(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの前部に設けられた隔壁に、切羽に臨むカッタ面板を有する回転カッタを同一面内にて間隔を隔てて複数設けると共に、これら回転カッタの間において上記回転カッタの回転域を避けて揺動する揺動カッタを上記回転カッタと同一面内に設けた多連型シールド掘進機であって、
上記隔壁に、上記揺動カッタが取り付けられた揺動軸を軸支し、該揺動軸に、上記揺動カッタと上記隔壁との間に位置させて、上記揺動カッタと一体的に揺動する土止板を取り付け、
該土止板は、切羽側から見て上記シールドフレームの内方にて少なくとも上記回転カッタ同士の間の部分を覆うように形成されたことを特徴とする多連型シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の回転カッタを有する多連型シールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多連型シールド掘進機は、シールドフレームの前面に複数の回転カッタを有し、これら回転カッタによって複数の円が連なった断面のトンネルを掘削するものである。この種の多連型シールド掘進機として、図６および図７に示すものが知られている。
【０００３】
この多連型シールド掘進機は、断面ピーナッツ型に形成された筒状のシールドフレームａの前面に３個の回転カッタｂが各カッタスポークｃを噛み合わせて配置されている。この構成によれば、切羽の土砂は、各回転カッタｂが同期回転されることにより、各回転カッタｂで掘削されて一旦その後方の土砂取込室ｄに取り込まれ、その後図示しないスクリューコンベヤ等で機内側に搬送される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記多連型シールド掘進機にあっては、同一平面内にて各回転カッタｂのカッタスポークｃを噛み合わせているため、各カッタスポークｃ同士の周方向の間に、切羽と土砂取込室ｄとの間を連通するスペースＳが生じてしまう。このため、自立性のある切羽ならよいが、切羽が崩壊性の高い軟弱地盤の場合、切羽の土砂が上記スペースＳを通ってカッタｂで掘削されることなく土砂取込室ｄ内に侵入してしまい、切羽の保持が行えなかった。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、崩壊性の高い軟弱地盤であっても、切羽の安定した保持が可能な多連型シールド掘進機を提供することにある。
【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本発明は、シールドフレームの前部に設けられた隔壁に、切羽に臨むカッタ面板を有する回転カッタを同一面内にて間隔を隔てて複数設けると共に、これら回転カッタの間において上記回転カッタの回転域を避けて揺動する揺動カッタを上記回転カッタと同一面内に設けた多連型シールド掘進機であって、上記隔壁に、上記揺動カッタが取り付けられた揺動軸を軸支し、該揺動軸に、上記揺動カッタと上記隔壁との間に位置させて、上記揺動カッタと一体的に揺動する土止板を取り付け、該土止板は、切羽側から見て上記シールドフレームの内方にて少なくとも上記回転カッタ同士の間の部分を覆うように形成されたものである。
【０００７】
本発明によれば、切羽の土砂は、回転カッタの回転と揺動カッタの揺動とによって掘削されつつ、各回転カッタのカッタ面板と、揺動カッタの揺動軸に設けられた土止板とにより、土止めされる。よって、崩壊性の高い軟弱地盤であっても、安定した切羽の保持が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１および図２は、本実施形態に係る泥水式多連型シールド掘進機１の正面図および平断面図を示すものである。
【００１０】
図示するように、断面がピーナッツ型に形成された筒状のシールドフレーム２の前面の左右に、２個の回転カッタ３，４が所定間隔Ｌを隔てて同一平面内に配置されている。各回転カッタ３，４は、円板状のカッタ面板５に土砂取込用のスリット６を開口し、そのスリット６に沿ってビット７を複数取り付けた泥水シールド用のものが用いられている。
【００１１】
カッタ面板５の背面には、図５に示すように各スリット６の開口面積を調節するシャッタ８が、平行リンク９およびシリンダ１０を介してそれぞれ設けられている。各シャッタ８は、スリット６の開口面積を調節して土砂取込量を調節することにより、切羽を安定に保つように切羽の土圧水圧を制御する。また、掘削停止時には図５(b) に示すように各スリット６を完全に閉じ、切羽の崩壊を防止する。
【００１２】
各回転カッタ３，４の回転軸１１は、シールドフレーム２内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁１２を貫通してその隔壁１２に軸支されており、その坑内側回転軸１１ａに設けられた外歯ギヤ１３に、隔壁１２にブラケット１４を介して取り付けられたモータ１５のピニオン１６が噛合されて回転駆動されるようになっている。なお、左右の回転カッタ３，４は、回転反力を打ち消すために、原則として相互に逆回転される。
【００１３】
この構成によれば、左右の回転カッタ３，４をモータ１５によって回転させると、切羽の土砂がビット７によって掘削され、その掘削土砂がスリット６を通してカッタ室１７内に取り込まれる。カッタ室１７は、隔壁１２とカッタ面板５とシールドフレーム前端部２ａとによって区画された土砂取込室である。カッタ室１７内の土砂は、送泥管１８から供給された泥水と混合され、還流泥水となって排泥管１９を通って排出される。
【００１４】
左右の回転カッタ３，４の間には、それら回転カッタ３，４の回転域を避けて揺動軸２０廻りに揺動する（本実施例では20度の揺動角）揺動カッタ２１が設けられている。揺動カッタ２１は、三味線のばち状に形成された２枚の板を、揺動軸２０を挟んで 180度間隔で背中合わせに接続した表板体２２を備えている。
【００１５】
表板体２２の側面部２２ａの形状は、回転カッタ３，４のカッタ面板５の曲率と略一致する凹円弧状に形成されている。また、表板体２２の端面部２２ｂの形状は、切羽側から見てシールドフレーム２の外縁を覆う凸円弧状に形成されている。かかる表板体２２には、４つの土砂取込用のスリット２３が、揺動軸２０を中心として放射状に開口されている。これらスリット２３は、表板体２２の裏面に設けられた前述した図５に示す如きシャッタ８によって、その開口面積が調節されるようになっている。
【００１６】
表板体２２には、スリット２３に沿ってビット２４が複数取り付けられている。各ビット２４は、図４に示すように、径方向に位相がズラされて取り付けられており、揺動カッタ２１が揺動した際に、異なった部分を掘削するようになっている。揺動カッタ２１のビット２４は、回転カッタ３，４のビット７より小型のものが用いられる。何故なら、揺動カッタ２１は、20度の範囲で円弧状に往復動するに過ぎないため、回転カッタ３，４のように 360度回転して円状の切削パスとなるものより、切羽を少しずつ削る必要があるからである。
【００１７】
表板体２２の裏面には、その外周縁を区画するようにリブ２５が設けられており、このリブ２５および揺動軸２０には、土止板２６が取り付けられている。土止板２６は、揺動軸２０を中心としてシールドフレーム２より僅かに小径に形成された円板２７に、左右の回転カッタの回転軸１１を避ける逃げ部２８を設けて構成されており、切羽側からみて揺動カッタ２１の揺動域を覆う形状に成形されている。すなわち、上記逃げ部２８は、土止板２６の揺動時に、回転カッタ３，４のカッタ面板５の背後に隠れたままになるようになっている。
【００１８】
土止板２６は、切羽の土砂を当該土止板２６で受け止め、土砂が直接カッタ室１７内に侵入することを防止するものである。仮に、土止板２６がないとすると、切羽の土砂が揺動カッタ２１の側面部２２ａと回転カッタ３，４の側面部２９との間（揺動域）から直接カッタ室１７内に侵入してしまう。そして、一旦カッタ室１７内に侵入した土砂は、揺動および回転カッタ３，４，２１では掘削することができないので、カッタ室１７内で固着する虞がある。
【００１９】
これに対し、本実施形態のように土止板２６を設ければ、切羽の土砂は、土止板２６と揺動カッタ２１の側面部２２ａのリブ２５と回転カッタ３，４の側面部２９のリブ３０とで区画されたスペース３１（三日月を半分にしたような形状）に挟み込まれ、揺動カッタ２１の揺動によって削岩され潰される。そして、潰された土砂は、切羽側に廻り込んで回転カッタ３，４のスリット６および揺動カッタ２１のスリット２３を通って、カッタ室１７内に送られる。
【００２０】
なお、土止板２６には、表板体２２のスリット２３を通った土砂をカッタ室１７に導く取込口（図示せず）が形成されている。この土止板２６の取込口は、表板体２２のスリット２３から揺動カッタ２１内に取り込まれた掘削土砂を、カッタ室１７に導く機能を発揮する。このようにしてカッタ室１７内に取り込まれた土砂は、前述したように送泥管１８から供給された泥水と混合され、還流泥水となって排泥管１９を通って排出される。
【００２１】
かかる掘削は、揺動カッタ２１の揺動軸２０が揺動され、その表板体２２と土止板２６とが一体的に揺動されることにより、達成される。揺動カッタ２１の揺動軸２０は、左右の回転カッタ３，４の回転軸１１，１１を結ぶ直線の中間に位置し、隔壁１２を機内側に貫通して隔壁１２に軸支されている。揺動軸２０の切羽側の端部には、ビット３２を備えたコーン体３３が設けられている。
【００２２】
他方、揺動軸２０の機内側の部分には、図３に示すように、２本の揺動アーム３４が 180度間隔で一直線状に設けられている。各揺動アーム３４の先端部には、揺動ジャッキ３５の伸縮ロッド部３５ａが、ピン３６を介して接続されている。各揺動ジャッキ３５のシリンダ部３５ｂは、隔壁１２に取り付けられたブラケット３７に、ピン３８を介して支持されている。
【００２３】
これら揺動ジャッキ３５は、図示しないコントローラに接続されており、同期して伸縮するようになっている。また、揺動ジャッキ３５の伸縮ストロークは、揺動カッタ２１の表板体２２が回転カッタ３，４の側面部２９に接触しないように設定されており、揺動カッタ２１のストッパをも兼ねている。
【００２４】
以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。
【００２５】
切羽を掘削するときは、左右の回転カッタ３，４用のモータ１５，１５および中央の揺動カッタ２１用の揺動ジャッキ３５を作動させる。すると、左右の回転カッタ３，４が回転（原則として相互に逆回転）すると共に中央の揺動カッタ２１が揺動し、切羽が同一平面内で掘削される。
【００２６】
ここで、切羽の土砂は、各回転カッタ３，４のカッタ面板５，５と、揺動カッタ２１の揺動軸２０に設けられた土止板２６とにより、土止めされる。よって、崩壊性の高い軟弱地盤であっても、安定した切羽の保持が可能となる。なお、切羽の土圧水圧は、回転カッタ３，４および揺動カッタ２１の各スリット６，２３を開閉するシャッタ８の開度によって、自在に制御できる。
【００２７】
すなわち、切羽の土砂は、回転カッタ３，４のカッタ面板５，５、揺動カッタ２１の表板体２２および土止板２６に支持されつつ、各カッタ３，４，２１のスリット６，２３を通ってカッタ室１７に導かれることとなり、切羽側とカッタ室１７側とのシール性が高まる。これにより、崩壊性の高い軟弱地盤であっても、安定した切羽の保持が可能となるのである。
【００２８】
また、揺動カッタ２１は、左右の回転カッタ３，４の回転域を避けて揺動するため、回転カッタ３，４との重複掘削域がなくなる。よって、過剰な掘削力を装備する必要がなくなり、経済性が向上する。
【００２９】
また、各カッタ３，４，２１が互いに干渉しないため、全カッタ３，４，２１を独立に制御できる。例えば、左右の岩盤の硬さが異なっていても、左右の回転カッタ３，４の回転速度を変えることで切羽の掘削状態を略一定に保つことができ、切羽を安定に保持できる。
【００３０】
また、左右の回転カッタ３，４の回転速度を積極的に変えて、カーブ掘進することや、岩盤の硬さに応じて左右の掘進速度が一定となるように左右の回転カッタ３，４の回転速度を変えることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る多連型シールド掘進機によれば、次のような優れた効果を発揮できる。
【００３２】
(1)切羽の土砂を各回転カッタのカッタ面板および揺動カッタの土止板によって土止めできるので、崩壊性の高い軟弱地盤であっても、切羽の安定した保持が可能となる。
【００３３】
(2)揺動カッタと回転カッタとの重複掘削域がなくなるので、過剰な掘削力を装備する必要がなくなり、経済性が向上する。
【００３４】
(3)各カッタが互いに干渉しないので、全カッタを独立に制御できる。よって、積極的に左右の回転速度を変えてカーブ掘進すること等も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す多連型シールド掘進機（泥水式）の正面図である。
【図２】上記多連型シールド掘進機の平断面図である。
【図３】上記多連型シールド掘進機の背面図である。
【図４】上記多連型シールド掘進機の揺動カッタが揺動したときの各ビットの軌跡を示す図である。
【図５】上記多連型シールド掘進機のカッタに形成されたスリットを開閉するシャッタを示す図である。
【図６】従来例を示す多連型シールド掘進機の正面図である。
【図７】上記多連型シールド掘進機の平断面図である。
【符号の説明】
１  多連型シールド掘進機
３  回転カッタ
４  回転カッタ
５  カッタ面板
２０  揺動軸
２１  揺動カッタ
２６  土止板
Ｌ  所定間隔
【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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