(57)【要約】  【課題】  急カーブのトンネルを掘進することができる経済的な曲線用掘進機を提供する。  【解決手段】  複数の胴体外殻（２０ａ、２０ｂ、……、２０ｇ）を前後方向に連結した曲線用掘進機において、胴体外殻を折り曲げ角度変更可能に連結する可動折り曲げ連結部（２２）と、胴体外殻を所定角度に折り曲げた状態で連結する固定折り曲げ部連結部（２４）とを有する。可動折り曲げ連結部には、一方の胴体外殻の端部に他方の胴体外殻の内部へ挿入する摺動結合部（２８）が形成されるとともに、胴体外殻と摺動結合部との間にシール部（３６）が介在される。カッターヘッド（３８）は、先頭の胴体外殻（２０ａ）に対して中心軸（ｃ）から偏心して取り付けてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の胴体外殻を前後方向に連結した曲線用掘進機において、前記胴体外殻を折り曲げ角度変更可能に連結する可動折り曲げ連結部と、前記胴体外殻を所定角度に折り曲げて連結する固定折り曲げ部連結部とを有することを特徴とする曲線用掘進機。
【請求項２】
前記可動折り曲げ連結部は、一方の胴体外殻の端部に他方の胴体外殻の内部へ挿入する摺動結合部が形成されるとともに、前記胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在されており、前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の曲線用掘進機。
【請求項３】
カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の曲線用掘進機。
【請求項４】
複数の胴体外殻を折り曲げ可能に連結する可動折り曲げ連結部を備え、該可動折り曲げ連結部の一方の胴体外殻の端部に他方の胴体外殻の内部へ挿入する摺動結合部が形成されるとともに、前記胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在された曲線用掘進機において、
前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられていることを特徴とする曲線用掘進機。
【請求項５】
カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の曲線用掘進機。
【請求項６】
複数の胴体外殻を折り曲げ可能に連結する可動折り曲げ連結部を備えた曲線用掘進機において、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする曲線用掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを掘り進む掘進機に関し、さらに詳細には、カーブしながら掘進していく曲線用掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、大口径トンネルを掘るとき、安全性と作業効率を上げるため、図５に示したように、トンネルの長手方向に沿う導孔３からトンネルの横断面の外殻に沿ってアーチ状のトンネル２を掘り、このアーチ状のトンネル２内に支保工を設置してアーチシェルを形成する工法が提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、現在、トンネルを掘るために用いられている掘進機には、直線又は緩いカーブのトンネルを掘る直線用掘進機と、比較的急なカーブのトンネルを掘る曲線用掘進機とがある。曲線用掘進機は、図６に示したように、胴体外殻１２が前後方向に関して複数の胴体外殻１２ａ、１２ｂ、１２ｃに分割されていて、胴体外殻同士が折り曲げ可能な可動折り曲げ連結部１４で連結されており、カーブしたトンネルを掘進するときは、油圧ジャッキ１５によって掘進機胴体１２を折り曲げて使用していた（下記非特許文献１参照）。
【０００４】
この可動折り曲げ連結部１４には、図７の（ａ）に示したように、前後の胴体外殻１２ａ、１２ｂのうちの一方１２ｂに、他方１２ａの内部へ挿入する摺動結合部１６が形成されるとともに、胴体外殻１２ａと摺動結合部１６の間にシール部材１７を介在させてシール部１８が形成されていて、掘進機内部はシールされていた。
【特許文献１】特開平６−２６４６９８号公報
【非特許文献１】第２４回シールド工法講習会テキスト「厳しい施工環境に挑む最近の土圧系シールド」、日本プロジェクトリサーチ、昭和６０年７月１日、Ｐ．１１２−１２１、勝沼清、「超急曲線施工  ３折アーティキュレートシールドの開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、大口径トンネルでも横断面の半径は１０ｍ程度にすぎない場合が多く、前記特許文献１に記載の工法を行う場合、曲率半径が１０ｍ程で急カーブするトンネルを掘進しなければならない。しかし、現在、曲率半径１０ｍ程の急カーブのトンネルを掘進するのに適した曲線用掘進機は、ほとんど存在しない。この理由は、次のようなものである。
【０００６】
急カーブのトンネルを掘進するため、可動折り曲げ連結部１４を大きな角度で折り曲げると、シール部１８に隙間１９が生じて、可動折り曲げ連結部１４のシールが難しくなる。可動折り曲げ連結部１４を大きな角度で折り曲げ可能にするシール部１８としては、図７の（ｂ）に示したように、一方の胴体外殻１２ｂの端部に、他方の胴体外殻１２ａの端部内に挿入する摺動結合部１６を形成し、胴体外殻１２ａと摺動結合部１６について、その一方１２ａを円筒状とするとともに、その内面にシール部材１７を固定し、その他方１６の外面を球面５０とすることもある。しかし、シール部１８に球面５０を形成することは、加工が困難であり、コスト高になるという問題がある。
【０００７】
また、可動折り曲げ連結部１４を大きな角度で折り曲げるには、内蔵装備品が振れるためのスペースを掘進機内に確保する必要から、掘進機を太くしなければならないことと、掘進機内の送排泥管の接続部を可撓性の高いものにしなければならないことも、さらにコスト高にする。
【０００８】
一方、急カーブのトンネルを掘進するため、可動折り曲げ連結部１４の数を増やそうとすると、油圧ジャッキ１５等の可動折り曲げ連結部１４の部品が増し、やはりコスト高になる。
【０００９】
さらに、急カーブのトンネルを掘る場合、余堀り量（オーバーカット量）も大きくなり、コスト高になる。しかも、余堀り量が大きくなると、掘進機の姿勢の把握が難しく、計画線どおりにトンネルを掘ることが困難になるという問題もある。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、極めて小さな曲率半径で急カーブするトンネルを掘進することができる低コストで経済的な曲線用掘進機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、複数の胴体外殻を前後方向に連結した曲線用掘進機において、前記胴体外殻を折り曲げ角度変更可能に連結する可動折り曲げ連結部と、前記胴体外殻を所定角度に折り曲げて連結する固定折り曲げ部連結部とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２係る発明は、請求項１に係る発明において、前記可動折り曲げ連結部は、一方の胴体外殻の端部に他方の胴体外殻の内部へ挿入する摺動結合部が形成されるとともに、前記胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在されており、前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４係る発明は、複数の胴体外殻を折り曲げ可能に連結する可動折り曲げ連結部を備え、該可動折り曲げ連結部の一方の胴体外殻の端部に他方の胴体外殻の内部へ挿入する摺動結合部が形成されるとともに、前記胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在された曲線用掘進機において、前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６係る発明は、複数の胴体外殻を折り曲げ可能に連結する可動折り曲げ連結部を備えた曲線用掘進機において、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によれば、複数の胴体外殻を前後方向に連結した曲線用掘進機において、可動折り曲げ連結部との他に固定折り曲げ部連結部を設けたから、曲線用掘進機全体が円弧状になって、少ない余堀りでもって急カーブのトンネルを掘進できる。しかも、固定折り曲げ連結部には、高価な油圧ジャッキ等を必要としないため、固定折り曲げ連結部は簡単な改造で済むうえ経済的である。このように、本発明によれば、余堀りが少なく、改造による価格上昇も少ない経済的な曲線用掘進機ができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、可動折り曲げ連結部の胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在され、前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられたから、可動折り曲げ連結部を大きく折り曲げても、折り曲げ角度の全範囲にわたって可動折り曲げ連結部のシールが維持され、さらに急カーブのトンネルを掘進できる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられているから、さらに急なカーブのトンネルを掘進できる。しかも、カッターヘッドを偏心させるだけという簡単な改造で済む。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、可動折り曲げ連結部の胴体外殻と摺動結合部との間にシール部が介在され、前記胴体外殻と摺動結合部のいずれかが予め所定角度折り曲げられたから、可動折り曲げ連結部を大きく折り曲げても、折り曲げ角度の全範囲にわたって可動折り曲げ連結部のシールが維持され、急なカーブのトンネルを掘進できる。しかも、可動折り曲げ連結部は簡単な改造で済み、この改造により価格が大きく上がることはなく経済的である。
【００２１】
請求項５に係る発明によれば、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられているから、さらに急なカーブのトンネルを掘進できる。しかも、カッターヘッドを偏心させるだけという簡単な改造で済み、経済的である。
【００２２】
請求項６に係る発明によれば、カッターヘッドが先頭の胴体外殻に対して中心軸から偏心して取り付けられるから、急なカーブのトンネルを掘進できる。しかも、カッターヘッドを偏心させるだけの簡単な改造で済み、この改造により価格が大きく上がることはなく、経済的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図１−図４に基づいて、本発明の曲線用掘進機に係る一実施例について説明する。
【００２４】
図１に示したように、この曲線用掘進機１００は胴体外殻２０が前後方向に関して７つに分割されており、これらの胴体外殻２０の間は、折り曲げ角度変更可能に連結する可動折り曲げ連結部２２と、所定角度に固定された固定折り曲げ部連結部２４のいずれかによって連結される。以下、胴体外殻２０を先頭側から、第１、第２と番号を付すことにする。
【００２５】
第１胴体外殻２０ａと第２胴体外殻２０ｂとは、約３°の折り曲げ角度の固定折り曲げ部連結部２４で連結される。この固定折り曲げ連結部２４の折り曲げ角度は、可動折り曲げ連結部２２の最大折り曲げ角度の半分程度が望ましい。この折り曲げ角度を得るために、第１胴体外殻２０ａと第２胴体外殻２０ｂの端部は、固定折り曲げ連結部２４において斜めに切断されいる。
【００２６】
第２胴体外殻２０ｂと第３胴体外殻２０ｃとの間は、折り曲げ角度を０°から約６°までの範囲で変更可能な可動折り曲げ連結部２２で連結される。一方の胴体外殻２０ｃの端部に他方の胴体外殻２０ｂの内部へ挿入する摺動結合部２８が形成される。さらに、摺動結合部２８の外径は他方の胴体外殻２０ａの内径よりわずかに小さくして、両者間にわずかな隙間を設ける。そして、両胴体外殻２０ａ、２０ｂの一側は油圧ジャッキ３２で連結し、その他側は図示しない油圧ジャッキ又はロッドで連結する。油圧ジャッキ３２を縮めると、両胴体外殻２０ａ、２０ｂは端部が当接して一直線状となり、緩いカーブに沿って掘進可能になる。逆に、油圧ジャッキ３２を伸長させると、摺動結合部２８と胴体外殻２０ｂの間に隙間があるため、両胴体外殻２０ｂ、２０ｃが互いに折れ曲がり、急なカーブに沿って掘進可能になる。
【００２７】
可動折り曲げ連結部２２においては、摺動結合部２８外周と他方の胴体外殻２０ｂ内周との間には、曲線用掘進機１００の内部をシールするための２列のシール部材３４から形成されるシール部３６が介在される。
【００２８】
第３胴体外殻２０ｃと第４胴体外殻２０ｄとは、前述した第１胴体外殻２０ａと第２胴体外殻２０ｂと同様に、固定折り曲げ部連結部２４で連結される。第４胴体外殻２０ｄと第５胴体外殻２０ｅとは、前述した第２胴体外殻２０ｂと第３胴体外殻３０ｃと同様に、折り曲げ角度を変更可能な可動折り曲げ連結部２２で連結される。第５胴体外殻２０ｅと第６胴体外殻２０ｆとは、前述した第１胴体外殻２０ａと第２胴体外殻２０ｂと同様に、固定折り曲げ部連結部２４で連結される。第６胴体外殻２０ｆと第７胴体外殻２０ｇとは、前述した第１胴体外殻２０ａと第２胴体外殻２０ｂと同様に、固定折り曲げ部連結部２４で連結される。
【００２９】
先頭の胴体外殻２０ａの前面にはカッターヘッド３８が取り付けられる。通常、カッターヘッド３８の軸は、先頭の胴体外殻２０ａ中心軸ｃに一致させて取り付けるが、特に急カーブするトンネルを掘進するために用いる曲線用掘進機では、カッターヘッド３８は、先頭の胴体外殻２０ａに対して、中心軸ｃからトンネルのカーブの内側方向に１０−２０ｍｍ程度の偏心量を設けて取り付けてもよい。従来の掘進機ではトンネル断面全体に余堀りをしなければならず不経済であるのに対して、カッターヘッド３８が偏心していると、カーブするトンネルでカーブの内側に多く余堀りをすることになるので、特に急カーブのトンネルの掘進が可能になる。
【００３０】
これらの胴体外殻２０の内部には、従来の掘進機と同様に、カッターヘッド３８を駆動する駆動部材４０、掘進により発生した泥土を後方に移送する送泥管４２等が配置される。
【００３１】
ところで、本実施例の可動折り曲げ連結部２２は、図７に示したような従来構造でもよいが、折り曲げ角度が大きくなるとシール部３６がシール性を損なうので、折り曲げ角度は片側へ３°程度という制約がある。そこで、本実施例では、折り曲げ角度を片側へ６°程度まで折り曲げ可能にするため、図２に示したような可動折り曲げ連結部２２を採用した。
【００３２】
本実施例では、図２の（ａ）に示したように、前方の胴体外殻２０ｂの後端には連結リング３５が溶接等によって連結され、連結リング３５の後端３５ａは斜めに切断される。連結リング３５には、後方の胴体外殻２０ｃの前端面に形成された摺動結合部２８が挿入される摺動孔３５ｂが形成される。摺動孔３５ｂは、連結リング３５の後端３５ａに垂直に形成され、摺動結合部２８は後方の胴体外殻２０ｃの前端面に垂直に形成される。摺動孔３５ｂは胴体外殻２０ｂに対して折り曲げられているので、摺動孔３５ｂに摺動結合部２８を挿入して、摺動孔３５ｂと摺動結合部２８とを平行にすると、両胴体外殻２０ｂ、２０ｃが所定角度で折り曲がった状態になる。連結リング３５と摺動結合部２８の間には、図２の（ｂ）に示したようにシール部３６が介在される。シール部３６は、摺動結合部２８の外周にシール部材３４を固定している。なお、可動折り曲げ連結部２２は、図２の（ｃ）に示したように、連結リング３５に、後方の胴体外殻２０ｃの前端に形成された摺動結合部２９を外嵌し、摺動結合部２９の内面にシール部材３４を固定してもよい。
【００３３】
このような連結リング３５を胴体外殻２０ｂに設けておくと、連結リング３５の摺動孔３５ｂと摺動結合部２８が平行な場合、図３の（ｂ）のように、胴体外殻２０ｂと胴体外殻２０ｃは、所定角度傾くことになる。ここで、油圧ジャッキ３２を伸縮させると、可動折り曲げ連結部２２は、図３の（ａ）のように胴体外殻２０ｂと胴体外殻２０ｃを一直線にした状態から、図３の（ｃ）のように最大角度まで折り曲げた状態までの間で、適当な折り曲げ角度に調整することができる。このような可動折り曲げ連結部２２は、従来のものよりも大きな角度まで折り曲げても、胴体外殻２２ｂと摺動結合部２８との間に大きな隙間が発生しないので、常にシール部３６の機能が確実に維持される。これにより、従来よりも急カーブするトンネルを掘進可能な曲線用掘進機１００が得られる。
【００３４】
ところで、本実施例では前方の胴体外殻２０ｂと連結リング３５を別体としたが、もちろん、両者を一体に形成してもよい。いずれにせよ、可動折り曲げ連結部２２は、一方の胴体外殻２０ｃの端部に、他方の胴体外殻２０ａ内へ挿入する摺動結合部２８が形成されるとともに、摺動結合部２８と他方の胴体外殻２０ｃと間にシール部３６が介在されており、他方の胴体外殻２０ｂ端部と摺動結合部２８のいずれかが予め所定角度折り曲げられていればよい。
【００３５】
本実施例の曲線用掘進機１００は、図４に示したように、曲線用掘進機１００の後方に推進管４４を接続してトンネルを掘り進んでいく。トンネルを掘り進むにつれ、推進管４４の後方に次々と屈曲部４６を設けた推進管４４を接続していくと、支保工が形成される。図１に示した実施例によれば、曲率半径１０ｍ程の急カーブのトンネルを容易に掘ることができる。
【００３６】
本実施例の曲線用掘進機１００によれば、複数可動折り曲げ連結部２２と固定折り曲げ連結部２４を有することにより、曲線用掘進機全体を略円弧状に曲げることができ、少ない余堀りでもって急カーブのトンネルを掘進できて経済的である。しかも、固定折り曲げ連結部２４には、高価な油圧ジャッキ３２等の多数の部品を必要としないため、簡単で安価に製造でき、いっそう経済的な曲線用掘進機が得られる。なお、本実施例の曲線用掘進機１００は、用途が曲線用に限られるが、大口径トンネルの掘進の際には、トンネルの横断面の外殻に沿ってアーチ状のトンネルを一度に多数掘ることが要求されるため、曲線専用の掘進機としても充分な需要が見込まれるものである。
【００３７】
もちろん、固定折り曲げ連結部２４及び可動折り曲げ連結部２２をそれぞれ何個とするか、固定折り曲げ連結部２４と可動折り曲げ連結部２２の折り曲げ角度をどの程度にするか、カッターヘッド３８のを胴体外殻２０ａの中心軸ｃからの偏心量ｅをどの程度にするかは、本実施例のように限定する必要はなく、トンネルのカーブの曲率半径や価格等に応じて適宜選定されるものである。
【００３８】
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく種々の変形が可能である。たとえば、図２に示したようなシール部３６を可動折り曲げ連結部２２に採用すれば、固定折り曲げ連結部２４を設けなくてもよい。この場合でも、可動折り曲げ連結部２２の折り曲げ角度を従来よりも大きくできるので、固定折り曲げ連結部２４を設けなくても、急カーブするトンネルの掘進が可能となる。
【００３９】
また、カッターヘッド３８を先頭の胴体外殻２０ａに対して中心軸ｃから偏心して取り付ければ、固定折り曲げ連結部２４を設けなくてもよい。この場合でも、トンネルのカーブの内側のみ余堀りをすることが可能となるので、急カーブするトンネルの掘進が可能になる。
【００４０】
さらに、図２に示したようなシール部３６を可動折り曲げ連結部２２に採用するとともに、カッターヘッド３８を先頭の胴体外殻２０ａに対して中心軸ｃから偏心して取り付ければ、固定折り曲げ連結部２４を設けなくてもよい。この場合も、急カーブするトンネルの掘進が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る曲線用掘進機の平面図である。
【図２】前記曲線用掘進機の可動折り曲げ連結部の構造を説明する図である。
【図３】前記可動折り曲げ部の動きを説明する図である。
【図４】前記曲線用掘進機でトンネルの支保工を形成していく状態を説明する図である。
【図５】最近開発された大口径トンネルの支保工を形成していく状態を説明する図である。
【図６】従来の曲線用掘進機を説明する図である。
【図７】従来の曲線用掘進機の可動折り曲げ部のシール部付近の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２０、２０ａ−２０ｇ  胴体外殻
２２   可動折り曲げ連結部
２４   固定折り曲げ連結部
２８   摺動連結部
３５   連結リング
３６   シール部
３８   カッターヘッド
１００  曲線用掘進機
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005264527.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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