JP2003184486A - トンネル掘削機のオーバーカット機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機により曲線トンネルを掘進す
る際に、カッタ板の外周方の地盤に深いオーバーカット
部を掘削形成してトンネル掘削機の向きを掘削すべき曲
線トンネル方向に円滑且つ確実に向けることができるオ
ーバーカット機構を提供する。 【解決手段】 カッタ板１の中空カッタスポーク４内に
ジャッキ６をそのロッド6aを中心方向に向けて配設する
と共にカッタスポーク４の開口外端に向けたジャッキ６
のシリンダ部6bの外底面にカッタビット７を突設し、ロ
ッド6aを伸長させることによりシリンダ部6bをカッタス
ポーク４の内周面に接して摺動させてカッタビット７を
カッタ板１の外周面から大きく突出させるように構成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中にトンネルを
掘削するトンネル掘削機において、回転掘削部の外周方
の地盤を掘削するカッタビットを備えたオーバーカット
機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル掘削機は、そのスキンプレート
の開口前端にカッタ板からなる回転掘削部を配設してこ
の回転掘削部を回転させながらトンネルを掘削するよう
に構成しているが、掘削途中でトンネル掘削機の方向修
正を行う場合や曲線トンネルを掘削する場合において
は、トンネル掘削機をその方向に向ける必要がある。こ
のように、トンネル掘削機の向きを変えるには、通常、
方向修正ジャッキを作動させてスキンプレート全体をそ
れまで掘削したトンネル軸線に対して所定方向に傾動さ
せることにより行っているが、回転掘削部やスキンプレ
ートの外周面はトンネル掘削壁面に接しているために、
方向修正ジャッキを作動させても回転掘削部やスキンプ
レートの前端部の外周面がトンネル掘削壁面に当接して
その向きを変えることが困難となる場合が生じる。

【０００３】そのため、従来から、図８、図９に示すよ
うに、例えば、回転掘削部がセンタシャフト12から円環
形状の外周リング13に向かって複数本のカッタスポーク
14を放射状に配設し、これらのカッタスポーク14の外周
端を外周リング13に固着してなるスポーク形状のカッタ
板からなる場合には、カッタスポーク14を中空に形成し
てその内部にジャッキ16のシリンダ部16b を収納、固定
すると共に該ジャッキ16のロッド16a の先端にカッタス
ポーク14の内周面に摺動自在に接したカッタビット支持
部材20の基端面を一体に連結し、この支持部材20の先端
面にカッタビット17を突設してなるオーバーカット機構
を備えている。

【０００４】そして、トンネル掘削機を推進させて直線
トンネルを掘削する場合には、図９に示すように、ジャ
ッキ16のロッド16a を収縮させてカッタビット支持部材
20をカッタスポーク14の開口端から内方に摺動させるこ
とによりカッタビット17をカッタスポーク14内に収納し
た状態とし、トンネル掘削機の方向修正を行う場合や曲
線トンネルを掘削する場合には、図10に示すようにジャ
ッキ16のロッド16a を伸長させてカッタビット支持部材
20をカッタスポーク14の開口端側に移動させることによ
りカッタビット17をカッタスポーク14の開口端から突出
させ、トンネル掘削機の向きを変えたい側のカッタ板外
周方の地盤をオーバカットしてトンネル掘削機をその方
向に掘進させている。なお、カッタスポーク14には図示
していないが複数本の掘削ビットを突設している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のオーバーカット機構では、カッタスポーク14内の奥
側にジャッキ16を固定してそのロッド16a をカッタスポ
ーク14の外周開口端に向けた状態にし、このロッド16a
の先端に支持部材20を介してカッタビット17を突設して
いるために、支持部材20の先端面が図10に示すようにカ
ッタ板の外周面に達するまでしかジャッキ16のロッド16
a を伸長させることができず、従って、カッタ板から突
出するカッタビット17の長さが短くなって該カッタビッ
ト17により掘削されるオーバカットＢ（図７に示す）の
深さが比較的浅くなり、急曲線トンネルを施工したい場
合にはトンネル掘削機を大きく傾動させて急曲線トンネ
ルの接線方向にその軸心を傾斜させることが困難となる
事態が発生するという問題点がある。

【０００６】なお、カッタビット17の長さを長くすれ
ば、オーバーカットＢの深さを大きくすることができる
が、そうすると、ジャッキ16のロッド16a を支持部材20
がシリンダ部16b の先端面に当接するまで収縮させて
も、カッタビット17の先端部がカッタ板から突出した状
態となるという不都合が生じる。

【０００７】また、カッタビット17には掘削時に剪断方
向の曲げモーメントが作用するために、上記支持部材20
をカッタスポーク14の内周面に摺接させてカッタビット
17に作用する上記曲げモーメントを支持部材20を介して
カッタスポーク14に支持させておく必要があり、さら
に、支持部材20によってカッタスポーク14内に土砂が浸
入するのを防止しておく必要がある。そのため、長いカ
ッタビット17をジャッキ16のロッド16a に直接、装着し
て深いオーバーカットを掘削するように構成することは
できないものである。

【０００８】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とすることろは、上記のようなカ
ッタビットの支持部材の使用を排して長いカッタビット
を回転掘削部の外周面から出没可能にし得ると共に掘削
時にカッタビットに作用する曲げ方向の力を確実に受止
し、且つ土砂の浸入も防止することができるトンネル掘
削機のオーバーカット機構を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のトンネル掘削機のオーバーカット機構は、請
求項１に記載したように、トンネル掘削機の回転掘削部
における径方向に向けて設けている筒体内にジャッキの
ロッドの伸縮により該筒体の開口端から出没するカッタ
ビットを配設してこのカッタビットにより上記回転掘削
部の外周方の地盤を掘削するように構成したオーバーカ
ット機構において、上記ジャッキのロッドを回転掘削部
の中心側に向けてその先端を筒体の内端部に支持させて
いると共にジャッキのシリンダ部を筒体内に摺動自在に
設け、この筒体の開口端側に向けた該シリンダ部の外底
面に上記カッタビットを装着してなる構造としている。

【００１０】上記トンネル掘削機のオーバーカット機構
において、回転掘削部は請求項２に記載したようにスポ
ーク形状または面板形状のカッタ板であり、スポーク形
状の場合には、カッタスポークによって上記筒体を形成
し、面板形状の場合にはこのカッタ板に中心側から外周
に向かう筒体を放射状に設けた構造とする。

【００１１】

【作用】トンネル掘削機を推進させて直線トンネルを掘
削する場合には、ジャッキのロッドを収縮させて該ジャ
ッキのシリンダ部を筒体の内周面に摺接させながら回転
掘削部の中心部側に引き寄せることによりシリンダ部に
突設しているカッタビットを筒体の開口部内に収納し、
この状態にして直線トンネルを掘削する。

【００１２】次に、トンネル掘削機の方向修正を行う場
合や曲線トンネルを掘削する場合には、ジャッキのロッ
ドを伸長させて該ジャッキのシリンダ部を筒体の内周面
に摺接させながら回転掘削部の外径方向に押し進め、シ
リンダ部に突設している上記カッタビットを筒体の開口
端から外方に突出させる。この状態にしてトンネル掘削
機の向きを変えたい側の回転掘削部の外周方の地盤をカ
ッタビットにより掘削し、しかるのち、トンネル掘削機
をその方向に掘進させている。

【００１３】カッタビットにより回転掘削部の外周方の
地盤を掘削する際には、カッタビットは支持部材（台
座）などを採用することなく、ジャッキのシリンダ部を
支持部材として兼用して該シリンダ部を筒体内で回転掘
削部の径方向に摺動させるものであるから、支持部材の
長さに相当する寸法だけ長いカッタビットを筒体内に配
設しておくことができ、従って、構造が簡単で製作費用
も安価となるばかりでなく、カッタビットを回転掘削部
から大きく突出させて深いオーバーカット部を掘削する
ことができ、そのため、トンネル掘削機の向きを大きく
変えることが可能となって急曲線トンネル施工が容易と
なるものである。

【００１４】また、ジャッキのシリンダ部が筒体の内周
面に摺接しているために、掘削時にカッタビットに作用
する曲げモーメント（曲げ力）をこのシリンダ部を介し
て筒体に確実に支持させておくことができると共にシリ
ンダ部によって土砂が筒体内に浸入するのを防止するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の具体的な実施の形態
を図面について説明する。図１はトンネル掘削機の回転
掘削部の一部を断面した正面図であって、回転掘削部と
してはスポーク形状のカッタ板１を示している。このス
ポーク形状のカッタ板１は回転中心軸であるセンタシャ
フト２と、外径が掘削すべきトンネル径と略同径の円環
形状の外周リング３と、内端が上記センタシャフト２の
先端部外周面に固着し、外端が上記外周リング３に固着
したカッタスポーク４を複数本（図においては３本）、
センタシャフト２から径方向に放射状に突設した構造を
有し、カッタスポーク４の前面両側縁部に長さ方向に小
間隔毎に掘削ビット５を前方に向かって突設させてい
る。

【００１６】さらに、上記カッタスポーク４は、断面矩
形状に形成されていると共にその内部を断面円形の中空
孔に形成している筒体であって、その中空内部にカッタ
板１の外周方の地盤を掘削するためのオーバーカット機
構Ａを配設している。なお、上記外周リング３は円弧状
に湾曲した部材の両端面をカッタスポーク４の外端部側
面に固着して円環状に形成してあり、従って、カッタス
ポーク４はその外端を外周リング３から外方に向かって
開口させている。

【００１７】このオーバーカット機構Ａは上記各カッタ
スポーク４内に設けているジャッキ６と、このジャッキ
６の作動によってカッタスポーク４の開口外端から出没
するカッタビット７とから構成している。詳しくは、図
２、図３に示すように、ジャッキ６はそのロッド6aを回
転掘削部であるカッタ板１の中心側、即ち、センタシャ
フト２側に向けてその先端をカッタスポーク４の内端部
内周面に突設しているブラケット８に連結、支持させて
いると共に、ジャッキ６のシリンダ部6bをカッタスポー
ク４の内周面にカッタスポーク４の長さ方向に摺動自在
に摺接させてあり、カッタスポーク４の開口外端側に向
けているこのシリンダ部6bの外底面に上記カッタビット
７の基端を装着、固定してシリンダ部6bから外径方向に
突設させている。

【００１８】さらに、上記各カッタスポーク４は、その
開口外端面から内端側に向かってジャッキ６のシリンダ
部6bの長さに略等しい長さ部分の内径をシリンダ部6bの
外周面を摺接させる小径内周面4aに形成していると共
に、この小径内周面4aからセンタシャフト２までの長さ
部分の内周面4bをシリンダ部6bの外径よりも大径に形成
し、これらの小径内周面4aと大径内周面4bとの連接部に
シリンダ部6bの内端部外周面に装着しているシリンダヘ
ッド6cを当接させてシリンダ部6bがそれ以上、カッタス
ポーク４の開口外端側に向かって移動するのを阻止する
周段面4cを形成している。また、カッタスポーク４にお
ける上記小径内周面4aにはカッタスポーク４内への土砂
の浸入を防止するためのシール材９が装着されている。

【００１９】なお、ジャッキ６は油圧ジャッキであっ
て、センタシャフト２の中心中空部に配管されている圧
油供給、排出管（図示せず）に各カッタスポーク４の内
端部内に配設している油圧ホース10a 、10b の一端を連
結、連通させると共にこれらの油圧ホース10a 、10b の
他端をジャッキ６のロッド6aの先端部両側面に設けてい
る圧油通路口にそれぞれ連結、連通し、ロッド6a内に設
けている通路を通じてシリンダ部6b内のピストン（図示
せず）の両側に圧油を供給、排出するようにしてロッド
6aを伸縮させるように構成している。

【００２０】次に、以上のように構成したトンネル掘削
機のオーバーカット機構Ａの作用を述べる。トンネル掘
削機は公知のように、スキンプレート11の前端に上記カ
ッタ板１を回転自在に配設していると共にスキンプレー
ト11内に設けている回転駆動機構によってカッタ板１を
回転させ、さらに、セグメント等のトンネル覆工に推進
ジャッキの推進反力を受止させるか、或いは、トンネル
掘削壁面に推進反力を受止させながら、掘進するように
構成されている。

【００２１】トンネル掘削機によって図７に示すよう
に、直線トンネル部T1を掘削する場合には、オーバーカ
ット機構Ａのカッタビット７を図５に示すように、筒体
からなるカッタスポーク４内に収納させた状態にしてお
く。カッタビット７をカッタスポーク４内に収納するに
は、ジャッキ６のロッド6aを収縮させてシリンダ部6bを
カッタ板１の中心方向に移動させることによって行われ
る。即ち、ジャッキ６のロッド6aが収縮すると、シリン
ダ部6bがカッタスポーク４の小径内周面4aに摺接しなが
らセンタシャフト２側に引き寄せられ、このシリンダ部
6bの外底面に突設しているカッタビット７がセンタシャ
フト２内に没入するものである。

【００２２】このように、カッタビット７をカッタスポ
ーク４内に収納した状態でカッタ板１を回転させながら
トンネル掘削機を推進させることによって直線トンネル
部T1を掘進する。続いて、この直線トンネル部T1から曲
線トンネル部T2を掘削する場合には、オーバーカット機
構Ａのカッタビット７を図６に示すように、カッタスポ
ーク４の開口外端から外周方に突出させる。このカッタ
ビット７の突出は、ジャッキ６のロッド6aを伸長させて
シリンダ部6bをカッタ板１の外周方向に移動させること
によって行われる。

【００２３】即ち、ジャッキ６のロッド6aを伸長させる
と、該ジャッキ６のシリンダ部6bがカッタビット７の小
径内周面4aに摺接しながらセンタシャフト２内を開口外
端に向かって移動し、シリンダ部6bに突設しているカッ
タビット７がセンタシャフト２の開口外端から外方に突
出するものである。

【００２４】この状態にして、カッタ板１を回転させな
がらトンネル掘削機を掘進させると、カッタビット７に
よってカッタ板１の外周方の地盤が掘削されて図７に示
すようにトンネル掘削機のスキンプレート11の外周方に
オーバーカット部（凹部）Ｂが形成される。そして、ト
ンネル掘削機を掘進しながら方向修正ジャッキ等によっ
て掘削すべき曲線トンネル部T2の方向に向けていくと、
カッタ板１を設けているスキンプレート11の前端部がオ
ーバーカット部Ｂ内に入り込んでカッタ板１が曲線トン
ネル部T2の掘削方向に対面し、曲線トンネル部T2を掘進
していくものである。

【００２５】カッタビット７によって上記オーバーカッ
ト部Ｂを掘削する場合、全てのカッタスポーク４をそれ
ぞれのカッタスポーク４の開口外端から突出させた状態
にしてカッタ板１の外周方に全周に亘って一定深さのオ
ーバーカット部Ｂを掘削、形成してもよいが、カッタ板
１の回転によってトンネル掘削機の向きを変えたい側に
まで移動したカッタビット７のみを該カッタスポーク４
の開口外端から大きく突出させて深いオーバーカット部
Ｂを掘削し、その他のカッタビット７をそれぞれのカッ
タスポーク４内に没入させておくか、カッタスポーク４
からの突出長を短くしておくことが望ましい。

【００２６】このように、掘削すべき曲線トンネル部T2
の湾曲方向に対応したカッタ板１の外周方の地盤にオー
バーカット部Ｂを掘削、形成すると、トンネル掘削機を
その方向に向けながら推進させた時に、オーバーカット
部Ｂと反対側の地盤に対向したトンネル掘削機のスキン
プレート11の前端外周部が該地盤に当接してオーバーカ
ット部Ｂ側に向かって向きが変更する方向に押圧される
ことになり、曲線トンネル部の施工を円滑に行うことが
できる。

【００２７】なお、カッタビット７によるオーバーカッ
ト部Ｂの掘削形成は、曲線トンネル施工時以外において
も例えば、トンネル掘削機を方向修正する場合にも上記
同様にして行われる。また、上記実施の形成としてはト
ンネル掘削機の回転掘削部を形成しているカッタ板１と
して、スポーク形状のカッタ板について説明したが、上
記隣接するカッタスポーク４、４間を面板によって閉止
すると共にカッタスポーク４の両側部に土砂を取り込み
スリットを設けてなる面板形状のカッタ板においても採
用することができる。この場合、カッタスポーク以外の
面板の背面に上記オーバーカット機構Ａを備えた筒体を
固着しておいてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明のトンネル掘削機の
オーバーカット機構によれば、トンネル掘削機の回転掘
削部における外径方向に向けて設けている筒体内に、ジ
ャッキのロッドの伸縮により該筒体の開口端から出没す
るカッタビットを配設してこのカッタビットにより上記
回転掘削部の外周方の地盤を掘削するように構成したオ
ーバーカット機構において、上記ジャッキのロッドを回
転掘削部の中心側に向けてその先端を筒体の内端部に支
持させていると共にジャッキのシリンダ部を筒体内に摺
動自在に設け、この筒体の開口端側に向けた該シリンダ
部の外底面に上記カッタビットを装着してなるものであ
るから、カッタビットを従来のように支持部材に突設す
ることなく、ジャッキのシリンダ部の外底面を筒体の開
口端側に向けてその外底面に直接、該カッタビットを突
設し、回転掘削部の中心側に向けたジャッキのロッドを
伸長させることによって筒体内でシリンダ部を摺動させ
てカッタビットを筒体の開口端から外方に突出させるよ
うに構成しているので、構造が簡単で容易に製作するこ
とができるのは勿論、カッタビットの長さを従来の支持
部材に突設しているカッタビットよりも該支持部材の長
さに相当する寸法だけ長く形成しておくことができる。

【００２９】従って、カッタビットを回転掘削部の外周
面から外方に大きく突出させて深いオーバーカット部を
掘削形成することができ、そのため、トンネル掘削機の
向きをオーバーカット部側に向かって大きく変えること
が可能となってトンネル掘削機の方向修正や曲線トンネ
ル施工が円滑且つ確実に行えると共に急曲線トンネルで
あってもその施工が容易に行うことができるものであ
る。

【００３０】さらに、ジャッキのシリンダ部が筒体の内
周面に摺接しているために、掘削時にカッタビットに作
用する曲げモーメントをこのシリンダ部を介して筒体に
確実に支持させておくことができると共にシリンダ部に
よって土砂が筒体内に浸入するのを防止することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転掘削部であるカッタ板の一部を断面した正
面図、

【図２】そのオーバーカット機構部分の縦断正面図、

【図３】オーバーカット機構部分の縦断側面図、

【図４】その横断面図、

【図５】カッタビットを筒体内に収納した状態の簡略縦
断面図、

【図６】カッタビットを筒体から突出させた状態の簡略
縦断面図、

【図７】トンネルを施工している状態の簡略横断面図、

【図８】従来のオーバーカット機構を備えたカッタ板の
簡略縦断正面図、

【図９】カッタビットをカッタスポーク（筒体）内に収
納した状態の簡略縦断面図、

【図１０】カッタビットをカッタスポークから突出させ
た状態の簡略縦断面図。

【符号の説明】

Ａ オーバーカット機構 １ カッタ板（回転掘削部） ４ カッタスポーク（筒体） ６ ジャッキ 6a ロッド 6b シリンダ部 ７ カッタビット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削機の回転掘削部における径
   方向に向けて設けている筒体内に、ジャッキのロッドの
   伸縮により該筒体の開口端から出没するカッタビットを
   配設してこのカッタビットにより上記回転掘削部の外周
   方の地盤を掘削するように構成したオーバーカット機構
   において、上記ジャッキのロッドを回転掘削部の中心側
   に向けてその先端を筒体の内端部に支持させていると共
   にジャッキのシリンダ部を筒体内に摺動自在に設け、こ
   の筒体の開口端側に向けた該シリンダ部の外底面に上記
   カッタビットを装着していることを特徴とするトンネル
   掘削機のオーバーカット機構。
2. 【請求項２】 回転掘削部はスポーク形状または面板形
   状のカッタ板であることを特徴とする請求項１に記載の
   オーバーカット機構。