JP3344949B2 - トンネル掘進機における余掘装置のストローク制御方法 - 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、揺動又は回転駆動
されるカッタヘッドと、このカッタヘッドの外周縁から
トンネル径方向に出没自在に設けられる余掘装置を有
し、前記カッタヘッドおよび余掘装置により異形断面を
掘削するトンネル掘進機における余掘装置のストローク
制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トンネル掘進機の余掘装置として
は、例えば実開平４−１２３９４号公報に記載されたも
のがある。この公報に記載された余掘装置１００は、図
５に示されているように、掘進方向前端部に設けられる
カッタ１０１の周縁部１０２に対して半径方向に出没可
能とされており、その先端両端部の前面にそれぞれ最外
周前面ビット１０３が取り付けられている構成とされて
いる。

【０００３】また、本出願人は特願平９−１３１８５０
号において、前面にスポーク式カッタヘッドが設けら
れ、このスポーク内部に余掘装置が内蔵され、この余掘
装置の先端部に設けられるカッタが前記スポークの揺動
に伴って出没することによって異形断面を掘削すること
のできるトンネル掘進機を提案している。また、このよ
うなトンネル掘進機では、前記余掘装置の先端中央部を
ストローク制御基準点とし、この基準点が目標とする異
形断面の形状を描くように前記スポークの揺動に伴って
余掘装置の伸縮を制御するようにされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
その問題点を示す説明図が示されるように、実開平４−
１２５９４号公報に記載の余掘装置１００を前記特願平
９−１３１８５０号にて提案されたトンネル掘進機に適
用し、前記余掘装置１００の先端中央部をストローク制
御基準点Ｑとしてこの基準点を目標とする異形断面形状
１０５に沿わせるようにその伸縮量を制御したのでは、
余掘装置１００が前記スポーク１０６の揺動に伴って傾
くとその余掘装置１００の先端部が目標とする異形断面
形状１０５より外側を掘削することになり（図中のハッ
チング部分）、目標とする掘削断面形状より大きい異形
断面形状が切削されてしまう問題点がある。

【０００５】このように目標とする掘削断面形状より大
きく掘削されると、掘削面とトンネル掘進機後方に敷設
されるセグメントとの間に供給される裏込め材量が多く
必要となる問題点を有するだけでなく、地山が崩落して
しまう危険を有する。

【０００６】また、確実に目標とする掘削断面形状を得
るためには、数秒毎のスポークの傾きと余掘装置の伸縮
量とを表す理論図面を作成し、この理論図面に基づいて
余掘装置の伸縮量を制御する必要があり、制御が非常に
複雑であるとともに、例えば余掘装置の先端形状等が変
わる毎に理論図面および複雑な演算が必要になる問題点
がある。

【０００７】ところで、前記異形断面を図５に示される
形状の余掘装置１００を出没および揺動させて掘削する
場合、その余掘装置１００の先端両端部前面に設けられ
ているビット１０３がすぐに磨耗してしまい、前記余掘
装置１００自体の耐久性が著しく低いという問題点があ
る。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、容易な制御で確実に目標とする掘
削断面形状を掘削可能であるとともに、耐久性の優れた
余掘装置を有するトンネル掘進機における余掘装置のス
トローク制御方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明によるトンネル掘進
機における余掘装置のストローク制御方法は、揺動又は
回転駆動されるカッタヘッドと、このカッタヘッドの外
周縁からトンネル径方向に出没自在に設けられる余掘装
置とを有し、前記カッタヘッドの揺動又は回転と余掘装
置の出没とにより異形断面を掘削するトンネル掘進機に
おける余掘装置のストローク制御方法であって、前記余
掘装置の先端面に、それら先端部の包絡線もしくは包絡
面がトンネル内周面に向けて凸状で、かつ所定半径の円
弧形状もしくは所定半径の部分球面形状となるように複
数のカッタビットを配置し、この円弧形状もしくは部分
球面形状の中心点をストローク基準点とし、このストロ
ーク基準点が目標とする異形断面外形より前記半径に相
当する距離分内側の線上を通るように前記余掘装置の出
没量を制御することを特徴とするものである。

【００１０】本発明においては、余掘装置がカッタヘッ
ドの揺動又は回転に伴いそのカッタヘッドの外周縁から
トンネル径方向に出没するようにされており、この余掘
装置の先端面に複数のカッタビットがそれら先端部の包
絡線または包絡面が円弧形状または部分球面形状となる
ように配置され、それらカッタビット先端がそれぞれ略
均一に地山に当接されて異形断面が切削される。また、
前記円弧形状もしくは部分球面形状の中心点を基準点と
し、この基準点が目標とする異形掘削断面外形の外周部
から前記半径距離分内側の線上（ストローク基準線上）
を通るように前記余掘装置の出没量が制御され、目標と
する掘削断面形状が得られる。

【００１１】本発明によれば、基準点からカッタビット
先端までの距離が一定であるため、目標とする掘削断面
形状を極めて容易な制御で正確に得ることができ、従来
の問題点である地山の崩落を防止でき、掘削面とトンネ
ル掘進機との間に供給する裏込め剤の必要量を減らすこ
とができるという効果を奏する。また、カッタヘッド先
端に配置される複数のカッタビットがそれぞれ均一に地
山に当接されるため、余掘装置全体の耐久性を向上させ
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるトンネル掘進
機における余掘装置のストローク制御方法の具体的な実
施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。

【００１３】図１には本実施例の一実施例に係るトンネ
ル掘進機１の前方縦断面図が、図２には図１のＡ−Ａ線
断面図がそれぞれ示されている。

【００１４】本実施例のトンネル掘進機１においては、
略矩形断面形状のスキンプレート２の前方に、左右に２
つのカッタヘッド（１つのみ図示）３がそれぞれセンタ
シャフト４を介して後方に設けられるカッタヘッド駆動
機構（図示省略）により揺動可能に支承されている。な
お、スキンプレート２のコーナー部２ａは、半径Ｒのア
ール形状とされている。

【００１５】前記カッタヘッド３はスポーク式カッタヘ
ッドであって、４本のスポーク５，６，７，８が互いに
隣接するスポーク同士のなす角度が９０°になるように
配置されている。これらスポーク５〜８の前面には、切
羽を掘削するカッタビット９が設けられるとともに、内
側（隣接線Ｌ側）のスポーク８を除く３本のスポーク５
〜７にはそれぞれ余掘装置１０が内蔵されている。な
お、前記内側のスポーク８は他のスポーク５〜７の長さ
より短く形成されており、隣接線Ｌを線対称にして配置
されるカッタヘッド（図示省略）の内側スポークと互い
に干渉しないようにされている。

【００１６】これら余掘装置１０にはそれぞれ伸縮ジャ
ッキ１１が内蔵されており、これら伸縮ジャッキ１１の
伸縮により余掘装置１０が前記スポーク５〜７の外周縁
からトンネル径方向に出没するようにされている。これ
ら伸縮ジャッキ１１の伸縮量は図示されないストローク
制御装置により制御されている。

【００１７】図３には、前記スポークの部分正面図
（ａ）およびＢ−Ｂ線断面図（ｂ）が示されており、そ
のスポークに内蔵される余掘装置を伸長させた状態がそ
れぞれ二点鎖線で示されている。前記余掘装置１０の先
端面１０ａは部分球面形状であり、その先端面１０ａ上
に同形状の複数のカッタビット１２が配置されて、それ
らカッタビット１２先端部の包絡面が半径ｒ（但し、Ｒ
＞ｒ）の部分球面形状となるようにされている。なお、
前記部分球面形状の中心点は、図中符号Ｏで示されてい
る。また、前記余掘装置１０の伸長時（二点鎖線で示
す）に各スポークから突出する余掘装置１０の先端側前
面１０ｂにも複数のカッタビット１３が配置されてい
る。

【００１８】このように構成されるトンネル掘進機１に
おいては、カッタヘッド駆動機構がセンタシャフト４を
揺動させることにより、カッタヘッド３（スポーク５〜
８）が所定の角度範囲で揺動される。この揺動に応じて
前記スポーク５〜７に内蔵される余掘装置１０が、前記
ストローク量制御装置により余掘装置１０内部の伸縮ジ
ャッキ１１の伸縮量が制御されて、掘削矩形断面のコー
ナー部を掘削するようにスポーク５〜７の外周縁から出
没される。

【００１９】図４にスポーク５の揺動に伴って出没する
余掘装置１０の動作を説明する説明図が示されている。
前記余掘装置１０はその先端に配置されるカッタビット
１２先端部の包絡面が点Ｏを中心とする半径ｒの部分球
面形状とされ、その点Ｏをストローク基準点として出没
量（伸縮量）が制御されている。すなわち、前記ストロ
ーク量制御装置によりそのストローク基準点Ｏが前記掘
削外径の距離ｒ分内側のストローク基準線Ｐ上を通るよ
うに、余掘装置１０（伸縮ジャッキ１１）の伸縮量が制
御されている。

【００２０】本実施例によれば、ストローク基準点Ｏか
ら余掘装置１０先端までの距離が一定であるため、スポ
ークが揺動により傾斜している場合であっても余掘装置
１０の伸長によりその先端側部１０ｃが掘削外径より外
側へ突出することがなく、またコーナー部２ａにおいて
も前記半径ｒがそのコーナー部２ａの半径よりも小さく
されているので、極めて容易な制御で目標とする掘削外
径を正確に掘削することができる。したがって、地山崩
落の危険を回避することができるとともに、掘削外径と
トンネル掘進機１後方に敷設されるセグメント（図示省
略）との間に供給される裏込め材の必要量を減らすこと
ができる効果を奏する。

【００２１】本実施例においては、隣接線Ｌを対称に左
右に２つのカッタヘッドが設けられ、それぞれのカッタ
ヘッドの内側スポークが互いに干渉しないように短くさ
れているが、これに限らず、カッタヘッドは少なくとも
１つ設けていればよく、そのカッタヘッドに設けられる
スポーク長さを全て等しくしてもよい。

【００２２】また、本実施例においては、余掘装置が内
側スポーク以外のスポークに内蔵されているが、これに
限らず、余掘装置は全てのスポークに内蔵されていても
よく、少なくとも１つのスポークに内蔵されて入ればよ
い。

【００２３】本実施例においては、カッタヘッドが揺動
駆動するようにされているが、これに限らず、カッタヘ
ッドが回転駆動するようにされていてもよく、この回転
に伴って余掘装置の伸縮が制御されていればよい。

【００２４】本実施例においては、部分球面形状の余掘
装置の先端面に同形状のカッタビット１２が複数個配置
されて、それらカッタビット１２先端部の包絡面が部分
球面形状にされているが、これに限らず、例えば平面状
等の余掘装置の先端面に形状の異なるカッタビット１２
を複数個配置させて、それらカッタビット１２先端部の
包絡面が部分球面形状にされていてもよい。

【００２５】また、本実施例においては、カッタビット
１２先端部の包絡面が部分球面形状となるように形成さ
れているが、これに限らず、少なくともトンネル掘進機
の径方向に対するカッタビット１２先端部の包絡線が円
弧形状であればよく、前述の効果と同等の効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係るトンネル掘進
機の前方縦断面図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線部分断面図である。

【図３】図３は、スポークの部分正面図（ａ）およびＢ
−Ｂ線断面図（ｂ）である。

【図４】図４は、スポークの揺動に伴って出没する余掘
装置の動作を説明する説明図である。

【図５】図５は、従来の余掘装置を説明する説明図であ
る。

【図６】図６は、従来の問題点を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１ トンネル掘進機 ２ スキンプレート ３ カッタヘッド ４ センタシャフト ５，６，７，８ カッタヘッドスポーク ９，１２，１３ カッタビット １０ 余掘装置 １１ 伸縮ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原沢 肇 福岡県福岡市博多区博多駅前三丁目12番 10号 鹿島建設株式会社九州支店内 (72)発明者 南 敬 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社 小松製作所小松工場内 (72)発明者 神林 秀雄 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社 小松製作所小松工場内 (72)発明者 伊藤 玲 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社 小松製作所小松工場内 (56)参考文献 特開 平10−131674（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−291786（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176092（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−169098（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 揺動又は回転駆動されるカッタヘッド
   と、このカッタヘッドの外周縁からトンネル径方向に出
   没自在に設けられる余掘装置とを有し、前記カッタヘッ
   ドの揺動又は回転と余掘装置の出没とにより異形断面を
   掘削するトンネル掘進機における余掘装置のストローク
   制御方法であって、 前記余掘装置の先端面に、それら先端部の包絡線もしく
   は包絡面がトンネル内周面に向けて凸状で、かつ所定半
   径の円弧形状もしくは所定半径の部分球面形状となるよ
   うに複数のカッタビットを配置し、この円弧形状もしく
   は部分球面形状の中心点をストローク基準点とし、この
   ストローク基準点が目標とする異形断面外形より前記半
   径に相当する距離分内側の線上を通るように前記余掘装
   置の出没量を制御することを特徴とするトンネル掘進機
   における余掘装置のストローク制御方法。