(57)【要約】【課題】矩形断面のトンネルを良好に掘削することができるシールド掘進機を提供する。【解決手段】矩形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機は、矩形断面の一辺に沿う第１方向に並ぶ、第１姿勢と第２姿勢との間で互いに同方向に揺動する第１揺動カッターおよび第２揺動カッターを備え、第１揺動カッターおよび第２揺動カッターは、第１姿勢となったときおよび第２姿勢となったときに、第１方向と直交する、矩形断面の他の一辺に沿う第２方向において互いに重なり合う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機であって、
前記矩形断面の一辺に沿う第１方向に並ぶ、第１姿勢と第２姿勢との間で互いに同方向に揺動する第１揺動カッターおよび第２揺動カッターを備え、
前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターは、前記第１姿勢となったときおよび前記第２姿勢となったときに、前記第１方向と直交する、前記矩形断面の他の一辺に沿う第２方向において互いに重なり合う、シールド掘進機。
【請求項２】
前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターのそれぞれは、前記第１姿勢のときに前記第２方向と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第１フレームと、前記第２姿勢のときに前記第２方向と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第２フレームを含み、
前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターが前記第１姿勢となったときに、前記第１揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第１フレームと、前記第２揺動カッターの前記第１揺動カッター側の第１フレームとが前記第２方向に並び、
前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターが前記第２姿勢となったときに、前記第１揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第２フレームと、前記第２揺動カッターの前記第１揺動カッター側の第２フレームとが前記第２方向に並ぶ、シールド掘進機。
【請求項３】
前記第１揺動カッターおよび前記揺動第２カッターのそれぞれは、前記第２方向の両端に位置する、前記一対の第１フレームの一端と前記一対の第２フレームの一端とを接続する一対の先端フレームを含み、
前記一対の先端フレームに、前記第１揺動カッターまたは前記第２揺動カッターの揺動中心を通る線上で進退可能なコピーカッターが設けられている、請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記第１方向において前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターと並ぶ、第１姿勢と第２姿勢との間で前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターと同方向に揺動する第３揺動カッターをさらに備え、
前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターは、前記第１姿勢となったときおよび前記第２姿勢となったときに、前記第２方向において互いに重なり合う、請求項１〜３の何れか一項に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記第３揺動カッターは、前記第１姿勢のときに前記第２と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第１フレームと、前記第２姿勢のときに前記第２と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第２フレームを含み、
前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターが前記第１姿勢となったときに、前記第２揺動カッターの前記第３揺動カッター側の第１フレームと、前記第３揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第１フレームとが前記第２方向に並び、
前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターが前記第２姿勢となったときに、前記第２揺動カッターの前記第３揺動カッター側の第２フレームと、前記第３揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第２フレームとが前記第２方向に並ぶ、請求項４に記載のシールド掘進機。
【請求項６】
前記第３揺動カッターは、前記第２方向の両端に位置する、前記一対の第１フレームの一端と前記一対の第２フレームの一端とを接続する一対の先端フレームを含み、
前記一対の先端フレームに、前記第３揺動カッターの揺動中心を通る線上で進退可能なコピーカッターが設けられている、請求項５に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トンネルを掘削するシールド掘進機が知られている。例えば、特許文献１には、矩形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたシールド掘進機は、略菱形状の２つの揺動カッターを含む。これらの揺動カッターは、第１姿勢と第２姿勢との間で互いに反対向きに揺動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６９２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたシールド掘進機では、揺動カッターが第１姿勢となったときも第２姿勢となったときも揺動カッター同士の間に隙間が形成される。従って、揺動カッター同士の間では地山（地中または山地など）の切削が困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、矩形断面のトンネルを良好に掘削することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、矩形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機であって、前記矩形断面の一辺に沿う第１方向に並ぶ、第１姿勢と第２姿勢との間で互いに同方向に揺動する第１揺動カッターおよび第２揺動カッターを備え、前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターは、前記第１姿勢となったときおよび前記第２姿勢となったときに、前記第１方向と直交する、前記矩形断面の他の一辺に沿う第２方向において互いに重なり合う、ことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、第１揺動カッターと第２揺動カッターの揺動軌跡が重なり合うので、それらの揺動カッターが通らない領域が極めて小さくなる。従って、矩形断面のトンネルを良好に掘削することができる。
【０００９】
例えば、前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターのそれぞれは、前記第１姿勢のときに前記第２方向と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第１フレームと、前記第２姿勢のときに前記第２方向と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第２フレームを含み、前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターが前記第１姿勢となったときに、前記第１揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第１フレームと、前記第２揺動カッターの前記第１揺動カッター側の第１フレームとが前記第２方向に並び、前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターが前記第２姿勢となったときに、前記第１揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第２フレームと、前記第２揺動カッターの前記第１揺動カッター側の第２フレームとが前記第２方向に並んでもよい。
【００１０】
前記第１揺動カッターおよび前記揺動第２カッターのそれぞれは、前記第２方向の両端に位置する、前記一対の第１フレームの一端と前記一対の第２フレームの一端とを接続する一対の先端フレームを含み、前記一対の先端フレームに、前記第１揺動カッターまたは前記第２揺動カッターの揺動中心を通る線上で進退可能なコピーカッターが設けられていてもよい。この構成によれば、コピーカッターの先端がトンネルの矩形断面の輪郭に沿って移動するように、第１および第２揺動カッターの揺動角度に応じてコピーカッターを進出または後退させることができる。これにより、トンネルの矩形断面における第１および第２揺動カッターの揺動軌跡の外側部分をコピーカッターで切削することができる。
【００１１】
上記のシールド掘進機は、前記第１方向において前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターと並ぶ、第１姿勢と第２姿勢との間で前記第１揺動カッターおよび前記第２揺動カッターと同方向に揺動する第３揺動カッターをさらに備え、前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターは、前記第１姿勢となったときおよび前記第２姿勢となったときに、前記第２方向において互いに重なり合ってもよい。この構成は、トンネルの断面が長方形である場合に好適である。
【００１２】
例えば、前記第３揺動カッターは、前記第１姿勢のときに前記第２と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第１フレームと、前記第２姿勢のときに前記第２と平行となる、揺動中心を挟んで互いに離間する一対の第２フレームを含み、前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターが前記第１姿勢となったときに、前記第２揺動カッターの前記第３揺動カッター側の第１フレームと、前記第３揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第１フレームとが前記第２方向に並び、前記第２揺動カッターおよび前記第３揺動カッターが前記第２姿勢となったときに、前記第２揺動カッターの前記第３揺動カッター側の第２フレームと、前記第３揺動カッターの前記第２揺動カッター側の第２フレームとが前記第２方向に並んでもよい。
【００１３】
前記第３揺動カッターは、前記第２方向の両端に位置する、前記一対の第１フレームの一端と前記一対の第２フレームの一端とを接続する一対の先端フレームを含み、前記一対の先端フレームに、前記第３揺動カッターの揺動中心を通る線上で進退可能なコピーカッターが設けられていてもよい。この構成によれば、コピーカッターの先端がトンネルの矩形断面の輪郭に沿って移動するように、第３揺動カッターの揺動角度に応じてコピーカッターを進出または後退させることができる。これにより、トンネルの矩形断面における第３揺動カッターの揺動軌跡の外側部分をコピーカッターで切削することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、矩形断面のトンネルを良好に掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１のシールド掘進機のバルクヘッドの背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機１を示す。シールド掘進機１は、矩形断面のトンネルを掘削する。
【００１７】
具体的に、シールド掘進機１は、トンネルの矩形断面に対応する筒状の胴体１１と、胴体１１の前方の開口を閉塞するように胴体１１の先端に設けられたバルクヘッド１２を含む。
【００１８】
本実施形態では、トンネルの断面が長方形である。このため、バルクヘッド１２には、３つの揺動カッター（第１揺動カッター２、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４）が設けられている。すなわち、本実施形態の構成は、トンネルの断面が長方形である場合に好適である。
【００１９】
本実施形態では、トンネルの長方形断面の長辺（矩形断面の一辺）に沿う方向が第１方向Ｘであり、トンネルの長方形断面の短辺（矩形断面の他の一辺）に沿う方向が、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙである。以下では、説明の便宜上、第２方向Ｙの一方（図１では上側）を上方、他方（図１では下側）を下方という。
【００２０】
第１揺動カッター２、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４は、略菱形状であり、第１方向Ｘに並んでいる。第１揺動カッター２、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４は、図１中に実線で示す第１姿勢と図１中に二点鎖線で示す第２姿勢との間で、互いに同方向に揺動する。
【００２１】
第１揺動カッター２および第２揺動カッター３は、第１姿勢となったときおよび第２姿勢となったときに、第２方向Ｙにおいて互いに重なり合う。同様に、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４は、第１姿勢となったときおよび第２姿勢となったときに、第２方向Ｙにおいて互いに重なり合う。
【００２２】
より詳しくは、第１揺動カッター２は、上述した略菱形状の四辺を構成する一対の第１フレーム２１Ａ，２１Ｂおよび一対の第２フレーム２２Ａ，２２Ｂを含む。第１フレーム２１Ａ，２１Ｂは、揺動中心２０を挟んで互いに離間しており、第１揺動カッター２が第１姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。第２フレーム２２Ａ，２２Ｂは、揺動中心２０を挟んで互いに離間しており、第１揺動カッター２が第２姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。
【００２３】
また、第１揺動カッター２は、当該第１揺動カッター２の第２方向Ｙの両端（上端および下端）に位置する一対の先端フレーム２３を含む。先端フレーム２３は、揺動中心２０を通る線に対して垂直に延びており、揺動中心２０を挟んで互いに対向している。
【００２４】
上側の先端フレーム２３は、上側（第２揺動カッター３側でもある）の第１フレーム２１Ａの上端と上側の第２フレーム２２Ｂの上端とを接続している。下側の先端フレーム２３は、下側（第２揺動カッター３側でもある）の第２フレーム２２Ａの下端と下側の第１フレーム２１Ｂの下端とを接続している。
【００２５】
また、上側の第１フレーム２１Ａの下端と下側の第２フレーム２２Ａの上端とは、揺動中心２０を通る線に対して垂直に延びる中間フレーム２４により接続されている。一方、上側の第２フレーム２２Ｂの下端と下側の第１フレーム２１Ｂの上端とは、円弧状の中間フレーム２５により接続されている。
【００２６】
第１揺動カッター２の中心には、円柱状の中心部２６が配置されている。この中心部２６に、先端フレーム２３が支持フレーム２７により接続されるとともに、中間フレーム２４，２５が支持フレーム２８により接続されている。中心部２６からは、揺動シャフト６１がバルクヘッド１２を貫通して後方に延びている。
【００２７】
各先端フレーム２３には、第１揺動カッター２の揺動中心２０を通る線上で進退可能なコピーカッター５１が設けられている。図示は省略するが、第１揺動カッター２およびコピーカッター５１には、地山を切削するためのカッタービットが適所に設けられている。
【００２８】
第２揺動カッター３は、上述した略菱形状の四辺を構成する一対の第１フレーム３１Ａ，３１Ｂおよび一対の第２フレーム３２Ａ，３２Ｂを含む。第１フレーム３１Ａ，３１Ｂは、揺動中心３０を挟んで互いに離間しており、第２揺動カッター３が第１姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。第２フレーム３２Ａ，３２Ｂは、揺動中心３０を挟んで互いに離間しており、第２揺動カッター３が第２姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。
【００２９】
また、第２揺動カッター３は、当該第２揺動カッター３の第２方向Ｙの両端（上端および下端）に位置する一対の先端フレーム３３を含む。先端フレーム３３は、揺動中心３０を通る線に対して垂直に延びており、揺動中心３０を挟んで互いに対向している。
【００３０】
上側の先端フレーム３３は、上側（第３揺動カッター４側でもある）の第１フレーム３１Ａの上端と上側（第１揺動カッター２側でもある）の第２フレーム３２Ｂの上端とを接続している。下側の先端フレーム３３は、下側（第３揺動カッター４側でもある）の第２フレーム３２Ａの下端と下側（第１揺動カッター２側でもある）の第１フレーム３１Ｂの下端とを接続している。
【００３１】
また、上側の第１フレーム３１Ａの下端と下側の第２フレーム３２Ａの上端とは、揺動中心３０を通る線に対して垂直に延びる中間フレーム３４により接続されている。同様に、上側の第２フレーム３２Ｂの下端と下側の第１フレーム３１Ｂの上端とは、揺動中心３０を通る線に対して垂直に延びる中間フレーム３５により接続されている。
【００３２】
第２揺動カッター３の中心には、円柱状の中心部３６が配置されている。この中心部３６に、先端フレーム３３が支持フレーム３７により接続されるとともに、中間フレーム３４，３５が支持フレーム３８により接続されている。中心部３６からは、揺動シャフト６２がバルクヘッド１２を貫通して後方に延びている。
【００３３】
各先端フレーム３３には、第２揺動カッター３の揺動中心３０を通る線上で進退可能なコピーカッター５２が設けられている。図示は省略するが、第２揺動カッター３およびコピーカッター５２には、地山を切削するためのカッタービットが適所に設けられている。
【００３４】
第３揺動カッター４は、上述した略菱形状の四辺を構成する一対の第１フレーム４１Ａ，４１Ｂおよび一対の第２フレーム４２Ａ，４２Ｂを含む。第１フレーム４１Ａ，４１Ｂは、揺動中心４０を挟んで互いに離間しており、第３揺動カッター４が第１姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。第２フレーム４２Ａ，４２Ｂは、揺動中心４０を挟んで互いに離間しており、第３揺動カッター４が第２姿勢のときに第２方向Ｙと平行となる。
【００３５】
また、第３揺動カッター４は、当該第３揺動カッター４の第２方向Ｙの両端（上端および下端）に位置する一対の先端フレーム４３を含む。先端フレーム４３は、揺動中心４０を通る線に対して垂直に延びており、揺動中心４０を挟んで互いに対向している。
【００３６】
上側の先端フレーム４３は、上側の第１フレーム４１Ａの上端と上側（第２揺動カッター３側でもある）の第２フレーム４２Ｂの上端とを接続している。下側の先端フレーム２３は、下側の第２フレーム４２Ａの下端と下側（第２揺動カッター３側でもある）の第１フレーム４１Ｂの下端とを接続している。
【００３７】
また、上側の第１フレーム４１Ａの下端と下側の第２フレーム４２Ａの上端とは、円弧状の中間フレーム４４により接続されている。一方、上側の第２フレーム４２Ｂの下端と下側の第１フレーム４１Ｂの上端とは、揺動中心４０を通る線に対して垂直に延びる中間フレーム４５により接続されている。
【００３８】
第３揺動カッター４の中心には、円柱状の中心部４６が配置されている。この中心部４６に、先端フレーム４３が支持フレーム４７により接続されるとともに、中間フレーム４４，４５が支持フレーム４８により接続されている。中心部４６からは、揺動シャフト６３がバルクヘッド１２を貫通して後方に延びている。
【００３９】
各先端フレーム４３には、第３揺動カッター４の揺動中心４０を通る線上で進退可能なコピーカッター５３が設けられている。図示は省略するが、第３揺動カッター４およびコピーカッター５３には、地山を切削するためのカッタービットが適所に設けられている。
【００４０】
図３は、バルクヘッド１２の背面図（後方から見た図）である。バルクヘッド１２には、上述した揺動シャフト６１〜６３を回転可能に支持する軸受部６４〜６６が設けられている（軸受部６５については図２にも図示）。また、揺動シャフト６１〜６３には、略菱形状のアーム６７〜６９がそれぞれ取り付けられている。
【００４１】
アーム６７の一方の端部には一対のジャッキ７１がピンを介して連結されており、アーム６７の他方の端部には一対のジャッキ７２がピンを介して連結されている。これらのジャッキ７１，７２の伸長および短縮により揺動シャフト６１が所定角度だけ一方向および逆方向に回転され、これにより第１揺動カッター２が第１姿勢と第２姿勢との間で揺動される。
【００４２】
アーム６８の一方の端部には一対のジャッキ７３がピンを介して連結されており、アーム６８の他方の端部には一対のジャッキ７４がピンを介して連結されている。これらのジャッキ７３，７４の伸長および短縮により揺動シャフト６２が所定角度だけ一方向および逆方向に回転され、これにより第２揺動カッター３が第１姿勢と第２姿勢との間で揺動される。
【００４３】
アーム６９の一方の端部には一対のジャッキ７５がピンを介して連結されており、アーム６９の他方の端部には一対のジャッキ７６がピンを介して連結されている。これらのジャッキ７５，７６の伸長および短縮により揺動シャフト６３が所定角度だけ一方向および逆方向に回転され、これにより第３揺動カッター４が第１姿勢と第２姿勢との間で揺動される。
【００４４】
ただし、揺動シャフト６１〜６３を一方向および逆方向に所定角度だけ回転させるための駆動手段は、上述したものに限られず、適宜変更可能である。
【００４５】
図１に戻って、第１揺動カッター２、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４が第１姿勢となったときは、第１揺動カッター２の上側の第１フレーム２１Ａと、第２揺動カッター３の下側の第１フレーム３１Ｂとが第２方向Ｙに並ぶとともに、第２揺動カッター３の上側の第１フレーム３１Ａと、第３揺動カッター４の下側の第１フレーム４１Ｂとが第２方向Ｙに並ぶ。
【００４６】
逆に、第１揺動カッター２、第２揺動カッター３および第３揺動カッター４が第２姿勢となったときは、第１揺動カッター２の下側の第２フレーム２２Ａと、第２揺動カッター３の上側の第２フレーム３２Ｂとが第２方向Ｙに並ぶとともに、第２揺動カッター３の下側の第２フレーム３２Ａと、第３揺動カッター４の上側の第２フレーム４２Ｂとが第２方向Ｙに並ぶ。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態のシールド掘進機１では、第１揺動カッター２と第２揺動カッター３の揺動軌跡が重なり合うとともに第２揺動カッター３と第３揺動カッター４の揺動軌跡が重なり合うので、それらの揺動カッターが通らない領域が極めて小さくなる。従って、矩形断面のトンネルを容易に掘削することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、第１〜第３揺動カッター２〜４の先端フレーム２３，３３，４３にコピーカッター５１〜５３がそれぞれ設けられている。このため、コピーカッター５１〜５３の先端がトンネルの矩形断面の輪郭に沿って移動するように、第１〜第３揺動カッター２〜４の揺動角度に応じてコピーカッター５１〜５３を進出または後退させることができる。これにより、トンネルの矩形断面における第１〜第３揺動カッター２〜４の揺動軌跡の外側部分をコピーカッター５１〜５３で切削することができる。
【００４９】
（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００５０】
例えば、トンネルの断面は必ずしも長方形である必要はなく、正方形であってもよい。この場合、シールド掘進機１は、第１揺動カッター２および第２揺動カッター３のみを含んでもよい。このとき、第２揺動カッター３の中間フレーム３４が円弧状に変更されることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５１】
１    シールド掘進機
２    第１揺動カッター
２０  揺動中心
２１Ａ，２１Ｂ  第１フレーム
２２Ａ，２２Ｂ  第２フレーム
２３  先端フレーム
３    第２揺動カッター
３０  揺動中心
３１Ａ，３１Ｂ  第１フレーム
３２Ａ，３２Ｂ  第２フレーム
３３  先端フレーム
４    第３揺動カッター
４０  揺動中心
４１Ａ，４１Ｂ  第１フレーム
４２Ａ，４２Ｂ  第２フレーム
４３  先端フレーム
５１〜５３  コピーカッター
【図１】
2020094328.tif 000003
【図２】
2020094328.tif 000004
【図３】
2020094328.tif 000005