JP2000120387A - 地中掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小口径のトンネルの掘削に適する地中掘削機
を提供すること。 【解決手段】 単一の駆動モータ６を有するカッタ駆動
装置４と、回転自在に支持されかつ駆動モータ６に駆動
連結された外側駆動軸９と、前記外側駆動軸９の内部に
挿通されかつ回転不能に固定された内側固定軸１３と、
前記外側駆動軸９にこれと一体に回転可能に取り付けら
れた遊星枠１８と，この遊星枠１８内に収容されかつ内
側固定軸１３に固定された太陽歯車２１と，遊星枠１８
内に回転自在に軸支されかつ太陽歯車２１にかみ合わさ
れた遊星歯車２２と，遊星枠１８内に回転自在に収容さ
れかつ遊星歯車２２にかみ合わされた支持軸歯車２５と
を有する遊星歯車装置１７と、前記支持軸歯車２５に取
り付けられかつ遊星枠１８に回転自在に支持されたカッ
タ支持軸２６と、前記カッタ支持軸２６にこれと一体に
回転可能に取り付けられたカッタフレーム３２を有する
カッタ３１とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中掘削機に係
り、特に小口径で任意断面形状のトンネルを掘進するた
めに適する地中掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の地中掘削機の一例を示す正
面図、図７は図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【０００３】これらの図に示す従来の地中掘削機は、シ
ールド本体４１と、フード４２と、隔壁４３と、カッタ
駆動装置４４と、クランク４７と、カッタ支持軸４８
と、カッタ４９と、チャンバ５３と、作泥土材注入管５
４と、排土装置５６と、推進ジャッキ５７と、テールシ
ール５８等を装備している。

【０００４】前記カッタ駆動装置４４は、互いに所定の
間隔をおいて配置されかつ隔壁４３に支持された複数台
の駆動モータ４５を備えている。各駆動モータ４５に
は、駆動軸４６が連結されている。

【０００５】前記クランク４７は、各駆動軸４６に取り
付けられている。

【０００６】前記カッタ支持軸４８は、当該駆動軸４６
との間に所定の偏心距離をおいて各クランク４７に取り
付けられている。

【０００７】前記カッタ４９は、複数本のカッタ支持軸
４８に共通に取り付けられたカッタフレーム５０と、こ
のカッタフレーム５０の前面に植設された多数のカッタ
ビット５１と、カッタフレーム５０の背面に設けられた
複数本の攪拌翼５２とを有して構成されている。

【０００８】前記チャンバ５３は、フード４２と、隔壁
４３とに囲まれた空間に形成されている。

【０００９】前記作泥土材注入管５４は、当該駆動軸４
６とクランク４７とカッタ支持軸４８とにわたって設け
られており、その作泥土材吐出口５５はカッタフレーム
５０から外側に向かって開口している。

【００１０】前記排土装置５６は、土砂取り入れ口をチ
ャンバ５３に臨ませてシールド本体４１側に設置されて
いる。

【００１１】前記推進ジャッキ５７は、シールド本体４
１の内部において、円周方向に互いに所定の間隔をおい
て複数台設置されている。

【００１２】前記テールシール５８は、シールド本体４
１のテール部に設けられている。

【００１３】なお、図７において、符号５９はセグメン
ト、符号６０は裏込み注入材、Ｇは地山を示す。

【００１４】そして、この従来の地中掘削機では地山Ｇ
の掘削時に、カッタ駆動装置４４の複数台の駆動モータ
４５を同期的に駆動させる。

【００１５】前述のごとく、各駆動モータ４５を同期的
に駆動させると、前記駆動軸４６、クランク４７および
カッタ支持軸４８が回転し、カッタ４９に平行リンク運
動を与える。

【００１６】一方、セグメント５９に反力を取って推進
ジャッキ５７を伸長させ、地中掘削機全体を推進させ、
カッタ４９を地山Ｇに押し付ける。

【００１７】このように、カッタ４９に平行リンク運動
を与え、カッタ４９を地山Ｇに押し付けることによっ
て、多数のカッタビット５１により地山Ｇを掘削するこ
とができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
地中掘削機では複数台の駆動モータ４５とクランク機構
により、カッタ４９を平行リンク運動させて地山Ｇを掘
削するようにしている。

【００１９】したがって、シールド本体４１の内部に、
複数台の駆動モータ４５を適正配置するための広い空間
を確保する必要がある。このため、従来の地中掘削機で
は小口径のトンネルの掘削には適さないという問題があ
った。

【００２０】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、小口径のトンネルの掘削
に適する地中掘削機を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、駆動モータ６を有するカッタ駆動装置
４と、回転自在に支持されかつ駆動モータ６に駆動連結
された外側駆動軸９と、前記外側駆動軸９の内部に挿通
されかつ回転不能に固定された内側固定軸１３と、前記
外側駆動軸９にこれと一体に回転可能に取り付けられた
遊星枠１８と，この遊星枠１８内に収容されかつ内側固
定軸１３に固定された太陽歯車２１と，遊星枠１８内に
回転自在に軸支されかつ太陽歯車２１にかみ合わされた
遊星歯車２２と，遊星枠１８内に回転自在に収容されか
つ遊星歯車２２にかみ合わされた支持軸歯車２５とを有
する遊星歯車装置１７と、前記支持軸歯車２５に取り付
けられかつ遊星枠１８に回転自在に支持されたカッタ支
持軸２６と、前記カッタ支持軸２６にこれと一体に回転
可能に取り付けられたカッタフレーム３２を有するカッ
タ３１とを備えて構成している。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２３】図１〜図５は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図
３，図４および図５は作用説明図である。

【００２４】これらの図に示す実施例では、図１および
図２に示すように、シールド本体１と、フード２と、隔
壁３と、カッタ駆動装置４と、外側駆動軸９と、内側固
定軸１３と、遊星歯車装置１７と、カッタ支持軸２６
と、カッタ３１と、チャンバ３６と、作泥土材注入管３
７と、排土装置３９と、推進ジャッキ（図示せず）と、
土圧計４０等を備えている。

【００２５】前記カッタ駆動装置４は、図２に示すよう
に、隔壁３の背面側に取り付けられたギヤボックス５
と、このギヤボックス５に取り付けられた駆動モータ６
と、この駆動モータ６に設けられかつギヤボックス５内
に収容された駆動モータ歯車７と、ギヤボックス５内に
収容されかつ駆動モータ歯車７にかみ合わされた駆動歯
車８とを有して構成されている。

【００２６】前記外側駆動軸９は、図２に示すように、
中空状に形成されている。また、この外側駆動軸９は、
軸受け１０，１１を介してギヤボックス５と隔壁３に対
して回転自在に支持されている。さらに、この外側駆動
軸９は前記駆動歯車８に取り付けられていて、駆動歯車
８と一緒に回転するようになっている。そして、この外
側駆動軸９と隔壁３間には、シール部材１２が介装され
ている。

【００２７】前記内側固定軸１３も、図２に示すよう
に、中空状に形成されている。この内側固定軸１３は、
前記外側駆動軸９の内部に挿通され、また前記ギヤボッ
クス５の後側に固定された固定板１４に、回転不能に固
定されている。さらに、この内側固定軸１３と、外側駆
動軸９間には、軸受け１５，１６が介装されていて、外
側駆動軸９と同心状に支持されている。

【００２８】前記遊星歯車装置１７は、図１および図２
に示すように、遊星枠１８と、太陽歯車２１と、支持軸
歯車２５とを備えている。

【００２９】前記遊星枠１８は、正面から見て長円形の
ハウジング型に形成されている。この遊星枠１８は、前
記外側駆動軸９の前端部側に取り付けられていて、外側
駆動軸９と一体に回転するようになっている。この遊星
枠１８の内部には、支持板１９と、支持軸用の軸受けケ
ーシング２７とが取り付けられている。また、遊星枠１
８と前記内側固定軸１３の前端部間には、シール部材２
０が設けられている。さらに、遊星枠１８の外周面には
攪拌翼３５が取り付けられている。

【００３０】前記太陽歯車２１は、図２に示すように、
前記遊星枠１８内に収容され、かつ前記内側固定軸１３
の前端部側に回転不能に固定されている。

【００３１】前記遊星歯車２２は、図２に示すように、
軸受け２４を介して遊星枠１８内に支持された遊星歯車
軸２３に取り付けられ、かつ前記太陽歯車２１にかみ合
わされている。したがって、この遊星歯車２２は遊星枠
１８の回転に連動して、太陽歯車２１の周りで回転する
ようになっている。

【００３２】前記支持軸歯車２５は、図１に示すよう
に、遊星枠１８内に収容され、かつ遊星歯車２２にかみ
合わされており、遊星歯車２２の回転に連動して、回転
するようになっている。

【００３３】前記カッタ支持軸２６は、図２に示すよう
に、遊星枠１８内に取り付けられた軸受けケーシング２
７に設けられた軸受け２８と、遊星枠１８に設けられた
軸受け２９とを介して回転自在に支持されている。この
カッタ支持軸２６は、前記支持軸歯車２５に取り付けら
れている。したがって、支持軸歯車２５が回転すること
によって、この支持軸歯車２５と一体に回転する。前記
カッタ支持軸２６の前端部側と遊星枠１８間には、シー
ル部材３０が設けられている。

【００３４】前記カッタ３１は、図１および図２に示す
ように、カッタ支持軸２６の前端部に取り付けられたカ
ッタフレーム３２と、このカッタフレーム３２の前面に
設けられた多数のカッタビット３３とを有して構成され
ている。また、カッタフレーム３２の背面には攪拌翼３
４が設けられている。そして、このカッタ３１は前記遊
星枠１８と一緒に太陽歯車２１の中心を回転中心として
回転し、しかもカッタ支持軸２６が回転することによっ
て、このカッタ支持軸２６と一緒に回転するようになっ
ている。

【００３５】前記チャンバ３６は、図２に示すように、
前記フード２と隔壁３とに囲まれた空間に形成されてい
る。

【００３６】前記作泥土材注入管３７は、図２に示すよ
うに、内側固定軸１３の内部に挿通されている。そし
て、前記作泥土材注入管３７に連なる作泥土材吐出口３
８は、チャンバ３６に向かって開口している。

【００３７】前記排土装置３９は、図２に示すように、
土砂取り入れ口をチャンバ３６に臨ませてシールド本体
１内に設置されている。

【００３８】前記推進ジャッキ（図示せず）は、シール
ド本体１内において、円周方向に所定の間隔をおいて複
数台設置されている。この推進ジャッキは、シールドテ
ール部で組み立てられたセグメント（これも図示せず）
に反力を取って地中掘削機全体を推進させ、カッタ３１
を地山に押し付けるようになっている。

【００３９】前記土圧計４０は、図２に示すように、作
用面をチャンバ３６側に向けて、隔壁３に取り付けられ
ている。

【００４０】この実施例における地中掘削機は、次のよ
うに作用する。

【００４１】すなわち、図３に示す初期状態からカッタ
駆動装置４を駆動させ、外側駆動軸９を図３において時
計方向に例えば４５°回転させると、遊星歯車装置１７
における遊星枠１８が外側駆動軸９の中心を回転中心と
して、図４に矢印ａで示すように、時計方向に４５°回
転する。

【００４２】前記遊星枠１８が時計方向に回転すると、
この遊星枠１８の回転に連動して、遊星歯車２２が太陽
歯車２１の周りに、図４に矢印ｂで示すように、時計方
向に回転する。

【００４３】前記遊星歯車２２が回転すると、これにか
み合わされている支持軸歯車２５が図４に矢印ｃで示す
ように、反時計方向に回転し、この支持軸歯車２５と一
緒にカッタ支持軸２６が回転する。

【００４４】その結果、カッタ３１のカッタフレーム３
２が図４に示すａ方向に回転すると同時に、矢印ｃ方向
に回転する。

【００４５】前記図４に示す状態から、外側駆動軸９を
介して遊星枠１８を時計方向にさらに４５°回転させる
と、遊星歯車２２、支持軸歯車２５およびカッタ支持軸
２６の回転に連動してカッタフレーム３２が回転し、カ
ッタ３１が図５に示す状態になる。

【００４６】前記図５に示す状態から、引き続き外側駆
動軸９を介して遊星枠１８を時計方向に２７０°回転さ
せると、カッタフレーム３２が太陽歯車２１の中心を回
転中心として１回転すると同時に、支持軸歯車２５の中
心を回転中心として回転し、回転する部材がそれぞれ図
３の状態に復帰する。

【００４７】前述のごとく、カッタ駆動装置４、外側駆
動軸９、遊星歯車装置１７およびカッタ支持軸２６の連
動を介してカッタ３１を回転させる一方、推進ジャッキ
を伸長させ、地中掘削機全体を推進させ、カッタ３１を
地山Ｇに押し付けることによって、カッタビット３３に
より地山Ｇを掘削することができる。

【００４８】そして、カッタ３１のカッタビット３３に
より掘削した土砂をチャンバ３６に取り込み、その掘削
土砂に作泥土材注入管３７および作泥土材吐出口３８を
通じて作泥土材を添加し、攪拌翼３４，３５により攪拌
し、塑性流動化させ、チャンバ３６内に充満させる。こ
のチャンバ３６内に充満させた泥土圧を土圧計４０によ
り計測し、その泥土圧を所定値に管理しながら、排土装
置３９により掘削土砂を排出する。

【００４９】さらに推進ジャッキを伸長させ、セグメン
トを組み上げ得る距離掘進した後、推進ジャッキを縮小
させ、シールドテール部でセグメントを組み上げ、この
セグメントに反力を取って推進ジャッキにより地中掘削
機を再び推進させる。

【００５０】以上の動作を繰り返して行うことにより、
トンネルを掘進することができる。

【００５１】この実施例によれば、単一の駆動モータ６
で足りるので、カッタ駆動装置４を小型にまとめること
ができるし、しかも前記駆動モータ６に駆動連結された
外側駆動軸９と、これの内部に挿通された内側回転軸１
３と、これら外側駆動軸９と内側固定軸１３とにわたっ
て設けられた遊星歯車装置１７と、この遊星歯車装置１
７の支持軸歯車２５と、この支持軸歯車２５に取り付け
られたカッタ支持軸２６との連動を介してカッタ３１を
回転させるようにしているので、これらの部材からなる
カッタ３１を回転させるための系統を、掘削すべきトン
ネルの口径に対応する大きさに構成できるので、小口径
のトンネルを掘削することができる。

【００５２】また、シールド本体１やフード２等からな
る鋼殻部材を図面に示す円形に限らず、所期の形状に製
作することによって、任意断面形状のトンネルを掘削す
ることができる。

【００５３】また、実施例では土圧式シールド工法につ
いて説明したが、泥水式についても適用し得、また、推
進工法にも用いることができることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、駆動
モータ６で足りるので、カッタ駆動装置４の小型化を図
ることができ、また前記駆動モータ６に駆動連結された
外側駆動軸９と、この外側駆動軸９の内部に挿通された
内側固定軸１３と、外側駆動軸９に取り付けられた遊星
枠１８と，この遊星枠１８内に収容されかつ内側回転軸
１３に固定された太陽歯車２１と，遊星枠１８内に軸支
されかつ太陽歯車２１にかみ合わされた遊星歯車２２
と，遊星枠１８内に回転自在に収容されかつ遊星歯車２
２にかみ合わされた支持軸歯車２５とを有する遊星歯車
装置１７と、前記支持軸歯車２５に取り付けられたカッ
タ支持軸２６との連動を介してカッタ３１を回転させる
ようにしているので、これらの部材からなるカッタ３１
を回転させる系統を、掘削すべきトンネルの口径に対応
させて構成できるので、小口径のトンネルを掘削し得る
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】この実施例における初期状態の説明図である。

【図４】図３の状態から遊星歯車装置の遊星枠を時計方
向に４５°回転させた状態を示す説明図である。

【図５】図４の状態から遊星枠を時計方向にさらに４５
°回転させた状態を示す説明図である。

【図６】従来技術を示す正面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ フード ３ 隔壁 ４ カッタ駆動装置 ６ 駆動モータ ９ 外側駆動軸 １３ 内側固定軸 １７ 遊星歯車装置 １８ 遊星歯車装置の遊星枠 ２１ 同太陽歯車 ２２ 同遊星歯車 ２５ 同支持軸歯車 ２６ カッタ支持軸 ３１ カッタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動モータ６を有するカッタ駆動装置４
   と、 回転自在に支持されかつ駆動モータ６に駆動連結された
   外側駆動軸９と、 前記外側駆動軸９の内部に挿通されかつ回転不能に固定
   された内側固定軸１３と、 前記外側駆動軸９にこれと一体に回転可能に取り付けら
   れた遊星枠１８と，この遊星枠１８内に収容されかつ内
   側固定軸１３に固定された太陽歯車２１と，遊星枠１８
   内に回転自在に軸支されかつ太陽歯車２１にかみ合わさ
   れた遊星歯車２２と，遊星枠１８内に回転自在に収容さ
   れかつ遊星歯車２２にかみ合わされた支持軸歯車２５と
   を有する遊星歯車装置１７と、 前記支持軸歯車２５に取り付けられかつ遊星枠１８に回
   転自在に支持されたカッタ支持軸２６と、 前記カッタ支持軸２６にこれと一体に回転可能に取り付
   けられたカッタフレーム３２を有するカッタ３１と、を
   備えて構成したことを特徴とする地中掘削機。