JP6453679B2 - シールド掘進機及びトンネル掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、カッターヘッドを中央部カッターヘッドとこの中央部カッターヘッドの外周側の環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機に関する。

シールド掘進機は、胴部材と内部構造部材と機器装置類を含む掘進機本体と、この掘進機本体の前側に配置された円形のカッターヘッドとを備えている。掘進機本体は、カッターヘッドの後側で掘進機本体の前端部分内に形成されたチャンバーと、このチャンバーの後端側を区画する隔壁と、この隔壁に装備された環状のカッタードラムと、カッターヘッドをカッタードラムに連結する連結部材と、カッタードラムを回転駆動する回転駆動手段と、複数のシールドジャッキと、排泥機構又は排土機構などを備えている。
カッターヘッドを回転駆動手段で回転駆動しながら、複数のシールドジャッキで掘進推力を発生させつつ切羽を掘削する。

ここで、円形の１つのカッターヘッドで掘削する場合、カッターヘッドの中央側部分のカッタービットの円周方向回転速度(以下、周速とする)がカッターヘッドの外周側部分のカッタービットの周速よりも遅いため、カッターヘッドの中央側部分の掘削効率が低くなるので、シールド掘進機の掘削効率アップを図る際の阻害要因となっている。

そこで、カッターヘッドを中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドとに分割形成して、それぞれを回転駆動手段で回転駆動可能にしたシールド掘進機も提案されている。

特許文献1に記載のシールド掘進機においては、カッターヘッドを中央カッターと外周カッターとに分割形成し、隔壁に装備したカッタードラムに中間ビームを介して外周カッターを連結し、カッタードラムを回転駆動する駆動モータを設け、隔壁に中央回転軸を装備し、中央回転軸から前方へ延びる中央筒体を設け、この中央部筒体の内部に中央カッターを回転駆動する回転駆動手段を設け、外周カッターの内周部を複数の中央ビームを介して中央筒体に連結している。

特開２００７−２３９４０２号公報

特許文献１のシールド掘進機では、チャンバーの中央部に中央筒体と、複数の中央ビームを配置する関係上、チャンバーの中央部におけるチャンバースペースが狭くなり、掘削土砂の流動性が低下して土砂滞留が発生しやすくなる。

特許文献２の図１、図２に示すように、カッターヘッドの中央カッターの直径が小さいうちは、掘削機軸心に対する中央ビームの傾斜角はさ程大きくならないため、中央ビームが掘削土砂の流動を妨げることによる流動性低下は容認できるとしても、実機において一層大径の中央カッターを装備する場合には、中央ビームの前記傾斜角が大きくなるため、大形の中央ビームが必要となり、中央ビームが掘削土砂の流動を妨げる流動性低下は著しくなり、実用性を損なうことになる。

しかも、カッタードラムを回転駆動する駆動力で中央カッターも回転駆動されるものの、中央カッターを回転駆動する回転駆動手段は、駆動モータの出力軸の先端のピニオンをギヤに噛合させ、その比較的小径のギヤを介して中央カッターを回転駆動するため、中央カッター用の回転駆動手段を大形化する必要がある。

本発明の目的は、カッターヘッドを中央部カッターヘッドと環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機であって、チャンバー中央部における土砂の流動性を確保しつつ、中央部カッターヘッドを回転駆動する回転駆動手段の小型化を図ることのできるシールド掘進機を提供することである。

請求項１のシールド掘進機は、カッターヘッドを中央部カッターヘッドとこの中央部カッターヘッドの外周側の環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機において、中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドの背面側のチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装備された環状の第１カッタードラムと、この第１カッタードラムに外周部カッターヘッドを連結する第１連結部材と、前記第１カッタードラムの外径よりも小さな外径を有し且つ第１カッタードラムに回転自在に装備された環状の第２カッタードラムと、この第２カッタードラムに中央部カッターヘッドを連結する第２連結部材と、前記第１カッタードラムを掘進機本体に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段と、前記第１カッタードラムに装備され且つ第２カッタードラムを第１カッタードラムに対して回転駆動する為の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２のシールド掘削機は、請求項１の発明において、前記第２連結部材は、円周複数等分位置に配設された前後方向に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数のテーパ状Ｈ形部材で構成されたことを特徴としている。

請求項３のシールド掘進機は、請求項１の発明において、前記第２連結部材は、前記第２カッタードラムから切羽側へ向って小径化する部分円錐体を有する筒状部材で構成されたことを特徴としている。

請求項４のシールド掘進機は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記隔壁の中心側部分に、外周部カッターヘッドのコピーカッターと第２回転駆動手段に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイントが装備されたことを特徴としている。

請求項５のシールド掘削機は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記第１カッタードラムの内周部に環状凹部が形成され、この環状凹部に第２カッタードラムが装着されたことを特徴としている。

請求項６のトンネル掘削方法は、カッターヘッドを中央部カッターヘッドとこの中央部カッターヘッドの外周側の環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機であって、中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドの背面側のチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装備された環状の第１カッタードラムと、この第１カッタードラムに外周部カッターヘッドを連結する第１連結部材と、前記第１カッタードラムの外径よりも小さな外径を有し且つ第１カッタードラムに回転自在に装備された環状の第２カッタードラムと、この第２カッタードラムに中央部カッターヘッドを連結する第２連結部材と、
前記第１カッタードラムを掘進機本体に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段と、前記第１カッタードラムに装備され且つ第２カッタードラムを第１カッタードラムに対して回転駆動する為の第２回転駆動手段とを備えたシールド掘進機を予め準備し、前記トンネル掘削機を用いてトンネルを掘削する際に、前記中央部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速と、外周部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速とが実質的に等しくなるように設定して掘削することを特徴としている。

請求項７のトンネル掘削方法は、請求項６の発明において、前記第２連結部材は、円周複数等分位置に配設された前後に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数のテーパ状Ｈ形部材で構成されることを特徴としている。

請求項８のトンネル掘削方法は、請求項６の発明において、前記第２連結部材は、前記第２カッタードラムから切羽側へ向って小径化する部分円錐体を有する筒状部材で構成されることを特徴としている。

請求項９のトンネル掘削方法は、請求項６〜８の何れか１項の発明において、前記隔壁の中心側部分に、外周部カッターヘッドのコピーカッターと第２回転駆動手段に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイントが装備されることを特徴としている。

請求項１０のトンネル掘削方法は、請求項６〜９の何れか１項の発明において、前記第１カッタードラムの内周部に環状凹部が形成され、この環状凹部に第２カッタードラムが装着されることを特徴としている。

本願発明は、前記課題解決手段の欄に記載の構成を有するため、次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、カッターヘッドが中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドとに分割形成され、第１回転駆動手段で第１カッタードラムと第１連結部材を介して外周部カッターヘッドと中央部カッターヘッドを掘削機本体に対して回転駆動することができ、第２回転駆動手段で第２カッタードラムと第２連結部材を介して中央部カッターヘッドを第１カッタードラムに対して回転駆動することができる。

第２カッタードラムは環状のもので、ある程度直径を大きく形成できるため、第２回転駆動手段で第２カッタードラムを回転駆動する駆動力を小さくしても、第２カッタードラムを強力に回転駆動できる。そのため、第２回転駆動手段の小型化を図ることができる。
しかも、中央部カッターヘッドを支持するチャンバー中心側の部材を外周部カッターヘッドに連結する連結部材をチャンバーの中心部に配置する必要がないため、チャンバーの中心部における土砂滞留を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、第２連結部材が前後方向に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数のテーパ状Ｈ形部材で構成されるため、チャンバーの中心部における土砂の流動性が妨げられることがなく、チャンバーの中心部における土砂滞留を防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、第２連結部材は、第２カッタードラムから切羽側へ向って小径化する部分円錐体を有する筒状部材で構成されたため、中央部カッターヘッドの後面近傍では、部分円錐体の直径も小さくなるため、中央部カッターヘッドの後面近傍における土砂の流動性を確保できる。

請求項４の発明によれば、第２カッタードラムの内周側において隔壁の中心側部分にスペースを設けることができるため、隔壁の中心側部分に、外周部カッターヘッドのコピーカッターと第２回転駆動手段に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイントを装備することができる。

請求項５の発明によれば、第２カッタードラムを第１カッタードラムの内周部に設けた環状凹部に装着するため、第２カッタードラムを支持する支持剛性を高めることができる。

請求項６の発明によれば、トンネルを掘削する際に、前記中央部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速と、外周部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速とが実質的に等しくなるように設定して掘削するため、カッターヘッドの中央側部分の掘削効率をカッターヘッドの外周側部分の掘削効率と同程度まで高めることができる。

請求項７の発明によれば、請求項２と同様の効果が得られる。
請求項８の発明によれば、請求項３と同様の効果が得られる。
請求項９の発明によれば、請求項４と同様の効果が得られる。
請求項１０の発明によれば、請求項５と同様の効果が得られる。

本発明の実施例１に係るシールド掘進機のカッターヘッドの正面図である。 図１のシールド掘進機の要部の縦断面図である。 実施例２のシールド掘進機のカッターヘッドの正面図である。 図３のシールド掘進機の要部の縦断面図である。

以下、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。

実施例１のシールド掘進機について、図１、図２に基づいて説明する。
このシールド掘進機１は、掘進機本体２と、掘進機本体２の前側に配設されたカッターヘッド３とを有する。掘進機本体２は、カッターヘッド３の周辺構造を除き、一般的なシールド掘進機の掘進機本体と同様のものであるので、簡単に説明する。

掘進機本体２は、前胴４と、後胴５と、中折れ部６及び複数の中折れジャッキと、カッターヘッド３の後側（背面側）のチャンバー７の後端を仕切る隔壁８と、複数のシールドジャッキ９と、送水管１０と、泥水排出管１１と、環状ウェブ１２と、セグメントを組み付けるエレクタ装置１３、セグメントの形状を保持する形状保持装置、作業デッキ等々を備えている。

このシールド掘進機１は、カッターヘッド３を中央部カッターヘッド３Ａとこの中央部カッターヘッド３Ａの外周側の環状の外周部カッターヘッド３Ｂとに分割形成してなるシールド掘進機である。中央部カッターヘッド３Ａは円形であり、外周部カッターヘッド３Ｂは環状であり、中央部カッターヘッド３Ａと外周部カッターヘッド３Ｂの軸心（中心）は共通である。中央部カッターヘッド３Ａの外周は外周部カッターヘッド３Ｂの内周に近接している。

掘進機中央部カッターヘッド３Ａの外径をｄとし、外周部カッターヘッド３Ｂの外径をＤとした場合に、カッターヘッドの中心側部分の掘削効率を高める為に、（１／３）Ｄ≦ｄ≦（１／２）Ｄの関係となるように設定するのが望ましい。但し、これに限定されるものではない。中央部カッターヘッド３Ａの前面と外周部カッターヘッド３Ｂの前面とはほぼ同一面をなすが、中央部カッターヘッド３Ａの前面は外周部カッターヘッド３Ｂの前面よりも僅かに前側に位置している。

中央部カッターヘッド３Ａには断面矩形の複数のカッターフレーム１４が放射状に設けられ、これらカッターフレーム１４の外周端は外周リング３ａに接合され、カッターフレーム１４の両側縁には複数のカッタービット１４ａが付設され、隣接するカッターフレーム１４、１４間には面板１５が設けられ、カッターフレーム１４の両側には掘削物（土砂、礫、岩石片など）をチャンバー７内へ導入する開口１６が形成されている。

外周部カッターヘッド３Ｂには断面矩形の複数のカッターフレーム１７が放射状に設けられ、これらカッターフレーム１７の外周端は外周リング３ｂに接合され、カッターフレーム１７の両側縁には複数のカッタービット１７ａが付設され、カッターフレーム１７とカッターフレーム１７間には面板１８が設けられ、カッターフレーム１７の両側には掘削物をチャンバー７内へ導入する開口１９が形成されている。外周部カッターヘッド３Ｂには、チャンバー７内の土砂を攪拌する複数の攪拌部材３ｃが設けられている。

前記チャンバー７は、前胴４の前端部分の内側において、中央部カッターヘッド３Ａと外周部カッターヘッド３Ｂの背面側に形成され、中央部カッターヘッド３Ａの背面側ではチャンバー７が前胴４の前端よりも前側へ膨らんでいる。中央部カッターヘッド３Ａのカッターフレーム１４の前後長は、外周部カッターヘッド３Ｂのカッターフレーム１７の前後長よりも小さいため、中央部カッターヘッド３Ａの背面側におけるチャンバー７の前後長は大きく、広いチャンバースペースが確保されている。中央部カッターヘッド３Ａには、チャンバー７内の掘削物を攪拌する複数の攪拌部材３ｄが設けられている。

前記チャンバー７の後端を仕切る隔壁８は、外周端が前胴４の内面に接合された外周側の環状壁８ａと、この環状壁８ａの内周端から後方へ延びる筒状壁８ｂと、この筒状壁８ｂの後端から内側へ延びる小径環状壁８ｃと、この小径環状壁８ｃから後方へ延びる短筒壁８ｄと、この短筒壁８ｄの後端を閉じる円形の中央円形壁８ｅとを備えている。

前記チャンバー７に環状の第１カッタードラム２０が配設されて隔壁８に回転自在に装備されている。第１カッタードラム２０の外周側部分は外周部カッターヘッド３Ｂの内周側部分の後方に位置し、第１カッタードラム２０の内周側部分は、中央部カッタードラム３Ａよりも小径に形成されている。外周部カッターヘッド３Ｂの内周側部分と第１カッタードラム２０の外周側部分を連結する第１連結部材２１が設けられ、この第１連結部材２１は、前方ほど大径側へ移行するように少し傾けた複数（例えば４つ）の角筒部材２１ａで構成されている。

第１カッタードラム２０は、環状の前面壁２０ａと、この前面壁２０ａの外周端から後方へ延びる外周筒壁２０ｂと、この外周筒壁２０ｂの後端から内側へ延びる環状壁２０ｃと、この環状壁２０ｃの内周端から後方へ延びる短筒壁２０ｄと、この短筒壁２０ｄの後端から内側へ延びる環状の後端壁２０ｅと、この後端壁２０ｅの内周端から前方へ延びる内周側筒壁２０ｆと、この内周側筒壁２０ｆの前端から外側へ延びる小径環状板２０ｇと、この小径環状板２０ｇの外周端を前面壁２０ａの内周端に接続する筒部２０ｈとで環状の中空体に形成されている。尚、内周側筒壁２０ｆから前方へ延びるシール用筒体２０ｉも設けてある。

第１カッタードラム２０の外周筒壁２０ｂが、シール部材とベアリングを介して隔壁８の筒状壁８ｂに回転自在に支持されている。尚、第１カッタードラム２０の内周側筒壁２０ｆの直径は中央部カッターヘッド３Ａの外径の約１／４である。但し、上記に限定されるものではない。

第１カッタードラム２０を掘進機本体２に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段２２が設けられ、この第１回転駆動手段２２は、第１カッタードラム２０の環状壁２０ｃに固定され且つ外周部に外歯を有するリングギヤ部材２２ａを含む旋回ベアリングと、複数の駆動モータ２２ｂ（油圧モータ）とを備えており、各駆動モータ２２ｂの出力軸に固定されたピニオン２２ｃがリングギヤ部材２２ａに噛合している。各駆動モータ２２ｂは、隔壁８の小径環状壁８ｃとその周辺の部材に取り付けられている。

中央部カッターヘッド３Ａを回転駆動するための環状の第２カッタードラム２３が第１カッタードラム２０に回転自在に装備されている。この第２カッタードラム２３は、第１カッタードラム２０の外径よりも小さな外径を有し、本実施例の場合、第２カッタードラム２３の外径は、第１カッタードラム２０の外径の約１／３である。但し、上記に限定されるものではない。

第１カッタードラム２０の前端部の内周部に前記シール用筒体２０ｉと筒部２０ｈとで
環状凹部が形成され、この環状凹部に環状中空体からなる第２カッタードラム２３が装着され、第２カッタードラム２３の内周面はシール部材とベアリングを介して前記シール用筒体２０ｉに支持され、第２カッタードラム２３の外周面はシール部材とベアリングを介して前記筒部２０ｈに支持されている。そのため、第１カッタードラム２０を支持する支持剛性を高めることができる。この第２カッタードラム２３に中央部カッターヘッド３Ａを連結する第２連結部材２４が設けられ、第２連結部材２４は前後方向に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数（例えば４つ）のテーパ状Ｈ形部材２４ａで構成されている。前記の複数の高剛性部材２４ａは円周複数等分位置に配設されている。

第２カッタードラム２３を第１カッタードラム２０に対して回転駆動する為の第２回転駆動手段２５が設けられ、この第２回転駆動手段２５は第１カッタードラム２０に装備されている。この第２回転駆動手段２５は、第１回転駆動手段２２と同様に、第２カッタードラム２３の後端壁に固定され且つ外周部に外歯を有するリングギヤ部材を含む旋回ベアリングと、複数の駆動モータ（油圧モータ）とを備え、各駆動モータの出力軸に固定されたピニオンがリングギヤ部材に噛合している。各駆動モータは、第１カッタードラム２０内に配設されて前記小径環状板２０ｇとその周辺の部材に取り付けられている。

隔壁８の中央円形壁８ｅの中心部分には、外周部カッターヘッド３Ｂのコピーカッター２６と第２回転駆動手段２５等に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイント２７が装備されている。チャンバー７内においてロータリージョイント２７の前端部を第１カッタードラム２０の内周側筒壁２０ｆに接続する複数の管部材２８が設けられ、これら管部材２８の内部には油圧配管（又は油圧ホース）が導設される。コピーカッター２６へ油圧を供給する油圧配管（又は油圧ホース）は第１カッタードラム２０内と角筒部材２１ａ内を通って外周部カッターヘッド３Ｂのカッターフレーム１７内へ導設される。

次に、上記のシールド掘進機１の作用、効果について説明する。
第１回転駆動手段２２により、第１カッタードラム２０を回転駆動することにより、第１連結部材２１を介して外周部カッターヘッド３Ｂを回転駆動することができる。
このとき、第２カッタードラム２３は第１カッタードラム２０に装備されているため、第１カッタードラム２０が回転駆動されると、第２カッタードラム２３も回転駆動され、第２連結部材２４を介して中央部カッターヘッド３Ａも回転駆動される。

そして、第２回転駆動手段２５により、第１カッタードラム２０に対して第２カッタードラム２３が回転駆動されると、その回転駆動力により第２カッタードラム２３が重畳的に回転駆動されるため、中央部カッターヘッド３Ａの回転速度を外周部カッターヘッド３Ｂの回転速度よりも大きく、所望の回転速度まで大きくすることができる。

こうして、中央部カッターヘッド３Ａの複数のカッタービット１４ａの平均的周速を、外周部カッターヘッド３Ｂの複数のカッタービット１７ａの平均的周速と実質的に等速となるように高く設定して掘削するものとする。これにより、カッターヘッド３の中央側部分の掘削効率をカッターヘッド３の外周側部分の掘削効率と同程度まで高め、トンネル掘進機１の掘削効率を高めることができ、トンネル掘削の工期の短縮を図ることができる。

第２カッタードラム２３は環状のもので、ある程度直径を大きく形成できるため、第２回転駆動手段２５で第２カッタードラム２３を回転駆動する駆動力を小さくしても、第２カッタードラム２５を大きなトルクで強力に回転駆動できる。そのため、第２回転駆動手段２５（駆動モータ）の小型化（駆動モータの台数の削減を含む）を図ることができる。

しかも、中央部カッターヘッド３Ａを第２カッタードラム２３に連結する第２連結部材２４が、円周複数等分位置に配設された前後方向に細長い高剛性部材で構成されるため、中央部カッターヘッドを支持するチャンバー中心側の部材を外周部カッターヘッドに連結するチャンバーの中心部に配設する必要がないため、チャンバーの中心部における土砂対流を防ぐことができる。

特に、本実施例のシールド掘進機１では、中央部カッターヘッド３Ａの前面が外周部カッターヘッド３Ｂの前面よりも前方へ突出させ且つ中央部カッターヘッド３Ａの前後厚さを外周部カッターヘッド３Ｂの前後厚さよりも小さく形成して、中央部カッターヘッド３Ａの背面側に大きなチャンバースペースを確保したため、チャンバー７の中心部における土砂滞留を確実に防ぐことができる。

実施例２のシールド掘進機について、図３、図４に基づいて説明する。
このシールド掘進機５１は、掘進機本体５２と、カッターヘッド５３とを有し、掘進機本体５２の隔壁以外の部分は、実施例１の掘進機本体と同様であるので、実施例１と同じ構成要素に同じ符号を付して説明を省略し、主に隔壁とカッターヘッド５３の周辺構造について説明する。

カッターヘッド５３は、中央部カッターヘッド５３Ａとこの中央部カッターヘッド５３Ａの外周側の環状の外周部カッターヘッド５３Ｂとに分割形成してある。中央部カッターヘッド５３Ａは円形であり、外周部カッターヘッド５３Ｂは環状であり、中央部カッターヘッド５３Ａと外周部カッターヘッド５３Ｂの軸心（中心）は共通である。中央部カッターヘッド５３Ａの外周は外周部カッターヘッド５３Ｂの内周に近接している。中央部カッターヘッド５３Ａの前面と外周部カッターヘッド５３Ｂの前面とは略同一面をなすが、中央部カッターヘッド５３Ａの前面は外周部カッターヘッド５３Ｂの前面よりも僅かに前側に位置している。

中央部カッターヘッド５３Ａの外周部分は外周側ほど外周部カッターヘッド５３Ｂに接近するように湾曲状に形成され、外周端では外周部カッターヘッド５３Ｂの前面と前後位置が一致する。中央部カッターヘッド５３Ａの中央部には山形のセンターカッター５３ｃも設けられている。実施例１と同様に、中央部カッターヘッド５３Ａには、複数のカッターフレーム６４、多数のカッタービット６４ａ、複数の面板６５、複数の開口６６などが設けられている。実施例１と同様に、外周部カッターヘッド５３Ｂには複数のカッターフレーム６７、多数のカッタービット６７ａ、複数の面板６８、複数の開口６９などが設けられている。

前記チャンバー５７は、前胴４の前端部分の内側において、中央部カッターヘッド５３Ａと外周部カッターヘッド５３Ｂの背面側に形成され、中央部カッターヘッド５３Ａの背面側ではチャンバー５７が前胴４の前端よりも前側へ僅かに膨らんでいる。そのため、チャンバー５７の中心部のスペースを大きくすることができる。

前記チャンバー５７の後端を仕切る隔壁５８が設けられ、この隔壁５８は、外周端が前胴４の内面に接合された外周側の環状壁５８ａと、この環状壁５８ａの内周端から後方へ延びる筒状壁５８ｂ及びその内側の厚肉筒体５８ｃと、この筒状壁５８ｂの後端から内側へ延びる中径環状壁５８ｄと、この中径環状壁５８ｄの内周端から後方へ延びる短筒壁５８ｅと、この短筒壁５８ｅの後端に接合された円形壁５８ｆとを備えている。

前記チャンバー５７に環状の第１カッタードラム７０が配設されて隔壁５８に回転自在に装備されている。第１カッタードラム７０の外周側部分は外周部カッターヘッド５３Ｂの内周側部分の後方に位置し、第１カッタードラム７０の内周部分は、中央部カッタードラム５３Ａよりも小径に形成されている。外周部カッターヘッド５３Ｂの内周側部分と第１カッタードラム７０の外周側部分を連結する第１連結部材７１が設けられ、この第１連結部材７１は、複数（例えば４つ）の角筒部材７１ａで構成されている。

第１カッタードラム７０は、外周部を形成する断面「日」字状の環状体７０ａと、この環状体７０ａの内周近傍から後方へ延びる筒状壁７０ｂと、この筒状壁７０ｂの後端から内側へ延びる環状の後端壁７０ｃと、この後端壁７０ｃの内周端から前方へ延びる内周側筒壁７０ｄと、環状体７０ａの内周側前端から内側へ延びる断面Ｌ形のＬ形壁７０ｅ等で環状の中空体に形成されている。第１カッタードラム７０の環状体７０ａの外周面が、シール部材とベアリングを介して隔壁５８の厚肉筒体５８ｃに回転自在に支持されている。尚、第１カッタードラム７０には、複数の攪拌部材７０ｍが設けられている。

第１カッタードラム７０を掘進機本体５２に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段７２が設けられ、この第１回転駆動手段７２は、第１カッタードラム７０の環状体７０ａに固定され且つ外周部に外歯を有するリングギヤ部材７２ａを含む旋回ベアリングと、複数の駆動モータ７２ｂ（油圧モータ）とを備えており、各駆動モータ７２ｂの出力軸に固定されたピニオン７２ｃがリングギヤ部材７２ａに噛合している。各駆動モータ７２ｂは、隔壁５８の中径環状壁５８ｄとその周辺の部材に取り付けられている。

中央部カッターヘッド５３Ａを回転駆動するための環状中空体からなる第２カッタードラム７３が第１カッタードラム７０に回転自在に装備されている。この第２カッタードラム７３は、第１カッタードラム７０の外径よりも小さな外径を有するものである。

第１カッタードラム７０の前端部の内周部に環状凹部が形成され、この環状凹部に第２カッタードラム７３が装着され、第２カッタードラム７３の内周面はシール部材とベアリングを介して内周側筒壁７０ｄに支持され、第２カッタードラム７３の外周面はシール部材とベアリングを介してＬ形壁７０ｅの筒部に支持されている。

第２カッタードラム７３の前面には円形板７３ａが水密状に接合されている。この第２カッタードラム７３に中央部カッターヘッド５３Ａを連結する第２連結部材７４が設けられ、第２連結部材７４は、第２カッタードラム７３の円形板７３ａに後端が接合され且つ切羽側へ向って小径化する部分円錐体７４ａと、部分円錐体７４ａの前端から延びて中央部カッターヘッド５３Ａの中心部に接合された筒体７４ｂとを有する筒状部材で構成されている。

第２カッタードラム７３を第１カッタードラム７０に対して回転駆動する為の第２回転駆動手段７５が設けられ、この第２回転駆動手段７５は第１カッタードラム７０に装備されている。この第２回転駆動手段７５は、第１回転駆動手段７２と同様に、第２カッタードラム７３の後端壁に固定され且つ外周部に外歯を有するリングギヤ部材を含む旋回ベアリングと、複数の駆動モータ（油圧モータ）とを備えており、各駆動モータの出力軸に固定されたピニオンがリングギヤ部材に噛合している。各駆動モータは、第１カッタードラム７０内に配置されて環状体７０ａと内周側筒壁７０ｄとを連結する部材に取り付けられている。

隔壁５８の中央円形壁５８ｈの中心部分には、外周部カッターヘッド５３Ｂのコピーカッターと第２回転駆動手段７５等に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイント７７が装備されている。このロータリージョイント７７は、円形壁５８ｆ の中央部を貫通して固定され、このロータリージョイント７７の回転軸部の先端部は複数の管部材７０ｎにより内周側筒壁７０ｄに連結支持されている。

次に、上記のシールド掘進機５１の作用、効果について説明する。
第１回転駆動手段７２により、第１カッタードラム７０を回転駆動することにより、第１連結部材７１を介して外周部カッターヘッド５３Ｂを回転駆動することができる。
このとき、第２カッタードラム７３は第１カッタードラム７０に装備されているため、第１カッタードラム７０が回転駆動されると、第２カッタードラム７３も回転駆動され、第２連結部材７４を介して中央部カッターヘッド５３Ａも回転駆動される。

そして、第２回転駆動手段７５により、第１カッタードラム７０に対して第２カッタードラム７３を回転駆動すると、その回転駆動力により第２カッタードラム７３が重畳的に回転駆動されるため、中央部カッターヘッド５３Ａの回転速度を外周部カッターヘッド５３Ｂの回転速度よりも大きく、所望の回転速度まで大きくすることができる。

こうして、中央部カッターヘッド５３Ａの複数のカッタービット６４ａの平均的周速を、外周部カッターヘッド５３Ｂの複数のカッタービット６７ａの平均的周速と実質的に等速となるように高く設定して掘削するものとする。これにより、カッターヘッド５３の中央側部分の掘削効率を高め、トンネル掘進機５１の掘削効率を高めることができ、トンネル掘削の工期の短縮を図ることができる。

第２カッタードラム７３は環状のもので、ある程度直径を大きく形成できるため、第２回転駆動手段７５で第２カッタードラム７３を回転駆動する駆動力を小さくしても、第２カッタードラム７５を大きなトルクで強力に回転駆動できる。そのため、第２回転駆動手段７５（駆動モータ）の小型化（駆動モータの台数の削減を含む）を図ることができる。

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）前記シールド掘進機は泥水式のシールド掘進機を例にして説明したが、排土式シールド掘進機にも本発明を同様に適用可能である。
２）第１カッタードラムの断面形状は、前記実施例のものに限定されず、種々の断面形状の第１カッタードラムも採用可能である。

３）図４の円形板７３ａを省略し、ロータリージョイント７７を図示の位置よりも後方に配置して隔壁５８に形成する開閉扉から第２連結部材７４内へ作業員が入ってカッターヘッドのカッタービットを行ない得るように構成してもよい。

４）図４に示す筒状壁７０ｂと、後端壁７０ｃと、内周側筒壁７０ｄの後部約２／３部分は省略してもよい。この場合、円形板７３ａが隔壁５８の一部として機能し、第１カッタードラム７０と円形板７３ａの後側へ土砂が侵入することはない。
５）尚、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそれらを包含するものである。

１，５１ シールド掘進機
２，５２ 掘進機本体
３，５３ カッターヘッド
３Ａ，５３Ａ 中央部カッターヘッド
３Ｂ，５３Ｂ 外周部カッターヘッド
７，５７ チャンバー
８，５８ 隔壁
２０，７０ 第１カッタードラム
２１，７１ 第１連結部材
２２，７２ 第１回転駆動手段
２３，７３ 第２カッタードラム
２４，７４ 第２連結部材
２５，７５ 第2回転駆動手段
２６ コピーカッター
２７，７７ ロータリジョント
７４ａ 部分円錐体

Claims (10)

1. カッターヘッドを中央部カッターヘッドとこの中央部カッターヘッドの外周側の環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機において、
   中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドの背面側のチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装備された環状の第１カッタードラムと、
   この第１カッタードラムに外周部カッターヘッドを連結する第１連結部材と、
   前記第１カッタードラムの外径よりも小さな外径を有し且つ第１カッタードラムに回転自在に装備された環状の第２カッタードラムと、
   この第２カッタードラムに中央部カッターヘッドを連結する第２連結部材と、
   前記第１カッタードラムを掘進機本体に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段と、
   前記第１カッタードラムに装備され且つ第２カッタードラムを第１カッタードラムに対して回転駆動する為の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記第２連結部材は、円周複数等分位置に配設された前後方向に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数のテーパ状Ｈ形部材で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
3. 前記第２連結部材は、前記第２カッタードラムから切羽側へ向って小径化する部分円錐体を有する筒状部材で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
4. 前記隔壁の中心側部分に、外周部カッターヘッドのコピーカッターと第２回転駆動手段に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイントが装備されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のシールド掘進機。
5. 前記第１カッタードラムの内周部に環状凹部が形成され、この環状凹部に第２カッタードラムが装着されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシールド掘進機。
6. カッターヘッドを中央部カッターヘッドとこの中央部カッターヘッドの外周側の環状の外周部カッターヘッドとに分割形成してなるシールド掘進機であって、
   中央部カッターヘッドと外周部カッターヘッドの背面側のチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装備された環状の第１カッタードラムと、
   この第１カッタードラムに外周部カッターヘッドを連結する第１連結部材と、
   前記第１カッタードラムの外径よりも小さな外径を有し且つ第１カッタードラムに回転自在に装備された環状の第２カッタードラムと、
   この第２カッタードラムに中央部カッターヘッドを連結する第２連結部材と、
   前記第１カッタードラムを掘進機本体に対して回転駆動する為の第１回転駆動手段と、
   前記第１カッタードラムに装備され且つ第２カッタードラムを第１カッタードラムに対して回転駆動する為の第２回転駆動手段とを備えたシールド掘進機を予め準備し、
   前記シールド掘進機を用いてトンネルを掘削する際に、前記中央部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速と、外周部カッターヘッドの複数のカッタービットの平均周速とが実質的に等しくなるように設定して掘削することを特徴とするトンネル掘削方法。
7. 前記第２連結部材は、円周複数等分位置に配設された前後に細長いテーパ状で断面Ｈ形の複数のテーパ状Ｈ形部材で構成されることを特徴とする請求項６に記載のトンネル掘削方法。
8. 前記第２連結部材は、前記第２カッタードラムから切羽側へ向って小径化する部分円錐体を有する筒状部材で構成されることを特徴とする請求項６に記載のトンネル掘削方法。
9. 前記隔壁の中心側部分に、外周部カッターヘッドのコピーカッターと第２回転駆動手段に油圧を供給する為の複数の油圧通路を接続するロータリージョイントが装備されることを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載のトンネル掘削方法。
10. 前記第１カッタードラムの内周部に環状凹部が形成され、この環状凹部に第２カッタードラムが装着されることを特徴とする請求項６〜９の何れか１項に記載のトンネル掘削方法。