(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーチ状の旋回フレームと、
前記旋回フレーム上を移動可能な掘削機とを備え、
前記掘削機は、
前記旋回フレームに移動可能に取付けられた走行部と、
前記走行部の走行方向と垂直な方向に移動可能に前記走行部に取付けられた掘削部と、
前記走行部の走行方向と垂直な方向に回転可能に前記走行部に装着されるとともに前記掘削部を保持するブームと、
前記ブームに取り付けられており、前記掘削部による掘削が進むとトンネル内壁に当接してそれ以上の前記掘削部による掘削が進むのを防止するストッパ部とを有する
ことを特徴とする既設トンネル掘削装置。
【請求項２】
前記掘削部は、回転駆動によってトンネル内壁を掘削するカッタヘッドを有し、
前記カッタヘッドは、外形円柱状の掘削面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の既設トンネル掘削装置。
【請求項３】
前記旋回フレーム上に複数の前記掘削機を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の既設トンネル掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設トンネル掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
施工後に長期間が経過した既設トンネルの補修や拡幅等の理由から既設トンネルの内壁の掘削が要求される場合がある。既設トンネルは、すでに利用が開始されているので、通行止めとすると交通に支障があるため、車両等の通行を確保しつつトンネル内壁を掘削する必要がある。
【０００３】
このような条件を満たすため、従来の既設トンネル掘削装置は、一対のアーチ状の旋回フレームと、旋回フレームに架け渡されて旋回フレームを走行する台車と、基端が台車に対して俯仰および左右の両方向へ揺動可能に連結されたブームと、ブームの先端に回転可能に装着されてトンネル内壁を掘削するカッタヘッドとを備えている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
このように構成された既設トンネル掘削装置では、旋回フレーム内方にプロテクタと称される通行車両を保護する門型の囲いを設置できるので、車両の通行を確保しつつ、トンネル内壁を掘削できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８５７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既設トンネル掘削装置では、前述の通り、台車に対してカッタヘッドを保持するブームが俯仰および左右の両方向へ揺動するように取り付けられているので、掘削された面を平らにするためにはカッタヘッドを円錐台形としなくてはならない。さらに、掘削後のトンネル内壁面が平らとするには、ブームを台車に対して所定の仰角を採るように配置してカッタヘッドでトンネル内壁を掘削しなければならない。
【０００７】
このように、従来の既設トンネル掘削装置では、掘削後のトンネル内壁面を平らにするには、ブームの台車に対する仰角を所定の角度に設定しなければならないので、掘削深さを変えるには、カッタヘッドを交換するか、ブームの交換が不可欠であった。
【０００８】
また、既設トンネル掘削装置は、既設トンネルの中を前進しつつ掘削していくのであるが、路面にうねりがあると、掘削後のトンネル内壁面が凸凹となってしまう場合もある。
【０００９】
そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、掘削深さを変えてもブーム等の交換が不要であって掘削後のトンネル内壁面を平らにできる既設トンネル掘削装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した目的を達成するため、本発明の既設トンネル掘削装置にあっては、旋回フレームと、旋回フレーム上を移動可能な掘削機とを備え、掘削機が旋回フレームに移動可能に取付けられた走行部と、走行部の走行方向と垂直な方向に移動可能に走行部に取付けられた掘削部と、前記走行部の走行方向と垂直な方向に回転可能に前記走行部に装着されるとともに前記掘削部を保持するブームと、前記ブームに取り付けられており、前記掘削部による掘削が進むとトンネル内壁に当接してそれ以上の前記掘削部による掘削が進むのを防止するストッパ部とを有して構成されている。このように既設トンネル掘削装置が構成されると、掘削部がトンネル内壁に対して垂直に接近可能となるので、掘削深さによらず常に掘削部が垂直にトンネル内壁に接触して掘削箇所を掘削できる。また、このように構成された既設トンネル掘削装置によれば、一自由度の簡単なリンク機構で掘削部を走行部の走行方向と垂直な方向に移動させ得る。よって、既設トンネル掘削装置の製造コストが安価となる。さらに、このように既設トンネル掘削装置を構成すると自動的に掘削深さが均一となり、特に、掘削部の位置制御を行わなくとも、トンネル内壁を所望する掘削深さで均一に掘削できる。
【００１３】
また、請求項２の既設トンネル掘削装置では、掘削部が回転駆動によってトンネル内壁を掘削するカッタヘッドを有し、カッタヘッドが外形円柱状の掘削面を有して構成されている。このように構成されると、トンネル内壁を効率よく平らに掘削できる。
【００１４】
そして、請求項３の既設トンネル掘削装置では、旋回フレーム上に複数の掘削機を備えているので、トンネル内壁の掘削効率が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の既設トンネル掘削装置によれば、掘削深さを変えてもブーム等の交換が不要であって掘削後のトンネル内壁面を平らにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施の形態における既設トンネル掘削装置の正面図である。
【図２】一実施の形態における既設トンネル掘削装置の側面図である。
【図３】一実施の形態における既設トンネル掘削装置でトンネル内壁を掘削した状態を示す図である。
【図４】掘削機の一変形例を搭載した既設トンネル掘削装置の正面図である。
【図５】掘削機の他の変形例を搭載した既設トンネル掘削装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における既設トンネル掘削装置１は、図１および図２に示すように、一対のアーチ状の旋回フレーム２，２と、旋回フレーム２，３上を移動可能な掘削機Ｅ１，Ｅ２とを備えて構成されている。
【００１８】
以下、既設トンネル掘削装置１の各部について詳細に説明する。旋回フレーム２，３は、アーチ状であって、本例では、円弧状の外側フランジと外側フランジの内側に配置される内側フランジを同じく円弧状のウェブで連結した構造とされて断面Ｈ型をしており、掘削機Ｅ１，Ｅ２の移動を案内するガイドとして機能する。
【００１９】
前方の旋回フレーム２と後方の旋回フレーム３は、旋回フレーム２，３間に架け渡される複数の水平方向へ延びる連結支柱４によって連結されている。また、旋回フレーム２，３の各両端の内側には、平行に地面上に敷かれたレールＬ上を走行可能な車輪２ａ，３ａを保持するホルダ２ｂ，３ｂが設けられている。後方の旋回フレーム３の外側フランジの外周には、旋回フレーム３の長手方向に沿ってピンラック５が設置されている。
【００２０】
また、旋回フレーム３の後方には、掘削機Ｅ１，Ｅ２へ圧油を供給する油圧ユニット６と、油圧ユニット６および掘削機Ｅ１，Ｅ２を制御する制御盤７が載置される後方架台８が設けられている。この後方架台８は、鉄骨を枠組して門型とされており、下端にレールＬを走行する車輪８ａを備えている。後方架台８は、油圧ユニット６からの圧油の供給により伸縮する移動用油圧シリンダ１０を介して旋回フレーム３に連結されている。
【００２１】
なお、旋回フレーム２，３には、アウトリガーＯが設けられており、アウトリガーＯを利用して、旋回フレーム２，３をレールＬから浮かせて、その場で路面上に固定できるようになっている。なお、後方架台８にも、図示しないアウトリガーが設けられており、アウトリガーを利用して、後方架台８をレールＬから浮かせてその場で路面上に固定できるようになっている。
【００２２】
そして、後方架台８のみをレールＬ上で静止状態に維持しつつ、移動用油圧シリンダ１０を伸縮すれば、旋回フレーム２，３は、レールＬ上で前進および後退し、また、旋回フレーム２，３のみをレールＬ上で静止状態に維持しつつ、移動用油圧シリンダ１０を伸縮すれば、後方架台８は、レールＬ上で前進および後退できる。よって、後方架台８のみを静止状態として移動用油圧シリンダ１０を伸長させ、続いて、旋回フレーム２，３のみを静止状態として移動用油圧シリンダ１０を収縮させる手順を繰り返せば、既設トンネル掘削装置１は、レールＬ上を前進できる。他方、後方架台８のみを静止状態として移動用油圧シリンダ１０を収縮させ、続いて、旋回フレーム２，３のみを静止状態として移動用油圧シリンダ１０を伸長させる手順を繰り返せば、既設トンネル掘削装置１は、レールＬ上を後退できる。なお、既設トンネル掘削装置１をトンネル内で前後方向へ移動させる移動装置は、前述した移動用油圧シリンダ１０に限定されるものではなく、モータ等で車輪２ａ，３ａ，８ａを直接駆動する等、他の移動装置を利用してもよい。
【００２３】
旋回フレーム２，３および後方架台８の内側には、走行車両を保護する箱形のプロテクタＰが設置される。よって、既設トンネル掘削装置１がトンネル内壁Ｔを掘削しても、プロテクタＰ内には、掘削されたコンクリートや土砂が入りこまず、走行車両が保護される。
【００２４】
本例では、旋回フレーム２，３に二台の掘削機Ｅ１，Ｅ２が設置されている。掘削機Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ、旋回フレーム２，３に移動可能に取付けられた走行部１１と、走行部１１に対して走行部１１の走行方向と垂直な方向に回転可能に装着されたブーム１２と、ブーム１２に取り付けられる掘削部１３とを備えて構成されている。
【００２５】
走行部１１は、旋回フレーム２の外周側に配置され、旋回フレーム２よりも前方から旋回フレーム３へ延びる台車１１ａと、台車１１ａから旋回フレーム２，３側へ突出する四つの車輪保持部１１ｂと、車輪保持部１１ｂに回転自在に保持されており旋回フレーム２，３のフランジ間に挿入される図示しない車輪と、油圧ユニット６からの圧油の供給によって駆動する二つの油圧モータ１１ｃと、ピンラック５に噛み合って油圧モータ１１ｃによって回転させられるスプロケット１１ｄとを備えて構成されている。
【００２６】
このように走行部１１が旋回フレーム２，３のフランジ間に挿入された車輪を備えているので、掘削機Ｅ１，Ｅ２は、旋回フレーム２，３上を旋回フレーム２，３の長手方向である周方向へ移動して旋回できる。
【００２７】
そして、本例では、油圧モータ１１ｃを駆動すると、ピンラック５に噛み合うスプロケット１１ｄが回転駆動されて、掘削機Ｅ１，Ｅ２は、旋回フレーム２，３上を自走できる。なお、掘削機Ｅ１，Ｅ２の旋回フレーム２，３に対する移動装置は、油圧モータ１１ｃ、スプロケット１１ｄおよびピンラック５によって構成されているが、掘削機Ｅ１，Ｅ２の移動に適する他の移動装置を利用してもよい。
【００２８】
ブーム１２は、ブーム本体１２ａと、ブーム本体１２ａの基端に設けたトラニオンピン１２ｂを備えている。トラニオンピン１２ｂは、台車１１ａの前方に設けられたブラケット１１ｅ，１１ｅによって回転自在に保持されている。トラニオンピン１２ｂの軸は、走行部１１の走行方向に対して直交する方向（図１中紙面を貫く方向、図２中紙面の左右方向）に沿っており、ブーム１２は、走行部１１の走行方向に対して垂直な方向へ回転できる。つまり、ブーム１２は、図１中トラニオンピン１２ｂを中心に時計および反時計回りに回転でき、掘削部１３をトンネル内壁Ｔに対して遠近できる。ブーム１２は、このように本例では、トラニオンピン１２ｂの中心を軸として、走行部１１に対して垂直な方向へ回転できるようになっている。
【００２９】
ブーム１２と台車１１ａとの間には、油圧ユニット６からの圧油の供給で駆動される油圧シリンダ１４が設けられており、油圧シリンダ１４の伸縮によって、ブーム１２は、台車１１ａに対して揺動してその姿勢を変化させ得る。
【００３０】
また、ブーム１２の先端には、掘削部１３が設けられている。掘削部１３は、ブーム１２の先端の後方側に設けた電動機１３ａと、ブーム１２の先端であって前方に設けられて電動機１３ａによって回転駆動されるカッタヘッド１３ｂとを備えて構成されている。
【００３１】
カッタヘッド１３ｂは、ブーム１２に対し、旋回フレーム２の長手方向に直交する方向に沿う軸周りに回転可能に取り付けられており、ブーム１２の回転方向と同様に、走行部１１の走行方向に対して垂直な方向、つまり、旋回フレーム２の長手方向に沿う方向に回転できる。また、カッタヘッド１３ｂは、本例では、円筒形とされており、外周にトンネル内壁を掘削する多数のカッタを備えており、その外周がトンネル内壁を掘削する掘削面Ｓとされている。
【００３２】
ブーム１２を油圧シリンダ１４によって駆動すると、掘削部１３におけるカッタヘッド１３ｂが図１中で旋回フレーム２，３に対して遠近するようになっており、台車１１ａよりもトンネル内壁Ｔ側へ突出する位置へ移動できるようになっている。よって、カッタヘッド１３ｂを回転駆動してブーム１２を駆動してカッタヘッド１３ｂがトンネル内壁Ｔへ接触する位置へ移動させると、カッタヘッド１３ｂがトンネル内壁Ｔを掘削する。なお、掘削部１３が走行部１１の走行方向と垂直な方向に移動可能とは、走行部１１走行方向とこの走行方向と垂直な方向を含む面に沿って掘削部１３を前記垂直方向へ移動できるとの趣旨である。よって、掘削部１３は、旋回フレーム２，３の長手方向に平行な面に沿ってトンネル内壁Ｔに遠近できる。油圧シリンダ１４の伸長度合を大きくすれば、ブーム１２の先端がトンネル内壁Ｔ側へ移動するので、掘削部１３による掘削が進み深く掘削できる。
【００３３】
本例では、ブーム１２は、油圧シリンダ１４によって駆動されるので、油圧シリンダ１４のストローク長により、ブーム１２の回転可能範囲が定まる。そして、旋回フレーム２，３に対して掘削機Ｅ２よりも図１中右方に配置された掘削機Ｅ１は、ブーム１２を右方へ向けてあり、図１に示すように、旋回フレーム２，３の図１中右端に配置された際に、トンネル内壁Ｔの右側の最下端の近傍まで掘削できるようにしてある。旋回フレーム２，３に対して掘削機Ｅ１よりも図１中左方に配置された掘削機Ｅ２は、ブーム１２を左方へ向けてあり、図１に示すように、旋回フレーム２，３の図１中左端に配置された際に、トンネル内壁Ｔの左側の最下端の近傍まで掘削できるようにしてある。
【００３４】
このように、ブーム１２の台車１１ａに対する回転可能範囲が限られる場合、旋回フレーム２，３に対して掘削機Ｅ１，Ｅ２をブーム１２の先端がトンネル内壁Ｔの端に向くように設置すれば、トンネル内壁Ｔの最下端近傍まで掘削できる。
【００３５】
なお、ブーム１２の駆動に際して油圧シリンダ１４ではなく、台車１１ａに対してロータリアクチュエータ等といった広範な回転可能範囲を実現できる駆動装置を利用する場合、掘削機Ｅ１，Ｅ２の旋回フレーム２，３への設置の向きに極性を持たせずともよい。また、掘削部１３を台車１１ａに対して走行部１１の走行方向と垂直な方向へ移動可能である駆動源を有していて、掘削部１３をトンネル内壁Ｔ側へ遠近させ得る場合、ブーム１２を廃止して、台車１１ａと掘削部１３との間に駆動源を設ける構成を採用できる。このような駆動源としては、たとえば、油圧シリンダ等が採用できる。
【００３６】
また、本例の掘削機Ｅ１，Ｅ２では、掘削部１３による掘削が進むとトンネル内壁Ｔに当接してそれ以上の掘削部による掘削が進むのを防止するストッパ部１５をブーム１２に取り付けてある。
【００３７】
ストッパ部１５は、本例では、ブーム１２のトンネル内壁側端にトンネル内壁側へ突出するブラケット１５ａと、ブラケット１５ａに回転自在に取付けたローラ１５ｂとで構成されている。ブーム１２を駆動しつつカッタヘッド１３ｂでトンネル内壁Ｔを掘削し、掘削が進行すると、掘削箇所のトンネル内壁Ｔ１の深さが未掘削のトンネル内壁Ｔ２に対して深くなっていく。やがて、図３に示すように、ストッパ部１５におけるローラ１５ｂが掘削されていないトンネル内壁Ｔ２に接触すると、ブーム１２がカッタヘッド１３ｂをトンネル内壁Ｔ１側へ近づけようとしてもストッパ部１５のトンネル内壁Ｔ２への当接により近づけなくなる。
【００３８】
このように、カッタヘッド１３ｂでトンネル内壁Ｔ１を掘削しつつ、ストッパ部１５を未掘削のトンネル内壁Ｔ２へ当接する位置までブーム１２を駆動すると、自動的にブーム１２が停止して掘削箇所の深さである掘削深さがそれ以上深くならない。
【００３９】
既設トンネル掘削装置１は、以上のように構成されており、以下にその作動を説明する。掘削機Ｅ１，Ｅ２を旋回フレーム２，３上で移動させて、トンネル内壁Ｔの掘削したい箇所へ位置決めする。
【００４０】
つづいて、掘削機Ｅ１，Ｅ２の電動機１３ａを駆動してカッタヘッド１３ｂを回転駆動し、ブーム１２を油圧シリンダ１４で駆動して、カッタヘッド１３ｂをトンネル内壁Ｔへ接近させ、トンネル内壁Ｔを掘削する。
【００４１】
掘削が進み、ストッパ部１５が未掘削のトンネル内壁Ｔへ接触するまで、ブーム１２を移動させて、掘削箇所を掘削する。ストッパ部１５がトンネル内壁Ｔに当接すると、現在掘削中の掘削箇所の掘削深さは所望する深さに達しているので、掘削機Ｅ１，Ｅ２を旋回フレーム２，３に対して移動させて未掘削部分を順次掘削していく。ストッパ部１５による掘削深さを規定する場合、掘削機Ｅ１，Ｅ２の移動方向は、反ブーム方向となり、掘削機Ｅ１にあっては図１中反時計回り方向となり、掘削機Ｅ２にあっては図１中時計回り方向となる。
【００４２】
このようにして掘削機Ｅ１，Ｅ２で掘削を進めると、ストッパ部１５によって自動的に掘削深さが均一となる。なお、トンネル内壁Ｔを周方向の全範囲で掘削する場合、掘削機Ｅ１を図１中で旋回フレーム２，３の右端へセットし、掘削機Ｅ２を図１中で旋回フレーム２，３の左端へセットし、トンネル内壁Ｔの両端から中央側へ掘削を進めるとよい。
【００４３】
なお、ストッパ部１５のブラケット１５ａを伸縮可能としておけば、掘削深さに合わせてブラケット１５ａの長さを調節できるので、ブラケット１５ａの交換を要せずに所望する掘削深さで掘削が可能となる。ブラケット１５ａを伸縮可能とするには、たとえば、送り螺子機構や油圧シリンダ等、種々の装置や機構を採用できる。
【００４４】
そして、本発明の既設トンネル掘削装置１にあっては、旋回フレーム２，３と、旋回フレーム２，３上を移動可能な掘削機Ｅ１，Ｅ２とを備え、掘削機Ｅ１，Ｅ２が旋回フレーム２，３に移動可能に取付けられた走行部１１と、走行部１１に対し走行部１１の走行方向と垂直な方向に移動可能に取付けられた掘削部１３とを有して構成されている。このように既設トンネル掘削装置１が構成されると、掘削部１３がトンネル内壁Ｔに対して垂直に接近可能となるので、掘削深さによらず常に掘削部１３が垂直にトンネル内壁Ｔに接触して掘削箇所を掘削できる。よって、本発明の既設トンネル掘削装置１によれば、掘削深さを変えてもブーム１２やカッタヘッド１３ｂの交換が不要であり、トンネル内壁面を平らに掘削できる。換言すれば、本発明の既設トンネル掘削装置１によれば、ブーム１２やカッタヘッド１３ｂを交換せずとも、掘削後のトンネル内壁Ｔを円形状以外の形状、たとえば、楕円形等といった他の形状とするのを可能とする。
【００４５】
また、本例の既設トンネル掘削装置１では、掘削機Ｅ１，Ｅ２が走行部１１に対して走行部１１の走行方向と垂直な方向に回転可能に装着されるとともに掘削部１３を保持するブーム１２を有している。このように構成された既設トンネル掘削装置１によれば、一自由度の簡単なリンク機構で掘削部１３を走行部１１の走行方向と走行方向と垂直方向を含む面内で前記垂直方向へ移動させ得る。よって、既設トンネル掘削装置１の製造コストが安価となる。
【００４６】
さらに、本例の既設トンネル掘削装置１では、掘削機Ｅ１，Ｅ２がブーム１２に取り付けられて掘削部１３による掘削が進むとトンネル内壁Ｔに当接してそれ以上の掘削部１３による掘削が進むのを防止するストッパ部１５を有して構成されている。このように既設トンネル掘削装置１を構成すると自動的に掘削深さが均一となり、特に、掘削部１３の位置制御を行わなくとも、トンネル内壁Ｔを所望する掘削深さで均一に掘削できる。
【００４７】
また、本例の既設トンネル掘削装置１では、掘削部１３が回転駆動によってトンネル内壁Ｔを掘削するカッタヘッド１３ｂを有し、カッタヘッド１３ｂが外形円柱状の掘削面Ｓを有して構成されている。このように構成されると、トンネル内壁Ｔを効率よく平らに掘削できる。なお、カッタヘッド１３ｂの掘削面Ｓ以外の部位の外形は、軸方向から見て掘削面Ｓの範囲内に入る形状であれば、どのような形状とされてもよいが、カッタヘッド１３ｂの外形全体が円柱状とされて外周全部を掘削面Ｓとすると掘削効率上有利となる。
【００４８】
そして、本例の既設トンネル掘削装置１では、旋回フレーム２，３上に複数の掘削機Ｅ１，Ｅ２を備えているので、トンネル内壁Ｔの掘削効率が向上する。図４に示すように、ブーム１２が油圧シリンダ１４ではなく回転型のアクチュエータ４０で駆動されるようにし、ブーム１２の回転範囲が広範で掘削機Ｅ１の旋回フレーム２，３に対する設置の向きに極性が無い場合、既設トンネル掘削装置１は、掘削機Ｅ１のみを備えて構成されてもよい。このように掘削機Ｅ１を構成すれば、トンネル内壁Ｔの左右の最下端の近傍まで掘削できる。また、既設トンネル掘削装置１は、三つ以上の掘削機を旋回フレーム２，３上に設けて構成されてもよい。
【００４９】
さらに、掘削機Ｅ１が図５に示すように、走行部１１の左右両側に走行部１１に対して走行部１１の走行方向と垂直な方向に回転可能に装着されたブーム１２と、ブーム１２に取り付けられる掘削部１３と、油圧シリンダ１４を備えて構成されてもよい。このようにすると、一つの掘削機Ｅ１のみを旋回フレーム２，３に設けるだけで、トンネル内壁Ｔの左右の最下端の近傍まで掘削できる。
【００５０】
また、旋回フレーム２，３は、本例では一対であるが、旋回フレーム２が幅広であって一つで掘削機Ｅ１（Ｅ２）をガイドおよび支持できるようであれば、既設トンネル掘削装置１は、一つのみの旋回フレーム２を備えてもよい。
【００５１】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・既設トンネル掘削装置、２，３・・・旋回フレーム、１１・・・走行部、１２・・・ブーム、１３・・・掘削部、１３ｂ・・・カッタヘッド、１５・・・ストッパ部、Ｅ１，Ｅ２・・・掘削機
【図１】
0006630211.tif 000002
【図２】
0006630211.tif 000003
【図３】
0006630211.tif 000004
【図４】
0006630211.tif 000005
【図５】
0006630211.tif 000006