(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の中心軸心から所定量だけ偏心した偏心軸心を有する複数の回転体が、シールド本体の前部に並べて設けられ、これら回転体に、放射状の３本のカッタースポークをそれぞれ有する地山掘削用のカッターヘッドが前記偏心軸心回りに自転するように設けられ、各回転体を前記中心軸心回りに公転させるとともにカッターヘッドを前記偏心軸心回りに自転させることで、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削するようにしたシールド掘進機であって、
カッターヘッド間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を掘削するための残留部掘削装置が設けられ、
この残留部掘削装置は、カッターヘッド間に配置されカッタースポークの切羽面に沿って同一平面上で往復移動される残留部掘削カッターと、この残留部掘削カッターを残留部の切羽面に平行に移動させるための移動手段とを備え、
前記移動手段は、カッターヘッド間に対で配置された揺動軸と、前記各揺動軸にその中心から偏心して取り付けられた支軸に基端部がそれぞれ揺動自在に取付けられるとともに残留部掘削カッターが揺動自在に取付けられた揺動アームと、前記各揺動アームの基端部を前記支軸および前記揺動軸を介してそれぞれ往復回動させる回動用のシリンダ装置と、前記揺動アームを前記支軸を中心に揺動させる揺動用のシリンダ装置とが設けられた
ことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体の中心軸心から所定量だけ偏心した偏心軸心を有する複数の回転体が、シールド本体の前部に並べて設けられ、これら回転体に、それぞれ正面視形状がルーロの三角形と同一形状にされた地山掘削用のカッターヘッドが前記偏心軸心回りに自転するように設けられ、各回転体を前記中心軸心回りに公転させるとともにカッターヘッドを前記偏心軸心回りに自転させることで、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削するようにしたシールド掘進機であって、
カッターヘッド間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を掘削するための残留部掘削装置が設けられ、
この残留部掘削装置は、カッターヘッド間に配置されカッタースポークの切羽面に沿って同一平面上で往復移動される残留部掘削カッターと、この残留部掘削カッターを残留部の切羽面に平行に移動させるための移動手段とを備え、
前記移動手段は、カッターヘッド間に対で配置された揺動軸と、前記各揺動軸にその中心から偏心して取り付けられた支軸に基端部がそれぞれ揺動自在に取付けられるとともに残留部掘削カッターが揺動自在に取付けられた揺動アームと、前記各揺動アームの基端部を前記支軸および前記揺動軸を介してそれぞれ往復回動させる回動用のシリンダ装置と、前記揺動アームを前記支軸を中心に揺動させる揺動用のシリンダ装置とが設けられた
ことを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルーロの三角形に基づき形成されたカッターヘッドを自転させるとともに偏心した軸心回りで公転させることにより、断面が楕円形状または矩形状のトンネルを掘削するためのシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ルーロの三角形に基づき形成されたカッターヘッドを自転させるとともに偏心した軸心回りに公転させることにより、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削するためのシールド掘進機がある。例えば一例として、図１０および図１１（特開平６−３３６８９８号公報）に示すものであり、このシールド掘進機６０によれば、ルーロの三角形内にある三本のスポーク式のカッター６１が、回転体６２によって回転されると、回転体６２が所定の偏心量ｅでもってシールド本体６０の中心軸６３に対して公転し、図示のようなほぼ長方形の断面が掘削されるものである。しかし、上記のようにして地山Ｇを掘削しても、ルーロの三角形の外側にある各長方形の長辺の中央部に未掘削部６４が残ってしまう。このため、上記従来のシールド掘進機６０では、各長方形の長辺の中央部に固定カッター６５を配置し、この固定カッター６５の押出し剪断力によって長方形の長辺の中央部の地山を掘削していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のシールド掘進機６０では、地山Ｇが硬質の場合、固定カッター６５の押込み剪断力では掘削することができない。また、地山Ｇが軟質の場合は固定カッター６５の押出し剪断力によって地山は掘削可能であるが、この場合、掘削された地山Ｇが固定カッターの前方に堆積して掘削抵抗が大きくなり、固定カッター６５に損傷を与えてしまっていた。
【０００４】
そこで、本発明は、上記課題を解決し得るシールド掘進機の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の課題解決手段は、シールド本体の中心軸心から所定量だけ偏心した偏心軸心を有する複数の回転体が、シールド本体の前部に並べて設けられ、これら回転体に、放射状の３本のカッタースポークをそれぞれ有する地山掘削用のカッターヘッドが前記偏心軸心回りに自転するように設けられ、各回転体を前記中心軸心回りに公転させるとともにカッターヘッドを前記偏心軸心回りに自転させることで、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削するようにしたシールド掘進機であって、カッターヘッド間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を掘削するための残留部掘削装置が設けられ、この残留部掘削装置は、カッターヘッド間に配置されカッタースポークの切羽面に沿って同一平面上で往復移動される残留部掘削カッターと、この残留部掘削カッターを残留部の切羽面に平行に移動させるための移動手段とを備え、前記移動手段は、カッターヘッド間に対で配置された揺動軸と、前記各揺動軸にその中心から偏心して取り付けられた支軸に基端部がそれぞれ揺動自在に取付けられるとともに残留部掘削カッターが揺動自在に取付けられた揺動アームと、前記各揺動アームの基端部を前記支軸および前記揺動軸を介してそれぞれ往復回動させる回動用のシリンダ装置と、前記揺動アームを前記支軸を中心に揺動させる揺動用のシリンダ装置とが設けられたものである。
また請求項２記載の課題解決手段は、シールド本体の中心軸心から所定量だけ偏心した偏心軸心を有する複数の回転体が、シールド本体の前部に並べて設けられ、これら回転体に、それぞれ正面視形状がルーロの三角形と同一形状にされた地山掘削用のカッターヘッドが前記偏心軸心回りに自転するように設けられ、各回転体を前記中心軸心回りに回転させるとともにカッターヘッドを前記偏心軸心回りに自転させることで、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削するようにしたシールド掘進機であって、カッターヘッド間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を掘削するための残留部掘削装置が設けられ、この残留部掘削装置は、カッターヘッド間に配置されカッタースポークの切羽面に沿って同一平面上で往復移動される残留部掘削カッターと、この残留部掘削カッターを残留部の切羽面に平行に移動させるための移動手段とを備え、前記移動手段は、カッターヘッド間に対で配置された揺動軸と、前記各揺動軸にその中心から偏心して取り付けられた支軸に基端部がそれぞれ揺動自在に取付けられるとともに残留部掘削カッターが揺動自在に取付けられた揺動アームと、前記各揺動アームの基端部を前記支軸および前記揺動軸を介してそれぞれ往復回動させる回動用のシリンダ装置と、前記揺動アームを前記支軸を中心に揺動させる揺動用のシリンダ装置とが設けられたものである。
【０００６】
上記構成において、回転体を、シールド本体の中心から所定量だけ偏心した偏心軸心を中心に公転させ、回転体に放射状に設けた３本のカッタースポークまたはルーロの三角形と同一形状のカッターヘッドを、回転体の偏心軸心回りに自転させ、回転体を回転軸心回りに公転させることで地山を掘削するようにし、カッターヘッド間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を、残留部の切羽面に沿って往復移動する残留部掘削カッターと、これを往復移動させる移動手段とを有した残留部掘削装置で、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削する。そして揺動用および回動用のシリンダ装置を駆動して揺動軸を揺動させることにより、残留部掘削カッターが残留部の切羽面に沿って往復移動し、地山の断面を楕円形状または矩形状に掘削する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態に係るシールド掘進機において、カッターヘッドＨは、ルーロの三角形に内接して先端部にコピーカッター２１を有する三本のカッタースポーク２を有する掘削部２２を一対で設けることにより構成されている。ここで、各掘削部２２は同様の構成なので、一方の掘削部２２のみの構成を説明する。
【０００９】
図１の破断正面図および図２の破断平面図において、１はシールド本体、２はルーロの三角形に内接する前記三本の前記カッタースポーク、３はカッタースポーク２をＰ１回りに回転させるための自転歯車、４はピニオン、５はピニオン４を駆動させるための駆動源（駆動モータ）、６は歯車箱でカッタースポーク軸（回転体）３０に軸支されている。７は、歯車箱６とシールド本体１との間に取付けられて、歯車箱６が上下方向の偏心量ｅで公転する際の偏心運動を許容するシリンダ装置である。
【００１０】
８はその偏心量ｅで公転する公転輪、９は偏心量ｅで公転する公転歯車、１０はこの公転歯車９に噛合するピニオン、１１はその駆動源（駆動モータ）である。上記のような掘削部２２が、シールド本体１の左右に一対で設けられている。このような構成において、カッタースポーク２の自転方向とカッタースポーク軸３０の公転方向が逆で、カッタースポーク軸３０の公転速度がカッタースポーク２の自転速度の３倍のとき、地山Ｇの掘削断面Ｇ１は、図１に示すように、略長方形断面となり、逆にカッタースポーク２の自転方向とカッタースポーク軸３０の公転方向が同方向で、公転速度が自転速度の３倍の場合は、地山Ｇの掘削断面Ｇ１は、略楕円形断面となる。
【００１１】
すなわち、図１はカッタースポーク２はその自転中心（偏心軸心）Ｐ１回りにＤ１，Ｄ２方向に自転し、カッタースポーク軸３０はその公転中心（中心軸心）Ｐ２回りにそれぞれＥ１，Ｅ２方向に回転することで、地山Ｇの掘削断面Ｇ１が略長方形断面に掘削される。
ところで、図６〜図９では、カッタースポーク２の自転方向とカッタースポーク軸３０の公転方向が逆で、カッタースポーク軸３０の公転速度がカッタースポーク２の自転速度の３倍の場合の掘削断面Ｇ１、およびカッタースポーク２、カッタースポーク軸３０の動きを示し、これによる掘削断面Ｇ１は、略長方形断面となった例である。
【００１２】
ところで、上記のようにしてトンネルの断面を掘削した場合、図１に示すように、ルーロの三角形の外側にある長方形の長辺の中央部付近に未掘削部（残留部）２５が残ってしまう。このため、本発明の実施の形態では、図３〜図５に示すように、この未掘削部２５を掘削するための残留部掘削装置２６を掘削部２２間に上下一対で配置している。
【００１３】
次に、これら各残留部掘削装置２６の構成を説明する。各残留部掘削装置２６は、未掘削部２５の切羽面に沿って平行に往復移動（揺動）する残留部掘削カッター４０と、この残留部掘削カッター４０を未掘削部２５の切羽面に平行に移動させるための移動手段４１とを備え、前記残留部掘削カッター４０は開口されてその外周部にはカッタービット４０ａが整然と取付けられている。
【００１４】
この移動手段４１は、カッタースポーク２間に配置されてシールド本体１に取付けられた一対の揺動軸４２，４３と、これら揺動軸４２，４３を揺動させるための複数の回動用のシリンダ装置４４，４６および揺動用のシリンダ装置４５と、残留部掘削カッター４０を前記揺動軸４２，４３に支軸４７ａ，４８ａを介して揺動自在に取付けた揺動アーム４７，４８とを備え、各揺動アーム４７，４８の支軸４７ａ，４８ａは、揺動軸４２，４３の中心にｅ１だけ偏心して取付けられ、各揺動アーム４７，４８の先端部４７ｂ，４８ｂは、残留部掘削カッター４０の途中に揺動自在に取付けられている。
【００１５】
また、前記各シリンダ装置４４，４５，４６は、その基端部がシールド本体１にブラケット４４ａ，４５ａ，４６ａを介して揺動自在に取付けられ、そのうちの一方の回動用のシリンダ装置４４の先端部は、ブラケット４９を介して一方の揺動軸４２に揺動自在に取付けられ、この回動用のシリンダ装置４４に並べて配置された揺動用のシリンダ装置４５は、揺動アーム４７の途中にブラケット５０を介して揺動自在に取付けられ、さらに、他方の回動用のシリンダ装置４６の先端部は、揺動軸４３にブラケット５１を介して揺動自在に取付けられている。
【００１６】
この構成において、各シリンダ装置４４，４５，４６を伸縮することにより、残留部掘削カッター４０は、図の実線と仮想線で示す間でＬの水平区間でもって未掘削部２５の切羽面に沿って揺動し、未掘削部２５をシールド本体１の推進力によって掘削する。なお、カッタースポーク２と残留部掘削カッター４０の動きは干渉しないよう制御されている。
【００１７】
さらに具体的には、未掘削部２５を掘削する場合、図３の仮想線で示すように、一方の回動用のシリンダ装置４４を縮め、他方の回動用のシリンダ装置４６を伸長すると、ブラケット４９，５０，５１を介して揺動軸４２，４３が回転し、各揺動アーム４７，４８の基端部が偏心した状態で往復回動する。そして、さらに揺動用のシリンダ装置４５を伸縮させることにより、残留部掘削カッター４０が未掘削部２５の切羽面に沿って往復移動することで、カッタービット４２の切削により未掘削部２５が掘削され、シールド本体１の後方へ排出される。
【００１８】
このように、本発明の実施の形態によれば、ルーロの三角形の外側にある長方形の長辺の中央部の未掘削部２５を掘削する残留部掘削装置２６を設け、この残留部掘削装置２６は、カッタースポーク２間に配置されて、未掘削部２５の切羽面に沿って往復移動する残留部掘削カッター４０と、この残留部掘削カッター４０を未掘削部２５の切羽面に平行に移動させるための移動手段４１とを備えたので、カッタースポーク２の動きと残留部掘削カッター４０の動きとが干渉しないよう制御することで、トンネルの未掘削部２５を掘削して、トンネルの掘削断面Ｇ１を矩形断面に掘削することができるとともに、残留部掘削カッター４０は、揺動動作によって未掘削部２５を掘削するので、単に残留部掘削カッター４０を左右あるいは上下に移動させて未掘削部２５を掘削する場合に比べて、未掘削部２５の掘削量を増加させることができる。勿論、場合に応じて残留部掘削カッター４０を左右あるいは上下に移動させるよう構成し、これによって残留部掘削カッター４０を未掘削部２５の切羽面に沿って移動させることで未掘削部２５を掘削するようにすることも可能である。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、ルーロの三角形に基づき形成されたカッタースポークを自転させるとともに偏心した軸心に回りで公転させることにより、トンネルの断面を矩形状に形成することとしたが、これに限定されるものではなく、トンネルの断面を楕円形状に掘削する場合であっても、残留部掘削装置２６においては、上記実施の形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００２０】
また、上記実施の形態においては、カッターヘッドＨの正面視形状をルーロの三角形内にある三本のスポーク式のものを示したがこれに限定されるものではなく、面板が互いに干渉しないように前後にずらしてルーロの三角形と同一形状にすることもできる。この場合も上記実施の形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、ルーロの三角形に基づき形成されたカッターヘッドを自転させるとともに偏心した軸心回りで公転させることにより、断面が楕円形状または矩形状のトンネルを掘削する際、カッター間の掘削面の周辺部に掘り残される残留部を掘削するための残留部掘削装置を設け、残留部掘削装置は、カッター間に配置されて、残留部の切羽面に沿って往復移動する残留部掘削カッターと、この残留部掘削カッターを残留部の切羽面に平行に移動させるための移動手段とを備えたので、地山が軟質の場合であっても確実に残留部掘削装置によってトンネルの残留部を掘削でき、また、掘削された地山が固定カッターの前方に堆積して掘削抵抗が大きくなることもなく、従って、残留部掘削カッターに損傷を与えるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すシールド掘進機の破断正面図である。
【図２】同じく破断平面図である。
【図３】同じく残留部掘削装置の構成および動きを示す正面図である。
【図４】同じく一部破断側面図である。
【図５】同じく一部破断平面図である。
【図６】同じくトンネルを矩形断面に掘削する際のカッタースポークの自転およびカッタースポーク軸の公転状態を示す概略正面図である。
【図７】同じくトンネルを矩形断面に掘削する際のカッタースポークの自転およびカッタースポーク軸の公転状態を示す概略正面図である。
【図８】同じくトンネルを矩形断面に掘削する際のカッタースポークの自転およびカッタースポーク軸の公転状態を示す概略正面図である。
【図９】同じくトンネルを矩形断面に掘削する際のカッタースポークの自転およびカッタースポーク軸の公転状態を示す概略正面図である。
【図１０】従来のシールド掘進機の概略構成を示す正面図である。
【図１１】同じく要部拡大正面図である。
【符号の説明】
１      シールド本体
２      カッタースポーク
３      自転歯車
８      公転輪
９      公転歯車
２１    コピーカッター
２２    掘削部
２５    未掘削部
２６    残留部掘削装置
３０    カッタースポーク軸
４０    残留部掘削カッター
４１    移動手段
４２    揺動軸
４４    シリンダ装置
４７    揺動アーム
Ｇ      地山
Ｇ１    掘削断面
Ｐ１    自転中心
Ｐ２    公転中心
【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】
0003794873.tif 000008
【図８】
0003794873.tif 000009
【図９】
0003794873.tif 000010
【図１０】
0003794873.tif 000011
【図１１】
0003794873.tif 000012