JPH09158676A - 地中掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 カッタトルクを小さくでき、駆動モータの出
力、電力設備、消費電力等の軽減、練り混ぜの向上、カ
ッタビットの摩耗量を低減し、長距離掘進に優れたカッ
ターフレームが平行リンク運動をなす地中掘削機を提供
する。 【解決手段】 複数の回転軸２１を有し、これらの回転
軸から回転子３を介し軸支部４を設け、これらの軸支部
４と連結されたカッターフレーム２が平行リンク運動を
する地中掘削機において、シールド筒１はほぼ円形をな
し、かつカッターフレームは外周側の円形フレーム７と
その内側の多角形フレーム５とを備え、円形フレーム７
は複数に分割され、各分割部分と多角形フレーム５とは
オーバーカッタジャッキ１２により連結され、かつ余掘
り可能に移動自在であるとともに、カッターフレームの
後部に後方に延びる撹拌翼１８が設けられ、かつ回転子
３にも長さ方向に延びる撹拌翼１０が設けられ、回転半
径の異なる大径と小径の軌跡を描いて撹拌運動を行う構
成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は地中に円形断面の
トンネルを構築する際に用いられる地中掘削機にかか
り、詳しくは平行リンク運動を行うカッターを備えた円
形の地中掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中掘削機としては、いわゆる多連形の
ものや、矩形断面を掘削するものなど種々のタイプのも
のが存在するが、従来から一般的なものとしては円形の
掘削断面を得るものが比較的多く使用されている実情に
ある。

【０００３】すなわち、図６は従来から一般的に使用さ
れている円形断面の地中掘削機の正面図、図７はその内
部構造を示す縦断面図を示す。

【０００４】この地中掘削機３０は、回転軸３１が設け
られ、かつ中央の回転軸３１ａの前端にはフィシュテー
ル状の中央ビット３２が設けられているとともに、放射
状に延び、かつ前面に多数のビットを有するカッターフ
レーム３３が設けられている。また、回転軸３１の後方
はベアリング３４を介し隔壁３５を貫設され、カッター
フレーム３３は回転軸３１による中間支持方式となって
おり、駆動モータ３６や歯車等からなる伝達機構と連結
され、正逆回転自在となっている。

【０００５】その他、図中３７はほぼ円形のシールド
筒、３８はシールド筒３７内の前部に形成された切羽
室、３９はシールドジャッキ、４０はスクリュウコンベ
アの如き排土装置である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の中間支持タイプの泥水加圧式の地中掘削機３０で
は、回転軸３１からカッターフレーム３３の力の作用位
置までの距離が長いため、カッタトルクが大であり、カ
ッタトルクが大きくなると、駆動モータ３６の出力、電
力設備も大きくなり、電力の消費量が増大する、という
課題があった。

【０００７】また、大口径断面になると、その分カッタ
ーフレーム３３のカッタースポークも放射状に延び、そ
の外周に比べ中心に近い部分の周速が遅くなり、切羽室
３８内に取り込んだ削土と注入管ａから噴出した作泥土
材との練り混ぜが不十分になる。泥土加圧式のもので
は、練り混ぜた泥土によって切羽の崩壊を押えつつ掘削
するため、練り混ぜ効率が良い方が良い。

【０００８】中心付近の練り混ぜを十分に行うには、図
７に示すように、切羽室３８内に設けた別駆動のアジテ
ータ４１が必要となり、さらに電力消費量が増える、と
いう課題があった。

【０００９】さらに、カッターフレーム３３の前部の外
周寄りのカッタビット３３ａの摺動距離が中心側に比べ
長いため、その摩耗量が多い、という課題があった。

【００１０】すなわち、例えばφ１０ｍの地中掘削機の
場合、最外周ビットの摺動距離は３１．４ｍ／（１回
転）となり、摩耗量が多いため、長距離掘進を行う場
合、カッタビット３３ａの交換回数が多くなり、不経済
である。また、このカッタビット３３ａの交換は、薬液
注入による地盤改良が必要となる他、地山内に人間が入
って作業を行うため、危険を伴う、という課題があっ
た。

【００１１】また、カッターフレーム３３の回転中心と
地中掘削機３０の中心が一致しているため、回転してい
るカッターフレーム３３の反力によりローリングが発生
しやすく、ローリングした場合、姿勢を制御する必要性
が生じ施工管理の手間が多くなり、掘削の作業性が悪
い、という課題があった。

【００１２】しかして、ローリング修正や曲線区間の掘
進時にはカッターフレーム３３の先端に設けられたコピ
ーカッタ４２を適宜出し入れすることによって余掘りを
行っているが、カッターフレーム３３が周回する間に１
〜数回、シールドジャッキ３９による出し入れを行う必
要があるため、故障が起き易い、という課題があった。

【００１３】また、同時に注入管ａの突出部が未掘削と
なるため、硬い地盤では掘削の抵抗となり、軟質地盤で
は地山を乱して沈下の原因となる、という課題があっ
た。

【００１４】また、中間支持タイプの地中掘削機３０で
は断面が大口径化する程、回転軸３１も太くなり、それ
を回転自在に支える軸受けのベアリング３４も大型化す
るため、その製作も大変であり、かつ地中掘削機自体も
大型化するため、運搬、組立等に手間や費用がかかる、
という課題があった。

【００１５】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、中間支持タイプの上
記欠点を除去し、中間支持タイプのものに比べカッタト
ルクを小さくでき、よって駆動モータの出力、電力設
備、消費電力等も軽減でき、また、練り混ぜ機能にも優
れ、また、カッタビットの摩耗量も少ないため、長距離
掘進に適し、かつビット交換がなくなるかあるいは回数
が少なくなるので、その分、安全性も向上した平行リン
ク運動をするカッターフレームを備えた円形の地中掘削
機を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の回転軸
２１を有し、これらの回転軸２１から回転子３を介し回
転軸２１の中心からそれぞれ等距離に偏心した位置に軸
支部４を設け、これらの軸支部４と連結されたカッター
フレーム２が平行リンク運動をする地中掘削機におい
て、シールド筒１はほぼ円形をなし、カッタビット１１
が設けられた前記カッターフレーム２は円形断面を得る
べく平行リンク運動をなし、かつカッターフレーム２は
外周側の円形フレーム７とその内側の多角形フレーム５
とを備え、円形フレーム７は複数に分割され、各分割部
分と多角形フレーム５とはオーバーカッタジャッキ１２
により連結され、かつ余掘り可能に移動自在であるとと
もに、カッターフレーム２の後部に後方に延びる撹拌翼
１８が設けられ、かつ前記回転子３にも長さ方向に延び
る撹拌翼１０が設けられ、各撹拌翼１８，１０は異なる
位置に設けられ、回転半径の異なる大径と小径の軌跡を
描いて撹拌運動を行う構成として上記目的を達成してい
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例の正面
図、図２は内部構造を示す縦断面図を示す。この実施例
における地中掘削機は、ほぼ円形のシールド筒１内に、
平行リンク運動をなし、シールド筒形状とほぼ対応し円
形の掘削断面を得ることのできるカッターフレーム２を
備えたことを特徴としている。

【００１８】このような平行リンク運動をなすカッター
フレーム２を備えた地中掘削機のことを商品名ＤＰＬＥ
Ｘシールドと称している。

【００１９】しかして、カッターフレーム２は複数の回
転子３に突設された軸支部４と連結され支持され、平行
リンク運動を行うように構成されている。回転子３は正
面から見て例えば偏心カムのような形状をなし、図示の
例では上方部に一対、ほぼ中央部のや横方向に一対、下
方部に一対、計６個設けられ、これらの回転子３の中心
からそれぞれ等距離に偏心した位置にカッターフレーム
２を支持する前記軸支部４が設けられている。これらの
軸支部４は、図１から明らかなように、正六角形の頂部
に位置して設けられ、それらの軸支部４に取付けられた
カッターフレーム２は正六角形の辺からなる六角形フレ
ーム５と対角をなす対角フレーム６を有している。図示
の実施例では、内側を六角形としているが、例えば八角
形のように、その他の多角形としても良い。

【００２０】また、カッターフレーム２は、六角形フレ
ーム５の外側に４分割された円形フレーム７を有してい
る。すなわち、換言すると、円形フレーム７の内側に正
六角形に組込まれた六角形フレーム５が設けられ、この
六角形フレーム５の各対角には補強兼未掘削防止用の対
角フレーム６が設けられている。

【００２１】また、六角形フレーム５は、各辺の結合部
分に連結部８が設けられ、各連結部８の背面部に軸支部
４が連結されている。また、対角フレーム６の中央、つ
まり六角形フレーム５の中央には、正面から見て例えば
ほぼ正六角形をなす複数のビットを有する中央ビット部
９が設けられている。

【００２２】また、六角形フレーム５の背面側にある各
回転子３には、図１および図２に示すように、それぞれ
撹拌翼１０が突設されている。これらの撹拌翼１０は断
面ほぼＴ字状をなし、図示の状態において上方に向かっ
て回転子３の長さ方向に突設されている。

【００２３】また，対角フレーム６を有する六角形フレ
ーム５および連結部８の前面等には地山を掘削するため
のカッタビット１１が多数設けられている。

【００２４】４分割され、かつ前面等にカッタビット１
１が設けられた円形フレーム７は、図示の配置状態にお
いて、それぞれ上下の位置に設けられ、ほぼ同じ長さと
なっている第１，第２の弧状フレーム７ａ，７ｂと、そ
れぞれ左右の位置に設けられ、第１，第２の弧状フレー
ム７ａ，７ｂより長い第３，第４の弧状フレーム７ｃ，
７ｄとからなり、それぞれは分割され、かつ外周側にそ
れぞれ独立して移動自在になっており、余掘りができる
ようになっている。

【００２５】円形フレーム７と六角形フレーム５とは、
図１に示されるように、オーバーカッタジャッキ１２に
て連結され、オーバーカッタジャッキ１２の伸長により
必要部分を外周側へ移動させ余掘りができるように構成
されている。

【００２６】すなわち、上下に配された第１，第２の弧
状フレーム７ａ，７ｂと六角形フレーム５の上下の辺の
両端に設けられた各連結部８の部分間に連結部材として
も機能するオーバーカッタジャッキ１２の基端および先
端部が設けられている。

【００２７】また、左右に配された第３，第４の弧状フ
レーム７ｃ，７ｄと六角形フレーム５の左右にそれぞれ
位置する３カ所の各連結部８間にオーバーカッタジャッ
キ１２がそれぞれ設けられている。

【００２８】また、第１〜第４の弧状フレーム７ａ〜７
ｄの外周部にはほぼＴ字状をなすオーバーカッタビット
１３が設けられている。この場合、図４に示すように、
第１，第２の弧状フレーム７ａ，７ｂの例えば両側に設
けられたオーバーカッタビット１３はオーバーカッタジ
ャッキ１２′を介し弧状フレーム７ａ，７ｂに取付けら
れており、オーバーカッタジャッキ１２′を伸長させる
ことによっても上下部分の余掘りを出来るようになって
いる。他のオーバーカッタビット１３も必要に応じこの
ように構成して所望の如く余掘りが出来るようにしても
良い。

【００２９】再び図１において、第１の弧状フレーム７
ａは中心からの角度は約５０°〜６０°の範囲で、第４
の弧状フレーム７ｄは約１２０°〜１３０°の範囲の長
さで形成されている。第２，第３の弧状フレーム７ｂ，
７ｃも同様である。このような範囲とすると必要な余掘
りができるためである。

【００３０】その他、図１中、１ａはシールド筒１に設
けられた裏込材注入口、１４はシールド筒１の前方内に
設けられ切羽室１５を区画形成する隔壁、１６はその下
方中央に設けられ、切羽室１５内の泥土を掘進に伴って
後方へ排出する排土口である。

【００３１】また、図２中１７は上記排土口１６の後方
に設けられた排土装置、１ｂはシールド筒１の前方に設
けられたフード、１８はカッターフレーム２の後方の中
央および周囲の６ケ所に設けられた撹拌翼で、後方に向
かって延びている。１９は隔壁１４の後方に適宜の支持
部材２０を介し設けられた駆動モータで、その駆動軸は
歯車を介し回転軸２１の後部に連結されている。回転軸
２１の前端は隔壁１４を貫通して切羽室１５側へ延び、
前端に偏心カム状の回転子３が設けられ、この回転子３
に軸支部４が設けられ、この軸支部４はカッターフレー
ム２に連結されている。

【００３２】また、２ａはカッターフレーム２の前面に
開口した作泥材噴出口で、フレーム内部、軸支部４、回
転子３、回転軸２１の内部等に設けられた管は隔壁１４
を介し坑内側へのスイベルジョント等に接続され、周知
のように坑内側から必要に応じ、ベントナイト溶液等の
如きいわゆる作泥土材が管を介し作泥材噴出口２ａから
切羽等へ噴出される。削土は切羽室１５内に取込まれ、
撹拌翼１０，１８によって撹拌され、いわゆる泥土に変
換され、この泥土によって切羽の崩壊を押えつつ掘進が
行われる。

【００３３】図３は撹拌翼１０，１８の軌跡であり、そ
れぞれ回転半径および周速の異なる大径と小径の軌跡と
なり、重複部分もあり、切羽室１５の全体を効率良く撹
拌することができる。

【００３４】地山の掘削はカッターフレーム２を介し行
われる。このカッターフレーム２は前述のように駆動モ
ータ１９等を回転させることにより平行リンク運動を行
い、シールド筒１の円形にほぼ沿って円形断面の掘削を
行う。

【００３５】従来の中間支持方式のものにおいて、例え
ばφ１０ｍの地中掘削機では、回転運動を行う最外周ビ
ットの摺動距離は３１．４ｍ／（１回転）となる。これ
に対し、本発明では、φ１０ｍの場合、回転子３の半径
が１．２ｍ程度で平行リンク運動であるため、すべての
カッタビット１１の摺動距離がほぼ７．６ｍ／（１回
転）となり、摺動距離が中間支持方式のものに比べ少な
い。したがって、カッタビット１１の摩耗量も少なく、
長距離掘進を行う場合、交換や安全面等において非常に
有利である。

【００３６】また、カッターフレーム２は回転運動では
なく平行リンク運動のため、ローリングも発生しにく
く、制御等の施工管理も楽である。

【００３７】しかして、曲線区間の掘進等には、所望の
位置のオーバーカッタジャッキ１２を操作し、例えば図
４に示す如く、所望のようにカッターフレーム２の側方
の第３，第４の弧状フレーム７ｃ，７ｄを移動させ、オ
ーバーカットを行えば良い。

【００３８】なお、図５は側方オーバーカット時のオー
バーカッタビット１３の軌跡である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように請求項１記載のように、複
数の回転軸２１を有し、これらの回転軸２１から回転子
３を介し回転軸２１の中心からそれぞれ等距離に偏心し
た位置に軸支部４を設け、これらの軸支部４と連結され
たカッターフレーム２が平行リンク運動をする地中掘削
機において、シールド筒１はほぼ円形をなし、前記カッ
ターフレーム２は円形断面を得るべく平行リンク運動を
なし、かつカッターフレーム２は外周側の円形フレーム
７とその内側の多角形フレーム５とを備え、円形フレー
ム７は複数に分割され、各分割部分と多角形フレーム５
とはオーバーカッタジャッキ１２により連結され、かつ
余掘り可能に移動自在であるとともに、カッターフレー
ム２の後部に後方に延びる撹拌翼１８が設けられ、かつ
前記回転子３にも長さ方向に延びる撹拌翼１０が設けら
れ、各撹拌翼１８，１０は異なる位置に設けられ、回転
半径の異なる大径と小径の軌跡を描いて撹拌運動を行う
構成としており、掘進時にカッターフレーム２には、 （１）掘削時の前面土圧による摩擦抵抗 （２）撹拌混合抵抗 （３）切削抵抗 （４）土砂押しのけ抵抗 が作用する。

【００４０】従来の中間支持式では、回転軸から上記抵
抗力の作用位置までの距離が長いため、必要なカッタト
ルクは大きくなる。しかしながら、本発明のように、カ
ッターフレーム２が平行リンク運動をする場合、回転子
３の半径が回転軸２１からの作用距離となり、カッタト
ルクは小さくてすむ。

【００４１】カッタトルクが小さいため、駆動モータ１
９の出力および電力設備が小さくなり、電力消費量も少
なくなる。

【００４２】各カッタビット１１は回転子長を半径とし
た円運動をすることから、個々のカッタビット１１の切
削距離は均一で摺動距離も短い。よって、カッタビット
１１の摩耗量が少なく、カッタビット１１の交換を行わ
ずに長距離掘進が可能である。

【００４３】また、カッタビット１１の交換が必要とな
る場合でも、交換の回数が少なくてすみ、より安全であ
る。本発明のいわゆる商品名ＤＰＬＥＸ方式では、断面
が大口径化する程、従来の中間支持方式よりカッタビッ
ト１１の摩耗量、電力消費量共に、より有利である。

【００４４】カッターフレーム２がシールド筒１の中心
から偏心して平行リンク運動をするため、ローリングを
発生させる回転モーメントが小さく、ローリングしにく
く、作業が楽である。

【００４５】カッターフレーム２に取付けられた撹拌翼
１８は、回転子３と同じ半径の軌跡を描き、回転子３に
取付けられた撹拌翼１０は、回転子３の長さと撹拌翼１
０の長さとを半径とした軌跡を描いて切羽室１５内の削
土を撹拌するため、練り混ぜ効率が良い。

【００４６】オーバーカッタでは、所定のオーバーカッ
タジャッキ１２を伸長させ、所定の弧状フレームを外側
へスライドさせたまま掘削を行うため、故障は少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地中掘削機の一実施例の正面図であ
る。

【図２】同上の内部構造を示す縦断面図である。

【図３】本発明の各撹拌翼の軌跡を示す。

【図４】本発明の地中掘削機の余掘りをする場合の一例
を示す。

【図５】本発明の外周カッタビットの軌跡を示す。

【図６】従来の中間支持方式の地中掘削機の正面図を示
す。

【図７】上記従来例の内部構造を示す。

【符号の説明】

１ シールド筒 １ａ 裏込材注入口 １ｂ フード ２ カッターフレーム ２ａ 作泥材噴出口 ３ 回転子 ４ 軸支部 ５ 六角形フレーム ６ 対角フレーム ７ 円形フレーム ７ａ〜７ｄ 第１〜第４の弧状フレーム ８ 連結部 ９ 中央ビット部 １０ 撹拌翼 １１ カッタビット １２ オーバーカッタジャッキ １３ オーバーカッタビット １４ 隔壁 １５ 切羽室 １６ 排土口 １７ 排土装置 １８ 撹拌翼 １９ 駆動モータ ２０ 支持部材 ２１ 回転軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の回転軸（２１）を有し、これらの
   回転軸（２１）から回転子（３）を介し回転軸（２１）
   の中心からそれぞれ等距離に偏心した位置に軸支部
   （４）を設け、これらの軸支部（４）と連結されたカッ
   ターフレーム（２）が平行リンク運動をする地中掘削機
   において、 シールド筒（１）はほぼ円形をなし、カッタビット（１
   １）が設けられた前記カッターフレーム（２）は円形断
   面を得るべく平行リンク運動をなし、かつカッターフレ
   ーム（２）は外周側の円形フレーム（７）とその内側の
   多角形フレーム（５）とを備え、円形フレーム（７）は
   複数に分割され、各分割部分と多角形フレーム（５）と
   はオーバーカッタジャッキ（１２）により連結され、か
   つ余掘り可能に移動自在であるとともに、カッターフレ
   ーム（２）の後部に後方に延びる撹拌翼（１８）が設け
   られ、かつ前記回転子（３）にも長さ方向に延びる撹拌
   翼（１０）が設けられ、各撹拌翼（１８），（１０）は
   異なる位置に設けられ、回転半径の異なる大径と小径の
   軌跡を描いて撹拌運動を行うことを特徴とした地中掘削
   機。