掘進機
【課題】掘削経路中に障害物が存在するときに、掘進機の一部を掘削経路中に残し、残りを掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去できること。
【解決手段】主固定要素の外筒１２に回転自在に連結された外周側カッタヘッド１８を備えた補助固定要素と、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素とを備え、補助固定要素と移動要素を互いに分離可能に構成し、トンネル２００中に障害物２０２が存在するときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側に引き戻し、外筒１２内に、作業員２０４が移動可能な空間部１１４を形成することで、空間部１１４から空間部１１６を介して作業空間部２００ａに侵入した作業員２０４が障害物２０２を除去することができる。
【解決手段】主固定要素の外筒１２に回転自在に連結された外周側カッタヘッド１８を備えた補助固定要素と、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素とを備え、補助固定要素と移動要素を互いに分離可能に構成し、トンネル２００中に障害物２０２が存在するときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側に引き戻し、外筒１２内に、作業員２０４が移動可能な空間部１１４を形成することで、空間部１１４から空間部１１６を介して作業空間部２００ａに侵入した作業員２０４が障害物２０２を除去することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘進機に係り、特に、カッタヘッドを回転及び移動させて、地中にトンネルを掘るための掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘進機を用いて地中にトンネルを掘るに際しては、例えば、掘削開始地点に竪坑を掘り、掘削開始地点の竪坑内に掘進機を配置し、掘削開始地点の竪坑から掘削終了地点に向かって掘進機を移動させて、掘削開始地点と掘削終了地点とを結ぶトンネルを掘削することが行われている。トンネルの掘削作業を行っている過程では、岩盤や土質に応じてカッタヘッドを交換するために、あるいはカッタヘッドなどの修理や清掃のために、掘進機を発進竪坑側へ一旦戻すことが行われている。この際、スクリューコンベアの先端側に配置されたカッタヘッドの外径を拡大して、埋設管に対していくらかの余掘りができるように構成された掘進機では、カッタヘッドの外径を埋設管よりも縮小し、外径の縮小されたカッタヘッドを埋設管内を通して、スクリューコンベア等とともに発進竪坑側へ戻すようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７３６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、掘削開始地点と掘削終了地点とを結ぶトンネルを掘削するときに、その途中に障害物があって、掘進機では障害物を掘削できないときには、トンネルの途中に竪坑を構築し、竪坑からトンネル内に作業員が入って障害物を除去する必要がある。一方、トンネルの途中に竪坑を構築できないときには、掘進機を発進竪坑側へ戻すことが必要となる。後者の場合、従来技術のように、カッタヘッドの外径を縮小させる構成の掘進機では、カッタヘッドやスクリューコンベア等を全て発進竪坑側へ戻す必要がある。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、掘削経路中に障害物が存在するときに、掘進機の一部を掘削経路中に残し、残りを掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に係る掘進機は、掘削対象を掘削して地中に掘削経路を形成しながら移動する掘進機において、前記掘削経路中に固定される主固定要素と、前記主固定要素内に移動可能に配置される移動要素と、前記主固定要素に回転自在に連結されるとともに前記移動要素と着脱自在に連結され、前記移動要素から分離される分解時に前記掘削経路中に固定される補助固定要素とを備え、前記移動要素は、前記補助固定要素との連結時に、前記補助固定要素に回転力を付与して、前記補助固定要素とともに前記掘削対象を掘削し、前記補助固定要素から分離されたときには、前記主固定要素との間に作業員が移動可能な空間部を形成してなる。
【０００７】
（作用）掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離し、主固定要素と補助固定要素を掘削経路中に残し、移動要素を掘削開始地点まで戻すと、主固定要素内には作業員が移動可能な空間部が形成される。このため、作業員が主固定要素内の空間部を障害物の存在する部位まで移動することで、作業員によって障害物を除去することが可能になる。
【０００８】
請求項２に係る掘進機は、請求項１に記載の掘進機において、前記主固定要素は、前記掘削経路中に固定される筒体を備え、前記補助固定要素は、環状に形成されて、その外周側が前記筒体の長手方向一端側に回転自在に連結され、回転力を受けて前記掘削対象を掘削する第１のカッタヘッドを備え、前記移動要素は、前記筒体の長手方向に沿って配置された駆動部本体と、前記駆動部本体内に、その長手方向に沿って配置されたカッタ駆動軸と、前記駆動部本体に固定されて前記カッタ駆動軸を回転駆動する駆動源と、前記カッタ駆動軸の長手方向一端側に連結されて、前記カッタ駆動軸とともに回転して前記掘削対象を掘削する第２のカッタヘッドとを備え、前記第１のカッタヘッドの内周側には、前記作業員が移動可能な空間部が形成され、前記第２のカッタヘッドは、前記第１のカッタヘッドの内周側に配置されて前記第１のカッタヘッドと着脱自在に連結され、前記カッタ駆動軸の回転に伴う回転力を前記第１のカッタヘッドに伝達してなる構成とした。
【０００９】
（作用）掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離し、主固定要素と補助固定要素を掘削経路中に残し、移動要素を掘削開始地点まで戻すに際して、駆動部本体を掘削開始地点の方向に移動させると、駆動部本体の移動に伴って、カッタ駆動軸および駆動源が移動するとともに、第２のカッタヘッドと第１のカッタヘッドとの連結が解除され、駆動部本体とカッタ駆動軸と駆動源および第２のカッタヘッドが移動要素として、掘削開始地点まで戻される。このとき、掘削経路中には、主固定要素としての筒体と補助固定要素としての第１のカッタヘッドが残されるが、主固定要素の筒体内には、移動要素の移動によって作業員が移動可能な空間部が形成される。これにより、作業員は、主固定要素の筒体内を、障害物が存在する部位まで移動することができる。しかも、第１のカッタヘッドの内周側には、作業員が移動可能な空間部が形成されているので、作業員は、この空間部から障害物を除去するための作業を行うことができる。
【００１０】
請求項３に係る掘進機においては、請求項２に記載の掘進機において、前記筒体内には、前記第１のカッタヘッドと前記第２のカッタヘッドを撮像対象として、前記撮像対象を撮像する撮像装置が配置され、前記撮像装置は、前記撮像装置の撮像による画像を表示する表示装置に接続されてなる構成とした。
【００１１】
（作用）第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドを撮像対象として、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドの位置関係などを撮像装置で撮像し、撮像による画像を表示装置の画面上に表示することで、作業員は、表示装置の画面を見ながら、駆動部本体を移動させることで、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドとの位置決めを容易に行うことができるとともに、駆動部本体の構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る掘進機によれば、掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離して、移動要素を掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去することができる。
【００１３】
請求項２によれば、掘削経路中に障害物が存在するときに、第２のカッタヘッドを第１のカッタヘッドから分離して、駆動部本体とカッタ駆動軸と駆動源および第２のカッタヘッドを含む移動要素を掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去することができる。
【００１４】
請求項３によれば、表示装置の画面を見ながら、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドとの位置決めを容易に行うことができるとともに、駆動部本体の構成を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す掘進機の断面図、図２は、掘進機の正面図、図３は、外周側カッタヘッドの正面図、図４は、内周側カッタヘッドの正面図、図５は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図６は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図７は、ガイドローラと外筒との関係を示す図であって、（ａ）は、ガイドローラの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図、図８（ａ）は、掘進機の要部拡大断面図、８（ｂ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大断面図、図８（ｃ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大平面図、図９（ａ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示す要部断面図、図９（ｂ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示すカッタヘッドの平面図、図１０は、ゲージケースとゲージロッドとの関係を示す図であって、（ａ）は、ゲージケースの平面図、（ｂ）は、ゲージケースの断面図、（ｃ）は、ゲージケースの正面図、図１１は、補助固定要素から移動要素を分離したときの状態を示す掘進機の断面図、図１２は、掘進機の主固定要素と補助固定要素をトンネルに残したときの状態を示す掘進機の断面図、図１３は、掘進機の主固定要素と補助固定要素を坑口側へ移動し、障害物を除去するときの状態を示す掘進機の断面図、図１４は、掘進機の補助固定要素をトンネルの壁面に押し付けたときの状態を示す掘進機の断面図、図１５は、掘進機の主固定要素にレールゲージを敷設したときの状態を示す掘進機の断面図、図１６は、ゲージロッドに手押し治具を取り付けて、駆動部本体をケーシング部まで搬送したときの状態を示す掘進機の断面図、図１７は、駆動部本体をケーシング部の所定位置まで移動させたときの状態を示す掘進機の断面図、図１８は、カッタ位置決め完了状態を示す掘進機の断面図、図１９は、移動要素の駆動部本体にＯリングを装着して、移動要素のローリングを確認するときの状態を示す掘進機の断面図、図２０は、移動要素と補助固定要素とが連結されて掘進機が復元されたときの状態を示す掘進機の断面図、図２１は、油圧シリンダを用いたカッタヘッド位置決め機構の要部側面図、図２２は、カッタヘッド位置決め機構の代わりに小型ＴＶカメラを用いたときの掘進機の断面図である。
【００１６】
図１乃至図６において、掘進機１０は、トンネル（掘削経路）に固定される主固定要素として、外筒（筒体）１２と、一対の送排泥管１４と、引き戻しジャッキ１６等を備え、補助固定要素として、カッタヘッド（第１のカッタヘッド）１８を備え、トンネル（掘削経路）内に移動自在に配置される移動要素として、駆動部本体２０と、カッタ駆動軸２２と、油圧モータ（駆動源）２４と、カッタヘッド（第２のカッタヘッド）２６等を備えて構成されている。
【００１７】
外筒１２は、円筒状に形成されたケーシング１２ａ、１２ｂを備えており、ケーシング１２ａ、１２ｂ内周壁に、一対の送排泥管１４が固定されている。ケーシング１２ａとケーシング１２ｂは、連結部１２ｃを介して互いに連結され、ケーシング１２ａの長手方向一端側にはカッタヘッド１８が回転自在に連結されている。ケーシング１２ｂの長手方向一端側には引き戻し筒１６ａが連結部１２ｄを介して連結されており、引き戻し筒１６ａ内周壁には引き戻しジャッキ１６が固定されている。
【００１８】
ケーシング１２ａの長手方向一端側内周壁には、３個の支持板２８が円周方向おいて一定の間隔を保って固定されており、各支持板２８には、図７に示すように、一対の突起２８ａが相対向して形成され、各突起２８ａに回転軸２８ｂが固定されている。回転軸２８ｂには、ガイドローラ３０が回転自在に装着されている。各支持板２８近傍にはカッタ押え３２が配置されており、各カッタ押え３２は、ケーシング１２ａの長手方向一端側内周壁に固定されている。各カッタ押え３２の先端側には、突起３２ａが形成されている。
【００１９】
カッタヘッド１８は、外周側カッタヘッドとして、図２と図３に示すように、円環状に形成された回転ディスク（外周ディスク）３４と、回転ディスク３４に固定された複数個の切削刃３６、３８、４０と、回転ディスク３４に形成された複数個の土砂取り込みスクレーパ４２を備えて構成されている。各切削刃３６は、インナービットとしてボタン型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定されている。この場合、各切削刃３６は、切削対象の異なる部位をそれぞれ切削するために、回転ディスク３４の仮想の回転中心からの距離が異なる位置に配置されている。また、各切削刃３８は、オーバービットとしてボタン型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定され、各切削刃４０は、ディスク型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定されている。
【００２０】
回転ディスク３４の外周側には筒状のフランジ４４が一体に形成されており、フランジ４４先端内周側には、環状の摺動部４４ａを残して環状の凹部４４ｂが形成されている（図７参照）。摺動部４４ａはガイドローラ３０の摺動路としてガイドローラ３０に当接されている。凹部４４ｂには、カッタ押え３２の突起３２ａが挿入されており、ケーシング１２ａに固定されたカッタ押え３２により、外周側カッタヘッド１８の抜けが防止されるようになっている。
【００２１】
また、回転ディスク３４の内周側には筒状のフランジ４５が形成されており、フランジ４５の一部には、キー溝４６が回転ディスク３４の径方向と直交する方向（フランジ４４の長手方向）に沿って形成され、キー溝４６の端部には、キー溝４６の側壁として位置検出部用ストッパ４８が形成されている。そして、回転ディスク３４の内周側の領域は、作業員が移動可能な空間部として形成されている。
【００２２】
一方、駆動部本体２０は、略円柱状に形成されて外筒１２の長手方向に沿って配置され、図６に示すように、接合面２０ｃが反力受けボルト１１２により、ケーシングン１２ａに固定されている。駆動部本体２０の底部側には、駆動部本体２０の搬送時に、図６に示すように、一対のレールゲージ５０が配置される。各レールゲージ５０は、レベル調整ボルト５０ａによってそのレベルが調整され、レベルの調整後は、溶接またはシム溶接等によって固定され、繰り返しの取り付け、取り外しに対して再現性のある構造となっている。左右に分かれた配置された一対のレールゲージ５０のレベルを調整すると、駆動部本体２０の軸心とケーシング１２ａの軸心との芯ずれを略０ｍｍにすることができる。しかも、略円柱状に形成された駆動部本体２０の底部側が、左右に分かれて配置された一対のレールゲージ５０で支持されているので、駆動部本体２０が回転方向にずれることはあっても、芯ずれを起こすことがないようになっている。従って、駆動部本体２０の天地関係を調整すれば、駆動部本体２０を小型の作業用ダルマジャッキ等で比較的容易にケーシング１２ａ内に挿入して、固定することができる。
【００２３】
駆動部本体２０には、駆動部本体２０の中心部を貫く軸状部材としてのカッタ駆動軸２２が回転自在に挿入されている（図１参照）。カッタ駆動軸２２は、長手方向（軸方向）の一端側が平行キー５２とボルト５３によって駆動部本体２０のボス部２０ａに連結され、長手方向の他端側に形成されたインボリュートスプライン結合部２０ｄが油圧モータ２４のモータ駆動軸５４に回転自在に連結されている。ボス部２０ａは、内周側カッタヘッド２６に連結されている。
内周側カッタヘッド２６は、図４に示すように、円盤状の回転ディスク（内周ディスク）５６と、３個の切削刃５８と等を備え、各切削刃５８は、ボタン型ローラービットで構成されて、ボルト６２により回転ディスク５６に固定されている。回転ディスク５６は、作業員が移動可能な空間部に対応した大きさに形成されており、回転ディスク５６の外周側には、複数の凹部５６ａ、５６ｂ、５６ｃが形成されている。
【００２４】
凹部５６ａは、外周側カッタヘッド１８の一方の切削刃３６に対応して形成され、凹部５６ｂは、外周側カッタヘッド１８の他方の切削刃３６に対応して形成され、凹部５６ｃは、外周側カッタヘッド１８のキー溝４６に対応して形成されている。
【００２５】
また、回転ディスク５６には、４個の窓６０が周方向に沿って分散して形成され、各窓６０より内周側にはリブ２０ｂが一体となって溶着されている。リブ２０ｂには、ボス部２０ａに溶着されている。すなわち、回転ディスク５６は、リブ２０ｂとボス部２０ａが溶接によって固着されて、一体構造となっており、リブ２０ｂ、ボス部２０ａを介してカッタ駆動軸２２に連結されている。また、回転ディスク５６の各窓６０より外周側にはフランジ６４が一体となって形成されている。フランジ６４の外周側には、図８に示すように、挿入組み込み可能な平行キー６６が装着されている。平行キー６６はボルト６８によってフランジ６４に固定されている。平行キー６６は、外周側回転ディスク３４のフランジ４５に形成されたキー溝４６に嵌合されている。
【００２６】
すなわち、内周側回転ディスク５６は、平行キー６６とキー溝４６を介して外周側回転ディスク３４と着脱自在に連結されており、外周側回転ディスク３４には、油圧モータ２４からの回転力（駆動力）がモータ駆動軸５４、カッタ駆動軸２２、ボス部２０ａ、リブ２０ｂ、内周側回転ディスク５６を介して伝達されるようになっている。
【００２７】
また、外周側回転ディスク３４は、フランジ４５の端部が、内周側回転ディスク５６のフランジ６４の長手方向端部に形成された凸部６４ａに嵌合するので、外周側カッタヘッド１８に加わる掘削時の軸方向（長手方向）の力を内周側カッタヘッド２６に伝達することができる。
【００２８】
油圧モータ２４は、ボルトを含む固定部材７０を介して駆動部本体２０に固定されており、油圧モータ２４には、正回転用と逆回転用およびドレン用の３本の油圧ホース７２が連結されている。各油圧ホース７２は、油圧制御ユニット（図示せず）に接続されており、油圧モータ２４は、油圧制御ユニットの制御に従った油圧に応答して、モータ駆動軸５４を正回転または逆回転するようになっている。
【００２９】
カッタ駆動軸２２には、その中心部を貫く貫通孔７４が長手方向に沿って形成されており、貫通孔７４には、円柱状のゲージロッド７６が摺動自在に挿入されている。ゲージロッド７６は、カッタ駆動軸２２と、油圧モータ２４と、ゲージケース７８およびエンドブラケット８０に亘って配置されて、貫通孔７４に連通する貫通孔（油圧モータ２４の中心部を貫く貫通孔）８２とゲージケース７８および貫通孔（エンドブラケット８０の中心部を貫く貫通孔）８４内に摺動自在に挿入されている。
【００３０】
ゲージロッド７６の長手方向一端側には、Ｌ字型に形成された支持ロッド８６が連結されており、支持ロッド８６の先端側には、支持ロッド８６に直交してカッタ位置検出部８８が固定されている。カッタ位置検出部８８は、外周側回転ディスク３４のキー溝４６に挿入可能に形成され、支持ロッド８６は、内周側回転ディスク５６の凹部５６ｃに挿入可能に形成されている。内周側回転ディスク５６の凹部５６ｃ近傍には、図９に示すように、支持ロッド８６の移動をガイドするガイド部材９０、９２が固定されている。
【００３１】
一方、ゲージロッド７６の長手方向他端側には、図１０に示すように、小径部７６ａが形成されており、小径部７６ａの長手方向端部には、手押し治具挿入用の穴７７が形成され、小径部７６ａの長手方向端部外周には、滑り軸受９４が固定されている。滑り軸受９４外周には位置決めゲージ９６が固定され、位置決めゲージ９６には、六角穴付きボルト９８が固定されている。六角穴付きボルト９８は、ゲージケース７８の溝１００内に挿入されて、位置決めゲージ９６の回り止めと指針を兼用するようになっている。ゲージケース７８の溝１００の縁には、位置決めゲージ９６の位置を読み取るための目盛として、位置決め完了目盛１０２、位置決め開始目盛１０４、カッタ装着完了目盛１０６が付けられている。
【００３２】
また、小径部７６ａの外周側には、圧縮されたばね１０８が装着されており、ばね１０８は、長手方向一端側が調圧スペーサ１１０を介して位置決めゲージ９６に支持され、長手方向他端側がエンドブラケット８０に支持され、蓄積された弾性力（ばね力）により、ゲージロッド７６をカッタヘッド２６側に付勢するようになっている。なお、ばね１０８の弾性力は調圧スペーサ１１０の厚みを変えることで調整できるようになっている。
【００３３】
上記構成による掘進機１０を用いて、地中に、掘削開始位置と掘削終了位置とを結ぶ掘削経路としてのトンネルを掘削するに際して、掘削開始位置の坑口に掘進機１０を配置し、油圧モータ２４の回転駆動により、油圧モータ２４の回転力をモータ駆動軸５４、カッタ駆動軸２２を介して内周側カッタヘッド２６に伝達すると、内周側カッタヘッド２６が回転するともに、内周側カッタヘッド２６の回転力が外周側カッタヘッド１８に伝達され、各カッタヘッド１８、２６の回転に伴って、切削刃３６、３８、４０、５８によって掘削対象が掘削され、地中にトンネルが形成される。
【００３４】
ここで、地中にトンネルを掘削している過程で、図１１に示すように、トンネル２００の途中に障害物２０２が存在する場合、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結を解除するために、まず、反力受けボルト１１２を取り外すとともに、送排泥管１４等を取り外し、駆動部本体２０を坑口側へ引き戻すと、内周側回転ディスク５６の平行キー６６と外周側回転ディスク３４のキー溝４６との嵌合が解除され、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結が解除される。
【００３５】
すなわち、掘進機１０は、トンネル（掘削経路）２００に固定される主固定要素（外筒１２）に連結された補助固定要素（外周側カッタヘッド１８）と移動要素（駆動部本体２０、カッタ駆動軸２２、油圧モータ２４、内周側カッタヘッド２６）とが分離（分解）可能に構成されているので、移動要素を坑口側に引き戻すことで、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結が解除され、移動要素を坑口側へ移動させることができる。
【００３６】
駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側に引き戻すと、図１２に示すように、外筒１２内には、作業員２０４が移動可能な空間部１１４が形成されるので、作業員２０４は、掘削開始地点の坑口から空間部１１４内を移動することができる。作業員２０４が、外周側カッタヘッド１８内周側の空間部１１６を介して障害物２０２を確認したときには、図１３に示すように、引き戻しジャッキ１６を縮め、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素全体を掘削開始地点の坑口側に僅かに戻し、障害物２０２と外周側カッタヘッド１８との間のトンネル２００内に作業空間部２００ａを形成する。この後、作業員２０４は、空間部１１６から作業空間部２００ａ内に移動して、障害物２０２を除去する作業を行う。
【００３７】
障害物２０２が除去されたときには、引き戻しジャッキ１６を伸ばし、図１４に示すように、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素全体を掘削開始地点の坑口から離れる方向（掘進方向）に移動させ、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素の先端側をトンネル２００の壁面に押し付ける。
【００３８】
次に、作業員２０４は、図１５に示すように、空間部１１４内を移動して、外筒１２内にレールゲージ５０を敷設する。この後、作業員２０４が、空間部１１４を通って掘削開始地点の坑口側に戻ったときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側から、空間部１１４内に挿入し、移動要素全体を空間部１１４の所定位置まで移動させる。
【００３９】
この移動に先立って、作業員２０４が、ケージロッド７６の小径部７６ａに形成された穴７７内に手押し治具８１の先端側を挿入し、手押し治具８１を介して、ゲージロッド７６をカッタヘッド１８側に押し出すと、図１６に示すように、ゲージロッド７６の先端側が切削刃５８の取り付け部５８ａに突き当たる。このとき、構造上、位置決めゲージ９６は位置決め完了目盛１０２の位置となる。
【００４０】
移動要素全体を空間部１１４の所定位置まで移動させたときには、図１７に示すように、ゲージロッド７６のカッタ位置検出部８８がカッタヘッド１８の回転ディスク３４に突き当たる。ここで、作業者２０４は、位置決めゲージ９６が位置決め開始目盛１０４の位置にあるか否かを確認する。位置決めゲージ９６が位置決め開始目盛１０４の位置にあるときに、油圧モータ２４を低速度で回転させながら、カッタ位置検出部８８を回転ディスク３４のキー溝４６に挿入するための位置決めを行う。カッタ位置検出部８８を回転ディスク３４のキー溝４６に挿入するための位置決めが行われると、図１８に示すように、支持ロッド８６がガイド部材９０、９２にガイドされながらカッタヘッド１８の先端側に移動するとともに、カッタ位置検出部８８が回転ディスク３４のキー溝４６に沿ってカッタヘッド１８の先端側に移動する。このとき、作業者２０４は、位置決めゲージ９６が位置決め完了目盛１０２の位置とあることを確認したときには、油圧モータ２４の駆動を停止する。これにより、カッタヘッド１８とカッタヘッド２６との位置決めが完了する。
【００４１】
この後、駆動部本体２０のうちレールゲージ５０に支持された部分がレールゲージ５０の外周側回転ディスク３４側端部を通過するまで、駆動部本体２０をトンネル２００の壁面に向けて移動させ、図１９に示すように、駆動部本体２０外周面に形成されたＯリング装着溝１１８内にＯリング１２０を装着し、駆動部本体２０のローリングの有無を確認する。
【００４２】
この後、駆動部本体２０の接合面がケーシング１２ａの接合面に当接するまで、駆動部本体２０を含む移動要素全体をトンネル２００の壁面に向けて移動させると、図２０に示すように、内周側回転ディスク５６の平行キー６６と外周側回転ディスク３４のキー溝４６とが嵌合し、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６が回転ディスク５６と回転ディスク３４を介して互いに連結される。このとき、カッタ位置検出部８８がキー溝４６の端部に形成されたストッパ４８に当接し、カッタ位置検出部８８の移動が阻止され、位置決めゲージ９６がカッタ装着完了目盛１０６の位置となる。これにより、作業員２０４は、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６が再び連結され、移動要素全体の移動が完了したことを位置決めゲージ９６で確認することができる。
【００４３】
この後、水密検査を行い、問題がないときには、レールゲージ５０を取り外し、送排泥管１４等を取り付けるとともに、反力受けボルト１１２を締め付けることで、移動要素が主固定要素に固定され、掘進機１０が復元されることになる。
【００４４】
この後、掘進機１０を駆動することで、トンネル２００を掘削する作業を行うことができる。
【００４５】
本実施例によれば、掘進機１０を、トンネル（掘削経路）２００に固定される主固定要素（外筒１２）に連結された補助固定要素（外周側カッタヘッド１８）と移動要素（駆動部本体２０、カッタ駆動軸２２、油圧モータ２４、内周側カッタヘッド２６）とに分離（分解）可能に構成し、トンネル２００中に障害物２０２が存在するときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６含む移動要素を坑口側に引き戻し、外筒１２内に、作業員２０４が移動可能な空間部１１４を形成し、空間部１１４から空間部１１６を介して作業空間部２００ａに侵入した作業員２０４が障害物２０２を除去するようにしたため、掘進機１０全体を坑口側に戻すことなく、移動要素のみを坑口側に移動するだけで、障害物２０２を除去することができる。
【００４６】
また、カッタヘッド１８、２６の位置決めを行うに際しては、カッタヘッド位置決め機構として、ばね１０８や手押し治具８０を用いる代わりに、図２１に示すように、油圧シリンダ１２４を用いることができる。この場合、油圧シリンダ１２４を支持する支持板１２６の一端側をゲージケース７８とともに油圧モータ２４に固定し、油圧シリンダ１２４のロッド１２８をリンク１２９に連結し、リンク１２９を位置決めゲージ９６に連結し、位置決めゲージ９６の位置を確認しながら、油圧シリンダ１２４の駆動を制御してゲージロッド７６を往復動させることができる。
【００４７】
また、カッタヘッド１８、２６の位置決めを行うに際しては、カッタヘッド位置決め機構を用いる代わりに、図２２に示すように、ケーシング１２ａにＴＶカメラ挿入穴１３０を形成し、ＴＶカメラ挿入穴１３０内にＴＶカメラ取り付けパイプ１３２を挿入し、ＴＶカメラ取り付けパイプ１３２の先端側に小型ＴＶカメラ（撮像装置）１３４を固定し、小型ＴＶカメラ１３４でカッタヘッド１８、２６を撮像し、小型ＴＶカメラ１３４で撮像された画像をケーブル１３６を介して監視モニタ（図示せず）に転送して、監視モニタ（表示装置）上にカッタヘッド１８とカッタヘッド２６の連結状態や相互の位置関係等を表示する構成を採用することができる。この場合、作業員が監視モニタを見ながら、駆動部本体２０を移動させることで、カッタヘッド１８とカッタヘッド２６との位置決めを容易に行うことができる。
【００４８】
この構成を採用すると、ゲージロッド７６、ゲージケース７８、位置決めゲージ９６などのカッタヘッド位置決め機構は不要となり、駆動部本体２０の構成を簡素化することができる。
なお、油圧モータ２４の代わりに、電動モータを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例を示す掘進機の縦断面図である。
【図２】掘進機の正面図である。
【図３】外周側カッタヘッドの正面図である。
【図４】内周側カッタヘッドの正面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】ガイドローラと外筒との関係を示す図であって、（ａ）は、ガイドローラの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図である。
【図８】（ａ）は、掘進機の要部拡大断面図、（ｂ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大断面図、（ｃ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大平面図である。
【図９】（ａ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示す要部断面図、（ｂ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示すカッタヘッドの平面図である。
【図１０】ゲージケースとゲージロッドとの関係を示す図であって、（ａ）は、ゲージケースの平面図、（ｂ）は、ゲージケースの断面図、（ｃ）は、ゲージケースの正面図である。
【図１１】トンネル内の障害物を除去するときの工程を説明するための図であって、補助固定要素から移動要素を分離したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１２】掘進機の主固定要素と補助固定要素をトンネルに残したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１３】掘進機の主固定要素と補助固定要素を坑口側へ移動し、障害物を除去するときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１４】掘進機の補助固定要素をトンネルの壁面に押し付けたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１５】掘進機の主固定要素にレールゲージを敷設したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１６】ゲージロッドに手押し治具を取り付けて、駆動部本体をケーシング部まで搬送したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１７】駆動部本体をケーシング部の所定位置まで移動させたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１８】カッタ位置決め完了状態を示す掘進機の断面図である。
【図１９】移動要素の駆動部本体にＯリングを装着して、移動要素のローリングを確認するときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図２０】移動要素と補助固定要素とが連結されて掘進機が復元されたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図２１】油圧シリンダを用いたカッタヘッド位置決め機構の要部側面図である。
【図２２】カッタヘッド位置決め機構の代わりに小型ＴＶカメラを用いたときの掘進機の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 掘進機
１２ 外筒
１８ 外周側カッタヘッド
２０ 駆動部本体
２２ カッタ駆動軸
２４ 油圧モータ
２６ 内周側カッタヘッド
３０ ガイドローラ
３２ カッタ押え
３４ 回転ディスク
３６、３８、４０ 切削刃
４６ キー溝
５０ レールゲージ
５６ 回転ディスク
５８ 切削刃
７６ ゲージロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘進機に係り、特に、カッタヘッドを回転及び移動させて、地中にトンネルを掘るための掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
掘進機を用いて地中にトンネルを掘るに際しては、例えば、掘削開始地点に竪坑を掘り、掘削開始地点の竪坑内に掘進機を配置し、掘削開始地点の竪坑から掘削終了地点に向かって掘進機を移動させて、掘削開始地点と掘削終了地点とを結ぶトンネルを掘削することが行われている。トンネルの掘削作業を行っている過程では、岩盤や土質に応じてカッタヘッドを交換するために、あるいはカッタヘッドなどの修理や清掃のために、掘進機を発進竪坑側へ一旦戻すことが行われている。この際、スクリューコンベアの先端側に配置されたカッタヘッドの外径を拡大して、埋設管に対していくらかの余掘りができるように構成された掘進機では、カッタヘッドの外径を埋設管よりも縮小し、外径の縮小されたカッタヘッドを埋設管内を通して、スクリューコンベア等とともに発進竪坑側へ戻すようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７３６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、掘削開始地点と掘削終了地点とを結ぶトンネルを掘削するときに、その途中に障害物があって、掘進機では障害物を掘削できないときには、トンネルの途中に竪坑を構築し、竪坑からトンネル内に作業員が入って障害物を除去する必要がある。一方、トンネルの途中に竪坑を構築できないときには、掘進機を発進竪坑側へ戻すことが必要となる。後者の場合、従来技術のように、カッタヘッドの外径を縮小させる構成の掘進機では、カッタヘッドやスクリューコンベア等を全て発進竪坑側へ戻す必要がある。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、掘削経路中に障害物が存在するときに、掘進機の一部を掘削経路中に残し、残りを掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に係る掘進機は、掘削対象を掘削して地中に掘削経路を形成しながら移動する掘進機において、前記掘削経路中に固定される主固定要素と、前記主固定要素内に移動可能に配置される移動要素と、前記主固定要素に回転自在に連結されるとともに前記移動要素と着脱自在に連結され、前記移動要素から分離される分解時に前記掘削経路中に固定される補助固定要素とを備え、前記移動要素は、前記補助固定要素との連結時に、前記補助固定要素に回転力を付与して、前記補助固定要素とともに前記掘削対象を掘削し、前記補助固定要素から分離されたときには、前記主固定要素との間に作業員が移動可能な空間部を形成してなる。
【０００７】
（作用）掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離し、主固定要素と補助固定要素を掘削経路中に残し、移動要素を掘削開始地点まで戻すと、主固定要素内には作業員が移動可能な空間部が形成される。このため、作業員が主固定要素内の空間部を障害物の存在する部位まで移動することで、作業員によって障害物を除去することが可能になる。
【０００８】
請求項２に係る掘進機は、請求項１に記載の掘進機において、前記主固定要素は、前記掘削経路中に固定される筒体を備え、前記補助固定要素は、環状に形成されて、その外周側が前記筒体の長手方向一端側に回転自在に連結され、回転力を受けて前記掘削対象を掘削する第１のカッタヘッドを備え、前記移動要素は、前記筒体の長手方向に沿って配置された駆動部本体と、前記駆動部本体内に、その長手方向に沿って配置されたカッタ駆動軸と、前記駆動部本体に固定されて前記カッタ駆動軸を回転駆動する駆動源と、前記カッタ駆動軸の長手方向一端側に連結されて、前記カッタ駆動軸とともに回転して前記掘削対象を掘削する第２のカッタヘッドとを備え、前記第１のカッタヘッドの内周側には、前記作業員が移動可能な空間部が形成され、前記第２のカッタヘッドは、前記第１のカッタヘッドの内周側に配置されて前記第１のカッタヘッドと着脱自在に連結され、前記カッタ駆動軸の回転に伴う回転力を前記第１のカッタヘッドに伝達してなる構成とした。
【０００９】
（作用）掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離し、主固定要素と補助固定要素を掘削経路中に残し、移動要素を掘削開始地点まで戻すに際して、駆動部本体を掘削開始地点の方向に移動させると、駆動部本体の移動に伴って、カッタ駆動軸および駆動源が移動するとともに、第２のカッタヘッドと第１のカッタヘッドとの連結が解除され、駆動部本体とカッタ駆動軸と駆動源および第２のカッタヘッドが移動要素として、掘削開始地点まで戻される。このとき、掘削経路中には、主固定要素としての筒体と補助固定要素としての第１のカッタヘッドが残されるが、主固定要素の筒体内には、移動要素の移動によって作業員が移動可能な空間部が形成される。これにより、作業員は、主固定要素の筒体内を、障害物が存在する部位まで移動することができる。しかも、第１のカッタヘッドの内周側には、作業員が移動可能な空間部が形成されているので、作業員は、この空間部から障害物を除去するための作業を行うことができる。
【００１０】
請求項３に係る掘進機においては、請求項２に記載の掘進機において、前記筒体内には、前記第１のカッタヘッドと前記第２のカッタヘッドを撮像対象として、前記撮像対象を撮像する撮像装置が配置され、前記撮像装置は、前記撮像装置の撮像による画像を表示する表示装置に接続されてなる構成とした。
【００１１】
（作用）第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドを撮像対象として、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドの位置関係などを撮像装置で撮像し、撮像による画像を表示装置の画面上に表示することで、作業員は、表示装置の画面を見ながら、駆動部本体を移動させることで、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドとの位置決めを容易に行うことができるとともに、駆動部本体の構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る掘進機によれば、掘削経路中に障害物が存在するときに、補助固定要素から移動要素を分離して、移動要素を掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去することができる。
【００１３】
請求項２によれば、掘削経路中に障害物が存在するときに、第２のカッタヘッドを第１のカッタヘッドから分離して、駆動部本体とカッタ駆動軸と駆動源および第２のカッタヘッドを含む移動要素を掘削開始地点まで戻すだけで、障害物を除去することができる。
【００１４】
請求項３によれば、表示装置の画面を見ながら、第１のカッタヘッドと第２のカッタヘッドとの位置決めを容易に行うことができるとともに、駆動部本体の構成を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す掘進機の断面図、図２は、掘進機の正面図、図３は、外周側カッタヘッドの正面図、図４は、内周側カッタヘッドの正面図、図５は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図６は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図７は、ガイドローラと外筒との関係を示す図であって、（ａ）は、ガイドローラの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図、図８（ａ）は、掘進機の要部拡大断面図、８（ｂ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大断面図、図８（ｃ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大平面図、図９（ａ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示す要部断面図、図９（ｂ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示すカッタヘッドの平面図、図１０は、ゲージケースとゲージロッドとの関係を示す図であって、（ａ）は、ゲージケースの平面図、（ｂ）は、ゲージケースの断面図、（ｃ）は、ゲージケースの正面図、図１１は、補助固定要素から移動要素を分離したときの状態を示す掘進機の断面図、図１２は、掘進機の主固定要素と補助固定要素をトンネルに残したときの状態を示す掘進機の断面図、図１３は、掘進機の主固定要素と補助固定要素を坑口側へ移動し、障害物を除去するときの状態を示す掘進機の断面図、図１４は、掘進機の補助固定要素をトンネルの壁面に押し付けたときの状態を示す掘進機の断面図、図１５は、掘進機の主固定要素にレールゲージを敷設したときの状態を示す掘進機の断面図、図１６は、ゲージロッドに手押し治具を取り付けて、駆動部本体をケーシング部まで搬送したときの状態を示す掘進機の断面図、図１７は、駆動部本体をケーシング部の所定位置まで移動させたときの状態を示す掘進機の断面図、図１８は、カッタ位置決め完了状態を示す掘進機の断面図、図１９は、移動要素の駆動部本体にＯリングを装着して、移動要素のローリングを確認するときの状態を示す掘進機の断面図、図２０は、移動要素と補助固定要素とが連結されて掘進機が復元されたときの状態を示す掘進機の断面図、図２１は、油圧シリンダを用いたカッタヘッド位置決め機構の要部側面図、図２２は、カッタヘッド位置決め機構の代わりに小型ＴＶカメラを用いたときの掘進機の断面図である。
【００１６】
図１乃至図６において、掘進機１０は、トンネル（掘削経路）に固定される主固定要素として、外筒（筒体）１２と、一対の送排泥管１４と、引き戻しジャッキ１６等を備え、補助固定要素として、カッタヘッド（第１のカッタヘッド）１８を備え、トンネル（掘削経路）内に移動自在に配置される移動要素として、駆動部本体２０と、カッタ駆動軸２２と、油圧モータ（駆動源）２４と、カッタヘッド（第２のカッタヘッド）２６等を備えて構成されている。
【００１７】
外筒１２は、円筒状に形成されたケーシング１２ａ、１２ｂを備えており、ケーシング１２ａ、１２ｂ内周壁に、一対の送排泥管１４が固定されている。ケーシング１２ａとケーシング１２ｂは、連結部１２ｃを介して互いに連結され、ケーシング１２ａの長手方向一端側にはカッタヘッド１８が回転自在に連結されている。ケーシング１２ｂの長手方向一端側には引き戻し筒１６ａが連結部１２ｄを介して連結されており、引き戻し筒１６ａ内周壁には引き戻しジャッキ１６が固定されている。
【００１８】
ケーシング１２ａの長手方向一端側内周壁には、３個の支持板２８が円周方向おいて一定の間隔を保って固定されており、各支持板２８には、図７に示すように、一対の突起２８ａが相対向して形成され、各突起２８ａに回転軸２８ｂが固定されている。回転軸２８ｂには、ガイドローラ３０が回転自在に装着されている。各支持板２８近傍にはカッタ押え３２が配置されており、各カッタ押え３２は、ケーシング１２ａの長手方向一端側内周壁に固定されている。各カッタ押え３２の先端側には、突起３２ａが形成されている。
【００１９】
カッタヘッド１８は、外周側カッタヘッドとして、図２と図３に示すように、円環状に形成された回転ディスク（外周ディスク）３４と、回転ディスク３４に固定された複数個の切削刃３６、３８、４０と、回転ディスク３４に形成された複数個の土砂取り込みスクレーパ４２を備えて構成されている。各切削刃３６は、インナービットとしてボタン型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定されている。この場合、各切削刃３６は、切削対象の異なる部位をそれぞれ切削するために、回転ディスク３４の仮想の回転中心からの距離が異なる位置に配置されている。また、各切削刃３８は、オーバービットとしてボタン型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定され、各切削刃４０は、ディスク型ローラービットで構成されて、回転ディスク３４の仮想の回転中心を間にして、相対向して回転ディスク３４に固定されている。
【００２０】
回転ディスク３４の外周側には筒状のフランジ４４が一体に形成されており、フランジ４４先端内周側には、環状の摺動部４４ａを残して環状の凹部４４ｂが形成されている（図７参照）。摺動部４４ａはガイドローラ３０の摺動路としてガイドローラ３０に当接されている。凹部４４ｂには、カッタ押え３２の突起３２ａが挿入されており、ケーシング１２ａに固定されたカッタ押え３２により、外周側カッタヘッド１８の抜けが防止されるようになっている。
【００２１】
また、回転ディスク３４の内周側には筒状のフランジ４５が形成されており、フランジ４５の一部には、キー溝４６が回転ディスク３４の径方向と直交する方向（フランジ４４の長手方向）に沿って形成され、キー溝４６の端部には、キー溝４６の側壁として位置検出部用ストッパ４８が形成されている。そして、回転ディスク３４の内周側の領域は、作業員が移動可能な空間部として形成されている。
【００２２】
一方、駆動部本体２０は、略円柱状に形成されて外筒１２の長手方向に沿って配置され、図６に示すように、接合面２０ｃが反力受けボルト１１２により、ケーシングン１２ａに固定されている。駆動部本体２０の底部側には、駆動部本体２０の搬送時に、図６に示すように、一対のレールゲージ５０が配置される。各レールゲージ５０は、レベル調整ボルト５０ａによってそのレベルが調整され、レベルの調整後は、溶接またはシム溶接等によって固定され、繰り返しの取り付け、取り外しに対して再現性のある構造となっている。左右に分かれた配置された一対のレールゲージ５０のレベルを調整すると、駆動部本体２０の軸心とケーシング１２ａの軸心との芯ずれを略０ｍｍにすることができる。しかも、略円柱状に形成された駆動部本体２０の底部側が、左右に分かれて配置された一対のレールゲージ５０で支持されているので、駆動部本体２０が回転方向にずれることはあっても、芯ずれを起こすことがないようになっている。従って、駆動部本体２０の天地関係を調整すれば、駆動部本体２０を小型の作業用ダルマジャッキ等で比較的容易にケーシング１２ａ内に挿入して、固定することができる。
【００２３】
駆動部本体２０には、駆動部本体２０の中心部を貫く軸状部材としてのカッタ駆動軸２２が回転自在に挿入されている（図１参照）。カッタ駆動軸２２は、長手方向（軸方向）の一端側が平行キー５２とボルト５３によって駆動部本体２０のボス部２０ａに連結され、長手方向の他端側に形成されたインボリュートスプライン結合部２０ｄが油圧モータ２４のモータ駆動軸５４に回転自在に連結されている。ボス部２０ａは、内周側カッタヘッド２６に連結されている。
内周側カッタヘッド２６は、図４に示すように、円盤状の回転ディスク（内周ディスク）５６と、３個の切削刃５８と等を備え、各切削刃５８は、ボタン型ローラービットで構成されて、ボルト６２により回転ディスク５６に固定されている。回転ディスク５６は、作業員が移動可能な空間部に対応した大きさに形成されており、回転ディスク５６の外周側には、複数の凹部５６ａ、５６ｂ、５６ｃが形成されている。
【００２４】
凹部５６ａは、外周側カッタヘッド１８の一方の切削刃３６に対応して形成され、凹部５６ｂは、外周側カッタヘッド１８の他方の切削刃３６に対応して形成され、凹部５６ｃは、外周側カッタヘッド１８のキー溝４６に対応して形成されている。
【００２５】
また、回転ディスク５６には、４個の窓６０が周方向に沿って分散して形成され、各窓６０より内周側にはリブ２０ｂが一体となって溶着されている。リブ２０ｂには、ボス部２０ａに溶着されている。すなわち、回転ディスク５６は、リブ２０ｂとボス部２０ａが溶接によって固着されて、一体構造となっており、リブ２０ｂ、ボス部２０ａを介してカッタ駆動軸２２に連結されている。また、回転ディスク５６の各窓６０より外周側にはフランジ６４が一体となって形成されている。フランジ６４の外周側には、図８に示すように、挿入組み込み可能な平行キー６６が装着されている。平行キー６６はボルト６８によってフランジ６４に固定されている。平行キー６６は、外周側回転ディスク３４のフランジ４５に形成されたキー溝４６に嵌合されている。
【００２６】
すなわち、内周側回転ディスク５６は、平行キー６６とキー溝４６を介して外周側回転ディスク３４と着脱自在に連結されており、外周側回転ディスク３４には、油圧モータ２４からの回転力（駆動力）がモータ駆動軸５４、カッタ駆動軸２２、ボス部２０ａ、リブ２０ｂ、内周側回転ディスク５６を介して伝達されるようになっている。
【００２７】
また、外周側回転ディスク３４は、フランジ４５の端部が、内周側回転ディスク５６のフランジ６４の長手方向端部に形成された凸部６４ａに嵌合するので、外周側カッタヘッド１８に加わる掘削時の軸方向（長手方向）の力を内周側カッタヘッド２６に伝達することができる。
【００２８】
油圧モータ２４は、ボルトを含む固定部材７０を介して駆動部本体２０に固定されており、油圧モータ２４には、正回転用と逆回転用およびドレン用の３本の油圧ホース７２が連結されている。各油圧ホース７２は、油圧制御ユニット（図示せず）に接続されており、油圧モータ２４は、油圧制御ユニットの制御に従った油圧に応答して、モータ駆動軸５４を正回転または逆回転するようになっている。
【００２９】
カッタ駆動軸２２には、その中心部を貫く貫通孔７４が長手方向に沿って形成されており、貫通孔７４には、円柱状のゲージロッド７６が摺動自在に挿入されている。ゲージロッド７６は、カッタ駆動軸２２と、油圧モータ２４と、ゲージケース７８およびエンドブラケット８０に亘って配置されて、貫通孔７４に連通する貫通孔（油圧モータ２４の中心部を貫く貫通孔）８２とゲージケース７８および貫通孔（エンドブラケット８０の中心部を貫く貫通孔）８４内に摺動自在に挿入されている。
【００３０】
ゲージロッド７６の長手方向一端側には、Ｌ字型に形成された支持ロッド８６が連結されており、支持ロッド８６の先端側には、支持ロッド８６に直交してカッタ位置検出部８８が固定されている。カッタ位置検出部８８は、外周側回転ディスク３４のキー溝４６に挿入可能に形成され、支持ロッド８６は、内周側回転ディスク５６の凹部５６ｃに挿入可能に形成されている。内周側回転ディスク５６の凹部５６ｃ近傍には、図９に示すように、支持ロッド８６の移動をガイドするガイド部材９０、９２が固定されている。
【００３１】
一方、ゲージロッド７６の長手方向他端側には、図１０に示すように、小径部７６ａが形成されており、小径部７６ａの長手方向端部には、手押し治具挿入用の穴７７が形成され、小径部７６ａの長手方向端部外周には、滑り軸受９４が固定されている。滑り軸受９４外周には位置決めゲージ９６が固定され、位置決めゲージ９６には、六角穴付きボルト９８が固定されている。六角穴付きボルト９８は、ゲージケース７８の溝１００内に挿入されて、位置決めゲージ９６の回り止めと指針を兼用するようになっている。ゲージケース７８の溝１００の縁には、位置決めゲージ９６の位置を読み取るための目盛として、位置決め完了目盛１０２、位置決め開始目盛１０４、カッタ装着完了目盛１０６が付けられている。
【００３２】
また、小径部７６ａの外周側には、圧縮されたばね１０８が装着されており、ばね１０８は、長手方向一端側が調圧スペーサ１１０を介して位置決めゲージ９６に支持され、長手方向他端側がエンドブラケット８０に支持され、蓄積された弾性力（ばね力）により、ゲージロッド７６をカッタヘッド２６側に付勢するようになっている。なお、ばね１０８の弾性力は調圧スペーサ１１０の厚みを変えることで調整できるようになっている。
【００３３】
上記構成による掘進機１０を用いて、地中に、掘削開始位置と掘削終了位置とを結ぶ掘削経路としてのトンネルを掘削するに際して、掘削開始位置の坑口に掘進機１０を配置し、油圧モータ２４の回転駆動により、油圧モータ２４の回転力をモータ駆動軸５４、カッタ駆動軸２２を介して内周側カッタヘッド２６に伝達すると、内周側カッタヘッド２６が回転するともに、内周側カッタヘッド２６の回転力が外周側カッタヘッド１８に伝達され、各カッタヘッド１８、２６の回転に伴って、切削刃３６、３８、４０、５８によって掘削対象が掘削され、地中にトンネルが形成される。
【００３４】
ここで、地中にトンネルを掘削している過程で、図１１に示すように、トンネル２００の途中に障害物２０２が存在する場合、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結を解除するために、まず、反力受けボルト１１２を取り外すとともに、送排泥管１４等を取り外し、駆動部本体２０を坑口側へ引き戻すと、内周側回転ディスク５６の平行キー６６と外周側回転ディスク３４のキー溝４６との嵌合が解除され、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結が解除される。
【００３５】
すなわち、掘進機１０は、トンネル（掘削経路）２００に固定される主固定要素（外筒１２）に連結された補助固定要素（外周側カッタヘッド１８）と移動要素（駆動部本体２０、カッタ駆動軸２２、油圧モータ２４、内周側カッタヘッド２６）とが分離（分解）可能に構成されているので、移動要素を坑口側に引き戻すことで、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６との連結が解除され、移動要素を坑口側へ移動させることができる。
【００３６】
駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側に引き戻すと、図１２に示すように、外筒１２内には、作業員２０４が移動可能な空間部１１４が形成されるので、作業員２０４は、掘削開始地点の坑口から空間部１１４内を移動することができる。作業員２０４が、外周側カッタヘッド１８内周側の空間部１１６を介して障害物２０２を確認したときには、図１３に示すように、引き戻しジャッキ１６を縮め、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素全体を掘削開始地点の坑口側に僅かに戻し、障害物２０２と外周側カッタヘッド１８との間のトンネル２００内に作業空間部２００ａを形成する。この後、作業員２０４は、空間部１１６から作業空間部２００ａ内に移動して、障害物２０２を除去する作業を行う。
【００３７】
障害物２０２が除去されたときには、引き戻しジャッキ１６を伸ばし、図１４に示すように、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素全体を掘削開始地点の坑口から離れる方向（掘進方向）に移動させ、外周側カッタヘッド１８と外筒１２を含む主固定要素と補助固定要素の先端側をトンネル２００の壁面に押し付ける。
【００３８】
次に、作業員２０４は、図１５に示すように、空間部１１４内を移動して、外筒１２内にレールゲージ５０を敷設する。この後、作業員２０４が、空間部１１４を通って掘削開始地点の坑口側に戻ったときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６を含む移動要素を坑口側から、空間部１１４内に挿入し、移動要素全体を空間部１１４の所定位置まで移動させる。
【００３９】
この移動に先立って、作業員２０４が、ケージロッド７６の小径部７６ａに形成された穴７７内に手押し治具８１の先端側を挿入し、手押し治具８１を介して、ゲージロッド７６をカッタヘッド１８側に押し出すと、図１６に示すように、ゲージロッド７６の先端側が切削刃５８の取り付け部５８ａに突き当たる。このとき、構造上、位置決めゲージ９６は位置決め完了目盛１０２の位置となる。
【００４０】
移動要素全体を空間部１１４の所定位置まで移動させたときには、図１７に示すように、ゲージロッド７６のカッタ位置検出部８８がカッタヘッド１８の回転ディスク３４に突き当たる。ここで、作業者２０４は、位置決めゲージ９６が位置決め開始目盛１０４の位置にあるか否かを確認する。位置決めゲージ９６が位置決め開始目盛１０４の位置にあるときに、油圧モータ２４を低速度で回転させながら、カッタ位置検出部８８を回転ディスク３４のキー溝４６に挿入するための位置決めを行う。カッタ位置検出部８８を回転ディスク３４のキー溝４６に挿入するための位置決めが行われると、図１８に示すように、支持ロッド８６がガイド部材９０、９２にガイドされながらカッタヘッド１８の先端側に移動するとともに、カッタ位置検出部８８が回転ディスク３４のキー溝４６に沿ってカッタヘッド１８の先端側に移動する。このとき、作業者２０４は、位置決めゲージ９６が位置決め完了目盛１０２の位置とあることを確認したときには、油圧モータ２４の駆動を停止する。これにより、カッタヘッド１８とカッタヘッド２６との位置決めが完了する。
【００４１】
この後、駆動部本体２０のうちレールゲージ５０に支持された部分がレールゲージ５０の外周側回転ディスク３４側端部を通過するまで、駆動部本体２０をトンネル２００の壁面に向けて移動させ、図１９に示すように、駆動部本体２０外周面に形成されたＯリング装着溝１１８内にＯリング１２０を装着し、駆動部本体２０のローリングの有無を確認する。
【００４２】
この後、駆動部本体２０の接合面がケーシング１２ａの接合面に当接するまで、駆動部本体２０を含む移動要素全体をトンネル２００の壁面に向けて移動させると、図２０に示すように、内周側回転ディスク５６の平行キー６６と外周側回転ディスク３４のキー溝４６とが嵌合し、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６が回転ディスク５６と回転ディスク３４を介して互いに連結される。このとき、カッタ位置検出部８８がキー溝４６の端部に形成されたストッパ４８に当接し、カッタ位置検出部８８の移動が阻止され、位置決めゲージ９６がカッタ装着完了目盛１０６の位置となる。これにより、作業員２０４は、外周側カッタヘッド１８と内周側カッタヘッド２６が再び連結され、移動要素全体の移動が完了したことを位置決めゲージ９６で確認することができる。
【００４３】
この後、水密検査を行い、問題がないときには、レールゲージ５０を取り外し、送排泥管１４等を取り付けるとともに、反力受けボルト１１２を締め付けることで、移動要素が主固定要素に固定され、掘進機１０が復元されることになる。
【００４４】
この後、掘進機１０を駆動することで、トンネル２００を掘削する作業を行うことができる。
【００４５】
本実施例によれば、掘進機１０を、トンネル（掘削経路）２００に固定される主固定要素（外筒１２）に連結された補助固定要素（外周側カッタヘッド１８）と移動要素（駆動部本体２０、カッタ駆動軸２２、油圧モータ２４、内周側カッタヘッド２６）とに分離（分解）可能に構成し、トンネル２００中に障害物２０２が存在するときには、駆動部本体２０とカッタ駆動軸２２と油圧モータ２４および内周側カッタヘッド２６含む移動要素を坑口側に引き戻し、外筒１２内に、作業員２０４が移動可能な空間部１１４を形成し、空間部１１４から空間部１１６を介して作業空間部２００ａに侵入した作業員２０４が障害物２０２を除去するようにしたため、掘進機１０全体を坑口側に戻すことなく、移動要素のみを坑口側に移動するだけで、障害物２０２を除去することができる。
【００４６】
また、カッタヘッド１８、２６の位置決めを行うに際しては、カッタヘッド位置決め機構として、ばね１０８や手押し治具８０を用いる代わりに、図２１に示すように、油圧シリンダ１２４を用いることができる。この場合、油圧シリンダ１２４を支持する支持板１２６の一端側をゲージケース７８とともに油圧モータ２４に固定し、油圧シリンダ１２４のロッド１２８をリンク１２９に連結し、リンク１２９を位置決めゲージ９６に連結し、位置決めゲージ９６の位置を確認しながら、油圧シリンダ１２４の駆動を制御してゲージロッド７６を往復動させることができる。
【００４７】
また、カッタヘッド１８、２６の位置決めを行うに際しては、カッタヘッド位置決め機構を用いる代わりに、図２２に示すように、ケーシング１２ａにＴＶカメラ挿入穴１３０を形成し、ＴＶカメラ挿入穴１３０内にＴＶカメラ取り付けパイプ１３２を挿入し、ＴＶカメラ取り付けパイプ１３２の先端側に小型ＴＶカメラ（撮像装置）１３４を固定し、小型ＴＶカメラ１３４でカッタヘッド１８、２６を撮像し、小型ＴＶカメラ１３４で撮像された画像をケーブル１３６を介して監視モニタ（図示せず）に転送して、監視モニタ（表示装置）上にカッタヘッド１８とカッタヘッド２６の連結状態や相互の位置関係等を表示する構成を採用することができる。この場合、作業員が監視モニタを見ながら、駆動部本体２０を移動させることで、カッタヘッド１８とカッタヘッド２６との位置決めを容易に行うことができる。
【００４８】
この構成を採用すると、ゲージロッド７６、ゲージケース７８、位置決めゲージ９６などのカッタヘッド位置決め機構は不要となり、駆動部本体２０の構成を簡素化することができる。
なお、油圧モータ２４の代わりに、電動モータを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例を示す掘進機の縦断面図である。
【図２】掘進機の正面図である。
【図３】外周側カッタヘッドの正面図である。
【図４】内周側カッタヘッドの正面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】ガイドローラと外筒との関係を示す図であって、（ａ）は、ガイドローラの拡大正面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部拡大断面図である。
【図８】（ａ）は、掘進機の要部拡大断面図、（ｂ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大断面図、（ｃ）は、平行キーと回転ディスクとの関係を示す要部拡大平面図である。
【図９】（ａ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示す要部断面図、（ｂ）は、カッタ位置検出部とガイドとの関係を示すカッタヘッドの平面図である。
【図１０】ゲージケースとゲージロッドとの関係を示す図であって、（ａ）は、ゲージケースの平面図、（ｂ）は、ゲージケースの断面図、（ｃ）は、ゲージケースの正面図である。
【図１１】トンネル内の障害物を除去するときの工程を説明するための図であって、補助固定要素から移動要素を分離したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１２】掘進機の主固定要素と補助固定要素をトンネルに残したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１３】掘進機の主固定要素と補助固定要素を坑口側へ移動し、障害物を除去するときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１４】掘進機の補助固定要素をトンネルの壁面に押し付けたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１５】掘進機の主固定要素にレールゲージを敷設したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１６】ゲージロッドに手押し治具を取り付けて、駆動部本体をケーシング部まで搬送したときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１７】駆動部本体をケーシング部の所定位置まで移動させたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図１８】カッタ位置決め完了状態を示す掘進機の断面図である。
【図１９】移動要素の駆動部本体にＯリングを装着して、移動要素のローリングを確認するときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図２０】移動要素と補助固定要素とが連結されて掘進機が復元されたときの状態を示す掘進機の断面図である。
【図２１】油圧シリンダを用いたカッタヘッド位置決め機構の要部側面図である。
【図２２】カッタヘッド位置決め機構の代わりに小型ＴＶカメラを用いたときの掘進機の断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 掘進機
１２ 外筒
１８ 外周側カッタヘッド
２０ 駆動部本体
２２ カッタ駆動軸
２４ 油圧モータ
２６ 内周側カッタヘッド
３０ ガイドローラ
３２ カッタ押え
３４ 回転ディスク
３６、３８、４０ 切削刃
４６ キー溝
５０ レールゲージ
５６ 回転ディスク
５８ 切削刃
７６ ゲージロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削対象を掘削して地中に掘削経路を形成しながら移動する掘進機において、前記掘削経路中に固定される主固定要素と、前記主固定要素内に移動可能に配置される移動要素と、前記主固定要素に回転自在に連結されるとともに前記移動要素と着脱自在に連結され、前記移動要素から分離される分解時に前記掘削経路中に固定される補助固定要素とを備え、前記移動要素は、前記補助固定要素との連結時に、前記補助固定要素に回転力を付与して、前記補助固定要素とともに前記掘削対象を掘削し、前記補助固定要素から分離されたときには、前記主固定要素との間に作業員が移動可能な空間部を形成してなることを特徴とする掘進機。
【請求項２】
請求項１に記載の掘進機において、
前記主固定要素は、前記掘削経路中に固定される筒体を備え、
前記補助固定要素は、環状に形成されて、その外周側が前記筒体の長手方向一端側に回転自在に連結され、回転力を受けて前記掘削対象を掘削する第１のカッタヘッドを備え、
前記移動要素は、前記筒体の長手方向に沿って配置された駆動部本体と、前記駆動部本体内に、その長手方向に沿って配置されたカッタ駆動軸と、前記駆動部本体に固定されて前記カッタ駆動軸を回転駆動する駆動源と、前記カッタ駆動軸の長手方向一端側に連結されて、前記カッタ駆動軸とともに回転して前記掘削対象を掘削する第２のカッタヘッドとを備え、
前記第１のカッタヘッドの内周側には、前記作業員が移動可能な空間部が形成され、前記第２のカッタヘッドは、前記第１のカッタヘッドの内周側に配置されて前記第１のカッタヘッドと着脱自在に連結され、前記カッタ駆動軸の回転に伴う回転力を前記第１のカッタヘッドに伝達してなることを特徴とする掘進機。
【請求項３】
請求項２に記載の掘進機において、前記筒体内には、前記第１のカッタヘッドと前記第２のカッタヘッドを撮像対象として、前記撮像対象を撮像する撮像装置が配置され、前記撮像装置は、前記撮像装置の撮像による画像を表示する表示装置に接続されてなることを特徴とする掘進機。
【請求項１】
掘削対象を掘削して地中に掘削経路を形成しながら移動する掘進機において、前記掘削経路中に固定される主固定要素と、前記主固定要素内に移動可能に配置される移動要素と、前記主固定要素に回転自在に連結されるとともに前記移動要素と着脱自在に連結され、前記移動要素から分離される分解時に前記掘削経路中に固定される補助固定要素とを備え、前記移動要素は、前記補助固定要素との連結時に、前記補助固定要素に回転力を付与して、前記補助固定要素とともに前記掘削対象を掘削し、前記補助固定要素から分離されたときには、前記主固定要素との間に作業員が移動可能な空間部を形成してなることを特徴とする掘進機。
【請求項２】
請求項１に記載の掘進機において、
前記主固定要素は、前記掘削経路中に固定される筒体を備え、
前記補助固定要素は、環状に形成されて、その外周側が前記筒体の長手方向一端側に回転自在に連結され、回転力を受けて前記掘削対象を掘削する第１のカッタヘッドを備え、
前記移動要素は、前記筒体の長手方向に沿って配置された駆動部本体と、前記駆動部本体内に、その長手方向に沿って配置されたカッタ駆動軸と、前記駆動部本体に固定されて前記カッタ駆動軸を回転駆動する駆動源と、前記カッタ駆動軸の長手方向一端側に連結されて、前記カッタ駆動軸とともに回転して前記掘削対象を掘削する第２のカッタヘッドとを備え、
前記第１のカッタヘッドの内周側には、前記作業員が移動可能な空間部が形成され、前記第２のカッタヘッドは、前記第１のカッタヘッドの内周側に配置されて前記第１のカッタヘッドと着脱自在に連結され、前記カッタ駆動軸の回転に伴う回転力を前記第１のカッタヘッドに伝達してなることを特徴とする掘進機。
【請求項３】
請求項２に記載の掘進機において、前記筒体内には、前記第１のカッタヘッドと前記第２のカッタヘッドを撮像対象として、前記撮像対象を撮像する撮像装置が配置され、前記撮像装置は、前記撮像装置の撮像による画像を表示する表示装置に接続されてなることを特徴とする掘進機。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００８−２７４６９１（Ｐ２００８−２７４６９１Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２１６３１（Ｐ２００７−１２１６３１）
【出願日】平成１９年５月２日（２００７．５．２）
【出願人】（０００１２７２５９）株式会社イセキ開発工機 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２日（２００７．５．２）
【出願人】（０００１２７２５９）株式会社イセキ開発工機 (9)
【Ｆターム（参考）】
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