JP3958439B2 - 偏芯多軸掘削機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらゆる断面形状のトンネルを掘削・建設可能な偏芯多軸掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機では、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。
【０００３】
そのため、最近ではいわゆる任意断面掘削工法と称される新しい掘削工法及びその工法を実現するための偏芯多軸掘削機が提案されており、上述したような制約の多い都市の道路下の地下空間に対して任意の断面形状を有する効率的なトンネルの掘削・建設を可能とすると共に、実際にその適用も計画されている。
【０００４】
この偏芯多軸掘削機は、図４及び図５に示すように例えば断面矩形状をした掘削機フレーム１の前面にこの掘削機フレーム１と相似形をした小型のカッターフレーム２を備えると共に、このカッターフレーム２のカッター支持ビーム３を回転子４を介してカッター駆動軸５に偏芯させてクランク状に連結したものであり、この回転子４をカッター駆動軸５を中心に回転させ、図６（ａ）〜（ｄ）に示すようにカッターフレーム２を掘削機フレーム１の径方向に平行リンク的に回動させることで掘削機フレーム１と略相似形（矩形状）の断面形状のトンネルを掘削・建設するようにしたものである。
【０００５】
従って、この偏芯多軸掘削機の掘削機フレーム１の断面形状と相似形のカッターフレーム２を用いることで、上述したような矩形断面の他に、例えば、楕円形断面，円弧状矩形断面，馬蹄形断面，突起付円形断面等のあらゆる断面形状のトンネルを容易に掘削・建設できるようになっている。
【０００６】
また、この偏芯多軸掘削機は、任意断面形状のトンネルを掘削・建設できる他に、▲１▼カッターフレーム２に設けられた全てのカッタービット６がそれぞれ独立した同一円形の軌跡を描くように旋回することから各カッタービット６の磨耗が均一となる、▲２▼各カッタービット６の回転半径が小さいため回転トルクを軽減できる等といった長所を有しているため、図７に示すように従来と同様な円形断面の掘削機フレームへの適用も可能となっている。
【０００７】
尚、図４，図５中、７は掘削機フレーム１の前端部を仕切るバルクヘッド、８は各カッター駆動軸５を駆動するカッター駆動モータ、９は掘削した土砂を取り出すスクリューコンベア、１０はセグメントｓを組み立てるためのエレクターである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した偏芯多軸掘削機のカッターフレーム２には、例えば図８に示すようにカッターフレーム２に設けられたコピーカッター２ａ，２ａを出没するための各種油圧シリンダ１６や薬液注入口１７あるいは土圧計等のセンサ類（図示せず）が付設されている。そして、これらに接続される油圧配管や電気ケーブル，薬注管等の制御ラインＬは、図９に示すようにカッターフレーム２とバルクヘッド７間に架け渡された案内管１１内を通過して掘削機フレーム１内から引き延ばされるようになっている。すなわち、この案内管１１は図９〜図１１に示すようにその端部が軸受け１２を介してカッターフレーム２側に接続されると共に、他端部が掘削機フレーム１に回転自在に支持された回転筒１３側にその軸心部から偏芯した位置に接続されるようになっており、カッターフレーム２の動きに追従して案内管１１及び回転筒１３が回転筒１３の軸心部を軸として回動することで制御ラインＬを保護しつつカッターフレーム２側に引き延ばすようになっている。
【０００９】
しかしながら、この案内管１１は、その端部が直接又は軸受け１２を介してそれぞれカッターフレーム２及び回転筒１３側に連結されているため、図１１に示すように、カッターフレーム２に加わる土圧が案内管１１を介して直接回転筒１３側に伝わってしまうことがある。その結果、回転筒１３の回転抵抗が大きくなることによって回転筒１３側の軸受け１４や回転筒１３自体を損傷する等といった不都合が考えられる。
【００１０】
また、運転時のカッターフレーム２の掘削抵抗等によりカッターフレーム２が径方向に変位した場合、その変位が直接案内管１１に伝わって案内管１１に無理な荷重が加わってしまい、案内管１１や回転筒１３等が破損してしまうといったおそれもある。
【００１１】
しかも、この案内管１１が位置するいわゆるカッター室１５内は土砂等が常時攪拌された劣悪な状態であることから、この案内管１１は金属管等の充分な強度，耐久性を有する材料から形成する必要があり、ビニール管やプラスチックパイプ等の可撓性のものではその機能を十分に発揮することができない。
【００１２】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、カッターフレームに発生する軸方向及び径方向の変位を効果的に許容することができる新規な偏芯多軸掘削機を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、掘削機フレームの先端を仕切るバルクヘッドにその径方向に平行リンク的に回動するカッターフレームを備えると共に、上記バルクヘッド側から上記カッターフレーム内に制御ラインを引き延ばした偏芯多軸掘削機において、上記バルクヘッドに回転筒を備えると共に、その回転筒に上記制御ラインを上記カッターフレーム側に通過させる偏芯パイプを設け、他方、上記カッターフレームに上記偏芯パイプから延びる制御ラインを案内するガイドパイプを設け、そのガイドパイプの端部と上記偏芯パイプの端部とを重ね合わせるように嵌合すると共に、その嵌合部にガイドパイプの変位を許容する隙間を形成する。
【００１４】
すなわち、本発明はカッターフレーム側から延びるガイドパイプと、バルクヘッド側の回転筒から延びる偏芯パイプの端部同士を重ね合わせるように嵌合したため、ガイドパイプ側が偏芯パイプに対して軸方向に自在に移動可能となり、これによってカッターフレームが軸方向に変位しても、その変位を確実に吸収することができる。また、その嵌合部に適当な隙間を形成したため、カッターフレームが径方向に変位してガイドパイプが径方向にずれた場合でも、この隙間が存在することによりその変位を規制することなく容易に許容することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る多軸偏芯掘削機のうちいわゆるシールド掘削機と称される掘削機の実施の一形態を示したものであり、図中２は上述したカッターフレーム、７はこのカッターフレーム２と平行に位置するバルクヘッド、１５はカッターフレーム２とバルクヘッド７間に形成されるカッター室である。
【００１７】
図示するように、先ず、このバルクヘッド７には軸方向に延びる外部支持筒２０が一体的に設けられており、その内周面にはカッターフレーム２側が閉止板２１によって閉じられた回転筒２２が外部スラスト軸受け２３等を介して回転自在に軸支されている。また、この回転筒２２の閉止板２１には径方向に突出したフランジ２４が設けられており、回転筒２２が外部支持筒２０からバルクヘッド７内に脱落しないように規制されている。さらに、この回転筒２２のカッターフレーム２側周縁部にはシール部材２５が設けられており、カッター室１５側の土砂等が回転筒２２と外部支持筒２０との隙間に入り込まないようにシールしている。
【００１８】
また、この回転筒２２の外部支持筒２０内には、両端が開口した状態の偏芯パイプ２６が閉止板２１を貫通するように設けられている。また、この偏芯パイプ２６は、上記外部支持筒２０の回転軸Ｘから外れた位置に固定された内部支持筒２７内に内部スラスト軸受け２８等を介して回転自在に軸支されており、その回転軸Ｙが外部支持筒２０の回転軸Ｘから偏芯して位置するようになっている。尚、図中、２９は内部支持筒２７を外部支持筒２０から支持するためのリブである。
【００１９】
一方、カッタフレーム２側には、バルクヘッド７側に延びるガイドパイプ３０が設けられている。このガイドパイプ３０はそのカッターフレーム２側端部がカッターフレーム２内と連通するように接続されていると共に、その他端部はカッター室１５を斜め下方に横断して上記回転筒２２に設けられた偏芯パイプ２６側に延出されている。そして、その他端部には偏芯パイプ２６の端部が嵌合されており、両者が相互に連通するようになっている。従って、バルクヘッド７側から延びる油圧配管や制御ケーブル等の制御ラインＬは、この偏芯パイプ２６からガイドパイプ３０内を通過してカッターフレーム２内に引き延ばされるようになっている。
【００２０】
また、このガイドパイプ３０の他端部の内径は、それと重なり合う偏芯パイプ２６端部の外径よりも径大に拡径されており、その嵌合部Ｒ、すなわち偏芯パイプ２６とガイドパイプ３０との間には一定の隙間Ｃ（例えば、偏芯パイプ２６の外径が約２５０ｍｍである場合には、約１０ｍｍ前後）がその周方向に形成されるようになっている。
【００２１】
また、このガイドパイプ３０の他端部には径方向内方に突出した４つの連結ピン３１，３１，３１，３１がそれぞれ等間隔に設けられており、同じく偏芯パイプ２６端部に等間隔に穿孔された４つのピン孔３２，３２，３２，３２内に嵌め込まれるようになっている。尚、これら各ピン孔３２，３２，３２，３２の径は、各連結ピン３１，３１，３１，３１の外径よりも十分に大きく形成されており、各連結ピン３１，３１，３１，３１が各ピン孔３２，３２，３２，３２の径方向にある程度自由に移動できるようになっている。
【００２２】
他方、このガイドパイプ３０の他端部が位置する回転筒２２の閉止板２１にはこのガイドパイプ３０を囲繞するようにシールブロック３３が設けられており、カッター室１５内の土砂等がガイドパイプ３０の他端部からその隙間Ｃ側に入り込まないようにシールしている。
【００２３】
以上において、本発明の作用を説明する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、バルクヘッド７の前方に位置するカッターフレーム２が径方向（図中上下方向）に回動し、この回動に伴ってカッターフレーム２側に設けられたガイドパイプ３０が回転筒２２の回転軸Ｘを中心として回動すると、その回転筒２２の先端に嵌合された偏芯パイプ２６及び回転筒２２がこれに伴って回転軸Ｘを中心として回動する。これによって、従来と同様、カッターフレーム２の回動時にバルクヘッド７内から延びる制御ラインＬが無理な応力やカッター室１５内の土砂などの悪影響を受けることなく良好にカッターフレーム２内に引き延ばすことができる。
【００２５】
この時、偏芯パイプ２６は、連結ピン３１，３１，３１，３１によってガイドパイプ３０に対して回転が規制されるようになっているが、回転筒２２に対しては回転自在となっているため、回動時においてガイドパイプ３０又は回転筒２２側に無理な力が加わることはことはない。
【００２６】
次に、このような状態でカッターフレーム２に土圧が加わり、その荷重によってカッターフレーム２が軸方向に変位し、これに伴ってガイドパイプ３０の端部がバルクヘッド７側に変位した場合には、図３に示すように偏芯パイプ２６とガイドパイプ３０を接続する連結ピン３１，３１，３１，３１が各ピン孔３２，３２，３２，３２内でバルクヘッド７側に移動するため、その変位が偏芯パイプ２６側，すなわち回転筒２２側に伝わることはない。従って、カッターフレーム２の軸方向変位に伴う応力がこの嵌合部Ｒで遮断され、回転筒２２側へ伝わることがないため、回転筒２２への悪影響を効果的に防止することができる。尚、このような土圧によるカッターフレーム２の変位量は極僅か（１０ｍｍ以下）であるため、連結ピン３１，３１，３１，３１と、各ピン孔３２，３２，３２，３２との隙間量が１０ｍｍ程度あれば、充分その効果を発揮することができる。
【００２７】
また、このような状態で掘削時の掘削抵抗等により、カッターフレーム２が径方向に変位することによってガイドパイプ３０が径方向に変位した場合でも、同じく図３に示すようにその嵌合部Ｒには適当な隙間Ｃが形成されてその変位が許容されるようになっているいるため、その変位による応力が回転筒２２側に直接伝わることがなくなり、回転筒２２本体は勿論これを軸支する軸受け２３やバルクヘッド７側への悪影響を効果的に回避することができる。
【００２８】
尚、本実施の形態では、ガイドパイプ３０と偏芯パイプ２６との嵌合部Ｒに４つの連結ピン３１，３１，３１，３１を備えた構成となっているが、この連結ピン３１の数は必要に応じて増減しても良く、また場合によっては全て省略した構成にしても良い。さらに、ガイドパイプ３０の嵌合端部を偏芯パイプ２６よりも縮径させて本実施の形態とは反対にその端部側を偏芯パイプ２６内に嵌合させるような構成としても良い。また、本実施の形態では、シールド掘削機の場合で説明したが、筒状の掘削機フレームをもたないいわゆるＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）や、完全なトンネルでなく、地表面のみを溝状に掘削する場合の掘削機にも同様に適用することができることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、カッターフレームや加わる土圧や掘削抵抗等によるカッターフレームの軸方向及び径方向の変位をガイドパイプと偏芯パイプとの嵌合部に形成された隙間によって効果的に許容することができる。従って、カッターフレームの変位による応力が直接回転筒側へ伝わることがなくなり、回転筒本体やその軸受け部及びこの回転筒を軸支するバルクヘッド等への悪影響を効果的に回避することができる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す断面図である。
【図２】図１中Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１中Ｒ部を示す部分拡大図である。
【図４】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図５】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す側面図である。
【図６】従来の偏芯多軸掘削機の作用例を示す説明図である。
【図７】従来の偏芯多軸掘削機の一例を示す正面図である。
【図８】図７に示す従来の偏芯多軸掘削機の作用例を示す正面図である。
【図９】従来の偏芯多軸掘削機の制御ラインの配設状態を示す側面図である。
【図１０】従来の制御ラインの案内管の動作状態を示す斜視図である。
【図１１】従来の制御ラインの案内管の設置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
２ カッターフレーム
７ バルクヘッド
22 回転筒
26 偏芯パイプ
30 ガイドパイプ
Ｃ 隙間
Ｌ 制御ライン
Ｒ 嵌合部

Claims (1)

1. 掘削機フレームの先端を仕切るバルクヘッドにその径方向に平行リンク的に回動するカッターフレームを備えると共に、上記バルクヘッド側から上記カッターフレーム内に制御ラインを引き延ばした偏芯多軸掘削機において、上記バルクヘッドに回転筒を備えると共に、その回転筒に上記制御ラインを上記カッターフレーム側に通過させる偏芯パイプを設け、他方、上記カッターフレームに上記偏芯パイプから延びる制御ラインを案内するガイドパイプを設け、そのガイドパイプの端部と上記偏芯パイプの端部とを重ね合わせるように嵌合すると共に、その嵌合部にガイドパイプの変位を許容する隙間を形成したことを特徴とする偏芯多軸掘削機。

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