JPH04281997A - 矩形シールド用カッター - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボックスカルバートの
ような矩形断面を有する地下構造物を構築するための矩
形シールド用カッターに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、交通トンネル、水路トンネル、
電線・通信トンネル等の地下構造物を構築するにはシー
ルド工法が広く採用されている。ところが、従来のシー
ルド工法では円形断面しか掘削することができず、矩形
断面の地下構造物を構築することは不可能であった。従
って、矩形断面の掘削には、別の方式の自由走行型の掘
削機が適用されていた。しかしながら、上記従来の掘削
機では、地山（切羽）の悪いところでは、薬液注入など
の補助工法を必要とし、余分な工費と工期がかかるだけ
でなく、安全性に欠ける等の問題点があった。

【０００３】また、矩形に類似した断面を掘削するシー
ルド工法も開発されているが、機構が複雑であって、操
作が困難であり、実用性に乏しい等の問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、１枚のカッターにより全矩形断面を能率よ
く掘削することができ、機構が極めて簡単で操作し易く
、安全性に富んだ矩形シールド用カッターを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の矩形シールド用
カッターは、正三角形の各頂点を中心とし、その一辺の
長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これらの
３つの円弧により囲まれたルーローの三角形を外形とす
ることを特徴とする。また、本発明のカッターは、上記
３つの円弧より内方に描かれた曲線または直線により囲
まれた外形から成ることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１および図２において、１はスキン
プレートであって、四隅が円弧状になった正方形の断面
形状を有する鋼殻状の角筒体である。該スキンプレート
１の切羽側の前端開口部には、カッター２が回転自在に
配置されている。尚、スキンプレート１の前端縁に切刃
を設けてもよい。

【０００７】上記カッター２の形状は、図３に図解して
示すように、１辺の長さがＬの正三角形の各頂点Ａ，Ｂ
，Ｃを各々中心とする半径Ｌの円弧Ａ′，Ｂ′，Ｃ′を
対辺の外側に描き、これらの３つの円弧Ａ′，Ｂ′，Ｃ
′により囲まれた三角形、いわゆるルーローの三角形で
ある。Ｑは該ルーローの三角形の中心である。

【０００８】上記カッター２には、例えば図２に例示す
るように、多数のカッタービット２ａが配列されている
。２ｂは、該カッタービット２ａにより切削した土砂を
上記スキンプレート１内に取り込むためのスリットであ
る。

【０００９】上記カッター２の上記中心Ｑにはカッター
回転軸３が固定されている。図４に示すように、該カッ
ター回転軸３は、公転用駆動盤４の中心Ｐから偏心距離
Ｒの位置に回転自在に取付けられていて、中心Ｐの回り
を自転しながら公転するようになっている。尚、該公転
用駆動盤４の中心Ｐは上記スキンプレート１の中心に位
置する。

【００１０】上記カッター回転軸３の中心Ｑと公転用駆
動盤４の中心Ｐとの偏心距離Ｒは、上記正三角形の１辺
の長さＬに対して、次のような関係にある。すなわち、
図５に図解して示すように、三角形の中心Ｑから線分Ａ
Ｃに垂線を下ろし、その交点を点Ｄとして、直角三角形
ＡＱＤに着目すると、 ＡＤ＝ＡＱ・Ｃｏｓ３０°＝（ＡＰ＋ＰＱ）Ｃｏｓ３０
° ここで、ＡＤ＝ＡＰ＝Ｌ／２、ＰＱ＝Ｒ　　であるから
、Ｌ／２＝｛（Ｌ／２）＋Ｒ｝Ｃｏｓ３０゜の関係が成
り立つ。これを、偏心距離Ｒについて整理すると、 Ｒ＝（Ｌ／２）／Ｃｏｓ３０゜−（Ｌ／２）が得られる
。

【００１１】上記公転用駆動盤４は支持壁５に回転自在
に取付けられている。該支持壁５は上記スキンプレート
１の内側に一体的に設けられている。上記公転用駆動盤
４には歯車４ａが設けられていて、油圧モーター等の回
転駆動装置６の駆動軸に取付けられた駆動歯車６ａが噛
合っている。従って、上記公転用駆動盤４は上記回転駆
動装置６により回転駆動され、カッター回転軸３を中心
Ｐの回りに偏心距離Ｒで公転させる。７はカッター回転
軸３、すなわちカッター２を回転させるためのカッター
回転駆動装置であって、上記公転用駆動盤４に取付けら
れている。

【００１２】次に、上記カッター２、すなわち、カッタ
ー回転軸３の公転方向と公転回転数Ｎ１ならびに自転方
向と自転回転数Ｎ２について考察する。本発明のルーロ
ーの三角形状のカッター２は、スキンプレート１の横断
面、すなわち、四隅が円弧状となった正方形の断面を掘
削するために、図６ないし図９に示すように、一辺がＬ
の正方形に内接して回転する。

【００１３】上記カッター２の動きのうち、特に、頂点
Ａと中心Ｑの動きに注目すると、図６の状態においては
、円弧Ａ′が正方形の下辺に常に接しているので、その
結果、頂点Ａは常に該接点の真上に位置している。従っ
て、頂点Ａは正方形の上辺に沿った直線状の軌跡を描く
ことになる。頂点Ａの上記直線移動に対応して、中心Ｑ
はＱ０からＱ１のように中心Ｐの回りに１／４回転する
。続いて、図７に示すように、頂点ＡがＡ１からＡ２ま
で円弧を描いて移動する間に、中心ＱはＱ１からＱ２ま
で１／４回転する。さらに、図８に示すように、頂点Ａ
がＡ２からＡ３に直線移動する間に、中心ＱはＱ２から
Ｑ３まで１／４回転する。更に続いて、図９に示すよう
に、頂点ＡがＡ３からＡ４に直線移動する間に、中心Ｑ
はＱ３からＱ４まで１／４回転する。

【００１４】図６から図９までのカッター２の動きは、
各頂点が隣の頂点の位置にまで移動する状態、すなわち
中心Ｑを回転軸とする１２０°の回転を示している。従
って、カッター２、すなわちカッター回転軸３が１２０
°回転する間に、その中心Ｑは、スキンプレート１の断
面、すなわち正方形の中心Ｐの回りに半径Ｒで１回転す
ることになる。言い換えれば、カッター回転軸３は、そ
の公転の回転数Ｎ１が自転の回転数Ｎ２の３倍の速度で
、回転することになる。尚、上記公転方向と自転方向と
は反対方向である。

【００１５】尚、図１において、８は土砂排出用のコン
ベヤ、９はシールドジャッキ、１０はセグメントである
。

【００１６】次に、上記実施例の矩形シールドの作用に
ついて説明する。まず回転駆動装置６を稼働させると、
駆動歯車６ａおよび歯車４ａを介して公転用駆動盤４が
中心Ｐを軸にして回転する。これと同時に、カッター回
転駆動装置７を稼働させるとカッター回転軸３が中心Ｑ
の回りに回転する。その結果、カッター回転軸３は、図
１０に示すように、中心Ｐの回りを公転しながら自転す
る。この場合、カッター回転軸３の公転方向と自転方向
を逆方向に回転させると共に、公転の回転数Ｎ１を自転
数Ｎ２の３倍で回転させ、更に、カッター回転軸３の偏
心距離Ｒ、を掘削すべき正方形断面の一辺の長さＬに対
して、式Ｒ＝（Ｌ／２）／Ｃｏｓ３０°−（Ｌ／２）を
満足するように設定して、カッター回転軸３を回転させ
ると、カッター２の各頂点Ａ，Ｂ，Ｃは、一辺の長さが
Ｌで四隅が円弧状となった正方形の軌跡を描く。

【００１７】上記カッター２は、一辺の長さがＬの正三
角形の各頂点Ａ，Ｂ，Ｃを各々中心とする半径Ｌの円弧
Ａ′，Ｂ′，Ｃ′を対辺の外側に描き、これらの３つの
円弧Ａ′，Ｂ′，Ｃ′により囲まれたルーローの三角形
であり、その前面および周囲に多数のカッタービット２
ａが植設されているので、シールドジャッキ９により推
進させると、四隅が円弧状となった正方形断面のトンネ
ルが掘削される。

【００１８】上記実施例のカッター２はルーローの三角
形として形成されているが、本発明のカッターはこれに
限定するものではなく、正三角形の各頂点Ａ，Ｂ，Ｃの
間に描かれた上記円弧Ａ′，Ｂ′，Ｃ′より内方に描い
た曲線あるいは直線により囲まれた形状のカッターであ
れば、いずれでもよい。例えば、図１１に例示するよう
な正三角形のカッター２′や３本の放射状カッター竿を
有するカッター２″であってもよい。

【００１９】また、上記実施例のカッター２の切羽面は
平面状に形成されているが、本発明はこれに限定するも
のではなく、例えば、図１２に例示するように、円錐形
、ドーム形、傾斜形等、従来から採用されている各種の
ものが適用可能である。

【００２０】切羽の崩壊の恐れがある場合には、これま
でに採用されている泥水加圧工法や山留板等により崩壊
を防止することも可能である。

【００２１】上記カッター２の駆動装置は、例えば、図
１３および図１４に示すように、スキンプレート１に大
径の公転用リング４′を中心Ｐの回りに回転可能に取付
けると共に、該公転用リング４′に偏心距離Ｒで回転リ
ング３′を中心Ｑの回りに回転可能に取付け、該回転リ
ング３′を連結棒２ｃを介してカッター２に連結して構
成する。本実施例においても、カッター２は上記実施例
と全く同じ回転をする。本実施例では、カッター２を安
定して支持することができると共に、スキンプレート１
の中心部の空間を確保できる等の利点がある。

【００２２】図１５および図１６は、カッター駆動装置
の更に別の実施例を示すもので、カッター２は上記スキ
ンプレート１の前端縁に形成されているガイド部１′の
内側に案内されながら回転するようになっている。カッ
ター回転軸３には小歯車１１が取付けられていて、大歯
車１２の内歯に噛合いながら転動するようになっている
。上記大歯車１２は適宜回転駆動装置（図示せず）によ
り支持壁５内を回転駆動される。該大歯車１２の回転中
心は上記中心Ｐであり、一方、小歯車１１の回転中心は
上記中心Ｑである。また、上記大歯車１２の半径は上記
偏心距離Ｒの４倍であり、小歯車１１の半径は偏心距離
Ｒ野３倍に設定されている。従って、上記大歯車１２を
矢印方向に回転駆動すると、小歯車１１も同方向に回転
して、この回転力はカッター回転軸３を介してカッター
２を回転駆動し、その結果、カッター２はガイド部１′
内で案内されながら回転する。尚、上記大歯車１２を支
持壁５に固定して、その内側に小歯車１１を回転駆動さ
せるようにしてもよい。こな場合、小歯車１１を回転駆
動する駆動装置の反力を取る必要がある。本実施例では
、カッター回転軸３の公転運動をスキンプレート１に対
して規制することができれば、上記ガイド部１′は省略
することができる。

【００２３】図１７は上記実施例野回転駆動方式と同様
にして三角カム１３をガイド枠１４内で回転させ、カッ
ター回転軸３に固定したカッター板１５にカッター杆１
６を放射状に取付けて、該カッター杆１６にカッタービ
ット２ａを適宜配置したものである。本実施例では正方
形に類似した断面を掘削することができる。

【００２４】本発明のカッター駆動装置は、以上のよう
な構成に限定するものではなく、要するに、カッター２
の回転軸が、スキンプレート１の中心Ｐに対して上記偏
心距離Ｒを有し、公転方向と自転方向が逆であって、且
つ公転数が自転数の３倍となるように駆動し得る機構で
あれば、いずれの機構であってもよい。尚、回転駆動部
には土砂シールをする。

【００２５】上記実施例ではカッター２を１枚使用して
、正方形状のトンネルと掘削するようにしたが、図１８
に示すように、カッターを複数枚（本実施例では２枚）
並べて長方形状のトンネルを掘削することも可能である
。この場合、カッター２，２を前後にオーバーラップさ
せて、自由な縦横比の矩形トンネルを掘削することがで
きる。１″は長方形スキンプレートである。

【００２６】また、図１９に示すように、１枚のカッタ
ー２の公転の中心Ｐを、ＰとＰ′の間で往復移動させる
ことにより、長方形の断面を掘削することができる。更
に、カッター回転軸３の偏心距離Ｒを変化させたり、上
記公転の中心Ｐの移動を組み合わせることにより、正方
形や長方形の矩形に類似した断面のトンネルを掘削する
ことも可能である。尚、偏心距離Ｒを０にすれば、円形
断面のトンネルを掘削することも可能である。

【００２７】カッター回転軸３を公転用駆動盤４内で自
由に移動できるように構成すれば、１本のトンネルにつ
いて、長手方向にいろいろな断面形状を組み合わせたト
ンネルを掘削することができる。

【００２８】

【発明の効果】１）一枚のカッターにより自由な断面形
状の掘削が可能である。 ２）一枚のカッターにより正方形や長方形等の矩形状断
面を掘削することができる。 ３）形状がシンプルで製作および保守し易く、安価に提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の矩形シールドの一実施例の縦断面図で
ある。

【図２】矩形シールドの正面図である。

【図３】ルーローの三角形の説明図である。

【図４】カッター回転軸の偏心の説明図である。

【図５】偏心距離の算出説明図である。

【図６】カッターの第１の作動状態を示す図である。

【図７】カッターの第２の作動状態を示す図である。

【図８】カッターの第３の作動状態を示す図である。

【図９】カッターの第４の作動状態を示す図である。

【図１０】公転用駆動盤とカッター回転軸の回転方向の
説明図である。

【図１１】カッターの別の形状例を示す図である。

【図１２】カッターの切羽面の別の形状例を示す図であ
る。

【図１３】カッターの駆動装置の別の実施例の縦断面図
である。

【図１４】図１３の実施例のイーイ断面図である。

【図１５】カッターの駆動装置の更に別の実施例の縦断
面図である。

【図１６】図１５の駆動装置を透視した正面図である。

【図１７】シールドの改変例を示す図である。

【図１８】２個のカッターによる長方形断面の掘削図で
ある。

【図１９】１個のカッターによる長方形断面の掘削図で
ある。

【符号の説明】

１　　スキンプレート １′ガイド部 １″長方形スキンプレート ２　　カッター ２ａ　　カッタービット ２ｂ　　スリット ２ｃ　　連結棒 ３　　カッター回転軸 ４　　公転用駆動盤 ４ａ　　歯車 ５　　支持壁 ６　　回転駆動装置 ６ａ　　駆動歯車 ７　　カッター回転駆動装置 ８　　コンベヤ ９　　シールドジャッキ １０　　セグメント １１　　小歯車 １２　　大歯車 １３　　三角カム １４　　ガイド枠 １５　　カッター板 １６　　カッター杆 Ａ　　頂点 Ｂ　　頂点 Ｃ　　頂点 Ａ′円弧 Ｂ′円弧 Ｃ′円弧 Ｄ　　交点 Ｌ　　三角形及び正方形の１辺の長さ Ｐ　　スキンプレート及び公転用駆動盤の中心Ｑ　　カ
ッター及びカッター回転軸の中心Ｒ　　偏心距離

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　正三角形の各頂点を中心とし、その一
   辺の長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これ
   らの３つの円弧により囲まれたルーローの三角形を外形
   とすることを特徴とする矩形シールド用カッター。
2. 【請求項２】　　上記３つの円弧より内方に描かれた曲
   線または直線により囲まれた外形から成ることを特徴と
   する請求項１に記載の矩形シールド用カッター。