JP2791589B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、硬岩層などの比較的硬い地層にトンネル
を掘削する場合に用いられるトンネル掘削機に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来から知られているこの種のトンネル掘削機には、
大別して、例えば特公昭62−32319号公報の第２図に開
示されているようなビーム型トンネル掘削機と、例えば
特公昭62−32319号公報の第３図や特開昭63−125799号
公報などに開示されているようなハイブリツド型掘削機
とがある。

第７図は前者のビーム型トンネル掘削機の縦断面図を
示し、同図において、１はカツタデイスクで、架台ビー
ム２に回転自在に支承され、電動モータ３により駆動回
転されるシヤフト４の前端に連結されている。5,6はグ
リツパで、上記架台ビーム２上に前後 動可能に装備さ
れている。７はサポートレツグで、上記架台ビーム２の
後端部に装備されている。8,9は推進ジヤツキで、機体
全体を尺取虫式に掘進させる。10は掘削土石の搬送用ベ
ルトコンベヤである。

上記構成のビーム型トンネル掘削機によれば、グリツ
パ5,6を坑壁Ｗに押し当てて、その坑壁Ｗから掘削反力
をとつた状態で、推進ジヤツキ８を伸長させることによ
り、電動モータ３を介して駆動回転されるカツタデイス
ク１によつて地層を掘削し、その掘削土石をベルトコン
ベヤ10により後方に搬出する。所定ストロークの掘進が
終了したならば、上記カツタデイスク１の直後を含め、
トンネル軸線方向に適当間隔を隔てた複数個所におい
て、支保工11の組立、あるいは、吹付けなどの坑壁Ｗの
崩落防止のための地山対策を施す。次に、上記グリツパ
5,6を坑壁Ｗから離間させるとともに、サポートレツグ
７を坑壁Ｗに押し当てた状態で、ジヤツキ９を伸長させ
ることにより、グリツパ６が前進する。以上の動作を繰
り返すことにより、所定の掘進を行なう。

第８図は後者のハイブリツド型掘削機の縦断面図を示
し、同図において、20は円筒状のシエルで、この円筒状
シエル20は、軸線方向に沿つて配設された前胴21、中胴
22および後胴23からなり、これら各胴21,22および23を
それぞれシール24,25を介して屈曲自在に接合されてい
る。26はカツタデイスクで、円筒形の支持体27および軸
受28を介して上記円筒状シエル20の前胴21に回転自在に
支承されているとともに、カツタデイスク駆動装置であ
る電動モータ29にピニオン30、リングギヤ31を介して連
動連結されている。このカツタデイスク26と上記円筒状
シエル20とはほぼ同一の外径に構成されている。

32はフロントグリツパで、上記前胴21の外周部に装着
されており、油圧力を介して半径方向に伸縮させること
により、前胴21を坑壁Ｗに固定できるようになつてい
る。

上記円筒状シエル20の中胴22は、上記前胴21と同一外
径の外筒33とこの外筒33内を軸方向に摺動するように嵌
合された中筒34とから伸縮自在に構成されており、内外
筒34,33間には水密用シール35および摺動用メタル36が
介在されている。

37はリアグリツパで、上記後胴23の外周部に装着され
ており、油圧力を介して半径方向に伸縮させることによ
り、後胴23を坑壁Ｗに固定できるようになつている。38
は推進装置を構成するスラストジヤツキで、このスラス
トジヤツキ38は上記後胴23と前胴21との間にわたつて架
設されている。なお、39は流体式コンベヤで、ベルトコ
ンベヤであつてもよい。

上記構成のハイブリツド型掘削機によれば、リアグリ
ツパ37を坑壁Ｗに押し付けて後胴23を固定し、この後胴
23により掘削反力をとつた状態で、スラストジヤツキ38
を伸長させることにより、中胴22の内筒34および前胴21
が前進し、駆動回転するカツタデイスク26が地層を掘削
する。所定ストロークの掘進が終了したならば、フロン
トグリツパ32を坑壁Ｗに押し付けて前胴21を固定すると
ともに、リアグリツパ37を坑壁Ｗから離間させるように
縮小させた状態で、スラストジヤツキ38を収縮させるこ
とにより、中胴22の外筒33および後胴23が前進し、その
後方にセグメントＳを施工する。以上の動作を繰り返す
ことにより、所定の掘進を行なう。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記した従来のトンネル掘削機のうち、第
７図に示すビーム型トンネル掘削機は、カツタデイスク
１を含むヘツド部にくらべて、その後部の外形寸法が小
さいために、カツタデイスク１を含むヘツドの一部を解
体したり、外形が小さくなるような折畳み構造を採用す
ることにより、後部の機械部分は現状に保つたままで、
掘削済みのトンネル内を後退させて取出すことができる
とともに、支保工11の組立てや吹付けなどの坑壁の崩落
防止のための地山対策をカツタデイスク１を含むヘツド
部の直後で、掘削後の早い時期に行なうことができ、ま
た、カツタデイスク１の交換による掘削径の変更も容易
である等の利点を有している反面、支保工11の組立てに
もかかわらず、側面や支保工間の隙間から坑壁上砂の一
部が崩落した場合、その崩落土石が推進ジヤツキ8,9や
電動モータ３などにぶつかり、それらを傷つけたり、作
動不良を招くなどのトラブルを生じる可能性があり、ま
た、吹付けな場合には上記のような機器を汚損しやす
い。さらに、カツタデイスクの補修やカツタ部品の交換
等に際しては、作業者の切羽へのアクセスが必要である
けれども空間的に十分な広さがとれず、また、切羽に出
るために不都合をともなう。

一方、第８図に示すハイブリツド型トンネル掘削機
は、電動モータ29、スライドジヤツキ38等の機器が円筒
状シエル20内に収納されて防護されているとともに、切
羽へのアクセスもシエル20内であり、つねに安全性を確
保できる等の利点を有している反面、上記円筒状シエル
20の外径がカツタデイスク１の外径、つまり掘削径とほ
ぼ同一であるから、機器全体を分解しない限り、掘削済
みのトンネル内を後退して取出すことができない。ま
た、掘削後のできるだけ早い時期に施工することが望ま
しい支保工の組立てや吹付けなどの地山対策が機械の後
方、すなわち、円筒状シエル20における後胴23の後部と
なり、それだけ坑壁の崩落の発生確立が高い。さらに、
カツタデイスク26の交換による掘削径の変更ができない
ものであつた。

この発明は上記のような実情に鑑みてなされたもの
で、ビーム型およびハイブリツド型それぞれの利点を活
かし、掘削済みトンネル内を後退させての機械の取出し
を容易に行なうことができるとともに、崩落防止のため
の地山対策を効果的に行なうことができ、かつ、機器お
よび作業者に対する安全性の確保にも優れたトンネル掘
削機を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、カツタデイ
スクおよびその軸受部と駆動装置からなる掘削部と、そ
の後方に摺動伸縮自在に構成された筒状の胴体と、掘削
反力支持装置を装備した筒状の反力受部とを配設し、上
記掘削部と反力受部間に架設された推進装置を有するト
ンネル掘削機であつて、上記胴体および反力受部の外寸
法を、掘削済みのトンネル内を後退通過するのに十分な
程度に小さく構成し、上記カツタデイスク駆動装置、推
進装置が上記導体内に収納されているものである。

［作用］ この発明によれば、カツタデイスク駆動装置、推進装
置が摺動伸縮自在な筒状の胴体内に収納されているの
で、これら機器を崩落土石などから防護することができ
るとともに、地山対策として吹付けを採用した場合、そ
れら機器の汚損を防止することができ、かつ、切羽への
アクセスが筒状の胴体内となり、作業者の安全性を確保
できる。

また、上記筒状の導体および掘削反力を支持する筒状
の反力受部の外寸法が、カツタデイスクよりも小さく
て、上記各装置を収納するのに十分で、かつ、掘削済の
トンネル内を現状のままで後退するのに十分な大きさに
構成されているので、カツタデイスクを含む掘削部を分
解する、あるいは、小さく折畳むだけで、筒状の胴体お
よび反力受部は円周方向や半径方向に分割したり、解体
することなく、現状のままで、すなわち、掘削時の形態
を保つたままで掘削済のトンネル内を後退させてピツト
から地上などに取り出すことができる。さらに、掘削時
には、カツタデイスクを含む掘削部の直後において、支
保工の組立てや吹付けなどの崩落防止のための地山対策
を施すことができる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

第１図はこの発明に係るトンネル掘削機の全体の縦断
面図であり、同図において、40はカツタデイスクで、そ
の外径はほぼ掘削径と同一に設定されており、その前面
には第２図に示すように、着脱交換可能な多数のローラ
カツタ41および掘削土石の呑み込み口42を有している。
また、このカツタデイスク40は径方向の分割ライン43に
より２分割されており、その分割ライン43において両分
割体を重ね合わすように折畳むことにより、掘削径より
も小さくできるようになつている。44は円筒状のサポー
トシールドで、上記カツタデイスク40とほぼ同一の外径
を有し、掘削時に坑壁Ｗをガイドとしてカツタデイスク
40を所定方向に推進させるためのガイド機能をもつてい
る。このサポートシールド44に、上記カツタデイスク40
が円筒状の支持体45および軸受46を介して回転自在に支
承されているとともに、電動モータ47にピニオン48およ
びリングギヤ49を介して連動されている。以上により掘
削前胴部50が構成されている。なお、上記サポートシー
ルド44は軸受46と分割可能とされ、カツタデイスク40の
折畳みを許容する構造となつている。

51は円筒状の胴体で、外筒52とこの外筒52内を掘削方
向、つまり軸方向に摺動するように嵌合された内筒53と
から伸縮自在に構成されており、第３図に示すように、
内筒53の外周に設けたスライドキー54を外筒52側のキー
溝部材55に嵌合することにより回転が阻止されていると
ともに、内外両下53,52間には水密用シール56および摺
動用メタル57が介在されている。58はフロントグリッパ
で、上記外筒52の前端部の外周部において、第３図に示
すように、周方向に４個装着されており、油圧ジヤツキ
59を介して半径方向に伸縮させることにより、外筒52を
坑壁Ｗに固定できるようになつている。

60は円筒状の反力受部で、上記伸縮式の胴体51におけ
る外筒52とほぼ同一の外径を有している。61は掘削反力
支持装置であるメイングリツパで、上記円筒状の反力受
部60の外周部において、第４図に示すように、周方向に
２個装着されており、油圧ジヤツキ62を介して径方向に
出退させることにより、反力受部60を坑壁Ｗに固定して
掘削反力を得るようになつている。

63はスラストジヤツキで、このスラストジヤツキ63は
周方向に複数個配置され、上記反力受部60と伸縮式胴体
51の外筒52の前端部との間にわたつて架設されている。
62は排土装置の１例であるベルトコンベヤで、その前端
が掘削前胴部50内に位置され、伸縮式胴体51内および円
筒部の反力受部60内に挿通されている。

なお、胴体51、反力受部60は本明細書では円筒状とし
たが、必ずしも円筒状でなくてもよく、例えば、角筒状
であつてもよい。

以上のような構成のトンネル掘削機において、上記円
筒状の胴部51および反力受部60の外径Ｄを、カツタデイ
スク40の外径D1よりも小さく構成する。詳述すると、胴
部51の外径Ｄを、電動モータ47、スラストジヤツキ63、
ベルトコンベヤ64などを内部に収納するのに十分な大き
さで、かつ、掘削前胴部50の直後に坑壁Ｗの崩落防止の
ために組立てられる支保工11の内径よりも小さくて、胴
体51および反力受部60を現状のままで掘削済のトンネル
内を後退させるのに十分な大きさに構成している。

上記の構成にともなつて、上記円筒状の反力受部60の
下側外周部には、第４図に示すように、この反力受部60
および伸縮式胴体51の軸線をトンネルの軸線に合致させ
るように坑壁Ｗに受止め支持させるためのリヤサポート
65が油圧ジヤツキ66を介して半径方向に出退自在に装着
されている。

なお、第１図中の67はデイテインジヤツキで、伸縮式
胴体51における内筒53と反力受部60との間に架設されて
おり、このジヤツキ67の伸縮により胴体51と反力受部60
との間の屈曲を可能にしている。68はローリングジヤツ
キで、ローリング方向の修正を行なう。また、69はルー
フシールドで、上記サポートシールド44の上方部にのみ
後方に向かつて延出され、このルーフシールド69内で支
保工11の組立てを行なうことができるようになつてい
る。

つぎに、上記構成のトンネル掘削機の動作について説
明する。

まず、反力受部60のメイングリツパ61を径方向の外方
に突出させて坑壁Ｗに押し付けることにより、反力受部
60を坑壁Ｗに固定させて掘削反力をとる。この状態で、
スラストジヤツキ63を伸長させることにより、胴体51の
外筒52および掘削前胴部50が、第５図の右端で示すよう
に、矢印方向A1に前進しながら、駆動回転するカツタデ
イスク40により地層を掘削し、その掘削土石をベルトコ
ンベヤ64にて後方に搬出する。

所定ストロークの掘削が終了したならば、第５図の中
間に示すように、胴体51のフロントグリツパ58を径方向
の外方に突出させて坑壁Ｗに押し付けることにより、胴
体51および掘削前胴部50を固定するとともに、上記メイ
ングリツパ61を径方向の内方に引退させる。

この状態で、スラストジヤツキ63を収縮させることに
より、第５図の左端に示したように、胴体51の内筒53お
よび反力受部60を前方に引き寄せ移動させる。

以上の動作を繰り返すことにより、所定の掘進を行な
うのであるが、ここで、この発明によれば、上記円筒状
の伸縮式胴体51および反力受部60の外径Ｄがカツタデイ
スク40を含む掘削前胴部50の外径D1よりも小さく、か
つ、掘削時には反力受部60のリヤサポート65が坑壁Ｗに
押し付けられ、この反力受部60および伸縮式胴体51をそ
の軸線がトンネルの軸線に合致するように坑壁Ｗに受止
め支持させているので、上記伸縮式胴体51と坑壁Ｗとの
間には、D1−Ｄに相当する環状の空間Ａが形成されてい
ることになる。したがつて、この環状空間Ａの前端部、
すなわち、掘削前胴部50の直後において支保工11を組立
てたり、あるいは、吹き付けにより坑壁Ｗの崩落防止の
ための地山対策を施すことができる。

また、電動モータ47、スラストジヤツキ63、ベルトコ
ンベヤ64などの主要機器、デイテインジヤツキ67、ロー
リングジヤツキ68、電機制御装置などの付帯設備がすべ
て伸縮式胴体51内に収納されているので、これらを崩落
土石などから防護することができるとともに、地山対策
として吹付けを採用した場合、これら機器、設備の汚損
を防止し、作動トラブルの発生をなくすことができ、か
つ、この伸縮式胴体51の内部空間を切羽へのアクセスと
して安全性を高めることができる。

さらに、掘削完了時などにおいて、カツタデイスク40
を分割ライン43に沿つて小さく折畳むことにより、伸縮
式胴体51および反力受部60は円周方向や半径方向に分割
したり、解体することなく、掘削時の形態を保たせたま
まで掘削済みのトンネル内を後退させて、ピツトなどか
ら地上に取り出すことができる。

なお、上記実施例に示す構成のトンネル掘削機による
掘削方向の修正や変更は、複数個のスラストジヤツキ63
の伸縮個数を選択する、いわゆる、片押しによつて行な
うことができるが、そのほかにメイングリツパ61のスト
ロークの差やリヤサポート65を用いて反力の中心点の位
置を変更することによつても、掘削方向の修正や変更を
行なうことができる。

また、上記実施例では、メイングリツパ61とは別体に
リヤサポート65を設け、このリヤサポート65により反力
受部60および伸縮式胴体51の軸線をトンネルの軸線に合
致させるように構成したが、第６図に示すように、メイ
ングリツパ61を周方向に４個装着させて、上記リヤサポ
ート65の役割りをそのメイングリツパ61で兼用させるよ
うに構成してもよい。

さらに、上記伸縮式胴体51における外筒52の後端部の
下側周部に、第１図のように、固定式もしくは半径方向
に出退する可動式のサポート70を装着させる場合は、伸
縮式胴体51をトンネル壁に一層安定よく支持させること
ができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、カツタデイスクを
含む掘削部の１部を分解や折畳むだけで、その他の部分
は現状のままにして掘削済みのトンネル内を退避させる
ことができ、掘削機全体の取り出しが容易であるばかり
でなく、掘削部の直後において、支保工の組立てや吹付
けなどの崩落防止のための地山対策を効果的に実行する
ことができる。しかも、カツタデイスク駆動装置や推進
装置等の主要機器およびそれらの付帯設備は筒状の胴体
内にあり、崩落土石などから十分に防護できるととも
に、吹付け施工時における汚損もなくして、作動トラブ
ルの発生をなくすることができ、かつ、切羽へのアクセ
スに対しても安全性を確保できる。また、カツタデイス
クの交換も可能で、掘削径の変更を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるトンネル掘削機の縦断面図、第
２図は第１図の正面図、第３図は第１図のII−II線断面
の片側図、第４図は第１図のIII−III線断面の片側図、
第５図は掘削動作の説明図、第６図はこの発明の他の実
施例を示す概略背面図、第７図は従来のビーム型トンネ
ル掘削機の縦断面図、第８図は従来のハイブリツド型ト
ンネル掘削機の縦断面図である。 40……カツタデイスク、44……サポートシールド、46…
…軸受、47……電動モータ、50……掘削前胴部、51……
円筒状の伸縮式胴体、52……外筒、53……内筒、58……
グリツパ、60……円筒状の反力受部、61……メイングリ
ツパ、63……スラストジヤツキ、64……ベルトコンベ
ヤ、65……リヤサポート。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カツタデイスクおよびその軸受部と駆動装
   置からなる掘削部と、その後方に摺動伸縮自在に構成さ
   れた筒状の胴体と、掘削反力支持装置を装備した筒状の
   反力受部とを配設し、上記掘削部と反力受部間に架設さ
   れた推進装置を有するトンネル掘削機であつて、上記胴
   体および反力受部の外寸法を、掘削済みのトンネル内を
   後退通過するのに十分な程度に小さく構成し、上記カツ
   タデイスク駆動装置、推進装置が上記胴体内に収納され
   ているトンネル掘削機。