(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に、シールド本体より小さい掘削面を有するカッタヘッドを配置し、
シールド本体を、固定胴部と、この固定胴部の両側に出退自在に配置された可動胴部とで構成するとともに、これら可動胴部を出退してシールド本体の幅を変更可能な拡縮駆動装置を設け、
前端部が前記カッタヘッドに回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体の固定胴部に回動自在に連結された複数本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置を設け、
このカッタ駆動装置によりカッタヘッドをシールド軸心と直交する面を含む空間内で往復移動させることにより、シールド本体の幅に対応した断面のトンネルを掘削するように構成したことを特徴とする拡縮式シールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体を矩形断面に形成するとともに、カッタヘッドを矩形状に形成し、シールド本体の後部に、シールド本体の幅に対応して一次覆工用セグメントを組み立てるエレクタ装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の拡縮式シールド掘進機。
【請求項３】
カッタヘットをシールド本体の拡縮方向に分割するとともに、各カッタヘッドにそれぞれカッタ駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の拡縮式シールド掘進機。
【請求項４】
カッタ駆動装置のパラレルリンクマニピュレータを、２本１組で合計８本４組の伸縮アクチェータにより構成し、各組の伸縮アクチェータの基端部をそれぞれ正面視でシールド本体の拡縮方向に直交する方向に長い長方形の角部位置近傍でシールド本体に連結するとともに、隣接する組の１本ずつ２本の伸縮アクチェータの先端部を正面視でシールド本体の拡縮方向に直交する方向に長い菱形の角部位置近傍でカッタヘッドにそれぞれ連結したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の拡縮式シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削するトンネル幅を変更自在な拡縮式シールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば道路や線路が分岐、合流するようなランプやプラットホームなどの出入口の地下道を構築する場合、トンネルの幅を順次拡張または縮小しつつ掘削する必要がある。しかし従来のシールド掘進機では、このようにトンネル幅を掘削途中に漸次変更できるものは無く、複数台のシールド掘進機を使用して広い幅のトンネルを掘削しておき、必要な空間のみを使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、広い幅のトンネルを掘削するために、経済コストも高くつき、長い作業時間も必要で、無駄が多いというという問題があった。
【０００４】
本発明のうち請求項１記載の発明は、上記問題点を解決して、掘削するトンネルの幅または高さを順次拡張または縮小できる拡縮式シールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１記載の発明は、シールド本体の前部に、シールド本体より小さい掘削面を有するカッタヘッドを配置し、シールド本体を、固定胴部と、この固定胴部の両側に出退自在に配置された可動胴部とで構成するとともに、これら可動胴部を出退してシールド本体の幅を変更可能な拡縮駆動装置を設け、前端部が前記カッタヘッドに回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体の固定胴部に回動自在に連結された複数本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置を設け、このカッタ駆動装置によりカッタヘッドをシールド軸心と直交する面を含む空間内で往復移動させることにより、シールド本体の幅に対応した断面のトンネルを掘削するように構成したものである。
【０００６】
上記構成によれば、カッタ駆動装置の伸縮アクチェータによるカッタヘッドの動作ストロークを変更して、地山の掘削幅を拡張または縮小するとともに、この掘削幅に対応して、拡縮駆動装置により可動胴部を出退させシールド本体の幅を拡張または縮小することで、漸次幅の広くなるトンネルまたは漸次幅の狭くなるトンネルを掘削することができる。したがって、一台のシールド掘進機により幅が変化するテーパ状のトンネルを一度の掘削で形成することができ、幅員の変化する道路や線路を設置するためのテーパ状のトンネルを短時間に低コストで掘削することができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、シールド本体を矩形断面に形成するとともに、カッタヘッドを矩形状に形成し、シールド本体の後部に、シールド本体の幅に対応して一次覆工用セグメントを組み立てるエレクタ装置を設けたものである。
【０００８】
上記構成によれば、矩形断面トンネルの幅または高さの拡縮も容易に行え、特に連続した複数のトンネルにより大口径トンネルの外周壁の構築する場合などで、隣接するトンネルとの連結も効率よく容易に行うことができる。
【０００９】
さらに請求項３記載の発明は、カッタヘットをシールド本体の拡縮方向に分割するとともに、各カッタヘッドにそれぞれ複数本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置を設けたものである。
【００１０】
上記構成によれば、複数個のカッタヘッドにより幅の変化の大きいトンネルを掘削できるとともに、複数個のカッタヘッドを相対駆動することにより、掘削反力を相殺して軽減することができ、シールド本体の姿勢を安定させることができる。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、カッタ駆動装置のパラレルリンクマニピュレータを、２本１組で合計８本４組の伸縮アクチェータにより構成し、各組の伸縮アクチェータの基端部をそれぞれ正面視でシールド本体の拡縮方向に直交する方向に長い長方形の角部位置近傍でシールド本体に連結するとともに、隣接する組の１本ずつ２本の伸縮アクチェータの先端部を正面視でシールド本体の拡縮方向に直交する方向に長い菱形の角部位置近傍でカッタヘッドにそれぞれ連結したものである。
【００１２】
上記構成によれば、カッタヘッドを４箇所で支持するので、２本１組で合計６本３組の従来のパラレルリンクに比較して、安定してカッタヘッドを支持できて崩壊土圧を保持できるとともに、掘削駆動力をカッタヘッドに均一に伝達することができ、さらに伸縮アクチェータの基端取付部内の空間を広く取ることができて、内部に設置する機器や部材の配置の自由度を広げることができる。また、伸縮アクチェータの基端部を長方形の角部位置近傍でシールド本体に連結するとともに、先端部を菱形の角部位置近傍でカッタヘッドに連結したので、カッタヘッドをシールド本体の拡縮方向に広い移動範囲を確保することができ、シールド本体の拡縮幅を広く設定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る拡縮式シールド掘進機実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
【００１４】
図１〜図３に示すように、矩形断面のシールド本体１の前部には、左右一対の矩形状カッタヘッド２，２が配設されている。前記シールド本体１は、中央の固定胴部１Ａと、固定胴部１Ａに幅方向に出退自在に配置された可動胴部１Ｂ，１Ｂとで構成され、これら可動胴部１Ｂ，１Ｂを出退してシールド本体１の幅をＬｗとＬｓとの間で変更可能な拡縮駆動装置である幅拡縮シリンダ３，３が設けられている。
【００１５】
すなわち、固定胴部１Ａは、土圧保持用の圧力室６を形成するセンター隔壁１１と、天壁センタープレート１２および底壁センタープレート１３から構成されている。また可動胴部１Ｂは、センター隔壁１１の背面にスライド自在に配設されたサイド隔壁１４と、天壁センタープレート１２の上面にスライド自在に配置された天壁サイドプレート１５と、底壁センタープレート１３の下面にスライド自在に配置された底壁サイドプレート１６と、側壁スキンプレート１７とで構成されている。そして本体が固定胴部１Ａのセンター隔壁１１背面で支持ブロック２０に連結された幅拡縮シリンダ３，３の出力端が可動胴部１Ｂの側壁スキンプレート１７に連結されている。また、センター隔壁１１とサイド隔壁１４の摺接部と、天壁センタープレート１２および底壁センタープレート１３と天壁サイドプレート１５および底壁サイドプレート１６の摺接部には、それぞれシール部材である図６に示す縦形ブラシ１８と、後部のテールシール部材であるワイヤブラシ１９が設けられている。
【００１６】
前記カッタヘッド２，２のカッタ駆動装置４，４は、図７〜図１０に示すように、それぞれ前端部が前記カッタヘッド２に回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体１の固定胴部１Ａのセンター隔壁１１に回動自在に連結された２本１組合計８本４組の伸縮アクチェータである油圧式カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈからなるパラレルリンクマニピュレータにより構成されている。
【００１７】
すなわち、カッタヘッド駆動装置４を構成するパラレルリンクマニピュレータは、８本のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部が、プラットホームであるセンター隔壁１１に正面視が縦長の長方形Ｒの角部近傍に回動継手２１を介して連結される。また、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの先端部が、エンドエフェクタであるカッタヘッド２の背面に正面視が縦長の菱形Ｄの角部近傍に回動継手２２を介して連結される。
【００１８】
このパラレルリンクマニピュレータからなるカッタ駆動装置４によるカッタヘッド２の動作は、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、カッタヘッド２の中心Ｃがハッチングで示す範囲Ｍとなり、正面視で左右方向に広い動作範囲を確保できる。したがって、上記構成のようにカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの配置した２組のカッタ駆動装置４，４により、横長矩形断面のトンネルの掘削に最適な動作範囲ｍを確保することができる。
【００１９】
またカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの回動継手２１，２２は、球面継手や自在継手でもよいが、この実施の形態では左右方向に回動範囲が広く上下方向には狭いため、図１１に示すように、球面ブッシュ仕様の継手が使用される。すなわち、圧力隔壁４またはカッタヘッド２の取付部材２３に一対の固定ブラケット２４が突設され、またカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈには固定ブラケット２４間に遊嵌される可動ブラケット２５が突設されている。そして可動ブラケット２５に形成された球面凹部２５ａ内に球面ブッシュ２６が回動自在に嵌合され、この球面ブッシュ２６にピン孔２６ａが形成されている。そして固定ブラケット２４のピン孔と球面ブッシュ２６のピン孔２６ａに支持ピン２７が貫通されて圧力隔壁４またはカッタヘッド２とカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈとが連結されている。したがって、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈは支持ピン２７を中心に左右方向に広い範囲で回動できるとともに、球面ブッシュ２６により支持ピン２７の軸心を含む面内で上下方向に狭い範囲で回動することができる。
【００２０】
前記カッタヘッド２は、図３に示すように、矩形の枠フレーム３１内に複数の柱状フレーム３２が所定間隔ごとに斜め格子状に連結配置されて形成され、柱状フレーム３２および枠フレーム３１と柱状フレーム３２に囲まれた貫通空間が土砂取り入れ口３３に構成されている。そして、枠フレーム３１の外周部と柱状フレーム３２の前面に所定間隔毎に多数のカッタビット３４，３５が突設されている。
【００２１】
図１に示すように、前記シールド本体１のセンター隔壁１１には、送泥管７Ａと排泥管７Ｂが貫通して接続されるとともに、土砂攪拌用のアジテータ８が設けられている。また図４，図５に示すように、シールド本体の後部にはセグメントＳを組み立てるエレクタ装置９が配設されている。このエレクタ装置９は、上下レール４１に案内されてシフト自在な可動フレーム４２に、シールド軸心周りに旋回自在な旋回フレーム４３が配置され、この旋回フレーム４３に回動リンクアーム４４を介してセグメント保持装置４５が外周側に出退自在に設けられている。そして、拡縮されるシールド本体１の幅に対応して複数種類のセグメントＳを組み合わせて漸次拡幅または縮幅する一次覆工体を構築することができる。またシールド本体１の後部には、エレクタ装置９により組み立てられた既設セグメントＳを反力受けとしてシールド本体１を推進させる複数の推進ジャッキ１０が設けられている。なお、この推進ジャッキ１０は、シールド本体１の拡縮幅に対応して必要に応じて増設または撤去される。
【００２２】
上記構成において、狭い幅から広い幅のトンネルを掘削する場合には、図示しないカッタ駆動制御装置により油圧ポンプから供給排出する圧油が制御されて各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈが伸縮制御され、カッタヘッド２．２がそれぞれシールド軸心に直交する面内で左右方向および上下方向に相対して往復駆動され、カッタビット３４，３５により地山を掘削する。この時の掘削反力は、カッタヘッド２，２が相対方向に駆動されることにより、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを介してシールド本体１で相殺されて減衰される。そして、掘削土砂は土砂取り入れ口３３から圧力室６内に取り込まれ、送泥管７Ａから供給された泥水等と混合されてアジテータ８により攪拌され、適度な流動性を付与した後、排泥管７Ｂから排出される。またカッタヘッド２，２は各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを伸縮制御することにより、土質や掘削状況に応じて前後方向に平行移動させたり、またシールド軸心に直交する面に対して傾動させる動作を挿入することにより、良好に掘削することができる。
【００２３】
そして、カッタヘッド２，２の駆動ストロークを漸次側部外方に広げて幅の広いトンネルを掘進させ、このトンネル幅に合わせて幅拡縮シリンダを進展させ可動胴部１Ｂ，１Ｂをそれぞれ外方に突出させる。そしてエレクタ装置９により、トンネル幅に合わせてセグメントＳを組み立てて一次覆工し、組み立てられたセグメントＳを反力受けとして推進ジャッキ１０を進展させシールド本体１を前進させる。これを繰り返して漸次幅が広くなるトンネルを掘削する。さらに可動胴部１Ｂ，１Ｂが所定量突出されると、推進ジャック１０が新たに組み入れられる。
【００２４】
また広い幅から狭い幅のトンネルを掘削する場合も上記と逆の手順で掘削することができる。また途中で掘削幅が広がったり狭まったりするトンネルの場合にも容易に対応することができ、連続した掘削が可能である。
【００２５】
上記実施の形態によれば、固定胴部１Ａと固定胴部１Ａの両側にスライド自在に外嵌された可動胴部２Ｂ，２Ｂとで構成されて幅拡縮シリンダ３により幅を拡張および縮小可能なシールド本体１の前部に、左右一対のカッタヘッド２，２を配置し、各カッタヘッド２を８本のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈによりパラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置４，４によりそれぞれ駆動するように構成したので、カッタ駆動装置４により各カッタヘッド２の駆動ストロークを制御してトンネルの掘削幅を変更し、掘削幅に合わせて可動胴１Ｂ，１Ｂを出退させシールド本体１の幅を調整することにより、漸次幅が変化するトンネルを連続して掘削することができる。
【００２６】
また、左右一対のカッタヘッド２，２を相対方向に駆動して地山を掘削することで掘削反力を相殺することができ、シールド本体１の姿勢を安定させることができる。さらに、カッタ駆動装置４のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを８本でパラレルリンクマニピュレータを構成したので、矩形のカッタヘッド２を４箇所で安定して支持および動力伝達することができるとともに、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部の取付位置内でセンター隔壁１１の空間を大きくとることができ、送排泥管７Ａ，７Ｂやアジテータ８などの設置の自由度を広げることができる。
【００２７】
さらにまたカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部をセンター隔壁１１に縦長の長方形Ｒの角部近傍に連結し、先端部をカッタヘッド２の背面に正面視が縦長の菱形Ｄの角部近傍に連結したので、カッタヘッド２の動作範囲Ｍを正面視で左右方向に広く確保することができ、横長矩形断面のトンネルの掘削に最適な動作範囲ｍを確保することができる。
【００２８】
また、カッタヘッド２を、矩形枠フレーム３１と格子状に組み合わされた柱状フレーム３２とで板体状に形成して土砂取り入れ口３３を均一に形成したので、簡単な構造で全面にわたって必要な強度を確保できるとともに、掘削土砂の取り入れ口３３を均一に配置することができ、カッタヘッド２をストロークの小さい往復運動で地山を掘削しても、確実に掘削土砂を取り込んで排出することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、カッタ駆動装置の伸縮アクチェータによるカッタヘッドの動作ストロークを変更して、地山の掘削幅を拡張または縮小するとともに、この掘削幅に対応して、拡縮駆動装置により可動胴部を出退させシールド本体の幅を拡張または縮小することで、漸次幅の広くなるトンネルまたは漸次幅の狭くなるトンネルを掘削することができる。したがって、一台のシールド掘進機で幅がテーパ状に変化するトンネルを一度の掘削で形成することができ、幅員の変化する道路や線路を設置するためのテーパ状のトンネルを短時間に低コストで掘削することができる。
【００３０】
また請求項２記載の発明によれば、矩形断面トンネルの幅または高さの拡縮も容易に行え、大口径トンネルの外周壁の構築などで、隣接するトンネルとの連結性もよく、矩形断面のトンネルを効率よく掘削することができる。
【００３１】
さらに請求項３記載の発明によれば、複数個のカッタヘッドにより左右幅または上下幅の変化の大きいトンネルを掘削できるとともに、複数個のカッタヘッドを相対駆動することにより、掘削反力を相殺して軽減することができ、シールド本体の姿勢を安定させることができる。
【００３２】
また請求項４記載の発明によれば、カッタヘッドを４箇所で支持するので、２本１組で合計６本３組の従来のパラレルリンクに比較して、安定してカッタヘッドを支持できて崩壊土圧を保持できるとともに、掘削駆動力をカッタヘッドに均一に伝達することができ、さらに伸縮アクチェータの基端取付部内の空間を広く取ることができ、内部に設置する機器や部材の配置の自由度を広げることができる。また、伸縮アクチェータの基端部を長方形の角部位置近傍でシールド本体に連結するとともに、先端部を菱形の角部位置近傍でカッタヘッドに連結したので、カッタヘッドをシールド本体の拡縮方向に広い移動範囲を確保することができ、シールド本体の拡縮幅を広く設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る拡縮式シールド掘進機の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】同シールド掘進機の一部切欠き平面図である。
【図３】同シールド掘進機の正面図である。
【図４】同シールド掘進機の背面図である。
【図５】同シールド掘進機の拡幅時の背面図である。
【図６】同シールド掘進機の縦ブラシを示す拡大断面図である。
【図７】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す正面図である。
【図８】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す拡幅時の正面図である。
【図９】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す平面断面図である。
【図１０】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す拡幅時の平面断面図である。
【図１１】同シールド掘進機のカッタ駆動装置の回動継手を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれカッタ駆動装置の動作範囲の説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
１Ａ  固定胴部
１Ｂ  可動胴部
２    カッタヘッド
３    幅拡縮シリンダ
４    カッタ駆動装置
５Ａ〜５Ｈ  カッタ駆動シリンダ
６    圧力室
７Ａ  送泥管
７Ｂ  排泥管
９    エレクタ装置
１０    推進ジャッキ
１１    センター隔壁
２１    回動継手
２２    回動継手
３１    矩形枠フレーム
３２    柱状フレーム
３３    土砂取り入れ口
３４，３５  カッタビット
【図１】
0003778647.tif 000002
【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】
0003778647.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003778647.tif 000012
【図１２】
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