JP3499990B2 - トンネル掘削機及び掘削方法 - 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、地下鉄道などのト
ンネルを掘削形成するトンネル掘削機及びトンネル掘削
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機は、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
されると共に、この掘削機本体の後部にセグメントエレ
クタが装着されて構成されている。従って、このカッタ
ヘッドを駆動モータによって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掘削形
成し、セグメントエレクタによってこの掘削形成された
トンネルの内壁面にセグメントを組付けることでトンネ
ルを構築することができる。

【０００３】ところで、掘削形成するトンネルとして地
下鉄道に利用されるものがある。この地下鉄道として利
用されるトンネルは、通常、上り線と下り線の地下鉄が
走行するための２本の平行な走行トンネルが必要であ
る。また、地下鉄道には駅が必要であり、この駅を形成
するためには、前述した所定の間隔を有して独立した２
本のトンネルを連通させ、広い空間部を形成する必要が
ある。

【０００４】従来、地下鉄道に利用するトンネルの掘削
方法において、上下線の地下鉄の走行部としての２本の
トンネルは、前述したシールド掘削機を２台用い、この
２台のシールド掘削機を順に稼働し、所定の間隔を有し
て独立した２本のトンネルを構築している。また、駅を
形成する広い空間部は、３つのカッタヘッドを有する特
殊なシールド掘削機を用いてトンネルを構築している。

【０００５】図５に従来の複円式シールド掘削機の概略
（図６のＶ−Ｖ断面）、図６に従来の複円式シールド掘
削機の正面視を示す。

【０００６】図５及び図６に示すように、従来の複円式
シールド掘削機において、筒状をなす掘削機本体１０１
の前部には３つの円形状をなすカッタヘッド１０２，１
０３，１０４が並設して回転自在に取付けられており、
この各カッタヘッド１０２，１０３，１０４の前面部に
はそれぞれ多数のカッタビット１０５，１０６，１０７
が固定されている。そして、各カッタヘッド１０２，１
０３，１０４の基端部側にはリングギヤ１０８，１０
９，１１０が固定される一方、掘削機本体１０１側には
駆動モータ１１１，１１２，１１３が取付けられてお
り、この駆動モータ１１１，１１２，１１３によってリ
ングギヤ１０８，１０９，１１０を介してカッタヘッド
１０２，１０３，１０４を回転駆動することができる。

【０００７】また、掘削機本体１０１の後部には周方向
に沿って複数のシールドジャッキ１１４が並設されると
共に、掘削機本体１０１の後部に固定された支持壁１１
５にはセグメントＳを組立てるエレクタ装置１１６が取
付けられている。

【０００８】従って、全ての駆動モータ１１１，１１
２，１１３を駆動して各カッタヘッド１０２，１０３，
１０４を回転駆動しながら、シールドジャッキ１１４を
伸長させると、掘削機本体１０１は既設のセグメントＳ
からの反力により前進し、多数のカッタビット１０５，
１０６，１０７が前方の地盤を掘削することでトンネル
を掘削する。そして、シールドジャッキ１１４を縮小し
て形成された既設のセグメントＳとの間の空所にエレク
タ装置１１６が新しいセグメントＳを装着していくこと
でトンネルが構築される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のシー
ルド掘削機にあっては、地下鉄道としてのトンネルを形
勢する場合、駆動モータ１１１，１１２，１１３を全て
駆動して各カッタヘッド１０２，１０３，１０４をそれ
ぞれ回転駆動することで多数のカッタビット１０５，１
０６，１０７によって前方の地盤を掘削している。シー
ルド掘削機にあっては、通常、一つのカッタヘッドを回
転駆動するには多数の駆動モータが必要であり、従来の
シールド掘削機のように、３つのカッタヘッド１０２，
１０３，１０４を有する場合には、更に多くの駆動モー
タ１１１，１１２，１１３が必要となる。そのため、こ
の駆動機構が大型化して掘削機本体１０１内への設置ス
ペースが広範囲となり、且つ、この駆動機構への配線な
ども複雑化し、装置の大型（縦長）化や設備コストを増
加を招いてしまうという問題がある。また、各カッタヘ
ッド１０２，１０３，１０４は重って配設されており、
掘削部分のない空間部を空回りすることとなり、掘削効
率が良くないという問題があった。

【００１０】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、駆動装置の小型軽量化を図ることで装置自体
の小型化及び低コスト化を図ったトンネル掘削機及びト
ンネル掘削方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、筒状の掘削機本体と、
該掘削機本体の前端部に回動自在に装着された複数の円
形状をなすカッタヘッドと、該複数のカッタヘッドを同
期回動可能に連結する回動連結手段と、該回動連結手段
を介して前記複数のカッタヘッドを回動する駆動手段
と、前記掘削機本体を前進させる推進手段とを具えたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】従って、駆動手段の駆動力は回動連結手段
を介して複数のカッタヘッドに伝達され、この複数のカ
ッタヘッドが同期して回動することとなり、このとき、
推進手段によって掘削機本体を前進させることで、複数
のカッタヘッドが前方の地盤を掘削してトンネルが掘削
形成される。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削機は、前記複
数のカッタヘッドはそれぞれ回転体が一体回動可能に装
着され、各回転体は連結ロッドによって同期回動可能に
連結され、前記掘削機本体と該連結ロッドとの間には流
体圧ジャッキが介装されたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】従って、流体圧ジャッキを伸縮駆動する
と、その往復駆動力は連結ロッドを介して複数の回転体
に伝達され、この回転体と一体の各カッタヘッドがそれ
ぞれ同期して往復回動することとなり、この複数のカッ
タヘッドが前方の地盤を掘削してトンネルが掘削形成さ
れる。

【００１５】また、本発明のトンネル掘削方法は、一つ
の駆動手段を駆動し、その駆動力を回動連結手段を介し
て掘削機本体の前端部に装着された複数のカッタヘッド
に伝達し、該複数のカッタヘッドを同期回動させなが
ら、前記掘削機本体を前進させることで異形断面のトン
ネルを掘削形成することを特徴とするものである。

【００１６】従って、一つの駆動手段を駆動することに
よって回動連結手段を介して複数のカッタヘッドを同期
して回動することができ、このとき掘削機本体を前進さ
せることで異形断面のトンネルが掘削形成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のトンネル掘削機及
びこのトンネル掘削機を用いたトンネル掘削方法におけ
る実施の形態について説明する。

【００１８】本発明のトンネル掘削機をシールド掘削機
に適用して説明すると、筒状の掘削機本体の前端部に円
形状をなす複数、例えば、３つのカッタヘッドを掘削す
るトンネルの断面形状に合わせて互いに重なり合うよう
に配設し、且つ、回動自在に装着する。そして、３つの
カッタヘッドを互いに同期回動できるように回動連結手
段によって連結する。この回動連結手段としては、例え
ば、複数のカッタヘッドにそれぞれ一体回動可能な回転
体を装着し、この各回転体を連結ロッドによって連結す
ることで同期回動可能とする。一方、掘削機本体に駆動
手段としての流体圧ジャッキを設け、この流体圧ジャッ
キの駆動ロッドの先端部を連結ロッドに連結する。ま
た、掘削機本体にはこの掘削機本体を前進させるシール
ドジャッキなどの推進手段を設ける。

【００１９】従って、少なくとも一つの流体圧ジャッキ
を伸縮駆動すると、その往復駆動力が連結ロッドを介し
て各回転体に伝達され、この各回転体と一体の各カッタ
ヘッドが往復回動する。即ち、掘削機本体の前端部に装
着された３つのカッタヘッドが同期して往復回動すると
共に、シールドジャッキによって掘削機本体を前進させ
ることで、各カッタヘッドが前方の地盤を掘削して掘削
機本体の形状とほぼ同様の異形断面のトンネルを掘削形
成する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。

【００２１】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機としての複円式シールド掘削機の駆動機構を表す概
略、図２に図１のII−II断面、図３に複円式シールド掘
削機の正面視を示す。

【００２２】図１乃至図３に示すように、本実施例の複
円式シールド掘削機は、地下鉄道に利用されるトンネル
を掘削形成するものである。本実施例の複円式シールド
掘削機において、掘削機本体１１は３つの円筒が径方向
に連通した筒状をなし、この掘削機本体１１の前部には
それぞれ円形状をなす３つのカッタヘッド１２，１３，
１４が並設して回転自在に取付けられている。側部のカ
ッタヘッド１２，１４は中央部のカッタヘッド１３に対
して掘進方向前方に位置しており、各カッタヘッド１
２，１３，１４は互いに重なるように配設されている。
そして、この各カッタヘッド１２，１３，１４の前面部
にはそれぞれ多数のカッタビット１５，１６，１７が固
定されている。

【００２３】この各カッタヘッド１２，１３，１４の基
端部には連結部材１８，１９，２０を介して回転体２
１，２２，２３が固定され、一体に回転自在となってい
る。そして、各回転体２１，２２，２３には上部及び下
部に連結ブラケット２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，
２３ａ，２３ｂが固定されており、各回転体２１，２
２，２３の上部連結ブラケット２１ａ，２２ａ，２３ａ
は掘削機本体１１の径方向に沿って設けられた連結ロッ
ド２４に枢着され、下部連結ブラケット２１ｂ，２２
ｂ，２３ｂは連結ロッド２５に枢着されている。そし
て、掘削機本体１１の内周面の上下には取付ブラケット
２６，２７によって油圧ジャッキ２８，２９の本体が連
結され、この各油圧ジャッキ２８，２９の駆動ロッドの
先端部はそれぞれ各連結ロッド２４，２５に連結されて
いる。

【００２４】従って、各油圧ジャッキ２８，２９を伸縮
駆動することで各連結ロッド２４，２５を長手方向に沿
って往復駆動することができ、この往復駆動力が各回転
体２１，２２，２３に伝達され、この各回転体２１，２
２，２３と一体の各カッタヘッド１２，１３，１４を所
定角度範囲の間で往復回動させることができる。

【００２５】また、掘削機本体１１の前部にはバルクヘ
ッド３１が設けられており、各カッタヘッド１２，１
３，１４とこのバルクヘッド３１との間にはチャンバ室
３２が形成されており、送泥管３３及び排泥管３４の一
端部が位置している。更に、掘削機本体１１の後部には
周方向に沿って複数のシールドジャッキ３５が並設され
ると共に、掘削機本体１１の後部に固定された支持壁３
６にはセグメントＳを組立てるエレクタ装置３７が取付
けられている。

【００２６】ここで、上述した本実施例の複円式シール
ド掘削機によって地下鉄道に利用される３連トンネルを
掘削形成する作動について説明する。

【００２７】図１及び図２に示すように、全ての油圧ジ
ャッキ２８，２９を伸縮駆動すると、各連結ロッド２
４，２５が長手方向に沿って往復駆動し、この連結ロッ
ド２４，２５の往復駆動力が各回転体２１，２２，２３
に伝達されて往復回動することとなり、この各回転体２
１，２２，２３と一体の各カッタヘッド１２，１３，１
４は所定角度範囲の間で往復回動する。このとき、シー
ルドジャッキ３５を伸長させると、掘削機本体１１は既
設のセグメントＳからの反力により前進し、多数のカッ
タビット１５，１６，１７が前方の地盤を掘削すること
でトンネルを形成する。そして、シールドジャッキ３５
を縮小して形成された既設のセグメントＳとの間の空所
に、エレクタ装置３７が新しいセグメントＳを装着して
いくことでトンネルが構築される。

【００２８】図４に本発明のトンネル掘削機としての複
円式シールド掘削機の変形例を表す駆動機構の概略を示
す。なお、前述の実施例で説明したものと同様の機能を
有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略
する。

【００２９】図４に示すように、本実施例の複円式シー
ルド掘削機において、掘削機本体４１の前部にはそれぞ
れ円形状をなす３つのカッタヘッド４２（図示は一つ）
が並設して回転自在に取付けられている。このカッタヘ
ッド４２は中心部カッタヘッド４３と外周部カッタヘッ
ド４４とに分割されており、各カッタヘッド４３，４４
の前面部には多数のカッタビット４５，４６が固定され
ている。この各外周部カッタヘッド４４の基端部には連
結部材４７を介して回転体４８が固定され、一体回転自
在となっており、且つ、各回転体４８は連結ロッド４
９，５０によって連結されている。そして、掘削機本体
４１の内周面と各連結ロッド４９，５０との間には油圧
ジャッキが介装されている。また、中心部カッタヘッド
４３は駆動モータ５１によって駆動回転できるようにな
っている。なお、３つのカッタヘッド４２配列位置は前
述のカッタヘッド１２，１３，１４と同用である。

【００３０】従って、全ての油圧ジャッキを伸縮駆動す
ると、各連結ロッド４９，５０が長手方向に沿って往復
駆動し、この往復駆動力が各回転体４８に伝達されてこ
の各回転体４８と一体の外周部カッタヘッド４４が所定
角度範囲の間で往復回動する。また、駆動モータ５１を
駆動すると、中心部カッタヘッド４３が回転する。この
とき、シールドジャッキ３５を伸長させると、掘削機本
体４１は既設のセグメントＳからの反力により前進し、
多数のカッタビット４５，４６が前方の地盤を掘削する
ことでトンネルを形成する。そして、シールドジャッキ
３５を縮小して形成された既設のセグメントＳとの間の
空所に、エレクタ装置が新しいセグメントＳを装着して
いくことでトンネルが構築される。

【００３１】なお、上述の実施例において、掘削機本体
１１（４１）の前部に円形状をなす３つのカッタヘッド
１２，１３，１４（外周部カッタヘッド４４）を並設
し、その一部が互いに重なるように配設したが、この場
合、互いに重なって隠された部分、即ち、中央部のカッ
タヘッド１３（外周部カッタヘッド４４）の左右側部、
あるいはカッタビットを削除することで、装置自体の軽
量化を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、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、筒状の掘削機本体の前端部に円
形状をなすカッタヘッドを複数回動自在に装着し、この
複数のカッタヘッドを回動連結手段によって同期回動可
能に連結し、且つ、駆動手段によってこの回動連結手段
を介して複数のカッタヘッドを回動するようにしたの
で、一つの駆動手段によって複数のカッタヘッドを回動
することができ、駆動装置の小型軽量化を図ることで、
装置自体の小型化及び低コスト化を図ることができる。

【００３３】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
複数のカッタヘッドにそれぞれ回転体を一体回動可能に
装着し、各回転体を連結ロッドによって同期回動可能に
連結し、掘削機本体とこの連結ロッドとの間に流体圧ジ
ャッキを介装したので、流体圧ジャッキの伸縮駆動のみ
で複数のカッタヘッドを同期して回動することができ
る。

【００３４】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、一つの駆動手段を駆動してその駆動力を回動連結手
段を介して掘削機本体の前端部に装着された複数のカッ
タヘッドに伝達し、この複数のカッタヘッドを同期回動
させながら、掘削機本体を前進させることで異形断面の
トンネルを掘削形成するようにしたので、一つの駆動手
段によって複数のカッタヘッドを同期して回動すること
ができ、異形断面のトンネルを効率よく掘削形成するこ
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として
の複円式シールド掘削機の駆動機構を表す概略図であ
る。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】複円式シールド掘削機の正面図である。

【図４】本発明のトンネル掘削機としての複円式シール
ド掘削機の変形例を表す駆動機構の概略図である。

【図５】従来の複円式シールド掘削機の概略（図６のＶ
−Ｖ断面）図である。

【図６】従来の複円式シールド掘削機の正面図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２，１３，１４ カッタヘッド ２１，２２，２３ 回転体 ２４，２５ 連結ロッド ２８，２９ 油圧ジャッキ ３５ シールドジャッキ ３７ エレクタ装置 ４１ 掘削機本体 ４２ カッタヘッド ４３ 中心部カッタヘッド ４４ 外周部カッタヘッド ４８ 回転体 ４９，５０ 連結ロッド ５１ 駆動モータ Ｓ セグメント

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−258493（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294284（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−229396（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−33835（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/087

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体の前
   端部に回動自在に装着された複数の円形状をなすカッタ
   ヘッドと、該複数のカッタヘッドを同期回動可能に連結
   する回動連結手段と、該回動連結手段を介して前記複数
   のカッタヘッドを回動する駆動手段と、前記掘削機本体
   を前進させる推進手段とを具え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、前記複数のカッタヘッドはそれぞれ回転体が一体回
   動可能に装着され、各回転体は連結ロッドによって同期
   回動可能に連結され、前記掘削機本体と該連結ロッドと
   の間には流体圧ジャッキが介装されたことを特徴とする
   トンネル掘削機。
3. 【請求項３】 一つの駆動手段を駆動し、その駆動力を
   回動連結手段を介して掘削機本体の前端部に装着された
   複数のカッタヘッドに伝達し、該複数のカッタヘッドを
   同期回動させながら、前記掘削機本体を前進させること
   で異形断面のトンネルを掘削形成することを特徴とする
   トンネル掘削方法。