(57)【要約】【課題】断面馬蹄形状の孔を効率よく掘削する。【解決手段】断面馬蹄形状の孔を掘削するためのシールド掘進機であって、シールド本体２の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタ３と、シールド本体２の前部に設けられた支持フレーム１０と、支持フレーム１０に設けられ、回転カッタ３の回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動される縦軸カッタ４とを備え、回転カッタ３を、上記断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、縦軸カッタ４を、回転カッタ３の両脇の未掘削領域に配置する。【選択図】図１
2007126882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面馬蹄形状の孔を掘削するためのシールド掘進機であって、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、上記シールド本体の前部に設けられた支持フレームと、該支持フレームに設けられ、上記回転カッタの回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動される縦軸カッタとを備え、上記回転カッタを、上記断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、上記縦軸カッタを、上記回転カッタの両脇の未掘削領域に配置したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記支持フレームの前部に、上記縦軸カッタの回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転自在に補助カッタを設け、上記縦軸カッタの回転軸と上記補助カッタの回転軸とに、互いに歯合されるようにしてかさ歯車をそれぞれ装着した請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記補助カッタを、上記縦軸カッタの回転方向に所定間隔を隔てて複数配置した請求項２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、断面馬蹄形状の孔を掘削するためのシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
なお、特許文献１には、変断面形状の孔を掘削するためのシールド掘進機であって、掘進方向と平行な軸廻りに回転するメインカッタを複数並設し、それらメインカッタ間に、その並設方向に直線状に掘削するトリミングカッタを設けたシールド掘進機が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２０９６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで従来、道路トンネルを構築するためのシールド掘進機としては、断面円形状の孔を掘削するものが用いられてきた。一方、道路トンネルにおいては、道路本線の脇に所定距離毎に車両の非常駐車帯を設ける場合や、複数車線の道路本線を設ける場合がある。
【０００６】
このような場合、断面円形状の孔を掘削するシールド掘進機では、横幅方向の長さを確保するために、大断面の断面円形状の孔を掘削しなければならず、上下方向に無駄な空間が発生していた。また、上下方向に比べて横幅方向に広い道路トンネルを構築する場合、有効断面の点、土荷重を受けるバランスの点から、掘削する孔を断面馬蹄形状とすることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、断面馬蹄形状の孔を効率よく掘削することができるシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、断面馬蹄形状の孔を掘削するためのシールド掘進機であって、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、上記シールド本体の前部に設けられた支持フレームと、該支持フレームに設けられ、上記回転カッタの回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動される縦軸カッタとを備え、上記回転カッタを、上記断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、上記縦軸カッタを、上記回転カッタの両脇の未掘削領域に配置したものである。
【０００９】
ここで、上記支持フレームの前部に、上記縦軸カッタの回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転自在に補助カッタを設け、上記縦軸カッタの回転軸と上記補助カッタの回転軸とに、互いに歯合されるようにしてかさ歯車をそれぞれ装着しても良い。
【００１０】
また、上記補助カッタを、上記縦軸カッタの回転方向に所定間隔を隔てて複数配置しても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
【００１２】
（１）請求項１に係る発明によれば、回転カッタを断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、縦軸カッタを回転カッタの両脇の未掘削領域に配置するようにしたため、断面馬蹄形状の孔を効率よく掘削することができる。
【００１３】
（２）請求項２に係る発明によれば、縦軸カッタを支持する支持フレームの前部に補助カッタを設けたため、その補助カッタにより縦軸カッタによる未掘削部分をなくすことができる。
【００１４】
（３）請求項２に係る発明によれば、縦軸カッタと補助カッタとがかさ歯車によって連動されるので、補助カッタの動力を縦軸カッタの動力源からとることができ、補助カッタのための新たな動力源が不要である。
【００１５】
（４）請求項３に係る発明によれば、補助カッタを縦軸カッタの回転方向に所定間隔を隔てて複数配置するようにしたため、補助カッタの大型化を招くことなく、縦軸カッタによる未掘削部分をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、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は、縦軸カッタ及び補助カッタの側面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、シールド本体２と、シールド本体２の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタ３とを備えている。本実施形態のシールド本体２は、上下方向（図１中の上下方向）に比べて横幅方向（図１中の左右方向）に広い断面馬蹄形状であって、上下方向の中央よりも下部側で横幅が最も広くなるように形成されている。
【００１９】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３、後述する縦軸カッタ４及び補助カッタ５により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネル（道路トンネル）を構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２０】
本実施形態の回転カッタ３は、その回転中心から径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム６を有している。カッタフレーム６は、シールド本体２の前部に設けられたバルクヘッド７に回転自在に支持され、シールド本体２内に設けられた駆動モータ（図示せず）により回転される。カッタフレーム６の前端には、複数のビット（図示せず）が取り付けられている。本実施形態では、カッタフレーム６はスポーク状に形成されている。なお、カッタフレーム６は面盤状に形成されていても良い。
【００２１】
カッタフレーム６とバルクヘッド７との間には、回転カッタ３、縦軸カッタ４及び補助カッタ５により掘削した土砂（掘削土砂）を取込むチャンバ（図２の符号８参照）が形成される。バルクヘッド７の下部には、これを貫通してチャンバ８に開口するスクリュコンベア９が設けられる。
【００２２】
図２及び図３に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、シールド本体２の前部に設けられた支持フレーム１０と、支持フレーム１０に設けられ、回転カッタ３のカッタフレーム６の回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動される縦軸カッタ４とを備えている。本実施形態の縦軸カッタ４は、回転カッタ３のカッタフレーム６の回転軸に対してほぼ直交する軸廻りに回転駆動される。また本実施形態では、縦軸カッタ４は回転カッタ３のカッタフレーム６よりも後方に配置されている（図２参照）。
【００２３】
図３に示すように、本実施形態の縦軸カッタ４は、回転カッタ３のカッタフレーム６の回転軸に対してほぼ直交する軸廻りに回転自在に設けられた回転軸１１を有している。回転軸１１は、軸受１２、１３、１４を介して支持フレーム１０に支持され、支持フレーム１０に設けられた駆動モータ１５により回転される。
【００２４】
本実施形態では、支持フレーム１０は、回転軸１１の軸方向に所定間隔を隔てて二つ設けられている（図１参照）。
【００２５】
本実施形態では、縦軸カッタ４の回転軸１１と駆動モータ１５の回転軸１６とにはそれぞれ、ピニオン１７、１８が装着されており、これらピニオン１７、１８が複数のギヤ１９、２０、２１を介して連結されている。ギヤ１９、２０は回転軸２２に装着され、ギヤ２１は回転軸２３に装着されている。これら回転軸２２、２３はそれぞれ、軸受２４、２５を介して支持フレーム１０に支持されている。
【００２６】
なお、縦軸カッタ４の回転軸１１と駆動モータ１５の回転軸１６との連結はギヤによるものには限定はされない。例えば、縦軸カッタ４の回転軸１１のピニオン１７と駆動モータ１５の回転軸１６のピニオン１８とをチェーン等により連結するようにしても良い。
【００２７】
縦軸カッタ４の回転軸１１の外周には、その軸方向及び周方向（回転方向）に所定間隔を隔てて複数のビット２６が取り付けられている。
【００２８】
また縦軸カッタ４の回転軸１１の外周には、略円筒状の保持部材２７が取り付けられている。本実施形態では、保持部材２７はその取付部から縦軸カッタ４の回転軸１１の軸方向の支持フレーム１０側に延出して支持フレーム１０の一部を覆うようになっている。保持部材２７の外周には、その軸方向及び周方向（回転方向）に所定間隔を隔てて複数のビット２８が取り付けられている。
【００２９】
ここで本実施形態では、回転カッタ３を、カッタ３、４により掘削される断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、縦軸カッタ４を、回転カッタ３の両脇の未掘削領域に配置している（図１参照）。また本実施形態では、回転カッタ３の両脇の未掘削領域にそれぞれ、上下方向に所定間隔を隔てて縦軸カッタ４を二つ配置している。このように回転カッタ３と縦軸カッタ４とを組み合わせて配置することで、これらカッタ３、４により掘削される孔の断面形状を、断面馬蹄形状とすることができる。
【００３０】
ところで、支持フレーム１０前方の領域には、その支持フレーム１０が回転の支障となるため縦軸カッタ４のビット２６、２８を配置することができず、支持フレーム１０前方の領域の地山は、縦軸カッタ４では掘削することができない。そこで本実施形態では、支持フレーム１０前方の領域の地山を掘削すべく、支持フレーム１０の前部に、縦軸カッタ４の回転軸１１に対して傾斜させた軸廻りに回転自在に補助カッタ５を設けている。本実施形態の補助カッタ５は、縦軸カッタ４の回転軸１１に対してほぼ直交する軸廻りに回転自在に設けられる。また本実施形態では、補助カッタ５は回転カッタ３のカッタフレーム６よりも後方に配置されている（図２参照）。
【００３１】
図３に示すように、本実施形態の補助カッタ５は、縦軸カッタ４の回転軸１１に対してほぼ直交する軸廻りに回転自在に設けられた回転軸２９を有している。回転軸２９は、軸受３０を介して支持フレーム１０に回転自在に支持され、駆動モータ１５により回転される。
【００３２】
本実施形態では、縦軸カッタ４の回転軸１１と補助カッタ５の回転軸２９とにはそれぞれ、互いに歯合されるようにしてかさ歯車３１、３２が装着されている。これらかさ歯車３１、３２により補助カッタ５の回転軸２９は、縦軸カッタ４の回転軸１１の回転に伴って回転されるようになっている。
【００３３】
補助カッタ４の回転軸１１の前部には、略傘状の保持部材３３が取り付けられている。保持部材３３の前端には、複数のビット（図示せず）が配置されている。
【００３４】
ここで本実施形態では、回転カッタ３のカッタフレーム６の外径とシールド本体２の外径との差が比較的大きい箇所には、補助カッタ５を縦軸カッタ４の回転軸１１の周方向（回転方向）に所定間隔を隔てて複数配置している。詳しくは本実施形態では、回転カッタ３のカッタフレーム６の外径とシールド本体２の外径との差が比較的大きい箇所には、補助カッタ５を二つ配置するようにしている（図１参照）。また、上記の差が比較的小さい箇所には補助カッタ５を一つ配置するようにしている。
【００３５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３６】
切羽を掘削する際には、図示しない駆動モータにより回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が断面円形状に掘削されて、断面円形状の孔が形成される。
【００３７】
同時に、駆動モータ１５により縦軸カッタ４を回転駆動させると、回転カッタ３により形成された断面円形状の孔の両脇の未掘削領域の地山が、縦軸カッタ４により掘削されて、断面円形状の孔に連続された断面馬蹄形状の孔が形成される。
【００３８】
また縦軸カッタ４が回転駆動されると、縦軸カッタ４の回転軸１１の回転に伴って補助カッタ５の回転軸２９が回転されて、補助カッタ５が回転駆動される。この補助カッタ５により、支持フレーム１０前方の領域の地山が掘削される。
【００３９】
以上要するに本実施形態によれば、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタ３を、カッタ３、４により掘削される断面馬蹄形状の孔の略中央に配置し、回転カッタ３の回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動される縦軸カッタ４を、回転カッタ３の両脇の未掘削領域に配置するようにしたため、断面馬蹄形状の孔を効率よく掘削することができる。
【００４０】
また本実施形態によれば、縦軸カッタ４を支持する支持フレーム１０の前部に、縦軸カッタ４の回転軸１１に対して傾斜させた軸廻りに回転自在に補助カッタ５を設けたため、縦軸カッタ４では掘削することができない支持フレーム１０前方の領域の地山を補助カッタ５により掘削することができ、縦軸カッタ４による未掘削部分をなくすことができる。
【００４１】
また本実施形態によれば、縦軸カッタ４の回転軸１１と補助カッタ５の回転軸２９とに、互いに歯合されるようにしてかさ歯車３１、３２をそれぞれ装着するようにしたため、縦軸カッタ４と補助カッタ５とがかさ歯車３１、３２によって連動されるので、補助カッタ５の動力を縦軸カッタ４の動力源（駆動モータ１５）からとることができ、補助カッタ５のための新たな動力源が不要である。
【００４２】
さらに本実施形態によれば、補助カッタ５を、縦軸カッタ４の回転方向に所定間隔を隔てて複数配置するようにしたため、回転カッタ３のカッタフレーム６の外径とシールド本体２の外径との差が比較的大きい場合であっても補助カッタ５の大型化を招くことなく、縦軸カッタ４による未掘削部分をなくすことができる。
【００４３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では縦軸カッタ４が回転カッタ３のカッタフレーム６の回転軸に対してほぼ直交する軸廻りに回転駆動されるとしたが、縦軸カッタ４は回転カッタ３のカッタフレーム６の回転軸に対して傾斜させた軸廻りに回転駆動されれば良く上記実施形態には限定はされない。
【００４５】
また、上記実施形態では補助カッタ５が縦軸カッタ４の回転軸１１に対してほぼ直交する軸廻りに回転自在に設けられるとしたが、補助カッタ５は縦軸カッタ４の回転軸１１に対して傾斜させた軸廻りに回転自在に設けられれば良く上記実施形態には限定はされない。
【００４６】
さらに、縦軸カッタ４の配置は上記実施形態には限定はされない。縦軸カッタ４を自由に配置することで、所望の断面形状の孔を掘削することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【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】縦軸カッタ及び補助カッタの側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  シールド掘進機
２  シールド本体
３  回転カッタ
４  縦軸カッタ
５  補助カッタ
１０  支持フレーム
１１  回転軸
２９  回転軸
３１  かさ歯車
３２  かさ歯車
【図１】
2007126882.tif 000003
【図２】
2007126882.tif 000004
【図３】
2007126882.tif 000005