JP4078722B2 - Excavator for tunnel excavator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質の岩盤を掘削するトンネル掘削機(TBM、岩盤対応型シールドなど)において、曲線のトンネルを掘削する際に用いられるトンネル掘削機の余掘装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、硬質の岩盤を掘削するための種々の方式のトンネル掘削機が提案されている。
【0003】
図5はオープン型と呼ばれている岩盤掘削のためのトンネル掘削機の一例を示したもので、駆動部1の前側に、駆動モータ2によって回転駆動される円盤状のカッタヘッド3が設けられており、該カッタヘッド3の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラカッタ4が回転自在に設けられており、またカッタヘッド3の外周部には同様の構成を有する複数の外周部ローラカッタ5が設けられている。
【0004】
前記駆動部1には、図5、図6に示すように、上側と下部左右側において、前側ジャッキ6によりカッタヘッド3の外周面より外方に突出できるようにした前側グリッパシュー7A,7B,7Cを設けている。
【0005】
また、前記駆動部1の後方にはメインビーム8が突設されており、該メインビーム8に、図5、図7に示すように、スライドブロック9が前後方向にスライド可能に設けてあり、該スライドブロック9の左右側部に、後側ジャッキ10により左右に張り出して前記カッタヘッド3の外周面より外方に突出できるようにした後側グリッパシュー11A,11Bを設けている。
【0006】
更に、前記駆動部1とスライドブロック9との間が、掘進ジャッキ12により連結されている。図中、13は掘削物を搬出するベルトコンベヤである。
【0007】
図5〜図7に示したトンネル掘削機は、後側ジャッキ10により後側グリッパシュー11A,11Bを外側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することによりスライドブロック9を固定し、駆動モータ2によりカッタヘッド3を回転駆動させた状態で、掘進ジャッキ12を伸長すると、前記スライドブロック9に反力を取りながら駆動部1、メインビーム8及びカッタヘッド3が前進し、カッタヘッド3の前面ローラカッタ4及び外周部ローラカッタ5が岩盤に押付けられて回されることにより岩盤が破砕され、掘削された掘削物はベルトコンベヤ13によって後方に搬出される。
【0008】
掘進ジャッキ12の伸長により所定ストロークの掘削が行われると、前側ジャッキ6により前側グリッパシュー7A,7B,7Cを張り出させて掘削されたトンネル内壁に押圧することにより駆動部1を固定し、前記後側ジャッキ10を縮小して後側グリッパシュー11A,11Bの固定を解除し、続いて掘進ジャッキ12を縮小することによりスライドブロック9を駆動部1側に引き寄せ、再び後側グリッパシュー11A,11Bによる固定を行い、上記操作を繰り返して尺取虫状に掘進を行う。
【0009】
図8はシールド型と呼ばれている岩盤掘削のためのトンネル掘削機の一例を示した平面図であり、駆動部1の前側に、駆動モータ2によって回転駆動される円盤状のカッタヘッド3が設けられており、該カッタヘッド3の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラカッタ4が設けられており、またカッタヘッド3の外周部には同様の構成を有する外周部ローラカッタ5が設けられている。
【0010】
前記カッタヘッド3の外周後部には、前記駆動部1の外周を包囲するように駆動部1に固定されたスキンプレートである前胴14と、該前胴14の後部に勘合した中胴15と、該中胴15の後部に嵌合した後胴16とが備えられており、前記前胴14と中胴15との間は掘進ジャッキ17により連結されており、また、中胴15と後胴16との間は方向制御を行うための中折れジャッキ18により連結されている。図中13はベルトコンベヤである。
【0011】
更に、前記駆動部1の外側(図8では左右側部)に、前側ジャッキ19により前胴14に形成した開口を通して前胴14の外側に突出できるようにした前側グリッパシュー20A,20Bを設けている。
【0012】
また、前記後胴16の内側には固定ブロック21が設けられており、該固定ブロック21に、後側ジャッキ22により後胴16に形成した開口を通して後胴16の外側に突出できるようにした後側グリッパシュー23A,23Bを設けている。
【0013】
上記図8の構成では前胴14と中胴15と後胴16とを備えた構成の場合を示しているが、前胴14と後胴16のみを備えて前胴14と後胴16との間で中折れを行うようにしているものもある。更に、地山の崩落や出水が生じる悪条件下での掘削の場合には、後胴16の内部においてセグメントを組立てるようにし、該セグメントに反力を取って掘進を行うようにしているものである。
【0014】
図8に示したトンネル掘削機は、後側ジャッキ22により後側グリッパシュー23A,23Bを外側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することにより後胴16及び固定ブロック21を固定し、且つ中折れジャッキ18の伸縮を固定した状態で、駆動モータ2によりカッタヘッド3の回転を駆動し、掘進ジャッキ17を伸長すると、前記中胴15に反力を取りながら前胴14及び駆動部1が前進し、回転しているカッタヘッド3の前面ローラカッタ4及び外周部ローラカッタ5により岩盤の破砕が行われ、掘削された掘削物はベルトコンベヤ13により後方に搬出される。
【0015】
掘進ジャッキ17の伸長により所定ストロークの掘削が行われると、前側ジャッキ19により前側グリッパシュー20A,20Bを張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することにより駆動部1及び前胴14を固定し、前記後側ジャッキ22を縮小して後側グリッパシュー23A,23Bの固定を解除し、掘進ジャッキ17を縮小することにより中胴15、後胴16及び固定ブロック21を駆動部1側に引き寄せ、再び後側グリッパシュー23A,23Bによる固定を行い、上記操作を繰り返して尺取虫状に掘進を行う。
【0016】
上記図5〜図7に示したオープン型のトンネル掘削機及び図8に示したシールド型のトンネル掘削機によれば、硬質の岩盤を直線的に掘削して直線のトンネルを形成することができる。また、セグメント推進のみを行う岩盤対応型シールド機に関しても同様である。
【0017】
一方、上記したようなトンネル掘削機において、曲ったトンネルの掘削、いわゆる曲線掘削を要求される場合がある。
【0018】
図5〜図7に示したオープン型のトンネル掘削機で曲線掘削を行うには、左右の後側グリッパシュー11A,11Bの張出量を変化させて駆動部1及びカッタヘッド3の向きを変え、カッタヘッド3を向けた方向に掘進することにより行い、また、図8のシールド型のトンネル掘削機で曲線掘削を行うには、中折れジャッキ18を調節して後胴16に対して、中胴15、前胴14及び駆動部1並びにカッタヘッド3の向きを変えることにより、カッタヘッド3を向けた方向に掘進することにより行う。
【0019】
しかし、上記したように駆動部1及びカッタヘッド3の向きを後方で変化させようとしても、図9にシールド型のトンネル掘削機を例にとって示すように、曲げようとするカッタヘッド3、前胴14、中胴15(図5ではカッタヘッド3と駆動部1)の外周部に余裕がないと傾けることはできない。このために曲線掘削を行うには、前記カッタヘッド3の外周部に余裕を持たせるための余掘りを行う必要がある。
【0020】
従来、上記したような硬質の岩盤を掘削するシールド型掘削機及び岩盤対応型シールド機などにおいて、曲線掘削のための余掘りを行う際には、次のような方法が提案されている。
【0021】
従来の第1の余掘方法としては、カッタヘッド3の最外周に設けられている外周部ローラカッタ5の一部を、半径方向に移動可能に設け、該移動可能とした外周部ローラカッタ5をジャッキにより外方に張り出させる。
【0022】
従来の第2の余掘方法としては、曲線掘削に必要な予め大きめの径のカッタヘッド3を装備して掘削を行う。
【0023】
従来の第3の余掘方法としては、最外周の外周部ローラカッタ5を、大径のローラカッタと交換する。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のトンネル掘削機の余掘方法においては、夫々次のような問題を有していた。
【0025】
従来の第1の余掘方法では、外周部ローラカッタ5を単にジャッキで外側に張り出させようとしても、岩盤が固い場合には殆んど張り出させることができず、よって特に急カーブの曲線掘削は全く不可能である。
【0026】
従来の第2の余掘方法では、曲線掘削に必要な大きめの径のカッタヘッド3を用いて掘削するために、直線掘削時にも余分に大きいトンネルを形成することになり、掘削量が増加するために掘削工期が延長され、更に排土量も増加するという問題がある。更に、大きめのトンネルを掘削すると、その分だけトンネル掘削機が落ち込むことになるために、直線掘削時の上下方向の姿勢制御が大変になるという問題がある。
【0027】
従来の第3の余掘方法では、最外周の外周部ローラカッタ5を、大径のローラカッタと交換するために、一旦シールド型掘削機を後退させてカッタヘッド3の前面に作業スペースを確保した後、該スペースに作業員が出て、ブレーカーなどを用いて大径のローラカッタを取付けるために必要な凹みをトンネルの内周面に形成し、その後既設のローラカッタを取り外して大径のローラカッタを取付けるという作業を行う必要があるが、上記作業には大変時間が掛かり、更に、重量物であるローラカッタを交換する作業が大変であると共に、危険を伴うという問題がある。更に、作業員がカッタヘッド3の前面に出て作業をするために、トンネルからの出水がある場合には、出水を止めるための作業も必要になるという問題がある。更に、前記大径のローラカッタを備えたカッタヘッド3によって一気に大径のトンネルを形成しようとしても、大径のローラカッタを備えたカッタヘッド3は回転させることができず、そのために交換するローラカッタの径を段階的に大きくして、上記作業を繰り返す必要があり、このために余掘作業に更に長時間を要してしまうという問題がある。
【0028】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、曲線掘削を行う時にのみ、必要な量だけ容易に余掘りが行えるようにしたトンネル掘削機の余掘装置を提供することを目的としている。
【0029】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動部前側に備えられて回転により岩盤を掘削するようにしているカッタヘッドに、押出ジャッキによりカッタヘッド外周面の外側に突出可能で且つ回転駆動装置により回転可能な余掘ビットを、押圧ジャッキ、回転駆動装置、及び余掘ビットが、カッタヘッドの半径方向に一列に並ぶように配置したことを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置、に係るものである。
【0030】
本発明によれば、高速回転する余掘ビットを備えたことにより、余掘量を任意に調節することができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタビットの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0032】
図1は、本発明を実施する形態の一例を示すものであり、図8に示したシールド型トンネル掘削機に適用した場合を示しているが、図5のオープン型トンネル掘削機にも同様に適用することができる。
【0033】
図1のように、駆動部1の前側に回転駆動可能に備えられて岩盤の掘削を行うカッタヘッド3の内部に、カッタヘッド3の半径方向に延びる余掘装置24を設置する。
【0034】
余掘装置24は、カッタヘッド3にピン25にて取付けられた押出ジャッキ26と、該押出ジャッキ26に連結された油圧モータ或いは電動モータなどの回転駆動装置27と、該回転駆動装置27に接続され内部に備えた図示しない回転軸を介して回転駆動される超硬金属からなる余掘ビット28を先端に備えた移動ブロック29と、該移動ブロック29をカッタヘッド3の半径方向に移動可能に案内するためのガイド部材30とを備えており、回転駆動装置27により余掘ビット28を高速で回転させながら押出ジャッキ26を伸長して移動ブロック29をガイド部材30に沿って移動させ、余掘ビット28をカッタヘッド3の外周面から外側に突出させることにより余掘りを行えるようにしている。
【0035】
以下に上記形態の作用を説明する。
【0036】
トンネル掘削機により直線掘削を行う際には、図1に示すように、押出ジャッキ26を縮小させて余掘ビット28の先端がカッタヘッド3の外周面と同一或いはそれより僅かに引き込められた状態としておき、回転駆動装置27は停止させておく。
【0037】
曲線掘削を行うべき場所にトンネル掘削機のカッタヘッド3が来ると、図5及び図8の駆動モータ2によりカッタヘッド3を通常の掘削時より低速で回転させた状態において、図2に示すように回転駆動装置27により余掘ビット28を高速回転させながら、押出ジャッキ26を伸長させて余掘ビット28をカッタヘッド3の外周面より外部に突出させる。
【0038】
すると、余掘ビット28が高速回転されていることにより、硬質の岩盤であっても半径方向に切削して張り出させることができ、この時カッタヘッド3が所定の低速で回転されていることにより余掘ビット28の張出量に応じた余掘りを行うことができ、よってトンネル掘削機の掘削方向を変更させて曲線掘削を行うことができる。
【0039】
上記余掘りを実施する方法としては、余掘ビット28を張り出させた状態のままとして、図3に示すようにトンネルの全周に余掘り31を行う方法と、余掘ビット28の張出と引き込みを調整して、図4に示すようにトンネルを曲げる方向の岩盤だけを余掘り31する方法を行うことができる。
【0040】
前記した余掘装置24をカッタヘッド3の周方向に複数個備えるようにすると、余掘装置24の能力を高めて曲線掘削の掘削速度を高めることができる。
【0041】
上記形態によれば、高速回転するようにした余掘ビット28を、カッタヘッド3の外周に出没可能に備えていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量で余掘りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができる。
【0042】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、高速回転するようにした余掘ビットを、カッタヘッドの外周に出没可能に備えていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量で余掘りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトンネル掘削機の余掘装置の一例を示す切断側面図である。
【図2】図1の余掘装置の余掘ビットを張り出した状態を示す切断側面図である。
【図3】本発明の装置による余掘りの方法の一例を示すトンネルの正面図である。
【図4】本発明の装置による余掘りの方法の他の例を示すトンネルの正面図である。
【図5】従来のオープン型のトンネル掘削機の一例を示す切断側面図である。
【図6】図5のVI−VI方向矢視図である。
【図7】図5のVII−VII方向矢視図である。
【図8】従来のシールド型のトンネル掘削機の一例を示す切断側面図である。
【図9】トンネル掘削機により曲線掘削を行う状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 駆動部
3 カッタヘッド
24 余掘装置
26 押出ジャッキ
27 回転駆動装置
28 余掘ビット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an excavation device for a tunnel excavator that is used when excavating a curved tunnel in a tunnel excavator (TBM, rock-compatible shield, etc.) for excavating hard rock.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of tunnel excavators for excavating hard rock have been proposed.
[0003]
FIG. 5 shows an example of a tunnel excavator for rock excavation called an open type. A disc-
[0004]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0005]
Further, a
[0006]
Further, the
[0007]
The tunnel excavator shown in FIGS. 5 to 7 fixes the
[0008]
When a predetermined stroke is excavated by the extension of the
[0009]
FIG. 8 is a plan view showing an example of a tunnel excavator for excavating a rock called a shield type, and a disc-
[0010]
At the rear outer periphery of the
[0011]
Further,
[0012]
A
[0013]
8 shows a case where the
[0014]
The tunnel excavator shown in FIG. 8 fixes the
[0015]
When the
[0016]
According to the open-type tunnel excavator shown in FIGS. 5 to 7 and the shield-type tunnel excavator shown in FIG. 8, a straight tunnel can be formed by linearly excavating a hard rock mass. . The same applies to the rock support shield machine that performs only segment promotion.
[0017]
On the other hand, in the tunnel excavator as described above, there is a case where excavation of a curved tunnel, that is, so-called curved excavation is required.
[0018]
In order to perform curved excavation with the open type tunnel excavator shown in FIGS. 5 to 7, the direction of the
[0019]
However, as described above, even if the directions of the
[0020]
Conventionally, the following methods have been proposed when performing extra excavation for curved excavation in the shield excavator for excavating a hard rock as described above, the shield corresponding to a rock mass, and the like.
[0021]
As a first conventional excavation method, a part of the outer
[0022]
As a second conventional excavation method, excavation is performed with a
[0023]
As a third conventional excavation method, the outermost
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional excavation method for a tunnel excavator has the following problems.
[0025]
In the first conventional excavation method, even if the outer
[0026]
In the second conventional excavation method, since the excavation is performed using the
[0027]
In the third conventional excavation method, in order to replace the outermost
[0028]
The present invention has been made to solve such a conventional problem, and provides a surplus excavation device for a tunnel excavator that can easily excavate only a necessary amount only when performing curved excavation. It is aimed.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a cutter head provided on the front side of a drive unit so as to excavate rock by rotation, and an extra excavation bit that can be projected to the outside of the outer peripheral surface of the cutter head by an extrusion jack and can be rotated by a rotary drive device. Further, the present invention relates to a surplus excavator for a tunnel excavator, characterized in that the press jack, the rotary drive device, and the surplus excavation bit are arranged in a row in the radial direction of the cutter head .
[0030]
According to the present invention, since the surplus digging bit that rotates at high speed is provided, the surplus digging amount can be arbitrarily adjusted, and the surplus digging can be performed only in a place where curved digging is necessary, which is efficient. In addition, since there is no need for the operator to go out to the front of the cutter bit and perform the work, efficient and highly safe excavation can be performed.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 shows an example of an embodiment for carrying out the present invention, and shows a case where the present invention is applied to the shield type tunnel excavator shown in FIG. Can be applied.
[0033]
As shown in FIG. 1, a
[0034]
The
[0035]
The operation of the above embodiment will be described below.
[0036]
When performing straight excavation with a tunnel excavator, as shown in FIG. 1, the
[0037]
When the
[0038]
Then, the
[0039]
As the method of performing the above-mentioned excavation, the method of performing the
[0040]
If a plurality of the above-mentioned
[0041]
According to the above aspect, by providing the
[0042]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, the surplus bit that is rotated at a high speed is provided so as to be able to appear in and out of the outer periphery of the cutter head, so that even a hard rock can be surplus with an arbitrary surplus amount and curved Since excavation can be carried out only where it is necessary to excavate, efficient excavation can be carried out, and there is no need for workers to work out the front of the cutter head. It is possible to achieve an excellent effect that it is possible to carry out excavation with high safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cut side view showing an example of an excavation device for a tunnel excavator of the present invention.
2 is a cut-away side view showing a state in which a surplus bit of the surplus excavator of FIG. 1 is extended. FIG.
FIG. 3 is a front view of a tunnel showing an example of a method for excavating by the apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a front view of a tunnel showing another example of the method for overdigging by the apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cut side view showing an example of a conventional open type tunnel excavator.
6 is a view taken in the direction of arrows VI-VI in FIG.
7 is a VII-VII direction arrow view of FIG. 5;
FIG. 8 is a cut side view showing an example of a conventional shield-type tunnel excavator.
FIG. 9 is a schematic view showing a state where curve excavation is performed by a tunnel excavator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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