JP2670213B2 - トンネル掘削機のグリッパ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘進に必要な反力を保
持するトンネル掘削機のグリッパ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル掘削機を図６，図７によ
り説明すると、１が掘削機本体の後胴、２が同じく前胴
で、同後胴１の前端部に円筒体が一体に取付けられて、
これに前胴２の後端部が嵌挿されている。また３が上記
後胴１と上記前胴２とを屈曲自在に連結する円周方向に
複数本のスラストジャッキ、４が上記前胴２の前後中間
周壁に円周方向に間隔を置いて設けた凹陥部に半径方向
への移動を可能に嵌挿した前胴グリッパ、５が上記後胴
１の前後中間周壁に円周方向に間隔を置いて設けた凹陥
部に半径方向への移動を可能に嵌挿した後胴グリッパ、
６，７が上記グリッパ４，５を半径方向に移動させるた
めの伸縮ジャッキで、同伸縮ジャッキ６，７が上記グリ
ッパ４，５背後の上記凹陥部内に設置されている。また
８が上記後胴１と上記前胴２との間をシールするシール
部材、９が上記グリッパ４，５のシール材、１０が上記
前胴２の前端部に回転可能に取付けたカッタヘッド、１
０ａが同カッタヘッド１０の前面に取付けた多数の土砂
切削用ビットで、上記カッタヘッド１０が上記前胴２内
に設置した駆動源（図示せず）により駆動されるように
なっている。また１１が地盤、１２が既設セグメント、
１３が上記後胴１に取付けた円周方向に複数本のシール
ドジャッキである。

【０００３】このトンネル掘削機において、前胴グリッ
パ４及び後胴グリッパ５を使用して地盤１１をトンネル
状に掘進する場合は、前胴２の伸縮ジャッキ６を伸長方
向に作動して前胴グリッパ４を凹陥部内から突出させ、
これを地盤１１に押しつけて前胴２を地盤１１に固定す
る一方、後胴１の伸縮ジャッキ７を縮み方向に作動し、
後胴グリッパ５を凹陥部内へ退没させて後胴１の前進を
可能にし、次いでスラストジャッキ３を縮み方向に作動
して後胴１を前胴２の方向へ引き寄せ、次いで前胴２の
伸縮ジャッキ６を縮み方向に作動し、前胴グリッパ４を
凹陥部内へ退没させて前胴２の前進を可能にするととも
に、後胴１の伸縮ジャッキ７を伸長方向に作動し、後胴
グリッパ５を凹陥部内から突出させてこれを地盤１１に
押しつけ、後胴１を地盤１１に固定してトンネル掘削機
の掘削反力を保持可能にし、次いで前胴２の前面に取付
けたカッタヘッド１０を回転させる一方、スラストジャ
ッキ３を伸長方向に作動し、前胴２を前進させて地盤１
１をトンネル状に掘削し、このときの掘削反力を上記地
盤１１に押し付けた後胴グリッパ５により保持する。そ
してスラストジャッキ３がストロークエンドまで伸長し
たら、前胴２の伸縮ジャッキ６を伸長方向に作動して前
胴グリッパ４を凹陥部内から突出させ、これを地盤１１
に押し付けて固定する一方、後胴１の伸縮ジャッキ７を
縮み方向に作動して後胴グリッパ５を凹陥部内へ退没さ
せ、次いでスラストジャッキ３を縮み方向に作動して後
胴１を前胴２の方向へ引き寄せる。それからも同じ要領
で地盤１１をトンネル状に掘進していく。

【０００４】また、シールドジャッキ１３を使用して地
盤１１をトンネル状に掘進する場合は、前胴２の前面に
取付けたカッタヘッド１０を回転させる一方、シールド
ジャッキ１３を伸長方向に作動し、後胴１及び前胴２を
前進させて地盤１１をトンネル状に掘削し、シールドジ
ャッキ１３を縮み方向に作動し、このシールドジャッキ
１３と既設セグメント１２との間に新たなセグメント１
２を打設し、次いでシールドジャッキ１３を伸長方向に
作動し、後胴１及び前胴２を前進させて地盤１１をトン
ネル状に掘進する。それからも同じ要領で地盤１１をト
ンネル状に掘進してゆく。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のトンネ
ル掘削機では、下記のような問題点があった。 （１）トンネル掘削機の掘進時、後胴グリッパ５を地盤
１１に押し付けてトンネル掘削機の掘削反力を保持する
ので、地盤１１の地質が半固結堆積層からなる軟岩（岩
盤の固結度、密度が低く、脆くて崩れ易い軟岩）の場合
には、掘削反力を保持し難く、トンネル掘削機が後退す
ることにより、ローリングやセグメント１２の破壊が起
こる上に坑内の安全が脅かされる。 （２）曲率半径の小さい急曲掘進の場合には、余掘りを
大きくする必要があり、トンネル掘削機の機体は横方向
に過大な荷重を受ける。その際、上記のように掘削反力
を保持し難くて掘進速度が低下する。

【０００６】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり、その目的とする拠は、ローリングやセグメント
の破壊を防止できる上に坑内の安全を確保でき、また急
曲掘進時に掘削速度を低下させないトンネル掘削機のグ
リッパ装置を提供しようとする点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の、本発明の構成は、前胴及び後胴の外周部にトンネル
地盤を掴むためにグリッパ装置を複数設けたトンネル掘
削機において、前記グリッパ装置に、前記トンネル地盤
に対して第１のピストン・シリンダ機構により出没可能
であるとともに先端にカッタを装備してモータにより回
転可能なコアーチューブと、該コアーチューブ内を第２
のピストン・シリンダ機構により進退して前記トンネル
地盤に対して押付け可能な押圧体とを備える保持力付加
装置を設けたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】前記構成によれば、トンネル掘削機の掘進動作
を行うにあたって、地盤の地質が半固結堆積層からなる
軟岩で、グリッパ装置の本来的な作動だけで掘削反力等
を保持し難い場合には、保持力付加装置のコアーチュー
ブを作動させて地盤中に環状溝を切削しながら貫入さ
せ、この状態でコアーチューブ内の円盤状の地盤に押圧
体を押し付けて押付圧を発生させれば、保持力が格段に
向上される。

【０００９】

【実施例】以下添付図面に基づいて、本発明の一実施例
を説明する。図１〜図３に示すように、前胴２０と後胴
２１との間が可撓管２２で閉じられ、後胴２１とセグメ
ント２３との間も可撓管２４で閉じられて、トンネル掘
削機の内部に土砂，地下水等が浸入するのが防止されて
いる。

【００１０】また、前記前胴２０の前端部には球面部２
５を介してカッタヘッド２６が回転可能に取り付けられ
る。図中２７がカッタヘッド駆動用の駆動源で、２８は
シール材、２６ａはビットである。

【００１１】さらに、前胴２０と後胴２１との間には、
これらを屈曲自在に連結するスラストジャッキ２９が円
周方向に複数本配設されるとともに、後胴２１と既設の
セグメント２３との間にはシールドジャッキ３０が円周
方向に複数本配設される。

【００１２】そして、前記前胴２０及び後胴２１の外周
部にはグリッパ装置３１が円周方向の複数箇所（図中で
は４箇所）に設置され、このグリッパ装置３１は胴構成
部材である円筒枠３２及び支持枠３３と一体の案内枠３
４内に収納されている。

【００１３】前記グリッパ装置３１は、そのグリッパパ
ッド３５と支持枠３３との間に半径方向に伸縮すべく一
対のグリッパジャッキ３６を備えるとともに、これらグ
リッパジャッキ３６の間に位置して保持力付加装置３７
を備えている。

【００１４】前記保持力付加装置３７は、図４及び図５
に示すように、グリッパパッド３５と一体に形成された
有底筒状のケース３８内に半径方向に出没するコアーチ
ューブ３９が摺動自在に嵌装される。このコアーチュー
ブ３９の先端にはカッタ３９ａが一体形成されている。

【００１５】また、前記ケース３８の底部からはシリン
ダ４０が突設されて前記コアーチューブ３９内に挿入さ
れている。さらに、ケース３８の底部には油圧モータ４
１及び減速機４２が外設されてその出力軸４３が前記シ
リンダ４０内に突出している。

【００１６】前記シリンダ４０内には、隔壁４０ａを介
して第１油室４４と第２油室４５とがタンデムに画成さ
れ、それぞれに第１ピストン４６と第２ピストン４７と
がシール材４８を介して摺動自在に収装されている。図
中４９ａ〜４９ｄは第１及び第２油室４４，４５に作動
油を給排する配管で、図示しない油圧源へ切換弁等を介
して接続される。

【００１７】そして、前記第１ピストン４６は、該ピス
トン４６と一体形成されてシリンダ４０外へ突出する連
結筒５０を介してコアーチューブ３９と連結されるとと
もに、第２ピストン４７は前記隔壁４０ａ、第１ピスト
ン４６、連結筒５０及びコアーチューブ３９を貫通して
地盤１１に対向する押圧体５１と一体形成される。

【００１８】また、前記第２ピストン４７及び押圧体５
１と前述した出力軸４３とがスプライン係合５２すると
ともに、押圧体５１とコアーチューブ３９とが同じくス
プライン係合５３する。

【００１９】本発明に係るトンネル掘削機のグリッパ装
置は前記のように構成されており、前胴２０のグリッパ
装置３１及び保持力付加装置３７を伸長方向に作動して
前胴２０を地盤１１に固定しているときに、後胴２１の
グリッパ装置３１及び保持力付加装置３７を縮み方向に
作動してこれら後胴側の装置を地盤１１から離す一方、
スラストジャッキ２９を縮み方向に作動して後胴２１を
前胴２０の方へ引き寄せる。また、後胴２１のグリッパ
装置３１及び保持力付加装置３７を伸長方向に作動して
後胴２１を地盤１１に固定しているときに、前胴２０の
グリッパ装置３１及び保持力付加装置３７を縮み方向に
作動してこれら前胴側の装置を地盤１１から離す一方、
スラストジャッキ２９を伸長方向に作動し、前胴２０を
前進させて掘進を行うのは従前と同様である。

【００２０】そして、前記前胴２０及び後胴２１の伸縮
並びにグリッパ装置３１の作用に伴って、保持力付加装
置３７は以下の如く作用する。即ち、グリッパジャッキ
３６によってグリッパパッド３５が半径方向に拡張（地
盤１１に接触する方向）した後、油圧モータ４１、減速
機４２の回転により、スプライン係合５２，５３を介し
てコアーチューブ３９が回転し、カッタ３９ａも回転す
る。次に、第１ピストン４６の押出側に圧油を送ると、
コアーチューブ３９が半径方向に突出する。この際、地
盤１１に対してカッタ３９ａが回転しながら突出するの
で、環状溝が切削されて円形地盤１１ａが形成される
（図５参照）。このように、円形地盤１１ａにコアーチ
ューブ３９、カッタ３９ａが噛み込んでいるので、グリ
ッパ装置３１の地盤１１との摩擦力（前胴２０、後胴２
１の進行方向保持力）は相当増大するが、この状態で第
２ピストン４７の押出側に圧油を送り円形地盤１１ａを
押圧体５１で圧縮するとこの効果はさらに大きくなる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、グ
リッパ装置のグリッパパッドと地盤との間の摩擦によっ
て生じる保持力に加えて、コアーチューブが地盤中に貫
入しているので、そのコアーチューブ壁面に隣接した地
盤の土圧が作用することにより生じる保持力の増大が期
待できる。さらに、コアーチューブに取囲まれた円形地
盤部に押圧体で荷重を付加するので、コアーチューブと
円形地盤が一体となって挙動し、その結果、押圧体摩擦
面と地盤との境界摩擦力に代って、コアーチューブ先端
を結ぶ円形地盤面において押圧体と地盤との摩擦係数よ
りも大きい摩擦係数値を示す地盤同士の摩擦力が発生す
るので、さらに大きな保持力を期待することができる。
従って、地盤が半固結堆積層から成る固結度が低く破壊
しやすい軟岩の場合であっても、余裕を持って掘削反力
を保持することが可能となり、トンネル掘削機を後退さ
せることなく機体のローリングやセグメントの破壊を防
止できるので、坑内の安全施工を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体側断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図２の側面図である。

【図４】同じく保持力付加装置の断面図である。

【図５】図４の作用状態図である。

【図６】従来例の全体側断面図である。

【図７】図６のVII −VII 線断面図である。

【符号の説明】

１１ 地盤 ２０ 前胴 ２１ 後胴 ３１ グリッパ装置 ３７ 保持力付加装置 ３９ コアーチューブ ３９ａ カッタ ４０ シリンダ ４６ 第１ピストン ４７ 第２ピストン ５１ 押圧体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 清美 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前胴及び後胴の外周部にトンネル地盤を
   掴むためにグリッパ装置を複数設けたトンネル掘削機に
   おいて、前記グリッパ装置に、前記トンネル地盤に対し
   て第１のピストン・シリンダ機構により出没可能である
   とともに先端にカッタを装備してモータにより回転可能
   なコアーチューブと、該コアーチューブ内を第２のピス
   トン・シリンダ機構により進退して前記トンネル地盤に
   対して押付け可能な押圧体とを備える保持力付加装置を
   設けたことを特徴とするトンネル掘削機のグリッパ装
   置。