(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に、正面視で頂点がルーロの三角形の３つの頂点位置にある２個のカッタヘッドを有するシールド掘進機により、トンネルの通常部と拡張部とを連続して掘削するトンネル掘削方法であって、
通常部の掘削時に、２個のカッタヘッドをそれぞれカッタ自転軸を中心に回転駆動して２個の円形断面の一部が重なるまゆ形断面のトンネルまたは長円形断面のトンネルを掘削し、
拡張部の掘削時に、少なくとも一方のカッタヘッドをカッタ自転軸周りに自転駆動するとともに、カッタ自転軸から所定量偏心した偏心シールド軸心周りに公転駆動させ、前記公転駆動と自転駆動の回転速度比を３対１で同一方向に回転させることにより、そのカッタヘッドにより楕円形断面のトンネルを掘削し、前記楕円形と円形の一部が重なる異形まゆ形断面または２つの楕円形の一部が重なる偏平まゆ形断面のトンネルを掘削する
ことを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項２】
２本の偏心シールド軸心をそれぞれ通常部掘削時の自転軸心を含む同一平面上に配置するとともに、カッタヘッドを所定角度位置に設定して楕円の長径を前記平面上に一致させ、
通常部の掘削時に、２個のカッタヘッドの３つの頂部をそれぞれ後退して、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルの楕円の短径と、通常部のまゆ形断面トンネルまたは長円形断面のトンネルの円形の直径とを一致させる
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削方法。
【請求項３】
請求項２記載のトンネル掘削方法を実施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、シールド軸心と平行な偏心シールド軸心周りに回転自在に配設された２個の公転支持体と、これら２個の公転支持体に前記偏心シールド軸心から所定距離偏心した自転軸心周りに回転自在にそれぞれ配設された２本のカッタ自転軸と、これら２本のカッタ自転軸の前部にそれぞれ設けられて正面視で頂点がルーロの三角形の頂点位置にある形状の２個のカッタヘッドを具備し、
２個のカッタヘッドに、自転軸心を中心として円弧状にそれぞれ切り欠かれた３つの頂部を形成するとともに、前記頂部の退入位置からルーロの三角形の３つの頂点位置に出退自在な頂部カッタ、および前記頂部カッタをそれぞれ出退駆動するカッタ出退装置とを有する頂部後退装置を設けた
ことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
通常部のまゆ形断面のトンネルまたは長円形断面のトンネルと、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルとの間のトンネル移行部で、カッタヘッドをトンネルの長径軸に沿って移動させる調心装置を設けた
ことを特徴とする請求項３記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２連のカッタヘッドを備え、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、掘削途中で通常部のトンネルと拡張部のトンネル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記載のトンネル掘削方法は、シールド本体の前部に、正面視で頂点がルーロの三角形の３つの頂点位置にある２個のカッタヘッドを有するシールド掘進機により、トンネルの通常部と拡張部とを連続して掘削するトンネル掘削方法であって、通常部の掘削時に、２個のカッタヘッドをそれぞれカッタ自転軸を中心に回転駆動して２個の円形断面の一部が重なるまゆ形断面のトンネルまたは長円形断面のトンネルを掘削し、拡張部の掘削時に、少なくとも一方のカッタヘッドをカッタ自転軸周りに自転駆動するとともに、カッタ自転軸から所定量偏心した偏心シールド軸心周りに公転駆動させ、前記公転駆動と自転駆動の回転速度比を３対１で同一方向に回転させることにより、そのカッタヘッドにより楕円形断面のトンネルを掘削し、前記楕円形と円形の一部が重なる異形まゆ形断面または２つの楕円形の一部が重なる偏平まゆ形断面のトンネルを掘削するものである。
【０００７】
上記掘削方法によれば、１台のシールド掘進機により、拡張部で１個または２個のカッタヘッドを公転駆動をするだけで、楕円形断面で長径方向に拡張された異形まゆ形断面または偏平まゆ形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止してカッタヘッドを自転駆動するだけで、通常部の円形の一部が重なったまゆ形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に幅の広い拡張部のトンネルと通常部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。
【０００８】
また請求項２記載のトンネル掘削方法は、請求項１記載の方法において、２本の偏心シールド軸心をそれぞれ通常部掘削時の自転軸心を含む同一平面上に配置するとともに、カッタヘッドを所定角度位置に設定して楕円の長径を前記平面上に一致させ、通常部の掘削時に、２個のカッタヘッドの３つの頂部をそれぞれ後退して、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルの楕円の短径と、通常部のまゆ形断面トンネルまたは長円形断面のトンネルの円形の直径とを一致させるものである。
【０００９】
上記構成によれば、偏平まゆ形における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し、偏平まゆ形断面トンネルの短径とまゆ形断面トンネルの円形部直径とを一致させたので、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。
【００１０】
さらに請求項３記載のシールド掘進機は、請求項２記載のトンネル掘削方法を実施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、シールド軸心と平行な偏心シールド軸心周りに回転自在に配設された２個の公転支持体と、これら２個の公転支持体に前記偏心シールド軸心から所定距離偏心した自転軸心周りに回転自在にそれぞれ配設された２本のカッタ自転軸と、これら２本のカッタ自転軸の前部にそれぞれ設けられて正面視で頂点がルーロの三角形の頂点位置にある形状の２個のカッタヘッドを具備し、２個のカッタヘッドに、自転軸心を中心として円弧状にそれぞれ切り欠かれた３つの頂部を形成するとともに、前記頂部の退入位置からルーロの三角形の３つの頂点位置に出退自在な頂部カッタ、および前記頂部カッタをそれぞれ出退駆動するカッタ出退装置とを有する頂部後退装置を設けたものである。
【００１１】
上記シールド掘進機によれば、拡張部で、一方または両方の公転支持体とカッタ自転軸とを速度比が３対１で同一方向に回転させることにより、楕円形断面のトンネルを掘削して、異形まゆ形または偏平まゆ形断面のトンネルを掘削し、公転支持体の旋回を停止してカッタ自転軸のみを回転させることにより、通常部のまゆ形断面のトンネルを掘削できる。これにより、１台のシールド掘進機で拡張部と通常部とを連続して掘削することができる。またカッタ自転軸の停止位置により、まゆ形断面における円形トンネルの位置を偏心円弧上で任意に設定でき、また偏心量の設定により十分な拡張幅を得ることができる。さらに、異形または偏平まゆ形断面トンネルの楕円長径軸上で、頂部後退装置により頂部カッタをルーロの三角形の３つの頂点位置から後退して頂部に退入し、カッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘削するので、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルの楕円の短径と、通常部のまゆ形断面トンネルまたは長円形断面のトンネルの円形の直径とを一致させて、短径軸方向のトンネルの段差を無くし、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。
【００１２】
また請求項４記載のシールド掘進機は、請求項３記載の構成において、通常部のまゆ形断面のトンネルまたは長円形断面のトンネルと、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルとの間のトンネル移行部で、カッタヘッドをトンネルの長径軸に沿って移動させる調心装置を設けたものである。
【００１３】
上記構成によれば、通常部のトンネルと拡張部のトンネルとの間のトンネル移行部で、調心装置により、通常部のまゆ形断面のトンネルにおける円形部の相対位置、および拡張部の扁平まゆ形断面トンネルにおける楕円形部の相対位置を調整し、トンネルを変形させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００１５】
この２連シールド掘進機は、図７に示すように、２つの円形断面の側部を重ねたまゆ形断面トンネルＴｃからなる通常部Ｅｃと、２つの横長楕円形断面の側部を重ねた横長まゆ形断面のトンネルＴｅからなる拡張部Ｅｅとを連続して掘削可能に構成され、たとえばトンネルＴｃ，Ｔｅ内に設けられる一対２組のレールＲ１，Ｒ２の中央部に駅ＳＴなどを形成することができる。
【００１６】
ここで、このシールド掘進機により掘削されるトンネル断面形状について説明する。図８（ａ）には、２つの円形トンネルの一部が重なるまゆ形断面が示されており、これが通常部Ｅｃのトンネルである。また図８（ｂ）に示すものは、まゆ形の円弧頂部間を平面で接続した長円形断面であり、まゆ形断面から長円形断面とする場合には、シールド本体１に配設した固定カッター１０などにより余堀り掘削して容易に形成することができる。したがって、この明細書の説明上では、まゆ形断面に長円形断面が含まれることとし、図では異なる表示線を用いて混在させている。さらに図８（ｃ）に示すものは、円形と楕円形の一部が重なったものを異形まゆ形という。さらに図８（ｄ）に示すものは、２つの長円形断面の長径方向の一部が重なったものを偏平まゆ形といい、ここでは拡張部Ｅｅがこの断面であるが、まゆ形と同様に頂部間を平面で接続した長楕円形も含むものとする。
【００１７】
図１〜図３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の中央部両側にそれぞれ形成された貫通穴４，４に軸受を介して公転支持体５，５が偏心シールド軸心Ｏｅを中心に回転自在に支持されており、これら偏心シールド軸心Ｏｅは長径軸Ｌａ上に配置されている。またこの公転支持体５には調心穴６，６にそれぞれ形成されており、これら調心穴６，６には軸受を介して調心体７，７が偏心シールド軸心Ｏｅと平行な自転軸心Ｏｓ周りにそれぞれ回転自在に支持されている。そして、両調心体７には、偏心シールド軸心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がそれぞれ形成され、この軸支持穴８にカッタ自転軸９がそれぞれ偏心シールド軸心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。なお、ここでシールド本体１の左右両側に配置されるカッタ自転軸９およびその前端部に取り付けられたカッタヘッド１１、調心体７などのカッタ駆動機構は、図示するように対称構造か、あるいは同一構造であるため、一方のみを説明し、他方は同一符号を付して説明を省略する。
【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、図１，図２に示すように、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の先端頂部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、この切り欠かれた各頂部１１ａ〜１１ｃ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、このカッター駆動装置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、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内でカッタ自転軸９に固定された自転用ギヤ３４と、前記ギヤボックス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、開口部４１ａにカッタ自転軸９が遊嵌された中間支持体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３４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、短径：長径比の大きい楕円形断面のトンネルを掘削することができ、偏平まゆ形のトンネルＴｅの拡張幅を大きくすることができる。
【００２２】
なお、この１個のカッタヘッド１１により掘削されるトンネル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…▲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）…▲２▼
ｂ＝２×（ｒ−ｅ）…▲３▼
で表わされる。
【００２３】
またこの実施の形態では、通常部Ｅｃのまゆ形断面トンネルＴｃの円形部の直径と、拡張部Ｅｅの偏平まゆ形断面トンネルＴｅの楕円形部の短径と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１１ａ〜１１ｃの半径Ｒｂ×２＝ｂとなっている。
【００２４】
前記調心装置２２は、まゆ形断面のトンネルＴｃの円形部と、同位置側の偏平まゆ形断面のトンネルＴｅの楕円形部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まゆ形断面トンネルＴｃの両側部をそれぞれ拡張するため、まゆ形断面トンネルＴｃの円形部の内側部と、偏平まゆ形断面トンネルＴｅの楕円形部の長径端とが接点（Ｃ２）でそれぞれ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、一方のカッタヘッド１１において通常部Ｅｃの掘削時には、円形シールド軸心Ｏｃが偏平まゆ形断面トンネルＴｅの長径軸Ｌａ上に位置し、偏平まゆ形断面トンネルＴｅからまゆ形断面トンネルＴｃへの移行時またはまゆ形断面トンネルＴｃから偏平まゆ形断面トンネル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、偏心円弧線Ｃｅと長径軸Ｌａとが交差する接点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が配置すればよく、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を使用して、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９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１０に示すように、まゆ形断面トンネルＴｃから偏平まゆ形断面トンネルＴｅに、または偏平まゆ形断面トンネルＴｅからまゆ形断面トンネルＴｃに移行するトンネル移行部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に合致したまゆ形断面と、偏平まゆ形断面のトンネルＴｅに合致した楕円形断面との間で拡縮可能に構成されている。また、シールド本体１の後部に、円形断面または楕円形断面の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】
次に上記２連シールド掘進機によ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をそれぞれ退入し、さらに両公転支持体５を所定位置に停止（固定）した状態で、両自転駆動装置２４によりそれぞれ円形シールド軸心Ｏｃ位置にある左右のカッタヘッド１１を自転駆動して半径Ｒｂ（＝短径ｂ）のまゆ形断面のトンネルＴｃを掘削し、拡張部Ｅｅの手前で停止する。
【００３０】
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を自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、左右側部がそれぞれ拡張された偏平まゆ形の長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。
【００３１】
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、拡張側でのみ頂部カッタ１１を突出させることにより、図１０に示す楕円移行部Ｔｅ１，Ｔｅ２のトンネルを掘削することができる。すなわち、まゆ形断面のトンネルＴｃから偏平まゆ形断面のトンネル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、カッタヘッド１１を回転駆動しつつ回転軌跡の拡張側でカッタ出退装置１８により頂部カッタ１７を突出させて余堀部Ｅｅ１を掘削することにより、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をＯｃ３,Ｏｃ４から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、各カッタヘッド１１でまゆ形断面のトンネルＴｃの円形部に一側部が接しかつ他側部が拡張された長径ａ、短径ｂの楕円部を掘削し、横長まゆ形断面トンネルＴｅを形成する。
【００３２】
また、偏平まゆ形断面のトンネルＴｅからまゆ形断面のトンネル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。
上記実施の形態によれば、拡張部Ｅｅの掘削時には、左右のカッタ駆動装置２１の公転駆動部２３により公転支持体５を回転させて左右のカッタヘッド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をそれぞれ自転させることにより、偏平まゆ形断面のトンネルＴｅを掘削する。また通常部Ｅｃの掘削時には、左右の公転支持体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を介して左右のカッタヘッド１１をそれぞれ自転駆動し、円形の一部が重なったまゆ形断面のトンネル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。
【００３３】
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、偏平まゆ形断面のトンネルＴｅの短径とまゆ形断面のトンネルＴｃの短径とを同一とし、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、偏平まゆ形断面のトンネルＴｅとまゆ形断面のトンネルＴｃとを上下の段差をなくして連続させることができる。なお、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。
【００３４】
図１２，図１３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。
【００３５】
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９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。
【００３６】
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の範囲内であれば、カッタヘッド１１に適宜掘削具を設けることができる。
【００３７】
また、偏平まゆ形断面のトンネル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。
【００３８】
さらに、拡張部の掘削作業時に、左右のカッタヘッド１１をそれぞれ公転駆動したが、一方のカッタヘッド１１を公転駆動と自転駆動、他方のカッタヘッド１１を自転駆動のみとして楕円形と円形の一部が重なった異形まゆ形断面のトンネルを掘削して、一方の側部のみが拡張された拡張部を形成することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載のトンネル掘削方法によれば、１台のシールド掘進機により、拡張部で１個または２個のカッタヘッドを公転駆動をするだけで、楕円形断面で長径方向に拡張された異形まゆ形断面または偏平まゆ形断面のトンネルを掘削でき、公転駆動を停止してカッタヘッドを自転駆動するだけで、通常部の円形の一部が重なったまゆ形断面のトンネルを掘削できる。したがって、容易に幅の広い拡張部のトンネルと通常部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。
【００４０】
また請求項２記載のトンネル掘削方法によれば、偏平まゆ形における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し、偏平まゆ形断面トンネルの短径とまゆ形断面トンネルの円形部直径とを一致させたので、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。
【００４１】
さらに請求項３記載のシールド掘進機によれば、拡張部で、一方または両方の公転支持体とカッタ自転軸とを速度比が３対１で同一方向に回転させることにより、楕円形断面のトンネルを掘削して、異形まゆ形または偏平まゆ形断面のトンネルを掘削し、公転支持体の旋回を停止してカッタ自転軸のみを回転させることにより、通常部のまゆ形断面のトンネルを掘削できる。これにより、１台のシールド掘進機で拡張部と通常部とを連続して掘削することができる。またカッタ自転軸の停止位置により、まゆ形断面における円形トンネルの位置を偏心円弧上で任意に設定でき、また偏心量の設定により十分な拡張幅を得ることができる。さらに、異形または偏平まゆ形断面トンネルの楕円長径軸上で、頂部後退装置により頂部カッタをルーロの三角形の３つの頂点位置から後退して頂部に退入し、カッタ自転軸を駆動して円形断面トンネルを掘削するので、拡張部の偏平まゆ形断面トンネルの楕円の短径と、通常部のまゆ形断面トンネルまたは長円形断面のトンネルの円形の直径とを一致させて、短径軸方向のトンネルの段差を無くし、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。
【００４２】
また請求項４記載のシールド掘進機によれば、通常部のトンネルと拡張部のトンネルとの間のトンネル移行部で、調心装置により、通常部のまゆ形断面のトンネルにおける円形部の相対位置、および拡張部の扁平まゆ形断面トンネルにおける楕円形部の相対位置を調整し、トンネルを変形させることができる。
【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、通常部の掘削作業を示す正面図である。
【図２】同シールド掘進機の拡張部の掘削作業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に示す要部拡大図である。
【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断面図、（ｃ）はII−II断面図、（ｄ）はIII−III断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は同シールド掘進機により掘削されるトンネルの断面形状を示し、（ａ）はまゆ形断面のトンネル、（ｂ）は長円形断面のトンネル、（ｃ）は異形まゆ形断面のトンネル、（ｄ）は偏平まゆ形断面のトンネルをそれぞれ示す横断面図である。
【図９】同シールド掘進機によるトンネル移行部の掘削動作を説明する要部正面図である。
【図１０】同シールド掘進機によるトンネル移行部の掘削状態を説明する正面図である。
【図１１】同シールド掘進機のカッタ駆動装置の変形例で、トンネル移行部の掘削動作を説明する要部正面図である。
【図１２】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１３】図１２に示すＩ−Ｉ断面図である。
【符号の説明】
Ｔｃ  まゆ形断面トンネル
Ｔｅ  偏平まゆ形断面トンネル
Ｅｃ  通常部
Ｅｅ  拡張部
Ｏｅ  偏心シールド軸心
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】
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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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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