JP5777158B2

JP5777158B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP5777158B2
Application number: JP2011169976A
Authority: JP
Inventors: 稲場　啓能; 啓能稲場; 竜生森; 公宏今北
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: JP2013032666A

Description

本発明は、シールド掘進機に関し、特に、シールド掘進機のカッタヘッドに設けられたコピーカッタの突出量の制御に適用して有効な技術に関するものである。

地盤を掘削してトンネルや地下鉄などの掘削に使用される装置として、シールド掘進機が知られている。

このシールド掘進機はシールドフレームの進行方向先端にカッタヘッドが回転可能に設けられており、当該カッタヘッドにはビットが円周状・放射状に複数配置されている。そして、カッタヘッドを掘削面に押し付けて回転させながら進むことにより、地盤が円形に掘削されていく。

カッタヘッドには、径方向外方に出没可能となったコピーカッタが設けられている。コピーカッタは掘削中のシールド掘進機の進行方向を変化させるためのもので、コピーカッタの突出量を制御することで余堀り量をコントロールし、予定通りの旋回半径で曲掘進している。

コピーカッタが必要な旋回半径に応じた突出量でない場合、例えば突出量が不足している場合には、予定している旋回半径で曲掘進することができなくなり、例えば突出量が多すぎた場合には、掘削した土砂の量が過大となって地盤が崩落したり地盤を安定化させるための添加材が大量に必要となる。

したがって、シールド掘進機においてコピーカッタの突出量を制御することは、曲掘進において重要な要素となる。

ここで、コピーカッタはカッタヘッドの外周部から径方向外方に突出するものであるため、掘削作業中は、カッタヘッド周囲の地盤に阻まれて目視することができない。そこで、コピーカッタを油圧シリンダで出没させるようにして作動油の流量を計測し、これによってコピーカッタの突出量を制御するようにしたものがある。また、コピーカッタをワイヤで出没させるようにしてワイヤの移動量を計測し、これによってコピーカッタの突出量を制御するようにしたものがある。

なお、シールド掘進機のコピーカッタの突出量を制御する技術としては、例えば実開昭５９−１７９８号公報、実開昭６２−２００７９７号公報、実開平２−１０１８９４号公報、実開平４−１２９５号公報、実公平６−２６６３１号公報、実用新案登録第２５４１４３９号明細書に記載されたものがある。

実開昭５９−１７９８号公報実開昭６２−２００７９７号公報実開平２−１０１８９４号公報実開平４−１２９５号公報実公平６−２６６３１号公報実用新案登録第２５４１４３９号明細書

しかしながら、油量からコピーカッタの突出量を制御する技術では、流量計の誤差があるために、誤差が累積すると測定値と実際の突出量との間に大きなずれが生じてしまい、信頼性に欠ける結果となる。誤差補正回路を組み込むことも考えられるが、真の突出量を確認することはできない。

また、ワイヤの移動量からコピーカッタの突出量を制御する技術では、コピーカッタが回転するカッタヘッドに設けられているためにワイヤの取り回し機構が複雑になってしまう。

さらに、センサで電気的にコピーカッタの突出量を検出して突出量を制御する技術もしられているが、当該技術では、装置が複雑となってコスト高となるのみならず、コピーカッタを駆動するジャッキ側のセンサが故障すると突出量の確認ができなくなってしまう。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、簡易な構造で精度よくコピーカッタの突出量を制御することのできるシールド掘進機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機は、シールドフレームの進行方向先端に回転可能に設けられ、地盤を掘削する複数のビットが取り付けられたカッタヘッドと、前記カッタヘッドの径方向外方に出没可能に設けられ、前記カッタヘッドの回転中心に向けて延びるロッドを備えたコピーカッタと、前記コピーカッタを出没させる出没駆動部と、前記カッタヘッドの回転中心を含む領域および前記コピーカッタの先端が前記カッタヘッドの外周面と一致した位置である原点位置となったときの前記ロッドが視認可能に設けられた視認手段と、前記視認手段の視野内に設けられ、前記ロッドの所定位置と一致したときに前記コピーカッタが前記原点位置となる原点指標部と、前記原点指標部によって前記コピーカッタを前記原点位置にしたときに前記出没駆動部のストローク量を示すストローク計を原点表示させるカッタ原点位置検出手段とを有し、前記出没駆動部を介して前記ロッドの前記所定位置を前記原点指標部に一致させて前記カッタ原点位置検出手段で前記ストローク計を原点表示させることで前記コピーカッタの前記原点位置を調整した後に前記ストローク計を見ながら当該コピーカッタの突出量を調整し得るようにした、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記ロッドの前記所定位置は、前記ロッドの前記コピーカッタが取り付けられた端部とは反対側の端部である、ことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、カッタヘッドの回転軸中心を含む領域を視認手段で見ながら原点指標部とコピーカッタに備えられたロッドの所定位置とを一致させて原点位置の調整を行って誤差を補正し、それからコピーカッタを突出させるようにしているので、簡易な構造で精度よくコピーカッタの突出量を制御することが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、ロッドのコピーカッタが取り付けられた端部とは反対側の端部を原点指標部に一致させて原点位置の調整が行えるので、原点位置の調整がより簡易に行うことが可能になる。

本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機を示す説明図である。図１のシールド掘進機のカッタヘッドを示す説明図である。図１のシールド掘進機の要部を示す説明図である。図１のシールド掘進機におけるコピーカッタの原点位置調整前におけるロッドと原点指標部との関係を示す説明図である。図１のシールド掘進機におけるコピーカッタの原点位置調整後におけるロッドと原点指標部との関係を示す説明図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１、図２および図３において、シールド掘進機Ｍのシールドフレーム１１の進行方向前方内には、外周端面がシールドフレーム１１の内周面に固定された隔壁１２が設けられている。隔壁１２にはヘッド支持体１６が固定されており、シールドフレーム１１の外径と略同径の形状をしたカッタヘッド１３がヘッド支持体１６に支持されて隔壁１２に回転可能に取り付けられている。

カッタヘッド１３は、シールドフレーム１１の軸方向に延びる回転軸としてのシャフト２１の先端に取り付けられたセンタプレート１３ａから相互に等しい回転角でシャフト２１の径方向外方へ放射状に延びるスポーク１３ｂ（本実施の形態では、４本のスポーク１３ｂ）、およびスポーク１３ｂの先端に固定された環状のリング１３ｃを備えており、センタプレート１３ａ、スポーク１３ｂおよびリング１３ｃには、地盤を掘削するための強靭な素材（例えば、超硬合金や焼結タングステンカーバイドなど）からなるビット１４が複数取り付けられている。さらに、センタプレート１３ａには、掘削した地盤を安定化させるための添加材を地盤に注入するための添加材注入口１５が前方に開口して形成されている。なお、カッタヘッド１３を構成しているシャフト２１が前述のヘッド支持体１６に回転可能に支持されて当該ヘッド支持体１６および隔壁１２を貫通しており、カッタヘッド１３はヘッド支持体１６に回転可能に支持されたシャフト２１を中心に回転する。

ビット１４は、砂礫層掘削用のビット１４ａと粘土層掘削用のスクレーパツース１４ｂとからなり、これらがセンタプレート１３ａ、スポーク１３ｂおよびリング１３ｃに沿って円周状、放射状に配置されている。

そして、ビット１４の取り付けられたカッタヘッド１３を掘削面に押し付けて回転させながら進むことにより、地盤が円形に掘削される。

カッタヘッド１３を構成する１本のスポーク１３ｂ内には、地盤を径方向に余掘りしてシールド掘進機Ｍの進行方向を変化させるためのコピーカッタ１７が、カッタヘッド１３の径方向外方に出没可能に設けられている。

コピーカッタ１７の後端には、カッタヘッド１３の回転中心に向けて伸びるロッド１８が取り付けられている。このロッド１８は油圧シリンダ１９（出没駆動部）を貫通しており、当該油圧シリンダ１９内に形成されたシリンダ室（図示せず）に位置する箇所にはピストン（図示せず）が取り付けられている。油圧シリンダ１９には、ピストンによって区画されたシリンダ室の一方の部屋と他方の部屋とに油を導入するための配管１９ａが取り付けられている。そして、作業者Ｈが配管１９ａからそれぞれの部屋に導入される油圧をコントロールすることによってピストンを介してロッド１８が往復動し、これによってコピーカッタ１７がカッタヘッド１３から突出し、あるいはカッタヘッド１３内へと没入する。

なお、本実施の形態では、ロッド１８は油圧で駆動されるようになっているが、例えばステッピングモータを用いたラック・アンド・ピニオン方式など、他の様々な駆動方式を採用することができる。

ロッド１８は、コピーカッタ１７の先端がカッタヘッド１３の外周面と一致した位置（原点位置）のときに、コピーカッタ１７が取り付けられた端部とは反対側の端部（後端部１８ａ）がカッタヘッド１３の回転中心付近に来るような長さに設定されている。

また、コピーカッタ１７が原点位置となったときのロッド１８の後端部１８ａの位置には、原点指標部２０が配置されている。したがって、ロッド１８の後端部１８ａが原点指標部２０と一致したときには、コピーカッタ１７は、その先端がカッタヘッド１３の外周面と一致した原点位置となる。なお、原点指標部２０は、センタプレート１３ａの背面のシャフト２１の回転中心軸と直交する位置に固定されたプレート３７に取り付けられている。

前述したシャフト２１には軸方向に貫通孔２１ａが形成されており、当該貫通孔２１ａ内の回転中心軸に沿ってガイドパイプ２２が貫通している。そして、その内部にはファイバスコープ２３（視認手段）が挿通されている。

作業者Ｈはファイバスコープ２３によりカッタヘッド１３の回転中心付近が視認可能となっており、したがって、前述した原点指標部２０およびコピーカッタ１７が原点位置となったときのロッド１８の後端部１８ａは、このファイバスコープ２３の視野内となっている。

なお、貫通孔２１ａ内には、ファイバスコープ２３の挿通されたガイドパイプ２２の他に、添加材注入口１５に添加材を送るための添加材輸送管２４がガイドパイプ２２を挟むようにして設けられている。

さて、前述のように、カッタヘッド１３を構成しているシャフト２１がヘッド支持体１６に回転可能に支持されており、当該シャフト２１には、駆動ギヤ２５およびギヤケースボス２６が隔壁１２よりも後方側に位置して取り付けられている。そして、駆動ギヤ２５は、隔壁１２の後面に装着されている駆動モータ２７の回転軸に取り付けられた歯車２８に噛合されている。したがって、駆動モータ２７が回転すると、その回転力が歯車２８を介して駆動ギヤ２５に伝達され、駆動ギヤ２５の取り付けられているシャフト２１を介してカッタヘッド１３が回転する。

なお、ギヤケースボス２６には、作業者Ｈにより操作されるカッタ原点位置検出スイッチ３２が設けられている。このカッタ原点位置検出スイッチ３２についての詳細は後述する。

シールド掘進機Ｍの機内には掘削された土砂を回収するためのスクリューコンベア２９が設けられており、その前端開口部２９ａは、隔壁１２の下端部を貫通してカッタヘッド１３と隔壁１２との空間で形成された土砂取込室３０に開口している。さらに、シールド掘進機Ｍの機内には土砂取込室３０内を浮遊する塵埃を負圧吸引するための吸引ダクト３１が設けられており、その前端開口部３１ａは、隔壁１２の上端部を貫通して土砂取込室３０に開口している。

また、シールド掘進機Ｍのシールドフレーム１１は連結胴部３３を介して互いに連結された前胴部１１ａおよび後胴部１１ｂからなり、後胴部１１ｂの前端部内周面に取り付けられた周枠３４にセグメントＳの組立用エレクタ装置３５が設けられており、さらにこの周枠３４に複数本の推進ジャッキ３６が挿通した状態で支持されている。

次に、以上のような構成を有するシールド掘進機Ｍにおけるコピーカッタ１７の突出量の制御について図４および図５を用いて説明する。

掘削中のシールド掘進機の進行方向を変化させる必要が生じたならば、駆動モータ２７の回転を停止させてカッタヘッド１３による掘削を停止させる。

そして、余堀りを行うためのコピーカッタ１７をカッタヘッド１３の径方向外方に突出させる。

その際、まず、作業者Ｈは油圧シリンダ１９のシリンダ室へ供給される油圧を調整してピストンを作動させ、ロッド１８を動かす。ロッド１８を動かす前の状態を図４に示す。なお、図４（ｂ）および以下に説明する図５（ｂ）において、円で囲まれた領域がファイバスコープ２３による視認可能領域である。したがって、図４に示す状態では、ファイバスコープ２３では、このファイバスコープ２３の視野内に設けられた原点指標部２０は視認できているが、ロッド１８（の後端部１８ａ）は視認できない。

このような図４において、油圧シリンダ１９によりロッド１８を原点指標部２０に向けて動かしていくとやがてロッド１８の後端部１８ａがファイバスコープ２３の視野内に入る。そして、ロッド１８を継続して動かし、図５に示すように、その後端部１８ａを原点指標部２０と一致させる。

前述のように、ロッド１８の後端部１８ａが原点指標部２０と一致した図５に示す状態では、コピーカッタ１７の先端がカッタヘッド１３の外周面と一致した原点位置となっている。

そこで、作業者Ｈはカッタ原点位置検出スイッチ３２（カッタ原点位置検出手段）を操作してストローク計（図示せず）が原点表示（ストローク量（突出量）が０ｍｍとなる表示）となるようにする。これにより、コピーカッタ１７の原点位置が調整されることになる。

その後、作業者Ｈはストローク計を見ながら油圧シリンダ１９のシリンダ室へ供給される油圧を調整してピストンを作動させてロッド１８をそれまでとは反対方向に動かし、コピーカッタ１７の突出量が所望のレベルになるように調整する。

このように、本実施の形態によれば、カッタヘッド１３の回転軸中心を含む領域をファイバスコープ２３で見ながら原点指標部２０とコピーカッタ１７に備えられたロッド１８の後端部１８ａとを一致させて原点位置の調整を行って誤差を補正し、それからコピーカッタ１７を突出させるようにしている。したがって、簡易な構造で精度よくコピーカッタ１７の突出量を制御することが可能になる。

また、目視によりコピーカッタ１７の原点位置を調整しており、測定装置に依存していないので、装置誤差を考慮する必要がなく、高い信頼性が得られる。

さらに、ロッド１８のコピーカッタ１７が取り付けられた端部とは反対側の端部である後端部１８ａを原点指標部２０に一致させて原点位置の調整を行っているので、原点位置の調整をより簡易に行うことができる。

但し、原点指標部２０と一致させるのはロッド１８の後端部１８ａである必要はなく、ロッド１８の所定位置で足りる。例えばロッド１８の長手方向の適当な位置にマーキングをしておき、このマーキングと原点指標部２０とが一致したときにコピーカッタ１７が原点位置となるようにしてもよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

本実施の形態での視認手段としてはファイバスコープ２３が用いられているが、原点指標部２０やコピーカッタ１７が原点位置となったときのロッド１８が視認できる手段であれば、ファイバスコープ２３以外であってもよい。

以上の説明では、本発明をセンタシャフト方式のシールド掘進機に適用した場合が示されているが、中間支持方式のシールド掘進機など、他の方式のシールド掘進機にも適用することができる。

１１シールドフレーム
１２隔壁
１３カッタヘッド
１３ａセンタプレート
１３ｂスポーク
１３ｃリング
１４ビット
１６ヘッド支持体
１７コピーカッタ
１８ロッド
１８ａ後端部
１９油圧シリンダ
２０原点指標部
２１シャフト
２１ａ貫通孔
２２ガイドパイプ
２３ファイバスコープ
２５駆動ギヤ
２７駆動モータ
３２カッタ原点位置検出スイッチ
Ｈ作業者
Ｍシールド掘進機

Claims

シールドフレームの進行方向先端に回転可能に設けられ、地盤を掘削する複数のビットが取り付けられたカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの径方向外方に出没可能に設けられ、前記カッタヘッドの回転中心に向けて延びるロッドを備えたコピーカッタと、
前記コピーカッタを出没させる出没駆動部と、
前記カッタヘッドの回転中心を含む領域および前記コピーカッタの先端が前記カッタヘッドの外周面と一致した位置である原点位置となったときの前記ロッドが視認可能に設けられた視認手段と、
前記視認手段の視野内に設けられ、前記ロッドの所定位置と一致したときに前記コピーカッタが前記原点位置となる原点指標部と、
前記原点指標部によって前記コピーカッタを前記原点位置にしたときに前記出没駆動部のストローク量を示すストローク計を原点表示させるカッタ原点位置検出手段とを有し、
前記出没駆動部を介して前記ロッドの前記所定位置を前記原点指標部に一致させて前記カッタ原点位置検出手段で前記ストローク計を原点表示させることで前記コピーカッタの前記原点位置を調整した後に前記ストローク計を見ながら当該コピーカッタの突出量を調整し得るようにした、
ことを特徴とするシールド掘進機。
前記ロッドの前記所定位置は、前記ロッドの前記コピーカッタが取り付けられた端部とは反対側の端部である、
ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。