(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドを停止状態から起動させる際にそのカッタヘッドを一旦後退させた後、あるいは後退させつつ、この後退動作に連動してそのカッタヘッドを回転させる駆動源を起動させることを特徴とするトンネル掘削機の起動方法。
【請求項２】
切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機に用いられることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機の起動方法。
【請求項３】
前部に設けられるカッタヘッドを回転させつつ推進用ジャッキを伸長させて地山を掘削するトンネル掘削機の起動装置であって、
（ａ）前記カッタヘッドを回転させる駆動源を起動操作する起動操作手段および
（ｂ）この起動操作手段による起動操作時に、前記推進用ジャッキを収縮方向に作動させて前記カッタヘッドを後退させるとともに、このカッタヘッドの所定量の後退後に、あるいは後退させつつそのカッタヘッドの駆動源を起動させるようにそれら推進用ジャッキとカッタヘッドとを連動制御する連動制御手段
を備えることを特徴とするトンネル掘削機の起動装置。
【請求項４】
前記連動制御手段は、前記推進用ジャッキが収縮方向へ作動してからタイマにより設定される所定時間が経過した後に前記カッタヘッドの駆動源の起動を行うように制御することを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機の起動装置。
【請求項５】
前記連動制御手段は、前記推進用ジャッキが収縮方向へ作動してから所定ストロークだけ移動した後に前記カッタヘッドの駆動源の起動を行うように制御することを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機の起動装置。
【請求項６】
切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機に用いられることを特徴とする請求項３乃至５のうちのいずれかに記載のトンネル掘削機の起動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機の起動方法および起動装置に関し、より詳しくはトンネル掘削機のカッタヘッドが掘削途中もしくは盛替え等で停止している状態から再起動させる際の起動方法および起動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば岩盤掘削用のトンネル掘削機においては、カッタヘッド起動時に岩がカッタヘッドに噛み込んだりして回転不能に陥ることがある。このような事態が生じたときには、カッタヘッドを一旦後退させて切羽との間に間隙を形成した後に再起動するという措置が採られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スラストジャッキもしくはシールドジャッキ等の推進用ジャッキが最小ストローク位置まで収縮した状態でカッタヘッドが回転不能になると、セグメントもしくは反力鋼材等を取り外すなど後方作業を行わない限りカッタヘッドを後退させることができなくなってしまう。そこで、このような事態を避けるために、推進用ジャッキの盛替えをジャッキの余裕代を常時残した状態で行うようにし、非常時にその余裕代の範囲内でカッタヘッドを後退させるようにするのが好ましい。また、回転不能時でなくても、カッタヘッドに取り付けたカッタに対する負担低減の点からもカッタヘッドを後退させるのが好ましい。
【０００４】
ところで、このように推進用ジャッキに余裕代を持たせたとしても、カッタヘッドの回転時に作業者が行うべき作業として、推進用ジャッキの余裕代があるかないかを判断してその推進用ジャッキの操作スイッチを操作するとともに、所定ストロークだけその推進用ジャッキが収縮した段階でカッタヘッドを回転させるモータの起動スイッチを操作する作業が必要になる。特に切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機においては、カッタヘッドに上載荷重がかかるためにカッタヘッドの後退作業は常時必要となり、前述のような煩雑な作業を行っていたのでは作業者に負担がかかるとともに、掘削効率が低下するという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消することを目的として、常に岩や礫等の地山の噛み込みがなく、かつカッタヘッドの負荷が小さくなるようにして起動時にカッタヘッドに加わる荷重を軽減し、カッタヘッドの回転を簡単な操作により行うことのできるトンネル掘削機の起動方法および起動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述の目的を達成するために、本発明によるトンネル掘削機の起動方法は、
カッタヘッドを停止状態から起動させる際にそのカッタヘッドを一旦後退させた後、あるいは後退させつつ、この後退動作に連動してそのカッタヘッドを回転させる駆動源を起動させることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、カッタヘッドが地山に噛み込んで停止したり、あるいは通常の作業終了によって停止した状態から再起動させると、このカッタヘッドが一旦後退されて、あるいはカッタヘッドを後退させつつそのカッタヘッドと切羽との間に間隙が形成された時、この後退動作に連動してそのカッタヘッドを回転させる駆動源が起動される。こうして、カッタヘッドと切羽との間に間隙が形成されることにより、カッタヘッドの起動負荷を小さくしてカッタヘッドが再度回転され、更にカッタヘッドに岩や礫等の地山の噛み込み等があった場合でも、この噛み込みが解消された状態になる。したがって、トンネル掘進を容易に続行もしくは再開させることが可能となる。つまり、本発明によれば、起動操作のみによってカッタヘッドの後退動作と起動動作とが連動して行われるので、カッタヘッドの回転不能時における作業者の負担を軽減し、掘削効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明のトンネル掘削機の起動方法は、切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機に用いられるのが好適である。この切り上がりで斜坑を掘削する場合には、特にカッタヘッドに上載荷重がかかって回転不能の事態が生じ易いため、常にカッタヘッドの後退動作と起動とを連動させておくことによってカッタヘッドの起動をスムーズに行えるようにしておく効果が高い。
【０００９】
また、本発明によるトンネル掘削機の起動装置は、
前部に設けられるカッタヘッドを回転させつつ推進用ジャッキを伸長させて地山を掘削するトンネル掘削機の起動装置であって、
（ａ）前記カッタヘッドを回転させる駆動源を起動操作する起動操作手段および
（ｂ）この起動操作手段による起動操作時に、前記推進用ジャッキを収縮方向に作動させて前記カッタヘッドを後退させるとともに、このカッタヘッドの所定量の後退後に、あるいは後退させつつそのカッタヘッドの駆動源を起動させるようにそれら推進用ジャッキとカッタヘッドとを連動制御する連動制御手段
を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、カッタヘッドが地山に噛み込んで停止したり、あるいは通常の作業終了によって停止した状態から起動操作手段の操作によってカッタヘッドを回転させる駆動源を起動操作すると、連動制御手段によって推進用ジャッキが収縮方向に作動されてカッタヘッドが一旦後退され、このカッタヘッドと切羽との間に間隙が形成された後、カッタヘッドの所定量の後退後にそのカッタヘッドを回転させる駆動源が起動される。こうして、カッタヘッドと切羽との間に間隙が形成されることにより、カッタヘッドの噛み込みがある場合には解消された状態になりカッタヘッドが再度回転されるので、トンネル掘進を簡単な操作により続行もしくは再開させることが可能となる。本発明によれば、起動操作手段を操作するだけでカッタヘッドの後退動作と起動動作とが連動して行われるので、カッタヘッドの回転不能時における作業者の負担を軽減し、掘削効率を向上させることができる。
【００１１】
本発明において、前記連動制御手段は、推進用ジャッキが収縮方向へ作動してからタイマにより設定される所定時間が経過した後に前記カッタヘッドの駆動源の起動を行うように制御しても良いし、あるいは推進用ジャッキが収縮方向へ作動してから所定ストロークだけ移動した後に前記カッタヘッドの駆動源の起動を行うように制御しても良い。
【００１２】
また、本発明のトンネル掘削機の起動装置は、特にカッタヘッドに上載荷重がかかって回転不能の事態が生じ易い切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機に用いられるのが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機の起動方法および起動装置の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１に、本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図が示され、図２に、同トンネル掘削機の正面図が示されている。
【００１５】
本実施例のトンネル掘削機（ＴＢＭ）１は、例えば発電所における導水用の斜坑トンネルを切り上がりで掘削するために使用されるものである。このトンネル掘削機１においては、掘削機本体に円筒状のスキンプレート２が設けられ、このスキンプレート２の前側内部のカッタヘッドサポート３を介してカッタヘッド４が回転自在に支承されている。このカッタヘッド４の面板４ａの前面には多数個のディスクカッタ５が装着され、この面板４ａの外周部には複数個のずり取込口６が配されるとともに、このずり取込口６のカッタヘッド回転方向後方側に掘削ずりを掻き集めるスクレーパ７が配されている。こうして、カッタヘッド４の回転により掘削された掘削ずりはそのカッタヘッド４の外周部まで案内され、この外周部においてスクレーパ７により掻き集められてずり取込口６から機内に取り込まれる。この後、機内に取り込まれた掘削ずりは、カッタヘッド４内に配設されるホッパー８から後方のずりシュート９へ案内され、このずりシュート９によって後方側の坑底の基地へ落下搬送される。
【００１６】
前記カッタヘッドサポート３の後方にはグリッパフレーム１０にメイングリッパ１０ａが支持されるとともに、これらカッタヘッドサポート３とグリッパフレーム１０との間には、掘削機本体推進用の多数本のスラストジャッキ（ラチスジャッキ）１１が配されている。また、前記カッタヘッドサポート３には、掘削終了時にそのカッタヘッドサポート３をトンネル坑壁に対して支持し、盛り替えるためにフロントグリッパ１２が設けられている。また、このフロントグリッパ１２は、トンネル坑壁を軽い押付け力で張った状態にすることにより、掘削時においてトンネル掘削機を安定させることにも用いられる。
【００１７】
また、前記グリッパフレーム１０には後方へ向けて多数本の第１シールドジャッキ１３および第２シールドジャッキ１４が取り付けられ、これら各ジャッキ１３，１４の先端をそれぞれセグメント１５もしくは反力鋼材１６の前端面に定着させることによっても掘削機本体の自重および推進反力が支持されるようになっている。なお、前記反力鋼材１６はトンネル坑壁の下部位置のみに組み立てられた例で、掘削とともに第２シールドジャッキ１４を反力鋼材１６に当てて切り上がり掘削における掘削機本体の荷重が支持される。
【００１８】
このような構成において、良好な地山の掘削に際しては、前述の第２シールドジャッキ１４に加え、メイングリッパ１０ａによってトンネル坑壁に反力をとりつつスラストジャッキ１１によりカッタヘッドサポート３に推進力を伝達し、かつカッタヘッド４を回転させることにより掘削が行われる。一方、セグメント１５の組み立てが必要な軟弱地盤の掘削に際しては、更にそれらセグメント１５に反力を取りつつ第１シールドジャッキ１３を作動させて掘削が行われる。
【００１９】
一方、本実施例によるトンネル掘削機の起動装置のシステム構成が示されている図３において、スラストジャッキストローク計２０からのスラストジャッキ１１の伸縮位置データ、起動操作手段としてのカッタヘッド（Ｃ／Ｈ）起動スイッチ２１からのカッタヘッドモータ２２の起動ボタン押圧操作状況、カッタヘッド（Ｃ／Ｈ）回転センサ２３からのカッタヘッド４の回転数データおよびインタロックスイッチ２４からのカッタヘッド起動時におけるスラストジャッキ１１の後退機能解除ボタン押圧操作状況はバス２５を介してコントローラ２６に供給される。
【００２０】
コントローラ２６は、所定プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）２６Ａと、このプログラムおよび各種マップ等を記憶する読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６Ｂと、このプログラムを実行するに必要なワーキングメモリとして、また各種レジスタとしての書き込み可能メモリ（ＲＡＭ）２６Ｃと、このプログラム中の時間を計測するタイマ２６Ｄとにより構成されている。そして、このコントローラ２６は、前述されたスラストジャッキストローク計２０からのスラストジャッキ１１の伸縮位置データ、カッタヘッド（Ｃ／Ｈ）起動スイッチ２１からのカッタヘッドモータ２２の起動ボタン押圧操作状況、カッタヘッド（Ｃ／Ｈ）回転センサ２３からのカッタヘッド４の回転数データおよびインタロックスイッチ２４からのカッタヘッド起動時におけるスラストジャッキ１１の後退機能解除ボタン押圧操作状況に基づき、前記プログラムを実行することによりスラストジャッキ１１およびカッタヘッドモータ２２を駆動制御する。
【００２１】
次に、前述のように構成されるトンネル掘削機の起動装置の動作について、図４のフローチャートに基づき詳述する。このフローは、カッタヘッド４が盛替えもしくは作業停止により回転停止している状態から再起動する際のフローを示すものである。なお、スラストジャッキ１１には、標準盛替えを行った後に長さα分のストロークの余裕量（最小余裕量）が残されているものとする。これにより、掘削途中から（もしくは盛替え後に）再起動するときのスラストジャッキ１１の標準ストロークと現在ストロークとの差をＬとすれば、掘削準備時においてスラストジャッキ１１にはα＋Ｌだけのストロークの余裕量があることになる。
【００２２】
Ｓ１：インタロックスイッチが押圧されているか否か、言い換えればカッタヘッド４の起動時にスラストジャッキ１１の後退機能を解除する信号が入力されているか否かを判定する。そして、このスラストジャッキ１１の後退機能を解除しないとき、言い換えれば前記最小余裕量αをも含めてスラストジャッキ１１を収縮させるときにはステップＳ２へ進み、スラストジャッキ１１の後退機能を解除するときには、このフローを終了する。
【００２３】
Ｓ２〜Ｓ３：カッタヘッド起動スイッチ２１が操作されるまで待機し、このカッタヘッド起動スイッチ２１がオンになったときには、スラストジャッキ１１を収縮作動させる。
Ｓ４〜Ｓ５：カッタヘッド起動スイッチ２１がオン状態になってから計数されるタイマがＡ秒を計数したときには、カッタヘッドモータ２２を起動させる。ここで、このＡ秒は後述するＢ秒までの間、すなわち０＜Ａ＜Ｂとなるように設定される。
【００２４】
Ｓ６〜Ｓ７：前記タイマがＢ秒を計数したとき、もしくはカッタヘッド回転センサ２３からのカッタヘッド起動信号が入力されたときには、スラストジャッキ１１の収縮作動を停止させる。ここで、このＢ秒は、スラストジャッキ１１の最小余裕量αがなくなるまで縮み切る時間ｘ秒の範囲内で、すなわち０＜Ａ＜Ｂ＜ｘとなるように設定される。なお、前記カッタヘッド起動信号としては、カッタヘッド４の回転数のほかに、カッタヘッド４の回転速度もしくはカッタヘッドモータ２２の電流値等を用いることができる。
【００２５】
Ｓ８〜Ｓ１０：カッタヘッド４が回転中であることが検知されないときには、タイマの計数値Ｂとスラストジャッキ１１の収縮速度ｖとの積Ｂ×ｖがスラストジャッキ１１のストローク残量ｙに達しているか否かを判定する。そして、達していないとき、言い換えればｙ＞Ｂ×ｖのときにはステップＳ３へ戻り、達しているとき、言い換えればｙ≦Ｂ×ｖのときには、スラストジャッキ１１を所要量だけ収縮させてもカッタヘッド４が回転しないということなので、このフローを終了して別の対策を採ることとする。一方、カッタヘッド４が回転中であることが検知されるときには、地山の再掘削を行うことができる状態になったということなので次工程へ進む。
【００２６】
このように本実施例では、タイマの設定方法およびストローク余裕量（αおよびＬ）によってスラストジャッキ１１の収縮時に最小余裕量αが起動に必要なストローク（Ｂ×ｖ）より小さくなるまで再起動を複数回にわたって行うことができる。
【００２７】
本実施例のような切り上がりで斜坑を掘削するトンネル掘削機（切り上がりＴＢＭ）においては、地山の状態に応じて次のように起動状態が異なっている。
【００２８】
▲１▼健岩の場合（崩落がない時）
健岩においては上載荷重がないので、カッタヘッド４の起動に際しては、カッタヘッド４を切羽より少し（１０〜２０ｍｍ程度）離隔させた後そのカッタヘッド４を起動させれば良い。したがって、カッタヘッド４が起動すればすぐそのカッタヘッド４の後退動作を停止させるのが好ましい。
【００２９】
▲２▼比較的崩壊の小さな弱層部の場合
比較的崩壊の小さな弱層部においては上載荷重があるので、カッタヘッド４を切羽より少し（１０〜２０ｍｍ程度）離隔させた後そのカッタヘッド４の起動を開始させ、更にカッタヘッド４を後退させながらそのカッタヘッド４を起動させることによって行うのが好ましい。なお、カッタヘッド４の起動に失敗した場合には、タイマによってスラストジャッキ１１の収縮を停止させると良い。なお、この停止時にタイマ設定もしくはスラストジャッキ１１の余裕量によって再起動を行うことが可能である。
【００３０】
▲３▼崩壊の大きな弱層部の場合
崩壊の大きな弱層部においてはカッタヘッド４がトルクオーバー状態となって起動させることができない。このような場合には人力等の他の手段によって対処することになる。
【００３１】
本実施例においては、スラストジャッキ１１の作動を制御するものとしたが、他の推進用ジャッキである第２シールドジャッキ１４の作動を制御したり、あるいは第１シールドジャッキ１３を用いて掘進する場合にその第１シールドジャッキ１３の作動を制御することもできる。
【００３２】
本実施例においては、斜坑トンネルの切り上がり掘削に適用したものを説明したが、本発明は、斜坑トンネルの切り下がり掘削用もしくは水平坑掘削用のトンネル掘削機に対しても適用できるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】図２は、本実施例のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図３は、本実施例のトンネル掘削機の起動装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本実施例のトンネル掘削機の起動装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
４  カッタヘッド
１１  スラストジャッキ（ラチスジャッキ）
１３  第１シールドジャッキ
１４  第２シールドジャッキ
２０  スラストジャッキストローク計
２１  カッタヘッド起動スイッチ
２２  カッタヘッドモータ
２３  カッタヘッド回転センサ
２６  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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