JP5701342B2

JP5701342B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP5701342B2
Application number: JP2013144208A
Authority: JP
Inventors: 小野　潤治; 潤治小野; 憲彦青山
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-07-10
Also published as: JP2015017389A; TW201502355A; TWI535929B

Description

本発明は、大型・大容量の電動モータを用いることなくカッタヘッドの回転駆動力を増強することが可能であると共に、軸心位置を空けることが可能で諸機器を合理的にレイアウトすることができるトンネル掘削機に関する。

地中にガス管や下水道管などの小口径管体を埋設するためのトンネル掘削機が特許文献１に開示されている。特許文献１の「トンネル掘削機とトンネル掘削方法」では、筒体の前部内に設けている隔壁に前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットと、上記筒体の後端に着脱可能に連結する長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する電動モータを配設してなるモータユニットとからなり、このモータユニットの長尺筒体の前端をカッタユニットの筒体の後端に連結することによってトンネル掘削機を構成する一方、立抗内から前方地盤に向かって該トンネル掘削機を発進させる際には上記モータユニットに替えて、上記長尺筒体よりも長さが短い短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する油圧モータを配設してなる補助モータユニットを上記カッタユニットに接続して仮掘削機を形成するように構成している。

特許第４７３１４６３号公報

背景技術にあっては、長尺筒体中央の軸心位置に単一の電動モータを配置している。カッタヘッドをより大きな回転駆動力で駆動したい場合、電動モータの出力を増強する必要がある。出力を増強すると、電動モータが大型化・大容量化し、それに伴ってモータユニットを構成する長尺筒体の長さがさらに長尺化し、このため、補助モータユニットと交換すべきモータユニットを立抗内に搬入することができないという課題があった。

また、電動モータを長尺筒体中央の軸心位置に配置しているため、その他の諸機器を設備するのに支障が生じ、長尺筒体内部に諸機器を合理的にレイアウトすることができないという課題もあった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、大型・大容量の電動モータを用いることなくカッタヘッドの回転駆動力を増強することが可能であると共に、軸心位置を空けることが可能で諸機器を合理的にレイアウトすることができるトンネル掘削機を提供することを目的とする。

本発明にかかるトンネル掘削機は、前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転駆動する回転軸が設けられた前胴部に、該回転軸を回転駆動するための油圧モータを備える仮後胴部を交換可能に連結し、立坑内から前方地盤へ向かって発進させた後、該仮後胴部と交換して、該回転軸を回転駆動するための電動モータを備えた本後胴部を該前胴部に連結してさらに掘削するようにしたトンネル掘削機であって、上記前胴部の後端に面する上記本後胴部の前端に、前後方向に間隔を隔てて、前後一対の支持壁を設け、該一対の支持壁の中央部分に貫通孔を形成し、該貫通孔を貫通して、上記本後胴部に、上記前胴部の上記回転軸と直列に直結される回転伝達軸を設け、上記一対の支持壁の上記貫通孔それぞれに、上記回転伝達軸を軸方向に沿って両端支持して上記本後胴部に回転自在に支持するコロ軸受を設け、前方の上記支持壁から前方へ突出される上記回転伝達軸の前端に、上記回転軸に設けた内歯歯車に着脱自在に連結される外歯歯車を設け、上記回転伝達軸に、上記一対の支持壁の上記コロ軸受間に位置させて、センターギアを設け、上記電動モータを、その本体を後方の上記支持壁に取り付け固定し、その駆動軸の前端を前方の上記支持壁にコロ軸受を介して回転自在に支持して、上記回転伝達軸の軸周りに互いに間隔を隔てて複数配設すると共に、上記センターギアに、上記各電動モータでそれぞれ回転駆動される複数のドライブギアを噛合したことを特徴とする。

前記前胴部内には、前記カッタヘッドで掘削した土砂を取り込む土砂取込室が形成され、該土砂取込室内には、上記前胴部に固定してアウターコーンが設けられると共に前記回転軸に固定して上記カッタヘッドと共に回転駆動されるインナーコーンが設けられ、該インナーコーンには、上記土砂取込室へ給水する給水部が形成され、前記後胴部には、上記給水部へ給水するための給水管が固設され、回転される前記回転軸から前記回転伝達軸には、それらの回転軸心に沿って中空給水路が一連に貫通形成され、該中空給水路の一端は上記給水部に連通され、該中空給水路の他端は、上記回転伝達軸の軸端部に設けられるスイベルジョイントを介して、上記給水管に接続されることを特徴とする。

本発明にかかるトンネル掘削機にあっては、大型・大容量の電動モータを用いることなくカッタヘッドの回転駆動力を増強することができると共に、軸心位置を空けることが可能で諸機器を合理的にレイアウトすることができる。

本発明にかかるトンネル掘削機の好適な一実施形態を示す、前胴部に仮後胴部を連結する前の様子を示す概略側断面図である。図１に示した前胴部に仮後胴部を連結した様子を示す概略側断面図である。図１に示した前胴部に本後胴部を連結する前の様子を示す概略側断面図である。図３に示した本後胴部を前胴部に連結した様子を示す概略側断面図である。図４に示した前胴部と本後胴部の連結状態の詳細を示す側断面図である。図５中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。図５中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第１工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第２工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第３工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第４工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第５工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機によるトンネル施工の第６工程を説明する説明図である。図１〜５に示したトンネル掘削機に適用される発進機構を示す平面図である。図１４に示した発進機構の後面図である。

以下に、本発明にかかるトンネル掘削機の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るトンネル掘削機の前胴部に仮後胴部を連結する前の様子を示す概略側断面図、図２は、図１に示した前胴部に仮後胴部を連結した様子を示す概略側断面図、図３は、図１に示した前胴部に本後胴部を連結する前の様子を示す概略側断面図、図４は、図３に示した本後胴部を前胴部に連結した様子を示す概略側断面図、図５は、図４に示した前胴部と本後胴部の連結状態の詳細を示す側断面図、図６は、図５中、Ａ−Ａ線矢視断面図、図７は、図５中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。

本実施形態に係るトンネル掘削機１は、小口径管体を埋設するのに用いられる。トンネル掘削機１は、発進に際しては、前胴部２と仮後胴部３を連結して前方地盤Ｇを掘削し、発進した後は、仮後胴部３と交換して、前胴部２に本後胴部４を連結し、その後さらに前方地盤Ｇを掘削するようになっている。

図１〜図５に示すように、前胴部２は、前方地盤Ｇに面する前端が前方に向かって開放され、仮後胴部３や本後胴部４が連結される後端が端面板５で閉鎖される中空筒体状に形成される。前胴部２の前端には、多数のカッタを有し、回転駆動されて前方地盤を掘削する円盤状のカッタヘッド６が設けられる。

前胴部２には、カッタヘッド６に向かい合わせて、隔壁７が設けられる。隔壁７は、端面板５側に対し、カッタヘッド６側を水密に区画閉塞する。前胴部２内の隔壁７とカッタヘッド６との間には、カッタヘッド６で掘削した土砂が取り込まれる土砂取込室８が形成される。

前胴部２内には、カッタヘッド６の回転中心に連結して、当該カッタヘッド６を回転駆動する回転軸９が設けられる。回転軸９は、前胴部２の前後長さ方向に沿って水平に設けられる。回転軸９は、隔壁７及び端面板５の中央部分に連通形成された貫通穴１０を貫通して設けられる。隔壁７から端面板５に亘る貫通穴１０位置には、回転軸９を包囲して、当該回転軸９を水密状態で回転自在に支持する短尺中空筒体状の軸受ユニット１１が設けられる。

軸受ユニット１１は具体的には、その前後長さ方向両端に、スラストを支持しつつ回転軸を回転自在に軸受するスラスト自動調心コロ軸受１１ａを備えて構成される。回転軸９は、軸受ユニット１１を介して前胴部２に回転自在に設けられる。前端がカッタヘッド６に連結された回転軸９は、軸受ユニット１１から後方へ向かって延出された後端に、ギヤカップリング１２を構成する内歯歯車１３が形成される。

カッタヘッド６に連結される回転軸９の前端側には、隔壁７の前方に位置させて、インナーコーン１４が固定して設けられる。インナーコーン１４は、回転軸９の回転によって、カッタヘッド６と共に回転駆動される。前胴部２内には、インナーコーン９に面して、アウターコーン１５が固定して設けられる。アウターコーン１５とインナーコーン１４は、アウターコーン１５に対し、インナーコーン１４が回転駆動されることで、土砂取込室８に取り込まれた大塊土を細かく破砕するようになっている。

隔壁７と端面板５との間には、貫通穴１０が形成された中央部分から外れた下部に、前胴部排泥管１６が設けられる。前胴部排泥管１６の前端口部は、隔壁７を水密に貫通して、土砂取込室８の下部に連通される。前胴部排泥管１６の後端口部は、端面板５を貫通して、仮後胴部３及び本後胴部４それぞれに備えられる後胴部排泥管１８，２０に着脱自在に連結される。

隔壁７と端面板５との間には、前胴部排泥管１６と同様に、貫通穴１０が形成された中央部分から外れた下部に、前胴部排泥管１６に並べて、前胴部送泥管１７が設けられる。前胴部送泥管１７の前端口部は、隔壁７を水密に貫通して、土砂取込室８の下部に連通される。前胴部送泥管１６の後端口部は、端面板５を貫通して、仮後胴部３や本後胴部４それぞれに備えられる後胴部送泥管１９，２１に着脱自在に連結される。

前胴部２には、図１及び図２に示すように、ボルト等で交換自在に仮後胴部３が連結される。仮後胴部３は、前胴部２に面する前端に支持壁２２が設けられて閉鎖され、後端が開放された中空筒体状に形成される。支持壁２２の中央部には、油圧モータ２３が取付支持される。

支持壁２２から前方へ突出される油圧モータ２３の駆動軸には、ギヤカップリング１２を構成する外歯歯車２４が設けられる。油圧モータ２３の外歯歯車２４と回転軸９の内歯歯車１３とは、着脱自在に連結されて、動力を伝達するギヤカップリング１２を構成する。

支持壁２２の下部には、当該支持壁２２を貫通して、前胴部排泥管１６の後端口部に前端口部が着脱自在に連結される後胴部排泥管１８及び前胴部送泥管１７の後端口部に前端口部が着脱自在に連結される後胴部送泥管１９が突出される。これら後胴部排泥管１８の後端口部及び後胴部送泥管１９の後端口部はそれぞれ、仮後胴部３の後端側で、排泥管路２５及び送泥管路２６に着脱自在に連結される。

前方地盤Ｇを掘削する際、油圧モータ２３を駆動すると、ギヤカップリング１２を介して、回転軸９が回転駆動され、回転駆動される回転軸９により、カッタヘッド６及びインナーコーン１４が回転駆動される。また、後胴部送泥管１９から前胴部送泥管１７を通じて供給される泥水が土砂取込室８内に導入され、また、土砂取込室８内に充満する泥水は、前胴部排泥管１６及び後胴部排泥管１８を通じて、排出されるようになっている。

図３〜図５には、本後胴部４が示されている。本後胴部４も仮後胴部３と同様に、中空円筒体状に形成される。本後胴部４には、油圧モータ２３に代えて、電動モータ２７が設けられる。

局所的に高強度の地盤が存在する場合、油圧モータ２３では、オーバーロードが利かないため、圧油がリリーフして回転不能となることがある。他方、電動モータ２７ではそのような領域でも、回転が停止することなくトンネル掘削を継続していくことが可能である。反面、同じ出力の油圧モータ２３と電動モータ２７の前後方向長さを比較した場合、構造上、油圧モータ２３に比べて、電動モータ２７の方が長い。このように電動モータ２７は、油圧モータ２３よりも長さ寸法が長く形成されるため、本後胴部４は、仮後胴部３よりも前後長さ寸法が長く形成される。

本後胴部４も、仮後胴部３と同様に、前胴部２に対し、ボルト２８等で交換自在に連結される。前胴部２の後端に面する本後胴部４の前端には、前後方向に間隔を隔てて、一対の支持壁２９，３０が設けられる。

本後胴部４には、前胴部２の回転軸９と直列に直結される回転伝達軸３１が設けられる。すなわち、回転伝達軸３１は、その回転中心が回転軸９の回転中心と一致されて、本後胴部４の前後長さ方向に沿って水平に設けられる。回転伝達軸９は、一対の支持壁２９，３０の中央部分に形成された貫通孔３２を貫通して設けられる。各支持壁２９，３０の貫通孔３２にはそれぞれ、回転伝達軸３１を回転自在に支持する自動調心コロ軸受３３が設けられる。これら支持壁２９，３０に設けた軸受３３により、回転伝達軸３１は、軸方向に沿って両端支持されて、本後胴部４に回転自在に設けられる。

後方の支持壁３０から後方へ突出される回転伝達軸３１の軸端部３１ａは、カバー３４で覆われる。前方の支持壁２９から前方へ突出される回転伝達軸３１の前端には、油圧モータ２３の駆動軸と同様に、ギヤカップリング１２を構成する外歯歯車３５が設けられる。回転伝達軸３１の外歯歯車３５と回転軸９の内歯歯車１３とは、着脱自在に連結されて、動力を伝達するギヤカップリング１２を構成する。回転伝達軸３１には、前後一対の支持壁２９，３０の軸受３３間に位置させて、センターギア３６が設けられる。

また、前後一対の支持壁２９，３０には図６及び図７に示すように、貫通孔３２が形成された中央部分から外れた側方位置及び上方位置となる、回転伝達軸３１の軸周りに、互いに間隔を隔てて複数の電動モータ２７が配設される。電動モータ２７は、その本体が後方の支持壁３０に取り付け固定されると共に、その駆動軸２７ａの前端が前方の支持壁２９にコロ軸受３７を介して回転自在に支持される。

各電動モータ２７の駆動軸２７ａには、ドライブギア３８が設けられ、これら複数のドライブギア３８はそれぞれ、センターギア３６に噛合される。従って、複数の電動モータ２７を駆動すると、それらの回転駆動力は、複数のドライブギア３８を介してセンターギア３６に伝達され、センターギア３６に伝達された回転駆動力で回転伝達軸３１が回転駆動されるようになっている。図示例にあっては、電動モータ２７は、三台設けられているが、二台以上、何台であってもよい。

一対の支持壁２９，３０には、貫通孔３２が形成された中央部分から外れた下部に位置させて、これら一対の支持壁２９，３０を貫通して、後胴部排泥管２０及び後胴部送泥管２１が配設される。仮後胴部３から本後胴部４に交換した際に、前胴部２の排泥管１６及び送泥管１７の各後端口部それぞれに、これら後胴部排泥管２０及び後胴部送泥管２１の前端口部が着脱自在に連結される。これにより、土砂取込室８に対して泥水が供給・排出される。後胴部排泥管２０の後端口部には、排泥管路２５が、後胴部送泥管２１の後端口部には、送泥管路２６が着脱自在に連結される。

本後胴部４内には、その周方向に間隔を隔てるように、後胴部送泥管２１及び後胴部排泥管２０と電動モータ２７との間の空間、並びに電動モータ２７相互間の空間に配置して、４基の方向修正ジャッキ３９が設けられる。このため、本後胴部４は、方向修正ジャッキ３９に並設される中折れ部４０を介して、屈曲可能に前後に分割形成されている。

本実施形態に係るトンネル掘削機１にあっては、インナーコーン１４には、土砂取込室８に連通させて、当該土砂取込室８へ泥水などを別途給水する給水部４１が形成される。給水部４１は、インナーコーン１４の回転中心から半径方向に向けて貫通形成され、土砂取込室８に向けて開放される開口端４１ａを有する孔部４１ｂで形成される。また、本後胴部４には、一対の支持壁２９，３０の後方に配置して、給水部４１へ給水するための給水管４２が固定して設けられる。図示例にあっては、この給水管４２は、送泥管路２６から分岐して設けられ、泥水が流入されるようになっている。

さらに、本後胴部４の回転伝達軸３１には、その回転軸心位置に当該回転軸心に沿って、カバー３４で覆われた軸端部３１ａから前端に亘り、本後胴部側中空給水路４３ａが貫通形成される。また、前胴部２の回転軸９には、その回転軸心位置に当該回転軸心に沿って、後端から前端のインナーコーン１４に亘り、前胴部側中空給水路４３ｂが貫通形成される。前胴部側中空給水路４３ｂの前端は、給水部４１を形成する孔部４１ｂに連通される。

回転軸９の内歯歯車１３と回転伝達軸３１の外歯歯車３５とが噛合し、これら歯車１３，３５が同じ速度で回転するギアカップリング１２位置では、前胴部側中空給水路４３ｂと本後胴部側中空給水路４３ａとは、これら間に設けたシールカップリング４４によって一連に着脱可能に連通される。

言い換えれば、回転される回転軸９から回転伝達軸３１には、それらの回転軸心に沿って一連に中空給水路４３が貫通形成される。回転伝達軸３１の軸端部３１ａには、カバー３４を水密に貫通して、本後胴部側中空給水路４３ａに連通される連通部４５ａを有するスイベルジョイント４５が設けられ、このスイベルジョイント４５に給水管４２が接続される。これにより、中空給水路４３は、スイベルジョイント４５を介して、給水管４２に着脱自在に連結される。

このような構成により、前胴部２及び本後胴部４の中央に配設される回転軸９及び回転伝達軸３１の設置位置に、これらを前後長さ方向に貫通して、切羽位置へ向かって給水し、この給水により、インナーコーン１４やアウターコーン１５、土砂取込室８の内面に泥土が付着するのを防止する給水設備が備えられる。

次に、本実施形態に係るトンネル掘削機１の作用を、図８〜図１３の工程図を用いて説明する。トンネル掘削機１によって立坑４６から地中にトンネルを掘削する場合、立坑４６の横断面積が狭いときには、トンネル掘削機１の長さが長すぎると、地上から立坑４６内に搬入できなかったり、搬入は可能であっても、立坑４６から前方地盤Ｇに向かっての掘進作業が困難となる事態が発生し得る。

立坑４６内への搬入時には、トンネル掘削機１の長さを短くするために、前胴部２に、油圧モータ２３を備えた仮後胴部３を連結し、これによりトンネル掘削機１の立坑４６内への搬入及び前方地盤Ｇに向けた発進を可能とする。すなわち、まず仮後胴部３を前胴部２に接続したトンネル掘削機１を立坑４５内にクレーン等で吊り下げて搬入し、図８に示すように、立坑４６の内底部上に配設している発進架台４７上に、前方地盤Ｇに向けて設置する。

図１４は、図２及び図４に示したトンネル掘削機１に適用される発進機構を示す平面図、図１５は、図１４に示した発進機構の後面図である。この発進架台４７は、立坑４６の内底面の両側部に、前後方向に向けて支持フレーム４８を互いに平行に敷設すると共に、これら支持フレーム４８の対向内側面間を数本の連結フレーム４９によって一体に連結し、さらに、支持フレーム４８間の中央部に前後方向に向けて、前胴部２及び仮後胴部３の下周面を摺動自在に支持する水平発進台５０を配設して、この水平発進台５０を、当該水平発進台５０と直交する連結フレーム４９の中央部上面にボルト等によって固定することで構成されている。

さらに、両側の支持フレーム４８上に、左右一対の推進ジャッキ５１を配設し、これら推進ジャッキ５１の後方に向かって突設している伸縮ロッド５１ａを、立坑４６の後壁面上に固定した反力受け台５２に当接させると共に、伸縮ロッド５１ａの伸長に従って前進するこれら推進ジャッキ５１のシリンダ部５１ｂを、押し板５３の両側端部に穿設している孔５３ａに挿通して、これらシリンダ部５１ｂの後端鍔部５１ｃを孔５３ａに係止させ、かつ、この押し板５３の前面中央部を、水平発進台５０上に設置したトンネル掘削機１の仮後胴部３の後端に押し付けている。

押し板５３の中央部には、通孔５４を設けて、この通孔５４を通じて、後胴部排泥管１８及び後胴部送泥管１９の後端口部にアダプタ５５を接続し、このアダプタ５５に送泥管路２６及び排泥管路２５を接続している。また、推進ジャッキ５１としては、２段ジャッキを採用している。

発進架台４７上にトンネル掘削機１を設置した後、左右一対の推進ジャッキ５１を作動させて、その伸縮ロッド５１ａを伸長させると、反力受け台５２に反力をとって、推進ジャッキ５１のシリンダ部５１ｂが前進し、これにより、シリンダ部５１ｂ間に架設状態で連結している押し板５３が一体に前進し、その前面で仮後胴部３の後端を押圧しながら、トンネル掘削機１を水平発進台５０上で発進坑口５６に向かって推進し、この発進坑口５６から前方地盤Ｇの掘削を開始する。

地盤の掘削は、仮後胴部３内の油圧モータ２３を駆動することによって、その回転駆動力を、回転軸９を介してカッタヘッド６に伝達し、これによりカッタヘッド６を回転させながら、トンネル掘削機１を推進させることによって行われ、掘削された土砂は土砂取込室８内に取り込まれる。この際、大塊土が土砂取込室８に取り込まれた場合には、インナーコーン１４とアウターコーン１５によって細かく破砕される。

また、掘削中において、地上から送泥管路２６を通じて泥水を仮後胴部３内の後胴部送泥管１９に供給し、この後胴部送泥管１９と連結、連通した前胴部２内の前胴部送泥管１７を通じて、土砂取込室８に泥水を供給、充満させて掘削土砂と混合させ、掘削土砂を泥土化させると共に、この土砂取込室８に充満した泥水圧によって切羽を押さえて切羽地盤の崩壊を防止しながら、カッタヘッド６によって前方地盤Ｇを掘削する。

一方、土砂取込室８内で泥土化した土砂は、前胴部排泥管１６を通じて、前胴部２から仮後胴部３内の後胴部排泥管１６に送り出され、さらに排泥管路２５を通じて、泥水と一緒に立坑４６から地上に設置した分離槽（図示せず）に送り込まれ、この分離槽で掘削土砂を泥水から分離した後、該泥水を再び送泥管路２６に供給する。

このように、発進架台４７上に、仮後胴部３を連結したトンネル掘削機１によって立坑４６から前方地盤Ｇに向かってトンネルの掘削を開始し、前胴部２と仮後胴部３との接続部分がトンネル内に進入する手前、すなわち、発進坑口５６に入る直前まで掘進すると、その位置でトンネルの掘削を停止する。

停止状態で、前胴部２内の前胴部排泥管１６及び前胴部送泥管１７と、仮後胴部３内の後胴部排泥管１８及び後胴部送泥管１９とを切り離すと共に、前胴部２と仮後胴部３との連結を切り離した後、仮後胴部３を後退させることによってギヤカップリング１２を外し、これによって前胴部２から仮後胴部３の油圧モータ２３を切り離し、その後、仮後胴部３をクレーン等によって立坑４６から地上側へ撤去して、回収する（図９参照）。

次いで、本後胴部４をクレーン等で吊り下げて立坑４６内に搬入し、発進架台４７上に設置した後、左右一対の推進ジャッキ５１の伸縮ロッド５１ａを伸長させることにより、本後胴部４の後端を、押し板５３を介して前進させて、本後胴部４を前胴部２に当接した状態にして、図４に示すように、ボルト２８等により一体に連結すると共に、ギヤカップリング１２を介して、前胴部２の回転軸９と本後胴部４の回転伝達軸３１とを連結する。

回転軸９と回転伝達軸３１を連結すると、シールジョイント４４を介して、前胴部２から本後胴部４にわたって一連に中空給水路４３が形成される。中空給水路４３の回転伝達軸９側には予め、スイベルジョイント４５を介して給水管４２が連結されていると共に、中空給水路４３の回転軸９側は、インナーコーン１４の給水部４１が連通されていて、給水管４２から給水することで、切羽側の土砂取込室８に給水することができる。

さらに、本後胴部４の後胴部排泥管２０及び後胴部送泥管２１を、前胴部２の前胴部排泥管１６及び前胴部送泥管１７にそれぞれ連結、連通させると共に、後胴部排泥管２０及び後胴部送泥管２１に排泥管路２５及び送泥管路２６を連結する。また、複数の電動モータ２７を、地上に設置した発電機５７に配線を介して接続する（図１０参照）。

以上のようにして、前胴部２に本後胴部４を接続した後、左右一対の推進ジャッキ５１を作動させてその伸縮ロッド５１ａを伸長させることにより、仮後胴部３の場合と同様に、反力受け台５２に反力をとって、本後胴部４を、押し板５３を介して推進させると共に、本後胴部４内の複数の電動モータ２７を駆動する。

複数の電動モータ２７の回転駆動力は、各ドライブギア３８を介してセンターギア３６に入力され、回転伝達軸３１が回転駆動される。回転伝達軸３１の回転駆動力は、ギアカップリング１２を介して回転軸９に伝達され、これによりカッタヘッド６が回転駆動されて、トンネルを掘進することができる。

掘削された土砂は上述したように、土砂取込室８内に取り込まれ、インナーコーン１４とアウターコーン１５によって細かく破砕された後、前胴部排泥管１６、後胴部排泥管１７、排泥管路２５を通じて排出される。この際、土砂取込室８へは、送泥管路２６から後胴部送泥管２１、前胴部送泥管１７を介して、泥水が供給される。

また、カッタヘッド６の回転駆動中において、回転伝達軸３１から回転軸９に亘って一連に形成された中空給水路４３には、給水管４２からスイベルジョイント４５を介して泥水が導入され、中空給水路４３に導入された泥水は、インナーコーン１４の給水部４１に達して、土砂取込室８へと供給され、これによりインナーコーン１４やアウターコーン１５、土砂取込室８に土砂が付着して固結することを抑制する。

前胴部２に後続している本後胴部４が発進坑口５６に入る直前まで掘進すると、一旦トンネルの掘削を停止し、左右一対の推進ジャッキ５１の伸縮ロッド５１ａを収縮させることにより、押し板５３を後退させて、本後胴部４と押し板５３との間に、後続する管体を介在させることが可能な間隔を形成する。

最初は、油圧機器の作動用油圧ユニットや制御盤、掘削方向を求めるターゲット等、各種設備機器を搭載した第１制御管５９を接続する。この際、排泥管路２５及び送泥管路２６も、この第１制御管５９を通じて、本後胴部４の後胴部排泥管２０及び後胴部送泥管２１に接続する（図１１参照）。

次いで、複数の電動モータ２７を作動させてカッタヘッド６を回転させると共に、推進ジャッキ５１を作動させてその伸縮ロッド５１ａを伸長させることにより、押し板５３で第１制御管５９の後端を前方へ押圧し、第１制御管５９を推し進めて前胴部２と本後胴部４を一体に推進させ、カッタヘッド６によりトンネルを掘進する。

そして、第１制御管５９の長さに相当する一定長のトンネルを掘削すると、図１２に示すように、第１制御管５９に滑材注入口やバイパスバルブ等を備えている第２制御管６０を後続させ、その後同様にして、この第２制御管６０の長さに相当する一定長のトンネルを掘進しながら第２制御管６０を、第１制御管５９と一体に推進する。

その後、この第２制御管６０に引き続いて、図１３に示すように、ヒューム管等の埋設管６１を継ぎ足し、その後端を上記と同様に推進ジャッキ５１によって、押し板５３を介して推し進めて、カッタヘッド６により掘削されるトンネル内に推進させる。

そして、埋設管６１一本の長さに相当する一定長のトンネルを掘削する度に、順次埋設管６１を継ぎ足しながら、推進させることにより、立坑４６から到達側の立坑（図示せず）に達したトンネルの全長に亘って、埋設管６１の列からなる下水管等の管路を形成する。到達側の立坑に達したとき、前胴部２や本後胴部４、第１，第２制御管５９，６０は順次切り離されて、地上側に撤去される。

以上説明した本実施形態に係るトンネル掘削機１にあっては、本後胴部４に、前胴部２の回転軸９と直列に直結される回転伝達軸３１を設け、電動モータ２７を、回転伝達軸３１の軸周りに互いに間隔を隔てて複数配設し、回転伝達軸３１にセンターギア３６を設けると共に、センターギア３６に、各電動モータ２７でそれぞれ回転駆動される複数のドライブギア３８を噛合したので、大型・大容量の電動モータを用いることなく、複数の電動モータ２７によってカッタヘッド６の回転駆動力を増強することができる。また、電動モータ６の配置に関し、回転軸９や回転伝達軸３１の軸心位置を空けることができ、諸機器を合理的にレイアウトすることができる。

また、本実施形態では、前胴部２内に、カッタヘッド６で掘削した土砂を取り込む土砂取込室８が形成され、土砂取込室８内に、前胴部２に固定してアウターコーン１５が設けられると共に回転軸９に固定してカッタヘッド６と共に回転駆動されるインナーコーン１４が設けられ、インナーコーン１４に、土砂取込室８へ給水する給水部４１が形成され、本後胴部４に、給水部４１へ給水するための給水管４２が固設され、回転される回転軸９から回転伝達軸３１に、それらの回転軸心に沿って中空給水路４３が一連に貫通形成され、中空給水路４３の一端が給水部４１に連通され、中空給水路４３の他端が、回転伝達軸３１の軸端部３１ａに設けられるスイベルジョイント４５を介して、給水管４２に接続されるので、回転軸９や回転伝達軸３１の軸心位置を避けて電動モータ２７を配設することで空いた当該軸心位置を利用して、掘削作業を円滑に進行するのに利便性の高い給水経路を合理的にトンネル掘削機１内部に確保することができる。

１トンネル掘削機
２前胴部
３仮後胴部
４本後胴部
６カッタヘッド
８土砂取込室
９回転軸
１４インナーコーン
１５アウターコーン
２３油圧モータ
２７電動モータ
３１回転伝達軸
３１ａ回転伝達軸の軸端部
３６センターギア
３８ドライブギア
４１給水部
４２給水管
４３中空給水路
４５スイベルジョイント
４６立坑
Ｇ前方地盤

Claims

前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転駆動する回転軸が設けられた前胴部に、該回転軸を回転駆動するための油圧モータを備える仮後胴部を交換可能に連結し、立坑内から前方地盤へ向かって発進させた後、該仮後胴部と交換して、該回転軸を回転駆動するための電動モータを備えた本後胴部を該前胴部に連結してさらに掘削するようにしたトンネル掘削機であって、
上記前胴部の後端に面する上記本後胴部の前端に、前後方向に間隔を隔てて、前後一対の支持壁を設け、
該一対の支持壁の中央部分に貫通孔を形成し、
該貫通孔を貫通して、上記本後胴部に、上記前胴部の上記回転軸と直列に直結される回転伝達軸を設け、
上記一対の支持壁の上記貫通孔それぞれに、上記回転伝達軸を軸方向に沿って両端支持して上記本後胴部に回転自在に支持するコロ軸受を設け、
前方の上記支持壁から前方へ突出される上記回転伝達軸の前端に、上記回転軸に設けた内歯歯車に着脱自在に連結される外歯歯車を設け、
上記回転伝達軸に、上記一対の支持壁の上記コロ軸受間に位置させて、センターギアを設け、
上記電動モータを、その本体を後方の上記支持壁に取り付け固定し、その駆動軸の前端を前方の上記支持壁にコロ軸受を介して回転自在に支持して、上記回転伝達軸の軸周りに互いに間隔を隔てて複数配設すると共に、
上記センターギアに、上記各電動モータでそれぞれ回転駆動される複数のドライブギアを噛合したことを特徴とするトンネル掘削機。
前記前胴部内には、前記カッタヘッドで掘削した土砂を取り込む土砂取込室が形成され、該土砂取込室内には、上記前胴部に固定してアウターコーンが設けられると共に前記回転軸に固定して上記カッタヘッドと共に回転駆動されるインナーコーンが設けられ、該インナーコーンには、上記土砂取込室へ給水する給水部が形成され、前記本後胴部には、上記給水部へ給水するための給水管が固設され、回転される前記回転軸から前記回転伝達軸には、それらの回転軸心に沿って中空給水路が一連に貫通形成され、該中空給水路の一端は上記給水部に連通され、該中空給水路の他端は、上記回転伝達軸の軸端部に設けられるスイベルジョイントを介して、上記給水管に接続されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。