JP5557344B2

JP5557344B2 - Ｈ＆ｖシールド掘進機

Info

Publication number: JP5557344B2
Application number: JP2011284909A
Authority: JP
Inventors: 直磯部; 勇和久木原
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013133650A

Description

本発明は、第１，第２掘進機の第１，第２後胴部同士を連結し第１，第２前胴部を相反する方向へ中折れさせてスパイラル状に掘進するＨ＆Ｖシールド掘進機に関する。

最近、第１，第２掘進機の第１，第２後胴部同士を連結し第１，第２前胴部を相反する方向へ中折れさせてスパイラル状に掘進するＨ＆Ｖシールド掘進機が実用化されている。
特許文献１に記載のＨ＆Ｖシールド掘進機は第１，第２掘削機を連結したものである。第１，第２掘削機は、夫々、第１，第２前胴部と、これら第１，第２前胴部の後端側に中折れ可能に連結された第１，第２後胴部とを備えており、第１，第２後胴部同士はメガネ形状をなすように一体的に連結され、第１，第２後胴部に対して第１，第２前胴部を夫々中折れさせる複数の中折れジャッキが設けられている。第１，第２前胴部の長さ方向途中部が中折れ方向に細長い円弧形の長穴に挿通された接合ピンを介して相反する方向へ中折れ可能に連結されている。

このＨ＆Ｖシールド掘進機においては、そのローリング角度を制御しながらトンネルを掘進する際に、ローリング角度の変更に伴い後胴部の軸心と前胴部の軸心のなす中折れ角度に基づいてシールド掘進機のローリング中心の位置を検知し且つ制御している。
小径のシールド掘進機を除いて、通常のシールド掘進機には、少なくとも、複数のシールドジャッキ、トンネル内面にセグメントを覆工するエレクタ装置、作業デッキなどが装備されている。そして、前記作業デッキは後胴部のフレーム部材に固定的に装備されている。特許文献１には、エレクタ装置や作業デッキについて何ら記載されていない。

特許第３２１７７１０号公報

Ｈ＆Ｖシールド掘進機により、スパイラル状に掘進していく際に、Ｈ＆Ｖシールド掘進機がローリングしながら掘進することになるが、作業デッキが後胴部の内部のフレーム部材に固定的に装備されているため、Ｈ＆Ｖシールド掘進機をローリングさせながらスパイラル状に掘進するとき、作業デッキがフレーム部材と一体的にローリングし、そのローリング角度（水平面に対するローリング角度）がある程度大きくなると、作業デッキを作業デッキとして使用することができなくなる。

そのため、作業デッキをフレーム部材に連結する連結部を分離し、作業デッキを水平姿勢となるように姿勢変更してからフレーム部材に再固定しなければならない。しかも、この姿勢変更の作業は、トンネル掘進の進行に応じて複数回行うことになるため、多大の労力とコストがかかり、トンネル掘進のコスト増加を招く。しかも、水平面に対するローリング角度が小さい間は傾斜状態の作業デッキの上で作業することになるため作業性も低下する。

従って、本発明の目的は、スパイラル掘進に追従して作業デッキが水平姿勢を保持するように作業デッキの姿勢を変更可能なＨ＆Ｖシールド掘進機を提供することである。

請求項１のＨ＆Ｖシールド掘進機は、スパイラル掘進可能なＨ＆Ｖシールド掘進機において、前端部にカッターヘッドを有する第１前胴部とこの第１前胴部が中折れ可能に接続される第１後胴部とを有する第１掘進機と、前端部にカッターヘッドを有する第２前胴部とこの第２前胴部が中折れ可能に接続される第２後胴部とを有する第２掘進機と、前記第１，第２前胴部が夫々相反する方向へ中折れ可能に前記第１，第２後胴部を接続する接続手段と、前記第１，第２後胴部内に夫々設けられ、第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持された第１，第２作業デッキと、前記第１，第２作業デッキを夫々第１，第２後胴部のフレームに対して相対回転するように回転駆動する第１，第２デッキ回転駆動手段と、前記Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際にスパイラル掘進開始時点からスパイラル旋回した現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段であって、目標とする単位掘進距離当りのスパイラル角度とスパイラル掘進開始後のスパイラル掘進距離とに基づいて現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段と、前記スパイラル角度検知手段で検知された現在のスパイラル角度に基づいて、第１，第２作業デッキが夫々水平姿勢を保持するように第１，第２デッキ回転駆動手段を制御するデッキ姿勢制御手段とを備えたことを特徴としている。

尚、前記第１，第２前胴部が夫々相反する方向へ中折れする方向は、第１後胴部の軸心と第２後胴部の軸心とを結ぶ平面に対して直交する方向である。
前記第１，第２前胴部が夫々相反する方向へ同角度中折れさせた状態で第１，第２掘進により掘進していくと、Ｈ＆Ｖシールド掘進機がローリングしながらスパイラル状に掘進することができる。このとき、スパイラル掘進に追従しながら、スパイラル掘進のスパイラル方向と反対方向にスパイラル角度と同角度だけ、第１，第２デッキ回転駆動手段により、第１，第２作業デッキを回転させることにより、第１，第２作業デッキを水平姿勢に保持することができる。

尚、第１，第２作業デッキの姿勢を水平姿勢にする姿勢変更は、時々刻々実行してもよいし、セグメントの組付け毎に組付け前後の適当時期に実行してもよい。

請求項２のＨ＆Ｖシールド掘進機は、請求項１の発明において、前記第１，第２後胴部内に夫々設けられ、第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持された第１，第２エレクタ装置を備え、前記第１，第２作業デッキは、第１，第２エレクタ装置の回転ドラムよりも内径側において前記第１，第２後胴部のフレームに夫々支持されたことを特徴としている。

請求項３のＨ＆Ｖシールド掘進機は、請求項１又は２の発明において、前記第１，第２掘進機は、夫々、ストローク検出機能を有する複数のシールドジャッキを有し、前記Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際に、スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離と、前記スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル角度とに基づいて、単位掘進距離当たりのスパイラル角度を算出し、この単位掘進距離当たりのスパイラル角度とセグメントの掘進方向幅とを用いて、全部のシールドジャッキのストローク制御を行うジャッキストローク制御手段を備えたことを特徴としている。

ここで、直進的な掘進の場合には、シールドジャッキを伸長させる際のストロークは、セグメントの掘進方向幅Ｂに所定の作業用追加ストロークβを加算した値（Ｂ＋β）とするが、スパイラル掘進では第１，第２後胴部に対して第１，第２前胴部を相反する方向へ中折れ状態にして掘進するため、前記ストローク（Ｂ＋β）に対して、複数のシールドジャッキの各々について中折れ角度分の補正を施すことになる。

請求項１の発明によれば、第１，第２後胴部内に夫々第１，第２作業デッキを設け、これら第１，第２作業デッキを第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持し、第１，第２作業デッキを夫々第１，第２後胴部のフレームに対して相対回転するように回転駆動する第１，第２デッキ回転駆動手段を設け、前記Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際にスパイラル掘進開始時点からスパイラル旋回した現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段であって、目標とする単位掘進距離当りのスパイラル角度とスパイラル掘進開始後のスパイラル掘進距離とに基づいて現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段と、前記スパイラル角度検知手段で検知された現在のスパイラル角度に基づいて、第１，第２作業デッキが夫々水平姿勢を保持するように第１，第２デッキ回転駆動手段を制御するデッキ姿勢制御手段とを設けたため、スパイラル掘進の進行状況（Ｈ＆Ｖシールド掘進機の姿勢）に追従して、第１，第２作業デッキが水平姿勢を保持するように、第１，第２デッキ回転駆動手段により第１，第２作業デッキを回転させることができるため、第１，第２作業デッキ上でのセグメントの組付け作業等がし易くなる。

しかも、第１，第２作業デッキの姿勢を水平姿勢とする姿勢変更を自動的に精度よく行うことができる。

請求項２の発明によれば、第１，第２後胴部内に夫々設けられた第１，第２エレクタ装置が、第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持され、第１，第２作業デッキは、第１，第２エレクタ装置の回転ドラムよりも内径側において第１，第２後胴部のフレームに夫々支持されているため、第１，第２エレクタ装置がセグメントの組付けを行う際に第１，第２作業デッキと干渉する等の支障が生じることがない。

請求項３の発明によれば、第１，第２掘進機は、夫々、ストローク検出機能を有する複数のシールドジャッキを有し、Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際に、スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離と、前記スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル角度とに基づいて、単位掘進距離当たりのスパイラル角度を算出し、この単位掘進距離当たりのスパイラル角度とセグメントの掘進方向幅とを用いて、全部のシールドジャッキのストローク制御を行うジャッキストローク制御手段を備えたため、総スパイラル掘進距離を掘進後に総スパイラル角度だけスパイラルするスパイラル掘進するように、複数のシールドジャッキのストローク制御を自動的に精度よく行うことができる。

本発明の実施例のシールド掘進機とスパイラル状のトンネルの斜視図である。横二連姿勢のシールド掘進機の斜視図である。スパイラル掘進角度が４５度のときのシールド掘進機の斜視図である。縦二連姿勢のシールド掘進機の斜視図である。横二連姿勢のシールド掘進機の横断面である。横二連姿勢のシールド掘進機のカッターヘッドの正面図である。第１掘進機の縦断面図である。横二連姿勢のシールド掘進機の概略縦断面図である。横二連姿勢のシールド掘進機の概略背面図である。横二連姿勢のシールド掘進機の送水系と排泥系を示す概略縦断面図である。スパイラル掘進角度４５度のときの図９相当図である。スパイラル掘進角度４５度のときの図１０相当図である。縦二連姿勢のときの図９相当図である。縦二連姿勢のときの図１０相当図である。制御系のブロック図である。スパイラル掘進制御のフローチャートの一部である。スパイラル掘進制御のフローチャートの残部である。中折れ角度の算出方法を説明する説明図である。中折れジャッキの目標ストロークの算出方法を説明する説明図である。シールドジャッキの目標ストロークの算出方法を説明する説明図である。

本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
尚、実施例は一例に過ぎず、本発明は実施例の構造に限定されるものではない。

このＨ＆Ｖシールド掘進機ＳＭ（以下、シールド掘進機という）は、例えば図１に示すように、スパイラル状のトンネルＴを掘削するシールド掘進機である。本実施例では、掘進開始位置から掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離が１２５ｍ、総スパイラル角度が９０度の場合を例にして説明する。但し、総スパイラル掘進距離が１２５ｍ以外の距離の場合や、総スパイラル角度が９０度未満又は９０度超の場合にも本発明を同様に適用可能である。

このシールド掘進機ＳＭは、図２に示すように、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂを平行に並べて連結したものである。図１に示すように、掘進開始位置におけるシールド掘進機ＳＭ１は、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂを左右に水平方向に隣接状に並べた横二連姿勢（これを基準姿勢とする）である。この横二連姿勢から掘進方向に向って反時計回りにスパイラル掘進していき、スパイラル掘進の中間位置におけるシールド掘進機ＳＭ２は、第１掘進機１Ａに対して第２掘進機１Ｂが斜め右上に位置する中間姿勢（図１、図３参照）となり、この中間姿勢のとき第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂの第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂの軸心同士を結ぶ平面は水平面に対して４５度傾斜している。前記の中間位置からさらにスパイラル掘進していき、掘進終了位置におけるシールド掘進機ＳＭ３は、第１掘進機１Ａの真上に第２掘進機１Ｂが位置する縦二連姿勢になる（図１、図４参照）。

次に、シールド掘進機ＳＭの基本的な構成について図５〜図９に基づいて説明する。
図５〜図９は、横二連姿勢（基準姿勢）にしたシールド掘進機ＳＭを示しており、図５〜図９に基づく説明では、掘進方向を前方とし、その前方に向いたときの左右方向を左右方向とする。このシールド掘進機ＳＭの第１掘進機１Ａは、前端部のカッターヘッド２Ａと、このカッターヘッド２を回転駆動するヘッド回転駆動装置５と、第１前胴部３Ａと、この第１前胴部２が中折れ可能に接続される第１後胴部４Ａと、複数の中折れジャッキ６と、複数のシールドジャッキ７と、送水管８と、排泥管９と、トンネル内面をセグメントＳで覆工する第１エレクタ装置１０Ａと、第１作業デッキ１１Ａと、作業デッキ１１Ａ上に装備された形状保持装置１２などを備えている。

次に、カッターヘッド２Ａについて説明する。
図６に示すように、カッターヘッド２Ａは、放射状に配置された複数のカッタースポーク２ａの前端に多数のカッタービット２ｂが夫々設けられ、一部のカッタースポーク２ａの先端部にはコピーカッター２ｃが設けられ、中心部にはセンターカッター２ｄが設けられている。隔壁１３に取付けられたスイベルジョイント１４から延びる軸部材１５がカッターヘッド２に接続されている。

次に、第１後胴部４Ａの前端部に第１前胴部３Ａを中折れ可能に連結する中折れ機構１６について説明する。図５、図７に示すように、第１前胴部３Ａと第１後胴部４Ａの境界部には、外面に球面座を有する環状の球面座部材１６ａが配設されて、その後端部が第１後胴部４Ａの前端部内周面に固定されている。第１前胴部３Ａの後端部の内周面には球面座の前半部に液密に摺接する鋼製の環状シール部材１６ｂが固定されている。尚、第１後胴部４Ａの後端部には、テールシール４ａが設けられている。

次に、第１掘進機１Ａの内部の構造部材（掘進機本体に属するフレーム）について説明する。図７に示すように、第１前胴部３Ａ内にはカッターヘッド２Ａの後側にチャンバー１７Ａが形成され、このチャンバー１７Ａの後端を仕切る隔壁１３が設けられている。
隔壁１３の後方に所定間隔あけて鉛直な環状板フレーム１８が設けられ、この環状板フレーム１８の外周端が第１前胴部３Ａに接合されている。隔壁１３と環状板フレーム１８の間には内側の筒状の環状板２０と外側の筒状の環状板２１が設けられて、これら環状板２０，２１の両端は隔壁１３と環状板フレーム１８に接合されている。

図７、図８に示すように、球面座部材１６ａの内周面には、閉断面を形成する環状フレーム２２が固定されている。環状フレーム２２の上端部分内面には閉断面を形成する上弦部材２３が固定され、環状フレーム２２の下端部分内面には閉断面を形成する下弦部材２４が固定されている。

環状フレーム２２の内側には左右１対の鉛直な支柱２５が左右方向に所定の間隔をあけて配設され、両支柱２５の上端が上弦部材２３に接合され、両支柱２５の下端が下弦部材２４に接合されている。左右の支柱２５の上部には上連結材２６が架着され、左右の支柱２５の下端寄り部位には下連結材２７が架着されている。
環状フレーム２２の内周側の筒状の環状板から後方へ同幅だけ延びる筒状の環状体２８が設けられ、この環状体２８は周方向に所定間隔おきに設けた複数のリブ板２８ａにより第１後胴部４Ａに接合されている。

次に、中折れジャッキ６について説明する。
図７に示すように、複数（例えば、１４本）の中折れジャッキ６は、第１前胴部３Ａの内部のうちシールドジャッキ７より内径側に周方向ほぼ間隔おきに配設され、各中折れジャッキ６のシリンダ本体６ａは、環状板フレーム１８に固定した連結片６ｂに球面継手を介して所定の小角度全方向へ回動可能に連結され、中折れジャッキ６のロッド６ｃの先端部は環状フレーム２２に固定した連結片６ｄに球面継手を介して所定の小角度全方向へ回動可能に連結されている。各中折れジャッキ６のシリンダ本体６ａの内部には磁歪素子により中折れジャッキ６のストローク（ロッドの伸長量）を検出可能なストロークセンサ７１が組み込まれ、その検出信号は制御ユニット７０Ａに出力される（図１５参照）。従って、中折れ機構１６と複数の中折れジャッキ６により、第１後胴部４Ａに対して第１前胴部３Ａを全方向へ任意の小角度中折れさせることができる。

次に、ヘッド回転駆動装置５について説明する。
図７に示すように、ヘッド回転駆動装置５は、カッターヘッド２Ａから後方へ延びる複数の連結部材３０と、隔壁１３の後側近傍に配設されて複数の連結部材３０の後端に連結された環状部材３１と、この環状部材３１の内周側と外周側を潤滑しシールするシール機構３１ａ，３１ｂと、環状部材３１に連結され且つ第１前胴部３Ａの軸心と共通の軸心を有するリングギヤ５ａと、このリングギヤ５ａを回転駆動するための複数（例えば、８組）の回転駆動ユニット５ｂ等で構成されている。

リングギヤ５ａは、前後のスラスト軸受けと内周側のラジアル軸受けにより、環状のギヤ支持部材５ｃに回転自在に支持され、ギヤ支持部材５ｃは環状板２０の外周面に固定されている。各回転駆動ユニット５ｂは、リングギヤ５ａに噛合したピニオン５ｄと、このピニオン５ｄを回転駆動する電動モータ５ｅ及び減速機５ｆとを備えている。複数の回転駆動ユニット５ｂは環状板フレーム１８に装着されている。従って、複数の回転駆動ユニット５ｂによりリングギヤ５ａを回転駆動すると、リングギヤ５ａの回転が環状部材３１と複数の連結部材３０を介してカッターヘッド２に伝達されてカッターヘッド２Ａが回転駆動されて切羽の掘削が行われる。

次に、シールドジャッキ７について説明する。
図５、図７、図９に示すように、第１前胴部３Ａの後部と第１後胴部４Ａの前端部分の内部の外周側には、複数（例えば、２０本）のシールドジャッキ７が前後方向向きに且つロッド７ｂを後方へ進出可能に配設されている。各シールドジャッキ７は、環状フレーム２２を貫通してシリンダ本体７ａが環状フレーム２２に固定され、シリンダ本体７ａの前端部の半球面部７ｃが環状板フレーム１８に固定した球面座部材７ｄの球面座に係合され、ロッド７ｂの先端部に固定した偏心金具７ｅにスプレッダ７ｆが連結され、偏心金具７ｅの半球面部がスプレッダ７ｆの球面座に係合している。各シールドジャッキ７には、内部に磁歪素子を用いたストロークセンサ７２が組み込まれており、そのストロークセンサ７２によりシールドジャッキ７のストローク（ロッドの伸長量）を検出可能に構成され、ストロークセンサ７２の検出信号は制御ユニット７０Ａに出力される（図１５参照）。

次に、送水管８と排泥管９について説明する。
図５、図７、図１０に示すように、送水管８は、送水本管８ａと、この送水本管８ａから分岐した２つの送水分岐管８ｂ，８ｃとを備えている。送水本管８ａは、第１前胴部３Ａと第１後胴部４ａの中心部に、後述するリングギヤ４０と環状板４２を貫通する状態に前後方向向きにストレート状に配設され、送水本管８Ａの後端には地上から延びる送水ホース（図示略）が接続されている。

一方の送水分岐管８ｂは、送水本管８ａから分岐してチャンバー１７の外周寄り部位のうちの上端部に接続され、他方の送水分岐管８ｃは、送水本管８ａから分岐してチャンバー１７の外周寄り部位のうちの右端部に接続され、送水分岐管８ｃは、図１０において送水分岐管８ｂに対して周方向に時計回りに８０〜１００度の所定角度（本実施例では９０度）だけ離間して位置し、送水分岐管８ｂ，８ｃの前端部は前記所定角度だけ周方向に離間した位置でチャンバー１７に接続されている。送水分岐管８ｂ，８ｃには電動アクチュエータで開閉駆動される開閉弁８ｄ，８ｅが夫々介装されている。

図７、図１０に示すように、排泥管９は、排泥本管９ａと、この排泥本管９ａから分岐した２つの排泥分岐管９ｂ，９ｃと、予備排泥分岐管９ｄとを備えている。排泥本管９ａは、第１前胴部３Ａと第１後胴部４Ａの中心部に、後述するリングギヤ４０と環状板４２を貫通する状態に前後方向向きにストレート状に配設され、排泥本管９ａの後端には地上から延びる排水ホース（図示略）が接続されている。尚、送水本管８ａと排泥本管９ａを接続する接続管には電動アクチュエータで開閉駆動される開閉弁９ｅが介装されている。

一方の排泥分岐管９ｂは、排泥本管９ａから分岐してチャンバー１７Ａの外周寄り部位のうちの下端部に接続され、他方の排泥分岐管９ｃは、チャンバー１７Ａの外周寄り部位のうちの左端部に接続されている。予備排泥分岐管９ｄは、排泥分岐管９ｃから分岐し小間隔をあけて平行に延び、チャンバー１７Ａの外周寄り部位のうちの左端部に接続されている。排泥分岐管９ｃは、図１０において排泥分岐管９ｂに対して周方向に時計回りに８０〜１００度の所定角度（本実施例では９０度）だけ離間して位置し、排泥分岐管９ｂ，９ｃの前端部は前記所定角度だけ周方向に離間した位置でチャンバー１７Ａに接続されている。予備排泥分岐管９ｄは、排泥分岐管９ｃに対して時計回り方向側に並設されている。排泥分岐管９ｂ，９ｃと予備排泥分岐管９ｄには電動アクチュエータで開閉駆動される開閉弁９ｆ，９ｇ，９ｈが介装されている。

次に、第１エレクタ装置１０Ａについて説明する。
図７、図８に示すように、第１エレクタ装置１０Ａは、第１後胴部４Ａの軸心と共通の軸心を有するリング状の回転ドラム３０と、この回転ドラム３０を回転自在に前記環状体２８に支持する支持機構と、左右１対の油圧シリンダ３１により第１後胴部４Ａの軸心に対して半径方向へ移動可能に回転ドラム３０に支持されたエレクタフレーム３２であって湾曲部材３３とこの湾曲部材３３の中央部から後方へ水平に延びるガイド部材３４とを含むエレクタフレーム３２と、ガイド部材３４に前後方向位置を調節可能に装備されたセグメント把持機構３５等を備えている。

前記回転ドラム３０の外周部に固定された環状の突設部３０ａが、環状体２８の内周部に設けられた複数の遊転ローラ３６で支持され、前後方向位置が規制されている。回転ドラム３０を回転駆動するドラム回転駆動手段は、回転ドラム３０の外周面に固定的に設けられたチェーン部材３７と、このチェーン部材３７に噛み合った複数のスプロケット３８と、それら複数のスプロケット３８を夫々回転駆動する複数の電動モータ７８等で構成されている（図１５参照）。

次に、第１作業デッキ１１Ａについて説明する。
図７〜図９に示すように、左右１対の支柱２５と上連結材２６と下連結材２７の後面に、第１後胴部４Ａの軸心と共通の軸心を有するリングギヤ４０を支持する環状フレーム４１であって回転ドラム３０の内径よりも小径の環状フレーム４１が固定され、この環状フレーム４１にリングギヤ４０がスラスト軸受け及びラジアル軸受けを介して回転自在に支持されている。リングギヤ４０の後面には環状板４２と左右１対の板部材４３が固定され、これら板部材４３の前面に後方へ片持状に延びる第１作業デッキ１１Ａが固定されている。

第１作業デッキ１１Ａは、回転ドラム３０の内側を貫通して後方へ水平に延びる高剛性の左右１対の桁部材４４と、これら桁部材４４の後半部の左右の外側に併設された左右１対の補強桁材４５と、それら左右の桁部材４４及び補強桁４５に架け渡したデッキ板４６とで構成されている。左右の桁部材４４の前端が左右の板部材４３の前面に接合され、左右の桁部材４４は第１後胴部４Ａの後端よりも後方へ延びている。第１作業デッキ１１Ａの後半部の左右の外側に張り出す張出し部４７が形成されている。尚、第１作業デッキ１１Ａの後端の左右端部にはタラップ４８が設けられている。このように、第１作業デッキ１１Ａは、第１後胴部４Ａの軸心を中心として回転自在に支持されたリングギヤ４０に固定されているため、リングギヤ４０と一体的に回転可能に構成されている。

第１作業デッキ１１Ａを回転駆動する第１デッキ回転駆動手段５０Ａは、前記リングギヤ４０と、このリングギヤ４０の内歯に噛合する複数のピニオン５１と、複数のピニオン５１を夫々回転駆動する複数の電動モータ５２等を備えている。
さらに、シールド掘進機ＳＭが基準姿勢のときの第１作業デッキ１１Ａの姿勢を基準とする第１作業デッキ１１Ａの回転角度を検出する第１デッキ回転角度検出手段５３Ａが設けられている。この第１デッキ回転角度検出手段５３Ａは、リングギヤ４０の内歯に噛合したピニオン５４と、このピニオン５４の回転角度を検出するロータリエンコーダ５５とで構成されている。

以上のように、第１作業デッキ１１Ａは、第１エレクタ装置１０Ａの回転ドラム３０よりも内径側において第１後胴部４Ａのフレーム（１対の支柱２５と上連結材２６と下連結材２７）に支持されているため、第１エレクタ装置１０ＡがセグメントＳの組付けを行う際に第１作業デッキ１１Ａと干渉する等の支障が生じることがない。

次に、形状保持装置１２について説明する。
図７、図９に示すように、左右の補強桁材４５の上側において第１作業デッキ１１Ａ上には、レール部材５６が夫々固定され、これらのレール部材５６上を移動する車輪付きのキャリッジ５７が設けられ、それらキャリッジ５７に油圧シリンダで伸縮する伸縮部材５８が設けられ、左右の伸縮部材５８の上端部に円弧部材５９が架け渡されている。円弧部材５９はセグメントＳの内面に当接する形状を有し、覆工直後のトンネルの上端側のセグメントＳを支持して形状を保持するように構成されている。第１作業デッキ１１Ａの後端部に連結された水平姿勢の油圧シリンダ６０により形状保持装置１２を前後に移動可能である。

次に、第２掘進機１Ｂについて説明する。
図５に示すように、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂのカッターヘッド２Ａ，２Ｂが干渉しないように、第２掘進機１Ｂにおいては、チャンバー１７Ｂの前後幅を第１掘進機１Ａのチャンバー１７Ａの前後幅より狭くすることで、第２掘進機１Ｂのカッターヘッド２Ｂは、第１掘進機１Ａのカッターヘッド２Ａより少し後退した位置に配置されている。上記の点を除いて、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂは同様の構成のものである。それ故、主要な部材や構成要素について簡単に説明し、その他の同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。

第２掘進機１Ｂは、前端部にカッターヘッド２Ｂを有する第２前胴部３Ｂ、この第２前胴部３Ｂに中折れ可能に接続された第２後胴部４Ｂ、第２エレクタ装置１０Ｂ、第２作業デッキ１１Ｂ、第２デッキ回転駆動手段５０Ｂ、第２デッキ回転角度検出手段（図示略）などを有する。第１，第２前胴部３Ａ，３Ｂが相反する方向へ中折れ可能に第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂの長さ方向途中部を溶接接続する接続部２９（接続手段に相当する）が設けられている。

次に、第１掘進機１Ａの制御系について説明する。
図１５に示すように、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭを含むマイクロコンピュータと入出力インターフェイスと電源回路などからなる制御ユニット７０Ａが設けられ、この制御ユニット７０Ａには、複数の中折れジャッキ６のストロークセンサ７１の検出信号、複数のシールドジャッキ７のストロークセンサ７２の検出信号、第１デッキ回転角度検出手段５３Ａの検出信号、操作盤７９からの指令信号等が入力される。

この制御ユニット７０Ａには、カッターヘッド２Ａを回転駆動する複数の電動モータ５ｅを駆動するカッターヘッド用駆動部７３、複数の中折れジャッキ６に供給する油圧を制御する電磁制御弁などを含む中折れジャッキ用駆動部７４、複数のシールドジャッキ７に供給する油圧を制御する電磁制御弁などを含むシールドジャッキ用駆動部７５、デッキ回転用の電動モータ５２を駆動する第１デッキ回転用駆動部７６、第１エレクタ装置１０Ａの電動モータ７８を駆動する回転ドラム用駆動部７７、送水系と排泥系の開閉弁８ｄ，８ｅ，９ｅ〜９ｈを夫々駆動する弁駆動部７９〜８４等へ制御信号を出力可能に構成してある。第２掘進機１Ｂの制御系も同様の構成であるため図示省略するが、第１掘進機１Ａの制御ユニット７０Ａと第２掘進機１Ｂの制御ユニット７０Ｂとの間で信号授受可能になっている。尚、図１５には、電力供給系や油圧供給系は図示省略してある。尚、第２掘進機にも、同様の制御系が設けられている。

次に、第１掘進機１Ａの制御ユニット７０Ａと第２掘進機１Ｂの制御ユニット７０Ｂにおいて実行するスパイラル掘進制御について、図１６と図１７のフローチャートと、図１８〜図２０の説明図に基づいて説明する。
このスパイラル掘進制御は、複数の中折れジャッキ６に対する制御、複数のシールドジャッキ７に対する制御、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂに対する制御、送水系と排泥系に対する制御を含むものである。尚、フローチャート中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・）は各ステップを示す。

本実施例では、掘進開始位置から掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離Ｌが例えば１２５ｍであり、掘進開始位置から掘進終了位置までの総スパイラル角度が例えば９０°であり、スパイラル掘進のスパイラル方向は図１に示すように掘進方向に向って反時計回りであり、セグメントＳのトンネル軸心方向の幅（掘進方向幅）が０．６ｍである場合を例にして説明する。

この制御が開始されると、Ｓ１において、最初に初期設定が実行される。この初期設定においては、制御ユニット７０Ａ，７０ＢのＲＡＭをクリアし、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂの複数の中折れジャッキ６及び複数のシールドジャッキ７を最大限収縮させた初期状態にし、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを水平姿勢に保ち、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂにおいて送水管８の送水分岐管８ｂから送水する状態にし、排泥管９の排泥分岐管９ｂから排泥する状態にし、カッターヘッド２Ａ，２Ｂを初期状態にする。

次に、Ｓ２において、総スパイラル掘進距離Ｌ（＝１２５ｍ）と総スパイラル角度９０°に基づき、単位掘進距離（１ｍ）当たりのスパイラル角度Ｓｐが演算される。次に、Ｓ３において、第１，第２前胴部３Ａ，３Ｂを相反する方向（第１前胴部３Ａを下方へ、第２前胴部３Ｂを上方へ）中折れさせる中折れ角度θと、複数の中折れジャッキ６の目標ストロークが演算される。中折れ角度θの演算方法について図１８に基づいて説明する。

図１８には、掘進開始位置（実線図示の第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂ）から単位距離（１ｍ）スパイラル掘進した状態（鎖線図示の第１，第２掘進機）を示し、この単位距離掘進する際のスパイラル角度Ｓｐは、次のようになる。
Ｓｐ＝９０°／１２５ｍ＝0.5 π（rad)／１２５( ｍ）＝０．０１２６(rad/ ｍ)
上記の単位距離のスパイラル掘進により、第１前胴部３Ａの軸心Ｏz がＯzmに移動したとすると、前記スパイラル角度Ｓｐは非常に小さな値であるため、Ｏz からＯzmまでの距離δは、δ＝Ｓｐ×Ｒである。但し、Ｒは第１前胴部３Ａの半径（ｍ）である。
中折れ角度θは、ｔａｎθ＝δ（ｍ）／１（ｍ）＝δと表すことができる。例えば、Ｒ＝２．５ｍとすると、θ＝１．８°である。

次に、第１掘進機１Ａの複数の中折れジャッキ６の目標ストロークは、図１９に示す方法で演算することができる。１４本の中折れジャッキ６が図示のように配置されているとして、複数の中折れジャッキ６の軸心を結ぶ円の半径をＲｎとすると、前記中折れ角度θと、各中折れジャッキ６の周方向の位置に基づいて、図示のように中折れジャッキ６の目標ストロークを演算することができる。複数の中折れジャッキ６のロッドを目標ストロークだけ伸長させることで、第１前胴部３Ａを下方へ中折れさせることができる。

図１９には左半部の中折れジャッキ６のみ図示しているが、左半部の中折れジャッキ６と右半部の中折れジャッキ６は中心線Ｙに対して左右対称の関係にある。尚、第２掘進機１Ｂでは、第２前胴部３Ｂを上方へ中折れさせるため、図１９を中心線Ｘを中心にして反転させた目標ストロークを複数の中折れジャッキ６の目標ストロークとする。この複数の中折れジャッキ６のロッドを目標ストロークだけ伸長させることにより、第２前胴部３Ｂを上方へ中折れさせることができる。

次に、Ｓ４において、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂにおいて、複数の中折れジャッキ６のストロークセンサの検出信号を読込みつつ、複数の中折れジャッキ６を目標ストロークまで駆動する。次に、Ｓ５において、第１掘進機１Ａの複数のシールドジャッキ７の目標ストロークを図２０に示すようにして演算する。２０本のシールドジャッキ７が図示のように配置されているとして、複数のシールドジャッキ７の軸心を結ぶ円の半径をＲｓとすると、前記中折れ角度θと、各シールドジャッキ７の周方向の位置と、セグメントＳの掘進方向幅（６００ｍｍ）と、所定の作業用追加ストロークβ（例えば、β＝１００ｍｍ）に基づいて、図示のように複数の中折れジャッキ７の目標ストロークを演算することができる。

図２０には左半部のシールドジャッキ７のみ図示しているが、左半部のシールドジャッキ７と右半部のシールドジャッキ７は中心線Ｙに対して左右対称の関係にある。尚、第２掘進機１Ｂでは、第２前胴部３Ｂを上方へ中折れさせるため、図２０を中心線Ｘを中心にして反転させた目標ストロークを複数のシールドジャッキ７の目標ストロークとする。

次に、Ｓ６において、覆工済みのセグメントＳのリング数をカウントするセグメントリング数カウンタＮを「０」に初期設定すると共に、基準姿勢から回動させたデッキ回動角Ａｄを「０」に初期設定する。

次に、Ｓ７において、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂによるストローク掘進を開始又は続行する。この場合、第１，第２カッターヘッド２Ａ，２Ｂが夫々複数の電動モータ５ｅにより回転駆動される。次に、Ｓ８においては、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂの複数のシールドジャッキ７のストロークセンサの検出信号が読込まれる。Ｓ９においては、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂの複数のシールドジャッキ７が夫々の目標ストロークに達したか否か判定され、その判定がＮｏの場合はＳ７へ戻り、Ｓ７〜Ｓ９が繰り返し実行され、複数のシールドジャッキ７が夫々の目標ストロークに達した場合には、Ｓ１０へ移行する。

次に、Ｓ１０においては、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂの掘進を停止し、第１，第２エレクタ装置１０Ａ，１０Ｂにより、１リング分のセグメントの構築が実行される。この場合、第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂにおいて操作盤７９からの手動操作を介して第１，第２エレクタ装置１０Ａ，１０Ｂが制御される。この１リング分のセグメントの構築の際、１枚のセグメントＳに対応する複数のシールドジャッキ７のロッドを初期状態まで最大限収縮させてからそのセグメントＳを組付けることを複数回繰り返えすことにより１リング分のセグメントを構築する。次に、Ｓ１１において、カウンタＮが「１」だけインクリメントされる。

次に、Ｓ１２において、カウンタＮの値に０．６ｍを乗算することで、スパイラル掘進距離を演算し、そのスパイラル掘進距離に前記の単位掘進距離あたりスパイラル角度Ｓｐを乗算することで掘進開始からスパイラル掘進したスパイラル角度Ａspが演算される。
次に、Ｓ１３において、現在のスパイラル角度Ａspとメモリに記憶していたデッキ回動角度Ａｄに基づいて、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを回動させる複数の電動モータ５２を駆動して、角度ΔＡ＝（Ａsp−Ａｄ）だけ、スパイラル掘進方向と反対方向（時計回り方向）へ第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを回動させることにより、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを水平姿勢に姿勢調節する。次に、Ｓ１４では、デッキ回動角度Ａｄを（Ａｄ＋ΔＡ）にインクリメントする。

次に、Ｓ１５において、スパイラル角度Ａsp≒４５°か否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ１７へ移行し、その判定がＹｅｓのときはＳ１６へ移行する。Ｓ１６においては、送水管８の開閉弁８ｄ，８ｅを切換えて送水分岐管８ｃから送水するように切換えると共に、排泥管９の開閉弁９ｆ，９ｇ，９ｈを切換えて排泥分岐管９ｃ，９ｄから排泥するように切換える。尚、図１１には、スパイラル角度Ａsp≒４５°のときの第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを図示し、図１２には、スパイラル角度Ａsp≒４５°のときの第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂにおける送水系と排泥系を図示してある。

次に、Ｓ１７において、カウンタＮの値がスパイラル掘進終了までに構築されるセグメントリング数Ｎset ( 例えば、Ｎset ＝１２５ｍ／０．６ｍ≒２０８）になったか否か、又は、現在のスパイラル角度Ａspが９０°になったか否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ７〜Ｓ１７を繰り返し実行し、スパイラル掘進終了位置に達してＳ１７の判定がＹｅｓになると、このスパイラル掘進制御が終了する。
尚、図１３には、縦二連姿勢のときの第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを図示し、図１４には、縦二連姿勢のときの第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂにおける送水系と排泥系を図示してある。

以上説明したシールド掘進機ＳＭの作用、効果について説明する。
第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂのフレームに第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂの軸心回りに回転可能に夫々支持し、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを夫々第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂのフレームに対して相対回転するように回転駆動する第１，第２デッキ回転駆動手段５０Ａ，５０Ｂを設けたため、スパイラル掘進の進行状況（Ｈ＆Ｖシールド掘進機の姿勢）に追従して、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂが水平姿勢を保つように、第１，第２デッキ回転駆動手段５０Ａ，５０Ｂにより第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを回転させることができるため、第１，第２デッキ１１Ａ，１１Ｂ上でのセグメントの組付け作業等の作業がしやすくなり、作業能率が向上する。

シールド掘進機ＳＭでスパイラル掘進する際にスパイラル掘進開始時点からスパイラル旋回した現在のスパイラル角度を検知する制御ユニット７０Ａ，７０Ｂ（スパイラル角度検知手段に相当する）を設け、この制御ユニット７０Ａ，７０Ｂで検知されたスパイラル角度に基づいて、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂが夫々水平姿勢を保つように第１，第２デッキ回転駆動手段５０Ａ，５０Ｂを制御する制御ユニット７０Ａ，７０Ｂ（デッキ姿勢制御手段に相当する）を設けたため、スパイラル掘進の進行に応じて変化する機第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂの姿勢を常に水平姿勢とする姿勢調節を自動的に精度よく行うことができる。

第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂ内に夫々設けられた第１，第２エレクタ装置１０Ａ，１０Ｂが、第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂのフレーム（環状フレーム２２と環状体２８）に第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂの軸心回りに回転可能に夫々支持され、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂは、第１，第２エレクタ装置１０Ａ，１０Ｂの回転ドラムよりも内径側において第１，第２後胴部４Ａ，４Ｂのフレームに夫々支持されているため、第１，第２エレクタ装置１０Ａ，１０Ｂがセグメントの組付けを行う際に第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂと干渉する等の支障が生じることがない。

第１，第２掘進機１Ａ，１Ｂは、夫々、ストローク検出機能を有する複数のシールドジャッキ７を有し、シールド掘進機ＳＭでスパイラル状に掘進する際に、スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離Ｌ（例えば、１２５ｍ）と、前記スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル角度（例えば、９０°）とに基づいて、単位掘進距離当たりのスパイラル角度Ｓｐを算出し、この単位掘進距離当たりのスパイラル角度ＳｐとセグメントＳの掘進方向幅（６００ｍｍ）とを用いて、全部のシールドジャッキ７のストローク制御を行う制御ユニット７０Ａ，７０Ｂを備えたため、総スパイラル掘進距離Ｌを掘進後に総スパイラル角度だけスパイラルするスパイラル掘進するように、複数のシールドジャッキ７のストローク制御を自動的に精度よく行うことができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記実施例では、横二連姿勢からスパイラル掘進を行って縦二連姿勢となったときに掘進を終了する例を説明したが、掘進終了時のシールド掘進機ＳＭの姿勢は、縦二連姿勢に限るものではなく、任意の角度だけスパイラル掘進して掘進を終了することもできる。また、掘進開始時のシールド掘進機ＳＭの姿勢は、横二連姿勢に限るものではなく、任意の姿勢（例えば、縦二連姿勢、図１１に示すような傾斜姿勢等々）からスパイラル掘進を開始することもできる。

２）横二連姿勢から縦二連姿勢になるまでスパイラル掘進する総スパイラル掘進距離Ｌは１２５ｍに限るものではなく、１２５ｍより短くてもよく、長くてもよい。
３）スパイラル掘進する際のスパイラル方向は、掘進方向に向って反時計回り方向に限るものではなく、掘進方向に向って時計回り方向にスパイラル掘進することもできる。

４）複数の中折れジャッキ６の数は１４本に限るものではなく、また、複数のシールドジャッキ７の数は２０本に限るものではない。
５）前記実施例においては、１リング分のセグメントＳの構築後に、第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂの姿勢調節を行なう場合を例にして説明したが、セグメントＳの構築の際に第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂを使用する頻度が高いことに鑑み、１リング分のセグメントＳの構築直前に第１，第２作業デッキ１１Ａ，１１Ｂの姿勢調節を行なうようにしてもよい。

６）前記シールド掘進機ＳＭは、泥水方式の排出装置（送水管、排泥管）を装備したシールド掘進機を例にして説明したが、泥土方式の排出装置（排泥用スクリューコンベア）を装備したシールド掘進機にも本発明を適用できない訳ではない。
７）その他、当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の辺孤高を付加した形態で実施することができる。

本発明は、種々のトンネルを掘削するＨ＆Ｖシールド掘進機に適用することができる。

１Ａ，１Ｂ第１，第２掘進機
２Ａ，２Ｂカッターヘッド
３Ａ，３Ｂ第１，第２前胴部
４Ａ，４Ｂ第１，第２後胴部
７シールドジャッキ
１０Ａ，１０Ｂ第１，第２エレクタ装置
１１Ａ，１１Ｂ第１，第２作業デッキ
２２環状フレーム
２５支柱
２６上連結材
２７下連結材
２８環状体
２９接続部（接続手段）
３０回転ドラム
５０Ａ，５０Ｂ第１，第２デッキ回転駆動手段
７０Ａ，７０Ｂ制御ユニット

Claims

スパイラル掘進可能なＨ＆Ｖシールド掘進機において、
前端部にカッターヘッドを有する第１前胴部と、この第１前胴部が中折れ可能に接続される第１後胴部とを有する第１掘進機と、
前端部にカッターヘッドを有する第２前胴部と、この第２前胴部が中折れ可能に接続される第２後胴部とを有する第２掘進機と、
前記第１，第２前胴部が夫々相反する方向へ中折れ可能に前記第１，第２後胴部を接続する接続手段と、
前記第１，第２後胴部内に夫々設けられ、第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持された第１，第２作業デッキと、
前記第１，第２作業デッキを夫々第１，第２後胴部のフレームに対して相対回転するように回転駆動する第１，第２デッキ回転駆動手段と、
前記Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際にスパイラル掘進開始時点からスパイラル旋回した現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段であって、目標とする単位掘進距離当りのスパイラル角度とスパイラル掘進開始後のスパイラル掘進距離とに基づいて現在のスパイラル角度を検知するスパイラル角度検知手段と、
前記スパイラル角度検知手段で検知された現在のスパイラル角度に基づいて、第１，第２作業デッキが夫々水平姿勢を保持するように第１，第２デッキ回転駆動手段を制御するデッキ姿勢制御手段とを備えたことを特徴とするＨ＆Ｖシールド掘進機。
前記第１，第２後胴部内に夫々設けられ、第１，第２後胴部のフレームに第１，第２後胴部の軸心回りに回転可能に夫々支持された第１，第２エレクタ装置を備え、
前記第１，第２作業デッキは、第１，第２エレクタ装置の回転ドラムよりも内径側において前記第１，第２後胴部のフレームに夫々支持されたことを特徴とする請求項１に記載のＨ＆Ｖシールド掘進機。
前記第１，第２掘進機は、夫々、ストローク検出機能を有する複数のシールドジャッキを有し、
前記Ｈ＆Ｖシールド掘進機でスパイラル状に掘進する際に、スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル掘進距離と、前記スパイラル掘進開始位置からスパイラル掘進終了位置までの総スパイラル角度とに基づいて、単位掘進距離当たりのスパイラル角度を算出し、この単位掘進距離当たりのスパイラル角度とセグメントの掘進方向幅とを用いて、全部のシールドジャッキのストローク制御を行うジャッキストローク制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＨ＆Ｖシールド掘進機。