JP2802903B2 - トンネル掘削機のオーバカッター装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シールド掘進機
をはじめとするトンネル掘削機に、回転式のカッターヘ
ッドを含んで装備される余掘り用のオーバーカッター装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転式のカッターヘッドを前部に有する
トンネル掘削機は、そのカッターヘッドを回転させなが
らトンネルを掘り進む。しかし、カーブを掘るとき等に
はそのカーブの内側などを多めに掘る作業（いわゆる余
掘り）が必要になるため、近年のトンネル掘削機の多く
には余掘りのためのオーバカッター装置（コピーカッタ
ー等と呼ばれることもある）が装備されている。オーバ
カッター装置は、必要な場合にカッターヘッドの通常の
掘削範囲の側部（外まわり）を掘削できるよう、カッタ
ーヘッドに対し半径方向外方に出没可能なように別のカ
ッターを設けたものである。オーバカッター装置として
は、硬質のエッジを周囲に形成した回転自在なローラを
地山に（ローラが回転する方向に）押し付けてその押付
け力で地山を破砕しながら掘削するローラカッターを含
むものが一般的に使用されている。

【０００３】ローラカッター付きの従来のオーバカッタ
ー装置の例を、図４および図５に示す。図４の装置は特
開平７−８２９８８号公報に示されたもので、回転式の
カッターヘッド２の外周付近に半径方向へ移動可能な支
持体６２が設けられ、その先にローラカッター６１が取
り付けられている。支持体６２は、半径方向に沿って固
定された円筒状のガイド６３内にスライド可能に挿入さ
れ、油圧ジャッキ６４で移動させられる。一方、図５の
装置は実開昭６１−６５９８号公報に掲載のもので、カ
ッターヘッド２の最外周部に揺動式にローラカッター７
１が設けられている。このローラカッター７１は、外方
に揺動支点（軸体７２ａ）をもつ保持体７２によって支
持され、後方から延びた油圧ジャッキ７３が伸長すると
き保持体７２とともに揺動して外方へ移動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】トンネル掘削機の掘削
経路は一様でなく、大径の礫を含む地盤であったり岩地
盤であったりする場合も多いので、オーバカッター装置
には十分な強度が必要である。ところが、図４や図５の
オーバカッター装置には、強度に関してなおも改善の余
地があった。

【０００５】たとえば図４の装置の場合、支持体６２の
基部が円筒状ガイド６３に支えられているとはいえ、支
持体６２の先端付近は同ガイド６３に支えられないので
ローラカッター６１が受ける衝撃力をその支持体６２の
みで支えねばならず、その先端付近がいわゆるネックと
なり、強度的に十分であるとは言い難い。もしその付近
が曲がったりすると、ローラカッター６１の移動（出
没）ができなくなって修理等に時間や手数を要し、トン
ネルの掘削効率が大幅に低下する。図５の装置では、ロ
ーラカッター７１が保持体７２を介して軸体７２ａと油
圧ジャッキ７３とのみによって支えられているので、軸
体７２ａまたは油圧ジャッキ７３に過大な力が作用し、
上記と同様の不都合を招く恐れがある。また、図５の装
置の場合、油圧ジャッキ７３が後方（図の右方）へ突出
していてカッターヘッド２とともに回転するので、掘削
ずみの土砂を当該突出部付近に大量に付着させてしま
い、円滑な掘削が妨げられる恐れもある。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みてなしたもので、
十分な強度をもってローラカッターを支えるなどの特徴
をもつ、新規なオーバカッター装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載したトン
ネル掘削機のオーバカッター装置は、回転式のカッター
ヘッドを前部に有するトンネル掘削機に、周囲の余掘り
をするために装備されるローラカッター付きのオーバカ
ッター装置であって、下記a)〜e)の点を特徴とする。す
なわち、 a) カッターヘッド上に、その半径方向に延びた揺動ア
ーム（一つの揺動支点を介して取り付けられその支点を
中心に一定の角度範囲で回転するアームで、その長手方
向がカッターヘッドの半径方向を向いたもの）を二つ一
組として配置したうえ、その各組に揺動の駆動源である
ジャッキを連結し、 b) 各組の二つの揺動アームの間に、それら二つの揺動
アームで支持されるようにローラカッターを取り付け、 c) 上記の揺動アームは、各組の揺動によって上記ロー
ラカッターの一以上がカッターヘッドの半径方向に移動
する（半径方向にのみ移動する場合のほか半径方向の変
位を含む移動をする場合もある）ものとし、かつ、揺動
した角度にかかわらず（ただし揺動し得る角度範囲はa)
のように限られる）各組の両側がカッターヘッドの強度
部材と接触を保つものとする。d) そして上記の揺動アームを、カッターヘッドの内側
寄りの位置に揺動支点を有して先端部がカッターヘッド
の周縁部に達するものとし、 e) そうした揺動アームの各組に複数のローラカッター
を取り付ける。

【０００８】オーバカッター装置は、前述したようにト
ンネル掘削機がカーブなどを掘削するときなどに機能し
て、回転式のカッターヘッドによる掘削部分の側部を余
掘りする。請求項１のこのオーバカッター装置を機能さ
せるには、上記a)に示すジャッキによって揺動アームを
揺動させることにより、c)のように一以上のローラカッ
ターをカッターヘッドの半径方向に移動してカッターヘ
ッドの周縁外へ出せばよい。ローラカッターはカッター
ヘッド上に設けられていてカッターヘッドとともに回転
するので、上記のようにカッターヘッドの周縁外へ突出
したローラカッターはトンネルの側部に押し当てられて
その部分を余掘りする。

【０００９】前述のようにトンネル掘削機は種々の地盤
を掘削するので、余掘りの際、ローラカッターには大き
な力の作用することがあるが、この発明のオーバカッタ
ー装置はローラカッターを十分な強度をもって支えるこ
とができる。その理由の第一は、上記b)のようにローラ
カッターを、各組の二つの揺動アームの間に、それら二
つの揺動アームで支持されるように取り付けているから
である。すなわちこの構成により、ローラカッターが受
ける力は、応力が高くなるいわゆるネックの部分を介さ
ずに、高剛性に構成され得る揺動アームに直接伝えられ
るわけである。理由の第二は、ローラカッターの力を受
ける揺動アームについて、上記c)のように、揺動した角
度にかかわらずその各組の両側をカッターヘッドの強度
部材と接触させているからである。つまり、揺動アーム
はa)のようにカッターヘッドの半径方向に延びていてこ
のc)の状態に配置されているため、揺動アームに作用す
る力が、その接触面を介しカッターヘッドの強度部材に
よっても支えられる。以上により、ローラカッターの受
ける力がスムーズに揺動アームに伝わり、しかもその揺
動アームがこうしてカッターヘッドで支えられることか
ら、このオーバカッター装置の強度は極めて高いといえ
る。

【００１０】

【００１１】請求項１のオーバカッター装置ではさら
に、前記a)のジャッキにて揺動アームを揺動させると
き、上記d)の構成により、そのアームの先端部がやや前
へ移動しながらカッターヘッドの半径方向へも移動す
る。このような先端部に一以上のローラカッターを取り
付けておけば、前記c)のようにそのローラカッターがカ
ッターヘッドの半径方向に移動してその周縁外へ出るこ
とができ、必要な余掘りを行うことになる。そして上記
e)のとおり複数のローラカッターを揺動アームの各組に
取り付けるので、トンネルの側部やそれに近い部分に対
する掘削性能が高い。

【００１２】また、請求項２の装置はつぎの点をも特徴
とする。すなわち 、 f) 揺動アームの駆動源である上記ジャッキを、カッタ
ーヘッドの背後部分における中央寄りの位置と揺動アー
ムの先端部付近との間を連結させて配置する 。 このようにすると、ジャッキは、カッターヘッドの背後
部分においてその長手方向をカッターヘッドの半径方向
に向けることになり、図５の装置のように後方へ突出す
るのではなくカッターヘッドに沿ってコンパクトに配置
される。そうなると、そのジャッキに掘削ずみの土砂が
付着しにくくなり、円滑な掘削が継続されやすい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１(ａ)は、トンネル掘削機の一
種である比較的小型のシールド掘進機１について前端部
付近を側方から断面図として示したもの、同(ｂ)はその
一部の詳細図、また同(ｃ)は当該掘進機１の一部正面図
である。同(ａ)に示すとおり、シールド掘進機１は前部
にカッターヘッド１を有するとともに側面に円筒状のシ
ールド３を有し、それらの内側にベアリング４のほかギ
ヤ５、およびモータ等の駆動源（図示せず）を備え、そ
れらの作用でカッターヘッド２を回転させて地山Ａを掘
り進む。岩盤や大径礫地盤の掘削をも円滑に行えるよ
う、このシールド掘進機１はカッターヘッド２の前面に
複数のローラカッター（２ｘなど。他は図示を省略）を
有している。図中の符号７は、掘削ずみの土砂等を排出
するためのスクリューコンベヤである。なお、図１の例
は請求項１または２の発明に該当しないが、図２および
図３の実施例について理解を容易にする等の目的でここ
に紹介する 。

【００１４】このシールド掘進機１のカッターヘッド２
には、カーブを掘削するとき等の余掘りのために複数組
（この例では２組）のオーバカッター装置１０を組み込
んでいる。オーバカッター装置１０の各組は、図１(ａ)
および(ｃ)に示すとおり一つのローラカッター１１と一
対（二つ）の揺動アーム１３、および一本の油圧ジャッ
キ１４などからなる。間隔をおいて平行に並べた一対の
揺動アーム１３の間にボックス状にブラケット１１ｂを
組み、かつそれらアーム１３・ブラケット１１ｂを溶接
にて強固に一体化したうえ、そのブラケット１１ｂのう
ちにローラカッター１１の本体を支持させている。揺動
アーム１３は長手方向をカッターヘッド２の半径方向に
向け、中央寄りの端部を揺動支点であるピン１３ａにて
カッターヘッド２に取り付けるとともに、先端部付近に
ピン１４ｂを介してジャッキ１４を連結している。ジャ
ッキ１４は揺動アーム１３を揺動させる駆動源で、一方
の端部はピン１４ａを介してカッターヘッド２の背後部
分の中央付近に連結している。したがって、ジャッキ１
４も揺動アーム１３と同様にカッターヘッド２の半径方
向を向け、またその背面に沿ってコンパクトに配置した
ことになる。そしてこのジャッキ１４の伸縮により、ロ
ーラカッター１１とともに揺動アーム１３を揺動させる
ことができ、その先端部付近に取り付けたローラカッタ
ー１１を図１(ａ)のように最大でΔｒ（数十〜百ｍｍ程
度）だけカッターヘッド２の周縁外へ突出させることが
できる。オーバカッター装置１０はカッターヘッド２と
ともに回転するので、こうして突出状態になったとき
に、カッターヘッド２の通常の掘削範囲の側部を余掘り
するのである。

【００１５】オーバカッター装置１０の各組の揺動アー
ム１３の両外側、すなわちカッターヘッド２の円周方向
（回転方向）にいう前後（図１(ｃ)の左右）は、カッタ
ーヘッド２の強度部材であるスポーク２ａと常に接触さ
せている。つまり揺動アーム１３は、その両側の面がカ
ッターヘッド２のスポーク２ａと摺動しながら揺動する
ようにし、揺動を停止したのちもその角度にかかわらず
スポーク２ａと接触を保つようにした。カッターヘッド
２とともに回転する揺動アーム１３は、余掘りするとき
ローラカッター１１から回転方向（図１(ｃ)の左右）に
沿った力を受けるが、上記のとおりスポーク２ａと接触
を保っていることから、その力がカッターヘッド２によ
っても支えられる。ローラカッター１１はブラケット１
１ｂにてその軸を保持されたうえ、その両側にまで延び
た揺動アーム１３で挟まれることにより剛性の高い状態
に支持されているが、その揺動アーム１３をこのように
カッターヘッド２によって両側から支えたことにより、
オーバカッター装置１０の強度は極めて高いといえる。
ローラカッター１１の受ける力が上記のようにカッター
ヘッド２に伝わるため、揺動アーム１３の荷重負担のみ
ならず、ピン１３ａやジャッキ１４（およびその連結用
のピン１４ａ・１４ｂ）が受ける力学的負担も当然に軽
減される。

【００１６】なお、ジャッキ１４への油圧作動油の供給
は、図１(ａ)のように各複数の配管１６・１８と一つの
回転継手１７によっている。配管１６は保護管１６ａ内
に入れてシールド掘進機１の後方（図示しない油圧装
置）と結び固定配置したもの、また配管１８は各ジャッ
キ１４とつないでジャッキ１４やカッターヘッド２とと
もに回転するよう配置したものである。回転継手１７
は、固定した配管１６と回転する配管１８との間に接続
しており、その構造は図１(ｂ)のように、配管１６を接
続すべくその保護管１６ａと連結して固定配置した内体
１７ａに対し、その外側に、配管１８を接続すべく回転
自在に外筒１７ｄを組み付けたものである。内体１７ａ
には配管１６とつながる直線状（軸方向）の油路１７ｂ
と、それにつながった外周面上の溝１７ｃとを形成し、
外筒１７ｄには、内体１７ａの溝１７ｃにつながってい
て配管１８と接続される直線状（半径方向）の油路１７
ｅを形成している。内体１７ａと外筒１７ｄとの間を適
当にシールしていることは言うまでもない。

【００１７】つづいて図２に発明の第一実施例を示す。
図２(ａ)・(ｂ)はそれぞれ、シールド掘進機１の前部に
あるオーバカッター装置２０の側面図および正面図であ
る。このオーバカッター装置２０は、図１のオーバカッ
ター装置１０と概ね同様に構成したものではあるが、揺
動アーム２３を長くしてそれら一対の間に二つのローラ
カッター２１・２２を取り付けた点で図１の装置１０と
は相違する。油圧ジャッキ２４を伸ばして揺動アーム２
３を揺動させたときいわゆる余掘りをすることができる
が、アーム２３の先端部付近に設けたローラカッター２
１がトンネル側部への本来の余掘りをする一方、アーム
２３の基部付近に設けたもう一つのローラカッター２２
が、トンネルの側部に近い部分を掘削して余掘りを補助
する。なお、このように揺動アーム２３に複数のローラ
カッターを配置するためには、アーム２３を長くするこ
とも必要だが、その揺動支点（ピン２３ａ）をカッター
ヘッド２の内側寄りの位置に設けることも不可欠であ
る。図５の例のように外側に揺動支点を設けると、長い
揺動アーム２３については掘削中の円滑な揺動が不可能
だからである。

【００１８】なお、図２(ｂ)のようにこの実施例でも、
ローラカッター２１・２２はそれぞれブラケット２１ｂ
・２２ｂに保持させたうえ、それらを一対の揺動アーム
２３に挟まれるように取り付け、しかもその揺動アーム
２３の両側をカッターヘッド２のスポーク２ａに接触さ
せている。したがって、ローラカッター２１・２２に作
用する力がカッターヘッド２によっても支えられ、荷重
負担が特に厳しいいわゆるネックの部分がないため、オ
ーバカッター装置２０としてやはり強度上好ましい。ジ
ャッキ２４をカッターヘッド２の半径方向に向けてその
背面にぴったりと沿わせて配置したため、カッターヘッ
ド２とともに回転する部分がコンパクトであり、掘削ず
みの土砂等を付着させにくい点でも好ましい。

【００１９】図３は、発明の第二実施例としてのオーバ
カッター装置３０の側面図である。この装置３０は、揺
動アーム３３の先端部にシールド掘進機１の長手方向と
ほぼ平行な部分を幾ぶん長く形成し、その部分に二つの
ローラカッター３１・３２を取り付けた点に特徴があ
り、それ以外の点では図２の装置２０と差異がない。油
圧ジャッキ３４を伸ばして揺動アーム３３を外へ揺動さ
せたとき、これら二つのローラカッター３１・３２をと
もにトンネルの側部に押し付けることになるため能率的
な余掘りが可能である。余掘りの能率が高いと、カーブ
などの掘削も高い速度で進めることができる。

【００２０】なお、一台のシールド掘進機１に設ける複
数のオーバカッター装置３０について、いずれもローラ
カッター３１・３２の配置を同一にせねばならないとい
うわけではない。たとえば、あるオーバカッター装置３
０には、ローラカッター３１・３２を図３のように揺動
アーム３３の先端部にのみ配置する一方、別の装置３０
には図２のようにアーム３３の基部にも配置する−と
いうのもよい。カッターヘッド２とともに回転するロー
ラカッターがそれぞれ多様な位置に配置されることによ
り、むしろ効率的にトンネルやその側部が掘削される場
合も多いからである。

【００２１】

【発明の効果】請求項１に記載したトンネル掘削機のオ
ーバカッター装置では、ローラカッターが各組の揺動ア
ームの間に支持されて取り付けられていることと、その
揺動アームの両側が常にカッターヘッドの強度部材と接
触していることから、ローラカッターの受ける力がカッ
ターヘッドによっても支えられ、その支持強度が高い。

【００２２】また、複数のローラカッターが揺動アーム
の各組に取り付けられているので、トンネルの側部やそ
れに近い部分に対する掘削性能が高い。揺動アームの揺
動支点がカッターヘッドの内側寄りの位置にあるので、
そのように複数のローラカッターを有する長めのアーム
でも掘削中円滑に揺動する。

【００２３】また請求項２の装置では、揺動アームの駆
動源であるジャッキがカッターヘッドの背後部分に沿っ
てコンパクトに配置されるので、そのジャッキ等に掘削
ずみの土砂が付着しにくくなり円滑な掘削が継続されや
すい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は、シールド掘進機１の前端部付近を
示す側方視断面図、同(ｂ)は同(ａ)の一部の詳細図、ま
た同(ｃ)は当該掘進機１の一部正面図である。

【図２】発明の第一実施例を示し、図２(ａ)・(ｂ)はそ
れぞれ、シールド掘進機１の前部にあるオーバカッター
装置２０の側面図および正面図である。

【図３】発明の第二実施例としてのオーバカッター装置
３０の側面図である。

【図４】従来のオーバカッター装置を示す側面図であ
る。

【図５】従来の他のオーバカッター装置を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ カッターヘッド １０・２０・３０ オーバカッター装置 １１・２１・２２・３１・３２ ローラカッター １３・２３・３３ 揺動アーム １４・２４・３４ ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−6598（ＪＰ，Ｕ) 実開 平７−4595（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転式のカッターヘッドを前部に有する
   トンネル掘削機に、周囲の余掘りをするために装備され
   るローラカッター付きのオーバカッター装置であって、 a) カッターヘッド上に、その半径方向に延びた揺動ア
   ームを二つ一組として配置し、その各組に揺動の駆動源
   であるジャッキを連結し、 b) 各組の二つの揺動アームの間に、それら二つの揺動
   アームで支持されるようにローラカッターを取り付け、 c) 上記の揺動アームは、各組の揺動によって上記ロー
   ラカッターの一以上がカッターヘッドの半径方向に移動
   するものとし、かつ、揺動した角度にかかわらず各組の
   両側がカッターヘッドの強度部材と接触を保つものと
   し、 d) 上記の揺動アームを、カッターヘッドの内側寄りの
   位置に揺動支点を有して先端部がカッターヘッドの周縁
   部に達するものとし、 e) そうした揺動アームの各組に複数のローラカッター
   を取り付けた ことを特徴とするトンネル掘削機のオーバ
   カッター装置。
2. 【請求項２】 上記のジャッキを、カッターヘッドの背
   後部分における中央寄りの位置と揺動アームの先端部付
   近との間を連結させて配置したことを特徴とする請求項
   １に記載のトンネル掘削機のオーバカッター装置。