JP2018105020A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】カッターヘッドの回転を停止させることなくドレンカッターによってドレン材を切断することができ、地中にドレン材が埋め込まれた地帯において高い作業効率での地山の掘削を可能にするシールド掘進機を提供する。
【解決手段】掘進機本体２と、掘進機本体２の掘削方向前部に設けられて地山を掘削するメインカッター１１及びサブカッター１４と、掘進機本体２の上縁部であって掘削方向から臨んでメインカッター１１及びサブカッター１４と重複しない領域に、メインカッター１１及びサブカッター１４より掘削方向に突出して設けられ、地山に埋め込まれたドレン材Ｄを切断するドレンカッター１９と、を備えるシールド掘進機１。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド工法に用いられるシールド掘進機に関する。

水を含んだ軟弱な地盤を改良する工法として、内部が空洞に形成されたドレン材を地表から下方に延びるように設け、このドレン材を介して地中の水分を地上へ排出する工法が用いられている。このような工法で地盤改良された地山をシールド掘進機で掘進する場合、地中のドレン材をカッタービットで巻き込むと、地表面が崩落する可能性があるため、ドレン材を切断する必要がある。

そこで、ドレン材を切断するためのドレンカッターを備えたシールド掘進機が提唱されている（例えば、特許文献１を参照）。このシールド掘進機では、カッターヘッドよりも掘削方向後方であって、掘削方向から臨んでカッターヘッドと重複する領域に、ドレンカッターが突出または後退可能に設けられている。そして、地山を掘削する際には、カッターヘッドの回転を一旦停止させた後、ドレンカッターをカッターヘッドよりも掘削方向に突出させることにより、ドレン材を切断する。その後、ドレンカッターをカッターヘッドよりも掘削方向後方へ後退させた後、カッターヘッドを回転させることにより、地山の掘削を再開する。

特開２０１１−５２４０３号公報

しかし、従来のシールド掘進機では、前述のように掘削方向から臨んでカッターヘッドと重複する領域にドレンカッターが設けられているため、ドレンカッターをカッターヘッドよりも掘削方向に突出させるためには、カッターヘッドの回転を一旦停止させる必要がある。従って、ドレンカッターでドレン材を切断する作業の間、地山の掘削を中止する必要があるため、作業効率が低下するという問題があった。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、カッターヘッドの回転を停止させることなくドレンカッターによってドレン材を切断することができ、地中にドレン材が埋め込まれた地帯において高い作業効率での地山の掘削を可能にするシールド掘進機を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
地山を掘削しながら前進するシールド掘進機であって、
掘進機本体と、
前記掘進機本体の掘削方向前部に設けられて地山を掘削するカッターと、
前記掘進機本体の上縁部であって掘削方向から臨んで前記カッターと重複しない領域に、前記カッターより掘削方向に突出して設けられ、地山に埋め込まれたドレン材を切断するドレンカッターと、
を備えることを特徴とする。

なお、本発明の一の態様に係るシールド掘進機は、
前記掘進機本体から掘削方向に突出して設けられ、前記ドレンカッターを土砂から保護する保護ルーフを更に備えてもよい。

また、本発明の一の態様に係るシールド掘進機は、
前記保護ルーフは、その掘削方向先端部が、前記掘進機本体の外側から内側に臨んで前記掘進機本体からの突出高さが低くなるように傾斜して形成されていてもよい。

また、本発明の一の態様に係るシールド掘進機は、
前記ドレンカッターが、前記掘進機本体の内部へ格納可能に設けられていてもよい。

また、本発明の一の態様に係るシールド掘進機は、
前記ドレンカッターが、刃物を高周波で振動させる高周波カッターであってもよいし、
前記ドレンカッターが、刃物を超音波で振動させる超音波カッターであってもよい。

本発明の一の態様に係るシールド掘進機によれば、カッターヘッドの回転を停止させることなくドレンカッターによってドレン材を切断することができ、地中にドレン材が埋め込まれた地帯において高い作業効率での地山の掘削が可能となる。

本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機を示す概略縦断面図。 本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機を正面側から見た模式図。 図２におけるドレン切断装置の周辺を拡大した部分拡大図であって、（ａ）はドレンカッターが保護ルーフから突出した状態を示す図、（ｂ）はドレンカッターが保護ルーフの内部に格納された状態を示す図。 ドレン切断装置を示す概略平面図。 第一実施形態に係るシールド掘進機の使用方法を説明するための説明図。 第一実施形態に係るシールド掘進機の変形例を示す概略縦断面図。 ドレン切断装置の変形例を示す概略縦断面図。 本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機を正面側から見た模式図。 本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機を示す概略縦断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第一実施形態に係るシールド掘進機）
まず、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の構成について説明する。図１及び図２は、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機１を示す図であって、図１は概略縦断面図、図２は正面側から見た模式図である。

シールド掘進機１は、図１及び図２に示すように、中空の掘進機本体２と、掘進機本体２の掘削方向前部に設けられたメインカッターユニット３と、正面視で掘進機本体２の四隅それぞれに設けられた４個のサブカッターユニット４と、掘進機本体２の上縁部に設けられた保護ルーフ５と、この保護ルーフ５の内部に格納されたドレン切断装置６と、掘進機本体２の内部に傾斜して延びるスクリューコンベア７と、掘進機本体２の内部における掘削方向後部に設けられたエレクタ８と、掘進機本体２の内周面に沿って設けられた複数のシールドジャッキ９と、を備えている。なお、本発明において「掘削方向」とは、図１に矢印で示すシールド掘進機１の進行方向を意味している。

掘進機本体２は、掘削した地山の壁面を一時的に支持する役割を果たす。この掘進機本体２は、図１及び図２に示すように、断面略矩形の外形を有する筒状の部材である。この掘進機本体２は、その内部における掘削方向前端部から所定距離の位置に、土砂の流入を防止するための隔壁１０を有している。

メインカッターユニット３は、図１に示すように、掘進機本体２の内部であって掘削方向前部に配置されたメインカッター１１（特許請求の範囲に言う「カッター」）と、このメインカッター１１を回転駆動するメインモータ１３と、を有している。

メインカッター１１は、図１及び図２に示すように、断面円形の外形を有するメインカッターヘッド１１１と、このメインカッターヘッド１１１の掘削方向前面から突出するように設けられた複数のメインカッタービット１１２（図２では図示を省略）と、を有している。このように構成されるメインカッター１１は、掘進機本体２の掘削方向前部に配置され、掘削方向に平行する軸周りに回転可能または揺動可能となっている。

サブカッターユニット４は、図１及び図２に示すように、断面円形の外形を有するサブカッター１４（特許請求の範囲に言う「カッター」）と、このサブカッター１４を回転駆動するサブモータ１５と、を有している。

サブカッター１４は、図１及び図２に示すように、断面円形の外形を有するサブカッターヘッド１４１と、このサブカッターヘッド１４１の掘削方向前面から突出するように設けられた複数のサブカッタービット１４２（図２では図示を省略）と、を有している。このように構成されるサブカッター１４は、断面矩形の掘進機本体２の四隅それぞれに配置され、掘削方向に平行する軸周りに回転可能または揺動可能となっている。

保護ルーフ５は、ドレンカッター１９を土砂から保護すると共に、土砂の流れを制御する役割を果たす。この保護ルーフ５は、図１及び図２に示すように、細長い断面形状を有する筐体である。この保護ルーフ５は、掘進機本体２の上縁部であって、掘削方向から臨んでメインカッター１１及びサブカッター１４の何れとも重複しない領域に、掘削方向に延びるように設けられている。より詳細には、保護ルーフ５は、断面略矩形の掘進機本体２の上辺及び上部左右の隅部に相当する範囲に亘って設けられている。そして、この保護ルーフ５の掘削方向前端部は、メインカッターユニット３よりも掘削方向に突出し、掘進機本体２の外側から内側に向かってメインカッターユニット３からの突出長さが徐々に短くなるように傾斜して形成されており、この傾斜角度は略４５°に設定されている。

ドレン切断装置６は、地山に埋め込まれたドレン材を切断する役割を果たす。ここで、図３は、図２におけるドレン切断装置６の周辺を拡大した部分拡大図、図４はドレン切断装置６を示す概略平面図である。ドレン切断装置６は、図３及び図４に示すように、１個の伸縮ジャッキ１７と、伸縮ジャッキ１７に接続されたスライダー１８と、スライダー１８を案内するガイド１２と、スライダー１８に固定された３個のドレンカッター１９と、ドレンカッター１９をそれぞれ支持する３個の軸受ユニット２０（図４では断面を図示）と、を有している。

伸縮ジャッキ１７は、図３及び図４に示すように、中空のシリンダー２１と、油圧等によってシリンダー２１から外部へ突出しまたはシリンダー２１の内部へ没入するように設けられたピストンロッド２２と、を有している。このように構成される伸縮ジャッキ１７は、そのシリンダー２１が保護ルーフ５の内側面に固定して設けられている。

スライダー１８は、保護ルーフ５を形成する材料との間の摩擦係数が比較的小さい材料からなる板状の部材である。このスライダー１８は、図３に示すように、伸縮ジャッキ１７を構成するピストンロッド２２の先端に固定され、保護ルーフ５の内側面に取り付けられたガイド１２に沿って移動可能に設けられている。

ドレンカッター１９は、超音波で振動させた刃物で対象物を切断する、いわゆる超音波カッターである。なお、本明細書における「超音波」とは、高周波の一種であって周波数が略２０ｋＨｚ以上の音波を意味している。このドレンカッター１９は、先端部に装備された刃物１９１と、この刃物１９１を超音波で振動させる振動子（不図示）と、を有している。このように構成される３個のドレンカッター１９は、図４に示すように、所定間隔で互いに平行した状態でその基端部が一体化されている。このように構成される３個のドレンカッター１９は、３個の軸受ユニット２０にそれぞれ挿通されると共に、一体化された基端部がねじ等によりスライダー１８に固定されている。そして、各ドレンカッター１９は、図１に示すように、縦断面視で掘進機本体２の軸方向に延びるように、且つ、図２に示すように、正面視で掘進機本体２の外縁に略平行に延びるように、それぞれ配置されている。なお、各ドレンカッター１９の配置方向は、本実施形態に限定されず任意の方向とすることが可能である。

軸受ユニット２０は、図３及び図４に示すように、挿通穴２３１が形成されたケーシング２３と、挿通穴２３１の内周面に設けられてドレンカッター１９を支持するすべり軸受２４と、ケーシング２３とドレンカッター１９との間の隙間であってすべり軸受２４より掘削方向後方の位置に設けられた止水シール２５と、同じくケーシング２３とドレンカッター１９との間の隙間であってすべり軸受２４より掘削方向前方の位置に設けられたダストシール２６と、を有している。止水シール２５は、保護ルーフ５の内部への水の浸入を阻止する役割を果たす。ダストシール２６は、保護ルーフ５の内部への埃の浸入を阻止する役割を果たす。このように構成される軸受ユニット２０は、そのケーシング２３が保護ルーフ５の内側面に固定されると共に、ケーシング２３の挿通穴２３１に対してドレンカッター１９がそれぞれ挿通される。

このように構成されるドレン切断装置６によれば、図３（ａ）に示すように、伸縮ジャッキ１７を構成するピストンロッド２２がシリンダー２１から外部へ突出すると、ピストンロッド２２に固定されたスライダー１８が掘削方向へスライドすることにより、一体化された３個のドレンカッター１９が掘削方向へそれぞれ変位する。これにより、図１に示すように、ドレンカッター１９の掘削方向先端は、掘削方向に向かって最も前方に位置するメインカッタービット１１２、本実施形態では正面視で高さ方向中央部に位置するメインカッタービット１１２と比較して、突出量Ｌ１だけ掘削方向に突出した状態となる。

一方、図３（ｂ）に示すように、伸縮ジャッキ１７を構成するピストンロッド２２がシリンダー２１の内部へ没入すると、ピストンロッド２２に固定されたスライダー１８が掘削方向と逆方向へスライドすることにより、一体化された３個のドレンカッター１９が掘削方向と逆方向へそれぞれ変位する。これにより、ドレンカッター１９は、その全体が保護ルーフ５の内部に格納された状態となる。

なお、前述のようにドレンカッター１９がすべり軸受２４によって支持されているので、ドレンカッター１９が掘削方向及びその逆方向へ変位する際、滑らかな変位が可能となる。更に、ドレンカッター１９とケーシング２３との間の隙間が止水シール２５及びダストシール２６によって封止されているので、ドレンカッター１９の変位時に土砂中の水分や埃が保護ルーフ５の内部に浸入するのを防止することができる。

そして、このように構成されるドレン切断装置６は、保護ルーフ５の内部に、所定間隔で複数個が設けられている。本実施形態では、図２に示すように、掘進機本体２の上辺に沿って８個のドレン切断装置６が、掘進機本体２の上部左右の隅部に沿って２個ずつのドレン切断装置６が、それぞれ設けられている。なお、ドレン切断装置６の個数や配置位置は、本実施形態に限られず、地山においてドレン材が埋め込まれた地帯の水平方向幅や、地表からドレン材最下端までの深さ等に応じて、適宜設計変更が可能である。

スクリューコンベア７は、メインカッター１１やサブカッター１４によって掘削された土砂を掘削方向後方へ搬送する役割を果たす。このスクリューコンベア７は、図１に示すように、前端部に土砂取り込み口２７１が設けられると共に後端部に土砂排出口２７２が設けられた円筒状のケーシング２７と、ケーシング２３の内部に設けられて軸回りに回転駆動されるスクリュー２８と、を有している。このように構成されるスクリューコンベア７は、掘進機本体２の内部に、掘削方向の前方から下方に向かって斜め上方に傾斜するように配置され、掘進機本体２の隔壁１０の下部に形成された排土口１０１に対し、ケーシング２７の土砂取り込み口２７１が接続されている。このように構成されるスクリューコンベア７によれば、メインカッター１１やサブカッター１４によって掘削された土砂は、排土口１０１を通して土砂取り込み口２７１からケーシング２７の内部に取り込まれ、スクリュー２８によってケーシング２３の後端側へ搬送され、土砂排出口２７２から排出される。そして、この土砂は、不図示の土砂搬送装置により、更に掘削方向後方へ搬送される。なお、本実施形態のスクリューコンベア７以外の公知の排土装置によって、掘削された土砂を掘削方向後方へ搬送してもよい。

エレクタ８は、トンネルの壁面となるセグメントＳを掘進機本体２の内周面に沿って組み立てる役割を果たす。このエレクタ８は、図１に示すように、掘進機本体２によって回転可能に支持された複数のローラ２９と、これら複数のローラ２９によってトンネル周方向に回転可能に支持された回転リング３０と、回転リング３０に固定された支持ブロック３１によってトンネル径方向に移動可能に支持された吊りビーム３２と、吊りビーム３２によってトンネル軸方向に移動可能に支持された把持部３３と、を有している。このように構成されるエレクタ８によれば、把持部３３で把持したセグメントＳをトンネル軸方向、トンネル径方向、トンネル周方向に適宜移動させることにより、掘進機本体２の内周面に沿ってセグメントＳをリング状に組み立てることができる。なお、エレクタ８は本実施形態に限定されず、例えば、トンネル軸周りに回転可能に設けた把持部を、鉛直方向に延びるガイドレール及びそれに直交してトンネル径方向に延びるガイドレールに沿って移動自在に設けることにより、エレクタ８を構成してもよい。

シールドジャッキ９は、組み立てられたセグメントＳから反力を得ることによってシールド掘進機１を掘削方向に前進させる役割を果たす。このシールドジャッキ９は、図１に示すように、中空のシリンダー３４と、油圧等によってシリンダー３４から外部へ突出しまたはシリンダー３４の内部へ没入するように設けられたピストンロッド３５と、を有している。このシールドジャッキ９は、そのシリンダー３４が掘進機本体２に固定して設けられている。このように構成されるシールドジャッキ９によれば、ピストンロッド３５をシリンダー３４から突出させてその先端部で既設のセグメントＳを押圧することにより、セグメントＳから反力を取ることができる。

（シールド掘進機の使用方法）
次に、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機１の使用方法について説明する。シールド掘進機１を使用する作業者は、地山の掘削開始時においてドレン材が埋め込まれていない地帯を掘削する場合、図３（ｂ）に示すように、伸縮ジャッキ１７のピストンロッド２２をシリンダー２１の内部へ没入させることにより、ドレンカッター１９を保護ルーフ５の内部に格納させる。これにより、ドレン材の切断作業を行わない時には、土砂からドレンカッター１９が保護される。

次に、作業者は、図５（ａ）に示すように、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれた地帯にシールド掘進機１が到達する前に、ドレンカッター１９を構成する振動子（不図示）を作動させることにより、刃物１９１を超音波振動させる。そして、シールド掘進機１がドレン材に到達する前に、伸縮ジャッキ１７のピストンロッド２２をシリンダー２１の外部へ突出させることにより、ドレンカッター１９を保護ルーフ５の外部へ突出させる。この時、ドレンカッター１９は、その刃物１９１の全体がメインカッター１１及びサブカッター１４（図１を参照）よりも掘削方向前方に位置するまで、突出した状態となる。

またこの時、ドレンカッター１９を構成する刃物１９１は、その全体が保護ルーフ５よりも掘削方向前方に位置していることが好適である。これは、ドレンカッター１９をドレン材Ｄに貫通させる際には、図５（ｂ）に点線で示すように、ドレン材Ｄが掘削方向へある程度変形する。従って、ドレンカッター１９の突出量が小さく、ドレンカッター１９がドレン材Ｄを貫通する前に保護ルーフ５の掘削方向先端がドレン材Ｄに接触すると、ドレンカッター１９のドレン材Ｄへの貫通が阻害される恐れがあるためである。

なお、本実施形態では、ドレンカッター１９を超音波振動させた後に、当該ドレンカッター１９を保護ルーフ５の外部へ突出させた。しかし、これとは逆に、ドレンカッター１９を保護ルーフ５の外部へ突出させた後に、ドレンカッター１９の刃物１９１を超音波振動させてもよい。

そして、作業者は、ドレンカッター１９を保護ルーフ５の外部へ突出させた状態において、メインカッター１１、サブカッター１４、及びシールドジャッキ９を作動させることにより、シールド掘進機１を掘削方向へ前進させる。そうすると、図５（ａ）に示すように、ドレンカッター１９を構成する刃物１９１の先端がドレン材Ｄに接触した後、図５（ｂ）に示すように、刃物１９１に押圧されたドレン材Ｄが掘削方向前方へ突出するように変形する。そして、その状態から更にシールド掘進機１を前進させると、図５（ｂ）に示すように刃物１９１がドレン材Ｄを貫通することにより、ドレン材Ｄがその位置で切断される。

その後、作業者は、ドレンカッター１９によるドレンの切断作業が完了し、ドレン材Ｄが埋め込まれていない地帯にシールド掘進機１が再び到達すると、前述と同様にして、ドレン切断装置６を再び保護ルーフ５の内部へ格納する。

（作用効果）
本実施形態に係るシールド掘進機１によれば、掘削方向から臨んでメインカッター１１及びサブカッター１４と重複しない領域に、ドレンカッター１９が出没可能に設けられている。従って、ドレン材Ｄの切断作業を行う際に、メインカッター１１やサブカッター１４の回転を一旦停止させることなく、すなわちシールド掘進機１による地山の掘削を中止することなく、ドレンカッター１９を掘削方向に突出させることでドレン材Ｄを切断することができる。従って、地山の掘削作業の作業効率を低下させることなく、ドレン材Ｄの切断作業を行うことができる。

また、本実施形態に係るシールド掘進機１によれば、掘進機本体２の上縁部に掘削方向に延びるようにして、保護ルーフ５が設けられている。従って、図３（ａ）に示すようにドレンカッター１９を突出させた場合にも、ドレンカッター１９の大部分は保護ルーフ５によって上方を覆われているので、ドレンカッター１９を上方から作用する土圧から保護することができる。また、図３（ｂ）に示すようにドレンカッター１９を没入させることによって土中にドレンカッター１９の分の空隙が生じても、その空隙の上方は保護ルーフ５によって覆われるので、空隙上方の土砂が崩落することが防止される。更に、保護ルーフ５の掘削方向前端部が略４５°の角度で傾斜して設けられているので、掘削方向前方の土砂の流れを保護ルーフ５で制御することができる。より詳細には、掘削方向前方の土砂を掘進機本体２の径方向外側から径方向内側に向かって流すことができる。これにより、ドレンカッター１９の掘削方向前方に位置する土砂を、メインカッター１１またはサブカッター１４の側へ案内することにより、地山の確実な掘削が可能となる。

（変形例）
以上、本発明の第一実施形態を詳細に述べたが、本発明の第一実施形態としては以下に示すような変形例も考えられる。

（１） 本実施形態では、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれた地帯にシールド掘進機１が到達する前に、ドレンカッター１９の掘削方向先端部を、掘削方向に向かって最も前方に位置するメインカッタービット１１２よりも突出量Ｌ１だけ掘削方向に突出させた。しかし、シールド掘進機１の掘削方向によっては、この突出量を適宜変更することが好適である。例えば、図６に示すように、シールド掘進機１の掘削方向が水平方向と角度α°を成して斜め上方を向いている場合、掘削方向に向かって最も前方に位置するメインカッタービット１１２は、正面視で高さ方向最下部のメインカッタービット１１２になる。この場合、ドレンカッター１９がドレン材Ｄを切断する前に高さ方向最下部のメインカッタービット１１２がドレン材Ｄを巻き込むと、ドレン材Ｄが引っ張られることによって地表付近の土砂が崩落する恐れがある。従って、高さ方向最下部のメインカッタービット１１２がドレン材Ｄに接触する前にドレンカッター１９がドレン材Ｄを切断するように、ドレンカッター１９のメインカッタービット１１２に対する突出量を、掘削方向が水平方向である場合の突出量Ｌ１より大きい突出量Ｌ２に設定したドレン切断装置６を用いればよい。

（２） 本実施形態では、保護ルーフ５の掘削方向前端部の傾斜角度を略４５°に設定した。これは、掘削対象である土砂の安息角（一定の高さから土砂を落下させた時に自発的に崩れることなく安定を保ち得る限界における、土砂の斜面と水平面とがなす角度）を考慮し、保護ルーフ５で土砂の流れを制御できるように設定した角度である。しかし、この傾斜角度の大きさは、本実施形態に限定されず、掘削対象である土砂の安息角の大きさに応じて任意の大きさとすることができる。また、掘進機本体２の上縁において保護ルーフ５を設ける範囲は、本実施形態に限定されず、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれた地帯の水平方向幅や、地表からドレン材Ｄの最下端までの深さ等に応じて、適宜設計変更が可能である。

（３） 本実施形態では、３個のドレンカッター１９を一体化して１つの伸縮ジャッキ１７によって変位させるように構成した。これによれば、伸縮ジャッキ１７の個数を減らしてコストダウンを図ることができる。しかし、ドレン切断装置６の構成は本実施形態に限定されず、例えばより多くの個数のドレンカッター１９を一体化して１つの伸縮ジャッキ１７で作動させてもよいし、或いはドレンカッター１９ごとに専用の伸縮ジャッキ１７を設けてもよい。

（４） 本実施形態では、伸縮ジャッキ１７によってドレンカッター１９を保護ルーフ５から出没可能に構成することにより、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれていない地帯では、ドレンカッター１９を保護ルーフ５の内部に格納可能とした。しかし、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれている地帯だけを掘削すればよい場合には、図７に示すようにドレンカッター１９を掘進機本体２に移動不能に固定することにより、ドレンカッター１９を保護ルーフ５から掘削方向前方へ常に突出させた状態のまま保持してもよい。

（５） 本実施形態では、ドレンカッター１９としていわゆる超音波カッターを用いた。しかし、ドレンカッター１９としては、例えば、図に詳細は示さないが、超音波以外の高周波で振動させた刃物でドレン材Ｄを切断する高周波カッターや、単純な刃物で物理的にドレン材Ｄを切断するカッターや、加熱した刃物でドレン材Ｄを溶融させることで切断するカッターを使用してもよい。

（第二実施形態に係るシールド掘進機の構成）
次に、本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の構成について説明する。図８及び図９は、本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機５０を示す図であって、図８は正面側から見た模式図、図９は概略縦断面図である。

シールド掘進機５０は、図８及び図９に示すように、中空の掘進機本体５１と、掘進機本体５１の内部における掘削方向前部に設けられたメインカッターユニット５２と、掘進機本体５１の上縁部に設けられた保護ルーフ５３と、この保護ルーフ５３の内部に格納されたドレン切断装置６と、掘進機本体５１の内部に傾斜して延びるスクリューコンベア７と、掘進機本体５１の内部における掘削方向後部に設けられたエレクタ８と、掘進機本体５１の内周面に沿って複数設けられたシールドジャッキ９と、を備えている。なお、スクリューコンベア７、エレクタ８、及びシールドジャッキ９については、第一実施形態に係るシールド掘進機１と同様の構成であるため、第一実施形態と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

掘進機本体５１は、図８及び図９に示すように、断面略円形の外形を有する筒状の部材である。この掘進機本体５１は、その内部における掘削方向前端部から所定距離の位置に、土砂の流入を防止するための隔壁５５を有している。

メインカッターユニット５２は、図８及び図９に示すように、掘進機本体５１の内部であって掘削方向前部に配置されたメインカッター５６（特許請求の範囲に言う「カッター」）と、このメインカッター５６を回転駆動するメインモータ５８と、メインカッター５６から径方向へ出没可能に設けられたコピーカッター５９と、を有している。

メインカッター５６は、図８及び図９に示すように、断面円形の外形を有するメインカッターヘッド６０と、このメインカッターヘッド６０の掘削方向前面から突出するように設けられた複数のメインカッタービット６１（図８では図示を省略）と、を有している。このように構成されるメインカッター５６は、掘進機本体５１の掘削方向前部に配置され、掘削方向に平行する軸周りに回転可能または揺動可能となっている。

メインカッターヘッド６０は、図８に示すように、回転軸５７から放射状に延びる複数の第一カッタースポーク６２と、これら第一カッタースポーク６２の長手方向中間部を互いに連結する円弧状の第一連結部材６３と、この第一連結部材６３における隣接する第一カッタースポーク６２の間の位置から放射状に延びる複数の第二カッタースポーク６４と、これら第一カッタースポーク６２及び第二カッタースポーク６４の先端同士を互いに連結する円弧状の第二連結部材６５と、を備えている。

コピーカッター５９は、シールド掘進機５０がカーブを描いて掘進する時に地山をいわゆる余掘りする役割を果たす。このコピーカッター５９は、メインカッターヘッド６０を構成する第一カッタースポーク６２それぞれの先端部に格納可能に、また第一カッタースポーク６２の外部へ突出可能に設けられている。

保護ルーフ５３は、図８及び図９に示すように、細長い横断面形状を有する筐体である。この保護ルーフ５３は、掘進機本体５１の上縁部であって、掘削方向から臨んでメインカッター５６と重複しない領域に、掘削方向に延びるように設けられている。より詳細には、保護ルーフ５３は、断面略円形の掘進機本体５１の上縁であって、周方向に略１８０°の角度範囲に亘って設けられている。そして、この保護ルーフ５３の掘削方向前端部は、メインカッターユニット５２よりも掘削方向に突出し、掘進機本体５１の外側から内側に向かってメインカッターユニット５２からの突出高さが徐々に低くなるように傾斜して形成されており、この傾斜角度は略４５°に設定されている。

ドレン切断装置６は、図８に示すように、保護ルーフ５３の内部に、所定間隔で複数個が設けられている。なお、ドレン切断装置６の個数や配置位置は、本実施形態に限られず、地山においてドレン材Ｄが埋め込まれた地帯の水平方向幅や、地表からドレン材Ｄの最下端までの深さ等に応じて、適宜設計変更が可能である。ドレン切断装置６を構成する複数のドレンカッター１９は、図９に示すように、縦断面視で掘進機本体５１の軸方向に延びるように、且つ、図８に示すように、正面視で掘進機本体５１の外縁に略平行に延びるように、それぞれ配置されている。なお、各ドレンカッター１９の配置方向は、本実施形態に限定されず任意の方向とすることが可能である。

なお、第二実施形態に係るシールド掘進機５０の使用方法、作用効果、及び変形例については、第一実施形態に係るシールド掘進機１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

１，５０ シールド掘進機
２，５１ 掘進機本体
５，５３ 保護ルーフ
１１，５６ メインカッター（カッター）
１４ サブカッター（カッター）
１９ ドレンカッター
１９１ 刃物
Ｄ ドレン材

Claims (6)

1. 地山を掘削しながら前進するシールド掘進機であって、
   掘進機本体と、
   前記掘進機本体の掘削方向前部に設けられて地山を掘削するカッターと、
   前記掘進機本体の上縁部であって掘削方向から臨んで前記カッターと重複しない領域に、前記カッターより掘削方向に突出して設けられ、地山に埋め込まれたドレン材を切断するドレンカッターと、
   を備えることを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記掘進機本体から掘削方向に突出して設けられ、前記ドレンカッターを土砂から保護する保護ルーフを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記保護ルーフは、その掘削方向前端部が、前記掘進機本体の外側から内側に臨んで前記掘進機本体からの突出長さが短くなるように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
4. 前記ドレンカッターが、前記保護ルーフの内部へ格納可能に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のシールド掘進機。
5. 前記ドレンカッターが、刃物を高周波で振動させる高周波カッターであることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のシールド掘進機。
6. 前記ドレンカッターが、刃物を超音波で振動させる超音波カッターであることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のシールド掘進機。

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