JP3396446B2 - トンネル掘削機 - Google Patents
トンネル掘削機Info
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Description
けられたカッタビットを交換可能としたトンネル掘削機
に関する。
ングマシンは、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動
回転可能なカッタヘッドが回転自在に装着され、このカ
ッタヘッドにディスクカッタ及びカッタビットが多数取
付けられる一方、後部には既設トンネルの壁面に圧接自
在なグリッパが装着されると共に、掘削機本体とこのグ
リッパとの間に複数のスラストジャッキが架設されて構
成されている。従って、グリッパにより掘削反力を確保
した状態で、カッタヘッドを回転させながらスラストジ
ャッキを伸長させると、掘削機本体が前進してディスク
カッタ及びカッタビットが前方の岩盤を破砕し、トンネ
ルを掘削することができる。
向にあり、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着
されたディスクカッタやカッタビットが摩耗してしま
う。このディスクカッタやカッタビットが摩耗すると、
岩盤の掘削効率が低下してしまうので、掘削作業を停止
して磨耗したディスクカッタやカッタビットを交換しな
ければならない。従来、ディスクカッタやカッタビット
の交換は、前方の地盤を薬液の注入や凍結などにより固
化改良し、この地盤改良地点まで掘削した後に後退して
チャンバ内の掘削土砂を全て排出し、作業者がこのカッ
タヘッドの前方やチャンバ内に入ってディスクカッタや
カッタビットの交換作業を行っていた。
の改良を行うために使用する薬液などに費用がかかって
不経済であると共に、作業時間が長くかかってしまい作
業性が良くない。また、作業者はカッタヘッドの前方や
チャンバ内などの狭い空間で作業を行うことなり、不自
由な作業となって作業者にかかる負担が大きくなってし
まうという問題がある。そこで、カッタビットを掘削機
本体内で交換可能としたものが、例えば、特開平10−
280878号公報に開示されている。
示された「トンネル掘削機」は、スキンプレートの前部
にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、カッタヘッド
に中心部側が内方の屈曲したガイドレールを配設し、互
いに屈曲自在に連結された複数のホルダをこのガイドレ
ールに移動自在に支持してカッタビットを装着し、ガイ
ドレールの端部にゲート機構を介してカッタビット交換
室を取付け、移動ジャッキによって各カッタビットをカ
ッタビット交換室内に移動可能としたものである。従っ
て、移動ジャッキによってカッタビットをカッタビット
交換室内に移動し、ここで新しいカッタビットと交換す
ることができる。
機では、カッタヘッドを時計回り方向及び反時計回り方
向に回転させる必要があることから、カッタスポークの
両側にカッタビットを設けている。そのため、上述した
公報に開示された「トンネル掘削機」では、カッタスポ
ークの両側にガイドレールを取付け、各ガイドレールに
カッタビットをそれぞれ移動自在に装着し、摩耗したカ
ッタビットをこのガイドレールの端部に取付けたカッタ
ビット交換室に移動し、ここで新しいものと交換してい
る。
2つのカッタビット列があるため、2回もカッタビット
交換作業を行わなければならず、作業時間が長くなって
しまう。また、この場合、カッタビット交換室も2つ必
要となり、このカッタビット交換室の着脱作業も面倒な
ものとなり、カッタビット交換作業の作業性が良くなか
った。
あって、カッタビット交換作業の作業性の向上を図った
トンネル掘削機を提供することを目的とする。
めの請求項1の発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機
本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前
記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッ
ドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動
手段と、前記カッタヘッドの前面部に放射状に設けられ
たガイドレールと、該ガイドレールに沿ってそれぞれ移
動自在に支持された移動ブロックと、該移動ブロックに
装着されて一対の刃部が前記カッタヘッドの回転方向前
後を向いたカッタビットと、前記各ガイドレールにおけ
る前記カッタヘッドの中心側端部に設けられたゲート機
構と、前記各ガイドレールの端部に該ゲート機構を介し
て着脱可能なカッタ収納箱と、前記ガイドレールに位置
する前記移動ブロック及び前記カッタビットを前記カッ
タ収納箱内に引き込み可能であると共に前記カッタ収納
箱内に位置する前記移動ブロック及び前記カッタビット
を前記ガイドレールに押し出し可能なカッタ移動手段
と、該カッタ移動手段と前記移動ブロックとを着脱自在
に連結する連結部材と、前記カッタヘッドの掘削によっ
て発生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具え
たことを特徴とするものである。
は、前記カッタビットは、前記移動ブロックに前記カッ
タヘッドの径方向に沿った支持軸によって所定角度揺動
自在に支持されたことを特徴としている。
は、前記移動ブロックは、前記ガイドレールによって前
記カッタヘッドの前面側で移動自在に支持されたことを
特徴としている。
は、前記ガイドレールは、カッタヘッドの中心部側が前
記掘削機本体内部側に屈曲し、その端部に前記ゲート機
構を介して前記カッタ収納箱が着脱可能であることを特
徴としている。
に基づいて詳細に説明する。
掘削機のカッタスポークの断面、図2に本実施形態のト
ンネル掘削機の概略断面、図3にトンネル掘削機の一部
切欠正面視、図4にトンネル掘削機の前部概略断面を示
す。
2及び図3に示すように、掘削機本体11は円筒形状を
なし、この掘削機本体11の前部には軸受12によって
カッタヘッド13が回転自在に装着されている。このカ
ッタヘッド13の後部にはリングギア14が固定される
一方、掘削機本体11には油圧モータ15が取付けら
れ、この油圧モータ15の駆動ギア16がこのリングギ
ア14に噛み合っている。従って、油圧モータ15を駆
動して駆動ギア16を回転駆動すると、リングギア14
を介してカッタヘッド13を回転することができる。
3の後方に位置してバルクヘッド17が取付けられてお
り、カッタヘッド13とこのバルクヘッド17との間に
チャンバ18が形成されている。そして、掘削機本体1
1内には排土手段としてのスクリューコンベヤ19が配
設されており、前端部がこのチャンバ18に連通し、後
端部が掘削機本体11の外部に延設されている。
ールドジャッキ20が周方向に沿って複数並設されてお
り、このシールドジャッキ20が掘進方向後方に伸長し
て掘削したトンネル内周面に構築された既設セグメント
Sに押し付けることで、その反力により掘削機本体11
を前進することができる。また、掘削機本体11の後部
にはセグメントSを組立てるエレクタ装置21が設けら
れている。なお、掘削機本体11は前胴11aと後胴1
1bとが球面軸受によって屈曲自在に連結され、中折れ
ジャッキ11cによって屈曲可能となっている。
カッタヘッド13の前面部には、中央に先行カッタビッ
ト22が固定されると共に、この先行カッタビット22
から3つのカッタスポーク23a,23b,23cが放
射状に固定され、このカッタスポーク23a,23b,
23cには長手方向に沿って複数のカッタビット24
a,24b,24cが移動自在に装着されており、この
カッタビット24a,24b,24cが磨耗して掘削能
率が低下したときには、新しいものと容易に交換できる
ようになっている。
4cの支持構造について説明するが、それぞれほぼ同様
の構造となっているため、カッタビット24aについて
のみ説明して他のカッタビット24b,24cについて
の説明は省略する。
ヘッド13の前面部にはカッタスポーク23aが固定さ
れ、このカッタスポーク23aには前面側が開口したガ
イドレール25が固定されている。このガイドレール2
5は、カッタヘッド13の前面側がほぼ直線状をなし、
内端部側がカッタヘッド13の内部側(掘進方向後方)
にほぼ90°で屈曲している。そして、ガイドレール2
5には5つの移動ブロック26が移動自在に支持され、
各移動ブロック26は隣接する者同士が所定の間隔で連
結リンク27によって連結されることで、ガイドレール
25の屈曲形状に合わせて折れ曲がりながら移動するこ
とができる。
ト本体28の下部に下面が弧状をなす支持体29が固定
ボルトBによって固定され、両側(カッタヘッド13の
回転方向前後側)に刃部が形成されると共に、超硬のカ
ッタビットチップ30a,30bが固定されている。そ
して、各移動ブロック26にはこのカッタビット24a
が支持軸31によって所定角度揺動自在に取付けられて
いる。なお、支持軸31はボルトBによって抜け止めが
なされている。一般に、トンネル掘削機はローリング補
正のためにカッタヘッド13の回転方向を定期的に変更
しており、このカッタビット24aは、カッタヘッド1
3が図1の矢印X方向に回転するときに同図反時計回り
方向に揺動し、カッタビットチップ30aが掘削方向前
方に突出して地盤を掘削する一方、カッタヘッド13が
図1の矢印Y方向に回転するときに同図時計回り方向に
揺動し、カッタビットチップ30bが掘削方向前方に突
出して地盤を掘削する。
23a,23b,23c)におけるカッタヘッド13の
中心側の端部にはゲート機構33を介してカッタ収納箱
34が着脱自在となっている。即ち、カッタスポーク2
3aの端部には開口部35を有する枠体36が固定さ
れ、この枠体36には支持フレーム37が固定され、こ
の支持フレーム37には、この開口部35を開閉可能な
2組のゲート38,39が装着されている。そして、第
1ゲート38は2枚のゲート板38aが油圧ジャッキ3
8bによって接近離反自在であり、各ゲート板38aに
は対向する切欠部38cが形成されている。第2ゲート
39は2枚のゲート板39aが油圧ジャッキ39bによ
って接近離反自在となっている。
された後端部側の移動ブロック26には複数の連結リン
ク27を介して連結シャフト40が連結されている。支
持フレーム37には取付ボルト41によってゲート蓋4
2が取付けられており、連結シャフト40はこのゲート
蓋42を貫通し、この連結シャフト40に固定されたリ
ンク押えブラケット43が取付ボルト44によりこのゲ
ート蓋42に着脱自在に取付けられている。
3を回転して前方を地盤を掘削するときには、第1ゲー
ト38が閉止して第2ゲート39を開放する。即ち、第
1ゲート38の各ゲート板38aを互いに接近させる
と、各切欠部38cが連結シャフト40を挾持すること
で開口部35を閉止し、カッタヘッド13(ガイドレー
ル27)側と掘削機本体11側とを遮断して止水するこ
とができる。
合、取付ボルト44を外してリンク押えブラケット43
とゲート蓋42との連結を解除すると共に、取付ボルト
41を外してゲート蓋42を取り外してから、カッタ収
納箱34を装着する。そして、この状態で、各ゲート3
8,39を開放すると、カッタビット24a及び移動ブ
ロック26等を開口部35を通してカッタ収納箱34内
に引き込むことができる。その後、全てのカッタビット
24a及び移動ブロック26等をカッタ収納箱34内に
引き込んだら、第2ゲート39の各ゲート板39aを互
いに接近させることで開口部35を閉止し、カッタヘッ
ド13(ガイドレール25)側と掘削機本体11側とを
遮断して止水することができる。
カッタ収納箱34は、カッタビット24aが装着された
5つの移動ブロック26や連結リンク27や連結シャフ
ト40等が連結されたカッタ列を収納可能な長さを有し
ており、後部にカッタ移動手段としての油圧ジャッキ4
5が装着されており、駆動ロッド45aの先端部が連結
シャフト40に連結部材としての連結ピン46によって
連結可能となっている。
削機によるトンネル掘削作業、並びにカッタビットの交
換作業について説明する。
2に示すように、油圧モータ15によってカッタヘッド
13を回転させなから、複数のシールドジャッキ20を
伸長して既設セグメントSへの押し付け反力によって掘
削機本体11を前進させることで、多数のカッタビット
24a,24b,24cによって前方の地盤を掘削す
る。そして、掘削された土砂はチャンバ18内に取り込
まれ、スクリューコンベヤ19によって外部に排出され
る。次に、シールドジャッキ20の何れか一つを縮み方
向に作動して既設セグメントSとの間に空所を形成し、
エレクタ装置21によってこの空所に新しいセグメント
Sを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さの
トンネルを掘削形成していく。このとき、カッタビット
24aは、カッタヘッド13の回転方向前側のカッタビ
ットチップ30a,30bが掘削方向前方に突出して地
盤を掘削する。
ック26に連結された連結シャフト40がゲート蓋42
を貫通して固定されると共に、第1ゲート38の各ゲー
ト板38aがこの連結シャフト40を挾持して開口部3
5を閉止している。そのため、カッタビット24a,2
4b,24cは所定位置に確実に固定されると共に、カ
ッタヘッド13側と掘削機本体11側とが確実に遮断さ
れて止水することができる。
って行っていくと、カッタビット24a,24b,24
cが磨耗して掘削能力が低下するため、このカッタビッ
ト24a,24b,24cの交換が必要となる。
最初に交換するカッタビット24aを下方に位置させ
る。そして、取付ボルト44を外してリンク押えブラケ
ット43とゲート蓋42との連結を解除すると共に、取
付ボルト41を外してゲート蓋42を取り外す。そし
て、支持フレーム37の端部に取付ボルト41を用いて
カッタ収納箱34を装着すると共に、油圧ジャッキ45
の伸長状態にある駆動ロッド45aの先端部を連結ピン
46によって連結シャフト40と連結する。この状態
で、切羽側に泥水が充満していれば、カッタ収納箱34
内に注水して水圧を切羽側の泥水よりも高くしてから、
第1ゲート38により開口部35を開放する。
で、カッタビット24aが装着された5つの移動ブロッ
ク26や連結リンク27や連結シャフト40等が連結さ
れたカッタ列をカッタ収納箱34内に引き込み、第2ゲ
ート39により開口部35を閉止する。
aをカッタ収納箱34内に収納したら、カッタ収納箱3
4内の水を排出して図示しない蓋を開けてカッタビット
24aを新しいものと交換する。そして、再び、カッタ
収納箱34内に注水してから第2ゲート39により開口
部35を開放し、油圧ジャッキ45を伸長することで、
新しいカッタビットが装着された5つの移動ブロック2
6や連結リンク27や連結シャフト40等が連結された
カッタ列をカッタ収納箱34から押し出し、ガイドレー
ル25の所定の位置に移動し、第1ゲート38により開
口部35を閉止する。
ール25の所定の位置に戻されると、連結シャフト40
と油圧ジャッキ45の駆動ロッド45aの先端部との連
結を解除すると共に、取付ボルト41に外してカッタ収
納箱34を支持フレーム37から取り外す。一方、この
支持フレーム37にゲート蓋42を取付け、連結シャフ
ト40に固定したリンク押えブラケット43を取付ボル
ト44によりこのゲート蓋42に固定することで、新し
いカッタビットがガイドレール25の所定の位置に位置
決めされる。そして、このようにしてカッタビット24
aの交換作業が完了すると、他のカッタビット24b,
24cに対して同様の作業を行って全てのカッタビット
24a,24b,24cの交換作業を行う。
あっては、カッタヘッド13のカッタスポーク23a,
23b,23cに配設されたカッタビット24a,24
b,24cをガイドレール25に移動ブロック26を介
してそれぞれ移動自在に支持し、このガイドレール25
の端部にゲート機構33を介してカッタ収納箱34を連
結してある。従って、カッタビット24a,24b,2
4cのカッタ列をそれぞれカッタ収納箱34内に引き込
むことで、短時間で容易にカッタビット24a,24
b,24cを交換することができる。
b,24cをカッタヘッド13の前面部側に位置させ、
カッタヘッド13の回転方向前後に超硬のカッタビット
チップ30a,30bを固定し、移動ブロック26に対
して所定角度揺動自在としてある。そのため、カッタビ
ット24a,24b,24cの1回の交換作業で、2列
分のカッタビット24a,24b,24cの交換を行う
ことができる。また、カッタビット24a,24b,2
4c用のカッタ収納箱34が1つでよく、構造の簡素化
及び小型軽量化を図ることができる。
ット24a,24b,24cを、カッタビット本体28
に支持体29を固定ボルトBによって固定し、カッタビ
ットチップ30a,30bを固定して構成したが、カッ
タビット本体28及び支持体29を一体に形成してもよ
い。
全てのカッタビット24a及び各移動ブロック26、連
結リンク29、連結シャフト40等が連結されたカッタ
列を収納可能としたが、カッタビット24a及び移動ブ
ロック26を一組ずつ収納して交換してもよい。また、
カッタ収納箱34をカッタヘッド13側に固定したが、
掘削機本体11側に支持して3つのカッタ列(カッタビ
ット24a,24b,24c)に対して共用してもよ
い。更に、カッタ移動手段としての油圧ジャッキ45を
適用したが、駆動モータによってねじ軸を回転し、この
ねじ軸に螺合するナットにカッタ列を連結して移動可能
としてもよい。
ヘッド13の前面部にカッタビット24a,24b,2
4cのみを移動可能としたシールド掘削機として説明し
たが、カッタスポーク23a,23b,23cの中央部
に複数のローラカッタ列を設けたトンネルボーリングマ
シンに適用することもでき、この場合、カッタビット2
4a,24b,24cのみならずローラカッタ列を移動
可能としてもよい。そして、カッタビット24a,24
b,24cやこのローラカッタの配置は前述の実施形態
に限定されるものではない。
ように請求項1の発明のトンネル掘削機によれば、掘削
機本体の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、
このカッタヘッドの前面部に放射状に設けられたガイド
レールに移動ブロックを移動自在に支持すると共に、こ
の移動ブロックに一対の刃部がカッタヘッドの回転方向
前後を向いたカッタビットを装着し、このガイドレール
の端部にゲート機構を介してカッタ収納箱を着脱可能と
すると共に、カッタ移動手段によってガイドレールに位
置する移動ブロック及びカッタをこのカッタ収納箱内に
引き込み可能であると共にカッタ収納箱内に位置する移
動ブロック及びカッタビットをガイドレールに押し出し
可能としたので、1回の交換作業で2列分のカッタビッ
トを交換することができ、カッタビット交換作業の作業
性の向上を図ることができると共に、2列の刃部に対し
てカッタ収納箱で1つでよく、構造の簡素化及び小型軽
量化を図ることができる。
よれば、カッタビットを移動ブロックにカッタヘッドの
径方向に沿った支持軸によって所定角度揺動自在に支持
したので、カッタヘッドの回転方向に応じて一方の刃部
のみを突出して地盤を掘削することとなり、他方の刃部
の磨耗を防止することができる。
よれば、移動ブロックをガイドレールによってカッタヘ
ッドの前面側で移動自在に支持したので、2列の刃部に
対して1つのカッタ収納箱でよく、構造の簡素化及び小
型軽量化を図ることができる。
よれば、ガイドレールにおけるカッタヘッドの中心部側
が掘削機本体内部側に屈曲し、その端部にゲート機構を
介してカッタ収納箱を着脱可能としたので、カッタ収納
箱を長尺とすることで複数のカッタビットを収納して1
度に複数のカッタビットを交換することができる。
ッタスポークの断面図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に回転
自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆
動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッド
の前面部に放射状に設けられたガイドレールと、該ガイ
ドレールに沿ってそれぞれ移動自在に支持された移動ブ
ロックと、該移動ブロックに装着されて一対の刃部が前
記カッタヘッドの回転方向前後を向いたカッタビット
と、前記各ガイドレールにおける前記カッタヘッドの中
心側端部に設けられたゲート機構と、前記各ガイドレー
ルの端部に該ゲート機構を介して着脱可能なカッタ収納
箱と、前記ガイドレールに位置する前記移動ブロック及
び前記カッタビットを前記カッタ収納箱内に引き込み可
能であると共に前記カッタ収納箱内に位置する前記移動
ブロック及び前記カッタビットを前記ガイドレールに押
し出し可能なカッタ移動手段と、該カッタ移動手段と前
記移動ブロックとを着脱自在に連結する連結部材と、前
記カッタヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部
に排出する排土手段とを具えたことを特徴とするトンネ
ル掘削機。 - 【請求項2】 請求項1記載のトンネル掘削機におい
て、前記カッタビットは、前記移動ブロックに前記カッ
タヘッドの径方向に沿った支持軸によって所定角度揺動
自在に支持されたことを特徴とするトンネル掘削機。 - 【請求項3】 請求項1記載のトンネル掘削機におい
て、前記移動ブロックは、前記ガイドレールによって前
記カッタヘッドの前面側で移動自在に支持されたことを
特徴とするトンネル掘削機。 - 【請求項4】 請求項1記載のトンネル掘削機におい
て、前記ガイドレールは、カッタヘッドの中心部側が前
記掘削機本体内部側に屈曲し、その端部に前記ゲート機
構を介して前記カッタ収納箱が着脱可能であることを特
徴とするトンネル掘削機。
Priority Applications (1)
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