JPH03180690A - トンネル掘削機 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、硬岩層などの比較的硬い地層にトンネルを
掘削する場合に用いられるトンネル掘削機に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来から知られているこの種のトンネル掘削機には、大
別して、例えば特公昭６２−３２３１９号公報の第２図
に開示されているようなビーム型トンネル掘削機と、例
えば特公昭６２−３２３１９号公報の第３図や特開昭６
３−１２５７９９号公報などに開示されているようなハ
イプソッド型掘削機とがある。

第７図は前者のビーム型トンネル掘削機の縦断面図を示
し、同図において、１はカッタディスクで、架台ビーム
２に回転自在に支承され、電動モータ３により駆動回転
されるシャフト４の前端に連結されている。５，６はグ
リッパで、上記架。

台ビーム２上に前後　動可能に装備されている。

７はサポートレッグで、上記架台ビーム２の後端部に装
備されている。８．９は推進ジヤツキで、機体全体を尺
取虫式に掘進させる。１０は掘削土石の搬出用ベルトコ
ンベヤである。

上記構成のビーム型トンネル掘削機によれば、グリッパ
５．６を坑壁Ｗに押し当てて、その坑壁Ｗから掘削反力
をとった状態で１．推進ジヤツキ８を伸長させることに
より、電動モータ３を介して駆動回転されるカッタディ
スク１によって地層を掘削し、その掘削土石をベルトコ
ンベヤ１０により後方に搬出する。所定ストロークの掘
進が終了したならば、上記カッタディスク１の直後を含
め、トンネル軸線方向に適当間隔を隔てた複数個所にお
いて、支保工１１の組立、あるいは、吹付けなどの坑壁
Ｗの崩落防止のための地山対策を施す。次に、上記グリ
ッパ５．６を坑壁Ｗから離間させるとともに、サポート
レッグ７を坑壁Ｗに押し当てた状態で、ジヤツキ９を伸
長させることにより、グリッパ６が前進する。以上の動
作を繰り返すことにより、所定の掘進を行なう。

第８図は後者のハイブリッド型掘削機の縦断面図を示し
、同図において、２０は円筒状のシェルで、この円筒状
シェル２０は、軸線方向に沿って配設された前胴２１、
中胴２２および後１ｉｉ２３からなり、これら各胴２１
．２２および２３をそれぞれシール２４．２５を介して
屈曲自在に接合されている。２６はカッタディスクで、
円筒形の支持体２７および軸受２８を介して上記円筒状
シェル２０の前胴２１に回転自在に支承されているとと
もに、カッタディスク駆動装置である電動モータ２９に
ビニオン３０．　リングギヤ３１を介して連動連結され
ている。このカッタディスク２６と上記円筒状シェル２
０とはほぼ同一の外径に構成されている。

３２はフロントグリッパで、上記前胴２１の外周部に装
着されており、油圧力を介して半径方向に伸縮させろこ
とにより、前胴２１を坑壁Ｗに固定できるようになって
いる。

上記円筒状シェル２０の中ｆＪＡ２２は、上記前胴２１
と同一外径の外筒３３とこの外筒３３内を軸方向に摺動
するように嵌合された内筒３４とから伸縮自在に構成さ
れており、内外筒３４．３３間には水密用シール３５お
よび摺動用メタル３６が介在されている。

３７はリアグリッパで、上記後胴２３の外周部に装着さ
れており、油圧力を介して半径方向に伸縮させることに
より、後Ｗ４２３を坑壁Ｗに固定できるようになってい
る。３８は推進装置を構成するスラストジヤツキで、こ
のスラストジヤツキ３８は上記後胴２３と前胴２１との
間にわたって架設されている。なお、３９は流体式コン
ベヤで、ベルトコンベヤであってもよい。

上記構成のハイブリッド型掘削機によれば、リアグリッ
パ３７を坑壁Ｗに押し付けて後胴２３を固定し、この後
胴２３により掘削反力をとった状態で、スラストジヤツ
キ３８を伸長させることにより、中胴２２の内筒３４お
よび前胴２１が前進し、駆動回転するカッタディスク２
６が地層を掘削する。所定ストロークの掘進が終了した
ならば、フロントグリッパ３２を坑壁Ｗに押し付けて前
ＷＡ２１を固定するとともに、リアグリッパ３７を坑壁
Ｗから離間させるように縮小させた状態で、スラストジ
ヤツキ３８を収縮させることにより、中胴２２の外筒３
３および後胴２３が前進し、その後方にセグメントＳを
施工する。以上の動作を繰り返すことにより、所定の掘
進を行なう。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記した従来のトンネル掘削機のうち、第７
図に示すビーム型トンネル掘削機は、カッタディスク１
を含むヘッド部にくらべて、その後部の外形寸法が小さ
いために、カッタディスク１を含むヘッドの一部を解体
したり、外形が小さくなるような折畳み構造を採用する
ことにより、後部の機械部分は現状に保ったままで、掘
削済みのトンネル内を後退させて取出すことができると
ともに、支保工１１の組立てや吹付けなどの坑壁の崩落
防止のための地山対策をカッタディスク１を含むヘッド
部の直後で、掘削後の早い時期に行なうことができ、ま
た、カッタディスク１の交換による掘削径の変更も容易
である等の利点を有している反面、支保工１１の組立て
にもかかわらず、側面や支保工間の隙間から坑壁土砂の
一部が崩落した場合、その崩落土石が推進ジヤツキ８゜
９や電動モータ３などにぶつかり、それらを傷つけたり
、作動不良を招くなどのトラブルを生じる可能性があり
、また、吹付けの場合は上記のような機器を汚損しやす
い、さらに、カッタディスクの補修やカッタ部品の交換
等に際しては、作業者の切羽へのアクセスが必要である
けれども空間的に十分な広さがとれず、また、切羽に出
るために不都合をともなう。

一方、第８図に示すハイブリッド型トンネル掘削機は、
電動モータ２９、スラストジヤツキ３８等の機器が円筒
状シェル２０内に収納されて防護されているとともに、
切羽へのアクセスもシェル２０内であり、つねに安全性
を確保できる等の利点を有している反面、上記円筒状シ
ェル２０の外径がカッタディスク１の外径、つまり掘削
径とほぼ同一であるから、機器全体を分解しない限り、
掘削済みのトンネル内を後退して取出すことができない
。また、掘削後のできるだけ早い時期に施工することが
望ましい支保工の組立てや吹付けなどの地山対策が機械
の後方、すなわち、円筒状シェル２０における後胴２３
の後部となり、それだけ坑壁の崩落の発生確立が高い。

さらに、カッタディスク２６の交換による掘削径の変更
ができないものであった。

この発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、
ビーム型およびハイブリッド型それぞれの利点を活かし
、掘削済みトンネル内を後退させての機械の取出しを容
易に行なうことができるとともに、崩落防止のための他
山対策を効果的に行なうことができ、かつ、機器および
作業者に対する安全性の確保にも優れたトンネル掘削機
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明は、カッタディス
クおよびその軸受部と駆動装置からなる掘削部と、その
後方に摺動伸縮自在に構成された筒状の胴体と、掘削反
力支持装置を装備した筒状の反力受部とを配設し、上記
掘削部と反力受部間に架設された推進装置を有するトン
ネル掘削機であって、上記胴体および反力受部の外寸法
を、掘削済みのトンネル内を後退通過するのに十分な程
度に小さく構成し、上記カッタディスク駆動装置、推進
装置が上記胴体内に収納されているものである。

［作用］ この発明によれば、カッタディスク駆動装置、推進装置
が摺動伸縮自在な筒状の胴体内に収納されているので、
これら機器を崩落土石などから防護することができると
ともに、他山対策として吹付けを採用した場合、それら
機器の汚損を防止することができ、かつ、切羽へのアク
セスが筒状の胴体内となり、作業者の安全性を確保でき
る。

また、上記筒状の胴体および掘削反力を支持する筒状の
反力受部の外寸法が、カッタディスクよりも小さくて、
上記各装置を収納するのに十分で、かつ、掘削済のトン
ネル内を現状のままで後退するのに十分な大きさに構成
されているので、カッ多ディスクを含む掘削部を分解す
る、あるいは、小さく折畳むだけで、筒状の胴体および
反力受部は円周方向や半径方向に分割したり、解体する
ことなく、現状のままで、すなわち、掘削時の形態を保
ったままで掘削済のトンネル内を後退させてピットから
地上などに取り出すことができる。さらに、掘削時には
、カッタディスクを含む掘削部の直後において、支保工
の組立てや吹付けなどの崩落防止のための地山対策を施
すことができる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面にもとづいて説明する
。

第１図はこの発明に係るトンネル掘削機の全体の縦断面
図であり、同図において、４０はカッタディスクで、そ
の外径はほぼ掘削径と同一に設定されており、その前面
には第２図に示すように、着脱交換可能な多数のローラ
カッタ４１および掘削土石の呑み込み口４２を有してい
る。また、このカッタディスク４０は径方向の分割ライ
ン４３により２分割されており、その分割ライン４３に
おいて両分割体を重ね合わすように折畳むことにより、
掘削径よりも小さくできるようになっている。４４は円
筒状のサポートシールドで、上記カッタディスク４０と
ほぼ同一の外径を有し、掘削時に坑壁Ｗをガイドとして
カッタディスク４ｏを所定方向に推進させるためのガイ
ド機能をもっている。このサポートシールド４４に、上
記カッタディスク４０が円筒状の支持体４５および軸受
４６を介して回転自在に支承されているとともに、電動
モータ４７にビニオン４８およびリングギヤ４９を介し
て連動されている。以上により掘削前胴部５０が構成さ
れている。なお、上記サポートシールド４４は軸受４６
と分割可能とされ、カッタディスク４０の折畳みを許容
する構造となっている。

５１は円筒状の胴体で、外筒５２とこの外筒５２内を掘
削方向、つまり軸方向に摺動するように嵌合された内筒
５３とから伸縮自在に構成されており、第３図に示すよ
うに、内筒５３の外周に設けたスライドキー５４を外筒
５２側のキー溝部材５５に嵌合することにより回転が阻
止されているとともに、内外両筒５３，５２間定は水密
用シール５６および摺動用メタル５７が介在されている
。５８はフロントグリッパで、上記外筒５２の前端部の
外周部において、第３図に示すように、周方向に４個装
着されており、油圧ジヤツキ５９を介して半径方向に伸
縮させることにより、外筒５２を坑壁Ｗに固定できるよ
うになっている。

６０は円筒状の反力受部で、上記伸縮式の胴体５１にお
ける外筒５２とほぼ同一の外径を有している。６１は掘
削反力支持装置であるメイングリッパで、上記円筒状の
民力受部６０の外周部において、第４図に示すように、
周方向に２個装着されており、油圧ジヤツキ６２を介し
て径方向に出退させることにより、反力受部６０を坑壁
Ｗに固定して掘削反力を得るようになっている。

６３はスラストジヤツキで、このスラストジヤツキ６３
は周方向に複数個配置され、上記反力受部６０と伸縮式
胴体５１の外筒５２の前端部との間にわたって架設され
ている。６４は排土装置の１例であるベルトコンベヤで
、その前端が掘削前胴部５０内に位置され、伸縮式胴体
５１内および円筒部の反力受部６０内に挿通されている
。

なお、胴体５１、反力受部６０は本明細書では円筒状と
したが、必ずしも円筒状でなくてもよく、例えば角筒状
であってもよい。

以上のような構成のトンネル掘削機において、上記円筒
状の胴部５１および反力受部６０の外径りを、カッタデ
ィスク４０の外径Ｄ１よりも小さく構成する。詳述する
と、胴部５１の外径りを、電動モータ４７、スラストジ
ヤツキ６３、ベルトコンベヤ６４などを内部に収納する
のに十分な大きさで、かつ、掘削前胴部５０の直後に坑
壁Ｗの崩落防止のために組立てられる支保工１１の内径
よりも小さくて、胴体５１および反力受部６０を現状の
ままで掘削済のトンネル内を後退させるのに十分な大き
さに構成している。

上記の構成にともなって、上記円筒状の反力受部６０の
下側外周部には、第４図に示すように、この反力受部６
０および伸縮式胴体５１の軸線をトンネルの軸線に合致
させるように坑壁Ｗに受止め支持させるためのリヤサポ
ート６５が油圧ジヤツキ６６を介して半径方向に出退自
在に装着されている。

なお、第１図中の６７はデイティンジヤツキで、伸縮式
胴体５１における内筒５３と反力受部６０との間に架設
されており、このジヤツキ６７の伸縮により胴体５１と
反力受部６０との間の屈曲を可能にしている。６８はロ
ーリングジヤツキで、ローリング方向の修正を行なう。

また、６９はルーフシールドで、上記サポートシールド
４４の上方部にのみ後方に向かって延出され、このルー
フシールド６９内で支保工１１の組立てを行なうことが
できるようになっている。

つぎに、上記構成のトンネル掘削機の動作について説明
する。

まず、反力受部６０のメイングリッパ６１を径方向の外
方に突出させて坑壁Ｗに押し付けることにより、反力受
部６０を坑壁Ｗに固定させて掘削反力をとる。この状態
で、スラストジヤツキ６３を伸長させることにより、胴
体５１の外筒５２および掘削前胴部５０が、第５図の右
端で示すように、矢印方向Ａ１に前進しながら、駆動回
転するカッタディスク４０により地層を掘削し、その掘
削土石をベルトコンベヤ６４にて後方に搬出する。

所定ストロークの掘進が終了したならば、第５図の中間
に示すように、胴体５１のフロントグリッパ５８を径方
向の外方に突出させて坑壁Ｗに押し付けることにより、
胴体５１および掘削前胴部５０を固定するとともに、上
記メイングリッパ６１を径方向の内方に引退させる。

この状態で、スラストジヤツキ６３を収縮させることに
より、第５図の左端に示したように、胴体５１の内筒５
３および反力受部６０を前方に引き寄せ移動させる。

以上の動作を繰り返すことにより、所定の掘進を行なう
のであるが、ここで、この発明によれば、上記円筒状の
伸縮式胴体５１および反力受部６０の外径りがカッタデ
ィスク４０を含む掘削前胴部５０の外径Ｄ１よりも小さ
く、かつ、掘削時には反力受部６０のリヤサポート６５
が坑壁Ｗに押し付けられ、この反力受部６０および伸縮
式胴体５１をその軸線がトンネルの軸線に合致するよう
に坑壁Ｗに受止め支持させているので、上記伸縮式胴体
５１と坑壁Ｗとの間には、ＤＩ−Ｄに相当する環状の空
間Ａが形成されていることになる。したがって、この環
状空間Ａの前端部、すなわち、掘削前胴部５０の直後に
おいて支保工１１を組立てたり、あるいは、吹き付けに
より坑壁Ｗの崩落防止のための他山対策を施すことがで
きる。

また、電動モータ４７、スラストジヤツキ６３、ベルト
コンベヤ６４などの主要機器、デイティンジヤツキ６７
、ローリングジヤツキ６８、電機制御装置などの付帯設
備がすべて伸縮式胴体５１内に収納されているので、こ
れらを崩落土石などから防護することができるとともに
、地山対策として吹付けを採用した場合、これら機器、
設備の汚損を防止し、作動トラブルの発生をなくすこと
ができ、かつ、この伸縮式胴体５１の内部空間を切羽へ
のアクセスとして安全性を高めることができる。

さらに、掘削完了時などにおいて、カッタディスク４０
を分割ライン４３に沿って小さく折畳むことにより、伸
縮式胴体５１および反力受部６０は円周方向や半径方向
に分割したり、解体することなく、掘削時の形態を保た
せたままで掘削済みのトンネル内を後退させて、ピット
などから地上に取り出すことができる。

なお、上記実施例に示す構成のトンネル掘削機による掘
削方向の修正や変更は、複数個のスラストジヤツキ６３
の伸縮個数を選択する、いわゆる、片押しによって行な
うことができるが、そのほかにメイングリッパ６１のス
トロークの差やリヤサポート６５を用いて反力の中心点
の位置を変更することによっても、掘削方向の修正や変
更を行なうことができる。

また、上記実施例では、メイングリッパ６１とは別体に
リヤサポート６５を設け、このリヤサポート６５により
反力受部６０および伸縮式胴体５１の軸線をトンネルの
軸線社合致させるように構成したが、第６図に示すよう
に、メイングリッパ６１を周方向に４個装着させて、上
記リヤサポート６５の役割りをそのメイングリッパ６１
で兼用させるように構成してもよい。

さらに、上記伸縮式胴体５１における外筒５２の後端部
の下側周部に、第１図のように、固定式もしくは半径方
向に出退する可動式のサポート７０を装着させる場合は
、伸縮式胴体５１をトンネル壁に一層安定よく支持させ
ることができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、カッタディスクを含
む掘削部の１部を分解や折畳むだけで、その他の部分は
現状のままにして掘削済みのトンネル内を後退させるこ
とができ、掘削機全体の取り出しが容易であるばかりで
なく、掘削部の直後において、支保工の組立てや吹付け
などの崩落防止のための他山対策を効果的に実行するこ
とができる。しかも、カッタディスク駆動装置や推進装
置等の主要機器およびそれらの付帯設備は筒状の胴体内
にあり、崩落土石などから十分に防護できるとともに、
吹付は施工時における汚損もなくして、作動トラブルの
発生をなくすることができ、かつ、切羽へのアクセスに
対しても安全性を確保できる。また、カッタディスクの
交換も可能で、掘削径の変更を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるトンネル掘削機の縦断面図、第
２図は第１図の正面図、第３図は第１図のＩＩ　−ＩＩ
線断面の片側図、第４図は第１図のＩＩＩ　−ＩＩＩ線
断面の片側図、第５図は掘削動作の説明図、第６図はこ
の発明の他の実施例を示す概略背面図、第７図は従来の
ビーム型トンネル掘削機の縦断面図、第８図は従来のハ
イブリッド型トンネル掘削機の縦断面図である。 ４０・・・カッタディスク、４４・・・サポートシール
ド、４６・・・軸受、４７・・・電動モータ、５０・・
・掘削前胴部、５１・・・円筒状の伸縮式胴体、５２・
・・外筒、５３・・・内筒、５８・・・グリッパ、６０
・・・円筒状の反力受部、６１・・・メイングリッパ、
６３・・・スラストジヤツキ、６４・・・ベルトコンベ
ヤ、６５・・・リヤサポート。 Ｕ） 昧 ≧に

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）カッタディスクおよびその軸受部と駆動装置から
   なる掘削部と、その後方に摺動伸縮自在に構成された筒
   状の胴体と、掘削反力支持装置を装備した筒状の反力受
   部とを配設し、上記掘削部と反力受部間に架設された推
   進装置を有するトンネル掘削機であつて、上記胴体およ
   び反力受部の外寸法を、掘削済みのトンネル内を後退通
   過するのに十分な程度に小さく構成し、上記カッタディ
   スク駆動装置、推進装置が上記胴体内に収納されている
   トンネル掘削機。