シールド掘進機
【課題】単一のカッタ部により小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削し得るシールド掘進機を提供すること。
【解決手段】シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置であってカッタボスよりも大径のカッタ円軌跡上に互いに所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークを前記カッタ円軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けて構成した。
【解決手段】シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置であってカッタボスよりも大径のカッタ円軌跡上に互いに所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークを前記カッタ円軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単一のカッタ部により、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで、掘削するために好適なシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伸縮可能なカッタスポークを備えたシールド掘進機として、例えば特許第３３６１１３９号公報に記載の技術がある。
【０００３】
前掲特許公報に記載の従来技術では、カッタ回転軸の前端部にカッタボスを設け、このカッタボスの放射方向に、それぞれ固定のカッタスポークと、伸縮可能なカッタスポークとを取り付けている。
【特許文献１】特許第３３６１１３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のごとく、従来技術では固定のカッタスポークと、伸縮可能なカッタスポークとをカッタボスの放射方向に取り付けているので、カッタボスの径及びシールド外筒径との制約を受け、伸縮可能なカッタスポークとして大ストロークのものを採用できないという課題があった。
【０００５】
その結果、シールド外筒部に、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを固定・引き抜き可能に構成したシールド掘進機に、前記従来技術を取り入れた場合、伸縮可能なカッタスポークに大ストロークのものを採用できないため、単一のカッタ部で小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削するシールド掘進機には適用できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、単一のカッタ部により小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削し得るシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明は、シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに地山掘削用の伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置に所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークをカッタの回転軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒と、前記カッタスポーク外筒およびカッタスポーク内筒内に設けられ、カッタスポーク内筒を進退させる伸縮自在なジャッキからなることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒からなり、前記カッタスポーク内筒はカッタスポーク外筒に固定ピンを介し所定の位置に固定されることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のシールド掘進機において、前記カッタスポーク内筒には中央部より底部側に位置する第１のピン穴と、中央部より先端部側に位置する第２のピン穴とが設けられ、前記カッタスポーク外筒にはピン挿通孔が設けられ、このピン挿通孔と合わせられた第１または第２のピン穴に固定ピンを挿通して前記カッタスポーク内筒を固定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１〜４記載の発明では、各伸縮カッタスポーク１７を、カッタの回転中心より偏心した位置であって、カッタ回転軌跡の接線方向に向けてカッタボス１６の外側部に取り付けているので、カッタボスの径の制約を受けず、各伸縮カッタスポーク１７に大ストロークのものを採用することができる。したがって、これらストロークの大きい伸縮カッタスポーク１７を備えた単一のカッタ部により、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで、掘削し得る効果がある。
【０００９】
また、請求項１〜４記載の発明によれば、各伸縮カッタスポーク１７を縮小させることにより、カッタ部をコンパクトにまとめることができる。したがって、シールド外筒部２からのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの引き抜き、シールド外筒部２へのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの挿入共、容易に行うことができるので、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの再利用に当たっての引き抜き・挿入作業を能率良く行い得る効果がある。
【００１０】
また、請求項３、４記載の発明によれば、伸縮カッタスポークが簡易構成となるため、その分シールド掘削機の製造が容易となり、かつコストを低減することができる。
【００１１】
なお、本発明は密閉型シールドまたは推進工法における推進機のいずれにも適用できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
［第１の実施例］
図１〜図５は本発明の第１の実施例を示すもので、図１は切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線一部縦断正面図、図３は図２のＢ−Ｂ線断面図、図４はトンネル掘削後、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを引き抜くときの一部破断側面図、図５は図４のＣ−Ｃ線一部縦断正面図である。
【００１４】
これら図１〜図５に示す第１の実施例のシールド掘進機１は、筒状のシールド外筒部２と、これより小径であって同じく筒状のシールド内筒部８と、カッタ回転軸用の第１，第２の軸受１４，３２と、カッタ回転軸１５と、地山掘削用の伸縮カッタスポーク１７と、カッタ回転駆動装置２９と、掘削土砂を取り込むチャンバ３３と、チャンバ３３内の土圧を計測する土圧計３４と、スイベルジョイント３５と、作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８と、チャンバ３３内の掘削土砂を掘進に伴って排出する排土装置４０と、掘進用のシールドジャッキ４１と、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリ用の引き抜き・押し込みジャッキ（図示せず）等を備えて構成されている。
【００１５】
前記シールド外筒部２は、図１（ａ）および図４に示すように、外筒３と、前端板４と、後端板５と、内筒６と、フード７とを組み合わせて構成されている。前記内筒６には、円周方向に所定の間隔をおいて複数個の袋ナット１１が設けられている。
【００１６】
前記シールド内筒部８は、図１（ａ）および図４に示すように、シールド駆動内筒９と、これの前端部に取り付けられた隔壁１０とを備えて構成されている。このシールド内筒部８は、前記シールド外筒部２の内側に嵌合し得る直径に形成されている。前記シールド駆動内筒９には、前記袋ナット１１に位置を合わせて、ボルト通し孔１２が形成されている。
【００１７】
シールド掘進機１の使用状態では、各ボルト通し孔１２にセットボルト１３を通し、そのセットボルト１３を袋ナット１１にねじ込んで止めた結合構造により、シールド外筒部２にシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリが固定されている。
【００１８】
また別の固定方法として、図１（ｂ）に示すように、シールド駆動内筒９の端部に外筒端部５に接するように内筒フランジ９’を設け、シールドジャッキ４１と干渉しない場所の外筒端部５にボルト通し孔１２を設け、外筒端部５と内筒フランジ９’をセットボルト１３で固定することで外筒と内筒を前記と同様に固定できる。また前記固定方法と併用することもできる。
【００１９】
カッタ回転軸用の第１の軸受１４は、図１（ａ）および図４に示すように、シールド内筒部８の隔壁１０に設けられている。第２の軸受３２は、カッタ回転駆動装置２９における後述のギヤボックス３０の背部に設けられている。
【００２０】
カッタ回転軸１５は、前記第１，第２の軸受１４，３２に回転自在に支持されている。このカッタ回転軸１５の前端部には、カッタボス１６が一体に設けられている。このカッタボス１６は、図２に示すように、この実施例では正面から見て例えばほぼ四角形に形成されている。
【００２１】
前記伸縮カッタスポーク１７は、この実施例では図２および図５に示すごとく、２基配備されている。各伸縮カッタスポーク１７は、図２，図３および図５に示すように、有底筒状のカッタスポーク外筒１８と、その内側に設けられたカッタスポーク内筒１９と、カッタスポーク内筒１９の伸縮操作用ジャッキ２１とを備えている。前記カッタスポーク内筒１９は、カッタスポーク外筒１８内に伸縮可能に嵌挿されている。前記伸縮操作用ジャッキ２１は、ジャッキシリンダ２２と、これに嵌挿されたピストンロッド２３とを有している。ジャッキシリンダ２２は、ジャッキ支持部２０を介してカッタスポーク外筒１８内に固定されている。ピストンロッド２３のロッドエンドは、ピン２４を介してカッタスポーク内筒１９にヒンジ結合されている。
【００２２】
前記２基の伸縮カッタスポーク１７は、図２および図５に示すようにカッタ回転中心より偏心した位置に設けられ、かつカッタボス１６の半径よりも大きく、またカッタ回転軸１５の回転中心Ｏ１を中心とするカッタ円軌跡の接線方向に向け、互いに反対向きに配置され、しかもカッタスポーク外筒１８を介してカッタボス１６の各外側部のフラットな面にそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
そして、各伸縮カッタスポーク１７は伸縮操作用ジャッキ２１によりピストンロッド２３が伸長または縮小されるに伴い、カッタスポーク外筒１８に対してカッタスポーク内筒１９が伸長または縮小操作されるようになっている。
【００２４】
各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク外筒１８の外側部には、固定カッタスポーク２５が取り付けられている。この固定カッタスポーク２５は、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに形成されている。
【００２５】
前記カッタボス１６の前端面には、フィッシュテール状のセンタカッタ２６が設けられている。また、各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク外筒１８の前面には、複数のカッタビット２７が設けられている。さらに、各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク内筒１９の前面において、カッタスポーク内筒１９を縮小させたときに露出する部分にも、カッタビット２７が設けられている。また、前記カッタスポーク内筒１９の背面において、カッタスポーク内筒１９を縮小させたときに露出する部分の背面には、攪拌翼２８が設けられている。前記各固定カッタスポーク２５の前面にも、カッタビット２７が設けられている。
【００２６】
カッタ回転駆動装置２９は、図１および図４に示すように、前記シールド内筒部８の隔壁１０の背部に固定されたギヤボックス３０と、このギヤボックス３０の背部に取り付けられたカッタ駆動モータ３１と、ギヤボックス３０内において前記カッタ駆動モータ３１とカッタ回転軸１５間に設けられた減速歯車（図示せず）とを備えている。
【００２７】
前記カッタ回転軸１５と、カッタボス１６と、これに取り付けられた複数基としての２基の伸縮カッタスポーク１７と、カッタ回転駆動装置２９とによりカッタ部が構成されている。
【００２８】
掘削土砂を取り込むチャンバ３３は、図１に示すように、シールド外筒部２のフード７と、前端板４とシールド内筒部８の隔壁１０と、伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク２５に囲まれた空間にて区画形成されている。
【００２９】
土圧計３４は、チャンバ３３に臨ませて、隔壁１０の前面側に設けられている。
【００３０】
前記隔壁１０の下部側には、排土装置用の支持筒３９の前端が固定されている。
【００３１】
スイベルジョイント３５は、カッタ回転軸１５の後端部に連結されている。このスイベルジョイント３５には、図１および図４に示すように、作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８とが接続されている。
【００３２】
作泥土材配管３６は、カッタ回転軸１５の内部を通してカッタボス１６の前端部に導かれている。前記カッタボス１６の前端部には、図１および図４に示すように、作泥土材噴出口３７が設けられており、作泥土材配管３６を通じて供給された作泥土材を作泥土材噴出口３７から掘削土砂に向かって噴出させるようになっている。
【００３３】
液圧配管３８は、カッタ回転軸１５の内部を通してカッタボス１６における伸縮カッタスポーク１７の取り付け位置まで導かれ、各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のアプローチ側とリターン側とに液圧を供給し得るようになっている。
【００３４】
掘削土砂の排土装置４０は、図１に示すように、前記隔壁１０の下部に固定された支持筒３９に挿入・支持され、チャンバ３３に土砂取り込み口を臨ませて取り付けられている。
【００３５】
シールドジャッキ４１は、図１に示すように、シールド外筒部２内の後方部おいて、円周方向に所定の間隔をおいて複数基設置されている。そして、各シールドジャッキ４１はシールド外筒部２の後方に組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド外筒部２の後端板５を押し、シールド掘進機１全体を推進させるようになっている。
【００３６】
前記引き抜き・押し込みジャッキ（図示せず）は、坑内に配備されていて、シールド内筒部８と縮小されたカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２から引き抜き、またはシールド外筒部２に押し込むようになっている。
【００３７】
前述のごとく構成したシールド掘進機１は、次のように使用され、作用する。
【００３８】
まず、シールド外筒部２にシールド内筒部８を組み付ける前の初期状態では、シールド内筒部８にはカッタ部と、スイベルジョイント３５と、排土装置用の支持筒３９とが取り付けられている。カッタ部の伸縮カッタスポーク１７は、縮小された状態で固定されている。
【００３９】
この状態からシールド掘進機１を使用できる状態に組み立てるに当たっては、あらかじめ設置されたシールド外筒部２の内筒６に、シールド内筒部８のシールド駆動内筒９を位置合わせし、坑内にあらかじめ配備された引き抜き・押し込みジャッキにより、シールド外筒部２の内筒６内に、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを押し込む。このとき、シールド外筒部２の内筒６に設けられた各袋ナット１１に、シールド内筒部８のシールド駆動内筒９に形成された各ボルト通し孔１２を位置合わせしつつ、シールド外筒部２の前端板４に、シールド内筒部８の隔壁１０がほぼ同一面になる位置までシールド内筒部８を押し込む。
【００４０】
ついで、各ボルト通し孔１２にセットボルト１３を通し、そのセットボルト１３を袋ナット１１にねじ込み、シールド外筒部２にシールド内筒部８を組み込み、固定する。また、スイベルジョイント３５に作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８とを接続する。また、排土装置用の支持筒３９に排土装置４４を挿入し、固定する。さらに、シールド外筒部２の後端板５の後方に、互いに所定の間隔をおいてシールドジャッキ４１を複数基設置する。
【００４１】
そして、カッタスポーク伸縮用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のアプローチ側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク１７を、切羽をシールド外筒部２の直径Ｄ１に掘削し得る長さに伸長させる。
【００４２】
この状態からシールド掘進機１を発進させるときは、カッタ回転駆動装置２９のカッタ駆動モータ３１を駆動し、ギヤボックス３０内の減速歯車（図示せず）を介してカッタ回転軸１５を回転させ、カッタボス１６を介して伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク３５を回転させ、カッタボス１６に設けられたセンタカッタ２６と、伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク２５に設けられた多数のカッタビット２７により地山を掘削する。この実施例では掘進が終了する到達部の地山として地盤改良部４２（図４参照）を掘削し終った状況を示している。
【００４３】
前記地山の掘削中に、作泥土材配管３６から作泥土材を供給し、その作泥土材をカッタボス１６の前端部に設けられた作泥土材噴出口３７から噴出させ、掘削土砂に混入させる。
【００４４】
作泥土材を混入させた掘削土砂をチャンバ３３に取り込み、伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク内筒１９に設けられた攪拌翼２８及び固定カッタスポーク２５に設けられた撹拌翼２８により攪拌し、混練する。
【００４５】
チャンバ３３内の土圧を土圧計３４により監視しつつ、チャンバ３３内の掘削土砂を排土装置４０により取り出し、坑内の後方に搬出し、排土する。
【００４６】
このようにして、切羽を所定範囲掘削しながら、複数基のシールドジャッキ４１を伸長させ、後方で組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド掘進機１全体を推進させる。ついで、シールドジャッキ４１を縮小させ、再びセグメントを組み立てる。
【００４７】
以上の作業を繰り返して行い、この実施例ではシールド掘進機１により立坑壁４３（図４参照）を貫通するトンネルを掘進する。
【００４８】
立坑壁４３を有する到達立坑内からの作業が制約を受けることが多く、トンネルを掘削後、次のような作業を経て、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを回収する。
【００４９】
まず、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のリターン側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク１７を、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させ、その長さに固定する。スイベルジョイント３５から作泥土材配管３６と、液圧配管３８を取り外す。また、シールドジャッキ４１を取り外す。さらに、排土装置４０をその支持筒３９から引き抜いて外す。各セットボルト１３を袋ナット１１から取り外す。
【００５０】
図５は、各伸縮カッタスポーク１７をシールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断面図である。
【００５１】
この状態から、坑内に配備の引き抜き・押し込みジャッキを使って、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２の内筒６から、図４に矢印で示す方向に引き抜き、回収する。
【００５２】
そして、回収したシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを再利用する。
【００５３】
以上説明した第１の実施例によれば、各伸縮カッタスポーク１７はカッタの回転中心より偏心した位置に設けられ、かつカッタボス１６の半径よりも大きく、任意のカッタ回転軌跡の接線方向に配置し、かつカッタボス１６の外側部に取り付けているので、カッタボス１６の径による制約を受けないため、各伸縮カッタスポーク１７は大ストロークのものを採用することができる。その結果、各伸縮カッタスポーク１７を、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させた状態から、長大なストロークに伸長させることができる。これにより、シールド内筒部８の外径Ｄ２に対して、シールド外筒部２の外径Ｄ１を大きく取ることができる。したがって、単一のシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリにより、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削することができ、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの適用範囲を拡大することができる。
【００５４】
なお、図示実施例では各伸縮カッタスポーク１７を、図２に示すように、最大直径Ｄ１ｍのトンネルを掘削可能な長さまで伸長させ得るようになっている。
【００５５】
また、この第１の実施例によれば、図５に示すように、各伸縮カッタスポーク１７を縮小させた状態では、カッタ部をコンパクトにまとめることができる。したがって、シールド外筒部２からのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの引き抜き、シールド外筒部２へのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの挿入を容易に行うことができ、これらの作業を能率良く行うことができる。
【００５６】
なお、この第１の実施例において、カッタボス１６に伸縮カッタスポーク１７を３基以上取り付けても良い。
【００５７】
［第２の実施例］
次に、図６および図７は本発明の第２の実施例を示すもので、図６は切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図７は一部破断正面図である。
【００５８】
この実施例では、カッタボス５０の外周部に３つのカッタスポーク取付部を形成し、それらにカッタスポークをそれぞれ取付け、掘削効率を高めたことに特徴を有している。
【００５９】
カッタボス５０の外周には、円周方向に所定の間隔をおいて伸縮カッタスポーク取り付け台５１が設けられている。この実施例では、図７に示すように、前記カッタスポーク取り付け台５１は互いにほぼ１２０°の間隔をおいて３個設けられている。
【００６０】
伸縮カッタスポーク５２は、この実施例では３基配備されている。各伸縮カッタスポーク５２は、図７に示すように、カッタスポーク内筒５３と、カッタスポーク外筒５４と、伸縮操作用ジャッキ５５とを備えている。前記カッタスポーク外筒５４は、カッタスポーク内筒５３に伸縮可能に嵌合されている。前記伸縮操作用ジャッキ５５は、ジャッキシリンダ５６と、これに嵌挿されたピストンロッド５７とを有している。ジャッキシリンダ５６は、ジャッキ支持ピン５８により、カッタスポーク内筒５３にヒンジ結合されている。ピストンロッド５７のロッドエンドは、ロッド支持ピン５９により、カッタスポーク外筒５４にヒンジ結合されている。
【００６１】
前記３基の伸縮カッタスポーク５２は、図７に示すように、カッタボス５０の半径よりも大きいカッタ回転軸４９の回転中心Ｏ２を中心とするカッタ円軌跡の接線方向に向け、しかも互いにほぼ１２０°の間隔をおいて配置され、前記カッタスポーク取り付け台５１を介してカッタボス５０の外側部に取り付けられている。
【００６２】
しかして、各伸縮カッタスポーク５２は伸縮操作用ジャッキ５５によりピストンロッド５７が伸長または縮小されるに伴い、カッタスポーク内筒５３に対してカッタスポーク外筒５４が伸長または縮小操作されるようになっている。
【００６３】
前記カッタボス５０の前端面には、センタカッタ６０が設けられている。また、各伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク内筒５３の前面において、カッタスポーク外筒５４を縮小させた状態で露出する部分には、カッタビット６１が設けられている。さらに、伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク外筒５４の前面には、カッタビット６１が複数個設けられている。また、カッタスポーク外筒５４の背面には攪拌翼６２が設けられている。
【００６４】
その他の構成、作用等は前述の実施例と同様であり、説明の重複を避けるために同一部材は同じ符号で示す。
【００６５】
この第２の実施例のシールド掘進機４４は、次のように使用され、作用する。
【００６６】
まず、初期状態では各伸縮カッタスポーク５２は直径Ｄ４内に納まるように縮小されているものとする。
【００６７】
この状態で、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク５２の伸縮操作用ジャッキ５５のアプローチ側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク５２を、切羽をシールド外筒部２の外径とほぼ同じ直径Ｄ３に掘削し得る長さに伸長させる。
【００６８】
この状態からシールド掘進機４４を発進させるときは、カッタ回転駆動装置２９のカッタ駆動モータ３１を駆動し、ギヤボックス３０内の減速歯車を介してカッタ回転軸１５を回転させ、カッタボス５０を介して伸縮カッタスポーク５２を回転させ、カッタボス５０に設けられたセンタカッタ６０や、伸縮カッタスポーク５２に設けられた多数のカッタビット６１により地山を掘削する。
【００６９】
前記地山の掘削中に、作泥土材配管３６から作泥土材を供給し、その作泥土材をカッタボス５０の前端部に設けられた作泥土材噴出口７１から掘削土砂に対して噴出させ、混入させる。
【００７０】
作泥土材を混入させた掘削土砂をチャンバ３３に取り込み、伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク外筒５４に設けられた攪拌翼６２により攪拌し、混練する。
【００７１】
チャンバ６７内の土圧を土圧計３４により監視しつつ、チャンバ３３内の掘削土砂を排土装置４０により取り出し、坑内の後方に搬出し、排土する。
【００７２】
前述の作業により、切羽を所定範囲掘削後、複数基のシールドジャッキ４１を一斉に伸長させ、坑内の後方で組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド掘進機４４全体を推進させる。ついで、シールドジャッキ４１を縮小させ、再びセグメントを組み立てる。
【００７３】
前述のごとき作業を繰り返して行い、地山を掘削し、トンネルを掘進して行く。
なお、この第２実施例においても第１実施例と同様、トンネル掘削後は、各伸縮カッタスポークを縮小するなどし、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２の内筒６から引き抜き、回収し、他へ転用することができ、経済的なものとなっている。
【００７４】
以上説明した第２の実施例によれば、３つの各伸縮カッタスポーク５２をカッタボス５０の半径よりも大きいカッタ円軌跡の接線方向に向けて配置し、カッタスポーク取り付け台５１を介してカッタボス５０の外側部に取り付けているので、掘削効率が向上し、また、カッタボスの径による制約を受けないため、各伸縮カッタスポーク５２として大ストロークのものを採用することができる。したがって、単一のカッタ部を小断面トンネルと大断面トンネルの掘削に兼用できるので、カッタ部の適用範囲を拡大することができる。
【００７５】
なお、この第２の実施例において、カッタボス５０の形状を変更し、伸縮カッタスポーク５２を２基取り付けても良く、４基以上取り付けても良い。
【００７６】
また、カッタボス５０の外側部に伸縮カッタスポーク５２を直接取り付けるようにしても良い。
【００７７】
［第３の実施例］
図８〜図１０は本発明の第３の実施例を示す。図８は切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図、図１０は各伸縮カッタスポークをシールド外筒部の内筒の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断正面図を示す。
【００７８】
この実施例は、伸縮カッタスポーク１７’を簡易構成としたことに特徴を有する。
【００７９】
すなわち、伸縮自在な伸縮カッタスポーク１７’は、有底中空状の筒体からなるカッタスポーク外筒１８’と、その内側に設けられ、カッタスポーク外筒１８’を案内部材として摺動し、進退自在なカッタスポーク内筒１９’とを備えている。
【００８０】
カッタスポーク外筒１８’内には前述の実施例のようにジャッキシリンダは設けられていない。
【００８１】
カッタスポーク内筒１９’の外形はカッタスポーク外筒１８’の内形とほぼ対応した形状をなし、かつ内部にジャッキシリンダを収納しないため、中実の棒鋼として、強固にすることができるので、断面形状を小さくすることができる。
【００８２】
また、このシールド掘削機ではカッタスポーク外筒１８’に対するカッタスポーク内筒１９’の固定を簡易なピン固定手段としている。
【００８３】
すなわち、カッタスポーク内筒１９’には、その長さ方向に対し直交した方向に貫設された切羽掘削時に使用する第１のピン穴ａと、初期状態やカッタ部のアセンブリ回収時に使用する第２のピン穴ｂが形成されている。第１のピン穴ａはカッタスポーク内筒１９’の中央部よりやや底部側に形成され、第２のピン穴ｂは中央部よりやや先端部側に形成されている。これらの第１、第２のピン穴ａ、ｂは棒状の固定ピンｄを挿通するためのものである。
【００８４】
また、カッタスポーク外筒１８’の先端部のやや内側には挿通された固定ピンｄを固定するための固定ピン挿通孔ｃが互に対向して対設されている。
【００８５】
伸縮カッタスポーク１７’はこの実施例でも第１実施例と同様に２基配備されている。
【００８６】
そして、これらのカッタスポーク外筒１８’は、第１実施例とほぼ同様の構成のカッタボス１６’の各フラットな面に互に反対向きに取り付けられている。
【００８７】
なお、その他、図中１’はシールド掘進機、２’はシールド外筒部、７’はフード、８’はシールド内筒部、９’は内筒フランジ、１０’は隔壁、１５’はカッタ回転軸、２５’は固定カッタスポーク、２６’はセンタカッタ、２７’はカッタビット、４０’は排土装置であり、この実施例では、伸縮カッタスポーク１７’を上述のように簡易構成としたことを除けば、他の基本構成、作用等は第１実施例と同様である。
【００８８】
次にこの実施例の伸縮カッタスポーク１７’の動作について説明する。
【００８９】
図８はカッタスポーク内筒１９’を伸長させた状態を示す。これは第１実施例の図２に対応する状態を示す。
【００９０】
カッタスポーク内筒１９’の伸長にあたっては、カッタスポーク外筒１８’からカッタスポーク内筒１９’を引き出して伸長させ、第１のピン穴ａとピン挿通孔ｃとを合わせ、例えばカッタボス１６’側から固定ピンｄを挿通し、反対側から突出した先端部にナットｅを螺設すれば良い。この状態で切羽の掘削が行われる。
【００９１】
図１０は初期状態、または掘削終了後、シールド外筒部２’からシールド内筒部８’等を引き抜く際において、伸縮カッタスポーク１７’を縮めた場合を示す。
【００９２】
この状態にするには、第１のピン穴ａから固定ピンｄを外し、第２のピン穴ｂとピン挿通孔ｃとを合わせ、固定ピンｄを挿通し、ナットｅを用いて固定すれば良い。これらの作業は作業員によって行われる。この場合、カッタスポーク内筒１９’の底部はカッタスポーク外筒１８’の底部付近に位置し、かつ先端部はシールド内筒部８’の内側に位置する。したがって、掘削終了後はこのようにしてシールド外筒部２’からシールド内筒部８’とカッタ部のアセンブリを坑内側へ引き抜くことができる。
【００９３】
この実施例では、伸縮カッタスポーク１７’は第１実施例で用いたジャッキを不要とし、カッタスポーク内筒１９’は簡易なピン固定手段としたため、構成が簡易となり、コストを低減することができる。
【００９４】
なお、この伸縮カッタスポーク１７’の構造は、図７、図８に示した第２実施例にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例を示すもので、切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図である。（ｂ）は２つの筒の固定手段の他の例を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線一部縦断正面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】トンネル掘削後、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを引き抜くときの一部破断側面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線一部縦断正面図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示すもので、切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図である。
【図７】図６の一部破断正面図である。
【図８】本発明の第３実施例であって、切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図を示す。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】各伸縮カッタスポークをシールド外筒部の内筒の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断正面図を示す。
【符号の説明】
【００９６】
１、１’ シールド掘進機
２、２’ シールド外筒部
７、７’ フード
８、８’ シールド内筒部
９、９’ 内筒フランジ
１０、１０’ 隔壁
１１ 袋ナット
１３ セットボルト
１５、１５’ カッタ回転軸
１６ カッタボス
１７、１７’ 伸縮カッタスポーク
１８、１８’ カッタスポーク外筒
１９、１９’ カッタスポーク内筒
２１ 伸縮操作用ジャッキ
２５、２５’ 固定カッタスポーク
２６、２６’ センタカッタ
２７、２７’ カッタビット
Ｏ１ カッタ回転軸の回転中心
ｒ１ 円軌跡の半径
Ｃ１ 円軌跡
２９ カッタ回転駆動装置
３３ チャンバ
３５ スイベルジョイント
３６ 作泥土材配管
３８ カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管
３９ 排土装置用の支持筒
４０、４０’ 排土装置
４１ シールドジャッキ
４４ シールド掘進機
４５ シールド筒
４６ 隔壁
４７ フード
４９ カッタ回転軸
５０ カッタボス
５１ カッタスポーク取り付け台
５２ 伸縮カッタスポーク
５５ 伸縮操作用ジャッキ
Ｏ２ カッタ回転軸の回転中心
ｒ２ 円軌跡の半径
Ｃ２ 円軌跡
６３ カッタ回転駆動装置
６７ チャンバ
６９ スイベルジョイント
７０ 作泥土材配管
７２ カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管
７３ 排土装置
７４ シールドジャッキ
ａ 第１のピン穴
ｂ 第２のピン穴
ｃ 固定ピン挿通孔
ｄ 固定ピン
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単一のカッタ部により、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで、掘削するために好適なシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伸縮可能なカッタスポークを備えたシールド掘進機として、例えば特許第３３６１１３９号公報に記載の技術がある。
【０００３】
前掲特許公報に記載の従来技術では、カッタ回転軸の前端部にカッタボスを設け、このカッタボスの放射方向に、それぞれ固定のカッタスポークと、伸縮可能なカッタスポークとを取り付けている。
【特許文献１】特許第３３６１１３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のごとく、従来技術では固定のカッタスポークと、伸縮可能なカッタスポークとをカッタボスの放射方向に取り付けているので、カッタボスの径及びシールド外筒径との制約を受け、伸縮可能なカッタスポークとして大ストロークのものを採用できないという課題があった。
【０００５】
その結果、シールド外筒部に、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを固定・引き抜き可能に構成したシールド掘進機に、前記従来技術を取り入れた場合、伸縮可能なカッタスポークに大ストロークのものを採用できないため、単一のカッタ部で小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削するシールド掘進機には適用できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、単一のカッタ部により小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削し得るシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明は、シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに地山掘削用の伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置に所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークをカッタの回転軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒と、前記カッタスポーク外筒およびカッタスポーク内筒内に設けられ、カッタスポーク内筒を進退させる伸縮自在なジャッキからなることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒からなり、前記カッタスポーク内筒はカッタスポーク外筒に固定ピンを介し所定の位置に固定されることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のシールド掘進機において、前記カッタスポーク内筒には中央部より底部側に位置する第１のピン穴と、中央部より先端部側に位置する第２のピン穴とが設けられ、前記カッタスポーク外筒にはピン挿通孔が設けられ、このピン挿通孔と合わせられた第１または第２のピン穴に固定ピンを挿通して前記カッタスポーク内筒を固定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１〜４記載の発明では、各伸縮カッタスポーク１７を、カッタの回転中心より偏心した位置であって、カッタ回転軌跡の接線方向に向けてカッタボス１６の外側部に取り付けているので、カッタボスの径の制約を受けず、各伸縮カッタスポーク１７に大ストロークのものを採用することができる。したがって、これらストロークの大きい伸縮カッタスポーク１７を備えた単一のカッタ部により、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで、掘削し得る効果がある。
【０００９】
また、請求項１〜４記載の発明によれば、各伸縮カッタスポーク１７を縮小させることにより、カッタ部をコンパクトにまとめることができる。したがって、シールド外筒部２からのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの引き抜き、シールド外筒部２へのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの挿入共、容易に行うことができるので、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの再利用に当たっての引き抜き・挿入作業を能率良く行い得る効果がある。
【００１０】
また、請求項３、４記載の発明によれば、伸縮カッタスポークが簡易構成となるため、その分シールド掘削機の製造が容易となり、かつコストを低減することができる。
【００１１】
なお、本発明は密閉型シールドまたは推進工法における推進機のいずれにも適用できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
［第１の実施例］
図１〜図５は本発明の第１の実施例を示すもので、図１は切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線一部縦断正面図、図３は図２のＢ−Ｂ線断面図、図４はトンネル掘削後、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを引き抜くときの一部破断側面図、図５は図４のＣ−Ｃ線一部縦断正面図である。
【００１４】
これら図１〜図５に示す第１の実施例のシールド掘進機１は、筒状のシールド外筒部２と、これより小径であって同じく筒状のシールド内筒部８と、カッタ回転軸用の第１，第２の軸受１４，３２と、カッタ回転軸１５と、地山掘削用の伸縮カッタスポーク１７と、カッタ回転駆動装置２９と、掘削土砂を取り込むチャンバ３３と、チャンバ３３内の土圧を計測する土圧計３４と、スイベルジョイント３５と、作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８と、チャンバ３３内の掘削土砂を掘進に伴って排出する排土装置４０と、掘進用のシールドジャッキ４１と、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリ用の引き抜き・押し込みジャッキ（図示せず）等を備えて構成されている。
【００１５】
前記シールド外筒部２は、図１（ａ）および図４に示すように、外筒３と、前端板４と、後端板５と、内筒６と、フード７とを組み合わせて構成されている。前記内筒６には、円周方向に所定の間隔をおいて複数個の袋ナット１１が設けられている。
【００１６】
前記シールド内筒部８は、図１（ａ）および図４に示すように、シールド駆動内筒９と、これの前端部に取り付けられた隔壁１０とを備えて構成されている。このシールド内筒部８は、前記シールド外筒部２の内側に嵌合し得る直径に形成されている。前記シールド駆動内筒９には、前記袋ナット１１に位置を合わせて、ボルト通し孔１２が形成されている。
【００１７】
シールド掘進機１の使用状態では、各ボルト通し孔１２にセットボルト１３を通し、そのセットボルト１３を袋ナット１１にねじ込んで止めた結合構造により、シールド外筒部２にシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリが固定されている。
【００１８】
また別の固定方法として、図１（ｂ）に示すように、シールド駆動内筒９の端部に外筒端部５に接するように内筒フランジ９’を設け、シールドジャッキ４１と干渉しない場所の外筒端部５にボルト通し孔１２を設け、外筒端部５と内筒フランジ９’をセットボルト１３で固定することで外筒と内筒を前記と同様に固定できる。また前記固定方法と併用することもできる。
【００１９】
カッタ回転軸用の第１の軸受１４は、図１（ａ）および図４に示すように、シールド内筒部８の隔壁１０に設けられている。第２の軸受３２は、カッタ回転駆動装置２９における後述のギヤボックス３０の背部に設けられている。
【００２０】
カッタ回転軸１５は、前記第１，第２の軸受１４，３２に回転自在に支持されている。このカッタ回転軸１５の前端部には、カッタボス１６が一体に設けられている。このカッタボス１６は、図２に示すように、この実施例では正面から見て例えばほぼ四角形に形成されている。
【００２１】
前記伸縮カッタスポーク１７は、この実施例では図２および図５に示すごとく、２基配備されている。各伸縮カッタスポーク１７は、図２，図３および図５に示すように、有底筒状のカッタスポーク外筒１８と、その内側に設けられたカッタスポーク内筒１９と、カッタスポーク内筒１９の伸縮操作用ジャッキ２１とを備えている。前記カッタスポーク内筒１９は、カッタスポーク外筒１８内に伸縮可能に嵌挿されている。前記伸縮操作用ジャッキ２１は、ジャッキシリンダ２２と、これに嵌挿されたピストンロッド２３とを有している。ジャッキシリンダ２２は、ジャッキ支持部２０を介してカッタスポーク外筒１８内に固定されている。ピストンロッド２３のロッドエンドは、ピン２４を介してカッタスポーク内筒１９にヒンジ結合されている。
【００２２】
前記２基の伸縮カッタスポーク１７は、図２および図５に示すようにカッタ回転中心より偏心した位置に設けられ、かつカッタボス１６の半径よりも大きく、またカッタ回転軸１５の回転中心Ｏ１を中心とするカッタ円軌跡の接線方向に向け、互いに反対向きに配置され、しかもカッタスポーク外筒１８を介してカッタボス１６の各外側部のフラットな面にそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
そして、各伸縮カッタスポーク１７は伸縮操作用ジャッキ２１によりピストンロッド２３が伸長または縮小されるに伴い、カッタスポーク外筒１８に対してカッタスポーク内筒１９が伸長または縮小操作されるようになっている。
【００２４】
各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク外筒１８の外側部には、固定カッタスポーク２５が取り付けられている。この固定カッタスポーク２５は、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに形成されている。
【００２５】
前記カッタボス１６の前端面には、フィッシュテール状のセンタカッタ２６が設けられている。また、各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク外筒１８の前面には、複数のカッタビット２７が設けられている。さらに、各伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク内筒１９の前面において、カッタスポーク内筒１９を縮小させたときに露出する部分にも、カッタビット２７が設けられている。また、前記カッタスポーク内筒１９の背面において、カッタスポーク内筒１９を縮小させたときに露出する部分の背面には、攪拌翼２８が設けられている。前記各固定カッタスポーク２５の前面にも、カッタビット２７が設けられている。
【００２６】
カッタ回転駆動装置２９は、図１および図４に示すように、前記シールド内筒部８の隔壁１０の背部に固定されたギヤボックス３０と、このギヤボックス３０の背部に取り付けられたカッタ駆動モータ３１と、ギヤボックス３０内において前記カッタ駆動モータ３１とカッタ回転軸１５間に設けられた減速歯車（図示せず）とを備えている。
【００２７】
前記カッタ回転軸１５と、カッタボス１６と、これに取り付けられた複数基としての２基の伸縮カッタスポーク１７と、カッタ回転駆動装置２９とによりカッタ部が構成されている。
【００２８】
掘削土砂を取り込むチャンバ３３は、図１に示すように、シールド外筒部２のフード７と、前端板４とシールド内筒部８の隔壁１０と、伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク２５に囲まれた空間にて区画形成されている。
【００２９】
土圧計３４は、チャンバ３３に臨ませて、隔壁１０の前面側に設けられている。
【００３０】
前記隔壁１０の下部側には、排土装置用の支持筒３９の前端が固定されている。
【００３１】
スイベルジョイント３５は、カッタ回転軸１５の後端部に連結されている。このスイベルジョイント３５には、図１および図４に示すように、作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８とが接続されている。
【００３２】
作泥土材配管３６は、カッタ回転軸１５の内部を通してカッタボス１６の前端部に導かれている。前記カッタボス１６の前端部には、図１および図４に示すように、作泥土材噴出口３７が設けられており、作泥土材配管３６を通じて供給された作泥土材を作泥土材噴出口３７から掘削土砂に向かって噴出させるようになっている。
【００３３】
液圧配管３８は、カッタ回転軸１５の内部を通してカッタボス１６における伸縮カッタスポーク１７の取り付け位置まで導かれ、各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のアプローチ側とリターン側とに液圧を供給し得るようになっている。
【００３４】
掘削土砂の排土装置４０は、図１に示すように、前記隔壁１０の下部に固定された支持筒３９に挿入・支持され、チャンバ３３に土砂取り込み口を臨ませて取り付けられている。
【００３５】
シールドジャッキ４１は、図１に示すように、シールド外筒部２内の後方部おいて、円周方向に所定の間隔をおいて複数基設置されている。そして、各シールドジャッキ４１はシールド外筒部２の後方に組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド外筒部２の後端板５を押し、シールド掘進機１全体を推進させるようになっている。
【００３６】
前記引き抜き・押し込みジャッキ（図示せず）は、坑内に配備されていて、シールド内筒部８と縮小されたカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２から引き抜き、またはシールド外筒部２に押し込むようになっている。
【００３７】
前述のごとく構成したシールド掘進機１は、次のように使用され、作用する。
【００３８】
まず、シールド外筒部２にシールド内筒部８を組み付ける前の初期状態では、シールド内筒部８にはカッタ部と、スイベルジョイント３５と、排土装置用の支持筒３９とが取り付けられている。カッタ部の伸縮カッタスポーク１７は、縮小された状態で固定されている。
【００３９】
この状態からシールド掘進機１を使用できる状態に組み立てるに当たっては、あらかじめ設置されたシールド外筒部２の内筒６に、シールド内筒部８のシールド駆動内筒９を位置合わせし、坑内にあらかじめ配備された引き抜き・押し込みジャッキにより、シールド外筒部２の内筒６内に、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを押し込む。このとき、シールド外筒部２の内筒６に設けられた各袋ナット１１に、シールド内筒部８のシールド駆動内筒９に形成された各ボルト通し孔１２を位置合わせしつつ、シールド外筒部２の前端板４に、シールド内筒部８の隔壁１０がほぼ同一面になる位置までシールド内筒部８を押し込む。
【００４０】
ついで、各ボルト通し孔１２にセットボルト１３を通し、そのセットボルト１３を袋ナット１１にねじ込み、シールド外筒部２にシールド内筒部８を組み込み、固定する。また、スイベルジョイント３５に作泥土材配管３６と、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８とを接続する。また、排土装置用の支持筒３９に排土装置４４を挿入し、固定する。さらに、シールド外筒部２の後端板５の後方に、互いに所定の間隔をおいてシールドジャッキ４１を複数基設置する。
【００４１】
そして、カッタスポーク伸縮用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のアプローチ側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク１７を、切羽をシールド外筒部２の直径Ｄ１に掘削し得る長さに伸長させる。
【００４２】
この状態からシールド掘進機１を発進させるときは、カッタ回転駆動装置２９のカッタ駆動モータ３１を駆動し、ギヤボックス３０内の減速歯車（図示せず）を介してカッタ回転軸１５を回転させ、カッタボス１６を介して伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク３５を回転させ、カッタボス１６に設けられたセンタカッタ２６と、伸縮カッタスポーク１７および固定カッタスポーク２５に設けられた多数のカッタビット２７により地山を掘削する。この実施例では掘進が終了する到達部の地山として地盤改良部４２（図４参照）を掘削し終った状況を示している。
【００４３】
前記地山の掘削中に、作泥土材配管３６から作泥土材を供給し、その作泥土材をカッタボス１６の前端部に設けられた作泥土材噴出口３７から噴出させ、掘削土砂に混入させる。
【００４４】
作泥土材を混入させた掘削土砂をチャンバ３３に取り込み、伸縮カッタスポーク１７のカッタスポーク内筒１９に設けられた攪拌翼２８及び固定カッタスポーク２５に設けられた撹拌翼２８により攪拌し、混練する。
【００４５】
チャンバ３３内の土圧を土圧計３４により監視しつつ、チャンバ３３内の掘削土砂を排土装置４０により取り出し、坑内の後方に搬出し、排土する。
【００４６】
このようにして、切羽を所定範囲掘削しながら、複数基のシールドジャッキ４１を伸長させ、後方で組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド掘進機１全体を推進させる。ついで、シールドジャッキ４１を縮小させ、再びセグメントを組み立てる。
【００４７】
以上の作業を繰り返して行い、この実施例ではシールド掘進機１により立坑壁４３（図４参照）を貫通するトンネルを掘進する。
【００４８】
立坑壁４３を有する到達立坑内からの作業が制約を受けることが多く、トンネルを掘削後、次のような作業を経て、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを回収する。
【００４９】
まず、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク１７の伸縮操作用ジャッキ２１のリターン側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク１７を、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させ、その長さに固定する。スイベルジョイント３５から作泥土材配管３６と、液圧配管３８を取り外す。また、シールドジャッキ４１を取り外す。さらに、排土装置４０をその支持筒３９から引き抜いて外す。各セットボルト１３を袋ナット１１から取り外す。
【００５０】
図５は、各伸縮カッタスポーク１７をシールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断面図である。
【００５１】
この状態から、坑内に配備の引き抜き・押し込みジャッキを使って、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２の内筒６から、図４に矢印で示す方向に引き抜き、回収する。
【００５２】
そして、回収したシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリを再利用する。
【００５３】
以上説明した第１の実施例によれば、各伸縮カッタスポーク１７はカッタの回転中心より偏心した位置に設けられ、かつカッタボス１６の半径よりも大きく、任意のカッタ回転軌跡の接線方向に配置し、かつカッタボス１６の外側部に取り付けているので、カッタボス１６の径による制約を受けないため、各伸縮カッタスポーク１７は大ストロークのものを採用することができる。その結果、各伸縮カッタスポーク１７を、シールド外筒部２の内筒６の内部を通過し得る長さに縮小させた状態から、長大なストロークに伸長させることができる。これにより、シールド内筒部８の外径Ｄ２に対して、シールド外筒部２の外径Ｄ１を大きく取ることができる。したがって、単一のシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリにより、小断面トンネルから大断面トンネルに至るまで掘削することができ、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの適用範囲を拡大することができる。
【００５４】
なお、図示実施例では各伸縮カッタスポーク１７を、図２に示すように、最大直径Ｄ１ｍのトンネルを掘削可能な長さまで伸長させ得るようになっている。
【００５５】
また、この第１の実施例によれば、図５に示すように、各伸縮カッタスポーク１７を縮小させた状態では、カッタ部をコンパクトにまとめることができる。したがって、シールド外筒部２からのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの引き抜き、シールド外筒部２へのシールド内筒部８とカッタ部のアセンブリの挿入を容易に行うことができ、これらの作業を能率良く行うことができる。
【００５６】
なお、この第１の実施例において、カッタボス１６に伸縮カッタスポーク１７を３基以上取り付けても良い。
【００５７】
［第２の実施例］
次に、図６および図７は本発明の第２の実施例を示すもので、図６は切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図７は一部破断正面図である。
【００５８】
この実施例では、カッタボス５０の外周部に３つのカッタスポーク取付部を形成し、それらにカッタスポークをそれぞれ取付け、掘削効率を高めたことに特徴を有している。
【００５９】
カッタボス５０の外周には、円周方向に所定の間隔をおいて伸縮カッタスポーク取り付け台５１が設けられている。この実施例では、図７に示すように、前記カッタスポーク取り付け台５１は互いにほぼ１２０°の間隔をおいて３個設けられている。
【００６０】
伸縮カッタスポーク５２は、この実施例では３基配備されている。各伸縮カッタスポーク５２は、図７に示すように、カッタスポーク内筒５３と、カッタスポーク外筒５４と、伸縮操作用ジャッキ５５とを備えている。前記カッタスポーク外筒５４は、カッタスポーク内筒５３に伸縮可能に嵌合されている。前記伸縮操作用ジャッキ５５は、ジャッキシリンダ５６と、これに嵌挿されたピストンロッド５７とを有している。ジャッキシリンダ５６は、ジャッキ支持ピン５８により、カッタスポーク内筒５３にヒンジ結合されている。ピストンロッド５７のロッドエンドは、ロッド支持ピン５９により、カッタスポーク外筒５４にヒンジ結合されている。
【００６１】
前記３基の伸縮カッタスポーク５２は、図７に示すように、カッタボス５０の半径よりも大きいカッタ回転軸４９の回転中心Ｏ２を中心とするカッタ円軌跡の接線方向に向け、しかも互いにほぼ１２０°の間隔をおいて配置され、前記カッタスポーク取り付け台５１を介してカッタボス５０の外側部に取り付けられている。
【００６２】
しかして、各伸縮カッタスポーク５２は伸縮操作用ジャッキ５５によりピストンロッド５７が伸長または縮小されるに伴い、カッタスポーク内筒５３に対してカッタスポーク外筒５４が伸長または縮小操作されるようになっている。
【００６３】
前記カッタボス５０の前端面には、センタカッタ６０が設けられている。また、各伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク内筒５３の前面において、カッタスポーク外筒５４を縮小させた状態で露出する部分には、カッタビット６１が設けられている。さらに、伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク外筒５４の前面には、カッタビット６１が複数個設けられている。また、カッタスポーク外筒５４の背面には攪拌翼６２が設けられている。
【００６４】
その他の構成、作用等は前述の実施例と同様であり、説明の重複を避けるために同一部材は同じ符号で示す。
【００６５】
この第２の実施例のシールド掘進機４４は、次のように使用され、作用する。
【００６６】
まず、初期状態では各伸縮カッタスポーク５２は直径Ｄ４内に納まるように縮小されているものとする。
【００６７】
この状態で、カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管３８から各伸縮カッタスポーク５２の伸縮操作用ジャッキ５５のアプローチ側に液圧を送り、各伸縮カッタスポーク５２を、切羽をシールド外筒部２の外径とほぼ同じ直径Ｄ３に掘削し得る長さに伸長させる。
【００６８】
この状態からシールド掘進機４４を発進させるときは、カッタ回転駆動装置２９のカッタ駆動モータ３１を駆動し、ギヤボックス３０内の減速歯車を介してカッタ回転軸１５を回転させ、カッタボス５０を介して伸縮カッタスポーク５２を回転させ、カッタボス５０に設けられたセンタカッタ６０や、伸縮カッタスポーク５２に設けられた多数のカッタビット６１により地山を掘削する。
【００６９】
前記地山の掘削中に、作泥土材配管３６から作泥土材を供給し、その作泥土材をカッタボス５０の前端部に設けられた作泥土材噴出口７１から掘削土砂に対して噴出させ、混入させる。
【００７０】
作泥土材を混入させた掘削土砂をチャンバ３３に取り込み、伸縮カッタスポーク５２のカッタスポーク外筒５４に設けられた攪拌翼６２により攪拌し、混練する。
【００７１】
チャンバ６７内の土圧を土圧計３４により監視しつつ、チャンバ３３内の掘削土砂を排土装置４０により取り出し、坑内の後方に搬出し、排土する。
【００７２】
前述の作業により、切羽を所定範囲掘削後、複数基のシールドジャッキ４１を一斉に伸長させ、坑内の後方で組み立てられたセグメント（図示せず）に反力を取ってシールド掘進機４４全体を推進させる。ついで、シールドジャッキ４１を縮小させ、再びセグメントを組み立てる。
【００７３】
前述のごとき作業を繰り返して行い、地山を掘削し、トンネルを掘進して行く。
なお、この第２実施例においても第１実施例と同様、トンネル掘削後は、各伸縮カッタスポークを縮小するなどし、シールド内筒部８とカッタ部のアセンブリをシールド外筒部２の内筒６から引き抜き、回収し、他へ転用することができ、経済的なものとなっている。
【００７４】
以上説明した第２の実施例によれば、３つの各伸縮カッタスポーク５２をカッタボス５０の半径よりも大きいカッタ円軌跡の接線方向に向けて配置し、カッタスポーク取り付け台５１を介してカッタボス５０の外側部に取り付けているので、掘削効率が向上し、また、カッタボスの径による制約を受けないため、各伸縮カッタスポーク５２として大ストロークのものを採用することができる。したがって、単一のカッタ部を小断面トンネルと大断面トンネルの掘削に兼用できるので、カッタ部の適用範囲を拡大することができる。
【００７５】
なお、この第２の実施例において、カッタボス５０の形状を変更し、伸縮カッタスポーク５２を２基取り付けても良く、４基以上取り付けても良い。
【００７６】
また、カッタボス５０の外側部に伸縮カッタスポーク５２を直接取り付けるようにしても良い。
【００７７】
［第３の実施例］
図８〜図１０は本発明の第３の実施例を示す。図８は切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図、図１０は各伸縮カッタスポークをシールド外筒部の内筒の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断正面図を示す。
【００７８】
この実施例は、伸縮カッタスポーク１７’を簡易構成としたことに特徴を有する。
【００７９】
すなわち、伸縮自在な伸縮カッタスポーク１７’は、有底中空状の筒体からなるカッタスポーク外筒１８’と、その内側に設けられ、カッタスポーク外筒１８’を案内部材として摺動し、進退自在なカッタスポーク内筒１９’とを備えている。
【００８０】
カッタスポーク外筒１８’内には前述の実施例のようにジャッキシリンダは設けられていない。
【００８１】
カッタスポーク内筒１９’の外形はカッタスポーク外筒１８’の内形とほぼ対応した形状をなし、かつ内部にジャッキシリンダを収納しないため、中実の棒鋼として、強固にすることができるので、断面形状を小さくすることができる。
【００８２】
また、このシールド掘削機ではカッタスポーク外筒１８’に対するカッタスポーク内筒１９’の固定を簡易なピン固定手段としている。
【００８３】
すなわち、カッタスポーク内筒１９’には、その長さ方向に対し直交した方向に貫設された切羽掘削時に使用する第１のピン穴ａと、初期状態やカッタ部のアセンブリ回収時に使用する第２のピン穴ｂが形成されている。第１のピン穴ａはカッタスポーク内筒１９’の中央部よりやや底部側に形成され、第２のピン穴ｂは中央部よりやや先端部側に形成されている。これらの第１、第２のピン穴ａ、ｂは棒状の固定ピンｄを挿通するためのものである。
【００８４】
また、カッタスポーク外筒１８’の先端部のやや内側には挿通された固定ピンｄを固定するための固定ピン挿通孔ｃが互に対向して対設されている。
【００８５】
伸縮カッタスポーク１７’はこの実施例でも第１実施例と同様に２基配備されている。
【００８６】
そして、これらのカッタスポーク外筒１８’は、第１実施例とほぼ同様の構成のカッタボス１６’の各フラットな面に互に反対向きに取り付けられている。
【００８７】
なお、その他、図中１’はシールド掘進機、２’はシールド外筒部、７’はフード、８’はシールド内筒部、９’は内筒フランジ、１０’は隔壁、１５’はカッタ回転軸、２５’は固定カッタスポーク、２６’はセンタカッタ、２７’はカッタビット、４０’は排土装置であり、この実施例では、伸縮カッタスポーク１７’を上述のように簡易構成としたことを除けば、他の基本構成、作用等は第１実施例と同様である。
【００８８】
次にこの実施例の伸縮カッタスポーク１７’の動作について説明する。
【００８９】
図８はカッタスポーク内筒１９’を伸長させた状態を示す。これは第１実施例の図２に対応する状態を示す。
【００９０】
カッタスポーク内筒１９’の伸長にあたっては、カッタスポーク外筒１８’からカッタスポーク内筒１９’を引き出して伸長させ、第１のピン穴ａとピン挿通孔ｃとを合わせ、例えばカッタボス１６’側から固定ピンｄを挿通し、反対側から突出した先端部にナットｅを螺設すれば良い。この状態で切羽の掘削が行われる。
【００９１】
図１０は初期状態、または掘削終了後、シールド外筒部２’からシールド内筒部８’等を引き抜く際において、伸縮カッタスポーク１７’を縮めた場合を示す。
【００９２】
この状態にするには、第１のピン穴ａから固定ピンｄを外し、第２のピン穴ｂとピン挿通孔ｃとを合わせ、固定ピンｄを挿通し、ナットｅを用いて固定すれば良い。これらの作業は作業員によって行われる。この場合、カッタスポーク内筒１９’の底部はカッタスポーク外筒１８’の底部付近に位置し、かつ先端部はシールド内筒部８’の内側に位置する。したがって、掘削終了後はこのようにしてシールド外筒部２’からシールド内筒部８’とカッタ部のアセンブリを坑内側へ引き抜くことができる。
【００９３】
この実施例では、伸縮カッタスポーク１７’は第１実施例で用いたジャッキを不要とし、カッタスポーク内筒１９’は簡易なピン固定手段としたため、構成が簡易となり、コストを低減することができる。
【００９４】
なお、この伸縮カッタスポーク１７’の構造は、図７、図８に示した第２実施例にも適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例を示すもので、切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図である。（ｂ）は２つの筒の固定手段の他の例を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線一部縦断正面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】トンネル掘削後、シールド内筒部とカッタ部のアセンブリを引き抜くときの一部破断側面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線一部縦断正面図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示すもので、切羽の掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図である。
【図７】図６の一部破断正面図である。
【図８】本発明の第３実施例であって、切羽掘削状態におけるシールド掘進機の縦断側面図を示す。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】各伸縮カッタスポークをシールド外筒部の内筒の内部を通過し得る長さに縮小させた状態の一部破断正面図を示す。
【符号の説明】
【００９６】
１、１’ シールド掘進機
２、２’ シールド外筒部
７、７’ フード
８、８’ シールド内筒部
９、９’ 内筒フランジ
１０、１０’ 隔壁
１１ 袋ナット
１３ セットボルト
１５、１５’ カッタ回転軸
１６ カッタボス
１７、１７’ 伸縮カッタスポーク
１８、１８’ カッタスポーク外筒
１９、１９’ カッタスポーク内筒
２１ 伸縮操作用ジャッキ
２５、２５’ 固定カッタスポーク
２６、２６’ センタカッタ
２７、２７’ カッタビット
Ｏ１ カッタ回転軸の回転中心
ｒ１ 円軌跡の半径
Ｃ１ 円軌跡
２９ カッタ回転駆動装置
３３ チャンバ
３５ スイベルジョイント
３６ 作泥土材配管
３８ カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管
３９ 排土装置用の支持筒
４０、４０’ 排土装置
４１ シールドジャッキ
４４ シールド掘進機
４５ シールド筒
４６ 隔壁
４７ フード
４９ カッタ回転軸
５０ カッタボス
５１ カッタスポーク取り付け台
５２ 伸縮カッタスポーク
５５ 伸縮操作用ジャッキ
Ｏ２ カッタ回転軸の回転中心
ｒ２ 円軌跡の半径
Ｃ２ 円軌跡
６３ カッタ回転駆動装置
６７ チャンバ
６９ スイベルジョイント
７０ 作泥土材配管
７２ カッタスポーク伸縮操作用の液圧配管
７３ 排土装置
７４ シールドジャッキ
ａ 第１のピン穴
ｂ 第２のピン穴
ｃ 固定ピン挿通孔
ｄ 固定ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに地山掘削用の伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、
前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置に所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークをカッタの回転軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒と、前記カッタスポーク外筒およびカッタスポーク内筒内に設けられ、カッタスポーク内筒を進退させる伸縮自在なジャッキからなることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒からなり、前記カッタスポーク内筒はカッタスポーク外筒に固定ピンを介し所定の位置に固定されることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項３記載のシールド掘進機において、前記カッタスポーク内筒には中央部より底部側に位置する第１のピン穴と、中央部より先端部側に位置する第２のピン穴とが設けられ、前記カッタスポーク外筒にはピン挿通孔が設けられ、このピン挿通孔と合わせられた第１または第２のピン穴に固定ピンを挿通して前記カッタスポーク内筒を固定することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項１】
シールド外筒部にシールド内筒部を固定・引き抜き可能に取り付け、シールド内筒部に、前端部にカッタボスを有するカッタ回転軸を支持し、このカッタ回転軸をカッタ回転駆動装置に連結し、前記カッタボスに地山掘削用の伸縮カッタスポークを取り付けたシールド掘進機であって、
前記伸縮カッタスポークを、カッタの回転中心より偏心した位置に所定の間隔をおいて複数基配置するとともに、各伸縮カッタスポークをカッタの回転軌跡の接線方向に向けてカッタボスの外側部に取り付けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒と、前記カッタスポーク外筒およびカッタスポーク内筒内に設けられ、カッタスポーク内筒を進退させる伸縮自在なジャッキからなることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項１記載のシールド掘進機において、前記伸縮カッタスポークは、カッタスポーク外筒と、その内側に設けられた進退自在なカッタスポーク内筒からなり、前記カッタスポーク内筒はカッタスポーク外筒に固定ピンを介し所定の位置に固定されることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項３記載のシールド掘進機において、前記カッタスポーク内筒には中央部より底部側に位置する第１のピン穴と、中央部より先端部側に位置する第２のピン穴とが設けられ、前記カッタスポーク外筒にはピン挿通孔が設けられ、このピン挿通孔と合わせられた第１または第２のピン穴に固定ピンを挿通して前記カッタスポーク内筒を固定することを特徴とするシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２８３５４６（Ｐ２００６−２８３５４６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７１３６３（Ｐ２００５−３７１３６３）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００２０７７８０）大豊建設株式会社 (77)
【Ｆターム（参考）】
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