JP2640849B2

JP2640849B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP2640849B2
Application number: JP33024288A
Authority: JP
Inventors: 博美萩本; 勉富沢; 毅一本間
Original assignee: DAIHO KENSETSU KK
Current assignee: DAIHO KENSETSU KK
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH02176095A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は複数の地下鉄道路などを地中に構築する場合
等に用いられる多連形のトンネル掘削機に関する。

（従来の技術）従来、１台のシールド機による一の掘削工事によっ
て、複数の地下鉄道路のような地中構造物の構築に適し
た特有の断面形状を有する横坑を掘削して形成するトン
ネル掘削機は、例えば第３図（ａ），（ｂ）に示される
ように、中央にセンターシャフト31を有する２基の回転
カッタ30a,30bが、前面に夫々多数のビット32a,32bを有
する略十字状のスポーク33a,33bを備えていた。そし
て、前記センターシャフト31は軸受兼シール34を介して
隔壁35に取付けられ、駆動装置36により各回転カッッタ
30a,30bが回転するとき、相互に接触しないようにスポ
ーク33a,33bを歯車の歯のように噛み合いの関係に配置
していた。

（発明が解決しようとする課題）しかし、トンネルの切削断面が大きくなると、掘削ビ
ット32a,32bの数量を多くしなければならないと共に、
カッタスポーク33a,33bの数も多くしなければならなか
った。また、隣接する円のカッタスポーク33a,33bが歯
車のように噛み合う関係上、多数のカッタスポーク33a,
33bが回転する場合、衝突しないように円を遠ざけるこ
とにより、隣接する円の中心が近い多連形トンネルを構
築するのが困難になるという問題があった。

更に、掘削ビット32a,32bは、外周になるほど切削長
が増えて摩耗量が大きくなったり、大口径掘削機の低回
転に伴う攪拌作用の低下等、多くの問題があった。

尚、図示及び詳細な説明を省略するが、多連形トンネ
ル掘削機においてカッタスポークが同一平面にある場
合、衝突の起こらない運動をさせる同期制御は機械的に
も電気的にも既に実用化されている。

この発明は斯る課題を解決するためになされたもの
で、その目的とするとこは、カッタスポークの数を多く
することなく、又巨大なカッタスポークも不要の上、掘
削ビットの摩耗を均等にかつ少なくすることのできるト
ンネル掘削機を提供することにある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明は、回転カッタを
有する複数の円がその一部を共有する形状の掘削断面を
得るトンネル掘削機において、各円の外径より小さい１
又は複数個の回転カッタを、隣接する回転カッタと接触
せずに各円内を自転かつ公転可能に配置したことを特徴
とする。

（作用）前記構成により、本発明によれば、回転カッタは自転
しながら公転を行い掘削断面全体を互いに接触すること
なく円滑な掘削を行うことができる。

しかも、各回転カッタは外径が各円よりも小さくなっ
ているので、カッタスポークに加わる力も少なくなり、
このためカッタスポークの大きさを小さくすることが可
能となる。また、回転カッタは前に述べたように、自転
かつ公転を行いながら掘削を行うので、回転カッタに設
けられた個々のビットが平均的な掘削面積を掘ることに
なり、ビットの摩耗が均一化されるという利点を有す
る。

（第１実施例）第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）には本発明に係るトン
ネル掘削機の全体構成が示されており、本実施例の二連
形トンネル掘削機１は、カッタが同一平面にある場合、
衝突の生じないように運動する２基のカッタ群2,42から
成る。

すなわち、前記各カッタ群2,42は、夫々その配列が遊
星歯車列に類似し、各カッタは実際に噛み合って回転す
るものではないが、中心に自転可能に配置された太陽カ
ッタ3,43と、その同一径線上に配置され自転しながら太
陽カッタ3,43の周りを公転する２つの遊星カッタ4a,4
b、44a,44bを有している。

図中11は、例えば鋼板から成るシールド外筒で、同径
の２つの円をそれらの中心間の距離がその円の半径より
も大きいが、直径よりも小さくなるようにして横に並べ
た場合、前記２つの円の外周縁が形成するいわゆるまゆ
形、あるいはダルマ形状をなしている。また、13はこの
シールド外筒11の前端側に形成される切羽泥土室であ
り、2,42は前述したように、外筒11の断面外形を形成す
る２つの円の中心を回転中心とする２基の回転カッタ群
で、これらの回転カッタ群2,42は１つの太陽カッタ3,43
と２つの遊星カッタ4a,4b、44a,44bを有しているここで、前記２基のカッタ群2,42はその構成が全く同
一であるので、以下、一方のカッタ群２の構成について
説明することとする。

前記遊星カッタ4a,4bは、夫々中央にシャフト5a,5bを
備え、このシャフト5a,5bはシール兼軸受6a,6bを介して
後述する回転隔壁15に取付けられ、かつ略十字状のカッ
タスポーク7a,7bと、各カッタスポーク7a,7bの前面に取
付けられた複数のビット8a,8bと、当該カッタスポーク7
a,7bの後面に取付けられた複数の攪拌翼9a,9bと、前記
カッタスポーク7a,7bの外周部を連結し前面に多数のビ
ット8a,8bが設けられた環状部材10a,10bにて構成されて
いる。

また、前記太陽カッタ３は、前述の遊星カッタ4a,4b
の中央部前面に設けられ、遊星カッタ4a,4bにて掘り残
した掘削断面を補うものである。この太陽カッタ３は、
中央にシャフト16を備え、このシャフト16はシール兼軸
受20を介して後述の回転隔壁15に取付けられ、かつ略Ｘ
字状のカッタスポーク17と、このカッタスポーク17の前
面に取付けられた複数のビット18と、カッタスポーク17
の外周部を連結し前面に多数のビット18が、設けられた
環状部材19にて構成されている。

なお、前記シールド外筒11の前方には隔壁12が設けら
れ、この隔壁12とシールド外筒11前方の内周壁とによっ
て前記切羽泥土室13が区画形成されている。この隔壁12
は、シールド外筒11の内周壁から内側に向け立設された
外周隔壁14と、軸受兼シール28を介してこの外周隔壁14
の内側に位置し遊星カッタ4a,4bおよび太陽カッタ３を
夫々支持すると共に、駆動される回転隔壁15によって構
成されている。

前記シャフト16は、回転隔壁15の中央部を貫通して駆
動装置21に接続されており、またシャフト5a,5bは回転
隔壁15の周辺部を貫通して自転用の駆動装置22,22に接
続されている。また、23はセンターシャフトであって前
記回転隔壁15と一体的に接続され、軸受兼シール24を介
して支持板25に取付けられている。このセンターシャフ
ト23は駆動装置26に接続されており、遊星カッタ4a,4b
はこのセンターシャフト23によって太陽カッタ３の周り
を公転する。なお、27はシールドジャッキであって、二
連形トンネル掘削機１全体を前進させる役目をなす。

次に、本実施例の作用について説明する。

この二連形トンネル掘削機１において、前述のよう
に、太陽カッタ３は駆動装置21により駆動され、また遊
星カッタ4a,4bは駆動装置22,22によって駆動（自転）さ
れると共に、駆動装置26によって太陽カッタ３の周りを
公転する。このとき、２つの円内の回転カッタ群2,42
は、互いに反対方向に回転しながら掘削断面全体を接触
することなく掘削することができる。

第１図（ｃ）に示されるように、２基のカッタ群2,42
の各駆動装置22a,22bもセンターシャフト23,23を中心と
して夫々公転するが、これらの各駆動装置22a,22bも互
いに歯車の歯のように噛み合いの関係となるので、接触
しないで公転することができる。

また、前記太陽カッタ３および遊星カッタ4a,4bは、
夫々の円よりも小さいカッタであるので、各円全体を掘
削する回転カッタよりも径が小さいので、カッタスポー
ク7a,7b,17に加わる力も小さくなり、従ってスポーク7
a,7b,17の大きさも小さくて済むことになる。更に、遊
星カッタ4a,4bの裏面に取付けられている攪拌翼9a,9b
は、カッタの回転数が増加する分だけ攪拌能力も大きく
なり、１つの攪拌翼で広範囲な攪拌を行うことが可能と
なる。

更にまた、各回転カッタに設けられた個々の掘削ビッ
ト8a,8b,18がほぼ平均的な掘削面積を掘ることになるの
で、摩耗量も均一になり掘削ビットが有効に使用される
という利点を有する。

ところで、掘削された切羽の土砂は、切羽泥土室13に
入り込み、地山が砂層や砂礫層のような砂質土層の場合
は、図示しない作泥土材注入管から切羽泥土室13内に、
例えばベントナイトやCMC水溶液、又は気泡が混合され
た空気連行剤の如き作泥土材が注入され、これによって
切羽泥土室13内に入り込んだ掘削土砂が攪拌翼9a,9bに
て攪拌され、流動性と不透水性の泥土に変換される。

この泥土は、切羽泥土室13内に充満し、泥土の圧力が
切羽の土圧および地下水圧と同様になるように圧力計
（図示せず）により管理され、シールドジャッキ27によ
ってシールド外筒11が推進される。このとき、例えばス
クリューコンベア29等の排土装置によって排土量を調整
しながら、切羽の崩壊が防止され掘削管理が行われる。

以上の実施例において、太陽カッタ３または遊星カッ
タ4a,4bの自転方向は互いに同方向でも逆でも良い。し
かし、２基のカッタ群2,42の公転方向は、互いに同方向
であると衝突してしまうため、逆方向となる。

（第２実施例）第２図（ａ），（ｂ）には本発明の他の実施例による
トンネル掘削機の全体構成が示されている。

この実施例によれば、二連形トンネル掘削機１′は２
基の回転カッタ２′,42′を備えており、各回転カッタ
２′,42′は各々の円の外径より小さくなっている。そ
して、これらのシャフト５′,5′は回転隔壁15′のセン
ターシャフト23′に対し偏心状態で取付けられており、
自転しながら公転するようになっている。

すなわち、各回転カッタ２′,42′は互いに接触する
ことなく回転することができ、これによって掘削断面全
体を掘削することができる。

なお、機構の詳細は前述した第１実施例の場合と同様
であるので、その説明は省略する。

（発明の効果）以上説明した通り、本発明は、回転カッタを有する複
数の円がその一部を共用する形状の掘削断面を得るトン
ネル掘削機において、各円の外径より小さい１又は複数
個の回転カッタが隣接する回転カッタと接触せずに各円
内を自転かつ公転可能に配置したことにより、カッタス
ポークの数を多くすることなく、又巨大なカッタスポー
クも不要な上、掘削ビットの摩耗を均等にかつ少なくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係るトンネル掘削機の正面図、
第１図（ｂ）は縦断面図、第１図（ｃ）は第１図（ｂ）
のＡ−Ａ断面図、第２図（ａ）は他の実施例を示すトン
ネル掘削機の正面図、第２図（ｂ）は縦断面図、第３図
（ａ）は従来の二連形トンネル掘削機の正面図、第３図
（ｂ）は縦断面図である。１……二連形トンネル掘削機 2,2′,42,42′……カッタ群 3,43……太陽カッタ 4a,4b,44a,44b……遊星カッタ 5a,5b,16,5′……シャフト 7a,7b,17……カッタスポーク 8a,8b,18……ビット 9a,9b……攪拌翼 10a,10b,19……環状部材 15,15′……回転隔壁 21,22a,22b,26……駆動装置 23,23′……センターシャフト

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転カッタを有する複数の円がその一部を
共有する形状の掘削断面を得るトンネル掘削機におい
て、各円の外径より小さい１又は複数個の回転カッタを、隣
接する回転カッタと接触せずに各円内を自転かつ公転可
能に配置したことを特徴とするトンネル掘削機。