JP2003064988A

JP2003064988A - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP2003064988A
Application number: JP2001259038A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 浩史山田; Junichi Tanaka; 淳一田中; Toshifumi Inoue; 年史井上; Kiyoshi Miya; 清宮; Kenta Matsubara; 健太松原
Original assignee: Obayashi Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル掘削機において、浅深度域や滑落土
質域などであっても適正なトンネル掘削を可能として安
全性の向上を図る。【解決手段】掘削機本体１１の前部に装着されたカッ
タヘッド１７にて、カッタ中心部２０から複数のスポー
ク２１を放射状に連結して第１連結リング２２を連結
し、各スポーク２１にカッタビット２５を固定すると共
に、第１連結リング２２から複数の傾斜スポーク２６を
放射状に連結して第２連結リング２７を連結し、傾斜ス
ポーク２６及び各傾斜スポーク２６にカッタビット２９
を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤を掘削してト
ンネルを構築するシールド掘削機やトンネルボーリング
マシンなどに適用されるトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機において、円筒
形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動モー
タにより駆動回転自在に装着される一方、後部に複数の
シールドジャッキが円周方向に並設されており、このシ
ールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け
反力により掘削機本体を前進することができる。また、
掘削機本体の後部にはエレクタ装置が装着されており、
このエレクタ装置はシールドジャッキによって前進した
掘削機本体と既設セグメントとの間の空所に新しいセグ
メントを装着することで、セグメントをリング状に組み
付けてトンネルを構築することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにシール
ド掘削機では、旋回するカッタヘッドが前方の地盤を掘
削し、掘削土砂をこのカッタヘッド後方のチャンバ内に
取り込んで、スクリューコンベヤなどにより外部に排出
している。この場合、トンネル掘削領域が浅深度域であ
ったり、掘削地盤が礫などを多く含んだ滑落しやすい土
質域であったときには、カッタヘッドが前方の地盤を掘
削したときに、その上方の地盤に滑落や崩落などが発生
し、適正にトンネルを掘削できないばかりでなく、地盤
上方の建築物に悪影響を与えてしまう虞がある。

【０００４】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、浅深度域や滑落土質域などであっても適正なト
ンネル掘削を可能として安全性の向上を図ったトンネル
掘削機並びにトンネル掘削工法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【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、推進可能な掘
削機本体の前部に回転可能なカッタヘッドが装着された
トンネル掘削機において、前記カッタヘッドの外周部を
前方に突出させたことを特徴とすることを特徴とするも
のである。

【０００６】請求項２の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポークの
先端部に第１リングが固定され、該第１リングの外周部
から斜め前方に延出して複数の傾斜スポークが連結さ
れ、該複数の傾斜スポークの先端部に第２リングが固定
され、前記スポーク及び前記傾斜スポークにカッタビッ
トが固定されたことを特徴としている。

【０００７】請求項３の発明のトンネル掘削機では、前
記傾斜スポークは安息角をもって配設されたことを特徴
としている。

【０００８】請求項４の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポークの
先端部に支持リングが固定され、前記スポーク及び該支
持リングの先端部にカッタビットが固定されたことを特
徴としている。

【０００９】

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

【００１０】図１に本発明の第１実施形態に係るトンネ
ル掘削機の概略断面、図２にトンネル掘削機の正面視を
示す。

【００１１】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、前部にはバルクヘッド１２が形成され、このバル
クヘッド１２に軸受１３を介して回転リング１４が回転
自在に支持されている。この回転リング１４の後部には
リングギヤ１５が固結される一方、前部には中間ビーム
１６を介してカッタヘッド１７が連結されている。そし
て、バルクヘッド１２には複数の駆動モータ１８が装着
され、各駆動モータ１８の駆動ギア１９がリングギア１
５に噛み合っている。従って、駆動モータ１８を駆動し
て駆動ギア１９を回転駆動すると、リングギア１５、回
転リング１４、中間ビーム１６を介してカッタヘッド１
７を回転することができる。

【００１２】このカッタヘッド１７は、中心部に対して
外周部が所定量前方に突出して形成されいる。即ち、カ
ッタ中心部２０から複数（本実施形態では、６つ）のス
ポーク２１が放射状に連結され、各スポーク２１の先端
部が第１連結リング２２に連結されている。そして、カ
ッタ中心部２０及び各スポーク２１の前面部に先行ビッ
ト２３，２４が固定され、各スポーク２１の両側にカッ
タビット２５が固定されている。なお、この各スポーク
２１の後面部に中間ビーム１６の先端部が連結されてい
る。

【００１３】また、第１連結リング２２から複数（本実
施形態では、６つ）の傾斜スポーク２６が放射状に連結
され、各傾斜スポーク２６の先端部が第２連結リング２
７に連結されている。この第２連結リング２７は先端部
が第１連結リング２２より所定距離だけ前方に突出した
ものとなっており、第１連結リング２２と第２連結リン
グ２７とを斜めに連結するように傾斜スポーク２６が設
けられている。この場合、傾斜スポーク２６の傾斜角度
θは、ほぼ安息角に設定されている。そして、各傾斜ス
ポーク２６の前面部に先行ビット２８が固定され、各傾
斜スポーク２６の両側にカッタビット２９が固定されて
いる。

【００１４】更に、掘削機本体１１には周方向に沿って
複数のシールドジャッキ３０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３０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。また、掘削機本体１
１の後部には支持ブラケット３１を介して旋回リング３
２が駆動モータ３３により旋回可能に支持されており、
この旋回リング３２にセグメントを組立てるエレクタ装
置３４が装着されている。

【００１５】また、この掘削機本体１１の後端部には既
設セグメントＳの外周面に密着する複数のテールパッキ
ン３５が取付けられており、掘削機本体１１内への泥土
や泥水等の浸入を阻止している。また、掘削機本体１１
内を貫通するようにスクリューコンベヤ３６が配設さ
れ、支持ロッド３７により傾斜状態で保持されており、
先端部がバルクヘッド１２の開口を介してチャンバ３８
に連通しており、カッタヘッド１７が掘削した土砂を外
部に排出できるようになっている。なお、３９は駆動部
本体１７を貫通したロータリジョイントであって、内部
に電気配線や油圧ホース等が収容されている。

【００１６】ここで、上述した本実施形態のトンネル掘
削機による浅深度域や滑落土質域におけるトンネル掘削
作業について説明する。

【００１７】トンネルを掘削形成するには、図１及び図
２に示すように、まず、駆動モータ１８によってカッタ
ヘッド１７を回転させながら、シールドジャッキ３０を
伸長することで、掘削機本体１１は既設セグメントＳか
ら掘削反力を得て前進し、回転するカッタヘッド１７に
より前方の地盤を掘削することができる。この地盤掘削
に伴って発生した土砂はカッタヘッド１７の開口からチ
ャンバ３８に取り込まれ、スクリューコンベヤ３６によ
り外部に排出される。また、エレクタ装置３４は既設ト
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
けていき、トンネルを構築する。

【００１８】このトンネル掘削作業時、カッタヘッド１
７にて、スポーク２１よりも傾斜スポーク２６及び第２
連結リング２７が先行して地盤をリング形状に掘削する
ことで、上方地盤の土砂がチャンバ３８内に直接入り込
むことがなく、上方地盤に混在する大きな礫の滑落や地
盤の崩落などを阻止することができ、後行するカッタヘ
ッド１７のスポーク２１が地盤を掘削することで、合せ
て掘削機本体１１と同断面の円形トンネルを掘削するこ
とができる。

【００１９】次に、複数のシールドジャッキ３０の何れ
か一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳとの間
に空所を形成し、エレクタ装置３４によってこの空所に
新しいセグメントＳを装着し、連結固定する。この作業
の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成して
いく。

【００２０】このように本実施形態のトンネル掘削機に
あっては、掘削機本体１１の前部に装着されたカッタヘ
ッド１７にて、カッタ中心部２０から複数のスポーク２
１を放射状に連結して第１連結リング２２を連結し、各
スポーク２１にカッタビット２５を固定すると共に、第
１連結リング２２から複数の傾斜スポーク２６を放射状
に連結して第２連結リング２７を連結し、傾斜スポーク
２６及び各傾斜スポーク２６にカッタビット２９を固定
している。従って、傾斜スポーク２６及び第２連結リン
グ２７のみが先行して地盤をリング形状に掘削すること
で、土砂がチャンバ３８内に直接入り込むことがなく、
大きな礫の滑落や地盤の崩落などを阻止することができ
ると共に、後行するスポーク２１がリング形状に連続し
て地盤を円形に掘削することで、合せて掘削機本体１１
と同断面の円形トンネルを掘削することができる。

【００２１】また、第２連結リング２７は第１連結リン
グ２２より所定距離だけ前方に突出して傾斜スポーク２
６の傾斜角度θがほぼ安息角に設定されている。従っ
て、傾斜スポーク２６及び第２連結リング２７は前方の
トンネルを効率よく安定して掘削することとなり、浅深
度域や滑落土質域であっても滑落等を確実に防止するこ
とができる。

【００２２】なお、上述の実施形態にて、複数のスポー
ク２１と傾斜スポーク２６とを直線上に配設したが、ず
らして配設してもよい。また、スポーク２１及び傾斜ス
ポーク２６の数は掘削地盤などの掘削条件により適宜設
定すればよい。また、カッタヘッド１７にて、カッタ中
心部２０から各スポーク２１を放射状に連結して第１連
結リング２２に連結し、各傾斜スポーク２６を放射状に
連結さして第２連結リング２７を連結したが、カッタ中
心部２０から各スポーク２１を放射状に延出して直接第
２連結リング２７に連結して構成し、第１連結リング２
２を省略してもよい。

【００２３】図３に本発明の第２実施形態に係るトンネ
ル掘削機の概略断面を示す。なお、前述した実施形態で
説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号
を付して重複する説明は省略する。

【００２４】第２実施形態のトンネル掘削機において、
図３に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１１の前
部にはカッタヘッド４１が回転自在に支持されており、
このカッタヘッド４１は外周部が所定量前方に突出して
形成されいる。即ち、カッタ中心部４２から複数のスポ
ーク４３が放射状に連結され、各スポーク４３の先端部
が連結リング４４に連結されている。この連結リング４
４は先端部が各スポーク４３より所定距離だけ前方に突
出したものとなっている。そして、カッタ中心部４２及
び角スポーク４３の前面部に先行ビット４５が固定さ
れ、各スポーク４３の両側及び連結リング４４の先端部
にカッタビット４６，４７が固定されている。

【００２５】従って、カッタヘッド４１を回転させなが
らシールドジャッキ３０を伸長することで掘削機本体１
１は前進し、カッタヘッド４１により前方の地盤を掘削
することができる。このトンネル掘削作業時、カッタヘ
ッド４１にて、スポーク４３よりも連結リング４４が先
行して地盤をリング形状に掘削することで、上方地盤の
土砂がチャンバ３８内に直接入り込むことがなく、上方
地盤に混在する大きな礫の滑落や地盤の崩落などを阻止
することができ、後行するカッタヘッド４１のスポーク
４３が地盤を掘削することで、合せて掘削機本体１１と
同断面の円形トンネルを掘削することができる。

【００２６】この場合、カッタヘッド４１における連結
リング４４だけが先行して地盤をリング形状に掘削する
ため、掘削抵抗が少なく駆動モータ１８の駆動負荷が少
なくて済み、容易に大きな礫の滑落や地盤の崩落などを
阻止することができる。また、カッタヘッド４１の連結
リング４４だけが従来のものと相違するだけであり、変
更が容易になると共に、前述した１実施形態に比べて構
造を簡素化することができる。

【００２７】なお、上述の実施形態にて、複数のスポー
クを放射状の配設したカッタヘッドを構成したが、面板
により構成してもよい。また、本発明のトンネル掘削機
を土圧式トンネル掘削機として説明したが、泥水式トン
ネル掘削機としてもよく、この場合、スクリューコンベ
ヤに代えて送水管及び排水管等を用いればよい。

【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、推進
可能な掘削機本体の前部に回転可能に装着されたカッタ
ヘッドの外周部を前方に突出させたので、カッタヘッド
の外周部のみが先行して地盤をリング形状に掘削するこ
とで、土砂がチャンバに直接入り込むことがなく、大き
な礫の滑落や地盤の崩落などを阻止することができると
共に、後行するカッタヘッドが連続して地盤を掘削する
ことで、合せて掘削機本体と同断面の円形トンネルを掘
削することができる。

【００２９】請求項２の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポーク
の先端部に第１リングを固定し、第１リングの外周部か
ら斜め前方に延出して複数の傾斜スポークを連結し、複
数の傾斜スポークの先端部に第２リングを固定し、スポ
ーク及び傾斜スポークにカッタビットを固定したので、
傾斜スポーク及び第２連結リングのみが先行して地盤を
リング形状に掘削することで、土砂がチャンバ内に直接
入り込むことがなく、大きな礫の滑落や地盤の崩落など
を阻止することができると共に、後行するスポークがリ
ング形状に連続して地盤を円形に掘削することで、合せ
て掘削機本体と同断面の円形トンネルを掘削することが
できる。

【００３０】請求項３の発明のトンネル掘削機によれ
ば、傾斜スポークを安息角をもって配設したので、傾斜
スポークは前方のトンネルを効率よく安定して掘削する
こととなり、浅深度域や滑落土質域であっても滑落等を
確実に防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、カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポーク
の先端部に支持リングを固定し、スポーク及び支持リン
グの先端部にカッタビットを固定したので、連結リング
だけが先行して地盤をリング形状に掘削するため、掘削
抵抗が少なく駆動モータの駆動負荷が少なくて済み、容
易に大きな礫の滑落や地盤の崩落などを阻止することが
でき、また、連結リングだけが従来のものと相違するだ
けであり、変更が容易になると共に、構造を簡素化する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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】トンネル掘削機の正面図である。

【図３】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の
概略断面図である。

【符号の説明】

１１掘削機本体１７カッタヘッド１８駆動モータ２１スポーク２２第１連結リング２５カッタビット２６傾斜スポーク２７第２連結リング２９カッタビット３０シールドジャッキ３４エレクタ装置４１カッタヘッド４３スポーク４４連結リング４６，４７カッタビット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中淳一兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者井上年史兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者宮清東京都港区港南二丁目15番２号株式会社大林組東京本社内 (72)発明者松原健太東京都港区港南二丁目15番２号株式会社大林組東京本社内Ｆターム(参考） 2D054 AC02 BA03 BB04 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】推進可能な掘削機本体の前部に回転可能
なカッタヘッドが装着されたトンネル掘削機において、
前記カッタヘッドの外周部を前方に突出させたことを特
徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポ
ークの先端部に第１リングが固定され、該第１リングの
外周部から斜め前方に延出して複数の傾斜スポークが連
結され、該複数の傾斜スポークの先端部に第２リングが
固定され、前記スポーク及び前記傾斜スポークにカッタ
ビットが固定されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】請求項２記載のトンネル掘削機におい
て、前記傾斜スポークは安息角をもって配設されたこと
を特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】請求項１記載のトンネル掘削機におい
て、前記カッタヘッドは、放射状に複数配設されたスポ
ークの先端部に支持リングが固定され、前記スポーク及
び該支持リングの先端部にカッタビットが固定されたこ
とを特徴とするトンネル掘削機。