(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に、公転支持体を楕円シールド軸心周りに回転自在に配設し、この公転支持体に、楕円シールド軸心から偏心距離だけ偏心した位置にカッタ自転軸を楕円シールド軸心と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸の前部に設けられたカッタヘッドを、正面視で頂部がルーロの三角形の頂点位置に膨出する形状として、カッタ自転軸を回転駆動することにより通常部の円形断面のトンネルを掘削し、公転支持体とカッタ自転軸とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部の楕円形断面のトンネルを掘削し、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとを連続掘削可能なシールド掘進機であって、
カッタヘッドの３つの頂部に、円形断面のトンネルの掘削時に頂部カッタを後退させてカッタヘッドの直径を楕円形断面のトンネルの短径と同一とする頂部後退装置を設け、
公転支持体に、楕円シールド軸心と平行な回転中心周りに回転自在に支持されるとともに、この回転中心と楕円シールド軸心の間で、楕円シールド軸心を中心として半径を偏心距離とした偏心円弧上に、カッタ自転軸を回転自在に支持する調心体を設け、
円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとの間の移行時に、前記調心体を回転させて、カッタ自転軸を、前記偏心円弧と楕円形断面のトンネルの長径軸との交点の公転停止位置と、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルの長径端とが接する円形シールド軸心位置との間で移動させる調心装置を設けた
ことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体の前部に、公転支持体を楕円シールド軸心周りに回転自在に配設し、この公転支持体に、楕円シールド軸心から偏心距離だけ偏心した位置にカッタ自転軸を楕円シールド軸心と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸の前部に設けられたカッタヘッドを、正面視で頂部がルーロの三角形の頂点位置に膨出する形状として、カッタ自転軸を回転駆動することにより通常部の円形断面のトンネルを掘削し、公転支持体とカッタ自転軸とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部の楕円形断面のトンネルを掘削し、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとを連続掘削可能なシールド掘進機であって、
カッタヘッドの３つの頂部に、円形断面のトンネルの掘削時に頂部カッタを後退させてカッタヘッドの直径を楕円形断面のトンネルの短径と同一とする頂部後退装置を設け、
公転支持体に、楕円シールド軸心と平行な回転中心周りに回転自在に支持されるとともに、この回転中心と楕円シールド軸心の間で、楕円シールド軸心を中心として半径を偏心距離とした偏心円弧上に、カッタ自転軸を回転自在に支持する調心体を設け、
前記調心体を回転させてカッタ自転軸を移動可能な調心装置を設け、
円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとの間の移行時に、調心装置により調心体を回転させるとともに、公転支持体を回転させることにより、カッタ自転軸を楕円形断面のトンネルの長径軸に沿って移動させて、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとの相対位置を調整可能に構成された
ことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとの間の移行時に、カッタ自転軸を偏心円弧と楕円形断面のトンネルの長径軸との交点の公転停止位置と、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルの長径端とが接する円形シールド軸心位置との間で移動させるように構成された
ことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとの間の移行時に、カッタヘッドを回転駆動しつつ移動させて、頂部後退装置により頂部カッタを回転軌跡の長径側でのみ突出させ余掘り部を形成して楕円トンネル移行部を掘削するように構成された
ことを特徴とする請求項２または３記載のシールド掘進機。
【請求項５】
シールド本体の前部に、公転支持体を楕円シールド軸心周りに回転自在に配設し、この公転支持体に、楕円シールド軸心から偏心距離だけ偏心した位置にカッタ自転軸を楕円シールド軸心と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸の前部に設けられたカッタヘッドを、正面視で頂部がルーロの三角形の頂点位置に膨出する形状として、カッタ自転軸を回転駆動することにより通常部の円形断面のトンネルを掘削し、公転支持体とカッタ自転軸とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部の楕円形断面のトンネルを掘削し、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルとを連続掘削可能なシールド掘進機であって、
カッタヘッドの３つの頂部に、円形断面のトンネルの掘削時に頂部カッタを後退させてカッタヘッドの直径を楕円形断面のトンネルの短径と同一とする頂部後退装置を設け、
円形断面のトンネルと公転形断面のトンネルとの間の移行時に、公転支持体に形成されたスライド空間に沿って、楕円形断面のトンネルの長径軸と楕円シールド軸心を中心として半径が偏心距離である偏心円弧との交点の公転停止位置と、円形断面のトンネルと楕円形断面のトンネルの長径端とが接する円形シールド軸心位置との間でカッタ自転軸を移動させる調心装置を設けた
ことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法により拡縮自在にトンネルを掘削するシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば道路または鉄道を設置するトンネルでは、通常掘削部の掘削途中に退避部や駅部を形成するための拡張部が設けられる。
【０００３】
このような拡張部の掘削は、１）円形のトンネルを掘削して覆工した後、拡張部の地盤を凍結して側壁を破砕し、掘削して覆工する。２）シールド掘進機においてコピーカッタなどを使用して拡径する。３）メインカッタヘッドの周辺部に、複数のサブカッタヘッドを着脱可能に装備し、途中でサブカッタヘッドを装着または取り外して径の異なるトンネルを掘削するものなどが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来工法において、１）では、拡張部の掘削距離が長くなったり、複数箇所となると拡張部の掘削に大きいコストと時間がかかるという問題がある。また２）では、構造上増径量を大きく出来ない。またトンネルの周囲で上下左右に拡張されると、余分な部分まで掘削することになり、セグメントやコストの面で不利である。また３）では、シールド掘進機の構造が複雑になり、またトンネル内でサブカッタヘッドを着脱するのに長時間を必要とし、コストが増大するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、低コストで、掘削途中で円形トンネルと拡張部とを連続掘削可能なシールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００６】
【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記載のシールド掘進機は、シールド本体(1)の前部に、公転支持体(5)を楕円シールド軸心(Oe)周りに回転自在に配設し、この公転支持体(5)に、楕円シールド軸心(Oe)から偏心距離(e)だけ偏心した位置にカッタ自転軸(9)を楕円シールド軸心(Oe)と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸(9)の前部に設けられたカッタヘッド(11)を、正面視で頂部(11a〜11c)がルーロの三角形の頂点(C1〜C3)位置に膨出する形状として、カッタ自転軸(9)を回転駆動することにより通常部(Ec)の円形断面のトンネル(Tc)を掘削し、公転支持体(5)とカッタ自転軸(9)とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部(Ee)の楕円形断面のトンネル(Te)を掘削し、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)とを連続掘削可能なシールド掘進機であって、カッタヘッド(11)の３つの頂部(11a〜11b)に、円形断面のトンネル(Tc)の掘削時に頂部カッタ(17)を後退させてカッタヘッド(11)の直径を楕円形断面のトンネル(Te)の短径(b)と同一とする頂部後退装置(19)を設け、公転支持体(5)に、楕円シールド軸心(Oe)と平行な回転中心(Od)周りに回転自在に支持されるとともに、この回転中心(Od)と楕円シールド軸心(Oe)の間で、楕円シールド軸心(Oe)を中心として半径を偏心距離(e)とした偏心円弧(Ce)上に、カッタ自転軸(9)を回転自在に支持する調心体(7)を設け、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)との間の移行時に、前記調心体(7)を回転させて、カッタ自転軸(9)を、前記偏心円弧(Ce)と楕円形断面のトンネル(Te)の長径軸(La)との交点の公転停止位置(Cep)と、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)の長径端とが接する円形シールド軸心(Oc)位置との間で移動させる調心装置(22)を設けたものである。
【０００７】
上記構成によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させて、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向の段差を無くして覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、調心装置により調心体を回転させて、カッタ自転軸を楕円断面トンネルの長径軸上の公転停止位置と円形シールド軸心位置との間で移動させることにより、通常部の円形断面のトンネルから一方の側方のみが拡張された楕円形断面トンネルの拡張部を形成することができ、覆工体の３方の側面を連続させることができて覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
【０００８】
請求項２記載のシールド掘進機は、シールド本体の前部に、公転支持体(5)を楕円シールド軸心(Oe)周りに回転自在に配設し、この公転支持体(5)に、楕円シールド軸心(Oe)から偏心距離(e)だけ偏心した位置にカッタ自転軸(9)を楕円シールド軸心(Oe)と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸(9)の前部に設けられたカッタヘッド(11)を、正面視で頂部(11a〜11b)がルーロの三角形の頂点(C1〜C3)位置に膨出する形状として、カッタ自転軸(9)を回転駆動することにより通常部(Ec)の円形断面のトンネル(Tc)を掘削し、公転支持体(5)とカッタ自転軸(9)とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部(Ee)の楕円形断面のトンネル(Te)を掘削し、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)とを連続掘削可能なシールド掘進機であって、カッタヘッド(11)の３つの頂部(11a〜11b)に、円形断面のトンネル(Tc)の掘削時に頂部カッタ(17)を後退させてカッタヘッド(11)の直径を楕円形断面のトンネル(Te)の短径(b)と同一とする頂部後退装置(19)を設け、公転支持体(5)に、楕円シールド軸心(Oe)と平行な回転中心(Od)周りに回転自在に支持されるとともに、この回転中心(Od)と楕円シールド軸心(Oe)の間で、楕円シールド軸心(Oe)を中心として偏心距離(e)を半径とした偏心円弧(Ce)上に、カッタ自転軸(9)を回転自在に支持する調心体(7)を設け、前記調心体(7)を回転させてカッタ自転軸(9)を移動可能な調心装置(22)を設け、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)との間の移行時に、調心装置(22)により調心体(7)を回転させるとともに、公転支持体(5)を回転させることにより、カッタ自転軸(9)を楕円形断面のトンネル(Te)の長径軸(La)に沿って移動させて、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)との相対位置を調整可能に構成されたものである。
【０００９】
上記構成によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させ、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を回転駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向の段差を無くして覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、調心装置により調心体を回転させるとともに公転支持体を回転させることにより、カッタ自転軸を楕円断面トンネルの長径軸上で移動させ、円形断面トンネルと楕円形断面トンネルとの相対位置を設定することができる。
【００１０】
請求項３記載のシールド掘進機は、請求項２記載の構成において、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)との間の移行時に、カッタ自転軸(9)を偏心円弧(Ce)と楕円形断面のトンネル(Te)の長径軸(La)との交点の公転停止位置(Cep)と、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)の長径端とが接する円形シールド軸心(Oc)位置との間で移動させるように構成されたものである。
【００１１】
上記構成によれば、覆工体の３方の側面を連続させることができ、覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
請求項４記載のシールド掘進機は、請求項２または３記載の構成において、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)との間の移行時に、カッタヘッド(11)を回転駆動しつつ移動させて、頂部後退装置(19)により頂部カッタ(17)を回転軌跡の長径側でのみ突出させ余掘り部(Ec1〜Ec4)を形成して楕円トンネル移行部(Te1,Te2)を掘削するように構成されたものである。
【００１２】
上記構成によれば、回転軌跡の長径側でカッタヘッドの頂部カッタを突出させることにより、余掘り部を形成して楕円トンネル移行部を掘削することができる。
【００１３】
請求項５記載のシールド掘進機は、シールド本体の前部に、公転支持体(5)を楕円シールド軸心(Oe)周りに回転自在に配設し、この公転支持体(5)に、楕円シールド軸心(Oe)から偏心距離(e)だけ偏心した位置にカッタ自転軸(9)を楕円シールド軸心(Oe)と平行な軸心周りに回転自在に配設し、このカッタ自転軸(9)の前部に設けられたカッタヘッド(11)を、正面視で頂部(11a〜11b)がルーロの三角形の頂点(C1〜C3)位置に膨出する形状として、カッタ自転軸(9)を回転駆動することにより通常部(Ec)の円形断面のトンネル(Tc)を掘削し、公転支持体(5)とカッタ自転軸(9)とを同一方向で回転速度比が３対１となるように回転駆動して拡張部(Ee)の楕円形断面のトンネル(Te)を掘削し、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)とを連続掘削可能なシールド掘進機であって、カッタヘッド(11)の３つの頂部(11a〜11b)に、円形断面のトンネル(Tc)の掘削時に頂部カッタ(17)を後退させてカッタヘッド(11)の直径を楕円形断面のトンネル(Te)の短径(b)と同一とする頂部後退装置(19)を設け、円形断面のトンネル(Tc)と公転形断面のトンネル(Te)との間の移行時に、公転支持体(5)に形成されたスライド空間(51)に沿って、楕円形断面のトンネル(Te)の長径軸(La)と楕円シールド軸心(Oe)を中心として半径が偏心距離(e)である偏心円弧(Ce)との交点の公転停止位置(Cep)と、円形断面のトンネル(Tc)と楕円形断面のトンネル(Te)の長径端とが接する円形シールド軸心(Oc)位置との間でカッタ自転軸(9)を移動させる調心装置(53)を設けたものである。
【００１４】
上記構成のシールド掘進機によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させてカッタ自転軸のみを回転駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向のトンネルの段差を無くして、覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させて、調心装置により軸受ブロックをスライド空間を介して移動させ、カッタ自転軸を楕円形断面のトンネルの長径軸上で円形シールド軸心と交点停止位置との間でを移動させることにより、通常部の円形断面のトンネルから一方の側方のみが拡張された楕円形断面トンネルの拡張部を形成することができ、覆工体の３方の側面を連続させることができて覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るシールド掘進機の第１の実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明する。
【００１６】
このシールド掘進機は、図７に示すように、円形断面のトンネルＴｃからなる通常部Ｅｃと、横長の楕円形断面のトンネルＴｅからなる拡張部Ｅｅとを連続して掘削可能で、さらに円形断面のトンネルＴｃの端部に楕円形断面のトンネルＴｅの長径端を接して連続掘削でき、たとえばトンネルＴｃ，Ｔｅ内に設けられる道路Ｒの一側部に退避車線Ｒｓを形成することができる。
【００１７】
図１〜図５において、１は幅方向に拡縮可能なシールド本体で、前部に切羽崩壊土圧を保持する圧力室２Ａを形成する圧力隔壁３が設けられている。この圧力隔壁３の中央部に形成された貫通穴４に軸受を介して公転支持体５が楕円シールド軸心Ｏｅを中心に回転自在に支持され、この公転支持体５に形成された調心穴６に軸受を介して調心体７が楕円シールド軸心Ｏｅと平行な回転中心Ｏｄ周りに回転自在に支持されている。そして、この調心体７には、楕円シールド軸心Ｏｅから偏心距離ｅが半径となる偏心円弧Ｃｅ上に軸支持穴８が形成され、この軸支持穴８にカッタ自転軸９が楕円シールド軸心Ｏｅと平行な自転軸心Ｏｓ周りに回転自在に支持されている。
【００１８】
このカッタ自転軸９の前端部には、正面視がルーロの三角形状に形成されたカッタヘッド１１が取付けられている。このルーロの三角形は、図４に示すように、正三角形の任意の頂点Ｃ１〜Ｃ３を中心として、その一辺を半径として２つの頂点を通過する３本の劣弧Ｓに囲まれた形状である。そしてこのカッタヘッド１１は、たとえばカッタ自転軸から６０°ごとに放射状に伸びるスポーク部１２と、スポーク部１２先端の頂部１１ａ〜１１ｃから隣接する頂部１１ａ〜１１ｃを連結する劣弧フレーム部１３と、スポーク部１２と劣弧フレーム部１３の間に形成された土砂取入口１４とを具備し、スポーク部１２と劣弧フレーム部１３にそれぞれ多数のカッタビット１５が取付けられている。そして、各頂部１１ａ〜１１ｃは、カッタ自転軸９の自転軸心Ｏｓを中心とする半径Ｒｂの円弧面で切り欠かれており、この切欠き部１６ａ〜１６ｃに頂点Ｃ１〜Ｃ３位置まで出退自在な頂部カッタ１７と、スポーク部１２内に設けられて頂部カッタ１７を頂点Ｃ１〜Ｃ３位置〜退入位置まで出退駆動するカッタ出退装置１８からなる頂部後退装置１９が設けられている。
【００１９】
前記圧力隔壁３の大気室２Ｂ側には、カッタ駆動装置２１と調心装置２２が設けられており、このカッタ駆動装置２１は、公転支持体５を介してカッタヘッド１１を偏心円弧Ｃｅ上で公転駆動させる公転駆動部２３と、カッタ自転軸９を自転軸心Ｏｓ周りに回転駆動する自転駆動部２４とで構成されている。
【００２０】
すなわち、公転駆動部２３は、公転支持体５の背面に設けられた公転用リングギヤ３１と、この公転用リングギヤ３１に噛み合い圧力隔壁３に配設された公転用駆動装置３２により回転駆動される公転用ピニオン３３とで構成されている。また自転駆動部２４は、ギヤボックス３６内でカッタ自転軸９に固定された自転用ギヤ３４と、シールド本体１に反力支持機構３５を介して配置されたギヤボックス３６と、このギヤボックス３６に設けられた自転用駆動装置３７と、これら自転用駆動装置３７により回転駆動されて自転用ギヤ３４にそれぞれ噛み合う自転用ピニオン３８とで構成されている。
【００２１】
前記反力支持機構３５は、公転移動（および変位）されるカッタ自転軸９に追従するために、クロススライダ機構により構成されている。すなわち、この反力支持機構３５は、図６に示すように、カッタ自転軸９に遊嵌して配置された中間支持体４１に自転軸心Ｏｓに直交する線上に一対の第１スライダロッド４２が対称方向に突設され、これら第１スライダロッド４２がシールド本体１に設けられた第１スライド支持部材４３にそれぞれ長さ方向にスライド自在に支持されている。そして、ギヤボックス３６には、自転軸心Ｏｓと第１スライダロッド４２の軸線にそれぞれ直交する一対の第２スライダロッド４４が対称方向に突設されており、中間支持体４１に第２スライダロッド４４を長さ方向にスライド自在に支持する第２スライド支持部材４５が設けられている。このクロススライダ機構により、公転移動（および調心移動）するカッタ自転軸９およびギヤボックス３６の移動を許容しつつ、自転用ピニオン３８を回転駆動する時にギヤボックス３６にかかる回転反力をシールド本体１により支持させることができる。そして拡張部Ｅｅの掘削時に、このカッタ駆動装置２１は、公転駆動部２３により偏心円弧Ｃｅ上で公転させるカッタヘッド１１の公転速度（回転数）と、自転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘッド１１を回転（自転）させる自転速度（回転数）とを、同一方向で３対１とすることにより、図２に示す楕円形断面のトンネルＴｅを掘削することができる。またこの偏心量ｅを大きくすることにより、図８に示すように短径：長径比の大きい楕円形断面のトンネルＴｅ１を掘削して拡張幅を大きくすることができる。さらに偏心量ｅを大きくすることにより、図９に示すようにまゆ型（めがね形）断面のトンネルＴｅ２を掘削することもできる。
【００２２】
なお、このカッタヘッド１１により掘削される楕円形断面のトンネルＴｅの断面形状は、図４，図５に示すように、ルーロの三角形の中心Ｏｓから頂部Ｃ１〜Ｃ３までの距離ｒ、頂部Ｃ１〜Ｃ３同士を結ぶ辺の長さをＲとすると、
Ｒ＝３ｒ２／［８×（ｒ／２−２×ｅ）］＋ｒ／４−ｅ…式１となる。
したがって、楕円の長径をａ、短径をｂとすると、
ａ＝２×（ｒ＋ｅ）…式２
ｂ＝２×（ｒ−ｅ）…式３
で表わされる。
【００２３】
またこの実施の形態では、通常部Ｅｃの円形断面トンネルＴｃの直径と拡張部Ｅｅの楕円形断面トンネルＴｅの短径ｂが等しくなるように掘削されるため、前記カッタヘッド１１の切欠き部１６ａ〜１６ｃの半径Ｒｂ×２＝ｂとなっている。
【００２４】
前記調心装置２２は、円形断面のトンネルＴｃと楕円形断面のトンネルＴｅとの相対位置を調整するもので、トンネルの設計にあたって任意に設定することができ、また公転支持体５の位置により変位させることができるが、ここでは、トンネル設計として円形断面トンネルＴｃの一方の側部にのみ退避車線Ｒｓを拡張形成するため、円形断面トンネルＴｃの側部と楕円形断面トンネルＴｅの長径端とが接点Ｐ（Ｃ３）で接するように設定されている。
【００２５】
すなわち、図４，図５に示すように、通常部Ｅｃの掘削時には、円形シールド軸心Ｏｃが楕円形断面トンネルＴｅの長径軸Ｌａ上に位置し、楕円形断面トンネルＴｅから円形断面トンネルＴｃへの移行時または円形断面トンネルＴｃから楕円断面トンネルＴｅへの移行時に、カッタ自転軸９（自転軸心Ｏｓ）の移動距離を最短にするため、偏心円弧Ｃｅと長径軸Ｌａとが交差する接点Ｐ側の交点が公転支持体５の公転停止位置Ｃｅｐに設定される。そして、この公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃとを結ぶ二等分線上に調心体７の回転中心Ｏｄを配置すればよく、ここでは長径軸Ｌａ上に回転中心Ｏｄを配置している。したがって、調心装置２２により、調心体７を１８０°回転することにより、カッタ自転軸９（自転軸心Ｏｓ）を公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃの間で移動させることができる。
【００２６】
また、図１０に示すように、調心体７を回転中心Ｏｄ周りに矢印方向に回転させると同時に、公転支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回転させることにより、カッタ自転軸９の円形シールド軸心Ｏｃを長径軸Ｌａに沿って移動させることができる。この時にカッタヘッド１１を回転駆動しつつ回転軌跡の長径側でカッタ出退装置１８により頂部カッタ１７を突出させることにより、図１１に示すように、円形断面トンネルと楕円形断面トンネルとの間で円形と楕円形に変化する楕円トンネル移行部Ｔｅ１，Ｔｅ２，Ｔｅ３を順次掘削することができる。
【００２７】
この調心装置２２は、図３に示すように、調心体７の背面に設けられたリング状の調心ウォームギヤ４６と、公転支持体５に設けられた調心駆動装置４７と、前記調心ウォームギヤ４６に噛み合い調心駆動装置４７により回転駆動される調心ウォーム４８とで構成されている。
【００２８】
図３において、６１は圧力室２Ａに土砂の性状を改良する泥水や泥漿を供給する送泥管、６２は掘削土砂を排出する排泥管、６３は圧力室２Ａの土砂を攪拌するアジテータである。また図示しないが、このシールド本体１は、複数に分割されて円形断面のトンネルＴｃに合致した円形断面と、楕円形断面のトンネルＴｅに合致した楕円形断面に拡縮変形可能に構成されており、シールド本体１の後部に、覆工体であるセグメントを組立てるセグメント組立て装置が設けられる。さらに組立てられたセグメントを反力受けとしてシールド本体１を前進させる公知の推進ジャッキが設けられている。
【００２９】
上記構成における掘削方法を説明する。
通常部Ｅｃの掘削作業では、頂部後退装置１９により頂部カッタ１７を退入し、さらに公転支持体５を停止（固定）した状態で、自転駆動装置２４により円形シールド軸心Ｏｃ位置にあるカッタヘッド１１を自転駆動して半径Ｒｂ（＝短径ｂ）の円形断面のトンネルＴｃを掘削し、退避車線Ｒｓの形成位置手前で停止する。ついで、カッタの拡幅掘削を行いながらシールド本体１を拡張する。その手順は、たとえば調心装置２２により調心体７を１８０°回転させて、カッタ自転軸９を円形シールド軸心Ｏｃ位置から公転停止位置Ｃｅｐまで旋回移動させる。次いで、頂部カッタ１７をルーロの三角形の頂点Ｃ１〜Ｃ３までそれぞれ突出させ、カッタ駆動装置２１の自転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘッド１１を回転駆動するとともに、公転駆動部２３により公転支持体５を介してカッタヘッド１１を偏心円弧Ｃｅに沿って旋回駆動する。そしてカッタヘッド１１の公転速度と自転速度とを同一方向で３：１とすることにより、円形断面のトンネルＴｃに一側部が接しかつ他側部が拡張された長径ａ、短径ｂの横長楕円形断面のトンネルＴｅを連続して形成することができる。
【００３０】
また、楕円形断面のトンネルＴｅから円形断面のトンネルＴｃに移行する場合には、逆の手順で実施することができる。
なお、上記方法では、円形断面のトンネルＴｃから楕円形断面のトンネルＴｅに、また楕円形断面のトンネルＴｅから円形断面のトンネルＴｃに直接移行したが、カッタヘッド１１を長径軸Ｌａに沿って移動させつつカッタヘッド１１を回転駆動し、長径側でのみ頂部カッタ１１を突出させることにより、楕円トンネル移行部Ｔｅ１，Ｔｅ２を掘削することができる。すなわち、円形断面のトンネルＴｃから楕円形断面のトンネルＴｅに移行する場合、調心体７を回転中心Ｏｄ周りに矢印Ａで示すようにＯｃ１まで回転させると同時に、公転支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回転させることにより、カッタ自転軸９を円形シールド軸心Ｏｃ２まで長径軸Ｌａに沿って移動させる。この時にカッタヘッド１１を回転駆動しつつ回転軌跡の長径側でカッタ出退装置１８により頂部カッタ１７を突出させて図１１に示す余堀部Ｅｅ１を掘削することにより、楕円トンネル移行部Ｔｅ１を掘削する。同様にして、カッタ自転軸９を長径軸Ｌａに沿って円形シールド軸心ＯｃをＯｃ３，Ｏｃ４から公転停止位置Ｃｅｐまで移動させ、頂部カッタ１７を突出させることにより、余掘部Ｅｅ２〜Ｅｃ４を余掘する。そしてカッタ自転軸９を公転停止位置Ｃｅｐまで移動させると、頂部カッタ１７をルーロの三角形の頂点Ｃ１〜Ｃ３までそれぞれ突出させて、カッタヘッド１１の公転速度と自転速度とを同一方向で３：１として、円形断面のトンネルＴｃに一側部が接しかつ他側部が拡張された長径ａ、短径ｂの横長の楕円形断面のトンネルＴｅを掘削する。
【００３１】
上記実施の形態によれば、拡張部Ｅｅの掘削時には、カッタ駆動装置２１の公転駆動部２３により公転支持体５を回転させてカッタヘッド１１を偏心位置で公転させるとともに、自転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘッド１１を自転させることにより、楕円形断面のトンネルＴｅを掘削する。また通常部Ｅｃの掘削時には、公転支持体５を固定した状態で、自転駆動部２４によりカッタ自転軸９を介してカッタヘッド１１を回転駆動し、円形断面のトンネルＴｃを掘削することができる。したがって、１台のシールド掘進機により、拡張掘削部Ｅｅと通常掘削部Ｅｃとを連続して形成することができ、偏心量ｅの設定により十分な拡張幅を得ることができる。
【００３２】
また、拡張部Ｅｅの掘削時に頂部カッタ１７を突出させてカッタヘッド１１を正面視がルーロの三角形状とし、通常部Ｅｃの掘削時に頂部カッタ１７を退入して縮径したカッタヘッド１１を使用することにより、楕円形断面のトンネルＴｅの短径と円形断面のトンネルＴｃの直径とを同一とし、通常部Ｅｃの掘削時のカッタ自転軸９を、楕円断面トンネルの長径軸Ｌａ上で円形シールド軸心Ｏｃ位置に配置するので、楕円形断面のトンネルＴｅと円形断面のトンネルＴｃとを上下の段差をなくして連続させることができる。また調心体７の回転中心を長径軸Ｌａから偏心した位置にすると、調心体７の回転を１８０°以下にできる。
【００３３】
さらに、カッタ自転軸９を偏心円弧Ｃｅ上と円形シールド軸心Ｏｃとの間で長径軸Ｌａに沿って移動させることにより、短時間にカッタ自転軸を変位させ、さらに円形断面トンネルＴｃの一方の側部に接して他方の側部が側方に拡張された拡張部Ｅｅの楕円断面トンネルＴｅを掘削することができる。これにより、拡張部Ｅｅと通常掘削部Ｅｃにおけるトンネルの一側部と上下面とをほぼ連続させて、退避車線を併設した拡張部の走行車線を他の部分と連続する直線状に形成することができ、しかも連続する部分では共通のセグメントを使用することができるので、施工をより容易化することができる。
【００３４】
なお、図１２〜図１４に上記実施の形態の変形例を示し、調心体７の回転中心Ｏｄを長径軸Ｌａから離間させたものである。上記実施の形態によれば、図１２に示すように、楕円トンネル移行部Ｔｅ１，Ｔｅ２，Ｔｅ３の掘削時の公転軸体５の回転角を小さくできるとともに、図１３，図１４に示すように、調心体７を回転中心Ｏｄ周りに逆方向にＯｃ−１まで回転させると同時に、公転支持体５を楕円シールド軸心Ｏｅ周りに回転させることにより、カッタ自転軸９の円形シールド軸心Ｏｃを長径軸Ｌａに沿ってＯｃ−２まで距離ｍだけ移動させ、円形断面トンネルＴｃ１を楕円形断面トンネルＴｅの膨らみ側と反対側に距離ｍ移動させることができる。この時、長径側で頂部カッタ１７を突出させることにより、楕円形断面トンネルＴｅの膨らみ側と反対側に膨出する楕円形断面Ｔｅ−１を掘削することができる。
【００３５】
図１５，図１６は、調心装置２２の他の実施の形態を示す。
先の実施の形態では、カッタ自転軸９を調心装置２２により調心体７を旋回させて公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃの間で変位するように構成したが、この調心装置５３では、カッタ自転軸９を直線移動するように構成したものである。
【００３６】
すなわち、公転停止位置Ｃｅｐの公転支持体５に、カッタ自転軸８の公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃを含むスライド空間５１を形成し、このスライド空間５１にカッタ自転軸９を回転自在に支持する軸受ブロック５２をガイド装置を介してスライド自在に配置し、この軸受ブロック５２を公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃとの間で移動させる調心装置５３を設け、このスライド空間５１の軸受ブロック５２の無い部分を覆うスライドカバー５４を設けたものである。前記調心装置５３は直線駆動機構であれば油圧シリンダ装置などでもよいが、ここでは送りねじ機構により構成されている。すなわち、公転支持体５の背面にスライド空間５１の両側に沿ってねじ軸５３ａがそれぞれ配置され、左右のねじ軸５３ａを連動する巻掛け連動機構５３ｂと、一方のねじ軸５３ａを回転駆動する調心駆動装置５３ｃが設けられている。そして、軸受ブロック５２の背面側に前記ねじ軸５３ａに嵌合する雌ねじ部材５３ｄが設けられて構成されている。したがって、調心駆動装置５３ｃによりねじ軸５３ａを回転駆動し雌ねじ部材５３ｄを介して軸受ブロック５２をスライドさせ、カッタ自転軸９を公転停止位置Ｃｅｐと円形シールド軸心Ｏｃとの間で移動させることができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、カッタヘッド１１を正面視がルーロの三角形状に形成したが、ルーロの三角形の頂部まで３本のスポークがそれぞれ伸びたスポーク状カッタヘッドとしてもよい。またルーロの三角形内であれば、適宜掘削具を設けることができる。
【００３８】
また、円形シールド軸心Ｏｃを任意に設定することにより、楕円形断面のトンネルＴｅと円形断面のトンネルＴｃの相対位置を容易に変更することができる。
さらに楕円形断面のトンネルＴｅの長径軸Ｌａを水平方向としたが、トンネルの仕様によりその断面に応じて長径軸Ｌａを傾斜させてもよいし、また垂直方向にすることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載のシールド掘進機によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させて、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向の段差を無くして覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、調心装置により調心体を回転させて、カッタ自転軸を楕円断面トンネルの長径軸上の公転停止位置と円形シールド軸心位置との間で移動させることにより、通常部の円形断面のトンネルから一方の側方のみが拡張された楕円形断面トンネルの拡張部を形成することができ、覆工体の３方の側面を連続させることができて覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
【００４０】
請求項２記載のシールド掘進機によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させ、楕円断面トンネルの長径軸上でカッタ自転軸を回転駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向の段差を無くして覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、調心装置により調心体を回転させるとともに公転支持体を回転させることにより、カッタ自転軸を楕円断面トンネルの長径軸上で移動させ、円形断面トンネルと楕円形断面トンネルとの相対位置を設定することができる。
【００４１】
請求項３記載のシールド掘進機によれば、覆工体の３方の側面を連続させることができ、覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
請求項４記載のシールド掘進機によれば、回転軌跡の長径側でカッタヘッドの頂部カッタを突出させることにより、余掘り部を形成して楕円トンネル移行部を掘削することができる。
【００４２】
請求項５記載のシールド掘進機によれば、１台のシールド掘進機により、カッタヘッドの自転駆動と公転駆動を実施するだけで拡張部で楕円形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止するだけで、通常部の円形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルとを連続して形成することができ、また偏心量の設定により任意で広い拡張幅を得ることができる。さらに頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させてカッタ自転軸のみを回転駆動して円形断面トンネルを掘削することにより、楕円形断面のトンネルと円形断面のトンネルの短径軸方向のトンネルの段差を無くして、覆工体壁面を連続させることができ、施工を容易化できる。さらにまた、頂部後退装置によりカッタヘッドの頂部カッタを後退させて、調心装置により軸受ブロックをスライド空間を介してカッタ自転軸を円形シールド軸心と交点停止位置との間で楕円形断面のトンネルの長径軸上を移動させることにより、通常部の円形断面のトンネルから一方の側方のみが拡張された楕円形断面トンネルの拡張部を形成することができる。これにより、覆工体の３方の側面を連続させることができ、覆工部材の共通化や施工をより容易化することができる。
【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し、通常掘削作業時を示す正面図である。
【図２】  同シールド掘進機の拡張掘削作業時を示す正面図である。
【図３】  同シールド掘進機の側面断面図である。
【図４】  同シールド掘進機のカッタヘッドの駆動を説明する全体正面図である。
【図５】  図４の要部拡大図である。
【図６】  同シールド掘進機のギヤボックス反力支持機構を示す背面図である。
【図７】  （ａ）〜（ｄ）は同シールド掘進機により掘削されるトンネルを示し、（ａ）はトンネルの平面断面図、（ｂ）はｉ−ｉ端面図、（ｃ）はii−ii端面図、（ｄ）はiii−iii端面図である。
【図８】  同シールド掘進機による拡張掘削部で偏心量を増加させた時のトンネルを示す横断面図である。
【図９】  同シールド掘進機による拡張掘削部で偏心量をさらに増加させた時のトンネルを示す横断面図である。
【図１０】  同シールド掘進機における楕円トンネル移行部掘削時の動作を説明する要部正面図である。
【図１１】  同シールド掘進機における楕円トンネル移行部掘削状態を説明する正面図である。
【図１２】  同シールド掘進機のカッタ駆動装置の変形例で、楕円トンネル移行部掘削時の動作を説明する要部正面図である。
【図１３】  同カッタ駆動装置による拡張部反対側掘削時の動作を説明する正面図である。
【図１４】  同カッタ駆動装置による拡張部反対側掘削状態を説明する正面図である。
【図１５】  同シールド掘進機の調心装置の他の実施の形態を示す背面図である。
【図１６】  図１５に示すＩ−Ｉ断面図である。
【符号の説明】
Ｔｃ  円形断面トンネル
Ｔｅ  楕円形断面トンネル
Ｅｃ  通常部
Ｅｅ  拡張部
Ｏｅ  楕円シールド軸心
Ｏｃ  円形シールド軸心
Ｃｅ  偏心円弧
Ｌａ  長径軸
１    シールド本体
３    圧力隔壁
５    公転支持体
７    調心体
９    カッタ自転軸
１１    カッタヘッド
１７    頂部カッタ
１８    カッタ出退装置
１９    頂部後退装置
２１    カッタ駆動装置
２２    調心装置
２３    公転駆動部
２４    自転駆動部
３２    公転用駆動装置
３５    反力支持機構
３７    自転用駆動装置
４７    調心駆動装置
【図１】
0004010740.tif 000002
【図２】
0004010740.tif 000003
【図３】
0004010740.tif 000004
【図４】
0004010740.tif 000005
【図５】
0004010740.tif 000006
【図６】
0004010740.tif 000007
【図７】
0004010740.tif 000008
【図８】
0004010740.tif 000009
【図９】
0004010740.tif 000010
【図１０】
0004010740.tif 000011
【図１１】
0004010740.tif 000012
【図１２】
0004010740.tif 000013
【図１３】
0004010740.tif 000014
【図１４】
0004010740.tif 000015
【図１５】
0004010740.tif 000016
【図１６】
0004010740.tif 000017