JP6681775B2 - 切羽押圧力制御回転掘進機 - Google Patents
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Description
本発明は、地中に円筒状の孔を形成する回転掘進機に関し、特に、掘進機の切羽面への押圧力を適正に制御することが可能な切羽押圧力制御回転掘進機に関する。
地山を掘削してトンネル孔を形成する掘進機は、先端にカッターヘッドを有する掘進機本体と前胴を複数の方向制御ジャッキによって接続して構成される。掘進機は、カッターヘッドを回転駆動し、後胴の後端に接続した推進管列の最後端に配置した元押しジャッキにより付与された推進力によって計画線に沿って推進される。
地山を掘進中に掘進機の推進方向が計画線からズレた時には、方向制御ジャッキを操作し掘進機本体と前胴を相対的に屈曲させて方向修正を行っている。このため、計画線に沿った正確な精度を維持するためには、複数の方向制御ジャッキを常に可動する必要がある。
掘進機による推進施工は、推進管列自体が弾性体であり、各継手部のクッション材が加わると、元押しジャッキによる推進力に対して推進管列が縮んで推進力の一部が吸収されるたり、管列自体の推進力抵抗が周辺地盤により変化するため切羽にかかる掘進機のカッターヘッドの押圧力の大きさが不明で不安定となる。
土質条件が緩い砂層や砂礫層の地盤で、切羽土圧に対して押圧力が低い場合には、カッターヘッドで切羽を切削するとその周辺の土砂が大きく崩れ込みチャンバ内に流れ込み、外周地盤に空隙が生じ、地盤沈下などのトラブルが発生する。また、反対に切羽土圧に対してカッターヘッドの押圧力が高い場合には、地盤隆起や掘進負荷が増加して掘削不能となる。
さらに、玉石や巨礫を含む地盤では、押圧力が低い場合は、カッターヘッド前面に装備したビットによって玉石や巨礫が揺動し、一度揺動が始まると玉石等には掘進機のもつ破砕力に対する反力がないため、玉石等の破砕ができなくなる。また、硬い岩盤の場合、押圧力が高い場合、カッターヘッドに配置したビットが岩盤に食い込み効率良く掘削ができなくなる。
この課題を解決するためには、掘進機を切羽に対して押圧する単独の押圧力と、押圧力を測定し最適の押圧力を付加する装置が必要になる。
この課題を解決するためには、掘進機を切羽に対して押圧する単独の押圧力と、押圧力を測定し最適の押圧力を付加する装置が必要になる。
その対策として、方向制御ジャッキによって掘進機本体のカッターヘッドを切羽に押圧する方法が提案されているが、掘進中常に掘進機の方向修正が必要とされる方向制御ジャッキを、掘進中に継続して使用する掘進機押圧力管理装置として兼務することは困難である。
本発明の切羽押圧力制御回転掘進機は、簡単な構造で掘進機の切羽面への押圧力を適正に制御することが可能な切羽押圧力制御式回転掘進機を提供することを目的とする。
本発明の切羽押圧力制御回転掘進機は、前記課題を解決するために、回転駆動されるカッターヘッドを装備した掘進機本体と、掘進機本体に連結される前胴と、前胴に配置され掘進機本体の掘進方向を制御する複数の方向制御ジャッキと、前胴に配置されカッターヘッドに切羽押圧力を付加する推力点ジャッキと、前記推力点ジャッキによるカッターヘッドの切羽押圧力を切羽土圧及び切羽土質条件に対応した切羽押圧力に制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、カッターヘッドの切羽押圧力を前記推力点ジャッキに付加される油圧値に基づき制御することを特徴とする。
回転駆動されるカッターヘッドを装備した掘進機本体と、掘進機本体に連結される前胴と、前胴に配置され掘進機本体の掘進方向を制御する複数の方向制御ジャッキと、前胴に配置されカッターヘッドに切羽押圧力を付加する推力点ジャッキと、前記推力点ジャッキによるカッターヘッドの切羽押圧力を切羽土圧及び切羽土質条件に対応した切羽押圧力に制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、カッターヘッドの切羽押圧力を前記推力点ジャッキに付加される油圧値に基づき制御することで、カッターヘッドの切羽押圧力を専用の推力点ジャッキにより実施できるので、切羽土圧、水圧及び切羽土質条件に応じた適正な切羽押圧力で切羽を掘削することが可能となり、安全で効率の良い推進施工が可能となる。また、玉石や巨礫地盤でも適当な切羽押圧力によって、玉石や巨礫を確実にホールドしながら破砕することが可能となり、カッターヘッドの切羽押圧力を容易に測定し制御することが可能となる。
本発明の切羽押圧力制御回転掘進機１の実施形態を図により説明する。図１は、本発明の切羽押圧力制御回転掘進機１による地中掘進の状況を示す概略図である。
地中に発進立坑２と到達立坑３を掘削する。発進立坑２から切羽押圧力制御回転掘進機１により掘進を開始する。切羽押圧力制御回転掘進機１は、先端にカッターヘッド７を配置した掘進機本体４と、掘進機本体４に連結される前胴５と、前胴に連結される後胴６により構成される。
切羽押圧力制御回転掘進機１による掘進が進むと後胴６に発進立坑２に配置した元押しジャッキ８により新設管９が押しこみ連結される。この作業を繰り返して到達立坑３まで新設管９を敷設する。
図２、図３、図４より切羽押圧力制御回転掘進機１の詳細を説明する。掘進機本体４の
先端にカッターヘッド７が回転自在に配置される。カッターヘッド７には、図３に示されるように、センターツーコーンビット１０、補助ローラビット１１、ゲージカッター１２、フェースローラビット１３等が配置される。
先端にカッターヘッド７が回転自在に配置される。カッターヘッド７には、図３に示されるように、センターツーコーンビット１０、補助ローラビット１１、ゲージカッター１２、フェースローラビット１３等が配置される。
掘進機本体１に前胴５が一定角度回転可能に連結される。掘進機本体１の後部には隔壁１４が設置され前胴５と区画される。掘進機本体１には、切羽土質を判定するための切羽地層サンプリング手段が配置される。切羽土質サンプリング手段により得られたサンプルは、隔壁１４に設けた開閉扉を開けて回収する。
前胴５には、カッターヘッド７を回転駆動する電動モータ１５が配置され、電動モータ１５の出力軸が減速機１６、ユニバーサルジョイント１７を介してカッターヘッド７に連結され、カッターヘッド７が回転駆動される。
前胴５の前部には、掘進機本体１の方向を制御する方向制御ジャッキ１８が配置され、前胴５の後部には、カッターヘッド７を切羽面に押圧する専用の推力点ジャッキ１９が配置される。推力点ジャッキ１９に関して後述する。前胴５には、掘進機本体４のカッターヘッド７で掘削された土砂を搬送するクラッシャーフィーダー２０や排泥管、送水管等が配置され、掘進機本体１の隔壁１４には、それらと連通する開口が形成される。隔壁１４には、切羽面の土圧を測定する土圧センサー２１が配置される。
前胴５に後胴６が連結される。後胴６には、油圧ポンプ２２、機内制御装置２３が配置される。油圧ポンプ２２からの油圧により方向制御ジャッキ１８、推力点ジャッキ１９が駆動される。機内制御装置２３は、切羽押圧力制御回転掘進機１の各種パラメータを制御するが、ここでは、推力点ジャッキ１９の制御について説明する。
推力点ジャッキ１９には、油圧ポンプ２２からの油圧が制御弁と油圧計を介して供給される。油圧計による推力点ジャッキ１９に供給される油圧値は機内制御装置２３に送信される。また、切羽面土圧を測定する土圧センサー２１からの切羽面土圧の測定データも機内制御装置２３に送信される。また、機内制御装置２３には、切羽土質サンプリング手段により得られた切羽土質に関するデータも入力される。
カッターヘッド７を回転駆動して切羽面を掘削する際、機内制御装置２３は、土圧センサー２１からの切羽面土圧のデータと切羽土質のデータに基づいて推力点ジャッキ１９による切羽押圧力を決定し、決定した切羽押圧力に対応する推力点ジャッキ１９に供給する油圧値にするため制御弁を制御する。
以上のように、本発明の切羽押圧力制御回転掘進機１によれば、カッターヘッドの切羽押圧力を専用の推力点ジャッキ１９により実施できるので、切羽面土圧、水圧及び切羽土質条件に応じた適正な切羽押圧力で切羽を掘削することが可能となり、安全で効率の良い推進施工が可能となる。また、玉石や巨礫地盤でも適当な切羽押圧力によって、玉石や巨礫を確実にホールドしながら破砕することが可能となる。さらに、外周駆動タイプの掘進機においては、推力点ジャッキによる切羽押圧力が把握することができるため、回転駆動部の要となるベアリングの過負荷を防止することが可能となる。
１：切羽押圧力制御回転掘進機、２：発進立坑、３：到達立坑、４：掘進機本体、５：前胴、６：後胴、７：カッターヘッド、８：元押しジャッキ、９：新設管、１０：センターツーコーンビット、１１：補助ローラビット、１２：ゲージカッター、１３：フェースローラビット、１４：隔壁、１５：電動モータ、１６：減速機、１７：ユニバーサルジョイント、１８：方向制御ジャッキ、１９：推力点ジャッキ、２０：クラッシャーフィーダー、２１：土圧センサー、２２：油圧ポンプ、２３：機内制御装置、
Claims (1)
- 回転駆動されるカッターヘッドを装備した掘進機本体と、
掘進機本体に連結される前胴と、
前胴に配置され掘進機本体の掘進方向を制御する複数の方向制御ジャッキと、
前胴に配置されカッターヘッドに切羽押圧力を付加する推力点ジャッキと、
前記推力点ジャッキによるカッターヘッドの切羽押圧力を切羽土圧及び切羽土質条件に対応した切羽押圧力に制御する制御装置と、
を備え、前記制御装置は、カッターヘッドの切羽押圧力を前記推力点ジャッキに付加される油圧値に基づき制御することを特徴とする切羽押圧力制御回転掘進機。
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| JP2016081850A JP6681775B2 (ja) | 2016-04-15 | 2016-04-15 | 切羽押圧力制御回転掘進機 |
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ID=60085685
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| CN110656943A (zh) * | 2018-06-28 | 2020-01-07 | 中南大学 | 一种盾构砂性渣土改良能力提升及参数确定方法 |
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2016
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