(57)【要約】【課題】楕円断面のトンネル掘削用のシールド掘進機のチャンバ内に大きく突出するギヤ類のケーシング等を設けて回転させる構成では、回転抵抗が増し、エネルギー消費量が多くなる、回転型カッターヘッドを支持する支持剛性を高めにくく、掘進機の構成が全体として複雑化する。【解決手段】楕円形断面の胴体(1) を設け、掘進機本体(3) の前端寄り部分に装備された円板部材(17)と、円板部材を回転駆動する第１回転駆動機構(18)と、円板部材に回転可能に支持された１対の揺動アーム(19)と、１対の揺動アームを回転駆動する１対の第２回転駆動機構(20)と、これら揺動アームの先端部に固着された１対のヘッド支持部材(19a) と、これらヘッド支持部材に回転可能に装備され且つ胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッド(4) と、１対の回転型カッターヘッドを第３軸心回りに回転駆動する１対の第３回転駆動機構(21)とを設けた。【選択図】  図１
2008202220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を前方へ掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、
前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、
前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、
この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、
前記円板部材の前面側に、第１軸心と平行で且つ第１軸心に対して回転対称な１対の第２軸心の回りに基端部が回転可能に夫々支持された１対の揺動アームと、
１対の揺動アームを第２軸心回りに夫々回転駆動する為の１対の第２回転駆動手段と、  これら１対の揺動アームの先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、
これら１対のヘッド支持部材に、第２軸心と平行な第３軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、
前記１対の回転型カッターヘッドを第３軸心回りに夫々回転駆動する１対の第３回転駆動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、
前記１対の揺動アームの基準位置からの第２軸心の回りの回転角を検出する１対の第２回転角検出手段と、
前記第１，第２回転角検出手段の出力を受けて、１対の回転形カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１，第２回転駆動手段を制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、
前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、
前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、
この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、
前記円板部材のうちの前記チャンバと反対側に第１軸心に対して回転対称となるように装備された１対のガイド部材、及び、第１軸心に対して回転対称となるように１対のガイド部材に摺動自在に装着され且つ前記隔壁と平行に配設された１対の伸縮アームと、
前記１対の伸縮アームを夫々伸縮駆動する為の１対の伸縮駆動手段と、
これら１対の伸縮アームの先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、
これらの１対のヘッド支持部材に、第１軸心と平行な第２軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、
前記１対の回転型カッターヘッドを第２軸心回りに夫々回転駆動する１対の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、
前記１対の伸縮アームの最収縮位置からの伸長量を検出する１対の伸長量検出手段と、  前記第１回転角検出手段と１対の伸長量検出手段の出力を受けて、１対の回転形カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段と伸縮駆動手段とを制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、
前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、
前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、
この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、
前記円板部材のうちのこの円板部材以外の隔壁部分よりも前方へ膨出する膨出部に第１軸心に対して実質的にミラー対称となるように装備された１対のガイド部材、及び第１軸心に対して伸縮量がミラー対称となるように１対のガイド部材に摺動自在に装着された１対の伸縮アームと、  前記１対の伸縮アームを伸縮駆動する為の１叉は１対の伸縮駆動手段と、
これら１対の伸縮アームの１対の先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、
これら１対のヘッド支持部材に、第１軸心と平行な第２軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、
前記１対の回転型カッターヘッドを第２軸心回りに夫々回転駆動する１対の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項６】
前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、
前記伸縮アームの最収縮位置からの伸長量を検出する伸長量検出手段と、
前記第１回転角検出手段と伸長量検出手段の出力を受けて、１対の回転型カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段と伸縮駆動手段とを制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴とする請求項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、断面楕円形のトンネルを掘削可能なシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド掘進機は、胴体を含む掘進機本体と、掘進機本体を推進させる複数のシールドジャッキと、掘進機本体の前端側の地山を掘削する回転式のカッターヘッドとを備えている。一般に、掘進機本体の胴体は円筒状に形成され、胴体と同径のカッターヘッドの前面に複数のカッタービットが装備され、このカッターヘッドが、掘進機本体の前端側部分に掘進機本体の中心軸の回りに回転可能に装備され、複数の油圧モータにより回転駆動されて、円形断面のトンネルを掘削する。
【０００３】
ところで、近年、円形断面以外に矩形断面や長円形断面等の種々の断面形状のトンネルを掘削可能なシールド掘進機が提案され、実用化されつつある（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１の自由断面シールド掘進機では、掘進機本体の中心軸と同心の軸を持つ固定軸に固定歯車が設けられ、この固定歯車に遊星歯車が噛合し、遊星歯車に第１歯車が噛合している。第１ケーシングが固定軸の回りに回転可能に設けられ、この第１ケーシングに固定歯車と遊星歯車と第１歯車が収容され、遊星歯車が第１ケーシングに回転可能に支持されている。第１ケーシングの外周近傍部から第２ケーシングが前方へ突出しており、第２ケーシングの中空軸部の後端部分が第１ケーシングに回転可能に内嵌され、その中空軸部が第１歯車が固定され、第２ケーシングは第１歯車と一体的に回転する。
【０００５】
第２ケーシングの中空軸部に軸部材が回転可能に挿通され、この軸部材の前端部に第２歯車が設けられ、この第２歯車に第３歯車が噛合している。第２ケーシングの中空腕部に第２，第３歯車が収容されて回転可能に支持され、第３歯車に回転形カッターが設けられている。ケーシング駆動モータにより、カッターが第１，第２ケーシングを介して固定軸の回りに回転駆動され、これと同期連動して、カッターが固定歯車と遊星歯車と第１歯車と第２ケーシングを介して固定軸の回りに回転駆動される。固定歯車の歯数と第１歯車の歯数の比に応じて掘削されるトンネルの断面形状が変化し、その比が２：１のとき断面が楕円形のトンネルを掘削することができる。上記の第１ケーシングの大部分が、シールド掘進機の前端部分に形成されるチャンバー内に突出しているため、第１ケーシングに掘削土が付着しやすい。
【０００６】
特許文献２の偏平断面トンネル用シールド掘進機では、円形の主カッターディスクと、この両側のやや下方部位のうちの後方近傍部に左右１対の揺動カッターを設け、揺動カッターは複数のカッタースポークを有する開角約２２０度のセクター形状に構成され、ほぼＤ形断面のトンネルを掘削可能になっている。また、主カッターディスクと揺動カッターとの境界部の掘削を補充する為の余掘り用小径カッターディスク（例えば、８組）を、上部の左右両側部位と下部の左右両側部位に設ける。
【０００７】
特許文献３のシールド掘進機では、メインカッターの放射状に延びる４本のスポークに４本の伸縮腕が設けられ、それら伸縮腕が油圧ジャッキにより夫々径方向へ伸縮可能に構成され、各伸縮腕にコーナーカッターとコーナーカッターを回転駆動する油圧モータが取付けられている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１１９２８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９９７２号公報
【特許文献３】特開２００１−５５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在主流となっている円形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機では、トンネルの用途によっては無駄な掘削断面が発生する。特に、多車線道路、複線鉄道トンネルなどにおいては、楕円形断面のトンネルを採用すれば、無駄な掘削断面を最少限にすることができる。
【００１０】
通常、掘削されたトンネルの内面はセグメントで覆工されるが、このときセグメントと地山の間にモルタルを注入することでセグメントが地山に固定される。地下鉄の三連駅などの偏平な大型トンネル、矩形断面トンネル等では、トンネル内面を覆工したセグメントがアーチ構造にならないため、セグメントの地山への固定強度を高めるのが難しく、トンネル覆工費用が高価になる。
【００１１】
楕円形断面のトンネルでは、トンネル内面を覆工したセグメントがアーチ構造になるため、セグメントの地山への固定強度を高め易く、セグメントの安定性が高く、セグメントとして円形断面トンネル用のセグメントと略同様のセグメントを採用することができるため、セグメント製作費やセグメント覆工費用の面でも有利である。
【００１２】
特許文献１のシールド掘進機では、固定歯車と遊星歯車と第１歯車を収容する第１ケーシングが掘削土を攪拌する為のチャンバー内に突出する構造であるため、第１ケーシングに多量の土砂が付着したまま回転される可能性が高く、第１ケーシングを回転駆動する駆動力が増し、動力消費量が多くなる。第２ケーシングの中空軸部がチャンバー内に長く突出しているため回転形カッタを支持する支持剛性を高めることが難しく、カッター駆動手段の耐久性を確保する上で不利である。
【００１３】
特許文献２のシールド掘進機では、余掘り用の８組の小径カッターディスクを設けるため、掘進機の構造が複雑化し、製作費も高価になる。断面の楕円のトンネルを掘削することができないので、後述のように、トンネル内面を覆工するセグメント構築の面で困難を伴う。
【００１４】
特許文献３のシールド掘進機は、スポークタイプのカッターヘッドを有し，各スポークに伸縮腕が径方向へ伸縮可能に装備されているため、断面の楕円のトンネルを掘削する場合など、伸縮腕を大きく伸長させる状態では、伸縮腕に大きな回転抵抗が作用するため、その伸縮腕やその伸縮腕をスポークに連結する部分において、強度的にまた耐久性の面で問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、楕円形断面のトンネルを掘削可能なシールド掘進機を提供すること、所要動力を節減可能で耐久性に優れたシールド掘進機を提供すること、構造を簡単化して製作費を安価にできるシールド掘進機を提供することなどである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１のシールド掘進機は、胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を前方へ掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、前記円板部材の前面側に、第１軸心と平行で且つ第１軸心に対して回転対称な１対の第２軸心の回りに基端部が回転可能に夫々支持された１対の揺動アームと、１対の揺動アームを第２軸心回りに夫々回転駆動する為の１対の第２回転駆動手段と、これら１対の揺動アームの先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、これら１対のヘッド支持部材に、第２軸心と平行な第３軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、前記１対の回転型カッターヘッドを第３軸心回りに夫々回転駆動する１対の第３回転駆動手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
第１回転駆動手段で円板部材を第１軸心の回りに回転させると、１対の揺動アームの基端部が第１軸心の回りに公転する。１対の第２回転駆動手段により揺動アームの基端部を第２軸心の回りに回転させると１対の揺動アームが揺動する。揺動アームの先端部に回転型カッターヘッドが装備されて第３回転駆動手段で回転駆動されるため、１対の第３回転手段で回転駆動される１対の回転型カッターヘッドが第１軸心と直交方向へ移動して地山を掘削する。第１，第２回転駆動手段の駆動量を夫々適切に制御することにより、楕円形断面のトンネルを掘削することができる。
【００１８】
請求項２のシールド掘進機は、請求項１の発明において、前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、前記１対の揺動アームの基準位置からの第２軸心の回りの回転角を検出する１対の第２回転角検出手段と、前記第１，第２回転角検出手段の出力を受けて、１対の回転型カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１，第２回転駆動手段を制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１９】
請求項３のシールド掘進機は、胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、前記円板部材のうちの前記チャンバと反対側に第１軸心に対して回転対称となるように装備された１対のガイド部材、及び、第１軸心に対して回転対称となるように１対のガイド部材に摺動自在に装着され且つ円板部材と平行に配設された１対の伸縮アームと、前記１対の伸縮アームを夫々伸縮駆動する為の１対の伸縮駆動手段と、これら１対の伸縮アームの先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、これらの１対のヘッド支持部材に、第１軸心と平行な第２軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、前記１対の回転型カッターヘッドを第２軸心回りに夫々回転駆動する１対の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴としている。
【００２０】
このシールド掘進機では、第１回転駆動手段で回転駆動される円板部材に１対のガイド部材を介して１対の伸縮アームを第１軸心に対して回転対称となるように設け、１対の伸縮アームを１対の伸縮掘進機手段により伸縮駆動させ、１対の伸縮アームの先端部に設けた１対の回転型カッターヘッドにより掘削する。円板部材と第１回転駆動手段により１対の伸縮アームをトンネル軸心（第１軸心）の回りに回転させ、１対の伸縮アームを伸縮駆動手段で夫々伸縮させることで、カッターヘッドを第１軸心と直交方向へ移動させる。
第１回転駆動手段、１対の伸縮駆動手段を適切に制御することで、楕円形断面のトンネルを掘削することができる。
【００２１】
請求項４のシールド掘進機は、請求項３の発明において、前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、前記１対の伸縮アームの最収縮位置からの伸長量を検出する１対の伸長量検出手段と、前記第１回転角検出手段と１対の伸長量検出手段の出力を受けて、１対の回転型カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段と伸縮駆動手段とを制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００２２】
請求項５のシールド掘進機は、胴体と胴体の前端部内のチャンバの後端を仕切る隔壁とを含む掘進機本体と、この掘進機本体を掘進させる複数のシールドジャッキとを備え、断面が楕円形のトンネルを掘削するシールド掘進機において、前記胴体の断面形状は前記トンネルの断面形状に近似した楕円形に構成され、前記掘進機本体の前端寄り部分に掘進機本体の中心の第１軸心の回りに回転可能に装備され且つ前記隔壁の一部を構成する円板部材と、この円板部材を回転駆動する為の第１回転駆動手段と、前記円板部材のうちのこの円板部材以外の隔壁部分よりも前方へ膨出する膨出部に第１軸心に対してミラー対称となるように装備された１対のガイド部材、及び、第１軸心に対して伸縮量がミラー対称となるように１対のガイド部材に摺動自在に装着された１対の伸縮アームと、前記１対の伸縮アームを伸縮駆動する為の１叉は１対の伸縮駆動手段と、これら１対の伸縮アームの１対の先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材と、これら１対のヘッド支持部材に、第１軸心と平行な第２軸心回りに回転可能に夫々装備され且つ前記胴体の断面の楕円形の短直径の半分の大きさの直径を有する１対の回転型カッターヘッドと、前記１対の回転型カッターヘッドを第２軸心回りに夫々回転駆動する１対の第２回転駆動手段とを備えたことを特徴としている。
【００２３】
このシールド掘進機では、  このシールド掘進機では、第１回転駆動手段で回転駆動される円板部材に第１軸心に対して実質的にミラー対称となる１対のガイド部材を設け、これらガイド部材に１対の伸縮アームをそれらの伸縮量が第１軸心に対してミラー対称となるように摺動自在に設け、１対の伸縮アームを１叉は１対の伸縮駆動手段により伸縮駆動させ、１対の伸縮アームの先端部に設けた１対の回転型カッターヘッドにより掘削する。円板部材と第１回転駆動手段により１対の伸縮アームをトンネル軸心（第１軸心）の回りに回転させ、１対の伸縮アームを伸縮駆動手段で夫々ミラー対称に伸縮させることで、カッターヘッドを第１軸心と直交方向へ移動させる。第１回転駆動手段、伸縮駆動手段を適切に制御することで、楕円形断面のトンネルを掘削することができる。
【００２４】
請求項６のシールド掘進機は、請求項５の発明において、前記円板部材の基準位置からの回転角を検出する第１回転角検出手段と、前記伸縮アームの最収縮位置からの伸長量を検出する伸長量検出手段と、前記第１回転角検出手段と伸長量検出手段の出力を受けて、１対の回転型カッターヘッドにより前記楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段と伸縮駆動手段とを制御する掘削用制御手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１のシールド掘進機によれば、次の効果が得られる。
(a)チャンバの後端を仕切る隔壁の一部を構成する円板部材を回転させ、この円板部材を介して１対の揺動アームの基端部を回転させる構成であるので、円板部材がチャンバー内に大きく突出せず、円板部材がそこに多量に付着した掘削土と共に回転するという現象は生じないから、円板部材を回転駆動する第１回転駆動手段の消費動力を節減でき、第１回転駆動手段の小型化を図ることができる。
【００２６】
(b)カッターヘッドと揺動アームから円板部材に作用する荷重を円板部材を支持する隔壁部分で支持することができるから、カッターヘッドと揺動アームと円板部材を支持する支持剛性を高めることができ、第１回転駆動手段の耐久性を確保することができる。
(c)カッターヘッドをトンネル軸心（第１軸心）と直交方向へ移動させるカッターヘッド移動機構（円板部材、揺動アーム、第１，第２回転駆動手段）の構成を簡単化することができる。
【００２７】
請求項２のシールド掘進機によれば、第１回転角検出手段、１対の第２回転角検出手段、掘削用制御手段により、楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段、１対の第２回転駆動手段を制御することができる。
【００２８】
請求項３のシールド掘進機によれば前記 (a)と同様の効果の他に次の効果が得られる。 (d)カッターヘッドと伸縮アームから円板部材に作用する荷重を円板部材を支持する隔壁部分で支持することができるから、カッターヘッドと伸縮アームと円板部材を支持する支持剛性を高めることができ、第１回転駆動手段の耐久性を確保することができる。
(e)１対の伸縮アームを１対のガイド部材で摺動自在に支持して１対の伸縮駆動手段で駆動するように構成したため、１対の伸縮アームを円板部材に支持する構造と、カッターヘッドを第１軸心と直交方向へ移動させる為の構成が非常に簡単になり、安価に製作可能になる。
【００２９】
請求項４のシールド掘進機によれば、第１回転角検出手段、１対の伸長量出手段、掘削用制御手段により、楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段、１対の伸長駆動手段を制御することができる。
【００３０】
請求項５のシールド掘進機によれば前記 (a)、(d) 、(e) と同様の効果が得られる。
請求項６のシールド掘進機によれば、第１回転角検出手段、伸長量出手段、掘削用制御手段により、楕円形断面のトンネルを掘削するように第１回転駆動手段、１対の伸長駆動手段を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明のシールド掘進機は、トンネルの断面形状に近似した断面楕円形の胴部材を有し、チャンバの後端を仕切る隔壁の一部を構成し掘進機本体の中心の回りに回転駆動される円板部材に、前記中心からの位置を可変に装備された１対の回転型カッターヘッドを設け、それら１対の回転型カッターヘッドにより断面楕円形のトンネルを掘削するように構成したシールド掘進機である。
【実施例１】
【００３２】
以下、本発明のシールド掘進機ＳＭの実施例１について図面に基づいて説明する。
以下の説明は、シールド掘進機ＳＭが掘進して行く方向を前方とし、前方に向かって左右方向を左右方向として説明する。図１〜図３に示すように、このシールド掘進機ＳＭは、胴体１と隔壁２とを含む掘進機本体３と、この掘進機本体３の前端部に装備された１対の回転型カッターヘッド４と、これら１対のカッターヘッド４をトンネル軸心と直交する方向へ移動させるカッターヘッド移動機構５と、複数のシールドジャッキ６と、排土装置７及びこれに連なる排土コンベヤ（図示略）と、セグメントＳを覆工する為のエレクタ装置８と、電源と油圧源と掘削用の制御ユニット３０（図４参照）とその他必要な諸装置を装備した後方台車（図示略）などを有する。
【００３３】
前記掘進機本体３について説明する（図１〜図３参照）。
前記胴体１は、その断面形状が掘削するトンネルＴの断面形状に近似した楕円形に構成され、胴体１は鋼板部材で構成されている。胴体１は、前胴１Ａとこの前胴１Ａの後端に固定された後胴１Ｂとを有し、後胴１Ｂの後端部にはテールシール１ａが設けられている。胴体１の前端部内には、掘削した土砂を導入するチャンバ９が形成され、このチャンバ９の後端を仕切る隔壁２が掘進機本体３の前端寄り部位に設けられている。
【００３４】
胴体１の前胴１Ａの前後方向途中部の内側には補強用の楕円形の第１リング部１０が設けられ、前胴１の後端部の内側にも補強用の楕円形の第２リング部１１が設けられている。尚、第１リング部１０の位置には、胴体１から外側へ所定長さ突出して胴体１のローリングを防止する為の上下１対のロール規制部材１２が装備されている。
【００３５】
複数のシールドジャッキ６は、掘進機本体３を前方へ前進させる為のものであり、後方台車に装備した油圧供給源に接続されている。複数のシールドジャッキ６は、前胴１Ａの後半部の内面に周方向適当間隔おきに配置されている。シールドジャッキ６のジャッキ本体は、第２リング部１１に貫通状に装着されて第１，第２リング部１０，１１に固定されている。シールドジャッキ６のジャッキ本体から後方へ向けてロッドが進退し、そのロッドの先端部に頸振り自在に連結されたスプレッダ６ａを、トンネルＴの内面に覆工されたセグメントＳの前端に当接させて掘進の反力を取りながら掘進機本体３を前進させる。
【００３６】
エレクタ装置８について説明する（図１参照）。
掘進機本体３の第２リング部１１には後方へ延びる支持フレーム１３が固定され、この支持フレーム１３にエレクタ装置８を装備する為のレール部材１４が取り付けられている。このレール部材１４は、 正面視にて胴体１の内面から所定距離離隔したほぼ楕円形である。このレール部材１４に例えば１対のエレクタ８Ａ，８Ｂが周方向へ移動可能に且つ前後方向へ所定距離移動可能に装備されており、１対のエレクタ８Ａ，８Ｂにより掘削したトンネルＴの内面にセグメントＳが覆工される。この覆工されたセグメントＳの上半部、下半部、左半部、右半部は、何れもアーチ構造となるので強度と安定性に優れる。
【００３７】
排土装置７について説明する（図１参照）。
この排土装置７として左右１対の排土装置７が設けられている。各排土装置７は、筒状ケース１５とその内部に組み込まれたオーガ１６とからなるスクリューコンベヤと、このスクリューコンベヤから掘削土を受け取ってトンネル内を後方へ搬送するベルトコンベヤ（図示略）とを有する。オーガ１６の前端部は隔壁２の開口穴２ａからチャンバ９内に突出している。
【００３８】
１対の回転型カッターヘッド４と、これらカッターヘッド４をトンネルＴの軸心と直交する方向へ移動させるカッターヘッド移動機構５について説明する。
このカッターヘッド移動機構５は、円板部材１７と、この円板部材１７を回転駆動する為の第１回転駆動機構１８と、１対の揺動アーム１９と、これら１対の揺動アーム１９を夫々回転駆動する為の１対の第２回転駆動機構２０と、１対の揺動アーム１９の先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材１９ａと、後述のセンサ類及び制御ユニット３０を有する。
【００３９】
前記円板部材１７について説明する（図１〜図３参照）。
この円板部材１７は、掘進機本体３の前端寄り部分に掘進機本体３の中心の第１軸心Ａ１の回りに回転可能に装備されて隔壁２の一部を構成している。円板部材１７は隔壁２の中央部分に配設されている。掘進機本体３の第１リング部１０の内周部には円筒部１０ａが設けられており、円板部材１７は円筒部１０ａに回転自在に内嵌状に装着されている。円板部材１７の外周部には、断面Ｌ形の円環部１７ａが設けられ、この円環部１７ａの後部にリングギヤ１８ａが固定され、円環部１７ａと第１リング部１０側の部材との間にはベアリング（図示略）が設けられている。円筒部１０ａと円環部１７ａの間には液密にシールする複数の環状のシール部材（図示略）が設けられ、円筒部１０ａに対して円環部１７ａが前後方向に移動しないように構成されている。
【００４０】
円板部材１７を回転駆動する為の第１回転駆動機構１８は、掘進機本体３の第１リング部１０に装備された複数の油圧モータ１８ｍにより、各油圧モータ１８ｍの出力軸に固定されたピニオン１８ｐを介してリングギヤ１８ａを正転方向と逆転方向に択一的に回転駆動可能に構成されている。
【００４１】
１対の揺動アーム１９について説明する（図１〜図３参照）。
これら１対の揺動アーム１９は隔壁２よりも前側に配設され、これら揺動アーム１９の円形基端部１９ｂは、第１軸心Ａ１と平行で且つ第１軸心Ａ１に対して回転対称な１対の第２軸心Ａ２の回りに回転自在に円板部材１７に夫々支持されている。尚、第２軸心Ａ２は、円板部材１７の半径をＲとして第１軸心Ａ１から約（３／４）×Ｒ離隔した外周寄りの位置にある。揺動アーム１９の円形基端部１９ｂ以外の部分はチャンバ９内に突出しており、円形基端部１９ｂのうちの円板部材１７の外側へはみ出す部分は、チャンバ９内に突出している。
【００４２】
各揺動アーム１９の円形基端部１９ｂの外周部には円環部１９ｃが形成され、この円環部１９ｃにリングギヤ２０ａが固定され、このリングギヤ２０ａは、円板部材１７の外側へはみ出した際に隔壁２の前面に摺接叉は近接する。この円環部１９ｃと、円板部材１７に形成された部分円環部１７ｂの間には、複数の液密にシールする為のし複数のシール部材（図示略）が設けられ、部分円環部１７ｂに対して円環部１９ｃが前後方向へ移動しないように構成されている。
【００４３】
１対の揺動アーム１９は、第１軸心Ａ１に対して回転対称の位置関係になるように，後述のように制御される。各揺動アーム１９は円形基端部１９ｂから所定長さ延びるアーム本体部を有し、このアーム本体部の先端部にはヘッド支持部材１９ａが設けられている。  
【００４４】
各揺動アーム１９の円形基端部１９ｂを第２軸心Ａ２の回りに回転駆動する第２回転駆動機構２０が設けられている。この第２回転駆動機構２０は、円板部材１７の部分円環部１７ｂに装備された複数の油圧モータ２０ｍにより、各油圧モータ２０ｍの出力軸に固定されたピニオン２０ｐを介してリングギヤ２０ａを正転方向と逆転方向に択一的に回転駆動可能に構成されている。こうして、１対の揺動アーム１９は、第１軸心Ａ１の回りに公転しながら第２軸心Ａ２の回りに揺動（自転）駆動され、第１軸心Ａ１に対して回転対称の姿勢となるように制御される。
【００４５】
回転型カッターヘッド４は、揺動アーム１９の先端部のヘッド支持部材１９ａに、第２軸心Ａ２と平行な第３軸心Ａ３の回りに回転可能に装備されている。１対の回転型カッターヘッド４は、胴体１の前端部に対応する前後方向位置に配置されており、１対のカッターヘッド４を第１軸心Ａ１に対して回転対称の位置に保持しながら、これら回転型カッターヘッド４をほぼ楕円形を描くように移動させることにより、胴体１と近似する楕円形断面のトンネルＴを掘削するように構成されている。この回転型カッターヘッド４は胴体１の楕円形断面の短直径の半分の大きさの直径を有するものである（図３参照）。
【００４６】
回転型カッターヘッド４は、円形フレーム４ａと、この円形フレーム４ａから放射方向へ延びる６つのスポーク４ｂと、これらスポーク４ｂの前面と外周側の面に付設された複数のカッタービット４ｃとを有する。ヘッド支持部材１９ａには環状部２１ｃが形成され、回転型カッターヘッド４の円形フレーム４ａが環状部２１ｃに回転自在に内嵌状に装着され、環状部２１ｃと円形フレーム４ａの間に液密にシールする複数のシール部材（図示略）が設けられ、環状部２１ｃに対して円形フレーム４ａが前後方向へ相対移動しないように構成されている。
【００４７】
回転型カッターヘッド４を第３軸心Ａ３の回りに回転駆動する為の第３回転駆動機構２１が揺動アーム１９に設けられている。この第３回転駆動機構２１は、円形フレーム４ａに装備されたリングギヤ２１ａと、環状部２１ｃに装備された複数の油圧モータ２１ｍなどを有し、第３回転駆動機構２１は、複数の油圧モータ２１ｍにより、それら油圧モータ２１ｍの出力軸に設けられたピニオン２１ｐを介してリングギヤ２１ａを正転方向と逆転方向に択一的に回転駆動可能に構成されている。
【００４８】
次に、第１，第２，第３回転駆動機構１８，２０，２１を制御する制御系について説明する。図４に示すように、操作盤３１と、制御ユニット３０と、第１回転角センサ３２と、１対の第２回転角センサ３３が設けられている。制御ユニット３０により、第１，第２回転角センサ３２，３３からの検出信号に基づいて、１対の回転形カッターヘッド４により楕円形断面のトンネルＴを掘削するように第１，第２回転駆動機構１８，２０の制油圧制御弁３４，３５を制御するように構成してある。制御ユニット３０は、ＣＰＵ３０ａとＲＯＭ３０ｂとＲＡＭ３０ｃと入出力インターフェース（図示略）を備えている。
【００４９】
第１回転角センサ３２は、円板部材１７の基準位置（例えば、図２に示す位置）からの回転角を検出するものである。この第１回転角センサ３２は、リングギヤ１８ａのギヤ歯を検出する電磁ピックアップからなり、この第１回転角センサ３２は掘進機本体３の第１リング部１０に固定されている。リングギヤ１８ａの多数のギヤ歯のうち基準位置のギヤ歯だけに分断用小孔が形成され、上記電磁ピックアップにより基準位置のギヤ歯から２つのパルス（基準パルス）を検出し、その他の多数のギヤ歯から夫々１つのパルスを検出する。制御ユニット３０において第１回転角センサ３２から供給される基準パルスから基準位置を検知し、その基準位置検出以降に供給されるパルス数を計数することにより、リングギヤ１８ａの基準位置からの所定方向への回転角（円板部材１７の回転角）が検知される。尚、油圧モータ１８ｍの回転方向も加味してパルス数を計数することにより、リングギヤ１８ａの上記所定方向と反対方向への回転角も検知される。
【００５０】
１対の第２回転角検出センサ３３は、１対の揺動アーム１９の円板部材１７に対する基準位置（例えば、図２示す位置）からの第２軸心Ａ２の回りの回転角を夫々検出するものであり、第２回転角検出センサ３３は、リングギヤ２０ａのギヤ歯を検出する電磁ピックアップからなり、この第２回転角センサ３３は円板部材１７の部分円環部１７ｂに固定されている。リングギヤ２０ａの多数のギヤ歯のうち基準位置のギヤ歯だけに分断用の小孔が形成され、上記の電磁ピックアップにより基準位置のギヤ歯から２つのパルス（基準パルス）を検出し、その他の多数のギヤ歯から夫々１つのパルスを検出する。
【００５１】
制御ユニット３０において上記の電磁ピックアップから供給される基準パルスから基準位置を検知し、その基準位置検出以降に供給されるパルス数を計数することにより、リングギヤ２０ａの基準位置から所定方向への回転角（揺動アーム１９の揺動回転角）が検知される。尚、油圧モータ２０ｍの回転方向も加味してパルス数を計数することにより、リングギヤ２０ａの上記所定方向と反対方向への回転角も検知される。
【００５２】
第１回転駆動機構１８は、制御ユニット３０で制御される油圧制御弁３４を有し、この油圧制御弁３４により複数の油圧モータ１８ｍへ供給する油圧の油量を制御することにより、油圧モータ１８ｍの回転角を制御し、円板部材１７の回転角を制御するように構成されている。第２回転駆動機構２０についても同様であり、制御ユニット３０で制御される油圧制御弁３５を有し、この油圧制御弁３５により複数の油圧モータ２０ｍへ供給する油圧の油量を制御することにより、油圧モータ２０ｍの回転角を制御し、揺動アーム１９の回転角（揺動角）を制御するように構成されている。
【００５３】
第３回転駆動機構２１は、回転型カッターヘッド４の回転方向と回転速度を制御する為に、制御ユニット３０で制御される油圧制御弁３６を有し、この油圧制御弁３６により複数の油圧モータ２１ｍへ供給する油圧の油量と供給方向を制御することにより、油圧モータ２１ｍの回転方向と回転速度を制御し、回転型カッターヘッド４の回転方向と回転速度を制御するように構成されている。尚、胴体１に作用するローリングトルクを小さくする為に、１対の回転型カッターヘッド４は互いに反対方向へ回転駆動される。
【００５４】
制御ユニット３０のＲＯＭ３０ｂには、楕円断面のトンネル掘削用の制御プログラムが予め格納されており、この制御プログラムに基づいて上記の第１，第２回転駆動機構１８，２０に対する制御が実行される。最初に、この制御の制御ロジックについて説明する。  図５に示すように、第１軸心Ａ１はシールド掘進機ＳＭの胴体１の中心であり、円Ｃは第２軸心Ａ２が描く軌跡であり、楕円Ｅは掘削されるトンネルＴの外形を示す楕円であり、楕円Ｄは楕円Ｅから内側へ回転型カッターヘッド４の半径Ｒだけ離隔させた楕円叉は近似楕円であり、第３軸心Ａ３が移動する軌跡である。
【００５５】
この説明では、１方の揺動アーム１９について説明し、他方の揺動アーム１９についての説明は省略する。揺動アーム１９が図５に示す基準位置（第２軸心Ａ２が点Ｐ０の位置、第３軸心Ａ３が点Ｑ０の位置）にある。その基準位置から掘削を開始し、第３軸心Ａ３が楕円Ｄ上を反時計回り方向へ移動するとき、最初第２軸心Ａ２は円Ｃ上を時計回り方向へ移動し、その後反時計回り方向へ移動することになる。地山の土質等に応じて掘削速度に関連する、回転型カッターヘッド４を楕円Ｄ上を移動させる移動速度Ｖを予め設定してある。
【００５６】
この移動速度Ｖ、掘削開始からの経過時間ｔとすると、時刻ｔにおける第２軸心Ａ２の位置が点Ｐの位置となり、第３軸心Ａ３が点Ｑの位置になり、これらの位置は演算により得られる。その時の円板部材１７の回転角−θ１、揺動アーム１９の回転角θ２も演算により得られる。つまり、掘削開始後の時刻ｔのときに、円板部材１７の回転角−θ１、揺動アーム１９の回転角θ２となるように第１，第２回転駆動機構１８，２０を時々刻々制御することにより、断面が楕円形のトンネルＴを掘削することができる。
【００５７】
尚、両方の回転型カッターヘッド４で、トンネルの全体を掘削する第１方法と、一方の回転型カッターヘッド４でトンネルの左側半分を掘削し、他方の回転型カッターヘッド４でトンネルの右側半分を掘削する第２方法を採用可能であるが、以下のフローチャートに示す例は、第１方法を採用する場合の制御を示すものである。
【００５８】
次に、図６のフローチャートに基づいて説明する。
制御が開始されると、第１，第２回転角センサ３２，３３からの検出信号などが読み込まれ（Ｓ１）、次に掘削の開始を指令するスタート指令が操作盤３１から入力された否か判定し（Ｓ２）、その判定がＮｏの間はＳ１へ戻り、その判定がＹｅｓになるとＳ３において、円板部材１７と揺動アーム１９を夫々の基準位置に設定する。このとき、油圧モータ１８ｍ，２０ｍを夫々駆動し、第１，第２回転角センサ３２，３３からの検出信号に基づいて基準位置に設定する。尚、スタート指令の入力に応じて、油圧モータ２１ｍの駆動も開始され、複数のシールドジャッキ６により掘進機本体３の前進移動も行われる。
【００５９】
次に、Ｓ４においてタイマーＴをスタートをして計時を開始し、次のＳ５では、タイマーＴの計時時間ｔを読み込むと共に第１，第２回転角センサ３２，３３からの検出信号が読み込まれる。Ｓ６では、計時時間ｔと、楕円Ｄに沿って移動するカッターヘッド４の移動速度Ｖと、楕円Ｄの軌跡に基づいて、楕円Ｄ上の第３軸心Ａ３の位置（点Ｑの位置）が演算される。次に、Ｓ７では、第３軸心Ａ３の位置と、揺動アーム１９の長さと、円Ｃの軌跡に基づいて、第２軸心Ａ２の位置（点Ｐの位置）が演算される。
【００６０】
次に、Ｓ８では、円板部材１７の回転角である第１回転角θ１と、揺動アーム１９の回転角である第２回転角θ２が演算され、次にＳ９において第１，第２回転駆動機構１８，２０の油圧制御弁３４，３５が、第１，第２回転角−θ１，θ２とするように制御される。次にＳ１０において円板部材１７が基準位置か否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ５へ移行してＳ５以降を実行するため、カッターヘッド４の中心の第３軸心Ａ３が楕円Ｄに沿って移動していき、断面楕円のトンネルＴが掘削される。カッターヘッド４が１周して基準位置に達すると、Ｓ１０の判定がＹｅｓとなる。次にＳ１１において操作盤３１から停止指令が入力されたか否か判定する。
【００６１】
Ｓ１１の判定がＮｏの間はＳ３へ戻ってＳ３以降を繰り返すため、複数回に亙ってカッターヘッド４が周回し、セグメントＳの前後長に等しい距離前進すると、セグメントＳの構築の為に操作盤３１から停止指令が入力され、Ｓ１１の判定がＹｅｓとなってＳ１２において第１，第２回転駆動機構１８，２０の駆動が停止され、油圧モータ２１ｍも停止され、その後Ｓ１へ移行する。
【００６２】
以上説明したシールド掘進機ＳＭの作用、効果について説明する。
第１回転駆動機構１８で円板部材１７を回転させつつ、１対の第２回転駆動機構２０により１対の揺動アーム１９を第１軸心Ａ１に対して回転対称の位置関係に保持しながら、１対の第３回転駆動機構２１で１対の回転型カッターヘッド４を回転駆動しつつ、図５に示す楕円Ｄに沿ってカッターヘッド４の中心（第３軸心Ａ３）を移動させることで、楕円形断面のトンネルＴを掘削する。
【００６３】
チャンバ９の後端を仕切る隔壁２の一部を構成する円板部材１７を回転させ、この円板部材１７を介して１対の揺動アーム１９の円形基端部１９ｂを回転させる構造にしたので、円板部材１７がチャンバ９内に大きく突出せず、円板部材１７がそこに多量に付着した掘削土と共に回転するという現象は生じないから、円板部材１７を回転駆動する第１回転駆動機構１８の消費動力を節減でき、第１回転駆動機構１８の小型化を図ることができる。しかも、揺動アーム１９の円形基端部１９ｂへの一部（約１／３）が円板部材１７から外側へはみ出す構造にしたため、円板部材１７と第１回転駆動機構１８の小型化を図ることができた。
【００６４】
円板部材１７が隔壁２と同一面をなすように配設されているため、チャンバ９内の土砂から円板部材１７に作用する回転抵抗が非常に小さくなるので、第１回転駆動機構１８の小型化を図ることができる。回転型カッターヘッド４の直径をトンネル断面の楕円形の短直径の半分の大きさに設定したため、１対のカッターヘッド４の相互干渉を避けながらカッターヘッド４を極力大型化してシールド掘進機ＳＭの掘削性能を高めることができる。  
【００６５】
カッターヘッド４と揺動アーム１８から円板部材１７に作用する荷重を円板部材１７を支持する隔壁２の部分で支持することができるから、カッターヘッド４と揺動アーム１９と円板部材１７を支持する支持剛性を高めることができ、第１回転駆動機構１８の耐久性を確保することができる。カッターヘッド４をトンネル軸心（第１軸心Ａ１）と直交方向へ移動させるカッターヘッド移動機構５（円板部材１７、揺動アーム１９、第１，第２回転駆動機構１８，２０）の構成を簡単化することができる。
【００６６】
トンネルＴの断面形状が楕円形であるので、トンネル内面に覆工されたセグメントＳは各部分においてアーチ構造になるから、セグメントＳを地山に強力に固定することができる、セグメントＳの強度、安定性を確保することができるうえ、セグメントＳとして円形断面のトンネルに適用される通常のセグメント叉はそれに近似したものを採用可能となるので、セグメントＳの製作と構築の面でも有利である。
【００６７】
前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）シールド掘進機ＳＭの胴体１の前胴１Ａと後胴１Ｂとを左右方向叉は上下左右方向へ折曲可能に連結し、複数の中折れジャッキにより折曲角度を調節するように構成し、曲がったトンネルを掘削可能に構成するしてもよい。
２）前記シールド掘進機ＳＭは排土装置７を備えた掘進機を例にして説明したが、排土装置７の代わりに排泥装置を設けてもよい。
【実施例２】
【００６８】
次に、本発明の実施例２に係るシールド掘進機ＳＭ２について説明する（図７〜図９参照）。このシールド掘進機ＳＭ２におけるカッターヘッド移動機構５Ａ及び制御系以外の構造は、前記シールド掘進機ＳＭのものと同様である。シールド掘進機ＳＭと同様の構成要素に同一符号を付して説明を省略し、主にカッターヘッド移動機構５Ａと制御系について説明する。
【００６９】
図７〜図９に示すように、カッターヘッド移動機構５Ａは、第１軸心Ａ１の回りに回転可能な円板部材１７Ａと、この円板部材１７Ａを回転駆動する第１回転駆動機構１８と、１対のガイド部材４０と、１対の伸縮アーム４１と、１対のアーム伸縮駆動用機構４２と、１対の伸縮アーム４１の先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材４３と、これら１対のヘッド支持部材４３に支持された１対の回転形カッターヘッド４等を備えている。  
【００７０】
円板部材１７Ａは、隔壁２のうちの円板部材１７Ａ以外の部分よりも前方へ膨出する膨出部１７ａを有し、その膨出部１７ａには１対の伸縮アーム４１が進退する進退空間が形成されている。円板部材１７Ａを隔壁２に回転自在に支持する構造は実施例１と同様である。円板部材１７Ａのうちのチャンバ９と反対側には、第１軸心Ａ１に対して回転対称となるように装備された１対のガイド部材４０が設けられている。１対の伸縮アーム４１は、第１軸心Ａ１に対して回転対称となるように１対のガイド部材４０に摺動自在に装着され且つ隔壁２と平行に配設されている。
【００７１】
１対の伸縮アーム４０を夫々伸縮駆動する為の１対のアーム伸縮駆動機構４２が設けられている。アーム伸縮駆動機構４２は油圧シリンダ４２ａを有し、この油圧シリンダ４２ａは伸縮アーム４１の内部に配設され、そのシリンダ本体は膨出部１７ａの壁部に固定されたブラケット４１ｂにピン結合され、油圧シリンダ４２ａのロッド４２ｂの先端部が伸縮アーム４１の先端部分の先端部材４１ａに固定されたブラケットにピン結合されている。この油圧シリンダ４２ａは複動型の油圧シリンダであり、後方台車に装備された油圧供給源に接続されている。
【００７２】
伸縮アーム４１の先端部材４１ａにはヘッド支持部材４３が固定的に設けられ、このヘッド支持部材４３に回転型カッターヘッド４が回転可能に設けられている。この回転型カッターヘッド４をヘッド支持部材４３に回転可能に支持する構造は、前記実施例１と同様である。
【００７３】
１対の回転型カッターヘッド４は、１対のヘッド支持部材４３に、第１軸心Ａ１と平行な第２軸心Ａ２の回りに回転可能に夫々装備されている。回転型カッターヘッド４は、実施例１のものと同様である。また、実施例１と同様に、１対の回転型カッターヘッド４を第２軸心Ａ２回りに夫々回転駆動する１対の第２回転駆動機構２１Ａが設けられている。尚、第２軸心Ａ２、第２回転駆動機構２１Ａが実施例１の第３軸心Ａ３、第３回転駆動機構２１と同様のものである。
【００７４】
制御系について図１０に基づいて説明する。
操作盤３１と、第１回転角センサ３２と、１対の伸長量検出センサ４４が制御ユニット３０Ａに接続されている。第１回転角センサ３２は、円板部材１７Ａの基準位置からの所定方向への回転角を検出するものであり、実施例１と同様に構成されている。
【００７５】
伸長量検出センサ４４は、伸縮アーム４１の図７、図８に示す最収縮位置からの伸長量を検出するものであり、例えば、鋼製の伸縮アーム４１の壁面に小間隔おきに伸縮方向と平行な１列状に形成された複数の小孔と、ガイド部材４０側に固定的に設けられた電磁ピックアップとで構成されている。但し、これらの小孔は伸縮アーム４１の内面側において水密に封鎖されている。伸縮アーム４１が最収縮位置のときに電磁ピックアップで検出されるパルス幅が特別に広幅の基準パルスとする広幅の小孔も形成されているため、電磁ピックアップからの検出信号に基づいて最収縮位置を検知可能であり、また、最収縮位置検出以降に検出されたパルス数を計数することにより、伸縮アーム４１の最収縮位置からの伸長量を検知可能である。
【００７６】
第１回転駆動機構３４は、実施例１のものと同様である。アーム伸縮駆動機構４２は、油圧制御弁４２ｖを介して油圧シリンダ４２ａへ供給する油圧の油量を制御して、伸縮アーム４１を所望の量だけ伸縮させるように構成され、制御ユニット３０Ａにより油圧制御弁４２ｖが制御される。第２回転駆動機構２１Ａは実施例１の第３回転駆動機構２１と同様のものである。制御ユニット３０Ａは、第１回転角検出センサ３２と１対の伸長量検出センサ４４の出力を受けて、１対のカッターヘッド４により楕円形断面のトンネルＴを掘削するように第１回転駆動機構３４とアーム伸縮駆動機構４２とを制御する。
【００７７】
この制御ユニット３０Ａは、ＣＰＵ３０ｄと、ＲＯＭ３０ｅと、ＲＡＭ３０ｆと、入出力インターフェース（図示略）を有し、そのＲＯＭ３０ｅには、カッターヘッド４を第１軸心Ａ１と直交方向へ移動させる上記の制御の為の制御プログラムが予め格納されている。この制御プログラムのフローチャートは省略するが、一方の伸縮アーム４１に関する制御ロジックについて簡単に説明する。図１１に示すように、楕円Ｉが掘削されるトンネルの外形を示す楕円であり、楕円Ｈが楕円Ｉの内側にカッターヘッド４の半径Ｒだけ離隔させた楕円叉は近似楕円であり、円Ｇが円板部材１７Ａであり、円Ｆは円板部材１７Ａと一体的に回転する伸縮アーム４１が外接する仮想円である。
【００７８】
図８に示す状態のとき、円板部材１７Ａが基準位置となり、伸縮アーム４１も基準位置（最収縮位置）であるから、図１１に示す基準位置のとき、伸縮アーム４１の基端が点Ｍ０の位置であり、先端が点Ｎ０の位置となる。掘削開始後の時刻ｔのとき、伸縮アーム４１の先端の位置は点Ｎの位置となるが、実施例１と同様に、カッターヘッド４が楕円形状に周回する予め設定された移動速度Ｖと時刻ｔに基づいて、点Ｎの位置を演算することができる。
【００７９】
次に、点Ｎの位置と円Ｆ，Ｇに基づいて、点Ｍの位置を演算することができる。伸縮アーム４１は線分Ｍ０Ｎ０の状態から線分ＭＮの状態に伸長したことになり、伸縮アーム４１の最収縮位置からの伸長量は、（線分ＭＮの長さ−線分Ｍ０Ｎ０の長さ）として演算することができる。つまり、掘削開始後の時刻ｔのときの伸縮アーム４１の伸長量が上記の値になるようにアーム伸縮駆動機構４２を時々刻々制御することにより、断面が楕円形のトンネルＴを掘削することができる。
【００８０】
以上説明したシールド掘進機ＳＭ２の作用、効果について説明する。
第１回転駆動機構１８で円板部材１７Ａを回転させつつ、１対の伸縮駆動機構４２により１対の伸縮アーム４１を第１軸心Ａ１に対して回転対称の位置関係に保持しながら、１対の第３回転駆動機構２１で１対の回転型カッターヘッド４を回転駆動しつつ、図１１に示す楕円Ｈに沿ってカッターヘッド４の中心（第３軸心Ａ３）を移動させることで、楕円形断面のトンネルＴを掘削する。
【００８１】
チャンバ９の後端を仕切る隔壁２の一部を構成する円板部材１７Ａを回転させ、この円板部材１７Ａを介して１対の伸縮アーム４１を回転させる構造にしたので、円板部材１７Ａがチャンバ９内にさほど大きくは突出せず、円板部材１７Ａがそこに多量に付着した掘削土と共に回転するという現象は生じにくいから、円板部材１７Ａを回転駆動する第１回転駆動機構１８の消費動力を節減でき、第１回転駆動機構１８の小型化を図ることができる。回転型カッターヘッド４の直径をトンネル断面の楕円形の短直径の半分の大きさに設定したため、１対のカッターヘッド４の相互干渉を避けながらも、カッターヘッド４を極力大型化してシールド掘進機ＳＭ２の掘削性能を高めることができる。
【００８２】
カッターヘッド４と伸縮アーム４１から円板部材１７Ａに作用する荷重を円板部材１７Ａを支持する隔壁２の部分で支持することができるから、カッターヘッド４と伸縮アーム４１と円板部材１７Ａを支持する支持剛性を高めることができ、第１回転駆動機構１８の耐久性を確保することができる。
カッターヘッド４をトンネル軸心（第１軸心Ａ１）と直交方向へ移動させるカッターヘッド移動機構５Ａ（円板部材１７、伸縮アーム４１、第１回転駆動機構１８、伸縮駆動機構４２）の構成を簡単化することができる。
【００８３】
トンネルＴの断面形状が楕円形であるので、トンネル内面に覆工されたセグメントＳはアーチ構造になるから、セグメントＳを地山に強力に固定することができる、セグメントＳの強度、安定性を確保することができるうえ、セグメントＳとして円形断面のトンネルに適用される通常のセグメント叉はそれに近似したものを採用可能となるので、セグメントＳの製作と構築の面でも有利である。
【００８４】
１対の伸縮アーム４１を１対のガイド部材４０で摺動自在に支持して１対の伸縮駆動機構４２で駆動するように構成したため、１対の伸縮アーム４１を円板部材１７Ａに支持する構造と、カッターヘッド４を第１軸心Ａ１と直交方向へ移動させる為の構成が非常に簡単になり、安価に製作可能になる。
【００８５】
前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）シールド掘進機ＳＭ２の胴体１の前胴１Ａと後胴１Ｂとを左右方向叉は上下左右方向へ折曲可能に連結し、複数の中折れジャッキにより折曲角度を調節するように構成し、曲がったトンネルを掘削可能に構成してもよい。
２）前記シールド掘進機ＳＭ２は排土装置７を備えた掘進機を例にして説明したが、排土装置７の代わりに排泥装置を設けてもよい。
【実施例３】
【００８６】
次に、本発明の実施例３に係るシールド掘進機ＳＭ３について説明する（図１２〜図１４参照）。このシールド掘進機ＳＭ３におけるカッターヘッド移動機構５Ｂ及び制御系以外の構造は、前記シールド掘進機ＳＭのものと同様である。シールド掘進機ＳＭと同様の構成要素に同一符号を付して説明を省略し、主にカッターヘッド移動機構５Ｂと制御系について説明する。
【００８７】
図１３〜図１５に示すように、カッターヘッド移動機構５Ｂは、第１軸心Ａ１の回りに回転可能な円板部材１７Ｂと、この円板部材１７Ｂを回転駆動する第１回転駆動機構１８と、１対のガイド部材５０ａ，５０ｂと、この１対のガイド部材５０ａ，５０ｂに摺動自在に装着された１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂと、これら１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂを伸縮駆動する伸縮駆動機構５２と、１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂの先端部に夫々固着された１対のヘッド支持部材５３とを備えている。
【００８８】
尚、１対のヘッド支持部材５３に、第１軸心Ａ１と平行な第２軸心Ａ２の回りに回転可能に夫々装備された１対の回転型カッターヘッド４と、それらのカッターヘッド４を回転駆動する１対の第２回転駆動機構２１Ｂは実施例１の第３回転駆動機構２１と同様のものである。
【００８９】
前記円板部材１７Ｂは、掘進機本体３Ｂの前端寄り部分に掘進機本体３Ｂの中心の第１軸心Ａ１の回りに回転可能に装備され且つ隔壁２の一部を構成している。円板部材１７Ｂは、その円環部１７ａに連なり且つ隔壁２のうちの円板部材１７Ｂ以外の部分よりも前方へ膨出した円形の膨出部１７ｂが設けられている。１対のガイド部材５０ａ，５０ｂは、第１軸心Ａ１に対して実質的にミラー対称となるように円板部材１７Ｂの膨出部１７ｂ内に装備されており、１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂは、第１軸心Ａ１に対して伸縮量がミラー対称となるように１対のガイド部材５１ａ，５１ｂに摺動自在に装着されている。  
【００９０】
１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂは、断面矩形の外側伸縮アーム５１ａと、この外側伸縮アーム５１ａに相対摺動自在に内嵌された内側伸縮アーム５１ｂとからなる。外側伸縮アーム５１ａの端部が一方のヘッド支持部材５３に固着された先端部材５３ａに固着されて、その先端部材５３ａ側のガイド部材５０ａに摺動自在に挿通している。内側伸縮アーム５１ｂの端部が他方のヘッド支持部材５３に固着された先端部材５３ｂに固着されて、その先端部材５３ｂ側のガイド部材５０ｂに摺動自在に挿通している。
【００９１】
伸縮駆動機構５２は、１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂ内に配設された２本ロッド型の伸縮用油圧シリンダで構成されている。この伸縮用油圧シリンダでは、そのシリンダ本体５２ａの内部の長さ方向中間部に仕切り壁を有し、その仕切り壁の両側に形成された１対のシリンダボア孔内に夫々ピストン部を有し、１対のピストンロッド５２ａ，５２ｂがシリンダ本体５２ａの両端から夫々進退するように構成されている。一方のピストンロッド５２ａの端部は先端部材５３ａにブラケットを介してピン結合され、他方のピストンロッド５２ｂの端部は先端部材５３ｂにブラケットを介してピン結合されている。
【００９２】
伸縮駆動機構５２の２組の油圧シリンダは夫々複動型に構成されており、後方台車の油圧供給源に接続されている。上記の２組の油圧シリンダを同期させて第１軸心Ａ１に対してミラー対称に作動させることにより、１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂの伸縮量が第１軸心Ａ１に対してミラー対称になる。尚、円板ブロック７Ｂを第１軸心Ａ１の回りに回転させつつ、上記の伸縮駆動機構５２によって１対の伸縮アーム５１ａ，５１ｂを伸縮駆動させることで、１対のカッターヘッド４を第１軸心Ａ１に対して回転対称に位置させ、断面が楕円形のトンネルＴを掘削することができる。
【００９３】
次に、このシールド掘進機ＳＭ２の制御系について説明する。
図１６に示すように、操作盤３１と、第１回転角センサ３２と、１対の伸長量検出センサ５４ａ，５４ｂが制御ユニット３０Ｂに接続されている。第１回転角センサ３２は、円板部材１７Ｂの基準位置からの所定方向への回転角を検出するものであり、実施例１と同様に構成されている。
【００９４】
伸長量検出センサ５４ａは、外側伸縮アーム５１ａの図１２、図１３に示す最収縮位置（基準位置）からの伸長量を検出するものであり、例えば、鋼製の外側伸縮アーム５１ａの壁面に小間隔おきに伸縮方向と平行な１列状に形成された複数の小孔と、ガイド部材５０ａ側に固定的に設けられた電磁ピックアップとで構成されている。但し、これら小孔は外側伸縮アーム５１ａの内側において水密に封鎖されている。外側伸縮アーム５１ａが最収縮位置のときに電磁ピックアップで検出されるパルス幅が特別に広幅の基準パルスとする広幅の小孔も形成されているため、電磁ピックアップからの検出信号に基づいて最収縮位置を検知可能であり、また、最収縮位置検出以降に検出されたパルス数を計数することにより、外側伸縮アーム５１ａの最収縮位置からの伸長量を検知可能である。尚、伸長量検出センサ５４ｂは、内側伸縮アーム５１ｂの最収縮位置からの伸長量を検出する為のものであるが、前記の伸長量検出センサ５４ａと同様に構成されている。
【００９５】
第１回転駆動機構１８は、実施例１のものと同様である。アーム伸縮駆動機構５２は、油圧制御弁５２ｖを介して前記２組の油圧シリンダへ供給する油圧の油量を制御して、外側伸縮アーム５１ａと内側伸縮アーム５１ｂを所望の量だけミラー対称に伸縮させるように構成され、制御ユニット３０Ｂにより油圧制御弁５２ｖが制御される。第２回転駆動機構２１Ｂは実施例１の第３回転駆動機構２１と同様のものである。制御ユニット３０Ｂは、第１回転角検出センサ３２と１対の伸長量検出センサ５４ａ，５４ｂの出力を受けて、１対のカッターヘッド４により楕円形断面のトンネルＴを掘削するように第１回転駆動機構１８とアーム伸縮駆動機構５２とを制御する。
【００９６】
この制御ユニット３０Ａは、ＣＰＵ３０ｇと、ＲＯＭ３０ｈと、ＲＡＭ３０ｉと、入出力インターフェース（図示略）を有し、そのＲＯＭ３０ｈには、楕円断面のトンネル掘削の為にカッターヘッド４を第１軸心Ａ１と直交方向へ移動させる上記の制御の為の制御プログラムが予め格納されている。この制御プログラムのフローチャートと制御ロジックは省略する。
【００９７】
前記シールド掘進機ＳＭ３の作用、効果については、実施例２のシールド掘進機ＳＭ２とほぼ同様であるので説明を省略する。
この実施例３を部分的に変更する例について説明すると、前記伸縮駆動機構５２の油圧シリンダの代わりに、相互に逆向き状態に配設した２つの独立の油圧シリンダを設け、それら油圧シリンダを同期作動させるように構成してもよい。その他の変更例は実施例２とほぼ同様である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施例１のシールド掘進機の縦断面図である。
【図２】図１のシールド掘進機（基準位置）の正面図である。
【図３】図１のシールド掘進機の正面図である。
【図４】図１のシールド掘進機の制御系のブロック図である。
【図５】図１のシールド掘進機のカッターヘッド移動制御を説明する説明図である。
【図６】カッターヘッドを移動させる制御の概略フローチャートである。
【図７】本発明の実施例２のシールド掘進機の縦断面図である。
【図８】図７のシールド掘進機（基準位置）の正面図である。
【図９】図７のシールド掘進機の正面図である。
【図１０】図７のシールド掘進機の制御系のブロック図である。
【図１１】図７のシールド掘進機のカッターヘッド移動制御を説明する説明図である。
【図１２】本発明の実施例３のシールド掘進機の縦断面図である。
【図１３】図１２のシールド掘進機（基準位置）の正面図である。
【図１４】図１２のシールド掘進機の正面図である。
【図１５】図１２のシールド掘進機の制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００９９】
ＳＭ，ＳＭ２，ＳＭ３    シールド掘進機
Ａ１，Ａ２，Ａ３        第１，第２，第３軸心
１      胴体
１Ａ，１Ｂ      前胴，後胴
２      隔壁
３，３Ａ，３Ｂ  掘進機本体
４      回転型カッターヘッド
５，５Ａ，５Ｂ  カッターヘッド移動機構
６      シールドジャッキ
９      チャンバ
１７，１７Ａ，１７Ｂ      円板部材
１８    第１回転駆動機構
１９    揺動アーム
１９ａ  ヘッド支持部材
２０    第２回転駆動機構
２１，      第３回転駆動機構
２１Ａ，２１Ｂ    第２回転駆動機構
３０，３０Ａ，３０Ｂ      制御ユニット
３２，３３    第１，第２回転角センサ
４０      ガイド部材
４１      伸縮アーム
４２      伸縮駆動機構
４３      ヘッド支持部材
４４      伸長量検出センサ
５１ａ，５１ｂ    伸縮アーム
５２      伸縮駆動機構
５３      ヘッド支持部材
５４ａ，５４ｂ      伸長量検出センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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