JP3933951B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドフレームの前端に揺動するカッタフレームを備えたシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カッタフレームを回転させずに、所定角度範囲内で揺動させる揺動カッタ装置は、種々のものが開発されている。
【０００３】
従来の揺動カッタ装置を備えるシールド掘進機としては、例えば、特開平１０−８８９７２号公報に開示された多連型シールド掘進機があった。このシールド掘進機は、図５に示すように、メインカッタである回転カッタ５１が２つ設けられており、その回転カッタ５１間に、各回転カッタ５１の間を掘削する揺動カッタ５２が設けられている。
【０００４】
揺動カッタ５２は、各回転カッタ５１の中心間を結んだ線上で、その中心位置に揺動回転軸５３が形成されており、この揺動回転軸５３の上下にカッタフレーム５４が形成されている。カッタフレーム５４の側面部５５は、回転カッタ５１の外周線と略同等の形状に形成されており、揺動回転軸５３を中心に揺動カッタ５２が所定角度揺動することによって、各回転カッタ５１の間の隙間を掘削するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の揺動カッタ５２を備えた多連型シールド掘進機では、全体の断面が三連の略ひょうたん型のトンネルが掘削され、回転カッタ５１による掘削部と揺動カッタ５２による掘削部との間に略三角形状の未掘削部分５６が発生していた。
【０００６】
上述のように未掘削部分５６が発生すると、セグメントの形状が複雑になったり、トンネル内の有効スペースが小さくなるといった問題が発生するため、理想的には、断面が横方向或いは縦方向に長い楕円形（タマゴ型）のトンネルが好ましい。
【０００７】
また、上述の未掘削部分は、回転カッタ５１に設けられたコピーカッタ（図示せず）によって、ある程度掘削することは可能であるが、未掘削部分５６が大きいと、コピーカッタが長くなり強度上問題が発生するため、掘削範囲は制限されていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決するために案出されたものであって、その目的は、断面が楕円形のトンネルを掘削することができるシールド掘進機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のメインカッタを有するシールド掘進機であって、メインカッタ間に、所定角度範囲内で揺動回転するカッタ回転軸にその径方向に延びるカッタフレームを設けて第一揺動カッタを形成し、上記カッタフレームの先端部近傍に、先端カッタ回転軸と、その先端カッタ回転軸に支持される先端カッタフレームと、その先端カッタフレームを揺動回転させる伸縮ジャッキとを設けて第二揺動カッタを形成したシールド掘進機である。
【００１０】
そして、請求項２の発明は、上記第二揺動カッタの先端カッタフレームが、上記第一揺動カッタのカッタフレームの揺動角度に応じて揺動して、その水平角度をほぼ一定に保持しつつ公転するシールド掘進機である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明に係るシールド掘進機の好適な実施の形態を示した正面図、図２は本発明に係るシールド掘進機の好適な実施の形態を示した断面図、図３は第一及び第二揺動カッタの作動状態を示した正面図である。なお、図２の上側半分は図１のＡ断面線部を示し、下側半分は図１のＢ断面線部を示す。
【００１４】
まず、係るシールド掘進機の構成を説明する。
【００１５】
なお、本実施の形態では、２機のメインカッタ間に揺動カッタ装置を装着したシールド掘進機を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１に示すように、係るシールド掘進機１のメインカッタ２は、例えば、２機のスポーク式の回転カッタにて構成されており、各カッタ２の中心に位置するカッタ回転軸３には、径方向に延びる複数のカッタスポーク４が設けられている。カッタスポーク４の前面には複数のカッタビット５が設けられている。なお、図中、６はコピーカッタを示す。
【００１７】
メインカッタ２間の隙間７には、揺動カッタ装置８が設けられている。
【００１８】
図１及び図２に示すように、揺動カッタ装置８は、所定角度範囲内で揺動回転するカッタ回転軸９にその径方向に延びるカッタフレーム１１を設けて形成された第一揺動カッタ１２を備えている。
【００１９】
カッタ回転軸９は、メインカッタ２の各中心を結んだ線上でその中間位置に配置されている。このカッタ回転軸９は、バルクヘッド１４に軸支されている。カッタ回転軸９の内部には、シールドフレーム１６内からロータリジョイント１７を介してカッタフレーム１１側へ延出する油圧配管や制御ケーブル等のカッタフレーム接続配管（図示せず）が挿通されている。バルクヘッド１４には、カッタ回転軸９を囲繞してラジアル軸受とスラスト軸受（共に図示せず）とが設けられている。また、カッタ回転軸９には、バルクヘッド１４の前端の位置で、掘削土砂の浸入を防止するためのシール部材（図示せず）が、カッタ回転軸９を囲繞してリング状に設けられている。
【００２０】
カッタ回転軸９には、バルクヘッド１４よりも後方位置に、径方向に延びるアーム２８が設けられている。このアーム２８の先端には、第一揺動カッタ１２を揺動回転させるための伸縮ジャッキ２０が接続されている。伸縮ジャッキ２０は、その基端部が固定側にピン結合され、先端側がアーム２８の先端にピン結合されており、その伸縮ジャッキ２０の伸縮によりカッタ回転軸９が揺動回転するようになっている。
【００２１】
本実施の形態では、カッタフレーム１１は、カッタ回転軸９の上下に延びて２箇所形成されている。カッタフレーム１１の側面部は、メインカッタ２の外周と略同等の曲率の円弧状に形成されている。カッタフレーム１１の先端部は、カッタ回転軸９を中心とした円弧状に形成されている。カッタフレーム１１の前面には複数のカッタビット（図２参照）１５が形成されている。
【００２２】
カッタフレーム１１の先端部近傍には、先端カッタ回転軸１８と、その先端カッタ回転軸１８に支持された先端カッタフレーム１９と、その先端カッタフレーム１９を揺動回転させる伸縮ジャッキ２１を設けてなる第二揺動カッタ２２が形成されている。
【００２３】
先端カッタ回転軸１８は、カッタフレーム１１の内部に設けられ、シールド掘進機１の掘進方向に延びて配置されている。先端カッタフレーム１９は、第一揺動カッタ１２の揺動回転の周方向に長い底辺部２３を有し、２つの底角２５が鋭角となる略二等辺三角形状に形成されており、第一揺動カッタ１２の揺動端に位置した際に、その斜辺部２４がメインカッタ２に干渉しない形状になっている。先端カッタフレーム１９は、その中心部で先端カッタ支持軸１８に軸支されている。先端カッタフレーム１９の前面の、揺動時にカッタフレーム１１と干渉しない部分にはカッタビット（図示せず）が設けられている。先端カッタフレーム１９とカッタフレーム１１との間には、カッタフレーム１１内に掘削土砂が浸入するのを防止するためのシール部材２９が設けられている。
【００２４】
伸縮ジャッキ２１は、カッタフレーム１１の内部で、その長手方向（第一揺動カッタ１２の径方向）に沿って２個設けられている。伸縮ジャッキ２１の基端側は、カッタフレーム１１にピン結合され、先端側は先端カッタフレーム１９にピン結合されている。伸縮ジャッキ２１と先端カッタフレーム１９とのピン結合部分は、先端カッタ回転軸１８を中心に対称的に位置している。
【００２５】
これら２つの伸縮ジャッキ２１は、その先端側の油圧室同士が油圧配管（図示せず）によって接続されており、その伸縮量を同期させるようになっている。また、伸縮ジャッキ２１の伸縮は、第一揺動カッタ１２の揺動角度に応じて行われ、第二揺動カッタ２２の先端カッタフレーム１９が、その水平角度をほぼ一定に保持しつつ、第一揺動カッタ１２の揺動方向に沿って公転するように設定されている。
【００２６】
なお、先端カッタフレーム１９の端部が掘削線２６からはみ出さないように、第一揺動カッタ１２が揺動端部に位置した際には、先端カッタフレーム１９の水平角度が若干ずれるようにしてもよい。
【００２７】
次に、上記構成によるシールド掘進機１の作用を説明する。
【００２８】
係る揺動カッタ装置１の作動は、図３（ａ）及び（ｂ）に示した状態の間を、カッタ回転軸９を中心として揺動回転することとなる。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、第一揺動カッタ１２が右側の揺動端部に位置するときには、右側の伸縮ジャッキ２１が伸長して、左側の伸縮ジャッキ２１が縮対することによって、先端カッタフレーム１９は、ほぼ水平状態のままで、カッタフレーム９の右側端部より大幅に突出すると共に、メインカッタ２との干渉を防止することができる。これによって、第一揺動カッタ１２の掘削領域よりも外側で、メインカッタ２の上方の横方向に長い狭隘な部分（図中斜線にて示す）を多く掘削することができ、従来のような三角状の未切削部分（図５参照）をなくすことができる。従って、メインカッタ２のコピーカッタ６で掘削する部分は、図中２７で示す部分だけとなり、コピーカッタ６を強度上問題のない長さにすることができる。
【００３０】
なお、第一揺動カッタ１２が左側の揺動端部に位置するときは、図３（ｂ）に示すように、左右対称の作動となり、上記と同様の作用を得ることができる。
【００３１】
図３（ａ）と（ｂ）との間の作動では、先端カッタフレーム１９がその水平角度をほぼ一定に保持しつつ公転するので、先端カッタフレーム１９の左右端部が、掘削線２６からはみ出すことはなく、トンネルの断面に窪んだ部分を形成することはない。
【００３２】
よって、係るシールド掘進機１によれば、図１に示すような、断面が楕円状のトンネルを掘削することが可能となる。
【００３３】
これによって、セグメントの形状が複雑にならず、その製造及び組み付けが容易となり、さらに、トンネル内に窪み部分が発生しないので、トンネルスペース全体を有効に活用することが可能となる。
【００３４】
なお、隣接するメインカッタ２間の距離が狭くて、その中間にカッタ回転軸９を設けることができない場合には、カッタ回転軸を上下の隙間の二箇所にそれぞれ設けて、径方向に延びる一つのカッタフレームを有する揺動カッタ装置を別個で二つ設けるようにすればよい。
【００３５】
なお、本実施の形態では、第一揺動カッタ１２の揺動機構として、伸縮ジャッキ２０を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、モータ等を用いてもよい。但し、揺動角度を決定するのに、ストローク管理で行うことができる点で伸縮ジャッキ２０が優れている。また、伸縮ジャッキ２０の本数は、２本に限られるものではない。
【００３６】
さらに、本実施の形態では、第二揺動カッタ２２の先端カッタフレーム１９を、その水平角度をほぼ一定に保持しつつ公転させるようにしているが、これに限られるものではない。伸縮ジャッキ２１の伸縮のタイミングを変えることによって、第一揺動カッタ１２に対する先端カッタフレーム１９の相対角度を任意に変更することができ、利用目的断面に応じて、楕円形以外の種々の断面形状のトンネルを掘削することも可能となる。
【００３７】
また、上記実施の形態のシールド掘進機１では、揺動カッタ装置８をメインカッタ２間の隙間７を掘削するサブカッタとして用いているが、図４に示す参考例のように、揺動カッタ装置８を、掘削断面全体を掘削するメインカッタとして用いることもできる。
【００３８】
この場合のシールド掘進機３１は、カッタ回転軸９に９０°ピッチで４つのカッタフレーム１１が設けられ、４つの第一揺動カッタ１２が形成されている。これら各第一揺動カッタ１２には、それぞれ第二揺動カッタ２２が設けられている。各第一揺動カッタ１２及び第二揺動カッタ２２の構成については、図１の揺動カッタ装置８と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００３９】
上記参考例のシールド掘進機３１によれば、掘削断面が略正方形のトンネルを掘削することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、メインカッタの上方の横方向に長い狭隘な部分を掘削することができ、断面が楕円状のトンネルを掘削することができるといった優れた効果を発揮する。
【００４１】
これによって、セグメントの形状が複雑にならず、その製造及び組み付けが容易となり、さらに、トンネルスペース全体を有効に活用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るシールド掘進機の好適な実施の形態を示した正面図である。
【図２】 本発明に係るシールド掘進機の好適な実施の形態を示した断面図である。
【図３】 第一及び第二揺動カッタの作動状態を示した正面図である。
【図４】 シールド掘進機の参考例を示した正面図である。
【図５】 従来の揺動カッタ装置を備えるシールド掘進機を示した正面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
２ メインカッタ
８ 揺動カッタ装置
９ カッタ回転軸
１１ カッタフレーム
１２ 第一揺動カッタ
１８ 先端カッタ回転軸
１９ 先端カッタフレーム
２１ 伸縮ジャッキ
２２ 第二揺動カッタ

Claims (2)

1. 複数のメインカッタを有するシールド掘進機であって、メインカッタ間に、所定角度範囲内で揺動回転するカッタ回転軸にその径方向に延びるカッタフレームを設けてなる第一揺動カッタを形成し、上記カッタフレームの先端部近傍に、先端カッタ回転軸と、その先端カッタ回転軸に支持される先端カッタフレームと、その先端カッタフレームを揺動回転させる伸縮ジャッキとを設けて第二揺動カッタを形成したことを特徴とするシールド掘進機。
2. 上記第二揺動カッタの先端カッタフレームが、上記第一揺動カッタのカッタフレームの揺動角度に応じて揺動して、その水平角度をほぼ一定に保持しつつ公転する請求項１記載のシールド掘進機。

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