JP2002339694A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、掘削反力を確実に
受け止めることができる一方で装置の大型化を阻止して
掘削効率の向上を図る。 【解決手段】 カッタヘッド１９のスポーク２２の先端
部に油圧ジャッキ３６により支持箱３４を移動自在に支
持し、この支持箱３４にはオーバーカッタ２８を傾斜し
て回動自在に支持し、カッタヘッド１９を支持箱３４の
裏側まで延設して受け部３８を形成することで、オーバ
ーカッタ２８の掘削反力を油圧ジャッキ３６と受け部３
８とに分散して受け止める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、余掘機能を有する
シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどのトン
ネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トンネル掘削機は、円筒形状を
なす掘削機本体の前部に円盤形状をなすカッタヘッドが
回転自在に装着され、このカッタヘッドが駆動装置によ
り駆動回転可能に支持される一方、後部には掘削機本体
を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共
に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエ
レクタ装置が装着されて構成されている。従って、駆動
装置によりカッタヘッドを回転させながらシールドジャ
ッキを伸長させると、既設セグメントからの反力を得て
掘削機本体が前進し、カッタヘッドに取付けられた多数
のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成
することができる。

【０００３】このようなトンネル掘削機において、カー
ブ施工時や掘進方向の修正時などには、オーバーカッタ
やコピーカッタなどの余掘装置を用いてトンネル掘削を
行っている。このような余掘装置を備えたトンネル掘削
機としては、例えば、特開平７−８２９８８号公報に開
示されたものがある。

【０００４】この公報に開示されたシールド掘進機の余
掘装置は、カッタヘッドの外周部に支持体を移動自在に
支持し、この支持体の先端部にローラビットを傾斜状態
で回転自在に支持し、油圧ジャッキの伸張時に支持体を
介してローラビットを外方に突き出し、油圧ジャッキの
収縮時に支持体を介してローラビットを引っ込めるよう
に構成されている。従って、カーブ施工時などの際に
は、カッタヘッドを回転した状態でローラビットを外方
に突き出すことで、シールド本体の径方向に余掘量を大
きくとることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、余掘装置にお
いて油圧ジャッキによりローラビットを外方に突き出し
て余掘作業を行う場合、掘削地盤は岩盤であり、この掘
削作業時には大きな掘削反力がローラビットに作用す
る。ところが、上述した従来のシールド掘進機の余掘装
置にあっては、先端部にローラビットが装着された支持
体を油圧ジャッキが伸縮させる構造であるため、余掘作
業時にローラビットに作用する掘削反力は直接油圧ジャ
ッキに作用する。そのため、この掘削反力により油圧ジ
ャッキが収縮してしまい、十分な余掘量を確保すること
ができずに掘削効率が低下してしまうという問題があ
る。そこで、油圧ジャッキの推力を大きくすることが考
えられるが、これにより油圧ジャッキが大型化して配設
スペースが拡大してしまう。

【０００６】また、余掘作業時には、ローラビットによ
る岩盤掘削で発生した土砂を確実に排出して掘削効率を
向上させる必要がある。通常、ローラビットは岩盤に押
し付けて連れ回りさせながら、この岩盤を掘削（破砕）
するものであり、掘削土砂はローラビットの刃に連れ回
りしながら後方に移動する。上述した従来のシールド掘
進機の余掘装置にあっては、ローラビットの回転方向後
方には支持体が位置しているため、掘削土砂がうまくカ
ッタチャンバに排出されず、ローラビットの周辺に滞留
して掘削性能が低下してしまうという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、掘削反力を確実に受け止めることができる一方
で装置の大型化を阻止して掘削効率の向上を図ったトン
ネル掘削機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘
削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキ
と、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着された
カッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に前方に傾斜
して配設されると共に径方向外方に出没自在に支持され
たオーバーカッタと、該オーバーカッタを出没させる駆
動ジャッキと、前記オーバーカッタの後方に配設されて
該オーバーカッタに作用する掘削反力を受ける受け部と
を具えたことを特徴とするものである。

【０００９】請求項２の発明のトンネル掘削機では、前
記オーバーカッタは支持箱に回動自在に支持され、該支
持箱は前記カッタヘッドに放射状に配設されたカッタス
ポークの先端部に移動自在に支持され、該カッタスポー
ク内に装着された前記駆動ジャッキにより移動自在であ
り、前記受け部は前記支持箱を摺動自在に支持するよう
に前記カッタヘッドに形成されたことを特徴としてい
る。

【００１０】請求項３の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタスポークと前記支持箱との間に楕円嵌合部が設
けられ、該楕円嵌合部にシール部材が介装されたことを
特徴としている。

【００１１】請求項４の発明のトンネル掘削機では、前
記支持箱の両側にスクレーパが装着されたことを特徴と
している。

【００１２】請求項５の発明のトンネル掘削機では、前
記オーバーカッタの後方にチャンバに連通する排土孔が
設けられたことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施形態に係るトンネル
掘削機の概略断面、図２に本実施形態のトンネル掘削機
の正面視、図３に余掘装置の正面視、図４に図３のIV−
IV断面、図５にディスクカッタの突出状態を表す余掘装
置の断面、図６に余掘装置の概略斜視を示す。

【００１５】本実施形態のトンネル掘削機において、図
１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状を
なし、ほぼ同径の前胴１２及び後胴１３が球面軸受１４
を介して屈曲自在に連結されて構成されている。この前
胴１２の前部にはバルクヘッド１５が形成され、このバ
ルクヘッド１５に回転体１６が回転自在に支持され、こ
の回転体１６の後部にはリングギヤ１７が固結される一
方、前部には連結ビーム１８を介してカッタヘッド１９
が装着されている。また、前胴１２には複数の駆動モー
タ２０が装着され、各駆動モータ２０の駆動ギア２１が
リングギア１７に噛み合っている。従って、駆動モータ
２０を駆動して駆動ギア２１を回転駆動すると、リング
ギア１７、回転体１６、連結ビーム１８を介してカッタ
ヘッド１９を回転することができる。

【００１６】このカッタヘッド１９は、中心部から放射
状に６つのスポーク２２が配設されると共に、その間に
面板２３が配設されてなり、各スポーク２２の両側に土
砂取込開口２４が形成されている。そして、この各スポ
ーク２２及び面板２３に多数のカッタビット２５及びデ
ィスクカッタ２６が装着されている。また、カッタヘッ
ド１９の外周部には各スポーク２２に対応して余掘装置
としてのコピーカッタ２７とオーバーカッタ２８がそれ
ぞれ１８０度対向する位置に設けられている。このコピ
ーカッタ２７は軟弱地盤用のものであり、油圧ジャッキ
２９によりカッタヘッド１９の外周部から径方向外方に
出没可能となっている。

【００１７】一方、オーバーカッタ２８は岩盤用のもの
であり、以下に詳説する。図３乃至図６に示すように、
スポーク２２は四角筒形状をなし、先端部に２つの仕切
り壁３０，３１が固定され、この仕切り壁３０，３１の
間に楕円筒形状をなすガイド筒３２が固定されている。
このガイド筒３２には楕円柱形状をなすガイド部材３３
が軸方向移動自在に嵌合しており、このガイド部材３３
の先端部には支持箱３４が連結され、この支持箱３４は
スポーク２２に軸方向移動自在に嵌合している。そし
て、この支持箱３４内にはオーバーカッタ２８がカッタ
ヘッド１９の径方向に沿った軸線Ａに対してほぼ４５度
傾斜した軸線Ｂに沿った支持軸３５により回動自在に支
持されている。一方、スポーク２２内には仕切り壁３０
よりもカッタヘッド１９の中心側に位置して油圧ジャッ
キ３６が配設されており、この油圧ジャッキ３６の駆動
ロッド３７がガイド部材３３に連結されている。

【００１８】また、カッタヘッド１９（スポーク２２の
底板）はオーバーカッタ２８が収納状態（図４に示す状
態）にて支持箱３４の裏側まで延設して受け部３８を構
成しており、支持箱３４とこの受け部３８との間にはナ
イロンブッシュ３９が介装されている。そして、オーバ
ーカッタ２８の回転方向後方には掘削土砂を後述するチ
ャンバ５０に排出する排土孔４０，４１が支持箱３４及
びカッタヘッド１９（スポーク２２の底板）に形成され
て設けられている。

【００１９】更に、ガイド筒３２とガイド部材３３との
嵌合部にシール部材４２が介装されると共に、グリース
が注入され、また、スポーク２２と支持箱３４との嵌合
部にシール部材４３が介装されており、油圧ジャッキ３
６側への掘削土砂の侵入を防止している。そして、支持
箱３４の前面には補強板４４が固定され、支持箱３４の
両側面には複数のスクレーパ４５が取付けられている。

【００２０】また、図１及び図２に示すように、前胴１
２と後胴１３との間には中折ジャッキ４６が架設されて
おり、この中折ジャッキ４６の伸縮動作により掘削機本
体１１の掘進方向を変更することができる。そして、後
胴１３には周方向に沿って複数のシールドジャッキ４７
が周方向に沿って複数並設されており、このシールドジ
ャッキ４７を掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル
内周面に構築された既設セグメントＳに押し付けること
で、その反力により掘削機本体１１を前進することがで
きる。更に、後胴１３の後端部には旋回リング４８が旋
回可能に支持されており、この旋回リング４８にセグメ
ントを組立てるエレクタ装置４９が装着されている。ま
た、カッタヘッド１９と前胴１２のバルクヘッド１５と
の間には掘削土砂を取り込むチャンバ５０が設けられて
おり、掘削機本体１１の配設された図示しない排土装
置、例えば、スクリューコンベヤ、送水管及び排泥管な
どにより外部に排出可能となっている。

【００２１】ここで、上述した実施形態のトンネル掘削
機によるトンネル掘削作業について説明する。

【００２２】図１及び図２に示すように、まず、駆動モ
ータ２０によってカッタヘッド１９を回転させながら、
シールドジャッキ４３を伸長して既設セグメントＳから
掘削反力を得て掘削機本体１１を前進させると、旋回す
るカッタヘッド１９のカッタビット２５及びディスクカ
ッタ２６により前方の地盤を掘削することができる。そ
して、カッタヘッド１９の地盤掘削によって発生する土
砂は土砂取込開口２４からチャンバ５０内に取り込ま
れ、排土装置により外部に排出されると共に、エレクタ
装置４９が既設トンネル内に搬入されたセグメントＳを
リング状に組み付けてトンネルを構築する。

【００２３】このようなトンネル掘削作業において、カ
ーブ施工時や掘進方向の修正時などには、余掘装置を用
いて掘進方向前方の地盤と共に側方の地盤を掘削する。
即ち、掘削地盤が軟弱であれば、カッタヘッド１９の所
定回転角度範囲に油圧ジャッキ２９を伸縮してコピーカ
ッタ２７を出没させることで、カッタヘッド１９の側方
を掘削して掘削機本体１１の進行方向を変更する。ま
た、掘削地盤が硬質な岩盤であれば、カッタヘッド１９
の所定回転角度範囲に油圧ジャッキ３６を伸縮して支持
箱３４を介してオーバーカッタ２８を出没させること
で、カッタヘッド１９の側方を掘削して掘削機本体１１
の進行方向を変更する。

【００２４】このオーバーカッタ２８を用いた余掘作業
では、油圧ジャッキ３６を伸張してオーバーカッタ２８
を岩盤に押し付けて連れ回りさせながら、この岩盤を掘
削（破砕）しており、オーバーカッタ２８に対して掘削
反力が作用する。ところが、オーバーカッタ２８に作用
する掘削反力は、このオーバーカッタ２８を支持する支
持箱３４から少なくとも２つに分散され、油圧ジャッキ
３６と受け部３８（カッタヘッド１９）に作用する。そ
のため、油圧ジャッキ３６に作用する掘削反力は小さい
ものとなってこの油圧ジャッキ３６が収縮することな
く、一方、受け部３８はカッタヘッド１９の一部である
ために変形せずに確実に掘削反力を受け止めることがで
き、適正な余掘量を確保することができる。そのため、
油圧ジャッキ３６を大型化することなくコンパクト化が
図れる。

【００２５】また、オーバーカッタ２８は岩盤に押圧し
て連れ回りさせながら、この岩盤を掘削するため、掘削
土砂は回転するオーバーカッタ２８に連られて後方に移
動する。この場合、オーバーカッタ２８の回転方向後方
には排土孔４０，４１が設けられているため、掘削土砂
はこの排土孔４０，４１を通ってチャンバ５０にスムー
スに排出される。そして、オーバーカッタ２８を岩盤に
押圧して掘削するとき、各スクレーパ４５が掘削面をか
きとって土砂を土砂取込開口２４に導く。そのため、オ
ーバーカッタ２８の周辺に土砂が滞留することはなく、
適正な掘削性能を確保することができる。

【００２６】また、油圧ジャッキ３６の伸縮により支持
箱３４がスポーク２２内を往復摺動してオーバーカッタ
２８が出没するようになっており、その摺動部分から掘
削土砂がスポーク２２の内部に侵入しやすいが、ガイド
筒３２とガイド部材３３との嵌合部にシール部材４２が
介装されてグリースが注入され、スポーク２２と支持箱
３４との嵌合部にシール部材４３が介装されている。そ
のため、二重のシールにより油圧ジャッキ３６側への掘
削土砂の侵入を防止することができ、ガイド筒３２とガ
イド部材３３とは楕円形状をもって嵌合しており、シー
ルが容易となる。なお、スポーク２２と支持箱３４との
嵌合部も楕円の嵌合形状としてもよいが、楕円に限ら
ず、角部がない嵌合であればシール性が向上する。

【００２７】なお、上述した実施形態において、受け部
３８をカッタヘッド１９（スポーク２２の底板）を支持
箱３４の裏側まで延設して構成したが、支持箱３４を掘
削機本体１１の先端部に摺動自在に支持して構成しても
よい。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、掘削
機本体の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、
このカッタヘッドの外周部に前方に傾斜して配設された
オーバーカッタを駆動ジャッキにより径方向外方に出没
自在に支持し、このオーバーカッタの後方にオーバーカ
ッタに作用する掘削反力を受ける受け部を配設したの
で、オーバーカッタに作用する掘削反力は駆動ジャッキ
と受け部に分散して作用するため、掘削反力により駆動
ジャッキが収縮することなく、この掘削反力を確実に受
け止めて適正な余掘量を確保することができ、装置の大
型化を阻止して掘削効率を向上することができる。

【００２９】請求項２の発明のトンネル掘削機によれ
ば、オーバーカッタを支持箱に回動自在に支持し、この
支持箱をカッタヘッドに放射状に配設されたカッタスポ
ークの先端部に移動自在に支持し、このカッタスポーク
内に装着された前記駆動ジャッキにより移動自在とし、
受け部を支持箱を摺動自在に支持するようにカッタヘッ
ドに形成したので、駆動ジャッキにより支持箱を介して
オーバーカッタを適正に出没させることができると共
に、掘削反力を効率よく駆動ジャッキと受け部に分散す
ることができる。

【００３０】請求項３の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタスポークと支持箱との間に楕円嵌合部を設
け、この楕円嵌合部にシール部材を介装したので、角部
がなくなってシールが容易となり、掘削土砂の内部へ侵
入を確実に阻止することができる。

【００３１】請求項４の発明のトンネル掘削機によれ
ば、支持箱の両側にスクレーパを装着したので、オーバ
ーカッタを地盤掘削するとき、スクレーパが掘削面をか
きとって土砂を排出するため、オーバーカッタの周辺に
土砂が滞留することはなく、適正な掘削性能を確保する
ことができる。

【００３２】請求項５の発明のトンネル掘削機によれ
ば、オーバーカッタの後方にチャンバに連通する排土孔
を設けたので、掘削土砂は回転するオーバーカッタに連
られて後方に移動し、排土孔を通ってスムースに排出さ
れることとなり、オーバーカッタの周辺に土砂が滞留す
ることはなく、適正な掘削性能を確保することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の概
略断面図である。

【図２】本実施形態のトンネル掘削機の正面図である。

【図３】余掘装置の正面図である。

【図４】図３のIV−IV断面図である。

【図５】ディスクカッタの突出状態を表す余掘装置の断
面図である。

【図６】余掘装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２ 前胴 １３ 後胴 １９ カッタヘッド ２０ 駆動モータ ２２ スポーク ２８ オーバーカッタ ２９ 油圧ジャッキ ３２ ガイド筒 ３３ ガイド部材 ３４ 支持箱 ３６ 油圧ジャッキ ３８ 受け部 ３９ ナイロンブッシュ ４０，４１ 排土孔 ４５ スクレーパ ５０ チャンバ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体
   を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に
   駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘ
   ッドの外周部に前方に傾斜して配設されると共に径方向
   外方に出没自在に支持されたオーバーカッタと、該オー
   バーカッタを出没させる駆動ジャッキと、前記オーバー
   カッタの後方に配設されて該オーバーカッタに作用する
   掘削反力を受ける受け部とを具えたことを特徴とするト
   ンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記オーバーカッタは支持箱に回動自在に支持さ
   れ、該支持箱は前記カッタヘッドに放射状に配設された
   カッタスポークの先端部に移動自在に支持され、該カッ
   タスポーク内に装着された前記駆動ジャッキにより移動
   自在であり、前記受け部は前記支持箱を摺動自在に支持
   するように前記カッタヘッドに形成されたことを特徴と
   するトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記カッタスポークと前記支持箱との間に楕円嵌合
   部が設けられ、該楕円嵌合部にシール部材が介装された
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記支持箱の両側にスクレーパが装着されたことを
   特徴とするトンネル掘削機。
5. 【請求項５】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記オーバーカッタの後方にチャンバに連通する排
   土孔が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。