JP2000345792A

JP2000345792A - 角形シールド掘進機

Info

Publication number: JP2000345792A
Application number: JP15943399A
Authority: JP
Inventors: Minoru Odaka; 稔小高
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】角形断面のトンネルを掘削する際、最適な設計
を容易に行なえるようにする。【解決手段】円形断面を掘るメインカッタヘッド５３
と、その背面に設けられ、メインカッタヘッドの回転中
心Ｆの周りを公転しながら逆方向に２倍の角速度で自転
してメインカッタヘッドの掘残しを掘削する凸レンズ状
のサブカッタヘッド５４とを有するシールド掘進機。サ
ブカッタヘッドを、一方の側の掘削面５７がメインカッ
タヘッドの最外端が描く円Ｂにメインカッタヘッドが１
８０°回転する毎に一致し、他方の側の掘削面５８が９
０°の位相差をもってメインカッタヘッドが１８０°回
転する毎に円Ｂに一致するように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下水道、自動車
道、鉄道、共同溝、地下河川などの地下トンネル構築、
或いは、地下鉄駅、地下駐車場、地下貯蔵施設などの地
下大空間構築に適用するための角形シールド掘進機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】わが国の地盤は、いろいろな地層が入り
交じっており、地下トンネルの構築に困難を伴うことが
多かったが、円形シールド掘進機及び掘削技術の進歩に
より、技術的にほぼ解決された。

【０００３】しかしながら、地下空間の効率的利用を考
えた時、円形断面以外の形状が求められる場合がでてき
た。特に、角形断面は、その代表的な例であり、これに
対応すべく、さまざまな角形シールド掘進機が開発さ
れ、実用に供されるようになった。これらのシールド掘
進機は、それぞれ、掘削機構に特徴を持ち、機種の統一
は不可能であるが、更なる改善と発展が期待されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、数多くの実
績と、技術的に完成状態にある円形シールド掘進機の特
徴を取り込んだメインカッターヘッドによって掘削した
円形断面の外側に残した四隅の三角状断面部分をメイン
カッターヘッドに取り付けた凸レンズ形断面形状のサブ
カッターヘッドにより掘削しようとした場合において、
掘削すべき四角形断面に対応するサブカッターヘッドの
形状、寸法及び取り付け位置を明らかにし、最適な設計
を容易に行なえるようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の要望に応えるた
め、本発明の一つは、進行方向に対して直角方向に回転
して円形断面を掘削するメインカッターヘッドと、該メ
インカッターヘッドの背面に設けられ、メインカッター
ヘッドの回転中心Ｆの周りを公転しながらメインカッタ
ーヘッドの回転方向と反対方向に２倍の角速度で自転し
てメインカッターヘッドの掘削残しを補正掘削する凸レ
ンズ状のサブカッターヘッドを有する角形シールド掘進
機であって、前記サブカッターヘッドを、その一方の側
の掘削面がメインカッターヘッドの最外端が描く円Ｂに
メインカッターヘッドが１８０°回転するごとに一致
し、他方の側の掘削面が９０°の位相差をもってメイン
カッターヘッドが１８０°回転するごとに上記の円Ｂに
一致するように形成して成る角形シールド掘進機であ
る。

【０００６】上記のサブカッターヘッドを用いれば、メ
インカッターヘッドが残した四隅の部分Ｄをサブカッタ
ーヘッドが補正掘削し、四隅に丸みを持ち、かつ、一辺
の長さがａの正方形状断面の地下トンネルを掘削でき
る。

【０００７】また、本発明の他の一つは、進行方向に対
して直角方向に回転して円形断面を掘削するメインカッ
ターヘッドと、該メインカッターヘッドの背面に設けら
れ、メインカッターヘッドの回転中心Ｆの周りを公転し
ながらメインカッターヘッドの回転方向と反対方向に２
倍の角速度で自転してメインカッターヘッドの掘削残し
を補正掘削する凸レンズ状のサブカッターヘッドを有す
る角形シールド掘進機であって、前記サブカッターヘッ
ドを、その一方の側の掘削面がメインカッターヘッドの
最外端から更に所定の長さだけ外側に離れた部位が描く
円Ｂ₁にメインカッターヘッドが１８０°回転するごと
に一致し、他方の側の掘削面が９０°の位相差をもって
メインカッターヘッドが１８０°回転するごとに上記の
円Ｂ₁に一致するように形成して成る角形シールド掘進
機である。

【０００８】このサブカッターヘッドは、基本形状のサ
ブカッターヘッドにオーバーカッター又はコピカッター
を装備した場合に相当し、四隅に丸みを持ち、かつ、一
辺の長さがａ＋ｉ₁の正方形状断面の地下トンネルを掘
削できる。

【０００９】また、本発明の更に他の一つは、進行方向
に対して直角方向に回転して円形断面を掘削するメイン
カッターヘッドと、該メインカッターヘッドの背面に設
けられ、メインカッターヘッドの回転中心Ｆの周りを公
転しながらメインカッターヘッドの回転方向と反対方向
に２倍の角速度で自転してメインカッターヘッドの掘削
残しを補正掘削する凸レンズ状のサブカッターヘッドを
有する角形シールド掘進機であって、前記サブカッター
ヘッドを、その長さ方向がメインカッターヘッドの回転
中心に対して直交するように配すると共に、その回転中
心Ｇ₂を通る最大幅上に位置する一方の側の掘削部がメ
インカッターヘッドの最外端Ｈから更に所定の長さだけ
外側に離れた位置Ｈ₂に一致し、かつ、同側の掘削部が
メインカッターヘッドの最外側Ｈから更に同じ長さだけ
離れた部位が描く円Ｂ₂より小さく、該サブカッターヘ
ッドの回転中心Ｇ₂に対して前記所定の長さだけ離れた
部位が描く円Ｂ’₂より大きな円Ｂ”₂の一部と一致
し、他方の側のカッタービットの配列が９０°の位相差
をもって上記と同じ状態になるように形成して成る角形
シールド掘進機である。このサブカッターヘッドを用い
れば、大きなキャンバー量を持つ地下トンネルを掘削で
きる。

【００１０】更に、本発明の一つは、進行方向に対して
直角方向に回転して円形断面を掘削するメインカッター
ヘッドと、該メインカッターヘッドの背面に設けられ、
メインカッターヘッドの回転中心Ｆの周りを公転しなが
らメインカッターヘッドの回転方向と反対方向に２倍の
角速度で自転してメインカッターヘッドの掘削残しを補
正掘削する凸レンズ状のサブカッターヘッドを有する角
形シールド掘進機であって、前記サブカッターヘッド
を、その一方の側の掘削部がメインカッターヘッドの最
外端Ｈから更に所定の長さだけ外側に離れた部位Ｈ₃が
描く円Ｂ₁にメインカッタヘッドが１８０°回転するご
とに一致し、他方の側の掘削面が９０°の位相差をもっ
てメインカッタヘメッドの最先端Ｈが描く円Ｂにメイン
カッタヘッドが１８０°回転するごとに一致するように
形成してなる角形シールド掘進機である。

【００１１】上記のサブカッターヘッドを用いれば、メ
インカッターヘッドが残した掘削残余部をサブカッター
ヘッドが補正掘削し、四隅に丸みを持つ長方形状断面の
地下トンネルを掘削できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参酌しながら本発明
の実施の形態について説明する。（イ）なお、この実施の形態では、一辺の長さがａ
で、かつ、四隅に丸みを持つ正方形状断面Ａ’の地下ト
ンネルを掘削する土圧式の角形シールド掘進機について
説明する。

【００１３】図２に示すように、角形シールド掘進機５
１は、筒状の本体５２の前方にメインカッターヘッド５
３を備えている。更に、メインカッターヘッド５３の背
面に二つのサブカッターヘッド５４を備えている。

【００１４】図１に示すように、本体５２は、一辺の長
さがａで、かつ、四隅に丸みを持つ正方形状の角筒形に
形成されている。また、メインカッターヘッド５３は、
その回転中心Ｆから放射状に配した４本のスポーク５５
と、その先端部に取り付けられた円環状のカッターリン
グ５６から形成され、カッターリング５６の外径は、本
体５２の一辺の長さａと同寸法になっている。また、ス
ポーク５５の前面には、図示しない多数のカッタービッ
トが取り付けられている。

【００１５】サブカッターヘッド５４は、凸レンズ状に
形成され、凸状に湾曲した二つの掘削面５７及び５８
は、いずれも、直径ａの円の一部で形成されている。こ
のサブカッターヘッド５４には、掘削面５７及び５８に
沿って多数のカッタービット（図示せず）が設けられて
いる。

【００１６】サブカッターヘッド５４について、更に詳
しく説明する（図３参照）。サブカッターヘッド５４の
長さをｂ、サブカッターヘッド５４の幅をｃ、メインカ
ッターヘッド５３の回転中心Ｆとサブカッターヘッド５
４の回転中心Ｇとの間の距離をｄ、正方形断面Ａの頂点
Ｉと対角線上のサブカッターヘッドの先端Ｉ’との間の
距離をｅとすると、ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ、次式で表
される。

【００１７】即ち、ｂ＝ａ√２／２−ｅ−√（（ａ√２−ｅ）ｅ）・・・・・（１）ｃ＝ａ（１−（√２／２））＋ｅ−√（（ａ√２−ｅ）ｅ）・・・（２）ｄ＝ａ√２／４−（ｅ／２）＋√（（ａ√２−ｅ）ｅ）／２・・・（３）なお、図３中、符号Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｏは正方形断面Ａの頂
点、Ｉ’，Ｋ’，Ｍ’，Ｏ’はサブカッターヘッド５４
の先端、Ｈ，Ｊ，Ｌ，Ｎは正方形断面Ａと円形断面Ｂの
接点を示している。

【００１８】若し、ｅ＝０とすれば、サブカッターヘッ
ド５４による掘削残りＰは、ゼロになり、完全な正方形
断面Ａが掘削できることになるが、実際には、メインカ
ッターヘッド５３の回転中心Ｆを共有するシャフト５９
が設置されているため、サブカッターヘッド５４の先端
がシャフト５９に当たって回転不能になる。

【００１９】従って、サブカッターヘッド５４の先端が
シャフト５９に接触しないようにしてければならない。
このため、シャフト５９の半径をｆ、シャフト５９とサ
ブカッターヘッド５４の先端との間のクリアランスをｇ
とした時、ｅの値は、次式のようになる。

【００２０】即ち、ｅ＝（ａ√２−√（２ａ²−４（ｆ＋ｇ））／２・・・・・（４）即ち、クリアランスｇを大きくして行けば、接触事故に
いたらないが、サブカッターヘッド５４の長さが次第に
小さくなり、掘削残り代ｅが増加する。また、吊り下げ
シャフト７６（図２参照）の強度、吊り下げシャフト７
６を取り付けるメインカッターヘッド５３やサブカッタ
ーヘッド５４との取り合いからも限度がある。

【００２１】また、吊り下げシャフト７６の回転中心Ｇ
と、吊り下げシャフト７６が取り合うメインカッターヘ
ッド５３の外端部又はサブカッターヘッド５４の外端部
までの長さの２倍をｈとした時、ｅは、ｅ＝（ａ（√２−１）＋ｈ−√（（２ａ−ｈ）ｈ））／２・・・（５）で表すことができる。

【００２２】ここで、ｆとｈを次第に小さくして限界寸
法ｆ₀、ｈ₀に達した時、掘削残り代ｅの限界範囲は、
次式で示される。

【００２３】（ａ√２−√（２ａ²−４ｆ₀））／２＜ｅ≦（ａ（√２−１）＋ｈ₀−√（（２ａ−ｈ₀）ｈ₀））／２・・・・・（６）なお、周辺支持又は中間支持方式のシールド掘進機にあ
っては、メインカッターヘッド５３の支持支柱がサブカ
ッターヘッド５４の回転に支障を生じないような支柱の
配置を行なわなければならない。

【００２４】次に、シールド掘進機の構造について説明
すると、図２に示すように、機体５２の中心には、芯鞘
形のシャフト５９が設けられ、隔壁６０に固定されてい
るボス部６１によって回転自在に支持されている。シャ
フト５９は、円筒状のメインシャフト６２及び中実状の
サブシャフト６３から形成されている。ボス部６１の内
側には、ダストシール６４及び軸受６５が設けられてい
る。

【００２５】隔壁６０の背面に取り付けられているケー
シング６６の後端板６７には、駆動モーター６８が取り
付けられている。駆動モーター６８の回転軸６９には、
メインピニオン７０及びサブピニオン７１が固定されて
おり、メインピニオン７０は、メインシャフト６２に固
定されているメインギア７２に噛合し、サブピニオン７
１は、後端板６７に取り付けたフリーギア７３を介して
サブシャフト６３に固定されているサブシャフトギア７
４に噛合している。

【００２６】従って、駆動モーター６８が回転すると、
メインシャフト６２とサブシャフト６３は、互いに反対
方向に回転する。ここで、メインシャフト６２、即ち、
メインカッターヘッド５３と、サブシャフト６３、即
ち、サブカッターヘッド５４との回転角速度比は、１対
２に設定されている。図１中、符号７５は、メインシャ
フト６２を支持するコロ軸受を示している。

【００２７】上記サブカッターヘッド５４は、芯鞘形の
シャフト５９と平行に、かつ、メインカッターヘッド５
３に回転自在に設けた吊り下げシャフト７６の後端部に
取り付けられている。吊り下げシャフト７６の前端部の
傘歯車７７は、メインカッターヘッド５３のスポーク５
５内に配した動力伝動軸７８の外端部に設けた傘歯車７
９と噛合している。また、動力伝動軸７８の内端部に設
けた傘歯車８０は、サブシャフト６３の前端部に設けた
傘歯車８１に噛合している。

【００２８】メインカッターヘッド５３に取り付けた吊
り下げシャフト支持用のボス部８２の内側には、軸受８
３、及びダストシール８４が設けられている。更に、吊
り下げシャフト７６は、コロ軸受８５によってメインカ
ッターヘッド５３に支持されている。

【００２９】この例では、２個のサブカッターヘッド５
４を用いているが、掘削断面が大きい場合は、上下左
右、即ち、４本のスポーク５５にそれぞれサブカッター
ヘッド５４を設置する。次に、上記角形シールド掘進機
５１によって四隅に丸みがある正方形状断面Ａ’の地下
トンネルを掘削する場合について説明する。

【００３０】上記の如く、メインカッターヘッド５３と
サブカッターヘッド５４との回転角速度比は、１対２に
設定されているため、駆動モーター６８が回転すると、
メインカッターヘッド５３が時計方向に１回転する間
に、サブカッターヘッド５４は、メインカッターヘッド
５３と一緒に時計方向に回転（公転）しながら反時計方
向に２回自転する。

【００３１】従って、図４に示すように、メインカッタ
ーヘッド５３によって円形断面Ｂを掘削した後、メイン
カッターヘッド５３が掘り残した四つのコーナー部の三
角形状の掘削残余部Ｄを凸レンズ状のサブカッターヘッ
ド５４が補正掘削して四隅に丸みを持つ正方形状断面
Ａ’を形成する。

【００３２】即ち、図４に示すように、メインカッター
ヘッド５３が時計方向に半回転、つまり、１８０°回転
して符号０の位置から符号２４の位置に達する間に、凸
レンズ状のサブカッターヘッド５４は、メインカッター
ヘッド５３と一緒に時計方向に回転（公転）しながら符
号，，，，で示すように、反時計方向に１回
自転し、メインカッターヘッド５３が掘り残した右上の
三角形状の掘削残余部Ｄ及び右下の三角形状の掘削残余
部Ｄを補正掘削する。

【００３３】更に、メインカッターヘッド５３が、時計
方向に半回転、つまり、１８０°回転して符号２４の位
置から符号０の位置に達する間に、凸レンズ状のサブカ
ッターヘッド５４は、メインカッターヘッド５３と一緒
に時計方向に回転（公転）しながら反時計方向に１回自
転し、メインカッターヘッド５３が掘り残した左下の三
角形状の掘削残余部Ｄ及び左上の三角形状の掘削残余部
Ｄを補正掘削する。そして、四隅に丸みがある正方形状
断面Ａ’の地下トンネルが掘削される。

【００３４】その間、サブカッターヘッドの第１の掘削
面５７は、符号０の位置及びそれから１８０°回転した
符号２４の位置でメインカッターヘッド５３の最外端が
描く円（円形断面）Ｂに合致する。これに対し、サブカ
ッターヘッドの第２の掘削面５８は、メインカッターヘ
ッド５３が１８０°回転する毎に、符号１２の位置及び
符号３６の位置、つまり、第１の掘削面５７と９０°の
位相差をもって上記円（円形断面）Ｂに合致する。（ロ）次に、一辺の長さがｉ₁だけ大きくなり、一辺
の長さａ₁がａ＋ｉ₁で、かつ、四隅に丸みを持つ正方
形状断面Ａ’₁の地下トンネルを掘削する場合について
説明する。

【００３５】この地下トンネルを掘削する角形シールド
掘進機は、サブカッターヘッドの形状に特徴があるが、
その他の部品については、図１及び図２にて既に説明し
た角形シールド掘進機と実質的に同じであるから詳しい
説明を省略する。

【００３６】図示しない機体の一辺の長さは、ａ＋ｉ₁
になるが、図５から分かるように、メインカッターヘッ
ド５３の外径はａである。サブカッターヘッド５４ａ
は、凸レンズ状に形成され、凸状に湾曲した二つの掘削
面５７₁及び５８₁は、いずれも、直径ａ＋ｉ₁の円Ｂ
₁の一部で形成されている。換言すれば、掘削面５７₁
及び５８₁に沿って多数のカッタービット（図示せず）
が設けられている。

【００３７】サブカッターヘッドの形状について、更に
詳しく説明する（図５参照）。サブカッターヘッド５４
ａの長さをｂ₁、サブカッターヘッド５４ａの幅を
ｃ ₁、メインカッターヘッド５３の回転中心Ｆとサブカ
ッターヘッド５４ａの回転中心Ｇ₁との間の距離を
ｄ₁、正方形断面Ａ₁の頂点Ｉ₁と対角線上のサブカッ
ターヘッド５４ａの先端Ｉ₁’との間の距離をｅ₁とす
ると、ｂ₁，ｃ₁，ｄ₁は、それぞれ、次式の通りにな
る。

【００３８】即ち、ｂ₁＝√２（ａ＋ｉ₁）／２−ｅ₁−√（（√２（ａ＋ｉ₁）−ｅ₁）ｅ₁）・・・・・（７）ｃ₁＝（１−（√２／２））（ａ＋ｉ₁）＋ｅ₁−√（（√２（ａ＋ｉ₁）− ｅ₁）ｅ₁）・・・・・（８）ｄ₁＝√２（ａ＋ｉ₁）／４−（ｅ₁／２）＋√（（√２（ａ＋ｉ₁）−ｅ₁ ）ｅ₁）／２・・・・・（９）なお、図５中、符号Ｉ₁，Ｋ₁，Ｍ₁，Ｏ₁は正方形断
面Ａ₁の頂点、Ｉ₁’，Ｋ₁’，Ｍ₁’，Ｏ₁’はサブ
カッターヘッド５４ａの先端、Ｈ₁，Ｊ₁，Ｌ ₁，Ｎ₁
は正方形断面Ａ₁と仮想円形断面Ｂ₁の接点を示してい
る。

【００３９】即ち、本例は、図１に示したサブカッター
ヘッド５４ａにオーバーカッター又はコピーカッター機
能を装備した場合に相当し、拡大した正方形状断面
Ａ₁’を掘削できることを意味している。（ハ）次に、大きなキャンバー量（ｉ₂／２）を持つ
角形断面Ａ₂の地下トンネルを掘削する場合について説
明する。

【００４０】角形断面を持つ地下トンネルは、車両交通
などの空間利用には効率的であり、地上の地形から幅規
制を受ける地下トンネルでも有効である。また、小断面
トンネルを結合して大断面トンネルに仕上げる工法にも
角形シールド掘進機が使用されている。

【００４１】しかしながら、トンネルの強度を確保する
に当たっては、同じ断面積を持つ円形断面に比べて多く
の材料を必要とし、材料費が高くなる。また、角形シー
ルド掘進機本体の構造強度を保つためにも円形の掘進機
に比較すれば、材料を多く必要とする。

【００４２】解決策としては、角形トンネルの天井、側
壁及び床部に丸みを持たせて円形の性質を付加すること
により、強度上、有利な形状にすることが考えられる。
係る観点から大きなキャンバー量（ｉ₂／２）を持つ角
形トンネルを掘削するための角形シールド掘進機を提案
する。

【００４３】この角形シールド掘進機は、サブカッター
ヘッドに特徴があるが、その他の部品については、図１
及び図２にて既に説明した角形シールド掘進機と実質的
に同じであるから詳しい説明を省略する。図示しない機
体の一辺の長さは、ａ＋ｉ₂になるが、図６から分かる
ように、メインカッターヘッド５３の外径はａである。

【００４４】サブカッターヘッド５４ｂは、凸レンズ状
に形成され、凸状に湾曲した二つの掘削面５７₂及び５
８₂に沿って多数のカッタービット（図示せず）が設け
られている。このサブカッターヘッドについて、更に詳
しく説明する（図６参照）。

【００４５】サブカッターヘッド５４ｂの長さをｂ₂、
サブカッターヘッド５４ｂの幅をｃ ₂、メインカッター
ヘッド５３の回転中心Ｆとサブカッターヘッド５４ｂの
回転中心Ｇ₂との間の距離をｄ₂、正方形断面Ａの頂点
Ｉと対角線上のサブカッターヘッド５４ｂの先端Ｉ₂間
の距離をｅ₂とすると、ｂ₂，ｃ₂，ｄ₂は、それぞ
れ、次式の通りになる。

【００４６】即ち、ｂ₂＝ａ√２／２−ｅ₂−√（（ａ√２−ｅ₂）ｅ₂）・・・（１０）ｃ₂＝ａ（１−（√２／２））＋ｅ₁＋ｉ₂−√（（ａ√２−ｅ₂）ｅ₂）・・・・・（１１）ｄ₂＝ａ√２／４−（ｅ₂／２）＋√（（ａ√２−ｅ₂）ｅ₂）／２・・・・・（１２）

【００４７】なお、図７中、符号Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｏは正方
形断面Ａの頂点、Ｉ₂，Ｋ₂，Ｍ₂，Ｏ₂はサブカッタ
ーヘッド５４ｂの先端、Ｈ，Ｊ，Ｌ，Ｎは正方形断面Ａ
と円形断面Ｂの接点、ＨとＨ₂間，ＪとＪ₂間，ＬとＬ
₂間，ＮとＮ₂間は夫々キャンバー量を示している。ま
た、符号Ｂ₂，Ｂ’₂及びＢ”₂は、それぞれ、仮想円
を示している。

【００４８】しかして、図７に示すように、メインカッ
ターヘッド５３が円形に掘削した円形断面Ｂの残り部分
Ｄ₂をサブカッターヘッド５４ｂが転動して掘削し、四
辺が同じ円弧の一部で構成されている正方形断面Ａ₂を
掘削する。

【００４９】因に、凸状に湾曲した第１，第２掘削面５
７₂及び５８₂は、いずれも、直径（（ｂ₂ ²／ｃ₂）
＋ｃ₂）／２の円の一部で形成されている。（ニ）最後に、四隅に丸みを持つ長方形状断面の地下
トンネルを掘削する場合について説明する。

【００５０】この地下トンネルを掘削する角形シールド
掘進機５１ｃは、図８に示すように、角筒状本体５２ｃ
の前方に円形状のメインカッターヘッド５３を有すると
共に、メインカッターヘッド５３の背面に凸レンズ形の
サブカッターヘッド５４ｃを備えている。このサブカッ
ターヘッド５４ｃは、メインカッターヘッド５３の回転
中心Ｆ’を中心に公転するが、サブカッターヘッド自身
の自転方向は、メインカッターヘッド５３の回転方向に
対して逆になっている。

【００５１】上記本体５２ｃは、短辺９８の長さがａ、
長辺９９の長さがａ＋ｉ₃の長方形状に形成され、その
四隅に丸みを持っている。

【００５２】上記メインカッターヘッド５３は、その回
転中心Ｆ’から放射状に配した４本のスポーク５５と、
スポーク５５の先端を囲む円環状のカッターリング５６
とから形成され、カッターリング５６の外径は、本体５
２ｃの短辺９８の長さａと同寸法になっている。

【００５３】上記サブカッターヘッド５４ｃは、凸レン
ズ状に形成されており、その一方の掘削面５７₃は、メ
インカッターヘッド５３の最外端Ｈから更に所定の長さ
ｉ₃／２だけ外側に離れた部位Ｈ₃が描く円Ｂ₃、すな
わち、直径がａ＋ｉ₃の円Ｂ ₃の一部で形成されてい
る。また、他の一方の掘削面５８は、直径がａの円Ｂの
一部で形成されている。

【００５４】その他の構造については、既に説明した角
形シールド掘進機５１（図１及び図２参照）と変わりが
ないため、詳しい説明を省略する。なお、上記スポーク
５５の前面及びサブカッターヘッド５４ｃの掘削面に
は、多数のカッタービット（図示せず）が設けられてい
る。次に、このシールド掘進機による地下トンネル掘削
作業について説明する。

【００５５】このメインカッターヘッド５３とサブカッ
ターヘッド５４ｃの回転角速度比は、１対２に設定され
ているため、駆動モーター（図示せず）が回転すると、
メインカッターヘッド５３が時計方向に１回転する間
に、サブカッターヘッド５４ｃは、メインカッターヘッ
ド５３と一緒に時計方向に回転（公転）しながら反時計
方向に２回自転する。

【００５６】従って、図９に示すように、メインカッタ
ーヘッド５３が時計方向に半回転、つまり、１８０°回
転する間に、凸レンズ状のサブカッターヘッド５４ｃ
は、メインカッターヘッド５３と一緒に時計方向に回転
（公転）しながら符号，，，，，，で示
すように、反時計方向に１回自転し、メインカッターヘ
ッド５３が掘り残した右上の三角形状の掘削残余部Ｄ₃
及び右下の三角形状の掘削残余部Ｄ₃を補正掘削する。

【００５７】更に、メインカッターヘッド５３が、時計
方向に半回転、つまり、１８０°回転する間に、凸レン
ズ状のサブカッターヘッド５４ｃは、メインカッターヘ
ッド５３と一緒に時計方向に回転（公転）しながら反時
計方向に１回自転し、メインカッターヘッド５３が掘り
残した左下の三角形状の掘削残余部Ｄ₃及び左上の三角
形状の掘削残余部Ｄ₃を補正掘削する。そして、四隅に
丸みがある長方形状断面Ａ₃の地下トンネルが掘削され
る。

【００５８】更に詳しく説明すると、サブカッターヘッ
ド５４ｃの第１の掘削面５７₃は、符号０の位置及びそ
れから１８０°回転した符号２４の位置でメインカッタ
ーヘッド５３の最外端Ｈから更に所定の長さｉ₃／２だ
け外側に離れた部位Ｈ₃が描く円Ｂ₃に合致する。一
方、サブカッターヘッド５４ｃの第２の掘削面５８は、
メインカッターヘッド５３が１８０°回転する毎に、符
号１２及び３６の位置、つまり、サブカッターヘッド５
４ｃの第１の掘削面５７₃と９０°の位相差をもってメ
インカッターヘッド５３の最外端Ｈが描く円Ｂに合致す
る。

【００５９】

【発明の効果】上記のように、本発明は、サブカッター
ヘッドを、その一方の側の掘削面がメインカッターヘッ
ドの最外端が描く円Ｂにメインカッターヘッドが１８０
°回転するごとに一致し、他方の側の掘削面が９０°の
位相差をもってメインカッターヘッドが１８０°回転す
るごとに上記の円Ｂに一致するように形成したため、メ
インカッターヘッドが残した四隅の部分Ｄを上記サブカ
ッターヘッドが補正掘削し、四隅に丸みを持ち、かつ、
一辺の長さがａの正方形断面の地下トンネルを掘削する
ことができる。従って、この角形シールド掘進機を連結
して縦又は横に長い地下トンネルを掘削することもでき
る。

【００６０】また、本発明は、サブカッターヘッドを、
その一方の側の掘削面がメインカッターヘッドの最外端
から更に所定の長さだけ外側に離れた部位が描く円Ｂ₁
にメインカッターヘッドが１８０°回転するごとに一致
し、他方の側の掘削面が９０°の位相差をもってメイン
カッターヘッドが１８０°回転するごとに上記の円Ｂ ₁
に一致するように形成したため、基本形状のサブカッタ
ーヘッドにオーバーカッター又はコピカッターを装備し
た場合と同様に、四隅に丸みを持ち、かつ、一辺の長さ
がａ＋ｉ₁の正方形状断面の地下トンネルを掘削するこ
とができる。

【００６１】従って、曲線を持つ地下トンネルに対応で
きる。従来のボックス型シールド掘進機は、コピーカッ
ター又はオーバーカッター機構の付与が難しく、実際の
トンネルサンズより大きな断面を掘削し、その後、トン
ネル外側と掘削断面の間の大きな空隙を裏込め装置によ
りトンネル全長にわたって埋め戻す必要があり、不経済
である。

【００６２】また、本発明は、サブカッターヘッドを、
その回転中心Ｇ₂を通る最大幅上に位置する一方の側の
掘削部がメインカッターヘッドの最外端から更に所定の
長さだけ外側に離れた位置に一致し、かつ、同側の掘削
部がメインカッターヘッドの最外側から更に同じ長さだ
け離れた部位が描く仮想円Ｂ₂より小さく、該サブカッ
ターヘッドの回転中心Ｇ₂に対して前記所定の長さだけ
離れた部位が描く仮想円Ｂ₂’より大きな仮想円Ｂ₂”
の一部と一致し、他方の側のカッタービットの配列が９
０°の位相差をもって上記と同じ状態になるように形成
したため、大きなキャンバー量を持つ地下トンネルを掘
削することができる。

【００６３】従って、トンネル強度上、及び角形シール
ド掘進機の本体強度上、有利に働き、トンネル資材費、
裏込め費、排土処理費、シールド掘進機製作費及び諸運
搬費などの節減が見込まれ、経済的なメリットが大き
い。

【００６４】また、円形トンネルの利点が付与され、強
度的に安定するので、大型断面のトンネル構築が可能に
なり、例えば、円形自動車トンネルでは、２車線の空間
断面に対して、ほぼ同程度の空間断面にもかかわらず、
上下４車線の自動車道路の構築が可能になる。

【００６５】更に、本発明は、サブカッターヘッドを、
その一方の側の掘削部がメインカッターヘッドの最外端
Ｈから更に所定の長さだけ外側に離れた部位Ｈ₃が描く
円Ｂ ₃にメインカッタヘッドが１８０°回転するごとに
一致し、他方の側の掘削面が９０°の位相差をもってメ
インカッタヘメッドの最先端Ｈが描く円Ｂにメインカッ
タヘッドが１８０°回転するごとに一致するように形成
したため、メインカッターヘッドが残した掘削残余部を
サブカッターヘッドが補正掘削し、四隅に丸みを持つ長
方形状断面の地下トンネルを掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】正方形状断面を掘削するシールド掘進機の正面
図である。

【図２】同機の縦断面図である。

【図３】同機のカッターヘッドの形状及び寸法説明図で
ある。

【図４】同機の掘削説明図である。

【図５】一辺の長さを一回り大きくする場合のサブカッ
ターヘッドの形状及び寸法説明図である。

【図６】キャンバー量の大きい断面を掘削する場合のカ
ッターヘッドの形状及び寸法説明図である。

【図７】同カッターヘッドによる掘削説明図である。

【図８】長方形状断面を掘削するシールド掘進機の正面
図である。

【図９】同機の掘削説明図である。

【符号の説明】

５３メインカッターヘッド５４，５４ａ，５４ｂサブカッターヘッド５７，５８サブカッターヘッドの掘削面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】進行方向に対して直角方向に回転して円
形断面を掘削するメインカッターヘッドと、該メインカ
ッターヘッドの背面に設けられ、メインカッターヘッド
の回転中心Ｆの周りを公転しながらメインカッターヘッ
ドの回転方向と反対方向に２倍の角速度で自転してメイ
ンカッターヘッドの掘削残しを補正掘削する凸レンズ状
のサブカッターヘッドを有する角形シールド掘進機であ
って、前記サブカッターヘッドを、その一方の側の掘削
面がメインカッターヘッドの最外端が描く円Ｂにメイン
カッターヘッドが１８０°回転するごとに一致し、他方
の側の掘削面が９０°の位相差をもってメインカッター
ヘッドが１８０°回転するごとに上記の円Ｂに一致する
ように形成して成る角形シールド掘進機。
【請求項２】進行方向に対して直角方向に回転して円
形断面を掘削するメインカッターヘッドと、該メインカ
ッターヘッドの背面に設けられ、メインカッターヘッド
の回転中心Ｆの周りを公転しながらメインカッターヘッ
ドの回転方向と反対方向に２倍の角速度で自転してメイ
ンカッターヘッドの掘削残しを補正掘削する凸レンズ状
のサブカッターヘッドを有する角形シールド掘進機であ
って、前記サブカッターヘッドを、その一方の側の掘削
面がメインカッターヘッドの最外端から更に所定の長さ
だけ外側に離れた部位が描く円Ｂ₁にメインカッターヘ
ッドが１８０°回転するごとに一致し、他方の側の掘削
面が９０°の位相差をもってメインカッターヘッドが１
８０°回転するごとに上記の円Ｂ₁に一致するように形
成して成る角形シールド掘進機。
【請求項３】進行方向に対して直角方向に回転して円
形断面を掘削するメインカッターヘッドと、該メインカ
ッターヘッドの背面に設けられ、メインカッターヘッド
の回転中心Ｆの周りを公転しながらメインカッターヘッ
ドの回転方向と反対方向に２倍の角速度で自転してメイ
ンカッターヘッドの掘削残しを補正掘削する凸レンズ状
のサブカッターヘッドを有する角形シールド掘進機であ
って、前記サブカッターヘッドを、その長さ方向がメイ
ンカッターヘッドの回転中心に対して直交するように配
すると共に、その回転中心Ｇ₂を通る最大幅上に位置す
る一方の側の掘削部がメインカッターヘッドの最外端Ｈ
から更に所定の長さだけ外側に離れた位置Ｈ₂に一致
し、かつ、同側の掘削部がメインカッターヘッドの最外
側Ｈから更に同じ長さだけ離れた部位が描く円Ｂ₂より
小さく、該サブカッターヘッドの回転中心Ｇ₂に対して
前記所定の長さだけ離れた部位が描く円Ｂ’ ₂より大き
な円Ｂ”₂の一部と一致し、他方の側のカッタービット
の配列が９０°の位相差をもって上記と同じ状態になる
ように形成して成る角形シールド掘進機。
【請求項４】進行方向に対して直角方向に回転して円
形断面を掘削するメインカッターヘッドと、該メインカ
ッターヘッドの背面に設けられ、メインカッターヘッド
の回転中心Ｆの周りを公転しながらメインカッターヘッ
ドの回転方向と反対方向に２倍の角速度で自転してメイ
ンカッターヘッドの掘削残しを補正掘削する凸レンズ状
のサブカッターヘッドを有する角形シールド掘進機であ
って、前記サブカッターヘッドを、その一方の側の掘削
部がメインカッターヘッドの最外端Ｈから更に所定の長
さだけ外側に離れた部位Ｈ₃が描く円Ｂ₃にメインカッ
タヘッドが１８０°回転するごとに一致し、他方の側の
掘削面が９０°の位相差をもってメインカッタヘメッド
の最先端Ｈが描く円Ｂにメインカッタヘッドが１８０°
回転するごとに一致するように形成してなる角形シール
ド掘進機。