JP6426065B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、回転摺動部に供給されて使用済みとなった潤滑剤を回収して、自動的に排出することができるトンネル掘削機に関する。

一般に、トンネル掘削機においては、カッタヘッドやスクリューコンベヤ等の複数種類の回転部材が数多く設置されており、それらの回転部材を回転させることによって、前方の地盤に切羽を形成して、トンネルを掘進することができる。また、これと同時に、回転部材には、その回転摺動部に対する潤滑及び冷却を目的として、潤滑剤が自動的に供給されている。

そして、上述したような、従来の自動給脂装置としては、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平１０−１４８２９９号公報

上記従来の自動給脂装置においては、ポンプを駆動させることにより、タンク内に溜められた潤滑剤を、回転摺動部に自動的に供給するようにしている。このとき、タンク内における潤滑剤の残量が所定残量以下になると、そのタンクと、予め一定量の潤滑剤が充填された別のタンクとを、交換するようにしている。

ここで、タンク内における潤滑剤の残量を測定する手段としては、従来から、各種のセンサが用いられている。その中でも、フロートを用いたセンサは、装置構成の簡素化を図ることができるため、自動給脂装置に多く採用されている。このような、フロートを用いたセンサにおいては、タンク内における潤滑剤の液面に浮かんだフロートの高さ位置に基づいて、潤滑剤の液面高さを検出することにより、タンク内における潤滑剤の残量を測定可能となっている。

これに対して、回転摺動部に供給されて使用済みとなった潤滑剤においては、その回転摺動部から滴下して、所定の容器内に回収されることが、一般的となっている。そして、その容器内に回収された潤滑剤は、作業者が定期的にその容器ごと機外に持ち運ぶことによって、排出されるようになっている。

即ち、潤滑剤の回転摺動部への供給については、自動化が図られている一方、使用済みの潤滑剤における機外への排出については、人力で行うことが一般的となっている。これにより、近年、使用済みの潤滑剤における機外への排出についても、自動化の要求が益々高くなっている。

そこで、上述したような、潤滑剤を回転摺動部に自動的に供給するための自動給脂装置を、使用済みの潤滑剤を機外に向けて自動的に排出するための自動排出装置として、適用することが考えられる。

つまり、上記自動排出装置においては、回転摺動部から滴下した使用済みの潤滑剤を、所定のタンク内に回収し、そのタンク内に回収した潤滑剤の重量（回収量、貯溜量）が所定重量以上になると、ポンプを駆動させて、タンク内に回収した潤滑剤を自動的に機外に排出することになる。このとき、タンク内に回収した潤滑剤の重量は、フロートを用いたセンサによって測定されることになり、タンク内における潤滑剤の液面に浮かんだフロートの高さ位置に基づいて、潤滑剤の液面高さを検出することにより、タンク内における潤滑剤の重量を測定することになる。

しかしながら、上記自動排出装置においては、回転摺動部から滴下した潤滑剤のタンク内への回収は、タンクの上部から行われることになり、回収された潤滑剤は、タンクの上部からタンクの底面に向けて落ちることになる。

このため、タンク内に回収した潤滑剤は、フロート上に落ちて、当該フロートを大きく揺らしたり、フロート上に堆積して、当該フロートの上下動に悪影響を与えたりしてしまう。更に、潤滑剤は比較的高い粘度を有しているため、回収した潤滑剤がタンク内における潤滑剤の液面に落ちたとしても、潤滑剤の粘度が高い分、その液面が平らになり難く、液面形状が乱れてしまい、潤滑剤の液面高さをフロートによって正確に検出することができなくなってしまう。

この結果、タンク内に回収した潤滑剤の重量を適切に計測することができないため、回収した潤滑剤を自動的に排出することができなくなるおそれがある。つまり、潤滑剤を自動的に供給するための自動給脂装置を、潤滑剤を自動的に排出するための自動排出装置として、単に採用しても、使用済みの潤滑剤を機外に向けて自動的に排出することは、非常に困難となっている。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、使用済みの潤滑剤を機外に向けて自動的に排出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。

上記課題を解決する第１の発明に係るトンネル掘削機は、
筒状をなす掘削機本体と、
前記掘削機本体の前端部に回転可能に支持されるカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの中心部に嵌入されるカッタ回転軸と、
前記カッタ回転軸の後端に設けられ、前記掘削機本体と前記カッタヘッドとの間において、油圧及び電力の給排を可能とするロータリジョイントと、
前記ロータリジョイント内に供給されて使用済みとなった潤滑剤を、回収して貯溜するタンクと、
前記タンク内に回収された潤滑剤の重量を計測する重量計と、
前記重量計によって計測された潤滑剤の重量が所定重量以上になったときに、前記タンク内に回収された潤滑剤を、当該タンク内から排出させる制御部とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るトンネル掘削機は、
前記タンク内に回収された潤滑剤を排出する排出管と、
前記カッタヘッドの地盤掘削に伴って発生した掘削土砂を、トンネル後方に向けて排出する排土手段と、
前記タンクの容量よりも大きな容量を有する大容量タンクとを備え、
前記排出管は、前記排土手段及び前記大容量タンクのうち、少なくともいずれか一方に接続される
ことを特徴とする。

従って、本発明に係るトンネル掘削機によれば、ロータリジョイント内から滴下した使用済みの潤滑剤を、タンク内に回収する際に、タンク内に回収した潤滑剤の重量を、重量計によって計測し、その重量計によって計測された潤滑剤の重量が所定重量以上になったときに、潤滑剤をタンク内から排出させることができる。これにより、回収した使用済みの潤滑剤を、機外に向けて自動的に排出することができる。

本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の概略構成図である。 グリス自動排出装置の要部拡大図である。

以下、本発明に係る、グリス自動排出装置を備えたトンネル掘削機について、図面を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、トンネル掘削機（例えば、シールド掘削機）１には、円筒状をなす掘削機本体１１が設けられており、この掘削機本体１１の前端部には、円盤状をなすカッタヘッド１２が回転可能に支持されている。そして、カッタヘッド１２の中心部には、カッタ回転軸１３の前端が嵌入されており、このカッタ回転軸１３の軸方向中間部は、後述するバルクヘッド１６に回転可能に貫通支持されている。

更に、カッタヘッド１２の前面には、複数のカッタビット１４が着脱可能に装着されており、カッタヘッド１２の外周部には、複数のコピーカッタ１５が、カッタヘッド周方向において所定の間隔で、着脱可能に装着されている。これらのコピーカッタ１５は、カッタヘッド１２の径方向に移動可能に支持されており、カッタヘッド１２の外周面に対して出没可能となっている。

また、掘削機本体１１の前端部内には、隔壁となるバルクヘッド１６が、カッタヘッド１２の後方に設けられている。バルクヘッド１６の前面には、リング状をなす回転体１７が回転可能に支持されており、この回転体１７の内周面には、内歯式のリングギヤ１８が形成されている。更に、回転体１７の前部には、複数の連結部材１９が、回転体周方向において所定の間隔で設けられており、これらの連結部材１９の前端は、カッタヘッド１２の後面に連結されている。

一方、バルクヘッド１６の後面には、カッタ旋回用モータ２０が設けられており、このカッタ旋回用モータ２０の駆動ギヤ（図示省略）は、リングギヤ１８と噛み合っている。

従って、カッタ旋回用モータ２０を駆動させることにより、その駆動ギヤの回転を、リングギヤ１８から回転体１７及び連結部材１９に伝達させることができるので、カッタヘッド１２を、カッタ回転軸１３を回転中心として、回転させることができる。これにより、カッタヘッド１２の回転に伴って、カッタ回転軸１３を旋回中心として旋回したカッタビット１４によって、前方の地盤に切羽を掘削することができる。

なお、トンネル掘削機１の掘進方向を変更させる場合には、カッタヘッド１２に設けられたコピーカッタ１５を、曲進方向に対してのみ突出させて、カッタヘッド１２の側方を余堀することにより、掘削機本体１１を所望の掘進方向に曲り易くさせても構わない。

そして、カッタヘッド１２とバルクヘッド１６との間には、チャンバ２１が区画形成されている。このチャンバ２１は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）となっており、当該チャンバ２１内には、カッタビット１４の地盤掘削に伴って発生した掘削土砂が、そのカッタヘッド１２の掘削土砂取込口（図示省略）を介して、取り込まれるようになっている。

また、掘削機本体１１内には、スクリューコンベヤ（排土手段）２２が、前端から後端に向かうに従って、上方に向けて傾斜するように設けられている。このとき、スクリューコンベヤ２２の前端開口部は、バルクヘッド１６の下部を貫通して、チャンバ２１内に挿入されている。従って、スクリューコンベヤ２２を回転駆動させることにより、チャンバ２１内に蓄えられた掘削土砂を、掘削機本体１１の後方に向けて排出することができる。

更に、掘削機本体１１の後端部内には、エレクタ装置２３が、トンネル前後方向、トンネル径方向、及び、トンネル周方向に移動可能に支持されている。このエレクタ装置２３は、覆工部材としてのセグメントＳを、トンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組み立てるものであって、そのセグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面形状に沿うような環片となっている。従って、エレクタ装置２３を駆動させることにより、複数のセグメントＳをトンネル周方向に沿ってリング状に組み立てることができる。

そして、掘削機本体１１の内周面には、複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）２４が、その内周面の周方向に沿って並設されている。これらのシールドジャッキ２４における駆動ロッドの先端には、スプレッダ２４ａが装着されており、このスプレッダ２４ａは、トンネル前後方向において、既設のセグメントＳにおける前端面と対向している。

従って、シールドジャッキ２４の駆動ロッドを、トンネル後方に向けて伸長して、スプレッダ２４ａを既設のセグメントＳにおける前端面に押圧させることにより、掘削機本体１１に推進反力を与えることができる。即ち、掘削機本体１１を、シールドジャッキ２４がセグメントＳを押圧したときに発生する推進反力によって、前進させることができる。

ここで、図１に示すように、カッタ回転軸１３の後端には、ロータリジョイント（回転部材）２５が取り付けられている。このロータリジョイント２５は、固定側となる掘削機本体１１側と、回転側となるカッタヘッド１２側との間において、油圧及び電力の給排（授受）を可能としており、例えば、カッタヘッド１２のコピーカッタ１５に対して、当該コピーカッタ１５が出没するための作動油を、掘削機本体１１に設置された油圧供給装置（図示省略）から、供給可能としている。

また、ロータリジョイント２５内には、回転軸を固体軸に回転可能に支持するための軸受（回転摺動部）２５ａが、設けられている。この軸受２５ａには、グリス供給管３１を介して、自動給脂装置となるグリス自動供給装置（図示省略）が接続される一方、グリス回収管４１を介して、グリス自動排出装置４０が接続されている。更に、グリス自動排出装置４０は、グリス排出管４２を介して、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内と連通している。

つまり、グリス自動供給装置は、グリス（潤滑剤）Ｇを、グリス供給管３１を介して、ロータリジョイント２５の軸受２５ａに供給可能となっており、その軸受２５ａは、グリスＧが供給されることによって、潤滑及び冷却されることになる。そして、グリス自動排出装置４０は、軸受２５ａに対して潤滑及び冷却を行ったグリスＧを、グリス回収管４１を介して回収した後、グリス排出管４２を介して、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内のうち、少なくともいずれか一方に、自動的に排出可能となっている。

具体的に、図１及び図２に示すように、グリス自動排出装置４０は、上述したグリス回収管４１及びグリス排出管４２の他に、タンク４３、重量計４４、ポンプ４５、電動モータ４６、制御部４７、及び、大容量タンク４８等を備えている。

タンク４３は、ロータリジョイント２５の軸受２５ａ内からグリス回収管４１内を滴下することによって回収されたグリスＧを、一時的に貯溜可能となっている。また、重量計４４は、その上面にタンク４３が載置されており、そのタンク４３内に回収されたグリスＧの重量（回収量、貯溜量）を計測可能となっている。

更に、ポンプ４５は、グリス排出管４２に取り付けられる共に、電動モータ４６と機械的に接続されている。即ち、ポンプ４５は、電動モータ４６の駆動に伴って作動するようになっており、タンク４３内に回収されたグリスＧを、グリス排出管４２を介して、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内のうち、少なくともいずれか一方に吐出可能となっている。

そして、制御部４７は、重量計４４及び電動モータ４６と電気的に接続されており、重量計４４の計測結果に基づいて、電動モータ４６を駆動可能となっている。具体的に、制御部４７は、重量計４４によって計測されたグリスＧの重量が所定重量に達すると、電動モータ４６を駆動制御して、ポンプ４５を作動させる。

なお、大容量タンク４８は、タンク４３の容量よりも大容量となる大型タンクとなっており、そのタンク４３よりもトンネル後方側に設けられている。このとき、大容量タンク４８の設置位置は、掘削機本体１１内、及び、複数の既設セグメントＳによって構築されたトンネル構造体内のうち、どちらでも構わない。

また、グリス排出管４２には、弁が設けられている。そして、タンク４３から吐出されたグリスＧは、その弁の開閉操作によって、スクリューコンベヤ２２内のみに排出されたり、大容量タンク４８内のみに排出されたり、あるいは、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内の双方に排出されるようになっている。

以上より、トンネル掘削機１によってトンネル構造体を施工する場合には、カッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキ２４を伸長して、スプレッダ２４ａを既設のセグメントＳに押し付けることにより、掘削機本体１１が、その既設のセグメントＳから推進反力を得て、前進すると共に、回転するカッタヘッドに装着されたカッタビット１４が、前方の地盤に切羽を掘削する。これにより、トンネルＴが形成される

また、トンネル掘削機１の掘進方向を変更する際には、コピーカッタ１５を、その曲進方向に対してのみ、カッタヘッド１２から突出させる。つまり、カッタヘッド１２における曲進方向に対応した所定の回転角度範囲内において、コピーカッタ１５を突出させることにより、カッタヘッド１２の側方を余堀して、空洞部を形成する。これにより、掘削本体１１は、空洞部がカッタヘッド１２の側方に形成された分、所望の掘進方向に曲り易くなる。

このとき、地盤掘削によって発生した掘削土砂は、カッタヘッド１２の掘削土砂取込口を介して、チャンバ２１内に充填されることになり、そのチャンバ２１は、充填された掘削土砂によって、所定の内圧に維持される。そして、チャンバ２１内に充填された掘削土砂は、スクリューコンベヤ２２の回転駆動によって、トンネル後方に向けて排出される。つまり、掘削土砂をチャンバ２１内に充填させて、そのチャンバ２１の内圧を切羽からの土圧に対抗させながら、当該チャンバ２１内から掘削土砂を排出する。

これと同時に、短縮したシールドジャッキ２４のトンネル後方においては、エレクタ装置２３の駆動によって、これに保持されたセグメントＳが、トンネルＴの内壁面に沿って、リング状に順次組み立てられる。

即ち、カッタヘッド１２の掘削による掘削量に見合う土砂量を、スクリューコンベヤ２２によって円滑に排土して、チャンバ２１内を常に掘削土砂によって充満させることにより、切羽の安定化を図りつつ、トンネルＴを掘削する。これと同時に、シールドジャッキ２４の伸長によって、既設のセグメントＳから推進反力を取って掘進しながら、短縮したシールドジャッキ２４のトンネル後方において、新設のセグメントＳを組み立てる。

これに対して、カッタヘッド１２の回転が開始されると同時に、ロータリジョイント２５の軸受２５ａには、グリスＧが、上記グリス自動供給装置から、グリス供給管３１を介して、自動供給される。これにより、ロータリジョイント２５の軸受２５ａは、供給されたグリスＧによって、潤滑及び冷却される。

次いで、軸受２５ａ内を通過して当該軸受２５ａに対する潤滑及び冷却を終えたグリスＧは、グリス回収管４１内を滴下して、タンク４３内に回収される。このとき、タンク４３内に回収されたグリスＧの重量は、重量計４４によって常に計測されると共に、その重量計４４によって計測されたグリスＧの重量は、制御部４７によって常に監視されている。

そして、このように、グリスＧがタンク４３内に次々と回収された後、重量計４４によって計測されたグリスＧの重量が、所定重量以上（第１閾値以上）になると、制御部４７は、電動モータ４６を駆動制御して、ポンプ４５を作動させる。これにより、タンク４３内に回収されたグリスＧは、ポンプ４５によって汲み上げられて、グリス排出管４２を介して、機外に向けて排出される。このような、一連の動作によるグリスＧの排出は、タンク４３内に回収されたグリスＧの重量が、所定重量以下（第２閾値以下）になるまで続けられる。

次いで、グリス排出管４２内を流れるグリスＧは、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内のうち、少なくともいずれか一方に排出される。このとき、スクリューコンベヤ２２内に送られたグリスＧは、掘削土砂と共に、トンネル後方に向けて排出された後、トンネルＴの坑外に搬出される。一方、大容量タンク４８内に送られたグリスＧは、大容量タンク４８内に排出される。

なお、上述した実施形態においては、排土手段として、スクリューコンベヤ２２を採用しているが、ベルトコンベヤを採用しても構わない。このように、ベルトコンベヤを採用しても、当該ベルトコンベヤ内に送られたグリスＧは、掘削土砂と共に、機外に向けて排出されることになる。なお、排土手段によって使用済みのグリスＧを掘削土砂と共に坑外に搬出する際に、それが自然環境的に問題となるおそれがある場合には、生分解性の潤滑剤を用いることとする。

従って、本発明に係るトンネル掘削機１によれば、ロータリジョイント２５の軸受２５ａ内から滴下した使用済みのグリスＧを、タンク４３内に回収する際に、タンク４３内に回収したグリスＧの重量を、重量計４４によって計測し、その重量計４４によって計測されたグリスＧの重量が所定重量以上になったときに、グリスＧをタンク４３内から排出させることができる。これにより、回収した使用済みのグリスＧを、機外に向けて自動的に排出することができる。

また、タンク４３内からポンプ４５によって吐出したグリスＧを、スクリューコンベヤ２２内及び大容量タンク４８内のうち、少なくともいずれか一方に排出することにより、排出後における使用済みのグリスＧの破棄作業を、効率的に行うことができる。

１ トンネル掘削機
１１ 掘削機本体
１２ カッタヘッド
１３ カッタ回転軸
１６ バルクヘッド
２１ チャンバ
２２ スクリューコンベヤ
２５ ロータリジョイント
２５ａ 軸受
３１ グリス供給管
４０ グリス自動排出装置
４１ グリス回収管
４２ グリス排出管
４３ タンク
４４ 重量計
４５ ポンプ
４６ 電動モータ
４７ 制御部
４８ 大容量タンク
Ｇ グリス
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル

Claims (2)

1. 筒状をなす掘削機本体と、
   前記掘削機本体の前端部に回転可能に支持されるカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドの中心部に嵌入されるカッタ回転軸と、
   前記カッタ回転軸の後端に設けられ、前記掘削機本体と前記カッタヘッドとの間において、油圧及び電力の給排を可能とするロータリジョイントと、
   前記ロータリジョイント内に供給されて使用済みとなった潤滑剤を、回収して貯溜するタンクと、
   前記タンク内に回収された潤滑剤の重量を計測する重量計と、
   前記重量計によって計測された潤滑剤の重量が所定重量以上になったときに、前記タンク内に回収された潤滑剤を、当該タンク内から排出させる制御部とを備える
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 請求項１に記載のトンネル掘削機において、
   前記タンク内に回収された潤滑剤を排出する排出管と、
   前記カッタヘッドの地盤掘削に伴って発生した掘削土砂を、トンネル後方に向けて排出する排土手段と、
   前記タンクの容量よりも大きな容量を有する大容量タンクとを備え、
   前記排出管は、前記排土手段及び前記大容量タンクのうち、少なくともいずれか一方に接続される
   ことを特徴とするトンネル掘削機。

Images