JP2840074B2

JP2840074B2 - 掘削装置

Info

Publication number: JP2840074B2
Application number: JP63251746A
Authority: JP
Inventors: 孝治忍谷; 佳晴宮永
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH02101285A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、掘削装置に関するものである。

（ロ）従来の技術トンネルなどを掘削するための従来の掘削装置として
は、揺動可能なブームの先端にドリルを設けたものがあ
る。すなわち、自走可能なフレームにブームを上下方向
軸及び左右方向軸を中心として揺動可能に設け、ブーム
の先端にさく岩用のドリルを設けたものである。このド
リルを用いて所定箇所の穴あけをした後、ブームを移動
させ、次の穴あけを行い、順次円周上に穴を設けてい
く。これによりトンネルの形状に沿った多数の穴が設け
られることになる。次いで、穴に油圧式くさびを挿入
し、発破などを用いて掘削面を破壊する。

また、上記とは別の掘削装置として、トンネルの全面
を覆う回転カッターを有するトンネル掘進機がある。こ
れは、回転カッターを回転させつつ前進して掘削面全体
を掘削していく。

（ハ）発明が解決しようとする課題上述のようにブームの先端に設けたドリルを用いて順
次穴あけする装置の場合には、ドリルを用いて多数箇所
に穴あけする必要があり、作業能率が悪いという問題点
がある。また、ブームを上下方向及び左右方向に移動さ
せることにより、ドリルを円軌道上に沿って移動させる
必要があるため、ドリルの位置決め精度がよくないとい
う問題点もあり、また作業性も好ましくない。

また、トンネル掘進機の場合には、装置が大型とな
り、また価格も高くなるという問題点がある。

本発明は、上記のような課題を解決することを目的と
している。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、液体ジェット式のツールを施回させて掘削
することにより上記課題を解決する。すなわち、本発明
による掘削装置は、掘削面に液体ジェットを噴射するこ
とにより所定深さの穴を設け、次いで穴軸に直交する方
向に液体ジェットを噴射させつつこれを穴軸方向に往復
動させ、かつ液体ジェットをこれの噴射方向が接線方向
となる向きに所定の回転半径で回転させることにより、
円形又は円弧状のトンネル外周形状に対応したみぞを形
成する各工程から構成される。

上記工程を実施する掘削装置は、走行装置を備えた主
フレーム（10）と、主フレームに少なくとも上下方向に
移動可能に支持される可動フレーム（15）と、可動フレ
ームに揺動可能に設けられかつ全体が水平方向軸を中心
として施回可能なブーム（23及び48）と、ブームの先端
に姿勢調節可能に設けられるツール支持装置（90）と、
ツール支持装置に設けられる穴掘削用ツール（37）及び
みぞ掘削用ツール（42）と、穴掘削用ツール及びみぞ掘
削用ツールのいずれか一方を所定の掘削位置に設定する
ツール切換装置（34）と、穴掘削用ツール及びみぞ掘削
用ツールを掘削穴の軸方向へ移動させるツール前後進装
置（39）と、を有している。穴掘削用ツール及びみぞ掘
削用ツールは液体を高速で掘削部に噴射して切削するこ
とにより掘削を行う液体ジェットのものである。なお、
かっこ内の符号は後述の第１実施例の対応する部材を示
す。なお、ツール支持装置は、ブームに移動可能に設け
られたキャリア（73及び74）に設けるようにすることも
できる。

（ホ）作用まず、穴掘削用ツールによりトンネル外周に対応する
所定位置に穴あけする。次いで、みぞ掘削用ツールによ
り、穴を起点としてみぞを掘削していく。みぞ掘削用ツ
ールを、トンネルの中心を回転中心として施回させるこ
とにより、トンネル形状に沿ったみぞが設けられること
になる。全周にわたってみぞが設けられた後は、従来と
同様に油圧式くさび、発破などを用いて掘削面を破壊す
る。

（ヘ）実施例（第１実施例）第１〜５図に第１実施例を示す。第１図に示すよう
に、主フレーム10はキャタピラ式の走行装置11及びアウ
トリガー12を有している。主フレーム10の上面に揺動可
能に設けられた２本の平行なアーム13及び14の上端部側
に可動フレーム15が連結されている。アーム14と主フレ
ーム10とが油圧シリンダ16によって連結されている。従
って、油圧シリンダ16のピストンロッドを伸縮させてア
ーム14を揺動させることにより、可動フレーム15を移動
させることができる。すなわち、可動フレーム15は第１
図に示す姿勢を保ったまま上下及び前後に移動すること
になる。可動フレーム15には、中空の第１軸17及びこれ
の中空部を貫通する第２軸18が、互いに独立に回転可能
に支持されている。第１軸17の第１図中で左端側に第１
ブーム支持部材19が取付けられている。また、第２軸18
の第１図中左端側に第２ブーム支持部材20が取付けられ
ている。第１軸17は、電動機を備えた回転駆動装置21に
よって回転駆動可能である。また、第２軸18は、同様の
回転駆動装置22によって回転駆動可能である。第１ブー
ム支持部材19にピン24によって第１ブーム23が揺動可能
に連結されている。第１ブーム23と第１ブーム支持部材
19とが油圧シリンダ25によって連結されている。第１ブ
ーム23の先端には、第３図に示すように、ピン26によっ
て支持部材27が回転可能に連結されており、またこの支
持部材27にピン28によって別の支持部材29が回転可能に
連結されている。第１ブーム23と支持部材27とが油圧シ
リンダ30によって連結されている。また、支持部材27と
支持部材29とが油圧シリンダ31によって連結されてい
る。これにより支持部材29は、ピン26を中心として回動
可能であり、かつピン28を中心として回動可能である。
支持部材29、支持部材27などがツール支持装置90を構成
する。支持部材29には更にピン32によって支持部材33が
回動可能に連結されている。支持部材33と支持部材29と
が油圧シリンダ34によって連結されている。この油圧シ
リンダ34、支持部材33などがツール切換装置を構成す
る。支持部材33上には、部材35がピン32と平行方向に移
動可能に支持されている。支持部材33に取付けられた油
圧シリンダ36のピストンロッドが部材35と連結されてい
る。部材35に穴掘削用ツール37が設けられている。穴掘
削用ツール37には、これに作用する外力を検出する荷重
センサー81が設けられている。穴掘削用ツール37は回転
装置38による回転及びツール前後進装置39による前後進
が可能である。穴掘削用ツール37は先端部に高速で液体
ジェットを噴出するノズル37aを有している。噴射され
る液体には研摩材が混入される。部材35にブラケット40
を介して部材41が取付けられており、この部材41にみぞ
掘削用ツール42が設けられている。みぞ掘削用ツール42
には、これに作用する外力を検出する荷重センサー82が
設けられている。みぞ掘削用ツール42は回転装置43によ
って回転駆動可能であり、また上述のツール前後進装置
39によって前後進可能である。みぞ掘削用ツール42はこ
れの長手方向にほぼ直交する向きに高速で液体ジェット
を噴射するノズル42aを複数個を備えている（第５図参
照）。穴掘削用ツール37とみぞ掘削用ツール42とはピン
32を中心として同一半径上に配置されており、また両者
は所定の角度θを成すように配置されている。なお、第
５図に示すように、みぞ掘削用ツール42には２つの接触
式の位置センサー45及び46が設けられている。位置セン
サー45及び46はみぞ掘削用ツール42からの距離が互いに
異なる位置で作動するように設定されている。

第２ブーム支持部材20にはピン47を支点として揺動可
能な第２ブーム48が設けられている。第２ブーム48は油
圧シリンダ49によって駆動される。第２ブーム48の先端
側には、第１ブーム23の先端側に設けたものと全く同様
の構造の穴掘削用ツール37、みぞ掘削用ツール42などが
取付けられている。

次にこの実施例の作用について説明する。まず、走行
装置11によって主フレーム10をトンネルの掘削面60の前
面まで移動させ、次いでアウトリガー12によって静止さ
せる。次いで、油圧シリンダ16を作動させ、アーム13及
び14を揺動させ、可動フレーム15の第１軸17及び第２軸
18をトンネルの中心に一致させる。第１ブーム23及び第
２ブーム48はそれぞれ回転駆動装置21及び回転駆動装置
22によって第１軸17及び第２軸18を中心として互いに反
対側に位置するようにする。また、第１ブーム23及び第
２ブーム48の開き角度はそれぞれ油圧シリンダ25及び油
圧シリンダ49によって調節する。また、穴掘削用ツール
37が所定の掘削位置（第３図に示す位置）にくるように
油圧シリンダ34によって位置決めしておく。また、穴掘
削用ツール37の姿勢は油圧シリンダ30及び31によって調
節する（第１図に示すように、穴掘削用ツール37は水平
軸と角度αをなすようにする）。また、穴掘削用ツール
37の長手方向位置についても油圧シリンダ36によって調
節する。次いで、穴掘削用ツール37の先端のノズル37a
から高速で液体ジェットを噴射し、穴あけを行いつつツ
ール前後進装置39によって穴掘削用ツール37を前進させ
る。これにより所定深さの穴62が形成される。所定の穴
深さに達した後は穴掘削用ツール37を後退させ、油圧シ
リンダ34を作動させることによりみぞ掘削用ツール42を
角度θだけ回転させ、これを掘削位置に設定する。次い
で、みぞ掘削用ツール42を穴62内に挿入し、みぞ掘削を
開始する。みぞ掘削用ツール42のノズル42aからは、第
５図に示すように、これの長手方向にほぼ直交する向き
に高速で液体ジェットが噴射される。みぞ掘削中、みぞ
掘削用ツール42はツール前後進装置39によって前後進さ
せられる。また、掘削中みぞ掘削用ツール42は第１ブー
ム23と共に回転駆動装置21によって施回させられる。第
２ブーム48側についても同様である。なお、第１ブーム
23及び第２ブーム48の回転方向は例えば互いに逆とす
る。これにより、第４図に示すように、円形のみぞ64が
形成されていき、これがトンネル外周部にほぼ対応する
ことになる。なお、第１ブーム23と第２ブーム48とは独
立に回転駆動されるので、両者は必ずしも同期して回転
駆動する必要はなく、切削速度に応じて施回速度をそれ
ぞれ独立に制御することができる。また、送り速度の制
御は、第５図に示す２つの位置センサー45及び46の間に
掘削すべき部分が位置するようにみぞ掘削用ツール42の
位置を制御することにより行われる。なお、第１ブーム
23側のみぞ64と第２ブーム側のみぞ64とが接続される位
置にあらかじめ穴63を設けておいてもよい。

トンネル外周部に相当するみぞ64の内周側に、破壊を
容易にするための別のみぞを形成する場合には、第１ブ
ーム23及び第２ブーム48の成す角度を小さくして両者を
施回させることにより同様に行うことができる。また、
みぞ掘削用ツール42を半径方向に移動させて半径方向の
みぞを掘削することもできる。なお、この場合には第１
ブーム23及び第２ビーム48を揺動させつつ、油圧シリン
ダ36によって部材35の位置を制御する必要がある。

上述のようにしてみぞ掘削が終わった後は、従来と同
様に油圧式くさび挿入機によってみぞ内にくさびを挿入
して破壊するか、又は発破などを用いて掘削面60を破壊
する。これにより１サイクルの掘削作業が終了する。

なお、前述のように穴掘削用ツール37及びみぞ掘削用
ツール42の支持部にはそれぞれ荷重センサー81及び82が
設けられている。この荷重センサー81及び82によって所
定以上の荷重が検出された場合には、穴掘削用ツール37
及びみぞ掘削用ツール42の送りを停止させ、これらを後
退させる。これにより穴掘削用ツール37及びみぞ掘削用
ツール42などの破損を防止することができる。

なお、この掘削装置を工事現場などに輸送する際に
は、可動フレーム15を主フレーム10側に倒せばよい。こ
れにより装置全体の高さ及び長さが小さくなり輸送が容
易となる。

位置センサー45及び46としては接触式のものを用いた
が、これは光学式など無接触式のものとすることもで
き、また液体ジェットの噴射音の周波数が掘削部との距
離によって変わるので、これを用いて距離を計測するこ
ともできる。

（第２実施例）第６及び７図に本発明の第２実施例を示す。この第２
実施例では、ブーム71及び72がほぼ垂直面内に配置され
ており、このブーム71及び72上にそれぞれ半径方向に移
動可能なキャリア73及び74が設けられており、このキャ
リア73及び74に第１実施例と同様の穴掘削用ツール37及
びみぞ掘削用ツール42などが設けられている。この第２
実施例では穴掘削用ツール37及びみぞ掘削用ツール42の
半径方向への移動が、キャリア73及び74を移動させるこ
とにより可能となるので、半径方向のみぞを掘削する際
の制御が容易となる。ブーム71及び72は作業中は水平方
向軸に直交する状態に保持されるが、運送中は油圧シリ
ンダ75によって回動させ、高さを低くすることができ
る。なお、上記以外の構成については、第１実施例とほ
ぼ同様であるので、第１実施例と同様の参照符号を付し
て詳細な説明は省略する。

（第３実施例）第８図に第３実施例を示す。この第３実施例は、主フ
レーム10上に施回装置85及び直動式の上下動装置86を介
して可動フレーム15を支持するようにしたものである。
施回装置85は軸心87を中心として左右に約90°施回可能
である。上下動装置86は、固定部86a及び２つのスライ
ド86b及び86cを有する２段式のものであり、スライド部
86cに可動フレーム15が取り付けられる。スライド部86b
及び86cはそれぞれ電動機及びボールねじ機構によって
駆動され、ガイドレールに沿って上下動可能である。そ
の他の構成は第１実施例と同様であるので、同様の参照
符号を付して詳細な説明は省略する。この第３実施例で
は、施回装置85によって掘削方向を変えることができ
る。また、２段式の上下動装置86によって、輸送中にお
ける装置の全高を低下させることができる。

（ト）発明の効果以上説明してきたように、本発明によると、次のよう
な効果を得ることができる。すなわち、本発明装置は、
液体ジェットを用いて穴を掘削し、次いで液体ジェット
を往復動させつつ回転させることによりみぞを掘削する
ようにしたので、非常に効率良く円形のみぞを形成する
ことができる。また、本発明装置によると、円形のみぞ
の掘削がブームを施回させることだけにより可能とな
る。これにより制御が簡単化され、また正確な円形みぞ
を掘削することができる。また、穴掘削用ツールとみぞ
掘削用ツールとは所定の掘削位置に切換えて使用するよ
うにしてあるので、穴掘削用ツールによって掘削した穴
内にみぞ掘削用ツールを確実に挿入することができ、作
業能率が向上する。また、ほぼ対称位置に配置した２本
のブームに穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールを設け
て掘削するようにすると、バランスが良く、またブーム
が１本の場合よりも作業能率が向上する。また、２つの
ブームの回転を独立に制御すると、掘削速度が遅い側に
同期させて掘削を行う必要がなく、作業能率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の掘削装置を示す図、第２
図は第１図の矢印II方向に見た図、第３図は第２図の部
分拡大図、第４図は掘削面の掘削状態を示す図、第５図
はみぞ掘削用ツールによる掘削状態を示す図、第６図は
本発明の第２実施例を示す図、第７図は第６図の矢印VI
I方向に見た図、第８図は本発明の第３実施例を示す図
である。 10……主フレーム、15……可動フレーム、23……第１ブ
ーム、34……ツール切換装置、37……穴掘削用ツール、
39……ツール前後進装置、42……みぞ掘削用ツール、48
……第２ブーム、90……ツール支持装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者忍谷孝治広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号株式会社日本製鋼所内 (72)発明者宮永佳晴東京都中央区銀座６丁目15番１号電源開発株式会社内 (56)参考文献特開昭59−41596（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−83792（ＪＰ，Ａ) 特公昭46−16649（ＪＰ，Ｂ１) 実公昭63−40548（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21C 11/02 E21D 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削面に液体ジェットを噴射することによ
り所定深さの穴を設け、次いで穴軸にほぼ直交する方向
に液体ジェットを噴射させつつこれを穴軸方向に往復動
させ、かつ液体ジェットをこれの噴射方向が接線方向と
なる向きに所定の回転半径で回転させることにより、円
形又は円弧状のトンネル外周形状に対応したみぞを形成
する掘削装置であって、走行装置を備えた主フレームと、主フレームに少なくと
も上下方向に移動可能に支持される可動フレームと、可
動フレームに揺動可能に設けられかつ全体が水平方向軸
を中心として施回可能なブームと、ブームの先端に姿勢
調節可能に設けられるツール支持装置と、ツール支持装
置に設けられる穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツール
と、穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールのいずれか一
方を所定の掘削位置に設定するツール切換装置と、穴掘
削用ツール及びみぞ掘削用ツールを掘削穴の軸方向へ移
動させるツール前後進装置と、を有しており、穴掘削用
ツール及びみぞ掘削用ツールは液体を高速で掘削部に噴
射して切削することにより掘削を行う液体ジェットのも
のである掘削装置。
【請求項２】走行装置を備えた主フレームと、主フレー
ムに少なくとも上下方向に移動可能に支持される可動フ
レームと、可動フレームに垂直面内で施回可能に設けら
れるブームと、ブームにこれの軸方向に移動可能に設け
られるキャリアと、キャリアに姿勢調節可能に設けられ
るツール支持装置と、ツール支持装置に設けられる穴掘
削用ツール及びみぞ掘削用ツールと、穴掘削用ツール及
びみぞ掘削用ツールのいずれか一方を所定の掘削位置に
設定するツール切換装置と、穴掘削用ツール及びみぞ掘
削用ツールを掘削穴の軸方向へ移動させるツール前後進
装置と、を有しており、穴掘削用ツール及びみぞ掘削用
ツールは液体を高速で掘削部に噴射して切削することに
より掘削を行う液体ジェット式のものである掘削装置。
【請求項３】可動フレームが主フレームに垂直軸を中心
として施回可能に設けられている請求項１又は２記載の
掘削装置。
【請求項４】ブームが２本設けられており、２本のブー
ムはそれぞれ独立に施回可能である請求項１、２又は３
記載の掘削装置。