(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部前側に備えられて回転により岩盤を掘削するようにしているカッタヘッドに、押出ジャッキによりカッタヘッド外周面の外側に突出可能で且つ回転駆動装置により回転可能な余掘ビットを、押圧ジャッキ、回転駆動装置、及び余掘ビットが、カッタヘッドの半径方向に一列に並ぶように配置したことを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質の岩盤を掘削するトンネル掘削機（ＴＢＭ、岩盤対応型シールドなど）において、曲線のトンネルを掘削する際に用いられるトンネル掘削機の余掘装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、硬質の岩盤を掘削するための種々の方式のトンネル掘削機が提案されている。
【０００３】
図５はオープン型と呼ばれている岩盤掘削のためのトンネル掘削機の一例を示したもので、駆動部１の前側に、駆動モータ２によって回転駆動される円盤状のカッタヘッド３が設けられており、該カッタヘッド３の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラカッタ４が回転自在に設けられており、またカッタヘッド３の外周部には同様の構成を有する複数の外周部ローラカッタ５が設けられている。
【０００４】
前記駆動部１には、図５、図６に示すように、上側と下部左右側において、前側ジャッキ６によりカッタヘッド３の外周面より外方に突出できるようにした前側グリッパシュー７Ａ，７Ｂ，７Ｃを設けている。
【０００５】
また、前記駆動部１の後方にはメインビーム８が突設されており、該メインビーム８に、図５、図７に示すように、スライドブロック９が前後方向にスライド可能に設けてあり、該スライドブロック９の左右側部に、後側ジャッキ１０により左右に張り出して前記カッタヘッド３の外周面より外方に突出できるようにした後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂを設けている。
【０００６】
更に、前記駆動部１とスライドブロック９との間が、掘進ジャッキ１２により連結されている。図中、１３は掘削物を搬出するベルトコンベヤである。
【０００７】
図５〜図７に示したトンネル掘削機は、後側ジャッキ１０により後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂを外側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することによりスライドブロック９を固定し、駆動モータ２によりカッタヘッド３を回転駆動させた状態で、掘進ジャッキ１２を伸長すると、前記スライドブロック９に反力を取りながら駆動部１、メインビーム８及びカッタヘッド３が前進し、カッタヘッド３の前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５が岩盤に押付けられて回されることにより岩盤が破砕され、掘削された掘削物はベルトコンベヤ１３によって後方に搬出される。
【０００８】
掘進ジャッキ１２の伸長により所定ストロークの掘削が行われると、前側ジャッキ６により前側グリッパシュー７Ａ，７Ｂ，７Ｃを張り出させて掘削されたトンネル内壁に押圧することにより駆動部１を固定し、前記後側ジャッキ１０を縮小して後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂの固定を解除し、続いて掘進ジャッキ１２を縮小することによりスライドブロック９を駆動部１側に引き寄せ、再び後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂによる固定を行い、上記操作を繰り返して尺取虫状に掘進を行う。
【０００９】
図８はシールド型と呼ばれている岩盤掘削のためのトンネル掘削機の一例を示した平面図であり、駆動部１の前側に、駆動モータ２によって回転駆動される円盤状のカッタヘッド３が設けられており、該カッタヘッド３の前面には超硬金属からなる多数の前面ローラカッタ４が設けられており、またカッタヘッド３の外周部には同様の構成を有する外周部ローラカッタ５が設けられている。
【００１０】
前記カッタヘッド３の外周後部には、前記駆動部１の外周を包囲するように駆動部１に固定されたスキンプレートである前胴１４と、該前胴１４の後部に勘合した中胴１５と、該中胴１５の後部に嵌合した後胴１６とが備えられており、前記前胴１４と中胴１５との間は掘進ジャッキ１７により連結されており、また、中胴１５と後胴１６との間は方向制御を行うための中折れジャッキ１８により連結されている。図中１３はベルトコンベヤである。
【００１１】
更に、前記駆動部１の外側（図８では左右側部）に、前側ジャッキ１９により前胴１４に形成した開口を通して前胴１４の外側に突出できるようにした前側グリッパシュー２０Ａ，２０Ｂを設けている。
【００１２】
また、前記後胴１６の内側には固定ブロック２１が設けられており、該固定ブロック２１に、後側ジャッキ２２により後胴１６に形成した開口を通して後胴１６の外側に突出できるようにした後側グリッパシュー２３Ａ，２３Ｂを設けている。
【００１３】
上記図８の構成では前胴１４と中胴１５と後胴１６とを備えた構成の場合を示しているが、前胴１４と後胴１６のみを備えて前胴１４と後胴１６との間で中折れを行うようにしているものもある。更に、地山の崩落や出水が生じる悪条件下での掘削の場合には、後胴１６の内部においてセグメントを組立てるようにし、該セグメントに反力を取って掘進を行うようにしているものである。
【００１４】
図８に示したトンネル掘削機は、後側ジャッキ２２により後側グリッパシュー２３Ａ，２３Ｂを外側に張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することにより後胴１６及び固定ブロック２１を固定し、且つ中折れジャッキ１８の伸縮を固定した状態で、駆動モータ２によりカッタヘッド３の回転を駆動し、掘進ジャッキ１７を伸長すると、前記中胴１５に反力を取りながら前胴１４及び駆動部１が前進し、回転しているカッタヘッド３の前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５により岩盤の破砕が行われ、掘削された掘削物はベルトコンベヤ１３により後方に搬出される。
【００１５】
掘進ジャッキ１７の伸長により所定ストロークの掘削が行われると、前側ジャッキ１９により前側グリッパシュー２０Ａ，２０Ｂを張り出して掘削されたトンネル内壁に押圧することにより駆動部１及び前胴１４を固定し、前記後側ジャッキ２２を縮小して後側グリッパシュー２３Ａ，２３Ｂの固定を解除し、掘進ジャッキ１７を縮小することにより中胴１５、後胴１６及び固定ブロック２１を駆動部１側に引き寄せ、再び後側グリッパシュー２３Ａ，２３Ｂによる固定を行い、上記操作を繰り返して尺取虫状に掘進を行う。
【００１６】
上記図５〜図７に示したオープン型のトンネル掘削機及び図８に示したシールド型のトンネル掘削機によれば、硬質の岩盤を直線的に掘削して直線のトンネルを形成することができる。また、セグメント推進のみを行う岩盤対応型シールド機に関しても同様である。
【００１７】
一方、上記したようなトンネル掘削機において、曲ったトンネルの掘削、いわゆる曲線掘削を要求される場合がある。
【００１８】
図５〜図７に示したオープン型のトンネル掘削機で曲線掘削を行うには、左右の後側グリッパシュー１１Ａ，１１Ｂの張出量を変化させて駆動部１及びカッタヘッド３の向きを変え、カッタヘッド３を向けた方向に掘進することにより行い、また、図８のシールド型のトンネル掘削機で曲線掘削を行うには、中折れジャッキ１８を調節して後胴１６に対して、中胴１５、前胴１４及び駆動部１並びにカッタヘッド３の向きを変えることにより、カッタヘッド３を向けた方向に掘進することにより行う。
【００１９】
しかし、上記したように駆動部１及びカッタヘッド３の向きを後方で変化させようとしても、図９にシールド型のトンネル掘削機を例にとって示すように、曲げようとするカッタヘッド３、前胴１４、中胴１５（図５ではカッタヘッド３と駆動部１）の外周部に余裕がないと傾けることはできない。このために曲線掘削を行うには、前記カッタヘッド３の外周部に余裕を持たせるための余掘りを行う必要がある。
【００２０】
従来、上記したような硬質の岩盤を掘削するシールド型掘削機及び岩盤対応型シールド機などにおいて、曲線掘削のための余掘りを行う際には、次のような方法が提案されている。
【００２１】
従来の第１の余掘方法としては、カッタヘッド３の最外周に設けられている外周部ローラカッタ５の一部を、半径方向に移動可能に設け、該移動可能とした外周部ローラカッタ５をジャッキにより外方に張り出させる。
【００２２】
従来の第２の余掘方法としては、曲線掘削に必要な予め大きめの径のカッタヘッド３を装備して掘削を行う。
【００２３】
従来の第３の余掘方法としては、最外周の外周部ローラカッタ５を、大径のローラカッタと交換する。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のトンネル掘削機の余掘方法においては、夫々次のような問題を有していた。
【００２５】
従来の第１の余掘方法では、外周部ローラカッタ５を単にジャッキで外側に張り出させようとしても、岩盤が固い場合には殆んど張り出させることができず、よって特に急カーブの曲線掘削は全く不可能である。
【００２６】
従来の第２の余掘方法では、曲線掘削に必要な大きめの径のカッタヘッド３を用いて掘削するために、直線掘削時にも余分に大きいトンネルを形成することになり、掘削量が増加するために掘削工期が延長され、更に排土量も増加するという問題がある。更に、大きめのトンネルを掘削すると、その分だけトンネル掘削機が落ち込むことになるために、直線掘削時の上下方向の姿勢制御が大変になるという問題がある。
【００２７】
従来の第３の余掘方法では、最外周の外周部ローラカッタ５を、大径のローラカッタと交換するために、一旦シールド型掘削機を後退させてカッタヘッド３の前面に作業スペースを確保した後、該スペースに作業員が出て、ブレーカーなどを用いて大径のローラカッタを取付けるために必要な凹みをトンネルの内周面に形成し、その後既設のローラカッタを取り外して大径のローラカッタを取付けるという作業を行う必要があるが、上記作業には大変時間が掛かり、更に、重量物であるローラカッタを交換する作業が大変であると共に、危険を伴うという問題がある。更に、作業員がカッタヘッド３の前面に出て作業をするために、トンネルからの出水がある場合には、出水を止めるための作業も必要になるという問題がある。更に、前記大径のローラカッタを備えたカッタヘッド３によって一気に大径のトンネルを形成しようとしても、大径のローラカッタを備えたカッタヘッド３は回転させることができず、そのために交換するローラカッタの径を段階的に大きくして、上記作業を繰り返す必要があり、このために余掘作業に更に長時間を要してしまうという問題がある。
【００２８】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、曲線掘削を行う時にのみ、必要な量だけ容易に余掘りが行えるようにしたトンネル掘削機の余掘装置を提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、駆動部前側に備えられて回転により岩盤を掘削するようにしているカッタヘッドに、押出ジャッキによりカッタヘッド外周面の外側に突出可能で且つ回転駆動装置により回転可能な余掘ビットを、押圧ジャッキ、回転駆動装置、及び余掘ビットが、カッタヘッドの半径方向に一列に並ぶように配置したことを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置、に係るものである。
【００３０】
本発明によれば、高速回転する余掘ビットを備えたことにより、余掘量を任意に調節することができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタビットの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明を実施する形態の一例を示すものであり、図８に示したシールド型トンネル掘削機に適用した場合を示しているが、図５のオープン型トンネル掘削機にも同様に適用することができる。
【００３３】
図１のように、駆動部１の前側に回転駆動可能に備えられて岩盤の掘削を行うカッタヘッド３の内部に、カッタヘッド３の半径方向に延びる余掘装置２４を設置する。
【００３４】
余掘装置２４は、カッタヘッド３にピン２５にて取付けられた押出ジャッキ２６と、該押出ジャッキ２６に連結された油圧モータ或いは電動モータなどの回転駆動装置２７と、該回転駆動装置２７に接続され内部に備えた図示しない回転軸を介して回転駆動される超硬金属からなる余掘ビット２８を先端に備えた移動ブロック２９と、該移動ブロック２９をカッタヘッド３の半径方向に移動可能に案内するためのガイド部材３０とを備えており、回転駆動装置２７により余掘ビット２８を高速で回転させながら押出ジャッキ２６を伸長して移動ブロック２９をガイド部材３０に沿って移動させ、余掘ビット２８をカッタヘッド３の外周面から外側に突出させることにより余掘りを行えるようにしている。
【００３５】
以下に上記形態の作用を説明する。
【００３６】
トンネル掘削機により直線掘削を行う際には、図１に示すように、押出ジャッキ２６を縮小させて余掘ビット２８の先端がカッタヘッド３の外周面と同一或いはそれより僅かに引き込められた状態としておき、回転駆動装置２７は停止させておく。
【００３７】
曲線掘削を行うべき場所にトンネル掘削機のカッタヘッド３が来ると、図５及び図８の駆動モータ２によりカッタヘッド３を通常の掘削時より低速で回転させた状態において、図２に示すように回転駆動装置２７により余掘ビット２８を高速回転させながら、押出ジャッキ２６を伸長させて余掘ビット２８をカッタヘッド３の外周面より外部に突出させる。
【００３８】
すると、余掘ビット２８が高速回転されていることにより、硬質の岩盤であっても半径方向に切削して張り出させることができ、この時カッタヘッド３が所定の低速で回転されていることにより余掘ビット２８の張出量に応じた余掘りを行うことができ、よってトンネル掘削機の掘削方向を変更させて曲線掘削を行うことができる。
【００３９】
上記余掘りを実施する方法としては、余掘ビット２８を張り出させた状態のままとして、図３に示すようにトンネルの全周に余掘り３１を行う方法と、余掘ビット２８の張出と引き込みを調整して、図４に示すようにトンネルを曲げる方向の岩盤だけを余掘り３１する方法を行うことができる。
【００４０】
前記した余掘装置２４をカッタヘッド３の周方向に複数個備えるようにすると、余掘装置２４の能力を高めて曲線掘削の掘削速度を高めることができる。
【００４１】
上記形態によれば、高速回転するようにした余掘ビット２８を、カッタヘッド３の外周に出没可能に備えていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量で余掘りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができる。
【００４２】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、高速回転するようにした余掘ビットを、カッタヘッドの外周に出没可能に備えていることにより、硬質の岩盤でも任意の余掘量で余掘りすることができ、且つ曲線掘削が必要な場所においてのみ余掘りを行うことができるので、効率的な余掘りが実施でき、しかも作業員がカッタヘッドの前面に出て作業を行うような必要が全くないので、能率的で安全性の高い余掘りを実施することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネル掘削機の余掘装置の一例を示す切断側面図である。
【図２】図１の余掘装置の余掘ビットを張り出した状態を示す切断側面図である。
【図３】本発明の装置による余掘りの方法の一例を示すトンネルの正面図である。
【図４】本発明の装置による余掘りの方法の他の例を示すトンネルの正面図である。
【図５】従来のオープン型のトンネル掘削機の一例を示す切断側面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ方向矢視図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ方向矢視図である。
【図８】従来のシールド型のトンネル掘削機の一例を示す切断側面図である。
【図９】トンネル掘削機により曲線掘削を行う状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１    駆動部
３    カッタヘッド
２４    余掘装置
２６    押出ジャッキ
２７    回転駆動装置
２８    余掘ビット
【図１】
0004078722.tif 000002
【図２】
0004078722.tif 000003
【図３】
0004078722.tif 000004
【図４】
0004078722.tif 000005
【図５】
0004078722.tif 000006
【図６】
0004078722.tif 000007
【図７】
0004078722.tif 000008
【図８】
0004078722.tif 000009
【図９】
0004078722.tif 000010