06-02 1983-12-09 飯沼 顯三 トンネル堀削機械

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