JPH10131674A - 異形断面シールド掘進機 - Google Patents

異形断面シールド掘進機

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Publication number
JPH10131674A
JPH10131674A JP28892196A JP28892196A JPH10131674A JP H10131674 A JPH10131674 A JP H10131674A JP 28892196 A JP28892196 A JP 28892196A JP 28892196 A JP28892196 A JP 28892196A JP H10131674 A JPH10131674 A JP H10131674A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
section
cutter
cross
shield
spokes
Prior art date
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Pending
Application number
JP28892196A
Other languages
English (en)
Inventor
Shoji Nishida
昭二 西田
Hiroshi Itonaga
洋 糸永
Hideyo Kitajima
英世 北島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
Application filed by Hitachi Zosen Corp filed Critical Hitachi Zosen Corp
Priority to JP28892196A priority Critical patent/JPH10131674A/ja
Publication of JPH10131674A publication Critical patent/JPH10131674A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で異形断面のトンネルを掘削す
る。 【解決手段】 カッタヘッド2をシールド軸心Oから半
径方向に伸び多数のカッタビット13Aを有する複数の
旋回スポーク12A〜12Cにより構成し、これら旋回
スポーク12A〜12Cをそれぞれ半径方向に伸縮自在
な出退シリンダ17a〜17cを内蔵し、前記出退シリ
ンダ17a〜17cを駆動制御して回転経路の一定位置
で旋回スポーク12A〜12Cを所定量進展させて異形
断面を掘削する掘削断面制御装置18を設け、シールド
本体1の断面を前記異形断面に対応して略同一に形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、楕円形断面や長円
形断面のトンネルを掘削するのに使用される異形断面シ
ールド掘進機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、長円形や楕円断面などの異形断面
のトンネルを掘削するものとして、たとえば特開昭61
−49100号公報の「楕円シールド掘進機」には、複
数の円形カッタヘッドを備え、カッタヘッドの及ばない
部分には、シールド本体に固定ビットと超高圧水噴射ノ
ズルを備えたものが開示されている。また特開平1−2
56697号公報の「異形断面シールド機」には、シー
ルド軸心位置前部のセンターカッタヘッドの後部に、シ
ールド軸心を中心に異形経路上を旋回移動する2個のサ
イドカッタヘッドを設けたものが開示されている。その
他、ルーロの三角形を利用した矩形断面シールド掘進機
もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は複数のカッタヘッドが必要で構造が複雑になるという
問題があった。またルーロの三角形を利用したもので
は、長円形や楕円形断面など縦(横)長断面のトンネル
の掘削は困難である。特に幅の狭い道路の下部に大流量
の下水通路を形成する場合、円形断面のトンネルでは必
要な断面積が確保できないため必要な流量を確保でき
ず、この場合縦長楕円断面のトンネルが極めて有用であ
る。
【0004】本発明のうち請求項1記載の発明は、上記
問題点を解決して、簡単な構造で縦(横)長断面のトン
ネルを掘削可能な異形断面シールド掘進機を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項1記載の発明は、シールド本体の前部
にシールド軸心回りに回転自在なカッタヘッドを配置し
た異形断面シールド掘進機であって、カッタヘッドをシ
ールド軸心から半径方向に伸び多数のカッタビットを有
する複数のスポークにより構成し、これらスポークにそ
れぞれ半径方向に伸縮自在な伸縮機構を内蔵し、前記伸
縮機構を駆動制御して回転経路の一定位置で旋回スポー
クを所定量進展させ異形断面を掘削する掘削断面制御装
置を設け、シールド本体を掘削されるトンネルの異形断
面に対応して略同一断面に形成したものである。
【0006】上記構成によれば、掘削断面制御装置によ
り旋回スポークを回転経路の一定位置で所定量伸縮させ
ることにより、1つのカッタヘッドで任意の異形断面ト
ンネルを掘削することができ、そのときの制御も、カッ
タヘッドの回転位置に対応して旋回スポークの伸縮量を
制御するだけでよく、簡単な構造で異形断面トンネルを
掘削できる。
【0007】さらに請求項2記載の発明は、請求項1記
載の構成において、スポークは、カッタビットを有する
掘削部と、伸縮部分でカッタビットを有しない伸縮非掘
削部とを備え、旋回スポークの掘削面上で、スポークの
伸縮非掘削部の移動範囲上に、少なくとも1本の他のス
ポークの掘削部が通過するように構成したものである。
【0008】上記構成によれば、スポーク毎に伸縮非掘
削部の位置をそれぞれ変位させることにより、掘削でき
ない伸縮部分の通過位置に他の旋回スポークの掘削部を
通過させて、掘削することができ、安定した掘削を行う
ことができる。
【0009】さらに請求項3記載の発明は、シールド本
体の前部にシールド軸心回りに回転自在なカッタヘッド
を配置した異形断面シールド掘進機であって、前記カッ
タヘッドを、多数のカッタビットと土砂取り込み口とを
有する円形のカッタ面板で構成し、このカッタ面板の外
周部複数箇所に、カッタ出退装置により半径方向に出退
自在な可動カッタを配設し、このカッタ出退装置を駆動
制御して回転経路の一定位置で可動カッタを所定のスト
ローク突出させ異形断面を掘削する掘削断面制御装置を
設け、シールド本体を前記異形断面に対応して略同一断
面に形成したものである。
【0010】上記構成によれば、掘削断面制御装置によ
り回転経路の一定位置で可動カッタを出退させることに
より、異形断面のトンネルを掘削することができ、簡単
な構造で実施することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る異形断面シ
ールド掘進機の実施の形態を図1〜図4に基づいて説明
する。
【0012】シールド本体1の前部には、シールド軸心
Oを中心に回転自在なスポーク状のカッタヘッド2が配
置されている。すなわち、シールド本体1の前部には切
り羽崩壊土圧を保持する圧力隔壁3が配設され、この圧
力隔壁3に軸受4を介して回転軸5が回転自在に支持さ
れ、回転軸5の前部にカッタヘッド2が固定されてい
る。前記回転軸5の後部にはカッタ駆動装置6が設けら
れており、このカッタ駆動装置6は、回転軸5に取り付
けられた受動ギヤ6aと、受動ギヤ6aに噛合する駆動
ピニオン6bと、駆動ピニオン6bを回転駆動するカッ
タ駆動モータ6cとで構成される。また圧力隔壁3の下
部には、円筒状ケーシング7a内に軸付スクリュー7b
を有する排土装置7が貫設されている。また回転軸5の
後端部には、図4に示すように、ロータリジョイント8
aおよびカップリング8bを介してカッタヘッド2の回
転位置を検出するカッタ回転位置計9が設けられてい
る。
【0013】前記カッタヘッド2は、回転軸5に固定さ
れたセンター部材11から120°ごとに半径方向に伸
びる3本の伸縮式スポーク12A〜12Cからなり、ス
ポーク12A〜12Cの先端部と両側縁部にカッタビッ
ト13Aが取り付けられ、センター部材11にセンター
ビット13Bが取り付けられている。前記スポーク12
A〜12Cは、基端側でカッタビット13Aを有する固
定掘削部14a〜14cと、伸縮ガイド部分である伸縮
非掘削部15a〜15cを介して先端側で出退されるカ
ッタビット13Aを有する出退掘削部16a〜16c
と、これら出退掘削部16a〜16cをそれぞれ出退さ
せる出退シリンダ17a〜17cとで構成される。
【0014】そして、図1に斜線で示す非掘削部A〜C
のように、90°と270°の短径部以外の所で露出す
る伸縮非掘削部15a〜15cは地盤を掘削できないた
め、非掘削部A〜Cに必ず他のスポーク12A〜12C
の掘削部である固定掘削部14a〜14cまたは出退掘
削部16a〜16cが通過するように、各スポーク12
A〜12C毎に、固定掘削部14a〜14cと出退掘削
部16a〜16cの半径方向の長さの比率がそれぞれ決
定されている。この図1では、1つの非掘削部通過面A
〜Cに対して他の2本のスポーク12A〜12Cの掘削
部が通過して安定した掘削ができるように設定される。
しかし、掘削地盤や掘進機の掘削能力によっては、図4
に示すように、1本のスポーク12A〜12Cの掘削部
が通過するようにしてもよい。
【0015】またこのシールド掘進機には、図5に示す
ように、カッタ回転位置計9の信号に基づいて、所定位
置で出退シリンダ装置17a〜17cを伸縮して出退掘
削部16a〜16cを出退させ楕円断面のトンネルを掘
削する掘削断面制御装置18が設けられている。電動機
21A〜21Cにより駆動される油圧ポンプ22A〜2
2Cと各出退シリンダ17a〜17cの間を接続する油
圧管23A〜23Cに電磁弁24A〜24Cがそれぞれ
介在され、進展側の油圧管23A〜23Cに流量計25
A〜25Cが設けられている。したがって、ロータリジ
ョイント8aを介してカッタ回転位置計9からカッタヘ
ッド2の位置信号が掘削断面制御装置18に入力される
と、掘削断面制御装置18により電磁弁24A〜24C
がそれぞれ操作され、流量計25A〜25Cにより出退
シリンダ17a〜17cの出退量が制御される。
【0016】このシールド掘進機は、たとえば上下に径
の大きい楕円面を掘削するように設計されており、シー
ルド本体1の断面も楕円面に対応して、トンネルより少
し小さい相似形断面に形成されている。
【0017】上記構成において、カッタヘッド2が矢印
D方向に回転されて掘削され、掘削断面制御装置18に
よりカッタ回転位置計9の信号に基づいて、カッタ駆動
装置6により最小掘削半径となる短径位置の90°と2
70°の位置で出退シリンダ17a〜17cが最も収縮
されて出退掘削部16a〜16cが後退される。そして
90°と270°の位置から掘削断面の直径が漸次大き
くなる0°と180°に接近する回転位置で、出退掘削
部16a〜16cが所定速度で突出されてカッタ面板1
1より大きい範囲が掘削される。さらに最大掘削半径と
なる長径位置の0°と180°位置で、出退シリンダ1
7a〜17cが最大量進展されて出退掘削部16a〜1
6cが突出され、長形部分が掘削される。さらに0°と
180°位置から掘削断面の直径が漸次小さくなる90
°と270°に接近する回転位置では出退掘削部16a
〜16cが所定速度で漸次後退される。これにより、縦
長の楕円形断面のトンネルを掘削することができる。
【0018】上記第1の実施の形態によれば、カッタヘ
ッド2をスポーク12A〜12Cにより構成してそれぞ
れのスポーク12A〜12Cを伸縮するように構成し、
カッタヘッド2の回転位置を検出するカッタ回転位置計
9の信号に基づいて掘削断面制御装置18により各スポ
ーク12A〜12Cを伸縮させることにより、各スポー
ク12A〜12Cによる掘削径を増減し、スポーク12
A〜12Cの伸縮範囲で任意の異形断面のトンネルを掘
削することができる。
【0019】しかも、非掘削部である伸縮非掘削部15
a〜15cの位置をそれぞれ各スポーク12A〜12C
でずらすことにより、伸縮非掘削部15a〜15cを掘
削できない地盤を、他のスポーク12A〜12Cの固定
掘削部14a〜14cまたは/および出退掘削部16a
〜16cで掘削することができ、安定した掘削が可能と
なる。
【0020】次に図6および図7に基づいて異形断面シ
ールド掘進機の他の実施の形態を説明する。21は互い
に屈曲可能に連結された前胴21aと後胴21bからな
るシールド本体で、シールド本体21の前部にはシール
ド軸心Oを中心に回転自在な円形のカッタヘッド22が
配置されている。前胴21aの前部には、切り羽崩壊土
圧を保持する圧力室23を形成する圧力隔壁24が配置
されており、この圧力隔壁24に軸受25を介して回転
自在に支持されたリング状部材26に複数の支持脚27
が配置され、これら支持脚27にカッタヘッド22が支
持されている。
【0021】前記カッタヘッド22は、円形のカッタ面
板31を備え、シールド軸心O位置にセンタービット3
2が取り付けられている。またセンタービット32から
120°ごとに配置された半径方向面板部31aの両側
縁部に複数のカッタビット33が所定間隔毎に配設さ
れ、半径方向面板部31aの両側に土砂取り入れ口34
がそれぞれ形成されている。隣接する土砂取り入れ口3
4を区画する補強部材31bの先端側に扇形面板部31
cの外周側中央部にローラビット35がそれぞれ配置さ
れている。
【0022】前記各半径方向面板部31aには、本発明
に係る可動カッタ36A〜36Cがそれぞれ内蔵されて
いる。この可動カッタ36A〜36Cは、ガイド部材3
7A〜37Cに案内されるとともにカッタ出退装置であ
るカッタ出退シリンダ38A〜38Cにより半径方向に
出退自在に構成されており、従来のコピーカッタに比べ
てその出退ストロークも長くかつ強度も大きく設定され
ている。
【0023】このシールド掘進機は、たとえば上下に径
の大きい楕円面を掘削するように設計されており、シー
ルド本体21の断面も楕円面に対応する断面形状に形成
されている。
【0024】前記カッタヘッド22の背面でシールド軸
心O上には、中心軸28が圧力隔壁24を貫通して配置
され、油圧を給排出するロータリジョイント28Aが配
設されるとともに、後端部にカッタヘッド22の回転角
度を検出するカッタ回転位置計29が配設されている。
またこのシールド掘進機には、カッタ回転位置計29の
検出値に対応してカッタ出退シリンダ38A〜38Cを
駆動し可動カッタ36A〜36Cをそれぞれ出退させて
異形断面のトンネルを掘削する掘削断面制御装置30が
設けられている。
【0025】前記圧力隔壁24には、円筒状ケーシング
41a内にリボンスクリュー41bを内蔵した排土装置
41が貫通して配設されている。また、リング状部材2
6の後部26aには、カッタヘッド22を回転駆動する
カッタ駆動装置42が配設されており、このカッタ駆動
装置42は、リング状部材後部26aに取り付けられた
リングギヤ42aと、このリングギヤ42aに噛み合わ
された駆動ピニオン42bと、この駆動ピニオン42b
を駆動するカッタ駆動モータ42cとで構成される。シ
ールド本体21の前胴21aと後胴21bとは、球面軸
受43により接続されるとともに、連結ブラケット44
a,44bと連結軸44cからなる連結具44により連
結軸44cを中心に屈曲自在に連結され、さらに前胴2
1aと後胴21bとを屈曲させる複数の中折れジャッキ
45が連結されている。
【0026】後胴21bには、セグメントピースを組み
立てるエレクタ装置46と、このエレクタ装置46によ
り異形断面に組み立てられたセグメント47を反力受け
としてシールド本体21を前進させる複数の推進ジャッ
キ48が配設される。
【0027】上記構成において、カッタ駆動装置42に
よりカッタヘッド22が矢印D方向に回転され、掘削断
面制御装置30によりカッタ回転位置計29の信号に基
づいて掘削断面の直径が最小となる90°と270°の
位置でカッタ出退シリンダ38A〜38Cが収縮されて
可動カッタ36A〜36Cが後退される。そして掘削断
面の直径が漸次大きくなる0°と180°に接近する回
転位置では可動カッタ36A〜36Cが所定速度で漸次
突出されて漸次カッタ面板31より大きい範囲が掘削さ
れる。さらに0°と180°位置でカッタ出退シリンダ
38A〜38Cが最大量進展されて可動カッタ36A〜
36Cが突出され、そして掘削断面の直径が漸次小さく
なる90°と270°に接近する回転位置では可動カッ
タ36A〜36Cが所定速度で漸次後退されて漸次カッ
タ面板31の掘削範囲に接近して掘削される。したがっ
て、推進ジャッキ48によりシールド本体21の後部で
エレクタ装置46に組み立てられたセグメント47を反
力受けとして縦長の楕円形断面のトンネルを掘削するこ
とができる。
【0028】上記実施の形態によれば、カッタ回転位置
計29の信号に基づいて掘削断面制御装置30により、
カッタヘッド22の所定位置でそれぞれの可動カッタ3
6A〜36Cを所定量突出させるように構成したので、
簡単な構成で容易に異形断面のトンネルを掘削すること
ができる。
【0029】
【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項1記
載の発明によれば、掘削断面制御装置により旋回スポー
クを回転経路の一定位置で伸縮させることにより、1つ
のカッタヘッドで任意の異形断面トンネルを掘削するこ
とができ、そのときの制御もカッタヘッドの回転位置に
対応して旋回スポークの伸縮量を制御するだけでよく、
簡単な構造で異形断面トンネルを掘削できる。
【0030】さらに請求項2記載の構成によれば、スポ
ーク毎の伸縮部分である伸縮非掘削部の位置を互いにず
らして変位させることにより、掘削できない伸縮非掘削
部の通過位置に、他の旋回スポークの掘削部を通過させ
て掘削することができ、安定した掘削を行うことができ
る。
【0031】さらに請求項3記載の構成によれば、掘削
断面制御装置により回転経路の一定位置で可動カッタを
出退させることにより、異形断面のトンネルを掘削する
ことができ、簡単な構造で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る異形断面シールド掘進機の実施の
形態を示す正面図である。
【図2】同シールド掘進機を示す前部縦断面図である。
【図3】同シールド掘進機のスポーク伸縮機構を示す制
御構成図である。
【図4】同シールド掘進機のカッタ回転位置計の取付を
示す側面図である。
【図5】同シールド掘進機のスポークの変形例を示す正
面図である。
【図6】本発明に係る異形断面シールド掘進機の他の実
施の形態を示す正面図である。
【図7】同シールド掘進機を示す縦断面図である。
【符号の説明】
A〜C 非掘削部 1 シールド本体 2 カッタヘッド 9 カッタ回転位置計 12A〜12C スポーク 13A カッタビット 14a〜14c 固定掘削部 15a〜15c 伸縮非掘削部 16a〜16c 出退掘削部 17a〜17c 出退シリンダ 18 掘削断面制御装置 21 シールド本体 22 カッタヘッド 29 カッタ回転位置計 30 掘削断面制御装置 31 カッタ面板 36 可動カッタ 38 カッタ出退シリンダ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シールド本体の前部にシールド軸心回りに
    回転自在なカッタヘッドを配置した異形断面シールド掘
    進機であって、 カッタヘッドをシールド軸心から半径方向に伸び多数の
    カッタビットを有する複数のスポークにより構成し、こ
    れらスポークにそれぞれ半径方向に伸縮自在な伸縮機構
    を内蔵し、前記伸縮機構を駆動制御して回転経路の一定
    位置で旋回スポークを所定量進展させ異形断面を掘削す
    る掘削断面制御装置を設け、シールド本体を掘削される
    トンネルの異形断面に対応して略同一断面に形成したこ
    とを特徴とする異形断面シールド掘進機。
  2. 【請求項2】スポークは、カッタビットを有する掘削部
    と、伸縮部分でカッタビットを有しない伸縮非掘削部と
    を備え、 旋回スポークの掘削面上で、スポークの伸縮非掘削部の
    移動範囲上に、少なくとも1本の他のスポークの掘削部
    が通過するように構成したことを特徴とする請求項1記
    載の異形断面シールド掘進機。
  3. 【請求項3】シールド本体の前部にシールド軸心回りに
    回転自在なカッタヘッドを配置した異形断面シールド掘
    進機であって、 前記カッタヘッドを、多数のカッタビットと土砂取り込
    み口とを有する円形のカッタ面板で構成し、このカッタ
    面板の外周部複数箇所に、カッタ出退装置により半径方
    向に出退自在な可動カッタを配設し、このカッタ出退装
    置を駆動制御して回転経路の一定位置で可動カッタを所
    定のストローク突出させ異形断面を掘削する掘削断面制
    御装置を設け、シールド本体を前記異形断面に対応して
    略同一断面に形成したことを特徴とする異形断面シール
    ド掘進機。
JP28892196A 1996-10-31 1996-10-31 異形断面シールド掘進機 Pending JPH10131674A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107524450A (zh) * 2017-09-29 2017-12-29 中铁隧道局集团有限公司 可径向伸缩式刀盘及使用该刀盘的矩形盾构机
CN112664209A (zh) * 2021-01-29 2021-04-16 中铁工程装备集团有限公司 一种立式类椭圆全断面隧道盾构机

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CN107524450A (zh) * 2017-09-29 2017-12-29 中铁隧道局集团有限公司 可径向伸缩式刀盘及使用该刀盘的矩形盾构机
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