JP3377655B2 - カッタスポーク構造及びトンネル掘削機並びにトンネル掘削方法 - 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、カッタスポーク構
造及びトンネル掘削機並びにトンネル掘削方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘削機ではあるが、従来のカッ
タスポーク構造としては、図８に示すように、カッタス
ポーク２４が単筒の一体構造のものや、図９及び図１０
に示すように、相対的に摺動可能な内筒２９と外筒２８
よりカッタスポークを構成し、且つ外筒２８の一部を切
り欠きここに内筒２９に付設した廻り止め部材２９ａを
嵌合させることにより、外筒２８と内筒２９の相対回転
運動を防止する構造としたものがある。

【０００３】従って、シールド掘削機の掘削外径を変化
させるためには、一体構造のカッタスポーク２４の場合
は、カッタスポーク内部に油圧ジャッキ２６により伸縮
可能に装着されたコピーカッタ２５の伸縮動作によって
いた。また、内筒２９及び外筒２８の二重筒より構成さ
れたカッタスポークの場合は、複数のカッタビット３０
を装着した内筒２９を外筒２８と油圧ジャッキ３１を介
して連結し、内筒２９を伸縮させることで掘削外径を変
化させていた。

【０００４】なお、図８中２０は掘削機本体で、この掘
削機本体２０の前面にカッタ回転シャフト２３を介して
カッタスポーク２４が、カッタ駆動用モータ２１を備え
たカッタ駆動装置により回転自在に装着されている。２
７は掘削機本体推進用のシールドジャッキである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記コピー
カッタを備えた一体構造のカッタスポークの場合、コピ
ーカッタ単体を伸縮してトンネルの全断面を余掘り（ビ
ットを伸ばして掘削領域を拡大すること）するため、複
数のカッタビットを装備したカッタスポーク内筒（若し
くは中筒、外筒）を伸縮させて余掘りを行う場合に比べ
て、掘削効率が悪く、寿命も短いという問題点があっ
た。また、コピーカッタをスポーク内に収納するため、
構造上、コピーカッタ断面が小さくなり、強度上大きな
伸縮量が得られない。加えて、コピーカッタ伸縮位置
は、カッタビットによる切削断面よりも後方となるた
め、切削土の取り込み効率が悪いという問題点もあっ
た。

【０００６】一方、内，外筒摺動式のスポーク構造の場
合、内，外筒を円筒とした場合に、一方に凸面形状の廻
り止め部材、他方に凹面形状部若しくは切欠部を設けて
廻り止めを行う必要があるが、摺動部への土砂の侵入を
防止するシール構造を前記凹，凸部に設けることが困難
であるという問題点があった。また、収縮動作時、カッ
タビット収納用の凹部若しくは切欠部を外筒に設けるこ
とが必要となり、前記同様摺動部のシール構造を設ける
ことが難しい。加えて、前記凹部又は切欠部に土砂が付
着堆積し、作動不良の要因となるという問題点もあっ
た。

【０００７】そこで、本発明の目的は、掘削効率が高く
大きな伸縮量が得られると共に、作動性が良好なカッタ
スポーク構造及びトンネル掘削機並びにトンネル掘削方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るカッタスポーク構造は、スポーク本体の
掘削方向前面部に多数のカッタビットを配設したカッタ
スポークが、カッタヘッド中心部材に固定された外筒
と、該外筒に対して廻り止めを兼ねた摺動部材を介して
相対的に摺動可能な内筒とから構成され、前記内筒と外
筒との周間隙にビット収納部を設けると共に、前記摺動
部材の外周形状を外筒の内周形状と対応させて多角形若
しくは楕円形若しくはそれらと円弧を組み合わせた形状
としたことを特徴とする。

【０００９】本発明に係るトンネル掘削機は、前記カッ
タスポークが掘削機本体の前面に回転自在に装着される
と共に、該カッタスポークを回転させるカッタ駆動装置
を掘削機本体内に設けたことを特徴とする。

【００１０】本発明に係るトンネル掘削方法は、掘削領
域を拡大すべく余掘りする際に、前記内筒を外筒に対し
て伸長させて掘削を行なうことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】前記構成によれば、複数のカッタビットを
設けた内筒を伸縮させることにより、余掘り効率の増
大、伸縮量の増大が図れると共に、廻り止めを兼ねた摺
動部材を採用したことによるシール構造の容易性によ
り、伸縮動作の信頼性及び装置の耐久性が向上し、長距
離にわたる余掘りが可能となると共に土質に対して適用
範囲が拡大される。

【００１６】

【発明の実施の形態】

「第１実施例」図１は本発明に係るカッタスポーク構造
の要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は同じ
くカッタスポーク構造が適用されたシールド掘削機の側
断面図、図４はその正面図である。尚、図３及び図４に
おいて、図８と同一部材には同一符号を付して重複する
説明は省略する。

【００１７】図示のように、カッタ回転シャフト２３の
先端に固着されたカッタヘッド中心部材６には、６本の
カッタスポークが放射状に固着されている。即ち、多数
のカッタビット４ｂを備えたスポーク外筒１とスポーク
内筒２とが共にカッタヘッド中心部材６に固定され、多
数のカッタビット４ａを備えたスポーク中筒３とは、油
圧ジャッキ５を介して摺動可能に連結されている。

【００１８】スポーク中筒３の内周面はスポーク内筒２
の外周面と嵌合し、摺動面を構成している。スポーク中
筒３の摺動面は、スポーク内筒２の上部外周に嵌着した
上下一対のシール部材８によりシールされ、摺動面への
土砂の侵入を防止している。

【００１９】スポーク中筒３の後部外周には廻り止めガ
イド７が取り付けられ、スポーク外筒１の後部内周に固
着された左右一対の廻り止めガイド９と嵌合させること
によりスポーク中筒３の回転を防止している。

【００２０】スポーク中筒３とスポーク外筒１間にはビ
ット収納用のクリアランスを設け、スポーク中筒３の収
縮時には、スポーク中筒３に装備されたカッタビット４
ａがスポーク外筒１内に収納可能な構造とする。また、
スポーク中筒３の外周部に土砂侵入防止板１０を取り付
け、スポーク外筒１とスポーク中筒３間の隙間部への土
砂の侵入を防止するようにもなっている。

【００２１】このように構成されるため、油圧ジャッキ
５の伸縮によりスポーク中筒３を伸縮動作させること
で、掘削外径を変化させて余堀りを行うことが可能とな
る。

【００２２】また、スポーク中筒３には多数のカッタビ
ット４ａが装備されており、掘削効率が低下することな
く、大きな伸縮量に対しても対応可能となる。

【００２３】また、スポーク内筒２とスポーク中筒３と
の摺動部は、シール部材８で保護されているため、作動
の信頼性向上が期待できる。

【００２４】また、カッタビット４ａに作用する切削反
力による回転モーメントは、廻り止めガイド７，９で支
持されるため、スポーク中筒３の回転は防止される。

【００２５】加えて、従来の内，外筒式のスポーク構造
の場合、外筒内部へ土砂が侵入し、作動不良の原因とな
ったが、本実施例の場合、土砂侵入防止板１０により、
スポーク外筒１内への土砂の侵入を防止することが可能
となり、作動の確実性が得られる。

【００２６】「第２実施例」図５は本発明に係るカッタ
スポーク構造の要部断面図、図６は図５のＢ−Ｂ断面
図、図７は同じくカッタスポーク構造が適用されたシー
ルド掘削機の側断面図である。尚、図７において、図８
と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。

【００２７】図示のように、カッタ回転シャフト２３の
先端に固着されたカッタヘッド中心部材６には、６本の
カッタスポークが放射状に固着されている。即ち、多数
のカッタビット４ｂを備えたスポーク外筒１がカッタヘ
ッド中心部材６に固定され、多数のカッタビット４ａを
備えたスポーク内筒２とは、油圧ジャッキ５を介して摺
動可能に連結されている。

【００２８】スポーク内筒２の外周面には、円弧と多角
形を組み合わせた形状の摺動部材１１が固着されスポー
ク外筒１の内周面と嵌合し、摺動面を構成している。ス
ポーク外筒１の摺動面は、摺動部材１１の外周に嵌着し
た上下一対のシール部材８によりシールされ、摺動面へ
の土砂の侵入を防止している。

【００２９】スポーク内筒２は、前記摺動部材１１によ
り、スポーク外筒１に対してその回転を防止している。

【００３０】スポーク内筒２とスポーク外筒１間にはビ
ット収納用のクリアランスを設け、スポーク内筒２の収
縮時には、スポーク内筒２に装備されたカッタビット４
ａがスポーク外筒１内に収納可能な構造とする。

【００３１】このように構成されるため、油圧ジャッキ
５の伸縮によりスポーク内筒２を伸縮動作させること
で、掘削外径を変化させて余堀りを行うことが可能とな
る。

【００３２】また、スポーク内筒２には多数のカッタビ
ット４ａが装備されており、掘削効率が低下することな
く、大きな伸縮量に対しても対応可能となる。

【００３３】また、スポーク外筒１とスポーク内筒２と
の摺動部は、シール部材８で保護されているため、作動
の信頼性向上が期待できる。

【００３４】また、カッタビット４ａに作用する切削反
力による回転モーメントは、摺動部材１１で支持される
ため、スポーク内筒２の回転は防止される。

【００３５】加えて、従来の内，外筒式のスポーク構造
の場合、外筒内部へ土砂が侵入し、作動不良の原因とな
ったが、本実施例の場合、摺動部材１１とシール部材８
により、スポーク外筒１内への土砂の侵入を防止するこ
とが可能となり、作動の確実性が得られる。

【００３６】

【００３７】

【発明の効果】 以上説明したように請求項１〜３の発明
によれば、スポーク本体の掘削方向前面部に多数のカッ
タビットを配設したカッタスポークが、カッタヘッド中
心部材に固定された外筒と、該外筒に対して廻り止めを
兼ねた摺動部材を介して相対的に摺動可能な内筒とから
構成され、前記内筒と外筒との周間隙にビット収納部を
設けると共に、前記摺動部材の外周形状を外筒の内周形
状と対応させて多角形若しくは楕円形若しくはそれらと
円弧を組み合わせた形状とした ので、余掘り効率の増大
と伸縮量の増大が図れると共に、２重筒構造によるシー
ル構造の容易性により、伸縮動作の信頼性及び装置の耐
久性が向上し、長距離にわたる余掘りが可能となると共
に土質に対して適用範囲が拡大される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るカッタスポーク構造の第１実施例
の要部断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】同じくカッタスポーク構造が適用されたシール
ド掘削機の側断面図である。

【図４】図３の正面図である。

【図５】本発明に係るカッタスポーク構造の第２実施例
の要部断面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。

【図７】同じくカッタスポーク構造が適用されたシール
ド掘削機の側断面図である。

【図８】従来例の一体構造型スポークを備えたシールド
掘削機の側断面図である。

【図９】従来例のスポーク内，外筒型を示す側断面図で
ある。

【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

１ スポーク外筒 ２ スポーク内筒 ３ スポーク中筒 ４ａ，４ｂ カッタビット ５ 油圧ジャッキ ６ カッタヘッド中心部材 ７ 廻り止めガイド ８ シール部材 ９ 廻り止めガイド １０ 土砂侵入防止板 １１ 摺動部材

フロントページの続き (72)発明者 井上 年史 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 田中 淳一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 別所 俊彦 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 金子 研一 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−308089（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−176994（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−137064（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−122197（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−190395（ＪＰ，Ｕ) 特公 平５−88360（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平４−19111（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スポーク本体の掘削方向前面部に多数の
   カッタビットを配設したカッタスポークが、カッタヘッ
   ド中心部材に固定された外筒と、該外筒に対して廻り止
   めを兼ねた摺動部材を介して相対的に摺動可能な内筒と
   から構成され、前記内筒と外筒との周間隙にビット収納
   部を設けると共に、前記摺動部材の外周形状を外筒の内
   周形状と対応させて多角形若しくは楕円形若しくはそれ
   らと円弧を組み合わせた形状としたことを特徴とするカ
   ッタスポーク構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカッタスポークが掘削機
   本体の前面に回転自在に装着されると共に、該カッタス
   ポークを回転させるカッタ駆動装置を掘削機本体内に設
   けたことを特徴とするトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 掘削領域を拡大すべく余掘りする際に、
   請求項１記載の内筒を外筒に対して伸長させて掘削を行
   なうことを特徴とするトンネル掘削方法。