シールドマシン
【課題】 多数のジャッキを要しないシールドマシンを提供する。
【解決手段】 シールドマシン２００は、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０Ｄ、周回推進体２０Ｃ、及び推進体駆動機構３０を備えている。周回推進体２０Ｃは、トンネルの壁面に敷設された六角形のセグメント５Ｃの前方端面上を周方向に滑動するように回転することにより、掘削方向前方Ｆへの推進力を生成する。推進体駆動機構３０は、周回推進体２０を回転駆動する。新たなセグメント５Ｃを設置し得る空隙が、周回推進体２０Ｃと既に設置されたセグメント５Ｃとの間に存在するので、コレクタ５０は新たなセグメント５Ｃをつかみ取り、空隙に配置する。その間、周回推進体２０Ｃは停止する必要がない。
【解決手段】 シールドマシン２００は、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０Ｄ、周回推進体２０Ｃ、及び推進体駆動機構３０を備えている。周回推進体２０Ｃは、トンネルの壁面に敷設された六角形のセグメント５Ｃの前方端面上を周方向に滑動するように回転することにより、掘削方向前方Ｆへの推進力を生成する。推進体駆動機構３０は、周回推進体２０を回転駆動する。新たなセグメント５Ｃを設置し得る空隙が、周回推進体２０Ｃと既に設置されたセグメント５Ｃとの間に存在するので、コレクタ５０は新たなセグメント５Ｃをつかみ取り、空隙に配置する。その間、周回推進体２０Ｃは停止する必要がない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によるトンネルの形成に用いるシールドマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法とは、トンネルの先端にシールドと呼ばれる茶筒の様な鋼鉄製の外筒を設けて、崩壊しようとする土を押さえつつ掘削を行い、内部でゼグメントと呼ばれるブロックをリング状に組み立てていく工法として知られている（非特許文献１）。シールドを有して、当該工法に用いられる機械がシールドマシンである。
【０００３】
従来のシールドマシンの代表的なものとして、例えば非特許文献２に開示される技術が知られている。このシールドマシンは、トンネルの壁面に敷設されたセグメントの掘削方向前方端面を、多数のシールドジャッキにより押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成するように構成されている。そして、シールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに推進力が伝えられ、推進力を得た当該カッターヘッドを回転させることにより、前方の地山を掘削する（非特許文献２の図−１．１．１）。また、掘削方向を調整するためには、シールドを前後に分割し、多数の中折れジャッキを用いて、それらの間の相対的な傾斜角を調整する機構が採用される（非特許文献２の図−１．２．５）。このように、代表的な従来のシールドマシンでは、多数のジャッキをシールド内に設置することが必要とされていた。
【０００４】
一方、特許文献１には、セグメントをらせん状に組み立ててゆく技術が開示されている。この技術は、らせん状に組み立てられたセグメントの最先端部に、扇状のカッターを配置し、当該カッターをセグメントに沿ってらせん状に回転させることにより、地山の掘削を進めるものとなっている。それにより、この従来技術は、シールドジャッキを要することなく、掘削を進めることが可能となっている。しかしこの従来技術では、カッターは、セグメントの掘削方向軸を含む面を掘削面とするものであり、そもそも前方へ向かう推進力を要しないものである。さらにこの従来技術によるシールドマシンは、掘削の方向を転換することは想定されていない。
【０００５】
以上のように、掘削方向前面の地山を掘削する代表的なタイプのシールドマシンでは、前方へ向かう推進力を得るために多数のシールドジャッキを必要とするという問題点があった。さらに、非特許文献２が開示するように、掘削方向の転換を可能とするシールドマシンでは、多数の中折れジャッキを必要とする、という問題点があった。このため、シールドマシンの構造が複雑となり、前後の全長も大きいものとならざるを得ないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−００５９７９６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鹿島建設株式会社のウェブサイト「テクノ・ライブラリ（２００２年）」（http://www.kajima.co.jp/news/digest/apr_2002/techno/index-j.htm）
【非特許文献２】シールド工法技術協会「泥土加圧シールド工法技術資料」（平成１９年６月発行第１１版：http://www.shield-method.gr.jp/gijyutsu/dk.pdfにより入手可能）図−１．１．１「泥土加圧シールド工法原理図」、図−１．２．５「玉石・巨礫用外周支持タイプシールド」参照
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、多数のジャッキを要しないシールドマシンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメントを、その掘削方向前方端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有するように、前記トンネルの壁面に敷設するシールドマシンである。そして、当該シールドマシンは、筒状のシールドと、周回推進体と、推進体駆動機構と、カッターヘッドと、カッターヘッド駆動機構と、を備えている。周回推進体は、前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの前記前方端面上を周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方への推進力を生成するものである。推進体駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記周回推進体を周回駆動するものである。カッターヘッドは、前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前方の地山を掘削するものである。そして、カッターヘッド駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するものである。
【００１０】
この構成によれば、推進体駆動機構により周回駆動されることにより、周回推進体が、トンネルの壁面に敷設されたセグメントの前方端面上を周方向に滑動する。セグメントの前方端面が傾斜面を有するために、周回推進体は、セグメントからの反作用により掘削方向前方へ向かう推進力を得る。この推進力は、推進体駆動機構あるいはシールドに伝えられ、さらにシールドあるいはカッターヘッド駆動機構を通じて、シールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに伝えられる。カッターヘッドは、それにより推進力を得て、さらにカッターヘッド駆動機構により駆動されることにより、掘削方向前方の地山の掘削を進めることができる。推進力を得るのに周回推進体が用いられるので、従来の技術に必要とされた多数の推進ジャッキを要しない。なお本発明において、セグメントの前方端面が傾斜面を有する、とは、必ずしもセグメントの前方端面の全てが傾斜面をなすことを要するものではない。また、「トンネル」とは、道路、鉄道用のみを指すのではなく、下水用、配管用、ケーブル配設用を含み、さらに縦坑をも含むものであり、地山を掘削して形成される孔を広く意味する。
【００１１】
本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、前記推進体駆動機構により周回駆動される環状体と、当該環状体の掘削方向後端面に設けられ前記セグメントの前記前方端面上を転動する転動体とを有するものである。
【００１２】
この構成によれば、周回推進体が環状体の掘削方向後端面に、セグメントの前方端面上を転動する転動体を有するので、環状体を周回駆動することにより、セグメントの前方端面上に転動体を転動させることが可能となる。それにより、周回推進体とセグメントとの間の摩擦を減じることができ、その結果、推進体駆動機構から周回推進体に付与される周回駆動力が、効率よく推進力に変換される。環状体の内側には空間が確保されるので、他の機材、例えばエレクタ、泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００１３】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第２の態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、前記環状体の内壁面に形成された内歯歯車をさらに有している。また、前記推進体駆動機構は、前記内歯歯車に噛み合う駆動歯車を有しており、当該駆動歯車を介して前記周回推進体を周回駆動するものである。
【００１４】
この構成によれば、周回推進体の環状体の内壁面に形成された内歯歯車と、推進体駆動機構が有する駆動歯車とが噛み合っており、それにより駆動歯車を介して周回駆動力が推進体駆動機構から周回推進体に付与される。すなわち、簡素な構造により周回推進体を周回駆動することが可能となる。
【００１５】
本発明のうち第４の態様に係るものは、第１ないし第３のいずれかの態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、環状に連結された一連の連結片を有し、当該一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、前記掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、前記推進体駆動機構は、前記周回推進体を所定の軌道に沿うように案内するガイドを有するものである。
【００１６】
この構成によれば、環状に連結された一連の連結片の各々が、隣り合う連結片と掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能で、かつ所定の軌道に沿うように案内されるので、周回推進体が周回する軌道の形状が円形に限定されない。したがって断面が円形のシールドマシンである円形マシンだけでなく、矩形マシン、２連マシン、３連マシンなどにも、周回推進体を適用することが可能となる。また円形マシンに適用した場合においても、岩盤圧等によるシールドの変形に対して、周回推進体が容易に追随することができる。
【００１７】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第１ないし第４のいずれかの態様に係るシールドマシンであって、前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有している。また、前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、前記周回推進体と前記推進体駆動機構とは、前記シールド胴部内に設けられている。さらに前記シールドマシンは、前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構をさらに備えるものである。
【００１８】
この構成によれば、シールドが、カッターヘッドが設けられるシールド頭部と、周回推進体が設けられるシールド胴部とを有しており、それらは互いに分割されており、それらの間の傾斜角が傾斜角調整機構によって調整されるので、掘削の方向を変えることができる。それにより、直進するトンネルだけでなく、進路が湾曲するトンネルも容易に形成することが可能となる。また、周回推進体を周回駆動する推進体駆動機構が、周回推進体と同じくシールド胴部内に設けられるので、推進体駆動機構による周回推進体の周回駆動が容易であり、推進体駆動機構を簡素な構造とすることができる。
【００１９】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第５の態様に係るシールドマシンであって、前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構を、さらに備えている。そして、前記傾斜角調整機構は、前方筒状体と、後方筒状体と、前方筒状体駆動機構と、後方筒状体駆動機構と、を有している。前方筒状体及び後方筒状体は、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うものである。前方筒状体駆動機構は、前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動するものである。後方筒状体駆動機構は、前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動するものである。
【００２０】
この構成によれば、前方筒状体と後方筒状体とは、前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とによってそれぞれ回転駆動されるので、これらの駆動機構によりそれぞれの中心軸の周りの回転位置を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とは、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うので、互いの相対的な回転位置を変えることにより、それぞれの中心軸の相対的な方向を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動する前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部とシールド胴部とにそれぞれ設置されているので、前方筒状体と後方筒状体との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド頭部とシールド胴部との間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキを用いることなく、シールド頭部とシールド胴部との間の傾斜角を調整することが可能となる。前方筒状体と後方筒状体とは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００２１】
本発明のうち第７の態様に係るものは、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、前記トンネルの壁面にセグメントを敷設するシールドマシンであって、筒状のシールドと、推進力生成機構と、カッターヘッドと、カッターヘッド駆動機構と、を備えている。推進力生成機構は、前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの掘削方向前方端面を押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成するものである。カッターヘッドは、前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前面の地山を掘削するものである。カッターヘッド駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するものである。また、前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有している。そして、前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、前記推進力生成機構は、前記シールド胴部に設けられている。さらに前記シールドマシンは、連結機構と、傾斜角調整機構と、を備えている。連結機構は、前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結するものである。傾斜角調整機構は、前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整するものである。そして前記傾斜角調整機構は、前方筒状体と、後方筒状体と、前方筒状体駆動機構と、後方筒状体駆動機構と、を有している。前方筒状体及び後方筒状体は、筒状体を斜めに輪切りにして分けられた形状をなし、輪切りにされた面で互いに当接し合うものである。前方筒状体駆動機構は、前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動するものである。そして、後方筒状体駆動機構は、前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動するものである。
【００２２】
この構成によれば、推進力生成機構が、トンネルの壁面に敷設されたセグメントからの反作用により掘削方向前方への推進力を生成する。推進力生成機構は、例えば、従来技術に用いられる推進ジャッキであってもよく、本願発明に係る周回推進体を用いたものであっても良い。この推進力は、シールドを通じてシールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに伝えられる。カッターヘッドは、それにより推進力を得て、さらにカッターヘッド駆動機構により駆動されることにより、掘削方向前方の地山の掘削を進めることができる。さらに、前方筒状体と後方筒状体とは、前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とによってそれぞれ回転駆動されるので、これらの駆動機構によりそれぞれの中心軸の周りの回転位置を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とは、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うので、互いの相対的な回転位置を変えることにより、それぞれの中心軸の相対的な方向を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動する前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部とシールド胴部とにそれぞれ設置されているので、前方筒状体と後方筒状体との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド頭部とシールド胴部との間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体と後方筒状体とをそれぞれ回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキを用いることなく、シールド頭部とシールド胴部との間の傾斜角を調整することが可能となる。前方筒状体と後方筒状体とは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００２３】
本発明のうち第８の態様に係るものは、第６又は第７の態様に係るシールドマシンであって、前記連結機構は、環状の連結部材と、第１の支持部材と、第２の支持部材と、を有している。環状の連結部材は、前記前方筒状体及び前記後方筒状体の周囲に配置されている。第１の支持部材は、前記連結部材の一対の対角位置に回動自在に前記シールド頭部を支持するものである。第２の支持部材は、前記連結部材の他の一対の対角位置に回動自在に前記シールド胴部を支持するものである。
【００２４】
この構成によれば、連結機構が環状の連結部材を有する自在継手を成している。シールド頭部とシールド胴部とが、自在継手で連結されるので、３６０°の全方位にわたって、それらを相対的に傾斜させることが可能となる。それにより、進行方向が左右に湾曲したり、上下に湾曲したり、斜めに湾曲したトンネルを容易に形成することが可能となる。さらに自在継手は、環状の連結部材を介してシールド頭部とシールド胴部とを連結しており、当該連結部材は、前方筒状体及び後方筒状体の周囲に配置されている。このため、前方筒状体と後方筒状体がそれらの内側に空間を確保するのを妨げないように、自在継手が構成される。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように本発明によれば、従来の技術で必要とされた多数のジャッキを要しないので、簡素な構造を有するシールドマシンが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の外観斜視図である。
【図３】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の背面図である。
【図４】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の別の例を示す斜視図である。
【図５】図４の周回推進体の使用例を示す説明図である。
【図６】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図７】図６の周回推進体の使用例を示す説明図である。
【図８】図６の周回推進体の別の使用例を示す説明図である。
【図９】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のシールドマシンに用いられる連結機構の構造を示す斜視図である。
【図１２】図１０のシールドマシンに用いられる筒状摺動体の構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２の筒状摺動体の動作を示す上面図である。
【図１４】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図であり、（ａ）は全体斜視図であり、（ｂ）は１つの連結片の斜視図である。
【図１５】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１６】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１７】図１４〜図１６の周回推進体を用いたシールドマシンの一例を示す概略断面図である。
【図１８】図１４〜図１６の周回推進体を用いたシールドマシンの別の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。このシールドマシン１００は、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメント５をトンネルの壁面にらせん状に敷設するものである。そのためにシールドマシン１００は、主要な構成要素として、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０、周回推進体２０、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、及びエレクタ５０を備えている。
【００２８】
カッターヘッド１は、トンネルの掘削方向前方Ｆの地山を掘削するものであり、シールド１０の掘削方向前端部に設けられ、シールド１０内に設けられたカッターヘッド駆動機構２によって回転駆動される。シールド１０は、前方に位置するシールド頭部１１と、後方に位置するシールド胴部１２とに分割されている。図１の例では、カッターヘッド駆動機構２はシールド頭部１１に取り付けられており、カッターヘッド１は、直接にはカッターヘッド駆動機構２に支持されることにより、シールド頭部１１に設けられている。
【００２９】
周回推進体２０は、シールド胴部１２内に設けられ、トンネルの壁面にらせん状に敷設されたセグメント５の掘削方向前方Ｆの端面上を、周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方Ｆへの推進力を生成するものである。推進体駆動機構３０は、周回推進体２０を周回駆動するものであり、シールド胴部１２に取り付けられている。図１の例では、周回推進体２０は全体が剛体として形成されているため、推進体駆動機構３０による周回駆動は、より具体的には回転駆動に該当する。また図１の例では周回推進体２０は、直接には推進体駆動機構３０に支持されることにより、シールド胴部１２内に設けられている。
【００３０】
周回推進体２０は、環状体２１と、この環状体２１の内壁面に形成された内歯歯車２２とを有している。一方、推進体駆動機構３０は、環状のフレーム３１と、動力部３２と、駆動歯車３３とを有している。環状のフレーム３１は、シールド胴部１２の内壁に取り付けられ、周回推進体２０の環状体２１を回転可能に支持するものである。動力部３２はフレーム３１に取り付けられ、周回推進体２０を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車３３は、動力部３２の駆動軸に取り付けられ、かつ周回推進体２０の内歯歯車２２に噛み合っており、それにより動力部３２の回転力を周回推進体２０に伝える。
【００３１】
傾斜角調整機構４０は、シールド頭部１１とシールド胴部１２との傾斜角を調整するものであり、シールド頭部１１とシールド胴部１２とのつなぎ目部分に設けられている。図１の例では、傾斜角調整機構４０はいわゆる「中折れジャッキ」に該当するもので、油圧ジャッキとして構成されており、そのシリンダ部がシールド胴部１２に取り付けられ、ピストンに連結するアーム部がカッターヘッド駆動機構２を通じてシールド頭部１１に接続されている。
【００３２】
エレクタ５０は、自動でトンネルの壁面にセグメント５を敷設するものである。このエレクタ５０は、シールド胴部１２内に設けられた環状軌道５１と、この環状軌道５１上を自在に周回し、セグメントを掴んだり、移送したりするアーム付きロボット５２とを有している。図示を略するが、シールドマシン１００には、カッターヘッド駆動機構２、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、及びエレクタ５０を制御する制御装置がさらに設けられている。制御装置は、例えばプログラムに従って動作するコンピュータを含むものである。また図示を略するが、シールドマシン１００には、カッターヘッド１が掘削することにより生成する掘削土から泥土を形成する作泥機構や、当該泥土を掘削方向後方Ｒへ搬出するスクリューコンベアなどを、適宜設置することができる。周回推進体２０及び推進体駆動機構３０は、概略環状に形成され、その内側には広い空間が確保されるので、エレクタ５０やスクリューコンベヤーなどを、シールド１０の内部に設置することが容易である。
【００３３】
図２は、周回推進体２０の外観斜視図である。周回推進体２０の環状体２１の掘削方向後方Ｒの端面は、らせん状に形成されている。このらせん状の後方端面に沿って、セグメント５（図１）がらせん状に配置されることとなる。環状体２１の後端面は、中心角３６０°の全円周にわたって単一のらせん面をなしている。一回転に伴うらせん面のピッチＰを、セグメント５の掘削方向幅Ｗ（図１）に一致させることにより、周回推進体２０が１回転する毎に、１層のセグメント５を１周にわたってらせん状に敷設することができる。また、ピッチＰをセグメント５の掘削方向幅Ｗの例えば２倍に設定することも可能であり、この場合には、周回推進体２０が１回転する毎に、２層のセグメント５を１周にわたってらせん状に敷設することができる。
【００３４】
環状体２１のらせん状の後方端面には、周方向に沿ってローラ２３の列が配置されている。これらのローラ２３は、周回推進体２０が回転するときに、らせん状に配置されたセグメント５の前方端面上を転動する。それにより、周回推進体２０とセグメント５との間の摩擦を減じることができる。したがって、推進体駆動機構３０から周回推進体２０に付与される回転駆動力が、推進力に効率よく変換される。
【００３５】
図３は、周回推進体２０の背面図である。図３は、内歯歯車２２と駆動歯車３３の位置関係を明瞭に示している。すなわち、周回推進体２０の本体部である環状体２１の内周に沿って内歯歯車２２が形成されている。そしてこの内歯歯車２２に噛み合うように、推進体駆動機構３０の動力部３２（図１）の駆動軸に設けられた駆動歯車３３が配置されている。特に、駆動歯車３３及びこれを駆動する動力部３２は、シールド１０の天井部に設けられている。このことも、エレクタ５０やスクリューコンベヤーなどの機材を、シールド１０の内部に設置することを容易なものにしている。また、シールド１０内に立ち入る作業者の安全上も好ましいものとなっている。
【００３６】
図１に戻って、シールドマシン１００は以上のように構成されるので、以下のように動作する。推進体駆動機構３０により回転駆動されることにより、周回推進体２０が、トンネルの壁面にらせん状に敷設されたセグメント５の前方端面上を周方向に滑動する。セグメント５の前方端面がらせん面を形成するので、周回推進体２０は、セグメント５からの反作用により掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得る。この推進力は、周回推進体２０を支持する推進体駆動機構３０に伝えられ、さらにシールド胴部１２、傾斜角調整機構４０、及びカッターヘッド駆動機構２を通じて、カッターヘッド１に伝えられる。カッターヘッド１は掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得るとともに、さらにカッターヘッド駆動機構２により回転駆動されることにより、掘削方向前方Ｆの地山の掘削を進めることができる。推進力を得るのに周回推進体２０が用いられるので、従来の技術に必要とされた多数の推進ジャッキを要しない。
【００３７】
最終のセグメント５がコレクタ５０によりトンネル内壁に設置された後、周回推進体２０の回転がセグメント５の周に沿った長さ（周長）Ｌを超えると、新たなセグメント５を設置し得る空隙が、周回推進体２０の環状体２１と、既に設置されたセグメント５との間に生まれる。このとき、コレクタ５０は新たなセグメント５をつかみ取り、空隙に配置する。その間、周回推進体２０は停止する必要がない。すなわち、シールドマシン１００は、カッターヘッド１への推進力の付与を休止することなく、前方の地山の掘削を連続的に進めつつ、セグメント５をトンネル内壁に敷設することが可能である。すなわちシールドマシン１００は、高い作業効率を実現する。
【００３８】
なお、周回推進体２０の環状体２１の後端面のらせん面のピッチＰが、セグメント５の掘削方向幅Ｗに一致する場合には、周回推進体２０の回転に伴って形成される空隙に、セグメント５が１層ずつ敷設される。これに対して、ピッチＰがセグメント５の掘削方向幅Ｗの例えば２倍に設定される場合には、周回推進体２０の回転に伴って形成される空隙に、セグメント５が２層ずつ敷設される。
【００３９】
また、シールド１０が、カッターヘッド１が設けられるシールド頭部１１と、周回推進体２０が設けられるシールド胴部１２とに分割されており、これらの間の傾斜角が傾斜角調整機構４０によって調整されるので、掘削の方向を変えることができる。このため、直進するトンネルだけでなく、カーブを有するトンネルも容易に形成することができる。また、周回推進体２０を回転駆動する推進体駆動機構３０が、周回推進体２０と同じくシールド胴部１２内に設けられるので、互いに噛み合う駆動歯車３３と内歯歯車２２という簡素な伝達構造を通じて、周回推進体２０を推進体駆動機構３０により回転駆動することができる。
【００４０】
図４は、シールドマシン１００に用いられる周回推進体の別の例を示す斜視図である。図１及び図２に示した周回推進体２０では、中心角３６０°の全円周にわたって単一のらせん面が、環状体２１の後端面に形成されていた。これに対して、図４に例示する周回推進体２０Ａの環状体２１Ａの後端面には、全円周を４分割してなる中心角９０°の円弧毎に単一のらせん面が形成されており、らせん面は中心角９０°毎に掘削方向への凹凸を反復している。このように形成された周回推進体２０Ａを用いることにより、図５に例示するように、周回推進体２０Ａが一回転する毎に、４層から成るらせん状の帯Ａ１〜Ａ４に沿って、セグメント５を配置することができる。周回推進体２０Ａが、セグメント５の周長Ｌ（図１）に相当する円弧長だけ回転する毎に、周方向に沿った４箇所に、新たなセグメント５を配設し得る空隙が生まれる。したがって、周回推進体２０Ａが、セグメント５の周長Ｌに相当する円弧長だけ回転する毎に、４箇所に新たなセグメント５を敷設することができる。
【００４１】
なお、図５の例は、中心角９０°毎のらせん面のピッチＰ（図４）が、セグメント５の掘削方向の幅Ｗに一致する場合である。これに対して、当該ピッチＰが幅Ｗの例えば２倍に設定される場合には、らせん状の帯Ａ１〜Ａ４の各々、例えば帯Ａ１の中に、２層のセグメント５が敷設されることとなる。
【００４２】
図６は、シールドマシン１００に用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。この周回推進体２０Ｂは、既に述べた周回推進体２０、２０Ａとは異なり、環状体２１Ｂの後端面にらせん面が形成されておらず、この後端面から掘削方向後方Ｒに相当な高さに突起したローラ２３Ｂの列を有している。ローラ２３Ｂの列は、周方向に沿って配置されており、周回推進体２０Ｂの回転に伴い、らせん状に配置されたセグメント５の前方端面上を転動する。
【００４３】
この周回推進体２０Ｂは、ローラ２３Ｂが等間隔に６本配置されているため、図４の周回推進体２０Ａについて、全円周を６分割してなる中心角６０°の円弧毎に単一のらせん面を形成するように変形したものと同様に、使用することが可能である。すなわち、図５の例を拡張したらせん状の帯Ａ１〜Ａ６に沿って、セグメント５を配置することが可能となる。また図６の周回推進体２０Ｂにおいて、４本に代えて６本のローラ２３Ｂが等間隔に配置されておれば、図４の周回推進体２０Ａと同様に使用することが可能となる。
【００４４】
図７は、図６の周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００によって、セグメントを敷設する別の例を示す説明図である。図７の例では、六角形のセグメント５Ｂが敷設される。セグメント５Ｂは、掘削方向前方Ｆの端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有している。周回推進体２０Ｂの環状体２１Ｂの回転に伴い、ローラ２３Ｂがこの傾斜面上を転動する。その結果、周回推進体２０Ｂは、セグメント５Ｂからの反作用により掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得る。ローラ２３Ｂが、セグメント５Ｂの前方端面のうちの非傾斜面に達すると、隣り合うローラ２３Ｂの間に、新たなセグメント５Ｂ（図７に二点鎖線で表現）を配置する空隙が生まれる。それゆえ、ローラ２３Ｂが非傾斜面にある期間中に、新たなセグメント５Ｂがコレクタ５０により敷設される。その後、ローラ２３Ｂが、新たに敷設されたセグメント５Ｂの前方端面のうちの傾斜面を転動することにより、周回推進体２０Ｂは再び推進力を得る。このようにして、周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００は、前方地山の掘削とセグメント５Ｂの敷設とを進めることができる。
【００４５】
なお、六角形状のセグメント５Ｂは、らせん状に敷設されるもの、と見ることも可能である。この見方によれば、ローラ２３Ｂは、らせん状に敷設されるセグメント５Ｂの前方端面上を転動する（図７にローラ２３Ｂの軌跡を矢印で示している）。このように、セグメントが「らせん状に敷設される」場合であっても、セグメントの形状によっては、周回推進体２０Ｂの回転に伴って絶えず掘削方向前方Ｆに向かうように推進力が得られることを必ずしも要しない。推進力に休止期間があってもよく、或いはさらに、周回推進体２０Ｂが掘削方向後方Ｒに後退する期間があってもよい。全体として、周回推進体２０Ｂが掘削方向前方Ｆに前進するものであればよい。
【００４６】
図８は、周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００によって、セグメントを敷設するさらに別の例を示す説明図である。図７の例では、隣り合うローラ２３Ｂの間におおよそ１枚の六角形のセグメント５Ｂが配設されたが、図８の例では、おおよそ２枚の六角形のセグメント５Ｃが敷設される。すなわち隣り合うローラ２３Ｂの間隔は、図７のセグメント５Ｂの周方向の配設ピッチに一致するのに対し、図８のセグメント５Ｃの配設ピッチの２倍に一致している。図８の例では、ローラ２３Ｂがセグメント５Ｃの前方端面のうちの傾斜面上を転動している間にも、新たなセグメント５Ｃを敷設することができる。このため、作業能率が向上する。
【００４７】
ローラ２３Ｂがセグメント５Ｃの前方端面のうちの傾斜面上にある間に、新たなセグメント５Ｃを敷設することが可能であるために、セグメント５Ｃの前方端面に非傾斜面がなくとも、セグメント５Ｃを敷設することが可能となる。すなわち、六角形状のセグメント５Ｃに代えて、菱形のセグメントを敷設することも可能となる。それにより、推進力の休止期間を無くして、絶えず掘削を進めつつ、セグメントを敷設することが可能となる。すなわち、作業能率がさらに向上する。なお、当該菱形のセグメント、或いは図８に示す六角形状のセグメント５Ｃについても、らせん状に敷設されるもの、と見ることが可能である。
【００４８】
図６に例示した周回推進体２０Ｂでは、環状体２１Ｂの後端面から棒状に突起した軸受けがローラ２３Ｂを支持していた。これに対して、図９に例示する周回推進体２０Ｃのように、環状体２１Ｃの後端面から三角形状に突起した軸受けが、ローラ２３Ｃを支持するものであっても良い。周回推進体２０Ｃは、軸受けがより頑強な構造となっており、耐久性に優れるという利点がある。
【００４９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。このシールドマシン２００は、主として、シールド１０Ｄが分割されて成るシールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの相対的な傾斜角を調整する機構において、実施の形態１によるシールドマシン１００（図１）とは異なっている。さらに、周回推進体２０に代えて、図９に例示した周回推進体２０Ｃが用いられている。より詳細には、シールドマシン２００は、主要な構成要素として、シールドマシン１００と同様に、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０Ｄ、周回推進体２０Ｃ、推進体駆動機構３０、及びエレクタ５０を備えている。シールドマシン２００はさらに、主要な構成要素として、シールドマシン１００の傾斜角調整機構４０に代えて、別の傾斜角調整機構としての筒状摺動体８０、前方筒状体駆動機構６０、及び後方筒状体駆動機構７０を備えるとともに、連結機構９０を備えている。図示を略するが、シールドマシン２００には、カッターヘッド駆動機構２、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、エレクタ５０、前方筒状体駆動機構６０、及び後方筒状体駆動機構７０を制御する制御装置がさらに設けられている。
【００５０】
図１１は、連結機構９０の構造を示す斜視図である。連結機構９０は、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとを連結するものであり、より特定的には、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとが全方位にわたって相対的に傾斜可能に連結する自在継手として構成されている。すなわち連結機構９０は、環状の連結部材９１、第１支持部材９２、及び第２支持部材９３を有している。環状の連結部材９１は、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとのつなぎ目付近に配置され、かつこれらのシールド頭部１１Ｄ及び胴部１２Ｄの内側にあって、筒状摺動体８０（図１０）に干渉しないようにその周囲に配置される。環状の連結部材９１の一対の対角位置に、第１の支持部材９２が設けられ、別の一対の対角位置に、第２の支持部材９３が設けられている。図１１の例では、第１の支持部材９２が設けられる一対の対角位置を結ぶ軸線と、第２の支持部材９３が設けられる一対の対角位置を結ぶ軸線とは、互いに直交している。第１の支持部材９２は、シールド頭部１１Ｄを回動自在に支持するものであり、図１１の例ではピンとして構成されている。第２の支持部材９３は、シールド胴部１２Ｄを回動自在に支持するものであり、図１１の例では第１の支持部材９２と同様にピンとして構成されている。シールド胴部１２Ｄには、自身と第１支持部材９２との干渉を回避するために、切り欠き９４が形成されている。
【００５１】
図１２は、筒状摺動体８０の構成を示す斜視図である。筒状摺動体８０は、前方筒状体８１と後方筒状体８２とを有している。これらの前方筒状体８１と後方筒状体８２とは、一つの筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応しており、輪切りにされた面で互いに当接し合っている。互いに当接し合う面とは反対側に位置する端部付近の内周面には、前方筒状体８１については内歯歯車８３が形成されており、後方筒状体８２については内歯歯車８４が形成されている。内歯歯車８３は、前方筒状体８１を回転駆動する動力を受けるための歯車であり、内歯歯車８４は、後方筒状体８２を回転駆動する動力を受けるための歯車である。
【００５２】
図１２は、前方筒状体８１と後方筒状体８２とが、単一の筒状体からあたかも斜めに輪切りにすることにより形成されたままで、回転位置を変えない状態を表している。便宜上、この回転位置を基準として、前方筒状体８１の回転角θ１及び後方筒状体８２の回転角θ２を定める。回転角θ１、θ２は、図１２に例示するように、各筒状体８１、８２の当接面の反対側から見た右回りの角度を正（＞０）とする。図１２に例示される各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２は“０”である。このとき、筒状体８１、８２の中心軸は同一となり、筒状体８１、８２は相対的に傾斜しない。図１２の例では、回転角θ１、θ２が“０”であるときの筒状体８１、８２同士の当接面は、左右には傾いておらず、その法線は鉛直軸と中心軸とが規定する平面内に位置するものとしている。
【００５３】
図１３は、筒状摺動体８０の動作を示す上面図である。図１３（ａ）に示すように、筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“０”であるときには、筒状体８１の中心軸８５と筒状体８２の中心軸８６とは、互いに一致する。すなわち、筒状体８１、８２の間の相対的な傾斜角は“０”となる。一方、図１３（ｂ）に示すように、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“＋９０°”であるときには、筒状体８１の中心軸８５と筒状体８２の中心軸８６とは、最大の角度をもって交差する。すなわち、筒状体８１、８２は、最大の角度をもって相対的に左右に傾斜する。各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“０”から“＋９０°”へ近づくほど、筒状体８１、８２は互いに左右に大きく傾斜する。さらに、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“＋９０°”から“＋１８０°”へ近づくほど、筒状体８１、８２の左右の傾斜は小さくなり、回転角θ１、θ２が“１８０°”であるときには、図１３（ａ）と同様に傾斜角は“０”となる。また、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が負であるときには、筒状体８１、８２は、回転角θ１、θ２が正であるときとは逆方向に傾斜する。
【００５４】
以上のように、筒状体８１、８２を、互いに等しい回転角θ１、θ２だけ回転させることにより、相対的に左右に傾斜させることができる。これに対して、回転角θ１、θ２を互いに異ならせることにより、筒状体８１、８２を様々な方向に傾斜させることが可能となる。例えば、前方筒状体８１の回転角θ１を“１８０°”とし、後方筒状体８２の回転角θ２を“０”に設定することにより、筒状体８１、８２を最大の角度をもって相対的に上下方向に傾斜させることができる。
【００５５】
筒状体８１、８２の当接面の形状は円環であることが望ましい。その場合には、中心軸８５、８６に垂直な切断面上の筒状体８１、８２の断面形状は楕円環となる。筒状体８１、８２の当接面の形状が円環であれば、筒状体８１、８２がどのような回転角θ１、θ２をもって回転しても、当接面の間に径方向内方及び外方へのはみ出し部分を生じない。
【００５６】
図１０に戻って、前方筒状体駆動機構６０は、シールド頭部１１Ｄ内に配置され、前方筒状体８１を回転駆動するものである。また、後方筒状体駆動機構７０は、シールド胴部１２Ｄ内に配置され、後方筒状体８２を回転駆動するものである。より特定的には、前方筒状体駆動機構６０は、環状のフレーム６１、動力部６２、及び駆動歯車６３を有している。環状のフレーム６１は、シールド頭部１１Ｄの内壁及び／又はカッターヘッド駆動機構２に取り付けられ、前方筒状体８１を回転可能に支持するものである。動力部６２はフレーム６１に取り付けられ、前方筒状体８１を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車６３は、動力部６２の駆動軸に取り付けられ、かつ前方筒状体８１の内歯歯車８３に噛み合っており、それにより動力部６２の回転力を前方筒状体８１に伝える。
【００５７】
同様に、後方筒状体駆動機構７０は、環状のフレーム７１、動力部７２、及び駆動歯車７３を有している。環状のフレーム７１は、シールド胴部１２Ｄの内壁及び／又は推進体駆動機構３０のフレーム３１に取り付けられ、後方筒状体８２を回転可能に支持するものである。動力部７２はフレーム７１に取り付けられ、後方筒状体８２を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車７３は、動力部７２の駆動軸に取り付けられ、かつ後方筒状体８２の内歯歯車８４に噛み合っており、それにより動力部７２の回転力を後方筒状体８２に伝える。
【００５８】
前方筒状体８１と後方筒状体８２とを、それぞれ回転駆動する前方筒状体駆動機構６０と後方筒状体駆動機構７０とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとにそれぞれ設置されているので、前方筒状体８１と後方筒状体８２との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド胴部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体８１と後方筒状体８２とを回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキ（すなわち中折れジャッキ）を用いることなく、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間の傾斜角を調整することが可能となる。
【００５９】
前方筒状体１１Ｄと後方筒状体１２Ｄとは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド１０Ｄ内に設置することが容易である。また、駆動歯車６３、７３及びこれらを駆動する動力部６２、７２は、シールド１０Ｄの天井部に設けられており、このことも、スクリューコンベヤーなどの機材を、シールド１０の内部に設置することを容易なものにしている。また、シールド１０内に立ち入る作業者の安全上も好ましい。
【００６０】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２による周回推進体２０、２０Ａ〜２０Ｃは、全体として剛性の環状体２１、２１Ａ〜２１Ｃをそれぞれ有しており、推進体駆動機構３０により回転駆動された。これに対して周回推進体を、柔軟に変形し得るように構成することも可能である。図１４はその一例を示す周回推進体の斜視図である。この周回推進体２０Ｅは、周回推進体２０Ｂ（図６）の環状体２１Ｂを変形可能な構成としたものである。図１４（ａ）に全体斜視図を示すように、この周回推進体２０Ｅが有する環状体２１Ｅは、一連の連結片２５を有している。図１４（ｂ）に示すように各連結片２５は、回動軸となるピン２７によって隣り合う連結片２５と連結されている。すなわち、連結片２５の本体部２６の周方向端部は蝶番構造となっており、それにより隣接する連結片２５とは、掘削方向（Ｆ又はＲ）に沿った軸の周りに相対的に回動可能となっている。一例として、ピン２７は割ピン２８により係止される。また各連結片２５の内周には、１連結片分の内歯歯車２２が形成されている。さらに連結片２５のうちの幾つかには、その後方端面にローラ２３Ｅが設けられている。
【００６１】
図１５は、周回推進体２０Ｃ（図９）の環状体２１Ｃを変形可能な構成としたものである。この周回推進体２０Ｆは図１４に示した周回推進体２０Ｅと同様に、その環状体２１Ｆが一連の連結片２９を有している。各連結片２９は、隣接する連結片２９とは、蝶番構造により掘削方向（Ｆ又はＲ）に沿った軸の周りに相対的に回動可能となっている。また一連の連結片２９には交互に、後方端面にローラ２３Ｆが設けられている。
【００６２】
周回推進体２０Ｅ（図１４）、２０Ｆ（図１５）において、各連結片２５、２９の周方向の幅を狭くして、連結片２５、２９の個数を多くするほど、変形の度合い、すなわち柔軟さの度合いは増大する。さらに図１６に例示するように、チェーン状の環状体２１Ｇを有するように周回推進体２０Ｇを構成することも可能である。環状体２１Ｇは、連結片１２１及び１２２が相対的に回動可能に、交互に連結することにより環状をなしている。そして、連結片１２１の一部には、その後方端面にローラ２３Ｇが設けられている。環状体２１Ｇは、全体がチェーン構造を有しているので、推進体駆動機構３０による周回駆動を受けるために、内歯歯車２２を別途設ける必要はない。すなわち、推進体駆動機構３０の駆動歯車３３は、チェーン構造をなす環状体２１Ｇと噛み合うことにより、周回推進体２０Ｇを周回駆動することができる。
【００６３】
周回推進体２０Ｅ（図１４）又は２０Ｆ（図１５）において、内歯歯車２２の代わりに、チェーンを配置しても良い。そのように構成された周回推進体（図示略）も、周回推進体２０Ｇと同様に、推進体駆動機構３０によって周回駆動することが可能である。この場合に、各連結片は連結片２１Ｅ又は２１Ｆと同様に、蝶番構造により連結されていても良いが、隣り合う連結片同士がチェーンで連結されていても良い。この場合に、隣り合う連結片の間には空隙があっても良い。なお、周回推進体２０Ｂ、２０Ｃだけでなく、周回推進体２０（図２）、２０Ａ（図４）についても、周回推進体２０Ｅ（図１４）又は２０Ｆ（図１５）と同様に、蝶番構造により連結された一連の連結片、あるいは、チェーンで連結された一連の連結片を有するように構成することも可能である。チェーンで連結されていても、一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能なように連結されていることに変わりはない。
【００６４】
図１７は、柔軟な周回推進体２０Ｐを用いたシールドマシンの概略構造を示す断面図である。図１４〜図１６に示した周回推進体２０Ｅ〜２０Ｇは、周回推進体２０Ｐの一例に該当する。このシールドマシン３００では、シールド胴部１２Ｐの内壁に取り付けられた環状のフレーム３１Ｐの内周に、周回推進体２０Ｐが摺動可能に支持されている。フレーム３１Ｐは、フレーム３１（図１）と同様に、推進体駆動機構（図示略）の構成要素である。周回推進体２０Ｐは柔軟に変形し得るので、周回推進体２０Ｐが所定の周回軌道に沿うように、その周回方向に沿ってガイド３５が適度な間隔をもって配置されている。ガイド３５は、例えば駆動歯車３３（図１、図３）と同様の歯車を有し、例えば周回推進体２０Ｐに設けられた内歯歯車２２に噛み合うことにより、周回推進体２０Ｐを案内する。ガイド３５の一部、例えば１つあるいは複数は、周回推進体２０Ｐを駆動するものであり、例えば駆動歯車３３である。周回推進体２０Ｐが柔軟に変形し得るので、図１７に例示するように周回推進体２０Ｐを用いることにより、シールド胴部１２Ｐを含むシールドの断面形状が円形以外の形状とすることが可能となる。図１７の例では、シールドの断面形状は略矩形である。
【００６５】
図１８は、柔軟な周回推進体２０Ｒを用いたシールドマシンの概略構造を示す断面図である。周回推進体２０Ｐと同様に、図１４〜図１６に示した周回推進体２０Ｅ〜２０Ｇは、周回推進体２０Ｒの一例に該当する。このシールドマシン４００では、周回推進体２０Ｒが、シールド胴部１２Ｒの内壁に取り付けられた環状のフレーム３１Ｒの内周に、摺動可能に支持されている。フレーム３１Ｒは、フレーム３１Ｐ（図１７）と同様に、推進体駆動機構（図示略）の構成要素である。周回推進体２０Ｐと同様に、周回推進体２０Ｒの周回方向に沿ってガイド３５が適度な間隔をもって配置されている。ガイド３５の一部は、周回推進体２０Ｒを駆動するものであり、例えば駆動歯車３３である。シールドマシン４００は、いわゆる３連マシンとして構成されたものである。このように断面形状が円形から著しく離れた異形をなすシールドマシン４００においても、敷設されるセグメント５、５Ｂ、５Ｃに沿って、言い換えるとシールドの内周に沿って、周回推進体２０Ｒを周回させることにより、掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得ることが可能となる。なお、図１７及び図１８の例が示すように、本発明のシールドマシンが有する「筒状のシールド」とは、円筒状のシールドに限られるものではない。筒状のシールドの断面形状として、楕円やアーチを採ることも、当然可能である。
【００６６】
柔軟に変形可能な周回推進体２０Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｐ、Ｒは、シールドマシン１００（図１）又は２００（図１０）のように、円形断面のシールド１０を有するシールドマシンに対しても、ガイド３５と共に使用することが可能である。それにより、地山の圧力によりシールド１０が変形することがあっても、周回推進体２０Ｅ等が、変形に柔軟に追随することが可能となる。
【００６７】
（その他の実施の形態）
（Ａ） 実施の形態１によるシールドマシン１００として、シールド１０がシールド頭部１１及びシールド頭部１２とに２分割されている例を示した。実施の形態２によるシールドマシン２００についても同様であった。これに対して、シールド１０が３以上の部分に分割されたシールドマシンを実施することも可能である。カッターヘッド１が設けられたシールド頭部１１と、周回推進体２０及び推進体駆動機構３０が設けられたシールド胴部１２とを含んでおれば良い。さらには、シールド１０が分割されておらず、それゆえ傾斜角調整機構４０を備えず、周回推進体２０及び推進体駆動機構３０がシールド１０内に設けられたシールドマシンを実施することも可能である。これらも全て、本発明の一態様をなす。また、実施の形態２によるシールドマシン２００の変形形態として、周回推進体２０Ｃ及び推進体駆動機構３０を備えず、その代わりに、例えば従来の推進ジャッキを用いた形態を実施することも可能である。当該形態においても多数の中折れジャッキの使用を不要とすることができる。この形態もまた、本発明の別の一態様をなす。
【００６８】
（Ｂ） 図１０及び図１１に示した連結機構９０では、連結部材９１がシールド頭部１１Ｄ及びシールド胴部１２Ｄの内側に配置された例を示した。これに対し、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間に配置されても良い。この場合には、図１１に示した切り欠き９４は無用である。
【００６９】
（Ｃ） 実施の形態２によるシールドマシン２００では、連結機構９０が自在継手として構成されているので、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとを、３６０°の全方位にわたって相対的に傾斜させることが可能である。それにより、進行方向が左右や上下、あるいは斜めにカーブしたトンネルを容易に形成することが可能となる。これに対して、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄが傾斜する方位を制限するように連結機構９０を構成することも可能である。例えば、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとが、左右方向にのみ相対的に傾斜するように、それらを連結しても良い。図１３に例示したように、前方筒状体８１の回転角θ１と後方筒状体８２の回転角θ２とを、互いに同一となるように制御するのであれば、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとは、左右方向にのみ相対的に傾斜するように連結されておれば足りる。
【００７０】
（Ｄ） 実施の形態２によるシールドマシン２００において、筒状摺動体８０は、前方筒状体８１と後方筒状体８２との間に介在するローラ等の転動体を有していても良い。例えば、前方筒状体８１と後方筒状体８２の一方の当接面に、図２の環状体２１の後端面と同様に、ローラが周方向に沿って配置されていても良い。あるいは、双方の当接面の周方向に沿って環状の溝が形成され、当該溝内を転動するボールベアリングが配設されていても良い。それによって、前方筒状体８１と後方筒状体８２の回転に伴う当接面同士の摩擦を低減することができる。
【００７１】
（Ｅ） 実施の形態１及び２によるシールドマシン１００及び２００では、カッターヘッド駆動機構２は、カッターヘッド１を回転駆動することにより、カッターヘッド１が前方の地山を掘削することを可能にした。しかし一般に、カッターヘッド駆動機構２は、前方の治山を掘削するようにカッターヘッド１を駆動するものであれば良く、例えば、左右、上下、もしくは斜め方向にカッターヘッド１を揺動させたり、環状に揺動させたりするものであっても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１ カッターヘッド
２ カッターヘッド駆動機構
５、５Ｂ、５Ｃ セグメント
１０、１０Ｄ シールド
１１、１１Ｄ シールド頭部
１２、１２Ｄ シールド胴部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｐ、２０Ｒ 周回推進体
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ 環状体
２２ 内歯歯車
２３、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ｇ ローラ（転動体）
２５、２９ 連結片
３０ 推進体駆動機構
３１、３１Ｐ、３１Ｒ フレーム
３２ 動力部
３３ 駆動歯車
３５ ガイド
４０ 傾斜角調整機構
６０ 前方筒状体駆動機構
７０ 後方筒状体駆動機構
６１、７１ フレーム
６２、７２ 動力部
６３、７３ 駆動歯車
８０ 筒状摺動体
８１ 前方筒状体
８２ 後方筒状体
８３、８４ 内歯歯車
９０ 連結機構
９１ 連結部材
９２ 第１支持部材
９３ 第２支持部材
Ｆ 掘削方向前方
Ｒ 掘削方向後方
１００、２００ シールドマシン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法によるトンネルの形成に用いるシールドマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法とは、トンネルの先端にシールドと呼ばれる茶筒の様な鋼鉄製の外筒を設けて、崩壊しようとする土を押さえつつ掘削を行い、内部でゼグメントと呼ばれるブロックをリング状に組み立てていく工法として知られている（非特許文献１）。シールドを有して、当該工法に用いられる機械がシールドマシンである。
【０００３】
従来のシールドマシンの代表的なものとして、例えば非特許文献２に開示される技術が知られている。このシールドマシンは、トンネルの壁面に敷設されたセグメントの掘削方向前方端面を、多数のシールドジャッキにより押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成するように構成されている。そして、シールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに推進力が伝えられ、推進力を得た当該カッターヘッドを回転させることにより、前方の地山を掘削する（非特許文献２の図−１．１．１）。また、掘削方向を調整するためには、シールドを前後に分割し、多数の中折れジャッキを用いて、それらの間の相対的な傾斜角を調整する機構が採用される（非特許文献２の図−１．２．５）。このように、代表的な従来のシールドマシンでは、多数のジャッキをシールド内に設置することが必要とされていた。
【０００４】
一方、特許文献１には、セグメントをらせん状に組み立ててゆく技術が開示されている。この技術は、らせん状に組み立てられたセグメントの最先端部に、扇状のカッターを配置し、当該カッターをセグメントに沿ってらせん状に回転させることにより、地山の掘削を進めるものとなっている。それにより、この従来技術は、シールドジャッキを要することなく、掘削を進めることが可能となっている。しかしこの従来技術では、カッターは、セグメントの掘削方向軸を含む面を掘削面とするものであり、そもそも前方へ向かう推進力を要しないものである。さらにこの従来技術によるシールドマシンは、掘削の方向を転換することは想定されていない。
【０００５】
以上のように、掘削方向前面の地山を掘削する代表的なタイプのシールドマシンでは、前方へ向かう推進力を得るために多数のシールドジャッキを必要とするという問題点があった。さらに、非特許文献２が開示するように、掘削方向の転換を可能とするシールドマシンでは、多数の中折れジャッキを必要とする、という問題点があった。このため、シールドマシンの構造が複雑となり、前後の全長も大きいものとならざるを得ないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−００５９７９６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】鹿島建設株式会社のウェブサイト「テクノ・ライブラリ（２００２年）」（http://www.kajima.co.jp/news/digest/apr_2002/techno/index-j.htm）
【非特許文献２】シールド工法技術協会「泥土加圧シールド工法技術資料」（平成１９年６月発行第１１版：http://www.shield-method.gr.jp/gijyutsu/dk.pdfにより入手可能）図−１．１．１「泥土加圧シールド工法原理図」、図−１．２．５「玉石・巨礫用外周支持タイプシールド」参照
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、多数のジャッキを要しないシールドマシンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメントを、その掘削方向前方端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有するように、前記トンネルの壁面に敷設するシールドマシンである。そして、当該シールドマシンは、筒状のシールドと、周回推進体と、推進体駆動機構と、カッターヘッドと、カッターヘッド駆動機構と、を備えている。周回推進体は、前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの前記前方端面上を周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方への推進力を生成するものである。推進体駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記周回推進体を周回駆動するものである。カッターヘッドは、前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前方の地山を掘削するものである。そして、カッターヘッド駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するものである。
【００１０】
この構成によれば、推進体駆動機構により周回駆動されることにより、周回推進体が、トンネルの壁面に敷設されたセグメントの前方端面上を周方向に滑動する。セグメントの前方端面が傾斜面を有するために、周回推進体は、セグメントからの反作用により掘削方向前方へ向かう推進力を得る。この推進力は、推進体駆動機構あるいはシールドに伝えられ、さらにシールドあるいはカッターヘッド駆動機構を通じて、シールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに伝えられる。カッターヘッドは、それにより推進力を得て、さらにカッターヘッド駆動機構により駆動されることにより、掘削方向前方の地山の掘削を進めることができる。推進力を得るのに周回推進体が用いられるので、従来の技術に必要とされた多数の推進ジャッキを要しない。なお本発明において、セグメントの前方端面が傾斜面を有する、とは、必ずしもセグメントの前方端面の全てが傾斜面をなすことを要するものではない。また、「トンネル」とは、道路、鉄道用のみを指すのではなく、下水用、配管用、ケーブル配設用を含み、さらに縦坑をも含むものであり、地山を掘削して形成される孔を広く意味する。
【００１１】
本発明のうち第２の態様に係るものは、第１の態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、前記推進体駆動機構により周回駆動される環状体と、当該環状体の掘削方向後端面に設けられ前記セグメントの前記前方端面上を転動する転動体とを有するものである。
【００１２】
この構成によれば、周回推進体が環状体の掘削方向後端面に、セグメントの前方端面上を転動する転動体を有するので、環状体を周回駆動することにより、セグメントの前方端面上に転動体を転動させることが可能となる。それにより、周回推進体とセグメントとの間の摩擦を減じることができ、その結果、推進体駆動機構から周回推進体に付与される周回駆動力が、効率よく推進力に変換される。環状体の内側には空間が確保されるので、他の機材、例えばエレクタ、泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００１３】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第２の態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、前記環状体の内壁面に形成された内歯歯車をさらに有している。また、前記推進体駆動機構は、前記内歯歯車に噛み合う駆動歯車を有しており、当該駆動歯車を介して前記周回推進体を周回駆動するものである。
【００１４】
この構成によれば、周回推進体の環状体の内壁面に形成された内歯歯車と、推進体駆動機構が有する駆動歯車とが噛み合っており、それにより駆動歯車を介して周回駆動力が推進体駆動機構から周回推進体に付与される。すなわち、簡素な構造により周回推進体を周回駆動することが可能となる。
【００１５】
本発明のうち第４の態様に係るものは、第１ないし第３のいずれかの態様に係るシールドマシンであって、前記周回推進体は、環状に連結された一連の連結片を有し、当該一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、前記掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、前記推進体駆動機構は、前記周回推進体を所定の軌道に沿うように案内するガイドを有するものである。
【００１６】
この構成によれば、環状に連結された一連の連結片の各々が、隣り合う連結片と掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能で、かつ所定の軌道に沿うように案内されるので、周回推進体が周回する軌道の形状が円形に限定されない。したがって断面が円形のシールドマシンである円形マシンだけでなく、矩形マシン、２連マシン、３連マシンなどにも、周回推進体を適用することが可能となる。また円形マシンに適用した場合においても、岩盤圧等によるシールドの変形に対して、周回推進体が容易に追随することができる。
【００１７】
本発明のうち第５の態様に係るものは、第１ないし第４のいずれかの態様に係るシールドマシンであって、前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有している。また、前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、前記周回推進体と前記推進体駆動機構とは、前記シールド胴部内に設けられている。さらに前記シールドマシンは、前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構をさらに備えるものである。
【００１８】
この構成によれば、シールドが、カッターヘッドが設けられるシールド頭部と、周回推進体が設けられるシールド胴部とを有しており、それらは互いに分割されており、それらの間の傾斜角が傾斜角調整機構によって調整されるので、掘削の方向を変えることができる。それにより、直進するトンネルだけでなく、進路が湾曲するトンネルも容易に形成することが可能となる。また、周回推進体を周回駆動する推進体駆動機構が、周回推進体と同じくシールド胴部内に設けられるので、推進体駆動機構による周回推進体の周回駆動が容易であり、推進体駆動機構を簡素な構造とすることができる。
【００１９】
本発明のうち第６の態様に係るものは、第５の態様に係るシールドマシンであって、前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構を、さらに備えている。そして、前記傾斜角調整機構は、前方筒状体と、後方筒状体と、前方筒状体駆動機構と、後方筒状体駆動機構と、を有している。前方筒状体及び後方筒状体は、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うものである。前方筒状体駆動機構は、前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動するものである。後方筒状体駆動機構は、前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動するものである。
【００２０】
この構成によれば、前方筒状体と後方筒状体とは、前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とによってそれぞれ回転駆動されるので、これらの駆動機構によりそれぞれの中心軸の周りの回転位置を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とは、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うので、互いの相対的な回転位置を変えることにより、それぞれの中心軸の相対的な方向を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動する前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部とシールド胴部とにそれぞれ設置されているので、前方筒状体と後方筒状体との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド頭部とシールド胴部との間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキを用いることなく、シールド頭部とシールド胴部との間の傾斜角を調整することが可能となる。前方筒状体と後方筒状体とは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００２１】
本発明のうち第７の態様に係るものは、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、前記トンネルの壁面にセグメントを敷設するシールドマシンであって、筒状のシールドと、推進力生成機構と、カッターヘッドと、カッターヘッド駆動機構と、を備えている。推進力生成機構は、前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの掘削方向前方端面を押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成するものである。カッターヘッドは、前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前面の地山を掘削するものである。カッターヘッド駆動機構は、前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するものである。また、前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有している。そして、前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、前記推進力生成機構は、前記シールド胴部に設けられている。さらに前記シールドマシンは、連結機構と、傾斜角調整機構と、を備えている。連結機構は、前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結するものである。傾斜角調整機構は、前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整するものである。そして前記傾斜角調整機構は、前方筒状体と、後方筒状体と、前方筒状体駆動機構と、後方筒状体駆動機構と、を有している。前方筒状体及び後方筒状体は、筒状体を斜めに輪切りにして分けられた形状をなし、輪切りにされた面で互いに当接し合うものである。前方筒状体駆動機構は、前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動するものである。そして、後方筒状体駆動機構は、前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動するものである。
【００２２】
この構成によれば、推進力生成機構が、トンネルの壁面に敷設されたセグメントからの反作用により掘削方向前方への推進力を生成する。推進力生成機構は、例えば、従来技術に用いられる推進ジャッキであってもよく、本願発明に係る周回推進体を用いたものであっても良い。この推進力は、シールドを通じてシールドの掘削方向前端部に設けられたカッターヘッドに伝えられる。カッターヘッドは、それにより推進力を得て、さらにカッターヘッド駆動機構により駆動されることにより、掘削方向前方の地山の掘削を進めることができる。さらに、前方筒状体と後方筒状体とは、前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とによってそれぞれ回転駆動されるので、これらの駆動機構によりそれぞれの中心軸の周りの回転位置を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とは、筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合うので、互いの相対的な回転位置を変えることにより、それぞれの中心軸の相対的な方向を変えることができる。前方筒状体と後方筒状体とを回転駆動する前方筒状体駆動機構と後方筒状体駆動機構とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部とシールド胴部とにそれぞれ設置されているので、前方筒状体と後方筒状体との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド頭部とシールド胴部との間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体と後方筒状体とをそれぞれ回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキを用いることなく、シールド頭部とシールド胴部との間の傾斜角を調整することが可能となる。前方筒状体と後方筒状体とは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド内に設置することが容易となる。
【００２３】
本発明のうち第８の態様に係るものは、第６又は第７の態様に係るシールドマシンであって、前記連結機構は、環状の連結部材と、第１の支持部材と、第２の支持部材と、を有している。環状の連結部材は、前記前方筒状体及び前記後方筒状体の周囲に配置されている。第１の支持部材は、前記連結部材の一対の対角位置に回動自在に前記シールド頭部を支持するものである。第２の支持部材は、前記連結部材の他の一対の対角位置に回動自在に前記シールド胴部を支持するものである。
【００２４】
この構成によれば、連結機構が環状の連結部材を有する自在継手を成している。シールド頭部とシールド胴部とが、自在継手で連結されるので、３６０°の全方位にわたって、それらを相対的に傾斜させることが可能となる。それにより、進行方向が左右に湾曲したり、上下に湾曲したり、斜めに湾曲したトンネルを容易に形成することが可能となる。さらに自在継手は、環状の連結部材を介してシールド頭部とシールド胴部とを連結しており、当該連結部材は、前方筒状体及び後方筒状体の周囲に配置されている。このため、前方筒状体と後方筒状体がそれらの内側に空間を確保するのを妨げないように、自在継手が構成される。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように本発明によれば、従来の技術で必要とされた多数のジャッキを要しないので、簡素な構造を有するシールドマシンが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の外観斜視図である。
【図３】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の背面図である。
【図４】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体の別の例を示す斜視図である。
【図５】図４の周回推進体の使用例を示す説明図である。
【図６】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図７】図６の周回推進体の使用例を示す説明図である。
【図８】図６の周回推進体の別の使用例を示す説明図である。
【図９】図１のシールドマシンに用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のシールドマシンに用いられる連結機構の構造を示す斜視図である。
【図１２】図１０のシールドマシンに用いられる筒状摺動体の構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２の筒状摺動体の動作を示す上面図である。
【図１４】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図であり、（ａ）は全体斜視図であり、（ｂ）は１つの連結片の斜視図である。
【図１５】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１６】周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。
【図１７】図１４〜図１６の周回推進体を用いたシールドマシンの一例を示す概略断面図である。
【図１８】図１４〜図１６の周回推進体を用いたシールドマシンの別の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。このシールドマシン１００は、地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメント５をトンネルの壁面にらせん状に敷設するものである。そのためにシールドマシン１００は、主要な構成要素として、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０、周回推進体２０、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、及びエレクタ５０を備えている。
【００２８】
カッターヘッド１は、トンネルの掘削方向前方Ｆの地山を掘削するものであり、シールド１０の掘削方向前端部に設けられ、シールド１０内に設けられたカッターヘッド駆動機構２によって回転駆動される。シールド１０は、前方に位置するシールド頭部１１と、後方に位置するシールド胴部１２とに分割されている。図１の例では、カッターヘッド駆動機構２はシールド頭部１１に取り付けられており、カッターヘッド１は、直接にはカッターヘッド駆動機構２に支持されることにより、シールド頭部１１に設けられている。
【００２９】
周回推進体２０は、シールド胴部１２内に設けられ、トンネルの壁面にらせん状に敷設されたセグメント５の掘削方向前方Ｆの端面上を、周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方Ｆへの推進力を生成するものである。推進体駆動機構３０は、周回推進体２０を周回駆動するものであり、シールド胴部１２に取り付けられている。図１の例では、周回推進体２０は全体が剛体として形成されているため、推進体駆動機構３０による周回駆動は、より具体的には回転駆動に該当する。また図１の例では周回推進体２０は、直接には推進体駆動機構３０に支持されることにより、シールド胴部１２内に設けられている。
【００３０】
周回推進体２０は、環状体２１と、この環状体２１の内壁面に形成された内歯歯車２２とを有している。一方、推進体駆動機構３０は、環状のフレーム３１と、動力部３２と、駆動歯車３３とを有している。環状のフレーム３１は、シールド胴部１２の内壁に取り付けられ、周回推進体２０の環状体２１を回転可能に支持するものである。動力部３２はフレーム３１に取り付けられ、周回推進体２０を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車３３は、動力部３２の駆動軸に取り付けられ、かつ周回推進体２０の内歯歯車２２に噛み合っており、それにより動力部３２の回転力を周回推進体２０に伝える。
【００３１】
傾斜角調整機構４０は、シールド頭部１１とシールド胴部１２との傾斜角を調整するものであり、シールド頭部１１とシールド胴部１２とのつなぎ目部分に設けられている。図１の例では、傾斜角調整機構４０はいわゆる「中折れジャッキ」に該当するもので、油圧ジャッキとして構成されており、そのシリンダ部がシールド胴部１２に取り付けられ、ピストンに連結するアーム部がカッターヘッド駆動機構２を通じてシールド頭部１１に接続されている。
【００３２】
エレクタ５０は、自動でトンネルの壁面にセグメント５を敷設するものである。このエレクタ５０は、シールド胴部１２内に設けられた環状軌道５１と、この環状軌道５１上を自在に周回し、セグメントを掴んだり、移送したりするアーム付きロボット５２とを有している。図示を略するが、シールドマシン１００には、カッターヘッド駆動機構２、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、及びエレクタ５０を制御する制御装置がさらに設けられている。制御装置は、例えばプログラムに従って動作するコンピュータを含むものである。また図示を略するが、シールドマシン１００には、カッターヘッド１が掘削することにより生成する掘削土から泥土を形成する作泥機構や、当該泥土を掘削方向後方Ｒへ搬出するスクリューコンベアなどを、適宜設置することができる。周回推進体２０及び推進体駆動機構３０は、概略環状に形成され、その内側には広い空間が確保されるので、エレクタ５０やスクリューコンベヤーなどを、シールド１０の内部に設置することが容易である。
【００３３】
図２は、周回推進体２０の外観斜視図である。周回推進体２０の環状体２１の掘削方向後方Ｒの端面は、らせん状に形成されている。このらせん状の後方端面に沿って、セグメント５（図１）がらせん状に配置されることとなる。環状体２１の後端面は、中心角３６０°の全円周にわたって単一のらせん面をなしている。一回転に伴うらせん面のピッチＰを、セグメント５の掘削方向幅Ｗ（図１）に一致させることにより、周回推進体２０が１回転する毎に、１層のセグメント５を１周にわたってらせん状に敷設することができる。また、ピッチＰをセグメント５の掘削方向幅Ｗの例えば２倍に設定することも可能であり、この場合には、周回推進体２０が１回転する毎に、２層のセグメント５を１周にわたってらせん状に敷設することができる。
【００３４】
環状体２１のらせん状の後方端面には、周方向に沿ってローラ２３の列が配置されている。これらのローラ２３は、周回推進体２０が回転するときに、らせん状に配置されたセグメント５の前方端面上を転動する。それにより、周回推進体２０とセグメント５との間の摩擦を減じることができる。したがって、推進体駆動機構３０から周回推進体２０に付与される回転駆動力が、推進力に効率よく変換される。
【００３５】
図３は、周回推進体２０の背面図である。図３は、内歯歯車２２と駆動歯車３３の位置関係を明瞭に示している。すなわち、周回推進体２０の本体部である環状体２１の内周に沿って内歯歯車２２が形成されている。そしてこの内歯歯車２２に噛み合うように、推進体駆動機構３０の動力部３２（図１）の駆動軸に設けられた駆動歯車３３が配置されている。特に、駆動歯車３３及びこれを駆動する動力部３２は、シールド１０の天井部に設けられている。このことも、エレクタ５０やスクリューコンベヤーなどの機材を、シールド１０の内部に設置することを容易なものにしている。また、シールド１０内に立ち入る作業者の安全上も好ましいものとなっている。
【００３６】
図１に戻って、シールドマシン１００は以上のように構成されるので、以下のように動作する。推進体駆動機構３０により回転駆動されることにより、周回推進体２０が、トンネルの壁面にらせん状に敷設されたセグメント５の前方端面上を周方向に滑動する。セグメント５の前方端面がらせん面を形成するので、周回推進体２０は、セグメント５からの反作用により掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得る。この推進力は、周回推進体２０を支持する推進体駆動機構３０に伝えられ、さらにシールド胴部１２、傾斜角調整機構４０、及びカッターヘッド駆動機構２を通じて、カッターヘッド１に伝えられる。カッターヘッド１は掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得るとともに、さらにカッターヘッド駆動機構２により回転駆動されることにより、掘削方向前方Ｆの地山の掘削を進めることができる。推進力を得るのに周回推進体２０が用いられるので、従来の技術に必要とされた多数の推進ジャッキを要しない。
【００３７】
最終のセグメント５がコレクタ５０によりトンネル内壁に設置された後、周回推進体２０の回転がセグメント５の周に沿った長さ（周長）Ｌを超えると、新たなセグメント５を設置し得る空隙が、周回推進体２０の環状体２１と、既に設置されたセグメント５との間に生まれる。このとき、コレクタ５０は新たなセグメント５をつかみ取り、空隙に配置する。その間、周回推進体２０は停止する必要がない。すなわち、シールドマシン１００は、カッターヘッド１への推進力の付与を休止することなく、前方の地山の掘削を連続的に進めつつ、セグメント５をトンネル内壁に敷設することが可能である。すなわちシールドマシン１００は、高い作業効率を実現する。
【００３８】
なお、周回推進体２０の環状体２１の後端面のらせん面のピッチＰが、セグメント５の掘削方向幅Ｗに一致する場合には、周回推進体２０の回転に伴って形成される空隙に、セグメント５が１層ずつ敷設される。これに対して、ピッチＰがセグメント５の掘削方向幅Ｗの例えば２倍に設定される場合には、周回推進体２０の回転に伴って形成される空隙に、セグメント５が２層ずつ敷設される。
【００３９】
また、シールド１０が、カッターヘッド１が設けられるシールド頭部１１と、周回推進体２０が設けられるシールド胴部１２とに分割されており、これらの間の傾斜角が傾斜角調整機構４０によって調整されるので、掘削の方向を変えることができる。このため、直進するトンネルだけでなく、カーブを有するトンネルも容易に形成することができる。また、周回推進体２０を回転駆動する推進体駆動機構３０が、周回推進体２０と同じくシールド胴部１２内に設けられるので、互いに噛み合う駆動歯車３３と内歯歯車２２という簡素な伝達構造を通じて、周回推進体２０を推進体駆動機構３０により回転駆動することができる。
【００４０】
図４は、シールドマシン１００に用いられる周回推進体の別の例を示す斜視図である。図１及び図２に示した周回推進体２０では、中心角３６０°の全円周にわたって単一のらせん面が、環状体２１の後端面に形成されていた。これに対して、図４に例示する周回推進体２０Ａの環状体２１Ａの後端面には、全円周を４分割してなる中心角９０°の円弧毎に単一のらせん面が形成されており、らせん面は中心角９０°毎に掘削方向への凹凸を反復している。このように形成された周回推進体２０Ａを用いることにより、図５に例示するように、周回推進体２０Ａが一回転する毎に、４層から成るらせん状の帯Ａ１〜Ａ４に沿って、セグメント５を配置することができる。周回推進体２０Ａが、セグメント５の周長Ｌ（図１）に相当する円弧長だけ回転する毎に、周方向に沿った４箇所に、新たなセグメント５を配設し得る空隙が生まれる。したがって、周回推進体２０Ａが、セグメント５の周長Ｌに相当する円弧長だけ回転する毎に、４箇所に新たなセグメント５を敷設することができる。
【００４１】
なお、図５の例は、中心角９０°毎のらせん面のピッチＰ（図４）が、セグメント５の掘削方向の幅Ｗに一致する場合である。これに対して、当該ピッチＰが幅Ｗの例えば２倍に設定される場合には、らせん状の帯Ａ１〜Ａ４の各々、例えば帯Ａ１の中に、２層のセグメント５が敷設されることとなる。
【００４２】
図６は、シールドマシン１００に用いられる周回推進体のさらに別の例を示す斜視図である。この周回推進体２０Ｂは、既に述べた周回推進体２０、２０Ａとは異なり、環状体２１Ｂの後端面にらせん面が形成されておらず、この後端面から掘削方向後方Ｒに相当な高さに突起したローラ２３Ｂの列を有している。ローラ２３Ｂの列は、周方向に沿って配置されており、周回推進体２０Ｂの回転に伴い、らせん状に配置されたセグメント５の前方端面上を転動する。
【００４３】
この周回推進体２０Ｂは、ローラ２３Ｂが等間隔に６本配置されているため、図４の周回推進体２０Ａについて、全円周を６分割してなる中心角６０°の円弧毎に単一のらせん面を形成するように変形したものと同様に、使用することが可能である。すなわち、図５の例を拡張したらせん状の帯Ａ１〜Ａ６に沿って、セグメント５を配置することが可能となる。また図６の周回推進体２０Ｂにおいて、４本に代えて６本のローラ２３Ｂが等間隔に配置されておれば、図４の周回推進体２０Ａと同様に使用することが可能となる。
【００４４】
図７は、図６の周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００によって、セグメントを敷設する別の例を示す説明図である。図７の例では、六角形のセグメント５Ｂが敷設される。セグメント５Ｂは、掘削方向前方Ｆの端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有している。周回推進体２０Ｂの環状体２１Ｂの回転に伴い、ローラ２３Ｂがこの傾斜面上を転動する。その結果、周回推進体２０Ｂは、セグメント５Ｂからの反作用により掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得る。ローラ２３Ｂが、セグメント５Ｂの前方端面のうちの非傾斜面に達すると、隣り合うローラ２３Ｂの間に、新たなセグメント５Ｂ（図７に二点鎖線で表現）を配置する空隙が生まれる。それゆえ、ローラ２３Ｂが非傾斜面にある期間中に、新たなセグメント５Ｂがコレクタ５０により敷設される。その後、ローラ２３Ｂが、新たに敷設されたセグメント５Ｂの前方端面のうちの傾斜面を転動することにより、周回推進体２０Ｂは再び推進力を得る。このようにして、周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００は、前方地山の掘削とセグメント５Ｂの敷設とを進めることができる。
【００４５】
なお、六角形状のセグメント５Ｂは、らせん状に敷設されるもの、と見ることも可能である。この見方によれば、ローラ２３Ｂは、らせん状に敷設されるセグメント５Ｂの前方端面上を転動する（図７にローラ２３Ｂの軌跡を矢印で示している）。このように、セグメントが「らせん状に敷設される」場合であっても、セグメントの形状によっては、周回推進体２０Ｂの回転に伴って絶えず掘削方向前方Ｆに向かうように推進力が得られることを必ずしも要しない。推進力に休止期間があってもよく、或いはさらに、周回推進体２０Ｂが掘削方向後方Ｒに後退する期間があってもよい。全体として、周回推進体２０Ｂが掘削方向前方Ｆに前進するものであればよい。
【００４６】
図８は、周回推進体２０Ｂを用いたシールドマシン１００によって、セグメントを敷設するさらに別の例を示す説明図である。図７の例では、隣り合うローラ２３Ｂの間におおよそ１枚の六角形のセグメント５Ｂが配設されたが、図８の例では、おおよそ２枚の六角形のセグメント５Ｃが敷設される。すなわち隣り合うローラ２３Ｂの間隔は、図７のセグメント５Ｂの周方向の配設ピッチに一致するのに対し、図８のセグメント５Ｃの配設ピッチの２倍に一致している。図８の例では、ローラ２３Ｂがセグメント５Ｃの前方端面のうちの傾斜面上を転動している間にも、新たなセグメント５Ｃを敷設することができる。このため、作業能率が向上する。
【００４７】
ローラ２３Ｂがセグメント５Ｃの前方端面のうちの傾斜面上にある間に、新たなセグメント５Ｃを敷設することが可能であるために、セグメント５Ｃの前方端面に非傾斜面がなくとも、セグメント５Ｃを敷設することが可能となる。すなわち、六角形状のセグメント５Ｃに代えて、菱形のセグメントを敷設することも可能となる。それにより、推進力の休止期間を無くして、絶えず掘削を進めつつ、セグメントを敷設することが可能となる。すなわち、作業能率がさらに向上する。なお、当該菱形のセグメント、或いは図８に示す六角形状のセグメント５Ｃについても、らせん状に敷設されるもの、と見ることが可能である。
【００４８】
図６に例示した周回推進体２０Ｂでは、環状体２１Ｂの後端面から棒状に突起した軸受けがローラ２３Ｂを支持していた。これに対して、図９に例示する周回推進体２０Ｃのように、環状体２１Ｃの後端面から三角形状に突起した軸受けが、ローラ２３Ｃを支持するものであっても良い。周回推進体２０Ｃは、軸受けがより頑強な構造となっており、耐久性に優れるという利点がある。
【００４９】
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２によるシールドマシンの構成を示す縦断面図である。このシールドマシン２００は、主として、シールド１０Ｄが分割されて成るシールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの相対的な傾斜角を調整する機構において、実施の形態１によるシールドマシン１００（図１）とは異なっている。さらに、周回推進体２０に代えて、図９に例示した周回推進体２０Ｃが用いられている。より詳細には、シールドマシン２００は、主要な構成要素として、シールドマシン１００と同様に、カッターヘッド１、カッターヘッド駆動機構２、筒状のシールド１０Ｄ、周回推進体２０Ｃ、推進体駆動機構３０、及びエレクタ５０を備えている。シールドマシン２００はさらに、主要な構成要素として、シールドマシン１００の傾斜角調整機構４０に代えて、別の傾斜角調整機構としての筒状摺動体８０、前方筒状体駆動機構６０、及び後方筒状体駆動機構７０を備えるとともに、連結機構９０を備えている。図示を略するが、シールドマシン２００には、カッターヘッド駆動機構２、推進体駆動機構３０、傾斜角調整機構４０、エレクタ５０、前方筒状体駆動機構６０、及び後方筒状体駆動機構７０を制御する制御装置がさらに設けられている。
【００５０】
図１１は、連結機構９０の構造を示す斜視図である。連結機構９０は、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとを連結するものであり、より特定的には、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとが全方位にわたって相対的に傾斜可能に連結する自在継手として構成されている。すなわち連結機構９０は、環状の連結部材９１、第１支持部材９２、及び第２支持部材９３を有している。環状の連結部材９１は、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとのつなぎ目付近に配置され、かつこれらのシールド頭部１１Ｄ及び胴部１２Ｄの内側にあって、筒状摺動体８０（図１０）に干渉しないようにその周囲に配置される。環状の連結部材９１の一対の対角位置に、第１の支持部材９２が設けられ、別の一対の対角位置に、第２の支持部材９３が設けられている。図１１の例では、第１の支持部材９２が設けられる一対の対角位置を結ぶ軸線と、第２の支持部材９３が設けられる一対の対角位置を結ぶ軸線とは、互いに直交している。第１の支持部材９２は、シールド頭部１１Ｄを回動自在に支持するものであり、図１１の例ではピンとして構成されている。第２の支持部材９３は、シールド胴部１２Ｄを回動自在に支持するものであり、図１１の例では第１の支持部材９２と同様にピンとして構成されている。シールド胴部１２Ｄには、自身と第１支持部材９２との干渉を回避するために、切り欠き９４が形成されている。
【００５１】
図１２は、筒状摺動体８０の構成を示す斜視図である。筒状摺動体８０は、前方筒状体８１と後方筒状体８２とを有している。これらの前方筒状体８１と後方筒状体８２とは、一つの筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応しており、輪切りにされた面で互いに当接し合っている。互いに当接し合う面とは反対側に位置する端部付近の内周面には、前方筒状体８１については内歯歯車８３が形成されており、後方筒状体８２については内歯歯車８４が形成されている。内歯歯車８３は、前方筒状体８１を回転駆動する動力を受けるための歯車であり、内歯歯車８４は、後方筒状体８２を回転駆動する動力を受けるための歯車である。
【００５２】
図１２は、前方筒状体８１と後方筒状体８２とが、単一の筒状体からあたかも斜めに輪切りにすることにより形成されたままで、回転位置を変えない状態を表している。便宜上、この回転位置を基準として、前方筒状体８１の回転角θ１及び後方筒状体８２の回転角θ２を定める。回転角θ１、θ２は、図１２に例示するように、各筒状体８１、８２の当接面の反対側から見た右回りの角度を正（＞０）とする。図１２に例示される各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２は“０”である。このとき、筒状体８１、８２の中心軸は同一となり、筒状体８１、８２は相対的に傾斜しない。図１２の例では、回転角θ１、θ２が“０”であるときの筒状体８１、８２同士の当接面は、左右には傾いておらず、その法線は鉛直軸と中心軸とが規定する平面内に位置するものとしている。
【００５３】
図１３は、筒状摺動体８０の動作を示す上面図である。図１３（ａ）に示すように、筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“０”であるときには、筒状体８１の中心軸８５と筒状体８２の中心軸８６とは、互いに一致する。すなわち、筒状体８１、８２の間の相対的な傾斜角は“０”となる。一方、図１３（ｂ）に示すように、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“＋９０°”であるときには、筒状体８１の中心軸８５と筒状体８２の中心軸８６とは、最大の角度をもって交差する。すなわち、筒状体８１、８２は、最大の角度をもって相対的に左右に傾斜する。各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“０”から“＋９０°”へ近づくほど、筒状体８１、８２は互いに左右に大きく傾斜する。さらに、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が“＋９０°”から“＋１８０°”へ近づくほど、筒状体８１、８２の左右の傾斜は小さくなり、回転角θ１、θ２が“１８０°”であるときには、図１３（ａ）と同様に傾斜角は“０”となる。また、各筒状体８１、８２の回転角θ１、θ２が負であるときには、筒状体８１、８２は、回転角θ１、θ２が正であるときとは逆方向に傾斜する。
【００５４】
以上のように、筒状体８１、８２を、互いに等しい回転角θ１、θ２だけ回転させることにより、相対的に左右に傾斜させることができる。これに対して、回転角θ１、θ２を互いに異ならせることにより、筒状体８１、８２を様々な方向に傾斜させることが可能となる。例えば、前方筒状体８１の回転角θ１を“１８０°”とし、後方筒状体８２の回転角θ２を“０”に設定することにより、筒状体８１、８２を最大の角度をもって相対的に上下方向に傾斜させることができる。
【００５５】
筒状体８１、８２の当接面の形状は円環であることが望ましい。その場合には、中心軸８５、８６に垂直な切断面上の筒状体８１、８２の断面形状は楕円環となる。筒状体８１、８２の当接面の形状が円環であれば、筒状体８１、８２がどのような回転角θ１、θ２をもって回転しても、当接面の間に径方向内方及び外方へのはみ出し部分を生じない。
【００５６】
図１０に戻って、前方筒状体駆動機構６０は、シールド頭部１１Ｄ内に配置され、前方筒状体８１を回転駆動するものである。また、後方筒状体駆動機構７０は、シールド胴部１２Ｄ内に配置され、後方筒状体８２を回転駆動するものである。より特定的には、前方筒状体駆動機構６０は、環状のフレーム６１、動力部６２、及び駆動歯車６３を有している。環状のフレーム６１は、シールド頭部１１Ｄの内壁及び／又はカッターヘッド駆動機構２に取り付けられ、前方筒状体８１を回転可能に支持するものである。動力部６２はフレーム６１に取り付けられ、前方筒状体８１を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車６３は、動力部６２の駆動軸に取り付けられ、かつ前方筒状体８１の内歯歯車８３に噛み合っており、それにより動力部６２の回転力を前方筒状体８１に伝える。
【００５７】
同様に、後方筒状体駆動機構７０は、環状のフレーム７１、動力部７２、及び駆動歯車７３を有している。環状のフレーム７１は、シールド胴部１２Ｄの内壁及び／又は推進体駆動機構３０のフレーム３１に取り付けられ、後方筒状体８２を回転可能に支持するものである。動力部７２はフレーム７１に取り付けられ、後方筒状体８２を回転駆動する動力を発生するものであり、例えば電気モータあるいは油圧アクチュエータである。駆動歯車７３は、動力部７２の駆動軸に取り付けられ、かつ後方筒状体８２の内歯歯車８４に噛み合っており、それにより動力部７２の回転力を後方筒状体８２に伝える。
【００５８】
前方筒状体８１と後方筒状体８２とを、それぞれ回転駆動する前方筒状体駆動機構６０と後方筒状体駆動機構７０とは、相対的に傾斜可能に連結されたシールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとにそれぞれ設置されているので、前方筒状体８１と後方筒状体８２との間の中心軸の相対的な方向が変わることにより、シールド胴部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間の中心軸の相対的な方向が変わることとなる。すなわち、前方筒状体８１と後方筒状体８２とを回転駆動することにより、従来技術が必要とした傾斜角調整用の多数のジャッキ（すなわち中折れジャッキ）を用いることなく、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間の傾斜角を調整することが可能となる。
【００５９】
前方筒状体１１Ｄと後方筒状体１２Ｄとは、それぞれ筒状であるため、それらの内側には空間が確保される。このため他の機材、例えば泥土搬出用スクリューコンベヤーなどを、シールド１０Ｄ内に設置することが容易である。また、駆動歯車６３、７３及びこれらを駆動する動力部６２、７２は、シールド１０Ｄの天井部に設けられており、このことも、スクリューコンベヤーなどの機材を、シールド１０の内部に設置することを容易なものにしている。また、シールド１０内に立ち入る作業者の安全上も好ましい。
【００６０】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２による周回推進体２０、２０Ａ〜２０Ｃは、全体として剛性の環状体２１、２１Ａ〜２１Ｃをそれぞれ有しており、推進体駆動機構３０により回転駆動された。これに対して周回推進体を、柔軟に変形し得るように構成することも可能である。図１４はその一例を示す周回推進体の斜視図である。この周回推進体２０Ｅは、周回推進体２０Ｂ（図６）の環状体２１Ｂを変形可能な構成としたものである。図１４（ａ）に全体斜視図を示すように、この周回推進体２０Ｅが有する環状体２１Ｅは、一連の連結片２５を有している。図１４（ｂ）に示すように各連結片２５は、回動軸となるピン２７によって隣り合う連結片２５と連結されている。すなわち、連結片２５の本体部２６の周方向端部は蝶番構造となっており、それにより隣接する連結片２５とは、掘削方向（Ｆ又はＲ）に沿った軸の周りに相対的に回動可能となっている。一例として、ピン２７は割ピン２８により係止される。また各連結片２５の内周には、１連結片分の内歯歯車２２が形成されている。さらに連結片２５のうちの幾つかには、その後方端面にローラ２３Ｅが設けられている。
【００６１】
図１５は、周回推進体２０Ｃ（図９）の環状体２１Ｃを変形可能な構成としたものである。この周回推進体２０Ｆは図１４に示した周回推進体２０Ｅと同様に、その環状体２１Ｆが一連の連結片２９を有している。各連結片２９は、隣接する連結片２９とは、蝶番構造により掘削方向（Ｆ又はＲ）に沿った軸の周りに相対的に回動可能となっている。また一連の連結片２９には交互に、後方端面にローラ２３Ｆが設けられている。
【００６２】
周回推進体２０Ｅ（図１４）、２０Ｆ（図１５）において、各連結片２５、２９の周方向の幅を狭くして、連結片２５、２９の個数を多くするほど、変形の度合い、すなわち柔軟さの度合いは増大する。さらに図１６に例示するように、チェーン状の環状体２１Ｇを有するように周回推進体２０Ｇを構成することも可能である。環状体２１Ｇは、連結片１２１及び１２２が相対的に回動可能に、交互に連結することにより環状をなしている。そして、連結片１２１の一部には、その後方端面にローラ２３Ｇが設けられている。環状体２１Ｇは、全体がチェーン構造を有しているので、推進体駆動機構３０による周回駆動を受けるために、内歯歯車２２を別途設ける必要はない。すなわち、推進体駆動機構３０の駆動歯車３３は、チェーン構造をなす環状体２１Ｇと噛み合うことにより、周回推進体２０Ｇを周回駆動することができる。
【００６３】
周回推進体２０Ｅ（図１４）又は２０Ｆ（図１５）において、内歯歯車２２の代わりに、チェーンを配置しても良い。そのように構成された周回推進体（図示略）も、周回推進体２０Ｇと同様に、推進体駆動機構３０によって周回駆動することが可能である。この場合に、各連結片は連結片２１Ｅ又は２１Ｆと同様に、蝶番構造により連結されていても良いが、隣り合う連結片同士がチェーンで連結されていても良い。この場合に、隣り合う連結片の間には空隙があっても良い。なお、周回推進体２０Ｂ、２０Ｃだけでなく、周回推進体２０（図２）、２０Ａ（図４）についても、周回推進体２０Ｅ（図１４）又は２０Ｆ（図１５）と同様に、蝶番構造により連結された一連の連結片、あるいは、チェーンで連結された一連の連結片を有するように構成することも可能である。チェーンで連結されていても、一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能なように連結されていることに変わりはない。
【００６４】
図１７は、柔軟な周回推進体２０Ｐを用いたシールドマシンの概略構造を示す断面図である。図１４〜図１６に示した周回推進体２０Ｅ〜２０Ｇは、周回推進体２０Ｐの一例に該当する。このシールドマシン３００では、シールド胴部１２Ｐの内壁に取り付けられた環状のフレーム３１Ｐの内周に、周回推進体２０Ｐが摺動可能に支持されている。フレーム３１Ｐは、フレーム３１（図１）と同様に、推進体駆動機構（図示略）の構成要素である。周回推進体２０Ｐは柔軟に変形し得るので、周回推進体２０Ｐが所定の周回軌道に沿うように、その周回方向に沿ってガイド３５が適度な間隔をもって配置されている。ガイド３５は、例えば駆動歯車３３（図１、図３）と同様の歯車を有し、例えば周回推進体２０Ｐに設けられた内歯歯車２２に噛み合うことにより、周回推進体２０Ｐを案内する。ガイド３５の一部、例えば１つあるいは複数は、周回推進体２０Ｐを駆動するものであり、例えば駆動歯車３３である。周回推進体２０Ｐが柔軟に変形し得るので、図１７に例示するように周回推進体２０Ｐを用いることにより、シールド胴部１２Ｐを含むシールドの断面形状が円形以外の形状とすることが可能となる。図１７の例では、シールドの断面形状は略矩形である。
【００６５】
図１８は、柔軟な周回推進体２０Ｒを用いたシールドマシンの概略構造を示す断面図である。周回推進体２０Ｐと同様に、図１４〜図１６に示した周回推進体２０Ｅ〜２０Ｇは、周回推進体２０Ｒの一例に該当する。このシールドマシン４００では、周回推進体２０Ｒが、シールド胴部１２Ｒの内壁に取り付けられた環状のフレーム３１Ｒの内周に、摺動可能に支持されている。フレーム３１Ｒは、フレーム３１Ｐ（図１７）と同様に、推進体駆動機構（図示略）の構成要素である。周回推進体２０Ｐと同様に、周回推進体２０Ｒの周回方向に沿ってガイド３５が適度な間隔をもって配置されている。ガイド３５の一部は、周回推進体２０Ｒを駆動するものであり、例えば駆動歯車３３である。シールドマシン４００は、いわゆる３連マシンとして構成されたものである。このように断面形状が円形から著しく離れた異形をなすシールドマシン４００においても、敷設されるセグメント５、５Ｂ、５Ｃに沿って、言い換えるとシールドの内周に沿って、周回推進体２０Ｒを周回させることにより、掘削方向前方Ｆへ向かう推進力を得ることが可能となる。なお、図１７及び図１８の例が示すように、本発明のシールドマシンが有する「筒状のシールド」とは、円筒状のシールドに限られるものではない。筒状のシールドの断面形状として、楕円やアーチを採ることも、当然可能である。
【００６６】
柔軟に変形可能な周回推進体２０Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｐ、Ｒは、シールドマシン１００（図１）又は２００（図１０）のように、円形断面のシールド１０を有するシールドマシンに対しても、ガイド３５と共に使用することが可能である。それにより、地山の圧力によりシールド１０が変形することがあっても、周回推進体２０Ｅ等が、変形に柔軟に追随することが可能となる。
【００６７】
（その他の実施の形態）
（Ａ） 実施の形態１によるシールドマシン１００として、シールド１０がシールド頭部１１及びシールド頭部１２とに２分割されている例を示した。実施の形態２によるシールドマシン２００についても同様であった。これに対して、シールド１０が３以上の部分に分割されたシールドマシンを実施することも可能である。カッターヘッド１が設けられたシールド頭部１１と、周回推進体２０及び推進体駆動機構３０が設けられたシールド胴部１２とを含んでおれば良い。さらには、シールド１０が分割されておらず、それゆえ傾斜角調整機構４０を備えず、周回推進体２０及び推進体駆動機構３０がシールド１０内に設けられたシールドマシンを実施することも可能である。これらも全て、本発明の一態様をなす。また、実施の形態２によるシールドマシン２００の変形形態として、周回推進体２０Ｃ及び推進体駆動機構３０を備えず、その代わりに、例えば従来の推進ジャッキを用いた形態を実施することも可能である。当該形態においても多数の中折れジャッキの使用を不要とすることができる。この形態もまた、本発明の別の一態様をなす。
【００６８】
（Ｂ） 図１０及び図１１に示した連結機構９０では、連結部材９１がシールド頭部１１Ｄ及びシールド胴部１２Ｄの内側に配置された例を示した。これに対し、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとの間に配置されても良い。この場合には、図１１に示した切り欠き９４は無用である。
【００６９】
（Ｃ） 実施の形態２によるシールドマシン２００では、連結機構９０が自在継手として構成されているので、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとを、３６０°の全方位にわたって相対的に傾斜させることが可能である。それにより、進行方向が左右や上下、あるいは斜めにカーブしたトンネルを容易に形成することが可能となる。これに対して、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄが傾斜する方位を制限するように連結機構９０を構成することも可能である。例えば、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとが、左右方向にのみ相対的に傾斜するように、それらを連結しても良い。図１３に例示したように、前方筒状体８１の回転角θ１と後方筒状体８２の回転角θ２とを、互いに同一となるように制御するのであれば、シールド頭部１１Ｄとシールド胴部１２Ｄとは、左右方向にのみ相対的に傾斜するように連結されておれば足りる。
【００７０】
（Ｄ） 実施の形態２によるシールドマシン２００において、筒状摺動体８０は、前方筒状体８１と後方筒状体８２との間に介在するローラ等の転動体を有していても良い。例えば、前方筒状体８１と後方筒状体８２の一方の当接面に、図２の環状体２１の後端面と同様に、ローラが周方向に沿って配置されていても良い。あるいは、双方の当接面の周方向に沿って環状の溝が形成され、当該溝内を転動するボールベアリングが配設されていても良い。それによって、前方筒状体８１と後方筒状体８２の回転に伴う当接面同士の摩擦を低減することができる。
【００７１】
（Ｅ） 実施の形態１及び２によるシールドマシン１００及び２００では、カッターヘッド駆動機構２は、カッターヘッド１を回転駆動することにより、カッターヘッド１が前方の地山を掘削することを可能にした。しかし一般に、カッターヘッド駆動機構２は、前方の治山を掘削するようにカッターヘッド１を駆動するものであれば良く、例えば、左右、上下、もしくは斜め方向にカッターヘッド１を揺動させたり、環状に揺動させたりするものであっても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１ カッターヘッド
２ カッターヘッド駆動機構
５、５Ｂ、５Ｃ セグメント
１０、１０Ｄ シールド
１１、１１Ｄ シールド頭部
１２、１２Ｄ シールド胴部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｐ、２０Ｒ 周回推進体
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ 環状体
２２ 内歯歯車
２３、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ｇ ローラ（転動体）
２５、２９ 連結片
３０ 推進体駆動機構
３１、３１Ｐ、３１Ｒ フレーム
３２ 動力部
３３ 駆動歯車
３５ ガイド
４０ 傾斜角調整機構
６０ 前方筒状体駆動機構
７０ 後方筒状体駆動機構
６１、７１ フレーム
６２、７２ 動力部
６３、７３ 駆動歯車
８０ 筒状摺動体
８１ 前方筒状体
８２ 後方筒状体
８３、８４ 内歯歯車
９０ 連結機構
９１ 連結部材
９２ 第１支持部材
９３ 第２支持部材
Ｆ 掘削方向前方
Ｒ 掘削方向後方
１００、２００ シールドマシン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメントを、その掘削方向前方端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有するように、前記トンネルの壁面に敷設するシールドマシンであって、
筒状のシールドと、
前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの前記前方端面上を周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方への推進力を生成する周回推進体と、
前記シールド内に設置され、前記周回推進体を周回駆動する推進体駆動機構と、
前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前方の地山を掘削するカッターヘッドと、
前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するカッターヘッド駆動機構と、
を備えるシールドマシン。
【請求項２】
前記周回推進体は、前記推進体駆動機構により周回駆動される環状体と、当該環状体の掘削方向後端面に設けられ前記セグメントの前記前方端面上を転動する転動体とを有する、請求項１に記載のシールドマシン。
【請求項３】
前記周回推進体は、前記環状体の内壁面に形成された内歯歯車をさらに有しており、
前記推進体駆動機構は、前記内歯歯車に噛み合う駆動歯車を有しており、当該駆動歯車を介して前記周回推進体を周回駆動する、請求項２に記載のシールドマシン。
【請求項４】
前記周回推進体は、環状に連結された一連の連結片を有し、当該一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、前記掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、
前記推進体駆動機構は、前記周回推進体を所定の軌道に沿うように案内するガイドを有する請求項１ないし３のいずれかに記載のシールドマシン。
【請求項５】
前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有しており、
前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、
前記周回推進体と前記推進体駆動機構とは、前記シールド胴部内に設けられており、
前記シールドマシンは、
前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載のシールドマシン。
【請求項６】
前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構を、さらに備え、
前記傾斜角調整機構は、
筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合う前方筒状体及び後方筒状体と、
前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動する前方筒状体駆動機構と、
前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動する後方筒状体駆動機構と、を有する請求項５に記載のシールドマシン。
【請求項７】
地山を掘削してトンネルを形成するとともに、前記トンネルの壁面にセグメントを敷設するシールドマシンであって、
筒状のシールドと、
前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの掘削方向前方端面を押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成する推進力生成機構と、
前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前面の地山を掘削するカッターヘッドと、
前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するカッターヘッド駆動機構と、
を備え、
前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有しており、
前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、
前記推進力生成機構は、前記シールド胴部に設けられており、
前記シールドマシンは、
前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構と、
前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構と、をさらに備え、
前記傾斜角調整機構は、
筒状体を斜めに輪切りにして分けられた形状をなし、輪切りにされた面で互いに当接し合う前方筒状体及び後方筒状体と、
前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動する前方筒状体駆動機構と、
前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動する後方筒状体駆動機構と、を有するシールドマシン。
【請求項８】
前記連結機構は、
前記前方筒状体及び前記後方筒状体の周囲に配置された環状の連結部材と、
前記連結部材の一対の対角位置に回動自在に前記シールド頭部を支持する第１の支持部材と、
前記連結部材の他の一対の対角位置に回動自在に前記シールド胴部を支持する第２の支持部材と、を有する請求項６又は７に記載のシールドマシン。
【請求項１】
地山を掘削してトンネルを形成するとともに、セグメントを、その掘削方向前方端面が周方向に沿って掘削方向へ傾斜する傾斜面を有するように、前記トンネルの壁面に敷設するシールドマシンであって、
筒状のシールドと、
前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの前記前方端面上を周方向に滑動するように周回することにより、掘削方向前方への推進力を生成する周回推進体と、
前記シールド内に設置され、前記周回推進体を周回駆動する推進体駆動機構と、
前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前方の地山を掘削するカッターヘッドと、
前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するカッターヘッド駆動機構と、
を備えるシールドマシン。
【請求項２】
前記周回推進体は、前記推進体駆動機構により周回駆動される環状体と、当該環状体の掘削方向後端面に設けられ前記セグメントの前記前方端面上を転動する転動体とを有する、請求項１に記載のシールドマシン。
【請求項３】
前記周回推進体は、前記環状体の内壁面に形成された内歯歯車をさらに有しており、
前記推進体駆動機構は、前記内歯歯車に噛み合う駆動歯車を有しており、当該駆動歯車を介して前記周回推進体を周回駆動する、請求項２に記載のシールドマシン。
【請求項４】
前記周回推進体は、環状に連結された一連の連結片を有し、当該一連の連結片の各々は、隣り合う連結片と、前記掘削方向に沿った軸の周りに相対的に回動可能に連結されており、
前記推進体駆動機構は、前記周回推進体を所定の軌道に沿うように案内するガイドを有する請求項１ないし３のいずれかに記載のシールドマシン。
【請求項５】
前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有しており、
前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、
前記周回推進体と前記推進体駆動機構とは、前記シールド胴部内に設けられており、
前記シールドマシンは、
前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構をさらに備える請求項１ないし４のいずれかに記載のシールドマシン。
【請求項６】
前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構を、さらに備え、
前記傾斜角調整機構は、
筒状体を斜めに輪切りにしてなる一方と他方とに対応し、輪切りにされた面で互いに当接し合う前方筒状体及び後方筒状体と、
前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動する前方筒状体駆動機構と、
前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動する後方筒状体駆動機構と、を有する請求項５に記載のシールドマシン。
【請求項７】
地山を掘削してトンネルを形成するとともに、前記トンネルの壁面にセグメントを敷設するシールドマシンであって、
筒状のシールドと、
前記シールド内に設置され、前記トンネルの壁面に敷設された前記セグメントの掘削方向前方端面を押圧し、その反作用により掘削方向前方への推進力を生成する推進力生成機構と、
前記シールドの掘削方向前端部に設けられ、前面の地山を掘削するカッターヘッドと、
前記シールド内に設置され、前記前面の地山を掘削するように前記カッターヘッドを駆動するカッターヘッド駆動機構と、
を備え、
前記筒状のシールドは、互いに分割されたシールド頭部とシールド胴部とを有しており、
前記カッターヘッドは、前記シールド頭部に設けられており、
前記推進力生成機構は、前記シールド胴部に設けられており、
前記シールドマシンは、
前記シールド頭部と前記シールド胴部とを相対的に傾斜可能に連結する連結機構と、
前記シールド頭部と前記シールド胴部との傾斜角を調整する傾斜角調整機構と、をさらに備え、
前記傾斜角調整機構は、
筒状体を斜めに輪切りにして分けられた形状をなし、輪切りにされた面で互いに当接し合う前方筒状体及び後方筒状体と、
前記シールド頭部内に設置され、前記前方筒状体を回転駆動する前方筒状体駆動機構と、
前記シールド胴部内に設置され、前記後方筒状体を回転駆動する後方筒状体駆動機構と、を有するシールドマシン。
【請求項８】
前記連結機構は、
前記前方筒状体及び前記後方筒状体の周囲に配置された環状の連結部材と、
前記連結部材の一対の対角位置に回動自在に前記シールド頭部を支持する第１の支持部材と、
前記連結部材の他の一対の対角位置に回動自在に前記シールド胴部を支持する第２の支持部材と、を有する請求項６又は７に記載のシールドマシン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２６５６８４（Ｐ２０１０−２６５６８４Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１８５４０（Ｐ２００９−１１８５４０）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（３０８０２６９３１）株式会社Ｅａｔ・Ｉｔ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（３０８０２６９３１）株式会社Ｅａｔ・Ｉｔ (1)
【Ｆターム（参考）】
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