(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された余掘用カッタと、該余掘用カッタの回転中心をカッタヘッドの回転中心に対して偏心させ得る偏心手段と、前記の余掘用カッタを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えてなることを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置。
【請求項２】
トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された環状の余掘用カッタと、前記のカッタヘッドの背面から掘削機後方側へ同軸に延びるカッタヘッド駆動用のメインシャフトを周方向に取り囲み且つ余掘用カッタに接続された外殻シャフトと、該外殻シャフトをメインシャフトに対して偏心させ得る偏心手段と、前記の外殻シャフトを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えてなることを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置。
【請求項３】
トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された環状の余掘用カッタと、前記のカッタヘッドの背面から掘削機後方側へ同軸に延びるカッタヘッド駆動用のメインシャフトを周方向に取り囲み且つ余掘用カッタに接続された外殻シャフトと、該外殻シャフトに外嵌し且つ外殻シャフトを枢支する支持筒と、該支持筒のカッタヘッドに後続する掘削機胴部に対して偏心させ得る偏心手段と、前記の支持筒に取り付けられ且つ外殻シャフトを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えてなることを特徴とするトンネル掘削機の余掘装置。
【請求項４】
曲線掘削を行うべき場所にトンネル掘進機のカッタヘッドが到達した際に、余掘用カッタ回転手段によって余掘用カッタをカッタヘッドよりも高速で回転させながら、当該余掘用カッタを偏心手段によって余掘り対象となる岩盤側へ偏寄させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトンネル掘削機の余掘装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質の岩盤中に曲線のトンネルを掘削する際に用いるトンネル掘削機の余掘装置及びその使用方法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形式のトンネル掘削機が提案されている。
【０００３】
図３乃至図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すもので、このトンネル掘削機の駆動部１の前側には、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、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いる。
【０００４】
また、カッタヘッド３の外周部には、前記の前面ローラカッタ４と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。
【０００５】
駆動部１には、図４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の外周面から外方へ突出する前側グリッパシュー７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。
【０００６】
また、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には、図３及び図５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る。
【０００７】
スライドブロック９の左右側部には、後側ジャッキ１０によって、左右へ張り出して前記のカッタヘッド３の外周面より外方に突出する後側グリッパシュー１１ａ，１１ｂが設けられている。
【０００８】
更に、駆動部１とスライドブロック９との間は、掘進ジャッキ１２によって連結されている。
【０００９】
なお、図中、１３は掘削物（破砕され粉塊状となった岩盤）を搬出するベルトコンベヤである。
【００１０】
図３乃至図５に示すオープン型のトンネル掘削機によってトンネルの掘削を行なう場合には、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トンネル内壁に押圧し、スライドブロック９をトンネルに固定した後、駆動モータ２によってカッタヘッド３を回転させた状態で、掘進ジャッキ１２を伸張させる。
【００１１】
掘進ジャッキ１２を伸張させると、前記のスライドブロック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、回転しているカッタヘッド３に設けた前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５が岩盤に押し付けられ且つ転動することによって、岩盤の破砕が行なわれる。
【００１２】
破砕された粉塊状の岩盤はベルトコンベヤ１３によって後方へ搬出される。
【００１３】
掘進ジャッキ１２の伸張によって所定ストロークの掘削を行なった後は、前側ジャッキ６によって前側グリッパシュー７ａ，７ｂ，７ｃを外側に張り出して、新しく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をトンネルに固定し、後側ジャッキ１０を縮小して後側グリッパシュー１１ａ，１１ｂのトンネルに対する固定を解除する。
【００１４】
次いで、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側に引き寄せてから、再び、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、スライドブロック９をトンネルに対して固定し、上述した操作を繰り返してトンネルの掘削を進める。
【００１５】
図６及び図７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すもので、このトンネル掘削機の駆動部１の前側には、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、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いる。
【００１６】
また、カッタヘッド３の外周部には、前記の前面ローラカッタ４と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。
【００１７】
カッタヘッド３の外周後部には、前記の駆動部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の後部に嵌合した中胴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、前胴１４と中胴１５との間は、掘進ジャッキ１７によって連結され、中胴１５と後胴１６との間は、方向制御を行なうための中折れジャッキ１８によって連結されている。
【００１８】
なお、図中、１３は掘削物（破砕され粉塊状になった岩盤）を搬出するベルトコンベヤである。
【００１９】
更に、駆動部１の外側（図６における上側及び下側）には、前側ジャッキ１９によって、前胴１４に穿設された開口を通して前胴１４の外側に突出する前側グリッパシュー２０ａ，２０ｂが設けられている。
【００２０】
また、後胴１６の内方には、固定ブロック２１が設けられており、該固定ブロック２１には、後側ジャッキ２２によって後胴１６に穿設された開口を通して後胴１６の外側に突出する後側グリッパシュー２３ａ，２３ｂが設けられている。
【００２１】
図６及び図７に示すトンネル掘削機によってトンネルの掘削を行なう場合には、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トンネル内壁に押圧し、後胴１６及び固定ブロック２１をトンネルに固定し且つ中折れジャッキ１８の伸縮を固定した後、駆動モータ２によってカッタヘッド３を回転させた状態で、掘進ジャッキ１７を伸張させる。
【００２２】
掘進ジャッキ１７を伸張させると、前記の中胴１５に反力を取りながら前胴１４、駆動部１及びカッタヘッド３が前進し、回転しているカッタヘッド３に設けた前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５が岩盤に押し付けられ且つ転動することによって、岩盤の破砕が行なわれる。
【００２３】
破砕された粉塊状の岩盤はベルトコンベヤ１３によって後方へ搬出される。
【００２４】
掘進ジャッキ１７の伸張によって所定ストロークの掘削を行なった後は、前側ジャッキ１９によって前側グリッパシュー２０ａ，２０ｂを外側に張り出して、新しく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をトンネルに固定し、後側ジャッキ２２を縮小して後側グリッパシュー２３ａ，２３ｂのトンネルに対する固定を解除する。
【００２５】
次いで、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側に引き寄せてから、再び、後側ジャッキ２２により後側グリッパシュー２３ａ，２３ｂを外側へ張り出し、固定ブロック２１をトンネルに対して固定し、上述した操作を繰り返してトンネルの掘削を進める。
【００２６】
上述の図３乃至図５に示したオープン型のトンネル掘削機、あるいは図６及び図７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略直線状のトンネルを成形することができるが、工事条件によっては、曲がったトンネルの掘削、所謂、曲線掘削を要求されることがある。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したオープン型のトンネル掘削機において、左右の後側グリッパシュー１１ａ，１１ｂの張り出し量を変化させたり、あるいは、シールド型のトンネル掘進機において、中折れジャッキ１８の突出量を調整することにより、駆動部１及びカッタヘッド３やカッタヘッド３及び前胴１４を、たとえば、図７に示すように、転向させようとしても、これらの外周部に余裕がないと転向を行なうことができない。
【００２８】
このために曲線掘削を行なう場合には、カッタヘッド３などの周囲に転向用の空間を開削するための余掘りを行なう必要がある。
【００２９】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、曲線掘削を行なうときにのみ、必要な量の余掘りを容易に実施できるトンネル掘削機の余掘装置及びその使用方法を提供することを目的とするものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のトンネル掘削機の余掘装置では、トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された余掘用カッタと、該余掘用カッタの回転中心をカッタヘッドの回転中心に対して偏心させ得る偏心手段と、前記の余掘用カッタを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えている。
【００３１】
本発明の請求項２に記載のトンネル掘削機の余掘装置では、トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された環状の余掘用カッタと、前記のカッタヘッドの背面から掘削機後方側へ同軸に延びるカッタヘッド駆動用のメインシャフトを周方向に取り囲み且つ余掘用カッタに接続された外殻シャフトと、該外殻シャフトをメインシャフトに対して偏心させ得る偏心手段と、前記の外殻シャフトを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えている。
【００３２】
本発明の請求項３に記載のトンネル掘削機の余掘装置では、トンネル掘削機のカッタヘッドと略等しい掘削半径を有し且つカッタヘッドの背面側に配置された環状の余掘用カッタと、前記のカッタヘッドの背面から掘削機後方側へ同軸に延びるカッタヘッド駆動用のメインシャフトを周方向に取り囲み且つ余掘用カッタに接続された外殻シャフトと、該外殻シャフトに外嵌し且つ外殻シャフトを枢支する支持筒と、該支持筒をカッタヘッドに後続する掘削機胴部に対して偏心させ得る偏心手段と、前記の支持筒に取り付けられ且つ外殻シャフトを回転させ得る余掘用カッタ回転手段とを備えている。
【００３３】
本発明の請求項４に記載のトンネル掘削機の余掘装置の使用方法では、曲線掘削を行うべき場所にトンネル掘進機のカッタヘッドが到達した際に、余掘用カッタ回転手段によって余掘用カッタをカッタヘッドよりも高速で回転させながら、当該余掘用カッタを偏心手段によって余掘り対象となる岩盤側へ偏寄させる。
【００３４】
本発明の請求項１に記載のトンネル掘削機の余掘装置においては、余掘用カッタ回転手段から余掘用カッタへ回転力を伝達し、偏心手段により余掘用カッタの回転中心をカッタヘッドの回転中心に対して偏心させ、余掘用カッタの偏寄方向側に位置する岩盤を余掘用カッタで切り崩す。
【００３５】
本発明の請求項２に記載のトンネル掘削機の余掘装置においては、余掘用カッタ回転手段から外殻シャフトを介して余掘用カッタへ回転力を伝達し、偏心手段により外殻シャフトをメインシャフトに対して偏心させ、余掘用カッタの偏寄方向側に位置する岩盤を余掘用カッタで切り崩す。
【００３６】
本発明の請求項３に記載のトンネル掘削機の余掘装置においては、余掘用カッタ回転手段から外殻シャフトを介して余掘用カッタへ回転力を伝達し、偏心手段により支持筒を介して外殻シャフトを掘削機胴部に対して偏心させ、余掘用カッタの偏寄方向側に位置する岩盤を余掘用カッタで切り崩す。
【００３７】
本発明の請求項４に記載のトンネル掘削機の余掘装置の使用方法においては、カッタヘッドよりも高速で回転する余掘用カッタを、偏心手段によって余掘り対象となる岩盤側へ偏寄させ、当該岩盤の切り崩し効率の向上を図る。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００３９】
図１及び図２は本発明のトンネル掘削機の余掘装置の実施の形態の一例を示すものであり、このトンネル掘削機の余掘装置は、スキンプレートを形成する胴部２４と、該胴部２４に回転自在に支持されたメインシャフト２５と、該メインシャフト２５と一体的に形成されて胴部２４の先端外側に位置し且つ複数の前面ローラカッタ４及び外周部ローラカッタ５を有するカッタヘッド２６と、該カッタヘッド２６の背面側に配置された環状の余掘用カッタ２７と、カッタヘッド２６の駆動用モータ３２と、余掘用カッタ２７を枢支する支持筒３８と、略水平に延びる左右一対の偏心ジャッキ４３ａ，４３ｂと、余掘用カッタ２７の駆動用モータ４４とを備えている。
【００４０】
メインシャフト２５は、胴部２４の先端寄り部分に同軸に配置されている。
【００４１】
このメインシャフト２５の後端寄り部分は、胴部２４の先端寄り部分の隔壁２８ａと、該隔壁２８ａの掘進機後方側に隣接する隔壁２８ｂとを貫通し、後方側の隔壁２８ｂに取り付けた軸箱２９に軸受３０を介して枢支されている。
【００４２】
また、メインシャフト２５の後端寄り部分には、隔壁２８ａ，２８ｂの間に位置するように歯車３１が外嵌固着されている。
【００４３】
駆動用モータ３２は、前記の歯車３１に噛み合うピニオン３３を有し、該ピニオン３３、並びにメインシャフト２５を介してカッタヘッド２６を駆動し得るように、後方側の隔壁２８ｂに取り付けられている。
【００４４】
隔壁２８ａ，２８ｂの間には、歯車３１及びピニオン３３を取り囲むケーシング３４が、両隔壁２８ａ，２８ｂに対して密接するように設けられている。
【００４５】
更に、前方側の隔壁２８ａには、前記のメインシャフト２５の前後方向中間部分を周方向に取り囲むスリーブ４２が固着されている。
【００４６】
余掘用カッタ２７は、カッタヘッド２６と略等径かあるいは僅かに小径の掘削半径を得られる外周位置に、超硬金属からなる複数のローラカッタ３５を枢支している。
【００４７】
余掘用カッタ２７の背面には、当該カッタ２７に対して同軸に且つ掘削機後方側へ延びる筒状の外殻シャフト３７が一体的に設けられており、該外殻シャフト３７の後端部には、歯車３６が外嵌固着されている。
【００４８】
これら余掘用カッタ２７及び外殻シャフト３７の内径は、前記のメインシャフト２５の外径に比べて大きく設定されている。
【００４９】
支持筒３８は、外殻シャフト３７に軸受３９を介して外嵌する外筒４０と、外殻シャフト３７に対して摺動を許容し得るように内接する内筒４１とによって構成されており、内筒４１と前記のスリーブ４２との間には、胴部２４に対する余掘用カッタ２７の偏心量（余掘量）に応じたクリアランスが設定されている。
【００５０】
外筒４０の前端部には、環状の外側移動隔壁４６が同軸に固着されており、該外側移動隔壁４６の前面は、胴部２４内の先端近傍に内接固着した環状の外側固定隔壁４７の後面に装着のシール部材４８に、摺動可能に当接している。
【００５１】
内筒４１の前端部には、環状の内側移動隔壁４９が同軸に固着されており、該内側移動隔壁４９の前面は、先に述べたスリーブ４２の前端部に固着した環状の内側固定隔壁５０に装着のシール部材５１に、摺動可能に当接している。
【００５２】
偏心ジャッキ４３ａ，４３ｂは、支持筒３８の左右に位置するように胴部２４内に配置されており、各偏心ジャッキ４３ａ，４３ｂのシリンダ基部は、胴部２４内面に連結され、また、ロッド先端は、外筒４０外面に連結されている。
【００５３】
駆動用モータ４４は、前記の歯車３６に噛み合うピニオン４５を有し、該ピニオン４５、並びに外殻シャフト３７を介して余掘用カッタ２７を駆動し得るように、前記の支持筒３８の掘削機後方端に取り付けられている。
【００５４】
図１及び図２に示すトンネル掘削機によってトンネルの直線掘削を行なう場合には、余掘用カッタ２７の各偏心ジャッキ４３ａ，４３ｂの伸縮量を調整して余掘用カッタ２７の軸芯をカッタヘッド２６の軸芯と一致させ、ローラカッタ３５の外周面がカッタヘッド２６外周面と同一あるいはそれより僅かに引き込まれた状態として、カッタヘッド２６を回転させる。
【００５５】
曲線掘削を行なうべき場所にトンネル掘削機のカッタヘッド２６が到達したならば、余掘用カッタ２７の駆動用モータ４４を作動させ、余掘用カッタ２７をカッタヘッド２６よりも高速で回転させながら、余掘りを行なうべき岩盤側に位置する偏心ジャッキ４３ａ（あるいは偏心ジャッキ４３ｂ）を縮小させるとともに、反対側の偏心ジャッキ４３ｂ（あるいは偏心ジャッキ４３ａ）を伸張させて、余掘用カッタ２７を余掘り対象の岩盤側に偏寄する方向へ移動させる。
【００５６】
余掘用カッタ２７が余掘り対象の岩盤側に偏寄すると、余掘用カッタ２７の外周に枢支されているローラカッタ３５が岩盤に押し付けられ且つカッタヘッド２６の回転に伴って転動することにより、岩盤の破砕が行なわれる。
【００５７】
このように、図１及び図２に示すトンネル掘削機の余掘装置では、駆動用モータ４４の回転力を、外殻シャフト３７を介して余掘用カッタ２７へ伝達し、偏心ジャッキ４３ａ，４３ｂにより、支持筒３８を介して外殻シャフト３７を胴部２４に対して偏心させ、余掘用カッタ２７の偏寄方向側に位置する岩盤をローラカッタ３５で切り崩すので、曲線掘削を行なうときのみに、必要な量の余掘りを効率よく行なうことができる。
【００５８】
また、余掘用カッタ２７をカッタヘッド２６よりも高速で回転させることにより、余掘りの対象となる岩盤の切り崩し効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、本発明のトンネル掘削機の余掘装置及びその使用方法は上述した実施の形態のみに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。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のトンネル掘削機の余掘装置及びその使用方法によれば、下記のような種々の優れた効果を奏しえる。
【００６１】
（１）本発明の請求項１乃至請求項３に記載のトンネル掘削機の余掘装置のいずれにおいても、余掘用カッタ回転手段から余掘用カッタへ回転力を伝達し、偏心手段により余掘用カッタの回転中心をカッタヘッドの回転中心に対して偏心させ、余掘用カッタの偏寄方向側に位置する岩盤を余掘用カッタで切り崩すので、曲線掘削を行なうときのみに、岩盤に対する余掘を効率よく行うことができ、よって、岩盤中に屈曲半径が小さいトンネルを容易に掘削できる。
【００６２】
（２）本発明の請求項４に記載のトンネル掘削機の余掘装置の使用方法においては、余掘用カッタをカッタヘッドよりも高速で回転させるので、余掘りの対象となる岩盤の切り崩し効率を向上させることができる。
【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実施の形態の一例を示す構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】従来のオープン型のトンネル掘削機の一例を示す構成図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】従来のシールド型のトンネル掘削機の一例を示す構成図である。
【図７】図６のトンネル掘削機により曲線掘削を行なう状態を示す概略図である。
【符号の説明】
２４          胴部（掘削機胴部）
２５          メインシャフト
２６          カッタヘッド
２７          余掘用カッタ
３７          外殻シャフト
３８          支持筒
４３ａ        偏心ジャッキ（偏心手段）
４３ｂ        偏心ジャッキ（偏心手段）
４４          駆動用モータ（余掘用カッタ回転手段）
【図１】
0004061739.tif 000002
【図２】
0004061739.tif 000003
【図３】
0004061739.tif 000004
【図４】
0004061739.tif 000005
【図５】
0004061739.tif 000006
【図６】
0004061739.tif 000007
【図７】
0004061739.tif 000008