JP6426065B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

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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。
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