JP3073417B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、岩盤などを掘削するト
ンネル掘削機に関し、特に、異形断面形状のトンネルを
連続して掘削可能とするものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なトンネル掘削機は円筒形の掘削
機本体の前部に円形のカッタヘッドが回転自在に装着さ
れてなり、このカッタヘッドに装着された駆動モータに
よってカッタヘッドが旋回させながら、掘削機本体を前
進させることで、地盤を掘削してトンネルを構築するも
のである。

【０００３】ところで、掘削形成するトンネルは、地下
鉄が走行するためのものの他に、駅の地下道や下水道な
どとして用いられるものがあり、そのトンネルの断面は
円形のみならず、楕円形や四角形、馬蹄形などとなって
いる。ところが、このような円形以外の異形断面のトン
ネルは上述したようなトンネル掘削機で掘削形成するこ
とはできない。そのため、異形断面のトンネルを形成す
るには、トンネル掘削機にて円形断面のトンネルを形成
し、その後、トンネル内壁部を作業者の手掘りによって
掘削し、異形断面のトンネルを形成していた。

【０００４】ところが、作業車の手堀りによるトンネル
の掘削作業は重労働であると共に、作業時間が長くかか
ってしまい、作業性がよくないという問題があり、異形
断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機の出現が待た
れている。そこで、例えば、特開平１−２５６６９７号
公報に「異形断面シールド工法およびシールド機」とし
て異形断面が掘削可能なトンネル掘削機が開示されてい
る。

【０００５】この特開平１−２５６６９７号公報に開示
されたシールド機は、筒状のシールド機本体の前端部に
おいて、その中心部にセンターカッタを駆動回転自在に
設けると共に、このセンターカッタの外側に２つのサイ
ドカッタを駆動偏心回転自在で、且つ、センターカッタ
の周りを旋回自在に設けたものである。従って、センタ
ーカッタを回転すると共に２つのサイドカッタを偏心回
転させながらセンターカッタの周りを旋回することで、
例えば、四角形断面のトンネルを掘削形成することがで
きる。

【０００６】この特開平１−２５６６９７号公報に開示
された「異形断面シールド工法およびシールド機」とは
別に、特開平５−２９５９８６号公報に「岩盤掘削機」
として開示されたものがある。

【０００７】この特開平５−２９５９８６号公報に開示
された「岩盤掘削機」は、自走自在な走行部を有する掘
削機本体の前部にパラレルリンク機構を介して駆動回転
するカッタヘッドを任意な方向へ揺動自在に設けたもの
である。従って、走行部によって掘削機本体を前進させ
る一方、カッタヘッドを回転させながら、パラレルリン
ク機構によってこのカッタヘッドを外方へ揺動させるこ
とで、自由な断面のトンネルを掘削形成することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１−
２５６６９７号公報に開示された従来の「異形断面シー
ルド工法およびシールド機」にあっては、岩盤を掘削す
るカッタが３つもあり、この各カッタを駆動する駆動モ
ータも同数必要となるばかりでなく、サイドカッタを複
雑に動作させなければならず、その駆動伝達系が複雑と
なってしまう。そのため、掘削機自体が複雑となって大
型化してしまい、且つ、価格も高コストなものとなって
しまうという問題があった。

【０００９】また、特開平５−２９５９８６号公報に開
示された従来の「岩盤掘削機」は、上述のシールド機よ
りも構造が簡素化されてはいるものの、この「岩盤掘削
機」にあっては、カッタ駆動モータが外部に露出してお
り、掘削土砂や泥水、粉塵等が付着してしまう。即ち、
掘削機は前方の岩盤を掘削しながら前進するため、掘削
機自体の露出部分には掘削した土砂や泥水がかかってし
まう。また、掘削機によって掘削されたトンネル内は粉
塵などか散乱しており、同様に、掘削機自体の露出部分
にはこの粉塵がかかってしまう。従って、この「岩盤掘
削機」では、トンネル内の掘削土砂や粉塵などが外部に
露出したカッタ駆動モータに付着してしまい、モータが
故障してしまう虞があった。

【００１０】また、このカッタ駆動モータには、これを
駆動させるための電源ケーブルや油圧供給管などが接続
されることとなるが、カッタ駆動モータが外部に露出し
ているため、このモータから引き出された電源ケーブル
あるいは油圧供給管はトンネル内に露出した状態で掘削
機本体に接続されることとなり、掘削した土砂等の落下
によって欠損、あるいは切断されてしまう虞があり、装
置の信頼性並びに安全性の面で不十分であった。

【００１１】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、構造の簡素化及び低価格化を図ると共に、カ
ッタ駆動部の防塵性能を上げて信頼性の向上を図ったト
ンネル掘削機を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、掘削機本体の前端部に
駆動回転自在なカッタヘッドが装着されたトンネル掘削
機において、前記掘削機本体とカッタヘッドとを該カッ
タヘッドの周方向に傾斜させてトラス状に配設した複数
の揺動ジャッキによって揺動自在に連結すると共に、前
記カッタヘッドを駆動回転させる駆動装置を防塵ケース
内に密封したことを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削機は、掘削機
本体と防塵ケースとを揺動自在な連結筒を介して連結
し、該連結筒内に駆動装置を駆動回転させるための駆動
伝達手段を配設したことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】掘削機本体とカッタヘッドとを該カッタヘッド
の周方向に傾斜させてトラス状に配設した複数の揺動ジ
ャッキによって揺動自在に連結すると共にこのカッタヘ
ッドを駆動回転させる駆動装置を防塵ケース内に密封し
たことで、岩盤掘削時に落下する土砂や泥水、散乱する
粉塵は防塵ケースに遮られて駆動装置に直接付着するこ
とがない。

【００１５】掘削機本体と防塵ケースとを揺動自在な連
結筒を介して連結してこの連結筒内に駆動装置を駆動回
転させるための駆動伝達手段を配設したことで、岩盤掘
削時に落下する土砂などが連結筒に保護されて駆動伝達
手段に直接かかることがない。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１７】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機の側面概略、図２に本実施例のトンネル掘削機の平
面概略、図３に本実施例のトンネル掘削機の正面概略、
図４に図２のIV−IV断面、図５に揺動ジャッキの制御ブ
ロックを示す。

【００１８】図１乃至図４に示すように、本実施例のト
ンネル掘削機において、スキンプレート１１は矩形の筒
状をなしており、前方に凹所１２が形成されるように内
部に基盤１３が一体に固定されている。一方、カッタヘ
ッド１４は円形をなしてスキンプレート１１の凹所１２
内に位置しており、このカッタヘッド１４は前面に多数
のカッタビット１５が固定され、回転軸１６が駆動部１
７に回転自在に支持されている。この駆動部１７は油圧
モータ１８を有しており、この油圧モータ１８が駆動す
ることで、その駆動力が駆動部１７内の図示しない歯車
機構を介して回転軸１６に伝達され、カッタヘッド１４
を回転することができるようになっている。そして、こ
のように構成された駆動部１７は円筒形状の防塵ケース
１９内に格納されており、外部から密封されている。

【００１９】駆動部１７が格納された防塵ケース１９は
スキンプレート１１の凹所１２内に位置し、基盤１３と
対向している。そして、この基盤１３と防塵ケース１９
とは複数（本実施例では８本）の揺動ジャッキ２１〜２
８（図５参照）によって揺動自在に連結されている。こ
の揺動ジャッキ２１〜２８は油圧の給排によって伸縮作
動するものであって、ジャッキ本体は基盤１３に取付け
られた各球軸受２９によって揺動自在に支持され、ロッ
ド先端部は防塵ケース１９に取付けられた各球軸受３０
によって揺動自在に支持されている。そして、この揺動
ジャッキ２１〜２８は２本で１組をなし、例えば、揺動
ジャッキ２１がカッタヘッド１４の周方向一方に傾斜
し、揺動ジャッキ２２がカッタヘッド１４の周方向他方
に傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラ
レルリンク機構３１を構成している。

【００２０】従って、油圧モータ１８を作動することで
駆動部１７を介してカッタヘッド１４を回転することが
でき、この状態でパラレルリンク機構３１の各揺動ジャ
ッキ２１〜２８を作動することでカッタヘッド１４を周
方向に回転（自転）させながら、凹所１２内を径方向に
揺動させることができる。

【００２１】また、スキンプレート１１の基盤１３と防
塵ケース１９とは互いにスライド自在に嵌合した一対の
連結筒３２，３３によって連結されており、この連結筒
３２，３３の端部は自在継手となっており、防塵ケース
１９は基盤１３（スキンプレート１１）に対して揺動自
在となっている。また、この連結筒３２，３３によって
スキンプレート１１の内部と防塵ケース１９の内部は連
通しており、この連結筒３２，３３内には一端が図示し
ない油圧給排源に連結された駆動伝達手段としての油圧
給排ホース３４が通り、他端が防塵ケース１９内の油圧
モータ１８に連結されている。

【００２２】スキンプレート１１はその後部に円周方向
に複数のシールドジャッキ３５が並設されており、後方
に伸びる駆動ロッドの先端部にはスプレッダ３６が取付
けられている。このシールドジャッキ３５が作動してト
ンネル掘削機の掘進方向後方に駆動ロッドが伸長し、掘
削したトンネル内周面に構築された既設のセグメント３
７にスプレッダ３６を押し付けることで、その反力によ
りスキンプレート１１を前進することができる。また、
スキンプレート１１の後部にはカッタヘッド１４に対応
して左右一対の支持盤３８が駆動回転自在に装着されて
おり、この一対の支持盤３８にはエレクタ装置３９がそ
れぞれ取付けられている。このエレクタ装置３９はシー
ルドジャッキ３５によって前進したスキンプレート１１
と既設のセグメント３７との間の空所に新しいセグメン
ト３７を装着する。

【００２３】更に、スキンプレート１１にはカッタヘッ
ド１４によって掘削され、凹所１２内に溜まった土砂を
外部に搬出する左右一対のスクリューコンベア４０が設
けられている。

【００２４】ここで、前述した複数の揺動ジャッキ２１
〜２８から構成されるパラレルリンク機構３１の制御シ
ステムの構成について説明する。

【００２５】図５に示すように、揺動ジャッキ２１〜２
８において、例えば、揺動ジャッキ２１の図示しないピ
ストンによって仕切られた２つの圧力室には油圧給排管
４１，４２が連結されており、各油圧給排管４１，４２
はそれぞれ非常遮断弁４３，４４を介してサーボ弁４５
に連結されている。このサーボ弁４５は揺動ジャッキ２
１の各圧力室への油圧の供給及び排出を切り換えるもの
であって、連結管４６，４７を介して油圧給排源４８に
連結されている。

【００２６】また、揺動ジャッキ２１にはその作動位置
を検出する変位センサ４９が装着されており、この変位
センサ４９はコントローラ５０を介して制御部５１に接
続されている。そして、前述したサーボ弁４５はサーボ
アンプ５２を介して制御部５１に接続されている。な
お、この制御部５１には複数のジョイスティクレバーを
有する操作部５３と非常停止ボタン５４が接続されてい
る。

【００２７】従って、変位センサ４９は揺動ジャッキ２
１の作動位置を検出しており、その検出信号をコントロ
ーラ５０を介して制御部５１に出力している。制御部５
１はこの検出信号に基づいてサーボアンプ５２に指令信
号を出力し、サーボアンプ５２はその指令信号に基づい
てサーボ弁４５を制御し、油圧給排源４８と揺動ジャッ
キ２１との間で油圧の給排を行うようになっている。な
お、ここでは揺動ジャッキ２１についてのみ説明した
が、他の揺動ジャッキ２２〜２８についても同様の構成
となっている。

【００２８】而して、本実施例のトンネル掘削機によっ
て岩盤を掘削するには、まず、複数のシールドジャッキ
３５を伸長し、既設のセグメント３７への押し付け反力
によってシールド掘削機本体、即ち、スキンプレート１
１を前進させる。一方、油圧給排ホース３４によって油
圧モータ１８に油圧の給排を行ってこの油圧モータ１８
を駆動し、駆動部１７によりカッタヘッド１４を旋回さ
せ、カッタビット１５によって前方の岩盤を掘削してい
く。このとき、パラレルリンク機構３１の各揺動ジャッ
キ２１〜２８を作動し、防塵ケース１９を介してカッタ
ヘッド１４を、図３に示すように、径方向に移動させる
ことで、例えば、本実施例のように矩形断面のトンネル
を掘削することができる。

【００２９】このとき、制御部５１には変位センサ４９
が検出した揺動ジャッキ２１〜２８の作動位置の検出信
号が入力されており、制御部５１は予め設定された掘削
条件（掘削するトンネルの形状や寸法、長さ等）及び変
位センサ４９の検出信号に基づいてサーボアンプ５２に
指令信号を出力してサーボ弁４５を制御し、油圧給排源
４８と揺動ジャッキ２１〜２８との間で油圧の給排を行
う。従って、揺動ジャッキ２１〜２８は油圧の給排によ
って所定量往復駆動し、Ｘ方向及びＹ方向、Ｚ方向の制
御が行われながら、カッタヘッド１４を揺動させる。

【００３０】そして、カッタビット１５によって掘削さ
れた土砂はチャンバ室としての凹所１２に取り込まれ、
掘削土砂はスクリューコンベア４０により外部に排出さ
れる。次に、シールドジャッキ３５の何れか一つを縮み
方向に作動して既設のセグメント３７との間に空所を形
成し、エレクタ装置３９によってこの空所に新しいセグ
メント３７を装着する。この作業の繰り返しによって所
定長さのトンネルを掘削形成していく。

【００３１】このように本実施例にあっては、カッタヘ
ッド１４を複数の揺動ジャッキ２１〜２８からなるパラ
レルリンク機構３１によって揺動自在に支持し、カッタ
ヘッド１４の駆動部１７及び油圧モータ１８を防塵ケー
ス１９内に密封すると共にスキンプレート１１の基盤１
３とこの防塵ケース１９とを揺動自在な連結筒３２，３
３を介して連結し、この連結筒３２，３３内に油圧給排
ホース３４を配設したので、パラレルリンク機構３１の
みの簡単な構造で異形断面のトンネルを掘削でき、この
岩盤掘削時に落下する土砂や泥水、散乱する粉塵に対し
て駆動部１７及び油圧モータ１８、油圧給排ホース３４
が保護され、これらの故障や切断などを防止できる。ま
た、カッタヘッド１４及び駆動部１７、油圧モータ１８
が防塵ケース１９内に格納されてユニット化されている
ので、トンネル掘削後に別の掘削機に装着することで再
使用が可能となる。

【００３２】なお、上述の実施例において、カッタヘッ
ド１４を駆動回転させる駆動装置を油圧モータ１８とし
たが、電動モータでもよく、この場合、連結筒３２，３
３内には電源ケーブルが配設されることとなる。また、
カッタヘッド１４を揺動させるパラレルリンク機構３１
を８本の揺動ジャッキ２１〜２８によって構成したが、
揺動ジャッキの数は８本に限定されるものではなく、６
本以上であればよく、１０本でも１２本でもよいもので
あり、この場合であっても前述と同様の作用効果を奏す
ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体とカ
ッタヘッドとをそのカッタヘッドの周方向に傾斜させて
トラス状に配設した複数の揺動ジャッキによって揺動自
在に連結すると共にカッタヘッドを駆動回転させる駆動
装置を防塵ケース内に密封したので、複数の揺動ジャッ
キを用いるだけで異形断面のトンネルを自由に掘削形成
することができ、構造の簡素化及び低価格化を図ること
ができると共に、岩盤掘削時に落下する土砂や泥水、あ
るいは散乱する粉塵が防塵ケースに遮られて駆動装置に
直接付着することがなく、駆動装置の破損や故障などを
防止することができ、カッタ駆動部の信頼性の向上を図
ることができる。

【００３４】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
掘削機本体と防塵ケースとを揺動自在な連結筒を介して
連結してその連結筒内に駆動装置を駆動回転させるため
の駆動伝達手段を配設したので、岩盤掘削時に落下する
土砂や泥水などが連結筒に保護されて駆動伝達手段に直
接かかることがなく、駆動伝達手段の破損や切断などを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の側面
概略図である。

【図２】本実施例のトンネル掘削機の平面概略図であ
る。

【図３】本実施例のトンネル掘削機の正面概略図であ
る。

【図４】図２のIV−IV断面図である。

【図５】揺動ジャッキの制御ブロック図である。

【符号の説明】

１１ スキンプレート（掘削機本体） １２ 凹所 １３ 基盤 １４ カッタヘッド １７ 駆動部 １８ 駆動モータ １９ 防塵ケース ２１〜２８ 揺動ジャッキ ２９，３０ 球軸受 ３１ パラレルリンク機構 ３２，３３ 連結筒 ３４ 油圧給排ホース（駆動伝達手段） ３５ シールドジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 風間 慶三 東京都千代田区神田司町２−３ 株式会 社大林組 東京本社内 (72)発明者 大野 浩史 東京都千代田区神田司町２−３ 株式会 社大林組 東京本社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前端部に駆動回転自在なカ
   ッタヘッドが装着されたトンネル掘削機において、前記
   掘削機本体とカッタヘッドとを該カッタヘッドの周方向
   に傾斜させてトラス状に配設した複数の揺動ジャッキに
   よって揺動自在に連結すると共に、前記カッタヘッドを
   駆動回転させる駆動装置を防塵ケース内に密封したこと
   を特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、掘削機本体と防塵ケースとを揺動自在な連結筒を介
   して連結し、該連結筒内に駆動装置を駆動回転させるた
   めの駆動伝達手段を配設したことを特徴とするトンネル
   掘削機。