JP4309016B2

JP4309016B2 - シールド掘進機における機体のローリング修正方法およびそのシールド掘進機

Info

Publication number: JP4309016B2
Application number: JP2000080601A
Authority: JP
Inventors: 邦博永森; 哲也佐々木; 敬南
Original assignee: Kajima Corp; Komatsu Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Komatsu Ltd
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001262972A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として揺動掘削カッタを備えるシールド掘進機における機体のローリング修正方法およびそのシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機にはカッタヘッドを回転させて掘削する回転掘削式のものと、カッタヘッドを揺動させて掘削する揺動掘削式のものがある。そして、前者のシールド掘進機において掘進する機体がローリングしてきた場合には、カッタヘッドの回転方向を逆転させて修正する方法が多く採用されている。この他に、例えば特開平７−４２４８４号公報にて開示されるものでは、回転自在なカッタヘッドを備えるシールド本体を推進させる複数本のシールドジャッキの一部をローリング修正用にして、ヘッド側をピンにより後部シールド側に揺動自在に枢着し、かつこれらシールドジャッキを揺動角調整機構によって取付ピッチ円の円周方向へ揺動調整自在にし、揺動角調整機構によりシールドジャッキを揺動調整することが記載されている。
【０００３】
また、特開平９−１５１６９３号公報には、シールド機の本体内前部と後部にリングガーダを配して、前部リングガーダにシールドジャッキのシリンダのヘッド側を周方向へ傾動可能に取付け、後部リングガーダにシールドジャッキごとの貫通穴を設けてその貫通穴に各シールドジャッキのシリンダロッド側を遊貫支持させるとともに、その後部リングガーダを別途設置の回転用ジャッキの作動で周方向に回動自在に構成される。そして、後部リングガーダを回動させて各シールドジャッキをローリングを相殺する方向に傾動させるようにすると、各シールドジャッキの伸長作動によってローリングを打ち消す方向に回転モーメントをシールドフレームに与えるようにされたものが記載されている。
【０００４】
このような回転式掘削のシールド掘進機に対して揺動式のカッタヘッドを備えるシールド掘進機にあっては、ローリングを修正するのに、余掘りして修正するものが、例えば特開平８−１４４６９０号公報に開示されている。この公報によれば、左右側両面部に余掘り用のカッタを複数段に分割して設け、これらカッタ部を各別にジャッキと連結して、それらのカッタによる余掘り量を独立して調整できるようにされ、ローリングに対する姿勢制御を行う場合、例えばシールド機が切羽に対して左側にローリングした場合、右側上部と左側下部の余掘り量を最大とし、右側下部に行くほど、また左側上部に行くほど、余掘り量を階段状に小さくして余掘りすることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにトンネル掘進作業時におけるシールド掘進機のローリングに対する対策については種々なされているが、トンネル断面のローリング許容量については、円形よりも非円形の方が厳しく、特に矩形断面では許容量が著しく小さい。非円形断面のトンネル掘削に使用される揺動式カッタヘッドを備えるシールド掘進機においては、回転式掘削のシールド掘進機と異なり、ローリング防止を図ることが非常に困難である。当然従来のような余掘り方式は採用され難いという問題がある。
【０００６】
また、ローリングを修正する手段として回転式ではあるが、前述のようにシールドジャッキに複雑な動きを与えるという構成では、その支持部などに変則的な負荷が作用する。したがって、頑丈な構造とすることが要求される。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、カッタヘッドの揺動方向に対応して左右の推進ジャッキの動作を制御することによって、機体のローリングを修正できるようにするシールド掘進機における機体のローリング修正方法およびそのシールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、第１発明によるシールド掘進機における機体のローリング修正方法は、
カッタヘッドを揺動して地山を掘削しつつ推進ジャッキを伸ばして機体を掘進させるシールド掘進機のローリングの修正方法であって、機体のローリングを計測し、機体がローリングしてきたら、ローリングを増長する方向にカッタが揺動する際に、推進ジャッキの伸長を停止させるように制御することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明にては、機体がローリングしてきたら、ローリングを戻す方向にカッタが揺動しているときに推進ジャッキを伸ばし、その反対方向にカッタが揺動しているときには推進ジャッキの伸びを停止させるように制御することにより、機体のローリングを修正することができる。
【００１０】
本発明によれば、本来掘進操作を行わせる推進ジャッキを巧みに制御することによって、機体のローリング修正を行うことができ、推進ジャッキを特別な支持構造にしたり、その推進ジャッキに外部から作用力を付加して修正操作を行わせるというような操作を必要としないで、容易に機体のローリングを防止できるという効果を奏するのである。
【００１１】
次に、第２発明によるシールド掘進機は、
カッタヘッドを揺動して地山を掘削しつつ推進ジャッキを伸ばして機体を掘進させるシールド掘進機において、
ａ）揺動式カッタヘッドと、
ｂ）機体のローリングを計測する計測手段と、
ｃ）前記計測手段により機体のローリングが計測されると、ローリングを増長する方向にカッタが揺動するとき、推進ジャッキの伸長を停止させるように制御する制御装置とを備える
ことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、前記第１発明によるシールド掘進機における機体のローリング修正方法を実施するのに適用されるシールド掘進機であり、前記第１発明による機体のローリング修正方法における効果と同じ効果を奏するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、第１発明によるシールド掘進機における機体のローリング修正方法と、その実施に適用される第２発明のシールド掘進機の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）に本発明にかかる揺動式カッタを備えるシールド掘進機の正面図が、図２に図１で表わすシールド掘進機の縦断面図が、それぞれ示されている。なお、図１（ａ）は余掘り装置の収縮時、図１（ｂ）は余掘り装置の伸長時をそれぞれ示している。
【００１５】
本実施例のシールド掘進機１においては、ほぼ矩形断面形状のスキンプレート２が設けられ、このスキンプレート２の前方にカッタヘッド３がカッタヘッド揺動機構５により揺動可能に装着されている。カッタヘッド３の後方には、バルクヘッド６との間にチャンバー７が区画形成され、このチャンバー７内に先端部が開口するように土砂搬出用のスクリューコンベア８が設けられている。また、前記スキンプレート２の内壁面にはリングガーダ９が固着され、このリングガーダ９に装着されるフランジ部に多数本のシールドジャッキ（推進ジャッキ）１０が所定の配分で固着されている。また、機体後部には覆工用のセグメント１３を巻き立てるエレクタ１１が配置され、その後部にセグメント拡張装置１２が設けられている。
【００１６】
前記カッタヘッド３は、スポーク式のカッタヘッドであって、４本のスポーク１４，１４，１４，１４が、互いに隣接するスポーク同士のなす角度を直角になるように配置されている。各スポーク１４には余掘り装置１５が内蔵され、この余掘り装置１５の先端部に設けられるオーバカッタ１５ａがそのスポーク１４の先端部から外方へ突出することで、外周部の地山が掘削できるようにされている。なお、図には明示されていないが、各スポーク１４の外表面には、中央部に先行ビットが、両側部にツールビットがそれぞれ装着され、これら各ビットにより切羽が掘削されるようになされている。
【００１７】
また、前記カッタヘッド揺動機構５は、二対の揺動ジャッキにより構成され、一対の揺動ジャッキを伸長方向に作動させるとともに、他の一対の揺動ジャッキを収縮方向に作動させることにより、カッタヘッド３を正逆方向に所定角度往復回動させるように構成されている。なお、この揺動機構については、このような機構に限らず、例えばモータを正逆転させるなどの手段を用いることができる。
【００１８】
そして、前記余掘り装置１５は、図１（ｂ）に示されるように、スポーク１４の揺動半径の外側領域である矩形断面の隅部近傍領域において、スポーク１４の先端部から外方へ突出され、これによって矩形断面の掘削が行われるようにされている。
【００１９】
さらに、機体の内部適所には、図示省略するが掘進時のシールド掘進機の姿勢を監視する周知の計測装置（本発明のローリングを計測する計測手段に相当）が配設されていて、オペレータの運転管理個所で計測管理できるようにされている。
【００２０】
このような揺動式のカッタヘッド３を備えるシールド掘進機１によってトンネルの掘進作業が行われる途中で、機体がローリングしていることが判れば、運転席の近傍に設けられた制御装置によって、機体のローリングしている方向に対応させるべく予め設定されたプログラムによって前記カッタヘッド揺動機構５により揺動するカッタヘッド３とシールドジャッキ１０との作動を制御し、ローリングを修正できるようにされている。なお、この制御は本実施例においては、カッタヘッド揺動機構５およびシールドジャッキ１０をそれぞれ作動させる油圧回路中の操作弁（図示せず）を制御することにより行えるようになされる。
【００２１】
図３に、制御装置による機体のローリング修正のフローチャートが示されている。
【００２２】
機体のローリング修正の手順をフローチャートに基づいて説明する。
Ｓ１：シールド掘進機の姿勢を監視する計測装置によって機体がローリングしていることを確認して、ローリングの修正を開始し、機体のローリングしている方向を見極める。
Ｓ２：機体が右方向にローリングしていると、カッタヘッド揺動機構がカッタヘッドを右方向に回動操作しているとき、ステップ３に移行する。
Ｓ３：カッタヘッドが右方向に回動していると、シールドジャッキを伸長させる。
Ｓ４：カッタヘッドが左方向に回動していると、シールドジャッキを停止させる。
Ｓ５：ローリングが修正されたか判断して、修正がまだなされていないとステップＳ２に戻って再度シールドジャッキを前述のように操作する。
Ｓ６：ローリングが修正されたならば、制御操作を終了する。
【００２３】
また、ステップＳ１において機体のローリング方向が左側である場合は、ステップＳ７に移行する。
Ｓ７：機体が左方向にローリングしていると、カッタヘッド揺動機構がカッタヘッドを右方向に回動操作しているとき、ステップＳ８に移行する。
Ｓ８：カッタヘッドが右方向に回動しているとき、シールドジャッキを停止させる。
Ｓ９：カッタヘッドが左方向に回動しているとき、シールドジャッキを伸長させる。
Ｓ１０：ローリングが修正されたか判断して、修正がまだなされていないとステップＳ７に戻って再度シールドジャッキを前述のように操作する。ローリングが修正されたならば、制御操作を終了する。
【００２４】
このようにして、制御装置においてカッタヘッド揺動機構５とシールドジャッキ１０とを制御操作することにより、カッタヘッド３に作用する抵抗とシールドジャッキ１０による推進反力とを巧みに利用することによって、機体のローリングを容易に修正することができるのである。したがって、掘進機における機体構造を複雑化することなく掘削推進時におけるローリングを修正できるので、トンネル掘進機を経済的に提供できるという効果を有する。
【００２５】
このローリング修正については、オペレータの判断により制御装置を作動させるか、あるいは計測装置と制御装置とを繋いで自動的に修正操作を行わせるようにすることもできる。なお、自動操作による場合は、機体のローリング状態を一定の基準を超えると作動することが好ましい。こうしておくことによって、僅かな変位値によってローリング修正機能が作動して掘進作業に支障を来すことを予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明にかかる揺動式カッタを備えるシールド掘進機の正面図で、（ａ）は余掘り装置の収縮時、（ｂ）は余掘り装置の伸長時をそれぞれ示している。
【図２】図２は、図１で表わすシールド掘進機の縦断面図である。
【図３】図３は、制御装置による機体のローリング修正のフローチャートである。
【符号の説明】
１シールド掘進機
３カッタヘッド
５カッタヘッド揺動機構
６バルクヘッド
９リングガーダ
１０シールドジャッキ（推進ジャッキ）

Claims

カッタヘッドを揺動して地山を掘削しつつ推進ジャッキを伸ばして機体を掘進させるシールド掘進機のローリングの修正方法であって、機体のローリングを計測し、機体がローリングしてきたら、ローリングを増長する方向にカッタが揺動する際に、推進ジャッキの伸長を停止させるように制御することを特徴とするシールド掘進機における機体のローリング修正方法。
カッタヘッドを揺動して地山を掘削しつつ推進ジャッキを伸ばして機体を掘進させるシールド掘進機において、
ａ）揺動式カッタヘッドと、
ｂ）機体のローリングを計測する計測手段と、
ｃ）前記計測手段により機体のローリングが計測されると、ローリングを増長する方向にカッタが揺動するとき、推進ジャッキの伸長を停止させるように制御する制御装置とを備える
ことを特徴とするシールド掘進機。