トンネル掘削機のセグメント組立装置
【課題】大型の掘削断面形状に十分対応することができると共に、種々の掘削断面形状のセグメントの組立が容易に行える、信用性の高いトンネル掘削機のセグメント組立装置を提供する。
【解決手段】任意の掘削断面を有する手掘り式シールド掘削機の掘削機本体１０内周に断面Ｔ字状のレール１５を環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラ１６，１７，１８を備えたエレクター装置本体２０を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列２３にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケット２５を噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体１０に前記エレクター装置本体２０の落下を防止する伸縮可能なストッパー５０を設けた。
【解決手段】任意の掘削断面を有する手掘り式シールド掘削機の掘削機本体１０内周に断面Ｔ字状のレール１５を環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラ１６，１７，１８を備えたエレクター装置本体２０を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列２３にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケット２５を噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体１０に前記エレクター装置本体２０の落下を防止する伸縮可能なストッパー５０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機等トンネル掘削機におけるモノレール（モノラック）式のセグメント組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シールド掘削機において、掘削されたトンネルの内周をセグメントリングにより一次覆工することが良く知られており、その際のセグメント組立装置としても、リング式、ラックアンドピニオン式や中空軸式等各種構造のものが提案されている。
【０００３】
そして、近年では、例えば片道３車線以上の幅を有するトンネル施工の要請が多いが、これらの広幅のトンネルを真円型のシールド掘削機で掘削すると、トンネルの上頂部及び下頂部等の不必要な部分の掘削容積が著しく増大してしまい効率が悪い。
【０００４】
そこで、掘削断面形状を楕円形、複合円形又は矩形等（何れも非円形）とすることが考えられ、その際のセグメント組立装置においても、掘削断面形状に沿ってセグメントを組み立てられるようにしたものが特許文献１〜特許文献３で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−３１８７００号公報
【特許文献２】実公平６−９１１５号公報
【特許文献３】特許第２６６１８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたセグメント組立装置にあっては、レール上を走行する旋回フレームエレクタは、レールに沿って敷設されたギアに噛み合うピニオンの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、セグメントピースを把持するフレームがサポートジャッキの他に伸縮ジャッキにより昇降するだけの機構を有するので、動作数が少ないことから各種の掘削断面形状に対応するには限界があり、汎用性に欠けると共に、旋回フレームエレクタの落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたセグメント組立装置にあっては、ガイドレール上を走行するエレクター装置本体は、ガイドレールに沿って敷設されたラックに噛み合うピニオンの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、セグメントピースを把持するセグメント把持機構が振れ止めジャッキの他に油圧シリンダにより伸縮するだけの機構を有するので、動作数が少ないことから各種の掘削断面形状に対応するには限界があり、汎用性に欠けると共に、エレクター装置本体の落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献３に開示されたセグメント組立装置にあっては、矩形ガイドレール上を走行する左右一対の走行フレームは、ガイドレールに沿って敷設されたチェーンラックに噛み合うスプロケットの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、左右一対の走行フレームに跨がって回動自在に支持されたエレクターフレームにシールド軸心方向に移動自在で、かつ矩形ガイドレールの法線方向および接線方向に移動自在な保持フレームを設けたので、構造が大型化し、かつ掘削断面形状が矩形に限定されて汎用性に欠けると共に、走行フレームの落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、大型の掘削断面形状に十分対応することができると共に、種々の掘削断面形状のセグメントの組立が容易に行える、信用性の高いトンネル掘削機のセグメント組立装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置は、
任意の掘削断面を有するトンネル掘削機の掘削機本体内周に断面Ｔ字状のレールを環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラを備えたエレクター装置本体を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケットを噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体に前記エレクター装置本体の落下を防止する安全装置を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、
前記安全装置として、掘削機本体におけるリングガーダー部の左右両側部に、所要時に内方へ突出してエレクター装置本体に係合可能なストッパーを、周方向に所定間隔離間して複数個設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、
前記各ストッパーは、制御手段により、エレクター装置本体の走行状態に応じて、エレクター装置本体の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体の直後に位置するストッパーのみが突出するように制御されることを特徴とする。
【００１３】
また、
前記各ストッパーは、突出限界位置でエレクター装置本体の底部に付設した補強リブと係合可能になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置によれば、ピンローラ列とスプロケットの噛み合いによる駆動機構により、搬送荷重の増大が図れ大型の掘削断面形状に十分対応することができると共に、円形に限らず楕円形、複合円形又は矩形等種々の掘削断面形状のセグメントの組立が容易に行える。一方、安全装置によりエレクター装置本体の落下が防止されるので、装置に対する信用性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例を示すシールド掘削機の要部側面図である。
【図２】セグメントの正面図である。
【図３】掘削機本体の背面図である。
【図４】セグメント組立装置の側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】２段式の昇降装置の作用状態を示す側面図である。
【図９】セグメント組立装置の作用状態を示す背面図である。
【図１０】セグメント組立装置の異なった作用状態を示す背面図である。
【図１１】安全装置の全体を示す掘削機本体の背面図である。
【図１２】図１１の要部拡大図である。
【図１３】ストッパーの構造説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明の一実施例を示すシールド掘削機の要部側面図、図２はセグメントの正面図、図３は掘削機本体の背面図、図４はセグメント組立装置の側断面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図、図７は図４のＣ−Ｃ線断面図、図８は２段式の昇降装置の作用状態を示す側面図、図９はセグメント組立装置の作用状態を示す背面図、図１０はセグメント組立装置の異なった作用状態を示す背面図、図１１は安全装置の全体を示す掘削機本体の背面図、図１２は図１１の要部拡大図、図１３はストッパーの構造説明図である。
【００１８】
図１乃至図３に示すように、例えば矩形の掘削断面を有する手掘り式シールド掘削機（トンネル掘削機）の掘削機本体１０を構成するリングガーダー部１０ａの内周にセグメント組立装置１１が組み付けられ、このセグメント組立装置１１により掘削機本体１０のテール部（テールスキンプレート）１０ｂの内周にセグメントＳがリング状に組み立てられる。
【００１９】
前記セグメントＳは、長さや形がバラバラの８個のセグメントピースＳ１〜Ｓ８により、前記テール部（テールスキンプレート）１０ｂの内周に沿って矩形状に組み立てられる（図２参照）。尚、図１中１２は既設セグメントＳに反力をとって掘削機本体１０を前進（掘進）させるシールドジャッキ、１３は掘削土砂を排出するベルトコンベヤ、１４はリング状に組み立てられたセグメントＳの形状保持装置である。
【００２０】
前記セグメント組立装置１１は、リングガーダー部１０ａの内周に断面Ｔ字状のレール１５を環状に敷設し、該レール１５上を断面視で上下、左右のガイドローラ１６、１７、１８（図４参照）を介してエレクター装置本体２０が走行可能に構成されてなる。
【００２１】
前記レール１５は、その縦板部１５ａの基端部においてリングガーダー部１０ａの内周に立設した前後一対の二重ブラケット２１間にボルト２２で結合される（図４参照）と共に、その横板部１５ｂの上面（レール１５の内周面）にピンローラ列２３がレール１５の全長に亙って添設される。ピンローラ列２３は、横板部１５ｂの上面において前後方向中間部に立設された前後一対の支持板２３ａ間に多数のピンローラ２３ｂが長手方向に所定間隔離間して回動自在にピン支持されてなる。
【００２２】
尚、横板部１５ｂの正面視の形状は楕円形に形成される。従って、矩形状のリングガーダー部１０ａの内周と取り合う縦板部１５ａの高さはコーナー部において一般部より高い設定になる。また、横板部１５ｂの円弧状部は複数の円弧の組み合わせで設計され、可及的に滑らかに連続する走行路（面）が得られるようになっている。即ち、横板部１５ｂに添設されるピンローラ列２３に対して後述するスプロケット２５が円滑に噛み合うようになっているのである。
【００２３】
前記エレクター装置本体２０は、図４乃至図７に示すように、その筺体部２４に回動自在に支持されてレール１５における横板部１５ｂの断面視で上下面を転動する８個の走行用ガイドローラ１６と、横板部１５の断面視で左右面を転動する４個のスラスト用ガイドローラ１７と、レール１５における縦板部１５ａの左右面を転動する４個のスラスト用ガイドローラ１８とにより走行可能に支持される。
【００２４】
そして、前記筺体部２４には、前述したピンローラ列２３に噛み合う単一のスプロケット２５が回動自在に支持されると共に、その回転軸２６の一端が筺体部２４の後面側において左右一対のギアトレイン２７ａ，２７ｂを介して左右一対の走行油圧モータ２８ａ，２８ｂにそれぞれ連結されている。尚、図中２９はオイルタンクで、３０ａ，３０ｂはオイルタンク２９内の作動油を走行油圧モータ２８ａ，２８ｂに供給するパワーユニットである。また、１３０ａ，１３０ｂは後述する昇降ジャッキの伸縮に伴うオイルの出入りを吸収する補助タンクである。
【００２５】
前記筺体部２４の後面側には、セグメントピース把持機構３１を昇降させる２段式の昇降装置３２が備えられると共に、該昇降装置３２にセグメントピース把持機構３１を掘削機本体軸心と直交する面内でスイングさせるスイング機構３３（図５参照）が設けられる。
【００２６】
前記昇降装置３２は、基台３４に複数のリニアガイド３５を介して第１昇降台３６が両者３４，３６間に介装された左右一対の第１昇降ジャッキ３７ａ，３７ｂの伸縮作動により昇降可能に支持されると共に、この第１昇降台３６に複数のリニアガイド３８を介して第２昇降台３９が両者３６，３９間に介装された左右一対の第２昇降ジャッキ４０ａ，４０ｂの伸縮作動により昇降可能に支持される。
【００２７】
前記第１昇降台３６は、前後方向に２分割され、そのうちの前側昇降台部３６ａの後面側に付設された円形突部４１に後側昇降台部３６ｂの前面側に付設されたリング状部４２が回動自在に嵌合され、両者３６ａ，３６ｂ間に介装された左右一対のスイングジャッキ４３ａ、４３ｂの相反的な伸縮作動により、後側昇降台部３６ｂが掘削機本体軸心と直交する面内でスイング可能になっている。すなわち、セグメントピース把持機構３１のスイング機構３３が構成されるのである（図５参照）。
【００２８】
そして、前記第２昇降台３９の後面側にセグメントピース把持機構３１が配設される。このセグメントピース把持機構３１は、前記第２昇降台３９に左右一対のガイドポスト４４ａ，４４ｂを介してグリッパー４５が両者３９，４５に介装されたスライドジャッキ４６の伸縮作動により前後方向へ摺動可能に支持されてなる。
【００２９】
前記グリッパー４５には、前後一対のピン支持ブラケット４７の左右両側に位置して前後一対のサポートジャッキ４８が配設される。尚、図３中４９は前記ピン支持ブラケット４７にピン結合される各セグメントピースＳ１〜Ｓ８の吊り金具である。
【００３０】
また、掘削機本体１０には、図１１乃至図１３に示すように、エレクター装置本体２０の落下を防止する安全装置として、リングガーダー部１０ａの左右両側部（短辺部）に周方向に所定間隔離間して複数個（図示例では５個）のストッパー５０が配設される。
【００３１】
前記ストッパー５０は、リングガーダー部１０ａに所定の角度を有してボルト５１で結合された鍔付き筒状のケーシング５２に有頂二重筒状の可動体５３が、その内筒部５３ａとケーシング５２の底部との間に設けられたシリンダ部５４に対する圧油の給排により、出没（伸縮）可能に収装されてなる。また、ケーシング５２に穿設された長孔５２ａと可動体５３の外筒部５３ｂに突設したピン５５とで可動体５３の突出限界（伸限）位置が規制されている（図１３参照）。
【００３２】
前記各ストッパー５０における可動体５３の伸限位置では、エレクター装置本体２０における筺体部２４の底部に付設した複数の補強リブ２４ａのうちの最前部（エレクター装置本体２０が落下しようとする方向における）のものと係合可能になっている（図１２における可動体５３の鎖線状態参照）。
【００３３】
尚、ストッパー５０の作動タイミングは、マイクロコンピュータ等の制御手段を用いて、エレクター装置本体２０の走行状態に応じて、例えばエレクター装置本体２０の駆動装置等の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体２０の直後に位置するストッパー５０のみを作動（可動体５３を突出）させても良いし、全てのストッパー５０を一斉に作動（可動体５３を突出）させても良い。
【００３４】
このように構成されるため、シールドジャッキ１２を伸ばして掘削機本体１０を、トンネルの長手方向に複数リングに亙って組み立てられたセグメントＳに反力をとって、前進（掘進）させることで、前方の地盤が掘削され、この掘削された土砂はベルトコンベヤ１３等によって外部に排出される。
【００３５】
この掘削機本体１０の前進（掘進）に同期して、セグメント組立装置１１及び形状保持装置１４によりセグメントＳをリング状に組み立てると共にその形状の保持を行なう。この繰り返しによって、掘削断面形状が矩形のトンネルが所定の長さに亙って掘削・形成されることになる。
【００３６】
そして、本実施例では、前述したセグメント組立装置１１によりトンネルの掘削断面形状と相似形のセグメントＳを組み立てる際には、矩形のリングガーダー部１０の内周に沿う、断面Ｔ字状で楕円形のレール１５上をエレクター装置本体２０が走行することになる。
【００３７】
この際、エレクター装置本体２０は、左右一対の走行油圧モータ２８ａ，２８ｂにより回転駆動されるスプロケット２５がレール１５上に添設されたピンローラ列２３と噛み合うことで自走可能となるので、ラックアンドピニオン方式や走行スプロケット−チェーンラック方式等の駆動装置と比較してはるかに接線力が大きいことから、搬送荷重の増大が図れ、大型の掘削断面形状に十分対応することができる。
【００３８】
また、楕円形のレール１５の構成を複数の円弧の組み合わせとすると共に、レール１５を断面Ｔ字状として上下、左右のガイドローラ１６、１７、１８を配置し、重量の保持とモーメントの支持を可能としたので、円滑な搬送が保証されると共により一層の搬送荷重の増大が図れる。
【００３９】
また、エレクター装置本体２０は、前記レール１５を挟んでセグメントピース把持機構３１と反対側に、走行油圧モータ２８ａ，２８ｂやパワーユニット３０ａ，３０ｂ等をオイルタンク２９と共に搭載したので、セグメントピースＳ１〜Ｓ８を把持したセグメントピース把持機構３１との重量バランスが図れ、より一層円滑な搬送が保証される。
【００４０】
また、エレクター装置本体２０は、セグメントピース把持機構３１を昇降させる２段式の昇降装置３２を備えると共に、該昇降装置３２にセグメントピース把持機構３１を掘削機本体軸心と直交する面内でスイングさせるスイング機構３３を設けたので、図４、図８、図９及び図１０に示すように、多くの複合動作が得られ、特に隅部におけるセグメントピースＳ１，Ｓ４，Ｓ５及びＳ８等の位置決めが容易になることから、矩形の掘削断面形状においてもセグメントＳの組立が容易に行える。勿論、矩形に限らず楕円形、複合円形又は円型等種々の掘削断面形状においてもセグメントの組立が容易に行える。
【００４１】
尚、図４はセグメントピース把持機構３１の最高位状態で、図８はセグメントピース把持機構３１の最低位状態を示す。また、図９はセグメントピースＳ５を組み立てる際のエレクター装置本体２０の姿勢を示し、図１０はセグメントピースＳ４を組み立てる際のエレクター装置本体２０の姿勢を示す。
【００４２】
また、本実施例では、エレクター装置本体２０を楕円形のレール１５の左，右両側部に位置決めすることで、レール１５内の中央部の有効空間を大きく確保することができ、掘削機本体１０における機器搬出入等の作業空間の増大を図れる。
【００４３】
さらに、本実施例では、掘削機本体１０には、エレクター装置本体２０の落下を防止する安全装置としてストッパー５０が設けられているので、安全性向上により装置の信頼性が高められる。
【００４４】
また、前記ストッパー５０は、油圧駆動式であるので、構造が簡単で済むと共に、マイクロコンピュータ等の制御手段を用いてエレクター装置本体２０の走行状態に簡単に連動させられる。
【００４５】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲でストッパー５０の駆動手段の変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明に係るセグメント組立装置を備えたトンネル掘削機は、手掘り式のシールド掘削機に限らす、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等でも良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 掘削機本体
１０ａ リングガーダー部
１０ｂ テール部（スキンプレート）
１１ セグメント組立装置
１２ シールドジャッキ
１３ ベルトコンベヤ
１４ 形状保持装置
１５ 断面Ｔ字状のレール
１５ａ 縦板部
１５ｂ 横板部
１６ 走行用ガイドローラ
１７ スラスト用ガイドローラ
１８ スラスト用ガイドローラ
２０ エレクター装置本体
２１ 二重ブラケット
２２ ボルト
２３ ピンローラ列
２３ａ 支持板
２３ｂ ピンローラ
２４ 筺体部
２５ スプロケット
２６ 回転軸
２７ａ，２７ｂ ギアトレイン
２８ａ，２８ｂ 走行油圧モータ
２９ オイルタンク
３０ａ，３０ｂ パワーユニット
３１ セグメント把持機構
３２ 昇降装置
３３ スイング（旋回）機構
３４ 基台
３５ リニアガイド
３６ 第１昇降台
３６ａ 前側昇降台部
３６ｂ 後側昇降台部
３７ａ，３７ｂ 第１昇降ジャッキ
３８ リニアガイド
３９ 第２昇降台
４０ａ，４０ｂ 第２昇降ジャッキ
４１ 円形突部
４２ リング状部
４３ａ，４３ｂ スイングジャッキ
４４ａ，４４ｂ ガイドポスト
４５ グリッパー
４６ スライドジャッキ
４７ ピン支持ブラケット
４８ サポートジャッキ
４９ 吊り金具
５０ ストッパー
５１ ボルト
５２ 筒状のケーシング
５２ａ 長孔
５３ 可動体
５３ａ 内筒部
５３ｂ 外筒部
５４ シリンダ部
５５ ピン
Ｓ セグメント
Ｓ１〜Ｓ８ セグメントピース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘削機等トンネル掘削機におけるモノレール（モノラック）式のセグメント組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シールド掘削機において、掘削されたトンネルの内周をセグメントリングにより一次覆工することが良く知られており、その際のセグメント組立装置としても、リング式、ラックアンドピニオン式や中空軸式等各種構造のものが提案されている。
【０００３】
そして、近年では、例えば片道３車線以上の幅を有するトンネル施工の要請が多いが、これらの広幅のトンネルを真円型のシールド掘削機で掘削すると、トンネルの上頂部及び下頂部等の不必要な部分の掘削容積が著しく増大してしまい効率が悪い。
【０００４】
そこで、掘削断面形状を楕円形、複合円形又は矩形等（何れも非円形）とすることが考えられ、その際のセグメント組立装置においても、掘削断面形状に沿ってセグメントを組み立てられるようにしたものが特許文献１〜特許文献３で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−３１８７００号公報
【特許文献２】実公平６−９１１５号公報
【特許文献３】特許第２６６１８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたセグメント組立装置にあっては、レール上を走行する旋回フレームエレクタは、レールに沿って敷設されたギアに噛み合うピニオンの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、セグメントピースを把持するフレームがサポートジャッキの他に伸縮ジャッキにより昇降するだけの機構を有するので、動作数が少ないことから各種の掘削断面形状に対応するには限界があり、汎用性に欠けると共に、旋回フレームエレクタの落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に開示されたセグメント組立装置にあっては、ガイドレール上を走行するエレクター装置本体は、ガイドレールに沿って敷設されたラックに噛み合うピニオンの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、セグメントピースを把持するセグメント把持機構が振れ止めジャッキの他に油圧シリンダにより伸縮するだけの機構を有するので、動作数が少ないことから各種の掘削断面形状に対応するには限界があり、汎用性に欠けると共に、エレクター装置本体の落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００８】
また、特許文献３に開示されたセグメント組立装置にあっては、矩形ガイドレール上を走行する左右一対の走行フレームは、ガイドレールに沿って敷設されたチェーンラックに噛み合うスプロケットの回転により自走可能になっているので、接線力（駆動力）が小さいことから大荷重（１０ton程度）のセグメントピースを搬送することは困難であると共に、左右一対の走行フレームに跨がって回動自在に支持されたエレクターフレームにシールド軸心方向に移動自在で、かつ矩形ガイドレールの法線方向および接線方向に移動自在な保持フレームを設けたので、構造が大型化し、かつ掘削断面形状が矩形に限定されて汎用性に欠けると共に、走行フレームの落下防止用の安全装置を備えていないことから信用性にも欠けるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、大型の掘削断面形状に十分対応することができると共に、種々の掘削断面形状のセグメントの組立が容易に行える、信用性の高いトンネル掘削機のセグメント組立装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置は、
任意の掘削断面を有するトンネル掘削機の掘削機本体内周に断面Ｔ字状のレールを環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラを備えたエレクター装置本体を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケットを噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体に前記エレクター装置本体の落下を防止する安全装置を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、
前記安全装置として、掘削機本体におけるリングガーダー部の左右両側部に、所要時に内方へ突出してエレクター装置本体に係合可能なストッパーを、周方向に所定間隔離間して複数個設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、
前記各ストッパーは、制御手段により、エレクター装置本体の走行状態に応じて、エレクター装置本体の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体の直後に位置するストッパーのみが突出するように制御されることを特徴とする。
【００１３】
また、
前記各ストッパーは、突出限界位置でエレクター装置本体の底部に付設した補強リブと係合可能になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置によれば、ピンローラ列とスプロケットの噛み合いによる駆動機構により、搬送荷重の増大が図れ大型の掘削断面形状に十分対応することができると共に、円形に限らず楕円形、複合円形又は矩形等種々の掘削断面形状のセグメントの組立が容易に行える。一方、安全装置によりエレクター装置本体の落下が防止されるので、装置に対する信用性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例を示すシールド掘削機の要部側面図である。
【図２】セグメントの正面図である。
【図３】掘削機本体の背面図である。
【図４】セグメント組立装置の側断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】２段式の昇降装置の作用状態を示す側面図である。
【図９】セグメント組立装置の作用状態を示す背面図である。
【図１０】セグメント組立装置の異なった作用状態を示す背面図である。
【図１１】安全装置の全体を示す掘削機本体の背面図である。
【図１２】図１１の要部拡大図である。
【図１３】ストッパーの構造説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るトンネル掘削機のセグメント組立装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明の一実施例を示すシールド掘削機の要部側面図、図２はセグメントの正面図、図３は掘削機本体の背面図、図４はセグメント組立装置の側断面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図、図７は図４のＣ−Ｃ線断面図、図８は２段式の昇降装置の作用状態を示す側面図、図９はセグメント組立装置の作用状態を示す背面図、図１０はセグメント組立装置の異なった作用状態を示す背面図、図１１は安全装置の全体を示す掘削機本体の背面図、図１２は図１１の要部拡大図、図１３はストッパーの構造説明図である。
【００１８】
図１乃至図３に示すように、例えば矩形の掘削断面を有する手掘り式シールド掘削機（トンネル掘削機）の掘削機本体１０を構成するリングガーダー部１０ａの内周にセグメント組立装置１１が組み付けられ、このセグメント組立装置１１により掘削機本体１０のテール部（テールスキンプレート）１０ｂの内周にセグメントＳがリング状に組み立てられる。
【００１９】
前記セグメントＳは、長さや形がバラバラの８個のセグメントピースＳ１〜Ｓ８により、前記テール部（テールスキンプレート）１０ｂの内周に沿って矩形状に組み立てられる（図２参照）。尚、図１中１２は既設セグメントＳに反力をとって掘削機本体１０を前進（掘進）させるシールドジャッキ、１３は掘削土砂を排出するベルトコンベヤ、１４はリング状に組み立てられたセグメントＳの形状保持装置である。
【００２０】
前記セグメント組立装置１１は、リングガーダー部１０ａの内周に断面Ｔ字状のレール１５を環状に敷設し、該レール１５上を断面視で上下、左右のガイドローラ１６、１７、１８（図４参照）を介してエレクター装置本体２０が走行可能に構成されてなる。
【００２１】
前記レール１５は、その縦板部１５ａの基端部においてリングガーダー部１０ａの内周に立設した前後一対の二重ブラケット２１間にボルト２２で結合される（図４参照）と共に、その横板部１５ｂの上面（レール１５の内周面）にピンローラ列２３がレール１５の全長に亙って添設される。ピンローラ列２３は、横板部１５ｂの上面において前後方向中間部に立設された前後一対の支持板２３ａ間に多数のピンローラ２３ｂが長手方向に所定間隔離間して回動自在にピン支持されてなる。
【００２２】
尚、横板部１５ｂの正面視の形状は楕円形に形成される。従って、矩形状のリングガーダー部１０ａの内周と取り合う縦板部１５ａの高さはコーナー部において一般部より高い設定になる。また、横板部１５ｂの円弧状部は複数の円弧の組み合わせで設計され、可及的に滑らかに連続する走行路（面）が得られるようになっている。即ち、横板部１５ｂに添設されるピンローラ列２３に対して後述するスプロケット２５が円滑に噛み合うようになっているのである。
【００２３】
前記エレクター装置本体２０は、図４乃至図７に示すように、その筺体部２４に回動自在に支持されてレール１５における横板部１５ｂの断面視で上下面を転動する８個の走行用ガイドローラ１６と、横板部１５の断面視で左右面を転動する４個のスラスト用ガイドローラ１７と、レール１５における縦板部１５ａの左右面を転動する４個のスラスト用ガイドローラ１８とにより走行可能に支持される。
【００２４】
そして、前記筺体部２４には、前述したピンローラ列２３に噛み合う単一のスプロケット２５が回動自在に支持されると共に、その回転軸２６の一端が筺体部２４の後面側において左右一対のギアトレイン２７ａ，２７ｂを介して左右一対の走行油圧モータ２８ａ，２８ｂにそれぞれ連結されている。尚、図中２９はオイルタンクで、３０ａ，３０ｂはオイルタンク２９内の作動油を走行油圧モータ２８ａ，２８ｂに供給するパワーユニットである。また、１３０ａ，１３０ｂは後述する昇降ジャッキの伸縮に伴うオイルの出入りを吸収する補助タンクである。
【００２５】
前記筺体部２４の後面側には、セグメントピース把持機構３１を昇降させる２段式の昇降装置３２が備えられると共に、該昇降装置３２にセグメントピース把持機構３１を掘削機本体軸心と直交する面内でスイングさせるスイング機構３３（図５参照）が設けられる。
【００２６】
前記昇降装置３２は、基台３４に複数のリニアガイド３５を介して第１昇降台３６が両者３４，３６間に介装された左右一対の第１昇降ジャッキ３７ａ，３７ｂの伸縮作動により昇降可能に支持されると共に、この第１昇降台３６に複数のリニアガイド３８を介して第２昇降台３９が両者３６，３９間に介装された左右一対の第２昇降ジャッキ４０ａ，４０ｂの伸縮作動により昇降可能に支持される。
【００２７】
前記第１昇降台３６は、前後方向に２分割され、そのうちの前側昇降台部３６ａの後面側に付設された円形突部４１に後側昇降台部３６ｂの前面側に付設されたリング状部４２が回動自在に嵌合され、両者３６ａ，３６ｂ間に介装された左右一対のスイングジャッキ４３ａ、４３ｂの相反的な伸縮作動により、後側昇降台部３６ｂが掘削機本体軸心と直交する面内でスイング可能になっている。すなわち、セグメントピース把持機構３１のスイング機構３３が構成されるのである（図５参照）。
【００２８】
そして、前記第２昇降台３９の後面側にセグメントピース把持機構３１が配設される。このセグメントピース把持機構３１は、前記第２昇降台３９に左右一対のガイドポスト４４ａ，４４ｂを介してグリッパー４５が両者３９，４５に介装されたスライドジャッキ４６の伸縮作動により前後方向へ摺動可能に支持されてなる。
【００２９】
前記グリッパー４５には、前後一対のピン支持ブラケット４７の左右両側に位置して前後一対のサポートジャッキ４８が配設される。尚、図３中４９は前記ピン支持ブラケット４７にピン結合される各セグメントピースＳ１〜Ｓ８の吊り金具である。
【００３０】
また、掘削機本体１０には、図１１乃至図１３に示すように、エレクター装置本体２０の落下を防止する安全装置として、リングガーダー部１０ａの左右両側部（短辺部）に周方向に所定間隔離間して複数個（図示例では５個）のストッパー５０が配設される。
【００３１】
前記ストッパー５０は、リングガーダー部１０ａに所定の角度を有してボルト５１で結合された鍔付き筒状のケーシング５２に有頂二重筒状の可動体５３が、その内筒部５３ａとケーシング５２の底部との間に設けられたシリンダ部５４に対する圧油の給排により、出没（伸縮）可能に収装されてなる。また、ケーシング５２に穿設された長孔５２ａと可動体５３の外筒部５３ｂに突設したピン５５とで可動体５３の突出限界（伸限）位置が規制されている（図１３参照）。
【００３２】
前記各ストッパー５０における可動体５３の伸限位置では、エレクター装置本体２０における筺体部２４の底部に付設した複数の補強リブ２４ａのうちの最前部（エレクター装置本体２０が落下しようとする方向における）のものと係合可能になっている（図１２における可動体５３の鎖線状態参照）。
【００３３】
尚、ストッパー５０の作動タイミングは、マイクロコンピュータ等の制御手段を用いて、エレクター装置本体２０の走行状態に応じて、例えばエレクター装置本体２０の駆動装置等の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体２０の直後に位置するストッパー５０のみを作動（可動体５３を突出）させても良いし、全てのストッパー５０を一斉に作動（可動体５３を突出）させても良い。
【００３４】
このように構成されるため、シールドジャッキ１２を伸ばして掘削機本体１０を、トンネルの長手方向に複数リングに亙って組み立てられたセグメントＳに反力をとって、前進（掘進）させることで、前方の地盤が掘削され、この掘削された土砂はベルトコンベヤ１３等によって外部に排出される。
【００３５】
この掘削機本体１０の前進（掘進）に同期して、セグメント組立装置１１及び形状保持装置１４によりセグメントＳをリング状に組み立てると共にその形状の保持を行なう。この繰り返しによって、掘削断面形状が矩形のトンネルが所定の長さに亙って掘削・形成されることになる。
【００３６】
そして、本実施例では、前述したセグメント組立装置１１によりトンネルの掘削断面形状と相似形のセグメントＳを組み立てる際には、矩形のリングガーダー部１０の内周に沿う、断面Ｔ字状で楕円形のレール１５上をエレクター装置本体２０が走行することになる。
【００３７】
この際、エレクター装置本体２０は、左右一対の走行油圧モータ２８ａ，２８ｂにより回転駆動されるスプロケット２５がレール１５上に添設されたピンローラ列２３と噛み合うことで自走可能となるので、ラックアンドピニオン方式や走行スプロケット−チェーンラック方式等の駆動装置と比較してはるかに接線力が大きいことから、搬送荷重の増大が図れ、大型の掘削断面形状に十分対応することができる。
【００３８】
また、楕円形のレール１５の構成を複数の円弧の組み合わせとすると共に、レール１５を断面Ｔ字状として上下、左右のガイドローラ１６、１７、１８を配置し、重量の保持とモーメントの支持を可能としたので、円滑な搬送が保証されると共により一層の搬送荷重の増大が図れる。
【００３９】
また、エレクター装置本体２０は、前記レール１５を挟んでセグメントピース把持機構３１と反対側に、走行油圧モータ２８ａ，２８ｂやパワーユニット３０ａ，３０ｂ等をオイルタンク２９と共に搭載したので、セグメントピースＳ１〜Ｓ８を把持したセグメントピース把持機構３１との重量バランスが図れ、より一層円滑な搬送が保証される。
【００４０】
また、エレクター装置本体２０は、セグメントピース把持機構３１を昇降させる２段式の昇降装置３２を備えると共に、該昇降装置３２にセグメントピース把持機構３１を掘削機本体軸心と直交する面内でスイングさせるスイング機構３３を設けたので、図４、図８、図９及び図１０に示すように、多くの複合動作が得られ、特に隅部におけるセグメントピースＳ１，Ｓ４，Ｓ５及びＳ８等の位置決めが容易になることから、矩形の掘削断面形状においてもセグメントＳの組立が容易に行える。勿論、矩形に限らず楕円形、複合円形又は円型等種々の掘削断面形状においてもセグメントの組立が容易に行える。
【００４１】
尚、図４はセグメントピース把持機構３１の最高位状態で、図８はセグメントピース把持機構３１の最低位状態を示す。また、図９はセグメントピースＳ５を組み立てる際のエレクター装置本体２０の姿勢を示し、図１０はセグメントピースＳ４を組み立てる際のエレクター装置本体２０の姿勢を示す。
【００４２】
また、本実施例では、エレクター装置本体２０を楕円形のレール１５の左，右両側部に位置決めすることで、レール１５内の中央部の有効空間を大きく確保することができ、掘削機本体１０における機器搬出入等の作業空間の増大を図れる。
【００４３】
さらに、本実施例では、掘削機本体１０には、エレクター装置本体２０の落下を防止する安全装置としてストッパー５０が設けられているので、安全性向上により装置の信頼性が高められる。
【００４４】
また、前記ストッパー５０は、油圧駆動式であるので、構造が簡単で済むと共に、マイクロコンピュータ等の制御手段を用いてエレクター装置本体２０の走行状態に簡単に連動させられる。
【００４５】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲でストッパー５０の駆動手段の変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明に係るセグメント組立装置を備えたトンネル掘削機は、手掘り式のシールド掘削機に限らす、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等でも良い。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 掘削機本体
１０ａ リングガーダー部
１０ｂ テール部（スキンプレート）
１１ セグメント組立装置
１２ シールドジャッキ
１３ ベルトコンベヤ
１４ 形状保持装置
１５ 断面Ｔ字状のレール
１５ａ 縦板部
１５ｂ 横板部
１６ 走行用ガイドローラ
１７ スラスト用ガイドローラ
１８ スラスト用ガイドローラ
２０ エレクター装置本体
２１ 二重ブラケット
２２ ボルト
２３ ピンローラ列
２３ａ 支持板
２３ｂ ピンローラ
２４ 筺体部
２５ スプロケット
２６ 回転軸
２７ａ，２７ｂ ギアトレイン
２８ａ，２８ｂ 走行油圧モータ
２９ オイルタンク
３０ａ，３０ｂ パワーユニット
３１ セグメント把持機構
３２ 昇降装置
３３ スイング（旋回）機構
３４ 基台
３５ リニアガイド
３６ 第１昇降台
３６ａ 前側昇降台部
３６ｂ 後側昇降台部
３７ａ，３７ｂ 第１昇降ジャッキ
３８ リニアガイド
３９ 第２昇降台
４０ａ，４０ｂ 第２昇降ジャッキ
４１ 円形突部
４２ リング状部
４３ａ，４３ｂ スイングジャッキ
４４ａ，４４ｂ ガイドポスト
４５ グリッパー
４６ スライドジャッキ
４７ ピン支持ブラケット
４８ サポートジャッキ
４９ 吊り金具
５０ ストッパー
５１ ボルト
５２ 筒状のケーシング
５２ａ 長孔
５３ 可動体
５３ａ 内筒部
５３ｂ 外筒部
５４ シリンダ部
５５ ピン
Ｓ セグメント
Ｓ１〜Ｓ８ セグメントピース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の掘削断面を有するトンネル掘削機の掘削機本体内周に断面Ｔ字状のレールを環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラを備えたエレクター装置本体を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケットを噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体に前記エレクター装置本体の落下を防止する安全装置を設けたことを特徴とするトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項２】
前記安全装置として、掘削機本体におけるリングガーダー部の左右両側部に、所要時に内方へ突出してエレクター装置本体に係合可能なストッパーを、周方向に所定間隔離間して複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項３】
前記各ストッパーは、制御手段により、エレクター装置本体の走行状態に応じて、エレクター装置本体の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体の直後に位置するストッパーのみが突出するように制御されることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項４】
前記各ストッパーは、突出限界位置でエレクター装置本体の底部に付設した補強リブと係合可能になっていることを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項１】
任意の掘削断面を有するトンネル掘削機の掘削機本体内周に断面Ｔ字状のレールを環状に敷設し、該レールの断面視で上下面及び左右面にそれぞれ接するガイドローラを備えたエレクター装置本体を、前記レールの全長に亙って添設したピンローラ列にエレクター装置本体に内装したモータ駆動のスプロケットを噛み合わせて自走可能とすると共に、前記掘削機本体に前記エレクター装置本体の落下を防止する安全装置を設けたことを特徴とするトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項２】
前記安全装置として、掘削機本体におけるリングガーダー部の左右両側部に、所要時に内方へ突出してエレクター装置本体に係合可能なストッパーを、周方向に所定間隔離間して複数個設けたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項３】
前記各ストッパーは、制御手段により、エレクター装置本体の走行状態に応じて、エレクター装置本体の異常を検出した際に、当該エレクター装置本体の直後に位置するストッパーのみが突出するように制御されることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【請求項４】
前記各ストッパーは、突出限界位置でエレクター装置本体の底部に付設した補強リブと係合可能になっていることを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネル掘削機のセグメント組立装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１４４５３０（Ｐ２０１１−１４４５３０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４６２５（Ｐ２０１０−４６２５）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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