(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドを有する前胴とその前胴とは別個に前進可能な後胴とを有するトンネル掘削機において、これら前胴および後胴にそれら前胴および後胴の外周面より突出されてトンネル地盤に固定されるグリッパ装置をそれぞれ設けるとともに、後胴側のグリッパ装置を坑壁圧着型とし、かつその後胴側のグリッパ装置の近傍に前記後胴の外周面より突出されて前記トンネル地盤に固定される地山嵌入型の補助グリッパ装置を設け、
前記補助グリッパ装置を、前記後胴側のグリッパ装置のフレームに固定される円筒状のケーシングと、このケーシングの内部空間に設けられそのケーシングに一体的に固定される柱状体と、前記ケーシングの内壁面に摺動可能に嵌合される筒体と、この筒体の内周側に配される摺動案内体を備え、前記筒体が前記摺動案内体を介して前記柱状体に沿って出没するように構成する
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記補助グリッパ装置は、前記後胴側のグリッパ装置と独立に作動できるようにされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記補助グリッパ装置は、前記後胴の中心部から外周部に向かう方向に放射状に複数個配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、トンネル掘削機に関し、詳しくはカッタヘッドを有する前胴とその前胴とは別個に前進可能な後胴とを有するトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のトンネル掘削機として、例えば実公平４−１４５４６号公報に開示されているように、前胴の外周部と後胴の外周部とにそれぞれグリッパ装置を備えたものが知られている。このグリッパ装置の一例が図８に示されている。この図８は前胴の断面を示すものであって、この前胴１０１の周壁に形成される開口部には、この周壁と同曲率に形成されるとともにピン１０２，１０２に枢支される一対のグリッパシュー１０３，１０３が設けられ、各グリッパシュー１０３は内側に配置されるグリッパジャッキ１０４により半径方向に移動される。なお、後胴側にも同様のグリッパ装置が設けられる。
【０００３】
これら前胴側および後胴側の各グリッパ装置を用いてトンネルを掘進する際には、後胴側のグリッパジャッキを伸長方向に作動し、グリッパシューをトンネル坑壁に圧着させて後胴を地盤に固定し、この状態で前胴の前面に設けられているカッタヘッドを回転させるとともに、後胴と前胴とを連結するスラストジャッキを伸長方向に作動させ、後胴側のグリッパ装置により掘進反力を得つつ前胴を前進させて地盤の掘削を行う。この後、スラストジャッキがストロークエンドまで伸長して１ピッチ分の掘進が完了すると、前胴側のグリッパジャッキを伸長方向に作動し、グリッパシューをトンネル坑壁に圧着させて前胴を地盤に固定する一方、後胴側のグリッパジャッキを収縮方向に作動してグリッパシューをトンネル坑壁から離間させる。この状態でスラストジャッキを収縮方向に作動して後胴を前胴側へ引き寄せる。こうして尺取虫状に順次掘進していく。
【０００４】
ところが、前述のようなトンネル掘削機においては、このトンネル掘削機の掘進時に後胴側グリッパをトンネルの坑壁に圧着させることにより掘進反力を得るようにしているために、地盤の地質が軟弱化した場合にグリッパシューが坑壁にめり込んでそのグリッパシューの押付け力が低下し、掘削機が前進できなくなるという不具合を発生することがある。
【０００５】
このような不具合に対処するために、実開平４−６１１９３号公報において、グリッパ内にスパイク装置を出没可能に設けるようにしたグリッパ装置が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に開示されているグリッパ装置では、スパイク装置がグリッパ内に設けられているために、構造上の制約によりスパイクの径を大径にすることができず個数にも制限があって、このように細くて少数のスパイクでは強大な推進力に対して強度上弱く、また軟弱地盤の場合にそのスパイクが嵌入しても得られる反力は小さく実用性に乏しいという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、軟弱地盤においてもグリッパのスリップを確実に防止して常に安定した掘進反力を得ることのできるトンネル掘削機を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明によるトンネル掘削機は、前述の目的を達成するために、カッタヘッドを有する前胴とその前胴とは別個に前進可能な後胴とを有するトンネル掘削機において、これら前胴および後胴にそれら前胴および後胴の外周面より突出されてトンネル地盤に固定されるグリッパ装置をそれぞれ設けるとともに、後胴側のグリッパ装置を坑壁圧着型とし、かつその後胴側のグリッパ装置の近傍に前記後胴の外周面より突出されて前記トンネル地盤に固定される地山嵌入型の補助グリッパ装置を設け、前記補助グリッパ装置を、前記後胴側のグリッパ装置のフレームに固定される円筒状のケーシングと、このケーシングの内部空間に設けられそのケーシングに一体的に固定される柱状体と、前記ケーシングの内壁面に摺動可能に嵌合される筒体と、この筒体の内周側に配される摺動案内体を備え、前記筒体が前記摺動案内体を介して前記柱状体に沿って出没するように構成することを特徴とするものである。
【０００９】
このように構成されている本発明においては、硬い良好な岩盤で掘進を行う際には、後胴側のグリッパ装置により後胴が地盤に固定されている状態で、この後胴側のグリッパ装置により掘進反力を得つつ前胴が前進されて地盤の掘削がなされ、１ピッチ分の掘進の完了時に、前胴側のグリッパ装置により前胴が地盤に固定され、後胴側のグリッパ装置が地盤から離間された状態で後胴が前胴側へ引き寄せられる。一方、地盤が軟弱化した際には、補助グリッパ装置が地盤に嵌入されて後胴側のグリッパ装置のスリップが防がれた状態で前述と同様の操作が行われる。こうして、掘進が不能となるような軟弱地盤でも掘進反力を得て掘削機を前進させることができ、また掘削機のローリング等の発生を防止することができる。
【００１０】
本発明によれば、前記補助グリッパ装置が前記後胴側のグリッパ装置のフレーム内に設けられているので、全体構成をコンパクトにすることができる。
【００１１】
本発明において、前記補助グリッパ装置は、前記後胴側のグリッパ装置と独立に作動できるようにされるのが好ましい。このようにすると、この補助グリッパ装置を必要に応じて後胴側のグリッパ装置と同時に作動させたり単独に作動させたりして、作動態様を自由に選択することができる。
【００１２】
また、前記補助グリッパ装置は、前記後胴の中心部から外周部に向かう方向に放射状に複数個配置されるのが好ましく、こうすることで地盤に対して後胴を確実に保持することができる。
【００１３】
本発明の目的は、後述される詳細な説明から明らかにされる。しかしながら、詳細な説明および具体的実施例は最も好ましい実施態様について説明するが、本発明の精神および範囲内の種々の変更および変形はその詳細な説明から当業者にとって明らかであることから、具体例として述べるものである。
【００１４】
【実施例】
次に、本発明によるトンネル掘削機の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
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、図２に同トンネル掘削機の正面図が、図３に図１のＡ−Ａ線断面図が、図４に図１のＢ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図が、図５に図１のＤ−Ｄ線断面図がそれぞれ示されている。
【００１６】
本実施例のトンネル掘削機においては、掘削機本体が前胴（前シールド）１と中胴（中シールド）２と後胴（後シールド）３とに分割形成されている。この前胴１の前部には軸受け４を介してカッタヘッド５が回転自在に支持され、このカッタヘッド５の前面板６には、中心部とその周辺部とに複数個のディスクカッタ７が回転自在に支承されるとともに、周縁部近傍に土砂取込み用のバケット８が設けられている。
【００１７】
前記カッタヘッド５は、前胴１の内側の隔壁９に取り付けられる減速電動機１０によってピニオンおよびリングギアを介して駆動される。こうして、カッタヘッド５が回転されるとディスクカッタ７により地盤が掘削され、掘削された土砂はバケット８により前面板６に形成されている土砂取込み口１１を介してカッタヘッド５内に取り込まれる。
【００１８】
前記中胴２は内側シールド１２と外側シールド１３とにより構成され、この外側シールド１３の前端部には球面支持部材１４を介して前胴１が揺動自在に支承され、内側シールド１２は後胴３の前端部にやはり球面支持部材１５を介して揺動自在に支承されている。
【００１９】
また、前記外側シールド１３の前端部には取付け座１６を介して複数本のアーティキュレートシリンダ１７が取り付けられ、これらアーティキュレートシリンダ１７のシリンダロッドの先端が前記隔壁９の後面に取り付けられるブラケット１８にピン支持されている。同様に、前記内側シールド１２の後端部には取付け座１９を介して複数本のアーティキュレートシリンダ２０が取り付けられ、これらアーティキュレートシリンダ２０のシリンダロッドの先端が後胴３の内側の隔壁２１の前面に取り付けられるブラケット２２にピン支持されている。こうして、複数本のアーティキュレートシリンダ１７を選択的に伸縮させることで中胴２に対して前胴１の屈曲方向が制御され、また複数本のアーティキュレートシリンダ２０を選択的に伸縮させることで後胴３に対して中胴２の屈曲方向が制御される。
【００２０】
前記前胴１の隔壁９と後胴３の隔壁２１とは複数本のスラストジャッキ２３によって連結され、これらスラストジャッキ２３の作動により内側シールド１２に対して外側シールド１３が、言い換えれば後胴３に対して前胴１が掘進できるようにされている。
【００２１】
一方、前記隔壁９の後面には、後方へ向けて延設されるメインビーム２４の前端部が固着されている。さらに、前記カッタヘッド５の略中心部にはそのカッタヘッド５内に取り込まれた土砂を受け取るホッパシュート２５が設けられ、このホッパシュート２５の下方にはそのホッパシュート２５にて受け取られた土砂を後方へ搬出するベルトコンベア２６の基端部が配置されている。このベルトコンベア２６は各隔壁９，２１を貫通して掘削機本体の後方まで延設されており、後端部側に設けられる駆動源によって駆動されるようになっている。また、前端部が前胴１の下部に開口するとともに吸上げ用のポンプ２７が付設されてなる泥水圧送管２８が設けられ、この泥水圧送管２８により掘削により生じた泥水を後方へ搬出するようになっている。
【００２２】
また、前記前胴１の外周部には左右一対の前部グリッパ装置２９が設けられ、後胴３の外周部には左右一対の後部グリッパ装置３０と補助グリッパ装置３１とが設けられている。
【００２３】
前記前部グリッパ装置２９は、図３に示されているように、前胴１の外周面に開口されている開口部に嵌合するように、かつその前胴１の外周面と略同曲率に形成されるグリッパシュー３２と、このグリッパシュー３２を図３の鎖線で示されるように外方へ移動させてトンネルの内壁面に圧着させるグリッパジャッキ３３とを備えるものとされている。こうして、左右の各グリッパシュー３２がグリッパジャッキ３３の作動によりトンネルの内壁面に圧着されることにより、前胴１がトンネル内に固定される。
【００２４】
前記後部グリッパ装置３０は、図４のＣ−Ｃ線断面図に示されているように、後胴３の外周面に開口されている開口部に嵌合するようにその後胴３の内面に枢着され、かつその後胴３の外周面と略同曲率に形成されるグリッパシュー３４と、このグリッパシュー３４を図４の鎖線で示されるように外方へ回動させてトンネルの内壁面に圧着させるグリッパジャッキ３５とを備えるものとされている。こうして、左右の各グリッパシュー３４がグリッパジャッキ３５の作動によりトンネルの内壁面に圧着されることにより、後胴３がトンネル内に固定される。
【００２５】
前記補助グリッパ装置３１は、図５に示されているように、軟弱化している地盤の場合にその地盤に嵌入して後胴３を固定する地山嵌入型のグリッパ装置であって、前記後部グリッパ装置３０に併設してその後部グリッパ装置３０を支持するグリッパフレーム３６に取り付けられ、後胴３の中心部から外周部に向かう方向に放射状に複数個（本実施例では６個）配置されて構成されている。図６の拡大断面図に示されているように、この補助グリッパ装置３１は、グリッパフレーム３６に固定される円筒状のケーシング３７と、このケーシング３７の内部空間に設けられそのケーシング３７に一体的に固定される柱状体３８と、前記ケーシング３７の内壁面にブッシュを介して摺動可能に嵌合される筒体３９とを備えるものとされている。この筒体３９の上端には表面に多数のビット４０を有する頂板４１が溶着され、この頂板４１の下面にはリング状の受圧体４２が固着されている。また、この筒体３９の下端部の内周面にはリング状の第１の摺動案内体４３が螺着され、前記柱状体３８の上端部の外周面にはリング状の第２の摺動案内体４４が螺着されている。こうして、受圧体４２，第２の摺動案内体４４および筒体３９の内周面によって第１の油室４５が画成され、第１の摺動案内体４３，第２の摺動案内体４４，筒体３９の内周面および柱状体３８の外周面によって第２の油室４６が画成される。また、筒体３９が後胴３の表面から出没する際に、この柱状体３８の外周面に沿って前記第１の摺動案内体４３が案内されるとともに、筒体３９の内周面が前記第２の摺動案内体４４の外周面に沿って案内されるようになっている。なお、第１の摺動案内体４３の内周部および第２の摺動案内体４４の外周部にはそれぞれシール４７，４８が設けられている。
【００２６】
前記柱状体３８には、この柱状体３８の基端から先端まで貫通するとともにその柱状体３８の先端面に形成される溝３８ａおよび第２の摺動案内体４４に穿設される貫通孔４４ａを介して前記第１の油室４５に連通する第１の油路４９が形成され、またその柱状体３８の基端から先端へ向けて延設されて前記第２の油室４６に連通する第２の油路５０が形成されている。これら第１の油路４９および第２の油路５０の基端はそれぞれ油圧供給管５１，５２を介して図示されない油圧源に接続されている。
【００２７】
このように構成されていることによって、補助グリッパ装置３１が後胴３内の収納位置（図６の実線位置）にある状態から油圧供給管５１に油圧が供給されると、この供給される油圧は第１の油路４９，柱状体３８の溝３８ａおよび第２の摺動案内体４４の貫通孔４４ａを通って第１の油室４５に供給され、この油圧によって受圧体４２が上向きの作用力を受ける。これによって柱状体３８の外周面に沿って第１の摺動案内体４３が案内されるとともに、筒体３９の内周面が前記第２の摺動案内体４４の外周面に沿って案内されつつ、筒体３９および頂板４１が突出位置（図６の鎖線位置）まで移動する。このとき第２の油室４６内の油圧は第２の油路５０および油圧供給管５２を通って油圧源に還流される。
【００２８】
一方、このように筒体３９が突出位置にある状態から油圧供給管５２側へ油圧の供給が切り換えられると、この油圧供給管５２から供給される油圧は第２の油路５０を通って第２の油室４６に供給され、この油圧によって第１の摺動案内体４３が下向きの作用力を受ける。これによって前述とは逆の動作によって筒体３９および頂板４１が突出位置から収納位置まで移動し、元の状態に復帰する。このとき第１の油室４５内の油圧は第１の油路４９および油圧供給管５１を通って油圧源に還流される。
【００２９】
次に、本実施例の前部グリッパ装置２９，後部グリッパ装置３０および補助グリッパ装置３１を用いたトンネル掘削機の掘進動作を説明する。
【００３０】
トンネルを掘進する際には、後部グリッパ装置３０のグリッパジャッキ３５を伸長方向に作動させてグリッパシュー３４をトンネル坑壁に圧着させて後胴３を地盤に固定し、この状態で前胴１の前面に設けられているカッタヘッド５を回転させるとともに、後胴３と前胴１とを連結するスラストジャッキ２３を伸長方向に作動させ、後部グリッパ装置３０により掘進反力を得つつ前胴１を前進させて地盤の掘削を行う。この後、スラストジャッキ２３がストロークエンドまで伸長して１ピッチ分の掘進が完了すると、前部グリッパジャッキ３３を伸長方向に作動させてグリッパシュー３２をトンネル坑壁に圧着させて前胴１を地盤に固定する一方、後部グリッパ装置３０のグリッパジャッキ３５を収縮方向に作動してグリッパシュー３４をトンネル坑壁から離間させる。この状態でスラストジャッキ２３を収縮方向に作動させて後胴３を前胴１側へ引き寄せる。このような動作を順次繰り返すことにより掘進が進められていく。
【００３１】
一方、後部グリッパ装置３０におけるグリッパシュー３４の押付け力のみによっては掘進反力が十分に得られないような軟弱地盤の場合には、この後部グリッパ装置３０に代えて、もしくはその後部グリッパ装置３０に加えて補助グリッパ装置３１を突出させて筒体３９を地盤に嵌入し、後部グリッパ装置３０と地盤との間のスリップを防いだ状態で前述と同様の操作が行われる。こうして、掘進が不能となるような軟弱地盤でも十分な掘進反力を得て掘削機を掘進させることができ、また掘削機のローリング等の発生を防止することができる。
【００３２】
なお、前述のような掘進動作中に掘進方向を変更するには、外側シールド１３に取り付けられている複数本のアーティキュレートシリンダ１７を選択的に伸縮させ、中胴２に対して前胴１の屈曲方向を制御し、また内側シールド１２に取り付けられている複数本のアーティキュレートシリンダ２０を選択的に伸縮させ、後胴３に対して中胴２の屈曲方向を制御する。また、カッタヘッド５の回転によりディスクカッタ７にて掘削された土砂はバケット８により土砂取込み口１１を介してカッタヘッド５内のホッパシュート２５にて受け取られ、このホッパシュート２５の下方に配置されているベルトコンベア２６により掘削機本体の後方へ搬出される。
【００３３】
図７には、本発明の他の実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図が示されている。本実施例においては、前部グリッパ装置５３を、先の実施例のようなグリッパシューを用いるタイプに代えて、筒体５４を出没させるタイプ（先の実施例の補助グリッパ装置３１と同様のタイプ）にしたものであって、このような筒体５４が放射状に複数個配置されている。但し、この筒体５４の頂板の受圧面積は前記補助グリッパ装置３１の頂板４１の受圧面積に比べて大きく形成されている。したがって、この前部グリッパ装置５３の筒体５４は、通常の岩盤においては十分な押付け力を得ることができ、また軟弱地盤の場合にはその地盤に嵌入させることもできる。このような前部グリッパ装置５３は、この前部グリッパ装置設置部の前後方向の長さを小さく抑えたい場合に有効である。なお、本実施例においては、掘削土砂の搬送手段としてベルトコンベアに代えてスクリューコンベア５５が用いられている。これら以外の構成および作用については先の実施例と基本的に異なるところがないので、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明は省略することとする。
【００３４】
前記各実施例において、補助グリッパ装置３１の筒体３９の頂部に設けられる頂板４１の形状は、必ずしも後胴３の外周面と略同曲率に形成する必要はなく、地山に嵌入し易いように、例えば突出方向に向けて円錐形状に形成するなどいろいろな形状を採用することができる。
【００３５】
前述のように、本発明は、種々に変更可能なことは明らかである。このような変更は本発明の精神および範囲に反することなく、また当業者にとって明瞭な全てのそのような変形、変更は、請求の範囲に含まれるものである。
【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、本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図およびＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図５は、図１のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図６は、補助グリッパ装置の拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図８】図８は、従来のグリッパ装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  前胴
３  後胴
５  カッタヘッド
２９，５３  前部グリッパ装置
３０  後部グリッパ装置
３１  補助グリッパ装置
３２，３４  グリッパシュー
３３，３５  グリッパジャッキ
３６  グリッパフレーム
３７  ケーシング
３８  柱状体
３９  筒体
４１  頂板
４３  第１の摺動案内体
４２  第２の摺動案内体
４５  第１の油室
４６  第２の油室
４９  第１の油路
５０  第２の油路
【図１】
0003543850.tif 000002
【図２】
0003543850.tif 000003
【図３】
0003543850.tif 000004
【図４】
0003543850.tif 000005
【図５】
0003543850.tif 000006
【図６】
0003543850.tif 000007
【図７】
0003543850.tif 000008
【図８】
0003543850.tif 000009