JPH03122397A - 自由断面シールド機 - 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、円形に限らず、所望の断面形状のトンネルを
連続して掘削することができる自由断面シールド機に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、上記のようなシールド機として種々のものが提案
され、実施されている。一般には、シールド機本体の前
面に配置したカッタを、このシールド機の中心軸回りに
回転させることにより、シールド機の推進方向前面を掘
削し、この掘削した分だけシールド機を推進させてセグ
メントリングを継足すことにより掘り進むといったもの
が用いられている。

また、特開昭５９−１０２０９０号公報には、上記シー
ルド機によって掘削したトンネル内の一部区間に退避部
や駅部などの拡径部を形成するための拡大シールド工法
が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のシールド工法やシールド機は、前面カッタの回転
により掘削するものであるため、掘削断面形状は円形に
限られ、それ以外の異形断面形状のトンネルを掘削する
ことは困難である。これに対し、下水道、電力線、地下
鉄のトンネル等、実際に必要とされる横断面形状は円形
以外のものが大半であるため、従来は、このような異形
断面形状を包含する大きな円形断面の掘削を行わねばな
らず、余分な掘削作業と、その掘削ずりの処理作業とが
必要とされている。このような余分な作業は、地下鉄の
トンネルのように大口径断面となる程、トンネル築造コ
ストに与える影響が大きく、シールド工法適用に際して
の制約ともなっている。

この問題に対し、上述の公報に示される発明は、−旦ト
ンネルを通常径で掘削してセグメントリングを組立てた
後、対象部分のセグメントリングを取外して半径方向に
特殊掘削作業を行うことにより上記拡径部などを部分的
に形成するものであり、円形以外の所望形状の断面を連
続して掘削するものではない。

本発明は、このような事情に鑑み、円形に限らず所望の
断面形状のトンネルを連続して掘削することができるシ
ールド機を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、シールド機本体と、このシールド機本体にそ
の推進方向に延びる軸回りに回転可能に支持された回転
体と、この回転体の前面に固定されたメインカッタと、
このメインカッタおよび上記回転体を回転駆動するメイ
ンカッタ駆動手段と、上記回転体にこの回転体に対して
放射方向にスライド可能に取付けられたスライド部材と
、このスライド部材に回転可能に取付けられたサブカッ
タと、上記回転体に設けられ、この回転体の回転を上記
サブカッタの回転に変換する駆動変換機構と、上記メイ
ンカッタの回転中にこのメインカッタの掘削領域の周囲
の所望の掘削領域をサブカッタが掘削しながら公転する
ようにスライド部材のスライド作動を制御する作動制御
手段とを備えたものである（請求項１）。

また本発明は、シールド機本体と、このシールド機本体
にその推進方向に延びる軸回りに回転可能に支持された
回転体と、この回転体の前面に固定されたメインカッタ
と、このメインカッタおよび上記回転体を回転駆動する
メインカッタ駆動手段と、上記回転体にこの回転体に対
して放射方向にスライド可能に取付けられたスライド部
材と、このスライド部材に回転可能に取付けられたサブ
カッタと、上記回転体に設けられ、各サブカッタを回転
駆動するサブカッタ駆動手段と、上記メインカッタの回
転中にこのメインカッタの掘削領域の周囲の所望の掘削
領域をサブカッタが掘削しながら公転するようにスライ
ド部材のスライド作動を制御する作動制御手段とを備え
たものである（請求項２）。

〔作　用〕

上記構成によれば、メインカッタ駆動手段によりメイン
カッタが回転駆動されることによって、掘削前面である
切羽の中央部分が掘削される。さらに、このメインカッ
タの回転中、作動制御手段の制御下でスライド部材がメ
インカッタに対して放射方向にスライドすることにより
、サブカッタが特有の軌跡を描いて公転し、かつ請求項
１記載の駆動変換機構の作用で、あるいは請求項２記載
のサブカッタ回転駆動手段の作動でサブカッタが回転駆
動されることにより、上記切羽の外周部が掘削され、全
体として所望の断面形状の掘削が行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１実施例（第１図〜第５図） 第１図および第２図に示されるシールド機は、角筒形状
のスキンプレート（シールド機本体）１を備え、このス
キンプレート１の前端部（第２図では左端部）にカッタ
ケーシング（回転体）２が設けられている。

このカッタケーシング２の前面には、第１図に示される
ような正面視十字状のメインカッタ（カッタアーム）３
が固定されている。このメインカッタ３には複数の刃３
ａが配設され、このメインカッタ３の各先端部同士はカ
ッタリング６で連結されている。

このメインカッタ３の各先端部の近傍の位置には、前面
に刃４ａをもつ複数（この実施例では計４つ）のサブカ
ッタ４が配設され、これらのサブカッタ４はスライド部
材５を介してカッタケーシング２の外周部に支持されて
いる。また、メインカッタ３の各先端部には、上記サブ
カッタ４との干渉を避けるための切欠３ｂが設けられて
いる。

第２図に示されるように、上記カッタケーシング２の後
端部は、スキンプレート１の内面に設けられた隔壁１ａ
に大軸受７を介して支持されている。この大軸受７は、
ラジアル荷重、スラスト荷重、およびモーメント荷重を
支えるものであり、この大軸受７によって、カッタケー
シング２は上記スキンプレート１の中心軸（推進方向に
延びる軸）Ｇを中心に回転可能に支承されている。また
、上記隔壁１ａの後面には内歯をもつリングギヤ８が固
定されている。

なお、第２図では１つのサブカッタ４のみを示し、他の
サブカッタ４の図示を省略している。また、同図におい
て４８は、スキンプレート１の前部にあるチェンバｌｂ
内の土砂が後方に流入するのを防ぐためのシールである
。

上記カッタケーシング２の後方では、スキンプレート１
の内壁面に設けられたブラケット１ｃに保持板４０が固
定され、この保持板４０にカッタ駆動モータ（メインカ
ッタ駆動手段）４１が固定されている。このカッタ駆動
モータ４１の駆動軸にはピニオン４２が固定され、カッ
タケーシング２の後端部には大歯車４３が固定されてお
り、両者が噛合されている。従って、上記カッタ駆動モ
ータ４１の作動によって、カッタケーシング２およびメ
インカッタ３は一体に回転駆動される。

第３図は、上記カッタケーシング２およびスライド部材
５の内部構造を示したものである。まず、この構造にお
いて、カッタケーシング２の回転をサブカッタ４の回転
に変換する駆動変換機構Ｃについて説明する。

上記スライド部材５は、中空状のスライドパイプ９と、
このスライドパイプ９内の中空ロッド１０とからなる二
重構造とされ、両者は一体に固定されている。そして、
上記スライドパイプ９がすべり軸受１１を介して上記カ
ッタケーシング２に支持されており、スライド部材５全
体がカッタケーシング２に対して放射方向（第１〜３図
の矢印Ａの方向）に移動可能となっている。

上記中空ロッド１０内には、中間回転軸１２および中空
回転軸１３が回転可能に収納されている。

中間回転軸１２の基端部（第３図では下端部）は、上記
中空回転軸１３にスプライン１４によって相対回転不能
かつスライド可能に結合されている。また先端部（第３
図では上端部）は、カッタケーシング２に固定された軸
受１５によって回転可能に支持されるとともに、この支
持部分よりも内側の部分にがさ歯車１６が固定されてい
る。

一方、カッタケーシング２の先端部には軸受１７が固定
され、この軸受１７によって上記サブカッタ４の回転軸
１８が回転可能に支持されており、この回転軸１８の後
端部に、上記かさ歯車１６と噛合うかさ歯車１９が固定
されている。

中空回転軸１３の基端部には、かぎ歯車２０が固定され
、これよりもさらに外側の部分が、カッタケーシング２
のブラケット２ａに固定された軸受２１によって回転可
能に支持されている。

これに対し、カッタケーシング２内には、シールド機推
進方向に延びるサブカッタ駆動軸２３が軸受２２を介し
て回転可能に支持され、このサブカッタ駆動軸２３の前
端部に、上記かさ歯車２０と噛合うかさ歯車２４が固定
されている。同駆動軸２３の後端部は、カッタケーシン
グ２の外部に突出し、この突出端部に、第２図に示され
るようなサブカッタ回転用ピニオン２５が固定されてお
り、このサブカッタ回転用ピニオン２５が上記リングギ
ヤ８に噛合されている。

上述のように、このリングギヤ８はスキンプレート１側
に固定されているので、カッタケーシング２が回転する
ことにより、上記リングギヤ８と噛合うサブカッタ回転
用ピニオン２５が回転し、その回転が順次、サブカッタ
駆動軸２３、かさ歯車２４，２０、中空回転軸１３、中
間回転軸１２、およびかさ歯車１６．１９を介してサブ
カッタ４の回転軸１８に伝達され、この回転軸１８と一
体にサブカッタ４が回転することとなる。

次に、第３図の構造において、スライド部材５を放射方
向にスライド作動させるための手段について説明する。

上記スライド部材５の中空ロッド１０の基端部は、カッ
タケーシング２にピン２６で固定された油圧シリンダ２
７内に収納されている。この油圧シリンダ２７の先端部
には、内側方向に突出する突条２７ａが形成され、上記
中空ロッド１０の先端部には外側方向に突出する突条１
０ａが形成されており、両突条１０ａ、２７ａの間に引
き側部圧室２８が形成され、突条１０ａと油圧シリンダ
２７の底壁との間に押し側部圧室２９が形成されている
。そして、上記引き側部圧室２８に油圧パイプ３０を介
して圧力油が供給されることにより、中空ロッド１０お
よびスライドパイプ９が一体にカッタケーシング２内に
没入し、逆に押し側部圧室２９に油圧パイプ３１を介し
て圧力油が供給されることにより、中空ロッド１０およ
びスライドパイプ９が一体にカッタケーシング２から突
出するようになっている。

第４図は、上記油圧室２８．２９内に圧力油を供給する
ための油圧回路の一例を示したものである。

図において、３２は第２図にも示されるロータリジヨイ
ント、３３はサーボ弁、３４はタンク、３５は油圧ポン
プ、３６．３７は切換用ソレノイドである。ここで、ス
ライド部材５を一定位置に保持したい場合には、サーボ
弁３３を図の位置にシフトし、スライド部材５を引込む
場合にはソレノイド３６、スライド部材５を押出す場合
にはソレノイド３７を各々励磁するようにすればよい。

さらに、このシールド機の内部には、第５図に示される
ような駆動制御系（作動制御手段）が設けられ、この駆
動制御系によって、上記圧力油の供給が制御されるよう
になっている。

図において、メインカッタ回転位置検出器９０は、メイ
ンカッタ３の基準回転位置、すなわちカッタケーシング
２の基準回転位置を適当な位置（例えば第１図の位置）
に定め、この基準回転位置に対するメインカッタ３の回
転変位量（例えば角度）を検出するものである。

中空ロッド移動量検出器９４は、スライド部材５におけ
る中空ロッド１０の基準位置を適当に定め、この基準位
置からの実際の中空ロッド１０の伸縮量を検出するもの
であり、ポテンショメータ等で構成されている。なお、
上記基準位置としては、例えばサブカッタ４が第１図の
位置にあるときの中空ロッド１０の位置を設定すればよ
い。

演算装置９１は、所定の掘削断面を得ることを目的とし
た場合に上記メインカッタ３の回転変位量に対して必要
な中空ロッド１０の移動量を演算するプログラムが組込
まれたものであり、上記メインカッタ回転位置検出器９
０から入力されたメインカッタの回転変位量に対して必
要な中空ロッド１０の移動量を瞬時に演算する。その演
算内容については後に詳細に記す。

比較器９２は、演算装置９１および中空口・ソド移動量
検出器９４から各々入力された移動量同士を比較し、両
者が等しくなるように中空ロッド制御器９３に“突出”
あるいは“没入”の指令を与え、両者の差がなくなった
時点で停止の指令を与えるものである。

中空ロッド制御器９３は、中空ロッド１０の実際の移動
量を制御するものである。すなわち、上記第４図の油圧
回路に含まれる制御機器−式が上記中空ロッド制御器９
３に該当する。

なお、第２図において、４５はチャンバ１ｂ内の掘削土
砂を後方に搬出するスクリューコンベア、４６はトンネ
ル内壁に順次敷設されるセグメント４７から反力をとっ
てシールド機を推進させるシールドジヤツキである。

次に、このシールド機の作用を説明する。

まず、スキンプレート１内のカッタ駆動モータ４１を作
動させることにより、その駆動軸に固定されたピニオン
４２、および大歯車４３がともに回転し、この大歯車４
３が固定されているカッタケーシング２全体が回転する
。このカッタケーシング２の回転に伴って、前方のメイ
ンカッタ３が回転し、切羽の中央部分を掘削するととも
に、サブカッタ４およびその駆動機構全体も中心軸０回
りに一体に公転する。

また、上述のようにリングギヤ８はスキンプレート１側
に連結されており、カッタケーシング２の回転中も固定
されたままなので、このリングギヤ８と噛合う各サブカ
ッタ駆動用ピニオン２５は、リングギヤ８の内周を公転
しながら自転する。このサブカッタ駆動用ビニオン２５
の回転は、上記第３図で説明した機構により各サブカッ
タ４の回転軸１８に伝達されるため、各サブカッタ４が
所定の回転数で回転駆動されることになる。

一方、駆動制御系では、まず演算装置９１により、メイ
ンカッタ３の回転位置に対し、所望の断面形状を得るた
めに必要な中空ロッド１０の移動量が演算され、この移
動量と実際の移動量との比較から、中空ロッド１０に対
する移動命令および停止命令が時々刻々と中空ロッド制
御器９３に発令され、所望の掘削断面が得られるように
サブカッタ４およびスライド部材５のスライド作動が制
御される。

その制御内容を具体的に説明すると、例えば第１図に示
されるように、サブカッタ４がスキンプレート１のコー
ナ一部に対応する位置にあるときは、中空ロッド１０を
カッタケーシング２から突出させることによって、中心
軸Ｇからサブカッタ４までの距離（すなわち公転半径）
を延ばし、これによってサブカッタ４による掘削領域を
コーナ一部まで広げる。逆に、サブカッタ４が角型スキ
ンプレート１の各辺の中点に対応する位置にあるときは
、中空ロッド１０をカッタケーシング２内に没入させ、
中心軸Ｇからサブカッタ４までの距離を縮める。このよ
うな制御により、サブカッタ４が所望の掘削形状（ここ
では略四角形状）に応じた軌跡を描いて公転する。

従って、上記カッタ駆動モータ４１によってカッタケー
シング２およびサブカッタ４を回転駆動しながら、シー
ルドジヤツキ４７の作動力でシールド機全体を推進させ
ることにより、中央で回転するメインカッタ３によって
中央円形部分を掘削するとともに、その周囲を特有の軌
跡を描きながら公転し、かつ自転するサブカッタ４によ
って外周部分を掘削することができ、全体として所望の
断面形状を有するトンネルを掘削することができる。

このようにして掘削された土砂は、スキンプレート１前
部のチェンバ１ｂ内に取込まれ、スクリューコンベア４
５によって後方に搬出された後、図外のベルトコンベア
等で最終的に地上へ搬出される。

このようなシールド機によれば、カッタケーシング２に
固定されたメインカッタ３と、その周囲に配されたサブ
カッタ４により、所望の断面形状をもつトンネルを連続
して容易に掘削することができる。

しかも、このシールド機では、サブカッタ４を放射方向
、すなわち公転半径の方向に直接スライドさせているの
で、公転半径の算出が容易であり、簡単な制御で所望の
掘削形状を得ることができる。

また、単一のカッタケーシング２内にサブカッタ４の回
転駆動機構およびスライド機構の双方を収めているので
、スクリューコンベア４５等の配置の自由度が増す利点
がある。特に、チェンバ１ｂ内の土砂はその下部に堆積
するので、第２図に示されるようにスクリューコンベア
４５の土砂取込み口を下部に設置できるメリットは大き
い。

さらに、このシールド機では、単一の駆動源であるカッ
タ駆動モータ４１によってカッタケーシング２および各
サブカッタ４の双方を駆動するようにしているので、簡
単かつ低コストの構造で上記効果を得ることができる。

また、このシールド機では、駆動制御系によって回動部
材の回動駆動を制御することにより、サブカッタ４が所
望の公転軌跡を描くようにしているので、演算装置９１
に組込まれるプログラムを適宜変換するだけの操作で、
種々の掘削断面形状を容易に得ることができる。

また、このような機能を利用していわゆるオーバーカッ
トを行うことにより、さらに優れた効果を得ることがで
きる。このオーバーカットを第６図に基づいて説明する
。

図において、スキンプレート１の外周１′の外側にハツ
チングで示された領域Ｊ、に、Ｌ、Ｍがオーバーカット
ゾーンである。通常の掘削は、演算装置９１に組込まれ
たプログラムによってサブカッタ４がスキンプレート１
の外周形状に沿って移動するように制御されるが、ここ
では、演算装置９１に、上記移動を実現するためのプロ
グラムの他、スキンプレート１の外周形状に領域Ｊを加
えた外周形状９６ａに沿ってサブカッタ４を移動させる
プログラム、また、領域Ｋを加えた外周形状９６ｂ１領
域りを加えた外周形状９６Ｃ１領域Ｍを加えた外周形状
９６ｄに沿ってそれぞれサブカッタ４を移動させるプロ
グラムを組込むようにする。これと同時に、上記５種類
のプログラムを任意に選択するための選択回路を演算装
置９１に付加し、必要に応じて５種類の掘削断面のうち
の１つを任意に選択できるようにする。このような構成
にすることにより、次に説明するようなオーバーカット
による効果を得ることができる。

例えば、通常の掘削断面プログラムを選択して掘進して
いる途中で、このプログラムを外周形状９６ａに一致す
る掘削断面プログラムに切換えると、スキンプレート１
の上辺から上方にはみ出した部分の土砂も掘削される（
オーバーカット）。

この状態で掘削を進めると、スキンプレート１上方の領
域Ｊに相当する断面空間が形成され、この部分でのスキ
ンプレート１と土砂との摩擦抵抗が減少する。一方、ス
キンプレート１の下部は依然土砂と接しているため、ス
キンプレート１の上部の摩擦抵抗とスキンプレート１の
下部の摩擦抵抗との差は次第に大きくなる。その結果、
シールド機は摩擦抵抗の小さい上側に逃げようとし、シ
ールド機の推進方向は次第に上を向く。

このように、シールド機はオーバーカットした方向に向
きを変えようとするので、第６図の外周形状９６ａ〜９
６ｄに一致する掘削断面プログラムを適宜選択すること
により、シールド機の進行方向を上下左右に容易に変更
することができ、急カーブの掘進が可能になる。また、
４つのコーナ一部をそれぞれオーバーカットできるプロ
グラムを組込んでおけば、ローリングに対する姿勢立直
し制御も容易に行うことができる。

第２実施例（第７図、第８図） 前記実施例では、油圧によってスライド部材５のスライ
ド作動を制御しているが、ここでは、カッタケーシング
２内にガイドカム５０を配し、このガイドカム５０によ
ってサブカッタ４の公転軌跡を特定するようにしている
。

具体的に、第７図において、保持板４０の中央部には、
シールド機の推進方向に延びる固定軸５１の後端が固定
され、この固定軸５１の前端に上記ガイドカム５０が固
定されている。すなわち、このガイドカム５０はスキン
プレート１側に固定されている。また、カッタケーシン
グ２の内壁にはブラケット５２が固定され、このブラケ
ット５２に固定された軸受５３によって上記固定軸５１
の前端部が支持されている。すなわち、カッタケーシン
グ２の回転中、上記固定軸５１の周面上を上記軸受５３
が摺動することになる。

上記ガイドカム５０は、相対向する断面コ字状のガイド
溝５４を前後（第７図の左右）に有している。このガイ
ド溝５４の正面視形状、すなわち第８図に示される形状
は、所望の掘削形状に対応する形状に設定されている。

これに対し、スライド部材５については、前記実施例に
示されるようなスライドパイプ９および中空ロッド１０
からなる二重構造のものに代えて、単一構造のスライド
パイプ９′を備えたものが用いられている。このスライ
ドパイプ９′は、すべり軸受１１を介してカッタケーシ
ング２側にスライド可能に支持され、このスライドパイ
プ９′によって単一の中間回転軸１２が回転可能に支持
されている。この中間回転軸１２の基端部（第７図では
下端部）は、かさ歯車２０にスプライン５７を介して相
対回転不能かつスライド可能に結合されている。

中間回転軸１２の基端部には取付ブラケット５５が固定
され、この取付ブラケット５５の先端部の前後（第７図
では左右）にローラ５６が回転可能に取付けられており
、これらのローラ５６が上記ガイド溝５４内に各々嵌入
されている。

このようなシールド機によれば、前記実施例と同様にカ
ッタ駆動モータ４１を作動させてカッタケーシング２を
回転駆動することにより、上記ローラ５６とガイド溝５
４とが嵌合したままスライド部材５およびサブカッタ４
が公転する。従って、上記ガイド溝５４の案内によって
、このガイド溝５４の形状に対応する軌跡を描きながら
スライド部材５およびサブカッタ４が公転し、これによ
って所望形状、すなわちカム５０の形状に対応する形状
のトンネルが掘削される。

この実施例装置によれば、特別な制御プログラム等を用
いることなく、特定形状のカム５０を設けるだけで所望
の掘削形状を得ることができる。

また、この実施例においても、カム５０をはじめとする
駆動用機構はカッタケーシング２内に収められているの
で、シールド機内での省スペース化を図ることができる
。

第３実施例（第９図） ここでは、前記実施例におけるアーム状のメインカッタ
３の代わりに、メインカッタとして面板状のカッタプレ
ート６０を用いている。このカッタプレート６０には、
複数の刃６０ａが設けられるとともに、その適所には、
前方の土砂を前記実施例にも示されるチェンバ１ｂ内に
導入するためのスリット６１が設けられ、サブカッタ４
の近傍には、同カッタ４との干渉を避けるための切欠６
２が設けられている。

この実施例にも示されるように、本発明ではメインカッ
タの具体的な形状を問わず、必要に応じて適宜設定すれ
ばよい。

第４実施例（第１０図） 前記第１．第２実施例では、単一のカッタ駆動モータ４
１でメインカッタ３およびサブカッタ４の双方を駆動す
るようにしているが、この実施例では、上記カッタ駆動
モータ４１とは別のサブカッタ駆動モータ（サブカッタ
駆動手段）７０を備え、このサブカッタ駆動モータ７０
によって、各サブカッタ４をメインカッタ３とは別に駆
動するようにしている。

第１０図において、カッタケーシング２の後端部には、
軸受７１を介して二重歯車７２が回転可能に支承されて
おり、この二重歯車７２の前歯車７２ａに、前記実施例
にも示されているサブカッタ駆動用ピニオン２５が噛合
されている。一方、保持板４０には上記サブカッタ駆動
モータ７０が固定され、その駆動軸に固定されたピニオ
ン７３が上記二重歯車７２の後歯車７２ｂに噛合されて
いる。

このようなシールド機によれば、カッタ駆動モータ４１
によるカッタケーシング２の回転駆動中、サブカッタ駆
動モータ７０を作動させることにより、その回転力が二
重歯車７２に伝達されて同歯車７２がカッタケーシング
２とは別個に回転し、さらにサブカッタ駆動用ピニオン
２５に伝達される。従って、この構造では、サブカッタ
駆動モータ７０の回転数や、二重歯車７２による減速比
を適宜設定することにより、サブカッタ４の回転速度を
メインカッタ３の回転速度とは別個に定めることができ
る。

また、この実施例装置では、サブカッタ４を正逆いずれ
の方向にも駆動することができるため、駆動伝達機構Ｃ
等の設計の際にサブカッタ４の回転方向にとられれる必
要がなく、その作業が容易となる。さらに、サブカッタ
４の回転方向を変えることにより、このサブカッタ４の
外周部とスキンプレート１との間に噛み込んだ石を取除
いたり、掘削途中でローリング等の修正を行ったりする
ことも可能となる。

なお、本発明はこのような実施例に限定されず、例とし
て次のような態様をとることも可能である。

（１）前記各実施例では、メインカッタ３の前方にサブ
カッタ４が配設されたものを示しているが、本発明では
、メインカッタ３の後方にサブカッタ４を配置するよう
にしてもよい。このような構造によれば、まず、メイン
カッタ３が中央部分の土砂を掘削し、次に、その周囲の
部分をサブカッタ４が掘削するため、サブカッタ４が掘
削する領域は前記各実施例に示されるようにサブカッタ
４が前方に位置するシールド機よりも大幅に減少し、こ
れに伴い次のような効果が得られる。

（ａ）　　一般に、サブカッタ４の外周半径は、メイン
カッタ３の外周半径よりも小さ（設定されるため、サブ
カッタ４に取付けられる刃４ａの個数はメインカッタ３
に取付けられる刃３ａの個数よりも少なく、１個の刃４
ａが行う仕事量は大きい。従って、サブカッタ４の負担
が大きいと、サブカッタ４の刃４ａがメインカッタ３の
刃３ａよりも先行して損耗することになる。

この点、上述のようにサブカッタ４を後方に配置したシ
ールド機では、その掘削面積が低減するとともに、メイ
ンカッタ３による掘削で土砂が弛むため、サブカッタ４
の負担が軽減され、両力ツタの損耗度が平均化されて、
シールド機全体の寿命が延びる。

（ｂ）　　メインカッタ３に比べ、サブカッタ４を駆動
するには複雑な機構を要するため、サブカッタ４の負担
を軽減することにより、その駆動機構をより簡略化して
コストの低減およびシールド機の小型化を図ることがで
きる。

（２）　　本発明のシールド機による掘削形状は、上記
実施例のような角形に限らず、円形、卵形、馬蹄形等、
所望の掘削形状を得ることが可能である。

第１１図は、スキンプレート１の外周１′　と、メイン
カッタ３の回転により得られる掘削断面形状である小円
１００（−点鎖線）と、上記小円１００の中心からサブ
カッタの中心を最も通ざけた状態でカッタケーシング２
を回転させたときに得られる掘削断面形状である大円１
０１（−点鎖線）とを示したものであるが、この装置で
は、上記小円１００と大円１０１に囲まれる範囲内で自
由にサブカッタの公転軌跡を設定することができる。

いずれの場合も、演算装置９１の掘削断面プログラムを
交換し、かつ各掘削断面形状に応じた断面形状をもつス
キンプレートを用いることにより、良好な掘削を行うこ
とができる。例えば同図は、角筒形状をもつスキンプレ
ート１の外周１′を示したものであるが、この図から明
らかなように、上記スキンプレート１の外周形状は上述
の範囲内に収められている。

同様にして、３ｇ１２．１３図は、上述の範囲内に馬蹄
形および小判形の外周形状を収めた例を示している。こ
れらの場合も、上記馬蹄形や小判形の外周形状をもつス
キンプレートを用いるとともに、サブカッタの公転軌跡
がこれらの形に合致するような演算プログラムやカム等
を備えるようにすればよい。

（３）　　本発明では、例えば第１４図に示されるよう
に、複数のスキンプレート１を重ねて一体化する連装を
行うことが可能である。この場合、図に示される２連装
の他、３連装、４連装も可能である。また、第１５図に
示されるように、スキンプレート１は単一のものを用い
、このスキンプレート１内に複数の掘削機構を装備する
ようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。

（４）　　本発明では、サブカッタの個数および配役位
置は問わず、土質に応じて適当な場所に配置すればよい
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、メインカッタおよび回転体を回
転させるとともに、上記回転体にスライド部材を介して
サブカッタを支持し、このサブカッタが所望の掘削形状
に対応する軌跡を描くように上記スライド部材を放射方
向に移動させるものであるので、上記メインカッタによ
って切羽の中央円形部分を掘削するとともに、その外周
部を特有の軌跡を描くサブカッタによって掘削すること
により、全体として所望の断面形状を有するトンネルを
自由に掘削することができる。しかも、サブカッタを放
射方向、すなわち公転半径の方向に直接スライドさせる
ようにしているので、所望のサブカッタの公転半径に対
応するスライド量の設定が容易であり、簡単な制御で上
記効果を得ることができる効果がある。

さらに、請求項１記載のシールド機では、上記回転体の
回転をサブカッタの回転軸の回転に変換する駆動変換機
構を備えているので、同一の駆動手段でメインカッタお
よびサブカッタの双方を駆動することができ、構造の簡
略化および低コスト化を図ることができる効果がある。

また、請求項２記載のシールド機では、メインカッタの
駆動手段およびサブカッタの駆動手段を各々別個に設け
ているので、両力ツタの回転方向および回転速度を各々
独立して設定することができ、掘削に適した回転数を自
由に設定することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例におけるシールド機の正面
図、第２図は第１図のｍ−ｍ線断面図、第３図は上記シ
ールド機におけるサブカッタの駆動構造を示す断面図、
第４図は同シールド機に設けられた油圧回路の回路図、
第５図は同シールド機に設けられた駆動制御系を示すブ
ロック図、第６図は同シールド機によるオーバーカット
の領域を示す正面図、第７図は第２実施例におけるシー
ルド機の要部を示す断面図、第８図は第７図の■−■線
断面図、第９図は第３実施例におけるシールド機の正面
図、第１０図は第４実施例におけるシールド機のサブカ
ッタの駆動構造を示す断面図、第１１図はサブカッタの
公転軌跡およびスキンプレートの外周形状の設定範囲を
示す説明図、第１２図および第１３図はスキンプレート
の外周形状の他の例を示す説明図、第１４図は複数のス
キンプレートを連装した状態を示す説明図、第１５図は
複数の掘削機構が装備される単一のスキンプレートを示
す説明図である。 １・・・スキンプレート（シールド機本体）、２・・・
カッタケーシング（回転体）、３・・・メインカッタ、
４・・・サブカッタ、５・・・スライド部材、４１・・
・カッタ駆動モータ（回転体駆動手段）、５０・・・ガ
イドカム（作動制御手段を構成）、６０・・・カッタプ
レート（メインカッタ）、７０・・・サブカッタ駆動モ
ータ（サブカッタ駆動手段）、９０・・・カッティング
ホイール回転位置検出器（作動制御手段を構成）、９１
・・・演算装置（作動制御手段を構成）、９２・・・比
較器（作動制御手段を構成）、９３・・・伸縮部材制御
器（作動制御手段系を構成）、９４・・・伸縮部材伸縮
量検出器（作動制御手段を構成）、Ｃ・・・駆動変換機
構、Ｇ・・・中心軸（推進方向に延びる軸） 第　　１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールド機本体と、このシールド機本体にその推進
   方向に延びる軸回りに回転可能に支持された回転体と、
   この回転体の前面に固定されたメインカッタと、このメ
   インカッタおよび上記回転体を回転駆動するメインカッ
   タ駆動手段と、上記回転体にこの回転体に対して放射方
   向にスライド可能に取付けられたスライド部材と、この
   スライド部材に回転可能に取付けられたサブカッタと、
   上記回転体に設けられ、この回転体の回転を上記サブカ
   ッタの回転に変換する駆動変換機構と、上記メインカッ
   タの回転中にこのメインカッタの掘削領域の周囲の所望
   の掘削領域をサブカッタが掘削しながら公転するように
   スライド部材のスライド作動を制御する作動制御手段と
   を備えたことを特徴とする自由断面シールド機。 ２、シールド機本体と、このシールド機本体にその推進
   方向に延びる軸回りに回転可能に支持された回転体と、
   この回転体の前面に固定されたメインカッタと、このメ
   インカッタおよび上記回転体を回転駆動するメインカッ
   タ駆動手段と、上記回転体にこの回転体に対して放射方
   向にスライド可能に取付けられたスライド部材と、この
   スライド部材に回転可能に取付けられたサブカッタと、
   上記回転体に設けられ、各サブカッタを回転駆動するサ
   ブカッタ駆動手段と、上記メインカッタの回転中にこの
   メインカッタの掘削領域の周囲の所望の掘削領域をサブ
   カッタが掘削しながら公転するようにスライド部材のス
   ライド作動を制御する作動制御手段とを備えたことを特
   徴とする自由断面シールド機。