(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、
隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を切削する第２張出部とを一体で、上記揺動カッタの外周部外側に設けたことを特徴とする特殊断面シールド掘進機。
【請求項２】
回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、
上記揺動カッタを上記回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と干渉する部分から周方向に所定長さ円弧状に延びる長穴を形成し、その長穴の略中央部の径方向外側に位置する外周部外側に、上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を切削する第２張出部とを一体で設けたことを特徴とする特殊断面シールド掘進機。
【請求項３】
上記張出部に、掘削ラインの外側に出没する余掘装置を当該張出部の外周線に沿って設けた請求項１又は２に記載の特殊断面シールド掘進機。
【請求項４】
回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、
上記張出部に、掘削ラインの外側に出没する余掘装置を当該張出部の外周線に沿って設けたことを特徴とする特殊断面シールド掘進機。
【請求項５】
上記揺動カッタを上記回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と干渉する部分から所定長さ周方向に広がる切欠部を形成し、上記揺動カッタの外周部で上記切欠部の両端部分に上記未切削部を切削する上記張出部をそれぞれ設け、上記揺動カッタが上記回転カッタの回転軸と干渉しない範囲で揺動する請求項４に記載の特殊断面シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転カッタと、その回転カッタと掘削範囲が一部重複するように配置された揺動カッタとを備えた特殊断面シールド掘進機に係り、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削することができる特殊断面シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非円形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機の一例として、特殊断面シールド掘進機がある。
【０００３】
特殊断面シールド掘進機は、複数の回転カッタ或いは揺動カッタを有しており、隣接するカッタの掘削範囲が一部重複するように配置されている。これらカッタの外周線に沿って土砂が掘削される。
【０００４】
ところで、回転カッタ或いは揺動カッタの組み合わせで土砂を掘削すると、重複部の外方両側に、回転カッタと揺動カッタのみでは切削できない略三角形の未切削部が残されてしまう。この未切削部を残したままでは、セグメントの形状及び組付けが複雑になるために、未切削部を直線状或いは曲線状に切削する必要がある。
【０００５】
そこで、従来の特殊断面シールド掘進機では、（１）カッタ後方の未切削部の位置に、直線状に往復運動する揺動カッタを設けて未切削部を切削するか、（２）カッタの外周部に出没自在のコピーカッタを設けて、このコピーカッタの出没をカッタの回転に応じて行うことによって未切削部を切削するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の（１）の特殊断面シールド掘進機では、回転カッタ或いは揺動カッタの他に、直線状に往復運動する揺動カッタを設けなければならないので、その設置スペース分機長が長くなる他、構成部品点数が増加し、製造コスト及び手間が増加してしまうといった問題があった。
【０００７】
また、上述の（２）の特殊断面シールド掘進機では、コピーカッタの突出量が大きくなるため、コピーカッタが長細くなり、その長細いコピーカッタに土圧がかかるので、その耐久性が悪くなってしまうといった問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題を解決するために案出されたものであって、その目的は、耐久性が高く、簡単な構造で未切削部を切削できる特殊断面シールド掘進機を提供することにある。
【０００９】
【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の発明は、回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を切削する第２張出部とを一体で、上記揺動カッタの外周部外側に設けたものである。
【００１０】
上記構成によれば、揺動カッタの外周部外側に張出部を設けたことによって、その張出部が揺動範囲のストローク端部位置までしか移動せず、非円形断面である未切削部を切削することができる。また、張出部は、移動機構等を必要とせず、簡単な構造であるので、製造コスト及び手間の増加を抑えることができると共に、耐久性の向上が図れる。さらに、張出部は揺動カッタと同等の厚さで形成できるので、特殊断面シールド掘進機の機長が長くなることもない。
【００１１】
請求項２の発明は、回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、上記揺動カッタを上記回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と干渉する部分から周方向に所定長さ円弧状に延びる長穴を形成し、その長穴の略中央部の径方向外側に位置する外周部外側に、上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部のうち一方の未切削部を切削する第１張出部と、他方の未切削部を切削する第２張出部とを一体で設けたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の上記張出部に、掘削ラインの外側に出没する余掘装置を当該張出部の外周線に沿って設けたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、回転カッタと掘削範囲が一部重複するように揺動カッタを設け、上記揺動カッタの外周部外側に、隣接する上記回転カッタと上記揺動カッタとの重複部の外方両側に位置する未切削部を切削する張出部を設けた特殊断面シールド掘進機であって、上記張出部に、掘削ラインの外側に出没する余掘装置を当該張出部の外周線に沿って設けたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の上記揺動カッタを上記回転カッタの後方に配置し、その揺動カッタに上記回転カッタの回転軸と干渉する部分から所定長さ周方向に広がる切欠部を形成し、上記揺動カッタの外周部で上記切欠部の両端部分に上記未切削部を切削する上記張出部をそれぞれ設け、上記揺動カッタが上記回転カッタの回転軸と干渉しない範囲で揺動するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態ではない参考形態を示した正面図、図２は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の上記参考形態を示した平面図である。
【００１７】
なお、本参考形態においては、面盤状のカッタヘッドを有する特殊断面シールド掘進機を例に挙げて説明する。
【００１８】
まず、係る特殊断面シールド掘進機の構成を説明する。
【００１９】
図２に示すように、本参考形態に係る特殊断面シールド掘進機１は、バルクヘッド２の前方先端に、メインカッタとなる回転カッタ３が設けられている。回転カッタ３は、回転軸４に支持された円形の面盤５の表面に複数のカッタビット６を設けたカッタヘッド７を有している。
【００２０】
バルクヘッド２の後方には、回転軸４を回転させる駆動モータ８が設けられている。回転カッタ３の外周面には、径方向外側に出没するコピーカッタ９が設けられている。
【００２１】
バルクヘッド２の前方で、回転カッタ３の後方には、サブカッタとなる揺動カッタ１１が設けられている。揺動カッタ１１は、回転軸１２に支持された一部が切り欠かれた面盤１４の表面に複数のカッタビット６を設けたカッタヘッド１５を有している。なお、図中１３は、回転軸１２を回転させる駆動モータを示す。
【００２２】
図１に示すように、本参考形態では、回転カッタ３の面盤５と揺動カッタ１１の面盤１４とは、同等の径を有しており、水平方向に偏平した断面長円状のトンネルを掘削するようになっている。
【００２３】
回転カッタ３の回転軸４と揺動カッタ１１の回転軸１２との水平距離は、各面盤５，１４の半径よりも狭くなっており、揺動カッタ１１の面盤１４が回転カッタ３の回転軸４に干渉することとなる。
【００２４】
そのため、揺動カッタ１１の面盤１４には、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４との干渉を防止するために切欠部１６が形成されている。切欠部１６は、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４とが干渉する部分、すなわち回転軸４の位置から、面盤１４の周方向上下両側に、所定長さを有して広がって形成されている。切欠部１６の両端は、面盤１４の径方向に沿って形成されており、切欠部１６は、略扇形形状となっている。
【００２５】
揺動カッタ１１の外周部で、切欠部１６の両端部分には、後述する未切削部１７を切削する張出部１８が設けられている。
【００２６】
未切削部１７は、隣接する回転カッタ３と揺動カッタ１１との重複部１９の外方両側に位置した略三角形状の部分を示す。具体的には、回転カッタ３の面盤５と揺動カッタ１１の面盤１４とを互いに接線で結んで、その接線と各面盤５，１４の外周線とで囲まれた部分が、回転カッタ３と揺動カッタ１１とでは切削できない未切削部１７となる。
【００２７】
張出部１８は、上記未切削部１７と同等の形状に形成されており、未切削部１７の上記接線の部分に相当する張出部１８の外側端部２０が直線状に形成されている。張出部１８は、揺動カッタ１１が揺動範囲のストローク端部に位置するときに、未切削部１７に相当する部分に位置するように形成されている。
【００２８】
張出部１８の前面には複数のカッタビット６が配設されている。
【００２９】
なお、本参考形態では、張出部１８の外側端部２０が直線状に形成されているが、これに限られるものではない。張出部１８の外側端部２０を求められる形状、例えば曲線状に形成すれば、その形状に合わせて切削することができる。
【００３０】
張出部１８には、掘削外周ラインの外側に出没する余掘装置２１が設けられている。余掘装置２１は張出部１８の外側端部２０の外周線に沿って設けられている。余掘装置２１の張出部１８の先端側位置は、その先端から所定の距離をあけて形成されている。これは、張出部１８の先端側の余掘は、回転カッタ３のコピーカッタ９によって行われるためである。
【００３１】
余掘装置２１は、図３に示すように、その先端の出没部分２３にカッタビット２２が複数配設されたカッタブロック２４を有している。カッタブロック２４は、張出部１８に設けられた軸受けシール部２５にスライド自在に支持されており、張出部１８の内部には、カッタブロック２４を出没させるための伸縮ジャッキ２６が設けられている。
【００３２】
カッタブロック２４を出没させる機構は、上述のものに限られるものではなく、例えば、図４や図５に示すような機構であってもよい。
【００３３】
図４に示す出没機構は、張出部１８の内部に平行リンク２７と伸縮ジャッキ２８とが設けられており、カッタブロック２９を出没自在に支持するようになっている。なお、カッタブロック２９の軸受けシール部２５は、紙面表裏方向両側に設けられている。
【００３４】
図５に示す出没機構は、カッタブロック３１が断面扇形形状に形成されており、その中心部がピン３２により軸支されている。この軸部分は、張出部１８の内部に収容されている。張出部１８の内部には、カッタブロック３１を回動させて出没させるための伸縮ジャッキ３３が設けられている。なお、カッタブロック３１の軸受けシール部２５は、紙面表裏方向両側に設けられている。
【００３５】
揺動カッタ１１の円周部分には、径方向外側に出没自在のコピーカッタ１０が設けられている。コピーカッタ１０は、揺動カッタ１１の揺動ストロークよりも小さい角度の間隔で複数設けられている。
【００３６】
次に上記構成に係る特殊断面シールド掘進機１の動作状態を説明しながら、その作用を説明する。
【００３７】
本参考形態では、回転カッタ３を回転させて円形に土砂を掘削しつつ、その後方で、揺動カッタ１１を揺動させて回転カッタ３の側部を掘削するようになっている。これによって、回転カッタ３でトンネルの多くの断面積を掘削することができるので、掘削効率が高くなると共に、掘削土砂を効率よく撹拌でき、その土砂の排出を円滑に行うことができる。
【００３８】
このとき、揺動カッタ１１は、図１の（ａ）と（ｂ）の範囲で揺動する。図１（ａ）では、揺動カッタ１１が上方でのストローク端部に位置した状態を表しており、上側の張出部１８が、上側の未切削部１７に位置してその部分を切削するようになっている。また、図１（ｂ）では、揺動カッタ１１が下方でのストローク端部に位置した状態を表しており、下側の張出部１８が、下側の未切削部１７に位置してその部分を切削するようになっている。
【００３９】
このように、張出部１８は、揺動カッタ１１の揺動範囲のストローク端部位置までしか移動しないので、そのストローク端部に位置した非円形断面である未切削部１７を切削することができる。
【００４０】
また、揺動カッタ１１の外周部外側に張出部１８を設けたことによって、揺動カッタ１１を揺動させるだけで、未切削部１７を切削することができる。
【００４１】
さらに、張出部１８は、揺動カッタ１１に設けられているため、従来のように、未切削部１７を切削するための別個の移動機構等を必要とせず、特殊断面シールド掘進機１の構造を複雑化することはない。よって、製造コスト及び手間の増加を抑えることができると共に、耐久性の向上が図れる。また、張出部１８は揺動カッタ１１と同等の厚さで形成できるので、特殊断面シールド掘進機１の機長が長くなることもない。
【００４２】
トンネルのカーブ施工を行う際には、余掘装置２１を張出部１８から突出させると共に、コピーカッタ９，１０を突出させる。回転カッタ３の周囲では、コピーカッタ９が回転することによって余掘りを行う。未切削部１７では、張出部１８の切削と共に、余掘装置２１が揺動してストローク端部で余掘りを行う。揺動カッタ１１の周囲では、揺動ストロークに合わせて複数設けられたコピーカッタ１０が揺動することによって余掘りを行う。
【００４３】
未切削部１７の余掘りは、従来では未切削部１７の切削と同様に、コピーカッタを突出させて行っていたため、コピーカッタの突出量が大きくなる。そのため、コピーカッタが長細くなり、その長細いコピーカッタに土圧がかかるので、その耐久性が悪くなってしまうといった問題があったが、本参考形態では、張出部１８の外周線に沿って余掘装置２１を設けたことによって、そのカッタブロック２４の突出距離を短くすることができるので、耐久性の高い余掘装置２１とすることができる。
【００４４】
図６は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態を示した正面図である。
【００４５】
本実施の形態の特殊断面シールド掘進機３５は、揺動カッタ３６に、回転カッタ３の回転軸４と干渉する部分から周方向に所定長さ円弧状に延びる長穴３７が形成されている。
【００４６】
すなわち、図１の特殊断面シールド掘進機１が、揺動カッタ１１と回転カッタ３の回転軸４と揺動カッタ１１との干渉を防止するために、揺動カッタ１１に切欠部１６を形成しているのに対して、特殊断面シールド掘進機３５は、切欠部１６の代わりに、揺動カッタ３６に、回転カッタ３の回転軸４が貫通する長穴３７が形成されている。
【００４７】
長穴３７の長手方向（周方向）の中央部の径方向外側に位置する外周部外側には、張出部４１が設けられている。張出部４１は、回転カッタ３と揺動カッタ３６との重複部の外方両側に位置する未切削部１７のうち一方の未切削部１７を切削する第１張出部３８と、他方の未切削部１７を切削する第２張出部３９とを一体で形成して構成されている。
【００４８】
張出部４１の前面には、複数のカッタビット４３が配設されている。
【００４９】
本実施の形態の特殊断面シールド掘進機３５によれば、回転カッタ３の回転軸４と揺動カッタ３６との干渉を防止するために、揺動カッタ３６に長穴３７を形成したことによって、その外周を連続した状態にすることができる。これによって、第１張出部３８と第２張出部３９とを一体にした張出部４１を形成することができ、揺動カッタ３６の揺動ストロークを大きくすることができる。よって、掘削効率が向上して、円滑でよりスピードの早いトンネル施工を行うことができる。
【００５０】
図７は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態ではない参考形態を示した概略正面図である。
【００５１】
本参考形態の特殊断面シールド掘進機４５では、メインカッタとなる回転カッタ３と比較して、サブカッタとなる揺動カッタ４６が小径に形成されており、全体で断面たまご形のトンネルを掘削するものである。
【００５２】
ここでは、揺動カッタ４６の外周部外側に設けられる張出部４７が、回転カッタ３の回転軸４に干渉するため、二つに分割されて設けられている。また、揺動カッタ４６には、切欠部４８が設けられているが、これは軽量化のためであって、設けられない場合もある。
【００５３】
図８は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の別の実施形態を示した概略正面図である。
【００５４】
本実施の形態の特殊断面シールド掘進機５１では、メインカッタとなる回転カッタ３の両側に、サブカッタとなる小径の揺動カッタ５２がそれぞれ設けられている。
【００５５】
ここでは、揺動カッタ５２及び揺動カッタ５２に設けられる張出部５３と、回転カッタ３の回転軸４とは互いに干渉しないので、張出部５３が、重複部５４の外方両側に位置する未切削部１７のうち一方の未切削部１７を切削する第１張出部５５と、他方の未切削部１７を切削する第２張出部５６とを一体で形成されている。この張出部５３は、その外側端部５７が曲線状に形成されたものである。
【００５６】
図９は本発明に係る特殊断面シールド掘進機の更に別の実施形態を示した概略正面図である。
【００５７】
本実施の形態の特殊断面シールド掘進機５９では、メインカッタとなる回転カッタ３の両側に、サブカッタとなる小径の揺動カッタ６１が９０°ピッチで、４箇所にそれぞれ設けられている。
【００５８】
揺動カッタ６１には、図８の揺動カッタ５２と同様に、一方の未切削部１７を切削する第１張出部６２と、他方の未切削部１７を切削する第２張出部６３とを一体とした張出部６４が設けられている。これによって、特殊断面シールド掘進機５９は、全体として、コーナが丸まった断面略正方形のトンネルを掘削するものである。
【００５９】
以上、本発明の特殊断面シールド掘進機の複数の実施の形態を示したが、本発明は、さらに他の形態でも適用できるのは、勿論である。
【００６０】
また、上記実施の形態では、回転カッタ３及び揺動カッタ１１が面盤式のものを例にあげて説明したが、これに限られるものではない。本発明は、例えばスポーク式のカッタにも適用できるのは勿論である。
【００６１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、揺動カッタの外周部外側に張出部を設けたことによって、その張出部が揺動範囲のストローク端部位置までしか移動せず、非円形断面である未切削部を切削することができるといった優れた効果を発揮する。また、張出部は、移動機構等を必要とせず、簡単な構造であるので、製造コスト及び手間の増加を抑えることができると共に、耐久性の向上が図れる。さらに、張出部は揺動カッタと同等の厚さで形成できるので、特殊断面シールド掘進機の機長が長くなることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態ではない参考形態を示した正面図である。
【図２】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の上記参考形態を示した平面図である。
【図３】  余掘装置を示した断面図である。
【図４】  余掘装置を示した断面図である。
【図５】  余掘装置を示した断面図である。
【図６】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態を示した概略正面図である。
【図７】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の実施形態ではない参考形態を示した概略正面図である。
【図８】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の別の実施形態を示した概略正面図である。
【図９】  本発明に係る特殊断面シールド掘進機の更に別の実施形態を示した概略正面図である。
【符号の説明】
１  特殊断面シールド掘進機
３  回転カッタ
４  回転軸
１１  揺動カッタ
１６  切欠部
１７  未切削部
１８  張出部
１９  重複部
２１  余掘装置
３５  特殊断面シールド掘進機
３６  揺動カッタ
３７  長穴
３８  第１張出部
３９  第２張出部
４１  張出部
４５  特殊断面シールド掘進機
４６  揺動カッタ
４７  張出部
４８  切欠部
５１  特殊断面シールド掘進機
５２  揺動カッタ
５３  張出部
５４  重複部
５５  第１張出部
５６  第２張出部
５９  特殊断面シールド掘進機
６１  揺動カッタ
６２  第１張出部
６３  第２張出部
６４  張出部
【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】
0004411780.tif 000010