(57)【要約】【課題】トンネル内で走行させる際の自由度を向上させることができるトンネル作業台車を提供する。【解決手段】トンネル作業台車は、トンネルの施工に用いられるトンネル作業台車であって、履帯を含む駆動部と、車輪を含む従動部とを備え、前記車輪は、緩傾斜面を含み、前記車輪の直径は、前記車輪の幅よりも小さい。【選択図】図５
2009041198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの施工に用いられるトンネル作業台車であって、
履帯を含む駆動部と、
車輪を含む従動部と、
を備え、
前記車輪は、緩傾斜面を含み、
前記車輪の直径は、前記車輪の幅よりも小さい
ことを特徴とするトンネル作業台車。
【請求項２】
トンネルの施工をそれぞれ行うための複数の施工装置と、
前記複数の施工装置を保持するフレームと、
をさらに備え、
前記駆動部は、前記従動部より前側に配される
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル作業台車。
【請求項３】
前記駆動部は、前記履帯に加えて、前記履帯を前後に揺動するための揺動機構を含む
ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル作業台車。
【請求項４】
前記フレームは、トンネルの側壁面及び上壁面に沿った方向に延びており、
前記履帯及び前記車輪は、それぞれ、前記フレームの下方に配され、
前記揺動機構は、前記履帯の上方の揺動軸を介して、前記履帯を前記フレームに軸支する
ことを特徴とする請求項３に記載のトンネル作業台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル作業台車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な発破式のトンネル施工方法では、発破孔のさく孔、爆薬の装填、発破、ズリ出し、ロックボルト孔のさく孔、ロックボルト固定、コンクリート吹きつけの各工程を１サイクルとして繰り返し行いながら掘進する（ＮＡＴＭ工法）。この発破孔やロックボルトのさく孔作業、そして爆薬の装填には、ドリルジャンボなどのトンネル作業台車が広く用いられる。また、施工現場によってはロックボルト固定作業も、トンネル作業台車によって行われる。その他の工程は、それぞれ専用の作業機械によって行われる。
【０００３】
トンネル作業台車は、発破が行われる場合、安全な位置まで退避する。また、トンネル作業台車は、他の専用の作業機械による作業が行われる場合、その作業に邪魔にならない位置まで退避する。このように、トンネル作業台車は、切羽と退避位置との間を往復させる必要があるので、往復させるための走行装置を備えている。トンネル作業台車は、その走行装置によって、タイヤ式のホイールジャンボと、履帯式のクローラジャンボと、トンネル底面にレールを敷設して軌道走行輪により走行するガントリジャンボとに分類される。
【０００４】
ここで、ホイールジャンボやクローラジャンボは、工程間の退避の際の機動性を重視して、その車体がコンパクトに纏められている。
【０００５】
それに対し、ガントリジャンボは、機動性よりも作業効率を重視して、その車体が大型に形成されている。すなわち、ガントリジャンボは、トンネルの断面に応じた大きさの門型フレームを備え、門型フレームの下にズリ搬送機械が走行（または配置）可能な空間が設けられている。そして、ガントリジャンボの門型フレームには、複数の施行装置（例えば、コンクリート吹きつけ装置）が集約されており、作業機械の入れ替えの時間が削減可能なため作業効率が高い（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２５７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示された技術では、トンネル底面にレールを敷設し、そのレールに沿ってトンネル作業台車を走行させている。この場合、トンネル作業台車をトンネル内で走行させる際の自由度が十分でないことがある。例えば、トンネル内でトンネル作業台車を、レールから外れた方向に操舵させることができない。
【０００７】
本発明の目的は、トンネル内で走行させる際の自由度を向上させることができるトンネル作業台車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面に係るトンネル作業台車は、トンネルの施工に用いられるトンネル作業台車であって、履帯を含む駆動部と、車輪を含む従動部とを備え、前記車輪は、緩傾斜面を含み、前記車輪の直径は、前記車輪の幅よりも小さいことを特徴とする。
【０００９】
ここでは、履帯を含む駆動部が、トンネル作業台車の重量を支えながらトンネル作業台車を駆動することができる。車輪を含む従動部が、トンネル作業台車の重量を支えながら、駆動部による駆動推力によって、直進走行時に直進方向に転動し、操舵時に緩傾斜面を介して横ズレして姿勢変化を許容しながら転動できる。これにより、トンネル内で走行させる際の自由度を向上させることができる。
【００１０】
本発明の第２側面に係るトンネル作業台車は、本発明の第１側面に係るトンネル作業台車であって、トンネルの施工をそれぞれ行うための複数の施行装置と、前記複数の施行装置を保持するフレームとをさらに備え、前記駆動部は、前記従動部より前側に配されることを特徴とする。
【００１１】
ここでは、フレームに保持された複数の施行装置を用いることにより、トンネル施工の工程間における施工機械の入れ替えのための退避時間を削減することができる。これにより、例えば、レールを敷設することなしに従来のガントリジャンボと同等の機能性と作業能率を得ることができ、比較的小断面のトンネルの掘削施工にも用いることが可能である。
【００１２】
また、トンネル作業台車自体の重量が大きく、かつ、前方に重心がある場合に、トンネル作業台車を安定して接地させることができる。
【００１３】
本発明の第３側面に係るトンネル作業台車は、本発明の第１側面又は第２側面に係るトンネル作業台車であって、前記駆動部は、前記履帯に加えて、前記履帯を前後に揺動するための揺動機構を含むことを特徴とする。
【００１４】
ここでは、トンネル底面の凹凸や起伏に応じて履帯を前後に揺動することができる。これにより、トンネルの底面に凹凸や起伏がある場合でも、トンネル内での走行安定性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第４側面に係るトンネル作業台車は、本発明の第１側面から第３側面のいずれかに係るトンネル作業台車であって、前記フレームは、トンネルの側壁面及び上壁面に沿った方向に延びており、前記履帯及び前記車輪は、それぞれ、前記フレームの下方に配され、前記揺動機構は、前記履帯の上方の揺動軸を介して、前記履帯を前記フレームに軸支することを特徴とする。
【００１６】
ここでは、フレームの内側であってトンネル底面付近を空洞にできる。例えば、フレームをいわゆる門型フレームとして形成できる。これにより、フレームの内側であってトンネル底面付近の空間において、ズリ搬送機械などの他の機械を走行（または配置）させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トンネル内で走行させる際の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明は、トンネルの施工現場で用いられる作業機械すなわちトンネル作業台車に関する。
【００１９】
まず、トンネル作業台車１の概略構成を、図１〜図４を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係るトンネル作業台車１の側面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るトンネル作業台車１の平面図（上面の図）である。図３は、図１のＡ−Ａ線矢視図である。図４は、図１のＢ−Ｂ線で切った場合の断面図である。
【００２１】
トンネル作業台車１は、複数の施行装置、門型フレーム３０、駆動部４０、及び従動部５０を備える。
【００２２】
複数の施行装置は、それぞれ、トンネルの施工を行うための装置である。複数の施行装置は、さく岩機１０、チャージングケージ１２、及びコンクリート吹付装置１６を含む。さく岩機１０は、例えば、トンネルの壁面Ｔｗ（Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３）にロックボルト孔をさく孔するための装置である。チャージングケージ１２は、例えば、ロックボルト孔にロックボルトを固定するための装置である。コンクリート吹付装置１６は、例えば、トンネルの壁面Ｔｗ（Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３）にコンクリートを吹付けるための装置である。
【００２３】
門型フレーム３０は、トンネルの側壁面Ｔｗ２，Ｔｗ３及び上壁面Ｔｗ１に沿った方向に延びている。門型フレーム３０は、複数の施行装置を保持する。
【００２４】
門型フレーム３０は、前横梁２、後横梁３、前脚４、後脚５、及び縦梁６を含む。
【００２５】
前脚４の下方前面には、さく孔ブーム１１を介してさく岩機１０が設けられている。
【００２６】
前横梁２と後横梁３との上面には、スライドレール１５が差し渡されている。そのスライドレール１５に沿って前進後退可能なスライド機構１４には、チャージングブーム１３を介してチャージングケージ１２が設けられている。
【００２７】
同様に、前横梁２と後横梁３との上面には、スライドレール１９が差し渡されている。そのスライドレール１９に沿って前進後退可能なスライド機構１８には、コンクリート吹付ブーム１７を介してコンクリート吹付装置１６が設けられている。
【００２８】
また、縦梁６には、操作ボックス２０、油圧パック２１、ケーブルリール２２、および、補機類２３が設けられている。操作ボックス２０は、水平軸周りに回動可能に設けられており、さく孔および爆薬の装填作業位置（図３の位置）からズリ出し作業時には縦梁６側へと回動可能であり、ズリ出し作業に支障とならないようになっている。
【００２９】
ここで、門型フレーム３０に保持された複数の施行装置を用いることにより、トンネル施工の工程間における施工機械の入れ替えのための退避時間を削減することができる。すなわち、本実施形態のトンネル作業台車１によれば、門型フレーム３０を備えた多機能作業台車でありながらレール敷設の必要がない。
【００３０】
これにより、例えば、レールを敷設することなしに、従来のガントリジャンボと同等の機能性と作業能率を得ることができるので、設備費および工数の低減が可能である。
【００３１】
また、比較的小断面のトンネルの掘削施工にも用いることが可能である。すなわち、レールを敷設しながら施工するようなガントリジャンボでは大き過ぎて対応できなかった比較的小断面のトンネルの施工に用いることができ、発破孔のさく孔、爆薬の装填、発破、ズリ出し、ロックボルト孔のさく孔、ロックボルト固定、コンクリート吹きつけといった一連の作業を効率良く行うことが可能である。
【００３２】
駆動部４０は、履帯装置７及び揺動機構４１を含む。履帯装置７は、門型フレーム３０の下方に配され、門型フレーム３０の前脚４の下端に設けられている。揺動機構４１は、履帯装置７の上方の揺動軸８及びブラケット４２を介して、履帯装置７を門型フレーム３０に軸支する。ブラケット４２は、回動自在に揺動軸８に結合され、回動不可な状態で履帯装置７に結合されている。これにより、履帯装置７の駆動により門型フレーム３０を前進後退可能となっている。
【００３３】
ここで、揺動機構４１が履帯装置７を前後に揺動させることができるので、トンネル底面の凹凸や起伏に応じて（追従して）履帯装置７を前後に揺動することができる。これにより、トンネルの底面に凹凸や起伏がある場合でも、トンネル内での走行安定性を向上させることができる。
【００３４】
従動部５０は、駆動部４０により駆動されて動く。従動部５０は、扁平車輪９及びブラケット５ａを含む。扁平車輪９は、門型フレーム３０の下方に配され、後脚５の下端に設けられている。扁平車輪９は、車軸５１を介して前後方向に転動自在にブラケット５ａに連結されている。
【００３５】
ここで、駆動部４０は、従動部５０より前側に配される。これにより、トンネル作業台車１自体の重量が大きく、かつ、トンネル作業台車１の前側に重心がある場合に、トンネル作業台車１を安定して接地させることができる。
【００３６】
なお、駆動部４０における駆動手段として履帯装置７を採用した理由は、トンネル作業台車１自体の重量が大きく、かつ、トンネル作業台車１の前側に重心がある場合に、前脚４を介して伝達される門型フレーム３０の荷重に応じてトンネルの底面Ｔｆから受ける接地面圧に耐え得る履帯装置７が好適であるからである。
【００３７】
このように、門型フレーム３０がトンネルの側壁面Ｔｗ２，Ｔｗ３及び上壁面Ｔｗ１に沿った方向に延び、履帯装置７及び扁平車輪９がそれぞれ門型フレーム３０の下方に配され、揺動機構４１が履帯装置７の上方の揺動軸８を介して、履帯装置７を門型フレーム３０に軸支するので、門型フレーム３０の内側であってトンネルの底面Ｔｆ付近を空洞にできる。これにより、門型フレーム３０の内側であってトンネルの底面Ｔｆ付近の空間において、ズリ搬送機械などの他の機械を走行（または配置）させることができる。
【００３８】
次に、従動部５０の詳細構成を、図５を用いて説明する。図５は、図４における扁平車輪９付近を拡大した一部詳細図である。
【００３９】
従動部５０は、扁平車輪９及びブラケット５ａを含む。扁平車輪９は、鉄などの剛性の高い部材で形成されている。扁平車輪９は、その直径がＤ１であり、その横幅がＷ１である。扁平車輪９は、その直径Ｄ１がその横幅Ｗ１よりも小さい。ブラケット５ａは、車軸５１を介して、扁平車輪９を転動自在に軸支している。
【００４０】
扁平車輪９は、接地周面９ｂ、端面９ｄ、９ｅ、及び、緩傾斜面９ａ、９ｃを含む。
【００４１】
接地周面９ｂは、車軸５１を中心軸とし、回転されてトンネルの底面Ｔｆに接する。接地周面９ｂは、例えば、車軸５１を中心軸とする円筒面である。接地周面９ｂの直径は、例えば、扁平車輪９の直径Ｄ１に等しい。接地周面９ｂの幅は、Ｗ２である。
【００４２】
端面９ｄ、９ｅは、車軸５１と交差し、ブラケット５ａと対面している。端面９ｄ、９ｅは、例えば、車軸５１に直行する円形状の平面である。このとき、端面９ｄ、９ｅの直径は、扁平車輪９の直径Ｄ１より小さい。
【００４３】
ここで、扁平車輪９の直径Ｄ１は、端面９ｄと端面９ｅとの間隔（車輪の幅）Ｗ１よりも小さくなっている。
【００４４】
緩傾斜面９ａ、９ｃは、接地周面９ｂの両肩部に設けられている。例えば、緩傾斜面９ａ、９ｃは、端面９ｄ、９ｅの縁部から車軸５１に対して小さな角度で傾斜しながら車軸５１から遠ざかるように延び、接地周面９ｂへ連続している。
【００４５】
トンネル作業台車１の動作を、図１〜図５を用いて説明する。
【００４６】
トンネル作業台車１を前進又は後退させる際（直進走行時）には、駆動部４０において、図３における右側の履帯装置７と左側の履帯装置７とが、略均等の回転数で回転する。これにより、駆動部４０は、トンネル作業台車１の重量を支えながらトンネル作業台車１を駆動することができる。また、従動部５０の扁平車輪９は、トンネル作業台車の重量を支えながら、駆動部による駆動推力によって、直進方向に転動する。
【００４７】
ここで、仮に扁平車輪ではなく水平軸周りに回動自在な車輪を採用すると、後退時に車輪が回動した状態で駆動力が作用させたときに直進しない可能性がある。
【００４８】
それに対して、本実施形態の扁平車輪９は、水平軸周りに回動自在でないブラケット５ａが車軸５１を支持しているので、直進安定性が良い。
【００４９】
トンネル作業台車１を操舵させる際（操舵時）には、駆動部４０において、図３における右側の履帯装置７と左側の履帯装置７とが、異なる回転数で回転する。例えば、図３における右側の履帯装置７を停止し左側の履帯装置７のみを手前方向に駆動させるように回転すると、トンネル作業台車１には、図３における手前方向右側に転舵する駆動力が作用する。このとき、扁平車輪９には、両肩部に緩傾斜面９ａ、９ｃが形成されており横ずれが可能となっている。これにより、トンネル作業台車１は、図３における手前方向右側に円滑に操舵可能である。
【００５０】
すなわち、従動部５０の扁平車輪９は、トンネル作業台車１の重量を支えながら、駆動部による駆動推力によって、緩傾斜面９ａ、９ｃを介して横ズレして姿勢変化を許容しながら転動できる。
【００５１】
このように、履帯装置７を含む駆動部４０は、トンネル作業台車１の重量を支えながらトンネル作業台車１を駆動することができる。扁平車輪９を含む従動部５０は、トンネル作業台車１の重量を支えながら、駆動部４０による駆動推力によって、直進走行時に直進方向に転動し、操舵時に緩傾斜面９ａ、９ｃの少なくとも一方を介して横ズレして姿勢変化を許容しながら転動できる。これにより、トンネル作業台車１をトンネル内で走行させる際の自由度を向上させることができる。
【００５２】
次に、トンネル作業台車１を用いてトンネル工事を施工する手順を説明する。
【００５３】
施工するのは、例えば、トンネル壁面Ｔｗ（Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３）とトンネル底面Ｔｆを含む比較的小断面のトンネルである。
【００５４】
先ず、さく孔ブーム１１で所定の発破パターンに則って位置決めしながら、切羽（図示略、図１の左方）にさく岩機１０で発破孔のさく孔を行い、チャージングケージ１２をスライド機構１４およびチャージングブーム１３によって発破孔に位置決めして爆薬を装填する。
【００５５】
次に、履帯装置７によって一旦退避位置まで後退して発破した後、再び切羽付近まで前進する。
【００５６】
さらに、門型フレーム３０の内側であってトンネルの底面Ｔｆ付近の空間において、ズリ出し機械がズリの搬出を行うズリ出し作業を行う。この作業と並行して、さく岩機１０でトンネル壁面Ｔｗにロックボルト孔をさく孔し、チャージングケージ１２を利用してロックボルト孔にロックボルトを固定し、スライド機構１８およびコンクリート吹付ブーム１７によってコンクリート吹付装置１６をトンネル壁面Ｔｗに相対させてコンクリート吹付を行う。
【００５７】
以上の各工程を１サイクルとして繰り返し行いながらトンネルを掘進していく。
【００５８】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく形態は適宜変更が可能である。例えば、前脚と後脚との間に補助脚を設けたり、門型フレームに施工機械としてエレクター装置を搭載することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル作業台車の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るトンネル作業台車の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視図（正面図）である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線で切った場合の断面図である。
【図５】図４における扁平車輪付近を拡大した一部詳細図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  トンネル作業台車
７  履帯装置
９  扁平車輪
９ａ、９ｃ  緩傾斜面
９ｄ、９ｅ  端面
４０  駆動部
４１  揺動機構
５０  従動部
Ｔｗ１  上壁面
Ｔｗ２，Ｔｗ３  側壁面
【図１】
2009041198.tif 000003
【図２】
2009041198.tif 000004
【図３】
2009041198.tif 000005
【図４】
2009041198.tif 000006
【図５】
2009041198.tif 000007