(57)【要約】【課題】掘削機本体の屈曲角を十分に確保できて、曲率半径の小さいトンネルを掘削可能な屈曲式トンネル掘削機を提供する。【解決手段】シールド本体１を構成する前胴３と後胴４とを屈曲自在に連結するとともに少なくとも所定方向にのみ大きい屈曲角で屈曲可能な連結装置５を設け、前記連結装置５に、後胴４の前端部に設けられて外周面が球面状に形成された球面筒部３１と、前胴の後端部に設けられて球面筒部３１に摺動自在に外嵌される摺接部３２と、後胴４に対して前胴３を傾動する屈曲用ジャッキ３３Ｒ，３３Ｌとを具備し、後胴４の前端部から前胴の後端部までで、屈曲内側となる部位の離間距離Ｌｉが屈曲外側となる部位の離間距離Ｌｏより長くなる傾斜横断面Ｃに沿って前胴３の後端部４ｂを切断し、後端部４ｂの内面に沿って摺接部３３を設けた。【選択図】　　　　図６
2004143815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に掘削装置を有し、直線状および湾曲状のトンネルを掘削可能な屈曲式トンネル掘削機において、
掘削機本体を構成する前胴と後胴とを屈曲自在に連結するとともに少なくとも所定方向にのみ大きい屈曲角で屈曲可能な連結装置を設け、
前記連結装置に、前胴の後端部と後胴の前端部の一方に設けられた摺動受け部と、他方に設けられて前記摺動受け部に摺動自在に外嵌される摺接部と、後胴に対して前胴を傾動する屈曲用伸縮装置とを具備し、
前記他方の胴部の端部を、屈曲内側となる部位で前記一方の胴部から他方の胴部までの離間距離が、屈曲外側となる部位の離間距離より長くなる傾斜横断面に沿って切断し、
前記切断面の周縁部に沿って前記摺接部を設けた
ことを特徴とする屈曲式トンネル掘削機。
【請求項２】
屈曲用伸縮装置のうち、前胴と後胴とが直線状となる直進掘削姿勢で、屈曲外側の屈曲用伸縮装置が収縮状態で停止し、かつ屈曲内側の屈曲用伸縮装置が進展状態で停止するように構成した
ことを特徴とする請求項１記載の屈曲式トンネル掘削機。
【請求項３】
掘削装置を、カッタヘッドおよび該カッタヘッドを回転駆動するカッタ駆動装置とで構成し、
前記カッタヘッドおよびカッタ駆動装置を、前胴にカッタ傾動軸受を介して傾動自在に支持するとともに、該カッタヘッドおよびカッタ駆動装置を傾動するカッタ傾動装置を設け、
前胴の屈曲内側となるスキンプレートの前端部に、カッタヘッドとの干渉を回避する切欠部を形成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の屈曲式トンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胴部を折り曲げて湾曲状の円形断面トンネルや矩形断面トンネルを掘削可能な屈曲式トンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを掘削するトンネル掘削機において、上下左右に湾曲するトンネルを掘削するために、互いに屈曲可能に連結された前胴と後胴により掘削機本体を構成したものが、特許文献１に開示されている。また掘削機本体の前部に回転自在に配置されるカッタヘッドを掘削機本体に対して傾動して切羽面を傾斜させ、掘削方向を変えて湾曲状トンネルを掘削できるものが特許文献２に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−２８８８０号公報（第１図）
【０００４】
【特許文献２】
特開平８−６０９７７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、後胴の前端部に設けられた球面環状のシール面に、前胴後端部のシール部が外嵌されて摺動自在に連結されている。このため、前胴と後胴との屈曲角は、シール面上をシール部が摺動可能な範囲にかぎられるため、傾動範囲が狭く、小さい曲率半径のトンネルを掘削できないという問題があった。
【０００６】
また特許文献２では、カッタヘッドがスキンプレートの前端部に干渉するため、大きい傾斜角をとることができず、掘削可能な湾曲状トンネルの範囲が限られるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、掘削機本体の屈曲角を十分に確保できて、曲率半径の小さいトンネルを掘削可能な屈曲式トンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、掘削機本体の前部にカッタヘッドを有し、直線状および湾曲状のトンネルを掘削可能な屈曲式トンネル掘削機において、掘削機本体を構成する前胴と後胴とを屈曲自在に連結するとともに少なくとも所定方向にのみ大きい屈曲角で屈曲可能な連結装置を設け、前記連結装置に、前胴の後端部と後胴の前端部の一方に設けられて外周面が球面状に形成された球面筒部と、他方に設けられて前記球面筒部に摺動自在に外嵌される摺接部と、後胴に対して前胴を傾動する屈曲用伸縮装置とを具備し、屈曲内側となる部位での前記一方から他方までの離間距離が、屈曲外側となる部位の離間距離より長くなる傾斜横断面に沿って、他方の胴部の端部を切断し、前記切断面の周縁部に沿って前記摺接部を設けたものである。
【０００９】
上記構成によれば、球面筒部に外嵌する摺接部を、傾斜横断面に沿って切断された他方の胴部の切断面の周縁部に沿って設けたので、所定方向に傾動して一方の胴部の端部に規制されるまでの摺動ストロークを大きく確保することができ、前胴と後胴とを大きい屈曲角で折り曲げることができる。これにより、曲率半径が小さいトンネルであっても容易に掘削することができ、トンネル設計上の自由度を拡大することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、屈曲用伸縮装置のうち、前胴と後胴とが直線状となる直進掘削姿勢で、屈曲外側の屈曲用伸縮装置が収縮状態で停止し、かつ屈曲内側の屈曲用伸縮装置が進展状態で停止するように構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、傾動する屈曲外側の屈曲用伸縮装置を進展させ、屈曲内側の屈曲用伸縮装置を進展させることにより、それぞれの屈曲用伸縮装置のストロークを大きく得ることができ、限られた胴部内空間で小さいストロークの小型の屈曲用伸縮装置であっても、前胴と後胴とを大きい傾動角で折り曲げることができ、胴部内の空間を有効利用することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、カッタヘッドおよび該カッタヘッドを回転駆動するカッタ駆動装置とを、前胴にカッタ傾動軸受を介して傾動自在に支持するとともに、該カッタヘッドおよびカッタ駆動装置を傾動するカッタ傾動装置を設け、前胴の屈曲内側となるスキンプレートの前端部に、カッタヘッドとの干渉を回避する切欠部を形成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、切欠部によりスキンプレートに干渉することなくカッタヘッドを傾動させることができ、胴部の屈曲に加えて、さらに曲率半径の小さい湾曲状のトンネルを掘削することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る屈曲式シールド掘進機の第１の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００１５】
このシールド掘進機は、図６に示すように、シールド本体（掘削機本体）１を、カッタヘッド２を有する前胴（他方の胴部）３と後胴（一方の胴部）４とを連結装置５により鉛直方向の胴傾動軸Ｓ１を中心に傾動可能として曲進掘削可能に構成したものである。胴部を屈曲して曲進掘削し湾曲状のトンネルを形成するシールド掘進機は、従来では、後胴４に対して前胴３を全周方向にそれぞれ均一角度傾動させて胴部を屈曲可能に構成されるが、このシールド掘進機は、所定方向（ここでは掘進方向に向かって左側）に湾曲した曲率半径の小さいトンネルを掘削するためのもので、後胴４に対して前胴３を右側に大きい胴部屈曲角θＬで屈曲して掘削することができるように構成されている。もちろん、掘進方向および姿勢の調整するために、前胴３を後胴４に対して全周囲に小さい調整屈曲角θＳで屈曲可能に構成されている。
【００１６】
以下詳細を説明する。図１〜図４に示すように、円筒状のシールド本体１の前部には円形断面のトンネルを掘削するカッタヘッド（掘削装置）２が回転自在に支持されており、このシールド本体１は、前胴３と後胴４が連結装置５を介して屈曲自在に連結されている。また前胴３の前部に、切羽崩壊土圧を支持する圧力室６ａと、地上側に連通する大気室６ｂとを区画する圧力隔壁６が設けられ、圧力隔壁６の前胴軸心部にカッタ駆動軸７がカッタ軸受８を介して回転自在に支持されている。
【００１７】
前記カッタヘッド２は、図２に示すように、カッタ駆動軸７の前端部に設けられてセンタービット９ａを有するセンター部材９と、センター部材９から半径方向の所定角度ごとに突出されてカッタビット１０ａを有する複数（図では４本）のカッタスポーク１０と、カッタスポーク１０の外周端を連結するとともに先行ビット１１ａが設けられたリング部材１１と、前記カッタスポーク１０に内蔵された余掘り用ジャッキ１２ａにより先端側に出退自在なコピーカッタ１２ｂと、前記カッタスポーク１０から圧力室６ａ側に突出された複数の攪拌翼１２ｃとが具備されている。
【００１８】
カッタヘッド２を回転駆動するカッタ駆動装置１３は、カッタ駆動軸７の大気室６ｂ側に取り付けられたカッタ駆動ギヤ１４と、カッタ駆動軸７に回転自在に外嵌されて油圧や電源などをカッタヘッド２に供給する継手部材１５と、この継手部材１５と圧力隔壁６の背面との間に連結された反力支持体１６と、この反力支持体１６に設けられてカッタ駆動ギヤ１４に噛合するカッタ駆動ピニオン１７を回転駆動する複数のカッタ駆動モータ１８とで構成されている。
【００１９】
また前記圧力隔壁６の下部には、スクリュ式排土装置１９が貫設されている。前記後胴４の前部には、覆工体であるセグメント２１を組立てるエレクタ装置２２と、組立てられたセグメント２１を反力受けとして押圧部材２３ａによりシールド本体１を推進する複数の推進ジャッキ２３が設けられている。
【００２０】
前記連結装置５は、後胴４のスキンプレート４ａの前端部に設けられて外周面が球面状に形成された球面筒部（摺動受け部）３１と、前胴３のスキンプレート３ａの後端部に設けられて球面筒部３１に摺動自在に外嵌されシールする摺接部３２と、前胴３と後胴４との間に連結されて前胴３を傾動する複数または単数の屈曲ジャッキ（屈曲用伸縮装置）３３とで構成されている。また前胴３のスキンプレート３ａの後端面３ｂは、図４に示す直進掘削姿勢で、後胴４のスキンプレート４ａの前端部までの右側（屈曲内側）の離間距離Ｌｉが、左側（屈曲外側）の離間距離Ｌｏより大きくなる傾斜横断面Ｃに沿って切断されており、傾斜横断面Ｃは前胴軸心Ｏｆに直交する横断面に対して左側前方から右側後方に傾斜することになる。そして摺接部３２は、スキンプレート３ａの後端の切断面内面に沿って設けられる。
【００２１】
したがって、前胴３と後胴４とが直線状となる直進掘削姿勢では、図５に示すように、右側摺接部３２Ｒが最後方となり、左側摺接部３２Ｌで最前方となる。これにより、左側摺接部３２Ｌが球面筒部３１の摺接限まで移動可能な摺動距離を大きくとることができ、屈曲ジャッキ３３（３３Ｒ，３３Ｌ）により後胴４に対して前胴３を左側に従来の約２倍に相当する大きい胴部屈曲角θＬで所定方向に傾動させることができる。
【００２２】
なお、図７に示すように、前胴（一方の胴部）３の後端部に球面筒部３１を設け、後胴（他方の胴部）４の前端部に摺接部３２を設けても良い。この場合、摺接部３３が設けられる後胴４の前端部４ｂが、右前方から左後方に傾斜する傾斜面に沿って切断されることになる。
【００２３】
また、前記屈曲ジャッキ３３は周方向の一定間隔をあけて複数本が配設されており、従来のシールド掘進機のすべての屈曲ジャッキは、直進掘削姿勢では進展限と収縮限の中間位置に停止するようにストロークが設定されるが、本発明の屈曲ジャッキ３３は、図１に示すように、直進掘削姿勢では（屈曲外側となる）右側屈曲ジャッキ３３Ｒが収縮限側位置で停止され、また（大湾曲トンネル掘削時に屈曲内側となる）左側屈曲ジャッキ３３Ｌが進展限側位置で停止されている。したがって、後胴４に対して前胴３を直進掘削姿勢から左側に屈曲させる時の右側屈曲ジャッキ３３Ｒの進展ストロークと、左側屈曲ジャッキ３３Ｌの収縮ストロークとをそれぞれ大きくとることができる。
【００２４】
上記実施の形態によれば、前胴３の後端部３ｂを右側前方から左側後方ら傾斜する傾斜横断面に沿って切除し、摺接部３２の左側部位３２Ｌを前方に位置させ、前胴３の右側を後方に伸張して摺接部３２の右側部位３２Ｒを後方に位置させることで、右側に屈曲させた場合の摺接部３２の左側部位３２Ｌおよび右側部位３２Ｒの摺動距離を大きくとることができ、前胴３が後胴４に干渉することなく、大きい胴部傾動角θＬで前胴３を傾動させることができる。
【００２５】
ところで、シールド掘進機は、所定の掘削区間を掘削するために掘削工事ごとに製造されるのが一般的であり、目的の掘削区間に小さい曲率半径のトンネルがある場合、本発明の構成を取り入れることにより、後胴４に対する前胴３の傾動角を大きくすることができて、小さい曲率半径のトンネルを容易に掘削することができる。
【００２６】
また、前胴３と後胴４との間に連結される屈曲ジャッキ３３を、直進掘削状態で、右側屈曲ジャッキ３３Ｒを収縮限側位置で停止させ、左側屈曲ジャッキ３３Ｌを進展限側位置で停止させるように構成することで、左側に屈曲させる場合の右側屈曲ジャッキ３３Ｒの進展ストロークと、左側屈曲ジャッキ３３Ｌの収縮ストロークとをそれぞれ大きくとることができる。これにより、スペースが限られた大気室６ｂ内で、小さいストロークの小型の屈曲ジャッキ３３であっても、後胴４に対して前胴３を大きい胴部傾動角θＬで傾動させることができ、大気室６ｂの空間を有効利用することができる。
【００２７】
図８〜図１０は、本発明に係る屈曲式シールド掘進機の第２の実施の形態を示す。このシールド掘進機は、カッタ傾動装置５０を追加してカッタヘッド２を傾動可能に構成したもので、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
このカッタ傾動装置５０は、カッタヘッド２およびカッタ駆動装置１３を前胴２に傾動自在に支持するカッタ傾動軸受５１と、カッタヘッド２およびカッタ駆動装置１３を鉛直方向のカッタ傾動軸Ｓ２を中心に掘進方向左側に傾動させるカッタ傾動シリンダ５２とで構成されている。
【００２９】
すなわち、圧力隔壁６の軸心部に形成された開口部には、リング状のカッタ傾動軸受５１を介してカッタ軸受８が所定範囲で傾動自在に支持されている。カッタ傾動軸受５１は、カッタ軸受８の外周部に取り付けられたリング状の球面座と、圧力隔壁６に取り付けられて前記球面座に摺動自在に外嵌する摺接環とで構成されている。そして球面座５１ａ側に反力支持体１６が設けられており、また前胴３の部材と反力支持体１６との間にカッタ傾動シリンダ５２が設けられている。さらに、前胴３のスキンプレート３ａの前端部は、カッタヘッド２を傾動させた時に、カッタヘッド２がスキンプレート３ａに干渉しないように、前胴３のスキンプレート３ａの左側部に切欠部５３が形成され、カッタヘッド２に大きいカッタ傾動角θＣを確保できるように構成されている。
【００３０】
したがって、後胴４に対して前胴３を傾斜させるとともに、前記カッタ傾動シリンダ５２により、反力支持体１６を介してカッタ駆動装置１３およびカッタヘッド２とをカッタ傾動軸受５１を介して傾動させる。この時、前胴３のスキンプレート３ａに形成された切欠部５３により、カッタヘッド２とスキンプレート３ａとの干渉が防止され、カッタヘッド２を大きい傾動角で傾斜させることができる。したがって、カッタヘッド２をカッタ傾動角θＣで掘進方向に傾動させてカッタヘッド２の掘削面を湾曲中心側に向けることで、前胴と後胴４との胴部屈曲角θＬによる作用効果に加えて、さらに曲率半径の小さいトンネルであってもスムーズに掘進させることができ、カッタヘッド２が前胴３のスキンプレート３ａに干渉することもない。
【００３１】
上記実施の形態では、円形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機について説明したが、図１２に示すように、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もよい。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、胴部の屈曲構造として、前胴と後胴との間に連結した複数本の屈曲ジャッキのストロークを管理することにより、前胴を後胴に対して胴部傾動軸（屈曲中心）Ｓ１を中心として屈曲させたが、屈曲ジャッキのストロークを管理して、屈曲する内側の摺接部付近の任意の胴部傾動軸を中心に傾動させてもよく、この場合の摺動受け部は放物面となる。また胴部傾動軸（屈曲中心）Ｓ１に屈曲ピンを配置したものでもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、球面筒部に外嵌する摺接部を、傾斜横断面に沿って切断された他方の胴部の切断面の周縁部に沿って設けたので、所定方向に傾動して一方の胴部の端部に規制されるまでの摺動ストロークを大きく確保することができ、前胴と後胴とを大きい屈曲角で折り曲げることができる。これにより、曲率半径が小さいトンネルであっても容易に掘削することができ、トンネル設計上の自由度を拡大することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、傾動する屈曲外側の屈曲用伸縮装置を進展させ、屈曲内側の屈曲用伸縮装置を進展させることにより、それぞれの屈曲用伸縮装置のストロークを大きく得ることができ、限られた胴部内空間で小さいストロークの小型の屈曲用伸縮装置であっても、前胴と後胴とを大きい傾動角で折り曲げることができ、胴部内の空間を有効利用することができる。
【００３５】
請求項３記載の発明によれば、切欠部によりスキンプレートに干渉することなくカッタヘッドを傾動させることができ、胴部の屈曲に加えて、さらに曲率半径の小さい湾曲状のトンネルを掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示す側面断面図である。
【図２】同シールド掘進機の正面図である。
【図３】同シールド掘進機の背面図である。
【図４】同シールド掘進機の平面断面図である。
【図５】同シールド掘進機の屈曲状態を示す平面断面図である。
【図６】（ａ）は同シールド掘進機の直進掘削状態を示す概略平面図、（ｂ）は曲進掘削状態を示す概略平面図である。
【図７】（ａ）は他の実施の形態のシールド掘進機の直進掘削状態を示す概略平面図、（ｂ）は曲進掘削状態を示す概略平面図である。
【図８】（ａ）は本発明に係る第２の実施の形態のシールド掘進機の直進掘削状態を示す概略平面図、（ｂ）は曲進掘削状態を示す概略平面図である。
【図９】同シールド掘進機の側面断面図である。
【図１０】同シールド掘進機の平面断面図である。
【図１１】同シールド掘進機の曲進掘削状態を示す平面断面図である。
【図１２】他の実施の形態を示す矩形断面シールド掘進機を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
Ｏｆ　前胴軸心
Ｃ　　傾斜横断面
θＬ　胴部傾動角
θＣ　カッタ傾動角
１　　シールド本体
２　　カッタヘッド
３　　前胴
３ａ　スキンプレート
４　　後胴
５　　連結部
６　　圧力隔壁
９　　センター部材
１１　　カッタスポーク
１２ｂ　コピーカッタ
１３　　カッタ駆動装置
１８　　カッタ駆動モータ
３１　　球面筒部
３２　　摺接部
３２Ｒ　右側摺接部
３２Ｌ　左側摺接部
３３　　屈曲ジャッキ
３３Ｒ　右側屈曲ジャッキ
３３Ｌ　左側屈曲ジャッキ
５０　　カッタ傾動装置
５１　　カッタ傾動軸受
５２　　カッタ傾動ジャッキ
５３　　切欠き部
【図１】
2004143815.tif 000003
【図２】
2004143815.tif 000004
【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】
2004143815.tif 000012
【図１１】
2004143815.tif 000013
【図１２】
2004143815.tif 000014