JPH079147B2 - 地中掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は複線の鉄道、道路などを地中に構築する場合等
に用いられる多連形の地中掘削機に関する。

（従来の技術） 従来、１台のシールド機による一つの掘削工事によっ
て、複数の地下鉄道路のような地中構造物の構築に適し
た特有の断面形状を有する横坑を掘削して形成する地中
掘削機は、例えば第５図（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、中央にセンターシャフト231を有する２基の回転カ
ッタ230a,230bが前面に夫々多数のビット232a,232bを有
するスポーク233a,233bを備えていた。そして、前記セ
ンターシャフト231は軸受兼シール234を介して隔壁235
に取付けられ、駆動装置236により各回転カッタ230a,23
0bが回転するとき、相互に接触しないようにスポーク23
3a,233bを歯車の歯のように噛み合いの関係に配置して
いた。

しかし、トンネルの切削断面が大きくなると、掘削ビッ
ト232a,232bの数量を多くしなければならないと共に、
カッタスポーク233a,233bの数も多くしなければならな
かった。また、隣接する円のカッタスポーク233a,233b
が歯車のように噛み合う関係上、多数のカッタスポーク
233a,233bが回転する場合、衝突しないように円を遠ざ
けることにより、隣接する円の中心が近い多連形トンネ
ルを構築するのが困難になるという問題があった。

さらに、掘削ビット232a,232bは、外周になるほど切削
長が増えて摩耗量が大きくなったり、大口径掘削機の低
回転に伴う攪伴作用の低下等、多くの問題があった。

そこて、上記問題点を解決するために、本願出願人によ
って昭和63年12月27日付で、特願昭63−330242号が出願
されている。

この先行出願は現時点では、まだ出願公開されておら
ず、よって従来技術とは異なり、いわば本発明と関連す
る先行技術である。

しかして、当該先行する関連技術は、第４図（ａ），
（ｂ）に示されるように、太陽カッタ103,143,遊星カッ
タ104a,104b,144a,144b,の回転装置は全て隔壁114の後
方に設けられ、太陽カッタ103,143と遊星カッタ104a,10
4b,144a,144bとを公転できるように固定している部分
は、隔壁114の一部である隔壁115となっていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記関連技術における多連形の地中掘削
機101においては、１つの円内の太陽カッタ103,143と遊
星カッタ104a,104bはそれぞれ軸受け120,106a,106bを介
して公転する隔壁115に固定されているので、大口径ト
ンネルになると、隔壁115のシールおよび軸受128は大変
大きなものが必要となり、また、必要な公転する隔壁11
5の径に加えて、シールおよび軸受128の幅も必要であ
り、かつ隣合うシールおよび軸受128相互は接触するこ
となく、組み込まなければならないため、各円の位置関
係が制限されるといった課題がある。

また、太陽カッタ103,143および遊星カッタ104a,104b,1
44a,144bを自転させる回転位置が隔壁114の後方に突出
しているので、その回転範囲内には何も配置することが
できず、よって掘削機内の空間の有効利用が難しく、や
やもすると機長が長くなってしまう問題が生じるといっ
た課題を有している。

本発明はこのようなことに鑑み提案されたもので、その
目的とするところは、シールおよび軸が小さなもので良
くなり、かつ各円の離心距離を大巾に小さくできるとと
もに、掘削機内の空間の有効利用ができ、しかも掘削土
の固結を有効に防止し得る地中掘削機を提供するにあ
る。

（課題を解決するための手段） すなわち、重複円断面を有するシールド外筒の前方に隔
壁を設け、その隔壁と切羽の間を切羽室とし、太陽カッ
タの両側の遊星カッタを配置した複数のカッタからなる
カッタ群を各円の略中心に設け、各カッタ群の公転用ア
ームの駆動軸を前記隔壁を貫通させて公転可能に軸支
し、前記公転用アームの前方に太陽カッタを自転可能に
軸支し、前記公転用アームの前方に遊星カッタを自転可
能に軸支し、前記太陽カッタ及び遊星カッタの自転用駆
動装置を公転用アーム内及び公転用駆動軸内に各独立し
て設け、それら各円のカッタ群が隣接する円のカッタ群
に接触することなく公転し、かつ太陽カッタと遊星カッ
タが自転して切羽を掘削することにより、上記目的を達
成している。

（作用） 上記のように構成することにより本発明では、掘削具の
集合であるカッタ群を公転させる駆動軸、つまり公転用
アームの隔壁を貫通する径が小さくできるので、シール
および軸受も小さなものですむようにしている。

また、公転用アームの一部が切羽室内に収まっており、
円型にする必要がなく、例えば長小判型等にできるた
め、従来の方法に比べ大幅に各円の離心距離を小さくで
きる。

さらに、公転用アームが切羽室内を公転するので、掘削
土の固結を防止することもできる。

（実施例１） 第１図（ａ），（ｂ）は、本発明に係る地中掘削機の第
１実施例の全体構成を示すもので、この実施例の多連形
の地中掘削機１は、カッタが同一平面にある時、衝突の
生じないように運動する２基のカッタ群2,52から成って
いる。

前記各カッタ群2,52は、それぞれ図示の状態では上下に
設けられ、かつ配列が遊星歯車列に類似し、各カッタは
実際に噛み合って回転するものではないが、中心に自転
可能に配置された太陽カッタ3,53をその同一径線上に配
置され自転しながら太陽カッタ3,53の周りを公転する各
２つの遊星カッタ4a,4b,54a,54bを有している。

しかして、図中５は、例えば鋼板から成るシールド外筒
で、２つの円をそれらの中心間の距離がその円の半径よ
りも大きいが直径よりも小さくなるようにして横また縦
に並べ重複円断面トンネルとした場合、前記２つの円の
外周縁がいわゆるまゆ形、あるいはダルマ形状等をなし
ている。また、６はこのシールド外筒５の前端側に形成
される切羽室であり、2,52は前述したように、外筒５の
断面外形を形成する２つの円の中心を回転中心とする公
転、かつ自転可能な２基の回転可能なカッタ群である。

ここで、前記２基のカッタ群2,52はその構成が全く同一
であるので、以下一方のカッタ群２の構成について説明
することとする。

前記遊星カッタ4a,4bは自転しながら太陽カッタ３の回
りを公転するもので、それぞれ中央にシャフト7a,7bを
備え、このシャフト7a,7bはシール兼軸受8a,8bを介して
後述する公転用アーム15に取付けられ、また、シャフト
7a,7bの前方にはカッタスポークにてなるカッタヘッド9
a,9bが設けられ、その前面に複数のカッタビット10a,10
bが取付けられ、後面には後方に向かって延びる攪伴
翼、11a,11bが取付けられ、またカッタヘッド9a,9bの外
周部を連結し前面に多数のカッタビット10a,10bが設け
られた環状部材12a,12bによって構成される。

さらに、前記太陽カッタ３は自転するもので、前述の遊
星カッタ4a,4bの中央部前面に設けられ、遊星カッタ4a,
4bにて掘り残した掘削断面を、補うものである。この太
陽カッタ３は中央にシャフト13を備え、このシャフト13
はシール兼軸受14を介して後述の公転用アーム15に取付
けられ、かつシャフト13の前方にはカッタスポークから
なるカッタヘッド16が設けられ、その前面に複数のカッ
タビット17が取付けられ、後面には攪伴翼18が取付けら
れ、カッタヘッド16の外周部を連結し前面に多数のカッ
タビット17が設けられた環状部材19によって構成され
る。

次に駆動装置の説明をする。前述にように太陽カッタ３
および遊星カッタ4a,4bはそれぞれシャフト7a,7b,13の
後方に設けられたシール兼軸受8a,8b,14を介して公転用
アーム15に取付けられている。この公転用アーム15はカ
ッタ群２全体をシールド外筒５の円内において公転させ
るもので、内部は中空状になっており、隔壁20の前方の
切羽室６内に位置し、かつ外周部に放射状に延びる攪伴
翼21が突設され、ほぼ長円形ないし楕円形状をなした突
出部15aと、そのほぼ中央部から軸受22を介し隔壁20の
後方に延びる公転用駆動軸15bとからなり、公転用駆動
軸15bの後方外周には歯車23が設けられている。そし
て、この歯車23はピニオン24と噛合し、ピンオン24は隔
壁20の後方に立設された仕切壁25に設けられた公転用ア
ーム駆動用の例えば油圧モータからなる駆動源26の駆動
軸に設けられ、この駆動源26によって公転用アーム15、
ひいては切羽切削用のカッタ群２が回転するように構成
されている。

次にカッタ群２を構成する太陽カッタ３の駆動装置につ
いて説明する。太陽カッタ３のシャフト13は公転用アー
ム15の前面中央部をシール兼軸受14を介し貫通され、後
方に向かって延びている。そして仕切壁25の後方には油
圧モータの如き太陽カッタ駆動用の駆動源27が設けら
れ、その駆動軸にピニオン28が設けられ、このピニオン
28はシャフト13の後部に設けられた歯車29と噛合され、
駆動源27によって太陽カッタ３は回転可能となってい
る。換言すると、円のほぼ中心に自転用駆動部である駆
動源27が設けられ、その前方に前部にカッタ群２を備え
る公転用アーム15が設けられている。

次に同じくカッタ群２を構成している他の遊星カッタ4
a,4bについて説明する。各遊星カッタ4a,4bのシャフト7
a,7bはそれぞれシール兼軸受8a,8bを介し公転用アーム1
5の突出部15a内に延び、かつ突出部15a内におけるシャ
フト外周には遊星スプロケット30a,30bがそれぞれ設け
られている。また、これらの中央部に位置する太陽カッ
タ３のシャフト13の外周には円筒状シャフト32が設けら
れ、その外周には前後して一対の太陽スプロケット31a,
31bが設けられ、一方の太陽スプロケット31aと一方の遊
星スプロケット30a同志、他方の太陽スプロケット31bと
他方の遊星スプロケット30b同志はそれぞれチェーン33,
34を介し連結されている。円筒状シャフト32は軸受35,3
6を介し公転用アーム15の公転用駆動軸15b内を貫設さ
れ、かつ後方に突出し、その部分には歯車37が設けられ
ている。そして、この歯車37は駆動源38の駆動軸に設け
られたピニオン39と噛合され、駆動源38によって円筒状
シャフト32を回転させ、太陽スプロケット31a,31bがチ
ェーン33,34を介し遊星スプロケット30a,30bに動力を伝
達し、これによって各遊星カッタ4a,4bは自転しながら
太陽カッタ３の回りを公転可能になっている。

その他、図中39Aはスクリューコンベアの如き排土装置
で、前端は隔壁20の下部に接続され、かつ後方は仕切壁
25を貫通し、抗内側に立上げられている。また、40は掘
進用のシールドジャッキである。

次に、この実施例の動作について説明する。

この多連形地中掘削機１において、太陽カッタ３は駆動
源27によって自転される。また、遊星カッタ4a,4bは、
駆動源38によって太陽スプロケット31a,31bから遊星ス
プロケット30a,30bにチェーン33,34を介して自転され
る。さらに、カッタ群２全体は各円の中心にそれぞれ設
けられた駆動源26によって回転するが、カッタ群52と互
いに歯車の歯のように噛み合いの関係となるので、接触
しないで回転することができる。

しかして、各カッタが駆動されると各々のカッタヘッド
9a,9bに取付けられた掘削用のカッタビット10a,10b,17
がほぼ平均的に掘削面積を掘ることになる。掘削された
切羽の土砂は切羽室６に入り、作泥土材注入管（図示せ
ず）から、切羽室６内に、例えばベントナイトやCMC水
溶液または気泡が混合された空気連行剤の如き作泥土材
が注入され、これによって切羽室６内に入り込んだ掘削
土砂が攪伴翼11a,11b,18,21および、公転用アーム15全
体で攪伴され、流動性と不透水性の泥土に変換される。
この泥土は、切羽室６内に充満し、泥土の圧力が切羽の
土圧および地下水圧と同等になるように隔壁20に設けら
れた圧力計（図示せず）により管理され、シールドジャ
ッキ40によってシールド外筒５が推進される。このと
き、スクリューコンベア等の排土装置39によって排土量
を調整しながら、切羽の崩壊が防止され掘削管理が行わ
れる。

なお、上記実施例においてカッタ群2,52には３つの回転
カッタがそれぞれ装備されている場合について説明した
が、１つの場合でも良く、逆にそれ以上でも良い。

また、本工法は、泥土圧式で説明しているが土圧式およ
び泥水式シールド工法等にも適用し得るものである。カ
ッタヘッドもスポークタイプでなく、面板タイプとして
も良い。

また、各公転用アーム15は同一径で説明したが異なる径
の組合せでも良い。

さらに、図示および詳細な説明は省略するが、多連形ト
ンネル掘削機において、各カッタ群が同一平面にある場
合、衝突が起こらないようにする同期制御は、機械的に
も電気的にも既に実用化されている。

（実施例２） 第２図（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施例を示すもの
で、この実施例では公転用アーム15内に自転用駆動源を
組込み、第１実施例に比べ駆動機構を簡素化したことに
特徴を有している。

すなわち、図中41は太陽カッタ３を駆動するための駆動
源であり、公転用アーム15内に適宜の固定手段を介し設
けられ、そのピニオン42がシャフト13に設けられた歯車
43に噛合している。

また、44a,44bは遊星カッタ4a,4bを駆動するための駆動
源であり、上記と同様に構成されている。

その他の構成、作用は第１実施例と同様である。

（実施例３） 第３図（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例を示すもの
で、この実施例では遊星カッタ4a,4bへの動力伝達機構
をギヤ方式としたことに特徴を有している。

すなわち、円筒状シャフト32の前方に前後して太陽ギヤ
45a,45bを設け、また、各シャフト7a,7bに遊星ギヤ46a,
46bがそれぞれ設けられて、かつそれらの間に中間ギヤ4
7a,47bが設けられ、駆動源27によって円筒状シャフト32
を回転させ、前１各ギヤ機構を介し各遊星カッタ7a,7b
を自転させるように構成している。

他の構成、作用は第１実施例と同様である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、重複円断面を有するシー
ルド外筒の前方に隔壁を設け、その隔壁と切羽の間を切
羽室とし、太陽カッタの両側に遊星カッタを配置した複
数のカッタからなるカッタ群を各円の略中心に設け、各
カッタ群の公転用アームの駆動軸を前記隔壁を貫通させ
て公転可能に軸支し、前記公転用アームの前方に太陽カ
ッタを自転可能に軸支し、前記公転用アームの前方に遊
星カッタを自転可能に軸支し、前記太陽カッタ及び遊星
カッタの自転用駆動装置を公転用アーム内及び公転用駆
動軸内に各独立して設け、それら各円のカッタ群が隣接
する円のカッタ群に接触することなく公転し、かつ太陽
カッタと遊星カッタが自転して切羽を掘削することによ
り各隣合う円の離心距離を短くできるので、シールおよ
び軸受も小さくできる。

また、公転用アーム内に動力伝達装置や駆動源の如き自
転用回転装置を組み込むことで掘削機内を有効に利用で
きる。

さらに、切羽室内に公転用アームの前方があるために掘
削土の固結防止に利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明にかかる地中掘削機の第１実施例
の縦断面図、同図（ｂ）は（ａ）図中Ａ−Ａ線断面矢視
図、第２図（ａ）は第２実施例の縦断面図、同図（ｂ）
はＡ′−Ａ′矢視図、第３図（ａ）は第３実施例の縦断
面図、第３図（ｂ）はＡ″−Ａ″矢視図、第４図
（ａ），（ｂ）は本願出願人による先行関連技術の縦断
面図、正面図、第５図（ａ）は、従来の多連形地中掘削
機の縦断面図、（ｂ）図は正面図である。 １……地中掘削機 2,52……カッタ群、3,53……太陽カッタ 4a,4b,54a,54b……遊星カッタ ５……シールド外筒、６……切羽室 7a,7b……シャフト、8a,8b……シール兼軸受 9a,9b……カッタヘッド 10a,10b……カッタビット 11a,11b……攪伴翼、12a,12b……置状部材 13……シャフト、14……シール兼軸受 15……公転用アーム、16……カッタヘッド 17……カッタビット、18……攪伴翼 19……置状部材、20……隔壁、21……攪伴翼 22……軸受、23……歯車、24……ピニオン 25……仕切壁、26……駆動源、27……駆動源 28……ピニオン、29……歯車 30a,30b……遊星スプロケット 31a,31b……太陽スプロケット 32……円筒状シャフト、33……チェーン 34……チェーン、35……軸受、36……軸受 37……歯車、38……駆動源、39A……排土装置 40……シールドジャッキ、41……駆動源 42……ピニオン、43……歯車 44a,44b……駆動源、45a,45b……太陽ギヤ 46a,46b……遊星ギヤ、47a,47b……中間ギヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−99597（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176095（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−87297（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重複円断面を有するシールド外筒の前方に
   隔壁を設け、 その隔壁と切羽の間を切羽室とし、 太陽カッタの両側に遊星カッタを配置した複数のカッタ
   からなるカッタ群を各円の略中心に設け、 各カッタ群の公転用アームの駆動軸を前記隔壁を貫通さ
   せて公転可能に軸支し、 前記公転用アームの前方に太陽カッタを自転可能に軸支
   し、 前記公転用アームの前方に遊星カッタを自転可能に軸支
   し、 前記太陽カッタ及び遊星カッタの自転用駆動装置を公転
   用アーム内及び公転用駆動軸内に各独立して設け、 それら各円のカッタ群が隣接する円のカッタ群に接触す
   ることなく公転し、かつ太陽カッタを遊星カッタが自転
   して切羽を掘削することを特徴とした地中掘削機。