(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル坑壁に対してグリッパジャッキにより拡張・収縮するグリッパが設けられてなるトンネル掘削機において、
前記グリッパジャッキを上側グリッパジャッキと下側グリッパジャッキとにより構成し、前記上側グリッパジャッキと下側グリッパジャッキとを独立の油圧力にて駆動させるとともに、前記上側グリッパジャッキの圧力と下側グリッパジャッキの圧力とを個別に設定可能な油圧回路手段を設けることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記グリッパのグリッパシューのトンネル坑壁当接面が掘進方向にＲ面とされるか、またはこのトンネル坑壁当接面の前後両端がＲ面取りもしくはＣ面取りされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記グリッパのグリッパシューのトンネル坑壁当接面が上下方向にＲ面とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記グリッパのグリッパシューが嵌合する前記トンネル掘削機本体のグリッパシュー嵌合部における前記グリッパシューとの対向面がＲ面とされていることを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のトンネル掘削機を用いる坑壁の肌落ち防止方法であって、
まず、最大限肌落ちしない程度の弱い圧力で前記グリッパを拡張・収縮するためのすべてのグリッパジャッキを拡張し、この拡張によっても掘進反力に耐えられるグリップ力が得られない場合に、肌落ちしにくい側のグリッパジャッキのみにさらに油圧力をかけて、掘進反力に耐えられるグリップ力を確保することを特徴とする肌落ち防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機に関し、より詳しくはトンネル坑壁に対してグリッパジャッキにより拡張・収縮するグリッパが設けられてなるトンネル掘削機およびこのトンネル掘削機を用いる肌落ち防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機の一種として、例えば特公昭６２−３２３１９号公報に開示されているような、トンネル掘削機が知られている。この種のトンネル掘削機を用いて地山を掘削する際には、メイングリッパ（リヤーグリッパ）によってトンネル坑壁に掘進反力をとりつつ、スラストジャッキによりカッタヘッドサポートに推進力を伝達し、そのカッタヘッドサポートに支持されているカッタヘッドを回転させることにより、掘削が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようにグリッパを均一な圧力で拡張してトンネル坑壁に押しつけて推進反力をとる方法では、中硬岩層や軟岩層等の土層状態の悪い地山を掘削する場合、トンネル坑壁にクラックが発生して坑壁が崩れ落ちるという問題点がある。また、崩れ落ちた岩片はトンネル下部に堆積するため、作業者による除去作業が必要となるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、中硬岩層，軟岩層や肌落ちの発生しそうな地山を掘削する場合において、このような問題点を解消することを目的として、グリッパの押付力を調整し、これによって坑壁が崩れ落ちるのを防止することができるトンネル掘削機およびこのトンネル掘削機を用いる坑壁の肌落ち防止方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明によるトンネル掘削機は、前述の目的を達成するために、トンネル坑壁に対してグリッパジャッキにより拡張・収縮するグリッパが設けられてなるトンネル掘削機において、
前記グリッパジャッキを上側グリッパジャッキと下側グリッパジャッキとにより構成し、前記上側グリッパジャッキと下側グリッパジャッキとを独立の油圧力にて駆動させるとともに、前記上側グリッパジャッキの圧力と下側グリッパジャッキの圧力とを個別に設定可能な油圧回路手段を設けることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明においては、グリッパの押付力でトンネル坑壁にクラックが発生し易い中硬岩層や軟岩層を掘削する場合、重力の影響で坑壁が崩落し易いトンネル中心より上半部にかけるグリッパの押付力を低くし、坑壁が崩落しにくいトンネル中心より下半部にかけるグリッパの押付力を高くするように、グリッパの押付力が油圧回路手段により調整される。ただし、地山の状態により坑壁の下半部が上半部に比べて崩れやすいこともあり、この場合は上半部にかける押付力を高くし、下半部にかける押付力を低くすることも可能である。なお、上側グリッパジャッキおよび下側グリッパジャッキの前述のような圧力制御は、各グリッパジャッキの油圧回路を独立にすることにより可能である。また、油圧回路内に複数の切換弁や圧力スイッチなどを入れることにより、この圧力制御を自動的に行うことも可能となる。
【０００７】
前述のように、崩落しやすいトンネル坑壁上半部もしくは下半部にかける圧力を低くすることにより、グリッパの押付けにより生じるクラックおよび坑壁の崩落を防止することができる。また、崩落しにくいトンネル坑壁下半部もしくは上半部にかける圧力を高くすることによりグリップ力を得ることができる。さらに、トンネル坑壁上半部または下半部にかける圧力を調節することにより、硬岩層や軟岩層等の土層に応じて押付力を変化させることができる。
【０００８】
本発明においては、前記グリッパのグリッパシューのトンネル坑壁当接面が掘進方向にＲ面とされるか、またはこのトンネル坑壁当接面の前後両端がＲ面取りもしくはＣ面取りされているのが好ましい。こうすることにより、前記グリッパシューの両端部に生じる局部面圧を抑えることができるため、局部面圧を原因とするトンネル坑壁の肌落ちを防止することができる。
【００１１】
本発明において、前記グリッパのグリッパシューのトンネル坑壁当接面が上下方向にＲ面とされているのが好ましい。また、前記グリッパのグリッパシューが嵌合する前記トンネル掘削機本体のグリッパシュー嵌合部における前記グリッパシューとの対向面がＲ面とされていても良い。こうすることで、トンネル坑壁の中心より上半部にかけるグリッパの押付力と下半部にかけるグリッパの押付力とが異なる場合、前記グリッパシューまたはトンネル掘削機本体により生ずるかじりを防止することができる。
【００１２】
次に、本発明による肌落ち防止方法は、前記各トンネル掘削機を用いる坑壁の肌落ち防止方法であって、
まず、最大限肌落ちしない程度の弱い圧力で前記グリッパを拡張・収縮するためのすべてのグリッパジャッキを拡張し、この拡張によっても掘進反力に耐えられるグリップ力が得られない場合に、肌落ちしにくい側のグリッパジャッキのみにさらに油圧力をかけて、掘進反力に耐えられるグリップ力を確保することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、まずグリッパをトンネル坑壁が肌落ちしない程度の弱い圧力をすべてのジャッキに同じようにかけて拡張させる。この拡張によって、トンネル掘削機が掘進反力に耐えられるグリップ力を得られる場合は掘進を行う。しかし、この拡張によってもトンネル掘削機が掘進反力に耐えられるグリップ力を得られない場合は、比較的地山の安定している側のグリッパジャッキにさらに高い油圧力をかけて掘進反力に耐えられるグリップ力を確保して掘削を行う。
【００１４】
このような上側グリッパジャッキおよび下側グリッパジャッキの圧力制御は、それぞれに接続させる油圧回路を独立させることにより可能であり、この油圧回路内に複数の切換弁や圧力スイッチ等を用いることによりそれぞれのグリッパジャッキの圧力を自動制御することができる。
【００１５】
前述のように、上側グリッパジャッキと下側グリッパジャッキとにそれぞれ個別の油圧力をかけて伸長させることにより、坑壁が崩落し易い地山部にはグリッパの押付力を低く、崩落しにくい地山部にはグリッパの押付力を高くすることができる。したがって、グリッパの押付力による肌落ちを防止し、かつトンネル掘削機の掘進反力も十分に得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機および肌落ち防止方法の具体的実施例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図が示され、図２に図１のＡ−Ａ断面図が示され、図３に図１のＢ矢視図が示され、図４には本実施例にかかる油圧回路が示されている。
【００１８】
本実施例のトンネル掘削機１は、前胴２と後胴３とに分かれスラストジャッキ４によって伸縮するようになっている。前記前胴２の前側内部に設けられるカッタヘッドサポート５を介して前面に多数個のディスクカッタ６を有するカッタヘッド７が回転自在に支承されている。
【００１９】
前記カッタヘッドサポート５の後方にはグリッパフレーム９を備えるメイングリッパ（グリッパ）Ｐが設置されている。これらカッタヘッドサポート５とグリッパフレーム９との間には、スラストジャッキ４が備えられている。また、前記カッタヘッドサポート３には掘削中の安定化および掘削終了時にそのカッタヘッドサポート５をトンネル坑壁に対して支持するために用いられるフロントグリッパ８が設けられている。
【００２０】
前記メイングリッパＰは、トンネル坑壁に接触し掘削機本体１を固定するためのメイングリッパシュー（グリッパシュー）１０とこのメイングリッパシュー１０を拡張させるためのメイングリッパジャッキ（グリッパジャッキ）１１（上側メイングリッパジャッキ１１ａ，下側メイングリッパジャッキ１１ｂ）とこれらメイングリッパジャッキ１１を駆動させるための油圧回路（図４）とを具えている。
【００２１】
図２に示されるように、前記メイングリッパシュー１０のトンネル坑壁当接面の形状は、掘進方向に対してＲ面とされている。また、前記メイングリッパシュー１０のトンネル坑壁当接面の形状がメイングリッパＰの張出方向に対してグリッパシューの上下方向に、図３（ａ）に示されるようなＲ面となるようにされている。この別態様としては、図３（ｂ）に示されるように、トンネル掘進機１本体のメイングリッパシュー１０の嵌合部１ａにおける前記メイングリッパシュー１０との対向面の形状をＲ面としても良く、図３（ｃ）に示されるようにメイングリッパシュー１０および前記嵌合部１ａが共にＲ面とされていてもよい。
【００２２】
次いで、図４に示される本実施例に係る油圧回路について詳述する。この油圧回路において、ポンプ１３の下流はリリーフ弁１４側と切替弁１５側とに分岐され、前記リリーフ弁１４側には油圧回路の最大油圧とポンプ保護を行うリリーフ弁１４が設置されている。一方、切替弁１５側には圧力油の方向を切り替える切替弁１５が設置され、この切替弁１５の下流は、上側メイングリッパジャッキ１１ａ側回路と下側メイングリッパジャッキ１１ｂ側回路とに分離されている。これらそれぞれの回路には、上側ジャッキ用切換弁１２ａおよび下側ジャッキ用切換弁１２ｂが設置されている。前記上側ジャッキ用切換弁１２ａの下流側は、リリーフ弁１７と上側メイングリッパジャッキ１１ａと圧力スイッチ２０ａとが並列に配置されている。また、前記上側ジャッキ用切換弁１２ａの下流側と同様に、下側ジャッキ用切換弁１２ｂの下流側には、リリーフ弁１７と下側メイングリッパジャッキ１１ｂと圧力スイッチ２０ｂとが並列に配置されている。
【００２３】
次に、前述のように構成されるトンネル掘削機１を用いる肌落ち防止方法について詳述する。
【００２４】
前記トンネル掘削機１を用いて、例えばトンネル坑壁の上半部が肌落ちしやすい土層を掘削する場合、前記上側メイングリッパジャッキ１１ａおよび下側メイングリッパジャッキ１１ｂにかける油圧力を油圧回路（図４）で調整する。
【００２５】
まず、前記切換弁１５をＢ位置に設定し、上側ジャッキ切換弁１２ａおよび下側ジャッキ切換弁１２ｂをＡ位置に設定して、上側メイングリッパジャッキ１１ａと下側メイングリッパジャッキ１１ｂとを低圧でトンネル坑壁が肌落ちしない程度（オペレータの判断または圧力スイッチ２０ａの圧力設定値）まで伸長させる。その後、上側ジャッキ切換弁１２ａをＢ位置に切り換えて上側メイングリッパジャッキ１１ａを低圧（圧力スイッチ２０ａの設定圧）に保持する。なお、前記リリーフ弁１４は回路最大油圧に設定され、前記圧力スイッチ２０ａは肌落ちが生じない圧力に設定されている。
【００２６】
次に、前記下側ジャッキ切換弁１２ｂがＡ位置に設定された状態で下側メイングリッパジャッキ１１ｂのみを圧力スイッチ２０ｂの設定値まで伸長させた後、下側メイングリッパジャッキ１１ｂを高圧（圧力スイッチ２０ｂの設定圧）に保持する。このようにして、トンネル坑壁上半部にかけるメイングリッパの押付力と下半部にかけるメイングリッパの押付力を調整するようにする。ただし、圧力スイッチ２０ｂの圧力設定値は、圧力スイッチ２０ａの圧力設定値以上リリーフ弁１７の圧力設定値以下とされている。
【００２７】
前述のように、肌落ちしやすい部分（本実施例ではトンネル中心上半部の坑壁）にかける押付圧力を低くし、肌落ちしにくい部分（本実施例ではトンネル中心下半部の坑壁）にかける押付圧力を高くすることにより、メイングリッパシュー１０の押付力が原因で生じる肌落ちを防止し、かつ十分な掘削反力を得ることができる。
【００２８】
また、本実施例において、図３（ａ）に記載されているように、メイングリッパシュー１０の形状がメイングリッパＰの張出方向に対してＲ面となることにより、上側メイングリッパジャッキ１１ａの圧力と下側メイングリッパジャッキ１１ｂの圧力が異なることにより生じるかじりを防止することができるという効果を奏する。また、図２に記載されているようにメイングリッパシュー１０のトンネル坑壁当接面が掘進方向に対してＲ面とされていることにより、メイングリッパシュー１０の面圧を均一化し、トンネル坑壁にかかる圧力が均一になるため、局部面圧を原因とするトンネル坑壁の肌落ちを防止することができる。なお、トンネル掘削機１の後胴３およびメイングリッパシュー１０の形状が図３（ｂ）もしくは図３（ｃ）に記載の形状の場合でも前述と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
本実施例においては、シールドタイプＴＢＭに用いられているが、これに限らず、例えばオープンタイプＴＢＭに用いることができる。
【００３０】
本実施例においては、メイングリッパシュー１０のトンネル坑壁当接面の形状が掘進方向に対してＲ面とされているが、これに限らず、このトンネル坑壁当接面の前後両端がＲ面取りもしくはＣ面取りされていてもよい。
【００３１】
本実施例においては、坑壁の上半部が肌落ちしやすい地山部を掘削する場合について説明したが、坑壁の下半部が肌落ちしやすい地山部を掘削する場合は例えば圧力スイッチ２０ａと圧力スイッチ２０ｂとの設定値を変更して、肌落ちしやすい地山部に掘進反力をとるようにすればよい。
【００３２】
本実施例においては、図４に示されるような油圧回路を用いたが、リリーフ弁や切換弁等の配置は、これに限られるものではなく、上側メイングリッパジャッキと下側メイングリッパジャッキが独立の回路として、それぞれのジャッキに与えられる圧力が設定できるようにされていればよい。
【００３３】
本実施例において１組のメイングリッパシュー１０を用いたが２組のメイングリッパを用いてもよい。また本実施例において、ジャッキが上下２本のものを用いたが複数本でもよく、その場合は肌落ちしやすい地山部にかける圧力が低く、比較的肌落ちしにくい地山部にかける圧力が高くなるように制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１のＢ矢視図（ａ）および（ａ）の別態様例（ｂ），（ｃ）である。
【図４】図４は、本実施例の油圧回路図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  前胴
３  後胴
４  スラストジャッキ
５  カッタヘッドサポート
６  ディスクカッタ
７  カッタヘッド
８  フロントグリッパ
９  グリッパフレーム
１０  メイングリッパシュー
１１  メイングリッパジャッキ
１１ａ  上側メイングリッパジャッキ
１１ｂ  下側メイングリッパジャッキ
１２ａ  上側ジャッキ切換弁
１２ｂ  下側ジャッキ切換弁
１３  ポンプ
１４，１７  リリーフ弁
１５  切替弁
２０ａ，２０ｂ  圧力スイッチ
【図１】
0003788545.tif 000002
【図２】
0003788545.tif 000003
【図３】
0003788545.tif 000004
【図４】
0003788545.tif 000005