JPH09195683A - ローラカッタの摩耗検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローラカッタの磨耗検出装置において、ロー
ラカッタの磨耗を的確に検出してローラカッタの交換を
効率よく行う。 【解決手段】 駆動回転自在なカッタヘッド１５の前面
部に固定された主軸２０３に多数のローラカッタ１７を
回転自在に装着し、この主軸２０３におけるローラカッ
タ１７の両側に一対の電流印加用電極２０５と一対の電
位差検出用電極２０６，２０７を装着し、電流印加用電
極２０５に定電流発生器２１３を接続する一方、電位差
検出用電極２０６，２０７に電位差計２１４を接続し、
定電流発生器２１３が印加した定電流電圧を電位差計２
１４が検出し、その電位差に基づいてローラカッタ１７
の摩耗状態を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カッタヘッドの前
面部に設けられたローラカッタの摩耗を検出するローラ
カッタの摩耗検出装置及びこのローラカッタの摩耗検出
装置装置が適用されたトンネル掘削機並びにトンネル掘
削方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地山にトンネルを掘削するトンネル掘削
機において、特に、岩盤を掘削するものとしてトンネル
ボーリングマシン（以下、ＴＢＭと称する。）がある。
このＴＢＭにおいて、円筒形状をなす前胴の前部に駆動
回転自在なカッタヘッドが装着されており、このカッタ
ヘッドには岩盤を破壊するローラカッタが多数取付けら
れている。また、この前胴には掘削形成したトンネルの
内壁面に圧接してこの前胴を位置保持可能なフロントグ
リッパが装着されている。一方、前胴の後部には掘進方
向に沿って相対移動自在な円筒形状の後胴が連結されて
おり、この後胴には掘削形成したトンネルの内壁面に圧
接して後胴を位置保持可能なリアグリッパが装着されて
いる。更に、この前胴と後胴との間には両者を前進させ
る複数のスラストジャッキが架設されている。

【０００３】従って、このように構成されたＴＢＭによ
ってトンネルを掘削形成するには、リアグリッパによっ
て後胴をトンネル内で位置保持する一方、カッタヘッド
を回転駆動させながら複数のスラストジャッキを伸長さ
せると、多数のローラカッタが前方の岩盤を掘削しなが
ら前胴が前進する。そして、スラストジャッキが所定ス
トロークだけ伸長すると、このスラストジャッキの駆動
を停止し、フロントグリッパによって前胴を位置保持す
る一方、リアグリッパによる後胴の位置保持を解除す
る。この状態で複数のスラストジャッキを縮小させる
と、前胴に対して後胴が引き寄せられて前進する。その
後、前述と同様に、リアグリッパによって後胴を位置保
持する一方、フロントグリッパによる前胴の位置保持を
解除し、カッタヘッドを回転駆動させながら複数のスラ
ストジャッキを伸長させることで、岩盤を掘削しながら
前胴が前進する。この繰り返しによって所定長さのトン
ネルを掘削形成していく。

【０００４】上述したＴＢＭにおいて、トンネルを掘削
形成するとき、前述したように、カッタヘッドを回転駆
動させながら多数のローラカッタを前方の岩盤に押しつ
けることで、このローラカッタが岩盤に圧接しながら転
動し、この岩盤を破砕していく。そのため、このローラ
カッタは長期の使用によって摩耗してしまい、従来はロ
ーラカッタの摩耗量を常時検出し、このローラカッタの
磨耗量が設定値を越えた場合には交換していた。

【０００５】図２０に従来のローラカッタの支持構造を
表す要部断面、図２１に図２０のＸ−Ｘ断面を示す。

【０００６】図２０及び図２１に示すように、図示しな
いカッタヘッドに固定されたリテーナ００１には固定軸
００２が固定されており、この固定軸００２にはローラ
カッタ００３が固定されたハブ００４が軸受００５を介
して回転自在に支持されている。そして、リテーナ００
１とハブ００４との間には土砂の浸入を防止するシール
００６が介装されている。また、ハブ００４の内周面に
はその周方向に沿って磁気スチール００７が取付けられ
る一方、固定軸００２の外周面には磁気検出器００８が
取付けられており、この磁気検出器００８には演算処理
装置００９が接続されている。

【０００７】従って、ＴＢＭによるトンネルを掘削作業
時に、カッタヘッドの回転に伴って多数のローラカッタ
００３が前方の岩盤に接触しながら転動するとき、この
ローラカッタ００３はハブ００４と共に固定軸００２を
支点として回転する。このとき、固定軸００２に取付け
られた磁気検出器００８はハブ００４の内周面に取付け
られた磁気スチール００７を検出することでパルス数を
カウントする。演算処理装置００９はこのパルスカウン
トとカッタヘッドの回転速度からローラカッタ００３の
磨耗量を検出する。即ち、ローラカッタ００３が磨耗す
ると、直径が小さくなることで円周の長さが減少し、時
間当たりの回転量が増加する。演算処理装置００９は磨
耗していない時間当たりのローラカッタ００３の回転量
を記憶しており、この設定値と磁気検出器００８が検出
したカウント数から演算した回転量とを比較してローラ
カッタ００３の使用限界を判断している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のローラ
カッタ００３にあっては、演算処理装置００９がローラ
カッタ００３の回転量から磨耗量を推定していた。とこ
ろで、このローラカッタ００３は破砕する岩盤との接触
状態によってその回動量が変化してしまう。特に、カッ
タヘッドの中央部に位置するローラカッタ００３は掘削
トルクが大きくために転動不良となりやすく、偏磨耗が
発生する。従来の演算処理装置００９によるローラカッ
タ００３の摩耗検出方法にあっては、ローラカッタ００
３に転動不良が発生した場合、磁気検出器００８が検出
するカウント数が減少し、偏磨耗が進行しているにも拘
らずローラカッタ００３の回転量は増加しない。そのた
め、ローラカッタ００３の磨耗を検出することができ
ず、その交換時期を的確に判断することができなかっ
た。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、ローラカッタの磨耗を的確に検出してローラカ
ッタの交換を効率よく行うことで掘削効率の向上を図っ
たローラカッタの磨耗検出装置、及び、トンネル掘削
機、トンネル掘削方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のローラカッタの磨耗検出装置は、回転駆動
するカッタヘッドの前面部に設けられた多数のローラカ
ッタの摩耗を検出するローラカッタの摩耗検出装置にお
いて、前記ローラカッタを前記カッタヘッドに固定され
た主軸に回転自在に装着し、該主軸における前記ローラ
カッタの両側に一対の電流印加用電極及び一対の電位差
検出用電極を装着し、ローラカッタ摩耗検出手段が前記
一対の電位差検出用電極が検出した検出電位差に基づい
て前記ローラカッタの摩耗状態を検出することを特徴と
するものである。

【００１１】従って、カッタヘッドが回転駆動するのに
伴って多数のローラカッタが地盤に押し付けられること
で、このローラカッタは転動しながらこの地盤を掘削
し、このとき、一対の電流印加用電極から主軸及びロー
ラカッタに電流が印加され、一対の電位差検出用電極は
この印加された電圧を検出している。ローラカッタの長
期使用によって磨耗が進行すると、抵抗値が変化するこ
とで検出電圧が低下し、磨耗の前後で電位差が生じるこ
ととなり、ローラカッタ摩耗検出手段はこの検出電位差
に基づいてローラカッタの摩耗状態を判定する。

【００１２】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状の
掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進機構と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘ
ッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆
動機構と、前記カッタヘッドの前面部に主軸によって回
転自在に支持された多数のローラカッタと、前記主軸に
おける前記ローラカッタの両側に装着された一対の電流
印加用電極と、前記主軸における前記ローラカッタの両
側に装着された一対の電位差検出用電極と、前記一対の
電位差検出用電極が検出した検出電位差に基づいて前記
ローラカッタの摩耗状態を検出するローラカッタ摩耗検
出手段とを具えたことを特徴とするものである。

【００１３】従って、推進機構によって掘削機本体を前
進させると共にカッタヘッド駆動機構によってカッタヘ
ッドを駆動回転すると、多数のローラカッタが前方の地
盤に押し付けられることで、このローラカッタは転動し
ながらこの地盤を掘削し、トンネルを掘削する。このと
き、一対の電流印加用電極から主軸及びローラカッタに
電流が印加され、一対の電位差検出用電極はこの印加さ
れた電圧を検出しており、ローラカッタの長期使用によ
って磨耗が進行すると、抵抗値が変化することで検出電
圧が低下し、磨耗の前後で電位差が生じることとなり、
ローラカッタ摩耗検出手段はこの検出電位差に基づいて
ローラカッタの摩耗状態を判定する。

【００１４】また、本発明のトンネル掘削方法は、前部
に装着されたカッタヘッドを駆動回転させながら筒状の
本体を前進させることで、該カッタヘッドに装着された
多数のローラカッタによって前方の岩盤を掘削してトン
ネルを形成するトンネル掘削方法において、前記ローラ
カッタを回転自在に支持する主軸の両側に電流を印加
し、ローラカッタによる岩盤掘削に並行して該主軸に印
加された電流の電位差を検出し、この検出した検出電位
差に基づいて前記ローラカッタの摩耗状態を検出するよ
うにしたことを特徴とするものである。

【００１５】従って、掘削作業中に、主軸及びローラカ
ッタに電流を印加し、ローラカッタによる岩盤掘削に並
行してこの印加された電圧を検出しており、ローラカッ
タの磨耗が進行すると、抵抗値が変化することで検出し
た電位差が低下することとなり、この電位差の低下に基
づいてローラカッタの摩耗状態を検出する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】本発明のローラカッタの磨耗検出装置は、
駆動回転自在に支持されたカッタヘッドの前面部に設け
られた多数のローラカッタの摩耗を検出するものであ
る。即ち、このローラカッタをカッタヘッドに固定され
た主軸に回転自在に装着し、この主軸におけるローラカ
ッタの両側に少なくとも一対の電流印加用電極と一対の
電位差検出用電極を装着し、電流印加用電極に、例え
ば、定電流発生器を接続する一方、電位差検出用電極に
電位差計を接続する。そして、ローラカッタ摩耗検出手
段にはこの定電流発生器と電位差計がそれぞれ接続され
ており、この電位差計が検出した検出電位差に基づいて
ローラカッタの摩耗状態を検出する。

【００１８】従って、カッタヘッドが回転駆動するのに
伴って多数のローラカッタが地盤に押し付けられること
で、このローラカッタは転動しながらこの地盤を掘削す
る。このとき、定電流発生器によって電流印加用電極か
ら主軸に電流を印加し、電位差計は電位差検出用電極を
通してローラカッタを含む主軸の両側に流れる電圧を検
出している。ローラカッタの長期使用によって磨耗が進
行すると、ローラカッタの直径が小さくなることで抵抗
値が変化して検出電圧が低下し、磨耗の前後で電位差が
生じる。そのため、ローラカッタ摩耗検出手段は磨耗し
ていないときのローラカッタの設定電圧を予め記憶して
おり、この設定電圧に応じた検出電圧の低下量によって
ローラカッタの摩耗量を検出し、このローラカッタの交
換時期を判断することができる。

【００１９】また、本発明のローラカッタの磨耗検出装
置において、ローラカッタの外周部に周方向均等な凹凸
部を設ける一方、カッタヘッドにこの凹凸部に弾性接触
する板ばねなどの検出片を設け、ローラカッタ転動状態
検出手段として、例えば、加速度計をこの板ばねに取付
けてある。

【００２０】従って、掘削作業時に、ローラカッタが回
転すると、板ばねが凹凸部に接触して打撃音が発生し、
加速度計がこの打撃音の周期を検出しており、この周期
に基づいてローラカッタ転動状態、即ち、正しく回転し
ているかどうかを検出する。一方、前述したように、ロ
ーラカッタ摩耗検出手段は検出電圧の低下量によってロ
ーラカッタの摩耗量を検出しており、加速度計が検出す
るローラカッタ転動状態を考慮することで、ローラカッ
タの転動不良による偏摩耗も検出し、ローラカッタの交
換時期を判断することができる。

【００２１】更に、本発明のトンネル掘削機は、筒状の
掘削機本体を推進機構によって前進可能とし、この掘削
機本体の前部に回転自在なカッタヘッドを装着すると共
にこのカッタヘッドの前面部に主軸をもって多数のロー
ラカッタを回転自在に支持し、カッタヘッドをカッタヘ
ッド駆動機構によって駆動回転可能となっている。そし
て、カッタヘッドの主軸におけるローラカッタの両側に
少なくとも一対の電流印加用電極を装着すると共に一対
の電位差検出用電極を装着し、電流印加用電極に、例え
ば、定電流発生器を接続する一方、電位差検出用電極に
電位差計を接続する。そして、ローラカッタ摩耗検出手
段にはこの定電流発生器と電位差計がそれぞれ接続され
ており、この電位差計が検出した検出電位差に基づいて
ローラカッタの摩耗状態を検出する。

【００２２】従って、推進機構によって掘削機本体を前
進させると共にカッタヘッド駆動機構によってカッタヘ
ッドを駆動回転すると、多数のローラカッタが前方の地
盤に押し付けられることで、このローラカッタは転動し
ながらこの地盤を掘削し、トンネルを掘削する。このと
き、定電流発生器によって電流印加用電極から主軸に電
流を印加し、電位差計は電位差検出用電極を通してロー
ラカッタを含む主軸の両側に流れる電圧を検出してい
る。ローラカッタの長期使用によって磨耗が進行する
と、ローラカッタの直径が小さくなることで抵抗値が変
化して検出電圧が低下し、磨耗の前後で電位差が生じ
る。そのため、ローラカッタ摩耗検出手段は磨耗してい
ないときのローラカッタの設定電圧を予め記憶してお
り、この設定電圧に応じた検出電圧の低下量によってロ
ーラカッタの摩耗量を検出し、このローラカッタの交換
時期を判断することができる。

【００２３】そして、このようなトンネル掘削機を用い
た本発明のトンネル掘削方法は、カッタヘッドを駆動回
転させながら本体を前進させることで、カッタヘッドに
装着された多数のローラカッタが前方の岩盤を掘削して
トンネルを形成するときに、ローラカッタを回転自在に
支持する主軸の両側に電流を印加し、この印加された電
流の電位差を検出し、検出した検出電位差に基づいてロ
ーラカッタの摩耗状態を検出するようにしている。

【００２４】従って、ローラカッタの磨耗が進行する
と、ローラカッタの直径が小さくなることで抵抗値が変
化し、検出した電位差が低下することとなり、この電位
差の低下に基づいてローラカッタの摩耗状態を検出する
ことができる。

【００２５】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２６】なお、以下に説明する実施例では、本発明
のトンネル掘削機を岩盤を掘削するトンネルボーリング
マシン（ＴＢＭ）として説明する。

【００２７】＜第１実施例＞図１に本発明の第１実施例
に係るローラカッタの磨耗検出装置の概略構成、図２に
本実施例のローラカッタの磨耗検出装置における各電極
の取付状態を表すローラカッタの正面視、図３に各電極
の取付状態を表すローラカッタの側面視、図４にローラ
カッタ転動状態検出装置を表すローラカッタの正面視、
図５にローラカッタ転動状態検出装置を表すローラカッ
タの側面視、図６にローラカッタの直径に対する設定電
圧を表すグラフ、図７にローラカッタの転動周期を説明
するためのグラフ、図８に本実施例に係るトンネル掘削
機としてのトンネルボーリングマシンの断面、図９にこ
のトンネルボーリングマシンの正面視、図１０に図８の
Ａ−Ａ断面、図１１に図８のＢ−Ｂ断面、図１２に図８
のＣ−Ｃ断面、図１３に推進機構としてのパラレルリン
ク機構の概略、図１４にこのトンネルボーリングマシン
に適用されるリンク式セグメントエレクタ装置の側面
視、図１５にリンク式セグメントエレクタ装置の正面視
を示す。

【００２８】＜トンネルボーリングマシンの全体構成＞
まず、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）１０の全体
構成について説明する。図８及び図９に示すように、Ｔ
ＢＭ１０において、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１
１と中胴１２と後胴１３とから構成されている。この前
胴１１の前部には軸受１４によってカッタヘッド１５が
回転自在に装着されており、このカッタヘッド１５は前
面に径方向に沿って互いに交差するスポーク１６が固定
され、各スポーク１６には岩盤をせん断破壊するローラ
カッタ１７が多数枢着されると共に、岩盤の掘削面を掻
き取るスクレーパ１８が固定されている。このカッタヘ
ッド１５の後部には内歯を有するリングギヤ１９が一体
に固定される一方、前胴１１には電動式あるいは油圧式
のカッタ旋回モータ２０が固定されており、このカッタ
旋回モータ２０の駆動ギヤ２１がリングギヤ１９に噛み
合っている。

【００２９】また、前胴１１には掘削して発生したずり
が内部に浸入しないように、カッタヘッド１５側とカッ
タ駆動モータ２０側とを仕切るバルクヘッド２２が形成
されており、カッタヘッド１５とこのバルクヘッド２２
との間にはチャンバ室２３が形成されている。そして、
このチャンバ室２３にはずりを集積するホッパ２４がバ
ルクヘッド２２に固定されて配設され、カッタヘッド１
５の内側には破壊されて落下したずりを掻き上げてホッ
パ２４に取り込む掻き上げ板２５が固定されている。更
に、このホッパ２４の下部にはこのホッパ２４にて集積
したずりを外部に排出する排出装置２６が取付けられて
いる。

【００３０】なお、この排出装置２６は図示しないジェ
ットポンプによってずりを外部に排出するものであり、
掘削機本体内には、このジェットポンプに給水する給水
管と給水された水及びずりを排出する排出管が配設され
ている。従って、ホッパ２４にて集積されたずりはジェ
ットポンプからの噴射水によって排出管に吸引され、こ
の排出管を通って排出することができる。

【００３１】従って、カッタ駆動モータ２０を駆動して
駆動ギヤ２１を回転駆動すると、この駆動ギヤ２１が噛
み合うリングギヤ１９が回転し、リングギヤ１９と一体
のカッタヘッド１５を旋回し、ローラカッタ１７が岩盤
をせん断破壊し、スクレーパ１８が掘削面を掻き取るこ
とで、岩盤を掘削することができる。そして、掘削して
生じたずりはチャンバ室２３内に落下し、掻き上げ板２
５がカッタヘッド１５と共に回転することで、チャンバ
室２３内のずりを掻き上げてホッパ２４内に落とす。こ
のホッパ２４内に落下して集積したずりは排出装置２６
のジェットポンプによって外部に排出される。

【００３２】図８及び図１１に示すように、中胴１２は
前胴１１の後部に球面軸受２７を介して揺動自在に連結
されている。また、後胴１３は中胴１２の後部内周面に
シール部材２８を介して掘進方向移動自在に連結されて
いる。そして、前胴１１の後部に固定された前胴基板２
９と中胴１２との間には連結ジャッキ３０が仮設されて
いる。この連結ジャッキ３０は油圧の給排によって伸縮
作動するものであって、ジャッキ本体は前胴基板２９に
固定された球軸受３１によって揺動自在に支持され、ロ
ッド先端部は中胴１２の壁面に固定された球軸受３２に
よって揺動自在に支持されている。

【００３３】また、前胴１１の前胴基板２９と後胴１３
の前部に固定された後胴基板３３との間には推進機構と
しての６本のスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆが架設さ
れている。このスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆは油圧
の給排によって伸縮作動するものであって、ジャッキ本
体は前胴基板２９に固定された球軸受３５によって揺動
自在に支持され、ロッド先端部は後胴基板３３に固定さ
れた球軸受３６によって揺動自在に支持されている。そ
して、このスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆはそれぞれ
隣合って配設された関係が、例えば、スラストジャッキ
３４ａがカッタヘッド１５の周方向一方に傾斜し、スラ
ストジャッキ３４ｂがカッタヘッド１５の周方向他方に
傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラレ
ルリンク機構３７を構成している。

【００３４】従って、このパラレルリンク機構３７にお
いて、スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各作動ストロ
ークを変えることで、カッタヘッド１５を有する前胴１
１を中胴１２に対して屈曲し、その掘進方向を変更する
ことができる。また、このパラレルリンク機構３７のス
ラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各駆動ロッドを伸長さ
せることで、カッタヘッド１５を有する前胴１１及び中
胴１２を後胴１３に対して前進することができる。

【００３５】ここで、前述した複数のスラストジャッキ
３４ａ〜３４ｆから構成されるパラレルリンク機構３７
の制御システムの構成について説明する。

【００３６】図１３に示すように、スラストジャッキ３
４ａ〜３４ｆにおいて、例えば、スラストジャッキ３４
ａの図示しないピストンによって仕切られた２つの圧力
室には油圧給排管４１，４２が連結されており、各油圧
給排管４１，４２はそれぞれ非常遮断弁４３，４４を介
してサーボ弁４５に連結されている。このサーボ弁４５
はスラストジャッキ３４ａの各圧力室への圧油の供給及
び排出を操作するものであって、連結管４６，４７を介
して油圧給排源４８に連結されている。

【００３７】また、スラストジャッキ３４ａにはその作
動位置を検出する変位センサ４９が装着されており、こ
の変位センサ４９は制御部５０を介してサーボアンプ５
１に接続されている。そして、前述したサーボ弁４５は
このサーボアンプ５１に接続されている。なお、この制
御部５０には複数のジョイスティックを有する操作部５
２と非常停止ボタン５３が接続されている。

【００３８】従って、変位センサ４９はスラストジャッ
キ３４ａの作動位置を検出しており、その検出信号を制
御部５０に出力している。制御部５０はこの検出信号に
基づいてサーボアンプ５１に指令信号を出力し、サーボ
アンプ５１はその指令信号に基づいてサーボ弁４５を制
御し、油圧給排源４８とスラストジャッキ３４ａとの間
で油圧の給排を行うようになっている。なお、ここでは
スラストジャッキ３４ａについてのみ説明したが、他の
スラストジャッキ３４ｂ〜３４ｆについても同様の構成
となっている。

【００３９】また、前胴１１には、図８及び図１０に示
すように、複数のフロントグリッパ５５が周方向にほぼ
均等間隔で装着されており、各フロントグリッパ５５は
内蔵された油圧ジャッキ５６によって径方向に駆動する
ことができる。従って、この油圧ジャッキ５６を駆動し
て各フロントグリッパ５５を径方向に張り出すことで、
このフロントグリッパ５５を前胴１１内に収納した位置
から掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴１１
を保持する位置に移動させることができる。

【００４０】一方、後胴１３には、図８及び図１２に示
すように、２つのリアグリッパ５７が周方向にほぼ均等
間隔で２つ装着されており、各リアグリッパ５７は内蔵
された油圧ジャッキ５８によって径方向に駆動すること
ができる。従って、この油圧ジャッキ５８を駆動して各
リアグリッパ５７を径方向に張り出すことで、このリア
グリッパ５７を後胴１３内に収納した位置から掘削形成
されたトンネル内壁面に圧接して後胴１３を保持する位
置に移動させることができる。

【００４１】なお、通常のＴＢＭ１０は岩盤掘削用のト
ンネル掘削機であり、前述した後胴１３のリアグリッパ
５７によって掘進反力を得て前胴１１を推進させるもの
であるが、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般土砂
層に変化した場合には、掘削したトンネル壁面が軟弱で
あり、リアグリッパ５７によって掘進反力を得ることが
できない。そのため、このＴＢＭ１０にあっては、シー
ルド掘削機のように、セグメントによって掘進反力を得
て前胴１１が推進できるようになっている。

【００４２】即ち、図８及び図１２に示すように、後胴
１３の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ５９
が並設されており、後方に伸びる駆動ロッドの先端部に
はスプレッダ６０が取付けられている。従って、このシ
ールドジャッキ５９を作動して掘進方向後方に駆動ロッ
ドを伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築され
た既設のセグメントＳにスプレッダ６０が押しつけら
れ、その反力により前胴１１、中胴１２及び後胴１３を
前進させることができる。なお、後胴１３の後部内周面
には既設のセグメントＳの外周面に密着して後胴１３内
部への土砂の浸入を防止するテールパッキン６１が固着
されている。

【００４３】＜セグメントエレクタ装置の構成＞次に、
上述したＴＢＭ１０に適用されるセグメントエレクタ装
置について説明する。図８に示すように、このＴＢＭ１
０に装着されたセグメントエレクタ装置６２はリンク式
であって、後胴１３の後部に固定された固定板６３に設
けられており、このエレクタ装置６２はシールドジャッ
キ５９によって前進した後胴１３（掘削機本体）と既設
のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装
着するものである。

【００４４】即ち、図１４及び図１５に示すように、固
定板６３にはブラケット６４によって回転自在な４つの
支持ローラ６５が周方向ほぼ均等間隔で取付けられてお
り、この４つの支持ローラ６５によって回転リング６６
が回転自在に支持され、この回転リング６６には内歯を
有するリングギヤ６７が固定されている。また、固定板
６３にはブラケット６８によって油圧モータ６９が固定
されており、この油圧モータ６９の駆動ギヤ７０がリン
グギヤ６７の内歯に噛み合っている。従って、油圧モー
タ６９を駆動して駆動ギヤ７０を回転駆動すると、この
駆動ギヤ７０が噛み合うリングギヤ６７が回転し、リン
グギヤ６７と一体の回転リング６６を旋回することがで
きる。

【００４５】また、回転リング６６に固定された固定台
７１には一対の連結リンク７２及び一対の可動リンク７
３を介して移動台７４が支持されており、この一対の可
動リンク７３には油圧ジャッキ７５の本体が枢着され、
その駆動ロッドの先端部は固定台７１に連結されてい
る。そして、この移動台７４のねじロッド７６にはスラ
イド体７７が螺合し、このねじロッド７６の回転によっ
てスライド体７７が移動自在となっており、このスライ
ド体７７に固定された取付ブラケット７８には連結ピン
７９によって吊り金具８０が着脱自在となっている。な
お、この吊り金具８０は下部がねじ部となっており、図
示しない装置によって搬入されたセグメントＳの内面に
予め螺合されるものである。

【００４６】従って、セグメントＳに螺合された吊り金
具８０に対して、スライド体７７を移動して取付ブラケ
ット７８と位置合せを行い、この吊り金具８０を連結ピ
ン７９によって取付ブラケット７８に連結することで、
セグメントＳを保持することができる。そして、油圧ジ
ャッキ７５を駆動して駆動ロッドを伸縮すると、可動リ
ンク７３及び連結リンク７２が上下に回動し、固定台７
１に対して移動台７４を昇降することで、保持したセグ
メントＳを昇降することができる。更に、油圧モータ６
９を駆動してリングギヤ６７と共に回転リング６６を旋
回することで、保持したセグメントＳをトンネル内壁面
に沿って移動することができる。

【００４７】＜ローラカッタの磨耗検出装置の構成＞次
に、上述したＴＢＭ１０に搭載されたローラカッタの磨
耗検出装置について詳細に説明する。図１乃至図３に示
すように、このローラカッタの磨耗検出装置は、駆動回
転自在に支持されたカッタヘッド２２の前面部に設けら
れた多数のローラカッタ１７の摩耗を検出するものであ
る。即ち、このローラカッタ１７はディスク形状をなし
てハブ201と一体に形成されており、スポーク１６と一
体のサドル202に固定された主軸203に軸受204を介して
回転自在に支持されている。そして、主軸203における
ローラカッタ１７の両側には２つで一対をなす電流印加
用電極205が取付けられている。また、この主軸203にお
けるローラカッタ１７の両側には２つで一対をなす２組
の電位差検出用電極206，207が取付けられており、各電
位差検出用電極206，207は主軸203の周方向にて電流印
加用電極205の両側に位置し、且つ、周方向にて互いに
等間隔をもって位置している。

【００４８】一方、前胴１１のバルクヘッド２２には筒
状の回転シャフト208が回転自在に装着されており、こ
の回転シャフト208の前端部はカッタヘッド１７に連結
され、後端部は前胴１１側に装着されたスリップリング
209に回転自在に連結されている。そして、一端が前述
した電流印加用電極205に接続されたケーブル210がこの
回転シャフト208内を通ってその他端がスリップリング2
09に接続されている。また、一端が前述した電位差検出
用電極206，207に接続されたケーブル211，212も回転シ
ャフト208内を通ってその他端がスリップリング209に接
続されている。前胴１１内には、ローラカッタ摩耗検出
手段としての定電流発生器213及び電位差計214が搭載さ
れており、定電流発生器213はケーブル215を介してスリ
ップリング209に接続され、電位差計214はケーブル216
を介してスリップリング209に接続されている。即ち、
定電流発生器213はケーブル215及びスリップリング20
9、ケーブル210を介して電流印加用電極205に接続さ
れ、電位差計214はケーブル216及びスリップリング20
9、ケーブル211，212を介して電位差検出用電極206，20
7に接続されている。

【００４９】また、図１及び図４、図５に示すように、
ローラカッタ１７と一体のハブ201には、その外周部に
周方向に沿って均等間隔で凹凸部217が形成されてい
る。一方、サドル202に検出片としての板ばね218の基端
部が固定され、この板ばね218の先端部がこの凹凸部217
に弾性接触するようになっている。そして、この板ばね
218にはローラカッタ転動状態検出手段としての加速度
計219が装着されており、一端がこの加速度計219に接続
されたケーブル220が回転シャフト208内を通ってその他
端がスリップリング209に接続されている。また、前胴
１１内には互いに接続されたチャージアンプ221及び記
録計222が搭載されており、チャージアンプ221はケーブ
ル223を介してスリップリング209に接続されている。即
ち、チャージアンプ221及び記録計222はケーブル223及
びスリップリング209、ケーブル220を介して加速度計21
9に接続されている。

【００５０】そして、前述した定電流発生器213及び電
位差計214、記録計222には制御部224が接続されてお
り、各機器を制御可能となっている。なお、前胴１１に
はカッタヘッド１５の回転位置を検出する回転検出器22
5が装着されており、この回転検出器225はケーブル226
によって制御部224が接続されている。

【００５１】＜トンネルボーリングマシンの作用＞ここ
で、上述したように構成されたＴＢＭ１０によって岩盤
を掘削してトンネルを構築する場合について説明する。

【００５２】図８に示すように、油圧ジャッキ５６を駆
動（縮小）して各フロントグリッパ５５を引き込んで前
胴１１内に収納することで、前胴１１を移動自在とする
一方、油圧ジャッキ５８を駆動（伸長）して各リアグリ
ッパ５７を押し出して外周面を掘削形成されたトンネル
内壁面に圧接することで、後胴１３を移動不能に保持す
る。この状態で、カッタ旋回駆動モータ２０を駆動して
カッタヘッド１５を回転駆動させながら、パラレルリン
ク機構３７の各スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆを伸長
して前胴１１と共にカッタヘッド１５を前方へ移動させ
る。すると、旋回するカッタヘッド１５のローラカッタ
１７が岩盤をせん断破壊し、スクレーパ１８が掘削面を
掻き取ることで岩盤を掘削する。そして、このときに各
スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各作動ストロークを
変えることで、前胴１１は中胴１２と球面軸受２７を介
して折れ曲がり、カッタヘッド１５の向きを変えてトン
ネルの掘削方向を変更することができる。

【００５３】また、図１３に示すように、制御部５０に
は変位センサ４９が検出したスラストジャッキ３４ａ〜
３４ｆの作動位置の検出信号が入力されており、制御部
５０は予め設定された掘削条件（掘削するトンネルの計
画線形や掘削速度等）及び変位センサ４９の検出信号に
基づいてサーボアンプ５１に指令信号を出力してサーボ
弁４５を制御し、油圧給排源４８とスラストジャッキ３
４ａ〜３４ｆとの間で油圧の給排を行う。従って、スラ
ストジャッキ３４ａ〜３４ｆは油圧の給排によって所定
量駆動し、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びψ方向、θ方
向、φ方向の制御が行われながら、カッタヘッド１５を
このＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びψ方向、θ方向、φ方
向の６自由度運動させる。

【００５４】そして、各スラストジャッキ３４ａ〜３４
ｆを所定ストローク伸長すると、このスラストジャッキ
３４ａ〜３４ｆの駆動を停止し、油圧ジャッキ５６を駆
動（伸長）して各フロントグリッパ５５を押し出して外
周面を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接すること
で、前胴１１を移動不能に保持する一方、油圧ジャッキ
５８を駆動（縮小）して各リアグリッパ５７を引き込ん
で後胴１３内に収納することで、後胴１３を移動自在と
する。この状態で、パラレルリンク機構３７の各スラス
トジャッキ３４ａ〜３４ｆを縮小して前胴１１及び中胴
１２に対して後胴１３を前方へ引き寄せて移動させる。
そして、前述と同様に、各フロントグリッパ５５を引き
込んで前胴１１内に収納し、前胴１１を移動自在とする
一方、各リアグリッパ５７を押し出して外周面をトンネ
ル内壁面に圧接し、後胴１３を移動不能に保持する。こ
の状態で、カッタ旋回駆動モータ２０を駆動してカッタ
ヘッド１５を回転駆動させながら、パラレルリンク機構
３７の各スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆを伸長して前
胴１１と共にカッタヘッド１５を前方へ移動させること
で、ローラカッタ１７及びスクレーパ１８によって岩盤
を掘削する。この繰り返しによってトンネルを掘削形成
していく。

【００５５】このローラカッタ１７及びスクレーパ１８
の岩盤掘削によって生じたずりはカッタヘッド１５の隙
間からチャンバ室２３内に落下し、カッタヘッド１５と
共に回転する掻き上げ板２５がこのチャンバ室２３内の
ずりを掻き上げてホッパ２４内に落とす。そして、この
ホッパ２４内に落下して集積されたずりは排出装置２６
によって外部に排出される。即ち、給水管から排出装置
２６のジェットポンプに給水されると、ジェットポンプ
は加圧水を噴射して発生した負圧によってホッパ２４に
集積されたずりが排出管に吸引され、この排出管を通っ
て外部に排出される。

【００５６】このように岩盤を掘削してトンネルを掘削
形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの壁
面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不安
定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリング
状の形成したＨ形綱や木製の板等を支保として用い、ト
ンネルを保護する。

【００５７】そして、岩盤を掘削してトンネルを形成す
る場合には、前述したように、リアグリッパ５７がトン
ネル内壁面に圧接して後胴１３を移動不能に保持こと
で、パラレルリンク機構３７の各スラストジャッキ３４
ａはこの後胴１３にて掘進反力を得て前胴１１を前進さ
せ、旋回するカッタヘッド１５によって前方の岩盤を掘
削する。一方、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般
土砂層に変化した場合には、トンネル内壁面が軟弱であ
るため、リアグリッパ５７によって推進反力を得ること
ができないので、シールドジャッキ５９が既設のセグメ
ントＳにて掘進反力を得て前胴１１及び中胴１２、後胴
１３を推進させる。

【００５８】即ち、複数のシールドジャッキ５９のスプ
レッダ６０を既設のセグメントＳへ押し付けた状態で、
このシールドジャッキ５９を伸長することにより、その
押し付け反力によってトンネル掘削機本体、即ち、前胴
１１、中胴１２及び後胴１３を前進させ、これと同時に
カッタ駆動モータ２０を駆動してカッタヘッド１５を旋
回させ、ローラカッタ１７及びスクレーパ１８によって
一般土砂層を掘削していく。そして、前胴１１、中胴１
２及び後胴１３からなる掘削機本体が所定量前進する
と、シールドジャッキ５９の何れか一つを縮み方向に作
動し、スプレッダ６０と既設のセグメントＳとの間に空
所を形成し、この空所にセグメントエレクタ装置６２に
よって新しいセグメントＳを装着する。

【００５９】図１４及び図１５に示すように、図示しな
い台車によってトンネル内に搬入されたセグメントＳに
対して、作業者はこのセグメントＳに吊り金具８０を螺
合する。そして、エレクタ装置６２のスライド体７７を
移動し、取付ブラケット７８をセグメントＳに固定され
た吊り金具８０の上方に位置させ、この吊り金具８０を
連結ピン７９によって取付ブラケット７８に連結する。
このようにセグメントＳを取付ブラケット７８が保持し
た状態で、油圧ジャッキ７５を駆動して可動リンク７３
を回動することで移動台７４を昇降すると共に、油圧モ
ータ６９を駆動して回転リング６６を旋回することで移
動台７４を旋回し、保持したセグメントＳをトンネル内
で移送してトンネル内壁面の所定の位置に組付ける。そ
して、セグメントＳをトンネル内壁面に固定すると、セ
グメントＳの保持を解除し、元位置に戻る。この繰り返
しによってトンネルを構築していく。

【００６０】このように上述したＴＢＭ１０では、トン
ネル掘削機本体（前胴１１、中胴１２、後胴１３）をパ
ラレルリンク機構３７あるいはシールドジャッキ５９に
よって前進させながらカッタヘッド１５を旋回させ、ロ
ーラカッタ１７及びスクレーパ１８によって岩盤を掘削
し、岩盤掘削によって生じたずりをホッパ２４に集積し
てから排出装置２６によって外部に排出する一方、セグ
メントエレクタ装置６２によってセグメントＳをトンネ
ル内壁面に装着することで、トンネルを構築している。

【００６１】このようなＴＢＭ１０を用いたトンネル構
築の過程で、カッタヘッド１５の長期使用していると、
各ローラカッタ１７が磨耗して掘削能力が低下してしま
うため、その磨耗量を検出した磨耗が激しい場合には、
ローラカッタ１７を交換する必要がある。

【００６２】即ち、図１に示すように、前胴１１の前進
及びカッタヘッド１５の回転に伴って多数のローラカッ
タ１７が前方の地盤に押し付けられることで、各ローラ
カッタ１７は転動しながらこの地盤を掘削する。このと
き、定電流発生器213によって電流印加用電極205から主
軸203に電流を印加し、電位差計214は電位差検出用電極
206，207を通してローラカッタ１７を含む主軸203に流
れる電流の電圧を検出している。なお、この場合、電位
差計214は２組の電位差検出用電極206，207に入力され
る電圧の平均値を検出値としている。

【００６３】そして、ローラカッタ１７の長期使用によ
って磨耗が進行すると、この磨耗が進行したローラカッ
タ１７はその直径が小さくなることで抵抗値が変化し、
検出電圧が低下する。そのため、ローラカッタ１７の磨
耗の前後で電位差が生じる。制御部224は磨耗していな
いときのローラカッタ１７の設定電圧を予め記憶してお
り、この設定電圧に応じた電位差計214の検出電圧の低
下量によってローラカッタ１７の摩耗量を検出する。な
お、カッタヘッド１５に装着された多数のローラカッタ
１７はその装着位置によって直径が相違しており、図６
に示すように、ローラカッタ１７の異なる直径ａ，ｂ，
ｃ，ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に対する設定電圧が設定され
ている。

【００６４】また、岩盤の掘削時に、このローラカッタ
１７が回転すると、板ばね218が凹凸部217に接触して打
撃音が発生する。加速度計219はこの打撃音の周期を検
出しており、チャージアンプ221を介して記録計222に送
られ、記録される。制御部224は、図７に示すように、
回転検出器215から出力されたカッタヘッド１５の回転
周期と、このローラカッタ１７の回転周期に基づいてロ
ーラカッタの転動状態を検出している。即ち、ローラカ
ッタ１７が１回転するときに、一定の周期で所定回数の
パルス数（打撃音）があれば正しく回転しており、周期
不定で所定回数のパルス数（打撃音）がなければ転動不
良であると判断している。

【００６５】従って、制御部214は電位差計214が検出す
る検出電圧の低下量によってローラカッタ１７の摩耗量
を検出しており、また、加速度計219が検出するローラ
カッタ１７の回転周期によってローラカッタ１７の転動
不良による偏摩耗を検出しており、検出された磨耗量に
基づいてローラカッタ１７の交換時期を的確に判断する
ことができる。

【００６６】なお、上述したＴＢＭ１０において、パラ
レルリンク機構３７を６本のスラストジャッキ３４ａ〜
３４ｆによって構成したが、スラストジャッキの数は６
本に限定されるものではなく、８本でも、１０本でもよ
いものであり、いずれの場合であっても前述と同様の作
用効果を奏することができる。そして、このＴＢＭ１０
において、掘削機本体の推進機構及び掘進方向を変更す
る機構としてパラレルリンク機構３７を用いたが、本発
明のトンネル掘削機はこれに限定されるものではない。

【００６７】＜第２実施例＞図１６に本発明の第２実施
例に係るトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマ
シンの断面、図１７に図１６のＤ−Ｄ断面、図１８にこ
のトンネルボーリングマシンに適用される門型セグメン
トエレクタ装置の側面視、図１９に門型セグメントエレ
クタ装置の正面視を示す。

【００６８】＜トンネルボーリングマシンの全体構成＞
まず、ＴＢＭの全体構成について説明する。図１６及び
図１７に示すように、ＴＢＭ110において、掘削機本体
は円筒形状をなす前胴111と中胴112と後胴113とから構
成されている。この前胴111の前部には軸受114によって
カッタヘッド115が回転自在に装着されており、このカ
ッタヘッド115は前面にスポーク116によってローラカッ
タ117及びスクレーパ118が装着されている。そして、こ
のカッタヘッド115の後部にはリングギヤ119が一体に固
定される一方、前胴111には６つのカッタ旋回モータ120
が固定されており、このカッタ旋回モータ120の駆動ギ
ヤ121がリングギヤ119に噛み合っている。

【００６９】また、前胴111にはバルクヘッド122が固定
されることで、チャンバ室123が形成されている。そし
て、このチャンバ室123にはずりを集積するホッパ124が
配設され、カッタヘッド115の内側にはチャンバ室123に
落下したずりを掻き上げてホッパ124に取り込む掻き上
げ板125が固定されている。更に、このホッパ124の下部
にはこのホッパ124にて集積したずりを外部に排出する
排出装置126が取付けられている。なお、この排出装置1
26は掘削機本体内に配設されたベルトコンベヤによって
ずりを外部に搬送するものである。

【００７０】従って、カッタ駆動モータ120を駆動して
駆動ギヤ121を回転駆動すると、この駆動ギヤ121が噛み
合うリングギヤ119が回転してカッタヘッド115を旋回
し、ローラカッタ117が岩盤をせん断破壊する一方、ス
クレーパ118が掘削面を掻き取ることで、岩盤を掘削す
ることができる。そして、掘削して生じたずりはチャン
バ室123内に落下し、掻き上げ板125によってチャンバ室
123内に取り込まれ、このホッパ124内に集積したずりは
排出装置126によって外部に排出される。

【００７１】また、中胴112は前胴111の後部に掘進方向
移動自在に連結され、後胴113は中胴112の後部に揺動自
在に連結されている。そして、前胴111の後部に固定さ
れた前胴基板127と後胴113の前部に固定された後胴基板
128との間には推進機構としての８本のスラストジャッ
キ129が架設され、それぞれ球軸受130，131によって揺
動自在に連結されている。また、前胴111と中胴112との
間には２本の中折ジャッキ132が架設され、更に、前胴1
11と後胴113との間にはカッタトルクを受ける反力ジャ
ッキ133が架設されている。

【００７２】従って、スラストジャッキ129を駆動して
駆動ロッドを伸長させることで、カッタヘッド115を有
する前胴111を中胴112及び後胴113に対して前進するこ
とができる。また、中折ジャッキ132を駆動して駆動ロ
ッドを伸縮させることで、カッタヘッド115を有する前
胴111及び中胴112を後胴113に対して屈曲し、その掘進
方向を変更することができる。

【００７３】また、前胴111にはフロントグリッパ134及
び補助グリッパ135が径方向移動自在に設けられてお
り、各グリッパ134，135は内蔵された油圧ジャッキ13
6，137によって駆動することができる。一方、後胴113
にはリアグリッパ138が径方向移動自在に設けられてお
り、リアグリッパ138は内蔵された油圧ジャッキ139によ
って駆動することができる。

【００７４】更に、後胴113の後部には円周方向に複数
のシールドジャッキ140が並設されており、後方に伸び
る駆動ロッドの先端部にはスプレッダ141が取付けられ
ている。従って、このシールドジャッキ140を作動して
掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘削したト
ンネル内周面に構築された既設のセグメントＳにスプレ
ッダ141を押し付けることで、その反力により前胴111及
び中胴112、後胴113を前進することができる。

【００７５】＜セグメントエレクタ装置の構成＞次に、
上述したＴＢＭ110に適用されたセグメントエレクタ装
置について説明する。図１８及び図１９に示すように、
このＴＢＭ110に装着されたセグメントエレクタ装置142
は門型をなし、後胴113の後部に固定された固定板143に
設けられており、このエレクタ装置142はシールドジャ
ッキ140によって前進した後胴113（掘削機本体）と既設
のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装
着するものである。

【００７６】即ち、固定板143にはブラケット144によっ
て回転自在な８つの支持ローラ145が周方向均等間隔で
取付けられており、この８つの支持ローラ145によって
回転リング146が回転自在に支持され、この回転リング1
46には内歯を有するリングギヤ147が固定されている。
また、固定板143にはブラケット148によって油圧モータ
149が固定されており、この油圧モータ149の駆動ギヤ15
0がリングギヤ147の内歯に噛み合っている。従って、油
圧モータ149を駆動して駆動ギヤ150を回転駆動すると、
この駆動ギヤ150が噛み合うリングギヤ147が回転し、リ
ングギヤ147と一体の回転リング146を旋回することがで
きる。

【００７７】また、回転リング146には左右一対の固定
台151が固定されており、Ｕ字形状をなす移動枠体152の
左右端部がこの各固定台151にそれぞれガイドロッド153
によって移動自在に支持されており、それぞれ昇降ジャ
ッキ154によって昇降自在となっている。そして、この
移動枠体152の中央部には昇降台155が固定されており、
この昇降台155のスライドロッド156にはスライド体157
が移動自在に嵌合しており、このスライド体157に固定
された取付ブラケット158には連結ピン159によって吊り
金具160が着脱自在となっている。なお、この吊り金具1
60は下部がねじ部となっており、図示しない装置によっ
て搬入されたセグメントＳの内面に予め螺合されるもの
である。また、取付ブラケット158には取付ブラケット1
58の両側に位置してセグメントＳの内面を押える押え部
材161が取付けられている。

【００７８】従って、セグメントＳに螺合された吊り金
具160に対して、スライド体157を移動して取付ブラケッ
ト158と位置合せを行い、この吊り金具160を連結ピン15
9によって取付ブラケット158に連結することで、セグメ
ントＳを保持することができる。そして、昇降ジャッキ
154を駆動して駆動ロッドを伸縮すると、移動枠体152を
介して昇降台155が上下に移動し、この昇降台155を昇降
することで、保持したセグメントＳを昇降することがで
きる。更に、油圧モータ149を駆動してリングギヤ147と
共に回転リング146を旋回することで、保持したセグメ
ントＳをトンネル内壁面に沿って移動することができ
る。

【００７９】＜トンネルボーリングマシンの作用＞ここ
で、上述したように構成されたＴＢＭ110によって岩盤
を掘削してトンネルを構築する場合について説明する。

【００８０】このように構成されたＴＢＭ110によって
岩盤を掘削してトンネルを構築するには、図１６に示す
ように、油圧ジャッキ136，137を駆動（縮小）し、フロ
ントグリッパ134及び補助グリッパ135を引き込んで前胴
111を移動自在とする一方、油圧ジャッキ139を駆動（伸
長）し、各リアグリッパ138を掘削形成されたトンネル
内壁面に圧接して後胴113を移動不能に保持する。この
状態で、カッタ旋回駆動モータ120を駆動してカッタヘ
ッド115を回転駆動させながら、各スラストジャッキ129
を伸長して前胴111と共にカッタヘッド115を前方へ移動
させる。すると、旋回するカッタヘッド115のローラカ
ッタ117が岩盤をせん断破壊し、スクレーパ118が掘削面
を掻き取ることで岩盤を掘削する。そして、このときに
各中折ジャッキ132を伸縮することで、前胴111及び中胴
112は後胴113に対して折れ曲がり、カッタヘッド115の
向きを変えてトンネルの掘削方向を変更することができ
る。

【００８１】そして、各スラストジャッキ129を所定ス
トローク伸長すると、このスラストジャッキ129の駆動
を停止し、フロントグリッパ134及び補助グリッパ135を
押し出してトンネル内壁面に圧接し、前胴１１を移動不
能に保持する一方、リアグリッパ138を引き込んで後胴1
13を移動自在とする。この状態で、各スラストジャッキ
129を縮少して前胴111に対して中胴112及び後胴113を前
方へ引き寄せて移動させる。そして、前述と同様に、各
フロントグリッパ134及び補助グリッパ135によって前胴
１１を移動自在とする一方、各リアグリッパ138によっ
て後胴１３を移動不能に保持し、カッタヘッド１５を回
転駆動させながら各スラストジャッキ129を伸長して前
胴111と共にカッタヘッド115を前方へ移動させること
で、ローラカッタ117及びスクレーパ118によって岩盤を
掘削する。この繰り返しによってトンネルを掘削形成し
ていく。

【００８２】このローラカッタ117及びスクレーパ118の
岩盤掘削によって生じたずりはカッタヘッド115の隙間
からチャンバ室123内に落下し、カッタヘッド115 と共
に回転する掻き上げ板125がこのチャンバ室123内のずり
を掻き上げてホッパ124内に落とす。そして、このホッ
パ124内に落下して集積されたずりは排出装置126として
のベルトコンベヤによって外部に排出される。

【００８３】ところで、このように岩盤を掘削してトン
ネルを掘削形成していく過程で、この掘削形成されたト
ンネルの壁面が安定している場合は支保は不要である
が、若干不安定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちない
ようにリング状の形成したＨ形綱や木製の板等を支保と
して用い、トンネルを保護する。また、岩盤を掘削して
トンネルを形成する場合に、掘削地盤が岩盤層から一般
土砂層に変化した場合には、シールドジャッキ140がセ
グメントＳにて掘進反力を得て前胴111及び中胴112、後
胴113を推進させる。

【００８４】即ち、複数のシールドジャッキ140のスプ
レッダ141を既設のセグメントＳへ押し付けた状態で、
このシールドジャッキ140を伸長することにより、その
押し付け反力によってトンネル掘削機本体、即ち、前胴
111及び中胴112、後胴113を前進させ、これと同時にカ
ッタ駆動モータ120を駆動してカッタヘッド115を旋回さ
せ、ローラカッタ117及びスクレーパ118によって一般土
砂層を掘削していく。そして、前胴111及び中胴112、後
胴113からなる掘削機本体が所定量前進すると、シール
ドジャッキ140の何れか一つを縮み方向に作動し、スプ
レッダ141と既設のセグメントＳとの間に空所を形成
し、この空所にセグメントエレクタ装置142によって新
しいセグメントＳを装着する。

【００８５】図１８及び図１９に示すように、図示しな
い台車によってトンネル内に搬入されたセグメントＳに
対して、作業者はこのセグメントＳに吊り金具160を固
定する。そして、エレクタ装置142のスライド体157を移
動し、取付ブラケット158をセグメントＳに固定された
吊り金具160の上方に位置させ、この吊り金具160を連結
ピン159によって取付ブラケット158に連結する。このよ
うにセグメントＳを取付ブラケット158が保持した状態
で、昇降ジャッキ154を駆動して移動枠体152を介してし
昇降台155を昇降すると共に、油圧モータ149を駆動して
回転リング146を旋回することで昇降台155を旋回し、保
持したセグメントＳをトンネル内で移送してトンネル内
壁面の所定の位置に組付ける。そして、セグメントＳを
トンネル内壁面に固定すると、セグメントＳの保持を解
除し、元位置に戻る。この繰り返しによってトンネルを
構築していく。

【００８６】このように上述したＴＢＭ110では、トン
ネル掘削機本体（前胴111、中胴112、後胴113）をスラ
ストジャッキ129あるいはシールドジャッキ140によって
前進させながらカッタヘッド115を旋回させ、ローラカ
ッタ117及びスクレーパ118によって岩盤を掘削し、岩盤
掘削によって生じたずりをホッパ124に集積してから排
出装置126によって外部に排出する一方、セグメントエ
レクタ装置142によってセグメントＳをトンネル内壁面
に装着することで、トンネルを構築している。

【００８７】このようなＴＢＭ110を用いたトンネル構
築の過程で、カッタヘッド115の長期使用していると、
各ローラカッタ117が磨耗して掘削能力が低下してしま
うため、その磨耗量を検出した磨耗が激しい場合には、
ローラカッタ117を交換する必要がある。即ち、本実施
例のＴＢＭ110にあっても、前述した第１実施例のロー
ラカッタの摩耗検出装置が装着されている。

【００８８】前述したように、前胴111の前進及びカッ
タヘッド115の回転に伴って多数のローラカッタ117が前
方の地盤に押し付けられることで、各ローラカッタ117
は転動しながらこの地盤を掘削する。このとき、図１に
示すように、定電流発生器213によって電流印加用電極2
05から主軸203に電流を印加し、電位差計214は電位差検
出用電極206，207を通してローラカッタ117を含む主軸2
03に流れる電流の電圧を検出する。そして、ローラカッ
タ117の長期使用によって磨耗が進行すると、この磨耗
が進行したローラカッタ117はその直径が小さくなるこ
とで抵抗値が変化し、検出電圧が低下するため、ローラ
カッタ117の磨耗の前後で電位差が生じる。制御部224は
予め記憶された設定電圧に対して電位差計214の検出電
圧の低下量によってローラカッタ１７の摩耗量を検出す
る。

【００８９】また、このローラカッタ117が回転する
と、板ばね218が凹凸部217に接触して打撃音が発生す
る。加速度計219はこの打撃音の周期を検出しており、
チャージアンプ221を介して記録計222に送られ、記録さ
れる。制御部224は回転検出器215から出力されたカッタ
ヘッド115の回転周期と、このローラカッタ117の回転周
期に基づいてローラカッタの転動状態を検出する。

【００９０】従って、制御部214は電位差計214が検出す
る検出電圧の低下量によってローラカッタ117の摩耗量
を検出しており、また、加速度計219が検出するローラ
カッタ117の回転周期によってローラカッタ117の転動不
良による偏摩耗を検出しており、検出された磨耗量に基
づいてローラカッタ117の交換時期を的確に判断するこ
とができる。

【００９１】なお、上述した各実施例のローラカッタの
摩耗検出装置において、電流印加用電極205及び電位差
検出用電極206，207、あるいは凹凸部217及び板ばね21
8、加速度計219等はローラカッタ１７，117の全てに設
けてもよく、あるいは、一部に設けても良いものであ
る。

【００９２】また、上述した各実施例にあって、推進手
段としてパラレルリンク機構３７を用いたＴＢＭ１０で
はリンク式セグメントエレクタ装置６２を適用し、推進
手段としてシールドジャッキ129を用いたＴＢＭ110では
門型セグメントエレクタ装置142を適用したが、ＴＢＭ
とセグメントエレクタ装置との関係はこれらに限定され
るものではなく、例えば、パラレルリンク機構３７を用
いたＴＢＭ１０に門型セグメントエレクタ装置142を適
用しても良いものである。

【００９３】更に、上述した各ＴＢＭ１０，110にあっ
ては、ずりの排出装置２６，126としてジェットポンプ
やベルトコンベヤを適用して説明したが、排出装置はこ
れらに限定されるものではなく、スクリューコンベヤな
どを適用しても良い。

【００９４】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに、本発明のローラカッタの磨耗検出装置によれば、
ローラカッタをカッタヘッドに固定された主軸に回転自
在に装着し、この主軸におけるローラカッタの両側に一
対の電流印加用電極及び一対の電位差検出用電極を装着
し、ローラカッタ摩耗検出手段が一対の電位差検出用電
極が検出した検出電位差に基づいてローラカッタの摩耗
状態を検出するようにしたので、ローラカッタの摩耗を
電位差の変化で確実に検出することができ、その結果、
ローラカッタの交換時期を的確に判断することができ
る。

【００９５】また、本発明のローラカッタの磨耗検出装
置によれば、ローラカッタの外周部に凹凸部を設ける一
方、カッタヘッドにこの凹凸部に弾性接触する検出片を
設け、ローラカッタ転動状態検出手段がローラカッタの
回転に伴って発生する凹凸部と検出片との接触周期を検
出し、ローラカッタ摩耗検出手段は検出電位差及び接触
周期に基づいてローラカッタの摩耗状態を検出するよう
にしたので、ローラカッタの回転周期によってこのロー
ラカッタの転動不良による偏摩耗を検出することがで
き、電位差の変化によるローラカッタの摩耗量の検出と
合わせてローラカッタの摩耗を確実に検出することがで
きる。

【００９６】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
筒状の掘削機本体を推進機構によって前進可能とし、こ
の掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着すると共にこ
のカッタヘッドの前面部に主軸によって回転自在な多数
のローラカッタを設け、カッタヘッドをカッタヘッド駆
動機構によって駆動回転可能とし、主軸におけるローラ
カッタの両側に一対の電流印加用電極及び一対の電位差
検出用電極を装着すると共に、この一対の電位差検出用
電極が検出した検出電位差に基づいてローラカッタの摩
耗状態を検出するローラカッタ摩耗検出手段を設けたの
で、トンネル掘削作業に並行してローラカッタの摩耗を
電位差の変化で確実に検出することができ、その結果、
ローラカッタの交換時期を的確に判断してトンネル掘削
効率の向上を図ることができる。

【００９７】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、ローラカッタを回転自在に支持する主軸の両側に電
流を印加し、ローラカッタによる岩盤掘削に並行してこ
の主軸に印加された電流の電位差を検出し、この検出し
た検出電位差に基づいてローラカッタの摩耗状態を検出
するようにしたので、トンネル掘削作業に並行してロー
ラカッタの摩耗を電位差の変化で確実に検出することが
でき、その結果、ローラカッタの交換時期を的確に判断
してトンネル掘削効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るローラカッタの磨耗
検出装置の概略構成図である。

【図２】本実施例のローラカッタの磨耗検出装置におけ
る各電極の取付状態を表すローラカッタの正面図であ
る。

【図３】各電極の取付状態を表すローラカッタの側面図
である。

【図４】ローラカッタ転動状態検出装置を表すローラカ
ッタの正面図である。

【図５】ローラカッタ転動状態検出装置を表すローラカ
ッタの側面図である。

【図６】ローラカッタの直径に対する設定電圧を表すグ
ラフである。

【図７】ローラカッタの転動周期を説明するためのグラ
フである。

【図８】本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機とし
てのトンネルボーリングマシンの断面図である。

【図９】トンネルボーリングマシンの正面図である。

【図１０】図８のＡ−Ａ断面図である。

【図１１】図８のＢ−Ｂ断面図である。

【図１２】図８のＣ−Ｃ断面図である。

【図１３】推進機構としてのパラレルリンク機構の概略
図である。

【図１４】リンク式セグメントエレクタ装置の側面図で
ある。

【図１５】リンク式セグメントエレクタ装置の正面図で
ある。

【図１６】本発明の第２の実施例に係るトンネル掘削機
としてのトンネルボーリングマシンの断面図である。

【図１７】図１６のＤ−Ｄ断面図である。

【図１８】門型セグメントエレクタ装置の側面図であ
る。

【図１９】門型セグメントエレクタ装置の正面図であ
る。

【図２０】従来のローラカッタの支持構造を表す要部断
面図である。

【図２１】図２０のＸ−Ｘ断面図である。

【符号の説明】

１０，１１０ トンネルボーリングマシン １１，１１１ 前胴（トンネル掘削機本体） １２，１１２ 中胴（トンネル掘削機本体） １３，１１３ 後胴（トンネル掘削機本体） １５，１１５ カッタヘッド １７，１１７ ローラカッタ ２０，１２０ カッタ旋回モータ ２６，１２６ 排出装置 ３０ 連結ジャッキ ３４ａ〜３４ｆ スラストジャッキ ３７ パラレルリンク機構 ５９，１４０ シールドジャッキ ６２ リンク式セグメントエレクタ装置 １２９ スラストジャッキ １３２ 中折ジャッキ １３３ 反力ジャッキ １４２ 門型セグメントエレクタ装置 ２０３ 主軸 ２０５ 電流印加用電極 ２０６，２０７ 電位差検出用電極 ２０８ 回転シャフト ２０９ スリップリング ２１３ 定電流発生器 ２１４ 電位差計（ローラカッタ摩耗検出手段） ２１７ 凹凸部 ２１８ 板ばね（検出片） ２１９ 加速度計（ローラカッタ転動状態検出手段） ２２１ チャージアンプ ２２２ 記録計 ２２４ 制御部 ２２５ 回転検出器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動するカッタヘッドの前面部に設
   けられた多数のローラカッタの摩耗を検出するローラカ
   ッタの摩耗検出装置において、前記ローラカッタを前記
   カッタヘッドに固定された主軸に回転自在に装着し、該
   主軸における前記ローラカッタの両側に一対の電流印加
   用電極及び一対の電位差検出用電極を装着し、ローラカ
   ッタ摩耗検出手段が前記一対の電位差検出用電極が検出
   した検出電位差に基づいて前記ローラカッタの摩耗状態
   を検出することを特徴とするローラカッタの摩耗検出装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のローラカッタの摩耗検出
   装置において、前記ローラカッタの外周部に凹凸部を設
   ける一方、前記カッタヘッドに該凹凸部に弾性接触する
   検出片を設け、ローラカッタ転動状態検出手段が前記ロ
   ーラカッタの回転に伴って発生する前記凹凸部と検出片
   との接触周期を検出し、前記ローラカッタ摩耗検出手段
   は検出電位差及び前記ローラカッタ転動状態検出手段が
   検出した接触周期に基づいて前記ローラカッタの摩耗状
   態を検出することを特徴とするローラカッタの摩耗検出
   装置。
3. 【請求項３】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
   進させる推進機構と、前記掘削機本体の前部に回転自在
   に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回
   転するカッタヘッド駆動機構と、前記カッタヘッドの前
   面部に主軸によって回転自在に支持された多数のローラ
   カッタと、前記主軸における前記ローラカッタの両側に
   装着された一対の電流印加用電極と、前記主軸における
   前記ローラカッタの両側に装着された一対の電位差検出
   用電極と、前記一対の電位差検出用電極が検出した検出
   電位差に基づいて前記ローラカッタの摩耗状態を検出す
   るローラカッタ摩耗検出手段とを具えたことを特徴とす
   るトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 前部に装着されたカッタヘッドを駆動回
   転させながら筒状の本体を前進させることで、該カッタ
   ヘッドに装着された多数のローラカッタによって前方の
   岩盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削方法に
   おいて、前記ローラカッタを回転自在に支持する主軸の
   両側に電流を印加し、ローラカッタによる岩盤掘削に並
   行して該主軸に印加された電流の電位差を検出し、この
   検出した検出電位差に基づいて前記ローラカッタの摩耗
   状態を検出するようにしたことを特徴とするトンネル掘
   削方法。