JP6624608B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本発明は、掘削機に関し、例えば、地中にトンネルを構築するために地盤を掘削する掘削機に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to an excavator, and for example, relates to a technology that is effective when applied to an excavator that excavates the ground to construct a tunnel underground.
掘削機は、鋼製の筒体を地中に押し込みながらトンネルを構築する機器であり、その主なものに、シールドマシンやトンネルボーリングマシン(Tunnel Boring Machines:以下、TBMという)等がある。 An excavator is a device that constructs a tunnel while pushing a steel cylinder into the ground, and its main ones include a shield machine and a tunnel boring machine (Tunnel Boring Machines: hereinafter, referred to as TBM).
シールドマシンは、主に都市部の地下鉄や下水道の形成に使用される等、比較的軟弱な地質に対する掘削に使用される。一方、TBMは、主に山岳部の鉄道や発電用導水路の形成に使用される等、比較的硬い地質に対する掘削に使用される。TBMは、他の工法に比べて掘削速度が速いという利点を有していることから、掘削速度が求められるトンネル掘削工事に使用されている。 Shield machines are mainly used for excavating relatively soft geology, such as those used in the formation of subways and sewers in urban areas. On the other hand, TBM is mainly used for excavating relatively hard geology, for example, for use in railways in mountainous areas and formation of a headrace for power generation. TBM has an advantage that the excavation speed is higher than other construction methods, and therefore, it is used for tunnel excavation work requiring an excavation speed.
いずれの場合も掘削機の進行方向の先端には、カッタヘッドが掘削機の周方向に沿って回転可能な状態で装着されている。このカッタヘッドの前面には、ローラカッタ等のような複数の掘削部材が設置されている。トンネルの掘削時には、カッタヘッドの前面の掘削部材を切羽(掘削面)に押し付けた状態でカッタヘッドを回転させることにより岩盤等を掘削している(例えば、特許文献1〜4参照)。
In any case, a cutter head is attached to the tip of the excavator in the traveling direction so as to be rotatable along the circumferential direction of the excavator. A plurality of excavating members such as a roller cutter are installed on the front surface of the cutter head. When excavating a tunnel, rock or the like is excavated by rotating the cutter head in a state where the excavating member on the front surface of the cutter head is pressed against a face (excavation surface) (for example, see
ところで、掘削機のカッタヘッドにおいて、前面中央はその外周に比べて切羽に対する掘削性能が低下する。この対策として、カッタヘッドを外周掘削部と中央掘削部との二重構造(デュアルカッタヘッド構造)とし、中央掘削部を外周掘削部とは独立して高速回転可能な構成とすることにより、切羽中央の掘削性能を向上させることができる。 By the way, in the cutter head of the excavator, the excavation performance with respect to the face at the front center is lower than that at the outer periphery. As a countermeasure, the cutter head has a double structure of the outer digging part and the central digging part (dual cutter head structure), and the central digging part is configured to be able to rotate at high speed independently of the outer digging part. Central excavation performance can be improved.
しかし、上記のようなデュアルカッタヘッド構造としても、図17に示すように、カッタヘッド100の前面中央に、ディスク型のローラカッタ101を配置すると、ディスク型のローラカッタ101は軌道が急なため転動不能となる場合も多く、特に硬い岩盤(硬岩)においては、切羽中央の掘削効率が低下してしまう。また、他の問題として、特に、小口径トンネルを掘削する場合、カッタヘッド100の中央掘削部に一定サイズの複数のディスク型のローラカッタ101を配置することが難しい。
However, even with the dual cutter head structure as described above, if the disk-
そこで、この対策として、掘削機の中央掘削部の前面にコーン型のローラカッタを設置して切羽中央の掘削方式を圧砕方式とした。これにより、中央掘削部のローラカッタにかかる推力方向荷重を低減することができ、切羽中央を効率良く掘削することができる。 Therefore, as a countermeasure, a cone-shaped roller cutter was installed in front of the central excavation part of the excavator, and the excavation method at the center of the face was made a crushing method. Thereby, the load in the thrust direction applied to the roller cutter of the central excavation part can be reduced, and the center of the face can be efficiently excavated.
しかし、トンネルの切羽の掘削時において、掘削機の中央掘削部が切羽の突出部(凹凸)により衝撃を受ける結果、中央掘削部のコーン型のローラカッタが破損してしまう問題がある。特に、コーン型のローラカッタの場合は、掘削本体を片持ちで支持する構造なのでディスク型のローラカッタに比べて支持部の機械的強度が低い上、掘削本体に複数の掘削チップを突出させた状態で設置する構造なのでディス型のローラカッタに比べて掘削チップが破損し易い。このため、掘削機のカッタ盤の寿命が短くなる結果、高速掘削施工および長距離掘削施工への対応を阻害する。 However, when excavating the face of the tunnel, the central excavator of the excavator receives an impact due to the protruding portion (unevenness) of the face, and as a result, there is a problem that the cone-shaped roller cutter of the central excavator is damaged. In particular, in the case of a cone-type roller cutter, since the excavating body is supported by a cantilever, the mechanical strength of the supporting portion is lower than that of a disk-type roller cutter, and a plurality of excavating chips are projected from the excavating body. Since the structure is installed in a state, the excavation tip is easily damaged as compared with the disc type roller cutter. For this reason, as a result of shortening the life of the cutter board of the excavator, correspondence to high-speed excavation and long-distance excavation is hindered.
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、掘削機を構成するカッタ盤の寿命を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above technical background, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the life of a cutter panel constituting an excavator.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明の掘削機は、機器本体の前面外周に回転可能な状態で設けられた外周掘削部と、前記外周掘削部の前面中央に前記外周掘削部とは独立して回転可能な状態で設けられた中央掘削部と、を備え、前記外周掘削部は、前記外周掘削部の前面に設けられたディスク型のローラカッタを備え、前記中央掘削部は、前記中央掘削部を回転可能な状態で支持する支持部材と、前記支持部材の前面に回転可能な状態で設けられたコーン型のローラカッタと、前記支持部材に機械的に接続された状態で設けられ、前記コーン型のローラカッタが前記機器本体の軸方向に移動するのを許容することで前記コーン型のローラカッタに対して加わる軸方向の負荷を調整する負荷調整手段と、を備え、前記外周掘削部の前記中央掘削部側は掘削面と反対方向に傾斜した傾斜面に形成され、当該傾斜面に設けられた前記ディスク型のローラカッタは、前記掘削面側の刃先が内側を向くように支持軸が前記掘削面に対して傾斜している、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, an excavator according to the present invention according to
また、請求項2に記載の本発明は、上記請求項1記載の発明において、前記負荷調整手段は、前記支持部材の後方に機械的に接続された油圧シリンダと、前記油圧シリンダに機械的に接続されたアキュムレータと、を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the load adjusting means includes a hydraulic cylinder mechanically connected to the rear of the support member, and a mechanically connected hydraulic cylinder. And a connected accumulator.
また、請求項3に記載の本発明は、上記請求項1または2記載の発明において、前記中央掘削部の少なくとも前記支持部材および前記コーン型のローラカッタを着脱自在の状態で設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, at least the support member and the cone-type roller cutter of the central excavation portion are provided in a detachable state. And
請求項1記載の発明によれば、掘削機の中央掘削部が切羽の突出部(凹凸)により過剰な圧力を受けた場合でも、コーン型のローラカッタを軸方向に沿って機内側に移動させてコーン型のローラカッタに加わる過剰な圧力を緩和することができるので、コーン型のローラカッタの破損を抑制または防止することができる。したがって、掘削機を構成するカッタ盤の寿命を向上させることが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, even when the central excavation portion of the excavator receives excessive pressure due to the protruding portion (unevenness) of the face, the cone-shaped roller cutter is moved inward along the axial direction. As a result, excessive pressure applied to the cone-shaped roller cutter can be relieved, so that damage to the cone-shaped roller cutter can be suppressed or prevented. Therefore, it is possible to improve the life of the cutter panel constituting the excavator.
請求項2記載の発明によれば、掘削機を構成するカッタ盤の中央掘削部のコーン型のローラカッタに加わる負荷を簡単な構造で調整することが可能になる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to adjust the load applied to the cone-shaped roller cutter in the central excavation portion of the cutter panel constituting the excavator with a simple structure.
請求項3記載の発明によれば、掘削機を構成するカッタ盤の中央掘削部のコーン型のローラカッタの点検や交換を安全かつ容易に実施することが可能になる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to safely and easily perform inspection and replacement of the cone-shaped roller cutter in the central excavation portion of the cutter panel that constitutes the excavator.
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, an exemplary embodiment of the invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings for describing the embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted.
まず、本実施の形態の掘削機の構成例について図1〜図6を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る掘削機を側面側から見た一例の概略構成図、図2は図1の掘削機のカッタヘッドの一例の正面図、図3〜図6はそれぞれ図1のI−I線、II−II線、III−III線およびIV−IV線の断面図である。なお、各図には、掘削機1の径方向の中心線Cx,Cyおよび高さ方向の中心線Czを示している。
First, a configuration example of an excavator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of an excavator according to an embodiment of the present invention viewed from a side, FIG. 2 is a front view of an example of a cutter head of the excavator of FIG. 1, and FIGS. FIG. 2 is a sectional view taken along lines II, II-II, III-III and IV-IV in FIG. 1. In each of the drawings, a center line Cx, Cy in the radial direction of the
本実施の形態の掘削機1は、例えば、細長い円柱形状に形成された複胴式シールド型TBMであり、カッタヘッド(カッタ盤)2と、カッタヘッド2を支持する機器本体3とを備えている。
The
カッタヘッド2は、地盤を掘削するための掘削盤であり、機器本体3の先端に左右両方向に回転可能な状態で設置されている。このカッタヘッド2の前面には、図2に示すように、複数個のローラカッタ(掘削部材)4a,4bが回転可能な状態で設置されている。
The
このローラカッタ4a,4bは、トンネルの切羽を掘削する部材である。ここでは、カッタヘッド2の前面中央に、例えば、コーン型のローラカッタ4aが設置され、その外周に、例えば、シングルディスク型の複数のローラカッタ4bが設置されている。
The
また、カッタヘッド2の前面には、その前後面間を貫通する貫通孔5が形成されている。この貫通孔5は、カッタヘッド2により掘削された掘削土砂等を掘削機1内に取り込む孔である。なお、カッタヘッド2の構造については後ほど詳細に説明する。
Further, a through
機器本体3は、例えば、掘削機1の外殻を形成する3つのスキンプレート7a,7b,7cを備えている。これらのスキンプレート7a,7b,7cは、例えば、円筒状の鋼材管により形成されており、掘削機1の軸方向に沿って隣接するもの同士で互いに係合した状態で直列に並設されている。
The equipment
前段のスキンプレート7aにおいて、その前端から機器本体3の内方に後退した位置には、機器本体3内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁8が設置されている。この機器本体3の中空空間内において切羽側(すなわち、カッタヘッド2と隔壁8との間)の下方には、ホッパ9が設置されている。ホッパ9は、カッタヘッド2の貫通孔5を通じて掘削機1内に取り込まれた掘削土砂を一時的に収容する収容部である。
In the
このホッパ9は、排土管10に機械的に接続されている。排土管10は、掘削機1の軸方向に沿って延在し坑外の排土タンク(図示せず)に機械的に接続され、さらにエア併用真空排土方式(バキューム方式)の吸引装置(図示せず)に機械的に接続されている。ホッパ9内に収容された掘削土は、吸引装置により吸引され排土管10を通じて排土タンク内に収容されるようになっている。
The
一方、機器本体3の中空空間において機内側には、前胴グリッパ12、外周駆動部13、方向修正ジャッキ14、推進ジャッキ15、後胴グリッパ16および滑落防止ジャッキ17等が設置されている。
On the other hand, a
前胴グリッパ12は、掘削機1の前部をトンネル内に一時的に固定するための機構部であり、図3に示すように、例えば、スキンプレート7a内においてスキンプレート7aの周方向に沿って4箇所に分散された状態で設置されている。各前胴グリッパ12は、スキンプレート7aの径方向に伸縮可能な固定部材12aを備えており、この固定部材12aを伸ばしてトンネルの抗壁に押し付けることで掘削機1をトンネル内に固定することが可能になっている。
The
外周駆動部13は、カッタヘッド2の後述の外周掘削部2aを回転させる回転駆動手段であり、図1に示すように、回転モータ13aと、伝達ギア13bと、支持シャフト13cとを備えている。回転モータ13aは、例えば、油圧式または電動式の回転駆動源であり、図3に示すように、例えば、スキンプレート7a内において左右対称に2台設置されている。伝達ギア13bは、回転モータ13aの回転駆動力を支持シャフト13cに伝えるギアである。支持シャフト13cは、外周駆動部13とカッタヘッド2の外周掘削部2aとを機械的に接続することでカッタヘッド2の外周掘削部2aを回転可能な状態で支持する部材である。
The outer
方向修正ジャッキ14は、掘削機1の掘削方向を修正する機構部であり、スキンプレート7a,7b内において、スキンプレート7a,7bを連結するようにスキンプレート7a,7bを跨ぐ位置に設置されているとともに、例えば、スキンプレート7a,7bの周方向に沿って4箇所に分散された状態で設置されている。この方向修正ジャッキ14に対して油圧装置から圧油を供給し、スキンプレート7a,7bを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で掘削機1を推進することにより掘削機1の掘削方向を制御することが可能になっている。
The
推進ジャッキ15は、掘削機1を推進させるための機構部であり、スキンプレート7b,7c内において、スキンプレート7b,7cを連結するようにスキンプレート7b,7cを跨ぐ位置に設置されているとともに、図4に示すように、例えば、スキンプレート7b,7cの周方向に沿って4箇所に分散された状態で設置されている。各推進ジャッキ15は、掘削機1の軸方向に沿って伸縮可能な構成になっている。
The
後胴グリッパ16は、掘削施工時に掘削機1の後部をトンネルに一時的に固定することで推進反力を得るための機構部であり、図5に示すように、例えば、掘削機1の後部のスキンプレート7c内に設置されている。各後胴グリッパ16は、スキンプレート7cの径方向に伸縮可能な固定部材16aを備えており、この固定部材16aを伸ばしてトンネルの坑壁に押し付けることで掘削機1をトンネル内に一時的に固定することが可能になっている。
The
滑落防止ジャッキ17は、掘削機1の滑落を防止する機構部であり、掘削機1の軸方向に沿って伸縮可能な状態で掘削機1の後部に設置されている。滑落防止ジャッキ17は、図5および図6に示すように、例えば、スキンプレート7c内において下部の2箇所に設置されている。これにより、地質不良部において後胴グリッパ16による反力確保が困難な場合に、掘削機1の後方に設置されたセグメントSGに対して滑落防止ジャッキ17を押し付けることで反力を得ることが可能になっている。このように地質の状態等に応じて、掘削機1の推進反力の取り方を変えることができるので、トンネルを安全にしかも短期間で形成することができる。
The slip-
次に、カッタヘッド2の構造の一例について図1〜図3、図7〜図10を参照して説明する。図7は図1の掘削機のカッタヘッドおよび前胴部の斜視図、図8は図7のV−V線の断面図、図9は図7のVI−VI線の断面図、図10は図1の掘削機の負荷調整機構部の拡大断面図である。
Next, an example of the structure of the
カッタヘッド2は、その前面外周の外周掘削部2aと、カッタヘッド2の前面中央の中央掘削部2bとを備えている。外周掘削部2aは、切羽の面内外周部の掘削に寄与する部分であり、カッタヘッド2の外周部分で構成されている。外周掘削部2aは、上記外周駆動部13によって左右両方向に回転可能な状態とされている。この外周掘削部2aの前面(切羽に対向する面)には、図2および図7に示すように、複数個のディスク型のローラカッタ4bが、その外周の刃先を切羽側に向けて回転自在の状態で設置されている。ディスク型のローラカッタ4bの直径は、例えば、40cm程度である。
The
カッタヘッド2の前面中央には、図1、図2、図8および図9に示すように、カッタヘッド2の前後面を貫通する貫通孔2cが形成されており、その貫通孔2c内には、中央掘削部2bが設置されている。この中央掘削部2bは、切羽の面内中央部の掘削に寄与する部分であり、外周掘削部2aとは独立して左右両方向に回転可能な状態で設置されている。このように本実施の形態の掘削機1においては、中央掘削部2bを外周掘削部2aに対して独立して回転駆動可能な状態で設けたことにより、異なる掘削メカニズムにおいて切羽の面内中央の掘削性を向上させることができる。
At the center of the front surface of the
このような中央掘削部2bは、支持部材20と、コーン型のローラカッタ4aと、中央駆動部21と、負荷調整機構部(負荷調整手段)22とを備えている。支持部材20は、中央掘削部2bを回転可能な状態で支持する部材である。この支持部材20は、例えば、円柱形状に形成されており、カッタヘッド2の前面中央の貫通孔2cおよびその後方の円筒管23内に回転可能な状態で設置されている。なお、円筒管23は、貫通孔2cと中心軸を一致させた状態でカッタヘッド2の後方のスキンプレート7a内に設置されている。この円筒管23の内周と支持部材20の外周との間には、リング状のシール部材24が介在されている。
The
この支持部材20の軸方向の前端面(切羽に対向する面)には、例えば、円錐形状の2個のコーン型のローラカッタ4a,4aが、その各々の頂点を中央掘削部2bの中心に向け、かつ、その各々の外周面が切羽(掘削面)に対向するようにコーン型のローラカッタ4a,4aの支持軸を切羽に対して傾けた状態で設置されている。また、各コーン型のローラカッタ4a,4aは、支持軸を中心に回転自在の状態で片持ち支持されている。各コーン型のローラカッタ4aは、円錐形状のドラムに超硬合金製等の複数の掘削チップ4a1を埋め込むことで構成されている。このように本実施の形態の掘削機1においては、切羽の面内中央に対する掘削方式をディスク型のローラカッタによる剥離破砕方式とするのではなく、コーン型のローラカッタによる圧砕方式にすることにより、中央掘削部2bに掛かる推力方向荷重を低減することができるので、掘進停止を防止することができる。このため、掘削機1の切羽の面内中央の掘削性を向上させることができ、掘削効率を向上させることができるので、高速掘削施工を実現することができ、工期の短縮を実現することができる。また、中央掘削部2bにディスク型のローラカッタを配置するのは困難であるが(図17参照)、コーン型のローラカッタ4aを配置したことにより掘削部材の配置上の問題も解消することができる。ただし、コーン型のローラカッタ4aの配置個数は2個に限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば、3個でも良い。
For example, two cone-shaped cone-shaped
一方、支持部材20の軸方向の後端面には、中央駆動部21が機械的に接続されている。中央駆動部21は、中央掘削部2bを外周掘削部2aとは独立した状態で回転させる回転モータで構成されている。この中央駆動部21は、例えば、油圧式または電動式の回転駆動源であり、外周駆動部13の回転モータ13aよりも高速回転可能な構成になっている。掘削時においては、外周掘削部2aの外周の周速度と、中央掘削部2bの外周の周速度とが一致するように外周駆動部13と中央駆動部21の回転速度を設定する。
On the other hand, a
また、支持部材20の軸方向の後端部には、図8および図9に示すように、小径部20aが形成されており、その外周に沿って段差部20bが形成されている。この支持部材20の軸方向の後端部には、図3、図8および図9に示すように、平面リング状の支持板25が支持部材20の軸方向に移動可能な状態で嵌め込まれている。この支持板25の内周部は、支持部材20の段差部20bに重なるように支持部材20の小径部20aまで延在しているが、支持部材20の回転を阻害しないように、支持部材20(小径部20aおよび段差部20b)には接合されてはいない。支持板25の外周において中央の開口部を挟んで対称位置には、支持板25の中心方向に延びる凹部が形成されている。一方、支持部材20の後端部の外周に位置する枠体26において支持部材20を挟んで対称位置には、図3および図9に示すように、掘削機1の軸方向に延在する一対のガイド板27,27が立設されている。支持板25は、その中央の開口部内に支持部材20の小径部20aを嵌め込むとともに、支持板25の外周の各々の凹部にガイド板27,27を嵌め込むことで支持部材20の軸方向に沿って移動可能な状態で支持されている。
8 and 9, a
さらに、支持部材20の軸方向の後端部の外周近傍には、図1および図8に示すように、例えば、2個の負荷調整機構部22が上下対称に設置されている。各負荷調整機構部22,22は、コーン型のローラカッタ4aが機器本体3の軸方向に移動するのを許容することでコーン型のローラカッタ4aに対して加わる軸方向の負荷を調整する手段である。各負荷調整機構部22は、それぞれ油圧シリンダ22ac,22acと、アキュムレータ22b,22bとを備えている。これにより、掘削機1を構成するカッタヘッド2の中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aに加わる負荷を簡単な構造で調整することができる。
Further, in the vicinity of the outer periphery of the rear end portion in the axial direction of the
図8および図10に示すように、油圧シリンダ22aは、シリンダ22acと、プランジャ22apと、作動油22afとを備えている。各油圧シリンダ22a,22aのシリンダ22ac,22acは、共通の支持板25に接続されている。このように2つのシリンダ22ac,22acを共通の支持板25に接続したことにより、2つのシリンダ22ac,22acを支持部材20の軸方向に沿ってスムーズに移動させることができる。
As shown in FIGS. 8 and 10, the
また、シリンダ22ac,22acは、着脱自在の状態で支持板25に接続されている。そして、コーン型のローラカッタ4a、支持部材20および中央駆動部21が着脱自在の状態で設置されており、これらを一体として機内側から取り出したり、装着したりすることが可能になっている。これにより、コーン型のローラカッタ4aの点検や交換作業の際に、コーン型のローラカッタ4a、支持部材20および中央駆動部21のみを機内側から取り出すことができるので、安全かつ簡単にコーン型のローラカッタ4aの点検や交換を実施することができる。したがって、工期の短縮を実現することができるとともに、長距離掘削作業にも柔軟に対応することができる。
The cylinders 22ac, 22ac are detachably connected to the
このような油圧シリンダ22a,22aのシリンダ22ac,22ac内には、作動油22afが充填されているとともに、プランジャ22ap,22apの一部がシリンダ22acの軸方向に沿って摺動可能な状態で収容されている。ここでは、プランジャ22ap,22apにおいてシリンダ22ac,22acの外部に突出した部分が枠体26に固定されているので、シリンダ22ac,22acが軸方向に沿って移動可能な状態で設置されている。なお、プランジャ22apを着脱自在にすることで、中央掘削部2b(コーン型のローラカッタ4a、支持部材20、中央駆動部21および負荷調整機構部22)全体を着脱自在にしても良い。
Hydraulic oil 22af is filled in the cylinders 22ac of the
一方、図10に示すように、アキュムレータ22bは、気体が油圧により圧縮される性質を利用した作動機器である。アキュムレータ22bを構成する本体部22bbの中空室22brは、上記した油圧シリンダ22aの作動油22afが流入することが可能なように連通管22cを通じてシリンダ22acの室内と接続されている。なお、連通管22cには、作動油22afの供給排出に作用する給排油弁が設けられている。
On the other hand, as shown in FIG. 10, the
また、本体部22bbの中空室22br内には、プラダ22bpが収容されている。プラダ22bpは、例えば、ゴムのような可撓性部材からなり、その内部には封入口22bfを通じて窒素ガス等のような気体が充填されている。このプラダ22bpは、その内部に充填された気体と中空室22br内に流入した作動油22afとを分離する隔膜であり、プラダ22bp内の気体の圧縮比で圧油の貯蓄を行うようになっている。なお、封入口22bfには給気弁が設置されている。 Further, a prada 22bp is accommodated in the hollow chamber 22br of the main body 22bb. The prada 22bp is made of, for example, a flexible member such as rubber, and the inside thereof is filled with a gas such as nitrogen gas through the sealing port 22bf. The prada 22bp is a diaphragm that separates the gas filled therein from the working oil 22af that has flowed into the hollow chamber 22br, and stores the pressurized oil at a compression ratio of the gas in the ladder 22bp. I have. Note that an air supply valve is provided in the sealing port 22bf.
ここで、負荷調整機構部22の動作例について図10〜図12を参照して説明する。図11は図10の負荷調整機構部において油圧シリンダのシリンダ室内の圧力が高まった場合の拡大断面図、図12は図10の負荷調整機構部において油圧シリンダのシリンダ室内の圧力が下がった場合の拡大断面図である。
Here, an operation example of the load
まず、図10は初期設定状態のアキュムレータ22bを示している。この状態では、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aに対して、掘削機1の機内に向かって軸方向に力が加わっていない。この場合は、アキュムレータ22bのプラダ22bpが本体部22bbの中空室22br内に膨らんでいる。このため、油圧シリンダ22aのシリンダ22ac内の油圧によって支持部材20の軸方向の移動が押さえられている。これにより、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aが切羽に対して充分な圧力で当たり切羽を良好に掘削することができる。このため、掘削機1の切羽の面内中央の掘削性を向上させることができ、掘削効率を向上させることができる。
First, FIG. 10 shows the
続いて、図11に示すように、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aに対して、掘削機1の機内に向かって軸方向に力が加わった場合に、その力がアキュムレータ22bのプラダ22bp内の気体の封入圧力より小さい場合は、油圧シリンダ22aのシリンダ22ac内の油圧により支持部材20の軸方向の移動が押さえられる。一方、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aに対して、掘削機1の機内に向かって軸方向にアキュムレータ22bのプラダ22bp内の気体の封入圧力以上の過剰な圧力が加わると、プラダ22bp内の気体が圧縮されるとともに、シリンダ22ac内の作動油22afがアキュムレータ22bの中空室22br内に流れ込む。これにより、シリンダ22ac内の油圧が低下するのでシリンダ22ac内の油圧による支持部材20の抑止力が解除される結果、支持部材20およびコーン型のローラカッタ4aも機内側に向かって移動する。このように本実施の形態においては、掘削機1の中央掘削部2bが切羽の突出部(凹凸)により過剰な圧力を受けた場合でも、コーン型のローラカッタ4aを軸方向に沿って機内側に移動させることができ、コーン型のローラカッタ4aに加わる過剰な圧力を緩和することができるので、コーン型のローラカッタ4aの破損を抑制または防止することができる。したがって、掘削機1のカッタヘッド2の寿命を向上させることができるので、工期の短縮を実現することができるとともに、長距離掘削作業にも柔軟に対応することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, when a force is applied to the cone-shaped
続いて、図12に示すように、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aに対し、掘削機1の機内に向かって軸方向に加わる力が弱まりアキュムレータ22bのプラダ22bp内の封入圧力より下がると、アキュムレータ22bのプラダ22bp内の気体が膨張し、中空室22br内の作動油22afがシリンダ22ac室内に流入する。これにより、シリンダ22ac内に流入した作動油22afの油圧でシリンダ22acが元の位置に移動するので、シリンダ22acに接続された支持板25も元の位置に移動する。このため、支持板25に係合された支持部材20も元の位置に移動する。これにより、中央掘削部2bのコーン型のローラカッタ4aが切羽に対して充分な圧力で当たり切羽を良好に掘削することができる。このため、掘削機1の切羽の面内中央の掘削性を向上させることができ、掘削効率を向上させることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the force applied to the cone-shaped
次に、本実施の形態のトンネル掘削方法の一例について図13〜図15を参照して説明する。図13〜図15はトンネル掘削処理工程中の掘削機1の断面図である。なお、図中の符号SGはセグメントを示している。また、図13および図15では、説明上、後胴グリッパ16の固定部材16aを掘削機1の上下に示している。
Next, an example of the tunnel excavation method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 15 are sectional views of the
ここでは、例えば、中小水力発電用の水路(水圧管路、導水路または放水路等)や広域ガスパイプライン等のような小口径上向き斜方トンネルの掘削作業を一例として説明する。岩盤強度は、例えば、100MPa以上、掘削外径は、例えば、1500〜2500mm、掘削延長は、例えば、1000m以上である。 Here, for example, an excavation work of a small-diameter upward oblique tunnel such as a water channel for small and medium-sized hydroelectric power generation (a hydraulic pipeline, a headrace channel or a discharge channel), a wide-area gas pipeline, or the like will be described as an example. The rock strength is, for example, 100 MPa or more, the excavation outer diameter is, for example, 1500 to 2500 mm, and the excavation extension is, for example, 1000 m or more.
まず、図13(a)に示すように、掘削機1の後胴グリッパ16の固定部材16aを掘削機1の外周から外方に向かって伸ばしトンネルの坑壁に押し当てるとともに、掘削機1の後部の滑落防止ジャッキ17をセグメントSGに押し当てる。これにより、掘削機1をトンネル内に固定する。
First, as shown in FIG. 13A, the fixing
続いて、図13(b)に示すように、推進ジャッキ15を掘削機1の軸方向前方に伸ばし、カッタヘッド2の前面のローラカッタ4を地盤に押し付けた状態でカッタヘッド2の外周掘削部2aおよび中央掘削部2bを回転させることによりトンネルの切羽の地盤を掘削する。この際、外周掘削部2aおよび中央掘削部2bの周速度を一致させるように設定する。
Subsequently, as shown in FIG. 13B, the
次いで、掘削機1の推進ジャッキ15が伸びきったところでカッタヘッド2の外周掘削部2aおよび中央掘削部2bの回転を停止し、後胴グリッパ16で反力を得たまま、図14(a)に示すように、前胴グリッパ12の固定部材12aを掘削機1の外周から外方に伸ばしてトンネルの坑壁に押し当てることにより掘削機1を固定する。
Next, when the
続いて、後胴グリッパ16の固定部材16aを掘削機1内に向かって縮めて後胴グリッパ16による固定状態を解除した後、図14(b)に示すように、掘削機1の推進ジャッキ15を縮めて掘削機1の後部のスキンプレート7cを前方のスキンプレート7a,7b側に引き寄せるとともに、掘削機1の滑落を防止するための滑落防止ジャッキ17を掘削機1の軸方向後方に伸ばしてスキンプレート7cを前方に推し進める。
Subsequently, the fixing
次いで、図15(a)に示すように、前胴グリッパ12で掘削機1を固定したまま、後胴グリッパ16の固定部材16aをトンネルの抗壁に向かって伸ばし抗壁に押し当てて掘削機1を固定する。
Next, as shown in FIG. 15A, while the
続いて、前胴グリッパ12および後胴グリッパ16で掘削機1を固定した状態で滑落防止ジャッキ17を縮めて、その滑落防止ジャッキ17の後方の空き領域に新たなセグメントSGを設置する。
Subsequently, with the
その後、図15(b)に示すように、前胴グリッパ12の固定部材12aを掘削機1内に向かって縮めて前胴グリッパ12による掘削機1の固定状態を解除する。その後、図13〜図15で説明した作業を繰り返すことによりトンネルの全体を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 15B, the fixing
このように本実施の形態においては、斜方トンネルであっても安全かつ高速に掘削作業を実施することができる。また、カッタヘッド2の中央に、外周掘削部2aに対して独立して回転駆動可能な中央掘削部2bを設けたことにより、切羽の掘削性を向上させることができる。また、カッタヘッド2の中央掘削部2bの前面にコーン型のローラカッタ4aを設置したことにより、掘削機1の掘進停止を防止することができるので、掘削機1の切羽の掘削効率を向上させることができる。さらに、掘削機1の中央掘削部2bが切羽の突出部(凹凸)により過剰な圧力を受けた場合でも、コーン型のローラカッタ4aを軸方向に沿って機内側に移動させることができ、コーン型のローラカッタ4aに加わる過剰な圧力を緩和することができるので、コーン型のローラカッタ4aの破損を抑制または防止することができる。これらにより、掘削作業の工期の短縮を実現することができるとともに、長距離掘削作業にも柔軟に対応することができる。
As described above, in the present embodiment, excavation work can be performed safely and at high speed even in an oblique tunnel. In addition, by providing a
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。 As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the embodiment disclosed in the present specification is an example in all points, and is limited to the disclosed technology. Not something. That is, the technical scope of the present invention is not to be interpreted in a limited manner based on the description in the above embodiment, but should be interpreted in accordance with the description of the claims. And any modifications that do not depart from the gist of the claims and the technology equivalent to the described technology.
例えば、掘削機1のカッタヘッド2の中央掘削部2bを掘削機1の軸方向に沿って前後に移動させることが可能な構成としても良い。この場合、例えば、図16に示すように、掘削機1の初期段階において、プランジャ22apのフランジ頭部の端面とシリンダ22acの内壁面との間に空間を設けておくとともに、枠体26とこれに対向するシリンダ2acの先端面との間に空間を空けておく。また、シリンダ22acの室内に作動油22afを供給するための連通管30をシリンダ22acに設けるとともに、その連通管30に制御バルブを設けておく。また、アキュムレータ22b側の連通管22cに制御バルブを設けておく。中央掘削部2bを突出させたい場合は、アキュムレータ22b側の連通管22cを制御バルブにより閉じた後、矢印PPに示すように、連通管30を通じて作動油22afをシリンダ22acの室内に供給する。すると、油圧によりシリンダ22acが図16の左方向に移動するので、シリンダ22acに接続された支持板25も図16の左方向に移動する。その結果、支持板25によって中央掘削部2bの後部が左方向に押され、中央掘削部2bの先端部が切羽側に突出する。これにより、例えば、地山の状態により切羽の中央部のみを中央掘削部2bによって先行して掘削するなど、地山に応じた掘削を実施することができる。なお、アキュムレータ22bを動作させる状況では、連通管30側の制御バルブを閉じておく。また、図16ではアキュムレータ22bの機構部と中央掘削部2bの突出機構部とを共有させているが、これに限定されるものではなく、中央掘削部2bの突出後退用の油圧機構部を中央掘削部2bの後方にアキュムレータ22bとは別個に設けても良い。
For example, a configuration is possible in which the
本発明は、TBMに適用することに限定されるものではなく、例えば、推進工法またはシールド工法で用いる掘削機に適用することもできる。 The present invention is not limited to the application to the TBM, but can be applied to, for example, an excavator used in a propulsion method or a shield method.
1 掘削機
2 カッタヘッド
2a 外周掘削部
2b 中央掘削部
2c 貫通孔
3 機器本体
4a コーン型のローラカッタ
4a1 掘削チップ
4b ディスク型のローラカッタ
5 貫通孔
7a,7b,7c スキンプレート
8 隔壁
9 ホッパ
10 排土管
12 前胴グリッパ
12a 固定部材
13 カッタ駆動部
13a 回転モータ
13b 伝達ギア
13c 支持シャフト
14 方向修正ジャッキ
15 推進ジャッキ
16 後胴グリッパ
16a 固定部材
17 滑落防止ジャッキ
20 支持部材
20a 小径部
20b 段差部
21 中央駆動部
22 負荷調整機構部
22a 油圧シリンダ
22ac シリンダ
22ap プランジャ
22af 作動油
22b アキュムレータ
22bb 本体部
22bp プラダ
22bf 封入口
22c 連通管
23 円筒管
24 シール部材
25 支持板
26 枠体
27 ガイド板
30 連通管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記外周掘削部の前面中央に前記外周掘削部とは独立して回転可能な状態で設けられた中央掘削部と、
を備え、
前記外周掘削部は、
前記外周掘削部の前面に設けられたディスク型のローラカッタを備え、
前記中央掘削部は、
前記中央掘削部を回転可能な状態で支持する支持部材と、
前記支持部材の前面に回転可能な状態で設けられたコーン型のローラカッタと、
前記支持部材に機械的に接続された状態で設けられ、前記コーン型のローラカッタが前記機器本体の軸方向に移動するのを許容することで前記コーン型のローラカッタに対して加わる軸方向の負荷を調整する負荷調整手段と、
を備え、
前記外周掘削部の前記中央掘削部側は掘削面と反対方向に傾斜した傾斜面に形成され、当該傾斜面に設けられた前記ディスク型のローラカッタは、前記掘削面側の刃先が内側を向くように支持軸が前記掘削面に対して傾斜している、
ことを特徴とする掘削機。 An outer peripheral excavation part rotatably provided on the outer periphery of the front surface of the equipment body,
A central excavation portion provided at a front center of the outer peripheral excavation portion so as to be rotatable independently of the outer peripheral excavation portion,
With
The outer peripheral excavation part,
A disk-type roller cutter provided on the front surface of the outer peripheral excavation portion,
The central excavation part,
A support member for supporting the central excavation portion in a rotatable state,
A cone-shaped roller cutter rotatably provided on the front surface of the support member,
The cone-type roller cutter is provided in a state of being mechanically connected to the support member, and is configured to allow the cone-type roller cutter to move in the axial direction of the device main body, so that an axial direction applied to the cone-type roller cutter is increased. Load adjusting means for adjusting the load;
Equipped with a,
The central excavation portion side of the outer peripheral excavation portion is formed on an inclined surface inclined in a direction opposite to the excavation surface, and the disc type roller cutter provided on the inclined surface has a cutting edge on the excavation surface side facing inward. So that the support shaft is inclined with respect to the excavation surface,
An excavator, characterized in that:
前記支持部材の後方に機械的に接続された油圧シリンダと、
前記油圧シリンダに機械的に接続されたアキュムレータと、
を備えることを特徴とする請求項1記載の掘削機。 The load adjusting means includes:
A hydraulic cylinder mechanically connected behind the support member,
An accumulator mechanically connected to the hydraulic cylinder,
The excavator according to claim 1, further comprising:
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