JP4383221B2 - Shield machine and tunnel excavation method - Google Patents

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JP4383221B2 JP2004097325A JP2004097325A JP4383221B2 JP 4383221 B2 JP4383221 B2 JP 4383221B2 JP 2004097325 A JP2004097325 A JP 2004097325A JP 2004097325 A JP2004097325 A JP 2004097325A JP 4383221 B2 JP4383221 B2 JP 4383221B2
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Description

本発明は、カッタヘッドを回転駆動して楕円形や矩形などの異形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機およびそのシールド掘進機を使用するトンネル掘削方法に関する。   The present invention relates to a shield excavator for excavating a tunnel having an elliptical shape or a rectangular shape by rotating a cutter head, and a tunnel excavation method using the shield excavator.

従来、たとえば楕円形断面や矩形断面のトンネルを掘削するものとして、ルーロの三角形の原理を利用し、頂部がルーロの三角形の3つの頂部に膨出するカッタヘッドを用いて、楕円形トンネルを掘削するものが特許文献1に、また矩形断面トンネルを掘削するものが特許文献2にそれぞれ開示されている。   Conventionally, for example, to excavate a tunnel with an elliptical section or a rectangular section, the principle of the triangle of Luuro is used, and an elliptical tunnel is excavated by using a cutter head whose top part bulges on the three apexes of the triangle of Luro. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-268381 discloses an apparatus for excavating a rectangular cross-section tunnel, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151867 discloses an apparatus for excavating a rectangular cross-section tunnel.

上記両シールド掘進機のカッタヘッド駆動機構は、シールド本体前部の隔壁に形成された中央空間部に、円筒支持体が中心軸周りに回転自在に配置され、この円筒支持体に前記中心軸から偏心した位置に貫通孔を形成し、この貫通孔に軸受を介してカッタヘッドの回転軸を回転自在に設けられている。   In the cutter head drive mechanism of both shield machines, a cylindrical support is rotatably disposed around the central axis in a central space formed in the partition wall at the front of the shield body. A through hole is formed at an eccentric position, and a rotary shaft of the cutter head is rotatably provided in the through hole via a bearing.

そして、特許文献1のカッタヘッドの駆動装置は、公転側駆動部と自転側駆動部とで構成されている。公転側駆動部は、円筒支持体の後部外周に取り付けられた公転用リングギヤと、この公転用リングギヤに噛合される公転用駆動ピニオンと、公転用駆動ピニオンを回転駆動する公転用回転モータとで構成される。また自転側駆動部は、回転軸の後端部に取り付けられた自転用内歯リングギヤと、シールド本体の後部壁体に固定されて自転用内歯リングギヤに噛合される自転用固定ギヤとで構成されている。   The cutter head drive device disclosed in Patent Document 1 includes a revolution side drive unit and a rotation side drive unit. The revolution-side drive unit is composed of a revolution ring gear attached to the outer periphery of the rear portion of the cylindrical support, a revolution drive pinion meshed with the revolution ring gear, and a revolution motor for rotating the revolution drive pinion. Is done. The rotation side drive unit is composed of a rotation inner ring gear attached to the rear end of the rotating shaft, and a rotation fixed gear fixed to the rear wall of the shield body and meshed with the rotation inner ring gear. Has been.

また特許文献2に開示されたカッタヘッド駆動装置は、公転側駆動部と自転側駆動部とで構成されている。公転側駆動部は、円筒支持体の後部外周に取り付けられた公転用リングギヤと、この公転用リングギヤに噛合される公転用駆動ピニオンと、公転用駆動ピニオンを回転駆動する公転用回転モータとで構成される。また自転駆動部は、円筒支持体回転軸に取り付けられた自転用ギヤと、この自転用ギヤに噛み合う自転用ピニオンと、自転用ピニオンを回転駆動する自転用回転駆動装置とを具備し、自転用回転駆動装置は円筒支持体に支持された支持ブラケットに取り付けられている。
特開平6−307190号公報 特開平6−336898号公報
Further, the cutter head driving device disclosed in Patent Document 2 includes a revolution side driving unit and a rotation side driving unit. The revolution-side drive unit is composed of a revolution ring gear attached to the outer periphery of the rear portion of the cylindrical support, a revolution drive pinion meshed with the revolution ring gear, and a revolution motor for rotating the revolution drive pinion. Is done. The rotation drive unit includes a rotation gear attached to the rotation shaft of the cylindrical support, a rotation pinion that meshes with the rotation gear, and a rotation drive device for rotation that rotates the rotation pinion. The rotational drive device is attached to a support bracket supported by a cylindrical support.
JP-A-6-307190 JP-A-6-336898

しかし、特許文献1では、固定ギヤがカッタヘッドの回転反力を回転軸および内歯リングギヤを介して支持されるため、固定ギヤを支持する後部壁体に大きい負荷がかかり、後部壁体の構造強度を大幅に増大させる必要があった。また特許文献2でも、円筒支持体に取り付けられる支持ブラケットの強度を十分に確保しなければならず、また円筒支持体の大きさや構造に無理が生じる恐れがあった。   However, in Patent Document 1, since the fixed gear supports the rotational reaction force of the cutter head via the rotating shaft and the internal ring gear, a large load is applied to the rear wall body that supports the fixed gear, and the structure of the rear wall body It was necessary to increase the strength significantly. Also in Patent Document 2, it is necessary to sufficiently secure the strength of the support bracket attached to the cylindrical support, and there is a possibility that the size and structure of the cylindrical support may become unreasonable.

このように高強度の支持部材を必要するため、回転軸の後部周辺の部材や機器、設置環境などを考慮すると、かなり設計に無理が生じるという問題があった。
本発明は上記問題点を解決して、カッタ駆動装置に高強度の支持部材も不要で構造を簡易化できるシールド掘進機およびトンネル掘削方法を提供することを目的とする。
Since a high-strength support member is required in this way, there has been a problem that the design becomes considerably difficult when considering the members, equipment, installation environment, etc. around the rear part of the rotating shaft.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a shield machine and a tunnel excavation method that can simplify the structure without requiring a high-strength support member in the cutter driving device.

請求項1記載の発明は、シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンと、該公転用ピニオンを回転駆動する公転用回転駆動装置とを設け、前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合されたリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を回転駆動する自転用ピニオンと、該自転用ピニオンを回転駆動する自転用回転駆動装置を設け、トンネルの掘削途中に、前記自転用回転駆動装置と前記公転用回転駆動装置の回転速度と回転方向とを変更して、断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成されたものである。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a revolution body that is rotatably provided around the rotation axis at the front portion of the shield body, and a rotation center that is eccentric to the revolution body with respect to the rotation axis. A supported rotating body, a cutter head provided on the rotating body and positioned in the triangle of the luro and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the luro triangle; and A shield excavator comprising a revolution drive mechanism for rotating around, and a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head, wherein the revolution drive mechanism is connected to the revolution body. A revolution gear provided, a revolution pinion meshed with the revolution gear, and a revolution rotation drive device that rotationally drives the revolution pinion are provided, and the revolution drive mechanism is provided on the revolution body. Rotating gear and the rotating shaft A rotatably supported revolving ring body around, and ring gear that is meshed with the rotation gear provided on said pivot ring body, and the ring external gear provided on the revolving ring member, said A rotation pinion that rotates and rotates the swivel ring body meshed with a ring external gear, and a rotation drive device that rotates the rotation pinion are provided. The revolving rotational drive device is configured to continuously excavate tunnels having different cross-sectional shapes by changing the rotational speed and direction of rotation.

請求項2記載の発明は、シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンとを設け、前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合されたリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を旋回駆動する自転用ピニオンとを設け、カッタ回転駆動装置のカッタ駆動軸に前記公転用ピニオンと自転用ピニオンとを設けるとともに、前記カッタ駆動軸と公転用ピニオンの間、および前記カッタ駆動軸と自転用ピニオンの間の少なくとも一方に、回転速度と回転方向を変更可能な変速ギヤ装置を設け、トンネルの掘削途中に、前記変速ギヤ装置により前記公転駆動機構の公転体および/または前記自転駆動機構の自転体の回転速度と回転方向とを変更し、カッタヘッドにより断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成したものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a revolution body that is rotatably provided around a rotation axis at the front portion of the shield body, and a rotation center that is eccentric to the revolution body with respect to the rotation axis. A supported rotating body, a cutter head provided on the rotating body and positioned in the triangle of the luro and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the luro triangle; and A shield excavator comprising a revolution drive mechanism for rotating around, and a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head, wherein the revolution drive mechanism is connected to the revolution body. A revolving gear provided and a revolving pinion meshed with the revolving gear are provided, and the revolving drive mechanism is rotatably supported around the rotation axis and the revolving gear provided on the revolving body. The swivel ring body and the swivel ring Turning drive a ring gear which is meshed with the rotation gear provided grayed body, and a ring external gear provided on the orbiting ring body, said revolving ring member are meshed with the ring external gear -rotating arranged a pinion, provided with a said revolving pinion and-rotating pinion cutter drive shaft of the cutter rotary drive, rotating pinion and the cutter drive shaft between the revolving pinion, and said cutter driving shaft to A speed change gear device capable of changing a rotation speed and a rotation direction is provided in at least one of them, and the revolution body of the revolution drive mechanism and / or the rotation body of the rotation drive mechanism is driven by the speed change gear device during excavation of a tunnel. The rotation speed and the rotation direction are changed, and tunnels having different cross-sectional shapes are continuously excavated by the cutter head.

請求項3記載の発明は、シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンとを設け、前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合されたリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を旋回駆動する自転用ピニオンとを設け、カッタ回転駆動装置の駆動軸に前記公転用ピニオンと前記自転用ピニオンを装着するとともに、該駆動軸から自転用ピニオンに回転力を伝達・非伝達可能な動力分離装置を設け、前記旋回リング体を固定可能なリングロック装置を設け、トンネルの掘削途中に、前記動力分離装置およびリングロック装置を操作して旋回リング体を固定することにより自転体をリング内歯ギヤと自転用ギヤの歯数比による回転速度で回転駆動し、前記公転駆動機構により公転体の回転速度と回転方向とを変更して、カッタヘッドにより断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成したものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a revolution body that is rotatably provided around a rotation axis at the front portion of the shield body, and a rotation center that is eccentric to the revolution body with respect to the rotation axis. A supported rotating body, a cutter head provided on the rotating body and positioned in the triangle of the luro and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the luro triangle; and A shield excavator comprising a revolution drive mechanism for rotating around, and a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head, wherein the revolution drive mechanism is connected to the revolution body. A revolving gear provided and a revolving pinion meshed with the revolving gear are provided, and the revolving drive mechanism is rotatably supported around the rotation axis and the revolving gear provided on the revolving body. The swivel ring body and the swivel ring Turning drive a ring gear which is meshed with the rotation gear provided grayed body, and a ring external gear provided on the orbiting ring body, said revolving ring member are meshed with the ring external gear A power separation device that is provided with a rotating pinion and that attaches the revolving pinion and the rotating pinion to a drive shaft of a cutter rotation driving device, and is capable of transmitting and non-transmitting rotational force from the driving shaft to the rotating pinion the provided fixable ring locking device the revolving ring member provided in the middle excavation of the tunnel, by fixing the revolving ring member by operating the power separating device and the ring-locking device, ring teeth rotation body rotationally driven by the gear and the rotational speed of the gear ratio of-rotating gear, by changing the rotation direction and the rotation speed of the revolving body by the revolution drive mechanism, the cross-sectional shape by the cutter head The composed tunnel in succession is obtained by adapted to drilling.

請求項4記載の発明は、請求項1乃至3記載のシールド掘進機を使用してトンネルを掘削するに際して、公転駆動機構による公転体の回転速度と回転方向と、自転駆動機構による自転体の回転速度と回転方向とを選択的に変更して、先の掘削断面と後の掘削断面とが複合された断面を掘削するものである。 According to a fourth aspect of the present invention, when excavating a tunnel using the shield machine according to any one of the first to third aspects, the rotational speed and direction of the revolution body by the revolution drive mechanism, and the rotation of the revolution body by the rotation drive mechanism. The speed and the rotation direction are selectively changed to excavate a cross section in which the previous excavation cross section and the subsequent excavation cross section are combined.

請求項1記載の発明によれば、カッタヘッドを自転させる自転駆動機構として、公転体の回転軸と同軸周りに回転自在に支持された旋回リング体を配設し、旋回リング体のリング内歯ギヤにより自転体を自転用ギヤを介して回転駆動するように構成したので、反力が一部に集中することがなく旋回リング体の支持部材全体に分散できて支持部材の強度を軽減でき、しかも支持部材および旋回リング体ならびにその回転駆動装置をシールド本体内の外周側に設けることができて、構造を簡易化することができる。またこのような構造により、公転体と旋回リング体の回転速度と回転方向とを選択するだけで、矩形や楕円、大径円など任意な断面形状のトンネルを掘削することができ、異形断面トンネル掘削用のシールド掘進機における部品の共通化がはかれ、製造コストの削減に寄与できる。   According to the first aspect of the present invention, as the rotation driving mechanism for rotating the cutter head, the turning ring body supported rotatably around the rotation axis of the revolution body is disposed, and the ring inner teeth of the turning ring body are arranged. Since the rotating body is rotationally driven by the gear through the gear for rotation, the reaction force can be dispersed throughout the supporting member of the swivel ring body without concentrating on the part, and the strength of the supporting member can be reduced. In addition, the support member, the swivel ring body, and the rotation driving device thereof can be provided on the outer peripheral side in the shield body, and the structure can be simplified. In addition, with this structure, tunnels with arbitrary cross-sectional shapes such as rectangles, ellipses, and large-diameter circles can be excavated simply by selecting the rotation speed and rotation direction of the revolution body and swivel ring body. Parts can be shared in the shield machine for excavation, which can contribute to the reduction of manufacturing costs.

さらに、独立して設置された自転用回転駆動装置と公転用回転駆動装置とを設け、回転速度と回転方向とを変更することで、掘削途中であっても掘削トンネルの断面形状を任意に変更することができる。これにより曲線施工時の大きな余掘りや、並設トンネルの接合時の地盤改良部のラップ掘削により、並設トンネルの接合時の地盤の安定化を図ることができる。 In addition, by providing a rotation drive device for rotation and a rotation drive device for revolution that are installed independently, and changing the rotation speed and rotation direction, the cross-sectional shape of the excavation tunnel can be arbitrarily changed even during excavation can do. Thereby, the stabilization of the ground at the time of joining of parallel tunnels can be achieved by large surplus excavation at the time of curve construction and lap excavation of the ground improvement part at the time of joining of parallel tunnels.

請求項2記載の発明によれば、自転駆動機構および/または公転駆動機構に、回転速度と回転方向を変更可能な変速ギヤ装置を介在させて、公転体および/または旋回リング体の回転速度と回転方向とを変更することで、掘削途中であっても掘削トンネルの断面形状を任意に変更することができる。これにより曲線施工時の大きな余掘りや、並設トンネルの接合時の地盤改良部のラップ掘削により、並設トンネルの接合時の地盤の安定化を図ることができる。 According to the second aspect of the present invention, the rotation speed of the revolution body and / or the swivel ring body is obtained by interposing the speed change gear device capable of changing the rotation speed and the rotation direction in the rotation drive mechanism and / or the revolution drive mechanism. By changing the rotation direction, the cross-sectional shape of the excavation tunnel can be arbitrarily changed even during excavation. Thereby, the stabilization of the ground at the time of joining of parallel tunnels can be achieved by large surplus excavation at the time of curve construction and lap excavation of the ground improvement part at the time of joining of parallel tunnels.

請求項3記載の発明によれば、カッタ回転駆動装置の駆動軸に公転用ピニオンと自転用ピニオンとを同軸上に設け、リングロック装置により旋回リング体を固定するとともに、動力分離装置により駆動軸の動力を自転用ピニオンに非伝達にすることで、自転軸をリング内歯ギヤと自転用ギヤの歯数比により回転させ、公転体に対する自転体の回転速度と回転方向とを変更することができる。これにより、異形断面のトンネルを連続して掘削することができる。 According to the third aspect of the present invention, the revolution pinion and the rotation pinion are provided coaxially on the drive shaft of the cutter rotation drive device, the turning ring body is fixed by the ring lock device, and the drive shaft is driven by the power separation device. By making the power of the motor non-transmitted to the rotation pinion, the rotation shaft can be rotated according to the ratio of the number of teeth of the ring internal gear and the rotation gear, and the rotation speed and rotation direction of the rotation body relative to the revolution can be changed. it can. Thereby, the tunnel of an irregular cross section can be continuously excavated.

請求項4記載の発明によれば、シールド本体の外周部に設置した地盤改良剤の注入ノズルや配管など突起物がある場合、硬い岩盤や到達立坑の到達口などのようにコピーカッタでは掘削が不可能な硬い障害物があると、無理な掘進により突起物が損傷することがある。しかし、たとえば矩形断面トンネルを掘削途中に、矩形断面トンネル掘削の回転速度および回転方向と、横長楕円形断面トンネルの回転速度および回転方向とを、ミリ単位の掘削距離ごとに交互に切替えることで、矩形断面と楕円形断面とが重なり合った複合断面トンネルを掘削することができる。これにより突起物の損傷を未然に防止することができる。 According to the invention described in claim 4, when there are projections such as injection nozzles or pipes for ground improvement agent installed on the outer periphery of the shield main body, excavation is possible with a copy cutter such as a hard rock mass or an arrival port of a reaching shaft. If there is an impossible hard obstacle, the protrusion may be damaged due to excessive excavation. However, for example, during the excavation of the rectangular cross-section tunnel, by alternately switching the rotation speed and rotation direction of the rectangular cross-section tunnel excavation and the rotation speed and rotation direction of the horizontally long elliptical cross-section tunnel for every millimeter excavation distance, It is possible to excavate a composite section tunnel in which a rectangular section and an elliptical section overlap. Thereby, damage to the protrusion can be prevented in advance.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の第1の実施の形態を図1〜図10に基づいて説明する。
図1〜図3に示すように、楕円形断面に形成されたシールド本体1のスキンプレート1a内前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力室HCを形成する隔壁2が設けられている。この隔壁2は、シールド本体1のスキンプレート1aの内周面に固定された固定隔壁3と、この固定隔壁3にシールド軸上の回転軸心(公転軸心)O1を中心として形成された貫通部4に旋回自在に配置される公転隔壁(公転体)6とで構成され、前記公転隔壁6は旋回軸受5を介して後部支持部材25に支持されている。この公転隔壁6には、前記回転軸心O1から所定の偏心距離e[たとえばe=(長径d1/2−短径d2/2)/2]離れた偏心軸心O2を中心とする貫通軸受7が設けられ、この軸受孔7aにカッタ自転軸(自転体)8が回転自在に支持されている。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, a partition wall 2 that forms a pressure chamber HC that holds the face collapse earth pressure is provided in the front part of the skin plate 1 a of the shield body 1 formed in an elliptical cross section. . The partition wall 2 includes a fixed partition wall 3 fixed to the inner peripheral surface of the skin plate 1a of the shield body 1, and a through-hole formed in the fixed partition wall 3 around a rotation axis (revolution axis) O1 on the shield shaft. The revolving partition wall (revolved body) 6 is rotatably disposed on the portion 4, and the revolving partition wall 6 is supported by the rear support member 25 via the swivel bearing 5. The revolution partition wall 6 includes a through bearing 7 centered on an eccentric axis O2 that is a predetermined eccentric distance e [e.g., e = (major axis d1 / 2−minor axis d2 / 2) / 2] from the rotational axis O1. The cutter rotation shaft (autorotation body) 8 is rotatably supported in the bearing hole 7a.

前記カッタ自転軸8の前端部に取り付けられたカッタヘッド10は、センタービット12を有する中心部材11から3本のメインアーム状カッタ13が120°角度ごとに半径方向に突出され、これらメインアーム状カッタ13先端の外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部にそれぞれ位置するように設定されている。またメインアーム状カッタ13間の中間位置にメインアーム状カッタ13より短いサブアーム状カッタ14がルーロの三角形の片の中央部に向って突出されている。そしてメインアーム状カッタ13とサブアーム状カッタ14とが補強リング15により互いに連結され、両アーム状カッタ13,14にはそれぞれ掘削用のカッタビット16が所定位置に取り付けられ、各アーム状カッタ13,14はそれぞれルーロの三角形内に配置される。またメインアーム状カッタ13の外周掘削端には、出退自在な掘削ビットを有するコピーカッタ装置17が設けられている。   The cutter head 10 attached to the front end portion of the cutter rotating shaft 8 has three main arm-shaped cutters 13 projecting from the central member 11 having a center bit 12 in the radial direction at every 120 ° angle. The outer peripheral excavation end at the tip of the cutter 13 is set so as to be positioned at each of the three apexes of the ruler triangle. Further, a sub-arm-shaped cutter 14 shorter than the main-arm-shaped cutter 13 is projected at an intermediate position between the main-arm-shaped cutters 13 toward the center portion of the triangular triangle piece. The main arm-shaped cutter 13 and the sub-arm-shaped cutter 14 are connected to each other by a reinforcing ring 15, and a cutting bit 16 for excavation is attached to each arm-shaped cutter 13, 14 at a predetermined position. Each of 14 is arranged in the triangle of the rule. In addition, a copy cutter device 17 having a digging bit that can be freely retracted is provided at the outer digging end of the main arm cutter 13.

さらに前記固定隔壁3の下部に、カッタヘッド10により掘削された土砂を切羽崩壊土圧を保持しつつ大気室LC側に排出するスクリュ式排土装置9が貫設されている。
前記固定隔壁3の大気室LC側に設けられてカッタヘッド10を回転駆動するカッタ駆動装置21は、前記公転隔壁6を回転駆動する公転駆動機構21Aと、カッタ自転軸8を回転駆動する自転駆動機構21Bとで構成されている。前記公転駆動機構21Aは、前記公転隔壁6の外周部に設けられた公転用ギヤG2と、この公転用ギヤG2に噛合する公転用ピニオンG1と、この公転用ピニオンG1をカッタ駆動軸22を介して回転駆動する複数(または単数)のカッタ回転駆動装置(油圧式または電動式モータ)23と、公転用ピニオンG1とカッタ駆動軸22との間に介在されて公転用ピニオンG1の回転速度と回転方向を変更可能な変速ギヤ装置27とで構成されている。一方、自転駆動機構21Bは、シールド本体1に固定されてカッタ回転駆動装置23を支持する後部支持部材25に旋回軸受24を介して回転軸心O1周りに回転自在に支持された旋回リング体26と、旋回リング体26の外周面に形成されたリング外歯ギヤG4と、旋回リング体26の内周面に形成されたリング内歯ギヤG5と、カッタ自転軸8の後部側に固定されてリング内歯ギヤG5が噛合される自転用ギヤG6と、公転駆動機構21Aと共通のカッタ駆動装置23のカッタ駆動軸22に固定された自転用ピニオンG3とで構成されている。
Further, a screw type earth removing device 9 is provided below the fixed partition wall 3 for discharging the earth and sand excavated by the cutter head 10 to the atmosphere chamber LC side while maintaining the face collapsed earth pressure.
A cutter driving device 21 provided on the air chamber LC side of the fixed partition 3 and rotationally drives the cutter head 10 includes a revolution drive mechanism 21A that rotationally drives the revolution partition 6 and a rotation drive that rotationally drives the cutter rotation shaft 8. It is comprised with the mechanism 21B. The revolution drive mechanism 21A includes a revolution gear G2 provided on the outer peripheral portion of the revolution partition wall 6, a revolution pinion G1 meshing with the revolution gear G2, and the revolution pinion G1 via a cutter drive shaft 22. And a plurality of (or singular) cutter rotation driving devices (hydraulic or electric motors) 23 that are driven to rotate, and a revolution pinion G1 interposed between the revolution pinion G1 and the cutter drive shaft 22, and the rotation speed and rotation of the revolution pinion G1. It is comprised with the transmission gear apparatus 27 which can change a direction. On the other hand, the rotation drive mechanism 21B is a swiveling ring body 26 that is fixed to the shield body 1 and supported by a rear support member 25 that supports the cutter rotation driving device 23 via a swivel bearing 24 so as to be rotatable around the rotation axis O1. A ring external gear G4 formed on the outer peripheral surface of the swivel ring body 26, a ring internal gear G5 formed on the inner peripheral surface of the swivel ring body 26, and the rear side of the cutter rotating shaft 8 being fixed. The rotation gear G6 meshes with the ring internal gear G5, and the rotation pinion G3 fixed to the cutter drive shaft 22 of the cutter drive device 23 common to the revolution drive mechanism 21A.

したがって、カッタ回転駆動装置23により変速ギヤ装置27を介して公転用ピニオンG1を回転駆動し公転用ギヤG2を介して公転隔壁6を所定方向に回転させると同時に、自転用ピニオンG3によりリング外歯ギヤG4を介して旋回リング体26を回転させ、リング内歯ギヤG5に自転用ピニオンG3を介してカッタ駆動軸22を回転させることができる。   Accordingly, the revolving pinion G1 is rotationally driven by the cutter rotation driving device 23 via the transmission gear device 27 to rotate the revolving partition wall 6 in a predetermined direction via the revolving gear G2, and at the same time, the ring external teeth are rotated by the revolving pinion G3. The turning ring body 26 can be rotated via the gear G4, and the cutter drive shaft 22 can be rotated to the ring internal gear G5 via the rotation pinion G3.

ここで図4に示すように、たとえば公転用ピニオンG1の歯数Z1、公転用ギヤG2の歯数Z2、自転用ピニオンG3の歯数Z3、リング外歯ギヤG4の歯数Z4、リング内歯ギヤG5の歯数Z5、自転用ギヤG6の歯数Z6とし、変速ギヤ装置27の入力軸と出力軸の回転比=1:1とすると、楕円形断面のトンネル掘削の場合、偏心量e=(長径−短径)/4である。またリング内歯ギヤG5の歯数Z5と自転用ギヤG6の歯数Z6の関係は、歯車のモジュールM、偏心量eとすると、Z5=Z6+2e/Mの関係が必要である。   Here, as shown in FIG. 4, for example, the number of teeth Z1 of the revolving pinion G1, the number of teeth Z2 of the revolving gear G2, the number of teeth Z3 of the revolving pinion G3, the number of teeth Z4 of the ring external gear G4, the ring internal teeth When the number of teeth of the gear G5 is Z5 and the number of teeth of the rotation gear G6 is Z6, and the rotation ratio of the input shaft to the output shaft of the transmission gear device 27 is 1: 1, in the case of tunnel excavation with an elliptical section, the amount of eccentricity e = (Major axis-minor axis) / 4. Further, the relationship between the number of teeth Z5 of the ring internal gear G5 and the number of teeth Z6 of the rotation gear G6 requires a relationship of Z5 = Z6 + 2e / M, assuming that the gear module M and the amount of eccentricity e.

さらに同一のカッタ駆動軸22上に公転用ピニオンG1および自転用ピニオンG3が設けられるとともに、同一の回転軸心O1に公転用ギヤG2およびリング外歯ギヤG4が設けられているため、公転用ピニオンG1および公転用ギヤG2のモジュールm1、自転用ピニオンG3およびリング外歯ギヤG4のモジュールm2とすると、(Z1+Z2)×m1=(Z3+Z4)×m2の関係となる。   Further, since the revolution pinion G1 and the rotation pinion G3 are provided on the same cutter drive shaft 22, and the revolution gear G2 and the ring external gear G4 are provided on the same rotation axis O1, the revolution pinion Assuming that the module m1 of G1 and the revolution gear G2, the pinion G3 for rotation and the module m2 of the ring external gear G4, the relationship is (Z1 + Z2) × m1 = (Z3 + Z4) × m2.

ところで、公転隔壁(公転体)6が1回転した時の旋回リング体26の回転数n’=(Z3×Z2)/(Z4×Z1)=+4/9であり、また旋回リング体26により駆動される自転軸8の単独の回転数n”=n’×(Z5/Z6)=[(Z3×Z2)/(Z4×Z1)]×(Z5/Z6)である。この時は、公転隔壁6と共に自転軸8が回転されるため、相対的な自転軸8の単独の回転数n=(Z3×Z2×Z5)/(Z4×Z1×Z6)−(Z5/Z6)=−2/3
ここで、たとえば偏心量e=325mmとすると、公転用ピニオンG1の歯数Z1=29、公転用ギヤG2の歯数Z2=174、G1,G2のモジュールm1=28、自転用ピニオンG3の歯数Z3=14、リング外歯ギヤG4の歯数Z4=189、G3,G4のモジュールm2=28、リング内歯ギヤG5の歯数Z5=78、自転用ギヤG6の歯数Z6=65、Z5,Z6のモジュールM=50とした時に、
公転隔壁6が1回転した時のカッタ自転軸8の回転数n=(14×174×78)/(189×29×65)−78/65=(4×6)/(9×5)−5/6=−2/3となる。このときのカッタヘッド10の回転数は、公転隔壁6の回転数+自転軸8の回転数=1−2/3=1/3である。これにより、図2に示すように、カッタヘッド10の外周端が楕円形の軌跡を描いて回転移動され、楕円形断面のトンネルTaを掘削することができる。
Incidentally, the rotational speed n ′ of the revolving ring body 26 when the revolving partition wall (revolving body) 6 makes one rotation is n ′ = (Z3 × Z2) / (Z4 × Z1) = + 4/9, and is driven by the revolving ring body 26. Rotational speed n ″ = n ′ × (Z5 / Z6) = [(Z3 × Z2) / (Z4 × Z1)] × (Z5 / Z6) at this time. 6 and the rotation axis 8 is rotated together with the rotation number of the rotation axis 8 of the relative rotation axis n = (Z3 × Z2 × Z5) / (Z4 × Z1 × Z6) − (Z5 / Z6) = − 2/3.
For example, if the eccentricity e is 325 mm, the number of teeth Z1 of the revolving pinion G1 is 29, the number of teeth Z2 of the revolving gear G2 is 174, the module m1 of G1 and G2 is m = 28, and the number of teeth of the rotating pinion G3. Z3 = 14, number of teeth of ring external gear G4 Z4 = 189, module m2 of G3, G4 = 28, number of teeth of ring internal gear G5 Z5 = 78, number of teeth of rotation gear G6 Z6 = 65, Z5 When Z6 module M = 50,
Rotational speed n of the cutter rotation shaft 8 when the revolving partition wall 6 makes one rotation n = (14 × 174 × 78) / (189 × 29 × 65) −78 / 65 = (4 × 6) / (9 × 5) − 5/6 = −2 / 3. The rotational speed of the cutter head 10 at this time is the rotational speed of the revolving partition wall 6 + the rotational speed of the rotation shaft 8 = 1-2 / 3 = 1/3. Thereby, as shown in FIG. 2, the outer peripheral end of the cutter head 10 is rotationally moved while drawing an elliptical locus, and the tunnel Ta having an elliptical cross section can be excavated.

ここで、上記楕円形断面トンネルTaの掘削設例を含み、公転隔壁6に対する自転軸8の回転比を変化させた設例を図7に示す。
設例Aでは、公転隔壁6の+1の回転に対してカッタ自転軸8を−5/3回転させることで、カッタヘッド10の回転が−2/3回転となり、カッタヘッド10により掘削されるトンネルは、図4に示すように、偏心量e分半径が大きくなった大径の円形トンネルTbが掘削される。
Here, FIG. 7 shows an example in which the rotation ratio of the rotation shaft 8 with respect to the revolving partition wall 6 is changed, including an example of excavation of the elliptical section tunnel Ta.
In Example A, by rotating the cutter rotation shaft 8 by -5/3 with respect to +1 rotation of the revolving partition wall 6, the rotation of the cutter head 10 becomes −2/3 rotation, and the tunnel excavated by the cutter head 10 is As shown in FIG. 4, a large-diameter circular tunnel Tb having a radius increased by the amount of eccentricity e is excavated.

設例Bでは、公転隔壁6の+1の回転に対してカッタ自転軸8を−4/3回転させることで、カッタヘッド10の回転が−1/3回転となり、カッタヘッド10により掘削されるトンネルは、図5に示すように、4つのコーナー部が円弧状の略矩形断面のトンネルTcが掘削される。偏心量e=(長径−短径)/2ではないので、四辺は直線ではなく、外側に少し膨らんだ曲線となる。   In Example B, when the cutter rotation shaft 8 is rotated -4/3 with respect to +1 rotation of the revolving partition wall 6, the cutter head 10 is rotated -1/3, and the tunnel excavated by the cutter head 10 is As shown in FIG. 5, a tunnel Tc having an approximately rectangular cross section in which the four corner portions are arc-shaped is excavated. Since the amount of eccentricity e = (major axis−minor axis) / 2 is not satisfied, the four sides are not straight lines, but are curved slightly outward.

設例Cでは、旋回リング体26を固定した場合で、リング内歯ギヤG5の歯数Z5:自転用ギヤG6の歯数Z6=4:3であった場合、公転隔壁6の+1の回転に対して、カッタ自転軸8を−6/5回転させ、カッタヘッド10の回転が−1/5となる。これにより設例Bと同様に、図5に示す4つのコーナー部が円弧状の略矩形断面のトンネルTcが掘削される。   In Example C, when the swiveling ring body 26 is fixed and the number of teeth Z5 of the ring internal gear G5 is the number of teeth Z6 of the rotating gear G6 = 4: 3, Thus, the cutter rotation shaft 8 is rotated by -6/5, and the rotation of the cutter head 10 becomes -1/5. As a result, similarly to Example B, a tunnel Tc having a substantially rectangular cross section in which the four corner portions shown in FIG.

設例Dは、先に説明した設例であり、公転隔壁6の+1の回転に対してカッタ自転軸8を−2/3回転させることで、カッタヘッド10の回転が+1/3回転となり、カッタヘッド10により掘削されるトンネルは、図2に示すように、横長の楕円形断面のトンネルTaが掘削される。   Example D is the example described above, and by rotating the cutter rotation shaft 8 by −2/3 rotation with respect to the rotation of the revolving partition wall 6 by +1, the rotation of the cutter head 10 becomes +1/3 rotation. As shown in FIG. 2, the tunnel excavated by 10 is excavated with a tunnel Ta having a horizontally long elliptical cross section.

トンネルTa,Tb,Tcを重ね合わせると図6のように表され、設例AのトンネルTbは、他のトンネルTa,Tcの外周側まで掘削することができ、またトンネルTaおよびTbはトンネルTcに比較して、カッタヘッド10により左右に拡張掘削することができる。ここでトンネルTa,Tcに連続してTbを掘削すると、シールド掘進機が落ち込むことになるが、障害物を除去するような短い距離であれば、裏込め材を注入することにより問題が生じることはない。   When the tunnels Ta, Tb, and Tc are overlapped, they are represented as shown in FIG. 6, and the tunnel Tb in Example A can be excavated to the outer peripheral side of the other tunnels Ta and Tc. In comparison, the cutter head 10 can be expanded to the left and right. Here, when Tb is excavated continuously in the tunnels Ta and Tc, the shield machine will fall, but if it is a short distance that removes the obstacle, there will be a problem by injecting the backfill material. There is no.

したがって、たとえばシールド本体が略矩形断面のシールド掘進機51を使用し、図8に示すように、略矩形断面のトンネルTcを掘削中に、大きい曲率で湾曲する経路(曲率半径が短い)に差しかかった時に、トンネルTaに変更して連続掘削することにより、湾曲半径方向のトンネル幅を拡張できてシールド本体の傾動に余裕ができ、たとえば図のような前胴51aと後胴51bの屈曲式であれば、その屈曲角度を小さくして安定した姿勢制御ができる。また湾曲経路を掘削するために、シールド本体の軸心方向の長さが規制されることもない。   Therefore, for example, a shield machine 51 having a substantially rectangular cross section is used as shown in FIG. 8, and the tunnel Tc having a substantially rectangular cross section is inserted into a path (curvature radius is short) curved with a large curvature during excavation. When it starts, by changing to the tunnel Ta and continuously excavating, the tunnel width in the bending radius direction can be expanded and the shield body can be tilted. For example, the front barrel 51a and the rear barrel 51b are bent as shown in the figure. If so, the attitude can be controlled stably by reducing the bending angle. Further, since the curved path is excavated, the axial length of the shield body is not restricted.

また図9に示すように、略矩形断面のトンネルTcを掘削途中に、並設される矩形断面トンネルTc’がある場合、楕円形断面トンネルTaまたは大円形断面トンネルTbに変更することで、地盤改良部のラップ掘削を行うことができ、ラップ掘削部に充填材を充填することで、並設トンネルの接合時の地盤の安定化を図ることができる。   Further, as shown in FIG. 9, when there is a rectangular cross-section tunnel Tc ′ arranged side by side during excavation of the tunnel Tc having a substantially rectangular cross section, the ground can be changed by changing the tunnel Tc to an elliptical cross-section tunnel Ta or a large circular cross-section tunnel Tb. The improved portion can be lap excavated, and by filling the lap excavated portion with a filler, it is possible to stabilize the ground when joining the parallel tunnels.

さらに、たとえば矩形断面のシールド本体1を具備して矩形断面トンネルTcを掘削途中に、シールド本体1の左右外側面に地盤改良剤の注入ノズルや配管などの突起物を有している場合、通常の礫混じり程度の地盤では問題がないが、硬い岩盤が出現したり、また到達立坑の壁面を掘削するような場合、コピーカッタでは突起物を含む断面のトンネルを掘削することができず、無理に通過しようとすると、突起物が損傷するおそれがある。そこで、このシールド掘進機では、図10に示すように、設例Bと設例Dとを、掘進距離が数ミリ単位で切替えて矩形断面トンネルTcと楕円形断面トンネルTaを交互に掘削することで、矩形断面トンネルTcと楕円形断面トンネルTaとが重なり合った複合断面トンネルTeを掘削する。これにより突起物があるシールド本体1の側面側に拡張して障害物を掘削し、突起物の損傷を未然に防止することができる。   Further, for example, when the shield body 1 having a rectangular cross section is provided and the rectangular cross section tunnel Tc is being excavated, and the right and left outer surfaces of the shield body 1 have protrusions such as an injection nozzle or a pipe for ground improvement agent, There is no problem in the ground that is mixed with gravel, but when hard rock appears or when excavating the wall of the shaft, it is impossible to excavate the tunnel of the cross section including the protrusion with the copy cutter. If you try to pass through, the projection may be damaged. Therefore, in this shield machine, as shown in FIG. 10, by excavating the rectangular section tunnel Tc and the elliptical section tunnel Ta by alternately switching the example B and the example D in units of several millimeters, The composite cross-sectional tunnel Te in which the rectangular cross-sectional tunnel Tc and the elliptical cross-sectional tunnel Ta overlap is excavated. Thereby, it can extend to the side of the shield body 1 where the projection is located, excavate the obstacle, and prevent the projection from being damaged in advance.

上記実施の形態によれば、カッタ駆動装置21の自転駆動機構21Bにおいて、カッタ自転軸8を回転駆動する旋回リング体26を、旋回軸受24を介して後部支持部材25に回転軸心O1周りに回転自在に支持させることにより、シールド本体1内の外周側に負荷を分散させることができるとともに、旋回リング体26の回転方向の負荷を軽減でき、後部支持部材25および支持部材28の強度を低減することができる。また公転隔壁6と同じ回転軸心O1周りに回転自在に配置された同一の回転軸心O1上に公転隔壁6と共に旋回リング体26を、カッタ駆動軸22に設けられた公転用ピニオンG1と自転用ピニオンG3とで、公転隔壁6の公転駆動と旋回リング体26の自転駆動とを回転駆動することができる。これにより、カッタ回転駆動装置の削減と小型化を図ることができる。   According to the above embodiment, in the rotation drive mechanism 21B of the cutter driving device 21, the turning ring body 26 that rotationally drives the cutter rotation shaft 8 is moved around the rotation axis O1 to the rear support member 25 via the turning bearing 24. By being supported rotatably, the load can be distributed to the outer peripheral side in the shield body 1, the load in the rotating direction of the swivel ring body 26 can be reduced, and the strength of the rear support member 25 and the support member 28 is reduced. can do. In addition, the rotating ring body 26 together with the revolving partition wall 6 and the revolving pinion G1 provided on the cutter drive shaft 22 are rotated together with the revolving partition wall 6 on the same rotation axis O1 that is rotatably arranged around the same rotation axis O1 as the revolving partition wall 6. With the diversion pinion G3, the revolution drive of the revolution partition wall 6 and the rotation drive of the turning ring body 26 can be rotationally driven. Thereby, reduction and size reduction of a cutter rotation drive device can be achieved.

さらに変速ギヤ装置27により、自転用ピニオンに対して公転用ピニオンG1のG3回転速度と回転方向とを変更してトンネルの断面形状を変更することができる。たとえば矩形断面トンネルTcの掘削途中で、曲率の大きい曲線施工する場合に、楕円形断面トンネルTa(または大径断面トンネルTb)に切替えることで、湾曲半径方向の掘削幅を広く確保し、シールド本体と地山との接触を少なくし、または前胴51aと後胴51bとが屈曲自在に連結されたシールド本体の屈曲角度を浅くすることができ、安定した掘削と姿勢の安定性を図ることができる。さらに並設されたトンネルTc’との地盤改良部Sを、隣接する側の掘削量を大きく確保することで、ラップ掘削して並設トンネルの接合時の地盤の安定化を図ることができる。さらにまた、掘削部に硬い障害物がある場合には、公転隔壁6とカッタ自転軸8の回転方向と回転速度とを交互に切替えることにより、カッタヘッド10で複合断面Teに掘削することができ、これによりシールド本体1の外周部にある突起物の損傷を未然に防止することができる。   Further, the transmission gear unit 27 can change the cross-sectional shape of the tunnel by changing the rotation speed and the rotation direction of the revolution pinion G1 with respect to the rotation pinion. For example, when constructing a curve with a large curvature during excavation of the rectangular cross-section tunnel Tc, by switching to the elliptical cross-section tunnel Ta (or large-diameter cross-section tunnel Tb), a wide excavation width in the curved radial direction is secured, and the shield body It is possible to reduce the contact angle between the front body 51a and the back body 51b, or to reduce the bending angle of the shield body in which the front body 51a and the rear body 51b are flexibly connected, thereby achieving stable excavation and stable posture. it can. Further, by securing a large amount of excavation on the adjacent side of the ground improvement portion S with the tunnel Tc 'arranged side by side, the ground can be stabilized at the time of joining the parallel tunnel by performing lap excavation. Furthermore, when there is a hard obstacle in the excavation part, the cutter head 10 can excavate the composite section Te by alternately switching the rotation direction and the rotation speed of the revolving partition wall 6 and the cutter rotation shaft 8. As a result, damage to the protrusions on the outer peripheral portion of the shield body 1 can be prevented.

なお、ギヤ変速装置27をカッタ駆動軸22と自転用ピニオンG3との間に設けることもできる。
[実施の形態2]
この実施の形態2は、実施の形態1における変速ギヤ装置27に代えて、駆動軸から自転用ピニオンG3に回転力を伝達・非伝達切替え可能な動力分離装置31と、旋回リング体26を固定可能なリングロック装置32とを設けたものである。
The gear transmission 27 may be provided between the cutter drive shaft 22 and the rotation pinion G3.
[Embodiment 2]
In this second embodiment, instead of the transmission gear device 27 in the first embodiment, a power separating device 31 capable of switching between transmission and non-transmission of rotational force from the drive shaft to the rotation pinion G3 and a swivel ring body 26 are fixed. A possible ring lock device 32 is provided.

すなわち、動力分離装置31は、カッタ駆動軸22に形成されたスプライン外歯部と歯欠き部から成るスライド部22aに、自転用ピニオンG3がスプライン内歯を介してスライド自在に外嵌され、フオーク部材31aを介して自転用ピニオンG3をスライド部22aのスプライン歯部と歯欠き部の間でスライドさせる直線駆動装置からなる切替え装置31bにより構成されている。   In other words, the power separation device 31 is configured such that the rotation pinion G3 is slidably fitted on the slide portion 22a formed of the spline outer tooth portion and the tooth notch portion formed on the cutter drive shaft 22 via the spline inner teeth so as to be slidable. The rotation pinion G3 is constituted by a switching device 31b including a linear drive device that slides between the spline tooth portion and the tooth notch portion of the slide portion 22a via the member 31a.

またリングロック装置32は、後部支持部材25の背面でシールド本体1の外周側に、中間部材を介してカッタ回転駆動装置23を支持する後部プレート28が設けられており、前記後部プレート28に回転軸心O1を中心とする周方向に一定間隔ごとに配設されてロックピン32bを回転軸心O1方向に出退自在なピン出退装置32aと、旋回リング体26の背面に一定間隔ごとに形成されたロック用ピン穴32cとで構成されている。   Further, the ring lock device 32 is provided with a rear plate 28 that supports the cutter rotation driving device 23 via an intermediate member on the outer peripheral side of the shield body 1 on the back surface of the rear support member 25, and rotates on the rear plate 28. A pin retracting device 32a that is disposed at regular intervals in the circumferential direction centered on the axis O1 and is capable of withdrawing and retracting the lock pins 32b in the direction of the rotational axis O1 and a back surface of the swiveling ring body 26 at regular intervals. The lock pin hole 32c is formed.

したがって、動力分離装置31によりカッタ駆動軸22から自転用ピニオンG3への動力伝達を停止し、同時にリングロック装置3により旋回リング体26をロックすることにより、設例Cのように矩形断面トンネルTcを掘削することができ、他の断面トンネルTa,Tbなどと組合わせて異形断面の2種類のトンネルを掘削することができる。   Therefore, by stopping the power transmission from the cutter drive shaft 22 to the rotation pinion G3 by the power separation device 31, and simultaneously locking the swiveling ring body 26 by the ring lock device 3, the rectangular cross-section tunnel Tc is formed as in Example C. It can be excavated, and two types of tunnels with irregular cross sections can be excavated in combination with other cross-sectional tunnels Ta, Tb and the like.

上記実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の作用効果を奏することができる。
[実施の形態3]
この実施の形態3では、公転駆動機構21Aの公転用カッタ回転駆動装置(公転用回転駆動装置)23Aと、自転駆動機構21Bの自転用カッタ回転駆動装置(自転用回転駆動装置)23Bとをそれぞれ独立して設けたものである。
According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.
[Embodiment 3]
In the third embodiment, the revolution cutter rotation drive device (revolution rotation drive device) 23A of the revolution drive mechanism 21A and the rotation cutter rotation drive device (rotation rotation drive device) 23B of the rotation drive mechanism 21B are respectively provided. It is provided independently.

すなわち、シールド本体1内の外周側の後部プレート28には、公転用カッタ回転駆動装置23Aと自転用カッタ回転駆動装置23Bの複数の設置位置が周方向に所定間隔ごとに形成されており、公転用カッタ回転駆動装置23Aが両側部に2個並んで設置され、それ以外の位置に自転用カッタ回転駆動装置23Bが設置される。   That is, a plurality of installation positions of the revolving cutter rotation driving device 23A and the rotating cutter rotation driving device 23B are formed at predetermined intervals in the circumferential direction on the rear plate 28 on the outer peripheral side in the shield body 1. Two rotating cutter rotation driving devices 23A are installed side by side on both sides, and the rotating cutter rotation driving device 23B is installed at other positions.

そして公転用カッタ回転駆動装置23Aの公転用カッタ駆動軸22Aに、公転用ギヤG1に噛合する公転用ピニオンG1が取り付けられ、また自転用カッタ回転駆動装置23Bの自転用カッタ駆動軸22Bに、リング外歯ギヤG4に噛合する自転用ピニオンG3が取り付けられる。   A revolving pinion G1 meshing with the revolving gear G1 is attached to the revolving cutter drive shaft 22A of the revolving cutter rotation driving device 23A, and a revolving cutter driving shaft 22B of the revolving cutter rotation driving device 23B is attached to the ring. A rotation pinion G3 meshing with the external gear G4 is attached.

したがって、掘削途中で公転用カッタ回転駆動装置23Aと自転用カッタ回転駆動装置23Bとの回転方向と回転速度とを変更することにより、カッタヘッドの回転方向と回転速度を変更して、掘削断面を変化させることができる。これにより実施の形態1と同様の作用効果を奏することができる。   Therefore, by changing the rotation direction and rotation speed of the revolving cutter rotation drive device 23A and the rotation cutter rotation drive device 23B during excavation, the rotation direction and rotation speed of the cutter head are changed, and the excavation section is changed. Can be changed. Thereby, there can exist an effect similar to Embodiment 1. FIG.

本発明に係るシールド掘進機の実施の形態1を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing Embodiment 1 of the shield machine according to the present invention. 同シールド掘進機の正面図である。It is a front view of the shield machine. 同シールド掘進機のカッタ回転駆動装置の配置を示す背面図である。It is a rear view which shows arrangement | positioning of the cutter rotation drive device of the shield machine. 同シールド掘進機のカッタヘッドによる大径掘削断面を説明する正面図である。It is a front view explaining the large diameter excavation cross section by the cutter head of the shield machine. 同カッタヘッドによる矩形掘削断面を説明する正面図である。It is a front view explaining the rectangular excavation cross section by the cutter head. 同カッタヘッドによる掘削断面を比較説明する正面図である。It is a front view explaining comparatively the excavation cross section by the cutter head. 同シールド掘進機のカッタ駆動装置による回転方向と回転速度とを例示する図表である。It is a chart which illustrates the rotation direction and rotation speed by the cutter drive device of the shield machine. 同シールド掘進機による湾曲部の掘削状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the excavation state of the curved part by the same shield machine. 同シールド掘進機による並設トンネルの掘削状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the excavation state of the parallel tunnel by the same shield machine. 同シールド掘進機による掘削部を示す正面図である。It is a front view which shows the excavation part by the shield machine. (a)〜(c)は本発明に係るシールド掘進機の実施の形態2を示し、(a)は全体縦断面図、(b)は動力分離装置とリングロック装置を示す部分拡大図、(c)はリングロック装置を示す背面図である。(A)-(c) shows Embodiment 2 of the shield machine according to the present invention, (a) is an overall longitudinal sectional view, (b) is a partially enlarged view showing a power separating device and a ring lock device, c) is a rear view showing the ring lock device. (a)〜(c)は本発明に係るシールド掘進機の実施の形態3を示し、(a)は公転駆動機構を示す全体縦断面図、(b)は(c)に示すA−A矢視拡大縦断面図、(c)は公転用カッタ駆動装置と自転用カッタ駆動装置の配置を示す背面図である。(A)-(c) shows Embodiment 3 of the shield machine according to the present invention, (a) is an overall longitudinal sectional view showing a revolution drive mechanism, and (b) is an AA arrow shown in (c). FIG. 3C is a rear view showing an arrangement of the revolving cutter driving device and the rotating cutter driving device.

符号の説明Explanation of symbols

32c ロック用ピン穴
O1 回転軸心
O2 偏心軸心
e 偏心距離
HC 圧力室
LC 大気室
G1 公転用ピニオン
G2 公転用ギヤ
G3 自転用ピニオン
G4 リング外歯ギヤ
G5 リング内歯ギヤ
G6 自転用ギヤ
1 シールド本体
2 隔壁
3 固定隔壁
6 公転隔壁
8 カッタ自転軸
10 カッタヘッド
12 センタービット
13 メインアーム状カッタ
21 カッタ駆動装置
21A 公転駆動機構
21B 自転駆動機構
22 カッタ駆動軸
22A 公転用カッタ駆動軸
22B 自転用カッタ駆動軸
23 カッタ回転駆動装置
23A 公転用カッタ回転駆動装置
23B 自転用カッタ回転駆動装置
24 旋回軸受
25 後部支持部材
26 旋回リング体
28 後部プレート
31 動力分離装置
31a スライド軸部
31b フオーク部材
32 リングロック装置
32a ピン出退装置
32b ロックピン
32c Lock pin hole O1 Rotating shaft center O2 Eccentric shaft center e Eccentric distance HC Pressure chamber LC Air chamber G1 Revolving pinion G2 Revolving gear G3 Rotating pinion G4 Ring external gear G5 Ring internal gear G6 Rotating gear 1 Shield Main body 2 Bulkhead 3 Fixed bulkhead 6 Revolving bulkhead 8 Cutter rotation shaft 10 Cutter head 12 Center bit 13 Main arm-shaped cutter 21 Cutter drive device 21A Revolution drive mechanism 21B Revolution drive mechanism 22 Cutter drive shaft 22A Revolution cutter drive shaft 22B Revolution cutter Drive shaft 23 Cutter rotation drive device 23A Revolution cutter rotation drive device 23B Rotation cutter rotation drive device 24 Swivel bearing 25 Rear support member 26 Swivel ring body 28 Rear plate 31 Power separation device 31a Slide shaft portion 31b Fork member 32 Ring lock device 32a pin exit / exit device 2b lock pin

Claims (4)

シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、
前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンと、該公転用ピニオンを回転駆動する公転用回転駆動装置とを設け、
前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合するリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を回転駆動する自転用ピニオンと、該自転用ピニオンを回転駆動する自転用回転駆動装置を設け、
トンネルの掘削途中に、前記自転用回転駆動装置と前記公転用回転駆動装置の回転速度と回転方向とを変更して、断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成された
ことを特徴とするシールド掘進機。
A revolution body provided rotatably around a rotation axis at the front portion of the shield body, a rotation body rotatably supported around an eccentric axis that is eccentric to the rotation axis by the revolution body, and A cutter head provided on the rotating body and positioned within the triangle of the ruler and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the triangle of the ruler; and a revolution drive mechanism for rotating the revolution body about a rotation axis; A shield machine equipped with a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head,
The revolution drive mechanism is provided with a revolution gear provided on the revolution body, a revolution pinion meshed with the revolution gear, and a revolution rotation drive device that rotationally drives the revolution pinion,
The rotation driving mechanism includes a rotation gear provided on the rotation body, a turning ring body supported rotatably around the rotation axis, and a ring provided on the turning ring body and meshing with the rotation gear. An internal gear, a ring external gear provided on the swivel ring body, a rotation pinion meshing with the ring external gear to rotationally drive the swivel ring body, and a self-rotating drive of the rotation pinion A diverting rotation drive device is provided,
During tunnel excavation, the rotation speed and rotation direction of the rotation driving device for rotation and the rotation driving device for revolution are changed to continuously excavate tunnels having different cross-sectional shapes. A shield machine.
シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、
前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンとを設け、
前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合されたリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を旋回駆動する自転用ピニオンとを設け、
カッタ回転駆動装置のカッタ駆動軸に前記公転用ピニオンと自転用ピニオンとを設けるとともに、前記カッタ駆動軸と公転用ピニオンの間、および前記カッタ駆動軸と自転用ピニオンの間の少なくとも一方に、回転速度と回転方向を変更可能な変速ギヤ装置を設け、
トンネルの掘削途中に、前記変速ギヤ装置により前記公転駆動機構の公転体および/または前記自転駆動機構の自転体の回転速度と回転方向とを変更し、カッタヘッドにより断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成した
ことを特徴とするシールド掘進機。
A revolution body provided rotatably around a rotation axis at the front portion of the shield body, a rotation body rotatably supported around an eccentric axis that is eccentric to the rotation axis by the revolution body, and A cutter head provided on the rotating body and positioned within the triangle of the ruler and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the triangle of the ruler; and a revolution drive mechanism for rotating the revolution body about a rotation axis; A shield machine equipped with a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head,
The revolution drive mechanism is provided with a revolution gear provided on the revolution body, and a revolution pinion meshed with the revolution gear,
The rotation drive mechanism has a rotation gear provided on the rotation body, a turning ring body supported rotatably around the rotation axis, and is provided on the turning ring body and meshed with the rotation gear. A ring internal gear, a ring external gear provided on the swivel ring body, and a rotation pinion that meshes with the ring external gear and drives the swivel ring body to rotate,
The revolving pinion and the rotating pinion are provided on the cutter driving shaft of the cutter rotation driving device, and are rotated between at least one of the cutter driving shaft and the revolving pinion and between the cutter driving shaft and the rotating pinion. A transmission gear device that can change the speed and direction of rotation is provided.
During the tunnel excavation, the transmission gear device changes the rotation speed and direction of the revolution body of the revolution drive mechanism and / or the rotation body of the rotation drive mechanism, and the cutter head continues the tunnels having different cross-sectional shapes. A shield machine that is configured to excavate.
シールド本体の前部で回転軸心周りに回転自在に設けられた公転体と、前記公転体に回転軸心に対して偏心した偏心軸心を中心に回転自在に支持された自転体と、前記自転体に設けられてルーロの三角形の内に位置しかつ外周掘削端がルーロの三角形の3つの頂部位置に突出されたカッタヘッドと、前記公転体を回転軸心周りに回転させる公転駆動機構と、前記自転体を偏心軸心周りに回転駆動してカッタヘッドを自転させる自転駆動機構とを具備したシールド掘進機であって、
前記公転駆動機構に、公転体に設けられた公転用ギヤと、該公転用ギヤに噛合された公転用ピニオンとを設け、
前記自転駆動機構に、自転体に設けられた自転用ギヤと、前記回転軸心周りに回転自在に支持された旋回リング体と、該旋回リング体に設けられて前記自転用ギヤに噛合されたリング内歯ギヤと、前記旋回リング体に設けられたリング外歯ギヤと、該リング外歯ギヤに噛合されて前記旋回リング体を旋回駆動する自転用ピニオンとを設け、
カッタ回転駆動装置の駆動軸に前記公転用ピニオンと前記自転用ピニオンを装着するとともに、該駆動軸から自転用ピニオンに回転力を伝達・非伝達可能な動力分離装置を設け、
前記旋回リング体を固定可能なリングロック装置を設け、
トンネルの掘削途中に、前記動力分離装置およびリングロック装置を操作して旋回リング体を固定することにより、自転体をリング内歯ギヤと自転用ギヤの歯数比による回転速度で回転駆動し、前記公転駆動機構により公転体の回転速度と回転方向とを変更して、カッタヘッドにより断面形状の異なるトンネルを連続して掘削するように構成した
ことを特徴とするシールド掘進機
A revolution body provided rotatably around a rotation axis at the front portion of the shield body, a rotation body rotatably supported around an eccentric axis that is eccentric to the rotation axis by the revolution body, and A cutter head provided on the rotating body and positioned within the triangle of the ruler and having an outer peripheral excavation end protruding at three top positions of the triangle of the ruler; and a revolution drive mechanism for rotating the revolution body about a rotation axis; A shield machine equipped with a rotation drive mechanism for rotating the rotation body around an eccentric axis to rotate the cutter head,
The revolution drive mechanism is provided with a revolution gear provided on the revolution body, and a revolution pinion meshed with the revolution gear,
The rotation drive mechanism has a rotation gear provided on the rotation body, a turning ring body supported rotatably around the rotation axis, and is provided on the turning ring body and meshed with the rotation gear. A ring internal gear, a ring external gear provided on the swivel ring body, and a rotation pinion that meshes with the ring external gear and drives the swivel ring body to rotate,
The revolution pinion and the rotation pinion are mounted on the drive shaft of the cutter rotation drive device, and a power separation device capable of transmitting / non-transmitting the rotational force from the drive shaft to the rotation pinion is provided,
A ring lock device capable of fixing the swivel ring body;
During the excavation of the tunnel, by operating the power separation device and the ring lock device to fix the swivel ring body, the rotation body is rotationally driven at a rotation speed according to the gear ratio of the ring internal gear and the rotation gear, The revolution drive mechanism is used to change the rotation speed and rotation direction of the revolution body, and the cutter head is configured to continuously excavate tunnels having different cross-sectional shapes.
This is a shield machine .
請求項1乃至3記載のシールド掘進機を使用してトンネルを掘削するに際して、
公転駆動機構による公転体の回転速度と回転方向と、自転駆動機構による自転体の回転速度と回転方向とを選択的に変更して、先の掘削断面と後の掘削断面とが複合された断面を掘削する
ことを特徴とするトンネル掘削方法。
When excavating a tunnel using the shield machine according to claim 1,
A cross section in which the previous excavation cross section and the subsequent excavation cross section are combined by selectively changing the rotation speed and rotation direction of the revolution body by the revolution drive mechanism and the rotation speed and rotation direction of the rotation body by the rotation drive mechanism. A tunnel excavation method characterized by digging.
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