JP2002174093A - 特殊断面シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性が高く、簡単な構造で未切削部を切削
できる特殊断面シールド掘進機を提供する。 【解決手段】 回転カッタ３と掘削範囲が一部重複する
ように揺動カッタ１１を設け、上記揺動カッタ１１の外
周部外側に、隣接する上記回転カッタ３と上記揺動カッ
タ１１との重複部１９の外方両側に位置する未切削部１
７を切削する張出部１８を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転カッタと、そ
の回転カッタと掘削範囲が一部重複するように配置され
た揺動カッタとを備えた特殊断面シールド掘進機に係
り、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複
部の外方両側に位置する未切削部を切削することができ
る特殊断面シールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非円形断面のトンネルを掘削するシール
ド掘進機の一例として、特殊断面シールド掘進機があ
る。

【０００３】特殊断面シールド掘進機は、複数の回転カ
ッタ或いは揺動カッタを有しており、隣接するカッタの
掘削範囲が一部重複するように配置されている。これら
カッタの外周線に沿って土砂が掘削される。

【０００４】ところで、回転カッタ或いは揺動カッタの
組み合わせで土砂を掘削すると、重複部の外方両側に、
回転カッタと揺動カッタのみでは切削できない略三角形
の未切削部が残されてしまう。この未切削部を残したま
までは、セグメントの形状及び組付けが複雑になるため
に、未切削部を直線状或いは曲線状に切削する必要があ
る。

【０００５】そこで、従来の特殊断面シールド掘進機で
は、（１）カッタ後方の未切削部の位置に、直線状に往
復運動する揺動カッタを設けて未切削部を切削するか、
（２）カッタの外周部に出没自在のコピーカッタを設け
て、このコピーカッタの出没をカッタの回転に応じて行
うことによって未切削部を切削するようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
（１）の特殊断面シールド掘進機では、回転カッタ或い
は揺動カッタの他に、直線状に往復運動する揺動カッタ
を設けなければならないので、その設置スペース分機長
が長くなる他、構成部品点数が増加し、製造コスト及び
手間が増加してしまうといった問題があった。

【０００７】また、上述の（２）の特殊断面シールド掘
進機では、コピーカッタの突出量が大きくなるため、コ
ピーカッタが長細くなり、その長細いコピーカッタに土
圧がかかるので、その耐久性が悪くなってしまうといっ
た問題があった。

【０００８】そこで、本発明は上記問題を解決するため
に案出されたものであって、その目的は、耐久性が高
く、簡単な構造で未切削部を切削できる特殊断面シール
ド掘進機を提供することにある。

【０００９】

【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の発明は、回転カッタと掘削範囲が一部重
複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周
部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタと
の重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出
部を設けたものである。

【００１０】上記構成によれば、揺動カッタの外周部外
側に張出部を設けたことによって、その張出部が揺動範
囲のストローク端部位置までしか移動せず、非円形断面
である未切削部を切削することができる。また、張出部
は、移動機構等を必要とせず、簡単な構造であるので、
製造コスト及び手間の増加を抑えることができると共
に、耐久性の向上が図れる。さらに、張出部は揺動カッ
タと同等の厚さで形成できるので、特殊断面シールド掘
進機の機長が長くなることもない。

【００１１】請求項２の発明は、上記揺動カッタを上記
回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転
カッタの回転軸と干渉する部分から所定長さ周方向に広
がる切欠部を形成し、上記揺動カッタの外周部で上記切
欠部の両端部分に上記未切削部を切削する張出部をそれ
ぞれ設け、上記揺動カッタが上記回転カッタの回転軸と
干渉しない範囲で揺動するものである。

【００１２】請求項３の発明は、隣接する上記回転カッ
タと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未
切削部のうち一方の未切削部を切削する第１張出部と、
他方の未切削部を切削する第２張出部とを一体で、上記
揺動カッタの外周部外側に設けたものである。

【００１３】請求項４の発明は、上記揺動カッタを上記
回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転
カッタの回転軸と干渉する部分から周方向に所定長さ円
弧状に延びる長穴を形成し、その長穴の略中央部の径方
向外側に位置する外周部外側に、上記回転カッタと上記
揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部の
うち一方の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未
切削部を切削する第２張出部とを一体で設けたものであ
る。

【００１４】請求項５の発明は、上記張出部に、掘削ラ
インの外側に出没する余掘装置を当該張出部の外周線に
沿って設けたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明に係る特殊断面シールド掘進
機の第一の実施の形態を示した正面図、図２は本発明に
係る特殊断面シールド掘進機の第一の実施の形態を示し
た平面図である。

【００１７】なお、本実施の形態においては、面盤状の
カッタヘッドを有する特殊断面シールド掘進機を例に挙
げて説明する。

【００１８】まず、係る特殊断面シールド掘進機の構成
を説明する。

【００１９】図２に示すように、本実施の形態に係る特
殊断面シールド掘進機１は、バルクヘッド２の前方先端
に、メインカッタとなる回転カッタ３が設けられてい
る。回転カッタ３は、回転軸４に支持された円形の面盤
５の表面に複数のカッタビット６を設けたカッタヘッド
７を有している。

【００２０】バルクヘッド２の後方には、回転軸４を回
転させる駆動モータ８が設けられている。回転カッタ３
の外周面には、径方向外側に出没するコピーカッタ９が
設けられている。

【００２１】バルクヘッド２の前方で、回転カッタ３の
後方には、サブカッタとなる揺動カッタ１１が設けられ
ている。揺動カッタ１１は、回転軸１２に支持された一
部が切り欠かれた面盤１４の表面に複数のカッタビット
６を設けたカッタヘッド１５を有している。なお、図中
１３は、回転軸１２を回転させる駆動モータを示す。

【００２２】図１に示すように、本実施の形態では、回
転カッタ３の面盤５と揺動カッタ１１の面盤１４とは、
同等の径を有しており、水平方向に偏平した断面長円状
のトンネルを掘削するようになっている。

【００２３】回転カッタ３の回転軸４と揺動カッタ１１
の回転軸１２との水平距離は、各面盤５，１４の半径よ
りも狭くなっており、揺動カッタ１１の面盤１４が回転
カッタ３の回転軸４に干渉することとなる。

【００２４】そのため、揺動カッタ１１の面盤１４に
は、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４との干渉
を防止するために切欠部１６が形成されている。切欠部
１６は、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４とが
干渉する部分、すなわち回転軸４の位置から、面盤１４
の周方向上下両側に、所定長さを有して広がって形成さ
れている。切欠部１６の両端は、面盤１４の径方向に沿
って形成されており、切欠部１６は、略扇形形状となっ
ている。

【００２５】揺動カッタ１１の外周部で、切欠部１６の
両端部分には、後述する未切削部１７を切削する張出部
１８が設けられている。

【００２６】未切削部１７は、隣接する回転カッタ３と
揺動カッタ１１との重複部１９の外方両側に位置した略
三角形状の部分を示す。具体的には、回転カッタ３の面
盤５と揺動カッタ１１の面盤１４とを互いに接線で結ん
で、その接線と各面盤５，１４の外周線とで囲まれた部
分が、回転カッタ３と揺動カッタ１１とでは切削できな
い未切削部１７となる。

【００２７】張出部１８は、上記未切削部１７と同等の
形状に形成されており、未切削部１７の上記接線の部分
に相当する張出部１８の外側端部２０が直線状に形成さ
れている。張出部１８は、揺動カッタ１１が揺動範囲の
ストローク端部に位置するときに、未切削部１７に相当
する部分に位置するように形成されている。

【００２８】張出部１８の前面には複数のカッタビット
６が配設されている。

【００２９】なお、本実施の形態では、張出部１８の外
側端部２０が直線状に形成されているが、これに限られ
るものではない。張出部１８の外側端部２０を求められ
る形状、例えば曲線状に形成すれば、その形状に合わせ
て切削することができる。

【００３０】張出部１８には、掘削外周ラインの外側に
出没する余掘装置２１が設けられている。余掘装置２１
は張出部１８の外側端部２０の外周線に沿って設けられ
ている。余掘装置２１の張出部１８の先端側位置は、そ
の先端から所定の距離をあけて形成されている。これ
は、張出部１８の先端側の余掘は、回転カッタ３のコピ
ーカッタ９によって行われるためである。

【００３１】余掘装置２１は、図３に示すように、その
先端の出没部分２２にカッタビット２３が複数配設され
たカッタブロック２４を有している。カッタブロック２
４は、張出部１８に設けられた軸受けシール部２５にス
ライド自在に支持されており、張出部１８の内部には、
カッタブロック２４を出没させるための伸縮ジャッキ２
６が設けられている。

【００３２】カッタブロック２４を出没させる機構は、
上述のものに限られるものではなく、例えば、図４や図
５に示すような機構であってもよい。

【００３３】図４に示す出没機構は、張出部１８の内部
に平行リンク２７と伸縮ジャッキ２８とが設けられてお
り、カッタブロック２９を出没自在に支持するようにな
っている。なお、カッタブロック２９の軸受けシール部
２５は、紙面表裏方向両側に設けられている。

【００３４】図５に示す出没機構は、カッタブロック３
１が断面扇形形状に形成されており、その中心部がピン
３２により軸支されている。この軸部分は、張出部１８
の内部に収容されている。張出部１８の内部には、カッ
タブロック３１を回動させて出没させるための伸縮ジャ
ッキ３３が設けられている。なお、カッタブロック３１
の軸受けシール部２５は、紙面表裏方向両側に設けられ
ている。

【００３５】揺動カッタ１１の円周部分には、径方向外
側に出没自在のコピーカッタ１０が設けられている。コ
ピーカッタ１０は、揺動カッタ１１の揺動ストロークよ
りも小さい角度の間隔で複数設けられている。

【００３６】次に上記構成に係る特殊断面シールド掘進
機１の動作状態を説明しながら、その作用を説明する。

【００３７】本実施の形態では、回転カッタ３を回転さ
せて円形に土砂を掘削しつつ、その後方で、揺動カッタ
１１を揺動させて回転カッタ３の側部を掘削するように
なっている。これによって、回転カッタ３でトンネルの
多くの断面積を掘削することができるので、掘削効率が
高くなると共に、掘削土砂を効率よく撹拌でき、その土
砂の排出を円滑に行うことができる。

【００３８】このとき、揺動カッタ１１は、図１の
（ａ）と（ｂ）の範囲で揺動する。図１（ａ）では、揺
動カッタ１１が上方でのストローク端部に位置した状態
を表しており、上側の張出部１８が、上側の未切削部１
７に位置してその部分を切削するようになっている。ま
た、図１（ｂ）では、揺動カッタ１１が下方でのストロ
ーク端部に位置した状態を表しており、下側の張出部１
８が、下側の未切削部１７に位置してその部分を切削す
るようになっている。

【００３９】このように、張出部１８は、揺動カッタ１
１の揺動範囲のストローク端部位置までしか移動しない
ので、そのストローク端部に位置した非円形断面である
未切削部１７を切削することができる。

【００４０】また、揺動カッタ１１の外周部外側に張出
部１８を設けたことによって、揺動カッタ１１を揺動さ
せるだけで、未切削部１７を切削することができる。

【００４１】さらに、張出部１８は、揺動カッタ１１に
設けられているため、従来のように、未切削部１７を切
削するための別個の移動機構等を必要とせず、特殊断面
シールド掘進機１の構造を複雑化することはない。よっ
て、製造コスト及び手間の増加を抑えることができると
共に、耐久性の向上が図れる。また、張出部１８は揺動
カッタ１１と同等の厚さで形成できるので、特殊断面シ
ールド掘進機１の機長が長くなることもない。

【００４２】トンネルのカーブ施工を行う際には、余掘
装置２１を張出部１８から突出させると共に、コピーカ
ッタ９，１０を突出させる。回転カッタ３の周囲では、
コピーカッタ９が回転することによって余掘りを行う。
未切削部１７では、張出部１８の切削と共に、余掘装置
２１が揺動してストローク端部で余掘りを行う。揺動カ
ッタ１１の周囲では、揺動ストロークに合わせて複数設
けられたコピーカッタ１０が揺動することによって余掘
りを行う。

【００４３】未切削部１７の余掘りは、従来では未切削
部１７の切削と同様に、コピーカッタを突出させて行っ
ていたため、コピーカッタの突出量が大きくなる。その
ため、コピーカッタが長細くなり、その長細いコピーカ
ッタに土圧がかかるので、その耐久性が悪くなってしま
うといった問題があったが、本発明では、張出部１８の
外周線に沿って余掘装置２１を設けたことによって、そ
のカッタブロック２４の突出距離を短くすることができ
るので、耐久性の高い余掘装置２１とすることができ
る。

【００４４】図６は本発明に係る特殊断面シールド掘進
機の第二の実施の形態を示した正面図である。

【００４５】本実施の形態の特殊断面シールド掘進機３
５は、揺動カッタ３６に、回転カッタ３の回転軸４と干
渉する部分から周方向に所定長さ円弧状に延びる長穴３
７が形成されている。

【００４６】すなわち、図１の特殊断面シールド掘進機
１が、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４と揺動
カッタ１１との干渉を防止するために、揺動カッタ１１
に切欠部１６を形成しているのに対して、特殊断面シー
ルド掘進機３５は、切欠部１６の代わりに、揺動カッタ
３６に、回転カッタ３の回転軸４が貫通する長穴３７が
形成されている。

【００４７】長穴３７の長手方向（周方向）の中央部の
径方向外側に位置する外周部外側には、張出部４１が設
けられている。張出部４１は、回転カッタ３と揺動カッ
タ３６との重複部の外方両側に位置する未切削部１７の
うち一方の未切削部１７を切削する第１張出部３８と、
他方の未切削部１７を切削する第２張出部３９とを一体
で形成して構成されている。

【００４８】張出部４１の前面には、複数のカッタビッ
ト４３が配設されている。

【００４９】本実施の形態の特殊断面シールド掘進機３
５によれば、回転カッタ３の回転軸４と揺動カッタ３６
との干渉を防止するために、揺動カッタ３６に長穴３７
を形成したことによって、その外周を連続した状態にす
ることができる。これによって、第１張出部３８と第２
張出部３９とを一体にした張出部４１を形成することが
でき、揺動カッタ３６の揺動ストロークを大きくするこ
とができる。よって、掘削効率が向上して、円滑でより
スピードの早いトンネル施工を行うことができる。

【００５０】図７は本発明に係る特殊断面シールド掘進
機の第三の実施の形態を示した概略正面図である。

【００５１】本実施の形態の特殊断面シールド掘進機４
５では、メインカッタとなる回転カッタ３と比較して、
サブカッタとなる揺動カッタ４６が小径に形成されてお
り、全体で断面たまご形のトンネルを掘削するものであ
る。

【００５２】ここでは、揺動カッタ４６の外周部外側に
設けられる張出部４７が、回転カッタ３の回転軸４に干
渉するため、二つに分割されて設けられている。また、
揺動カッタ４６には、切欠部４８が設けられているが、
これは軽量化のためであって、設けられない場合もあ
る。

【００５３】図８は本発明に係る特殊断面シールド掘進
機の第四の実施の形態を示した概略正面図である。

【００５４】本実施の形態の特殊断面シールド掘進機５
１では、メインカッタとなる回転カッタ３の両側に、サ
ブカッタとなる小径の揺動カッタ５２がそれぞれ設けら
れている。

【００５５】ここでは、揺動カッタ５２及び揺動カッタ
５２に設けられる張出部５３と、回転カッタ３の回転軸
４とは互いに干渉しないので、張出部５３が、重複部５
４の外方両側に位置する未切削部１７のうち一方の未切
削部１７を切削する第１張出部５５と、他方の未切削部
１７を切削する第２張出部５６とを一体で形成されてい
る。この張出部５３は、その外側端部５７が曲線状に形
成されたものである。

【００５６】図９は本発明に係る特殊断面シールド掘進
機の第五の実施の形態を示した概略正面図である。

【００５７】本実施の形態の特殊断面シールド掘進機５
９では、メインカッタとなる回転カッタ３の両側に、サ
ブカッタとなる小径の揺動カッタ６１が９０°ピッチ
で、４箇所にそれぞれ設けられている。

【００５８】揺動カッタ６１には、図８の揺動カッタ５
２と同様に、一方の未切削部１７を切削する第１張出部
６２と、他方の未切削部１７を切削する第２張出部６３
とを一体とした張出部６４が設けられている。これによ
って、特殊断面シールド掘進機５９は、全体として、コ
ーナが丸まった断面略正方形のトンネルを掘削するもの
である。

【００５９】以上、本発明の特殊断面シールド掘進機の
複数の実施の形態を示したが、本発明は、さらに他の形
態でも適用できるのは、勿論である。

【００６０】また、上記実施の形態では、回転カッタ３
及び揺動カッタ１１が面盤式のものを例にあげて説明し
たが、これに限られるものではない。本発明は、例えば
スポーク式のカッタにも適用できるのは勿論である。

【００６１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、揺動カッ
タの外周部外側に張出部を設けたことによって、その張
出部が揺動範囲のストローク端部位置までしか移動せ
ず、非円形断面である未切削部を切削することができる
といった優れた効果を発揮する。また、張出部は、移動
機構等を必要とせず、簡単な構造であるので、製造コス
ト及び手間の増加を抑えることができると共に、耐久性
の向上が図れる。さらに、張出部は揺動カッタと同等の
厚さで形成できるので、特殊断面シールド掘進機の機長
が長くなることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第一の
実施の形態を示した正面図である。

【図２】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第一の
実施の形態を示した平面図である。

【図３】余掘装置を示した断面図である。

【図４】余掘装置を示した断面図である。

【図５】余掘装置を示した断面図である。

【図６】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第二の
実施の形態を示した概略正面図である。

【図７】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第三の
実施の形態を示した概略正面図である。

【図８】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第四の
実施の形態を示した概略正面図である。

【図９】本発明に係る特殊断面シールド掘進機の第五の
実施の形態を示した概略正面図である。

【符号の説明】

１ 特殊断面シールド掘進機 ３ 回転カッタ ４ 回転軸 １１ 揺動カッタ １６ 切欠部 １７ 未切削部 １８ 張出部 １９ 重複部 ２１ 余掘装置 ３５ 特殊断面シールド掘進機 ３６ 揺動カッタ ３７ 長穴 ３８ 第１張出部 ３９ 第２張出部 ４１ 張出部 ４５ 特殊断面シールド掘進機 ４６ 揺動カッタ ４７ 張出部 ４８ 切欠部 ５１ 特殊断面シールド掘進機 ５２ 揺動カッタ ５３ 張出部 ５４ 重複部 ５５ 第１張出部 ５６ 第２張出部 ５９ 特殊断面シールド掘進機 ６１ 揺動カッタ ６２ 第１張出部 ６３ 第２張出部 ６４ 張出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能手 晴雄 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA05 AB00 AC01 BA03 BA20 BA25

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転カッタと掘削範囲が一部重複するよ
   うに揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側
   に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複
   部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設
   けたことを特徴とする特殊断面シールド掘進機。
2. 【請求項２】 上記揺動カッタを上記回転カッタの後方
   に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と
   干渉する部分から所定長さ周方向に広がる切欠部を形成
   し、上記揺動カッタの外周部で上記切欠部の両端部分に
   上記未切削部を切削する張出部をそれぞれ設け、上記揺
   動カッタが上記回転カッタの回転軸と干渉しない範囲で
   揺動する請求項１記載の特殊断面シールド掘進機。
3. 【請求項３】 隣接する上記回転カッタと上記揺動カッ
   タとの重複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方
   の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を
   切削する第２張出部とを一体で、上記揺動カッタの外周
   部外側に設けた請求項１記載の特殊断面シールド掘進
   機。
4. 【請求項４】 上記揺動カッタを上記回転カッタの後方
   に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と
   干渉する部分から周方向に所定長さ円弧状に延びる長穴
   を形成し、その長穴の略中央部の径方向外側に位置する
   外周部外側に、上記回転カッタと上記揺動カッタとの重
   複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方の未切削
   部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を切削する
   第２張出部とを一体で設けた請求項１記載の特殊断面シ
   ールド掘進機。
5. 【請求項５】 上記張出部に、掘削ラインの外側に出没
   する余掘装置を当該張出部の外周線に沿って設けた請求
   項１から４いずれかに記載の特殊断面シールド掘進機。