JPH08326481A - カッタ駆動装置及びトンネル掘削機並びにトンネル掘削方法 - Google Patents

カッタ駆動装置及びトンネル掘削機並びにトンネル掘削方法

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JPH08326481A
JPH08326481A JP13071895A JP13071895A JPH08326481A JP H08326481 A JPH08326481 A JP H08326481A JP 13071895 A JP13071895 A JP 13071895A JP 13071895 A JP13071895 A JP 13071895A JP H08326481 A JPH08326481 A JP H08326481A
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Hiroshi Ogawa
博司 小川
Toshifumi Inoue
年史 井上
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カッタ駆動装置及びトンネル掘削機並びにト
ンネル掘削方法において、掘削効率の向上を図ると共に
装置の小型化を図る。 【構成】 掘削機本体11の前端部に一対の円形のカッ
タヘッド12,13を駆動回転自在に設けてこの一対の
円形のカッタヘッド12,13の間に矩形のカッタヘッ
ド14がカッタ駆動装置19によって揺動回転可能に支
持し、この円形のカッタヘッド12,13の外側に小径
のカッタヘッド15,16を揺動回転可能に支持し、矩
形のカッタヘッド14を第1回転軸2により揺動体21
に回転自在に支持して第1駆動モータ23によって一方
方向に駆動回転可能とし、揺動体21を第1回転軸20
に対して偏心した第2回転軸27により掘削機本体11
に回転自在に支持して第2駆動モータ29によって逆方
向に駆動回転可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、岩盤などを掘削して異
形断面形状のトンネルを掘削するトンネル掘削機並びに
トンネル掘削方法に関し、また、このトンネル掘削機に
適用されるカッタ駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的なトンネル掘削機は、円筒形の掘
削機本体の前部に円形のカッタヘッドが回転自在に装着
され、掘削機本体に装着された駆動モータによってカッ
タヘッドが旋回させながら、掘削機本体を前進させるこ
とで、地盤を掘削してトンネルを構築するものである。
【0003】ところで、掘削形成するトンネルは、地下
鉄が走行するためのものの他に、駅の地下道や下水道な
どとして用いられるものがあり、そのトンネルの断面は
円形のみならず、楕円形や四角形、矩形、繭形、馬蹄形
などとなっている。ところが、このような円形以外の異
形断面のトンネルは上述したようなトンネル掘削機で掘
削形成することはできない。そのため、異形断面のトン
ネルを形成するには、掘削機本体の前部に複数のカッタ
ヘッドを装着し、この複数のカッタヘッドの装着位置を
帰ることにより、異形断面のトンネルを形成可能として
いた。
【0004】図5に異形断面トンネルを掘削するための
従来の異形断面トンネル掘削機の正面視、図6に従来の
別の異形断面トンネル掘削機の正面視を示す。
【0005】図5に示す従来の異形断面トンネル掘削機
100は矩形トンネルを掘削するためのものであって、
掘削機本体101の前端部に3つの円形のカッタヘッド
102,103,104が回転自在に装着されている。
そして、このカッタヘッド102,103は隣接して配
設され、カッタヘッド104はこのカッタヘッド10
2,103の間で掘進方向前方に重なるように配設され
ており、それぞれ図示しない駆動モータによって駆動回
転することができる。また、カッタヘッド102,10
3の外方にそれぞれ上下の小型のカッタヘッド105,
106が重なるように配設されており、図示しない駆動
モータによって駆動回転することができる。従って、各
円形のカッタヘッド102,103,104及び小型の
カッタヘッド105,106を駆動回転しながら、掘削
機本体101を前進させることで、矩形断面のトンネル
を掘削形成することができる。
【0006】また、図6に示す従来の異形断面トンネル
掘削機200は繭形トンネルを掘削するためのものであ
って、掘削機本体201の前端部に3つの円形のカッタ
ヘッド202,203,204が回転自在に装着されて
いる。そして、このカッタヘッド202,203は隣接
して配設され、カッタヘッド204はこのカッタヘッド
202,203の間で掘進方向前方に重なるように配設
されており、それぞれ図示しない駆動モータによって駆
動回転することができる。従って、各円形のカッタヘッ
ド202,203,204を駆動回転しながら、掘削機
本体201を前進させることで、繭形断面のトンネルを
掘削形成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述した図5に示す従
来の異形断面トンネル掘削機100にあっては、複数の
カッタヘッド102,103,104,105,106
を組み合わせ、これらを駆動回転しながら前進させるこ
とで、矩形断面のトンネルを掘削形成している。ところ
が、このように複数のカッタヘッド102,103,1
04,105,106によって矩形断面のトンネルを掘
削しようとしても、完全に矩形断面にはならず、未掘削
部Aが発生してしまう。すると、矩形をなす掘削機本体
101の前進時に、この掘削機本体101が未掘削部A
に接触して推進抵抗が大きくなってしまう。そのため、
異形断面トンネル掘削機101の掘削効率が低下してし
まうという問題があった。
【0008】また、前述した図6に示す従来の異形断面
トンネル掘削機200にあっては、3つのカッタヘッド
202,203,204を重ねて組み合わせ、これらを
駆動回転しながら前進させることで、繭形断面のトンネ
ルを掘削形成している。この異形断面トンネル掘削機2
00は異形断面トンネル掘削機100のように未掘削部
は発生しないものの、カッタヘッド204はカッタヘッ
ド203,204と重ねられて配設されており、重複掘
削部Bがが発生してしまう。すると、掘削機自体に不要
部分が発生し、必要以上に装置自体が大型化してしま
い、不経済であるという問題があった。
【0009】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、掘削効率の向上を図ると共に装置の小型化を
図ったカッタ駆動装置及びトンネル掘削機並びにトンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明のカッタ駆動装置は、非円形のカッタヘッドが第1
回転軸により揺動体に回転自在に支持されると共に第1
駆動モータによって一方方向に駆動回転可能とされ、前
記揺動体が前記第1回転軸に対して所定量偏心した第2
回転軸により本体に回転自在に支持されると共に第2駆
動モータによって前記一方方向とは逆方向に駆動回転可
能とされたことを特徴とするものである。
【0011】また、本発明のトンネル掘削機は、掘削機
本体の前端部に一対の円形のカッタヘッドが隣接して設
けられると共に駆動手段によって駆動回転可能とされる
一方、前記一対の円形のカッタヘッドの間で掘進方向前
方あるいは後方に重なるように矩形のカッタヘッドが揺
動自在に支持されると共に揺動手段によって揺動回転可
能とされたことを特徴とするものである。
【0012】また、本発明のトンネル掘削機は、前記一
対の円形のカッタヘッド及び前記矩形のカッタヘッドに
よって構成されるカッタヘッド群の外周部に小径のカッ
タヘッドが揺動回転可能に設けられたことを特徴とする
ものである。
【0013】また、本発明のトンネル掘削機は、前記矩
形のカッタヘッドは第1回転軸により揺動体に回転自在
に支持されて第1駆動モータによって一方方向に駆動回
転可能とされ、前記揺動体は前記第1回転軸に対して所
定量偏心した第2回転軸により掘削機本体に回転自在に
支持されて第2駆動モータによって前記一方方向とは逆
方向に駆動回転可能とされたことを特徴とするものであ
る。
【0014】また、本発明のトンネル掘削方法は、複数
の駆動回転するカッタヘッドによって異形断面のトンネ
ルを掘削するトンネル掘削方法において、隣接して設け
られた一対の円形のカッタヘッドが駆動回転しながら掘
進して一対の平行な円形断面トンネルを形成し、前記一
対の円形のカッタヘッドの間で掘進方向前方あるいは後
方に重なるように設けられた矩形のカッタヘッドが揺動
回転しながら掘進して矩形断面トンネルを形成すること
で、前記一対の円形断面トンネルを連通して異形断面の
トンネルを形成することを特徴とするものである。
【0015】
【作用】本発明のカッタ駆動装置において、第2駆動モ
ータによって第2回転軸を介して揺動体を一方方向に回
転し、且つ、第1駆動モータによって第1回転軸を介し
て非円形のカッタヘッドを揺動体と逆方向に回転する
と、第1回転軸と第2回転軸とが所定量偏心しているこ
とで、非円形のカッタヘッドは自転せずにその姿勢を保
ったまま公転、即ち、揺動することとなる。
【0016】本発明のトンネル掘削機において、一対の
円形のカッタヘッドは駆動手段によって駆動回転するこ
とで掘削機本体の前進に伴って平行な円形断面のトンネ
ルを形成し、この一対の円形のカッタヘッドのに位置す
る矩形のカッタヘッドは揺動手段によって揺動回転する
ことで掘削機本体の前進に伴って一対の円形断面のトン
ネルを連通させるように掘削し、異形断面のトンネルが
形成される。
【0017】また、このトンネル掘削機には、円形のカ
ッタヘッドと矩形のカッタヘッドによるトンネル掘削時
に、このカッタヘッド群の外周部に設けられた小径のカ
ッタヘッドが掘削することで、矩形断面のトンネルが形
成される。
【0018】更に、このトンネル掘削機にて、第2駆動
モータによって第2回転軸を介して揺動体が一方方向に
回転し、且つ、第1駆動モータによって第1回転軸を介
して非円形のカッタヘッドが揺動体と逆方向に回転し、
この場合、第1回転軸と第2回転軸とが所定量偏心して
おり、矩形のカッタヘッドは自転せずにその姿勢を保っ
たまま公転、即ち、揺動することとなり、未掘削部を残
さずに一対の円形断面のトンネルを連通させるように掘
削する。
【0019】本発明のトンネル掘削方法において、隣接
した一対の円形のカッタヘッドは一対の平行な円形断面
トンネルを形成し、矩形のカッタヘッドは矩形断面トン
ネルを形成することで、この一対の円形断面トンネルを
連通して異形断面のトンネルを形成する。
【0020】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0021】図1に本発明の一実施例に係るカッタ駆動
装置が適用されたトンネル掘削機の断面、図2に本実施
例のトンネル掘削機の正面視、図3に矩形カッタヘッド
の作用を表す概略を示す。
【0022】図1及び図2に示すように、本実施例のト
ンネル掘削機10は矩形断面のトンネルを掘削できるよ
うに構成されている。このトンネル掘削機10におい
て、スキンプレート11は矩形の筒状をなしており、前
端部に左右一対の円形のカッタヘッド12,13が配設
されると共に、この左右一対のカッタヘッド12,13
の間には掘進方向後方側に重なるように矩形のカッタヘ
ッド14が配設されている。また、スキンプレート11
の前端両側部には左右一対のカッタヘッド12,13の
掘進方向後方側に重なるように小径のカッタヘッド1
5,16が配設されている。
【0023】各円形のカッタヘッド12,13は中心部
の回転軸17,18が図示しない駆動モータによってそ
れぞれスキンプレート11に回転自在に支持されてい
る。また、矩形のカッタヘッド14はカッタ駆動装置1
9によって揺動自在に支持されている。更に、小径のカ
ッタヘッド15,16は図示しないカッタ駆動装置によ
って揺動自在に支持されている。
【0024】この矩形のカッタヘッド14を揺動自在に
支持するカッタ駆動装置19において、矩形のカッタヘ
ッド14は中心部O1 に第1回転軸20の一端部が固着
されて箱状の揺動体21に回転自在に支持されている。
そして、この第1回転軸20の他端部には第1駆動ギア
22が固結され、この第1駆動ギア22には揺動体21
に装着された第1駆動モータ23の出力ギア24が噛み
合っている。従って、この第1駆動モータ23を駆動す
ると、出力ギア24及び第1駆動ギア22を介して矩形
のカッタヘッド14を中心部O1 を支点として一方方向
に回転させることができる。
【0025】また、一方、スキンプレート11のバルク
ヘッド25にはハウジング26が固定され、このハウジ
ング26にはこのスキンプレート11の中心部O2 に位
置して第2回転軸27が回転自在にしじされている。そ
して、この第2回転軸27の一端部は中心部O2 と中心
部O1 とが所定量Sだけ偏心して揺動体21に固着され
ている。一方、この第2回転軸27の他端部には第2駆
動ギア28が固結され、この第2駆動ギア28にはバル
クヘッド25に装着された第2駆動モータ29の出力ギ
ア30が噛み合っている。従って、この第2駆動モータ
23を駆動すると、出力ギア29及び第2駆動ギア28
を介して揺動体21を中心部O2 を支点として第1回転
軸20(矩形のカッタヘッド14)とは逆方向に回転さ
せることができる。
【0026】なお、小径のカッタヘッド15,16のカ
ッタ駆動装置は矩形のカッタヘッド14のカッタ駆動装
置19とほぼ同様の構成をなしているため、説明は省略
する。
【0027】また、スキンプレート11には円周方向に
複数のシールドジャッキ31が並設されており、後方に
伸びる駆動ロッドの先端部にはスプレッダ32が取付け
られている。このシールドジャッキ31が作動してトン
ネル掘削機の掘進方向後方に駆動ロッドが伸長し、掘削
したトンネル内周面に構築された既設のセグメント33
にスプレッダ32を押し付けることで、その反力により
スキンプレート11を前進することができる。
【0028】而して、本実施例のトンネル掘削機10に
よって岩盤を掘削するには、まず、複数のシールドジャ
ッキ31を伸長し、既設のセグメント33への押し付け
反力によってシールド掘削機本体、即ち、スキンプレー
ト11を前進させる。一方、各円形のカッタヘッド1
2,13及び矩形のカッタヘッド14、小径のカッタヘ
ッド15,16を駆動させ、前方の岩盤を掘削してい
く。
【0029】このとき、各円形のカッタヘッド12,1
3が回転軸17,18を中心として回転することで、ス
キンプレート11の前進に伴って平行な円形断面のトン
ネルを形成する。一方、矩形のカッタヘッド14はカッ
タ駆動装置19によって揺動回転することで、スキンプ
レート11の前進に伴って円形断面のトンネルの間に矩
形断面のトンネルを形成する。更に、小径のカッタヘッ
ド15,16は揺動回転することで、スキンプレート1
1の前進に伴って円形断面のトンネルの外側に矩形断面
のトンネルを形成する。従って、一対の円形断面のトン
ネルはその間の矩形断面のトンネルによって連通し、且
つ、外側の矩形断面のトンネルによって角部が掘削さ
れ、矩形断面のトンネルが掘削形成される。
【0030】即ち、矩形のカッタヘッド14のカッタ駆
動装置19において、第2駆動モータ29を駆動し、出
力ギア30及び駆動ギア28を回転し、第2回転軸27
を介して揺動体21を一方方向に回転する。更に、第1
駆動モータ23を駆動し、出力ギア24及び駆動ギア2
2を回転し、第1回転軸20を介して矩形のカッタヘッ
ド14を揺動体21の回転方向とは逆方向に回転する。
すると、図3に示すように、第2回転軸27はO2 を中
心として時計回り方向に回転し、第1回転軸20はO1
を中心として反時計回り方向に回転することとなり、矩
形のカッタヘッド14は回転が打ち消されて自転はしな
い。ところが、この第1回転軸20と第2回転軸27と
は所定量Sだけ偏心しているので、この矩形のカッタヘ
ッド14はその姿勢を保ったまま公転、即ち、揺動する
こととなる。
【0031】このように本実施例にあっては、一対の円
形のカッタヘッド12,13が一対の平行な円形断面ト
ンネルを形成し、その間に設けられた矩形のカッタヘッ
ド14が矩形断面トンネルを形成することで、この一対
の円形断面トンネルが矩形断面トンネルによって連通
し、矩形断面のトンネルを形成することができ、このと
き矩形のカッタヘッド14が揺動しながら掘削すること
で、未掘削部が発生することはない。
【0032】また、上述の実施例のトンネル掘削機10
にあっては、矩形断面のトンネルを掘削可能としたもの
であるが、トンネルの断面形状はこれに限定されるもの
ではない。
【0033】図4に本発明の他の実施例に係るトンネル
掘削機の正面視を示す。同図に示すように、本実施例の
トンネル掘削機40は繭形断面のトンネルを掘削できる
ように構成されており、繭形のスキンプレート41の前
端部に左右一対の円形のカッタヘッド42,43が配設
されると共に、この左右一対のカッタヘッド42,43
の間には掘進方向後方側に重なるように上下が弧状をな
す矩形のカッタヘッド44が配設されている。そして、
各円形のカッタヘッド42,43は図示しない駆動モー
タによってそれぞれスキンプレート41に回転自在に支
持されている。また、矩形のカッタヘッド44は図示し
ないカッタ駆動装置によって揺動自在に支持されてい
る。なお、この矩形のカッタヘッド44を揺動自在に支
持するカッタ駆動装置は前述のカッタ駆動装置19と同
様の構成であるため、説明は省略する。
【0034】而して、本実施例のトンネル掘削機40に
よって岩盤を掘削するには、シールド掘削機本体、即
ち、スキンプレート41を前進させる一方、各円形のカ
ッタヘッド42,43及び矩形のカッタヘッド44を駆
動させ、前方の岩盤を掘削していく。即ち、各円形のカ
ッタヘッド42,43が回転することで、スキンプレー
ト41の前進に伴って平行な円形断面のトンネルを形成
する。一方、矩形のカッタヘッド44が揺動回転するこ
とで、スキンプレート41の前進に伴って円形断面のト
ンネルの間に矩形断面のトンネルを形成する。従って、
一対の円形断面のトンネルはその間の矩形断面のトンネ
ルによって連通し、繭形断面のトンネルが掘削形成され
る。
【0035】なお、上述の各実施例において、一対の円
形のカッタヘッドの間に矩形のカッタヘッドを設けた
り、円形のカッタヘッドの外側に小径のカッタヘッドを
設けて矩形断面のトンネルや繭形断面のトンネルを形成
したが、揺動する矩形のカッタヘッドの配設位置はこれ
らに限定されるものではなく、掘削するトンネルの断面
形状も矩形や繭形以外のものでも形成可能である。
【0036】
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のカッタ駆動装置によれば、非円形のカッタ
ヘッドを第1回転軸により揺動体に回転自在に支持して
第1駆動モータによって一方方向に駆動回転可能とし、
揺動体を第1回転軸に対して所定量偏心した第2回転軸
により本体に回転自在に支持して第2駆動モータによっ
て一方方向とは逆方向に駆動回転可能としたので、非円
形のカッタヘッドは自転せずにその姿勢を保ったまま公
転、即ち、揺動することとなり、簡単な構造で非円形の
トンネルを掘削することができる。
【0037】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
掘削機本体の前端部に一対の円形のカッタヘッドを隣接
して設けて駆動手段によって駆動回転可能とする一方、
この一対の円形のカッタヘッドの間で掘進方向前方ある
いは後方に重なるように矩形のカッタヘッドを揺動自在
に支持して揺動手段によって揺動回転可能としたので、
円形のカッタヘッドによって平行な円形断面のトンネル
を形成し、矩形のカッタヘッドによってこの円形断面の
トンネルを連通させるように矩形のトンネルを掘削して
異形断面のトンネルを形成することとなり、未掘削部を
発生させずに掘削することで掘削効率の向上を図ること
ができると共に、不要な部分は掘削しないので、装置の
小型化を図ることができる。
【0038】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
この一対の円形のカッタヘッド及び矩形のカッタヘッド
によって構成されるカッタヘッド群の外周部に小径のカ
ッタヘッドを揺動回転可能に設けたので、円形のカッタ
ヘッドによって掘削された円形断面のトンネルの外周部
が小径のカッタヘッドによって掘削されることで、未掘
削部を発生させずに矩形断面のトンネルを掘削すること
ができる。
【0039】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
この矩形のカッタヘッドを第1回転軸により揺動体に回
転自在に支持して第1駆動モータによって一方方向に駆
動回転可能とし、揺動体を第1回転軸に対して所定量偏
心した第2回転軸により掘削機本体に回転自在に支持し
て第2駆動モータによって一方方向とは逆方向に駆動回
転可能としたので、矩形のカッタヘッドは自転せずにそ
の姿勢を保ったまま公転、即ち、揺動することとなり、
未掘削部を残さずに一対の円形断面のトンネルを連通さ
せるように掘削することができる。
【0040】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、隣接して設けられた一対の円形のカッタヘッドが駆
動回転しながら掘進して一対の平行な円形断面トンネル
を形成し、この一対の円形のカッタヘッドの間で掘進方
向前方あるいは後方に重なるように設けられた矩形のカ
ッタヘッドが揺動回転しながら掘進して矩形断面トンネ
ルを形成することで、一対の円形断面トンネルを連通し
て異形断面のトンネルを形成するようにしたので、簡単
な構造で非円形のトンネルを掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るカッタ駆動装置が適用
されたトンネル掘削機の断面図である。
【図2】本実施例のトンネル掘削機の正面図である。
【図3】矩形カッタヘッドの作用を表す概略図である。
【図4】本発明の他の実施例に係るトンネル掘削機の正
面図である。
【図5】異形断面トンネルを掘削するための従来の異形
断面トンネル掘削機の正面図である。
【図6】従来の別の異形断面トンネル掘削機の正面図で
ある。
【符号の説明】
10 トンネル掘削機 11 スキンプレート(掘削機本体) 12,13 円形のカッタヘッド 14 矩形のカッタヘッド 15,16 小径のカッタヘッド 19 カッタ駆動装置 20 第1回転軸 21 揺動体 23 第1駆動モータ 27 第2回転軸 29 第2駆動モータ 40 トンネル掘削機 41 スキンプレート(掘削機本体) 42,43 円形のカッタヘッド 44 矩形のカッタヘッド

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非円形のカッタヘッドが第1回転軸によ
    り揺動体に回転自在に支持されると共に第1駆動モータ
    によって一方方向に駆動回転可能とされ、前記揺動体が
    前記第1回転軸に対して所定量偏心した第2回転軸によ
    り本体に回転自在に支持されると共に第2駆動モータに
    よって前記一方方向とは逆方向に駆動回転可能とされた
    ことを特徴とするカッタ駆動装置。
  2. 【請求項2】 掘削機本体の前端部に一対の円形のカッ
    タヘッドが隣接して設けられると共に駆動手段によって
    駆動回転可能とされる一方、前記一対の円形のカッタヘ
    ッドの間で掘進方向前方あるいは後方に重なるように矩
    形のカッタヘッドが揺動自在に支持されると共に揺動手
    段によって揺動回転可能とされたことを特徴とするトン
    ネル掘削機。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のトンネル掘削機におい
    て、前記一対の円形のカッタヘッド及び前記矩形のカッ
    タヘッドによって構成されるカッタヘッド群の外周部に
    小径のカッタヘッドが揺動回転可能に設けられたことを
    特徴とするトンネル掘削機。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のトンネル掘削機におい
    て、前記矩形のカッタヘッドは第1回転軸により揺動体
    に回転自在に支持されて第1駆動モータによって一方方
    向に駆動回転可能とされ、前記揺動体は前記第1回転軸
    に対して所定量偏心した第2回転軸により掘削機本体に
    回転自在に支持されて第2駆動モータによって前記一方
    方向とは逆方向に駆動回転可能とされたことを特徴とす
    るトンネル掘削機。
  5. 【請求項5】 複数の駆動回転するカッタヘッドによっ
    て異形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削方法にお
    いて、隣接して設けられた一対の円形のカッタヘッドが
    駆動回転しながら掘進して一対の平行な円形断面トンネ
    ルを形成し、前記一対の円形のカッタヘッドの間で掘進
    方向前方あるいは後方に重なるように設けられた矩形の
    カッタヘッドが揺動回転しながら掘進して矩形断面トン
    ネルを形成することで、前記一対の円形断面トンネルを
    連通して異形断面のトンネルを形成することを特徴とす
    るトンネル掘削方法。
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