JP2018053586A - Tunnel boring machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル掘進機に関する。 The present invention relates to a tunnel machine.
安定した地層を持つ良好地山での長尺のトンネル施工では、高速で安全な施工が可能なトンネルボーリングマシン(TBM)がしばしば使用される。トンネルボーリングマシンでは、ディスクカッタを装備したカッタヘッドを回転させて、ディスクカッタを岩盤に押し付けることにより、岩盤を掘削する。 In a long tunnel construction in a good ground with a stable formation, a tunnel boring machine (TBM) capable of high-speed and safe construction is often used. Tunnel boring machines excavate rock mass by rotating a cutter head equipped with a disc cutter and pressing the disc cutter against the rock mass.
良好地山を予定したトンネル施工途中で、想定外にTBMが軟弱地層などの不良地山に直面する場合がある。不良地山では、切羽の崩落などにより、カッタヘッドの負荷が大きくなって回転できなくなり、TBMによる掘進が不能となる場合がある。従来、不良地山にトンネルを形成するために、トンネルボーリングマシンのカッタヘッドの後方に地山改良用ボーリング削孔機を設け、カッタヘッドには開閉可能な中央開口部を設け、ボーリング削孔機を中央開口部から挿通させて掘削前方に位置する広範囲な地山の改良を行なう技術が提案されている(たとえば、特開2002−364284号公報(特許文献1)参照)。 In the middle of tunnel construction scheduled for good ground, TBM may face a bad ground such as a soft ground unexpectedly. In bad ground, due to the collapse of the face, the load on the cutter head becomes large and cannot be rotated, and excavation by TBM may become impossible. Conventionally, in order to form a tunnel in a defective ground, a boring drilling machine for improving ground is provided behind the cutter head of a tunnel boring machine, and a central opening that can be opened and closed is provided in the cutter head. Has been proposed to improve a wide range of natural ground located in front of excavation by inserting a through the central opening (see, for example, JP-A-2002-364284 (Patent Document 1)).
TBMが遭遇する不良地山の性状は多様であり、特許文献1に記載のボーリング削孔機を用いた地山の改良が必ずしも最適とは限らない。TBMが掘進不能となり、ロードヘッダ、削岩機、エキスカベータなどの他の機材による掘進が必要になった場合、TBMを一旦後退させて、当該他の機材をTBM後方から別途搬入する必要があるため、施工遅れの原因となる。 The nature of bad grounds encountered by TBM is diverse, and improvement of natural grounds using the boring drilling machine described in Patent Document 1 is not always optimal. When the TBM becomes impossible to dig and it is necessary to dig with other equipment such as road headers, rock drills, excavators, etc., it is necessary to retract the TBM once and carry in the other equipment separately from the rear of the TBM. This causes construction delays.
本発明の目的は、不良地山に遭遇した場合に短時間で掘進を再開できる、トンネル掘進機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a tunnel excavator that can resume excavation in a short time when a bad ground is encountered.
本発明に係るトンネル掘進機は、本体と、カッタヘッドと、掘削装置とを備えている。カッタヘッドは、本体の前方に配設されており、本体に対して回転可能である。カッタヘッドには、開口が形成されている。掘削装置は、本体に支持されている。掘削装置は、切羽を掘削する作業機を有している。作業機は、カッタヘッドの開口を通過して、カッタヘッドの前方へ移動可能である。 A tunnel excavator according to the present invention includes a main body, a cutter head, and an excavator. The cutter head is disposed in front of the main body and is rotatable with respect to the main body. An opening is formed in the cutter head. The excavator is supported by the main body. The excavator has a working machine for excavating the face. The work machine is movable forward of the cutter head through the opening of the cutter head.
上記のトンネル掘進機において、掘削装置は、先端と基端とを有し先端に作業機が取り付けられたブーム部と、ブーム部の基端に設けられブーム部を回動可能に支持する少なくとも1つの軸支部とを有している。少なくとも1つの軸支部は、開口を通過してカッタヘッドの前方へ移動可能である。 In the above tunnel excavator, the excavator includes a boom portion having a distal end and a proximal end and a work machine attached to the distal end, and at least one that is provided at the proximal end of the boom portion and rotatably supports the boom portion. And two pivot parts. At least one pivot is movable through the opening and forward of the cutter head.
上記のトンネル掘進機において、少なくとも1つの軸支部は、複数の軸支部を含んでいる。複数の軸支部は、ブーム部を左右に回動可能に支持する旋回動軸支部と、ブーム部を上下に回動可能に支持する俯仰動軸支部とを有している。 In the tunnel excavator described above, at least one of the shaft support portions includes a plurality of shaft support portions. The plurality of shaft support portions include a turning motion shaft support portion that supports the boom portion so as to be turnable in the left and right directions, and an uplifting shaft support portion that supports the boom portion so as to be turnable up and down.
上記のトンネル掘進機において、掘削装置は、俯仰動軸支部を中心にブーム部を上下に回動させる俯仰ジャッキをさらに有している。掘削装置が本体に収容された状態で、俯仰ジャッキは、本体の内部からカッタヘッドの前方へ移動する作業機の移動方向に沿って延びている。 In the above tunnel excavator, the excavator further includes a lifting jack that rotates the boom portion up and down around the lifting shaft support portion. In a state where the excavator is housed in the main body, the lifting jack extends from the inside of the main body along the moving direction of the working machine that moves to the front of the cutter head.
上記のトンネル掘進機において、本体はレールを有している。掘削装置は、レールに沿って移動可能である。 In the above tunnel excavator, the main body has a rail. The excavator is movable along the rail.
上記のトンネル掘進機において、カッタヘッドは、開口を開閉可能な蓋部を有している。蓋部は、開口に対して前方上向きに移動して開口を開放する。 In the above tunnel excavator, the cutter head has a lid that can open and close the opening. The lid moves upward and forward with respect to the opening to open the opening.
上記のトンネル掘進機は、前方へ移動する掘削装置が蓋部を押し開けるよう構成されている。 The above tunnel excavator is configured such that the excavator that moves forward pushes the lid open.
上記のトンネル掘進機は、掘削ずりを搬送するベルトコンベアをさらに備えている。ベルトコンベアの一部は、開口を通過して、カッタヘッドの前方へ移動可能である。 The tunnel excavator further includes a belt conveyor that conveys the excavation shear. A part of the belt conveyor is movable forward of the cutter head through the opening.
本発明のトンネル掘進機によると、不良地山に遭遇した場合に短時間で掘進を再開することができる。 According to the tunnel excavator of the present invention, excavation can be resumed in a short time when a bad ground is encountered.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の思想を適用可能なトンネル掘進機の構成について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of a tunnel excavator to which the idea of the present invention can be applied will be described.
(トンネル掘進機1の全体構成)
図1は、実施形態におけるトンネル掘進機1の構成を概略的に示す側面図である。図2は、実施形態におけるトンネル掘進機1の構成を概略的に示す平面図である。図1および図2に示すように、トンネル掘進機1は、本体10と、地中を掘削するカッタヘッド30とを備えている。
(Overall configuration of tunnel machine 1)
FIG. 1 is a side view schematically showing a configuration of a tunnel excavator 1 in the embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the tunnel machine 1 in the embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the tunnel excavator 1 includes a
本体10は、メインビーム15を有している。メインビーム15は、トンネル掘進機1の掘進方向(図1,2中の左右方向)に延びている。以下の本明細書中では、トンネル掘進機1の掘進方向を前後方向と称し、前後方向においてトンネルの掘削面(切羽)に近づく方向を前方、切羽から離れる方向を後方と称する。メインビーム15は、トンネル掘進機1の中心線よりも下方に配置されている。本体10はまた、グリッパシュー16と、グリッパキャリア17と、グリッパジャッキ14と、スラストジャッキ18と、リアサポート19とを有している。グリッパキャリア17は、メインビーム15に沿って摺動可能である。
The
グリッパシュー16は、グリッパキャリア17の両側に1本ずつ、計2本設けられている。グリッパシュー16は、グリッパキャリア17に保持されたグリッパジャッキ14の伸縮動作により、トンネルの側壁に押し付け可能に構成されている。スラストジャッキ18の一端は、メインビーム15に取り付けられている。スラストジャッキ18の他端は、グリッパシュー16に取り付けられている。スラストジャッキ18は、前後方向に伸縮自在に構成されている。スラストジャッキ18の伸縮により、グリッパキャリア17がメインビーム15に沿って摺動するように構成されている。
Two
リアサポート19は、メインビーム15の後端部においてメインビーム15を支持している。リアサポート19は、リアサポートシリンダの伸縮動作により、トンネルの底面に接触可能に設けられている。
The
カッタヘッド30は、本体10の前方に配設されており、本体10に対して回転可能に支持されている。カッタヘッド30および本体10は、グリッパキャリア17に対してスラストジャッキ18により前後方向に移動可能にされている。カッタヘッド30には、複数のディスクカッタ40が装着されている。ディスクカッタ40は、カッタヘッド30に対して相対回転可能に支持されている。カッタヘッド30の前方向への動作によりディスクカッタ40がトンネルの掘進方向における掘削面に押し当てられ、カッタヘッド30の回転に伴ってディスクカッタ40が従転して岩石を破砕し、掘削面を掘削する。
The
図3は、実施形態におけるトンネル掘進機1の正面図である。図3に示すように、本実施形態のカッタヘッド30には、4個のセンタディスクカッタと、15個のシングルディスクカッタとが装着されている。カッタヘッド30の周縁部に、4個のバケット32が設けられている。掘削で生じる掘削ずりは、バケット32によって掬い込まれて、図1に示すベルトコンベア20によって後方へ搬出される。
FIG. 3 is a front view of the tunnel machine 1 according to the embodiment. As shown in FIG. 3, four center disk cutters and 15 single disk cutters are mounted on the
バケット32によって掻き集められる掘削ずりを機内に取り込むための4個の取込口33が、バケット32に隣り合わせて形成されている。カッタヘッド30は図3中の反時計回り方向に回転し、バケット32は取込口33に対してカッタヘッド30の回転方向の後方側に配置されている。図3中に示す白抜き矢印は、カッタヘッド30の回転方向Rを示している。
Four
カッタヘッド30には、開口37,38,39が形成されている。カッタヘッド30は、開口37を開閉可能な蓋部47と、開口38を開閉可能な蓋部48と、開口39を開閉可能な蓋部49とを有している。図3に示すカッタヘッド30において、開口37は蓋部47によって閉塞されており、開口38は蓋部48によって閉塞されており、開口39は蓋部49によって閉塞されている。
In the
開口37は、カッタヘッド30の中央部に形成されている。蓋部47は、4個のセンタディスクカッタを含んでいる。開口38は、開口37に対してカッタヘッド30の径方向外側に形成されている。開口39は、開口38に対してカッタヘッド30の径方向外側に形成されている。開口39は、カッタヘッド30の周縁部に形成されている。開口39を開閉可能な蓋部49は、複数のバケット32のうちの1つを含んでいる。
The
図1,2を再び参照して、トンネル掘進機1の本体10は、ベルトコンベア20と、ホッパシュート21と、メインベアリング23と、エレクタ24と、カッタヘッド駆動モータ25とをさらに有している。
1 and 2, the
メインビーム15は、中空筒状に形成されている。ベルトコンベア20は、メインビーム15の内部に配設されている。ベルトコンベア20は、ディスクカッタ40により掘削された掘削ずりを後方へ搬送するための装置である。ホッパシュート21は、ベルトコンベア20の前端の上方に設けられている。ホッパシュート21は、バケット32によって掻き集められた掘削ずりを受けてベルトコンベア20上へ導くための装置である。
The
カッタヘッド30は、メインベアリング23を介して、本体10に回転自在に支持されている。カッタヘッド駆動モータ25は、メインビーム15の左右両側に2台ずつ配設されている。カッタヘッド30は、カッタヘッド駆動モータ25から駆動力を受けて回転する。エレクタ24は、カッタヘッド駆動モータ25の後方側に配置されている。
The
図1,2において、トンネル掘進機1の本体10の内部には、エキスカベータ50が収容されている。エキスカベータ50は、本体10に支持されている。エキスカベータ50は、詳細を後述する作業機を有し、作業機を用いてトンネルの掘削面(切羽)を掘削可能な、本実施形態の掘削装置を構成している。本体10の内部に収容されているエキスカベータ50は、本体10の内部の中央部分において、前後方向に延びている。トンネル掘進機1の中心線Cが、エキスカベータ50に沿っている。
1 and 2, an
(エキスカベータ50の構成)
図4は、エキスカベータ50の斜視図である。図5は、エキスカベータ50を異なる角度から見た斜視図である。図6は、エキスカベータ50の側面図である。図7は、エキスカベータ50の平面図である。
(
FIG. 4 is a perspective view of the
図4〜7に示すように、エキスカベータ50は、バケット51と、ブーム部54と、クランプボックス60とを有している。バケット51は、エキスカベータ50の前端に設けられており、切羽を掘削する本実施形態の作業機の一例を構成している。バケット51は、ブーム部54の先端に、ブーム部54に対して回転可能に取り付けられている。バケット51は、第1ツース52と、第2ツース53とを有している。第1ツース52と第2ツース53とのいずれか一方または両方が掘削面に押し当てられ、バケット51がブーム部54に対して相対回転する動作により、掘削面を掘削する。
As shown in FIGS. 4 to 7, the
ブーム部54は、ブーム本体55と、サポートフレーム56とを有している。サポートフレーム56は、前後方向に延びており、中空に形成されている。ブーム本体55は、サポートフレーム56の内部に収容されている。ブーム本体55は、サポートフレーム56に対して相対的に前後方向に移動可能に構成されている。ブーム本体55は、摺動ジャッキ85を介してサポートフレーム56に支持されている。摺動ジャッキ85の先端86はブーム本体55に連結されている。摺動ジャッキ85の基端87はサポートフレーム56に連結されている。摺動ジャッキ85が伸長することによりブーム本体55がサポートフレーム56に対して前方向に移動し、摺動ジャッキ85が収縮することによりブーム本体55がサポートフレーム56に対して後方向に移動する。
The
ブーム部54は、先端57と基端58とを有している。ブーム部54の先端57は、ブーム本体55の前方端により構成されている。バケット51は、ブーム部54の先端に取り付けられている。ブーム部54の基端58は、サポートフレーム56の後方端により構成されている。ブーム部54は、基端58において、クランプボックス60に対して回動可能に支持されている。
The
サポートフレーム56の外側面には、一対のジャッキ支持部59が設けられている。ジャッキ支持部59は、各々サポートフレーム56に対して上方へ突出する位置まで延びている。ジャッキ支持部59は、ブーム部54およびバケット51を俯仰動させる2本の俯仰ジャッキ70の先端を支持している。一対のジャッキ支持部59の間に亘って回動部71が配置されており、俯仰ジャッキ70の先端は回動部71に連結されている。回動部71は、ジャッキ支持部59に対して回動可能に構成されている。
A pair of
ブーム本体55の内部空間には、ブーム本体55に対してバケット51を相対回転させるための、バケットチルトジャッキ80が収容されている。バケットチルトジャッキ80の先端81はバケット51に連結されている。バケットチルトジャッキ80の基端82はブーム本体55に連結されている。バケットチルトジャッキ80が伸長することによりバケット51がブーム本体55に対して下向きに回動し、バケットチルトジャッキ80が収縮することによりバケット51がブーム本体55に対して上向きに回動する。
A
ブーム部54の基端58に、ブーム部54とクランプボックス60とを連結するとともにブーム部54をクランプボックス60に対し相対移動可能に支持する、リンク機構が設けられている。リンク機構は、ブーム部54を回動可能に支持する軸支部を、少なくとも1つ有している。リンク機構は、複数の軸支部を含んでいる。複数の軸支部は、ブーム部54を上下に回動可能に支持する俯仰動軸支部78と、ブーム部54を左右に回動可能に支持する旋回動軸支部79とを有している。俯仰動軸支部78は、旋回動軸支部79よりも前方に設けられている。俯仰動軸支部78は、旋回動軸支部79よりもバケット51に近く配置されている。
A link mechanism that connects the
俯仰ジャッキ70の基端72は、旋回動軸支部79のハウジングに連結されている。基端72は、俯仰動軸支部78よりも後方に配置されている。俯仰ジャッキ70が伸長することにより、ブーム本体55は、俯仰動軸支部78を回転中心として、クランプボックス60に対して下向きに回動する。俯仰ジャッキ70が収縮することにより、ブーム本体55は、俯仰動軸支部78を回転中心として、クランプボックス60に対して上向きに回動する。
The
旋回動軸支部79のハウジングとクランプボックス60の前面とは、左右一対の旋回ジャッキ75により連結されている。旋回ジャッキ75の先端76は、旋回動軸支部79のハウジングのうち、ブーム部54に連結されている部分に、連結されている。旋回ジャッキ75の基端77は、クランプボックス60の前面に連結されている。
The housing of the turning
右の旋回ジャッキ75が収縮し、左の旋回ジャッキ75が伸長することにより、ブーム本体55は、旋回動軸支部79を回転中心として、クランプボックス60に対して右方に回動する。左の旋回ジャッキ75が収縮し、右の旋回ジャッキ75が伸長することにより、ブーム本体55は、旋回動軸支部79を回転中心として、クランプボックス60に対して左方に回動する。
When the
クランプボックス60は、前輪61と、後輪62と、内クランプ63と、外クランプ64と、後輪押付けジャッキ66と、内レールクランプジャッキ67と、外レールクランプジャッキ68とを支持している。後輪押付けジャッキ66と外レールクランプジャッキ68とは、クランプボックス60の上面側に設けられている。前輪61、後輪62、内クランプ63、外クランプ64および内レールクランプジャッキ67は、クランプボックス60の下面側に設けられている。
The
前輪61は、左右に1個ずつ計2個設けられている。後輪62は、左右に2個ずつ計4個設けられている。前輪61は、図示しない油圧モータによって駆動される駆動輪として構成されている。後輪62は、前輪61の駆動に伴って回転する従動輪として構成されている。前輪61は、レール11の天面上に搭載されている。後輪62は、レール11の外側面に形成された溝に係合している。レール11に形成された溝の内壁面は、テーパ面として形成されている。
Two
エキスカベータ50の重心位置は、前輪61よりも前方にある。エキスカベータ50の重心は、クランプボックス60の前面よりもバケット51に近い位置に存在する。
The position of the center of gravity of the
後輪押付けジャッキ66の両端は、後輪62を回転可能に支持する支持部に取り付けられている。後輪押付けジャッキ66が伸長することで、後輪62がレール11の溝の内壁面に押し付けられる。後輪押付けジャッキ66が収縮することで、後輪62がレール11の外側面から離れ、後輪62はレール11に対し非接触になる。
Both ends of the rear
内レールクランプジャッキ67の両端は、内クランプ63に取り付けられている。レール11は2本設けられており、内クランプ63は、1本のレール11毎に前後方向に間隔を空けた2箇所に配置されており、計4箇所に配置されている。前方に配置されている2つの内クランプ63に連結された内レールクランプジャッキ67と、後方に配置されている2つの内クランプ63に連結された内レールクランプジャッキ67とが、設けられている。
Both ends of the inner
内レールクランプジャッキ67が伸長することで、内レールクランプジャッキ67に連結された内クランプ63の両方が、レール11の内側面に押し付けられる。内レールクランプジャッキ67が収縮することで、内レールクランプジャッキ67に連結された内クランプ63の両方が、レール11の内側面から離れ、内クランプ63はレール11に対し非接触になる。
As the inner
外レールクランプジャッキ68の両端は、外クランプ64に取り付けられている。外クランプ64は、1本のレール11毎に前後方向に間隔を空けた2箇所に配置されており、計4箇所に配置されている。外クランプ64は、レール11を間に挟んで内クランプ63と向かい合う位置に、配置されている。前方に配置されている2つの外クランプ64に連結された外レールクランプジャッキ68と、後方に配置されている2つの外クランプ64に連結された外レールクランプジャッキ68とが、設けられている。
Both ends of the outer
外レールクランプジャッキ68が伸長することで、外レールクランプジャッキ68に連結された外クランプ64の両方が、レール11の外側面に押し付けられる。外レールクランプジャッキ68が収縮することで、外レールクランプジャッキ68に連結された外クランプ64の両方が、レール11の外側面から離れ、外クランプ64はレール11に対し非接触になる。
As the outer
内クランプ63は、レール11に接触する接触面を有している。内クランプ63の接触面は、平坦な形状を有している。外クランプ64は、レール11に接触する接触面を有している。外クランプ64の接触面は、レール11の外側面に形成された溝に嵌合する形状を有している。
The
レール11は、メインビーム15(図1,2)の上面に搭載されており、前後方向に延びている。エキスカベータ50は、レール11に沿って前後方向にスライド移動可能である。図1,2に示す、エキスカベータ50がトンネル掘進機1の本体10に収容された状態で、エキスカベータ50の俯仰ジャッキ70、バケットチルトジャッキ80および摺動ジャッキ85は、図4〜6に示す姿勢をとっている。より具体的には、エキスカベータ50が本体10に収容された状態で、バケットチルトジャッキ80と摺動ジャッキ85とは、最小ストロークエンド位置にあり、俯仰ジャッキ70は、中間ストローク位置にある。
The
図4〜6に示す俯仰ジャッキ70、バケットチルトジャッキ80および摺動ジャッキ85は、レール11と略平行に延びており、ほぼ前後方向に延びている。
The
エキスカベータ50を前後方向にスライド移動させるとき、内レールクランプジャッキ67は収縮し、外レールクランプジャッキ68は収縮する。これにより、内クランプ63と外クランプ64との両方がレール11から離れるため、内クランプ63および外クランプ64によるレール11の把持が開放される。前輪61は、レール11の上面に接触し、レール11の上面を転動可能とされる。後輪押付けジャッキ66は伸長し、これにより後輪62はレール11の溝内に押し付けられて、後輪62は一対のレール11を外側から抱え込むようにレール11に接触する。
When the
この状態で図示しない油圧モータからの駆動力を受けて前輪61が回転駆動することにより、エキスカベータ50は、レール11に沿って前方または後方へ移動する。
In this state, the
詳細を後述する、エキスカベータ50を用いた掘削を行なうとき、内レールクランプジャッキ67は伸長し、外レールクランプジャッキ68は伸長する。これにより、内クランプ63と外クランプ64とによってレール11が両側から挟まれ、内クランプ63および外クランプ64によりレール11が把持される。後輪押付けジャッキ66は収縮し、これにより後輪62はレール11に非接触とされ、後輪62とレールとの間に隙間が形成される。レール11の外側面に形成された溝に外クランプ64が嵌まり合うことにより、クランプボックス60に上向きの力が作用し、これにより前輪61は上方へ移動してレール11の上面に非接触とされ、前輪61とレール11との間に隙間が形成される。
When excavation using the
掘削時には、エキスカベータ50のうち、内クランプ63の接触面および外クランプ64の接触面のみがレール11に接触する。内クランプ63および外クランプ64でレール11を挟持するとき、前輪61がレール11に載っていると前輪61に自重以上の力が作用して前輪61が損傷する場合がある。掘削時に、前輪61をレール11から浮かせてレール11に対し非接触とすることで、前輪61の損傷を確実に回避できるようエキスカベータ50が構成されている。
During excavation, only the contact surface of the
(蓋部47の開放動作)
次に、カッタヘッド30の開口37を覆う蓋部47を開放する動作について説明する。図8は、蓋部47を開放する第一の工程を示す斜視図である。図9は、蓋部47を開放する第二の工程を示す斜視図である。図10は、蓋部47を開放する第三の工程を示す斜視図である。蓋部47の開放に先立って、図1,2に示すホッパシュート21は、分解されて取り外される。そのため、蓋部47を開放するときのエキスカベータ50の前方への移動をホッパシュート21が妨げることはない。
(Opening operation of the lid 47)
Next, an operation of opening the
まず、図8に示すように、エキスカベータ50のバケット51と蓋部47の背面とを、連結材90で連結する。蓋部47は、カッタヘッド30の本体部にヒンジ構造を用いて連結されている。蓋部47を開放するとき、当該ヒンジ構造が蓋部47の上方に配置されるように、カッタヘッド30の回転角度が規定されている。連結材90は、蓋部47の下縁部に連結されている。連結材90は、蓋部47に設けられたセンタディスクカッタよりも下方の部分に、連結されている。なお図8では、図3に示す開口38を覆う蓋部48が取り外されており、そのため開口38は開放されている。
First, as shown in FIG. 8, the
カッタヘッド30の背面には、左右一対のラチェット45が取り付けられている。このラチェット45は、蓋部47を開放する動作中の蓋部47の移動方向を一方方向に制限し、蓋部47の開放中に蓋部47が開口37を閉塞する方向に移動する(蓋部47が落下する)不測の事態を回避できるように、設置されている。
A pair of left and
連結材90を設置した状態で、内クランプ63および外クランプ64でレール11を挟持することにより、エキスカベータ50のクランプボックス60をレール11に対して移動不能に固定する。この状態で、図9に示すように、摺動ジャッキ85を伸長させることにより、ブーム部54のブーム本体55をサポートフレーム56に対して前方へ移動する。ブーム本体55と一体にバケット51も前方へ移動する。これにより、連結材90を介して蓋部47に前方向の力が作用する。エキスカベータ50のバケット51が前方へ移動することによって、蓋部47が押し開けられて、ヒンジ構造を中心として蓋部47が回動して前方上向きに移動する。これにより、開口37の一部が開放される。このとき、蓋部47の背面には、左右一対の固定材91が取り付けられる。
With the
エキスカベータ50の摺動ジャッキ85が最大ストロークエンド位置まで伸長すると、内クランプ63および外クランプ64によるクランプボックス60の固定を解除する。続いて、前輪61を駆動することにより、クランプボックス60およびブーム部54のサポートフレーム56を、レール11に沿って前方へ移動する。このとき、サポートフレーム56の移動に合わせて摺動ジャッキ85を収縮させて、バケット51とブーム部54のブーム本体55とはレール11に対して移動しないようにする。これにより、クランプボックス60の移動中に、蓋部47が同じ位置に保持されるようにする。
When the sliding
摺動ジャッキ85が最小ストロークエンド位置に収縮するまでクランプボックス60を移動すると、再び内クランプ63および外クランプ64でレール11を挟持して、クランプボックス60をレール11に固定する。この状態で、摺動ジャッキ85を再び伸長させて、バケット51を前方へ移動させ、蓋部47をさらに押し開ける。摺動ジャッキ85の伸長と、クランプボックス60の前方への移動とを、蓋部47が全開になるまで繰り返す。そして、図10に示す、蓋部47が全開され開口37が全開放された状態になる。
When the
図11は、蓋部47が全開された状態を異なる角度から見た斜視図である。蓋部47が全開され開口37が全開放されると、固定材91を用いて蓋部47とカッタヘッド30とを接続して、蓋部47を固定する。この状態で、連結材90をバケット51および蓋部47から取り外す。固定材91の強度は、蓋部47の自重に加えて、蓋部47上に土砂が堆積した場合の荷重も考慮して、設定されている。
FIG. 11 is a perspective view of the state where the
図11に示すように、2本の固定材91によって固定された蓋部47は、開口37の上方に庇状に配設されており、カッタヘッド30の前方に突出している。開放された蓋部47は、屋根としての機能を奏している。
As shown in FIG. 11, the
図12は、開口したカッタヘッド30を前方から見た斜視図である。図12には、蓋部47が開口37に対して前方上向きに移動して開口37を開放し、かつ蓋部48が取り外されて開口38が開放されている状態が図示されている。図12には、図11に示す構成のうち、カッタヘッド30のみが図示されており、エキスカベータ50は図示を省略されている。
FIG. 12 is a perspective view of the opened
図13は、開口したカッタヘッド30を前方から見た斜視図である。図12と比較して、図13に示すカッタヘッド30では、蓋部49がさらに取り外されて、カッタヘッド30に形成された開口37,38,39の全てが開放されている状態が図示されている。
FIG. 13 is a perspective view of the opened
(エキスカベータ50を用いた掘削作業)
次に、エキスカベータ50を用いた掘削作業について説明する。図14は、エキスカベータ50を掘削可能位置まで前進させた状態を示す斜視図である。図15は、図14に示すベルトコンベア20にサイドスカート部22を取り付けた状態を示す斜視図である。図16は、エキスカベータ50を掘削可能位置まで前進させた状態を示す側面図である。
(Excavation work using the excavator 50)
Next, excavation work using the
図14に示すように、ベルトコンベア20の一部は、カッタヘッド30の周縁部に形成された開口39を通過して、カッタヘッド30の前方へ移動可能である。カッタヘッド30は、開口37を開放する蓋部47が前方上向きに移動するように回転角度を規定されており、このとき開口39はカッタヘッド30の最下部にある。
As shown in FIG. 14, a part of the
図14に示すベルトコンベア20には、ベルトコンベア20の前端部に対して前方下向きに延びるフロントスカート部20aが取り付けられている。図15に示すベルトコンベア20には、ベルトコンベア20の前端部の近傍から側方へ張り出し下向きに延びるサイドスカート部22が、さらに取り付けられている。
A
フロントスカート部20aおよびサイドスカート部22の上面は、斜めに傾斜している。エキスカベータ50のバケット51が、掘削ずりまたは崩落した土砂もしくは岩石などを、フロントスカート部20aおよび/またはサイドスカート部22の上面をスライドさせてベルトコンベア20の上面に掻き集める。これにより、掻き集められた掘削ずり、土砂または岩石などを、ベルトコンベア20を用いて容易に搬送することができる。
The upper surfaces of the
図16に明確に示すように、エキスカベータ50のバケット51は、その全体が開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動している。ブーム部54は、先端57から基端58にまで至る全体が、開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動している。バケット51およびブーム部54を俯仰動させるための俯仰ジャッキ70は、その全体が開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動している。ブーム部54の基端58に設けられた俯仰動軸支部78と旋回動軸支部79との両方が、開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動している。
As clearly shown in FIG. 16, the
ブーム部54が俯仰動する支点となる俯仰動軸支部78と、ブーム部54が旋回動する支点となる旋回動軸支部79とが、カッタヘッド30の前方に配置されている。これによりエキスカベータ50は、エキスカベータ50を用いて切羽を掘削する施工時のバケット51の移動がカッタヘッド30によって妨げられることがなく、バケット51を上下左右に広範囲に移動させることが可能なように、構成されている。
A lifting / lowering
図14〜16に示すエキスカベータ50の配置は、前輪61の回転駆動によって、バケット51、ブーム部54、俯仰動軸支部78および旋回動軸支部79が、レール11に沿って前方へ移動することにより、実現されている。バケット51、ブーム部54、俯仰動軸支部78および旋回動軸支部79は、本体10の内部から前方へ移動して、カッタヘッド30の前方へ移動している。
14 to 16, the
図14〜16に示すエキスカベータ50の配置において、クランプボックス60は、レール11の最前端部にまで前進しているものの、依然としてトンネル掘進機1の本体10の内部に配置されており、本体10に支持されている。上述したように、内クランプ63と外クランプ64とによってレール11を両側から挟持することにより、クランプボックス60はレール11に固定されている。
In the arrangement of the
図17は、エキスカベータ50の作業機の俯仰動を示す側面図である。図17に示すエキスカベータ50では、図16に示す状態から摺動ジャッキ85が伸長されており、ブーム部54のブーム本体55がサポートフレーム56に対して前方向に移動している。バケット51は、バケット51の俯仰動の中心となる俯仰動軸支部78からより離れるように、移動している。これにより、バケット51およびブーム部54を俯仰動させる一回の動作において、より広範囲の掘削が可能になっている。
FIG. 17 is a side view showing the up-and-down movement of the working machine of the
俯仰ジャッキ70を収縮させることにより、図17中の白抜き矢印に示すように、俯仰動軸支部78を回転中心として、バケット51およびブーム部54を仰角方向に上向きに回動させることができる。俯仰ジャッキ70を伸長させることにより、図17中の白抜き矢印に示すように、俯仰動軸支部78を回転中心として、バケット51およびブーム部54を俯角方向に下向きに回動させることができる。バケットチルトジャッキ80を伸長または収縮させることにより、図17中の両矢印に示すように、バケット51をブーム本体55に対して回動させることができる。
By retracting the lifting / lowering
バケット51の第1ツース52と第2ツース53とのいずれか一方または両方をトンネルの切羽に押し付けた状態で、バケット51をブーム部54に対して回動させる、またはバケット51を俯仰動軸支部78を中心として回動させることにより、エキスカベータ50を用いてトンネルの切羽の掘削作業を行なうことができる。ブーム本体55をサポートフレーム56に対して前方に移動させて、切羽を突き崩して掘削作業を行うことができる。
In a state where one or both of the
図18は、エキスカベータ50の作業機の旋回動を示す平面図である。図17と同様に、図18に示すエキスカベータ50では、ブーム本体55がサポートフレーム56に対して前方向に移動しており、バケット51は俯仰動軸支部78から離れる方向に移動している。
FIG. 18 is a plan view showing the turning motion of the working machine of the
左右一対の旋回ジャッキ75のうち、右の旋回ジャッキ75を収縮させ左の旋回ジャッキ75を伸長させることにより、図18中の白抜き矢印に示すように、旋回動軸支部79を回転中心として、バケット51およびブーム部54を右方向(図18中の時計回り方向)に回動させることができる。左の旋回ジャッキ75を収縮させ右の旋回ジャッキ75を伸長させることにより、図18中の白抜き矢印に示すように、旋回動軸支部79を回転中心として、バケット51およびブーム部54を左方向(図18中の反時計回り方向)に回動させることができる。このようにして、エキスカベータ50を用いて、トンネルの切羽の全断面についての掘削作業を行なうことができる。
Of the pair of left and right swivel jacks 75, the
図19は、エキスカベータ50の作業機を用いて掘削ずりを掻き集める動作を示す側面図である。図19に示すように、バケット51の第1ツース52をトンネルの底面に接触させた状態で、または第1ツース52をトンネルの底面の近傍に配置させた状態で、トンネルの底面に沿わせてバケット51を移動させ、さらにフロントスカート部20aまたはサイドスカート部22の上面に沿わせてバケット51を移動させ、ベルトコンベア20の前端部の上方にまでバケット51を移動させる。
FIG. 19 is a side view showing the operation of scraping excavation scraps using the
このバケット51の移動は、俯仰ジャッキ70の伸長および収縮と、摺動ジャッキ85の収縮と、エキスカベータ50自体の後方への移動とを適宜組み合わせて行なうことにより、実現することができる。このようにして、トンネルの底面に存在する掘削ずりなどを、エキスカベータ50を用いて掻き寄せてベルトコンベア20に搭載し、ベルトコンベア20を用いて後方に搬出することができる。
The movement of the
(作用・効果)
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
(Action / Effect)
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態のトンネル掘進機1は、図1〜3に示すように、本体10と、本体10の前方に配設されたカッタヘッド30と、本体10に支持されたエキスカベータ50とを備えている。カッタヘッド30には、図12,13に示すように、開口37が形成されている。エキスカベータ50は、図4〜7に示すように、バケット51を有している。バケット51は、図14〜19に示すように、カッタヘッド30に形成された開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動可能である。
As shown in FIGS. 1 to 3, the tunnel excavator 1 according to this embodiment includes a
不良地山に遭遇した場合に、切羽が崩落してカッタヘッド30が回転不能になると、トンネル掘進機1の掘進が停止する。この場合には、トンネル掘進機1を後退させて、カッタヘッド30の前方に蓋部47を全開できるだけのスペースを確保する。この状態で、開口37を開放して、バケット51を開口37を通過させてカッタヘッド30の前方へ移動させることにより、バケット51を使用した切羽の掘削が可能になる。したがって、不良地山に遭遇した場合に短時間で掘進を再開することができる。不良地山の区間を通り過ぎて良好地山に再び遭遇すると、バケット51を本体10内部に収容することにより、カッタヘッド30による掘進を速やかに再開できる。したがって、あらゆる地質状況に対応可能なトンネル掘進機1を実現することができる。
When encountering a bad ground, if the face falls and the
また図5,6に示すように、エキスカベータ50は、ブーム部54と、旋回動軸支部79と、俯仰動軸支部78とを有している。ブーム部54は、先端57と、基端58とを有している。ブーム部54の先端57に、バケット51が取り付けられている。旋回動軸支部79と俯仰動軸支部78とは、ブーム部54の基端に設けられている。旋回動軸支部79は、ブーム部54を左右に回動可能に支持している。俯仰動軸支部78は、ブーム部54を上下に回動可能に支持している。旋回動軸支部79と俯仰動軸支部78とは、図16〜19に示すように、カッタヘッド30に形成された開口37を通過してカッタヘッド30の前方へ移動可能である。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
旋回動軸支部79をカッタヘッド30の前方へ移動させ、ブーム部54の全部をカッタヘッド30の前方へ移動させることにより、図18に示すように、左右方向の広範囲に亘ってバケット51を移動させることが可能になる。俯仰動軸支部78をカッタヘッド30の前方へ移動させ、ブーム部54の全部をカッタヘッド30の前方へ移動させることにより、図17に示すように、上下方向の広範囲に亘ってバケット51を移動させることが可能になる。したがって、切羽の全断面をエキスカベータ50を用いて掘削することができる。
As shown in FIG. 18, the
また図4,6に示すように、エキスカベータ50は、俯仰動軸支部78を中心にブーム部54を上下に回動させる俯仰ジャッキ70をさらに有している。図1,2に示す、エキスカベータ50が本体10に収容された状態で、俯仰ジャッキ70は、本体10の内部からカッタヘッド30の前方へ移動するバケット51の移動方向(すなわち、レール11の延在方向、または前後方向)に沿って延びている。俯仰ジャッキ70が前後方向に沿って配置されていることにより、エキスカベータ50が前後方向に移動するときに俯仰ジャッキ70がたどる軌跡が、エキスカベータ50の周辺に配置されている機材に干渉することを防止できる。エキスカベータ50を小断面化することにより、バケット51およびブーム部54を開口37からカッタヘッド30の前方へ容易に移動させることができる。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
また図1,2,4に示すように、本体10は、レール11を有している。エキスカベータ50は、レール11に沿って移動可能である。レール11を前後方向に延びるように配置し、エキスカベータ50の全体をレール11に沿って前方向へ移動させることにより、バケット51をカッタヘッド30の前方へ容易に移動させることができる。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
また図3に示すように、カッタヘッド30は、開口37を開閉可能な蓋部47を有している。図15,16に示すように、蓋部47は、開口37に対して前方上向きに移動して、開口37を開放する。
As shown in FIG. 3, the
このようにすれば、蓋部47を開けようとするとき、切羽が崩落した岩石または土砂がトンネルの底面に堆積していても、これら岩石または土砂が蓋部47の移動を妨げることがなく、蓋部47をスムーズに開けることができる。開口37に対して前方上向きに移動した蓋部47は、トンネルの底面からの排土の妨げとなることがないため、効率的に排土することが可能になる。蓋部47が開口37の上方に屋根状に配設されることにより、地山の崩落が発生した場合に、落下する土砂の一部を蓋部47の上面で受け止めることができる。
In this way, when the
また図8〜10に示すように、前方へ移動するエキスカベータ50が蓋部47に係合して蓋部47を押し開けるように、トンネル掘進機1は構成されている。このようにすれば、エキスカベータ50を前方へ移動する動作に従って蓋部47を開けることができるので、蓋部47を開けるための構成を別途設ける必要がなく、トンネル掘進機1の構成を簡素化することができる。
As shown in FIGS. 8 to 10, the tunnel excavator 1 is configured such that the
また図1に示すように、トンネル掘進機1は、掘削ずりを搬送するベルトコンベア20をさらに備えている。図15に示すように、ベルトコンベア20の一部は、カッタヘッド30に形成された開口39を通過して、カッタヘッド30の前方へ移動可能である。このようにすれば、カッタヘッド30の前方の空間においてエキスカベータ50を用いて掘削ずりをベルトコンベア20上へ掻き集めることにより、掘削ずりを後方へ搬送することができるので、切羽からの排土が容易になる。
As shown in FIG. 1, the tunnel excavator 1 further includes a
なお、これまでに説明したエキスカベータ50は、作業機としてバケット51を有していたが、バケット51に替えて、削岩作業を行なうためのブレーカなどの、他の作業機をブーム本体55に取り付けて使用することも可能である。また、吹付機などの支保のための機材をバケット51またはブーム本体55に取り付けて、エキスカベータ50を用いて掘削した天井面および壁面を支持するために使用することも可能である。バケット51と他の作業機との交換、および、バケット51またはブーム本体55への他の機材の取り付けは、エキスカベータ50をトンネル掘進機1の本体10内に移動させて行なうことができる。
The
以上のように本発明の実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明のトンネル掘進機は、硬岩層を掘削するトンネル掘進機に、特に有利に適用され得る。 The tunnel machine of the present invention can be applied particularly advantageously to a tunnel machine for excavating hard rock layers.
1 トンネル掘進機、10 本体、11 レール、15 メインビーム、20 ベルトコンベア、20a フロントスカート部、21 ホッパシュート、22 サイドスカート部、30 カッタヘッド、32,51 バケット、33 取込口、37,38,39 開口、40 ディスクカッタ、45 ラチェット、47,48,49 蓋部、50 エキスカベータ、52 第1ツース、53 第2ツース、54 ブーム部、55 ブーム本体、56 サポートフレーム、57,76,81,86 先端、58,72,77,82,87 基端、59 ジャッキ支持部、60 クランプボックス、61 前輪、62 後輪、63 内クランプ、64 外クランプ、66 後輪押付けジャッキ、67 内レールクランプジャッキ、68 外レールクランプジャッキ、70 俯仰ジャッキ、71 回動部、75 旋回ジャッキ、78 俯仰動軸支部、79 旋回動軸支部、80 バケットチルトジャッキ、85 摺動ジャッキ、90 連結材、91 固定材、R 回転方向。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記本体の前方に配設され、開口が形成されており、前記本体に対して回転可能なカッタヘッドと、
前記本体に支持され、切羽を掘削する作業機を有し、前記作業機は前記開口を通過して前記カッタヘッドの前方へ移動可能である、掘削装置と、を備える、トンネル掘進機。 The body,
A cutter head that is disposed in front of the main body, has an opening, and is rotatable with respect to the main body;
A tunnel excavator comprising: an excavator supported by the main body and having an excavator for excavating a face, the excavator being movable forward of the cutter head through the opening.
前記少なくとも1つの軸支部は、前記開口を通過して前記カッタヘッドの前方へ移動可能である、請求項1に記載のトンネル掘進機。 The excavator includes a boom portion having a distal end and a proximal end, and the work implement attached to the distal end, and at least one pivot support portion provided at the proximal end and rotatably supporting the boom portion. Have
The tunnel machine according to claim 1, wherein the at least one shaft support part is movable forward of the cutter head through the opening.
前記複数の軸支部は、前記ブーム部を左右に回動可能に支持する旋回動軸支部と、前記ブーム部を上下に回動可能に支持する俯仰動軸支部とを有する、請求項2に記載のトンネル掘進機。 The at least one shaft support portion includes a plurality of shaft support portions,
The plurality of shaft support portions include a pivot shaft support portion that supports the boom portion so as to be pivotable left and right, and an uplift shaft support portion that supports the boom portion so as to be pivotable up and down. Tunneling machine.
前記掘削装置が前記本体に収容された状態で、前記俯仰ジャッキは、前記本体の内部から前記カッタヘッドの前方へ移動する前記作業機の移動方向に沿って延びる、請求項3に記載のトンネル掘進機。 The excavator further includes a lifting jack that rotates the boom portion up and down around the lifting shaft support portion,
4. The tunnel excavation according to claim 3, wherein the lifting jack extends along a moving direction of the working machine moving from the inside of the main body to the front of the cutter head in a state where the excavating apparatus is accommodated in the main body. Machine.
前記掘削装置は、前記レールに沿って移動可能である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。 The body has rails;
The tunnel excavator according to any one of claims 1 to 4, wherein the excavator is movable along the rail.
前記蓋部は、前記開口に対して前方上向きに移動して前記開口を開放する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。 The cutter head has a lid that can open and close the opening,
The tunnel covering machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the lid portion moves upward and upward with respect to the opening to open the opening.
前記ベルトコンベアの一部は前記開口を通過して前記カッタヘッドの前方へ移動可能である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。 It further comprises a belt conveyor for conveying the excavated ladle,
The tunnel excavator according to any one of claims 1 to 7, wherein a part of the belt conveyor is movable forward of the cutter head through the opening.
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