JPH03176597A - シールド型トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシールド型トンネル掘削機に関し、特に、回転
カッタヘッドを備える掘削機に関する。

（従来の技術） 円筒状のシールド本体の前方の端部に回転カッタヘッド
を配置した掘削機では、前記回転カッタヘッドは、半径
方向へ伸びる１または複数のスリットを有するフェース
プレートを備え、複数のカッタビットが各スリット中に
配置される。シールド本体を軸線方向へ移動させる間に
、前記回転カッタヘッドを回転すると、カッタビットに
よって地山が掘削される。

カッタビットのフェースプレートの前面からの突出にさ
は掘削１−べき地山によって異なり、他山が軟質である
ときには、これを長くして作業性を高めることが好まし
く、逆に、他山が硬質であるときには、短くして所定動
力による掘削を確保する必要がある。そこで、カッタビ
ットをフェースプレートの前面に対して進退可能に形成
した掘削機が提案されている（特公昭６２−２４５９７
号公報）。

他方、カッタビットが正転用のビットと逆転用のビット
とを備えるところ、正転時に逆転用のビットに、また逆
転時に正転用のビットに激しい摩耗が生ずることに鑑み
、カッタビットを半径方向へ伸びる軸線の回りに揺動可
能にフェースプレートに取り付けた回転カッタヘッドが
提案されている（特公昭６２−３１７号公報）。

（発明が解決しようとする課題） 地山が非常に硬い粘性土層であったり、土丹層であった
りする場合、前後方向に進退できるように構成したカッ
タヘッドによって地山を掘削しようとしても、掘削する
ことができない。なぜなら、他山を掘削するためには、
カッタビットの掘削に供される側のビットが他山に食い
込み、同時に、掘削に供されない側のビットも地山に食
い込む必要があるが、前記したような硬い自立した地山
にカッタビットを押し付けてカッタヘッドに回転力を与
えても、両側のビットが他山に食い込むことなく、単に
接した状態でカッタヘッドが回転してしまうからである
。これを無理に食い込ませようとすると、極めて大きな
推力が必要となり、またカッタビットの強度も高くしな
ければならない。

ドを使用すれば、掘削に供される側のビットのみを地山
に食い込ませることができ、これによって地山の掘削が
可能であることから、前記した硬質の地山の掘削も可能
となる。

しかし、前記公報に記載されたカッタビットは、フェー
スプレートに植え込まれた枢軸ビンの回りを揺動するビ
ット座に固定されているため、カッタビットがフェース
プレートの前面に対して進退できない。したがって、カ
ッタビットのフェースプレートの前面からの突出長さは
一定であり、この一定長さのカッタビットによって軟質
の地山にも、硬質の地山にも対処しなければならない。

この場合、安全性を重視して、カッタビットの突出長さ
を硬質の地山を基準に定めれば、軟質地山の掘削の際の
作業能率が抑えられ、逆に作業能率を重視して、カッタ
ビットの突出長さを軟質の地山を基準゛に定めれば、硬
質地山の掘削ができなくなってしまう。

次に、前記した揺動型のカッタビットでは、と、前記ビ
ット座および前記フェースプレートの接触面とで受け止
めている。そのため、特に硬質地山を掘削するとき、枢
軸ビンに大きな曲げモーメントが加わり、枢軸ビンの曲
がりによるカッタビットの揺動不良、ひいては枢軸ビン
のせん断が坐するおそれかある。

したがって、本発明の目的は、硬質地山に食い込んで掘
削できると共に、硬質地山であれば動力に見合った掘削
ができ、軟質地山であれば作業能率を高める掘削ができ
るシールド型トンネル掘削機を提供することにある。

本発明の別の目的は、カッタビットが揺動可能なものに
おいて、枢軸に及ぼされる掘削反力を小さくすることが
可能なシールド型トンネル掘削機を提供することにある
。

（課題を解決するための手段、作用および効果） 本発明に係るシールド型トンネル掘削機は、円筒状のシ
ールド本体と、該シールド本体の前方の端部に配置され
た回転カッタヘッドであって半径方向へ伸びる１または
複数のスリットを有するフェースプレート、複数のカッ
タビットであって各カッタビットが正転用のビットと逆
転用のビットとからなる複数のカッタビットを支持して
前記各スリット内に配置させる中間部材、該中間部材を
前記半径方向へ伸びる軸線の回りに揺動可能に支持する
手段、および該支持手段を前記シールド本体の軸線方向
へ移動可能に案内する部材を備える回転カッタヘッドと
、前記支持手段を前記シールド本体の軸線方向へ移動し
て前記カッタビットを前記フェースプレートの前面に対
して進退させる手段とを含み、前記フェースプレートと
前記案内部材とが前記カッタビットの掘削反力を受け持
つ。

掘削すべき地山の硬軟に応じて、支持手段を移動させる
手段により支持手段を移動し、カッタビットのフェース
プレートの前面からの突出長さを調節する。シールド本
体を移動させながら回転カッタヘッドを回転させると、
カッタビットが中間部材を介して揺動し、掘削に供され
る側のビットが地山に食い込む。このときカッタビット
に生ずる掘削反力を、フェースプレートと、支持手段を
移動可能に案内する部材とが受け持ち、掘削が維続され
る。

複数のカッタビットを支持した中間部材が揺動可能であ
ることから、カッタヘッドを回転させながら、カッタビ
ットを地山に向けて押し付ければ、カッタビットが揺動
して掘削に供される側のビットが他山に食い込む。この
ようにして、硬質地山であっても掘削することができる
。

中間部材を支持する支持手段が移動手段によって移動さ
せられると、カッタビットがフェースプレートの前面に
対して進退するため、硬質地山であればカッタビットの
フェースプレートの前面からの突出長さを短くすること
により、動力に見合った掘削ができる。また、軟質地山
であればカッタビットの突出長さを長くすることにより
、作業能率を高める掘削ができる。すなわち、無駄のな
い効率的な掘削が可能である。

フェースプレートと案内部材とが、カッタビットに生ず
る掘削反力を受け持つため、中間部材を揺動可能に支え
る枢軸に及ぼされる掘削反力を十分に小さくすることが
できる。よって、枢軸の曲げによる揺動不良などの発生
を防止できる。

カッタビットの掘削反力を受け持つとき、中間部材が前
記フェースプレートに当るように構成することが好まし
い。このようにすれば、カッタビットが直接フェースプ
レートに当ることによるカッタビットの曲げや変形を防
止できるばかりでなく、スリットの幅やカッタビットの
寸法等に関係なく、中間部材の形状または寸法を変える
ことにより、カッタビットに一定の切削角を持たせるこ
とができる。そして、前記フェースプレートが、前記中
間部材が当る複数のチップをスリットの両側縁のそれぞ
れに半径方向に間隔をおいて備えるようにすれば、チッ
プによってもカッタビットの一定の切削角を確保でき、
またチップによって耐摩耗対策をとることができる。

スリットの両側縁に複数のチップが設けられる場合、前
記カッタビットが後方へ移動して移動限界に達したとき
、カッタビット、中間部材およびチップによってスリッ
トが実質的に閉じられるように構成することが好ましい
。これにより、掘削機の非運転時、地山の土圧や地下水
圧に対抗でき、他山の崩壊を防止できる。

中間部材とチップとが、互いに対向する部位に、互いに
適合する傾斜面を備えるように構成すれば、カッタビッ
トの切削高さ、すなわちフェースプレートからの突出長
さを変えても、カッタビットのすくい角が一定となり、
一定の掘削効果が得られる。また、チップが掘削反力を
面で受けるようになることから、チップへの応力集中が
なくなり、チップを強度の低い材料で形成することがで
きる。

中間部材とチップとが互いに適合する傾斜面を有する場
合、支持手段に中間部材を揺動可能に支持する枢軸を設
け、該枢軸を、案内部材によって案内される支持手段の
部分よりも前方に位置させれば、支持手段が移動したと
き、中間部材が枢軸の回りに揺動して中間部材の傾斜面
がチップの傾斜面に確実に接触する。

中間部材とチップとが傾斜面を有し、支持部材が枢軸を
備える場合、スリットの両側縁に設けられたチップが、
シールド本体の軸線と前記枢軸の軸線とを含む仮想面に
対して対称となるように、そして中間部材が揺動しない
状態のとき、前記仮想面に対して対称となるように形成
することが好ましい。このようにすれば、正転時と逆転
時とに同じ効果が得られる。

カッタビットが後方への移動限界に達したとき、カッタ
ビットがフェースプレートの前面から後方へ間隔をおい
て位置するように構成することが好ましい。カッタビッ
トがフェースプレートの前面から突出していないので、
カッタヘッドを抵抗の少ない状態で回転させることがで
きる。これは、掘削機の使用に先立つ各種機器の調節な
どをし易くする。

支持手段が平板状の被案内部分を備え、案内部材が該被
案内部分の厚みに相当する間隔をおいて配置された２つ
の板材からなるように構成すれば、構造が簡単である。

しかも、案内部材に支持手段の被案内部分と接触する十
分な面積を持たせることができるので、掘削反力を受け
易くなる。

（実施例） シルード型トンネル掘削機は、第１図に示すように、円
筒状のシールド本体１０と、回転カッタヘッド１２とを
備える。

図示の実施例では、シールド本体１０は前筒１４と後筒
１６とからなり、複数（図には１つを示す）の方向修正
ジヤツキ１８が前筒１４のフランジと後筒１６のフラン
ジとの間にわたって配置されている。前筒１４は方向修
正ジヤツキ１８によって修正され、後筒１６に対して首
を振ることかできる。

回転カッタヘッド１２はシールド本体１０の前方の端部
に配置されたもので、第２図および第３図に詳細に示す
ように、フェースプレート２０と、中間部材２２と、支
持手段２４と、案内部材２６とを備える。

フェースプレート２０は、正面形状が円形を呈する板材
によって形成されている。フェースプレート２０は、半
径方向へ伸びるｌまたは複数、図示の実施例では２つの
スリット２８を有する。

２つのスリット２８はフェースプレート２０の直径上に
位置し、各スリット２８は長方形状にくり抜かれている
。回転軸３０がフェースプレート２０の中央から前方に
向けて突出しており、キャップ３２が回転軸３０に被せ
られている。

キャップ３２はセンタビット３４を有する。複数の先行
ビット３６がフェースプレート２０の外周に設けられて
いる。

中間部材２２は複数のカッタビット３８を支持してカッ
タビット３８を各スリット２８内に配置させている。中
間部材２２は、図示の実施例では、２つの傾斜した側面
２３ａ、２３ｂと、平坦な前面２３ｃとを備え、スリッ
ト２８の半径方向の長さと実質的に等しい長さを有する
。５つのカッタビット３８が中間部材２２の前面２３ｃ
に、また複数のボス２３ｄが中間部材２２の後面に、そ
れぞれ長さ方向、すなわちフェースプレート２０の半径
方向に等間隔をおいて取り付けられている。カッタビッ
ト３８は正転用のビット３９ａと、逆転用のビット３９
ｂとからなる。

カッタビット３８が掘削するとき、後述するように、フ
ェースプレート２０と案内部材２６とが掘削反力を受け
持つが、このとき、中間部材２２がフェースプレート２
０に直接またはチップを介して当るように構成すること
が好ましい。

図示の実施例では、フェースプレート２０は、複数のチ
ップ４０をスリット２８の両側縁のそれぞれに、半径方
向に等間隔をおいて備えている。

チップ４０はカッタビット３８と交互となるように、ス
リット２８を画定するフェースプレート２０の縁部に溶
接または圧入によって取り付けられる。チップ４０は中
間部材２２に対向する部位に傾斜面４１を有し、第３図
において左側に位置するチップ４０の傾斜面４１が中間
部材２２の傾斜面２３ａに、また右側に位置するチップ
４０の傾斜面４１が中間部材２２の傾斜面２３ｂにそれ
ぞれ適合する。

支持手段２４は、中間部材２２をフェースプレート２０
の半径方向へ伸びる軸線の回りに揺動可能に支持するも
ので、図示の実施例では、平板状の被案内部材４２と、
枢軸４３とを有する。被案内部材４２は、中間部材２２
のボス２３ｄと交互となるように設けられた複数のボス
４２ａを備える（第１図）。中間部材２２のボス２３ｄ
と被案内部材４２のボス４２ａとを一直線状に配置して
枢軸４３をこれらボスに貫通し、止めビン４４によって
枢軸４３の抜けを防止して、中間部材２２が揺動可能に
支持されている。

図示の実施例では、前記スリット２８の両側縁に設けら
れたチップ４０は、シールド本体１ｏの軸線と枢軸４３
の軸線とを含む仮想面Ｐ（第３図）に対して対称となる
ように形成され、また中間部材２２は揺動しない状態の
とき、前記仮想面Ｐに対して対称となるように形成され
ている。

すなわち、スリット２８において左側に配置されたチッ
プ４０の傾斜面４１は右側に配置されたチップ４０の傾
斜面４１と面対称であり、また中間部材２２の２つの傾
斜面２３ａ、２３ｂも面対称である。

案内部材２６は、支持手段２４をシールド本体１０の軸
線方向へ移動可能に案内するもので、図示の実施例では
、２つの板材２７ａ、２７ｂからなる。２つの板材２７
ａ、２７ｂは、支持手段２４の平板状の被案内部材４２
の厚みに相当する間隔をおいて配置され、フェースプレ
ート２０に溶接されている。このような案内部材２６が
１つのスリット２８に１つ設けられ、支持部材２４の被
案内部材４２は、枢軸４３よりも後方に位置する部分で
２つの板材２７ａ、２７ｂのなす間隔によって案内され
ている。

カッタビット３８に（動く掘削反力はフェースプレート
２０と案内部材２６とによって受け止められる。したが
って、案内部材２６が図示のように板材からなる場合、
案内部材２６を各スリット２８に複数設けなければ、十
分ではない。にもかかわらず、案内部材２６が各スリッ
ト２８に１つとなっているのは、後述するように、各ス
リット２８に対応して設けられた支持手段２４の被案内
部材４２が円筒状のスライド部材５０に溶接されている
ことによる。

支持手段２４をシールド本体１ｏの軸線方向へ移動して
、カッタビット３８をフェースプレート２０の前面２１
に対して進退させる手段４８が設けられている。この移
動手段４８は、第１図に示すように、回転軸３０に軸線
方向へ移動可能に取り付けられたスライド部材５０と、
連結部材５２と、シリンダ装置５４とからなる。

スライド部材５０に２つの被案内部材４２が溶接され、
スライド部材５０と連結部材５２とが連結ロッド５６に
よって結合されている。連結部材５２は、回転軸３０を
貫通して後方へ伸びている操作ロッド５８に連結されて
いる。操作ロッド５８は回転軸３０に対して相対移動可
能であり、その後方の端部はシリンダ装置５４のピスト
ン６０に結合されている。

回転カッタヘッド１２から後方へ間隔をおいて隔壁７０
がシールド本体１０に設けられ、隔壁７０の中央に軸受
７２が取り付けられている。

減速機７４が軸受７２の後方に配置され、２つの電動機
７６が減速機７４に接続されている。前記回転軸３０は
軸受７２を通って減速機７４まで伸びている。２つの電
動機７６は減速機７４をはさんで両側にそれぞれ配置さ
れ、減速機７４の中央にシリンダ装置５４が取り付けら
れている。したがって、シリンダ装置５４から伸びる操
作ロッド５８は減速機７４の部位で回転軸３０に差し込
まれている。シリンダ装置５４には図示しない油圧ポン
プが接続される。

２つの（図には１つを示す）泥水管７８が横方向に間隔
をおいて配置されている。これら泥水管は隔壁７０に設
けた開口に差し込まれ、隔壁７０に溶接されている。掘
削機の使用時、一方の泥水管から泥水を隔壁７０の前方
に区画された液室８０に供給し、掘削された土砂と泥水
とが他方の泥水管から排出される。

掘削機の使用時、支持手段２４を移動させる手段４８の
シリンダ装置５４の押し側浦室に油圧を供給して、掘削
すべき他山の硬軟に応じて支持手段２４を移動し、カッ
タピット３８のフェースプレート２０の前面２１からの
突出長さを調節する。シールド本体１０を移動させなが
ら回転カッタヘッド１２を回転させると、カッタピット
３８が中間部材２２を介して揺動し、たとえばビット３
９ａが他山に食い込む。

掘削時にカッタピット３８に生ずる掘削反力は、一方で
は、フェースプレート２０に設けたチップ４０の傾斜面
４１と中間部材２２の傾斜面との接触部分により、他方
では、支持手段２４を移動可能に案内する部材２６によ
り受け持たれ、掘削が継続される。枢軸４３にも掘削反
力が慟〈が、本発明によれば、支持部材２４が案内部材
に係り合っていることから、案内部材２６によっても掘
削反力が受け止められるため、枢＠４３に働く掘削反力
は少ない。

掘削終了後、移動手段４８のシリンダ装置５４の戻し側
の油室に油圧を供給して、カッタピット３８を後方へ移
動限界まで移動させると、第４図に示すように、カッタ
ピット３８、中間部材２２およびチップ４０によってス
リット２８が実質的に閉じられる。このとき、カッタピ
ット３８は、フェースプレート２０の前面から後方へ間
隔をおいて位置するような大きさであることが好ましい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシールド型トンネル掘削機の断面
図、第２図は回転カッタヘッドの正面図、第３図は第２
図の３−３線に沿って切断した拡大断面図で、カッタピ
ットが前方へ突出した状態を示し、第４図は第２図の４
−４線に沿って切断した断面図で、カッタピットが後方
への移動限界にある状態を示す。 １０：シールド本体、 １２：回転カッタヘッド、 ２０：フェースプレート、 ２２：中間部材、 ２４：支持手段、 ２６二案内部材、 ２８ニスリツト、 ３８二カツタビツト・ ４０：チップ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒状のシールド本体と、該シールド本体の前方
   の端部に配置された回転カッタヘッドであって半径方向
   へ伸びる１または複数のスリットを有するフェースプレ
   ート、複数のカッタビットであって各カッタビットが正
   転用のビットと逆転用のビットとからなる複数のカッタ
   ビットを支持して前記各スリット内に配置させる中間部
   材、該中間部材を前記半径方向へ伸びる軸線の回りに揺
   動可能に支持する手段、および該支持手段を前記シール
   ド本体の軸線方向へ移動可能に案内する部材を備える回
   転カッタヘッドと、前記支持手段を前記シールド本体の
   軸線方向へ移動して前記カッタビットを前記フェースプ
   レートの前面に対して進退させる手段とを含み、前記フ
   ェースプレートと前記案内部材とが前記カッタビットの
   掘削反力を受け持つ、シールド型トンネル掘削機。
2. （２）前記カッタビットの掘削反力を受け持つとき、前
   記中間部材が前記フェースプレートに当る、請求項（１
   ）に記載の掘削機。
3. （３）前記フェースプレートは、前記中間部材が当る複
   数のチップを前記スリットの両側縁のそれぞれに半径方
   向に間隔をおいて備える、請求項（１）に記載の掘削機
   。
4. （４）前記カッタビットが後方へ移動して移動限界に達
   したとき、前記カッタビット、前記中間部材および前記
   チップによって前記スリットが実質的に閉じられる、請
   求項（３）に記載の掘削機。
5. （５）前記中間部材と前記チップとは互いに対向する部
   位に、互いに適合する傾斜面を有する、請求項（３）に
   記載の掘削機。
6. （６）前記支持手段は前記中間部材を揺動可能に支持す
   る枢軸を有し、該枢軸が、前記案内部材によって案内さ
   れる前記支持手段の部分よりも前方に位置する、請求項
   （５）に記載の掘削機。
7. （７）前記スリットの両側縁に設けられたチップは、前
   記シールド本体の軸線と前記枢軸の軸線とを含む仮想面
   に対して対称となるように形成され、前記中間部材は揺
   動しない状態のとき、前記仮想面に対して対称となるよ
   うに形成された、請求項（６）に記載の掘削機。
8. （８）前記カッタビットが後方への移動限界に達したと
   き、前記カッタビットは前記フェースプレートの前面か
   ら後方へ間隔をおいて位置する、請求項（１）に記載の
   掘削機。
9. （９）前記支持手段は平板状の被案内部分を備えており
   、前記案内部材は該被案内部分の厚みに相当する間隔を
   おいて配置された２つの板材からなり、これら２つの板
   材が前記被案内部分を案内する、請求項（１）に記載の
   掘削機。