(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ずりを取り込むスリット孔を有するカッタヘッドを回転させて掘進するトンネル掘進機において、
カッタヘッドの外径よりも外側に突出するかき込み板をスリット孔の後端部に着脱自在に設けた
ことを特徴とするトンネル掘進機。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘進機において、
カッタヘッドの円周上で隣り合うスリット孔の間に案内板を取着した
ことを特徴とするトンネル掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中を掘削し推進するトンネル掘進機に関し、特に、巨礫層や岩盤層での曲線施工を行うトンネル掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘進機としてのシールド掘進機は、その最前端に回転自在に取着されているカッタヘッドを回転させて地山を掘削しながら推進する。巨礫層や岩盤層などの硬い土質を掘削するシールド掘進機においては、図７（ａ）に示すように、カッタヘッド１には、切羽面に押し付けられながら転動して地山の掘削を行うディスクカッタ３と、これにより生じた掘削ずりを掻き取るスクレーパカッタ２とを有している。掘削時には、カッタヘッド１が回転してディスクカッタ３により巨礫や岩盤を掘削し、スクレーパカッタ２により掘削ずりをスリット孔４に取り込む。
図７（ｂ）に示すシールド掘進機の最前部の側面図において、カッタヘッド１が回転するときのディスクカッタ３の外形の包絡線を２点鎖線で示す。この包絡線の外径を以降、直進時掘削外径Ｄｄと呼ぶ。通常、ディスクカッタ３の方がスクレーパカッタ２よりも外方に張り出して装着されている。ディスクカッタ３により掘削された地山のずりは、大部分がカッタヘッド１に設けてある図７（ａ）に示すスリット孔４からシールド掘進機の内部に取り込まれるが、残りの一部はディスクカッタ３の包絡線とカッタヘッド１の円周面との隙間を通って後方のスキンプレート８と地山間に残される。スキンプレート８は、カッタヘッド１が取り付けられている前胴５の外殻を構成する部材である。
【０００３】
曲線施工時には、図８（ａ）に示すように、シールド掘進機の前胴５は後胴６に対して摺動部７で摺動して屈曲した状態を保持したまま移動し、シールド掘進機の旋回内側及び旋回外側は、内側曲線Ｐｉ及び外側曲線Ｐｏで示す軌跡を描く。即ち、内側曲線Ｐｉ及び外側曲線Ｐｏで囲まれる空間は、シールド掘進機が移動するための最低限必要な空間を示している。曲線施工時にシールド掘進機が通過するための空間を確保するためには、内側曲線Ｐｉのカッタヘッド１近傍（斜線部で示す）を予め多めに掘削する必要がある。図８（ｂ）に斜線部の詳細を示す。直進時掘削外径Ｄｄからその径方向外方への延長線Ｒと内側曲線Ｐｉとの交点Ｑと、前胴５の外径であるシールド外径Ｄｓとの距離を多めに掘削する最低限必要な余堀量δとする。
シールド掘進機が直線区間から曲線区間にさしかかったら、カッタヘッド１に装着されているディスクカッタ３及びスクレーパカッタ２の位置をずらして、掘削外径及び掻き取り外径を大きくすることによって、曲線区間の施工を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、掘削外径はシールド外径に対し大きめであるため、スクレーパカッタ２によってスリット孔４内に掻き取りきれなかった掘削ずり（いわゆる取りこぼしずり）が発生する。取りこぼしずりは、スキンプレート８と地山との隙間に侵入して堆積し、これによる摩擦抵抗の増大により、必要推進力の増大を引き起こすこととなり、地山内で掘進機が拘束され推進不能となる状況さえ引き起こすこととなる。
近年、巨礫層・岩盤層等の難地盤においても急曲線施工の要求が増えてきているが、急な曲線となるほど余堀量δを多くとる必要があり、余堀量δが増えるほど取りこぼしずりによる推進不能のリスクは増大することとなる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するため、取りこぼしずりの発生を極力抑え、機体拘束による推進不能のリスクを可及的に小さくすることのできるトンネル掘進機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、ずりを取り込むスリット孔を有するカッタヘッドを回転させて掘進するトンネル掘進機において、カッタヘッドの外径よりも外側に突出するかき込み板をスリット孔の後端部に着脱自在に設けた構成としている。
【０００７】
第１発明によると、スリット孔の後端部において、スリット孔の内部から径方向の外方に向かってかき込み板を突出するように着脱自在に設ける。かき込み板の外端部は、カッタヘッド後方の外周板の外径よりも外側で、かつディスクカッタ外径の内側になるように設けてあるので、ずりの取り込みが効率よく行える。これにより、トンネル掘進機と地山間のずりの堆積量が少ないので、トンネル掘進機と地山間の大きな摩擦抵抗力による掘進不能を防止することができる。
【０００８】
第２発明は、第１発明に基づいて、カッタヘッドの円周上で隣り合うスリット孔の間に案内板を取着した構成としている。
【０００９】
第２発明によると、カッタヘッドの円周上で、隣り合うスリット孔の間に案内板を取着する。これにより、スリット孔近傍で掘進機後方へ流出しようとするずりを塞き止めてスリット孔に取り込むので、トンネル掘進機と地山間のずりの堆積量が少ない。そして、トンネル掘進機と地山間の大きな摩擦抵抗力による掘進不能を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について詳細に説明する。なお、以降の図に示す構成要素が、図７，８で説明した構成要素と同一の場合には同一符号を付して説明する。
【００１５】
図１，２，３により本発明の一実施形態の構成を説明する。本実施形態は、曲線施工時の余堀りしたときのずりの取り残しを、カッタヘッド1の前面で塞き止めて後方に流出させないようにする発明である。図１（ａ）及び図１（ｂ）は本実施形態のカッタヘッド1の正面図及び側面図である。本実施形態の構成は、複数のかき込み板２５、及びずりの後方への移動を塞き止める複数の案内板２６を備えている。
かき込み板２５は、カッタヘッド1に設けられたスリット孔４の後部端にカッタヘッド1の軸心を中心にして径方向外側に突出して略放射状に取着されている。また、案内板２６は、カッタヘッド1の円周上で隣り合うスリット孔４の間に取着されている。
図１（ｂ）に示すように、かき込み板２５は、カッタヘッド1を取着する基台の底板２７にボルト等で取着されており、案内板２６は、カッタヘッド1の後方部を構成する外周板２８に固着されている。なお、カッタヘッド１を取着する基台は、前胴５により回転自在に軸支されている。
図１（ａ）のＺ視の図２に示すように、かき込み板２５はスリット孔４の後端部に取着されており、また案内板２６は外周板２８上に例えば１５０度の案内角θを有して取着されている。
【００１６】
次に、図３により、かき込み板２５及び案内板２６の外端部の設定位置を出代と関連させて説明する。ここで言う出代とは、前胴５のスキンプレート８の外表面からスクレーパカッタ２及びディスクカッタ３の包絡線の外径線までの距離を表わす。出代Ｓ１及び出代Ｓ２は、直線施工時のスクレーパカッタ２及びディスクカッタ３のそれぞれの出代である。通常、出代Ｓ２は、Ｓ１よりも所定値Δ２だけ大きく設定されている。なお、出代Ｓ２に対応するときのディスクカッタ１の包絡線の外径が、直進時掘削外径Ｄｄである。また、出代Ｓ３及び出代Ｓ４は、曲線施工時のスクレーパカッタ２及びディスクカッタ３のそれぞれの出代である。出代Ｓ３は、余堀量δより所定値Δ３だけ大きく、出代Ｓ４は出代Ｓ３よりさらに所定値Δ４だけ大きく設定する。即ち、曲線施工時には、余堀量δよりも（Δ３＋Δ４）だけ多く掘削する。
案内板２６は、その外端部が出代Ｓ１に合うように外周板２８に取着されている。曲線施工時には、スクレーパカッタ２を出代Ｓ３に、ディスクカッタ３を出代Ｓ４にそれぞれ合わせてカッタヘッド１上に装着すると共に、かき込み板２５をその外端位置を出代Ｓ３に合わせて底板２７にボルト等で取着する。
【００１７】
以上の構成を有する本実施形態の作用及び効果を説明する。
図４は、曲線施工時のディスクカッタ３の包絡線、かき込み板２５、案内板２６及び内側旋回経路Ｐｉの位置関係を示した図である。ディスクカッタ３により掘削されたずりは、その直後でディスクカッタ３と一体になって回転している複数のかき込み板２５により後方への流れが堰きとめられる。ディスクカッタ３の外端部とかき込み板２５の外端部との距離は、所定値Δ４、例えば１０ｍｍに設定されており、後方に流れようとする隙間が小さい。このため、大部分のずりは、かき込み板２５の前部で溜まりながらカッタヘッド１のスリット孔４に取り込まれる。また、かき込み板２５の根元近傍から後方に流れ出ようとするずりは、案内板２６の図２に示した案内角θによりやはりスリット孔４に向けてガイドされ取り込まれてしまう。
【００１８】
直線施工時は、図５に示すように、ディスクカッタ３の包絡線及びスクレーパカッタ２を出代Ｓ２及び出代Ｓ１に戻し、かき込み板２５を底板２７からとり外してある。案内板２６は外周板２８に固着されたままであり、直線施工時にも案内板２６は、ずりを取り込むように作用する。即ち、案内板２６の外端部の出代Ｓ１は、直線施工時のディスクカッタ３の包絡線の外端部の出代Ｓ２よりも所定値Δ２、例えば１０ｍｍ小さいだけであるので、ディスクカッタ３で掘削されたずりの大部分は、案内板２６により後方への流れを堰きとめられてスリット孔４に取り込まれる。
これらにより、曲線施工時、直線施工時に拘らず、ずりの取り残しが減少するのでシールド掘進機と地山の間にずりが堆積することがなくなり、地山内で拘束されることによるシールド掘進機の掘進不能を防止できる。
【００１９】
なお、本実施形態においては、曲線施工時に、かき込み板２５をボルト等により外周板２８に取着するとしているが、油圧アクチュエータ等によりかき込み板２５を所定量だけ径方向外側に張り出すようにしてもよい。また、かき込み板２５を内側曲線Ｐｉの近傍で自動的に張り出し、外側曲線Ｐｏの近傍では自動的に収納するようにしてもよい。
また、本実施形態の図１に示すかき込み板２５の形状は、図６（ａ）に示す平板型であるが、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すくさび状型及びＬ字状型のかき込み板２５を使用してすくい込み性能をより向上させてもよい。さらに、図６（ｄ）に示すように先端部に超硬チップが埋め込まれ巨礫や岩盤を掘削する超硬型のかき込み板２５でもよい。
【００２６】
以上説明したように、本発明は、ずりのスリット孔への取り込み効率を向上させると共に、ずりのトンネル掘進機の後方への侵入量を少なくする装置の発明である。即ち、曲線施工時には、かき込み板をスリット孔の最後部に外周板の外径よりも外に突出すように設けて、ずりの取り残しを少なくして後方への侵入を防止する。また、案内板をスリット孔間をわたすように取着しておき、スリット孔近傍のずりをスリット孔に取り込む。これにより、トンネル掘進機と地山間におけるずりの堆積量が少ないので、トンネル掘進機と地山間の大きな摩擦抵抗力による掘進不能を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の構成図である。
【図２】  本実施形態の構成を上方から見た説明図である。
【図３】  本実施形態におけるディスクカッタ、スクレーパカッタ、かき込み板及び案内板の出代の説明図である。
【図４】  曲線施工時のずり取り込みの説明図である。
【図５】  直線施工時のずり取り込みの説明図である。
【図６】  かき込み板の形状の説明図である。
【図７】  シールド掘進機のカッタヘッドの説明図である。
【図８】  シールド掘進機の曲線施工時の余堀量の説明図である。
【符号の説明】
１…カッタヘッド、２…スクレーパカッタ、３…ディスクカッタ、４…スリット孔、５…前胴、６…後胴、７…摺動部、８…スキンプレート、２５…かき込み板、２６…案内板、２７…底板、２８…外周板、Ｄｄ…直進時掘削外径、Ｐｉ…内側曲線、Ｐｏ…外側曲線、Ｄｓ…シールド外径、δ…余堀量。
【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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