JPH0781511B2 - 小径管推進用掘進機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管渠用の小径管を地盤中に敷設する推進用掘進
機の制御装置に関するものである。

〔従来技術〕

小口径管推進工法は、地盤に溝を開口し、この溝の中に
小径管を埋設する開削工法が採用できない道路、河川あ
るいは軌道の横断部分に採用されてきた。ところで、最
近の整備の中心が都市部から周辺部に移って行くに従
い、道路は狭く起伏に富み、家屋も密集してくる上に管
渠の埋設位置を普通は河川や既設用水路等を横断するた
めに深くなっている。

一方、土質も砂礫、転石、岩盤層へと変化しており、近
年はこのような条件の中での施工法に苦慮しているよう
な状態である。

例えば、管径が十分な大径のものから2000mm程度の管を
形成するシールド工法としては機械掘削式が一部採用さ
れている。しかし、管径が2000mm以下で、かつ岩盤、砂
礫等を掘削するシールド工法及び掘進工法については未
だ機械掘進の例がないのが現状である。

特に、管径が2000mmから入力掘削可能な最小径、例えば
800mmまでのヒューム管推進工法において、前記硬質の
土質に遭遇した場合の掘進については、ピックによるは
つり、あるいは削岩機による人力削孔と機械式石割機に
よる破砕によって掘進し、立杭より搬入したヒューム管
を掘進した孔に押し込んでいる埋設している。

〔発明が解決しようとする課題〕

管径が2000〜800mmの小口径管推進工法に機械掘削を適
用しようとすると、その掘削した孔の断面が小さすぎる
ために従来の掘削機を使用することができず、新たな装
置を特別に開発する必要がある。

この場合、ヒューム管の先端に置かれる小口径掘進機を
構成する外筒が小径管であることから、操作員が入る空
間を確保しなければならないが、各装置のレイアウト、
配置に問題がある上に、動力原を大きく取れないと言っ
た各種の問題があり、小型化された小口径掘進機の操作
は非常に困難なものとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記小型化された掘進機においては、シール
ド工法とは異なり、推進管前方の地山に多数の穴を次々
と掘削して所定の直径の穴を掘削することが行なわれる
が、それらの個々の穴の位置を正確に確認しながら操作
することが困難であり、効率的な掘削作業を行なうこと
ができないとう問題がある。

具体的には、外筒内を回動する内筒は旋回用の油圧モー
ターにより回動されるとともに、内筒内にアームを介し
て片持状で支持されている掘削機はさし角用油圧シリン
ダーにより俯仰操作されて掘削機に設けられたビットを
半径方向に変位させる。

これらの内筒の回動と掘削機の俯仰により掘削機のビッ
トを円周方向に変位させるようになっている。そして、
掘削機のビットは移動用空圧シリンダーにより前後方向
に移動し、地山に所定深さの穴を掘削し、この穴を前記
さし角用油圧シリンダー、油圧モーター等を作動させて
ビットの位置を変えて順次掘削して行くこととなる。通
常推進管の口径が800mm程度であると、ビット直径が100
mmであればこのビットが掘削する穴は150個程度の大量
のものとなる。

この掘削作業において、外管内は多くの機器で空間が狭
められている関係で掘削中のビットの位置が正確に確認
できず、そのため作業効率が劣ると共に作業員の疲れが
激しいという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記したような問題点を解決するためになされ
たものであって、本発明に係る小径管推進用掘進機の制
御装置は、次の構成を有する。

（ａ）推進管の先端に装着される外筒の中で回動する内
筒に枢支した掘削機を、さし角用油圧シリンダーにより
半径方向に揺動可能に取付けた小径管推進用掘進機にお
いて、 （ｂ）前記内筒の回転角検出器と、掘削機のさし角検出
器とをそれぞれ設け、 （ｃ）各検出器の信号と、記憶装置からの信号と、操作
レバーによる信号を演算装置に入力し、該演算装置から
の出力を画面表示器に表示するとともに、 （ｄ）さし角用油圧シリンダー及び油圧モーターの油圧
回路に設けられた電磁弁に出力するようにしたことを特
徴とする。

画面表示器には、掘削する地盤に応じた最適の掘削パタ
ーンが表示され、更に現在掘削中のビットの位置をこの
パターンとは別の色や輝度によって表示することができ
る。

〔作用〕

操作員は、画面表示を見ながら外筒に対する内筒の回転
位置と、この内筒に支持された掘削機のさし角とを調節
することによってビットの位置を操作することができ
る。従って、その操作が著しく容易となり、掘削効率を
向上することができる。

〔実施例〕

以下第１図乃至第７に基づき本発明による小径管推進用
掘進機の制御装置の実施例を説明する。

第１図は小径管推進用掘進機の側断面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ矢視図、第３図はＢ−Ｂ矢視図である。

ヒューム管からなる推進管２の先端に外筒１が装着さ
れ、この外筒１の内周面に円筒状の支持材３（案内レー
ル）が取付けられている。更に前記支持材３の内面を摺
動する如く内筒５が設けられ、この内筒５の内面に取付
材６がボルト等で取付けられているとともに、この内筒
の端部にラック４が設けられている。

前記取付材６に一端が取付けられたアーム７の先端には
ピン８により掘削機９が取付けられ、この掘削機９は、
さし角用油圧シリンダー10によりピン８を中心として第
１図においては上方（外筒１の軸線に対して交差する方
向）に傾動可能に構成されている。なお、11は掘削機９
のビット12を前後方向に移動させるための移送用空圧シ
リンダーである。

第３図に示す13は回転角検出器であって、内筒５の外筒
１に対する回転角を検出する。即ち、内筒５は油圧モー
ター14により回転するピニオン15と噛合する内歯歯車状
のラック４とにより回転されるように構成されており、
このラック４の回転により掘削機９のビット12を円周方
向に移動させることができる。

この回転角検出器13は、内筒５に設けられたラック４に
図示しないピニオンを噛合せてその回転角αを検出する
ものであるが、好ましくはこれに代えて第４図に示され
るように、油圧モーター14の回転を増速機18で増速し、
パルス数によって回転を検出する回転検出機19を軸20と
ブレーキ21を介して連結する。

そして油圧モーター14の回転角αを増速機18で増速して
回転検出機19を増速された回転角で駆動し、これによっ
てパルス信号を発生させる。そしてこのパルス信号を演
算部22に導き弁制御信号V₁として電磁比例弁23を制御す
るようにすれば、回転角αの高精度検出が可能であるば
かりでなく、位置決め時間の短縮や掘削時の振動、衝撃
等による位置ズレが生ずる恐れがなくなる。

一方、掘削機９の俯仰角θ、即ち、さし角検出機はピン
８の軸芯上に角度検出器を取付け、これが発生するパル
ス変化から角度を算出することができる。更に、さし角
用油圧シリンダー10のストロークを測定し、この測定値
からシリンダーの振り角、即ちさし角θを算出すること
もできる。

第５図に示すように、前記のようにして検出されたさし
角θの信号V₂、回転角αの信号V₃は演算部22に導かれ
る。この演算部22にはあらかじめ土質等により掘削パタ
ーンが記憶された記憶装置24からの位置信号V₄、及び操
作レバー25からの信号V₅、及び必要により水準器26から
の信号V₆が入力され、これらの信号に基づいて弁制御信
号V₁が作成される。

この弁制御信号V₁はさし角用油圧シリンダー10の油圧回
路に設けられた電磁比例弁27の開度を調整するととも
に、油圧モーター14の油圧回路に設けられた電磁比例弁
28の開度を調整するように構成されている。そして前記
演算部22からは画面表示器30に出力される。

第６図に示されるように、画面表示器30にはあらかじめ
掘削パターンｐによって区画が形成されている。

この掘削パターンｐは、既に掘削された穴の位置ａと、
現在掘削中の穴の位置ｂが夫々色や輝度の変化等により
識別できるように表示されるようになっている。

本発明は、特に遠隔操作に適した小径管推進用掘進機を
提供するものであり、好ましくは操作盤と画面表示器30
と演算部22等の振動や水等を嫌う機器は地上ないしは立
坑内に設置し、前記画面表示器30を見ながら操作盤を操
作して効率的に掘進作業を行うことができる。

別の実施例として、第１図に示すように、外筒１内に隔
壁35を設け、この隔壁35の後部に画面表示器30と操作盤
36を設け、演算部22と油圧ポンプ等の動力原を立坑内に
置き、これと前記操作盤36との間を信号ケーブルとパイ
プで接続することによって外管１及び推進管２の内部を
広くして広い作業空間を形成することによって操作員が
掘削現場に接近して作業することができる操作性に優れ
た小径管推進用掘進機を提供することができる。

次に掘削機９を駆動する油圧回路の一例を第７図を参照
して説明する。

回転角油圧モータ14は回転角用油圧ポンプ31からの圧油
を比例電磁方向切換弁28、フローコントロール弁33、ロ
ードホールデイング弁34を通って供給される油圧によっ
て動作する。

また、比例電磁方向切換弁27は、制御信号V₁の指示にし
たがって弁開度を調整できるため、実際のビット12の動
く速度（回転）を変化させることができる。更にフロー
コントロール弁33によって油圧回路に絞り抵抗を与え、
油圧回路の急激な圧力変化を抑えて安定させる。

なお、ロードホールデイング弁33は、油圧モータ14が停
止している場合に、負荷により油圧モータ14が回転させ
られることを防止する。

さし角用油圧シリンダー10は、さし角用油圧ポンプ35か
らの圧油を比例電磁方向切換弁27、フローコントロール
弁33a、ロードホールデイング弁34aを通って供給される
圧油によって動作する。

前記のように比例電磁方向切換弁27は弁制御信号V₁の指
示にしたがって、弁開度を調整できるため、実際のビッ
ト12の動く速度（さし角）を変化させることができる。
また、フローコントロール弁33aは油圧回路に絞り抵抗
を与え、油圧回路の急激な圧力変化を抑えて安定させ
る。更に、ロードホールデイング弁34aは、さし角用油
圧シリンダー10が停止している場合に、負荷によりこの
さし角用油圧シリンダー10が伸び縮みさせられることを
防ぐことができる。

掘削機用油圧ポンプ36から送出された圧油は掘削機用方
向切換弁37を通り、各々、掘削機９のビット12をビット
打撃用シリンダー37aを作動して打撃すると共に、ビッ
ト回転用油圧モータ37bを作動して回転させることがで
きる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明による小径管推
進用掘進機の制御装置によれば、操作パネルにより遠隔
操作する場合において、常に掘削中のビット位置及び掘
削完了個所が確認でき、そのためビットの位置決めを迅
速に行なうことができ作動効率を大幅に向上させること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による小径管推進用掘進機の制御装置の実施
例を示すもので、第１図は小径管推進用掘進機の側断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ矢視図、第３図は第１図の
Ｂ−Ｂ矢視図である。 第４図は回転角検出器の一実施例の説明図、第５図は制
御装置のブロック図、第６図は画面表示器の説明図、第
７図は油圧回路図である。 １…外筒、２…推進管 ３…支持部材、４…ラック ５…内筒、７…アーム ９…掘削機 10…さし角用油圧シリンダー 11…移送用空圧シリンダー 12…ビット、13…回転角検出器 14…油圧モーター、15…ピニオン 19…回転検出器、22…演算部 23…電磁比例弁、24…記憶装置 25…操作レバー、30…画面表示器。 31…回転角油圧ポンプ 35…さし角用油圧ポンプ 36…掘削機用油圧ポンプ 37…掘削機用方向切換弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 安雄 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 三 井建設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】推進管の先端に装着される外筒の中で回動
   する内筒に枢支した掘削機を、さし角用油圧シリンダー
   により半径方向に揺動可能に取付けた小径管推進用掘進
   機において、 前記内筒の回転角検出器と、掘削機のさし角検出器とを
   それぞれ設け、各検出器の信号と、記憶装置からの信号
   と、操作レバーによる信号を演算装置に入力し、該演算
   装置からの出力を画面表示器に表示するとともに、さし
   角用油圧シリンダー及び油圧モーターの油圧回路に設け
   られた電磁弁に出力するようにしたことを特徴とする小
   径管推進用掘進機の制御装置。