(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを掘進する掘進機本体の後方にこの掘進機本体に対して揺動自在に牽引される後続台車を備えたトンネル掘進機において、上記後続台車をトンネル底面に支持する支持脚の下部に、この後続台車全体をその自重によってトンネルの底面中心にセンタリングするローラーコンベア状の自動調芯装置を備え、
該自動調芯装置は、上記支持脚の下端に設けられトンネル底面に沿って周方向に湾曲された支持板と、該支持板の下方のトンネル底面に載置される装置本体と、該装置本体にトンネル周方向に間隔を隔てて複数軸支され各回転軸がトンネル軸方向に延びる滑りローラーとを有し、
該滑りローラーの上に上記支持板を載置し、上記後続台車をその自重によってトンネルの底面中心にセンタリングすることを特徴とするトンネル掘進機。
【請求項２】
トンネルを掘進する掘進機本体の後方にこの掘進機本体に対して揺動自在に牽引される後続台車を備えたトンネル掘進機において、上記後続台車をトンネル底面に支持する支持脚の下部に、この後続台車全体をその自重によってトンネルの底面中心にセンタリングするローラーコンベア状の自動調芯装置を備え、
該自動調芯装置は、上記支持脚が載置される上面側が上記トンネル底面に沿って周方向に湾曲した装置本体と、この装置本体の上面に設けられその回転軸がトンネルの軸方向に延びる滑りローラーと、この装置本体の下面から出没すると共にその装置全体をトンネルの軸方向に走行する牽引ローラーとを備えてなることを特徴とするトンネル掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルを掘削・構築するトンネル掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面円形のトンネルを掘削するトンネル掘進機の一つして、いわゆるシールド掘進機と称されるものがある。
【０００３】
このシールド掘進機は、図５及び図６に示すように、筒状のシールドフレーム１を備えた掘進機本体Ａの後方に後続台車Ｂを牽引してなるものであり、掘進機本体Ａの先端に設けられたカッター２によって前方の地山を掘削すると共に、後続台車Ｂに設けられたセグメント供給装置３等から供給されるセグメントｓを掘進機本体Ａの後部に設けられたエレクタ４に受け渡した後、このエレクタ４によって掘削直後のトンネル壁Ｈを組み立てるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように掘進機本体Ａによって後続台車Ｂを牽引するようにしたトンネル掘進機にあっては、図７に示すように、掘削機本体Ａがトンネルカーブ区間にさしかかった際に、後続台車Ｂの中心線Ｃがトンネル中心線Ｔから偏芯してしまい、カーブの外側に流れてしまうといった不都合がある。
【０００５】
そのため、図示するように、後続台車Ｂの支持梁５を掘進機本体Ａにピン結合して揺動自在に連結すると共に、後続台車Ｂの後端或いはその先端に油圧ジャッキ等のセンタリング装置６を設け、トンネル壁Ｈや掘進機本体Ａの反力を利用して後続台車Ｂの方向を修正し、強制的なセンタリング操作を行うようにしている。
【０００６】
しかしながら、このようなセンタリング装置６による強制的なセンタリング方法では、後続台車Ｂやトンネル壁Ｈ或いは掘進機本体Ａに局所的な大きな力が加わってしまうため、それらの強度を必要以上に高くしなければならず、また、後続台車Ｂのフレーム７に撓みが発生してしまい、スムーズなセンタリングが行えないことがある。
【０００７】
さらに、このようなセンタリング装置６を備えることにより、油圧制御や電気制御が必要となり、操作や掘進機全体が複雑で高価になってしまうといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、油圧ジャッキ等の強制的なセンタリング装置を用いることなく、簡単かつスムーズに後続台車のセンタリングを行うことができる新規なトンネル掘進機を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、トンネルを掘進する掘進機本体の後方にこの掘進機本体に対して揺動自在に牽引される後続台車を備えたトンネル掘進機において、上記後続台車をトンネル底面に支持する支持脚の下部に、この後続台車全体をその自重によってトンネルの底面中心にセンタリングするローラーコンベア状の自動調芯装置を備え、該自動調芯装置は、上記支持脚の下端に設けられトンネル底面に沿って周方向に湾曲された支持板と、該支持板の下方のトンネル底面に載置される装置本体と、該装置本体にトンネル周方向に間隔を隔てて複数軸支され各回転軸がトンネル軸方向に延びる滑りローラーとを有し、該滑りローラーの上に上記支持板を載置し、上記後続台車をその自重によってトンネルの底面中心にセンタリングするものである。
また、上記自動調芯装置は、上記支持脚が載置される上面側が上記トンネル底面に沿って周方向に湾曲した装置本体と、この装置本体の上面に設けられその回転軸がトンネルの軸方向に延びる滑りローラーと、この装置本体の下面から出没すると共にその装置全体をトンネルの軸方向に走行する牽引ローラーとを備えていてもよい。
【００１０】
上記構成によれば、トンネルカーブ区間内で後続台車Ｂがトンネルの中心線から偏芯しても、その自重によって後続台車Ｂが自動調芯装置上をスライドしてトンネルの中心部に戻り、自動的にスムーズなセンタリングが行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るトンネル掘進機の実施の一形態を示したものであり、図中Ａは掘進機本体、Ｂはこの掘進機本体Ａに牽引される台車状の後続台車、１はこの掘進機本体Ａの外殻を構成する筒状のシールドフレーム、２はシールドフレーム１に回転自在に軸支されて前方の地山を掘削するカッタ、４は後続台車Ｂ側から供給されるセグメントｓをリング状に組み立てて断面円形のトンネル壁Ｈを構築するエレクタ、８，８はトンネル壁Ｈから反力をとって掘進機本体Ａを前進させる推進ジャッキである。
【００１３】
この後続台車Ｂは、図１及び図２に示すように、掘進機本体Ａの後部から軸方向に延びる支持梁９に略矩体状のフレーム７を取り付けたものであり、上述したようなセグメント供給装置３やホイストビーム１０等が備えられている。
【００１４】
そして、図１に示すようにこの支持梁９の先端は掘進機本体Ａ後部の略中央部にピンジョイントＰによって連結されており、後続台車Ｂ全体がこのピンジョイントＰを中心に掘進方向左右に揺動自在に牽引されるようになっている。
【００１５】
また、この後続台車Ｂの後端部には、ローラーコンベア状の自動調芯装置１１が設けられており、その上面に後続台車Ｂの支持脚１２，１２を直接載置すると共に、フレーム７側から延びる押し金具１３によって後続台車Ｂと共に牽引されるようになっている。
【００１６】
この自動調芯装置１１は、図３及び図４に示すように、上記トンネル壁Ｈの底面上に直接載置して用いられるようになっており、そのトンネル壁Ｈの底面に沿って周方向に湾曲するように延びる略矩形状の装置本体１４と、この装置本体１４の上面側に設けられた複数の滑りローラー１５，１５…と、この装置本体１４の下面側に設けられた複数の牽引車輪１６，１６…とから主に構成されている。
【００１７】
先ず、この滑りローラー１５は、図４に示すように、その回転軸がトンネルの軸方向と平行になるようにそれぞれ複数（本実施の形態にあっては、装置本体１４の左右にそれぞれ５つずつ）互いに並列に設けられており、図３に示すように、後続台車Ｂのフレーム７の下端から延びる支持脚１２，１２を直接支持すると共に、これをトンネルの周方向に自在にスライド移動させるようになっている。
【００１８】
次に、牽引車輪１６は、その回転軸が上記滑りローラー１５の回転軸と直交するように装置本体１４の中央部付近に集合するように複数（本実施の形態にあっては４つ）、その下面から出没自在に設けられており、牽引時に装置本体１４を浮かせてスムーズに移動させるようになっている。
【００１９】
すなわち、これら各牽引車輪１６，１６…の回転軸は図示しないコイルバネによって上下動自在となっており、装置本体１４に加わる荷重が増大したときに上昇し、反対に荷重が小さくなったときに突出して装置本体１４を浮かせるようになっている。例えば、図１に示すように、セグメント供給装置３に複数のセグメントｓが搬送されて後続台車Ｂの荷重が増大すると、これら牽引車輪１６，１６…が上昇してその荷重を装置本体１４全体で受け持ち、反対にセグメントｓが無くなって後続台車Ｂが軽くなると、コイルバネの力によってこれら牽引車輪１６，１６…が突出して装置本体１４を浮かせ、その移動をスムーズに行うようになっている。
【００２０】
一方、この自動調芯装置１１上に載置される支持脚１２は、フレーム７の下端から延びる支持ロッド１７の下端部に、自動調芯装置１１の上面の曲率と一致する矩形状の支持板１８を一体的に備えたものであり、支持ロッド１７に集中した荷重を分散させて複数の滑りローラー１５，１５…側に伝えるようになっている。
【００２１】
次に、以上のように構成した本発明のトンネル掘進機の作用を説明する。
【００２２】
通常、掘進機本体Ａが直進している場合には、これに牽引される後続台車Ｂは掘進機本体Ａと同様に直進し、殆ど左右に振れることはないが、掘進機本体Ａがトンネルカーブ区間に入り、後続台車Ｂの先端部（ピンジョイントＰ）が例えば図７に示すように、掘進方向左側に引っ張られると、その反力によって後続台車Ｂの後部がトンネル外側に振られ、その後続台車Ｂの中心線Ｃがトンネルの中心線Ｔから大きく偏芯してしまうことになる。
【００２３】
この時、従来のトンネル掘進機にあっては、このような状態で掘進機本体Ａを停止しても後続台車Ｂが戻らないため、上述したように油圧ジャッキ等のセンタリング装置６を使用して後続台車Ｂを強制的にセンタリングしていたが、本発明のトンネル掘進機の場合では、従来のようなセンタリング装置６を用いることなく、後続台車Ｂ自身によって自動的にセンタリングされることになる。
【００２４】
すなわち、後続台車Ｂがカーブの内側へ引っ張られる際の反力によって後続台車Ｂの後部にトンネル外側方向への力が加わると、図３の破線に示すように後続台車Ｂの支持脚１２，１２が自動調芯装置１１の滑りローラー１５，１５…上を図中左側方向に転がり上がるようにスライド移動することになるが、その反力が無くなった途端に後続台車Ｂの自重（引力）によって支持脚１２，１２が自動調芯装置１１の滑りローラー１５，１５…上を図中右側方向に滑り落ち、その慣性力によって一時的に反対方向にスライド移動した後、やがて振り子の如くその自動調芯装置１１の中心部（最低部）で徐々に停止して自動的にセンタリングが達成されることになる。
【００２５】
また、このようにして後続台車Ｂのセンタリングを行った自動調芯装置１１は後続台車Ｂの後端部に設けられた押し金具１３によって後続台車Ｂと共に前進して、常に支持脚１２，１２を支持しつつこれを自動的にセンタリングすることとなる。
【００２６】
このように本発明のトンネル掘進機は、後続台車Ｂの下部に自動調芯装置１１を備え、その後続台車Ｂの自重を利用して自動的にセンタリングを行わせるようにしたものであることから、従来のように強制的なセンタリング操作やそのためのセンタリング装置６の設置が不要となり、トンネルの掘進効率を大幅に向上することができる。
【００２７】
尚、本実施の形態では、トンネル掘進機としてシールド掘進機を用いた例で説明したが、掘進機本体Ａに後続台車Ｂが牽引されるような構成であれば、これに限定されるものでなく、例えば、シールドフレーム１を有さないいわゆるＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）等にもそのまま適用可能である。さらに、トンネルの断面形状としては、そのトンネル底部が左右にせり上がるように湾曲したものであれば、図示するような断面真円形に限定されるものでなく、断面楕円形や、任意断面シールド掘進機（ＤＰＬＥＸ）で形成される断面円弧状矩形，断面突起付き円形断面等にもそのまま適用することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮することができる。
【００２９】
▲１▼従来のような強制的なセンタリング装置を用いることなく、後続台車の自重のみを利用して自動的にセンタリングを行うことができる。
【００３０】
▲２▼そのため、強制的なセンタリング装置が不要となって構造が簡単となると共に、偏芯毎に行われていた煩わしいセンタリング作業も不要となる。
【００３１】
▲３▼さらに、構造が簡単となることにより、シールド掘進機の製作コストを低減でき、掘進機の信頼性も向上する。
【００３２】
▲４▼また、スムーズなセンタリングが可能となるため、トンネル壁や後続台車に発生する不測のトラブルを未然に回避することができる。
【００３３】
▲５▼後続台車の下部（下面）に別個独立した自動調芯装置を備えるだけの簡単な構成で済むため、既存のトンネル掘進機を殆ど改造することなくそのまま容易に適用することができる。
【００３４】
▲６▼以上の効果により、トンネルの掘進効率を大幅に向上させることができ、優れた信頼性及び経済性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル掘進機の実施の一形態を示す概略側面図である。
【図２】図１中Ｘ−Ｘ断面図である。
【図３】図２中Ｘ部を示す部分拡大図である。
【図４】図３中Ｘ−Ｘ断面図である。
【図５】従来のトンネル掘進機の一例を示す概略側面図である。
【図６】図５中Ｘ−Ｘ断面図である。
【図７】従来のトンネル掘進機がトンネルカーブ区間に入った時の構造台車の動きを示す概念図である。
【符号の説明】
Ａ  掘進機本体
Ｂ  後続台車
11  自動調芯装置
12  支持脚
14  装置本体
15  滑りローラー
16  牽引ローラー
【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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