JP2002070484A - トンネル掘削機の拡幅掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】十分な強度と余掘り量を確保できて拡幅掘削可
能なトンネル掘削機の拡幅掘削装置を提供する。 【解決手段】シールド本体１の前部に、主カッタヘッド
２Ａを支持するカッタ駆動ドラム２４をシールド軸心Ｏ
周りに回転自在に配置し、シールド軸心Ｏから偏心した
位置に、シールド軸心Ｏに平行な揺動軸２７をカッタ駆
動ドラム２４と主カッタヘッド２Ａとの間に連結し、前
記主カッタヘッド２Ａに形成された切欠き部２５に、前
記揺動軸２７に揺動アーム２６を介して揺動自在に支持
された副カッタヘッド２Ｂを主カッタヘッド２Ａと面一
状に配置して、揺動アーム２６の揺動により切欠き部２
５から主カッタヘッド２Ａによる掘削部外周側に突出自
在に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削途中
で掘削幅を拡張可能なトンネル掘削機の拡幅掘削装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のトンネル掘削機の掘削装置では、
方向修正や曲線施工などで掘削幅を広げるために、コピ
ーカッタをカッタヘッドに装備して余掘りすることは、
従来から実施されている。このコピーカッタは、カッタ
ヘッドの外周部から掘削ビットを有するカッタ部材を半
径方向に出退するように構成されるもので、掘削抵抗や
強度の関係から余掘り量を大きくとることができないた
め、掘削幅を変更するような余掘り量の大きい拡幅掘削
には適さない。

【０００３】そのため、たとえば特許第２８３９４３３
号公報には、回転駆動されるカッタヘッドの外周部に揺
動アームを介して副カッタヘッドを設けたものが提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、カッタヘッド
に揺動アームを設けているため、揺動アームの強度が制
限される点、副カッタによる掘削反力を揺動アームの支
点軸を介してカッタヘッドで支持する点で、余掘り量を
大きくできないという問題があった。また外周部にある
副カッタヘッドへの動力伝達機構が複雑になるという問
題があった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決して、十分な強
度と余掘り量とを確保できて拡幅掘削可能なトンネル掘
削機の拡幅掘削装置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記載の発明は、掘削機本体の前部に配置した
カッタヘッドにより地山を掘削してトンネルを形成する
トンネル掘削機の拡幅掘削装置であって、掘削機本体の
前部に、主カッタヘッドを支持するカッタ駆動ドラムを
掘削機本体軸心周りに回転自在に配置し、前記掘削機本
体軸心から偏心した位置に、掘削機本体軸心に平行な揺
動軸をカッタ駆動ドラムと主カッタヘッドとの間に配設
し、前記主カッタヘッドに切欠き部を形成し、この切欠
き部に、前記揺動軸に揺動アームを介して揺動自在に支
持された副カッタヘッドを主カッタヘッドと面一状に配
置して、揺動アームの揺動により前記切欠き部から主カ
ッタヘッドの掘削部外周側に突出自在に構成したもので
ある。

【０００７】上記構成によれば、主カッタヘッドとカッ
タ駆動ドラムとの間に揺動軸を連結し、この揺動軸に揺
動アームを介して副カッタヘッドを設けたので、掘削反
力を主カッタヘッドとカッタ駆動ドラムとで支持するこ
とができ、突出量（余掘り量）が大きくても掘削反力を
十分に支持可能な高強度に構成することができる。また
主カッタヘッドと副カッタヘッドとを面一状に配置した
ので、掘削装置をコンパクトに構成でき、また土砂の取
り込み性能を向上させることができる。

【０００８】また請求項２記載の発明は、掘削機本体の
前部に配置したカッタヘッドにより地山を掘削してトン
ネルを形成するトンネル掘削機の拡幅掘削装置であっ
て、掘削機本体の前部に、主カッタヘッドを支持するカ
ッタ駆動ドラムを掘削機本体軸心周りに回転自在に配置
し、前記主カッタ軸心から偏心した位置に、掘削機本体
軸心に平行な揺動軸をカッタ駆動ドラムと主カッタヘッ
ドとの間に連結し、主カッタヘッドの背面側に、前記揺
動軸に揺動アームを介して揺動自在に支持された副カッ
タヘッドを配置して、揺動アームの揺動により主カッタ
ヘッドの背面側から外周側に出退自在に構成したもので
ある。

【０００９】上記構成によれば、主カッタヘッドとカッ
タ駆動ドラムとの間に揺動軸を連結し、この揺動軸に揺
動アームを介して副カッタヘッドを設けたので、掘削反
力を主カッタヘッドとカッタ駆動ドラムとで支持するこ
とができ、突出量（余掘り量）が大きくても掘削反力を
十分に支持可能な高強度に構成することができる。また
主カッタヘッドの背面側に副カッタヘッドを配置したの
で、必要なときのみ揺動アームを揺動させて副カッタヘ
ッドにより掘削するので、副カッタヘッドのカッタビッ
トの摩耗を少なくできる。

【００１０】さらに請求項３記載の発明は、カッタ駆動
ドラムの主カッタヘッドの回転駆動力を伝達して副カッ
タヘッドを駆動する副カッタ駆動装置を設けたものであ
る。上記構成によれば、副カッタヘッドの回転駆動源を
カッタ駆動ドラムから取出すので、独自の駆動源が不要
となり、コンパクトに構成できるとともに、設備コスト
を低減することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る拡幅掘削装
置を備えたシールド掘進機（トンネル掘削機）の実施の
形態を図１〜図７に基づいて説明する。

【００１２】このシールド掘進機は、図１〜図４に示す
ように、たとえば円形断面のトンネルを掘削途中で、駅
部や待避車線を形成するために、部分的にトンネルの幅
を拡張する拡幅部を掘削可能なもので、拡幅構造のシー
ルド本体（掘削機本体）１と、拡幅掘削可能なカッタヘ
ッド２Ａ，２Ｂとを具備している。

【００１３】シールド本体１は、図５に示すように、主
カッタヘッド２Ａを支持する固定胴部４と可動胴部５か
らなり、この可動胴部５は、固定胴部４に対して拡副方
向に平行移動自在に配置された拡幅内胴６と、この拡幅
内胴６にシールド軸心（掘削機本体軸心）Ｏと直交する
垂直軸心まわりに傾動自在に支持された揺動外胴７とで
構成されている。

【００１４】すなわち、シールド本体１の円筒形外殻
（スキンプレート）８は横断面でトンネル軸心Ｏを中心
に１８０°より大きい角度αでトンネル軸心Ｏ方向に沿
う切断線に沿って２つに分離されており、長円弧外殻８
ａ側に固定胴部４が設けられるとともに、短円弧外殻８
ｂ側に可動胴部５（揺動外胴７）が設けられている。そ
して、可動胴部５の拡幅内胴６は、短円弧外殻８ｂの内
側に沿う円弧フレーム１０の両端部から互いに平行な一
対のスライド部材１１が延設され、これらスライド部材
１１は固定胴部４の両側のラップ部４ａ内に嵌合される
ている。また揺動外胴７は、短円弧外殻８ｂの端部から
スライド部材１１とラップ部４ａの間にスライド自在に
嵌合される一対の支持プレート１２が延設され、支持プ
レート１２の内面にそれぞれ突設された揺動ピン１３
が、前記スライド部材１１の支持孔１４に回動自在に嵌
合され、拡幅内胴６に対して揺動外胴７が揺動ピン１３
を中心に所定範囲で揺動自在に支持されている。

【００１５】また図１，図４に示すように、左右のラッ
プ部４ａの内側には、拡幅内胴６を拡縮方向に移動する
拡幅駆動装置である複数の拡幅用ジャッキ１５が配設さ
れている。さらに固定胴部の後部には、組み立てられた
セグメント１６を反力受けとしてシールド本体１を前進
させる推進駆動装置である固定推進用ジャッキ１７Ａか
設けられている。

【００１６】また拡幅内胴６には、拡幅方向に所定範囲
で移動自在な可動フレーム１８を介して可動推進用ジャ
ッキ１７Ｂが配設されており、左右のラップ部４ａの内
側に可動フレーム１８を拡幅方向に移動して可動推進用
ジャッキ１７Ｂの押出し位置を調整する推進位置調整装
置である推進調整用ジャッキ１９が設けられている。さ
らに拡幅内胴６の後部には、揺動外筒７の後端部に連結
された揺動調整装置である揺動用ジャッキ２０が設けら
れており、通常掘削部から拡幅部に至る傾斜面にあわせ
て揺動外筒７の傾斜角を調整することができる。

【００１７】シールド本体１の前部には、切羽崩壊土圧
を保持する圧力室２１を形成する圧力隔壁２２が設けら
れており、前記カッタヘッド２は、圧力隔壁２２に軸受
２３ａおよびシール部材２３ｂを介してシールド軸心Ｏ
周りに回転自在に支持されたカッタ駆動ドラム２４に支
持脚２０を介して支持されている。また主カッタヘッド
２Ａは、図２，図３に示すように、多数のカッタビット
と土砂取入口を有するとともにシールド軸心Ｏ周りに回
転自在に支持された主カッタヘッド２Ａと、多数のカッ
タビットと土砂取入口を有するとともに揺動軸心Ｏｅ周
りに所定範囲で揺動自在でかつ副カッタ軸心Ｏｓ周りに
回転自在に配置された副カッタヘッド２Ｂとで構成され
ている。そして主カッタヘッド２Ａは、シールド本体１
の直径の大きさの円形面板を切欠き部２５で一部を削除
した形状に形成され、また副カッタヘッド２Ｂは主カッ
タヘッド２Ａの半径より小さい円形に形成されて、前記
切欠き部２５に主カッタヘッド２Ａと面一状に配置され
ている。この切欠き部２５は、後退位置から最大余掘り
位置まで揺動角度βの範囲で副カッタヘッド２Ｂの揺動
を許容するように形成されている。

【００１８】そして、主カッタヘッド２Ａは、カッタ駆
動ドラム２４から圧力室２１側に突設された複数の支持
脚２０により支持されている。また副カッタヘッド２Ｂ
は、前記シールド軸心Ｏから偏心距離Ｅ（図では最大拡
幅距離）だけ偏心した位置に、シールド軸心Ｏに平行な
揺動軸２７が前記カッタ駆動ドラム２４と主カッタヘッ
ド２Ａの背面板との間に軸受を介して連結支持されてい
る。そしてこの揺動軸２７に揺動アーム２６が設けら
れ、揺動アーム２６の遊端部に副カッタヘッド２Ｂがシ
ールド軸心Ｏに平行な副カッタ軸２８を介して回転自在
に支持されている。

【００１９】圧力隔壁２２の後方の大気室２９側には、
主カッタ駆動装置３１と、副カッタ駆動装置３２とが設
けられ、またカッタ駆動ドラム２４内に、揺動アーム２
６を介して副カッタヘッド２Ｂを揺動させる副カッタ揺
動装置３３が設けられている。

【００２０】主カッタ駆動装置３１は、図６に示すよう
に、カッタ駆動ドラム２４の後端部外周に設けられた受
動リングギヤ３４と、圧力隔壁２２の後部に支持部材３
０を介して支持された複数のカッタ回転駆動装置（油圧
モータなど）３５と、これらカッタ回転駆動装置３５に
より減速機を介して回転駆動され受動リングギヤ３４に
噛合する駆動ピニオン３６とで構成されている。したが
って、カッタ回転駆動装置３５により受動リングギヤ３
４を回転駆動し受動リングギヤ３４を介してカッタ駆動
ドラム２４を回転させ、支持脚２０を介して主カッタヘ
ッド２Ａを所定方向に回転駆動することができる。

【００２１】また、副カッタ駆動装置３２は、カッタ駆
動ドラム２４から主カッタヘッド２Ａの回転駆動力を取
出す動力取出し部４１と、この動力取出し部４１から副
カッタヘッド２Ｂに動力を伝達する動力伝達部４２とで
構成されている。すなわち、揺動軸２７は、前記カッタ
駆動ドラム２４と主カッタヘッド２Ａの背面板に軸受を
介して回転自在に支持されるとともに揺動アーム２６が
取付けられた外筒部２７ａと、この外筒部２７ａ内の軸
心位置に回転自在に支持された軸部２７ｂからなり、図
６，図７に示すように、前記動力取出し部４１は、支持
部材３０にシールド軸心Ｏを中心として固定された固定
リングギヤ４３と、揺動軸２７の軸部２７ｂの後端側に
固定されて固定リングギヤ４３に噛合される入力ギヤ４
４とで構成されている。また動力伝達部４２は、揺動軸
２７で軸部２７ｂの前端側に取付けられた副カッタ駆動
ギヤ４５と、副カッタ軸２８に固定された副カッタ受動
ギヤ４６と、副カッタ駆動ギヤ４５と副カッタ受動ギヤ
４６との間に互いに噛合された複数の中間ギヤ４７から
なるギヤ式連動機構により構成されているが、スプロケ
ットとチェーンを使用した巻き掛け連動機構であっても
よい。したがって、主カッタ駆動装置３１によりカッタ
駆動ドラム２４が回転駆動されると、支持部材３０の周
囲を揺動軸２７が旋回移動されることから、固定リング
ギヤ４３に噛み合う入力ギヤ４４を介して揺動軸２７の
軸部２７ｂが回転駆動され、軸部２７ｂから副カッタ駆
動ギヤ４５、中間ギヤ４７、副カッタ受動ギヤ４６から
なる動力伝達部４２を介して副カッタ軸２８が回転され
て副カッタヘッド２Ｂが回転駆動される。

【００２２】なお、固定リングギヤ４３と入力ギヤ４４
との噛合、離脱可能に構成したり、あるいは軸部２７ｂ
にクラッチを介在させることにより、必要な時のみ動力
を伝達して副カッタヘッド２Ｂを回転させることができ
る。

【００２３】副カッタ揺動装置３３は、カッタ駆動ドラ
ム２４内で、揺動軸２７の外筒部２７ａに所定角度隔て
て設けられた受動アーム５１Ａ，５１Ｂと、カッタ駆動
ドラム２４の固定側ブラケット５２Ａ，５２Ｂとの間
に、揺動用伸縮装置（油圧式や電動式シリンダなど）５
３Ａ，５３Ｂがそれぞれ連結されて構成され、上下の揺
動用伸縮装置５３Ａ，５３Ｂを交互に伸縮することによ
り、揺動軸２７の外筒部２７ａを揺動させ、揺動アーム
２６を介して副カッタヘッド２Ｂを揺動させ、主カッタ
ヘッド２Ａの掘削部内とその外周側の範囲で揺動させて
余掘りすることができる。

【００２４】上記構成において、円形断面トンネルを掘
削する通常掘削部から拡幅掘削部に移行する場合、主カ
ッタヘッド２Ａの所定の回転角度範囲で、副カッタ揺動
装置３３の揺動用伸縮装置５３Ａ，５３Ｂを起動して揺
動アーム２６を介して副カッタヘッド２Ｂを往復揺動さ
せ、副カッタヘッド２Ｂを主カッタヘッド２Ａの掘削範
囲から突出させて余掘りを開始し、順次揺動角を大きく
して余掘り量を大きくし、最大揺動角βまで揺動させて
余掘りする。余掘り量の増大に従って、揺動外胴７が傾
動されるとともに、拡幅内胴６が拡幅方向に移動され
る。拡幅掘削部から通常掘削部への移行は、逆の手順で
実施される。

【００２５】上記実施の形態によれば、主カッタヘッド
２Ａとカッタ駆動ドラム２４とを揺動軸２７で連結し、
この揺動軸２７に揺動アーム２６を介して副カッタヘッ
ド２Ｂを設けたので、副カッタヘッド２Ｂの突出量を大
きくして余掘りを行う場合でも、安定して効率良く自由
断面が掘削できる。また副カッタ駆動装置３２を、動力
取出し部４１と動力伝達部４２とにより構成したので、
主カッタ駆動装置３１の駆動力を取出して副カッタヘッ
ド２Ｂを回転駆動することができ、独立の副カッタ駆動
源が不要となり、設備コストを低減できる。さらに、副
カッタヘッド２Ｂが主カッタヘッド２Ａと面一状に配置
されるので、掘削装置をコンパクトに構成できるととも
に、土砂の取り込み性能を向上させることができる。

【００２６】次に他の拡幅掘削装置を備えたシールド掘
進機の実施の形態を図８〜図１２に基づいて説明する。
なお、先の実施の形態と同一部材には、同一符号を付し
て説明を省略する。

【００２７】この拡幅掘削装置は、先のシールド掘進機
において、主カッタヘッド２Ａの背面側に副カッタヘッ
ド２Ｂを配置したものである。したがって、主カッタヘ
ッド２Ａは、切欠き部を有しない円形面板により形成さ
れている。

【００２８】上記構成によれば、先の実施の形態の作用
効果に加えて、通常掘削時に副カッタヘッド２Ｂは掘削
せず、拡幅掘削時などの必要時のみ、副カッタヘッド２
Ｂを回転させて掘削するので、カッタビットの摩耗を最
小限に止めることができる。

【００２９】なお、上記実施の形態では、拡幅掘削時に
のみ副カッタヘッド２Ｂを揺動させたが、方向修正や曲
線施工など余掘りも自在に実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたごとく請求項１記載の発明
によれば、主カッタヘッドとカッタ駆動ドラムとの間に
揺動軸を連結し、この揺動軸に揺動アームを介して副カ
ッタヘッドを設けたので、掘削反力を主カッタヘッドと
カッタ駆動ドラムとで支持することができ、突出量（余
掘り量）が大きくても掘削反力を十分に支持可能な高強
度に構成することができる。また主カッタヘッドと副カ
ッタヘッドとを面一状に配置したので、掘削装置をコン
パクトに構成でき、また土砂の取り込み性能を向上させ
ることができる。

【００３１】また請求項２記載の発明によれば、主カッ
タヘッドとカッタ駆動ドラムとの間に揺動軸を連結し、
この揺動軸に揺動アームを介して副カッタヘッドを設け
たので、掘削反力を主カッタヘッドとカッタ駆動ドラム
とで支持することができ、突出量（余掘り量）が大きく
ても掘削反力を十分に支持可能な高強度に構成すること
ができる。また主カッタヘッドの背面側に副カッタヘッ
ドを配置したので、必要なときのみ揺動アームを揺動さ
せて副カッタヘッドにより掘削するので、副カッタヘッ
ドのカッタビットの摩耗を少なくできる。

【００３２】さらに請求項３記載の発明によれば、副カ
ッタヘッドの回転駆動源をカッタ駆動ドラムから取出す
ので、独自の駆動源が不要となり、コンパクトに構成で
きるとともに、設備コストを低減することができる。

【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
す拡幅掘削状態の平面断面図である。

【図２】同シールド掘進機の拡幅掘削状態の正面図であ
る。

【図３】同シールド掘進機の通常掘削状態を示す正面図
である。

【図４】同シールド掘進機の拡幅掘削状態を示す背面図
である。

【図５】同シールド掘進機のシールド本体を示す分解斜
視図である。

【図６】同シールド掘進機の拡幅掘削状態を示す拡大平
面断面図である。

【図７】同シールド掘進機の掘削装置を示す拡大正面断
面図である。

【図８】本発明に係るシールド掘進機の他の実施の形態
を示す拡幅掘削状態の平面断面図である。

【図９】同シールド掘進機の拡幅掘削状態を示す正面図
である。

【図１０】同シールド掘進機の通常掘削状態を示す正面
図である。

【図１１】同シールド掘進機の拡幅掘削状態を示す拡大
平面断面図である。

【図１２】同シールド掘進機の掘削装置を示す拡大正面
断面図である。

【符号の説明】

Ｏ シールド軸心 Ｏｅ 揺動軸心 Ｏｓ 副カッタ回転軸心 １ シールド本体 ２Ａ 主カッタヘッド ２Ｂ 副カッタヘッド ３ 固定胴部 ５ 可動胴部 ６ 拡幅内胴 ７ 揺動外胴 １３ 揺動ピン １５ 拡幅用ジャッキ ２２ 圧力隔壁 ２４ カッタ駆動ドラム ２５ 切欠き部 ２６ 揺動アーム ２７ 揺動軸 ２７ａ 外筒部 ２７ｂ 軸部 ２８ 副カッタ軸 ３１ 主カッタ駆動装置 ３２ 副カッタ駆動装置 ３３ 副カッタ揺動装置 ３４ 受動リングギヤ ３５ カッタ回転駆動装置 ３６ 駆動ピニオン ４１ 動力取出し部 ４２ 動力伝達部 ５３Ａ，５３Ｂ 揺動用伸縮装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 健一 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 仲田 国夫 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 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 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AB01 AB05 AC02 BA07 BA25 BB09

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】掘削機本体の前部に配置したカッタヘッド
   により地山を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削
   機の拡幅掘削装置であって、 掘削機本体の前部に、主カッタヘッドを支持するカッタ
   駆動ドラムを掘削機本体軸心周りに回転自在に配置し、 前記掘削機本体軸心から偏心した位置に、掘削機本体軸
   心に平行な揺動軸をカッタ駆動ドラムと主カッタヘッド
   との間に配設し、 前記主カッタヘッドに切欠き部を形成し、 この切欠き部に、前記揺動軸に揺動アームを介して揺動
   自在に支持された副カッタヘッドを主カッタヘッドと面
   一状に配置して、揺動アームの揺動により前記切欠き部
   から主カッタヘッドの掘削部外周側に突出自在に構成し
   たことを特徴とするトンネル掘削機の拡幅掘削装置。
2. 【請求項２】掘削機本体の前部に配置したカッタヘッド
   により地山を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削
   機の拡幅掘削装置であって、 掘削機本体の前部に、主カッタヘッドを支持するカッタ
   駆動ドラムを掘削機本体軸心周りに回転自在に配置し、 前記主カッタ軸心から偏心した位置に、掘削機本体軸心
   に平行な揺動軸をカッタ駆動ドラムと主カッタヘッドと
   の間に連結し、 主カッタヘッドの背面側に、前記揺動軸に揺動アームを
   介して揺動自在に支持された副カッタヘッドを配置し
   て、揺動アームの揺動により主カッタヘッドの背面側か
   ら外周側に出退自在に構成したことを特徴とするトンネ
   ル掘削機の拡幅掘削装置。
3. 【請求項３】カッタ駆動ドラムの主カッタヘッドの回転
   駆動力を伝達して副カッタヘッドを駆動する副カッタ駆
   動装置を設けたことを特徴とする請求項１または２記載
   のトンネル掘削機の拡幅掘削装置。