JP2579840B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の円形部分が連な
った断面形状をもつトンネルを掘削するための、いわゆ
るマルチフェイスのシールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にシールド掘進機は、土壁の崩壊を
防ぐシールド（楯）と呼ばれる円筒状の筒と、前進のた
めのシールドジャッキ、そしてシールドの前部にあって
地山（切羽）を削るカッターなどを主要部分として構成
されている。

【０００３】近年注目を集めているマルチフェイスのシ
ールド掘進機は、円が二つ以上連なった形の断面をもつ
シールドと複数のカッターとを有するものである。円形
部分の連なった（多連の）トンネルを掘削することがで
きるので、複線の鉄道トンネルや、駅・道路などとなる
広い空間を地下に形成する場合に極めて有効である。

【０００４】マルチフェイスのシールド掘進機について
は、すでに特開昭６２−１７８６９３号や実開平２−１
８５９４号の公報に開示されている。それぞれ、カッタ
ーの形状・配置や駆動方式に特徴があるが、いずれも回
転式のカッターのみを複数そなえており、図７(ａ)・
(ｂ)のような構造を有する。すなわち、たとえば三連式
のシールド掘進機の場合、回転式カッター１０’・２
０’・３０’が前後に位置をずらし（図ではカッター２
０’・３０’がやや後方にある）、掘削範囲の一部を重
複させて掘進機の前面に並列に配備されている。カッタ
ー１０’・２０’・３０’は、それぞれ多数のカッター
ビット１１’・２１’・３１’を有し、駆動装置（図示
せず）によっていずれも回転駆動されるので、この掘進
機の外形（つまりシールド２’の形状）と同様に円が三
つ連なった断面のトンネルが掘削されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図７のような従来のシ
ールド掘進機には、カッター１０’と２０’との間およ
びカッター１０’と３０’との間に掘削範囲の重複する
部分があるが、構成要素としての各カッター１０’・２
０’・３０’は、いずれも３６０°の範囲で回転動作
し、仮に上記重複部分のない各独立なものであってもそ
れぞれ高い掘削能力を有するものである。これは、たと
えば下記イ)・ロ)の観点からみて、従来の掘進機に構造上
のムダがあったことにほかならない。

【０００６】イ) 図７の例で掘削範囲の重複する部分
は、掘進機の最も前方にある中央のカッター１０’が掘
削を受けもつので、左右のカッター２０’・３０’は、
掘削面積すなわち仕事量がカッター１０’よりも少ない
が、それにも拘わらず、カッター２０’・３０’にはカ
ッター１０’とほぼ同等の運動の量（速度および距離）
が必要である。つまりカッター２０’・３０’において
は、仕事量に比較して、駆動装置や軸受・シール装置な
どの機械部品の摩耗が激しいうえ、動力損失の点でも好
ましくない。

【０００７】ロ) カッター２０’・３０’に取り付けて
あるカッタービット２１’・３１’は、全動作時間の何
割かはカッター１０’の後ろにかくれて掘削に寄与しな
い。つまり、ビット３１を多く配備しても、それが有効
に動作する割合が低い。

【０００８】なお、上記のほか、ハ）カッター１０’・
２０’・３０’の各駆動源がいずれもモータ（油圧モー
タまたは電動機）にほぼ限定され、また、ニ）カッター
１０’・２０’・３０’間の接触干渉を避けるため図７
（ｂ）のようにカッター１０’をセンターで支持しなけ
ればならない──ことから、シールド掘進機における各
部のレイアウトの自由度が制限されるという不都合もあ
る。

【０００９】本発明の目的は、カッター間の掘削範囲の
重複を考慮してシールド掘進機を構成することにより、
上記のムダおよび不都合を解消することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のシールド掘進機
は、回転式カッターを備える、上記したいわゆるマルチ
フェイスのシールド掘進機であって、回転式カッターの
掘削する円形部分に対し一部を重複させて外側に突出し
た円形部分を掘削するために、同カッターの側方で掘進
方向には同カッターよりやや後方に、揺動（往復回転）
式のカッターを設け、上記の突出した円形部分の全域を
その揺動式カッターで掘削すべく、前方から見た揺動式
カッターの動作範囲の一部を回転式カッターの動作範囲
の一部と重複させたものである。

【００１１】

【作用】本発明のシールド掘進機では、揺動式のカッタ
ーが、回転式カッターの掘削する円形部分から外側に突
出する円形部分の掘削を受けもつ。この揺動式カッター
は、上記のように動作範囲が回転式カッターのそれと一
部重複しており、回転式カッターが掘削する円形部分と
の間をつないで上記の突出した円形部分の全域を掘削で
きる。ただし揺動式カッターは回転式カッターのやや後
方に設けてあるため、動作範囲が重複するとはいえ回転
式・揺動式の各カッター同士が接触干渉を起こすことは
容易に回避される。揺動式カッターが受けもつ上記の突
出した円形部分のうち回転式カッターの掘削範囲と重複
する部分は、揺動式カッターが掘削するに及ばないの
で、揺動式カッターは、それが仮に半直線状のもの（中
心から一方へ棒状のカッターが延びたもの）であって
も、動作を必要とする範囲は角度にして３６０°より小
さくなる。そして、揺動式カッターがたとえば扇形状で
あれば上記の動作範囲がさらに小さくてよいことになる
など、揺動式カッターが運動する量はその仕事量にみあ
った程度に小さくなり、機械部品の摩耗や動力損失が少
なくなる。必要な動作範囲が小さい場合は、駆動源や駆
動機構を選定しやすいうえ、掘進機内の他の部分（回転
式カッターなど）と干渉しにくい、といった利点もあ
る。なお、揺動式カッターが回転式カッターのやや後方
にあって両形式の各カッター同士が接触干渉を起こしに
くいことから、揺動式カッターの揺動中心は、回転式カ
ッターの回転中心に近づけて回転式カッターの掘削部分
からはみ出ない位置（回転半径の内側）におくことも可
能である。

【００１２】また揺動式カッターは、上記のように直線
状や扇形状など、完全な円よりも小さい面積に形成すれ
ばよいので、これに沿って配備するカッタービットはそ
の数を減らすことができる。その場合にも、揺動式カッ
ターは上記揺動範囲においてほぼ常に掘削に寄与するの
で、その範囲における掘削性能は悪くない。つまり発明
のシールド掘進機は、カッター間の掘削範囲の重複する
部分を考慮し、不必要な装備を省いて余計な運動を費や
さぬよう構成されており、所期の掘削能力を効率的に発
揮するといえる。

【００１３】揺動式カッターは、それ自体の掘削能力は
回転式カッターに比べて高いとはいえないが、本発明の
ように回転式カッターよりやや後方に配備され、回転式
カッターで掘削される主たる円形部分に対し一部重複し
て突出する部分を掘削する場合には、十分な掘削性能を
発揮する。回転式カッターが掘削した円形部分の側方に
連なる、断面積の比較的小さな突出部分は、揺動式カッ
ターでも容易に掘削できるからである。

【００１４】

【実施例】図１および図２に、本発明の実施例であるシ
ールド掘進機１について概要を示す。図１は掘進機１の
正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

【００１５】この掘進機１は、重複し合って三つの円が
連なった断面形状をもつ、いわば三連円のトンネルを掘
削するマルチフェイスのもので、図１のように、前面に
三つのカッター１０・２０・３０が配置され、それらの
輪郭線に沿って三連円の断面をもつ筒状のシールド２が
設けられている。カッター１０・２０・３０は、言うま
でもなく地山を削るもので、それぞれが多数のカッター
ビット１１・２１・３１を備える。また掘進機１は、図
２のように、隔壁４で前部のチャンバ５と仕切られたシ
ールド２の内側後部に、シールドジャッキ３Ａ・３Ｂや
セグメントエレクター８Ａ・８Ｂ、送水管７および排泥
管（図示せず）などを備えている。

【００１６】泥水式である掘進機１においては、カッタ
ー１０・２０・３０にて掘削された土砂が、アジテータ
６Ａ・６Ｂの作用により送水管７からの水とチャンバ５
内で撹拌・混合されたうえ排泥管から排出される。掘削
が進むにつれ、エレクター８Ａ・８Ｂによりトンネルの
内壁面にセグメントａが内張り施工されるが、掘進機１
は、施工したセグメントａの端面にジャッキ３Ａ・３Ｂ
を押し付けることにより推進力を得て、さらにトンネル
の掘削を進める。セグメントａとシールド２との間は、
シールド２の後端部にあるシール材２ａによって塞がれ
ている。

【００１７】トンネルの三連円のうち中央の大径の円形
部分を掘削するカッター１０は、図１のように３６０°
にわたり全面的にカッタービット１１を配されて一定の
向きに連続的に回転する回転式カッターである。図２の
ように、カッター１０は、半径の中間の位置に設けた複
数のサポートビーム１３をはさんで環状のドラム１４と
一体化されており、そのドラム１４が、軸受１５やシー
ル材１６を介し掘進機１の本体に回転自在に組み付けら
れたうえ、ギヤ１７ａを介してモータ１７（駆動装置）
と接続されている。モータ１７が起動されたとき、ドラ
ム１４とともにカッター１０が回転する。

【００１８】この掘進機１の特徴は、回転式カッター１
０の両側にあって三連円のうち外側に突出した比較的小
径の円形部分を掘削するカッター２０・３０として、回
転式でなく揺動式のカッターを配備したことにある。以
下、これらのカッター２０および３０につき、カッター
２０（カッター３０はこれと構造が同じで配置が対称）
に代表させて説明する。

【００１９】カッター２０は、つぎのように構成してい
る。すなわち、まず図１のように、１８０°の扇形の範
囲でシャフト２３から放射状に７本のアームを延ばし、
その前面に複数のカッタービット２１を取り付けた。そ
して図２のとおり、カッター２０は、カッター１０との
接触を避けるようそれよりもやや後方に、カッター１０
と平行に配置し、軸受箱２５にシャフト２３を支持させ
たうえ、そのシャフト２３に設けたブラケット２３ａに
対し油圧シリンダ２７の伸縮端２７ａを連結した。ブラ
ケット２３ａとシリンダ２７の組は、カッター２０につ
いて図１のように一対とした。

【００２０】二つの油圧シリンダ２７を交互に伸縮（一
方を伸ばすとき他方を縮める）させることにより、カッ
ター２０は、図１の実線の位置から右および左（図中の
仮想線参照）へ３０°ずつ揺動する。カッター２０が、
半円状の掘削範囲のほぼ全体をカバーする１８０°の広
さをもち、またその７本のアームの間隔が約３０°であ
ることから、上記した±３０°の揺動によって、受け持
ちの範囲の掘削が十分に行える。

【００２１】カッター２０および３０が揺動式であるた
め、この掘進機１には下記のメリットがある。すなわ
ち、a)カッター１０の掘削範囲と重複する部分にはカッ
ター２０や３０がほとんど動作しないため、カッター２
０・３０に関する各種機械部品の摩耗が少なく、その寿
命が長い。b)カッター２０・３０が円盤状で全面的にカ
ッタービットを有する場合に比べると、取り付けたカッ
タービット２１・３１の数はかなり少ないが、それら
は、カッター１０の後ろにかくれる時間がほとんどない
ため十分な掘削性を発揮する。c)上記の揺動範囲ではカ
ッター２０・３０がカッター１０の回転中心へあまり接
近しないために、前述のとおりカッター１０は、半径の
中間位置に設けた複数のサポートビーム１３によって支
持することができ（図７と同様にセンターで軸支するこ
とも不可能ではない）、したがってカッター１０の中心
部に図２のように送水管７や排泥管などを設けることも
可能となった。d)カッター２０の駆動源として、油圧モ
ータや電動機（これらを使用することもできるが）より
も安価な油圧シリンダ２７を使用できたので、上記のb)
と合わせ、製造コストの面で好ましい。

【００２２】ところで、本発明のシールド掘進機に関し
ては、回転式カッターの台数をはじめ、揺動式カッター
の台数や形状・配置・動作範囲などが異なる各種の実施
態様が考えられる。それらの例を、図３〜図６（いずれ
も各掘進機の正面図）によって以下に説明する。

【００２３】図３の掘進機４０は、掘削範囲が一部重複
する左右二台の回転式カッター４１・４２の各外側（や
や後方）に、揺動式カッター４３および４４を設けたも
のである。カッター４３・４４は、約２４０°の広がり
をもつとともに±３０°程度の範囲で揺動することによ
り、回転式カッター４１・４２が掘削する二つの大きな
円から外側に突出したやや小さな円形断面部分を掘削す
る。したがってこの掘進機４０により、合計四つの大小
の円が横に連なったった断面のトンネルが掘削される。

【００２４】図４の掘進機５０は、上記と同じく左右二
台の回転式カッター５１・５２に対し、揺動式カッター
５３・５４をそれぞれ上・下の側方に突出させて設けた
ものである。そしてこの揺動式カッター５３・５４は、
６０°程度に広がった扇形のもので、揺動範囲は±４５
°ぐらいである。この掘進機５０によっては、大きな水
平の二連円に加えて中間部の上下に小径の円弧部分があ
る断面のトンネルを掘削することができる。

【００２５】図５の掘進機６０は、同じ直径の二つの円
が一部を重複させて左右に連なった断面のトンネルを掘
削するもので、一方の円形部分を掘るために回転式カッ
ター６１を有するとともに、他方の円形部分のために揺
動式カッター６２を備えている。カッター６２が受け持
つ円形部分は直径こそ大きいが、もう一方の円形部分と
の重複が多くて実質の面積が小さいことに基づき、カッ
ター６２を揺動式にしたのである。

【００２６】図６の掘進機７０は、回転式カッター７１
の側方に揺動式カッター７２を配備し、さらにその側方
にも揺動式カッター７３を設けた例である。カッター７
１・７２・７３はこの順に直径が小さくなっているが、
図のような配置は、たとえば地下鉄の駅（ホームの部
分）を掘削する場合に好適である。なお、この例のほか
図１や図３の例に関連して述べれば、駅の部分のみで、
車両の走行部分の片側または両側に、ホームとなるやや
小さな円形断面部分を掘削するためには、揺動式カッタ
ーやそれに続くシールドの一部等を、掘進機に対し着脱
可能に構成するのが最も望ましい。

【００２７】

【発明の効果】本発明のシールド掘進機は、カッター間
の掘削範囲の重複を考慮して不必要な装備を省き、余計
な運動を費やさぬよう構成することにより所期の掘削能
力を効率的に発揮することから、下記の効果をもたら
す。

【００２８】1) 機械部品の摩耗や動力損失が小さくな
る。

【００２９】2) 装備すべきカッタービットの数が少な
くてすむ。

【００３０】3) カッター間の接触干渉を避けることが
容易である。

【００３１】4) 一部のカッター（すなわち揺動式カッ
ター）については、駆動源や駆動機構を自由に選択し、
簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例としてのシールド掘進機１につ
き概要を示す正面図（カッタービットの一部については
図示を省略している。以下も同じ）である。

【図２】図１のＡ−Ａにおける、シールド掘進機１の断
面図である。

【図３】別の実施例のシールド掘進機４０についての概
略正面図である。

【図４】別の実施例のシールド掘進機５０についての概
略正面図である。

【図５】別の実施例のシールド掘進機６０についての概
略正面図である。

【図６】別の実施例のシールド掘進機７０についての概
略正面図である。

【図７】従来のシールド掘進機を示す概要図で、図７
(ａ)は正面図、図７(ｂ)はそのＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１・４０・５０・６０・７０ シールド掘進機 ２ シールド １０・４１・４２・５１・５２・６１・７１ 回転式カ
ッター ２０・３０・４３・４４・５３・５４・６２・７２・７
３ 揺動式カッター １１・２１・３１ カッタービット ２７ 油圧シリンダ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の円形部分が連なった断面形状のト
   ンネルを掘削する、回転式カッターを備えたシールド掘
   進機であって、 回転式カッターの掘削する円形部分に対し一部を重複さ
   せて外側に突出した円形部分を掘削するために、同カッ
   ターの側方で掘進方向には同カッターよりやや後方に、
   揺動式のカッターを設け、上記の突出した円形部分の全域をその揺動式カッターで
   掘削すべく、前方から見た揺動式カッターの動作範囲の
   一部を回転式カッターの動作範囲の一部と重複させた こ
   とを特徴とするシールド掘進機。