JP3579366B2 - 自由断面トンネル用シールド掘進機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自由断面トンネル用シ−ルド掘進機に関し、特にメインカッターの他にメインカッターの回転に連動して公転しつつ自転する遊星カッターを設けて自由断面トンネルや矩形断面トンネルを掘削するシ−ルド掘進機において遊星歯車機構の構造とそれに関連する構造を改良したものに関する。
【0002】
【従来の技術】
地下鉄道や上下水道等のトンネルをシールド工法により構築する際に使用する掘削装置としてシールド掘進機がある。シールド掘進機は通常円形断面トンネルを掘削可能であるが、近年、矩形断面トンネルを掘削可能な矩形トンネル用シールド掘進機が提案されている。尚、矩形断面とは、正方形断面を含むものとする。
【0003】
特開平10−61382号公報に記載の多角形孔掘削装置(自由断面トンネル用シールド掘進機)は、断面矩形状の胴部材及びシールド枠と、このシールド枠の前端側に配置されたディスク本体(ビット本体)とディスク本体に装備された1対の遊星カッターとを備えたカッターディスクと、カッター駆動機構と、ディスク本体と同期して遊星カッターを自転させつつ公転させる遊星歯車機構とを有する。この遊星歯車機構は、太陽ギヤと遊星アイドルギヤと遊星カッターの自転中心と同心の遊星ギヤとからなり、この遊星歯車機構はディスク本体に装備されている。
【0004】
カッター駆動機構によりディスク本体を回転駆動すると、遊星アイドルギヤが太陽ギヤを中心に公転しつつ自転し、この遊星アイドルギヤを介して遊星ギヤが自転し、遊星カッターが太陽ギヤを中心に公転しつつ遊星ギヤと一体的に自転する。この遊星カッター付きシールド掘進機では、ディスク本体に遊星歯車機構の全部を組み込んでいるため、カッターディスクの開口率が小さくなり、掘削土をカッターディスクの後側のチャンバー内へ効率よく取り込むことができない。
【0005】
そこで、本願出願人等は、特開2000−8781号において、前記開口率を大きくし、遊星カッターを自転させる駆動力伝達系を簡単化した自由断面トンネル用シールド掘進機を提案した。このシールド掘進機においては、遊星カッターをディスク本体の回転に連動させて自転させる為の遊星歯車機構を含む構造を次のように構成している。カッターディスクの後側にチャンバーを画成する隔壁を設け、この隔壁の外周付近部にカッタードラムを収容する環状のドラム収容部を設け、このドラム収容部の内周壁の外面に、遊星歯車機構の太陽ギヤを固定し、この太陽ギヤに1対のアイドルギヤを介して1対の遊星ギヤを夫々噛合させ、これら遊星ギヤに夫々スプライン結合した遊星シャフトの前端部を遊星カッターに固定的に連結している。
【0006】
他方、特開平9−170399号公報には、偏平な矩形状の大断面トンネルを掘削する為の矩形断面トンネル用シールド掘進機が提案されている。このシールド掘進機では、3つの主カッターディスクと、それを回転駆動する機構と、矩形の4隅に配置した4つの補助カッターディスクと、これらカッターディスクで掘削できない未掘削領域となる位置に配設された8つのローラ状のカッタードラム(ドラムカッター)とを備え、3つの主カッターディスクをその両側の2つの主カッターディスクよりも前側に配置してそれらと部分的にラップさせてある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平10−61382号公報のシールド掘進機では、チャンバーの前側のカッターディスクに、遊星歯車機構を組み込んであるため、チャンバーへの掘削土の取入口が小さくなりカッターディスクの開口率が小さくなる。 特開2000−8781号の自由断面トンネル用シールド掘進機では、遊星歯車機構を隔壁のドラム収容部内に設けたため、カッターディスクの開口率を大きくすることができ、遊星カッターを駆動する回転駆動機構を簡単化できる。
【0008】
しかし、遊星シャフトを遊星カッターの自転中心と同心に配置する関係上、また、遊星カッターの自転中心はシールド掘進機の外周付近部に設ける必要がある関係上、遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部に位置することになる。そのため、ドラム収容部をシールド掘進機の外周付近部に設けなければならないから、排土設備のスクリューコンベヤの掘削土吸入部をシールド掘進機の外周付近部に設けることが不可能となり、ドラム収容部よりも内周側に配置せざる得なくなる。そのため、スクリューコンベヤの掘削土吸入部をチャンバーの底部に臨むように配置できず、掘削土吸入部の位置が高くなるため、流動性の悪い掘削土の場合、チャンバーの外周付近部の掘削土が排出されにくくなり、排土性能を高めることが困難となる。
【0009】
特開平9−170399号公報の矩形断面トンネル用シールド掘進機では、主カッターディスク、補助カッターディスク、カッタードラム(ドラムカッター)などの掘削部材の数が多く、それらの回転駆動系の構造が複雑となり、製作費が高くなる。
【0010】
本発明の目的は、遊星シャフトを外周付近部よりも軸心側に配置してチャンバーからの掘削土の排出性能を高めた自由断面トンネル用シールド掘進機を提供すること、未掘削領域を残さずに大断面の偏平な矩形トンネルを掘削可能な簡単な構造のカッターヘッド回転駆動機構を有する自由断面トンネル用シールド掘進機を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の自由断面トンネル用シールド掘進機は、メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッターの回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、前記シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第1遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第遊星ギヤとを有し遊星シャフトの回転駆動力を遊星カッターに伝達させるようにしたことを特徴とするものである。
【0012】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削すると共に、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。尚、「自由断面」とは正方形や矩形や多角形や楕円や長円形などの非円形断面ないし異形断面のことである。
【0013】
遊星カッターを自転させる回転駆動力は、遊星シャフトから第遊星ギヤを介して第遊星ギヤに伝達され、遊星カッターが自転する。
遊星カッターの自転軸心はシールド掘進機の外周付近部に配設されるため、第遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設されるから、第遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置になる。そのため、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設することができる。
請求項2の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項1の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記遊星歯車機構は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第1遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第2遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第遊星ギヤとを有し前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの各壁で構成される環状のドラム収容部を設け、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。
それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。その他の作用は、請求項1と同様である。
【0014】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項1の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の外周壁の内面に固定されたリングギヤと、このリングギヤに噛合した第1遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第2遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第3遊星ギヤと、第1遊星ギヤの回転駆動力を第2遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第2遊星ギヤからアイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【0015】
カッター駆動手段により、カッターヘッドのメインカッターと遊星カッターを回転駆動して円形断面に掘削し、遊星カッターをメインカッターの回転に連動して自転させ、遊星カッターにより自由断面のうちの円形からはみ出す外側部分や角部分を掘削し、自由断面トンネルを掘削する。カッターヘッドが回転するとき、リングギヤに噛合している第1遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第2遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達され、第3遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。
【0016】
遊星カッターの自転軸心はカッターヘッドの外周付近部に配設されるため、第3遊星ギヤもカッターヘッドの外周付近部に配設される。そのため、第2遊星ギヤと遊星シャフトの位置は、外周付近部よりも軸心側(内周側)の位置、シールド掘進機の軸心付近部よりもやや外周側の位置になる。その結果、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる機構(リングギヤや第1遊星ギヤ)とドラム収容部とカッタードラムを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側の位置に、シールド掘進機の前胴部材との間に環状スペースを空けて配置可能となる。それ故、シールド掘進機の底部において排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記環状スペースの底部に配設し、チャンバーの底部から掘削土を吸入可能になる。
【0017】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項1の前提構成と同様の前提構成を備えたシールド掘進機において、前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の内周壁の外面に固定されたサンギヤと、このサンギヤに噛合した第1遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第2遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第3遊星ギヤと、第1遊星ギヤの回転駆動力を第2遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、前記遊星シャフトの回転駆動力を第2遊星ギヤからアイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成したことを特徴とするものである。
【0018】
この請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、前記リングギヤの代わりにサンギヤを設け、このサンギヤに第1遊星ギヤを噛合させた点で、請求項2の装置と異なるのみであり、カッターヘッドが回転するとき、サンギヤに噛合している第1遊星ギヤが公転しつつ自転し、この回転力が遊星シャフト、第2遊星ギヤ、アイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達され、第3遊星ギヤと遊星カッターとが自転する。その他の作用は、請求項と同様である。
【0019】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項1〜の何れかの発明において、前記遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が1:4に設定され、正方形断面トンネルを掘削可能に構成されたことを特徴とするものである。それ故、遊星カッターは、メインカッターが1回転すると4回自転して正方形断面の4つの角部を含む外側部分を掘削する。
【0020】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項又はの発明において、前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とするものである。それ故、チャンバー内に取り込まれた掘削土を、この環状スペースに導入した排土設備や排泥設備の掘削土吸入部へ吸入して排出することができる。
【0021】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、複数のシールド掘進機を並列的に連結した構造のシールド掘進機であるが、未掘削領域を残すことなく、偏平な立長または横長の矩形断面トンネル(大断面トンネルの場合もある)を掘削可能である。尚、前記自由断面トンネル用シールド掘進機の両側の各シールド掘進機は、中央の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機であってもよく、その他の構造のシールド掘進機であってもよい。
【0022】
請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機は、請求項に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とするものである。それ故、請求項6と同様に、未掘削領域を残すことなく偏平な立長または横長の矩形断面トンネル(大断面トンネルの場合もある)を掘削可能である。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、正方形断面トンネルを掘削する自由断面トンネル用シールド掘進機に本発明を適用した場合の例である。尚、掘進方向に向かって前後左右を前後左右として説明する。このシールド掘進機1は、図1、図2に示すように、正方形断面の前胴部材2及び後胴部材3と、カッターヘッド4と、遊星歯車機構5と、カッター駆動機構6と、複数のシールドジャッキ7と、排土設備8と、エレクター9等を有する。
【0024】
前胴部材2と後胴部材3について説明する。図1に示すように、前胴部材2の後端部に、中折れ部10及び複数の中折れジャッキ11を介して後胴部材3が連結され、後胴部材3の後端部には2列のテールグラウトシール12が設けられている。
【0025】
次に、カッターヘッド4について説明する。図1〜3に示すように、カッターヘッド4は前胴の前端側に配設され、このカッターヘッド4は、センターフレーム13と、メインカッター14と、遊星カッタースポーク18と、この遊星カッタースポーク18に装着された遊星カッター15とを有する。センターフレーム13は横向き状の略円筒体に形成され、このセンターフレーム13の外周の前半部には、メインカッター14の2本のメインカッタースポーク14aが正面視で180度対称位置に溶接接合されている。各メインカッタースポーク14aは外径側程幅広の略扇形に形成され、その回転中心から外径部分までの長さが前記正方形断面の1辺の1/2の長さに形成され、メインカッタースポーク14aの前面には多数のカッタービット16が付設され、加泥剤吐出口17も形成されている。
【0026】
センタフレーム13の後部には、メインカッタースポーク14aに対して90度位相が異なる1対の遊星カッタースポーク18が固定されている。各遊星カッタースポーク18には、ほぼ木の葉形状の遊星カッター15が回転自在に枢着されている。各遊星カッタースポーク18は、後述の第2遊星ギヤ32とアイドルギヤ33と第3遊星ギヤ34とを枢着できるようなほぼ扇形に形成され、各遊星カッター15は遊星カッタースポーク18の前側に配置されている。
【0027】
各遊星カッタースポーク18は、メインカッタースポーク14aと同様に、前記正方形断面トンネルの1辺の1/2長さに形成されている。遊星カッター15の正面視における輪郭形状は、遊星カッター15の公転回転数と自転回転数の比に応じてほぼ木の葉状に形成されている。各遊星カッター15の前面の外周部には多数のビット20が付設されている。各遊星カッター15の外周側の端部寄り部分に第3遊星ギヤ34の軸部35が固定され、この軸部35が遊星カッター15の自転軸になっている。尚、1対の遊星カッター15はカッターヘッド4の公転中心に対して対称に配置されている。
【0028】
次に、チャンバー21と隔壁22とカッタードラム28等について説明する。図1、図3に示すように、カッターヘッド4の後側にはチャンバー21が形成され、前胴部材2にはチャンバー21を隔てて位置する隔壁22であってチャンバー21の後端を仕切る隔壁22が設けられ、この隔壁22は前胴部材2に溶接接合されている。隔壁22は、トンネル軸心と同心の円筒部23と、円筒部23の前端を封鎖する中央壁部24と、円筒部23の後端と前胴部材2に溶接接合された開口壁部25と、開口壁部25及び円筒部23と協働して環状のドラム収容部27を形成する断面L形の環状壁部26とで構成されている。環状壁部26の筒状壁26aと前胴部材2間には外形が正方形状の環状スペース52が形成されている。環状壁部26の環状板部26bの外周は前胴部材2に溶接接合され、筒状壁26aの後端は開口壁部25に溶接接合されている。
【0029】
環状のドラム収容部27は、シールド掘進機1の軸心付近部よりも外周側で且つ外周付近部よりも内周側に形成され、ドラム収容部27の前端はチャンバー21に開放されている。ドラム収容部27には、カッタードラム28が回転自在に装着され、カッタードラム28の内側と外側の環状隙間には、複数のシール部材兼軸受部材28a,28bが装着されている。
【0030】
次に、遊星歯車機構5について説明する。遊星歯車機構5は、リングギヤ29と、1対の第1遊星ギヤ30と、1対の遊星シャフト31と、1対の第2遊星ギヤ32と、1対のアイドルギヤ33と、1対の第3遊星ギヤ34とを有する。
リングギヤ29はドラム収容部27の外周壁(環状壁部26の筒状部26a)の内面に固定され、第1遊星ギヤ30はドラム収容部27内でリングギヤ29に噛合している。尚、遊星歯車機構5の回転部材(30〜34)の軸心はトンネル軸心と平行である。
【0031】
第2遊星ギヤ32とアイドルギヤ33と第3遊星ギヤ34は、遊星カッタースポーク18内に設けられ、第2遊星ギヤ32はアイドルギヤ33を介して第3遊星ギヤ34に噛合し、第3遊星ギヤ34の軸部35の前端部に遊星カッター15が固着されている。この軸部35は、遊星カッタースポーク18を長さ方向に3等分する2点のうちの外周側の3等分の近傍位置に1対の軸受36を介して回動自在に支持されている。
【0032】
遊星シャフト31は、ドラム収容部27と同じ半径方向位置に位置してドラム収容部27の前側にチャンバー21を挿通する状態に配設され、1対の軸受37a,37bにより回動自在に支持されている。遊星シャフト31の後部はカッタードラム28の前部を挿通し、遊星シャフト31の後端部に第1遊星ギヤ30が回転力伝達可能に連結され、遊星シャフト31の前端部に第2遊星ギヤ32が回転力伝達可能に連結されている。
【0033】
遊星シャフト31の後端部は、カッタードラム28の後部をなすプラネタリキャリヤ38に軸受37aを介して回動自在に支持されている。遊星シャフト31の前端部は、遊星カッタースポーク18の前壁部39に軸受37bを介して回動自在に支持され、第1遊星ギヤ30の回転駆動力を第2遊星ギヤ31に伝達するように構成されている。尚、遊星カッタースポーク18内への土砂の侵入を防止用の封鎖板40、41も設けられている。
【0034】
遊星シャフト31のうちのチャンバー21内の部分には、遊星シャフト31を覆う為の筒状の連結部材42が外装され、連結部材42の後端がカッタードラム28に固定され、連結部材42の前端が遊星カッタースポーク18に固定されている。各メインカッタースポーク14aは、連結部材42よりもやや長い連結部材43を介してカッタードラム28に連結されている。カッタードラム28に入力された回転駆動力は、1対の連結部材42と1対の連結部材43を介してカッターヘッド4に伝達され、カッタードラム28とカッターヘッド4は一体的に回転するようになっている。
【0035】
次に、カッター駆動機構6について説明する。カッター駆動機構6は、環状ギヤ44と、環状ギヤ44を回転駆動する複数のカッター駆動モータ45などを有する。各カッター駆動モータ45のモータ軸に固着のピニオンギヤ46が環状ギヤ44に噛合し、環状ギヤ44はカッタードラム28及びプラネタリキャリヤ38に固定され、カッター駆動モータ45は開口壁部25に布設されている。尚、リングギヤ44は図示外の旋回軸受を介して開口壁部25に支承されている。
【0036】
複数のカッター駆動モータ45が作動すると、環状ギヤ44、カッタードラム28(プラネタリキャリヤ38を含む)がシールド掘進機1の中心(トンネル軸心)を回転中心として公転回転し、複数の連結部材42、43を介してカッターヘッド4(メインカッター14と遊星カッター15を含む)および遊星歯車機構5がカッタードラム28と一体的に公転回転する。カッタードラム28と共に第1遊星ギヤ30が公転回転するため第1遊星ギヤ30が自転回転し、遊星シャフト31と第2遊星ギヤ32も自転回転し、その自転回転がアイドルギヤ33を介して第3遊星ギヤ34に伝達され、遊星カッター15が第3遊星ギヤ34と一体的に自転回転し、遊星カッター19がカッターヘッド4と一体的に公転しつつ、公転回転速度の例えば4倍の回転速度で自転回転する。
【0037】
次に、複数のシールドジャッキ7について説明する。図1に示すように、掘進の推力を発生させる為の複数のシールドジャッキ7は、前胴部材2の後部と後胴部材3の前端部の内側に周方向適当間隔おきに前後方向向きに配設されている。 各シールドジャッキ7は、後胴部材3の前端部内面に固着された環状フレーム47に固定的に付設され、シールドジャッキ7のロッドの先端部には偏心金具48を介してスプレッダー49が連結され、複数のシールドジャッキ7の反力をトンネルの内面に覆工済みのセグメント50にとって掘進推力を発生させる。
【0038】
次に、排土設備8について説明する。図1に示すように、隔壁22の開口壁部25の下端部から後方上り傾斜状に、スクリューコンベヤ51が配設されている。環状壁部26と開口壁部25と前胴部材2とで区画された環状スペース52のうちの底部には、連通穴26aを介してチャンバー21に連通する排出部52aが形成され、スクリューコンベヤ51の掘削土吸入部51aが排出部52aに配設され、スクリューコンベヤ51はチャンバー21から排出部52aに流入した掘削土を吸入して後方へ移送し、後胴部材3内から後方へ延びるベルトコンベヤへ移送する。そのベルトコンベヤに送られた掘削土は図示外のベルトコンベヤによりトンネル内の後方へ搬送され、地上に搬送される。
【0039】
次に、エレクター9について説明する。図1に示すように、エレクター9は、正方形断面トンネルの内面にセグメント50を組み付ける装置である。前記の環状フレーム47には複数のブラケット56がリング状に設けられ、これらブラケット56に案内ローラ58が夫々回動自在に支持されている。リング状のエレクタドラム53はそれら案内ローラ58に回転自在に支持され、このエレクタドラム53には後方へ張り出すようにエレクタ本体54が付設され、エレクタドラム53はブラケット59に取付けられた回転駆動モータ55で回転駆動可能になっている。即ち、エレクタドラム53の内周面にチェーン部材又はラックが固定され、回転駆動モータ55の出力軸のピニオンがチェーン部材又はラックに噛合している。
【0040】
尚、隔壁22の中央壁部24にはロータリジョイント60が連結され、このロータリジョイント60の外筒部材61は中央壁部24に固定され、このロータリジョイント60には加泥剤通路とグリース導入流路等が設けられている。
【0041】
前記の遊星歯車機構5においては、遊星カッター15の公転回転数と自転回転数の比は、リングギヤ29、第1遊星ギヤ30、第2遊星ギヤ32、アイドルギヤ33、第3遊星ギヤ34の歯数を適切に設定することで任意に設定できる。
このシールド掘進機1においては、遊星カッターディスク19の公転回転数と自転回転数との比が1:4に設定され、カッターヘッド4が1回転する間に遊星カッター15が4回自転し、正方形断面トンネル(矩形断面トンネル)を掘削可能に構成されている。
【0042】
遊星カッターディスク19の正面視の輪郭形状はほぼ木の葉状の形状であるが、その輪郭形状について、図4に基づいて説明する。トンネルの矩形断面形状を仮想線で示すような正方形hとする。シ−ルド掘進機1でこのトンネルを掘削するには、遊星カッター15が公転しつつ自転する際、遊星カッター15が常にこの正方形hに内接するような軌跡を描く必要がある。遊星カッターディスク19が1回公転しつつ4回自転すると、遊星カッター15の公転中心Oから最も遠い最遠点部の軌跡が正方形hを描くように、遊星カッターディスク19の輪郭形状が決定されている。
【0043】
ここで、メインカッター14で掘削する円形領域の外形を円Jとし、遊星カッター15の自転中心Obの公転軌跡を円K(仮想線で示す)とすると、円K上の点m1 ,m2 ,・・・は、遊星カッター15を角度θ(θ=15°)づつ回転させた場合の各角度における遊星カッター15の自転中心Obの位置を示す。正方形h上の点P1 ,P2 ,・・・は、円K上の各点m1 ,m2 ,・・・と公転中心Oとを結ぶ直線が正方形hと交わる点である。
【0044】
遊星カッター15の自転中心Obが点m1 にある場合、遊星カッターディスク19が正方形hと内接するためには、遊星カッターディスク19の半径は、円K上の点m1 と正方形h上の点P1 とを結ぶ直線長さn1 でなければならない。次に、遊星カッター15が点m1 の位置から角度θ公転して点m2 の位置に移動した場合、遊星カッター15が正方形hと内接するためには、遊星カッター15の半径は、円K上の点m2 と正方形h上の点P2 とを結ぶ直線長さn2 でなければならない。
【0045】
以下同様に、遊星カッター15が点m3 の位置に移動した場合、遊星カッター15の半径は、円K上の点m3 と正方形h上の点P3 とを結ぶ直線長さn3 でなければならない。一方、遊星カッター15は、角度θ公転する間に角度4θ自転する。従って、上述したように、順次遊星カッター15の半径長さをn1,n2,・・・に設定することで、遊星カッター15の輪郭形状が決定される。そのため遊星カッター15の輪郭形状はほぼ木の葉状となる。このように遊星カッター15の正面視における輪郭形状を設定することで、各遊星カッター15で正方形断面の角部を掘削できるため、正方形断面のトンネルを掘削できる。
【0046】
次に、以上説明したシールド掘進機1の作用について説明する。
シ−ルド掘進機1で正方形断面のトンネルを掘削する際には、複数のシールドジャッキ7により掘進の推力を発生させつつ、カッター駆動モータ45を回転駆動させると、ピニオンギヤ46と環状ギヤ44を介してカッタードラム28が回転し、複数の連結部材42、43を介してカッタードラム28と一体的にカッターヘッド4が回転する。このカッターヘッド4の回転により、メインカッター14と遊星カッター15が回転し、主にメインカッター14の回転により正方形断面トンネル内の円形断面部分(図4の円Jの部分)が掘削される。
【0047】
一方、遊星カッター15は、カッターヘッド4の回転によりカッターヘッド4の中心を中心として公転するが、カッタードラム28の自転により、遊星歯車機構5の前記の作用により、第1遊星ギヤ30、遊星シャフト31、第2遊星ギヤ32、アイドルギヤ33、第3遊星ギヤ34が夫々自転し、遊星カッター15が第3遊星ギヤ34と同心状に自転する。遊星カッター15の公転回転数と自転回転数との比が1:4であるので、カッターヘッド4が1回転する間に、遊星カッターディスク19はカッターヘッド4の回転方向とは逆方向に4回転自転する。
【0048】
このように、遊星カッター15を公転させつつ自転させることにより、遊星カッター15は、常に正方形Kに内接しながら自転しつつ公転する。よって、この自転しつつ公転する遊星カッター15により、円形断面のトンネルの4つの角部が掘削され、メインカッター14と遊星カッター15との協働により正方形断面のトンネルが掘削される。そして、1リング分の掘削毎に掘進を停止して、エレクター9を用いてトンネルの内面にセグメント50を組付けていき、その後掘進が再開される。
【0049】
以上説明したシールド掘進機1によれば、遊星歯車機構5のリングギヤ29と第1遊星ギヤ30をドラム収容部27内に配設し、遊星シャフト31をシールド掘進機1の外周付近部よりもシールド掘進機1の軸心側(内周側)に配設し、カッターヘッド4の遊星カッタースポーク18内に第2遊星ギヤ32とアイドルギヤ33と第3遊星ギヤ34とを配設し、第3遊星ギヤ34の軸部35(遊星カッター15の自転中心)をシールド掘進機1の外周付近部に配置したので、ドラム収容部27とカッタードラム28とリングギヤ29と第1遊星ギヤ30とを、シールド掘進機1の外周付近部よりも軸心側に、前胴部材2との間に環状スペース52を空けて配設できる。
【0050】
その結果、排土設備又は排泥設備の掘削土吸入部51aを環状スペース52の底部に配置し、チャンバー21の底部から掘削土を吸入することができるから、排土性能又は排泥性能を確保することができる。そして、遊星歯車機構5のリングギヤ29をドラム収容部27の外周壁の内面に設けたため、環状ギヤ44とプラネタリキャリア38とカッタードラム28の一体的な連結の面で有利である。また、メインカッター14と遊星カッター15とを有するカッターヘッド4を設け、遊星歯車機構5の一部だけをカッターヘッド4に装備したので、カッターヘッド4の開口率を十分確保できる。
【0051】
次に、本実施形態を部分的に変更した変更形態や別実施形態について説明する。但し、前記実施形態と同機能の部材には同一符号を付して説明を省略する。
1〕変更形態(図5参照)
このシールド掘進機1Cは、シールド掘進機1の遊星歯車機構5の構造を部分的に変更した遊星歯車機構5Cを採用している。この遊星歯車機構5Cにおいては、リングギヤ29の代わりにドラム収容部27の内周壁に固定されたサンギヤ29Cが設けられ、第1遊星ギヤ30がサンギヤ29Cに噛合している。
【0052】
カッタードラム28Cの一部であるプラネタリキャリア38Cは、第1遊星ギヤ30の外周側を経由して前方へ延びカッタードラム28Cと一体的に連結されている。 この遊星歯車機構5Cは、前記遊星歯車機構5とほぼ同様に作動する。即ち、カッタードラム28Cが回転駆動されると、第1遊星ギヤ30はサンギヤ29Cの回りを公転しながら自転し、その自転回転が、遊星シャフト31,第2遊星ギヤ32、アイドルギヤ33を介して第3遊星ギヤ34に伝達され、遊星カッター15が公転しつつ自転する。尚、遊星カッター15の公転回転数と自転回転数の比が1:4となるように、ギヤ類の歯数が設定されている。
【0053】
2〕前記シールド掘進機1では、遊星カッター15の公転回転数と自転回転数との比を1:4に設定し、正方形断面のトンネルを掘削する場合を例として説明したが、遊星カッター15の公転回転数と自転回転数との比は前記の例に限定されるものではなく、公転回転数と自転回転数との比を1:3に設定した場合は三角形断面、1:2に設定した場合は長方形断面、1:5に設定した場合は正五角形断面のトンネルを夫々掘削することができる。但し、掘削するトンネルの断面形状、つまり遊星カッターディスク19の公転回転数と自転回転数との比に応じて遊星カッターディスク19の輪郭形状を適切に設定するものとする。
【0054】
3〕前記シールド掘進機1では、カッターヘッド4に1対の遊星カッター15を設けているが、カッターヘッド4に1つの遊星カッター15を装備してもよく、3つ以上の遊星カッター15を装備してもよい。また、遊星カッタースポーク18内に設けたアイドルギヤ33を省略し、第2遊星ギヤ32を第3遊星ギヤ34に直接噛合する構造にしてもよい。
【0055】
4〕別実施形態1(図6〜図9参照)
この矩形断面(自由断面)トンネル用シールド掘進機1Aは、前記実施形態に記載のシールド掘進機1と同様の自由断面トンネル用シールド掘進機70と、その両側に並列的に連結された左右1対のシールド掘進機71,72とを備え、大断面の偏平な横長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。シールド掘進機71,72も、前記実施形態のシールド掘進機1と略同様のものである。
【0056】
シールド掘進機1Aの前胴部材2Aは、図7,図8に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機70,71間には前胴部材2の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機1Aの後胴部材3Aは、図9に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。中央のシールド掘進機70のカッターヘッド4を両側のシールド掘進機71、72のカッターヘッド4よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機70のカッターヘッド4に対して両側のシールド掘進機71、72のカッターヘッド4を部分的にラップさせて配置している。
【0057】
両側のシールド掘進機71,72の環状スペース52のうちの中央のシールド掘進機70側の部分は設けられておらず、左右のシールド掘進機71,72の隔壁73,74は軸心に対して非対称の形状になっている。シールド掘進機1Aの内部には、前記シールド掘進機1と同様に、多数のシールドジャッキ7も設けられている。
【0058】
排土設備75について説明すると、図6、図7に示すように、シールド掘進機1Aの後部内の中央部には合流スクリューコンベヤ78が設置され、この合流スクリューコンベヤ78は、左右1対のやや小径スクリューコンベヤ76,77に分岐し、これら小径スクリューコンベヤ76,77の前端の掘削土吸入部が、中央のシールド掘進機70の環状スペース52の右底部と左底部に夫々突入されている。
【0059】
次に、エレクター81について説明する。図6、図9に示すように、エレクター81は、上下1対のガイドフレーム82と、エレクタフレーム83と、エレクタ本体84と、移動駆動モータ85と、回転駆動モータ86等を有する。上下1対のガイドフレーム82は、左端から右端までの略全幅にわたり上下に一定間隔をあけて平行に設置されている。エレクタフレーム83は、これらガイドフレーム82に可動に支持され、環状フレーム47に連結された移動駆動モータ85により左右方向に移動可能に構成されている。
【0060】
この矩形断面トンネル用シールド掘進機1Aによれば、中央のシールド掘進機70のカッターヘッド4を両側のシールド掘進機71,72のカッターヘッド4よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機70のカッターヘッド4に対して両側のシールド掘進機71,72のカッターヘッド4を部分的にラップさせたことにより、シールド掘進機70,71間とシールド掘進機70,72間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【0061】
5〕別実施形態2(図10〜図13参照)
この矩形断面(自由断面)トンネル用シールド掘進機1Bは、前記のメイン実施形態の自由断面トンネル用シールド掘進機と同様の構造の自由断面トンネル用シールド掘進機90と、その上下両側に並列的に連結された1対のシールド掘進機91,92とを備え、大断面の偏平な立長の矩形断面トンネルを掘削可能に構成されている。中央のシールド掘進機90のカッターヘッド4を両側のシールド掘進機91,92のカッターヘッド4よりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機90のカッターヘッド4に対して両側のシールド掘進機91,92のカッターヘッド4を部分的にラップさせて配置してある。
【0062】
シールド掘進機1Bの前胴部材2Bは、図11,図12に示すように偏平な矩形状に形成されているが、シールド掘進機90,91間には前胴部材2の部分に相当する隔壁も設けられている。シールド掘進機1Bの後胴部材3Bは、図13に示すように厚肉の偏平な矩形状に形成されている。
中央のシールド掘進機90のカッターヘッド4、遊星歯車機構5などは前記シールド掘進機1のものと同様であるが、このシールド掘進機90の上下両面の隔壁間の間隔が狭められている関係上、前記シールド掘進機1の環状スペース52に相当するものは省かれている。
【0063】
最上段のシールド掘進機91と最下段のシールド掘進機92は、実施形態のシールド掘進機1と異なる構造のシールド掘進機であって、本願出願人が提案した特開2000−8781号に記載したシールド掘進機と同様のものである。
このシールド掘進機91,92においては、ドラム収容部27Bが、前胴部材2Bの内側付近部に形成され、ドラム収容部27Bにカッタードラム28が回転自在に装着されている。ここで、シールド掘進機91,92は、シールド掘進機90の軸心に対して対称のものであるので、シールド掘進機91を例として説明する。
【0064】
図10〜図12に示すように、遊星歯車機構5Bは、サンギヤ93と、サンギヤ93に噛合した1対のアイドルギヤ94と、1対のアイドルギヤ94に夫々噛合した1対の遊星ギヤ95を有し、サンギヤ93はドラム収容部27Bの内周壁の外面に固定され、遊星ギヤ95とアイドルギヤ94は、夫々軸受を介してカッタードラム28の一部をなすプラネタリキャリアに回動自在に支持されている。
【0065】
遊星シャフト96は遊星カッター15の自転中心と同心となるようにシールド掘進機91の外周付近部に配設され、この遊星シャフト96の後端部遊星ギヤ95とはスプライン結合により連結され、遊星シャフト96の前端部が遊星カッター15に固定的に連結されている。カッタードラム28が回転駆動されると、遊星ギヤ95がサンギヤ93の回りを公転しながら自転し、その遊星ギヤ95の回転力が遊星シャフト96を介して遊星カッター15に伝達され、遊星カッター15がシールド掘進機91の軸心を中心として公転しつつ遊星シャフト96の中心を中心として公転方向と反対方向へ自転する。
【0066】
尚、カッタードラム28とカッターヘッド4とを連結し、カッタードラム28からカッターヘッド4に回転駆動力を伝達する1対の連結部材97が1対の遊星シャフト96に夫々外装され、その他の連結部材42も設けられている。
排土設備について説明すると、図10、図12、図13に示すように、スクリューコンベヤ98の掘削土吸入部がシールド掘進機92の隔壁22の中央壁部24の下部を貫通してチャンバー21の下端付近部に突入し、そのスクリューコンベヤ98は後方上り傾斜状に配設され、チャンバー21から吸入した掘削土を図示外のベルトコンベヤ又は搬送台車へ移送し、その後トンネル内の後方へ搬送し地上へ搬送する。
【0067】
このシールド掘進機1Bによれば、シールド掘進機90〜92のカッターヘッド4を前記のシールド掘進機1Aと同様に配置したので、シールド掘進機1Aと同様に、シールド掘進機90,91間とシールド掘進機90,92間に掘削できない未掘削領域が生じることがなく、硬質の土質でも能率的に掘削可能である。
【0068】
前記シールド掘進機1A,1Bを部分的に変更する例について説明する。
各シールド掘進機に1つの遊星カッター15を装備してもよく、3つ以上の遊星カッター15を装備してもよい。
シールド掘進機1Aにおいて、中央のシールド掘進機70の両側のシールド掘進機71,72の代わりにシールド掘進機1Bにおけるシールド掘進機91,92と同様のシールド掘進機を設けてもよい。また、シールド掘進機1Bにおいて、中央のシールド掘進機90の両側のシールド掘進機91,92の代わりに、シールド掘進機1Aのシールド掘進機71,72と同様のシールド掘進機を設けてもよい。その他、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲において前記シールド掘進機1,11A,1Bの各部に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
【0069】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、遊星シャフトの回転を第2,第3の遊星ギヤを介して遊星カッターに伝達して遊星カッターを自転させる構成としたので、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に配置することができる。
【0070】
前記遊星シャフトがシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側にあるから、遊星シャフトに付与する回転駆動力を発生させる為の機構をシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の前胴部材との間にスペースを空けて配置することができる。それ故、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
請求項2の発明によれば、環状ドラムの収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。その他、請求項1と同様の効果を奏する。
【0071】
請求項の発明によれば、請求項1と同様に遊星シャフトの回転をカッターヘッドに第2遊星ギヤ、アイドルギヤ、第3遊星ギヤを設け、遊星シャフトの回転を第2遊星ギヤとアイドルギヤを介して第3遊星ギヤ及び遊星カッターに伝達するよう構成したので、請求項1と同様に、遊星シャフトをシールド掘進機の外周付近部よりも軸心側(内周側)に配置できる。
【0072】
その結果、ドラム収容部及びカッタードラム、遊星歯車機構のリングギヤと第1遊星ギヤなどを、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側に、シールド掘進機の胴部材との間にスペースを空けて配置できる。それ故、請求項1と同様に、シールド掘進機の底部において、排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を前記スペースの底部に配設可能となり、排土性能や排泥性能を確保することができる。尚、カッターヘッドに遊星歯車機構の一部の部材を配設するだけであるから、カッターヘッドの開口率が小さくなることもない。
【0073】
請求項の発明によれば、基本的に請求項と同様の効果が得られる。
【0074】
請求項の発明によれば、遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が1:4に設定されたので、遊星カッターは、メインカッター及び遊星カッターが1回公転する間に4回自転して正方形断面の4つの角部を含む外形部分を掘削し、正方形断面のトンネルを掘削することができる。
【0075】
請求項の発明によれば、環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に、チャンバーからの掘削土の排出に供する排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたので、この環状スペースの底部に排土設備や排泥設備の掘削土吸入部を配設して、チャンバーの底部から掘削土を吸入することができる。
【0076】
請求項の発明によれば、請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置すると共に、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。特に、中央のシールド掘進機が請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。
【0077】
請求項の発明によれば、請求項に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたので、シールド掘進機の掘削境界部に未掘削領域が生じることがない。
【0078】
特に、中央のシールド掘進機が請求項の自由断面トンネル用シールド掘進機であり、遊星シャフトが外周付近部よりも軸心側に位置している関係上、中央のカッターヘッドに対して両側のカッターヘッドを部分的にラップさせる構造が簡単になる。また、3つのシールド掘進機が全て請求項に記載のような自由断面トンネル用シールド掘進機であるから、請求項1〜と同様に、立長の矩形断面トンネルを掘削する場合に、排土性能又は排泥性能を確保しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る自由断面トンネル用シ−ルド掘進機の縦断側面図である。
【図2】シ−ルド掘進機の正面図である。
【図3】遊星歯車機構、カッター駆動機構等の要部拡大縦断側面図である。
【図4】遊星カッターの輪郭形状の説明図である。
【図5】変更形態に係る図3相当図である。
【図6】別実施形態の矩形断面トンネル用シールド掘進機の横断平面図である。
【図7】図6のシールド掘進機の正面図である。
【図8】図6のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図9】図6のシールド掘進機の縦断正面図である。
【図10】別実施形態に係る矩形断面トンネル用シ−ルド掘進機の横断側面図である。
【図11】図10のシールド掘進機の正面図である。
【図12】図10のシールド掘進機の遊星歯車機構の構造を説明する複数位置での断面を示す断面図である。
【図13】図10のシールド掘進機の縦断正面図である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機
4 カッターヘッド
5 遊星歯車機構
6 カッター駆動機構
14 メインカッター
15 遊星カッター
21 チャンバー
22 隔壁
27 ドラム収容部
28 カッタードラム
29 リングギヤ
30 第1遊星ギヤ
31 遊星シャフト
32 第2遊星ギヤ(第1の遊星ギヤ)
33 アイドルギヤ
34 第3遊星ギヤ(第2の遊星ギヤ)
42,43 連結部材
52 環状スペース

Claims (8)

  1. メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッターの回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
    前記シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、
    前記遊星シャフトの後端部に連結された第1遊星ギヤと、
    前記カッターヘッド内に夫々装備された第遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第遊星ギヤとを有し
    前記遊星シャフトの回転駆動力を遊星カッターに伝達させるようにした、
    ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
  2. メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッターの回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
    前記遊星歯車機構は、シールド掘進機の外周付近部よりも軸心側においてカッターヘッドの後側のチャンバーを挿通する遊星シャフトであって遊星カッターを自転させる回転駆動力を伝達する遊星シャフトと、前記遊星シャフトの後端部に連結された第1遊星ギヤと、前記カッターヘッド内に夫々装備された第2遊星ギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心状の第遊星ギヤとを有し
    前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの各壁で構成される環状のドラム収容部を設け、
    前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設された、
    ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
  3. メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッターの回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
    前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、
    前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の外周壁の内面に固定されたリングギヤと、このリングギヤに噛合した第1遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第2遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第3遊星ギヤと、第1遊星ギヤの回転駆動力を第2遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、
    前記遊星シャフトの回転駆動力を第2遊星ギヤからアイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成した、
    ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
  4. メインカッターと遊星カッターとを有するカッターヘッドと、カッターヘッドを回転駆動するカッター駆動手段と、カッター駆動手段の回転駆動力によりメインカッターの回転に連動して遊星カッターを自転させる遊星歯車機構とを備え、遊星カッターの輪郭形状をその遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比に応じて形成して自由断面トンネルを掘削可能に構成したシールド掘進機において、
    前記カッターヘッドの後側にチャンバーを隔てて位置する隔壁とこの隔壁で構成される環状のドラム収容部を設け且つこのドラム収容部にカッター駆動手段で回転駆動されるカッタードラムを回転自在に装着し、カッタードラムをカッターヘッドに連結する複数の連結部材を設け、
    前記遊星歯車機構は、ドラム収容部の内周壁の外面に固定されたサンギヤと、このサンギヤに噛合した第1遊星ギヤと、カッターヘッドに夫々設けられた第2遊星ギヤ及びアイドルギヤ及び遊星カッターの自転軸心と同心の第3遊星ギヤと、第1遊星ギヤの回転駆動力を第2遊星ギヤに伝達する遊星シャフトとを備え、
    前記遊星シャフトの回転駆動力を第2遊星ギヤからアイドルギヤを介して第3遊星ギヤに伝達して遊星カッターを自転させるように構成した、
    ことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
  5. 前記遊星カッターの公転回転数と自転回転数との比が1/4に設定され、正方形断面トンネルを掘削可能に構成されたことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の自由断面トンネル用シールド掘進機。
  6. 前記環状のドラム収容部の外周壁が、前胴部材との間に排土設備を接続可能な環状スペースを空けて配設されたことを特徴とする請求項3又は4に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機。
  7. 請求項5に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
  8. 請求項5に記載の自由断面トンネル用シールド掘進機の両側にこのシールド掘進機とほぼ同構造のシールド掘進機を連結し、前記中央のシールド掘進機のカッターヘッドを両側のシールド掘進機のカッターヘッドよりも掘進方向前方に配置するとともに、この中央のシールド掘進機のカッターヘッドに対して両側のシールド掘進機のカッターヘッドを部分的にラップさせたことを特徴とする自由断面トンネル用シールド掘進機。
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