JP4020498B2

JP4020498B2 - 偏芯多軸掘削機

Info

Publication number: JP4020498B2
Application number: JP18054698A
Authority: JP
Inventors: 豊加島; 勉富沢; 博保坂; 正幸荒池; 克美門田; 俊明大久保
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: JP2000008778A

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。尚、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。
【００１１】
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、制御ラインＬの引き回しを容易にすると共にカッターフレームに発生する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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第一の発明は、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側に制御ラインを引き延ばした偏芯多軸掘削機において、上記制御ラインを挿通して案内するガイドパイプの一端部をバルクヘッド側に回転自在に軸支し、そのガイドパイプを折り曲げてその他端部をカッターフレームの回動半径の距離だけ偏芯させて上記カッターフレーム側に回転自在に軸支し、かつ上記カッターフレームとバルクヘッド間に、ガイドパイプを、上記カッターフレームから伝わる土圧による変位をバルクヘッドに伝達することがないように架け渡したものである。
【００１３】
これによって、カッターフレームの回動に伴ってガイドパイプがバルクヘッドの軸支部を軸として回転するため、バルクヘッド側に設けられていた回転筒が不要となり、構成を簡略化することができる。
【００１４】
また、第二の発明は、上記ガイドパイプの一端部又は両端部を自動調芯軸受けを介して接続したものであり、これによってガイドパイプがその軸受けを中心に揺動自在となるため、カッターフレームが径方向に変位した場合であってもこの自動調芯軸受けによりその変位が効果的に許容されることになる。
【００１５】
さらに、第三の発明は、上記カッターフレームとバルクヘッド間に架け渡されるガイドパイプを、その長さ方向に分割した分割パイプで形成すると共に、その分割パイプの突き合わせ端部の一方を拡径又は縮径して互いに軸方向及び径方向に移動自在に嵌合したものであり、これによってカッターフレームの径方向の変位と軸方向の変位とが効果的に許容されるため、ガイドパイプ及びその軸支部に加わる無理な応力を回避することができる。
【００１６】
【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。
【００１７】
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トンネル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。
【００１８】
図示するように、先ず、このカッターフレーム２とバルクヘッド７間には、両端が開口した金属製のガイドパイプ２０が架け渡されており、バルクヘッド７側からカッター室１５を横断してカッターフレーム２側に延びる油圧ホースや電気ケーブル等の制御ラインＬを挿通して案内するようになっている。
【００１９】
また、このガイドパイプ２０は、図示するようにその両端の軸心部が互いに偏芯するようにその中間部が斜めに折り曲げられており、その偏芯量，すなわち回転軸Ｘと偏芯軸Ｙとの距離は、カッターフレーム２の回動半径Ｒと同一となっている。さらに、このガイドパイプ２０のバルクヘッド７側端部は、バルクヘッド７側に一体的に設けられた支持筒２１内にスラスト軸受け２２を介して回転自在に軸支されており、他方のカッターフレーム２側端部は自動調芯軸受け２３を介し揺動自在に軸支されるようになっている。
【００２０】
この自動調芯軸受け２３は、その端部に外周部に設けられる断面蒲鉾状の内輪２４と、この内輪２４を囲繞するようにカッターフレーム２側に固定された外輪２５との間に複数個のベアリング２６を介在させてなるものであり、このベアリング２６が内輪２４と外輪２５との摺動面を軸方向に摺動することでガイドパイプ２０を揺動自在に軸支するようになっている。尚、図中２７はガイドパイプ２０の外周部に設けられたシール機構であり、カッター室１５内の土砂等が自動調芯軸受け２３の外輪２５とガイドパイプ２０との隙間に入り込まないようにシールしている。
【００２１】
また、図１及び図３に示すように、このガイドパイプ２０は、バルクヘッド７側端部でその長さ方向に二分割された分割パイプ２０ａ，２０ｂから構成されており、その突き合わせ端部が互いに重なり合うように嵌合され、一対の連結ピン２８，２８によって径方向に接続されるようになっている。
【００２２】
すなわち、図３に示すようにカッターフレーム２側に接続された分割パイプ２０ａの端部がバルクヘッド７側に接続された分割パイプ２０ｂの端部よりも拡径されてこの分割パイプ２０ａの端部内に分割パイプ２０ｂの端部側が重なり合うように嵌合されて接続されている。
【００２３】
さらに、このように重なり合う分割パイプ２０ａと分割パイプ２０ｂとの間には適当な隙間Ｃ（例えば、ガイドパイプ２０の外径が４００ｍｍである場合には約１５ｍｍ前後）が形成されると共に、分割パイプ２０ｂ側のピン孔２９，２９の径が連結ピン２８の外径よりも十分に大きく形成されており、バルクヘッド７側の分割パイプ２０ｂに対してカッターフレーム２側の分割パイプ２０ａが軸方向及び径方向にその隙間Ｃ分だけ移動自在となっている。
【００２４】
また、この分割パイプ２０ａの端部には径方向外方に広がるフランジ３１が形成されており、支持筒２１の端部の設けられたリング状のシール部材３２に当接してカッター室１５内の土砂等がその嵌合部内に入り込まないようにシールしている。
【００２５】
本発明は以上のように構成したことから、カッターフレーム２を駆動し、これがバルクヘッド７に対して平行リンク的に回動した場合、図１及び図２に示すように、このガイドパイプ２０がバルクヘッド７側端部を回転軸Ｘとして略円錐状に回転することになる。これによって、従来と同様、カッターフレーム２の回動を阻害することなく、制御ラインＬを確実に保護してカッターフレーム２側へ案内することができる。
【００２６】
また、掘削時の土圧や掘削抵抗等によりカッターフレーム２がその軸方向及び径方向に変位した場合であってもその変位が自動調芯軸受け２３及び、分割パイプ２０ａと分割パイプ２０ｂ間に形成される隙間Ｃで許容されるため、カッターフレーム２の変位に伴う応力が直接分割パイプ２０ｂ側に伝達することがなくなる。従って、ガイドパイプ２０自体は勿論、バルクヘッド７側の軸受け２２やカッターフレーム２側の自動調芯軸受け２３側へ無理な応力が加わることがなくなり、その接続端部への悪影響を確実に防止することができる。
【００２７】
さらに、本発明のように構成することにより、バルクヘッド７側に設けられている回転筒１３が不要となって構成が簡略化できるため、信頼性の高い制御ラインＬの引き回しが達成される。
【００２８】
尚、このカッターフレーム２の変位量は、実際には約数ｍｍ程度の極僅かな量であり、分割パイプ２０ａ，２０ｂの隙間Ｃを上回るような大きな変位が発生することはなく、また、その場合には他の対策を施すことはいうまでもない。また、本実施の形態では、自動調芯軸受け２３をカッターフレーム２側のみに設けた場合で説明したが、カッターフレーム２側のみならずバルクヘッド７側にも設けても良く、また、これを廃止して通常のスラスト軸受けに代えても良い。さらにガイドパイプ２０の分割位置をバルクヘッド７側からカッターフレーム２側に、或いはその中間部に設けても良く、さらにその分割位置を一箇所のみならず複数箇所に設けるような構成にしても上記と同様な効果を得ることができる。尚、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そのまま適用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、回転筒が不要となって制御ラインの引き回しが容易となると共に、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自動調芯軸受け並びに分割されたガイドパイプの隙間によって効果的に許容することができるため、カッターフレームの変位による無理な応力がガイドパイプやその接続端に加わることがなくなる。従って、ガイドパイプ自体は勿論、その両端部の軸受け部及びこれが設けられるバルクヘッド等への悪影響を確実に回避することができるため、信頼性の高い制御ラインの引き回しが可能とな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】ガイドパイプの分割位置付近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
20 ガイドパイプ
20a,20b 分割パイプ
23 自動調芯軸受け
Ｃ隙間
Ｌ制御ライン
Ｒ回動半径
Ｘ回転軸
Ｙ偏芯軸

Claims

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側に制御ラインを引き延ばした偏芯多軸掘削機において、上記制御ラインを挿通して案内するガイドパイプの一端部をバルクヘッド側に回転自在に軸支し、そのガイドパイプを折り曲げてその他端部をカッターフレームの回動半径の距離だけを偏芯させて上記カッターフレーム側に回転自在に軸支し、かつ上記カッターフレームとバルクヘッド間に、ガイドパイプを、上記カッターフレームから伝わる土圧による変位をバルクヘッドに伝達することがないように架け渡したことを特徴とする偏芯多軸掘削機。
上記ガイドパイプの一端部又は両端部を自動調芯軸受けを介して接続したことを特徴とする請求項１に記載の偏芯多軸掘削機。
上記カッターフレームとバルクヘッド間に架け渡されるガイドパイプを、その長さ方向に分割した分割パイプで形成すると共に、その分割パイプの突き合わせ端部の一方を拡径又は縮径して互いに軸方向及び径方向に移動自在に嵌合したことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏芯多軸掘削機。