(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形断面シールド掘進機の制御方法において、シールドフレームの先端上下にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタのシールドフレーム上下での掘削断面形状を変化させることによりピッチングを制御することを特徴とする非円形断面シールド掘進機の制御方法。
【請求項２】
非円形断面シールド機の制御方法において、シールドフレームの先端にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタの掘削断面形状を変化させることによりローリングを修正することを特徴とする非円形断面シールド機の制御方法。
【請求項３】
非円形断面シールド掘進機において、シールドフレームの先端上下にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタのシールドフレーム上下での掘削断面形状を変化させることによりピッチングを制御することを特徴とする非円形断面シールド掘進機。
【請求項４】
非円形断面シールド機において、シールドフレームの先端にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタの掘削断面形状を変化させることによりローリングを修正することを特徴とする非円形断面シールド機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機の制御方法及びこれらの装置に係り、特に掘削中の掘進方向の制御或いは姿勢を修正する姿勢制御を行うシールド掘進機の制御方法及びこれらの装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、矩形断面などの異型断面或いは多連型シールドなどによる真円以外の断面の掘削に用いられるシールド掘進機として、非円形断面シールド機が知られている。
【０００３】
この非円形断面シールド機は、図４（ａ）に示すように、シールド本体であるシールドフレーム４１が例えば矩形状の前面部４２を底とする有底筒体状に形成されていると共に底側の前胴４３と口側の後胴４４とに分割されており、これら前胴４３と後胴４４は左右の中折れジャッキ４５，４６によって連結されている。さらに、前胴４３は、複数段の掘削部４３ａ，４３ｂに分割されており、これら掘削部４３ａ，４３ｂ同士は連結ジャッキ４８，４９によって連結されている。
【０００４】
そして前胴４３の前面部４２には、複数のメインカッタ４７がその前面部４２の大きさに合わせて一列に設けられており、また、後胴４４の内部には、メインカッタ４７により掘削された土を、前面部４２に形成された注入口を通して後方に排出するスクリューコンベアと、シールドフレーム４１を前方に押出すためのシールドジャッキとが設けられている。
【０００５】
これらにより、シールドジャッキでシールドフレーム４１を前方に押し出しながらメインカッタ４７を回転して地盤を掘削し、その掘削した土をスクリューコンベアにより順次後方に搬送して掘進するようになっている。
【０００６】
また、曲線施工時には、シールドフレームの左右に設けられた中折れジャッキ４５，４６の長さを調節することにより後胴４４に対して前胴４３の中折れ角度を変化させて前進させることで、掘進方向を制御している。
【０００７】
ところで、この非円形断面シールド機は、地盤の硬さの違いなどにより、シールドフレーム４１が上下方向に傾斜（以下、ピッチングと称する。）してしまうという問題がある。
【０００８】
この場合、連結ジャッキ４８，４９の長さを調節して前胴４３の傾斜角度を制御することにより、ピッチングを修正するようにしている。
【０００９】
さらに、非円形断面シールド機は、前胴４３の前面部４２に設けられたメインカッタ４７が掘削面に対して回転するので、地盤が硬い場合などによりメインカッタ４７の回転力がシールドフレーム４１の地盤に対する摩擦力よりも大きくなると、その回転力の反力により、シールドフレーム４１が回転（以下、ローリングと称する。）してしまうという問題がある。
【００１０】
このローリングの修正方法としては、各々の掘削部４３ａ，４３ｂと後胴４４との間に中折れジャッキ４５，４６を設け、これらを独立して中折れできるように構成し、ローリングした場合には、それら掘削部４３ａ，４３ｂを適宜横方向に移動させて斜めに配置するように中折れ量を制御しながら掘進することで、ローリングを修正する方法が特開平９−２５０２９４号公報に開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−２５０２９４号公報に開示された方法は、前胴４３を複数段に分割するために、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、各掘削部４３ａ，４３ｂと後胴４４との間及び各掘削部４３ａ，４３ｂ間に中折れジャッキ４５，４６及び連結ジャッキ４８，４９を設けなければならず、さらにこれらの中折れジャッキ４５，４６及び連結ジャッキ４８，４９を全て制御しなければならないため制御が複雑になり、また、これら中折れジャッキ４５，４６及び連結ジャッキ４８，４９が設けられた部分にはシールを施さなければならないため、装置が複雑になり、コストが増大してしまうという欠点がある。
【００１２】
また、上述したようにシールド機内にはスクリューコンベアやシールドジャッキなど多くの装置が設けられている上、これら中折れジャッキ４５，４６、連結ジャッキ４８，４９、及びそれらを制御する制御手段を設けると、シールド機の機長が増加するばかりでなく、機内スペースの関係などで設置が困難な場合がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の課題を解決し、簡単な構造で機内スペースを必要とせず、かつ低コストで掘進方向を変化させる方向制御或いはピッチングやローリングなどの姿勢を修正する姿勢制御が行えるシールド掘進機の制御方法及びこれらの装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、非円形断面シールド掘進機の制御方法において、シールドフレームの先端上下にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタのシールドフレーム上下での掘削断面形状を変化させることによりピッチングを制御する方法である。
【００１５】
請求項２の発明は、非円形断面シールド機の制御方法において、シールドフレームの先端にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタの掘削断面形状を変化させることによりローリングを修正する方法である。
【００１６】
請求項３の発明は、非円形断面シールド掘進機において、シールドフレームの先端上下にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタのシールドフレーム上下での掘削断面形状を変化させることによりピッチングを制御するものである。
【００１７】
請求項４の発明は、非円形断面シールド機において、シールドフレームの先端にテーパフードを形成し、そのシールドフレームの前面に掘削断面形状可変カッタを設け、その掘削断面形状可変カッタの掘削断面形状を変化させることによりローリングを修正するものである。
【００１８】
上記構成によれば、通常時には、掘削断面形状可変カッタをシールドフレーム断面とほぼ同一断面を掘削するように制御される。曲線施工時には、外側の掘削量を減らす。また、ピッチング発生時には、前面部の上側又は下側の掘削量を減らすようにコピーカッタを出没させて掘削断面形状が変化される。さらに、非円形断面のシールド機のローリング発生時には、前面部の中心から点対称であり、鉛直、水平軸に対して対称とならない位置の左右部分を残して掘削するように、掘削断面形状可変カッタが制御される。そして、シールド機を前進させこの掘り残された部分にテーパフードが乗り上げることによりシールドフレームに回転モーメントが発生し、シールド機の姿勢が修正される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に本発明にかかる非円形断面シールド機として異型断面シールド機の概略図を示し、図３（ａ）に側面図を、図３（ｂ）に図３（ａ）のＡ−Ａ線矢示断面図を示す。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、本発明にかかる異型断面シールド機は、シールド本体であるシールドフレーム１０が、矩形状の前面部１を底とする有底筒体状に形成されていると共に底側の前胴２０と口側の後胴３０とに分割されている。そして、これら前胴２０と後胴３０は、２つの中折れジャッキ２，３によって連結されており、図３（ｂ）に示すように、従来のシールド機のように複数の掘削部に分割されておらず、さらに中折れジャッキもこの２つの中折れジャッキ２，３のみによって掘進方向を可変にできるようになっている。
【００２２】
そして、図１に示すように、前胴２０の前面部１には、２つの掘削断面形状可変カッタ４，５が前面部１の大きさに合わせて一列にかつ回転自在に設けられている。
【００２３】
この掘削断面形状可変カッタ４，５は、主に地盤を掘削するメインカッタ４ａ，５ａと、このメインカッタ４ａ，５ａの先端に出没自在に設けられ前面部の外周部分の地盤を掘削するコピーカッタ（伸縮カッタ）４ｂ，５ｂとから構成されている。
【００２４】
このメインカッタ４ａ，５ａには、図示していないが、それを回転させるための駆動手段が接続されており、さらにコピーカッタ４ｂ，５ｂには、メインカッタ４ａ，５ａの回転に連動して出没させて掘削断面形状可変カッタ４，５のストロークを変化させるための制御手段が接続されている。
【００２５】
また、シールドフレーム１０の前面部１には、掘削断面形状可変カッタ４，５により形成された掘り残し部に乗り上げることにより回転モーメントを発生させるべく、その前面部１の左右両側が斜めに傾斜されたテーパフード１１が形成されており、上述したコピーカッタ４ｂ，５ｂがこのテーパフード１１のテーパ部１１ａのほぼ範囲内で出没するようになっている。
【００２６】
このテーパフード１１のテーパ部１１ａの傾斜角度は、例えば約５度に設定されているが、シールドフレーム１０の大きさやカッタ４，５の性能及び地盤の状態などにより決定される。すなわち、テーパ部１１ａを大きく形成すれば、ローリング修正効果を大きくできるが、大きく形成するほどテーパ部１１ａに対向する掘削面が崩れやすくなるので、テーパ部１１ａの角度は、この約５度に限定されず地盤が崩れない範囲内で適宜大きく形成されている。
【００２７】
また、シールドフレーム１０の内部には、図示していないが、ローリングを検出するための傾斜計や、その検出した傾斜度に応じてコピーカッタ４ｂ，５ｂを制御する上述した制御手段、メインカッタ４ａ，５ａにより掘削された土を、前面部１に形成された注入口を通して後方に排出するスクリューコンベア、シールドフレーム１０を前方に押出すためのシールドジャッキなどが設けられている。
【００２８】
次に、このシールド掘進機を用いて、その制御方法を作用と共に図２を用いて説明する。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、通常時は、メインカッタ４ａ，５ａが回転され、このメインカッタ４ａ，５ａの回転角度に応じてコピーカッタ４ｂ，５ｂのストロークが制御され、テーパフード１１の位置の余掘りを含めたほぼ前面部１の形状で地盤が掘削される。この掘削と共に、シールドジャッキによりシールドフレーム１０が前方に押し出され、さらにその掘削した土がスクリューコンベアにより順次後方に搬送され、掘進する。また、曲線施工時には、前面部１の外側の掘削量を減らすようにコピーカッタ４ｂ，５ｂのストロークが制御され、任意の方向に掘進する。
【００３０】
そして、この通常の掘削の際に、上下のメインカッタ４ａ，５ａで掘削される地盤の硬さの違いなどにより、異型断面シールド機がローリングすることがある。
【００３１】
このローリング発生時は、図２（ｂ）に示すように、前面部１の中心から点対称であり、鉛直、水平軸に対して対称とならない左右部分ｌ，ｒの余掘りをやめる（掘削量を減らす）べく、その部分ｌ，ｒの余掘外径が小さくなるようにコピーカッタ４ｂ，５ｂが制御される。そして、シールド機を前進させこの掘り残された部分にテーパフード１１が乗り上げることによりシールドフレーム１０に回転モーメントが発生し、シールド機のローリングが修正される。
【００３２】
そして、傾斜計によりシールド機のローリングが修正されたことが確認されると、再び通常時のように、掘削断面形状可変カッタ４，５が制御され、地盤が掘削される。
【００３３】
以上説明したように、本発明は、カッタに余掘外径（掘削断面形状）を変化できる掘削断面形状可変カッタ４，５を用い、さらにシールドフレーム１０の前面部１にテーパフード１１を形成し、この掘削断面形状可変カッタ４，５のストロークを制御することにより、異型断面シールド機の姿勢を修正することができるので、姿勢制御するための多数の中折れジャッキや連結ジャッキ、複雑な制御を行う制御手段を必要とせず、簡単な構造で異型断面シールド機の姿勢制御が行える。
【００３４】
これにより、シールド掘進機のローリングによりセグメントを組めなくなることを容易に防止することが可能となるため、作業能率が向上する。
【００３５】
また、本発明は、ピッチングの修正にも適用することができる。
【００３６】
ピッチングを修正する場合には、シールドフレーム１０の前面１の上下両側にもテーパ部を有するテーパフードを形成する。
【００３７】
そして、掘進に際して、上側又は下側の掘削量を減らすようにコピーカッタ４ｂ，５ｂを出没させて掘削断面形状を変化させて姿勢を制御する。
【００３８】
このように、本発明は、ローリングの修正方法と同様に、簡単な構造で容易にシールド機のピッチングも修正することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態ではピッチングやローリングの修正などの姿勢制御方法及びその装置について説明したが、掘削中に自在に掘進方向を変化させる方向制御装置にも適用できる。
【００４０】
この場合、シールドフレームの先端にテーパフードを形成し、掘進方向の余掘をやめるようにコピーカッタを出没させて掘削断面形状を変化させることにより所望の方向に掘進方向を制御することができる。
【００４１】
尚、本実施の形態では、シールドフレーム１０の前面部１が矩形状に形成されており、この前面部に合せてカッタを２つ設けた異型断面シールド機に適用した例で説明したが、掘削面の形状は矩形状に限定されず、多連型シールドなどの真円以外の断面形状に掘削するシールド機にも適用できることは勿論である。
【００４２】
また、カッタの数も１つあるいは３つ以上設けられたシールド機にも適用できることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、簡単な構造で掘進方向を制御でき、容易にピッチングやローリングを修正できる。
【００４４】
さらに、ローリング発生による作業の中断をなくすることができ、作業能率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す非円形断面シールドの概略図である。
【図２】図１の非円形断面シールドの正面図を示し、（ａ）は通常時の掘削断面形状可変カッタの余掘外径を示す図、（ｂ）は姿勢制御時の掘削断面形状可変カッタの余掘外径を示す図である。
【図３】図１の非円形断面シールドの姿勢制御装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢示断面図である。
【図４】従来の非円形断面シールドの姿勢制御装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢示断面図である。
【符号の説明】
１  前面部
４，５  掘削断面形状可変カッタ
４ａ，５ａ  メインカッタ
４ｂ，５ｂ  コピーカッタ（伸縮カッタ）
１０  シールドフレーム
１１  テーパフード
２０  前胴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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