JPH09250295A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既設のトンネルの側部に新しいトンネルを容
易に接続し得るシールド掘進機を提供する。 【解決手段】 シールド本体２の前部に回転自在に設け
られたカッタヘッド４の面板５の外周部および面板５上
に、エンドミルタイプのカッタ刃を有する第１および第
２カッタ装置７，８を設け、かつ各カッタ装置７，８に
おけるカッタ刃を、面板５から前方に出退自在に設けた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既に構築されたト
ンネルの側壁部に新しいトンネルを接続し得るシールド
掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地中にて、中間の立抗を設けるこ
となく、シールド掘進機により構築された既設のトンネ
ルに、そのトンネルよりも小径の新しいトンネルを接合
させる場合には、補助工法が導入されていた。

【０００３】すなわち、既設のトンネルを構成している
セグメントの手前位置で、掘削してきたシールド掘進機
を停止させ、そしてその周囲の地山部分を、薬液注入ま
たは凍結工法により固めた後、切羽の圧気を利用して、
作業員がシールド本体外に出て、ブレーカなどの掘削工
具で、鉄筋コンクリート製のセグメントのコンクリート
部分を破壊するとともに、鉄筋を溶断してトンネルを接
続するための開口部を形成していた。

【０００４】なお、直接、シールド掘進機のカッタヘッ
ドを、既設のセグメントに押し付けて、セグメントに穴
を開けることも考えられるが、カッタヘッドに取り付け
られた通常のカッタビットでは、カッタビット自身が損
傷してしまうという欠点もあり、また特殊なローラビッ
トを使用して、シールド掘進機をセグメントに押し付け
た場合には、トンネル自体に悪影響を及ぼすという欠点
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、補助
工法を用いて、人力によりセグメントを破砕しようとす
ると、どうしても工期が長びくとともに、費用が高くな
り、さらにはシールド本体外で作業を行うため、危険が
伴うという問題もある。

【０００６】そこで、本発明は、既設のトンネルの側部
に新しいトンネルを容易に接続し得るシールド掘進機を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部に
回転自在に設けられたカッタヘッドの面板の外周部およ
び面板上に、エンドミルタイプのカッタ刃を有する第１
および第２カッタ装置を設けたものである。

【０００８】また、上記シールド掘進機において、第１
カッタ装置を、カッタヘッドの面板の外周部に設けられ
た筒状ガイド部内に移動自在に配置された筒状移動体
と、この筒状移動体に軸受部材を介して回転自在に挿入
されるとともに一端部にカッタ刃が形成されたカッタ軸
体と、このカッタ軸体の他端部に連結されてカッタ軸体
を出退させる出退装置と、面板側に設けられて、上記カ
ッタ軸体を伝達機構を介して回転させる回転駆動装置と
から構成し、さらに第２カッタ装置を、カッタヘッドの
面板に半径方向で形成された溝部内に移動自在に配置さ
れた移動体と、面板側に設けられてこの移動体を移動さ
せる移動装置と、上記移動体の前壁部に設けられた筒状
ガイド部内に移動自在に配置された筒状ガイド体と、こ
の筒状ガイド体に軸受部材を介して回転自在に挿入され
るとともに一端部にカッタ刃が形成されたカッタ軸体
と、上記移動体側に設けられて、このカッタ軸体の他端
部に連結されてカッタ軸体を出退させる出退装置と、面
板側に設けられて、上記カッタ軸体を伝達機構を介して
回転させる回転駆動装置とから構成したものである。

【０００９】上記の構成によると、カッタヘッドの面板
から出退自在にされたエンドミルタイプのカッタ刃を有
する第１カッタ装置をカッタヘッドの外周部に、かつ同
様のカッタ刃を有する第２カッタ装置を面板上に配置し
たので、既設のトンネルを構成する鉄筋コンクリート製
のセグメントに容易に穴を開けることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
におけるシールド掘進機を、図１〜図９に基づき説明す
る。

【００１１】図１および図２において、１は鉄筋コンク
リート製のセグメントにより構築された既設のトンネル
の側部に、この既設のトンネルよりも小径の新しいトン
ネルを接続するためのシールド掘進機で、シールド本体
２の前部に、旋回軸受３を介して回転自在に支持された
カッタヘッド４と、シールド本体２の内部に配置されて
上記カッタヘッド４を回転させる回転駆動装置（例え
ば、油圧モータなどから構成されている）６とから構成
され、さらに上記カッタヘッド４には、その面板５の外
周部および面板５上に設けられたエンドミルタイプのカ
ッタ刃を有する第１および第２カッタ装置７，８が配置
されている。なお、４ａはカッタビットを示す。

【００１２】上記第１カッタ装置７は、図３〜図５に示
すように、カッタヘッド４の外周部の所定位置に設けら
れた箱体１１の収納室１２内の外周寄り位置でかつ斜め
外方に配置された筒状ガイド体（筒状ガイド部）１３
と、この筒状ガイド体１３に、その軸心方向で移動自在
に設けられた筒状移動体１４と、この筒状移動体１４
に、軸受部材１５を介して中間軸部１６ｂが回転自在に
支持されるとともに外方の先端部にエンドミルタイプの
カッタ刃１６ａが形成されたカッタ軸体１６と、このカ
ッタ軸体１６の内方寄りの基端側に固定された従動側歯
車１７と、このカッタ軸体１６の基端部に、軸受部材１
８を介して回転自在に保持された保持体１９と、収納室
１２内に配置されてこの保持体１９を介してカッタ軸体
１６を外方に向かって出退移動させる出退用シリンダー
装置（出退装置の一例で、例えば油圧シリンダーが使用
される）２０と、上記収納室１２内に配置されて上記従
動側歯車１７に噛合する駆動側歯車２１が出力軸に取り
付けられた駆動モータ（回転駆動装置の一例で、例えば
油圧モータ、電動機などが使用される）２２とから構成
されている。なお、上記従動側および駆動側歯車１７，
２１により、伝達機構が構成される。

【００１３】したがって、駆動モータ２２を駆動させ
て、両歯車１７，２１を介してカッタ軸体１６を回転さ
せ、そして出退用シリンダー装置２０を駆動させて、カ
ッタ軸体１６を前方斜め外方に突出させれば、このエン
ドミルタイプのカッタ刃１６ａにより、所定の掘削作
業、すなわち鉄筋などの破断を行うことができる。

【００１４】なお、従動側歯車１７の厚さに対して駆動
側歯車２１の厚みが、カッタ軸体１６の出退量（移動
量）分だけ厚くされており、したがってカッタ軸体１６
が出退移動した場合でも、歯車１７，２１同士が噛合し
得るように考慮されている。

【００１５】また、筒状ガイド体１３の前面側の端面に
は、カッタ刃１６ａの非使用時に、カッタ刃１６ａを保
護する筒状の保護部材（保護リング）２３が設けられて
いる。

【００１６】次に、カッタヘッド４の面板５上に配置さ
れる第２カッタ装置８について説明する。なお、この第
２カッタ装置８は、カッタ刃が１個のもの（８Ａ）と、
２個のもの（８Ｂ）との２種類があり、まずカッタ刃が
１個のもの（８Ａ）について説明する。

【００１７】すなわち、第２カッタ装置８Ａは、図６〜
図８に示すように、カッタヘッド４の面板５にかつ半径
方向に形成された溝部５ａ内で移動可能に配置された移
動体３１と、同じく面板５側に配置されてこの移動体３
１を移動させる移動用シリンダー装置（移動装置の一例
で、例えば油圧シリンダーが使用される）３２と、同じ
く面板５の内側に配置されて上記移動体３１の側面を押
圧してその移動を固定する固定装置例えば用シリンダー
装置３３と、上記移動体３１に形成された収納室３４の
前壁部側に設けられた筒状ガイド体（筒状ガイド部）３
５内に、前後方向で移動自在に配置された筒状移動体３
６と、この筒状移動体３６に、軸受部材３７を介して中
間軸部３８ｂが回転自在に支持されるとともに外方の先
端部にエンドミルタイプのカッタ刃３８ａが形成された
カッタ軸体３８と、このカッタ軸体３８の内方の基端側
に固定された従動側歯車３９と、このカッタ軸体３８の
基端部を、軸受部材４０を介して回転自在に保持する保
持体４１と、上記収納室３４内に配置されてこの保持体
４１を介してカッタ軸体３８を外方に向かって出退移動
させる出退用シリンダー装置（出退装置の一例で、例え
ば油圧シリンダーが使用される）４２と、上記収納室３
４内に配置されて上記従動側歯車３９に噛合する駆動側
歯車４３が出力軸に取り付けられた駆動モータ（回転駆
動装置の一例で、例えば油圧モータ、電動機などが使用
される）４４とから構成されている。勿論、この第２カ
ッタ装置８Ａにおいても、カッタ軸体３８が出退移動し
た場合でも、両歯車（これら両歯車により、伝達機構が
構成される）３９，４３同士の噛合が外れないようにさ
れている。

【００１８】なお、上記移動用シリンダー装置３２のシ
リンダー本体部３２ａが移動体３１側に連結されるとと
もに、そのロッド部３２ｂがカッタヘッド４側に連結さ
れており（勿論、その取付方法は逆でもよい）、またこ
の移動用シリンダー装置３２は、移動体３１の両側に一
対配置されており、さらに上記固定用シリンダー装置３
３は、溝部５ａの左右位置に一対づつ配置されて、移動
体３１の両側部を押圧して固定するものである。

【００１９】したがって、駆動モータ４４を駆動させ
て、両歯車３９，４３を介してカッタ軸体３８を回転さ
せ、そして出退用シリンダー装置４２を駆動させて、カ
ッタ軸体３８を前方に突出させれば、このエンドミルタ
イプのカッタ刃３８ａにて、所定の掘削作業、すなわち
鉄筋などの鉄鋼部材を破断することができる。

【００２０】なお、第１カッタ装置７と同様に、筒状ガ
イド体３５の表面には、カッタ刃３８ａの非使用時に、
カッタ刃３８ａを保護する筒状の保護部材（保護リン
グ）４５が設けられている。

【００２１】次に、カッタ軸体３８が２個設けられた第
２カッタ装置８（８Ｂ）について、概略的に説明する
と、この第２カッタ装置８Ｂは、図９に示すように、駆
動モータ４４の両側に、カッタ軸体３８（３８Ａ，３８
Ｂ）が配置されたものであり、駆動側歯車４３に、両カ
ッタ軸体３８（３８Ａ，３８Ｂ）に設けられた従動側歯
車３９（３９Ａ，３９Ｂ）が噛合されたものである。

【００２２】したがって、駆動モータ４４を回転させれ
ば、２個のカッタ軸体３８（３８Ａ，３８Ｂ）が回転さ
れて、それぞれのカッタ刃３８ａが回転される。上記構
成において、接続すべきトンネルのセグメントの近くま
でシールド掘進機１が近づくと、まずその速度を落と
し、そして各カッタ装置７，８（８Ａ，８Ｂ）の駆動モ
ータ２２，４４および出退用シリンダー装置２０，４２
を駆動させて、カッタ軸体１６，３８を回転させるとと
もに、カッタ刃１６ａ，３８ａを前方に突出させ、そし
てシールド本体２をゆっくりと前進させる。なお、この
時、第２カッタ装置８においては、移動用シリンダー装
置３２が駆動されて、各移動体３１が、半径方向で移動
される。この動作により、面板５の全面に渡って移動さ
せることができる。

【００２３】したがって、既設のトンネルのセグメント
のコンクリート部分が、面板５に多数設けられたカッタ
ビット４ａにより切削されるとともに、エンドミルタイ
プのカッタ刃１６ａ，３８ａでコンクリート内の鉄筋が
切断される。

【００２４】すなわち、従来のように、補助工法を使用
（併用）することなく、シールド掘進機だけで、既設の
トンネルに、新たなトンネルを容易にかつ短時間で接続
することができる。

【００２５】なお、上記各カッタ装置７，８におけるカ
ッタ刃１６ａ，３８ａについては、通常のカッタビット
４ａでの掘削時には、保護部材２３，４５内に退入され
て摩耗から保護されている。勿論、この保護部材２３，
４５の前端面は、通常のカッタビット４ａの掘削面よ
り、後方に位置するような高さに設定されている。

【００２６】ところで、上記実施の形態においては、ト
ンネルの側部にトンネルを接続する場合について説明し
たが、例えば通常の掘削時において、地山に、鉄筋など
の鉄鋼材料が埋設している場合に、上記の各カッタ装置
７，８を使用すれば、容易に、その埋設鉄鋼部材を破断
して、掘削を続行することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、カ
ッタヘッドの面板から出退自在にされたエンドミルタイ
プのカッタ刃を有する第１カッタ装置を、カッタヘッド
の外周部に、かつ同様のカッタ刃を有する第２カッタ装
置を面板上に配置したので、既設のトンネルを構成する
鉄筋コンクリート製のセグメントに穴を開けることがで
き、したがって既設のトンネルの側壁部に、容易にかつ
短時間でもって、新しいトンネルを接続することができ
る。

【００２８】勿論、通常の掘削時においても、地山に、
鉄筋などの鉄鋼部材が埋設している場合でも、容易にそ
の埋設鉄鋼部材を破断して、掘削を続行することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の
概略構成を示す断面図である。

【図２】同シールド掘進機の正面図である。

【図３】同シールド掘進機における第１カッタ装置の構
成を示す断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視図である。

【図５】図３のＢ−Ｂ矢視図である。

【図６】同シールド掘進機における第２カッタ装置の構
成を示す断面図である。

【図７】図６のＣ−Ｃ矢視図である。

【図８】図６のＤ−Ｄ矢視図である。

【図９】同シールド掘進機における他の第２カッタ装置
の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ シールド本体 ４ カッタヘッド ５ 面板 ７ 第１カッタ装置 ８ 第２カッタ装置 １２ 収納室 １３ 筒状ガイド体 １４ 筒状移動体 １６ カッタ軸体 １６ａ カッタ刃 １７ 従動側歯車 ２０ 出退用シリンダー装置 ２１ 駆動側歯車 ２２ 駆動モータ ３１ 移動体 ３２ 移動用シリンダー装置 ３４ 収納室 ３５ 筒状ガイド体 ３６ 筒状移動体 ３８ カッタ軸体 ３８ａ カッタ刃 ３９ 従動側歯車 ４２ 出退用シリンダー装置 ４３ 駆動側歯車 ４４ 駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲田 徹 東京都文京区後楽二丁目２番８号 五洋建 設株式会社内 (72)発明者 糸永 洋 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 谷村 英宣 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド本体の前部に回転自在に設けられ
   たカッタヘッドの面板の外周部および面板上に、エンド
   ミルタイプのカッタ刃を有する第１および第２カッタ装
   置を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】第１カッタ装置を、カッタヘッドの面板の
   外周部に設けられた筒状ガイド部内に移動自在に配置さ
   れた筒状移動体と、この筒状移動体に軸受部材を介して
   回転自在に挿入されるとともに一端部にカッタ刃が形成
   されたカッタ軸体と、このカッタ軸体の他端部に連結さ
   れてカッタ軸体を出退させる出退装置と、面板側に設け
   られて、上記カッタ軸体を伝達機構を介して回転させる
   回転駆動装置とから構成したことを特徴とする請求項１
   記載のシールド掘進機。
3. 【請求項３】第２カッタ装置を、カッタヘッドの面板に
   半径方向で形成された溝部内に移動自在に配置された移
   動体と、面板側に設けられてこの移動体を移動させる移
   動装置と、上記移動体の前壁部に設けられた筒状ガイド
   部内に移動自在に配置された筒状ガイド体と、この筒状
   ガイド体に軸受部材を介して回転自在に挿入されるとと
   もに一端部にカッタ刃が形成されたカッタ軸体と、上記
   移動体側に設けられて、このカッタ軸体の他端部に連結
   されてカッタ軸体を出退させる出退装置と、面板側に設
   けられて、上記カッタ軸体を伝達機構を介して回転させ
   る回転駆動装置とから構成したことを特徴とする請求項
   １または２記載のシールド掘進機。