(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
牽引装置にワイヤが牽引されることによって地山に進入する推力が与えられる中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、前記角型外殻の内側の前記各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間を備え、これらの打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を排土空間を通して排出する構成とし、前記角型外殻は略垂直方向に延びる左右の側板を有し、この左右の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置を並んで配置し、この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土砂を集めるバケット装置と、このバケット装置によって集められた土砂を後方に搬送するコンベアとを備え、バケット装置は前記角型外殻に対して回動可能に支持される伸縮アームと、この伸縮アームに対して回動可能に支持されるバケットと、このバケットの先端に突出する複数の爪とを備え、前記バケットが前記打撃装置の間に残された切羽を削り落とす機能を持つことを特徴とする角穴掘削機。
【請求項２】
前記打撃装置を切羽に押し付ける油圧シリンダを前記角型外殻に支持させたことを特徴とする請求項１に記載の角穴掘削機。
【請求項３】
前記角型外殻にガイドレールにスライド自在に係合する継ぎ手を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の角穴掘削機。
【請求項４】
牽引装置にワイヤが牽引されることによって地山に進入する推力が与えられる中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、前記角型外殻の内側の前記各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間を備え、前記角型外殻は略垂直方向に延びる左右の側板を有し、この左右の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置を並んで配置し、この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土砂を集めるバケット装置と、このバケット装置によって集められた土砂を後方に搬送するコンベアとを備え、バケット装置は前記角型外殻に対して回動可能に支持される伸縮アームと、この伸縮アームに対して回動可能に支持されるバケットと、このバケットの先端に突出する複数の爪とを備え、前記バケットが前記打撃装置の間に残された切羽を削り落とす機能を持つ角穴掘削機を用い、この角型掘削機を地山に進入させて打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を排土空間を通して排出しながら角穴を掘削することを特徴とする角穴掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地山に角穴を掘削する角穴掘削機および角穴掘削工法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道や道路の下方に立体交差するトンネルを構築する工法の１つとして、長尺の角形管からなる多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法が知られている（例えば特開平１１−２４７５７９号公報、参照）。
【０００３】
このトンネル構築工法は、図５に示すように、線路１下の路盤２にトンネルを構築する場合、トンネルの掘削に先立ち、多数の覆工エレメント３，４を並列させて地山に挿入（貫入）することにより、覆工壁を形成する水平覆工版５およびこれに連なる鉛直覆工版６を形成する。
【０００４】
図６の（ａ）、（ｂ）図は、上記トンネル構築工法において、牽引装置５０により掘削機５１を牽引し、線路の下の路盤２に覆工エレメント５２を挿入（貫入）する状態を示している。覆工エレメント５２の内部には、掘削土を排出するための排土ホース５３や掘削機５１を駆動するための油圧ホースなどの配管、配線類５４が配置されている。
【０００５】
従来、この種の工法に用いられる掘削機として、例えば特開２０００−１６０９９３号公報に開示されたものがある。これについて説明すると、図７に示すように、ワイヤＷによって牽引される外殻７３と、切羽に対向するように設けられるカッタヘッド７１と、このカッタヘッド７１の後方に連接される中空螺旋状のスクリュコンベア７２とを備えている。カッタヘッド７１とスクリュコンベア７２が一緒に回転駆動されることにより、カッタヘッド７１が切羽を掘削するとともに、スクリュコンベア７２が掘削した土砂を後方に搬送するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の掘削機を用いた工法にあっては、掘削地山が砂礫層、あるいは支障物が点在する場合に、前進不能になる可能性があった。
【０００７】
上記従来の掘削機の場合、カッタヘッド７１が回転して切羽を掘削するため、切羽にカッタヘッド７１のブレード隙間より大きい礫や岩石等の支障物があると、支障物がカッタヘッド７１と共に回り、取り込みができず、掘進ができなくなる可能性がある。
【０００８】
さらに、カッタヘッド７１に掘削された穴の断面は隅部に未掘削部が残るので角型外殻７３の牽引抵抗が大きい。このため、施工条件により切羽を押す圧力が大きくなるため、盛土（被土）が薄い場合に牽引される角型外殻７３によって盛土が隆起する可能性がある。
【０００９】
また、従来、砂礫層の掘削方式として、礫を割らないでそのまま掘削機の外殻に取り込み、掘削機の後方に送るものがあった。しかしながら、この方式では、小断面の掘削に限界があった。
【００１０】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、地山に角穴を効率良く掘削できる角穴掘削機および角穴掘削工法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、地山に角穴を掘削する角穴掘削機に適用する。
【００１２】
そして、牽引装置にワイヤが牽引されることによって地山に進入する推力が与えられる中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、角型外殻の内側の各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間を備え、これらの打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を排土空間を通して排出する構成とし、角型外殻は略垂直方向に延びる左右の側板を有し、この左右の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置を並んで配置し、この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土砂を集めるバケット装置と、このバケット装置によって集められた土砂を後方に搬送するコンベアとを備え、バケット装置は角型外殻に対して回動可能に支持される伸縮アームと、この伸縮アームに対して回動可能に支持されるバケットと、このバケットの先端に突出する複数の爪とを備え、バケットが打撃装置の間に残された切羽を削り落とす機能を持つ構成とした。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、角型外殻に対して打撃装置を切羽に押し付ける油圧シリンダを備えるものとした。
【００１５】
第３の発明は、第１または第２の発明において、角型外殻にガイドレールにスライド自在に係合する継ぎ手を備えるものとした。
【００１６】
第４の発明は、地山に角穴を掘削する角穴掘削工法に適用する。
【００１７】
そして、牽引装置にワイヤが牽引されることによって地山に進入する推力が与えられる中空の角型外殻と、それぞれの先端が切羽に押し付けられるのに伴って切羽を打撃する複数の打撃装置とを備え、角型外殻の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数の打撃装置を略直線上に並んで配置し、角型外殻の内側の各打撃装置列の間に礫を排出可能な排土空間を備え、角型外殻は略垂直方向に延びる左右の側板を有し、この左右の側板の内側に沿ってそれぞれ複数の打撃装置を並んで配置し、この左右の打撃装置列の間に掘削された礫や土砂を集めるバケット装置と、このバケット装置によって集められた土砂を後方に搬送するコンベアとを備え、バケット装置は角型外殻に対して回動可能に支持される伸縮アームと、この伸縮アームに対して回動可能に支持されるバケットと、このバケットの先端に突出する複数の爪とを備え、バケットが打撃装置の間に残された切羽を削り落とす機能を持つ角穴掘削機を用い、この角型掘削機を地山に進入させて打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂を排土空間を通して排出しながら角穴を掘削するものとした。
【００１８】
【発明の作用および効果】
第１、第４の発明において、地山を角型外殻が進み、打撃装置の先端が切羽に押し付けられると、打撃装置が作動するため、切羽を見なくても各打撃装置を自動運転して連続掘進する。そして、各打撃装置の打撃によって掘削された礫や土砂が排土空間を通して搬出されることにより、打撃装置の作動を止めることなく連続掘進が可能となり、工事が効率良く行え、施工速度を高められる。
【００１９】
各打撃装置が角型外殻の内側で対向する２辺に沿って並んでいるため、各打撃装置によって角型外殻の外形線に沿った掘削が行われ、掘削払い線の掘削が可能となる。
【００２０】
さらに、各打撃装置の打撃によって角型外殻の外形線に沿った掘削が行われるため、角型外殻に必要な推力が小さくなり、角型外殻を駆動する装置の小型化がはかれる。さらに、角型外殻を円滑に進められ、盛土（被土）を隆起させることなく掘進できる。そして、掘削地山が砂礫層、あるいは支障物が点在する場合でも、前進不能にならない。
【００２１】
そして、排土空間に配置されたバケット装置とコンベアを介して掘削された土砂が自動的に搬出されることにより、打撃装置の作動を止めることなく連続掘進が可能となる。
【００２２】
第２の発明において、打撃装置を油圧シリンダで切羽に向けて進退させることにより、角型外殻を逐一動かさなくても打撃開始または中止が可能となる。また、角型外殻が進入させる場合、油圧シリンダの伸縮量を変えることにより、打撃開始位置を前後方向に変えることが可能である。
【００２３】
第３の発明において、ガイドレールにスライド自在に係合する継ぎ手を介して角型外殻が所定の軌道で地山に進入し、施工精度を容易に確保できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１、図２に示すように、角穴掘削機１０は前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられるもので、牽引装置によって牽引されながら地山を掘進し、角穴掘削機１０に続いて地山に覆工エレメントを挿入（貫入）するようになっている（図６参照）。
【００２６】
角穴掘削機１０は、地山に進入する推力が与えられる角型外殻３０と、切羽を打撃力によって掘削する複数の打撃装置（削岩機）２０と、各打撃装置２０を切羽に押し付ける油圧シリンダ４０と、各打撃装置２０によって掘削された土砂を集めるバケット装置１１と、バケット装置１１によって集められた土砂を後方に搬送するコンベア４６等を備える。
【００２７】
図３、図４に示すように、角型外殻３０は断面四角形の鋼管からなり、左右の側板３３，３４と上板３５および下板３６を有する。左右の側板３３，３４は略垂直方向に延び、上板３５および下板３６は略水平方向に延びている。
【００２８】
角型外殻３０には四つの隅部から継ぎ手３１，３２が突出し、各継ぎ手３１，３２が既に挿入された覆工エレメント４の継ぎ手（ガイドレール）７にスライド自在に係合する。角型外殻３０は覆工エレメント４の継ぎ手７によって掘進方向に案内されることにより所定の軌道で地山に進入し、施工精度を容易に確保できる。
【００２９】
角穴掘削機１０は、角型外殻３０に連結される図示しないワイヤが牽引装置に牽引されることによって推力が与えられる。なお、角穴掘削機１０は、角型外殻３０が後方の覆工エレメントを介して押されることによって推力が与えられる構成にしてもよい。
【００３０】
角型外殻３０の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数の打撃装置２０が並んで配置される。本実施の形態では、左右の側板３３，３４に沿ってそれぞれ４つの打撃装置２０が並んで配置され、各打撃装置２０によって角型外殻３０の外形線に沿った掘削が行われる構成とする。なお、上板３５および下板３６にも複数の打撃装置２０が並んで配置される構成としてもよい。
【００３１】
各打撃装置２０は油圧ハンマー２１のロッド２３の先端に掘削工具（ハンマー歯先）２２が連結される。油圧ハンマー２１はシリンダ内に収められたピストンを油圧によって高速で進退させてロッド２３の後端面を打撃し、掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれて切羽を掘削するようになっている。
【００３２】
各打撃装置２０は角型外殻３０に対して軸方向に摺動可能に支持されており、上下の油圧シリンダ３８によって切羽に向けて進退駆動される。各油圧シリンダ３８が図１、図２に実線で示すように収縮した状態から所定のストロークで伸張することにより、掘削工具２２が２点鎖線で示すように角型外殻３０の前方に突出して切羽に押し付けられる。
【００３３】
打撃装置２０の先端が切羽に押し付けられるのに伴って打撃装置２０が自動的に掘削作動する構成とする。打撃装置２０を駆動する油圧回路には打撃装置２０の先端の掘削工具２２が切羽に押し付けられる押し付け荷重が所定値を超えて上昇するのに伴って開弁する油圧バルブが備えられ、この油圧バルブが開弁するのに伴って打撃装置２０毎に駆動圧が導かれて打撃装置２０が掘削作動を開始する構成となっている。つまり、角型外殻３０が牽引装置に牽引されるか、油圧シリンダ３８が伸張して各打撃装置２０の掘削工具２２が切羽に押し付けられると、押し付け荷重が所定値を超えて上昇した各打撃装置２０だけが打撃作動し、押し付け荷重が所定値以下の打撃装置２０が打撃作動を休止する。この構成により、切羽を見なくても各打撃装置２０を自動運転して連続掘進することが可能となり、工事が効率良く行える。
【００３４】
角型外殻３０の内側には左右の打撃装置２０列の間に排土空間３７が設けられる。この排土空間３７にバケット装置１１とコンベア４６が配置される。各打撃装置２０の打撃によって掘削された礫や土砂が排土空間３７を通して搬出されることにより、打撃装置の作動を止めることなく連続掘進が行える。
【００３５】
バケット装置１１は、掘削された土砂を掻き集めるバケット１２と、バケット１２を略水平軸まわりに回動可能に支持する水平回動支持軸（ピン）１３と、バケット１２を水平回動支持軸１３を支点に回動させる油圧シリンダ１４と、水平回動支持軸１３をその先端部に支持する伸縮アーム１５と、伸縮アーム１５を伸縮させる一対の油圧シリンダ１８と、伸縮アーム１５の基端部を略水平軸まわりに回動可能に支持する水平回動支持軸（ピン）１６と、伸縮アーム１５を角型外殻３０に対して略垂直軸まわりに回動可能に支持する垂直回動支持軸（ピン）１７と、伸縮アーム１５を回動させる一対の油圧シリンダ１９とを備える。これにより、バケット１２は、図１、図２に２点鎖線で示すように、三次元方向に動くことができ、打撃装置２０によって掘削された土砂をコンベア４６へと集めるとともに、打撃装置２０の間に残された切羽を削り落とす機能を持っている。バケット１２の先端には複数の爪２５が突出している。
【００３６】
コンベア４６はベルト４７が複数のローラ４８を介して循環し、このベルト４７上に載せられた土砂を後方に搬送する。
【００３７】
以上のように構成される本発明の実施の形態につき、次に作用を説明する。
【００３８】
角穴掘削機１０は牽引装置によって角型外殻３０が牽引されながら地山を掘進する。各打撃装置２０はその掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれて切羽を掘削する。各打撃装置２０が角型外殻３０の内側で対向する２辺に沿って並んでいるため、各打撃装置２０によって角型外殻３０の外形線に沿った掘削が行われ、掘削払い線の掘削が可能となる。
【００３９】
こうして、掘削された穴の断面が四角形となり、従来のように掘削された穴の四隅に二次加工を施す必要がなくなり、労力を削減して施工速度を大幅に高められ、工費を抑えられる。
【００４０】
また、各打撃装置２０によって角型外殻３０の外形線に沿った掘削が行われるため、角型外殻３０に必要な推力が小さくなり、角型外殻３０を牽引する牽引装置の小型化および省力化がはかれる。さらに、角型外殻３０を円滑に進められため、盛土（被土）を隆起させることなく掘進できる。
【００４１】
打撃装置２０を油圧シリンダ３８で切羽に向けて進退させることにより、角型外殻３０を逐一動かさなくても打撃開始または中止が可能となる。また、角型外殻３０が進入させる場合、油圧シリンダ３８の伸縮量を変えることにより、打撃開始位置を前後方向に変えることが可能である。
【００４２】
角型外殻３０の内側には左右の打撃装置２０の間に排土空間３７が設けられているため、この排土空間３７に配置されたバケット装置１１とコンベア４６を介して掘削された礫や土砂が自動的に搬出される。これにより、打撃装置２０の作動を止めることなく連続掘進が可能となり、施工速度を高められる。そして、掘削地山が砂礫層、あるいは支障物が点在する場合でも、前進不能にならない。
【００４３】
角穴掘削機１０が前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられ、角穴掘削機１０に続いて覆工エレメントを地山に挿入することができ、トンネルの掘削に先立ち覆工壁を形成する工事が効率良く行え、工期の大幅な短縮がはかれる。
【００４４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、例えばケーブル等を通す穴の施工に適用することが可能であり、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す掘削機の平面図。
【図２】同じく掘削機の側面図。
【図３】同じく掘削機を後から見た正面図。
【図４】同じく掘削機を前から見た正面図。
【図５】従来の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法を示す縦断面図。
【図６】同じく横断面図。
【図７】従来例を示す掘削機の側面図。
【符号の説明】
１０  角穴掘削機
１１  バケット装置
２０  打撃装置
３０  角型外殻
３１  継ぎ手
３７  排土空間
３８  油圧シリンダ
４６  コンベア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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