(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形のトンネルを掘削するためのメインカッタを有する異形断面シールド掘削機において、掘削するトンネルの異形断面形状のスキンプレート（２）を備え、ビット（３Ａ）を有するメインカッタ（３）は放射状に伸びそしてビット（３Ａ）を有する複数のスポーク（４）を備え、そのスポーク（４）の先端にはビット（５Ａ）を有するコーナカッタ（５）を設けた伸縮腕（１１）が油圧ジャッキ（１２）により伸縮可能に設置され、そのコーナカッタ（５）は伸縮腕（１１）内に設けた油圧モータ（１３）で回転され、前記油圧ジャッキ（１２）は前記スポーク（４）内に設けられ、コーナカッタ（５）を設けた伸縮腕（１１）を伸縮させスキンプレート（２）の形状のトンネルを掘削することを特徴とする異形断面シールド掘削機。
【請求項２】
非円形のトンネルを掘削するためのメインカッタを有する異形断面シールド掘削機において、隣接して設けた２連の掘削機（１５）を備え、それらの掘削機はそれぞれ矩形断面のスキンプレート（２）を備え、ビット（３Ａ）を有するメインカッタ（３）は放射状に伸びそしてビット（３Ａ）を有する４本のスポーク（４）を備え、それらのスポーク（４）のうち対向する側のスポークを除いてビット（５Ａ）を有するコーナカッタ（５）を設けた伸縮腕（１１）が油圧ジャッキ（１２）より伸縮可能に設置され、そのコーナカッタ（５）は伸縮腕（１１）内に設けた油圧モータ（１３）で回転され、前記油圧ジャッキ（１２）は前記スポーク（４）内に設けられ、コーナカッタ（５）を設けた伸縮腕（１１）を伸縮させてスキンプレート（２）の形状のトンネルを掘削することを特徴とする異形断面シールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、又は共同溝等の非円形のトンネルを掘る異形断面シールド掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路、鉄道、又は共同溝等のトンネルは、用途によって円形以外の断面形状の方が合理的な場合があり、矩形トンネルのニーズが増加している。この矩形トンネルの掘削工事ではコーナ部の掘削が問題となる。コーナ部を掘削する従来技術として、メインカッタのスポークにコーナカッタを格納し、コーナカッタを必要長さ伸ばし、コーナカッタを揺動してコーナ部を掘削する技術（特開平１０−１４０９７９号）、又はコーナカッタを回動してコーナ部を掘削する技術（特開平７−２６９２９０号）が知られている。これらの公知技術では、コーナカッタをスポークに格納するため、コーナカッタのビットは他のビットより小さくなり、切削機能に問題がある。また、同一箇所のビット通過回数（パス数）が減り、長距離掘削に対応できない問題がある。さらに、揺動するスポーク部分への礫の噛い込みが懸念され、安定した掘削断面が確保できない問題がある。
【０００３】
この問題を解消するために、メインカッタにスイングアームを設け、このスイングアームに設けた遊星カッタでコーナ部を掘削する回転式の掘削機構が知られているが、この掘削機構は機構が複雑で高価であり、耐久性にも問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した様な従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、構造が簡単で、耐久性が高い回転式のコーナカッタを設けた異形断面シールド掘削機を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、非円形のトンネルを掘削するためのメインカッタを有する異形断面シールド掘削機において、掘削するトンネルの異形断面形状のスキンプレート２を備え、ビット３Ａを有するメインカッタ３は放射状に伸びそしてビット３Ａを有する複数のスポーク４を備え、そのスポーク４の先端にはビット５Ａを有するコーナカッタ５を設けた伸縮腕１１が油圧ジャッキ１２により伸縮可能に設置され、そのコーナカッタ５は伸縮腕１１内に設けた油圧モータ１３で回転され、前記油圧ジャッキ１２は前記スポーク４内に設けられ、コーナカッタ５を設けた伸縮腕１１を伸縮させスキンプレート２の形状のトンネルを掘削するようになっている。
また、本発明によれば、非円形のトンネルを掘削するためのメインカッタを有する異形断面シールド掘削機において、隣接して設けた２連の掘削機１５を備え、それらの掘削機はそれぞれ矩形断面のスキンプレート２を備え、ビット３Ａを有するメインカッタ３は放射状に伸びそしてビット３Ａを有する４本のスポーク４を備え、それらのスポーク４のうち対向する側のスポークを除いてビット５Ａを有するコーナカッタ５を設けた伸縮腕１１が油圧ジャッキ１２より伸縮可能に設置され、そのコーナカッタ５は伸縮腕１１内に設けた油圧モータ１３で回転され、前記油圧ジャッキ１２は前記スポーク４内に設けられ、コーナカッタ５を設けた伸縮腕１１を伸縮させてスキンプレート２の形状のトンネルを掘削するようになっている。
【０００６】
したがって、各スポークは回転又は揺動に伴い、伸縮腕を伸縮作動させながら、コーナッタを回転させるので、異形断面、例えば四角形状のような場合でも周縁部を好適に掘削できる。そしてコーナカッタは油圧ジャッキにより伸縮しているので、礫の噛み込みもよく、円滑な長距離の掘削が可能となる。
特に２連式の場合、周縁部が実質的にスキンプレートと同様な断面形状に掘削でき、セグメントの設置も確実かつ容易に行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１、図２に示すように、異形断面シールド掘削機１は、矩形断面形状のスキンプレート２を備え、その正面に切羽を切削するメインカッタ３が設けられ、そのメインカッタ３の中心から放射状に伸びる複数（図示の例では４本）のスポーク４の先端に回転式のコーナカッタ５が設けられている。スキンプレート２はカッタヘッドすなわち前胴部２Ａと後胴部２Ｂとよりなり、後胴部２Ｂにはトンネルのセグメント６を組み立てるエレクタ７が設けられている。後胴部２Ｂと前胴部２Ａとの間には前胴部２Ａを前進させるシールドジャッキ８が設けられている。そして、前胴部２Ａにはメインカッタ３を駆動する駆動機構９と、掘り出された土砂を搬出するスクリューコンベア１０が設けられている。
【０００８】
図３、図４に示すように、メインカッタ３のスポーク４の先端には伸縮腕１１が設けられ、伸縮腕１１にはコーナカッタ５が設けられている。この伸縮腕１１はスポーク４内に設けられた油圧ジャッキ１２で伸縮され、コーナカッタ５は伸縮腕１１内に設けられた油圧モータ１３で回転されるようになっている。
もしくは、１３の箇所にギアを設け、油圧モータを別置きして回転させることも可能である。
【０００９】
このように構成された異形断面シールド掘削機１でトンネルを掘るには、駆動機構９でメインカッタ３を回転させ（揺動でも可）、セグメント６で反力をとってシールドジャッキ８で掘削機１を前進させながら、回転するメインカッタ３のビット３Ａでトンネルを掘削する。そして同時に、例えば図５に示すようにトンネルの断面形状、すなわちスキンプレート２の形状に応じて、油圧ジャッキ１２で伸縮腕１１を伸縮しつつ油圧モータ１３でコーナカッタ５を回転し、コーナカッタ５のビット５Ａでトンネルの周縁部を掘削する。メインカッタ３及びコーナカッタ５で掘られた土砂は、スクリューコンベア１０で搬出され、エレクタ７によりトンネルのセグメント６を組み立てる。
【００１０】
そして、シールドジャッキ８で決められる長さのトンネルが掘られたならば、シールドジャッキ８を縮め、セグメントを新たに設置し、そして再びトンネルの掘削をおこなう。
【００１１】
図６から図８は本発明を実施することによって掘削できる断面形状を例示したものである。これらの図において、円Ａは伸縮腕を有しない場合のメインカッタの回転により掘削される断面形状（円）を示している。
【００１２】
図６は、スポークが横軸Ｘの所で最大となるように、伸縮腕を半径方向外方に突出させて楕円形Ｂの断面を掘削する場合を示している。
【００１３】
図７は、図６と同様に頂点Ｃから横軸Ｘの所Ｄで広がる楕円形の部分Ｅと、点Ｄから円弧状の部分Ｇと、下点Ｆから水平に延びる底部Ｈとよりなる断面が掘削されている。このように水平な底部Ｈが形成されると、電車や自動車の通路として好適である。
【００１４】
図８は頂点Ｃから横軸Ｘの点Ｉまでは伸縮腕を収縮した状態を掘削し、点Ｉから伸縮腕を延ばして円弧部Ｊを掘削し、そして水平な底部Ｈと連続させたものである。この例も電車や自動車の通路として好ましい。
【００１５】
図９、図１０はコーナカッタの駆動部分の他の実施の形態を示すもので、メインカッタ３のスポーク４内に伸縮腕１４が設けられ、伸縮腕１４にはコーナカッタ５が設けられている。そして、スポーク４内には伸縮腕１４を伸縮する油圧ジャッキ１２が設けられ、伸縮腕１４にはコーナカッタ５を回転する油圧モータ１３が設けられている。スポーク４には長孔４Ａが形成され、コーナカッタ５の軸５Ｂは長孔４Ａを挿通している。なお、この実施の形態の動きは、先に説明した実施の形態と同じであるので、説明を省略する。
【００１６】
図１１は、メインカッタ３を２連として、横幅の広いトンネルを掘る掘削機１５の正面図である。この実施の形態では、干渉を防止するために、隣接した２本のスポーク４を除く６本のスポーク４にだけコーナカッタ５が設けられている。そして、メインカッタ３を約１００度揺動し、図１２に示す様にスキンプレート２の形状に応じて、伸縮腕１１を伸縮しつつコーナカッタ５を回転してトンネルを掘削する。
【００１７】
なお、図示の実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない旨を付記する。
【００１８】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば下記のすぐれた効果を奏する。
（ａ）  異形断面の周縁部を確実かつ容易に掘削でき、種々の異形断面のトンネルを好適に構築することができる。
（ｂ）  コーナカッタを油圧ジャッキで伸縮させるので、礫の噛み込み等を防止できる。
（ｃ）  コーナカッタは油圧モータで作動させるが、この回転は補助的なものであり、消費エネルギは小さくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異形断面シールド掘削機の断面図。
【図２】本発明の異形断面シールド掘削機の正面図。
【図３】  異形断面シールド掘削機の要部の断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視図。
【図５】コーナカッタの動きを説明する図。
【図６】本発明によるトンネルの掘削断面の一例を示す図。
【図７】他のトンネルの掘削断面を示す図。
【図８】別にトンネルの掘削断面を示す図。
【図９】異形断面シールド掘削機の要部の他の実施の形態の断面図。
【図１０】図９のＡ−Ａ矢視図。
【図１１】異形断面シールド掘削機の他の実施の形態の正面図。
【図１２】コーナーカッタの動きを説明する図。
【符号の説明】
１・・・異形断面シールド掘削機
２・・・スキンプレート
２Ａ・・・前胴
２Ｂ・・・後胴
３・・・メインカッタ
３Ａ・・・ビット
４・・・スポーク
５・・・コーナカッタ
５Ａ・・・ビット
６・・・セグメント
７・・・エレクタ
８・・・シールドジャッキ
９・・・駆動機構
１０・・・スクリューコンベア
１１・・・伸縮腕
１２・・・油圧ジャッキ
１３・・・油圧モータ
１４・・・伸縮腕
１５・・・異形断面シールド掘削機
【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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