JPH02101285A - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、掘削方法及び装置に関するものである。

（ロ）従来の技術 トンネルなどを掘削するための従来の掘削装置としては
、揺動可能なブームの先端にドリルを設けたものがある
。すなわち、自走可能なフレームにブームを上下方向軸
及び左右方向軸を中心として揺動可能に設け、ブームの
先端にさく青用のドリルを設けたものである。このドリ
ルを用いて所定箇所の穴あけをした後、ブームを移動さ
せ、次の穴あけを行い、順次円周上に穴を設けていく。

これによりトンネルの形状に沿った多数の穴が設けられ
ることになる。次いで、穴に油圧式くさびを挿入し、発
破などを用いて掘削面を破壊する。

また、上記とは別の掘削装置として、トンネルの全面を
覆う回転カッターを有するトンネル掘進機がある。これ
は、回転カッターを回転させつつ直進して掘削面全体を
掘削していく。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上述のようにブームの先端に設けたドリルを用いて順次
穴あけする装置の場合には、ドリルを用いて多数箇所に
穴あけする必要があり、作業能率が悪いという問題点が
ある。また、ブームを上下方向及び左右方向に移動させ
ることにより、ドリルを円軌道上に沿って移動させる必
要があるため、ドリルの位置決め精度がよくないという
問題点もあり、また作業性も好ましくない。

また、トンネル掘進機の場合には、装置が大型となり、
また価格も高くなるという問題点がある。

本発明は、上記のような課題を解決することを目的とし
ている。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、液体ジェット式のツールを旋回させて掘削す
ることにより上記課題を解決する。すなわち、本発明に
よる掘削方法は、掘削面に液体ジェットを噴射すること
により所定深さの穴を設け、次いで太軸に直交する方向
に液体ジェットを噴射させつつこれを穴軸方向に往復動
させ、かつ液体ジェットをこれの噴射方向が接線方向と
なる向きに所定の回転半径で回転させることにより、円
形又は円弧状のトンネル外周形状に対応したみぞを形成
する各工程から構成される。

また、上記方法を実施する掘削装置は、走行装置を備え
た主フレーム（ｌＯ）と、主フレームに少なくとも上下
方向に移動可能に支持される可動フレーム（１５）と、
可動フレームに揺動可能に設けられかつ全体が水平方向
軸を中心として旋回可能なブーム（２３及び４８）と、
ブームの先端に姿勢調節可能に設けられるツール支持装
置（９０）と、ツール支持装置に設けられる穴掘削用ツ
ール（３７）及びみぞ掘削用ツール（４２）と、穴掘削
用ツール及びみぞ掘削用ツールのいずれか一方を所定の
掘削位置に設定するツール切換装置（３４）と、穴掘削
用ツール及びみぞ掘削用ツールを掘削穴の軸方向へ移動
させるツール前後進装置（３９）と、を有している。穴
掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールは液体を高速で掘削
部に噴射して切削することにより掘削を行う液体ジェッ
ト式のものである。なお、かっこ内の符号は後述の第１
実施例の対応する部材を示す。なお、ツール支持装置は
、ブームに移動可能に設けられたキャリア（７３及び７
４）に設けるようにすることもできる。

（ホ）作用 まず、穴掘削用ツールによりトンネル外周に対応する所
定位置に穴あけする。次いで、みぞ掘削用ツールにより
、穴を起点としてみぞを掘削していく。みぞ掘削用ツー
ルを、トンネルの中心を回転中心として旋回させること
により、トンネル形状に沿ったみぞが設けられることに
なる。全周にわたってみぞが設けられた後は、従来と同
様に油圧式くさび、発破などを用いて掘削面を破壊する
。

（へ）実施例 （第１実施例） 第１〜５図に第１実施例を示す。第１図に示すように、
主フレーム１０はキャタピラ式の走行装置１１及びアウ
トリガ−１２を有している。主フレーム１０の上面に揺
動可能に設けられた２本の平行なアーム１３及び１４の
上端部側に可動フレーム１５が連結されている。アーム
１４と主フレーム１０とが油圧シリンダ１６によって連
結されている。従って、油圧シリンダ１６のピストンロ
ッドを伸縮させてアーム１４を揺動させることにより、
可動フレーム１５を移動させることができる。すなわち
、可動フレーム１５は第１図に示す姿勢を保ったまま上
下及び前後に移動することになる。可動フレーム１５に
は、中空の第１軸１７及びこれの中空部を貫通する第２
軸１８が、互いに独立に回転可能に支持されている。第
１軸１７の第１図中で左端側に第１ブーム支持部材１９
が取付けられている。また、第２軸１８の第１図中左端
側に第２ブーム支持部材２０が取付けられている。第１
軸１７は、電動機を備えた回転駆動装置２１によって回
転駆動可能である。また、第２軸１８は、同様の回転駆
動装置２２によって回転駆動可能である。第１ブーム支
持部材１９にピン２４によって第１ブーム２３が揺動可
能に連結されている。第１ブーム２３と第１ブーム支持
部材１９とが油圧シリンダ２５によって連結されている
。第１ブーム２３の先端には、第３図に示すように、ピ
ン２６によって支持部材２７が回転可能に連結されてお
り、またこの支持部材２７にピン２８によって別の支持
部材２９が回転可能に連結されている。第１ブーム２３
と支持部材２７とが油圧シリンダ３０によって連結され
ている。また、支持部材２７と支持部材２９とが油圧シ
リンダ３１によって連結されている。これにより支持部
材２９は、ピン２６を中心として回動可能であり、かつ
ピン２８を中心として回動可能である。支持部材２９、
支持部材２７などがツール支持装置９０を構成する。支
持部材２９には更にピン３２によって支持部材３３が回
動可能に連結されている。支持部材３３と支持部材２９
とが油圧シリンダ３４によって連結されている。この油
圧シリンダ３４、支持部材３３などがツール切換装置を
構成する。支持部材３３上には、部材３５がピン３２と
平行方向に移動可能に支持されている。支持部材３３に
取付けられた油圧シリンダ３６のピストンロッドが部材
３５と連結されている。部材３５に穴掘削用ツール３７
が設けられている。穴掘削用ツール３７には、これに作
用する外力を検出する荷重センサー８１が設けられてい
る。穴掘削用ツール３７は回転装置３８による回転及び
ツール前後進装置３９による前後進が可能である。穴掘
削用ツール３７は先端部に高速で液体ジェットを噴射す
るノズル３７ａを有している。噴射される液体には研摩
材が混入される。部材３５にブラケット４０を介して部
材４１が取付けられており、この部材４１にみぞ掘削用
ツール４２が設けられている。みぞ掘削用ツール４２に
は、これに作用する外力を検出する荷重センサー８２が
設けられている。みぞ掘削用ツール４２は回転装置４３
によって回転駆動可能であり、また上述のツール前後進
装置３９によって前後進可能である。みぞ掘削用ツール
４２はこれの長手方向にほぼ直交する向きに高速で液体
ジェットを噴射するノズル４２ａを複数個を備えている
（第５図参照）。穴掘削用ツール３７とみぞ掘削用ツー
ル４２とはピン３２を中心として同−半径上に配置され
ており、また両者は所定の角度θを成すように配置され
ている。なお、第５図に示すように、みぞ掘削用ツール
４２には２つの接触式の位置センサー４５及び４６が設
けられている。位置センサー４５及び４６はみぞ掘削用
ツール４２からの距離が互いに異なる位置で作動するよ
うに設定されている。

第２ブーム支持部材２０にはピン４７を支点として揺動
可能な第２ブーム４８が設けられている。第２ブーム４
８は油圧シリンダ４９によって駆動される。′Ｍ２プー
ム４８の先端側には、第１ブーム２３の先端側に設けた
ものと全く同様の構造の穴掘削用ツール３７、みぞ掘削
用ツール４２などが取付けられている。

次にこの実施例の作用について説明する。まず、走行装
置１１によって主フレーム１０をトンネルの掘削面６０
の前面まで移動させ、次いでアウトリガ−１２によって
静止させる。次いで、油圧シリンダ１６を作動させ、ア
ーム１３及び１４を揺動させ、可動フレーム１５の第１
軸１７及び第２軸１８をトンネルの中心に一致させる。

第１ブーム２３及び第２ブーム４８はそれぞれ回転駆動
装置２１及び回転駆動装置２２によって第１軸１７及び
第２軸１８を中心として互いに反対側に位置するように
する。また、第１ブーム２３及び第２ブーム４８の開き
角度はそれぞれ油圧シリンダ２５及び油圧シリンダ４９
によって調節する。

また、穴掘削用ツール３７が所定の掘削位置（第３図に
示す位置）にくるように油圧シリンダ３４によって位置
決めしておく。また、穴掘削用ツール３７の姿勢は油圧
シリンダ３０及び３１によって調節する（第１図に示す
ように、穴掘削用ツール３７は水平軸と角度αをなすよ
うにする）。また、穴掘削用ツール３７の長平方向位置
についても油圧シリンダ３６によって調節する。次いで
、穴掘削用ツール３７の先端のノズル３７ａから高速で
液体ジェットを噴射し、穴あけを行いつつツール前後進
装置３９によって穴掘削用ツール３７を前進させる。こ
れにより所定深さの六６２が形成される。所定の穴深さ
に達した後は穴掘削用ツール３７を後退させ、油圧シリ
ンダ３４を作動させることによりみぞ掘削用ツール４２
を角度θだけ回転させ、これを掘削位置に設定する。次
いで、みぞ掘削用ツール４２を穴６２内に挿入し、みぞ
掘削を開始する。みぞ掘削用ツール４２のノズル４２ａ
からは、第５図に示すように、これの長手方向にほぼ直
交する向きに高速で液体ジェットが噴射される。みぞ掘
削中、みぞ掘削用ツ・−ル４２はツール前後進装置３９
によって前後進させられる。また、掘削中みぞ掘削用ツ
ール４２は第１ブーム２３と共に回転駆動装置２１によ
って旋回させられる。第２ブーム４８側についても同様
である。なお、第１ブーム２３及び第２ブーム４８の回
転方向は例えば互いに逆とする。

これにより、第４図に示すように、円形のみぞ６４が形
成されていき、これがトンネル外周部にほぼ対応するこ
とになる。なお、第１ブーム２３と第２ブーム４８とは
独立に回転駆動されるので、両者は必ずしも同期して回
転駆動する必要はなく、切削速度に応じて旋回速度をそ
れぞれ独立に制御することができる。また、送り速度の
制御は、第５図に示す２つの位置センサー４５及び４６
の間に掘削すべき部分が位置するようにみぞ掘削用ツー
ル４２の位置を制御することにより行われる。なお、第
１プーム２３側のみぞ６４と第２ブーム側のみぞ６４と
が接続される位置にあらかじめ穴６３を設けておいても
よい。

トンネル外周部に相当するみぞ６４の内周側に、破壊を
容易にするための別のみぞを形成する場合には、第１ブ
ーム２３及び第２ブーム４８の成す角度を小さくして両
者を旋回させることにより同様に行うことができる。ま
た、みぞ掘削用ツール４２を半径方向に移動させて半径
方向のみぞを掘削することもできる。なお、この場合に
は第１ブーム２３及び第２ビーム４８を揺動させつつ、
油圧シリンダ３６によって部材３５の位置を制御する必
要がある。

上述のようにしてみぞ掘削が終った後は、従来と同様に
油圧式くさび挿入機によってみぞ内にくさびを挿入して
破壊するか、又は発破などを用いて掘削面６０を破壊す
る。これにより１サイクルの掘削作業が終了する。

なお、前述のように穴掘削用ツール３７及びみぞ掘削用
ツール４２の支持部にはそれぞれ荷重センサー８１及び
８２が設けられている。この荷重センサー８１及び８２
によって所定以上の荷重が検出された場合には、穴掘削
用ツール３７及びみぞ掘削用ツール４２の送りを停止さ
せ、これらを後退させる。これにより穴掘削用ツール３
７及びみぞ掘削用ツール４２などの破損を防止すること
ができる。

なお、この掘削装置を工事現場などに輸送する際には、
可動フレーム１５を主フレーム１０側に倒せばよい。こ
れにより装置全体の高さ及び長さが小さくなり輸送が容
易となる。

位置センサー４５及び４６としては接触式のものを用い
たが、これは光学式など無接触式のものとすることもで
き、また液体ジェットの噴射音の周波数が掘削部との距
離によりて変わるので、これを用いて距離を計測するこ
ともできる。

（第２実施例） 第６及び７図に本発明の第２実施例を示す。この第２実
施例では、ブーム７１及び７２がほぼ垂直面内に配置さ
れており、このブーム７１及び７２上にそれぞれ半径方
向に移動可能なキャリア７３及び７４が設けられており
、このキャリア７３及び７４に第１実施例と同様の穴掘
削用ツール３７及びみぞ掘削用ツール４２などが設けら
れている。この第２実施例では穴掘削用ツール３７及び
みぞ掘削用ツール４２の半径方向への移動が、キャリア
７３及び７４を移動させることにより可能となるので、
半径方向のみぞを掘削する際の制御が容易となる。ブー
ム７１及び７２は作業中は水平方向軸に直交する状態に
保持されるが、運送中は油圧シリンダ７５によって回動
させ、高さを低くすることができる。なお、上記以外の
構成については第１実施例とほぼ同様であるので、第１
実施例と同様の参照符号を付して詳細な説明は省略する
。

（第３実施例） 第８図に第３実施例を示す。この第３実施例は、主フレ
ーム１０上に旋回装置８５及び直動式の上下動装置８６
を介して可動フレーム１５を支持するようにしたもので
ある。旋回装置８５は軸心８７を中心として左右に約９
０°旋回可能である。上下動装置８６は、固定部８６ａ
及び２つのスライド８６ｂ及び８６ｃを有する２段式の
ものであり、スライド部８６ｃに可動フレーム１５が取
り付けられる。スライド部８６ｂ及び８６ｃはそれぞれ
電動機及びボールねし機構によって駆動され、ガイドレ
ールに沿って上下動可能である。

その他の構成は第１実施例と同様であるので、同様の参
照符号を付して詳細な説明は省略する。この第３実施例
では、旋回装置８５によって掘削方向を変えることがで
きる。また、２段式の上下動装置８６によって、輸送中
における装置の全高を低下させることができる。

（ト）発明の詳細 な説明してきたように、本発明によると、次のような効
果を得ることができる。すなわち、本発明方法は、液体
ジェットを用いて穴を掘削し、次いで液体ジェットを往
復動させつつ回転させることによりみぞを掘削するよう
にしたので、非常に効率良く円形のみぞを形成すること
ができる。

また、本発明装置によると、円形のみぞの掘削がブーム
を旋回させることだけにより可能となる。

これにより制御が簡単化され、また正確な円形みぞを掘
削することができる。また、穴掘削用ツールとみぞ掘削
用ツールとは所定の掘削位置に切換えて使用するように
しであるので、穴掘削用ツールによって掘削した穴内に
みぞ掘削用ツールを確実に挿入することができ、作業能
率が向上する。

また、はぼ対称位置に配置した２本のブームに穴掘削用
ツール及びみぞ掘削用ツールを設けて掘削するようにす
ると、バランスが良く、またブームが１本の場合よりも
作業能率が向上する。また、２つのブームの回転を独立
に制御すると、掘削速度が遅い側に同期させて掘削を行
う必要がなく、作業能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の掘削装置を示す図、第２
図は第１図の矢印１１方向に見た図、第３図は第２図の
部分拡大図、第４図は掘削面の掘削状態を示す図、第５
図はみぞ掘削用ツールによる掘削状態を示す図、第６図
は本発明の第２実施例を示す図、第７図は第６図の矢印
Ｖ１１方向に見た図、第８図は本発明の第３実施例を示
す図である。 １０・・・主フレーム、１５・・・可動フレーム、２３
・・・第１ブーム、３４・・・ツール切換装置、３７・
・・穴掘削用ツール、３９・・・ツール前後進装置、４
２・・・みぞ掘削用ツール、４８・・・第２ブーム、９
０・・・ツール支持装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、掘削面に液体ジェットを噴射することにより所定深
   さの穴を設け、次いで穴軸にほぼ直交する方向に液体ジ
   ェットを噴射させつつこれを穴軸方向に往復動させ、か
   つ液体ジェットをこれの噴射方向が接線方向となる向き
   に所定の回転半径で回転させることにより、円形又は円
   弧状のトンネル外周形状に対応したみぞを形成する掘削
   方法。 ２、走行装置を備えた主フレームと、主フレームに少な
   くとも上下方向に移動可能に支持される可動フレームと
   、可動フレームに揺動可能に設けられかつ全体が水平方
   向軸を中心として旋回可能なブームと、ブームの先端に
   姿勢調節可能に設けられるツール支持装置と、ツール支
   持装置に設けられる穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツー
   ルと、穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールのいずれか
   一方を所定の掘削位置に設定するツール切換装置と、穴
   掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールを掘削穴の軸方向へ
   移動させるツール前後進装置と、を有しており、穴掘削
   用ツール及びみぞ掘削用ツールは液体を高速で掘削部に
   噴射して切削することにより掘削を行う液体ジェット式
   のものである掘削装置。 ３、走行装置を備えた主フレームと、主フレームに少な
   くとも上下方向に移動可能に支持される可動フレームと
   、可動フレームに垂直面内で旋回可能に設けられるブー
   ムと、ブームにこれの軸方向に移動可能に設けられるキ
   ャリアと、キャリアに姿勢調節可能に設けられるツール
   支持装置と、ツール支持装置に設けられる穴掘削用ツー
   ル及びみぞ掘削用ツールと、穴掘削用ツール及びみぞ掘
   削用ツールのいずれか一方を所定の掘削位置に設定する
   ツール切換装置と、穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツー
   ルを掘削穴の軸方向へ移動させるツール前後進装置と、
   を有しており、穴掘削用ツール及びみぞ掘削用ツールは
   液体を高速で掘削部に噴射して切削することにより掘削
   を行う液体ジェット式のものである掘削装置。 ４、可動フレームが主フレームに垂直軸を中心として旋
   回可能に設けられている請求項２又は３記載の掘削装置
   。 ５、ブームが２本設けられており、２本のブームはそれ
   ぞれ独立に旋回可能である請求項２、３又は４記載の掘
   削装置。