(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインビームに沿ってトンネル軸方向に摺動自在なグリッパキャリアと、このグリッパキャリア内に保持されトンネル坑壁に対して伸縮自在なグリッパジャッキと、このグリッパジャッキの伸縮によりトンネル坑壁に対して接離可能なグリッパシューとを備えるトンネル掘削機のグリッパ装置において、
前記グリッパキャリアとグリッパジャッキとの間に形成されるトンネル軸方向の間隔を検知する検知手段を設けることを特徴とするトンネル掘進機のグリッパ装置。
【請求項２】
前記検知手段により検知されたグリッパキャリアとグリッパジャッキとの間隔が所定範囲内にない場合に、トンネル掘削機を推進させる推進ジャッキの伸長動作もしくは収縮動作を止めるもしくは弱めるように制御する制御手段が設けられる請求項１に記載のトンネル掘削機のグリッパ装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記グリッパキャリアとグリッパジャッキとの間に挿入される緩衝部材の伸縮量を検知するものである請求項１または２に記載のトンネル掘削機のグリッパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メインビームに沿ってトンネル軸方向に摺動自在なグリッパキャリアと、このグリッパキャリアに保持されトンネル抗壁に対して伸縮自在なグリッパジャッキと、このグリッパジャッキの伸縮によりトンネル坑壁に対して接離可能なグリッパシューとを備えるトンネル掘削機のグリッパ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機（ＴＢＭ）においては、前面に回転自在なカッタヘッドが設けられ、このカッタヘッドの後面（カッタヘッドサポート）からトンネル軸後方向にメインビームが延設されており、このメインビームの後方には推進ジャッキ（スラストジャッキ）の伸縮によりトンネル軸方向に摺動可能なグリッパ装置が設けられている。このグリッパ装置には、前記メインビームに沿ってトンネル軸方向に摺動自在なグリッパキャリアと、このグリッパキャリアに保持されトンネル坑壁に対して伸縮自在なグリッパジャッキと、このグリッパジャッキの伸縮によりトンネル坑壁に対して接離可能なグリッパシューが備えられている。なお、前記スラストジャッキは、一端がカッタヘッドサポートに連結され、他端がグリッパシューに連結されている。
【０００３】
このトンネル掘削機においては、前記グリッパジャッキを伸長させてグリッパシューをトンネル坑壁に押し付け、このトンネル坑壁から反力を取りつつスラストジャッキを伸長させることにより前記カッタヘッドを前進させて掘削作業が行われる。次いで、前記スラストジャッキの伸長が終了すると、グリッパジャッキを収縮させてグリッパシューをトンネル坑壁から離脱させ、スラストジャッキを収縮させることによりグリッパジャッキが前方に引き寄せられ、これに伴って前記グリッパキャリアがメインビームに沿ってトンネル軸方向前方へ摺動し、盛替え作業が行われる。これら掘削作業および盛替え作業が繰り返されてトンネルが掘削される。
【０００４】
このようなトンネル掘削機（ＴＢＭ）は岩盤掘削用トンネル掘削機として用いられており、近年ではスラストジャッキ推力が上昇するに伴ってグリッパ推力も上昇してその推進性能が向上されるとともに、弱層部への対応性が要求されている。このためグリッパシューのサイズを大きくして弱層部に付与する接地圧を小さくすることが必要とされている。また、オープン型ＴＢＭの場合にはグリッパシュー前方からトンネル坑壁に沿って支保材を所定間隔で巻き建てることにより弱層部の対応が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、グリッパ装置により地山の反力を得ながら掘削している場合に、地山の状況によってはグリッパシューによる充分なグリップ力が得られず、スリップを起こすことがある。また、グリッパジャッキを縮めてスラストジャッキを縮める盛替え時に、掘削ズリの詰り等により、グリッパキャリアがメインビーム上を摺動しにくくなる摺動部異常が発生することがある。しかしながら前記公報に記載のグリッパ装置では、このようなグリッパシュースリップ時やグリッパキャリアの摺動異常時に、スラストジャッキの伸縮によるグリッパジャッキのトンネル軸方向の急激な動きにグリッパキャリアが追従できず、グリッパジャッキとグリッパキャリアとの相対移動によって両者が衝突しグリッパジャッキもしくはグリッパキャリアが破損する恐れがあるという問題点がある。また、トンネル坑壁に沿って支保材を巻き建てている場合は、前記グリッパシュースリップの発生によりグリッパシューが支保材に接触して支保材を破損・倒壊させる危険があるという問題点がある。
【０００６】
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、グリッパキャリアとグリッパジャッキとの衝突による破損を防止し、さらにグリッパシューの接触により支保材が破損・倒壊するのを防止することができるトンネル掘削機のグリッパ装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明によるトンネル掘削機のグリッパ装置は、メインビームに沿ってトンネル軸方向に摺動自在なグリッパキャリアと、このグリッパキャリア内に保持されてトンネル坑壁に対して伸縮自在なグリッパジャッキと、このグリッパジャッキの伸縮によりトンネル坑壁に対して接離可能なグリッパシューとを備えるトンネル掘削機のグリッパ装置において、
前記グリッパキャリアとグリッパジャッキとの間に形成されるトンネル軸方向の間隔を検知する検知手段を設けることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、検知手段によりグリッパキャリアとそのグリッパキャリア内に保持されるグリッパジャッキとの間に形成されるトンネル軸方向の間隔が検知される。こうしてグリッパキャリアとグリッパジャッキとの相対的位置関係が検出される。
【０００９】
本発明によれば、グリッパキャリアとグリッパジャッキとが衝突・接触する恐れのある場合にはトンネル掘削機を推進させる推進ジャッキの伸縮動作を停止もしくは弱める等の操作を行い、前記グリッパキャリアとグリッパジャッキとの衝突・接触を未然に防止してグリッパジャッキもしくはグリッパキャリアが破損するのを防止できる効果を奏する。また、トンネル坑壁に支保材を巻き建てている場合は、シュースリップによりグリッパシューが支保材に衝接するのを未然に防ぎ、支保材が破損・倒壊するのを防止することができる。
【００１０】
本発明においては、さらに前記検知手段により検知されたグリッパキャリアとグリッパジャッキとの間隔が所定範囲内にない場合に、トンネル掘削機を推進させる推進ジャッキの伸長動作もしくは収縮動作を止めるもしくは弱めるように制御する制御手段が設けられるのが好ましい。この制御手段により、グリッパジャッキの動作に対してグリッパキャリアが追従されない場合に自動的にグリッパジャッキの動作が停止もしくは弱められ、グリッパジャッキとグリッパキャリアとが衝突・接触するのを防止することができる効果を奏する。
【００１１】
本発明において、前記検知手段は前記グリッパキャリアとグリッパジャッキとの間に挿入される緩衝部材の伸縮量を検知するものであるのが好ましい。こうすることにより簡易な構造でグリッパキャリアとグリッパジャッキとの間隔を検知することができ、本発明の前述の効果を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機のグリッパ装置の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１には本発明の一実施例に係るグリッパ装置の側面図が、図２の左半分には図１のＡ−Ａ線断面図が、図２の右半分には図１のＢ−Ｂ線断面図が、図３には前記グリッパ装置の上面図がそれぞれ示されている。
【００１４】
本実施例のグリッパ装置１を備えるトンネル掘削機２においては、トンネル軸方向にメインビーム３が延設されており、このメインビーム３の前部にはカッタヘッドサポート（図示省略）を介してトンネル切羽を掘削するカッタヘッド（図示省略）が回転自在に支承されている。前記グリッパ装置１は、前記メインビーム３の後方に設けられ、このメインビーム３に沿って摺動自在なグリッパキャリア４と、このグリッパキャリア４に保持されトンネル軸直交方向に配設される伸縮自在なグリッパジャッキ５と、前記グリッパキャリア４両側（トンネル坑壁側）に配設されてグリッパジャッキ５の伸縮動作によりトンネル坑壁に押し付け可能なグリッパシュー６とにより構成されている。また、このグリッパ装置１の前方には、トンネル坑壁に沿って支保材（図示省略）を巻き建てる支保材巻き建て装置（図示省略）が設けられている。
【００１５】
前記グリッパキャリア４は、グリッパジャッキ５をフローティング支持するジャッキ支持部７と、メインビーム３上を摺動する摺動部８により構成される。前記メインビーム３は、この摺動部８の内部に区画形成されるトンネル軸方向の空間部９を通るように配置されている。また、前記摺動部８とグリッパジャッキ５との間には、メインビーム３とグリッパジャッキ５との相対的上下位置を調整する位置調整ジャッキ１０が上下方向に伸縮自在に設けられている。なお、前記メインビーム３の後端部には、メインビーム３を支持するリアサポート１１がトンネル坑壁下部に接離可能に設けられている。
【００１６】
前記グリッパシュー６は、グリッパキャリア４の両側に２本ずつ計４本設けられている。各２本のグリッパシュー６は、グリッパジャッキ５の両端部にそれぞれ一定の間隔ａ（前記支保材の幅以上の間隔）を置いて一体に連結されている。また、これらグリッパシュー６の前方側面には、トンネル軸前後方向に伸縮自在なスラストジャッキ１２（本発明における推進ジャッキに相当する。）の一端が連結されている。このスラストジャッキ１２の他端は前記カッタヘッドサポートに連結されており、このスラストジャッキ１２の伸縮によりグリッパ装置１がメインビーム３に沿って摺動するようにされている。
【００１７】
前記グリッパジャッキ（本実施例では２本）５は、前後方向に接触するように、グリッパキャリア４のジャッキ支持部７の内部に区画形成されるトンネル軸直交方向の空間部１３に配置されている。これらグリッパジャッキ５の前後周面には、バンパー５ａがそれぞれ対向して２本のグリッパジャッキ５を挟むようにして配設されている。
【００１８】
前記ジャッキ支持部７の前後方向に対向する前面体７ａ，後面体７ｂには、トンネル軸前後方向に伸縮自在な緩衝部材１４が空間部１３側（グリッパジャッキ５側）へ突出するように複数個（本実施例では、計８個）設けられている。また、前記ジャッキ支持部７の後面体７ｂの略中央部には、前記グリッパジャッキ５と後面体７ｂを連結する円柱状の連結部材１５が内蔵されている。岩盤用トンネル掘削機の方向制御は、グリッパジャッキ５の左右の伸び量を制御してメインビーム３を左右にずらすことにより行なうが、この連結部材１５はグリッパジャッキ５とグリッパキャリア４との左右方向の相対移動のみを規制するために設けられる。前記グリッパジャッキ５は、前記グリッパジャッキ５を縮めた状態においてその自重が前記連結部材１５により支持されるとともに、前記緩衝部材１４が前記バンパー５ａに押し付けられ、通常前記空間部１３の略中心位置にフローティング支持されている。
【００１９】
前記連結部材１５は、その左右周面が前記後面体７ｂ内の固定板１６により挟まれ、前記後面体７ｂ内で上下方向に摺動可能に支持されており、前記グリッパキャリア４とグリッパジャッキ５とは、この連結部材１５に沿って前後方向にも摺動可能である。
【００２０】
次に、図４には前記緩衝部材１４の詳細構造を説明する部分断面図が示されている。この緩衝部材１４は、前記グリッパ支持体７の前面体７ａおよび後面体７ｂ内部に埋設される筒状体１７と、この筒状体１７内部に挿入されるコイルスプリング１８と、このコイルスプリング１８により前記筒状体１７に対してトンネル軸方向に摺動自在で前記バンパー５ａに押し付けるように配置される当接体１９とにより構成されている。
【００２１】
この緩衝部材１４には、グリッパキャリア４とグリッパジャッキ５との間隔を検知する検知機構２０が備えられている。この検知機構２０は、前記当接体１９に一端が接続されて前記コイルスプリング１８の内部を通してトンネル軸方向に延設される支持軸２１と、この支持軸２１の他端よりトンネル軸方向前方もしくは後方に配置されるリミットスイッチ２２とから構成されている。このリミットスイッチ２２は制御装置（本発明における制御手段に相当する。）２３に接続されており、支持軸２１がリミットスイッチ２２に接触することにより得られる検知信号がこの制御装置２３に入力される。この制御装置２３は、前記検知信号に基づいてスラストジャッキ１２へ供給する圧力油量を制御する。なお、この検知機構２０は、必ずしもすべての緩衝部材１４に設けられる必要はない。
【００２２】
このように構成されるグリッパ装置１を用いてトンネル掘削を行うに際しては、前記グリッパジャッキ５を伸長させてグリッパシュー６をトンネル坑壁に押し当てて掘進反力を確保した後、スラストジャッキ１２を伸長させて掘削機２前方のカッタヘッドを回転させつつ前進させることにより掘削作業が行われる。
【００２３】
前記スラストジャッキ１２の伸長操作終了後、グリッパジャッキ５を収縮させてグリッパシュー６をトンネル坑壁から離脱させてスラストジャッキ１２を収縮させる。このスラストジャッキ１２の収縮に伴って前記グリッパシュー６およびグリッパジャッキ５が掘進機２前方に引き寄せられることにより、グリッパキャリア４が前記グリッパジャッキ５の動きに追従してメインビーム３に沿ってトンネル軸前方向に摺動される。このとき前記グリッパキャリア４は、グリッパジャッキ５を緩衝部材１４によってジャッキ支持部７の空間部１３の略中心部に支持した状態で摺動される。こうして盛替え作業が行われる。これら掘削作業および盛替え作業が繰り返されてトンネル掘削が行われる。
【００２４】
また、前記トンネル掘削機２を用いて弱層部を掘削する際には、支保材巻き建て装置によってグリッパ装置１の前方のトンネル坑壁に支保材を巻き建て、各２本のグリッパシュー６が支保材を跨ぐように（もしくは支保材間に配置させるように）グリッパジャッキ５を伸長させ、それら（計４本）グリッパシュー６をトンネル坑壁に押し付けて掘進反力を確保する。その後、前述と同様に掘削作業および盛替え作業が行われる。
【００２５】
前述のように作動するグリッパ装置１に異常が生じた場合、例えば前記グリッパジャッキ５を伸長させてグリッパシュー６をトンネル坑壁に押し付けてスラストジャッキ１２を伸長させている間に、そのスラストジャッキ５の推進力が前記グリッパシュー６によって確保された摩擦反力より大きい等によりグリッパシュー６がトンネル軸方向後方に滑った場合（グリッパシュースリップ時）やズリ詰まり等により前記グリッパキャリア４の摺動部８がメインビーム３に沿って摺動不可能となった状態で、前記スラストジャッキ１２を収縮させてグリッパジャッキ５を前方に引き寄せた場合、前記グリッパジャッキ５とグリッパキャリア４とのトンネル軸方向（前側もしくは後側）の間隔が狭くなり、前記緩衝部材１４の当接体１９がグリッパキャリア４の前面体７ａもしくは後面体７ｂ側へ押し付けられて、この当接体１９に連結される支持軸２１がリミットスイッチ２２に接触して、検知信号が制御装置２３に入力される。この検知信号に基づいて、前記制御装置２３によりスラストジャッキ１２への圧力油量が制御されて、その伸縮が停止もしくは弱められる。こうしてグリッパジャッキ５とグリッパキャリア４との衝接およびグリッパシュー６と支保材との衝接が回避される。
【００２６】
本実施例によれば、グリッパシュー６の滑りやグリッパキャリア４の摺動異常が発生した場合であっても、グリッパジャッキ５とグリッパキャリア４（グリッパ支持部材７）との衝接やグリッパシュー６と支保材との衝接が回避され、それらグリッパジャッキ５およびグリッパキャリア４の破損および支保材の倒壊・破損を防止することができる効果を奏する。
【００２７】
本実施例においては、検知機構２０を備える緩衝部材１４がジャッキ支持部７の前面体７ａ，後面体７ｂに内蔵され、その当接体１９がグリッパジャッキ５の前後周面に固定されるバンパー５ａに押し付けられることによりグリッパキャリア４とグリッパジャッキ５との間隔が検知されているが、これに限らず、前記検知機構を備える緩衝部材をグリッパジャッキに内蔵させ、その当接体を前記ジャッキ支持部の前面体，後面体の内側壁面に押し付けるようにしてグリッパキャリア４とグリッパジャッキ５との間隔を検知させてもよい。
【００２８】
また、本実施例においては、検知機構２０を備える緩衝部材１４が筒状体１７内部にコイルスプリング１８を挿入して構成されているが、図５（ａ）に示されるように、前記コイルスプリング１８に代えてゴム１８ａ等の弾性体を用いてトンネル軸方向に伸縮自在に構成されていてもよい。この場合の部材１４ａに備えられる検知機構２０ａは本実施例と同様の構成である。また、図５（ｂ）に示されているように、アキュームレータ１８ｂにより筒状体１７ｂ内の油圧ジャッキ１８ｃに供給する油量を調整させるようにしてトンネル軸方向に伸縮自在に構成されていてもよい。この場合の緩衝部材１４ｂに備えられる検知機構２０ｂは、筒状体１７ｂ内にリミットスイッチ２２ｂが設けられ、グリッパキャリアとグリッパジャッキとの間隔が狭くなることにより前記油圧ジャッキ１８ｃの端面がリミットスイッチ２２ｂに接触するように構成されている。なお、本発明における検知手段は、本実施例における緩衝部材および検知機構に対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るグリッパ装置の側面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図（左半分）および図１のＢ−Ｂ線断面図（右半分）である。
【図３】図３は、本実施例のグリッパ装置の上面図である。
【図４】図４は、本実施例の緩衝部材を説明する部分断面図である。
【図５】図５は、本実施例の緩衝部材の別態様を説明する部分断面図（ａ）（ｂ）である。
【符号の説明】
１  グリッパ装置
２  トンネル掘削機
３  メインビーム
４  グリッパキャリア
５  グリッパジャッキ
６  グリッパシュー
７  ジャッキ支持部
８  摺動部
９，１３  空間部
１０  位置調整ジャッキ
１１  リアサポート
１２  スラストジャッキ（推進ジャッキ）
１４  緩衝部材
１５  連結部材
１６  固定板
１７  筒状体
１８  コイルスプリング
１８ａ  ゴム
１８ｂ  アキュームレータ
１８ｃ  油圧ジャッキ
１９  当接体
２０  検知機構
２１  支持軸
２３  制御装置
【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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