(57)【要約】【課題】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。【解決手段】トンネル掘進機は、本体と、カッタヘッド３０と、エキスカベータ５０とを備えている。カッタヘッド３０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３０には、開口が形成されている。エキスカベータ５０は、本体に支持されている。エキスカベータ５０は、切羽を掘削するバケット５１を有している。バケット５１は、カッタヘッド３０の開口を通過して、カッタヘッド３０の前方へ移動可能である。【選択図】図１５
2018053586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
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。
【請求項２】
前記掘削装置は、先端と基端とを有し前記先端に前記作業機が取り付けられたブーム部と、前記基端に設けられ前記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、
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。
【請求項３】
前記少なくとも１つの軸支部は、複数の軸支部を含み、
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。
【請求項４】
前記掘削装置は、前記俯仰動軸支部を中心に前記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、
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。
【請求項５】
前記本体はレールを有し、
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。
【請求項６】
前記カッタヘッドは、前記開口を開閉可能な蓋部を有し、
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。
【請求項７】
前方へ移動する前記掘削装置が前記蓋部を押し開けるよう構成されている、請求項６に記載のトンネル掘進機。
【請求項８】
掘削ずりを搬送するベルトコンベアをさらに備え、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６４２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態におけるトンネル掘進機の構成を概略的に示す側面図である。
【図２】実施形態におけるトンネル掘進機の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】実施形態におけるトンネル掘進機の正面図である。
【図４】エキスカベータの斜視図である。
【図５】エキスカベータを異なる角度から見た斜視図である。
【図６】エキスカベータの側面図である。
【図７】エキスカベータの平面図である。
【図８】蓋部を開放する第一の工程を示す斜視図である。
【図９】蓋部を開放する第二の工程を示す斜視図である。
【図１０】蓋部を開放する第三の工程を示す斜視図である。
【図１１】蓋部が全開された状態を異なる角度から見た斜視図である。
【図１２】開口したカッタヘッドを前方から見た斜視図である。
【図１３】開口したカッタヘッドを前方から見た斜視図である。
【図１４】エキスカベータ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】図１４に示すベルトコンベアにサイドスカート部を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１６】エキスカベータ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。
【図１７】エキスカベータの作業機の俯仰動を示す側面図である。
【図１８】エキスカベータの作業機の旋回動を示す平面図である。
【図１９】エキスカベータ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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
（作用・効果）
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
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。
【符号の説明】
【００９５】
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。
【図１】
2018053586.tif 000003
【図２】
2018053586.tif 000004
【図３】
2018053586.tif 000005
【図４】
2018053586.tif 000006
【図５】
2018053586.tif 000007
【図６】
2018053586.tif 000008
【図７】
2018053586.tif 000009
【図８】
2018053586.tif 000010
【図９】
2018053586.tif 000011
【図１０】
2018053586.tif 000012
【図１１】
2018053586.tif 000013
【図１２】
2018053586.tif 000014
【図１３】
2018053586.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2018053586.tif 000017
【図１６】
2018053586.tif 000018
【図１７】
2018053586.tif 000019
【図１８】
2018053586.tif 000020
【図１９】
2018053586.tif 000021