説明

トンネル作業台車

【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。

【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

【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。

【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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【公開番号】特開2009−41198(P2009−41198A)
【公開日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−204558(P2007−204558)
【出願日】平成19年8月6日(2007.8.6)
【出願人】(594149398)古河ロックドリル株式会社 (50)