JP2837389B2 - 矩形シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は矩形シールド掘進機
に関する。さらに詳しくは、矩形状断面のトンネルを掘
削することができ、さらに、ほぼ相似でより大きな矩形
状断面のトンネルをも掘削することができる矩形シール
ド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地中にトンネルを形成する機
械としてシールド掘進機が用いられており、通常は、円
形断面のトンネルを掘削する円形シールド掘進機が多用
されている。

【０００３】一方、例えば複数車線の道路を形成するた
めの拡幅したトンネルを形成する要望もある。このよう
な要望に対して前記円形シールド掘進機によって掘削す
る場合、複数の円形断面のトンネルを並設して円形掘削
部が重合するように掘削することとなるが、円形を重合
させて所望の拡幅したトンネルを掘削するためには重合
代を大きく取らなければならないため、必要以上に大径
のシールド掘進機が必要となるとともに効率の悪い作業
となってしまう。

【０００４】そのため、例えば実公平４−１４５５２号
公報記載の考案のような円形断面以外の特殊断面を掘削
するシールド掘削機を用いて、単一の円形断面掘削用カ
ッターディスクをカッターガイドに沿って移動させるこ
とにより、例えば矩形状断面の横坑を掘削しようとする
ものがある（従来例１）。

【０００５】また、他の従来技術として特開昭６２−２
２５６９４号公報記載の発明がある。この発明は高速道
路（四車線）等の拡幅した掘削断面のトンネルを掘削す
るために、図１０に示すように、シールド掘進機の前面
に複数個の大径のカッターディスク５０を並設したもの
である。そして、これら大径のカッターディスク５０の
間に小径のカッターディスク５１を備え、これら大小の
カッターディスク５０、５１による切削域が相互に重合
するように掘削して拡幅した断面形状を有するトンネル
を掘削しようとするものである（従来例２）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例１では、単
一のカッターディスクで矩形状の断面を掘削しようとす
るものであるため、カッターディスクをあまり大きくす
ると角部を矩形状に掘削することが難しくなるので、カ
ッターディスクを比較的小さくする必要がある。しか
し、カッターディスクを小さくすると矩形状断面内に占
めるカッターの割合が小さくなってシールド掘削機前面
での山留めができず、掘削時に地山の崩壊の恐れがある
軟弱地盤等の崩壊性地盤の掘削には不向きで、例えば泥
水加圧式シールド掘進機においては採用できない構成と
なり、自立性のある山でないと矩形状に掘削することが
できないものとなる。

【０００７】一方、前記従来例２では、一般に大径カッ
ターディスク５０の周縁に装備されているコピーカッタ
ーを突出させて余掘りを行う場合、大径カッターディス
ク５０による掘削面のみが大きくなり、トンネル断面形
状に凹凸状の未掘削部５２が残ってしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題に鑑
み、矩形シールド掘進機の前面に、円形の主カッターデ
ィスクに加えてその未掘削部を掘削するための補助カッ
ターディスクを備えることにより、矩形状断面のトンネ
ルを掘削することを可能にすることはもとより、さらに
該補助カッターディスクを外方に進出可能にすることに
よってより大きな矩形状断面のトンネルを掘削すること
を可能にした。

【０００９】

【発明の実施の形態】 本発明の矩形シールド掘進機
（以下、単に掘進機という）はその前面に、主カッター
ディスクと、該主カッターディスクの周縁近傍に配設さ
れた主カッターディスクのほぼ半径方向に沿って揺動可
能な複数個の補助カッターディスクと、該補助カッター
ディスクの回転軸を揺動自在に支持するための球面揺動
軸受けと、前記回転軸を回転駆動して補助カッターディ
スクを旋回させる駆動機と、前記揺動軸受けを中心に前
記回転軸を揺動させる揺動機構とを備えており、該補助
カッターディスクが主カッターディスクの未掘削部を掘
削することによりほぼ矩形状断面のトンネルを掘削しう
るように構成されている。

【００１０】したがって、たとえば主カッターディスク
が一個のみである場合、主カッターディスクの周縁に９
０°間隔に四個の補助カッターディスクを配設すれば、
主カッターディスクと補助カッターディスクとの総合投
影面がほぼ正方形となり、ほぼ正方形断面のトンネルを
掘削することができる。さらに、たとえば主カッターデ
ィスクに内装された公知のコピーカッターを突出させて
主カッターディスクの掘削面をより大きくした場合で
も、前記補助カッターディスクを主カッターディスクの
ほぼ半径方向外方へ揺動させることにより、若干大きめ
のほぼ正方形断面のトンネルを掘削することができる。

【００１１】かかる掘進機において、前記主カッターデ
ィスクを、相互に干渉しないように軸方向に所定距離ず
らして一部重なり合うように一列に並設された複数個の
主カッターディスク列から構成し、隣接する主カッター
ディスクの軸芯間距離のほぼ中央部にも補助カッターデ
ィスクを配設し、該中央部の補助カッターディスクを、
主カッターディスクの軸芯同士を結ぶ仮想直線にほぼ垂
直方向に揺動可能に構成し、前記補助カッターディスク
が主カッターディスクの未掘削部を掘削することにより
ほぼ矩形状断面のトンネルを掘削しうるように構成すれ
ば、複数個の主カッターディスクで主カッターディスク
前面を掘削し、隣接する主カッターディスク間の未切削
部を、主カッターディスクの軸芯間距離のほぼ中央部に
配設された補助カッターディスクによって掘削すること
ができる。併せて、両端の主カッターディスクの周縁近
傍に配設した補助カッターディスクによって両端の主カ
ッターディスクの外方を前述のごとくほぼ矩形に掘削し
うるため、全体でほぼ長方形断面のトンネルを掘削する
ことができる。

【００１２】また、軟弱地盤では主カッターディスクの
未掘削部を機体によって地盤を切削しても機体の損傷は
ほとんどない場合もあるため、そのような場合はとくに
補助カッターディスクを外方へ揺動させる必要なく内側
に収容させておけばよい。

【００１３】さらに、前述のごとく、コピーカッターに
よって主カッターディスクの掘削面をより大きくした場
合でも、両端部の補助カッターディスクを主カッターデ
ィスクのほぼ半径方向外方へ揺動させるとともに、前記
中央部の補助カッターディスクを主カッターディスクの
軸芯同士を結ぶ仮想直線にほぼ垂直方向外方に揺動させ
ることにより、若干大きめのほぼ長方形断面のトンネル
を掘削することができる。

【００１４】 また、上記球面揺動軸受けが、前記回転
軸を包蔵するハウジングに配設された球面体を回転自在
に支持するように構成し、該球面体の周囲に、球面揺動
軸受けとのあいだからの外部水の侵入を防止するための
シール部材を配設するのが好ましい。

【００１５】さらに、前記補助カッターディスクを旋回
させる駆動機の出力軸と補助カッターディスクの回転軸
とを平行または同軸状となるように減速機によって接続
し、前記揺動機構を、前記補助カッターディスクと駆動
機との接続体における前記揺動軸受けより後端側に連結
された液圧ジャッキから構成するのが、掘進機の胴内の
スペースを節約することができ、さらに、補助カッター
ディスクを駆動および揺動させる機構全体をシンプルか
つコンパクトな形状にしうる点で好ましい。

【００１６】加えて、叙上の掘進機において、前記補助
カッターディスクの前面たるカッター配設面を傘状に形
成するのが、補助カッターディスクを揺動させるとき
に、狭い設置スペースにおいても主カッターディスク背
面との干渉を効果的に回避しうる点で好ましい。

【００１７】

【実施例】以下、添付図に示された実施例を参照しつつ
本発明の掘進機を説明する。

【００１８】図１は本発明の掘進機の一実施例を示す正
面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１のIII
−III線断面図、図４は図１における補助カッターディ
スク関連の機構を示す側面図、図５は図４の補助カッタ
ーディスク関連の機構を示す背面図、図６は図４の補助
カッターディスク関連の機構を示す平面図であり、
（ａ）は図４のVI−VI線矢視図であって両端部の補助カ
ッターディスク関連の機構を示し、（ｂ）は両端部の補
助カッターディスク関連の機構を示す、図７は図１の掘
進機によって拡大掘削する場合の掘削断面図、図８およ
び図９は図１の掘進機による大断面矩形トンネルの掘削
法を示す掘削断面図である。

【００１９】図１に示すように、掘進機１の前面には複
数の主カッターディスク２が一列に並設されている。本
実施例では三個の主カッターディスク２が相互に干渉し
ないように中央部の主カッターディスク２Ａが両側の主
カッターディスク２Ｂから所定距離Ｅだけ間隔をおいて
前方に突出するようにずらして設けられている（図２お
よび図３参照）。

【００２０】また、隣接する主カッターディスク２Ａ、
２Ｂ同士は、この主カッターディスクの半径以上で直径
以下の軸芯間距離Ｄをおいて並設されている。これら主
カッターディスク２Ａ、２Ｂは、図２に示すように掘進
機の胴３内に設けられた駆動機４によって駆動される。
すなわち、駆動機４の出力軸に固設されたピニオン５と
噛合したギヤ６を回転させることにより主カッターディ
スクが旋回させられる。なお、主カッターディスクの回
転軸２ａはシール箱７及び軸受８によって支持されてい
る。また、図３に示すようにこの実施例では送泥管９と
排泥管１０とを用いた泥水式を示している。もちろん、
本発明においては泥水式以外にスクリュウコンベアを用
いた土圧式またはベルトコンベア等を用いたオープンメ
カニカル式等の公知の掘削方式を用いてもよい。

【００２１】なお、Ｓはトンネル殻を形成するセグメン
トであり、１１はセグメントＳを組付けるためのエレク
タである。１２はセグメントＳを押してその反力で掘進
機１を前進せしめる推進ジャッキである。

【００２２】図１において、両端部の主カッターディス
ク２Ｂの両端角部と、隣接する主カッターディスク２
Ａ、２Ｂの軸芯間距離Ｄのほぼ中央部とにはそれぞれ補
助カッターディスク２０がそれぞれ設けられている。中
央部に設けられた補助カッターディスク２０Ａは、その
外周部が主カッターディスク２の共通接線のほぼ内側に
設けられている。そして、両端角部に設けられた補助カ
ッターディスク２０Ｂは、掘進機前面を長方形とした場
合の四隅における主カッターディスク２の９０°交差接
線のほぼ内側に設けられている。

【００２３】また図１に示すように、前記両端角部の補
助カッターディスク２０Ｂは両端の主カッターディスク
２Ｂのほぼ半径方向（矢印Ｊ方向）に沿って揺動させる
ことが可能である。本実施例では掘進機前面を長方形と
した場合の、主カッターディスクの９０°交差接線それ
ぞれにほぼ４５°をなす方向に揺動させることが可能で
ある。中央部の補助カッターディスク２０Ａは隣接する
主カッターディスク２Ａ、２Ｂの軸芯同士を結ぶ仮想直
線にほぼ垂直方向（矢印Ｋ方向であり、本実施例では三
基の主カッターディスクの直径が同一であるので、主カ
ッターディスクの共通接線に垂直方向となる）に沿って
揺動させることが可能である。

【００２４】図２および図３に示すように、これらの補
助カッターディスク２０を回転駆動し且つ揺動させるた
めの駆動機２１がバルクヘッド１３を貫通するかたちで
配設されている。図２に示すように、隣接する主カッタ
ーディスク２Ａ、２Ｂ間のほぼ中央に補助カッターディ
スク２０Ａを配設するとともに、前記駆動機２１を一方
の主カッターディスク２Ｂの胴３内に設置させるため
に、駆動機２１を傾斜させて配設している。

【００２５】図４〜図６を併せて参照すれば前記駆動機
２１の構成が明らかとなる。すなわち、補助カッターデ
ィスク２０を回転させるためのモータ２２と減速機２３
と補助カッターディスク２０の回転軸２０ａとがその順
に同軸状に連結されている。したがって、設置スペース
を節約することができ、全体がシンプルな形状となるた
め、揺動駆動も容易となる。もちろん、減速機２３の部
分等でスパーギア等を用いた結果、前記回転軸２０ａと
モータ２２とが互いに若干芯ずれしていても問題はな
い。２４は回転軸２０ａを包蔵する円筒状のハウジング
である。２５は補助カッターディスク２０の揺動軸受け
機構であり、前記ハウジング２４の周囲に配設された球
面体２６（つまり、ハウジング２４が球面体２６を貫通
した状態にされている）と、この球面体２６を回転自在
に支持する球面軸受け２７とから構成されている。球面
軸受け２７はバルクヘッド１３内に配設されている。モ
ータ２２の外面には補助カッターディスク２０の回転軸
２０ａを揺動させるためのジャッキ２８が連結されてい
る（図４および図５にはそのピストン部２８ａのみ示さ
れている）。ジャッキ２８によってモータ２２部を押し
引きすれば補助カッターディスク２０が揺動軸受け機構
２５を中心に、補助カッターディスク２０の旋回駆動に
影響することなく揺動させることが可能である。

【００２６】また、この揺動軸受け機構２５は、分解、
組み立てを容易にするために球面軸受け２７が回転軸２
０ａに垂直な面で二分割可能にされている。

【００２７】前記揺動軸受け機構２５はバルクヘッド１
３内に設けられている。そして、図４に示すように球面
体２６の周囲にシール部材１５が配設され、球面体２６
と球面軸受け２７とのあいだから機内側へ外部水（又は
泥水、泥土等）が侵入することを防止している。

【００２８】さらに、図６に示すように、バルクヘッド
１３の後板１３ａには補助カッターディスク２０の揺動
をガイドするための長孔１４が形成されている。すなわ
ち、この長孔１４は補助カッターディスク２０を一方向
へ往復揺動させるためのものである。１６はハウジング
２４と摺接しつつこれをガイドするシュー部材であり、
長孔１４の内周縁に配設されている。図６（ａ）は両端
部の補助カッターディスク２０Ｂ用の長孔１４を示す図
であって図４のVI−VI線矢視図であり、図６（ｂ）は中
央部の補助カッターディスク２０Ａ用の長孔１４を示し
ている。

【００２９】図４および図５は本実施例における両端部
の補助カッターディスク２０Ｂ用の駆動機を示してい
る。中央部の補助カッターディスク２０Ａの駆動機２１
は両端部の補助カッターディスク２０Ｂの駆動機２１と
ほぼ同一構成であり、バルクヘッド１３への揺動軸受け
機構２５の設置方向が異なるだけである。つまり、回転
軸２０ａとバルクヘッド１３との交差角度が異なる（図
１、図２および図６参照）。

【００３０】一方、図２および図３に示すように、主カ
ッターディスク２の外周縁には公知のコピーカッター３
０が配設されている（図１では図示を省略している）。
このコピーカッター３０は、通常は主カッターディスク
２内に収納されており、必要に応じてジャッキ（図示せ
ず）等によって主カッターディスク２の半径方向外方へ
突出させられる。そうすることにより、主カッターディ
スク２による掘削断面の直径が拡大される。その目的
は、曲進や蛇行修正等である。

【００３１】以上のように構成された掘進機１によれ
ば、以下のように作用して矩形のトンネルを掘削するこ
とができる。

【００３２】すなわち、掘進機１の前面に設けられた３
個の主カッターディスク２Ａ、２Ｂで相互に干渉するこ
となく前面の地山を掘削し、これらの主カッターディス
ク２Ａ、２Ｂの未掘削部を補助カッターディスク２０
Ａ、２０Ｂによって掘削する。そうすることによって、
図７に示すように、より矩形に近い形状で掘削すること
ができる（図中に実線で示す）。

【００３３】さらに、図中に二点鎖線で示すように、コ
ピーカッター３０を突出させて主カッターディスク２に
よる掘削断面を拡大させる場合、補助カッターディスク
２０もそれぞれの外方揺動方向に揺動させれば、より拡
大したほぼ矩形の断面に掘削することができる。すなわ
ち、突出させたコピーカッター３０による円形掘削面の
共通接線とその外周が一致する程度に中央部の補助カッ
ターディスク２０Ａを外方に揺動させればよく、また、
両端の補助カッターディスク２０Ｂは、その外周が、掘
進機前面を長方形とした場合の四隅における突出させた
コピーカッター３０による円形掘削面の９０°交差接線
に一致する程度に外方へ揺動させればよい。

【００３４】叙上のごとく、本掘進機１によって矩形状
断面のトンネルを掘削することができるが、さらに、以
下のごとく複数個の矩形トンネルを連設して大断面の矩
形トンネルをも掘削することができる。

【００３５】すなわち、図８に示すように、この一基の
掘進機１によって矩形トンネルを隣接させて複数回掘削
することによって、より大きい断面積の矩形状断面トン
ネルを掘削することができる。まず一基の掘進機１によ
って第一トンネルＴａを掘削し（図８中の右側に二点鎖
線で示す）、ついでその掘進機１を掘削開始点まで戻
し、第一トンネルＴａに隣接させて第二トンネルＴｂを
掘削する（図８中の左側に実線で示す）。なお、図中に
ハッチングで示されるのはセグメントＳである。また、
この場合には両端の補助カッターディスク２０Ｂのみを
外方に揺動させておく。そうすることにより、隣接トン
ネルＴａ、Ｔｂ同士は補助カッターディスク２０Ｂの掘
削部同士によって連通させられ、その連通部が裏込め材
によって接合される。したがって、第二トンネルＴｂを
掘削する場合には、第一トンネルＴａにおける補助カッ
ターディスク２０Ｂ部分との重合部の裏込め材のみを切
除するだけでよいので、主カッターディスク２に対する
負担が軽減され、寿命の短縮を防止することができる。
図８に示す方法によって複数個のトンネルの連設を繰り
返し、図９に示すような大きい寸法の矩形トンネルを掘
削することができる。図９において、ハッチングはセグ
メントＳを示し、二点鎖線はセグメント裏込材が充填さ
れるべき掘削部外縁を示している。図中、六本のトンネ
ルで囲まれた内部Ｖは、掘削前面側からの地山の崩壊の
無い範囲内で掘っていくか、または崩壊を防止するため
のいわゆる山留工法を用いれば、とくに掘進機を用いる
必要もなくバックホウ等の通常の掘削機によって容易に
掘削することができる。

【００３６】このように、一基の掘進機によって大寸法
の矩形状断面トンネルを掘削することができる。

【００３７】つぎに、図２および図３に示すように、補
助カッターディスク２０はその前面が傘状に形成されて
いる。換言すれば、補助カッターディスクの前面中央を
頂点とする大頂角の円錐状にされている。そうすること
によって、補助カッターディスク２０を揺動させたとき
に、補助カッターディスクの前面が主カッターディスク
２の背面と干渉することが防止される。その結果、補助
カッターディスクのための前後方向のスペースを節約で
きる。

【００３８】なお、前記実施例では横長の矩形トンネル
の形成を例に説明したが、この掘進機１によれば縦長の
矩形状トンネルを形成しうることは明らかである。

【００３９】前述の実施例では主カッターディスクを三
基併設していたが、本発明ではとくに三基に限定される
ことはなく、一基、二基または四基以上連結してもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】本発明の掘進機によれば、主カッターデ
ィスクと補助カッターディスクとの総合投影面がほぼ矩
形状となり、ほぼ矩形状断面のトンネルを掘削すること
ができる。また、主カッターディスクのコピーカッター
を突出させるとともに、補助カッターディスクを外方へ
揺動させることにより、若干大きめのほぼ矩形状断面の
トンネルを掘削することができる。さらに、トンネルを
連設する場合には、掘進機前面におつ両端の補助カッタ
ーディスクを外方へ揺動させることにより、隣接するト
ンネルの重合部を補助カッターディスクによる掘削部の
みにしうるため、切除する裏込め材の量が少量となり、
主カッターディスクの寿命が短縮することを防止しう
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機の一実施例を示す正面図であ
る。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１のIII−III線断面図である。

【図４】図１における補助カッターディスク関連の機構
を示す側面図である。

【図５】図４の補助カッターディスク関連の機構を示す
背面図である。

【図６】（ａ）は図４のVI−VI線矢視図であって両端部
の補助カッターディスク関連の機構を示す平面図であ
り、（ｂ）は両端部の補助カッターディスク関連の機構
を示す平面図である。

【図７】図１の掘進機によって拡大掘削する場合の掘削
断面図である。

【図８】図１の掘進機による大断面矩形トンネルの掘削
法を示す掘削断面図である。

【図９】図１の掘進機による大断面矩形トンネルの掘削
法を示す掘削断面図である。

【図１０】従来の掘進機の一例を示す正面図である。

【符号の説明】

１・・・掘進機 ２・・・主カッターディスク ２Ａ・・主カッターディスク ２Ｂ・・主カッターディスク ３・・・胴 ４・・・駆動機 ９・・・送泥管 １０・・・排泥管 １１・・・エレクタ １２・・・推進ジャッキ １３・・・バルクヘッド １４・・・長孔 １５・・・シール部材 １６・・・シュー部材 ２０・・・補助カッターディスク ２０Ａ・・補助カッターディスク ２０Ｂ・・補助カッターディスク ２１・・・駆動機 ２２・・・モータ ２５・・・揺動軸受け機構 ２８・・・ジャッキ ３０・・・コピーカッター Ｓ・・・セグメント

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その前面に、主カッターディスクと、該
   主カッターディスクの周縁近傍に配設された主カッター
   ディスクのほぼ半径方向に沿って揺動可能な複数個の補
   助カッターディスクと、該補助カッターディスクの回転
   軸を揺動自在に支持するための球面揺動軸受けと、前記
   回転軸を回転駆動して補助カッターディスクを旋回させ
   る駆動機と、前記揺動軸受けを中心に前記回転軸を揺動
   させる揺動機構とを備えており、該補助カッターディス
   クが主カッターディスクの未掘削部を掘削することによ
   りほぼ矩形状断面のトンネルを掘削しうるように構成さ
   れてなる矩形シールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記主カッターディスクが、相互に干渉
   しないように軸方向に所定距離ずらされて一部重なり合
   うように一列に並設された複数個の主カッターディスク
   列からなり、隣接する主カッターディスクの軸芯間距離
   のほぼ中央部にも補助カッターディスクが配設され、該
   中央部の補助カッターディスクが主カッターディスクの
   軸芯同士を結ぶ仮想直線にほぼ垂直方向に揺動可能に構
   成されており、前記補助カッターディスクが主カッター
   ディスクの未掘削部を掘削することによりほぼ矩形状断
   面のトンネルを掘削しうるように構成されてなる請求項
   １記載の矩形シールド掘進機。
3. 【請求項３】 上記球面揺動軸受けが、前記回転軸を包
   蔵するハウジングに配設された球面体を回転自在に支持
   しており、該球面体の周囲に、球面揺動軸受けとのあい
   だからの外部水の侵入を防止するためのシール部材が配
   設されてなる請求項１または２記載の矩形シールド掘進
   機。
4. 【請求項４】 前記補助カッターディスクを旋回させる
   駆動機の出力軸と補助カッターディスクの回転軸とが平
   行または同軸状となるように減速機によって接続され、
   前記揺動機構が、前記補助カッターディスクと駆動機と
   の接続体における前記揺動軸受けより後端側に連結され
   た液圧ジャッキから構成されてなる請求項３記載の矩形
   シールド掘進機。
5. 【請求項５】 前記補助カッターディスクの前面たるカ
   ッター配設面が傘状に形成されてなる請求項１〜４のう
   ちのいずれか一の項に記載の矩形シールド掘進機。