JP2001317292A - トンネル掘削方法およびシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】円形断面のトンネルと幅が拡張された楕円形断
面のトンネルとを連続して掘削する。 【解決手段】正面視で頂部がルーロの三角形の３つの頂
部位置に膨出するカッタヘッド１１を有するシールド掘
進機により、通常部と拡張部とを連続して掘削するに際
して、拡張部の掘削時にカッタヘッド１１を回転駆動す
るカッタ自転軸９を偏心シールド軸心Ｏｅから所定量偏
心させて配置するとともに偏心シールド軸心Ｏｅ周りに
公転駆動させ、カッタ自転軸９の自転速度と公転速度の
比を１対３として同一方向に回転させることにより、カ
ッタヘッド１１で楕円形断面のトンネルＴｅを掘削し、
通常部の掘削時に、カッタ自転軸９を自転駆動するとと
もに公転駆動を停止して円形断面のトンネルＴｃを掘削
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、シールド工法によ
り拡縮自在にトンネルを掘削するシールド掘進機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば道路または鉄道を設置するトン
ネルでは、通常掘削部の掘削途中に退避部や駅部を形成
するための拡張部が設けられる。

【０００３】このような拡張部の掘削は、．円形のト
ンネルを掘削して覆工した後、拡張部の地盤を凍結して
側壁を破砕し、掘削して覆工する。．シールド掘進機
においてコピーカッタなどを使用して拡径する。．メ
インカッタヘッドの周辺部に、複数のサブカッタヘッド
を着脱可能に装備し、途中でサブカッタヘッドを装着ま
たは取り外して径の異なるトンネルを掘削するものなど
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来工法
において、では、拡張部の掘削距離が長くなったり、
複数箇所となると拡張部の掘削に大きいコストと時間が
かかるという問題がある。またでは、構造上増径量を
大きく出来ない。またトンネルの周囲で上下左右に拡張
されると、余分な部分まで掘削することになり、セグメ
ントやコストの面で不利である。またでは、シールド
掘進機の構造が複雑になり、またトンネル内でサブカッ
タヘッドを着脱するのに長時間を必要とし、コストが増
大するという問題がある。

【０００５】本発明は上記問題点を解決して、低コスト
で、掘削途中で円形トンネルと拡張部とを連続掘削可能
なシールド掘進機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載のトンネル掘削方法は、正面視で頂部が
ルーロの三角形の３つの頂点位置に膨出するカッタヘッ
ドを有するシールド掘進機により、トンネルの通常部と
拡張部とを連続して掘削するトンネル掘削方法であっ
て、拡張部の掘削時に、カッタヘッドを回転駆動するカ
ッタ自転軸を楕円シールド軸心から所定量偏心させて配
置するとともに楕円シールド軸心周りに公転駆動させ、
前記公転駆動とカッタ自転軸の自転駆動の回転速度比を
３対１で同一方向に回転させることにより、楕円形断面
のトンネルを掘削し、通常部の掘削時に、公転駆動を停
止してカッタ自転軸を回転駆動し円形断面のトンネルを
掘削するものである。

【０００７】上記掘削方法によれば、１台のシールド掘
進機により、公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形
断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけ
で、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したが
って、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネ
ルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定
により任意で広い拡張幅を得ることができる。

【０００８】また請求項２記載のトンネル掘削方法は、
上記方法の通常部の掘削時に、カッタヘッドの３つの頂
部を後退して、楕円形断面のトンネルの短径と円形断面
のトンネルの直径とを一致させるとともに、カッタ自転
軸を、楕円形断面のトンネルの長径軸上に配置するもの
である。

【０００９】上記構成によれば、楕円断面トンネルの長
径軸上でカッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘
削するので、短径軸方向のトンネルの段差を無くして、
覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化でき
る。

【００１０】さらに請求項３記載のトンネル掘削方法
は、上記方法において、通常部の掘削時に、楕円形断面
のトンネルの長径端に円形断面のトンネルが接するよう
にカッタ自転軸を配置するものである。

【００１１】上記構成によれば、通常部の円形断面から
一方の側方のみが拡張された楕円形断面の拡張部を形成
することができる。これにより、覆工体の３方の側面を
連続させることができ、覆工部材の共通化や施工をより
容易化することができる。

【００１２】請求項４記載のシールド掘進機は、シール
ド本体の前部に、公転支持体をシールド軸心周りに回転
自在に配設し、この公転支持体に、シールド軸心と平行
で楕円シールド軸心から所定距離偏心したカッタ自転軸
を回転自在に配設し、このカッタ自転軸の前部に設けら
れたカッタヘッドを、正面視で頂部がルーロの三角形の
頂点位置に膨出する形状とし、トンネルの通常部と拡張
部とを連続掘削可能なシールド掘進機であって、通常部
の掘削時に、前記公転支持体を所定位置で固定し、カッ
タ自転軸を回転駆動して円形断面のトンネルを掘削する
ように構成し、拡張部の掘削時に、公転支持体とカッタ
自転軸とを同一方向で回転速度比が３対１となるように
回転駆動することにより楕円形断面のトンネルを掘削す
るように構成したものである。

【００１３】上記シールド掘進機によれば、公転支持体
とカッタ自転軸とを速度比が３対１で同一方向に回転さ
せることにより、拡張部の楕円形断面のトンネルを掘削
し、公転支持体の旋回を停止してカッタ自転軸のみを回
転させることにより、通常部の円形断面のトンネルを掘
削できる。これにより、１台のシールド掘進機で拡張部
と通常部とを連続して掘削することができる。またカッ
タ自転軸の停止位置により、円形断面のトンネルの位置
を偏心円弧上で任意に設定でき、また偏心量の設定によ
り十分な拡張幅を得ることができる。

【００１４】また請求項５記載のシールド掘進機は、上
記構成において、カッタヘッドの頂部を後退可能な頂部
後退装置を設け、通常掘削部で、カッタ自転軸を楕円形
断面のトンネルの長径軸上に配置するとともに、前記頂
部後退装置によりカッタヘッドの頂部を後退させて、楕
円形断面のトンネルの短径と同一直径の円形断面のトン
ネルを掘削するよう構成したものである。

【００１５】上記構成によれば、楕円断面トンネルの長
径軸上でカッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘
削するので、短径軸方向のトンネルの段差を無くして、
覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化でき
る。

【００１６】さらに請求項６記載のシールド掘進機は、
上記構成の公転支持体に、カッタ自転軸を拡張掘削部位
置と、楕円断面のトンネル長径端に円形断面のトンネル
が接する通常掘削部位置との間で移動可能な軸スライド
機構を設けたものである。

【００１７】上記構成によれば、これにより、覆工体の
３方の側面を連続させることができ、覆工部材の共通化
や施工をより容易化することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るシールド掘
進機の第１の実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明
する。

【００１９】このシールド掘進機は、図７に示すよう
に、円形断面のトンネルＴｃからなる通常部Ｅｃと、横
長の楕円形断面のトンネルＴｅからなる拡張部Ｅｅとを
連続して掘削可能で、さらに円形断面のトンネルＴｃの
端部に楕円形断面のトンネルＴｅの長径端を接して連続
掘削でき、たとえばトンネルＴｃ，Ｔｅ内に設けられる
道路Ｒの一側部に退避車線Ｒｓを形成することができ
る。

【００２０】図１〜図３において、１は幅方向に拡縮可
能なシールド本体で、前部に切羽崩壊土圧を保持する圧
力室２Ａを形成する圧力隔壁３が設けられている。この
圧力隔壁３の中央部に形成された貫通穴４に軸受を介し
て公転支持体５が偏心シールド軸心Ｏｅを中心に回転自
在に支持され、この公転支持体５に形成された調心穴６
に軸受を介して調心体７が偏心シールド軸心Ｏｅと平行
な回転中心Ｏｄ周りに回転自在に支持されている。そし
て、この調心体７には、偏心シールド軸心Ｏｅから偏心
距離ｅが半径となる偏心円弧Ｃｅ上に軸支持穴８が形成
され、この軸支持穴８にカッタ自転軸９が偏心シールド
軸心Ｏｅと平行な自転軸心Ｏｓ周りに回転自在に支持さ
れている。

【００２１】このカッタ自転軸９の前端部には、正面視
がルーロの三角形状に形成されたカッタヘッド１１が取
付けられている。このルーロの三角形は、図４に示すよ
うに、正三角形の任意の頂点Ｃ１〜Ｃ３を中心として、
その一辺を半径として２つの頂点を通過する３本の劣弧
Ｓに囲まれた形状である。そしてこのカッタヘッド１１
は、たとえばカッタ自転軸から６０°ごとに放射状に伸
びるスポーク部１２と、スポーク部１２の先端頂部１１
ａ〜１１ｃから隣接する頂部１１ａ〜１１ｃを連結する
劣弧フレーム部１３と、スポーク部１２と劣弧フレーム
部１３の間に形成された土砂取入口１４とを具備し、ス
ポーク部１２と劣弧フレーム部１３にそれぞれ多数のカ
ッタビット１５が取付けられている。そして、各頂部１
１ａ〜１１ｃは、カッタ自転軸９の自転軸心Ｏｓを中心
とする半径Ｒｂの円弧面で切り欠かれており、この切欠
き部１６ａ〜１６ｃに頂点Ｃ１〜Ｃ３位置まで出退自在
な頂部カッタ１７と、スポーク部１２内に設けられて頂
部カッタ１７を頂点Ｃ１〜Ｃ３位置〜退入位置まで出退
駆動するカッタ出退装置１８からなる頂部後退装置１９
が設けられている。

【００２２】前記圧力隔壁３の大気室２Ｂ側には、カッ
タ駆動装置２１と調心装置２２が設けられており、この
カッター駆動装置２１は、公転支持体５を介してカッタ
ヘッド１１を偏心円弧Ｃｅ上で公転駆動させる公転駆動
部２３と、カッタ自転軸９を自転軸心Ｏｓ周りに回転駆
動する自転駆動部２４とで構成されている。

【００２３】すなわち、公転駆動部２３は、公転支持体
５の背面に設けられた公転用リングギヤ３１と、この公
転用リングギヤ３１に噛み合い圧力隔壁３に配設された
公転用駆動装置３２により回転駆動される公転用ピニオ
ン３３とで構成されている。また自転駆動部２４は、ギ
ヤボックス３６内でカッタ自転軸９に固定された自転用
ギヤ３４と、シールド本体１に反力支持機構３５を介し
て配置されたギヤボックス３６と、このギヤボックス３
６に設けられた自転用駆動装置３７と、これら自転用駆
動装置３７により回転駆動されて自転用ギヤ３４にそれ
ぞれ噛み合う自転用ピニオン３８とで構成されている。

【００２４】前記反力支持機構３５は、公転移動（およ
び変位）されるカッタ自転軸９に追従するために、クロ
ススライダ機構により構成されている。すなわち、この
反力支持機構３５は、図６に示すように、カッタ自転軸
９に遊嵌して配置された中間支持体４１に自転軸心Ｏｓ
に直交する線上に一対の第１スライダロッド４２が対称
方向に突設され、これら第１スライダロッド４２がシー
ルド本体１に設けられた第１スライド支持部材４３にそ
れぞれ長さ方向にスライド自在に支持されている。そし
て、ギヤボックス３６には、自転軸心Ｏｓと第１スライ
ダロッド４２の軸線にそれぞれ直交する一対の第２スラ
イダロッド４４が対称方向に突設されており、中間支持
体４１に第２スライダロッド４４を長さ方向にスライド
自在に支持する第２スライド支持部材４５が設けられて
いる。このクロススライダ機構により、公転移動（およ
び調心移動）するカッタ自転軸９およびギヤボックス３
６の移動を許容しつつ、自転用ピニオン３８を回転駆動
する時にギヤボックス３６にかかる回転反力をシールド
本体１により支持させることができる。そして拡張部Ｅ
ｅの掘削時に、このカッタ駆動装置２１は、公転駆動部
２３により偏心円弧Ｃｅ上で公転させるカッタヘッド１
１の公転速度（回転数）と、自転駆動部２４によりカッ
タ自転軸９を介してカッタヘッド１１を回転（自転）さ
せる自転速度（回転数）とを、同一方向で３対１とする
ことにより、図２に示す楕円形断面のトンネルＴｅを掘
削することができる。またこの偏心量ｅを大きくするこ
とにより、図８に示すように短径：長径比の大きい楕円
形断面のトンネルＴｅ１を掘削して拡張幅を大きくする
ことができる。さらに偏心量ｅを大きくすることによ
り、図９に示すようにまゆ型（めがね形）断面のトンネ
ルＴｅ２を掘削することもできる。

【００２５】なお、このカッタヘッド１１により掘削さ
れるトンネルＴｅの断面形状は、図４，図５に示すよう
に、ルーロの三角形の中心Ｏｓから頂部Ｃ１〜Ｃ３まで
の距離ｒ、頂部Ｃ１〜Ｃ３同士を結ぶ辺の長さをＲとす
ると、Ｒ＝３ｒ²／［８×（ｒ／２−２×ｅ）］＋ｒ／
４−ｅ…となる。したがって、楕円の長径をａ、短径
をｂとすると、 ａ＝２×（ｒ＋ｅ）… ｂ＝２×（ｒ−ｅ）… で表わされる。

【００２６】またこの実施の形態では、通常部Ｅｃの円
形断面トンネルＴｃの直径と拡張部Ｅｅの楕円形断面ト
ンネルＴｅの短径ｂが等しくなるように掘削されるた
め、前記カッタヘッド１１の切欠き部１６ａ〜１６ｃの
半径Ｒｂ×２＝ｂとなっている。

【００２７】前記調心装置２２は、円形断面のトンネル
Ｔｃと楕円形断面のトンネルＴｅとの相対位置を調整す
るもので、トンネルの設計にあたって任意に設定するこ
とができ、また公転支持体５の位置により変位させるこ
とができるが、ここでは、トンネル設計として円形断面
トンネルＴｃの一方の側部にのみ退避車線Ｒｓを拡張形
成するため、円形断面トンネルＴｃの側部と楕円形断面
トンネルＴｅの長径端とが接点Ｐ（Ｃ３）で接するよう
に設定されている。

【００２８】すなわち、図４，図５に示すように、通常
部Ｅｃの掘削時には、円形シールド軸心Ｏｃが楕円形断
面トンネルＴｅの長径軸Ｌａ上に位置し、楕円形断面ト
ンネルＴｅから円形断面トンネルＴｃへの移行時または
円形断面トンネルＴｃから楕円断面トンネルＴｅへの移
行時に、カッタ自転軸９（自転軸心Ｏｓ）の移動距離を
最短にするため、偏心円弧線Ｃｅと長径軸Ｌａとが交差
する接点Ｐ側の交点が公転支持体５の公転停止位置Ｃｅ
ｐに設定される。そして、この公転停止位置Ｃｅｐと円
形シールド軸心Ｏｃとを結ぶ二等分線上に調心体７の回
転中心Ｏｄが配置すればよく、ここでは長径軸Ｌａ上に
回転中心Ｏｄを配置している。したがって、調心装置２
２により、調心体７を１８０°回転することにより、カ
ッタ自転軸９（自転軸心Ｏｓ）を公転停止位置Ｃｅｐと
円形シールド軸心Ｏｃの間で移動させることができる。

【００２９】また、図１０に示すように、調心体７を回
転中心Ｏｄ周りに矢印方向に回転させると同時に、公転
支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回転させること
により、カッタ自転軸９の円形シールド軸心Ｏｃを長径
軸Ｌａに沿って移動させることができる。この時にカッ
タヘッド１１を回転駆動しつつ回転軌跡の長径側でカッ
タ出退装置１８により頂部カッタ１７を突出させること
により、図１１に示すように、円形断面トンネルと楕円
形断面トンネルとの間で円形と楕円形に変化する楕円ト
ンネル移行部Ｔｅ１，Ｔｅ２,Ｔｅ３を順次掘削するこ
とができる。

【００３０】この調心装置２２は、図３に示すように、
調心体７の背面に設けられたリング状の調心ウォームギ
ヤ４６と、公転支持体５に設けられた調心駆動装置４７
と、前記調心ウォームギヤ４６に噛み合い調心駆動装置
４７により回転駆動される調心ウォーム４８とで構成さ
れている。

【００３１】図３において、６１は圧力室２Ａに土砂の
性状を改良する泥水や泥漿を供給する送泥管、６２は掘
削土砂を排出する排泥管、６３は圧力室２Ａの土砂を攪
拌するアジテータである。また図示しないが、このシー
ルド本体１は、複数に分割されて円形断面のトンネルＴ
ｃに合致した円形断面と、楕円形断面のトンネルＴｅに
合致した楕円形断面に拡縮変形可能に構成されており、
シールド本体１の後部に、覆工体であるセグメントを組
立てるセグメント組立て装置が設けられる。さらに組立
てられたセグメントを反力受けとしてシールド本体１を
前進させる公知の推進ジャッキが設けられている。

【００３２】上記構成における掘削方法を説明する。通
常部Ｅｃの掘削作業では、頂部後退装置１９により頂部
カッタ１７を退入し、さらに公転支持体５を停止（固
定）した状態で、自転駆動装置２４により円形シールド
軸心Ｏｃ位置にあるカッタヘッド１１を自転駆動して半
径Ｒｂ（＝短径ｂ）の円形断面のトンネルＴｃを掘削
し、退避車線Ｒｓの形成位置手前で停止する。ついで、
カッタの拡幅掘削を行いながらシールド本体１を拡張す
る。その手順は、たとえば調心装置２２により調心体７
を１８０°回転させて、カッタ自転軸９を円形シールド
軸心Ｏｃ位置から公転停止位置Ｃｅｐまで旋回移動させ
る。次いで、頂部カッタ１７をルーロの三角形の頂点Ｃ
１〜Ｃ３までそれぞれ突出させ、カッタ駆動装置２１の
自転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘ
ッド１１を回転駆動するとともに、公転駆動部２３によ
り公転支持体５を介してカッタヘッド１１を偏心円弧Ｃ
ｅに沿って旋回駆動する。そしてカッタヘッド１１の公
転速度と自転速度とを同一方向で３：１とすることによ
り、円形断面のトンネルＴｃに一側部が接しかつ他側部
が拡張された長径ａ、短径ｂの横長楕円形断面のトンネ
ルＴｅを連続して形成することができる。

【００３３】また、楕円形断面のトンネルＴｅから円形
断面のトンネルＴｃに移行する場合には、逆の手順で実
施することができる。なお、上記方法では、円形断面の
トンネルＴｃから楕円形断面のトンネルＴｅに、また楕
円形断面のトンネルＴｅから円形断面のトンネルＴｃに
直接移行したが、カッタヘッド１１を長径軸Ｌａに沿っ
て移動させつつカッタヘッド１１を回転駆動し、長径側
でのみ頂部カッタ１１を突出させることにより、楕円移
行部Ｔｅ１，Ｔｅ２のトンネルを掘削することができ
る。すなわち、円形断面のトンネルＴｃから楕円形断面
のトンネルＴｅに移行する場合、調心体７を回転中心Ｏ
ｄ周りに矢印Ａで示すようにＯｃ１まで回転させると同
時に、公転支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回転
させることにより、カッタ自転軸９を円形シールド軸心
Ｏｃ２まで長径軸Ｌａに沿って移動させる。この時にカ
ッタヘッド１１を回転駆動しつつ回転軌跡の長径側でカ
ッタ出退装置１８により頂部カッタ１７を突出させて図
１１に示す余堀部Ｅｅ１を掘削することにより、楕円ト
ンネル移行部Ｔｅ１を掘削する。同様にして，カッタ自
転軸９を長径軸Ｌａに沿って円形シールド軸心をＯｃ
３,Ｏｃ４からＣｅｐまで移動させ、頂部カッタ１７を
突出させることにより、余掘部Ｅｅ２〜Ｅｃ４を余掘す
る。そしてカッタ自転軸９をＣｅｐまで移動させると、
頂部カッタ１７をルーロの三角形の頂点Ｃ１〜Ｃ３まで
それぞれ突出させて、カッタヘッド１１の公転速度と自
転速度とを同一方向で３：１として、円形断面のトンネ
ルＴｃに一側部が接しかつ他側部が拡張された長径ａ、
短径ｂの横長楕円形断面のトンネルＴｅを掘削する。

【００３４】上記実施の形態によれば、拡張部Ｅｅの掘
削時には、カッタ駆動装置２１の公転駆動部２３により
公転支持体５を回転させてカッタヘッド１１を偏心位置
で公転させるとともに、自転駆動部２４によりカッタ自
転軸９を介してカッタヘッド１１を自転させることによ
り、楕円形断面のトンネルＴｅを掘削する。また通常部
Ｅｃの掘削時には、公転支持体５を固定した状態で、自
転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘッ
ド１１を回転駆動し、円形断面のトンネルＴｃを掘削す
ることができる。したがって、１台のシールド掘進機に
より、拡張掘削部Ｅｅと通常掘削部Ｅｃとをを連続して
形成することができ、偏心量ｅの設定により十分な拡張
幅を得ることができる。

【００３５】また、拡張部Ｅｅの掘削時に頂部カッタ１
７を突出させてカッタヘッド１１を正面視がルーロの三
角形状とし、通常部Ｅｃの掘削時に頂部カッタ１７を退
入して縮径したカッタヘッド１１を使用することによ
り、楕円形断面のトンネルＴｅの短径と円形断面のトン
ネルＴｃの直径とを同一とし、通常部Ｅｃの掘削時のカ
ッタ自転軸９を、楕円断面トンネルの長径軸Ｌａ上で円
形シールド軸心Ｏｃ位置に配置するので、楕円形断面の
トンネルＴｅと円形断面のトンネルＴｃとを上下の段差
をなくして連続させることができる。また調心体７の回
転中心を長径軸Ｌａから偏心した位置にすると、調心体
７の回転を１８０°以下にできる。

【００３６】さらに、カッタ自転軸９を偏心円弧Ｃｅ上
と円形シールド軸心Ｏｃとの間で長径軸Ｌａに沿って移
動させることにより、短時間にカッタ自転軸を変位さ
せ、さらに円形断面トンネルＴｃの一方の側部に接して
他方の側部が側方に拡張された拡張部Ｅｅの楕円断面ト
ンネルＴｅを掘削することができる。これにより、拡張
部Ｅｅと通常掘削部Ｅｃにおけるトンネルの一側部と上
下面とをほぼ連続させて、退避車線を併設した拡張部の
走行車線を他の部分と連続する直線状に形成することが
でき、しかも連続する部分では共通のセグメントを使用
することができるので、施工をより容易化することがで
きる。

【００３７】なお、図１２〜図１４に上記実施の形態の
変形例を示し、調心体７の回転中心Ｏｄを長径軸Ｌａか
ら離間させたものである。上記実施の形態によれば、図
１２に示すように、楕円トンネル移行部Ｔｅ１，Ｔｅ
２,Ｔｅ３の掘削時の公転軸体５の回転角を小さくでき
るとともに、図１３,図１４に示すように、調心体７を
回転中心Ｏｄ周りに逆方向にＯｃ−１まで回転させると
同時に、公転支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回
転させることにより、カッタ自転軸９の円形シールド軸
心Ｏｃを長径軸Ｌａに沿ってＯｃ−２まで距離ｍだけ移
動させ、円形断面トンネルＴｃ１を楕円形断面トンネル
Ｔｅの膨らみ側と反対側に距離ｍ移動させることができ
る。この時、長径側で頂部カッタ１７を突出させること
により、楕円形断面トンネルＴｅの膨らみ側と反対側に
膨出する楕円形断面Ｔｅ−１を掘削することができる。

【００３８】図１５，図１６は、調心装置２２の他の実
施の形態を示す。先の実施の形態では、カッタ自転軸９
を調心装置２２により調心体７を旋回させて公転停止位
置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃの間で変位するように
構成したが、この調心装置５３では、カッタ自転軸９を
直線移動するように構成したものである。

【００３９】すなわち、公転停止位置Ｃｅｐの公転支持
体５に、カッタ自転軸８の公転停止位置Ｃｅｐと円形シ
ールド軸心Ｏｃを含むスライド空間５１を形成し、この
スライド空間５１にカッタ自転軸９を回転自在に支持す
る軸受ブロック５２をガイド装置を介してスライド自在
に配置し、この軸受ブロック５２を公転停止位置Ｃｅｐ
と円形シールド軸心Ｏｃとの間で移動させる調心装置５
３を設け、このスライド空間５１の軸受ブロック５２の
無い部分を覆うスライドカバー５４を設けたものであ
る。前記調心装置５３は直線駆動機構であれば油圧シリ
ンダ装置などでもよいが、ここでは送りねじ機構により
構成されている。すなわち、公転支持体５の背面にスラ
イド空間５１の両側に沿ってねじ軸５３ａがそれぞれ配
置され、左右のねじ軸５３ａを連動する巻掛け連動機構
５３ｂと、一方のねじ軸５３ａを回転駆動する調心駆動
装置５３ｃが設けられている。そして、軸受ブロック５
２の背面側に前記ねじ軸５３ａに嵌合する雌ねじ部材５
３ｄが設けられて構成されている。したがって、調心駆
動装置５３ｃによりねじ軸５３ａを回転駆動し雌ねじ部
材５３ｄを介して軸受ブロック５２をスライドさせ、カ
ッタ自転軸９を公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心
Ｏｃとの間で移動させることができる。

【００４０】なお、上記実施の形態では、カッタヘッド
１１を正面視がルーロの三角形状に形成したが、ルーロ
の三角形の頂部まで３本のスポークがそれぞれ伸びたス
ポーク状カッタヘッドとしてもよい。またルーロの三角
形内であれば、適宜掘削具を設けることができる。

【００４１】また、円形シールド軸心Ｏｃを任意に設定
することにより、楕円形断面のトンネルＴｅと円形断面
のトンネルＴｃの相対位置を容易に変更することができ
る。さらに楕円形断面のトンネルＴｅの長径軸Ｌａを水
平方向としたが、トンネルの仕様によりその断面に応じ
て長径軸Ｌａを傾斜させてもよいし、また垂直方向にす
ることもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上に述べたごとく請求項１記載のトン
ネル掘削方法によれば、１台のシールド掘進機により、
公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネ
ルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円
形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕
円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して
形成することができ、また偏心量の設定により任意で広
い拡張幅を得ることができる。

【００４３】また請求項２記載のトンネル掘削方法によ
れば、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を駆
動して円形断面トンネルを掘削するので、短径軸方向の
トンネルの段差を無くして、覆工体壁面を連続させるこ
とができ、施工を容易化できる。

【００４４】さらに請求項３記載のトンネル掘削方法に
よれば、通常部の円形断面から一方の側方のみが拡張さ
れた楕円形断面の拡張部を形成することができる。これ
により、覆工体の３方の側面を連続させることができ、
覆工部材の共通化や施工をより容易化することができ
る。

【００４５】請求項４記載のシールド掘進機によれば、
公転支持体とカッタ自転軸とを速度比が３対１で同一方
向に回転させることにより、拡張部の楕円形断面のトン
ネルを掘削し、公転支持体の旋回を停止してカッタ自転
軸のみを回転させることにより、通常部の円形断面のト
ンネルを掘削できる。これにより、１台のシールド掘進
機で拡張部と通常部とを連続して掘削することができ
る。またカッタ自転軸の停止位置により、円形断面のト
ンネルの位置を偏心円弧上で任意に設定でき、また偏心
量の設定により十分な拡張幅を得ることができる。

【００４６】また請求項５記載のシールド掘進機によれ
ば、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を駆動
して円形断面トンネルを掘削するので、短径軸方向のト
ンネルの段差を無くして、覆工体壁面を連続させること
ができ、施工を容易化できる。

【００４７】さらに請求項６記載のシールド掘進機によ
れば、通常部の円形断面から一方の側方のみが拡張され
た楕円形断面の拡張部を形成することができる。覆工体
の３方の側面を連続させることができ、覆工部材の共通
化や施工をより容易化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示
し、通常掘削作業時を示す正面図である。

【図２】同シールド掘進機の拡張掘削作業時を示す正面
図である。

【図３】同シールド掘進機の側面断面図である。

【図４】同シールド掘進機のカッタヘッドの駆動を説明
する全体正面図である。

【図５】図４の要部拡大図である。

【図６】同シールド掘進機のギヤボックス反力支持機構
を示す背面図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は同シールド掘進機により掘削
されるトンネルを示し、（ａ）はトンネルの平面断面
図、（ｂ）はｉ−ｉ断面図、（ｃ）はii−ii断面図、
（ｄ）はiii−iii断面図である。

【図８】同シールド掘進機による拡張掘削部で偏心量を
増加させた時のトンネルを示す横断面図である。

【図９】同シールド掘進機による拡張掘削部で偏心量を
さらに増加させた時のトンネルを示す横断面図である。

【図１０】同シールド掘進機における楕円トンネル移行
部掘削時の動作を説明する要部正面図である。

【図１１】同シールド掘進機における楕円トンネル移行
部掘削状態を説明する正面図である。

【図１２】同シールド掘進機のカッタ駆動装置の変形例
で、楕円トンネル移行部掘削時の動作を説明する要部正
面図である。

【図１３】同カッタ駆動装置による拡張部反対側掘削時
の動作を説明する正面図である。

【図１４】同カッタ駆動装置による拡張部反対側掘削状
態を説明する正面図である。

【図１５】同シールド掘進機の調心装置の他の実施の形
態を示す背面図である。

【図１６】図１５に示すＩ−Ｉ断面図である。

【符号の説明】

Ｔｃ 円形断面トンネル Ｔｅ 楕円形断面トンネル Ｅｃ 通常部 Ｅｅ 拡張部 Ｏｅ 偏心シールド軸心 Ｏｃ 円形シールド軸心 Ｃｅ 偏心円弧 Ｌａ 長径軸 １ シールド本体 ３ 圧力隔壁 ５ 公転支持体 ７ 調心体 ９ カッタ自転軸 １１ カッタヘッド １７ 頂部カッタ １８ カッタ出退装置 １９ 頂部後退装置 ２１ カッタ駆動装置 ２２ 調心装置 ２３ 公転駆動部 ２４ 自転駆動部 ３２ 公転用駆動装置 ３５ 反力支持機構 ３７ 自転用駆動装置 ４７ 調心駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 増田 正和 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２ 号 株式会社奥村組内 (72)発明者 田窪 厚志 大阪府大阪市阿倍野区松崎町２丁目２番２ 号 株式会社奥村組内 (72)発明者 今井 憲治 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 花岡 泰治 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 小林 崇 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 吉川 忠男 大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号 日立造船株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AB01 BA03 BA25 BB04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正面視で頂部がルーロの三角形の３つの頂
   点位置に膨出するカッタヘッドを有するシールド掘進機
   により、トンネルの通常部と拡張部とを連続して掘削す
   るトンネル掘削方法であって、 拡張部の掘削時に、カッタヘッドを回転駆動するカッタ
   自転軸を楕円シールド軸心から所定量偏心させて配置す
   るとともに楕円シールド軸心周りに公転駆動させ、前記
   公転駆動とカッタ自転軸の自転駆動の回転速度比を３対
   １で同一方向に回転させることにより、楕円形断面のト
   ンネルを掘削し、 通常部の掘削時に、公転駆動を停止してカッタ自転軸を
   回転駆動し円形断面のトンネルを掘削することを特徴と
   するトンネル掘削方法。
2. 【請求項２】通常部の掘削時に、カッタヘッドの３つの
   頂部を後退して、楕円形断面のトンネルの短径と円形断
   面のトンネルの直径とを一致させるとともに、カッタ自
   転軸を楕円形断面のトンネルの長径軸上に配置すること
   を特徴とする請求項１記載のトンネル掘削方法。
3. 【請求項３】通常部の掘削時に、楕円形断面のトンネル
   の長径端に円形断面のトンネルが接するようにカッタ自
   転軸を配置することを特徴とする請求項２記載のトンネ
   ル掘削方法。
4. 【請求項４】シールド本体の前部に、公転支持体をシー
   ルド軸心周りに回転自在に配設し、この公転支持体に、
   シールド軸心と平行で楕円シールド軸心から所定距離偏
   心したカッタ自転軸を回転自在に配設し、このカッタ自
   転軸の前部に設けられたカッタヘッドを、正面視で頂部
   がルーロの三角形の頂点位置に膨出する形状とし、トン
   ネルの通常部と拡張部とを連続掘削可能なシールド掘進
   機であって、通常部の掘削時に、前記公転支持体を所定
   位置で固定し、カッタ自転軸を回転駆動して円形断面の
   トンネルを掘削するように構成し、 拡張部の掘削時に、公転支持体とカッタ自転軸とを同一
   方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動するこ
   とにより楕円形断面のトンネルを掘削するように構成し
   たことを特徴とするシールド掘進機。
5. 【請求項５】カッタヘッドの頂部を後退可能な頂部後退
   装置を設け、 通常部の掘削時に、カッタ自転軸を楕円形断面のトンネ
   ルの長径軸上に配置するとともに、前記頂部後退装置に
   よりカッタヘッドの頂部を後退させて、カッタヘッドの
   直径を楕円形断面のトンネルの短径と同一にして円形断
   面のトンネルを掘削するよう構成したことを特徴とする
   請求項４記載のシールド掘進機。
6. 【請求項６】公転支持体に、カッタ自転軸を偏心円弧上
   の公転停止位置と、楕円断面のトンネル長径端に円形断
   面のトンネルが接する長径軸上の円形シールド軸心位置
   との間で移動可能な調心装置を設けたことを特徴とする
   請求項５記載のシールド掘進機。