JPH11229774A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、カッタ機構による
掘削効率を向上させると共に掘削土砂の搬出効率を向上
させることで掘削作業効率の向上を図る。 【解決手段】 矩形筒状の掘削機本体１１の前部に支持
フレーム１３を介して掘進方向にほぼ直交する上下一対
の水平軸をもって上部及び下部多角形ドラムカッタ１
７，１８を回転自在に支持し、この多角形ドラムカッタ
１７，１８の外周面に周方向所定間隔をあけてそれぞれ
互いにオーバーラップするように多数のカッタビット２
２，２３を装着し、各カッタビット２２，２３同志が互
いに干渉しないように駆動モータ２５によって多角形ド
ラムカッタ１７，１８を同期回転可能とし、チャンバ１
９に攪拌翼３８を設けると共に掘削機本体１１にスクリ
ューコンベヤ３９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中を掘削するト
ンネル掘削機に関し、特に、土圧式シールド掘削機に用
いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機において、筒形
状をなすスキンプレートの前部に円盤状のカッタヘッド
が回転自在に装着されており、このカッタヘッドは駆動
モータによって回転駆動することができる。このスキン
プレートの後部には円周方向に複数のシールドジャッキ
が並設されると共に、セグメントエレクタが設けらてい
る。従って、シールドジャッキを伸長し、既設のセグメ
ントへの押し付け反力によってスキンプレートを前進さ
せる一方、駆動モータによりカッタヘッドを回転するこ
とで、このカッタヘッドに取付けられた多数のカッタビ
ットによって前方の地盤を掘削する。そして、シールド
ジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグ
メントとの間にセグメントエレクタによって新しいセグ
メントを装着する。この作業の繰り返しによって所定長
さのトンネルを掘削形成することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トンネル掘
削工法には、泥水式シールド工法や土圧式シールド工法
などがある。この泥水式シールド工法は、泥水を循環さ
せ、この泥水によって切羽の安定を図りながら機械掘り
によって掘削し、ずりを泥水として流体輸送によって地
上に搬出するものである。土圧式シールド工法は、カッ
タヘッドにより掘削した土砂を切羽と隔壁間に充満さ
せ、その土圧により切羽の安定を図りながら機械掘りに
よって掘削し、スクリューコンベヤによって土砂を地上
に搬出するものである。

【０００４】上述した一般的なシールド掘削機を用いて
泥水式シールド工法や土圧式シールド工法によってトン
ネルを掘削すると、この泥水式シールド工法では、循環
させている泥水によって切羽の安定を図りながら、機械
掘りによって掘削してずりを泥水として流体輸送によっ
て地上に搬出しており、効率的にトンネルを掘削でき
る。ところが、土圧式シールド工法では、掘削した土砂
を切羽と隔壁間に充満させてその土圧により切羽の安定
を図っているため、土砂の流動がうまくいかずにスクリ
ューコンベヤによって土砂を効率的に搬出できないとい
う問題がある。また、粘性質の土砂がカッタヘッドに付
着してカッタビットによる掘削効率が低下してしまう。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、カッタ機構による掘削効率を向上させると共に
掘削土砂の搬出効率を向上させることで掘削作業効率の
向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、矩形筒状をなす掘削機
本体と、該掘削機本体の前部に固定されることで該掘削
機本体内への掘削土砂の侵入を阻止するバルクヘッド
と、該バルクヘッドから掘削方向前方に延設された支持
フレームと、該支持フレームの先端部に掘進方向にほぼ
直交する上下一対の水平軸をもって回転自在に支持され
た上部及び下部多角形ドラムカッタと、該上下の多角形
ドラムカッタの外周面に周方向所定間隔をあけてそれぞ
れ互いにオーバーラップするように装着された多数のカ
ッタビットと、該上下の多角形ドラムカッタの各カッタ
ビット同志が互いに干渉しないように前記上下の多角形
ドラムカッタを同期回転するドラムカッタ駆動手段と、
前記支持フレームに前記多角形ドラムカッタの後方に位
置するように装着された掘削土砂攪拌手段と、前記多角
形ドラムカッタによって掘削されて前記攪拌手段によっ
て攪拌された掘削土砂を排出する掘削土砂排出手段とを
具えたことを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明のトンネル掘削機は、前記多
角形ドラムカッタに、掘削面側に泥土を吐出する加泥噴
射機構が設けられたことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【０００９】図１に本発明の一実施形態に係るトンネル
掘削機としてのボックス式シールド掘削機の側面視概
略、図２に本実施形態のシールド掘削機の平面視概略、
図３にこのシールド掘削機の一部切欠正面視概略、図４
にドラムカッタの駆動機構を表す断面、図５に加泥噴射
機構における噴射口の詳細を示す。

【００１０】本実施形態のボックス式シールド掘削機に
おいて、図１乃至図３に示すように、掘削機本体１１は
矩形筒状をなし、前端部にバルクヘッド１２が固定さ
れ、掘削機本体１１内への掘削土砂の侵入を阻止してい
る。掘削機本体１１にはこのバルクヘッド１２を貫通し
て掘削方向前後に延びる円筒状の支持フレーム１３が固
定されており、この支持フレーム１３の先端部には支持
シャフト１４が固結され、この支持シャフト１４には、
中央に主取付ブラケット１５が固定され、その両側には
副取付ブラケット１６が固定されている。そして、この
主取付ブラケット１５及び副取付ブラケット１６には、
掘進方向にほぼ直交する方向に沿った上下一対の水平軸
心Ｏ₁ ，Ｏ₂ をもって、上部ドラムカッタ１７と下部ド
ラムカッタ１８とが回転自在に支持されており、このド
ラムカッタ１７，１８とバルクヘッド１２との間にチャ
ンバ１９が形成されている。

【００１１】この上部ドラムカッタ１７及び下部ドラム
カッタ１８はほぼ同様の構成を成し、且つ、それぞれ左
右対称となっており、掘削機本体１１の前方の全面部に
位置している。そして、この上部ドラムカッタ１７及び
下部ドラムカッタ１８は外周面が多角形（本実施形態で
は、六角形）状をなし、それぞれ周方向に沿って所定間
隔をあけてカッタスポーク２０，２１が固定され、各カ
ッタスポーク２０，２１には多数のカッタビット２２，
２３が取付けられている。この場合、上部ドラムカッタ
１７と下部ドラムカッタ１８におけるカッタビット２
２，２３の先端部の回転軌跡Ｃ₁ ，Ｃ₂ は互いに長さＳ
だけオーバーラップしているが、両者のオーバーラップ
部分では、一方のカッタビット２２（２３）は他方のド
ラムカッタ１８（１７）の凹部に適合することで、カッ
タビット２２，２３同志が干渉しないようになってい
る。

【００１２】ここで、上部ドラムカッタ１７及び下部ド
ラムカッタ１８の駆動機構について説明するが、両者は
ほほぼ同様の構成であるため、上部ドラムカッタ１７に
ついて詳細に説明する。

【００１３】図４に詳細に示すように、上部ドラムカッ
タ１７は左右対称をなし、左右の主取付ブラケット１５
には側方に固定ドラム２４が固定されており、この固定
ドラム２４内にはドラムカッタ駆動手段としての駆動モ
ータ２５及び減速機２６が搭載され、支持ブラケット２
７によって固定ドラム２４に支持されている。この固定
ドラム２４には六角形状の主回転ドラム２８が軸受２９
によって回転自在に支持され、減速機２６の出力部２７
がこの主回転ドラム２８に連結されている。そして、こ
の主回転ドラム２８の外周面にカッタスポーク２０を介
して多数のカッタビット２２が取付けられている。

【００１４】また、主取付ブラケット１５と副取付ブラ
ケット１６との間には軸受３０によって副回転ドラム３
１が回転自在に支持されている。この副回転ドラム３１
は外周面にカッタスポーク３２を介して多数のカッタビ
ット３３が取付けられ、図示しない連結ギヤによって主
回転ドラム２８と一体回転できるようになっている。な
お、上部ドラムカッタ１７と下部ドラムカッタ１８の各
副回転ドラム３１は、この上部ドラムカッタ１７及び下
部ドラムカッタ１８と同様に、回転軌跡が互いにオーバ
ーラップしているが、カッタビット３３同志が周方向に
ずれて取付けられることで、両者が干渉しないようにな
っている。

【００１５】従って、駆動モータ２５を駆動すると、駆
動力が減速機２６を介して主回転ドラム２８に伝達さ
れ、この主回転ドラム２８と副回転ドラム３０を一体に
回転駆動することができ、各ドラム２８，３０に取付け
られた各カッタビット２２，２３，３３によって地盤を
掘削することができる。なお、このとき、上部ドラムカ
ッタ１７と下部ドラムカッタ１８の各駆動モータ２５を
駆動制御することで、各ドラムカッタを同期回転し、互
いのカッタビット２２，２３同志が互いに干渉しないよ
うにすることができる。

【００１６】また、図２に示すように、上部ドラムカッ
タ１７及び下部ドラムカッタ１８には、掘削方向側方に
出没するコピーカッタ３５が装着され、このコピーカッ
タ３５は油圧ジャッキ３６によって突出可能となってい
る。

【００１７】掘削機本体１１のチャンバ１９において、
バルクヘッド１２に固定された支持フレーム１３には回
転筒３７が図示しない駆動手段によって回転可能となっ
ており、この回転筒３７には掘削土砂攪拌手段としての
複数の攪拌翼３８が取付けられている。また、掘削機本
体１１内には掘削土砂排出手段としてのスクリューコン
ベヤ３９が配設されており、このスクリューコンベヤ３
９は前端部が下方に傾斜してチャンバ１９内に侵入して
いる。従って、上部ドラムカッタ１７及び下部ドラムカ
ッタ１８によって掘削された土砂はチャンバ１９内に取
り込まれ、ここで攪拌翼３８によって攪拌されながらス
クリューコンベヤ３９に導かれ、このスクリューコンベ
ヤ３９によって掘削土砂を外部に排出することができ
る。

【００１８】また、図１、図４、図５に示すように、前
述した各ドラムカッタ１７，１８には掘削面側に泥土を
吐出する加泥噴射機構が設けられている。即ち、掘削機
本体１１のほぼ中心部には加泥剤供給管４１が配設さ
れ、この加泥剤供給管４１は掘削機本体１１の前方の主
取付ブラケット１５まで延設されている。一方、上部ド
ラムカッタ１７の固定ドラム２４には軸心方向に沿って
加泥孔４２が穿設され、先端部が固定ドラム２４の外周
面に形成された凹部４３に連通している。この凹部４３
には中央部に切欠４４を有するウレタンフラップ４５が
押え板４６によって固定されることで、固定ドラム２４
の軸心方向に沿って４つの噴射口４７が形成されてい
る。そして、この加泥孔４２の基端部は加泥剤配管４８
を介して加泥剤供給管４１に接続されている。なお、加
泥剤供給管４１の基端部は水と泥加泥剤を混練して調節
することで加泥する泥土を作る図示しない調整機構に連
結されている。

【００１９】従って、調整機構から加泥剤供給管４１に
供給された加泥剤を含有する泥土は、加泥剤配管４８を
通って固定ドラム２４の加泥孔４３に供給され、掘削時
にその供給圧によってウレタンフラップ４５が変形し、
切欠４４を介して４つの噴射口４７から掘削面側に向か
って泥土を吐出することができる。

【００２０】なお、図示しないが、掘削機本体１１の後
部にはこの掘削機本体を前進させるスラストジャッキが
複数装着されると共に、掘削したトンネルの内壁面にセ
グメントを組み付けるセグメントエレクタが設けられて
いる。

【００２１】以下、このように構成された本実施形態の
ボックス式シールド掘削機によるトンネル掘削作業につ
いて説明する。

【００２２】まず、図１及び図４に示すように、各駆動
モータ２５を駆動し、減速機２６を介して主回転ドラム
２８及び副回転ドラム３０を一体に回転駆動すること
で、上下一対のドラムカッタ１７，１８を回転駆動す
る。一方、全てのスラストジャッキを所定ストローク伸
長し、既設のセグメントへの押付反力によって掘削機本
体１１を前進させる。すると、互いに逆方向に回転駆動
する上部ドラムカッタ１７及び下部ドラムカッタ１８が
前方の地盤に圧接され、各ドラムカッタ１７，１８に取
付けられた各カッタビット２２，２３，３３によって地
盤を掘削する。

【００２３】そして、この各ドラムカッタ１７，１８の
地盤掘削によって生じたずりは、各ドラムカッタ１７，
１８の隙間からチャンバ１９に取り込まれ、ここで各攪
拌翼３８によって攪拌されることで土砂の流動が良好と
なり、この掘削土砂はスクリューコンベヤ３９によって
外部に排出される。その後、各スラストジャッキのいず
れか一つを収縮して、既設のセグメントとの間の空所を
形成し、セグメントエレクタがこの空所に新しいセグメ
ントを装着してトンネルを構築する。この作動の繰り返
しによって連続してトンネルを掘削していく。

【００２４】また、ドラムカッタ１７，１８による地盤
の掘削作業時には、調整機構から加泥剤供給管４１に供
給された加泥剤を含有する泥土を、加泥剤配管４８を通
して固定ドラム２４の加泥孔４２に供給し、４つの噴射
口４７から掘削面側に向かって吐出する。そのため、ド
ラムカッタ１７，１８と掘削面との間の圧力が一定に保
持され、地山が安定すると共に掘削土砂の流動性が良く
なる。

【００２５】このように本実施形態のボックス式シール
ド掘削機にあっては、掘削機本体１１前部に上部ドラム
カッタ１７及び下部ドラムカッタ１８が駆動回転自在と
し、このドラムカッタ１７，１８に多数のカッタビット
２２，２３を取付け、上下にオーバーラップさせて両者
が干渉しないように同期回転させている。従って、この
上下のドラムカッタ１７，１８によって掘り残しを減少
して広い範囲で掘削することができ、この掘削土砂が粘
性質であっても、ドラムカッタ１７，１８の互いのカッ
タビット２２，２３によって土砂をかきおとして付着を
防止できる。

【００２６】また、チャンバ１９に攪拌翼３８を設けた
ことで、このチャンバ１９内の掘削土砂を攪拌して流動
性を良好とし、スクリューコンベヤ３９によって掘削土
砂を効率よく外部に排出できる。更に、固定ドラム２４
に４つの噴射口４７を形成したことで、掘削時に掘削面
側に向かって掘削土砂を吐出することができ、ドラムカ
ッタ１７，１８と掘削面との間の圧力が一定に保持で
き、地山が安定すると共に掘削土砂の流動性が良くな
り、掘削土砂の排出効率が向上する。

【００２７】なお、上述の実施形態では、上部ドラムカ
ッタ１７及び下部ドラムカッタ１８を六角形状とした
が、これに限らずに多角形状であればよく、上下のカッ
タビット２２，２３をオーバーラップさせても干渉しな
いようになっていればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明のトンネル掘削機によれば、矩形筒状の掘
削機本体の前部に支持フレームを介して掘進方向にほぼ
直交する上下一対の水平軸をもって上部及び下部多角形
ドラムカッタを回転自在に支持し、この多角形ドラムカ
ッタの外周面に周方向所定間隔をあけてそれぞれ互いに
オーバーラップするように多数のカッタビットを装着
し、各カッタビット同志が互いに干渉しないようにドラ
ムカッタ駆動手段によって多角形ドラムカッタを同期回
転可能とし、掘削土砂攪拌手段と掘削土砂排出手段とを
設けたので、上下の多角形ドラムカッタによって掘り残
しを減少して広い範囲で掘削することができ、掘削土砂
が粘性質であっても、多角形ドラムカッタのカッタビッ
トによって互いに土砂をかきおとして付着を防止するこ
とができると共に、この掘削土砂を攪拌して流動性を良
好とし、効率よく外部に排出することができ、ドラムカ
ッタによる掘削効率を向上させると共に掘削土砂の搬出
効率を向上させることで掘削作業効率の向上を図ること
ができる。

【００２９】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
多角形ドラムカッタに掘削面側へ泥土を吐出する加泥噴
射機構を設けたので、掘削時に掘削面側に向かって掘削
土砂を吐出することで、土圧を適正に保持して地山を安
定することができると共に、掘削土砂の流動性が良くな
って排出効率を向上することができ、適正な掘削作業を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機とし
てのボックス式シールド掘削機の側面視概略図である。

【図２】本実施形態のシールド掘削機の平面視概略図で
ある。

【図３】シールド掘削機の一部切欠正面視概略図であ
る。

【図４】ドラムカッタの駆動機構を表す断面図である。

【図５】加泥噴射機構における噴射口の詳細図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １３ 第１支持フレーム １７ 上部ドラムカッタ １８ 下部ドラムカッタ １９ チャンバ ２４ 固定ドラム ２５ 駆動モータ（ドラムカッタ駆動手段） ２８ 主回転ドラム ３１ 副回転ドラム ３８ 攪拌翼（掘削土砂攪拌手段） ３９ スクリューコンベヤ（掘削土砂排出手段） ４１ 加泥剤供給管 ４２ 加泥孔 ４５ ウレタンフラッパ ４７ 噴射口（加泥噴射機構） ４８ 加泥剤配管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形筒状をなす掘削機本体と、該掘削機
   本体の前部に固定されることで該掘削機本体内への掘削
   土砂の侵入を阻止するバルクヘッドと、該バルクヘッド
   から掘削方向前方に延設された支持フレームと、該支持
   フレームの先端部に掘進方向にほぼ直交する上下一対の
   水平軸をもって回転自在に支持された上部及び下部多角
   形ドラムカッタと、該上下の多角形ドラムカッタの外周
   面に周方向所定間隔をあけてそれぞれ互いにオーバーラ
   ップするように装着された多数のカッタビットと、該上
   下の多角形ドラムカッタの各カッタビット同志が互いに
   干渉しないように前記上下の多角形ドラムカッタを同期
   回転するドラムカッタ駆動手段と、前記支持フレームに
   前記多角形ドラムカッタの後方に位置するように装着さ
   れた掘削土砂攪拌手段と、前記多角形ドラムカッタによ
   って掘削されて前記攪拌手段によって攪拌された掘削土
   砂を排出する掘削土砂排出手段とを具えたことを特徴と
   するトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記多角形ドラムカッタに、掘削面側に泥土を吐出
   する加泥噴射機構が設けられたことを特徴とするトンネ
   ル掘削機。