JPH11148299A - 自由断面掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削効率に優れた自由断面掘削機を提供する
ことにある。 【解決手段】 先端位置を変えられるブーム２０と、こ
のブーム２０の先端に設けられて掘削を行う掘削部３０
と、を有し、前記掘削部３０は、ドラム状をなして前記
ブーム２０の長さ方向に延びる直線に直交する軸を中心
に回転する回転体３２を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自由な断面形状で
トンネルの掘削を行える自由断面掘削機に関する。

【０００２】

【発明の背景】トンネルの掘削機として、一度に全断面
を掘削する全断面掘削機の他に、自由断面掘削機が知ら
れている。全断面掘削機では円形断面等決められた断面
の掘削が行われるのに対して、自由断面掘削機は、任意
断面の掘削を行える点で優れている。このような自由断
面掘削機は、ブームの先端に掘削部が設けられ、この掘
削部を回転させて掘削を行うようになっている。

【０００３】従来の自由断面掘削機は、通常のビット
（平ビット、コニカルビット）を使用していた。通常の
ビットでは軟岩掘削には問題はないが、硬岩を掘削する
場合、ビットの消耗が多く、また掘削効率が悪いため、
経済的ではなかった。

【０００４】本発明は、この問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、硬岩掘削に適した自由断面
掘削機を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、先端位置を変えられるブー
ムと、このブームの先端に設けられて掘削を行う掘削部
と、を有し、前記掘削部は、ドラム状をなして前記ブー
ムの長さ方向に延びる直線に直交する軸を中心に回転す
る回転体を有し、前記回転体には、複数列のディスクカ
ッタが取り付けられることを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、回転体は、ブームの長さ
方向に延びる直線に直交する軸を中心に回転する。した
がって、回転体の回転の軸に沿った幅が、一度に掘削を
行う幅となる。回転体はドラム状をなすので、掘削を行
う幅が大きくなり、一度に広い面積の掘削が可能にな
り、掘削効率が向上する。

【０００７】なお、掘削部はブームの先端に設けられて
いるので、このブームの先端位置を変えることで自由な
断面での掘削を行うことができる。

【０００８】また、本発明によれば、回転体に複数列で
ディスクカッタが取り付けられているので、ビット交換
なしに、軟岩から硬岩の地山を破砕しながら掘削を行う
ことができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の自
由断面掘削機において、前記ブームは、長さが変わると
ともに上下及び左右に揺動することを特徴とする。

【００１０】本発明によれば、ブームの長さを変えた
り、ブームを揺動させることで、このブームの先端位置
を変えて、この先端に設けられる掘削部の位置を変える
ことができる。こうして、自由な断面で掘削を行うこと
ができる。

【００１１】特に、ブームが上下するときに掘削するよ
うにすれば、反力装置は、上下方向の反力をとるだけで
足りる。また、ブームが下がるときには、掘削部の重さ
自体も押し付け力の一部となるので、大きな押し付け力
を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して説明する。図１、図２及び図
３は、それぞれ、本実施形態に係る自由断面掘削機の概
略を示す側面図、平面図及び正面図である。

【００１３】自由断面掘削機１０は、地山１００を掘削
してトンネル１１０を形成できるようになっている。ト
ンネル１１０の断面は、図３に示すように、構造強度に
優れた馬蹄形をなす。トンネル１１０の内面は、地山１
００の崩落を防ぐために、現場で打設されたコンクリー
ト１１２にて覆工されている。

【００１４】なお、本実施形態においては、コンクリー
ト１１２は、図３に示すように側面から上面にかけて設
けられているが、さらに底面に設けてもよい。また、現
場で打設されたコンクリート１１２の代わりに、セグメ
ントを組み立ててもよい。この場合には、セグメントの
搬送及び組立手段を、自由断面掘削機１０に連結しても
よい。

【００１５】自由断面掘削機１０は、走行のためのキャ
タピラ１２と、底面（地盤）に対して反力をとるための
フロントサポート１４及びリアサポート１６と、コンク
リート１１２にて被覆された上面に対して反力をとるた
めのグリッパ１８とを有する。グリッパ１８は、ブーム
２０を上下に揺動させて切削するときの反力をとるため
のものである。これらは、公知の構成であるので説明を
省略する。

【００１６】自由断面掘削機１０は、ブーム２０及び掘
削部３０を有する。ブーム２０は、揺動部２１及び伸縮
部２３からなる。揺動部２１は、油圧シリンダ２２によ
って一点を中心に上下に揺動するようになっている（図
１参照）。また、揺動部２１は、他の油圧シリンダ２４
によって一点を中心に左右にも揺動するようになってい
る（図２参照）。

【００１７】このような揺動部２１の先端から伸縮部２
３が設けられている。伸縮部２３は、一部が揺動部２１
の内部に入り込むようになっており、図示しない油圧シ
リンダによって、揺動部２１から突出する長さが変わる
ようになっている。

【００１８】以上の構成によって、ブーム２０は、上下
及び左右に揺動するとともに、長さが変わるようになっ
ている。なお、図１〜図３に示すブーム２０では、伸縮
部２３が完全に伸び切るやや手前の長さとなっている。

【００１９】掘削部３０は、ブーム２０の伸縮部２３の
先端に設けられており、ブーム２０が長さを伸ばしなが
ら揺動することで、地山１００の掘削を行えるようにな
っている。図４は掘削部３０の拡大側面図であり、図５
（Ａ）及び図５（Ｂ）は、掘削部３０を拡大した平面図
及び正面図である。

【００２０】掘削部３０は、２つの回転体３２を含み、
それぞれがブーム２０を挟むように配置されている。こ
のように回転体３２は、ブーム２０の両側に取り付けら
れているので、取り外しも容易であり交換をしやすい。
また、各回転体３２の周面３２ａには複数のディスクカ
ッタ３４が取り付けられている。各回転体３２は、円柱
状又はドラム状をなしており、周面３２ａの幅ｗが広く
なっている。幅ｗが広いことから、図に示すように、周
面３２ａにディスクカッタ３４を複数列で設けることが
できる。そして、複数列のディスクカッタ３４によっ
て、一度に掘削する幅が広くなる。また、２つの回転体
３２によって掘削されるので、掘削幅が一層広くなって
掘削効率が向上する。

【００２１】ディスクカッタ３４は、取付部３６又は取
付部３８によって回転自在に支持されている。詳しく
は、回転体３２の周面３２ａにおいて、ブーム２０から
離れた側で円周方向に沿って複数（例えば６〜１２）の
取付部３６が設けられ、ブーム２０に近い側で円周方向
に沿って６つの取付部３８が設けられている。６つの取
付部３６は等間隔で配置され、６つの取付部３８も等間
隔で配置されている。そして、２つの取付部３６の中間
に１つの取付部３８が配置されている。したがって、図
４に示すように、側面視において１２個の取付部３６又
は３８が等間隔で配置されている。また、６つの取付部
３６又は６つの取付部３８のそれぞれは、３つのディス
クカッタ３４を支持している。

【００２２】このように、周面３２ａの幅ｗの広い回転
体３２には、多数のディスクカッタ３４が設けられてい
る。そして、回転体３２は、図５（Ａ）に示すように、
ブーム２０の長さ方向に延びる直線Ｌ1 に直交する直線
Ｌ2 を中心に回転駆動されるようになっている。この掘
削部３０の回転駆動のために、周知のモータ及び運動伝
達機構が用いられる。

【００２３】本実施形態は、上記のように構成されてお
り、以下その作用を説明する。まず、自由断面掘削機１
０の伸縮部２３を縮めて、ブーム２０を最も短い状態に
しておく。また、掘削部３０がトンネル１１０の上部に
至るように、ブーム２０を上方向に揺動させておく。そ
して、自由断面掘削機１０をトンネル１１０の最前部ま
で走行させる。この位置で、フロントサポート１４、リ
アサポート１６及びグリッパ１８によって、自由断面掘
削機１０を固定する。

【００２４】そして、掘削部３０の回転体３２を地山１
００に押しつけながら回転させ、さらにブーム２０を下
方向に揺動させる。こうして、回転体３２に設けられた
ディスクカッタ３４によって地山１００を掘削すること
ができる。ここで、ディスクカッタ３４の推進力は、ブ
ーム２０の下方向への揺動によって得られている。した
がって、ディスクカッタ３４の推進力に対する反力は、
フロントサポート１４、リアサポート１６及びグリッパ
１８のみならず、自由断面掘削機１０の自重によっても
とることができる。また、ディスクカッタ３４の推進力
に対する反力は、回転体３２の回転軸に直角に加えられ
るので、回転体３２の回転に影響を与えにくい。こうし
て、大きな反力をとって、ディスクカッタ３４を推進さ
せることができる。また、回転体３２がドラム状をなし
ており周面の幅が大きいので、地山１００への食い込み
が浅いものの、広い幅での掘削が可能である。

【００２５】こうして、上から下にブーム２０を揺動さ
せて縦一列の掘削が終わると、図２に示すように、ブー
ム２０を左又は右に揺動させてから、上述したように上
から下に向けて掘削を行う。そして、自由断面掘削機１
０の前方の掘削が終了すると、図２及び図３に示すよう
に、自由断面掘削機１０を横に移動させて、さらに掘削
を行う。トンネル１１０は、自由断面掘削機１０の２倍
の幅を有するようになっている。こうして、掘削が終わ
ると、コンクリート１１２による覆工を行って、さらに
自由断面掘削機１０を前進させて次の掘削を行う。な
お、地山１００の土質が変化すれば、掘削部３０を交換
して掘削を行う。例えば、カッタビットを有する掘削部
を用いる。こうすることで、硬岩から軟岩まで柔軟に対
応することができる。

【００２６】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、掘削部３
０のディスクカッタ３４の配列を次のように変形するこ
とができる。

【００２７】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、掘削部の変
形例を示す平面図及び正面図である。同図に示す掘削部
４０は、回転体４２に複数のディスクカッタ４４が設け
られている。詳しくは、回転体４２の幅方向に１つのデ
ィスクカッタ４４が配置され、円周方向において隣り同
士のディスクカッタ４４は、ずれた位置に配置されてい
る。したがって、少ない数のディスクカッタ４４で、広
い幅の掘削を行うことができる。

【００２８】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、掘削部の他
の変形例を示す平面図及び正面図である。同図に示す掘
削部５０は、回転体５２の幅方向に沿って２つのディス
クカッタ５４が並ぶように配置されている。また、本変
形例でも、回転体５２の円周方向において隣り同士のデ
ィスクカッタ５４は、ずれた位置に配置されている。

【００２９】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、掘削部の他
の変形例を示す平面図及び正面図である。同図に示す掘
削部６０は、回転体６２の幅方向に沿って１つ又は２つ
のディスクカッタ６４が配置されている。また、本変形
例でも、回転体６２の円周方向において隣り同士のディ
スクカッタ６４は、ずれた位置に配置されている。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る自由断面掘削機の概略を示す
側面図である。

【図２】本実施形態に係る自由断面掘削機の概略を示す
平面図である。

【図３】本実施形態に係る自由断面掘削機の概略を示す
正面図である。

【図４】本実施形態における掘削部の拡大側面図であ
る。

【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、本実施形態にお
ける掘削部を拡大した平面図及び正面図である。

【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、掘削部の変形例
を示す平面図及び正面図である。

【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、掘削部の他の変
形例を示す平面図及び正面図である。

【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、掘削部の他の変
形例を示す平面図及び正面図である。

【符号の説明】

１０ 自由断面掘削機 ２０ ブーム ３０ 掘削部 ３２ 回転体 ３４ ディスクカッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今村 秀俊 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 宮内 政男 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 坂口 福寿 東京都港区芝大門２丁目11番１号 日本鉱 機株式会社内 (72)発明者 二木 幸男 東京都港区芝大門２丁目11番１号 日本鉱 機株式会社内 (72)発明者 吉野 正則 東京都港区芝大門２丁目11番１号 日本鉱 機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端位置を変えられるブームと、このブ
   ームの先端に設けられて掘削を行う掘削部と、を有し、 前記掘削部は、ドラム状をなして前記ブームの長さ方向
   に延びる直線に直交する軸を中心に回転する回転体を有
   し、 前記回転体には、複数列のディスクカッタが取り付けら
   れることを特徴とする自由断面掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の自由断面掘削機におい
   て、 前記ブームは、長さが変わるとともに上下及び左右に揺
   動することを特徴とする自由断面掘削機。