JP3010021B2

JP3010021B2 - ビーム型トンネル掘削機

Info

Publication number: JP3010021B2
Application number: JP22344496A
Authority: JP
Inventors: 雄三古賀; 一夫服部; 保徳近藤; 貴人吉田
Original assignee: Shimizu Corp; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Shimizu Corp; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: JPH1061389A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、急曲
線施工に適したビーム型（オープン型ともいう）トンネ
ル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、岩盤におけるトンネル掘削用
として、例えば、特公昭６２−３２３１９号公報に従来
技術として記載されている図６のようなビーム型トンネ
ル掘削機が知られている。これによれば、前端にカッタ
ーヘッド３１を備えたビーム３２に沿って、前後に間隔
をあけ且つ一体に連結された前後一対のグリッパ３３を
前後方向に摺動自在に配設し、後側グリッパ３３ｂとビ
ーム３２後端部をスラストジャッキ３６で連結した構造
からなる。ビーム３２の後端には駆動ユニット３７を備
え、ビーム３２の中心部を軸方向に貫通する回転軸３８
を介してカッターヘッド３１を回転させる。また、ビー
ム３２の後端にはサポート３９を下向きに伸縮自在に備
えている。そして、前後のグリッパ３３を伸長させてト
ンネル坑壁に押し当てて掘進時の反力をとり、カッター
ヘッド３１を回転しながらスラストジャッキ３６収縮し
て前進させ、掘削作業を行って所定距離前進した後、前
後のグリッパ３３を収縮し、スラストジャッキ３６を伸
長させグリッパ３３をビーム３２に沿って前方へ戻す。
こうした作業を繰り返し行うことにより、トンネルを掘
削するものである。

【０００３】また、従来のビーム型トンネル掘削機とし
ては、これとは別に図８のようなものも知られている。
これは、岩盤掘削用のローラーカッター４３ａ有するカ
ッターヘッド４３が軸受４４を介して回転自在に配設さ
れている。軸受４４は、バルクヘッド４５に取り付けら
れており、カッターヘッド４３の駆動ユニット４７もそ
の前端部がバルクヘッド４５に固定されている。バルク
ヘッド４５は、その外周縁部の下方部分において、フロ
ントサポート（図示せず）とボルト止め等の手段で結合
され、一体としてフロントボディ４２を構成する。メイ
ンビーム４９は、バルクヘッド４５の中心付近に固設さ
れ、フロントボディ４２から後方へ延びている。メイン
ビーム４９に隣接して掘削土の搬出用ベルトコンベヤ
（図示せず）がカッターチャンバー４６から後方へ延設
されているが、このベルトコンベヤは、メインビーム４
９を中空構造としてその内部に配設してもよい。メイン
ビーム４９の後端には一対のグリッパ装置５０が前後方
向に摺動自在に配置されている。メインビーム４９の前
部とグリッパ装置５０はスラストジャッキ５１によって
連結されている。メインビーム４９の後端は、一対のリ
ヤサポート５２が下方に配設されている。このトンネル
掘削機４１は、グリッパ５０を伸長させ、トンネル坑壁
に押し当てて掘削時の反力をとり、カッタヘッド４３を
回転させつつ、スラストジャッキ５１を伸長して前進さ
せ、掘削作業を行って所定距離前進した後、リヤサポー
ト５２を伸長してメインビーム４９の後端側を支承し、
グリッパ装置５０のグリッパーシュー５０ａを収縮した
状態で、スラストジャッキ５１を収縮することにより、
グリッパ装置５０をメインビーム４９に沿って前方へ引
き寄せ、元の状態に戻す。こうした作業を繰り返すこと
によって。トンネルを掘削するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した前者（図６）
の従来のビーム型トンネル掘削機では、図７に示すよう
にカーブ掘削施工時に掘削機の後部を左右に移動してカ
ッターヘッドの向きを変えるが、せいぜい実線で示すカ
ーブ程度の掘削しかできず、仮想線で示すような急曲線
施工には対応できない。なぜなら、グリッパ３３の
ストロークに限界があり、必要なだけの移動ができず、
ビーム３８の後端がトンネル壁に接触し必要な移動
量が得られない、等の理由からであり、従って、施工で
きるカーブ半径に制約がある。

【０００５】また、後者（図８）の従来のビーム型トン
ネル掘削機においても同様のことが言える。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この出願に係る発明は、
ビーム型トンネル掘削機におけるビームの途中に中折れ
機構を設け、カッターヘッドを含む前部ビームを該中折
れ機構の中折れピンを支点として首振り可能にすること
により、急曲線施工に対応できるようにしたものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】この出願発明に係るビーム型トン
ネル掘削機の実施形態としては、前端部にカッターヘッ
ドを有し、該カッターヘッドを回転自在に支持駆動する
カッターヘッド駆動部と、該駆動部から後方へ向けて延
びるメインビームと、該メインビームの後部に該メイン
ビームに沿って前後に摺動自在なグリッパ装置とを備
え、該グリッパ装置の摺動範囲外の前記メインビームの
途中を前部メインビームと後部メインビームとに分割
し、この分割部に中折れ機構を構成する中折れピンを設
けて前部メインビームと後部メインビームとを連結枢着
し、該中折れ機構に中折れ駆動手段を設けて該中折れピ
ンを支点としてカッターヘッドを含む前部メインビーム
を該中折れ駆動手段により首振り可能に構成したビーム
型トンネル掘削機において、中折れ駆動手段を該前部メ
インビームを挟んで両側に設けたスラストジャッキで構
成し、該スラストジャッキの前端を前部メインビームの
後端上に枢支ピンを軸として枢着連結するとともにその
後端をグリッパ装置の外端部に枢着し、前記中折れピン
の軸心を通り前部メインビーム軸心線に直交する直線上
に前記したスラストジャッキと前部メインビームとの連
結枢支ピンを配置したものである。

【０００８】これによって、中折れピンを軸にして前部
メインビーム等を曲線施工したい方向に所定量（角度）
揺動させることができ、急曲線施工に容易に対応でき
る。また、中折れピンの軸心を通りメインビームの軸心
線に直交する直線上にスラストジャッキと前部メインビ
ームとの連結枢支ピンを配置することで、スラストジャ
ッキの力量を最小にしつつ前部メインビーム等を容易に
揺動させることが可能となり、しかも、周囲にある他の
設備に干渉することなく、コンパクトにスラストジャッ
キ等を配置することができる。

【０００９】

【実施例】以下、この出願に係る発明のビーム型トンネ
ル掘削機の実施例を図面を参照しながら説明する。

【００１０】図１はビーム型トンネル掘削機の全体を概
略的に示す概略平面図、図２は同概略側面図（掘削機の
前部は断面して示す）、図３の左半分は図２のＡ−Ａ線
断面図で、右半分は図２のＢ−Ｂ線断面図、図４の左半
分は図２のＣ−Ｃ線断面図で、右半分は図２のＤ−Ｄ線
断面図、図５はこの出願発明のトンネル掘削機の急曲線
施工時の動作図（平面）である。

【００１１】図１、２に示すように、トンネル掘削機１
は、バルクヘッド５とフロントサポート７から構成され
るフロントボディ２を備えている。フロントボディ２の
前端部には、多数の岩盤掘削用のローラーカッター３ａ
を有するカッターヘッド３が、軸受４を介して回動自在
に配設されている。軸受４はバルクヘッド５に取り付け
られており、バルクヘッド５の後部より取り付けられた
駆動ユニット２０により回転駆動される。バルクヘッド
５は円形の板体と環状のフレームとからなり、その外縁
部の下方においてフロントサポート７とネジ止め等の手
段で連結されている。また、バルクヘッド５の前面には
カッターチャンバー６が、カッターヘッド３との空間に
おいて一体に形成されている。フロントサポート７は、
バルクヘッド５の下方に配設されており、坑壁に接地し
てカッターヘッド３とバルクヘッド５を支承している。

【００１２】メインビーム９は、矩形断面の形状を持
ち、中空構造となっている。メインビーム９は、その前
端部がバルクヘッド５の中央部付近に固設され、フロン
トボディ２から後方へ延びている。メインビーム９は、
前端から後方にかけて段階的に形状が小さくなってい
る。メインビーム９の内空部にはベルトコンベヤ１０が
カッターチャンバー６からトンネル掘削機１の後端まで
延設されている。また、メインビーム９の後端部には一
対のリヤサポート１１が下向きに配設されている。リヤ
サポート１１は、図４のように接地用の断面円弧状シュ
ー１１ａをジャッキ１１ｂで進退させる構造からなる。

【００１３】メインビーム９の前方部分には、図３のよ
うに（図１、２には簡単のため省略）、エレクタ１２ａ
が配備される。エレクタ１２ａは、メインビーム前部９
ａに配設されたガイドレール１２に沿って円周方向に回
転自在となっており、地山の支保部材（例えばリング支
保等）を組み立てるものである。

【００１４】図１、図２に示すように、メインビーム後
部９ｃにはグリッパ装置１６が前後方向に摺動自在に配
設され、メインビーム９を前後方向に摺動自在に支持し
ている。このグリッパ装置１６がメインビーム９に沿っ
て前後方向に摺動自在する範囲を除いた前方部にメイン
ビーム９の中折れピン１３ａを有する中折れ機構１３が
設けられている。メインビーム９はこの中折れピン１３
ａの前後で前部メインビーム９Ａと後部メインビーム９
Ｂとに分割され、中折れピン１３ａを軸にしてカッタヘ
ッド３を含む前部メインビーム９Ａが首振り（揺動）可
能に枢支連結されている。

【００１５】前部メインビーム９Ａの後端の左右両側に
ブラケット１４が張り出して設けられ、このブラケット
１４から張り出した上下一対の支持部材１４ｂにスラス
トジャッキ１５の一端が枢支ピン１４ａを軸として枢着
され、その他端がグリッパ装置１６の外端部に枢着され
ている。その結果、左右のスラストジャッキ１５がハの
字形をなして配設された形になっている。通常の場合、
このスラストジャッキ１５が中折れ機構１３の中折れ駆
動手段を構成するものであるが、本来、このスラストジ
ャッキ１５は掘進用ジャッキとして働くものである。本
願ではこれを中折れ駆動手段として利用して装置を簡便
にしている。もっとも、スラストジャッキ１５を中折れ
駆動手段として利用せずに、中折れピン１３ａに別途ロ
ータリアクチュエータを接続して、中折れピン１３ａを
ロータリアクチュエータによって回動させることにより
前部メインビーム９Ａを揺動させるようにしてもよい。

【００１６】前部メインビーム９Ａの軸心線Ｏ₁ に直交
し、中折れピン１３ａの軸心Ｏを通る直線Ｏ₂ 上に左右
の枢支ピン１４ａの軸心がくるようにスラストジャッキ
１５と前部メインビーム９Ａとの連結部を配置する。こ
れは、前部メインビーム９Ａの首振りのための力量が小
さくて済むからである。かかる構成では、スラストジャ
ッキ１５の力点が中折れピン１３ａを通る直線上にあ
り、カッターヘッド３は地山に押し付けられているた
め、カッターヘッドステアリング時の首振り中心は、カ
ッターヘッド３と地山との接触部となる。そのため、カ
ーブ中心と同じ側のスラストジャッキ１５を押すと、中
折れピン１３ａは図５上において上方に振れ、前部メイ
ンビーム９Ａと後部メインビーム９Ｂとは中折れピン１
３ａの位置で掘削が進むにつれて「く」の字形に大きく
屈折する（図４に示すように後部メインビーム９Ｂは球
面座１６ａを介して揺動自在である）。カッターヘッド
３は掘削しながら所定方向に首振りする。

【００１７】図４に示す如く、上記グリッパ装置１６の
両側にはメイングリッパ１７がそれぞれ配設されてい
る。メイングリッパ１７は、断面円弧状のグリッパシュ
ー１７ａを複数本のグリッパジャッキ１７ｂの先端に連
結して取り付け、グリッパジャッキ１７ｂの伸縮動作に
よりグリッパシュー１７ａを両側方に進退させ、トンネ
ル坑壁に押付け可能な構造からなる。また、スラストジ
ャッキ１５の後端部は、本例では、グリッパシュー１７
ａに摺動自在に当接させたうえで、メイングリッパ１７
のグリッパシュー１７ａに鉛直ピン１５ｂ（図５）を介
して連結されている。なお、スラストジャッキ１５の後
端部は、グリッパ装置１６に当接させて連結することも
できる。

【００１８】以上のように構成される本実施例のトンネ
ル掘削機１について、掘削動作を説明する。Ａ）通常の直線施工の場合：岩盤等の硬質地盤におけるトンネル掘削に際しては、メ
イングリッパ１７のグリッパシュー１７ａを坑壁に押し
当て、グリッパ装置１６を地山（トンネル坑壁）に固定
した状態で、カッターヘッド３を回転させながらスラス
トジャッキ１５を伸長させることによりフロントボディ
２を前進させて掘削作業を行う。所定距離の掘削後は、
リヤサポート１１を伸長してメインビーム９の後端側を
支承し、メイングリッパ１７のグリッパシュー１７ａを
収縮した状態で、スラストジャッキ１５の収縮によりグ
リッパ装置１６をメインビーム９に沿って前方へ引き寄
せ、元の状態に戻し、後は上記の作業を繰り返すことに
より、掘削作業を遂行する。Ｂ）急曲線施工の場合（図５参照）：トンネルの掘削方向の制御は、カーブ半径が大きい（ゆ
るやかな曲線施工）の場合には、両側のメイングリッパ
１７のグリッパジャッキ１７ｂのストローク差を利用し
て行うこともできるが、急曲線施工の場合には、グリッ
パ装置１６を地山（トンネル坑壁）に固定した状態で、
左右のスラストジャッキ１５にストローク差を設けて、
例えば図５の如く左に急カーブしたい時には、左のスラ
ストジャッキ１５を右のものよりより長く伸ばすことに
より中折れピン１３ａを図５において上方に押してこの
位置で屈折させてカッターヘッド３を含む前部メインビ
ーム９Ａを左方向に掘削進行の過程で所定の角度θだけ
揺動させる。そして左右のストローク差をそのまま保持
制御しながら、上記と同様な要領で掘進していくと所望
の急カーブの掘削ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したこの出願発明の実施形態に
よれば下記の優れた効果が得られる。中折れピンの
軸にして前部メインビーム等を曲線施工したい方向に所
定量（角度）揺動させることができ、急曲線施工に容易
に対応できる。本来掘進用として使用される左右の
スラストジャッキを利用して、これを中折れ駆動手段と
することで装置が簡便となる。この左右のスラストジャ
ッキにストローク差をつけることによって、前部メイン
ビーム等が中折れピンを軸として揺動させることがで
き、急曲線施工に難無く対応可能となる。中折れピ
ンの軸心を通りメインビーム軸心線に直交する直線上に
スラストジャッキと前部メインビームとの連結枢支ピン
を配置することにより、スラストジャッキの力量を最小
にしつつ前部メインビーム等を容易に揺動させることが
可能となり、しかも、コンパクトにスラストジャッキ等
を配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願発明に係る実施例としてのトンネル掘
削機の全体を概略的に示した平面図である。

【図２】同概略側面図（掘削機の前部は断面して示す）
である。

【図３】左半分は図２のＡ−Ａ線断面図で、右半分は図
２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】左半分は図２のＣ−Ｃ線断面図で、右半分は図
２のＤ−Ｄ線断面図である。

【図５】この出願発明のトンネル掘削機の急曲線施工時
の動作図（平面）である。

【図６】従来の一般的なビーム型トンネル掘削機の全体
を概略的に示す側面図である。

【図７】従来の一般的なビーム型トンネル掘削機の曲線
施工時の課題を説明するための概略平面図である。

【図８】従来の一般的なビーム型トンネル掘削機の全体
を概略的に示した平面図である。

【符号の説明】

１…トンネル掘削機２…フロントボディ３…カッターヘッド５…バルクヘッド６…カッターチャンバー７…フロントサポート９…メインビーム９Ａ…前部メインビーム９Ｂ…後部メインビーム１５…スラストジャッキ（中折れ駆動手段）１６…グリッパ装置１７…メイングリッパ１３…中折れ機構１３ａ…中折れピン１４ａ…枢支ピン２０…駆動ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤保徳兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者吉田貴人兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３号川崎重工業株式会社神戸本社内 (56)参考文献特開昭59−185299（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−228594（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前端部にカッターヘッドを有し、該カッ
ターヘッドを回転自在に支持駆動するカッターヘッド駆
動部と、該駆動部から後方へ向けて延びるメインビーム
と、該メインビームの後部に該メインビームに沿って前
後に摺動自在なグリッパ装置とを備え、該グリッパ装置
の摺動範囲外の前記メインビームの途中を前部メインビ
ームと後部メインビームとに分割し、この分割部に中折
れ機構を構成する中折れピンを設けて前部メインビーム
と後部メインビームとを連結枢着し、該中折れ機構に中
折れ駆動手段を設けて該中折れピンを支点としてカッタ
ーヘッドを含む前部メインビームを該中折れ駆動手段に
より首振り可能に構成したビーム型トンネル掘削機にお
いて、中折れ駆動手段を該前部メインビームを挟んで両側に設
けたスラストジャッキで構成し、該スラストジャッキの
前端を前部メインビームの後端上に枢支ピンを軸として
枢着連結するとともにその後端をグリッパ装置の外端部
に枢着し、前記中折れピンの軸心を通り前部メインビー
ム軸心線に直交する直線上に前記したスラストジャッキ
と前部メインビームとの連結枢支ピンを配置したことを
特徴とするビーム型トンネル掘削機。