JP2640881B2 - 掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は掘削機に関し、より詳細
には、土被りの浅い未固結地山にトンネルを掘削する場
合に、その切羽前方地山にアーチ状のコンクリート壁を
構成して地山を補強するプレライニング装置に好適な掘
削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】地山にトンネルを掘削する場合、地表面
の沈下を抑え、かつ切羽の安定性を図るために、トンネ
ルの切羽前方にプレライニング機によりアーチシェルを
構成して地山を補強する施工法が知られている（特開平
２−１１２５９５号公報）。

【０００３】従来、このようなプレライニング装置を用
いてトンネルの切羽前方にトンネル断面に沿いアーチ状
のコンクリート壁（アーチシェル）を形成する場合は、
まず機械本体を施工位置まで移動させる。次に、オーガ
架台を支持するブームを運転席にいるオペレータのマニ
アル操作により屈曲動作させてオーガ架台を目標位置に
セットする。その後、コントロールレバーをマニアル操
作することにより、オーガの回転数およびオーガの送り
込み速度を調整しながら地山に孔をあける。そして、所
定の長さに削孔がなされた後は、オーガを一定速度で抜
き方向に後退させながら、コントロールレバーをマニア
ル操作することにより、モルタルポンプからオーガの中
空部を通して孔内に注入されるモルタル注入量をオーガ
の抜き速度に合わせて調節し、孔内をモルタルにより充
填することにより、地山内にプレライニングを構築する
ようにしていた。

【０００４】そして、前記ブームは、クローラ上の車体
の前面部に設けられた旋回機構により旋回可能に支持さ
れ、また、ブームを傾動させるための油圧シリンダや、
オーガ架台を傾動させるための油圧シリンダが設けら
れ、車体を旋回させるとともに、前記旋回機構、および
油圧シリンダを動作させることにより、切羽前方の地山
に対するオーガの位置および方向を調整するようにして
いた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のプレライニング装置では、オーガを切羽に対
し左右方向（ローリング方向）に回動させる旋回機構を
車体の前面部に設け、この旋回機構により、削孔および
モルタル注入を兼ねたオーガ機構とこれを支持するブー
ム全体を支持する構成になっているため、大きな旋回ト
ルクを要するとともに、旋回機構が大型化する問題があ
る。また、ブームは、その基部を中心にしてローリング
方向に旋回されるため、ブーム基部の旋回角度が小さく
てもブーム先端側の移動量が大きくなり、切削に対する
オーガの位置および方向決めが難しくなるという問題が
あった。

【０００６】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、オーガをトンネル切羽に対しローリング方向に旋
回させる旋回機構を小型化し、オーガの位置および方向
設置を容易にした掘削機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、トンネル内を走行する走行体と、前記走行
体に上下に傾動可能に支持された主ブームと、前記主ブ
ームの先端に連結部材を介してピッチング方向に回動可
能に連結された副ブームと、前記副ブームにローリング
方向に回動可能に支持されたオーガ基台と、前記オーガ
基台上に前後方向に移動可能に支持され、少なくとも１
本の削孔用オーガを有するオーガ架台と、前記副ブーム
に設置され、トンネル切羽に対して前記オーガ架台がロ
ーリング方向に旋回されるように前記オーガ基台をロー
リング方向に回動させる旋回機構とを備えたことを特徴
とする。また、本発明は、前記旋回機構が、前記オーガ
基台を前記副ブームにローリング方向に回転可能に支持
する回転軸と、この回転軸に形成した歯車と、この歯車
に噛合するラックと、このラックを進退動作させる油圧
シリンダとから構成されるものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明をプレライニング装置に適用し
た実施例について図１〜図６に基づいて説明する。図１
はプレライニング装置の平面図、図２はその側面図、図
３は地山補強状態を示す施工状況図、図４は旋回機構の
平面図、図５はその側面図、図６は図５のＸ−Ｘ線に沿
う断面図である。まず、図２〜図３において、１はトン
ネルの切羽前方にアーチシェルを構築するためのプレラ
イニング装置である。このプレライニング装置１は、前
後および旋回方向に走行可能なクローラ２、およびクロ
ーラ２上に水平方向に旋回可能に設置した車体３を備
え、車体３上には、運転席４、クローラ２および不図示
の油圧ポンプ等の駆動源となる電動機５および電動機そ
の他を制御する制御盤６等が設置されている。また、７
はクローラ２のフレーム２ａ上に設置したモルタルポン
プである。

【０００９】車体３上の旋回中心には、支持部材８を介
して主ブーム９の一端が上下方向に回動可能に枢着さ
れ、この主ブーム９はリフト用油圧シリンダ９ａにより
上下方向に回動されるようになっている。主ブーム９の
揺動端には、ブーム伸縮機構１０が設けてある。このブ
ーム伸縮機構１０は、後述するオーガで削孔するとき、
オーガ架台上にその長手方向に設置されているスライド
機構により前方へスライドさせながら削孔するが、切羽
までの距離が長くなってオーガ先端が所定の位置まで届
かないような場合に切羽までの距離を調整するものであ
る。また、ブーム伸縮機構１０の先端には、副ブーム連
結部材１１が上下方向（ピッチング方向）に回動可能に
連結され、この連結部材１１はチルト用油圧シリンダ１
２によってピッチング方向に傾き調節できるようになっ
ている。連結部材１１には、副ブーム１３の一端が水平
方向に揺動可能に枢着され、この副ブーム１３はスイン
グ用油圧シリンダ１４によって水平方向に回動できるよ
うになっている。副ブーム１３上には、後述するオーガ
を切羽に対し左右方向（ローリング方向）に旋回させる
旋回機構１５が設置され、この旋回機構１５の回転軸１
５１には、オーガ基台１６が固着されている。

【００１０】オーガ基台１６上には、オーガ架台１８が
前後方向にスライド可能に設置され、このオーガ架台１
８は油圧シリンダ１９により前後方向に移動できるよう
になっている。オーガ架台１８上には、オーガ回転用油
圧モータ２０ａを有する掘進機構２０がオーガ架台１８
の長手方向にスライド可能に設置されており、掘進機構
２０には、オーガ架台１８の長手方向に伸びる複数の削
孔用オーガ２１の一端が連結され、それぞれは掘進機構
２０の油圧モータ２０ａにより回転されるようになって
いるとともに、他端側は、オーガ架台１８に取り付けた
振れ止め部材２２によって支持されている。２３はオー
ガ架台１８の後端に設置したオーガフィード用油圧モー
タであり、この油圧モータ２３の回転軸に設けたスプロ
ケット２４と、オーガ架台１８の先端に設けたスプロケ
ット２５間には、エンドレスチェーン２６が巻き掛けら
れ、このエンドレスチェーン２６は掘進機構２０に連結
されている。

【００１１】２７は車体３の旋回中心部に設置した前方
ターゲットミラー、２８はクローラ２の後部に位置する
フレーム２ａ上に設置した後方ターゲットミーラーであ
り、これらターゲットミラー２７，２８は、トンネルの
切羽に対するプレライニング装置１の移動位置を計測す
るためのものである。また、２９はオーガ架台１８の先
端側に左右に位置して設置した複数のターゲットミラ
ー、３０はオーガ架台１８の後端側に設置したターゲッ
トミラーであり、前方の左右ターゲットミラー２９はオ
ーガ架台１８の左右方向の傾き（ローリング角）を計測
するためのものであり、前方のターゲットミラー２９と
後方のターゲットミラー３０はオーガ架台１８の前後方
向の傾き（ピッチング角）を計測するためのものであ
る。

【００１２】図３において、３１はプレライニングの施
されたトンネル３２内の基準位置に設置した自動測量装
置であり、この測量装置３１は、プレライニング装置１
のセット位置を計測するとともに、オーガ架台１８の先
端側に左右に位置して設置した複数のターゲットミラー
２９およびオーガ架台１８の後端側に設置したターゲッ
トミラー３０の位置を計測するものである。自動測量装
置３１は、レーザ発生源３１ａと、このレーザ発生源３
１ａから各ターゲットミラーに照射され反射してくるレ
ーザ光から三角測量法等によりターゲットミラーまでの
距離を計測する光波距離計３１ｂと、レーザ発生源３１
ａを水平方向に旋回して水平方向の傾き角度を計測する
エンコーダ等からなる水平傾き角計測器３１ｃと、レー
ザ発生源３１ａを垂直方向に旋回して垂直方向の傾き角
度を計測するエンコーダ等からなる垂直傾き角計測器３
１ｄとから構成される。また、自動測量装置３１には、
制御ユニット３３が接続されている。この制御ユニット
３３は、光波距離計３１ｂ、水平傾き角計測器３１ｃお
よび垂直傾き角計測器３１ｄにより計測した距離および
角度を基にターゲットミラー２７〜３０の座標値を計算
するものであり、この座標値データはプレライニング装
置１に無線送信され、プレライニング装置１側でオーガ
架台１８の絶対座標を演算するとともに、オーガ架台１
８の現在位置と目標位置とのずれを演算する。また、図
３において、３４はトンネル３２の切羽、３５はプレラ
イニング装置１により地山に構築されたプレライニング
用アーチシェルである。

【００１３】次に、図４〜図６に基づいて旋回機構１５
の構成を説明する。旋回機構１５は、副ブーム１３上に
その長手方向に所定間隔離して固定した一対のブラケッ
ト１５２ａ，１５２ｂを有し、この両ブラケット１５２
ａ，１５２ｂ間には回転軸１５１の両端部が回転可能に
軸支されているとともに、両端部には、それぞれ歯車１
５１ａ，１５１ｂが形成されている。回転軸１５１の左
右の歯車１５１ａ，１５１ｂには、図６に示すように上
下から噛合する上部ラック１５３ａ，１５４ａおよび下
部ラック１５３ｂ，１５４ｂが水平に配置され、そして
左側歯車１５１ａと噛合する上部ラック１５３ａの両端
は、ブラケット１５２ａに支持した一対の上部油圧シリ
ンダ１５５、１５５のピストンロッド１５５ａに連結さ
れ、さらに、左側歯車１５１ａと噛合する下部ラック１
５４ｂの両端は、ブラケット１５２ａに支持した一対の
下部油圧シリンダ１５６、１５６のピストンロッド１５
６ａに連結されている。また、右側歯車１５１ｂと噛合
する上部ラック１５４ａの両端は、ブラケット１５２ｂ
に支持した一対の上部油圧シリンダ１５７、１５７のピ
ストンロッド１５７ａに連結され、さらに、右側歯車１
５１ｂと噛合する下部ラック１５４ｂの両端は、ブラケ
ット１５２ｂに支持した一対の下部油圧シリンダ１５
８、１５８のピストンロッド１５８ａに連結されてい
る。

【００１４】次に、上記のように構成された本実施例の
施工動作について説明する。まず、クローラ２を駆動し
てプレライニング装置１を手動運転によりトンネル切羽
３４に正対する施工位置まで移動する。その後、測量装
置３１を動作させてプレライニング装置１のターゲット
ミラー２７，２８に向けレーザ発生源３１ａからレーザ
光を照射し、ターゲットミラー２７，２８から反射して
くるレーザ光を光波距離計３１ｂで受けてプレライニン
グ装置１までの距離を計測するとともに、このときの水
平傾き角および垂直傾き角をそれぞれの計測器３１ｃお
よび計測器３１ｄにより計測し、これら計測データを制
御ユニット３３に取り込むことにより、プレライニング
装置１の車体３に設置したターゲットミラー２７，２８
の位置座標を求める。そして、この位置データをプレラ
イニング装置１へ送信する。

【００１５】プレライニング装置１側では、送信されて
きた位置データを不図示の制御装置で処理することによ
って、プレライニング装置１の移動位置がオーガ架台１
８の削孔許容範囲にセットされているかを判定する。こ
こで、削孔許容範囲でないと判定されたときは、再びプ
レライニング装置１を移動することにより削孔許容範囲
内にセットする。また、プレライニング装置１がオーガ
架台１８の削孔許容範囲内にセットされていると判定さ
れたときは、オーガ架台１８の削孔位置に対する姿勢を
決める主ブーム９、副ブーム１３およびオーガ架台１８
の上下方向、水平方向、ピッチングおよびローリング方
向の作動状況を不図示の制御装置に取り込み、この各検
出データと目標位置データとのずれ量を算出する。そし
て、算出結果に基づいて、主ブーム９、副ブーム１３お
よびオーガ架台１８などの各油圧シリンダ９ａ，１２お
よび旋回機構１５の油圧シリンダを制御し、ブームおよ
びオーガ基台１６を移動させてオーガ架台１８の位置、
方向（姿勢）を補正する。その後、自動測量装置３１の
レーザ発生源からのレーザ光をオーガ架台１８側の各タ
ーゲットミラー２９，３０に照射し、その反射光を測量
装置３１で受けることにより、基準点からの距離および
オーガ架台１８の各ターゲットミラー２９，３０の位置
を計測する。この計測結果の各データは、制御ユニット
３３で処理された後、プレライニング装置１の制御装置
へ送信される。

【００１６】プレライニング装置１側では、受信した計
測結果と現状のオーガ架台１８の方向，位置とを比較し
て両者のずれ量を算出し、そのずれ量が削孔許容範囲内
かを判定する。ここで、削孔許容範囲外であると判定さ
れたときは、ずれ量が許容範囲内になるまで計測と主ブ
ーム９、副ブーム１３および旋回機構１５の制御を繰り
返す。また、許容範囲内であると判定されたときは、掘
進用油圧モータ２０ａおよびオーガフィード用モータ２
３を起動することにより、オーガ２１を回転し、かつ推
進して切羽３４の前方地山を削孔する。

【００１７】なお、オーガ架台１８を削孔しようとする
切羽前方の位置をローリング方向に調節する場合は、油
圧シリンダ１５５〜１５８を作動せることで行う。例え
ば、図６に示すようにオーガ架台１８を矢印Ａ１の方向
へローリングしようとする場合は、上部ラック１５３
ａ，１５４ａが図６の矢印Ｂ方向へ移動されるように上
部油圧シリンダ１５５，１５７を作動させると同時に、
下部ラック１５３ｂ，１５４ｂが図６の矢印Ｃ方向へ移
動されるように下部油圧シリンダ１５６，１５８を作動
させる。また、オーガ架台１８を図６の矢印Ａ２方向へ
ローリングしようとするときは、上部ラック１５３ａ，
１５４ａおよび下部ラック１５３ｂ，１５４ｂを上述と
逆の方向に移動させる。

【００１８】オーガ２１による削孔長が所定長さに達し
たならばオーガ２１の推進を停止し、モルタル注入動作
に移行する。この注入動作に際しては、オーガフィード
用油圧モータ２３を後退方向に起動するとともに、モル
タルポンプ７を起動する。これによりオーガ２１が一定
の速度で引き抜かれると同時に、この引き抜き速度に合
わせて演算したモルタル注入量がモルタルポンプ７から
オーガ２１内を通して、削孔内に注入される。削孔への
モルタル注入が終了したならば、オーガ架台１８を次の
削孔位置へ移動して、再び切羽３４の前方地山に削孔お
よびモルタル注入を行う。

【００１９】以上において本実施例では、副ブーム１３
の先端に、オーガ架台１８をローリング方向に旋回させ
る旋回機構１５を設けたので、旋回機構１５の旋回トル
クが小さくて済み、かつ旋回機構１５を小型化できる。
また、主ブーム９をローリング方向に旋回する必要がな
くなるため、切羽３４の前方の地山に対する削孔位置の
位置決めが容易になり、その位置決め精度も向上でき
る。また、本発明はプレライニング装置に限らず、単に
孔を掘削する機能のみを有する掘削機や、或は掘削のほ
かに他の機能を備えた種々の装置にも適用可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、走行体に
上下に傾動可能に支持された主ブームと、この主ブーム
の先端に連結部材を介してピッチング方向に回動可能に
連結された副ブームと、この副ブームにローリング方向
に回動可能に支持されたオーガ基台と、このオーガ基台
上に前後方向に移動可能に支持され、少なくとも１本の
削孔用オーガを有するオーガ架台と、副ブームに設置さ
れ、トンネル切羽に対して前記オーガ架台がローリング
方向に旋回されるようにオーガ基台をローリング方向に
回動させる旋回機構とを備えてなるものである。従っ
て、本発明によれば、主ブームごとローリング動作させ
る必要がなくなり、オーガ架台のみをローリングさせる
だけでよいので、オーガ架台をローリング方向に旋回さ
せる旋回機構の旋回トルクが小さくて済み、旋回機構を
小型化できるとともに、トンネル切羽に対するオーガの
位置および方向を容易にかつ正確に設定できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプレライニング装置の
平面図である。

【図２】図２の側面図である。

【図３】本実施例における地山補強状態を示す施工状況
図である。

【図４】本実施例における旋回機構の一部切欠きの平面
図である。

【図５】本実施例における旋回機構の一部切欠きの側面
図である。

【図６】図５のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１ プレライニング装置 ２ クローラ ３ 車体 ９ 主ブーム １１ 連結部材 １３ 副ブーム １５ 旋回機構 １８ オーガ架台 ２０ 掘進機構 ２１ オーガ ３４ 切羽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 洋一 東京都渋谷区千駄ヶ谷４丁目６番15号 株式会社フジタ内 (72)発明者 神田 剛 東京都渋谷区千駄ヶ谷４丁目６番15号 株式会社フジタ内 (56)参考文献 特開 平３−147995（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−112595（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内を走行する走行体と、 前記走行体に上下に傾動可能に支持された主ブームと、 前記主ブームの先端に連結部材を介してピッチング方向
   に回動可能に連結され た副ブームと、 前記副ブームにローリング方向に回動可能に支持された
   オーガ基台と、 前記オーガ基台上に前後方向に移動可能に 支持され、少
   なくとも１本の削孔用オーガを有するオーガ架台と、前記副ブームに設置され、 トンネル切羽に対して前記オ
   ーガ架台がローリング方向に旋回されるように前記オー
   ガ基台をローリング方向に回動させる旋回機構と、 を備えたことを特徴とする掘削機。
2. 【請求項２】 前記旋回機構は、前記オーガ基台を前記
   副ブームにローリング方向に回転可能に支持する回転軸
   と、この回転軸に形成した歯車と、この歯車に噛合する
   ラックと、このラックを進退動作させる油圧シリンダと
   から構成される請求項１記載の掘削機。