角穴掘削マシン
【課題】バケットやブームが掘進ケーシング内の各部に当たらないように駆動される角穴掘削マシンを提供する。
【解決手段】バケット１２を上下方向に回動させるブーム５５と、このブーム５５を掘進ケーシング３０に対して前後方向に移動するスライドフレーム７０とを備え、バケット掘削機１０が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシン１であって、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器と、ブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、スライドフレーム７０の前後位置検出値とブーム５５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【解決手段】バケット１２を上下方向に回動させるブーム５５と、このブーム５５を掘進ケーシング３０に対して前後方向に移動するスライドフレーム７０とを備え、バケット掘削機１０が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシン１であって、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器と、ブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、スライドフレーム７０の前後位置検出値とブーム５５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に角穴を掘削する角穴掘削マシンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄道線路、道路などの路線下に立体交差するトンネル（横断構造物）を構築する工法として、長尺の鋼材管などからなる断面角形あるいはコの字形のエレメントを複数用いてトンネル覆工壁を形成するトンネル構築工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このトンネル構築工法は、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば水平ボーリングによって削孔した路線１０１下の地山１０２の穴にワイヤ１０３を挿入した後、ワイヤ１０３の掘削発進側１０４に角穴掘削マシン１０５とエレメント１０６を接続して、掘削到着側１０７からワイヤ１０３を牽引する。牽引とともに角穴掘削マシン１０５を駆動してエレメント１０６枠内を掘削し、掘削発進側１０４から掘削到着側１０７へとエレメント１０６を貫通させる。一つのエレメント１０６が貫通すると、隣接する箇所から次の掘削およびエレメント挿入を開始する。こうして連なる各エレメント１０６の内部には、掘削された土砂などを排出するためのコンベア１１０や角穴掘削マシン１０５を駆動するための油圧配管１０９、配線類などが設けられる。
【０００４】
上記の作業をトンネルの外枠に沿って順次行っていき、最終的に地山非開削の状態で例えば図１３に示す箱型のトンネル覆工壁が形成される。
【０００５】
従来、エレメント１０６の先端部に設置される角穴掘削マシン１０５として、回転するセンターカッタを用いて硬い地山を掘削するセンターカッタタイプのもの（例えば、特許文献２参照）と、複数のハンマ掘削機を用いて軟らかい地山を掘削する打撃ハンマタイプのもの（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００６】
特許文献３に開示された打撃ハンマタイプの角穴掘削マシンは、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングを備え、掘進ケーシングの内側に複数のハンマ掘削機とバケット掘削機とコンベアなどを備えている。バケット掘削機はバケットを動かすことによって切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集め、集められた土砂をコンベアによって搬出して、連続掘進が行われる。
【特許文献１】特開平１１−２４７５７９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６０９９３号公報
【特許文献３】特開２００３−０３５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の角穴掘削マシンは、掘進ケーシングの内側にてバケット掘削機を前後方向に移動するとともに、バケット掘削機が上下方向に回動するブームを介してバケットを動かすため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たり、掘進ケーシング３０内に設けられるカメラや照明器等を破損する心配がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バケットやブームが掘進ケーシング内の各部に当たらないように駆動される角穴掘削マシン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】
【０００９】
本発明は、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングと、この掘進ケーシング内に設けられるバケット掘削機とを備え、このバケット掘削機は、切羽を掘削するバケットと、このバケットを上下方向に回動させるブームと、このブームを掘進ケーシングに対して前後方向に移動するスライドフレームとを備え、バケット掘削機が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシンに適用する。
【００１０】
そして、スライドフレームの前後位置を検出する前後位置検出器と、ブームの上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、スライドフレームの前後位置検出値とブームの回動位置検出値とに応じてバケット掘削機が掘進ケーシング内の各部に当たらないようにブームの上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備えることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、バケット掘削機はスライドフレームの前後位置に応じた所定の範囲内でブームとバケットを上下動させるため、バケットやブームが掘進ケーシング内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は角穴掘削マシン１の側面図であり、図２は角穴掘削マシン１を上から見た平面図である。
【００１４】
角穴掘削マシン１は前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられるもので、牽引装置によって牽引されながら地山を掘進し、角穴掘削マシン１に続いて地山に覆工エレメントを挿入（貫入）するようになっている（図１２参照）。
【００１５】
図１、２に示すように、角穴掘削マシン１は、地山に進入する推力が与えられる掘進ケーシング３０と、切羽を打撃力によって掘削する複数のハンマ掘削機（削岩機）２０と、切羽を掘削するとともに掘削された土砂を集めるバケット掘削機１０と、バケット掘削機１０によって集められた礫や土砂を後方に搬送するコンベア（図示せず）などを備える。
【００１６】
図４は角穴掘削マシン１を後ろから見た背面図である。図４に示すように、掘進ケーシング３０は断面四角形の鋼管からなり、左右の側板３３、３４と上板３５および下板３６を有する。左右の側板３３、３４は略垂直方向に延び、上板３５および下板３６は略水平方向に延びている。
【００１７】
掘進ケーシング３０には四つの隅部から継ぎ手３１が突出し、各継ぎ手３１が既に挿入された覆工エレメント４の継ぎ手（ガイドレール）にスライド自在に係合する。掘進ケーシング３０は覆工エレメントの継ぎ手によって掘進方向に案内されることにより所定の軌道で地山に進入し、施工精度が確保される。
【００１８】
角穴掘削マシン１は、掘進ケーシング３０のクランプ３９に図示しないワイヤが連結され、このワイヤが牽引装置に牽引されることによって推力が与えられる。なお、角穴掘削マシン１は、掘進ケーシング３０が後方の覆工エレメントを介して押されることによって推力が与えられる構成にしてもよい。
【００１９】
図３は角穴掘削マシン１を前から見た正面図である。図３に示すように、掘進ケーシング３０の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数のハンマ掘削機２０が並んで設けられる。本実施の形態では、左右の側板３３、３４に沿ってそれぞれ６つのハンマ掘削機２０が並んで配置され、各ハンマ掘削機２０によって掘進ケーシング３０の外形線に沿った掘削が行われる構成とする。なお、ハンマ掘削機２０が設けられる個数はこれに限らず、また、上板３５および下板３６にも複数のハンマ掘削機２０が並んで配置される構成としてもよい。
【００２０】
各ハンマ掘削機２０は図示しないロッドの先端に掘削工具（歯先）２２が連結され、この掘削工具２２が切羽に押し付けられるのに伴ってハンマ掘削機２０が自動的に駆動油圧が供給される。ハンマ掘削機２０は図示しないシリンダ内に収められたピストンを油圧によって進退させてロッドの後端面を打撃し、掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれて切羽を掘削するようになっている。
【００２１】
掘進ケーシング３０の内側には左右のハンマ掘削機２０列の間に排土空間３７が設けられる。この排土空間３７にバケット掘削機１０と図示しないコンベアが配置される。各ハンマ掘削機２０の打撃によって掘削された礫や土砂がバケット掘削機１０とコンベアによって排土空間３７を通して搬出されることにより、ハンマ掘削機２０の作動を止めることなく連続掘進が行える。
【００２２】
バケット掘削機１０は、図１、図２に示すように、三次元方向に動かされるバケット１２を備え、バケット１２の先端には複数の爪１９が突出している。このバケット１２によって切羽を削り落とす機能と、バケット１２によって掘削された礫や土砂をコンベアへと集める機能とを持っている。
【００２３】
図５はバケット掘削機１０を上から見た平面図であり、図６はバケット掘削機１０の側面図である。図５、６に示すように、バケット掘削機１０は、掘進ケーシング３０の上板３５に沿って前後方向に移動するスライドフレーム７０を備え、このスライドフレーム７０によってバケット１２を前後方向に動かすようになっている。
【００２４】
スライドフレーム７０の左右の側部には一対のローラ７１と一対のローラ７２がそれぞれ取り付けられる。掘進ケーシング３０の上板３５には各ローラ７１、７２を転接させる一対のレール７３が設けられる。
【００２５】
スライドフレーム７０は一対の油圧シリンダ７４によって駆動される。図６に示すように、各油圧シリンダ７４はそれぞれのシリンダ基端部がピン７５を介してスライドフレーム７０の後部に連結され、それぞれのロッド先端部がピン７６を介して掘進ケーシング３０の前部に連結される。
【００２６】
スライドフレーム７０は、各油圧シリンダ７４が伸張することにより後退し、各油圧シリンダ７４が収縮することにより前進する。
【００２７】
バケット掘削機１０は、スライドフレーム７０に対して左右方向に旋回する旋回フレーム６５を備え、この旋回フレーム６５によってバケット１２を左右方向に動かすようになっている。
【００２８】
バケット掘削機１０は、旋回フレーム６５をスライドフレーム７０に対して回動可能に支持するピン（垂直回動支持軸）６６と、旋回フレーム６５をピン６６を支点に回動させる一本の油圧シリンダ６７とを備える。
【００２９】
図６、７に示すように、スライドフレーム７０にはピン６６の上下端部を支持する上下のブラケット部７７、７８と、このブラケット部７７、７８の基端部が結合される箱形の後方ケース部７９とを形成する。
【００３０】
油圧シリンダ６７はそのシリンダ基端部がピン６８を介してスライドフレーム７０の側部に連結され、図８に示すようにそのロッド先端部がピン６９を介して旋回フレーム６５の側部に連結される。
【００３１】
油圧シリンダ６７が伸張することにより、旋回フレーム６５はスライドフレーム７０に対して図５にて左回り方向に回動し、油圧シリンダ６７が収縮することにより、旋回フレーム６５はスライドフレーム７０に対して図５にて右回り方向に回動する。油圧シリンダ６７が図５に示す中立位置にある場合、旋回フレーム６５とブーム５５が掘進ケーシング３０の中心線上に位置する。
【００３２】
バケット掘削機１０は、旋回フレーム６５に対して上下方向に揺動するブーム５５を備え、このブーム５５によってバケット１２を上下方向に動かすようになっている。
【００３３】
ブーム５５は旋回フレーム６５に対してピン（水平回動支持軸）５６によって回動可能に支持される。
【００３４】
バケット掘削機１０は、ブーム５５をピン５６を支点に回動させる一対の油圧シリンダ５７とを備える。各油圧シリンダ５７はそれぞれのシリンダ基端部がピン５８を介して旋回フレーム６５に連結され、それぞれのロッド先端部がピン５９を介してブーム５５の中程に連結される。
【００３５】
各油圧シリンダ５７が伸張することにより、ブーム５５は旋回フレーム６５に対して下方向に回動し、各油圧シリンダ５７が収縮することにより、ブーム５５は旋回フレーム６５に対して上方向に回動する。
【００３６】
バケット掘削機１０は、バケット１２をブーム５５の先端部に対して回動可能に支持するピン（水平回動支持軸）５６と、バケット１２に連係して回動するリンク１７、１８と、リンク１７、１８を介してバケット１２をピン１３を支点に回動させる一本の油圧シリンダ１４とを備える。
【００３７】
油圧シリンダ１４はそのシリンダ基端部がピン１５を介してブーム５５の中程に連結され、そのロッド先端部がピン１６（水平回動支持軸）を介してリンク１７、１８の各基端部に連結される。
【００３８】
リンク１７の先端部はピン（水平回動支持軸）２３を介してバケット１２に連結される。一対で設けられる各リンク１８の先端部はピン（水平回動支持軸）２４を介してブーム５５に連結される。
【００３９】
油圧シリンダ１４が伸張することにより、バケット１２はブーム５５に対して下方向に回動し、油圧シリンダ１４が収縮することにより、バケット１２はブーム５５に対して上方向に回動する。
【００４０】
油圧シリンダ１４の伸縮作動がリンク１７、１８を介してバケット１２に伝えられることにより、油圧シリンダ１４がブーム５５に干渉することがなく、バケット１２の回動角度範囲が確保される。
【００４１】
図６に示す側面図において、ブーム５５を回動させる各油圧シリンダ５７とバケット１２を回動させる油圧シリンダ１４とは、互い交差するように配置されている。これにより、ブーム５５まわりの限られたスペースにおいて、各油圧シリンダ５７と油圧シリンダ１４とを介装することが可能となる。
【００４２】
なお、バケット掘削機１０に設けられる油圧シリンダ１４、５７、６７、７４の本数は、これに限らず、要求される出力などに応じて任意に設定される。
【００４３】
スライドフレーム７０には油圧バルブスタンド５が設けられ、この油圧バルブスタンド５によって油圧シリンダ１４、５７、６７、７４、ハンマ掘削機２０に加圧作動油が給排される。油圧バルブスタンド５の作動は地山の外側に設けられる図示しないコントローラによって制御される。
【００４４】
掘進ケーシング３０内にはカメラ２、照明器３が設けられ、このカメラ２によって撮影される様子を見ながらハンマ掘削機２０やバケット掘削機１０の動作を遠隔操作できるようになっている。
【００４５】
角穴掘削マシン１は、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器（図示せず）と、スライドフレーム７０に対する旋回フレーム６５の左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器（図９など参照）と、スライドフレーム７０の位置と旋回フレーム６５の位置とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように旋回フレーム６５の回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段と、旋回フレーム６５に対するブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器（図９〜１１など参照）と、スライドフレーム７０の位置とブーム５５の位置とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【００４６】
前後位置検出器は、バケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の内側に位置することを検出する内側位置検出用リミットスイッチ（図示せず）と、バケット１２の先端部が掘進ケーシング３０の前端より前方に所定距離（例えば２００ｍｍ）だけ突出する前端位置検出用リミットスイッチ（図示せず）とが設けられる。
【００４７】
スライドフレーム７０には内側位置検出用ストライカ（図示せず）と前端位置検出用ストライカ（図示せず）とが設けられる。
【００４８】
バケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動する位置より後方にスライドフレーム７０があると、内側位置検出用ストライカが内側位置検出用リミットスイッチに対峙し、内側位置検出用リミットスイッチはＯＦＦからＯＮになってこの検出信号をコントローラに出力する。
【００４９】
バケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動する位置と軌跡Ｂ２で示す範囲内で移動する位置との間にスライドフレーム７０があるとき、前端位置検出用のストライカが前端位置検出用リミットスイッチに対峙し、前端位置検出用リミットスイッチはＯＦＦからＯＮになってこの検出信号をコントローラに出力する。
【００５０】
コントローラは、内側位置検出用リミットスイッチと前端位置検出用リミットスイッチとの検出信号をそれぞれ入力することにより、スライドフレーム７０の位置を次のよう判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＮ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＦＦの場合、コントローラはバケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の内側に位置する内側位置にスライドフレーム７０があると判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＦＦ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＮの場合、コントローラはバケット１２の一部分が掘進ケーシング３０の外側に位置する前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にスライドフレーム７０があると判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＦＦ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＦＦの場合、コントローラはバケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の外側に位置する外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にスライドフレーム７０があると判定する。
【００５１】
図９は旋回フレーム回動位置検出器を上から見た平面図であり、図１０は旋回フレーム回動位置検出器の側面図であり、図１１は旋回フレーム回動位置検出器を図１０の矢印Ａ方向から見た図である。
【００５２】
図９に示すように、旋回フレーム回動位置検出器は、旋回フレーム６５の後部から突出する左右旋回ストライカ６１、６２と、左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４とを備える。
【００５３】
左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４はスライドフレーム７０の後方ケース部７９の内部に取り付けられる。
【００５４】
左右旋回ストライカ６１、６２はその基端部が旋回フレーム６５の背後部に締結され、その中程が後方ケース部７９の開口を挿通し、その先端部が後方ケース部７９の内部に位置する。
【００５５】
旋回フレーム６５が左方向に所定角度だけ回動すると、左旋回ストライカ６１の先端部が左旋回位置検出用リミットスイッチ６３に対峙し、非接点式の左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＦＦからＯＮになる。
【００５６】
旋回フレーム６５が右方向に所定角度だけ回動すると、右旋回ストライカ６２の先端部が右旋回位置検出用リミットスイッチ６４に対峙し、非接点式の右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＦＦからＯＮになる。
【００５７】
コントローラは、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４の検出信号に基づいて旋回フレーム６５の位置を次のよう判定する。
・左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＮ、右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が左方向に所定角度だけ回動した位置にあると判定する。
・右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＮ、左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が右方向に所定角度だけ回動した位置にあると判定する。
・左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４が共にＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が旋回中立位置（掘進ケーシング３０の中心）に対して所定角度範囲内にあると判定する。
【００５８】
旋回フレーム回動範囲規制手段として、コントローラは油圧シリンダ６７の作動を次のように制御する。
【００５９】
コントローラは、スライドフレーム７０が内側位置にある状態では、油圧シリンダ６７を旋回フレーム６５を旋回中立位置に戻す制御を行う。これにより、バケット１２が図２に実線で示すように掘進ケーシング３０の中央に保持されるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００６０】
コントローラは、スライドフレーム７０が前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４がそれぞれＯＮになる検出信号を入力すると、油圧シリンダ６７の伸縮作動を停止する制御を行う。これにより、旋回フレーム６５がそれ以上に旋回せず、ブーム５５の左右方向の回動範囲が規制されるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００６１】
コントローラは、スライドフレーム７０が外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４の検出信号に関係なく油圧シリンダ６７の伸縮作動を制御する。これにより、旋回フレーム６５は油圧シリンダ６７のストローク範囲内で旋回するが、バケット１２が掘進ケーシング３０の外側に位置するため、バケット１２内の各部に当たらない。
【００６２】
図９に示すように、ブーム回動位置検出器は、ブーム５５の回動にワイヤ４１を介して連動するブーム連係ストライカ４５と、ブーム連係ストライカ４５の位置を検出する第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３とを備える。
【００６３】
図１０、１１に示すように、旋回フレーム６５の後方に設けられる後方ケース部７９は後方を向くように傾斜した下面８０を有し、ケース部下面８０から突出したピン５０が設けられる。ブーム連係ストライカ４５は、ピン５０によって回動可能に支持され、後方ケース部下面８０に沿って回動する。
【００６４】
ブーム連係ストライカ４５は、ピン５０によって支持される回動中心部から延びるレバー部４６と、このレバー部４６の先端部から曲折して延びる第一ストライカ部４７と、ピン５０によって支持される回動中心部からレバー部４６と反対方向に互いに段差をもって延びる第二、第三ストライカ部４８、４９とを有する。
【００６５】
ブーム連係ストライカ４５を初期位置に戻すように付勢するスプリング４０が設けられる。スプリング４０はその一端がピン８１を介してレバー部４６の先端部に連結され、その他端がピン８２を介して後方フランジ８３の前部に連結される。後方フランジ８３の後部にはバルブスタンド５が締結される。
【００６６】
ワイヤ４１の一端はピン９１を介してレバー部４６の先端部に連結され、その他端がピン９２を介してブーム５５の中程の上部に連結される。スライドフレーム７０にはガイドチューブ９２が取り付けられ、旋回フレーム６５にはガイドチューブ９３が取り付けられ、各ガイドチューブ９２、９３の間には樹脂製のアウタチューブ（図示せず）が介装される。旋回フレーム６５には中継シーブ９４が取り付けられる。ワイヤ４１は、中継シーブ９４に掛け回され、ガイドチューブ９３、アウタチューブ、ガイドチューブ９２を挿通している。これにより、ワイヤ４１は、ブーム５５が上下方向に回動する動きをブーム連係ストライカ４５に伝え、ブーム５５が左右方向に回動する動きをブーム連係ストライカ４５に伝えない。
【００６７】
ブーム５５が下方に回動するのに伴って、ブーム連係ストライカ４５はスプリング４０に抗して図１１にて左方向に回動し、第一ストライカ部４７が第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１に対峙すると、非接点式の第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮになる。
【００６８】
ブーム５５が上方に回動するのに伴って、ブーム連係ストライカ４５はスプリング４０に引っ張られて図１１に実線で示す位置に来ると、第二ストライカ部４８が第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２に対峙し、非接点式の第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮになる。
【００６９】
ブーム５５がさらに上方に回動するのに伴って、第三ストライカ部４９が第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３に対峙すると、非接点式の第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる。なお、このとき、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２が引き続きＯＮになっている。
【００７０】
コントローラは、第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３の検出信号に基づいてブーム５５の位置を次のよう判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮ、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５２、５３がＯＦＦになる場合、ブーム５５が下限位置にあると判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＦＦ、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮ、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＦＦになる場合、ブーム５５が掘進ケーシング３０内の上限位置にあると判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＦＦ、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮ、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる場合、ブーム５５が掘進ケーシング３０の前端上限位置にあると判定する。
【００７１】
ブーム回動範囲規制手段として、コントローラは油圧シリンダ６７の作動を次のように制御する。
【００７２】
コントローラは、第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の伸長作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に下方に回動せず、ブーム５５の回動範囲が規制されるため、バケット１２が切羽を必要以上に深く掘削しない。
【００７３】
コントローラは、スライドフレーム７０が内側位置にある状態では、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の収縮作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に回動せず、掘進ケーシング３０内ではバケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動するため、バケット１２が掘進ケーシング３０の先端部などに当たることが回避されるとともに、ブーム５５上の油圧シリンダ１４が掘進ケーシング３０内のカメラ２、照明器３などに当たることが回避される。
【００７４】
コントローラは、スライドフレーム７０が前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の収縮作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に回動せず、バケット１２が図１に軌跡Ｂ２で示す範囲内で移動するため、ブーム５５上の油圧シリンダ１４が掘進ケーシング３０内のピン７６などに当たることが回避される。
【００７５】
コントローラは、スライドフレーム７０が外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５２、５３の検出信号に関係なく、各油圧シリンダ５７の収縮作動を制御する。これにより、油圧シリンダ５７は最大ストロークで伸縮作動し、図１に軌跡Ｂ３で示す範囲内で移動するが、バケット１２が掘進ケーシング３０の外側に位置するため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００７６】
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
【００７７】
角穴掘削マシン１は牽引装置によって掘進ケーシング３０が牽引され、掘進ケーシング３０に設けられた各ハンマ掘削機２０とバケット掘削機１０が切羽を掘削し、地山を掘進する。
【００７８】
各ハンマ掘削機２０はその掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれるとともに、バケット掘削機１０がバケット１２を回動させて切羽を掘削する。
【００７９】
掘進ケーシング３０が地山を掘進するとき、掘進ケーシング３０の内側では掘削された礫や土砂がバケット掘削機１０とコンベアを介して搬出される。
【００８０】
本実施の形態では、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシング３０と、この掘進ケーシング３０内に設けられるバケット掘削機１０とを備え、このバケット掘削機１０は、切羽を掘削するバケット１２と、このバケット１２を上下方向に回動させるブーム５５と、このブーム５５を掘進ケーシング３０に対して前後方向に移動するスライドフレーム７０とを備え、バケット掘削機１０が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシン１であって、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器（図示せず）と、ブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器（図９〜１１など参照）と、スライドフレーム７０の前後位置検出値とブーム５５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【００８１】
これにより、バケット掘削機１０はスライドフレーム７０の前後位置に応じた所定の範囲内でブーム５５とバケット１２を上下動させるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【００８２】
本実施の形態では、ブーム回動位置検出器は、ブーム５５の回動にワイヤ４１を介して連動するブーム連係ストライカ４５を備え、このブーム連係ストライカ４５の位置を検出する構成としたため、ブーム回動位置検出器を構成する第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などをブーム５５などに干渉しない位置に設けることが可能となり、これらの破損を防止できる。
【００８３】
また、第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などをブーム５５の背後に設けることにより、地山を掘進する掘進ケーシング３０内にその背後から作業者が入って第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などのメンテナンスを行うことが容易になる。
【００８４】
なお、ブーム回動位置検出器は、リミットスイッチに限らず、例えばストロークセンサ等を設けても良い。
【００８５】
本実施の形態では、スライドフレーム７０に対して左右方向に旋回する旋回フレーム６５を備え、この旋回フレーム６５に対してブーム５５を上下方向に回動可能に連結し、スライドフレーム７０に対する旋回フレーム６５の左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器（図９など参照）と、スライドフレーム７０の前後位置検出値と旋回フレーム６５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように旋回フレーム６５の回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段とを備える。
【００８６】
これにより、バケット掘削機１０はスライドフレーム７０の前後位置に応じた所定の範囲内でブーム５５とバケット１２を左右動させるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【００８７】
本実施の形態では、旋回フレーム回動位置検出器は、旋回フレーム６５の後部から突出する左右旋回ストライカ６１、６２を備え、この左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する構成としたため、旋回フレーム回動位置検出器を構成する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４などをブーム５５などに干渉しない位置に設けることが可能となり、これらの破損を防止できる。
【００８８】
なお、旋回フレーム回動位置検出器は、リミットスイッチに限らず、例えばストロークセンサ等を設けても良い。
【００８９】
本実施の形態では、旋回フレーム６５を回動可能に支持するピン（垂直回動支持軸）６６と、このピン６６をスライドフレーム７０に対して支持する上下のブラケット部７７、７８と、このブラケット部７７、７８が結合される箱形の後方ケース部７９とを備え、旋回フレーム回動位置検出器は左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４を備え、この左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４を後方ケース部７９の内側に設けたため、旋回フレーム回動位置検出器が後方ケース部７９によって保護され、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４などの破損を防止できる。
【００９０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の角穴掘削マシンは、前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられるものに限らず、例えばケーブルなどを通す穴の施工に用いられるものなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態を示す角穴掘削マシンの側面図。
【図２】同じく角穴掘削マシンの平面図。
【図３】同じく角穴掘削マシンの正面図。
【図４】同じく角穴掘削マシンの背面図。
【図５】同じくバケット掘削機の平面図。
【図６】同じくバケット掘削機の側面図。
【図７】同じく図６のＡ−Ａ線に沿う矢視図。
【図８】同じくバケット掘削機の正面図。
【図９】同じくバケット掘削機の平面図。
【図１０】同じくバケット掘削機の側面図。
【図１１】同じく図６の矢印Ａ方向から見た矢視図。
【図１２】従来のトンネル掘削工法を示す断面図。
【図１３】同じく地山にエレメントを挿入して覆工壁を形成した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１ 角穴掘削マシン
１０ バケット掘削機
１２ バケット
３０ 掘進ケーシング
４１ ワイヤ
４５ ブーム連係ストライカ
５１、５２、５３ 第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ
５５ ブーム
６１、６２ 左右旋回ストライカ
６３、６４ 左右旋回位置検出用リミットスイッチ
６５ 旋回フレーム
７０ スライドフレーム
７７、７８ ブラケット部
７９ 後方ケース部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山に角穴を掘削する角穴掘削マシンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄道線路、道路などの路線下に立体交差するトンネル（横断構造物）を構築する工法として、長尺の鋼材管などからなる断面角形あるいはコの字形のエレメントを複数用いてトンネル覆工壁を形成するトンネル構築工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このトンネル構築工法は、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば水平ボーリングによって削孔した路線１０１下の地山１０２の穴にワイヤ１０３を挿入した後、ワイヤ１０３の掘削発進側１０４に角穴掘削マシン１０５とエレメント１０６を接続して、掘削到着側１０７からワイヤ１０３を牽引する。牽引とともに角穴掘削マシン１０５を駆動してエレメント１０６枠内を掘削し、掘削発進側１０４から掘削到着側１０７へとエレメント１０６を貫通させる。一つのエレメント１０６が貫通すると、隣接する箇所から次の掘削およびエレメント挿入を開始する。こうして連なる各エレメント１０６の内部には、掘削された土砂などを排出するためのコンベア１１０や角穴掘削マシン１０５を駆動するための油圧配管１０９、配線類などが設けられる。
【０００４】
上記の作業をトンネルの外枠に沿って順次行っていき、最終的に地山非開削の状態で例えば図１３に示す箱型のトンネル覆工壁が形成される。
【０００５】
従来、エレメント１０６の先端部に設置される角穴掘削マシン１０５として、回転するセンターカッタを用いて硬い地山を掘削するセンターカッタタイプのもの（例えば、特許文献２参照）と、複数のハンマ掘削機を用いて軟らかい地山を掘削する打撃ハンマタイプのもの（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００６】
特許文献３に開示された打撃ハンマタイプの角穴掘削マシンは、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングを備え、掘進ケーシングの内側に複数のハンマ掘削機とバケット掘削機とコンベアなどを備えている。バケット掘削機はバケットを動かすことによって切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集め、集められた土砂をコンベアによって搬出して、連続掘進が行われる。
【特許文献１】特開平１１−２４７５７９号公報
【特許文献２】特開２０００−１６０９９３号公報
【特許文献３】特開２００３−０３５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の角穴掘削マシンは、掘進ケーシングの内側にてバケット掘削機を前後方向に移動するとともに、バケット掘削機が上下方向に回動するブームを介してバケットを動かすため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たり、掘進ケーシング３０内に設けられるカメラや照明器等を破損する心配がある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バケットやブームが掘進ケーシング内の各部に当たらないように駆動される角穴掘削マシン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】
【０００９】
本発明は、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングと、この掘進ケーシング内に設けられるバケット掘削機とを備え、このバケット掘削機は、切羽を掘削するバケットと、このバケットを上下方向に回動させるブームと、このブームを掘進ケーシングに対して前後方向に移動するスライドフレームとを備え、バケット掘削機が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシンに適用する。
【００１０】
そして、スライドフレームの前後位置を検出する前後位置検出器と、ブームの上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、スライドフレームの前後位置検出値とブームの回動位置検出値とに応じてバケット掘削機が掘進ケーシング内の各部に当たらないようにブームの上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備えることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、バケット掘削機はスライドフレームの前後位置に応じた所定の範囲内でブームとバケットを上下動させるため、バケットやブームが掘進ケーシング内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は角穴掘削マシン１の側面図であり、図２は角穴掘削マシン１を上から見た平面図である。
【００１４】
角穴掘削マシン１は前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられるもので、牽引装置によって牽引されながら地山を掘進し、角穴掘削マシン１に続いて地山に覆工エレメントを挿入（貫入）するようになっている（図１２参照）。
【００１５】
図１、２に示すように、角穴掘削マシン１は、地山に進入する推力が与えられる掘進ケーシング３０と、切羽を打撃力によって掘削する複数のハンマ掘削機（削岩機）２０と、切羽を掘削するとともに掘削された土砂を集めるバケット掘削機１０と、バケット掘削機１０によって集められた礫や土砂を後方に搬送するコンベア（図示せず）などを備える。
【００１６】
図４は角穴掘削マシン１を後ろから見た背面図である。図４に示すように、掘進ケーシング３０は断面四角形の鋼管からなり、左右の側板３３、３４と上板３５および下板３６を有する。左右の側板３３、３４は略垂直方向に延び、上板３５および下板３６は略水平方向に延びている。
【００１７】
掘進ケーシング３０には四つの隅部から継ぎ手３１が突出し、各継ぎ手３１が既に挿入された覆工エレメント４の継ぎ手（ガイドレール）にスライド自在に係合する。掘進ケーシング３０は覆工エレメントの継ぎ手によって掘進方向に案内されることにより所定の軌道で地山に進入し、施工精度が確保される。
【００１８】
角穴掘削マシン１は、掘進ケーシング３０のクランプ３９に図示しないワイヤが連結され、このワイヤが牽引装置に牽引されることによって推力が与えられる。なお、角穴掘削マシン１は、掘進ケーシング３０が後方の覆工エレメントを介して押されることによって推力が与えられる構成にしてもよい。
【００１９】
図３は角穴掘削マシン１を前から見た正面図である。図３に示すように、掘進ケーシング３０の内側に少なくとも対向する２辺に沿って複数のハンマ掘削機２０が並んで設けられる。本実施の形態では、左右の側板３３、３４に沿ってそれぞれ６つのハンマ掘削機２０が並んで配置され、各ハンマ掘削機２０によって掘進ケーシング３０の外形線に沿った掘削が行われる構成とする。なお、ハンマ掘削機２０が設けられる個数はこれに限らず、また、上板３５および下板３６にも複数のハンマ掘削機２０が並んで配置される構成としてもよい。
【００２０】
各ハンマ掘削機２０は図示しないロッドの先端に掘削工具（歯先）２２が連結され、この掘削工具２２が切羽に押し付けられるのに伴ってハンマ掘削機２０が自動的に駆動油圧が供給される。ハンマ掘削機２０は図示しないシリンダ内に収められたピストンを油圧によって進退させてロッドの後端面を打撃し、掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれて切羽を掘削するようになっている。
【００２１】
掘進ケーシング３０の内側には左右のハンマ掘削機２０列の間に排土空間３７が設けられる。この排土空間３７にバケット掘削機１０と図示しないコンベアが配置される。各ハンマ掘削機２０の打撃によって掘削された礫や土砂がバケット掘削機１０とコンベアによって排土空間３７を通して搬出されることにより、ハンマ掘削機２０の作動を止めることなく連続掘進が行える。
【００２２】
バケット掘削機１０は、図１、図２に示すように、三次元方向に動かされるバケット１２を備え、バケット１２の先端には複数の爪１９が突出している。このバケット１２によって切羽を削り落とす機能と、バケット１２によって掘削された礫や土砂をコンベアへと集める機能とを持っている。
【００２３】
図５はバケット掘削機１０を上から見た平面図であり、図６はバケット掘削機１０の側面図である。図５、６に示すように、バケット掘削機１０は、掘進ケーシング３０の上板３５に沿って前後方向に移動するスライドフレーム７０を備え、このスライドフレーム７０によってバケット１２を前後方向に動かすようになっている。
【００２４】
スライドフレーム７０の左右の側部には一対のローラ７１と一対のローラ７２がそれぞれ取り付けられる。掘進ケーシング３０の上板３５には各ローラ７１、７２を転接させる一対のレール７３が設けられる。
【００２５】
スライドフレーム７０は一対の油圧シリンダ７４によって駆動される。図６に示すように、各油圧シリンダ７４はそれぞれのシリンダ基端部がピン７５を介してスライドフレーム７０の後部に連結され、それぞれのロッド先端部がピン７６を介して掘進ケーシング３０の前部に連結される。
【００２６】
スライドフレーム７０は、各油圧シリンダ７４が伸張することにより後退し、各油圧シリンダ７４が収縮することにより前進する。
【００２７】
バケット掘削機１０は、スライドフレーム７０に対して左右方向に旋回する旋回フレーム６５を備え、この旋回フレーム６５によってバケット１２を左右方向に動かすようになっている。
【００２８】
バケット掘削機１０は、旋回フレーム６５をスライドフレーム７０に対して回動可能に支持するピン（垂直回動支持軸）６６と、旋回フレーム６５をピン６６を支点に回動させる一本の油圧シリンダ６７とを備える。
【００２９】
図６、７に示すように、スライドフレーム７０にはピン６６の上下端部を支持する上下のブラケット部７７、７８と、このブラケット部７７、７８の基端部が結合される箱形の後方ケース部７９とを形成する。
【００３０】
油圧シリンダ６７はそのシリンダ基端部がピン６８を介してスライドフレーム７０の側部に連結され、図８に示すようにそのロッド先端部がピン６９を介して旋回フレーム６５の側部に連結される。
【００３１】
油圧シリンダ６７が伸張することにより、旋回フレーム６５はスライドフレーム７０に対して図５にて左回り方向に回動し、油圧シリンダ６７が収縮することにより、旋回フレーム６５はスライドフレーム７０に対して図５にて右回り方向に回動する。油圧シリンダ６７が図５に示す中立位置にある場合、旋回フレーム６５とブーム５５が掘進ケーシング３０の中心線上に位置する。
【００３２】
バケット掘削機１０は、旋回フレーム６５に対して上下方向に揺動するブーム５５を備え、このブーム５５によってバケット１２を上下方向に動かすようになっている。
【００３３】
ブーム５５は旋回フレーム６５に対してピン（水平回動支持軸）５６によって回動可能に支持される。
【００３４】
バケット掘削機１０は、ブーム５５をピン５６を支点に回動させる一対の油圧シリンダ５７とを備える。各油圧シリンダ５７はそれぞれのシリンダ基端部がピン５８を介して旋回フレーム６５に連結され、それぞれのロッド先端部がピン５９を介してブーム５５の中程に連結される。
【００３５】
各油圧シリンダ５７が伸張することにより、ブーム５５は旋回フレーム６５に対して下方向に回動し、各油圧シリンダ５７が収縮することにより、ブーム５５は旋回フレーム６５に対して上方向に回動する。
【００３６】
バケット掘削機１０は、バケット１２をブーム５５の先端部に対して回動可能に支持するピン（水平回動支持軸）５６と、バケット１２に連係して回動するリンク１７、１８と、リンク１７、１８を介してバケット１２をピン１３を支点に回動させる一本の油圧シリンダ１４とを備える。
【００３７】
油圧シリンダ１４はそのシリンダ基端部がピン１５を介してブーム５５の中程に連結され、そのロッド先端部がピン１６（水平回動支持軸）を介してリンク１７、１８の各基端部に連結される。
【００３８】
リンク１７の先端部はピン（水平回動支持軸）２３を介してバケット１２に連結される。一対で設けられる各リンク１８の先端部はピン（水平回動支持軸）２４を介してブーム５５に連結される。
【００３９】
油圧シリンダ１４が伸張することにより、バケット１２はブーム５５に対して下方向に回動し、油圧シリンダ１４が収縮することにより、バケット１２はブーム５５に対して上方向に回動する。
【００４０】
油圧シリンダ１４の伸縮作動がリンク１７、１８を介してバケット１２に伝えられることにより、油圧シリンダ１４がブーム５５に干渉することがなく、バケット１２の回動角度範囲が確保される。
【００４１】
図６に示す側面図において、ブーム５５を回動させる各油圧シリンダ５７とバケット１２を回動させる油圧シリンダ１４とは、互い交差するように配置されている。これにより、ブーム５５まわりの限られたスペースにおいて、各油圧シリンダ５７と油圧シリンダ１４とを介装することが可能となる。
【００４２】
なお、バケット掘削機１０に設けられる油圧シリンダ１４、５７、６７、７４の本数は、これに限らず、要求される出力などに応じて任意に設定される。
【００４３】
スライドフレーム７０には油圧バルブスタンド５が設けられ、この油圧バルブスタンド５によって油圧シリンダ１４、５７、６７、７４、ハンマ掘削機２０に加圧作動油が給排される。油圧バルブスタンド５の作動は地山の外側に設けられる図示しないコントローラによって制御される。
【００４４】
掘進ケーシング３０内にはカメラ２、照明器３が設けられ、このカメラ２によって撮影される様子を見ながらハンマ掘削機２０やバケット掘削機１０の動作を遠隔操作できるようになっている。
【００４５】
角穴掘削マシン１は、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器（図示せず）と、スライドフレーム７０に対する旋回フレーム６５の左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器（図９など参照）と、スライドフレーム７０の位置と旋回フレーム６５の位置とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように旋回フレーム６５の回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段と、旋回フレーム６５に対するブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器（図９〜１１など参照）と、スライドフレーム７０の位置とブーム５５の位置とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【００４６】
前後位置検出器は、バケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の内側に位置することを検出する内側位置検出用リミットスイッチ（図示せず）と、バケット１２の先端部が掘進ケーシング３０の前端より前方に所定距離（例えば２００ｍｍ）だけ突出する前端位置検出用リミットスイッチ（図示せず）とが設けられる。
【００４７】
スライドフレーム７０には内側位置検出用ストライカ（図示せず）と前端位置検出用ストライカ（図示せず）とが設けられる。
【００４８】
バケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動する位置より後方にスライドフレーム７０があると、内側位置検出用ストライカが内側位置検出用リミットスイッチに対峙し、内側位置検出用リミットスイッチはＯＦＦからＯＮになってこの検出信号をコントローラに出力する。
【００４９】
バケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動する位置と軌跡Ｂ２で示す範囲内で移動する位置との間にスライドフレーム７０があるとき、前端位置検出用のストライカが前端位置検出用リミットスイッチに対峙し、前端位置検出用リミットスイッチはＯＦＦからＯＮになってこの検出信号をコントローラに出力する。
【００５０】
コントローラは、内側位置検出用リミットスイッチと前端位置検出用リミットスイッチとの検出信号をそれぞれ入力することにより、スライドフレーム７０の位置を次のよう判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＮ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＦＦの場合、コントローラはバケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の内側に位置する内側位置にスライドフレーム７０があると判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＦＦ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＮの場合、コントローラはバケット１２の一部分が掘進ケーシング３０の外側に位置する前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にスライドフレーム７０があると判定する。
・内側位置検出用リミットスイッチがＯＦＦ、前端位置検出用リミットスイッチがＯＦＦの場合、コントローラはバケット１２の大部分が掘進ケーシング３０の外側に位置する外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にスライドフレーム７０があると判定する。
【００５１】
図９は旋回フレーム回動位置検出器を上から見た平面図であり、図１０は旋回フレーム回動位置検出器の側面図であり、図１１は旋回フレーム回動位置検出器を図１０の矢印Ａ方向から見た図である。
【００５２】
図９に示すように、旋回フレーム回動位置検出器は、旋回フレーム６５の後部から突出する左右旋回ストライカ６１、６２と、左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４とを備える。
【００５３】
左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４はスライドフレーム７０の後方ケース部７９の内部に取り付けられる。
【００５４】
左右旋回ストライカ６１、６２はその基端部が旋回フレーム６５の背後部に締結され、その中程が後方ケース部７９の開口を挿通し、その先端部が後方ケース部７９の内部に位置する。
【００５５】
旋回フレーム６５が左方向に所定角度だけ回動すると、左旋回ストライカ６１の先端部が左旋回位置検出用リミットスイッチ６３に対峙し、非接点式の左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＦＦからＯＮになる。
【００５６】
旋回フレーム６５が右方向に所定角度だけ回動すると、右旋回ストライカ６２の先端部が右旋回位置検出用リミットスイッチ６４に対峙し、非接点式の右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＦＦからＯＮになる。
【００５７】
コントローラは、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４の検出信号に基づいて旋回フレーム６５の位置を次のよう判定する。
・左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＮ、右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が左方向に所定角度だけ回動した位置にあると判定する。
・右旋回位置検出用リミットスイッチ６４がＯＮ、左旋回位置検出用リミットスイッチ６３がＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が右方向に所定角度だけ回動した位置にあると判定する。
・左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４が共にＯＦＦになる場合、旋回フレーム６５が旋回中立位置（掘進ケーシング３０の中心）に対して所定角度範囲内にあると判定する。
【００５８】
旋回フレーム回動範囲規制手段として、コントローラは油圧シリンダ６７の作動を次のように制御する。
【００５９】
コントローラは、スライドフレーム７０が内側位置にある状態では、油圧シリンダ６７を旋回フレーム６５を旋回中立位置に戻す制御を行う。これにより、バケット１２が図２に実線で示すように掘進ケーシング３０の中央に保持されるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００６０】
コントローラは、スライドフレーム７０が前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４がそれぞれＯＮになる検出信号を入力すると、油圧シリンダ６７の伸縮作動を停止する制御を行う。これにより、旋回フレーム６５がそれ以上に旋回せず、ブーム５５の左右方向の回動範囲が規制されるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００６１】
コントローラは、スライドフレーム７０が外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４の検出信号に関係なく油圧シリンダ６７の伸縮作動を制御する。これにより、旋回フレーム６５は油圧シリンダ６７のストローク範囲内で旋回するが、バケット１２が掘進ケーシング３０の外側に位置するため、バケット１２内の各部に当たらない。
【００６２】
図９に示すように、ブーム回動位置検出器は、ブーム５５の回動にワイヤ４１を介して連動するブーム連係ストライカ４５と、ブーム連係ストライカ４５の位置を検出する第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３とを備える。
【００６３】
図１０、１１に示すように、旋回フレーム６５の後方に設けられる後方ケース部７９は後方を向くように傾斜した下面８０を有し、ケース部下面８０から突出したピン５０が設けられる。ブーム連係ストライカ４５は、ピン５０によって回動可能に支持され、後方ケース部下面８０に沿って回動する。
【００６４】
ブーム連係ストライカ４５は、ピン５０によって支持される回動中心部から延びるレバー部４６と、このレバー部４６の先端部から曲折して延びる第一ストライカ部４７と、ピン５０によって支持される回動中心部からレバー部４６と反対方向に互いに段差をもって延びる第二、第三ストライカ部４８、４９とを有する。
【００６５】
ブーム連係ストライカ４５を初期位置に戻すように付勢するスプリング４０が設けられる。スプリング４０はその一端がピン８１を介してレバー部４６の先端部に連結され、その他端がピン８２を介して後方フランジ８３の前部に連結される。後方フランジ８３の後部にはバルブスタンド５が締結される。
【００６６】
ワイヤ４１の一端はピン９１を介してレバー部４６の先端部に連結され、その他端がピン９２を介してブーム５５の中程の上部に連結される。スライドフレーム７０にはガイドチューブ９２が取り付けられ、旋回フレーム６５にはガイドチューブ９３が取り付けられ、各ガイドチューブ９２、９３の間には樹脂製のアウタチューブ（図示せず）が介装される。旋回フレーム６５には中継シーブ９４が取り付けられる。ワイヤ４１は、中継シーブ９４に掛け回され、ガイドチューブ９３、アウタチューブ、ガイドチューブ９２を挿通している。これにより、ワイヤ４１は、ブーム５５が上下方向に回動する動きをブーム連係ストライカ４５に伝え、ブーム５５が左右方向に回動する動きをブーム連係ストライカ４５に伝えない。
【００６７】
ブーム５５が下方に回動するのに伴って、ブーム連係ストライカ４５はスプリング４０に抗して図１１にて左方向に回動し、第一ストライカ部４７が第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１に対峙すると、非接点式の第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮになる。
【００６８】
ブーム５５が上方に回動するのに伴って、ブーム連係ストライカ４５はスプリング４０に引っ張られて図１１に実線で示す位置に来ると、第二ストライカ部４８が第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２に対峙し、非接点式の第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮになる。
【００６９】
ブーム５５がさらに上方に回動するのに伴って、第三ストライカ部４９が第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３に対峙すると、非接点式の第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる。なお、このとき、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２が引き続きＯＮになっている。
【００７０】
コントローラは、第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３の検出信号に基づいてブーム５５の位置を次のよう判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮ、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５２、５３がＯＦＦになる場合、ブーム５５が下限位置にあると判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＦＦ、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮ、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＦＦになる場合、ブーム５５が掘進ケーシング３０内の上限位置にあると判定する。
・第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＦＦ、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮ、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる場合、ブーム５５が掘進ケーシング３０の前端上限位置にあると判定する。
【００７１】
ブーム回動範囲規制手段として、コントローラは油圧シリンダ６７の作動を次のように制御する。
【００７２】
コントローラは、第一ブーム位置検出用リミットスイッチ５１がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の伸長作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に下方に回動せず、ブーム５５の回動範囲が規制されるため、バケット１２が切羽を必要以上に深く掘削しない。
【００７３】
コントローラは、スライドフレーム７０が内側位置にある状態では、第二ブーム位置検出用リミットスイッチ５２がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の収縮作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に回動せず、掘進ケーシング３０内ではバケット１２が図１に軌跡Ｂ１で示す範囲内で移動するため、バケット１２が掘進ケーシング３０の先端部などに当たることが回避されるとともに、ブーム５５上の油圧シリンダ１４が掘進ケーシング３０内のカメラ２、照明器３などに当たることが回避される。
【００７４】
コントローラは、スライドフレーム７０が前端位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ１、Ｂ２で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５３がＯＮになる検出信号を入力すると、各油圧シリンダ５７の収縮作動を停止する制御を行う。これにより、ブーム５５がそれ以上に回動せず、バケット１２が図１に軌跡Ｂ２で示す範囲内で移動するため、ブーム５５上の油圧シリンダ１４が掘進ケーシング３０内のピン７６などに当たることが回避される。
【００７５】
コントローラは、スライドフレーム７０が外側位置（バケット１２が図１に軌跡Ｂ２、Ｂ３で示す範囲内で移動する位置）にある状態では、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５２、５３の検出信号に関係なく、各油圧シリンダ５７の収縮作動を制御する。これにより、油圧シリンダ５７は最大ストロークで伸縮作動し、図１に軌跡Ｂ３で示す範囲内で移動するが、バケット１２が掘進ケーシング３０の外側に位置するため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらない。
【００７６】
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
【００７７】
角穴掘削マシン１は牽引装置によって掘進ケーシング３０が牽引され、掘進ケーシング３０に設けられた各ハンマ掘削機２０とバケット掘削機１０が切羽を掘削し、地山を掘進する。
【００７８】
各ハンマ掘削機２０はその掘削工具２２が切羽に繰り返し打ち込まれるとともに、バケット掘削機１０がバケット１２を回動させて切羽を掘削する。
【００７９】
掘進ケーシング３０が地山を掘進するとき、掘進ケーシング３０の内側では掘削された礫や土砂がバケット掘削機１０とコンベアを介して搬出される。
【００８０】
本実施の形態では、地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシング３０と、この掘進ケーシング３０内に設けられるバケット掘削機１０とを備え、このバケット掘削機１０は、切羽を掘削するバケット１２と、このバケット１２を上下方向に回動させるブーム５５と、このブーム５５を掘進ケーシング３０に対して前後方向に移動するスライドフレーム７０とを備え、バケット掘削機１０が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシン１であって、スライドフレーム７０の前後位置を検出する前後位置検出器（図示せず）と、ブーム５５の上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器（図９〜１１など参照）と、スライドフレーム７０の前後位置検出値とブーム５５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないようにブーム５５の上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備える。
【００８１】
これにより、バケット掘削機１０はスライドフレーム７０の前後位置に応じた所定の範囲内でブーム５５とバケット１２を上下動させるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【００８２】
本実施の形態では、ブーム回動位置検出器は、ブーム５５の回動にワイヤ４１を介して連動するブーム連係ストライカ４５を備え、このブーム連係ストライカ４５の位置を検出する構成としたため、ブーム回動位置検出器を構成する第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などをブーム５５などに干渉しない位置に設けることが可能となり、これらの破損を防止できる。
【００８３】
また、第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などをブーム５５の背後に設けることにより、地山を掘進する掘進ケーシング３０内にその背後から作業者が入って第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ５１、５２、５３などのメンテナンスを行うことが容易になる。
【００８４】
なお、ブーム回動位置検出器は、リミットスイッチに限らず、例えばストロークセンサ等を設けても良い。
【００８５】
本実施の形態では、スライドフレーム７０に対して左右方向に旋回する旋回フレーム６５を備え、この旋回フレーム６５に対してブーム５５を上下方向に回動可能に連結し、スライドフレーム７０に対する旋回フレーム６５の左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器（図９など参照）と、スライドフレーム７０の前後位置検出値と旋回フレーム６５の回動位置検出値とに応じてバケット掘削機１０が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように旋回フレーム６５の回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段とを備える。
【００８６】
これにより、バケット掘削機１０はスライドフレーム７０の前後位置に応じた所定の範囲内でブーム５５とバケット１２を左右動させるため、バケット１２やブーム５５が掘進ケーシング３０内の各部に当たらないように切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集めることができる。
【００８７】
本実施の形態では、旋回フレーム回動位置検出器は、旋回フレーム６５の後部から突出する左右旋回ストライカ６１、６２を備え、この左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する構成としたため、旋回フレーム回動位置検出器を構成する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４などをブーム５５などに干渉しない位置に設けることが可能となり、これらの破損を防止できる。
【００８８】
なお、旋回フレーム回動位置検出器は、リミットスイッチに限らず、例えばストロークセンサ等を設けても良い。
【００８９】
本実施の形態では、旋回フレーム６５を回動可能に支持するピン（垂直回動支持軸）６６と、このピン６６をスライドフレーム７０に対して支持する上下のブラケット部７７、７８と、このブラケット部７７、７８が結合される箱形の後方ケース部７９とを備え、旋回フレーム回動位置検出器は左右旋回ストライカ６１、６２の位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４を備え、この左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４を後方ケース部７９の内側に設けたため、旋回フレーム回動位置検出器が後方ケース部７９によって保護され、左右旋回位置検出用リミットスイッチ６３、６４などの破損を防止できる。
【００９０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の角穴掘削マシンは、前記多数の覆工エレメントを用いて覆工を行うトンネル構築工法に用いられるものに限らず、例えばケーブルなどを通す穴の施工に用いられるものなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態を示す角穴掘削マシンの側面図。
【図２】同じく角穴掘削マシンの平面図。
【図３】同じく角穴掘削マシンの正面図。
【図４】同じく角穴掘削マシンの背面図。
【図５】同じくバケット掘削機の平面図。
【図６】同じくバケット掘削機の側面図。
【図７】同じく図６のＡ−Ａ線に沿う矢視図。
【図８】同じくバケット掘削機の正面図。
【図９】同じくバケット掘削機の平面図。
【図１０】同じくバケット掘削機の側面図。
【図１１】同じく図６の矢印Ａ方向から見た矢視図。
【図１２】従来のトンネル掘削工法を示す断面図。
【図１３】同じく地山にエレメントを挿入して覆工壁を形成した状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１ 角穴掘削マシン
１０ バケット掘削機
１２ バケット
３０ 掘進ケーシング
４１ ワイヤ
４５ ブーム連係ストライカ
５１、５２、５３ 第一、第二、第三ブーム位置検出用リミットスイッチ
５５ ブーム
６１、６２ 左右旋回ストライカ
６３、６４ 左右旋回位置検出用リミットスイッチ
６５ 旋回フレーム
７０ スライドフレーム
７７、７８ ブラケット部
７９ 後方ケース部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングと、
この掘進ケーシング内に設けられるバケット掘削機とを備え、
このバケット掘削機は、
切羽を掘削するバケットと、
このバケットを上下方向に回動させるブームと、
このブームを掘進ケーシングに対して前後方向に移動するスライドフレームとを備え、
バケット掘削機が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシンであって、
前記スライドフレームの前後位置を検出する前後位置検出器と、
前記ブームの上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、
前記スライドフレームの前後位置検出値と前記ブームの回動位置検出値とに応じて前記バケット掘削機が前記掘進ケーシング内の各部に当たらないように前記ブームの上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備えたことを特徴とする角穴掘削マシン。
【請求項２】
前記ブーム回動位置検出器は、
前記ブームの回動にワイヤを介して連動するブーム連係ストライカを備え、
このブーム連係ストライカの位置を検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の角穴掘削マシン。
【請求項３】
前記スライドフレームに対して左右方向に旋回する旋回フレームを備え、
この旋回フレームに対して前記ブームを上下方向に回動可能に連結し、
前記スライドフレームに対する前記旋回フレームの左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器と、
前記スライドフレームの前後位置検出値と前記旋回フレームの回動位置検出値とに応じて前記バケット掘削機が前記掘進ケーシング内の各部に当たらないように前記旋回フレームの回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の角穴掘削マシン。
【請求項４】
前記旋回フレーム回動位置検出器は、
前記旋回フレームの後部から突出する左右旋回ストライカを備え、
この左右旋回ストライカの位置を検出する構成としたことを特徴とする請求項３に記載の角穴掘削マシン。
【請求項５】
前記旋回フレームを回動可能に支持するピンと、
このピンを前記スライドフレームに対して支持するブラケット部と、
このブラケット部が結合される箱形の後方ケース部とを備え、
前記旋回フレーム回動位置検出器は前記左右旋回ストライカの位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチを備え、
この左右旋回位置検出用リミットスイッチを前記後方ケース部の内側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の角穴掘削マシン。
【請求項１】
地山に進入する推力が与えられる中空の掘進ケーシングと、
この掘進ケーシング内に設けられるバケット掘削機とを備え、
このバケット掘削機は、
切羽を掘削するバケットと、
このバケットを上下方向に回動させるブームと、
このブームを掘進ケーシングに対して前後方向に移動するスライドフレームとを備え、
バケット掘削機が切羽を掘削するとともに掘削された礫や土砂を集める角穴掘削マシンであって、
前記スライドフレームの前後位置を検出する前後位置検出器と、
前記ブームの上下方向の回動位置を検出するブーム回動位置検出器と、
前記スライドフレームの前後位置検出値と前記ブームの回動位置検出値とに応じて前記バケット掘削機が前記掘進ケーシング内の各部に当たらないように前記ブームの上下方向の回動範囲を規制するブーム回動範囲規制手段とを備えたことを特徴とする角穴掘削マシン。
【請求項２】
前記ブーム回動位置検出器は、
前記ブームの回動にワイヤを介して連動するブーム連係ストライカを備え、
このブーム連係ストライカの位置を検出する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の角穴掘削マシン。
【請求項３】
前記スライドフレームに対して左右方向に旋回する旋回フレームを備え、
この旋回フレームに対して前記ブームを上下方向に回動可能に連結し、
前記スライドフレームに対する前記旋回フレームの左右方向の回動位置を検出する旋回フレーム回動位置検出器と、
前記スライドフレームの前後位置検出値と前記旋回フレームの回動位置検出値とに応じて前記バケット掘削機が前記掘進ケーシング内の各部に当たらないように前記旋回フレームの回動範囲を規制する旋回フレーム回動範囲規制手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の角穴掘削マシン。
【請求項４】
前記旋回フレーム回動位置検出器は、
前記旋回フレームの後部から突出する左右旋回ストライカを備え、
この左右旋回ストライカの位置を検出する構成としたことを特徴とする請求項３に記載の角穴掘削マシン。
【請求項５】
前記旋回フレームを回動可能に支持するピンと、
このピンを前記スライドフレームに対して支持するブラケット部と、
このブラケット部が結合される箱形の後方ケース部とを備え、
前記旋回フレーム回動位置検出器は前記左右旋回ストライカの位置を検出する左右旋回位置検出用リミットスイッチを備え、
この左右旋回位置検出用リミットスイッチを前記後方ケース部の内側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の角穴掘削マシン。
【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２００９−１２１１８９（Ｐ２００９−１２１１８９Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９８４６９（Ｐ２００７−２９８４６９）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（３０４０３９０６５）カヤバ システム マシナリー株式会社 (185)
【Ｆターム（参考）】
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