(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッパ装置（６）を摺動自在に備えるメインビーム（２）と、このメインビーム（２）の前側に設けられると共に、カッタヘッド駆動部（２９）を有するカッタヘッドサポート（３）とを基本構成要素とし、フロントサポート、シールド等のように上記カッタヘッドサポート（３）の外周部に配置される外周部アタッチメント（２１）（３１）を、仕様に応じて選択的に交換可能とし、上記外周部アタッチメントとしてフロントサポート（３１）を装着することにより、岩盤部等の良好な地山の掘削が可能であり、上記外周部アタッチメントとして、前記フロントサポートに換えて、内周面にシールドジャッキが配設されるシールド（２１）を装着することにより、より弱層部の掘削が可能であることを特徴とするトンネル掘削機の本体構造。
【請求項２】
トンネル掘削径に応じて仕様の異なるカッタヘッド（４）、外周部アタッチメント（２１）（３１）、グリッパ装置（６）のグリッパシュー（９）の少なくともいずれかを、トンネル掘削径に応じて選択的に交換可能としていることを特徴とする請求項１のトンネル掘削機の本体構造。
【請求項３】
上記外周部アタッチメント（２１）（３１）には、上記カッタヘッドサポート（３）の外周部と連結可能にするフレーム（２６）（３６）を備えたことを特徴とする請求項１のトンネル掘削機の本体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はトンネル掘削機の本体構造に関するもので、詳しくはトンネル掘削形式やトンネル掘削径を容易に変更可能としたトンネル掘削機の本体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削機の構造としては、機体が坑壁に対して露出している、いわゆるオープン型のトンネル堀削機が知られている。オープン型のトンネル掘削機は、メインビーム上を摺動するグリッパを備え、メインビームの後端を上下左右に振ることによって、カッタヘッドの向きを変え、掘進方向を変えるものである。この種のトンネル掘削機は、機体全体が坑壁に対して露出しているものが最もシンプルな構造であるが、軟弱な地山にも対応できるようにルーフサポートやサイドサポート等のフロントサポートや、エレクタ、シールドジャッキを備えたものもある。また、本出願人は、より弱層部への対応を可能とするために、オープン型の堀削機に近い形状でありながら、カッタヘッドの後方の外周部を前胴と後胴により屈曲自在に一体的に覆い、本格的なシールドジャッキ推進を可能としたタイプのトンネル掘削機を発明し、本出願と同時に出願している。これらの機体は、各工事条件に応じた仕様で製作されるが、過去に使用した機械から部品を転用する場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらオープン型のトンネル掘削機は、機体が完全にシールドで覆われているダブルシールド型のトンネル掘削機に比べれば、部品を転用しやすいために掘削径の変更やフロントサポートの形式などの改造は比較的容易であると言えるが、それでもやはり改造は非常に大掛かりなものとなり、多大なコストと期間とを要していた。
【０００４】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、トンネル掘削形式やトンネル掘削径の異なる機械の製作を容易に行うことができる構造を備えたトンネル掘削機の本体構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び効果】
そこで請求項１のトンネル掘削機の本体構造は、グリッパ装置６を摺動自在に備えるメインビーム２と、このメインビーム２の前側に設けられると共に、カッタヘッド駆動部２９を有するカッタヘッドサポート３とを基本構成要素とし、フロントサポート、シールド等のように上記カッタヘッドサポート３の外周部に配置される外周部アタッチメント２１、３１を、仕様に応じて選択的に交換可能とし、上記外周部アタッチメントとしてフロントサポート３１を装着することにより、岩盤部等の良好な地山の掘削が可能であり、上記外周部アタッチメントとして、前記フロントサポートに換えて、内周面にシールドジャッキが配設されるシールド２１を装着することにより、より弱層部の掘削が可能であることを特徴としている。
【０００６】
上記請求項１のトンネル掘削機の本体構造においては、基本構成要素としてのメインビーム２とカッタヘッドサポート３に対して、仕様に応じて外周部アタッチメント２１、３１を選択的に連結すれば、トンネル掘削形式の異なるトンネル掘削機、例えば、一般的なオープン型トンネル掘削機から、前述の、オープン型の掘削機に近い形状でありながら、カッタヘッドの後方の外周部を前胴と後胴により屈曲自在に一体的に覆い、本格的なシールドジャッキ推進を可能としたタイプへの改造、あるいは、フロントサポートの形式の変更やシールドジャッキやエレクタを有するタイプへの変更などを容易に行うことができる。また、基本構成要素に対して、トンネル掘削径に応じたカッタヘッド４、外周部アタッチメント２１、３１、グリッパ装置６のグリッパシュー９等を選択的に連結すれば、複数のトンネル掘削径に対応したトンネル掘削機を製作できる。このように請求項１の発明によれば、トンネル掘削形式やトンネル掘削径の異なる機械の製作、及びそれら相互間の仕様変更を容易に行うことが可能となる。
【０００７】
請求項２のトンネル掘削機の本体構造は、トンネル掘削径に応じて仕様の異なるカッタヘッド４、外周部アタッチメント２１、３１、グリッパ装置６のグリッパシュー９の少なくともいずれかを、トンネル掘削径に応じて選択的に交換可能としていることを特徴としている。
【０００８】
上記請求項２のトンネル掘削機の本体構造においては、トンネル掘削径の異なる複数のトンネル掘削機を容易に製作することが可能である。またトンネル掘削形式やトンネル掘削径の異なる複数のトンネル掘削機において、それら相互間の仕様変更を容易に行うことも可能となる。
【０００９】
請求項３のトンネル掘削機の本体構造は、上記外周部アタッチメント２１、３１には、上記カッタヘッドサポート３の外周部と連結可能にするフレーム２６、３６を備えたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次にこの発明のトンネル掘削機の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はオープン型のトンネル掘削機１の分解図を示し、このトンネル掘削機１は、グリッパ装置６を摺動自在に備えるメインビーム２と、このメインビーム２の前端に設けられたカッタヘッドサポート３を基本構成要素としている。
【００１２】
すなわち、このトンネル掘削機１においては、中心部に前後方向にメインビーム２が延設されており、このメインビーム２の前部にはカッタヘッドサポート３を介してカッタヘッド４が回転自在に支承されている。カッタヘッドサポート３の背面にはカッタヘッド４の駆動部としてのモータ２９が配設されている。また、メインビーム２の後部にはカッタヘッドサポート３に対しスラストジャッキ（図示せず）を介してグリッパ装置６が前後方向に対して摺動可能に設けられている。このグリッパ装置６は、図２に示すように、グリッパキャリア７と、このグリッパキャリア７に取着されるグリッパジャッキ８と、このグリッパジャッキ８の先端部に取着されてトンネル坑壁に対して接離されるグリッパシュー９と、メインビーム２を円周方向に回転または上下に揺動させて掘削時のトンネル掘削機１の修正を行なうトルクジャッキ１０等で構成されている。なお、１１はリヤサポート、１２はガーダである。
【００１３】
また、上記カッタヘッドサポート３には、坑壁の肌落ち防止及び、カッタヘッドサポート３をトンネル坑壁に対して支持する目的で、外周部アタッチメントとして、フロントサポート３１が設けられている。そして、このフロントサポート３１は、坑壁の上面を支持するルーフサポート３３と、坑壁の両側の面を支持する左右のサイドサポート３４と、地面を支持するバーチカルシュー３５とで構成されている。このルーフサポート３３、サイドサポート３４は、内側に設けられているフレーム３６との間に介設されているジャッキ３７により坑壁に対して接離自在となっており、これら一式によりフロントサポートアタッチメント３１を構成している。上記フレーム３６はカッタヘッドサポート３に対して取り付けられるようになっている。なお、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００１４】
このような構成のトンネル掘削機１において、岩盤部等の良好な地山の掘削に際しては、グリッパ装置６のグリッパシュー９を地山に押し付けてそのグリッパ装置６に反力を取りつつ、スラストジャッキによりカッタヘッドサポート３に推進力を伝達し、且つカッタヘッド４を回転させることにより掘進を行なう。そして所定ピッチの掘進後にフロントサイドサポート３４をトンネル坑壁に押し付け、リヤサポート１１を伸長してメインビーム２の後部側を支承する。そして、グリッパ装置６の押し付けを解除し、スラストジャッキの収縮によりグリッパ装置６をメインビーム２に対して前進させ、これらの動作の繰り返しにより連続的に掘進が行なわれる。
【００１５】
このように構成したトンネル掘削機１において、異なったトンネル掘削径のトンネル掘削機を製作したり、あるいは異なったトンネル掘削径のトンネル掘削機に仕様変更しようとする場合には、グリッパ装置６を備えたメインビーム２と、カッタヘッド４を駆動するモータ２９を備えたカッタヘッドサポート３は、上記したものをそのまま使用するものであり、これら以外の他の構成部材、すなわちカッタヘッド４、フロントサポート（フロントルーフサポート３３、フロントサイドサポート３４）、グリッパ装置６のグリッパシュー９、は、掘削径に対応させた仕様のものを別途用いるようにしている。したがって、メインビーム２とカッタヘッドサポート３は、同じ構造のものを仕様することが可能であり、異なったトンネル掘削径のトンネル掘削機を製作しようとする場合、その製作コストを従来よりも大幅に低減できる。また異なったトンネル掘削径のトンネル掘削機に仕様変更しようとする場合には、上記メインビーム２とカッタヘッドサポート３、グリッパ装置６のグリッパシュー９以外がそのまま転用可能であり、従来のように大掛かりな改造を必要とせず、改造のコストと期間を少なくすることができる。なお、掘削径の変更に対して、グリッパ装置６のグリッパシュー９は変更（交換）しない場合もある。
【００１６】
図６は、本出願人が本出願と同時に出願した、より弱層部への対応が可能なタイプのトンネル掘削機に本願発明を適用した場合の実施例である。この掘削機は、グリッパ装置を摺動自在に備えるメインビームを有したものである点で従来のオープン型と同じであるが、カッタヘッドの後方の外周部を互いに屈曲可能な前胴と後胴により一体的に覆い、エレクタとシールドジャッキを有することにより、本格的なシールドジャッキ推進を可能としたものであり、従来のダブルシールド型のトンネル掘削機でなければ施工できないような弱層部でも施工を可能とするものである。このタイプのトンネル掘削機と、従来の一般的なオープン型トンネル掘削機との形式の変更について図５から図７に基づいて説明する。オープン型のトンネル掘削機１で用いていたグリッパ装置６を備えたメインビーム２と、カッタヘッド４駆動用のモータ２９を備えたカッタヘッドサポート３に対して、外周部アタッチメントとしてシールド型のシールド２１を用いると共に、所定のカッタヘッド４を用いてシールド型のトンネル掘削機１を構成する。
【００１７】
この実施形態におけるシールド型のトンネル掘削機１においては、円筒形のシールド２１は、前後方向に２つに分割され、前胴２２と、後胴２３とで構成されている。前胴２２はカッタヘッドサポート３の外周部を覆うように設けられ、この前胴２２の内側にはフレーム２６が固着されており、カッタヘッドサポート３に対して取付けられるようになっている。そして前胴２２の後方に後胴２３が設けられているが、この後胴２３は前胴２２より少し長く形成されている。前胴２２と後胴２３とは図５及び図６に示すように、アーティキュレートジャッキ２４で屈曲自在に連結されているものであり、アーティキュレートジャッキ２４はシールド２１の周方向に複数設けられている。なお、図７は図６のＢ−Ｂ断面図である。
【００１８】
後胴２３の内周面にはシールドジャッキ２５が複数配設されていて、これらのシールドジャッキ２５は、地山の弱層部等においてセグメント（図示せず）を使用してシールドジャッキ推進を行なう場合に使用される。また、後胴２３の内面にはトンネルの坑壁にセグメントを構築するためのエレクタ２７が周方向に移動自在に設けられている。さらに、後胴２３の後部にはテールシール２８が設けてある。
【００１９】
このようなシールド型のトンネル掘削機１において、セグメントの構築が必要な弱層部の地山に対しては、グリッパ装置６を全縮させて不使用状態にし、エレクタ２７によりセグメントを組み立てつつシールドジャッキ２５を伸長させる。そしてこのセグメントに反力を得つつシールド２１を前進させ、カッタヘッド４を回転させて掘進を行う。
【００２０】
ここで、シールドジャッキ２５によるシールドジャッキ推進時には、アーティキュレートジャッキ２４により前胴２２と後胴２３との間を屈曲させて掘進方向を変更するようにしている。このように、前胴２２と後胴２３を屈曲自在としているので、掘進中におけるカーブ対応性は非常に良いものとなる。
【００２１】
前述したように、基本構成要素であるメインビーム２とカッタヘッドサポート３とをユニット化して共用し、前胴、後胴等からなるシールド部を１つのユニットとしてカッタヘッドサポート３に取り付けることにより、容易に仕様の異なるタイプのトンネル掘削機に変更することができる。また、トンネルの掘削径を変更する場合にも、メインビーム２とカッタヘッドサポート３とはそのままで、径の異なるカッタヘッド４とシールドアタッチメント２１に変更（交換）するだけ、掘削径の異なるトンネル掘削機１に容易に改造することができる。しかも、改造に伴うコストや期間を少なくすることができるものである。
【００２２】
なお、図６に示すタイプのトンネル掘削機１から、従来の一般的なオープン型のトンネル掘削機１に変更する場合も、メインビーム２とカッタヘッドサポート３とはそのまま使用し、オープン型のフロントサポートアタッチメント３１と、カッタヘッド４を用いることで、容易に変更することができる。
【００２３】
このように本実施形態では、グリッパ装置６を備えたメインビーム２と、カッタヘッド４駆動用のモータ２９を備えたカッタヘッドサポート３とを基本構成要素とすることで、異なる仕様のトンネル掘削機１の相互変更が容易にでき、また、トンネルの掘削径の変更も容易にできるものであり、これにより、転用性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を一般的なオープン型トンネル掘削機に適用した場合の第１の実施形態を示す分解構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のグリッパ装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の構成部材を組み立てた後の要部側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明を他のタイプのトンネル掘削機に適用した場合の第２の実施形態を示す分解構成図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態の構成部材を組み立てた後の要部側面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の図６のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  メインビーム
３  カッタヘッドサポート
４  カッタヘッド
６  グリッパ装置
９  グリッパシュー
２１  シールドアタッチメント（外周部アタッチメント）
２９  モータ（カッタヘッド駆動部）
３１  フロントサポートアタッチメント（外周部アタッチメント）
【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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