JPH02213592A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、複数のカッタヘッドによって複円形断面に掘
削するシールド掘削機に関するものである。

（従来の技術） シールド掘削機の従来例を第７．８図によって説明する
と、第７図に示すシールド掘削機は、シールド機体（１
）内に設けた隔壁（２）の前部にカッタチャンバ（３）
を形成してカッタヘッド（５）を配設し、回転駆動機構
（図示省略）によりカッタシャフト（４）を介しカッタ
ヘッド（５）を回転駆動して単円形断面にシールド掘削
する構造になっており、第８図に示すシールド掘削機は
、シールド機体（１ａ）内に設けた隔壁（２ａ）の前部
にカッタチャンバ（３ａ）を形成し先行カッタヘッド（
５ａ）と後行カッタヘッド（５ｂ）を上下差（または左
右）および前後差をつけて配設し、各回転駆動機構（図
示省略）によりカッタシャフト（４ａ）　（４ｂ）を介
し前、後行カッタヘッド（５ａ）　（５ｂ）を回転駆動
し、縦長または横長の複円形断面にシールド掘削する構
造になっている０図中（７）はカッタスリット部、（８
）はカッタビット、（９）は仕切板である。

（発明が解決しようとする課り 従来の前記単円形断面のシールド掘削機（第７図）は、
複数のトンネル施工に際しては、複数本の円形トンネル
を単独で掘削するか、大断面の円形断面トンネルを掘削
する必要があり、前者は、トンネルルートの選択自由度
が低く、用地取得等に要する施工費用が増大し、後者は
、掘削断面中に不要部分が多くなり、また、単円のカッ
タフェイスで大断面に掘削するため、切羽の安全性が低
下するなど施工技術上の問題点が多い。

従来の前記複円形断面のシールド掘削機は、先行カッタ
ヘッドと後行カッタヘッドを有し複円形断面の掘削によ
り２連式の複線トンネルに対応できるが、先、後行カッ
タヘッドの配置が縦長または横長の複円形断面に特定さ
れて、施工現場（切羽等）の地質条件（地層、水分等）
に対する機体の姿勢制御、切羽安定等の対応性に問題が
あり、また、駅部や円形断面トンネルへの接合部のよう
にトンネルを複円形断面と単円形断面に相互変更する必
要がある場合に、直接施工できず別工法を導入する必要
がある。

また、急、曲進掘削は、カッタヘッドの外周に突出され
るコピーカッタによって余を屈り掘削することにより対
処されているが、余掘り土砂のカッタチャンバへの取り
込み性能、余掘り切削性能等の問題があり、急曲進性能
が悪いなどの問題点がある。

本発明は、前記のような課題に対処するために開発され
たものであって、その目的とする処は、隔壁の前部に配
設された複数のカッタヘッドを、各回転駆動機構により
機体中心軸の周囲の定位置で回転駆動可能とし、各回転
駆動機構と旋回装置により各カッタヘッドの公転、旋回
によるヘッド相互の配置変更と大円形断面の掘削を可能
として、シールド掘削性能、能率を向上したシールド掘
削機を提供するにある。

（！！１題を解決するための手段） 本発明は、シールド機体内の隔壁の前部に配設した複数
のカッタヘッドを、各回転駆動機構により各カッタシャ
フトを介し機体中心軸の周囲で回転駆動して複円形断面
に掘削するシールド掘削機において、前記隔壁の前側に
配設され前記各カッタシャフトを軸受して回転と固定に
切り換えられる旋回用支持部材と、前記回転駆動機構の
間に併設された公転駆動機構からなり前記各カッタヘッ
ドを前記機体中心軸を中心にして公転しヘッド相互の配
置変更と大円形断面の掘削に駆動する旋回装置を設けた
構成に特徴を有し、旋回用支持部材の固定、公転駆動機
構の不作動によって、各回転駆動機構により各カッタヘ
ッドの定位置の回転駆動による通常の複円形断面に掘削
し、旋回用支持部材の回転と各回転駆動機構および公転
駆動機構の作動によって、ヘッド相互の配置変更と大円
形断面の掘削を可能にするとともに、曲進掘削性を高め
ている。

（作　用） 旋回用支持部材を固定し、公転駆動機構を不作動にして
、各回転駆動機構により各カッタシャフトを介して各カ
ッタヘッドを機体中心軸の周囲の定位置で回転駆動し、
通常の複円形断面に掘削する。

旋回用支持部材を回転可能とし、各回転駆動機構ととも
に公転駆動機構を作動すると、各カッタヘッドが回転駆
動とともに機体中心軸を中心にして公転し、切羽条件等
に対応して各カッタヘッド相互の配置変更つまり先行、
後行の配置が変更され、掘削が円滑に効率よく遂行され
る。

さらに、各カッタヘッドを回転駆動するとともに公転に
より旋回させて、大円形断面の掘削に随時に切り換えら
れる。

（実施例） 第１図ないし第４図に本発明の一実施例を示し、図中（
１１）は複円形断面のシールド機体、（１２）はシール
ド機体（１１）内の隔壁、（１４ａ）　（１４ｂ）　（
１４ｃ）はカッタシャフト、（１３）はカッタチャンバ
、（１５ａ）　（１５ｂ）（１５ｃ）はカッタスリット
部（１７）、カッタビット群（１８）Ｗヲ有するカッタ
ヘッドであって、シールド機体（ＩＩ）内の隔壁（１２
）の前部に配置した複数のカッタへウド（１５ａ）　（
１５ｂ）　（１５ｃ）を、各回転駆動Ｓ構（２１ａ、２
２．２３ａ）　（２１ｂ、２２，２３ｂＨ２Ｉｃ、２２
，２３ｃ）により各カッタシャフト（１４ａ）　（１４
ｂ）　（１４ｃ）を介し機体中心軸（ｏ−ｏ）の周囲で
回転駆動して複円形断面に掘削するシールド掘削機にお
いて、隔壁（１２）の前側に配設されカッタヘッド（１
５ａ）　（１５ｂ）　（１５ｃ）を軸受（３２ａ）　（
３２ｂ）　（３２ｃ）　して回転と固定に切り換えられ
る旋回用支持部材（３０）と、回転駆動機構（２１ａ、
２２２３ａ）　（２１ｂ、　２２．２３ｂ）　（２１ｃ
、　２２．２３ｃ）の間に併設された公転駆動機構（３
５、３６）からなりカッタヘッド（１５ａ）（１５ｂ）
　（１５ｃ）を機体中心軸（ｏ−ｏ）を中心にして公転
しヘッド相互の配置変更と大円形断面の掘削に駆動する
旋回装置を設けたシールド掘削機になっている。

前記カッタヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１５ｃ）
は、第１回に示すように前後差をつけて機体中心軸（ｏ
−ｏ）の周囲に配設され、個別に回転駆動される３個の
カッタヘッドにより複円形断面にシールド掘削する。

前記回転駆動機構（２１ａ、　２２．２３ａ）　（２１
ｂ、　２２．２３ｂ）（２１ｃ、　２２．２３ｃ）は、
カッタシャフト（１４ａ）に固設された歯車（２１ａ）
と内歯歯車（２２）および隔壁（１２）に固設された回
転駆動用モータ（２３ａ）等からなるカッタヘッド（１
５ａ）の回転駆動機構（２１ａ、２２，２３ａ）、カッ
タシャフト（１４ｂ）に固設された歯車（２１ｂ）と内
歯歯車（２２）および隔壁（１２）に固設された回転駆
動用モータ（２３ｂ）等からなるカッタヘッド（１５ｂ
）の回転駆動機構（２１ｂ、２２，２３ｂ）、およびカ
ッタシャツ）　（１４ｃ）に固設された歯車（２１ｃ）
と内歯歯車（２２）および隔壁（１２）に固設された回
転駆動用モータ（２３ｃ）等からなるカッタヘッド（１
５ｃ）の回転駆動機構（２１ｃ、　２２．２３ｃ）にな
っており、各カッタシャフト（１４ａ）　（１４ｂ）　
（１４ｃ）を介して各カッタヘッド（１５ａ）　（１５
ｂ）　（１５ｃ）を別個に回転駆動する。

前記旋回用支持部材（３０）は、シールド機体（１２）
の内側に固設された各支持部材（３１）　（３１）　（
３１）内にシール部材（３２）を介して回転可能に配設
され、隔壁（１２）の前側で機体中心軸（ｏ−ｏ）を中
心にして回転するとともに、適宜の手段でシールド機体
（１１）側に回転止めして固定され、カッタシャフト（
１４ａ）（１４ｂ）　（１４ｃ）をラジアルおよびスラ
ストの軸受（３２ａ）（３２ｂ）　（３２ｃ）で軸受け
し、旋回用支持部材（３０）の回転によりカッタシャフ
ト（１４ａ）　（１４ｂ）　（１４ｃ）を介してカッタ
ヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１５ｃ）を機体中心
軸（ｏ−ｏ）を中心として公転可能にする。

前記公転駆動機構（３５，３６）は、各回転駆動機構の
歯車（２１ａ）　（２１ｂ）　（２１ｃ）間に介装され
て噛合された公転用歯車（３５）と、公転用歯車（３５
）に連結され隔壁（１２）に固設された公転用モータ（
３６）等からなり、前記回転駆動機構と該公転駆動機構
は遊星歯車機構に構成され、前記旋回用支持部材（３０
）とともにカッタヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１
５ｃ）を機体中心軸（ｏ−ｏ）を中心にして公転し、ヘ
ッド相互の配置変更と大円形断面の掘削に駆動する旋回
装置になっている。

また、隔壁（１２）、各支持部材（３１）には複数の送
泥管（３８ａ）　、排泥管（３８ｂ）が設けられて、カ
ッタチャンバ（１３）に連通されている（第３図参照）
。

本発明の実施例は、前記のような構成になっており作用
について詳述すると、通常のシールド掘削時は、旋回用
支持部材（３０）を適宜の手段（図示省略）によりシー
ルド機体（１１）側に固定し回転を止めて行われ、隔壁
（１２）の後方に設けた複数の推進ジヤツキ（図示省略
）をセグメント（図示省略）に当て機全体を推進すると
ともに、各回転駆動用モータ（２３ａ）　（２３ｂ）　
（２３ｃ）を作動すると、内歯歯車（２２）を介し各歯
車（２１ａ）　（２１ｂ）　（２１ｃ）とともにカッタ
シャフト（１４ａ）　（１４ｂ）　（１４ｃ）が個別に
回転され、公転用歯車（３５）は回転自在とし、各カッ
タヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１５ｃ）は、機体
中心軸（ｏ−ｏ）の周囲の特定位置で回転駆動されて、
３個のカッタヘッドによる複円形断面にシールド掘削さ
れ、掘削土砂等は、各カッタヘッドの各カッタスリット
部（１７）からカッタチャンバ（１３）内に取り込まれ
、送泥管（３８ａ）から供給される加圧泥水とともに排
泥管（３８ｂ）により機体後方に排出されて掘進され、
同時に３本の円形トンネルに相当する施工となる。

次に、掘削地盤（切羽）の地盤等の条件に対応させて、
機体の姿勢を制御し切羽の安定を維持するために、各カ
ッタヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１５ｃ）相互の
先行、後行の配置変更の必要が生じたり、駅部や大円形
断面トンネル部を形成する必要が生じると、各カッタヘ
ッドの公転によって可能となる。

旋回用支持部材（３０）を回転可能とし、回転駆動用モ
ータ（２３ａ）　（２３ｂ）　（２３ｃ）および公転用
モータ（３６）を作動すると、公転用歯車（３５）、該
歯車（３５）に噛合した各カッタシャフトの歯車（２１
ａ）　（２１ｂ）　（２１ｃ）、各歯車（２１ａ）　（
２１ｂ）　（２ｆｃ）に噛合した内歯歯車（２２）等か
らなる遊星歯車機構により、旋回用支持部材（３０）が
回転され各カッタヘッド（１５ａ）　（１５ｂ）　（１
５ｃ）が機体中心軸（ｏ−ｏ）を中心にして公転される
ため、約１２０’　、２４０°公転させて、各力′ンタ
ヘッド（１５ａ）（１５ｂ）　（１５ｃ）の相対配置の
変更、つまり各カッタヘッドの先行、後行の配置が容易
に変更されて、切羽の条件等に対応させてシールド掘削
性能を高めることができるとともに、さらに前記公転を
継続した旋回作動とし、各カッタヘッド（１５ａ）　（
１５ｂ）（１５ｃ）をそれぞれ回転駆動して大円形断面
の掘削作動に切り換えられる。

前記遊星歯車機構において、各歯車間に相互作用運動に
おける各歯車の回転速度（静止状態も含む）、回転方向
は、歯車の組み合せ、歯数、支持条件等を適宜に選択す
ることにより任意に選択可能であって、所望の機能に設
定される。

通常の複円形断面の掘削からカッタヘッドの公転運動を
伴う大円形断面の掘削に移行する際には、崩壊性の高い
地盤等では、カッタヘッドの公転運動による大断面掘削
時に切羽安定性が損われる恐れがあり、薬液注入等の切
羽安定処理が必要となる。トンネル線形の変更（急カー
ブ、勾配変更）、第１図（８）から第２図（Ｂ）へのカ
ッタヘッドの配置変更、カッタヘッドのメンテナンス等
の作業時は、通常、地表面から立坑を掘り、この立坑内
で行う必要があるが、本方法によれば、シールド機の外
接円相当の地中空間を掘削可能であるため、この空間を
利用して、上記の段取り替え工事が可能となる。

第５，６図は、第１図ないし第４図によって説明した前
記実施例のシールド掘削機における機体後部の一実施例
を示すものであって、前記シールド機体（１１）の後側
に前胴（４１）を固設し、前胴（４１）にシール部材（
４２）を介装して後１１Ｆｔｌ（４３）を伸縮可能（屈
折可能）に延設し、隔壁（１２）側と後［ｉ　（４３）
間に複数の伸縮用ジヤツキ（４５）を連結するとともに
、後胴（４３）内に複数の推進ジャ゛ンキ（４６）を設
け、後胴（４３）の外周側に設けた複数の凹部（４３ａ
）内に油圧ジヤツキ等で進退される主グリッパ（４７）
を設け、さらに隔壁（１２）の外周側に設けた複数の凹
部（１２ａ）内に油圧ジヤツキ等で進退される副グリッ
パ（４８）を配設した構造になっており、通常の複円形
断面の掘削時は、複数の推進ジヤツキ（４６）を組立て
施工されたセグメント（図示省略）の前部に当て機全体
の推力を得るとともに、各伸縮用ジヤツキ（イ５）によ
り後胴（４３）に対し前胴（４１）を伸長させてさらに
推力を得ることができ、各カッタヘッド（１５ａ）（１
５ｂ）　（１５ｃ）をそれぞれ回転駆動するとともに機
体中心軸（ｏ−ｏ）を中心にして公転、旋回して大円形
断面の掘削をする際は、第６図に示すように各主グリッ
パ（４７）を外周に突出し大径のトンネル内壁に押圧し
て後胴（４３）を固定し、後！　（４３）、前胴（４１
）、シールド機体（１１）等の回転を防止して、各伸縮
用ジヤツキ（４５）の伸長により前胴（４１）を伸長せ
しめ推力を得るとともに、各副グリッパ（４８）を外周
に突出させて大径のトンネル内壁に押圧して＠胴（４１
）側を固定し、各主グリッパ（４７）を後退し各伸縮用
ジヤツキ（４５）を短縮し後胴（４３）を前進して、前
記推力を確保し、大円形断面の掘削が円滑に遂行される
。該掘削時に各推進ジヤツキ（４６）もセグメントに当
て推力をさらに高める。また、各伸縮用ジヤツキ（４５
）の伸長差によって前胴（４１）に対し後胴（４３）を
屈折操作でき、曲進掘削も円滑となる。

（発明の効果） 本発明は、前述のような構成からなり、旋回用支持部材
を固定し、各回転駆動機構により複数のカッタヘッドを
機体中心軸の周囲の所定位置で回転駆動して、通常の複
円形断面に掘削するとともに、旋回用支持部材を回転可
能とし、各回転駆動機構と併設された公転駆動機構の作
動により、各カッタヘッドがそれぞれ自転されるととも
に機体中心軸を中心にして公転され、ヘッド相互の配置
変更と大円形断面の掘削に切り換えられ、切羽の状態等
に対応させた最適な各カッタヘッドの先行、後行の配置
変更が可能であり、複円形断面の掘削性能、能率が著し
く向上されるとともに、必要に応じて大円形断面の掘削
に切り換え可能であり、また、急曲進掘削性も高められ
、シールド掘削性能、能率が大幅に向上されている。

以上本発明を実施例について説明したが、勿論本発明は
このような実施例にだけ局限されるものではなく、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の改変を施し
うるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　（Ｂ）は本発明の一実施例を示す要部縦
断面図と正面図、第２図（Ａ）　（Ｂ）はヘッド配置変
更の状態を示す要部縦断面図と正面図、第３図は第１図
（＾）の１１１−１１１部分の断面図、第４図は第１図
（Ａ）のＩＶ−ｒＶ部分の断面図、第５図は第１図の機
体後部の実施例を示す全体の縦断面図、第６図は第５図
のＶｌ−Ｖ１部分の断面図、第７図（Ａ）　（Ｂ）は従
来例の要部縦断面図と正面図、第８図（Ａ）（Ｂ）は他
の従来例を示す要部縦断面図と正面図である。 １１：シールド機体　　　１２：隔壁 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ　　：カツタシャフト１５ａ、
１５ｂ、１５ｃ　　：カツタヘッド２１ａ、　２２．２
３ａ−２１ｂ、　２２．２３ｂ−２１ｃ、　２２．２３
ｃ　：回転駆動機構３０：旋回用支持部材　　３２ａ、
３２ｂ、３２ｃ　：軸受３５．３６　：公転駆動機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シールド機体内の隔壁の前部に配設した複数のカッタヘ
   ッドを、各回転駆動機構により各カッタシャフトを介し
   機体中心軸の周囲で回転駆動して複円形断面に掘削する
   シールド掘削機において、前記隔壁の前側に配設され前
   記各カッタシャフトを軸受して回転と固定に切り換えら
   れる旋回用支持部材と、前記回転駆動機構の間に併設さ
   れた公転騒動機構からなり前記各カッタヘッドを前記機
   体中心軸を中心にして公転しヘッド相互の配置変更と大
   円形断面の掘削に駆動する旋回装置を設けたことを特徴
   とするシールド掘削機。