JP2883024B2 - 地下空間用水没式掘削設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下空間の開発のため
に、掘削機を水没状態で作動させるようにした設備に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、掘削機を水面下で作動させて土砂
や岩を掘削することは行なわれているが、その使用場所
の水深は、数メートル程度で、しかも掘削した土砂や岩
石は、別の機械で運び上げるものであり、本発明の対象
とする技術のように数十メートルにも及ぶ深さの地下空
間で岩や土砂を掘削しながら連続的に掘削物の搬出を行
なえるようにしたものは無い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の掘削設備では、
地下空間の水底で土砂や岩を掘削する掘削機と同掘削機
で掘削された土砂や岩石を搬出する搬出装置とが個別に
装備されていた点に鑑みて、本発明は、地下空間での掘
削作業および掘削物の搬出作業を連続的に能率よく行な
えるようにするとともに、大深度の地下でも、地下水の
中に水没した状態で地上の操作装置からの指令で目的地
形に掘削作業を的確に行なえるようにし、その掘削物を
地上まで搬出できるようにするとともに、同掘削物から
分離した水を効率よく処理し利用できるようにした、地
下空間用水没式掘削設備を提供することを目的としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め、本発明の地下空間用水没式掘削設備は、地下空間に
貯溜されている地下水の中に水没した状態で地下の水底
に沿い走行するための走行装置をそなえた掘削機に、前
後に移動しうる移動台と、同移動台上において水平旋回
および俯仰を行なえるように装着されたラダーとをそな
えるとともに、同ラダーの先端部に、掘削刃付きバケッ
トホイールと同バケットホイールの掘削物を受けて破砕
するクラッシャーとが互いに隣接して装着され、同クラ
ッシャーで破砕された掘削物を同クラッシャーに接続さ
れた搬送管を介し水との混合状態で吸引して地上まで搬
送する搬送ポンプと、上記掘削機の走行制御および上記
ラダーの旋回俯仰前後移動制御を遠隔的に行なうための
制御系とが装備されており、上記移動台が上記走行装置
における機体フレーム上に蟻溝型係合部を介して前 後移
動可能に設けられるとともに、上記走行装置の作動と、
上記移動台の前後移動と、上記バケットホイールの回転
と、上記ラダーの旋回俯仰とをそれぞれ行なう各油圧式
駆動装置と、これらの油圧式駆動装置へ油圧制御弁装置
を介し作動油を供給する油圧ポンプとが上記掘削機に搭
載され、上記油圧ポンプの駆動用電動機へ電力を供給す
る電源と上記油圧制御弁装置を遠隔制御する操作装置と
を含む指令所が地上に装備され、上記掘削機に装着され
た送波器からの信号をこれに対応するように地下空間に
配設された受波器で受信することにより同掘削機の位置
を検知するための位置検知手段が、上記指令所に併設さ
れるとともに、上記搬送ポンプにより搬送ホースを介し
地上まで搬送された掘削物と水との混合物を受ける濁水
処理装置が地上に設けられ、同濁水処理装置で上記混合
物から分離された水を地下へ戻す排水管が同濁水処理装
置に接続されていることを特徴としている。

【０００５】

【作用】上述の本発明の地下空間用水没式掘削設備で
は、掘削機が地下空間の水底に沿い水没状態で走行しな
がら、その移動台の前後移動と同移動台上のラダーの水
平旋回および俯仰とにより同ラダーの先端部の掘削刃付
きバケットホイールの位置決めを制御され、同バケット
ホイールで掘削された土砂や岩石が、同バケットホイー
ルに隣接するクラッシャーで細かく破砕される。このよ
うにして破砕され地下水と混合された泥水状の掘削物
は、上記クラッシャーに接続された搬送管を介し搬送ポ
ンプで吸引されて、地上まで搬送される。その際、掘削
機の走行制御や、上記移動台の上下動，同移動台上のラ
ダーの旋回俯仰の制御が、制御系によって遠隔的に行な
われ、特に上記移動台が走行装置上の機体フレームに対
し、蟻溝型係合部を介して、前後動などを伴うことなく
的確に前後移動できることにより、上記制御系による制
御も的確に行われるようになる。

【０００６】また、上記掘削機における走行装置の作動
や上記移動台の前後移動，上記バケットホイールの回転
および上記移動台上のラダーの旋回俯仰を行なう油圧モ
ータ，油圧シリンダ等の各油圧式駆動装置は、その作動
油の供給を同掘削機上の油圧制御弁装置を介して油圧ポ
ンプから受けるが、上記油圧制御弁装置の制御は地上の
指令所における操作装置によって遠隔的に行なわれ、上
記油圧ポンプの駆動用電動機への電力供給も上記指令所
に装備された電源から支障なく行なわれる。

【０００７】さらに水没状態の掘削機の位置の検知は、
同掘削機に装着された送波器からの信号をこれに対応す
るように地下空間の内部に配設された受波器で受信する
ことにより、上記指令所に併設された位置検知手段で正
確に行なわれるようになる。そして、上記掘削機で掘削
され搬送ホースを通じ地上まで搬送された掘削物と地下
水との混合物は、濁水処理装置で処理されて水を分離さ
れ、その分離水は排水管を通じ地下へ戻される。したが
って、分離水の処理に手間取ることが無く、また地下水
の涸渇を招くこともなく、上記のバケットホイールおよ
びクラッシャーで処理された掘削物に混合する水の再使
用を図りながら地下空間の掘削のための作業が全体とし
て能率よく行なわれるようになる効果がある。

【０００８】

【実施例】以下、図面により本発明の一実施例としての
地下空間用水没式掘削設備について説明すると、図１は
同設備における掘削機の側面図、図２は図１の掘削機の
平面図、図３は図１，２の掘削機の要部を示す正面図、
図４は本設備の使用状態を示す説明図である。

【０００９】図１〜３に示すように、本設備における掘
削機４０は、油圧モータ３０により作動する無限軌道式
走行装置２９をそなえており、図４に示すごとく、地下
空間の水底４１に沿い走行できるようになっている。

【００１０】そして、この走行式掘削機４０には、ラダ
ー４が水平旋回および俯仰可能に装着されており、同ラ
ダー４の先端部にはバケットホイール１が装着されてい
る。バケットホイール１は、水車状にバケットを配した
もので、図１，２に示すように、同バケットホイール１
の回転軸５をかさ歯車６を介して油圧モータ７により回
転駆動されるようになっており、その各バケットの縁部
には掘削刃２が取付けられている。

【００１１】また、バケットホイール１で掘削された土
砂や岩石を破砕するクラッシャー３が、バケットホイー
ル１と隣接するようにラダー４の先端部に設けられてい
て、バケットホイール１と共通の回転軸５により作動す
るようになっている。

【００１２】クラッシャー３で破砕された掘削物と地下
水１８との泥水状混合物は、同クラッシャー３に接続さ
れた搬送管８，可撓管９，旋回管１０，旋回継手管１
１，固定管１２を介し搬送ポンプ１３で吸引され、さら
に同ポンプ１３で流量計１４，土砂濃度計１５，ホース
ねじれ自在継手管１６および搬送ホース１７を介して地
上の濁水処理装置１９（図４参照）へ送り込まれるよう
になっており、濁水処理装置１９には同装置１９で上記
泥水状混合物から分離された水を地下へ戻す排水管２０
が接続されている。

【００１３】前述のようにバケットホイール１およびク
ラッシャー３の作動は油圧モータ７で行なわれるが、こ
の掘削機４０の走行装置２９の作動も油圧モータ３０で
行なわれるようになっており、またラダー４の旋回を行
なう油圧シリンダ２５やラダー４の俯仰を行なう油圧シ
リンダ２２も設けられていて、これらの油圧式駆動装置
７，２２，２５，３０へ油圧制御弁装置３３を介して作
動油を供給する油圧ポンプ３１が、作動油タンク３２に
接続されるようにして掘削機４０に搭載されている。

【００１４】ラダー４の基端は旋回台２１に水平ピンで
俯仰可能に枢着され、旋回台２１は支持台２３に旋回可
能に支持されている。そして支持台２３は前後移動台２
４上に固定されており、前後移動台２４は掘削機４０の
固定台２８上の機体フレーム２６に対し蟻溝型係合部ａ
（図３参照）を介して前後に十分なストロークで水平に
移動できるようになっている。この前後移動台２４の前
後移動は油圧シリンダ２７によって行なわれるが、同油
圧シリンダ２７への作動油の供給も油圧ポンプ３１から
油圧制御弁装置３３を介して行なわれる。

【００１５】油圧制御弁装置３３を掘削機４０上の電気
制御装置３５を介して遠隔制御する操作装置は、地上の
指令所３４に装備されており、同指令所３４には搬送ポ
ンプ１３や油圧ポンプ３１の各駆動用電動機へ電力を供
給するための電源も装備されている。さらに、掘削機４
０に装備された送波器３６からの信号を地下空間の内部
の受波器３７を介し受信して同掘削機４０の位置を検知
する位置検知手段も、地上の指令所３４に装備されてい
る。

【００１６】本実施例の水没式掘削設備は、上述のよう
に構成されているので、掘削機４０が地下の水底４１に
沿い水没状態で走行しながら、その移動台２４の前後移
動と、同移動台２４上のラダー４の水平旋回および俯仰
とにより、同ラダー４の先端部の掘削刃２付きバケット
ホイール１の位置決めを制御され、同バケットホイール
１で掘削された土砂や岩石が、同バケットホイール１に
隣接するクラッシャー３で細かく破砕される。このよう
にして破砕され地下水と混合された泥水状の掘削物は、
クラッシャー３に接続された搬送管８，可撓管９，旋回
管１０，旋回継手管１１，固定管１２を介し搬送ポンプ
１３で吸引され、さらに同ポンプ１３で流量計１４およ
び土砂濃度計１５を見て、搬送土砂濃度を適切に保た
れ、ホースねじれ自在継手管１６および搬送ホース１７
を介して地上の濁水処理装置１９まで搬送される。

【００１７】その際、掘削機４０の走行制御や、移動台
２４の前後移動，同移動台２４上のラダー４の旋回俯仰
の制御が、制御系によって遠隔的に行なわれ、特に移動
台２４が走行装置２９上の機体フレーム２６に対し蟻溝
型係合部ａを介して、平行リンク機構の場合のような上
下動などを伴うことなく的確に前後に移動できることに
より、上記制御系による制御も正確に行なわれるように
なる。すなわち、掘削機４０における走行装置２９の作
動を行なう油圧モータ３０や、バケットホイール１の回
転およびラダー４の旋回俯仰を行なう油圧モータ７，各
油圧シリンダ２２，２５およびラダー４の旋回台２１を
旋回可能に支持する支持台２３を固定した前後移動台２
４の前後移動を行なう油圧シリンダ２７等の各油圧式駆
動装置は、その作動油の供給を掘削機４０上の油圧制御
弁装置３３を介して油圧ポンプ３１により受けるが、油
圧制御弁装置３３の制御は電気制御装置３５を介し地上
の指令所３４における操作装置によって遠隔的に行なわ
れる。そして、油圧ポンプ３１の駆動用電動機への電力
供給も、指令所３４に装備された電源から行なわれる。

【００１８】さらに水没状態の掘削機４０の位置の検知
は、同掘削機４０に装着された送波器３６からの信号を
地下空間内の受波器３７を介して受信することにより、
指令所３４に併設された位置検知手段で的確に行なわれ
る。掘削機４０のバケットホイール１で掘削され地上ま
で搬送された掘削物と地下水との混合物は、濁水処理装
置１９で処理されて水を分離され、その水は排水管２０
を通じ地下へ戻される。したがって、分離水の処理に手
間取ることが無く、また地下水の涸渇を招くこともな
く、上記のバケットホイール１およびクラッシャー３で
処理された掘削物に混合する水の再使用を図りながら、
地下空間の掘削のための作業が全体として能率よく行な
われるようになる効果がある。

【００１９】このようにして本発明の地下空間用水没式
掘削設備によれば、地下空間の水底で掘削機４０のラダ
ー先端部のバケットホイール１により掘削された土砂や
岩石が、同バケットホイールに隣接するクラッシャー３
で破砕され、地下水と混合されて、同掘削機４０上の搬
送ポンプ１３により泥水状態で地上まで搬送されるよう
になり、大深度の地下空間でも掘削作業および搬出作業
を連続的に能率よく行なえるようになる。そして掘削機
４０の走行制御やラダー４の旋回俯仰前後移動制御が、
地上の指令所３４での掘削機位置の検知と相まって、遠
隔的に且つ安全に行なわれるようになり、また地上の指
令所３４における操作装置での制御をプログラム化し
て、掘削作業および搬出作業を自動化することも可能に
なる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の地下空間
用水没式掘削設備によれば、次のような効果が得られ
る。 （１）地下空間の水底に沿い水没状態で走行しうる掘削
機が、前後移動の可能な移動台と、同移動台上で水平旋
回および俯仰を行なうラダーとをそなえて、同ラダー先
端部の掘削刃付きバケットホイールの位置決めを制御系
によって遠隔的に制御されながら、同バケットホイール
で掘削された土砂や岩石が、同バケットホイールに隣接
するクラッシャーで破砕され地下水と混合されて搬送管
を介し地上まで能率よく安全に搬送されるようになる。（２）上記移動台が上記掘削機の走行装置における機体
フレーム上に蟻溝型係合部を介して前後移動可能に設け
られて、同移動台上に上記ラダーが水平旋回および俯仰
可能に設けられるので、上記移動台の前後移動の際に、
平行リンク機構の場合のような上下動を伴うことがな
く、これにより上記バケットホイールの位置制御が的確
に行なわれるようになる。 （３）上記掘削機における走行装置の作動や上記バケッ
トホイールの回転および上記ラダーの旋回俯仰ならびに
上記移動台の前後移動を行なう各油圧式駆動装置のため
の油圧制御弁装置が、地上の指令所における操作装置に
よって遠隔的に且つ適切に制御されるようになる。 （４）水没状態の掘削機の位置の検知が、同掘削機に装
着された送波器からの信号の受信により、上記指令所に
併設された位置検知手段で的確に行なわれる。 （５）上記掘削機で掘削され搬送管を通じ地上まで搬送
された掘削物と水との混合物は、濁水処理装置で処理さ
れて水を分離され、その水は排水管を通じ地下へ戻され
るので、分離水の処理に手間取ることが無く、また地下
水の涸渇を招くこともなく、上記のバケットホイールお
よびクラッシャーで処理された掘削物に混合する水の再
使用を図りながら地下空間の掘削のための作業が全体と
して能率よく行なわれるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての地下空間用水没式掘
削設備における掘削機の側面図である。

【図２】図１の掘削機の平面図である。

【図３】図１，２の掘削機の要部を示す正面図である。

【図４】図１の掘削機を含む地下空間用水没式掘削設備
の使用状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ バケットホイール ２ 掘削刃 ３ クラッシャー ４ ラダー ５ 回転軸 ６ かさ歯車 ７ 油圧モータ ８ 搬送管 ９ 可撓管 １０ 旋回管 １１ 旋回継手管 １２ 固定管 １３ 搬送ポンプ １４ 流量計 １５ 土砂濃度計 １６ ホースねじれ自在継手管 １７ 搬送ホース １８ 地下水 １９ 濁水処理装置 ２０ 排水管 ２１ 旋回台 ２２ 油圧シリンダ ２３ 支持台 ２４ 前後移動台 ２５ 油圧シリンダ ２６ 機体フレーム ２７ 油圧シリンダ ２８ 固定台 ２９ 走行装置 ３０ 油圧モータ ３１ 油圧ポンプ装置 ３２ 作動油タンク ３３ 油圧制御弁装置 ３４ 指令所 ３５ 電気制御装置 ３６ 送波器 ３７ 受波器 ４０ 掘削機 ４１ 水底 ａ 蟻溝型係合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−322791（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−99660（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21B 7/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下空間に貯溜されている地下水の中に
   水没した状態で地下空間の水底に沿い走行するための走
   行装置をそなえた掘削機に、前後に移動しうる移動台
   と、同移動台上において水平旋回および俯仰を行なえる
   ように装着されたラダーとをそなえるとともに、同ラダ
   ーの先端部に、掘削刃付きバケットホイールと同バケッ
   トホイールの掘削物を受けて破砕するクラッシャーとが
   互いに隣接して装着され、同クラッシャーで破砕された
   掘削物を同クラッシャーに接続された搬送管を介し水と
   の混合状態で吸引して地上まで搬送する搬送ポンプと、
   上記掘削機の走行制御，上記移動台の前後移動制御およ
   び上記ラダーの旋回俯仰制御を遠隔的に行なうための制
   御系とが装備されており、上記移動台が上記走行装置に
   おける機体フレーム上に蟻溝型係合部を介して前後移動
   可能に設けられるとともに、上記走行装置の作動と、上
   記移動台の前後移動と、上記バケットホイールの回転
   と、上記ラダーの旋回俯仰とをそれぞれ行なう各油圧式
   駆動装置と、これらの油圧式駆動装置へ油圧制御弁装置
   を介し作動油を供給する油圧ポンプとが上記掘削機に搭
   載され、上記油圧ポンプの駆動用電動機へ電力を供給す
   る電源と上記油圧制御弁装置を遠隔制御する操作装置と
   を含む指令所が地上に装備され、上記掘削機に装着され
   た送波器からの信号をこれに対応するように地下空間に
   配設された受波器で受信することにより同掘削機の位置
   を検知するための位置検知手段が、上記指令所に併設さ
   れるとともに、上記搬送ポンプにより搬送ホースを介し
   地上まで搬送された掘削物と水との混合物を受ける濁水
   処理装置が地上に設けられ、同濁水処理装置で上記混合
   物から分離された水を地下へ戻す排水管が同濁水処理装
   置に接続されていることを特徴とする、地下空間用水没
   式掘削設備。