シールド掘進機
【課題】オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく、荷重を支持する。
【解決手段】回転カッタ３に、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように二つのガイド１３を配置し、これら二つのガイド１３にそれぞれ、各ガイド１３の長手方向に沿って支持部３２を移動自在に設け、これら各支持部３２に、ビーム状のオーバカッタ４をその長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて回動自在に支持させ、支持部３２の一方を回転カッタ３の径方向外側に移動させ、支持部３２の他方を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ４の長手方向一端部を回転カッタ３の径方向外側に突出させる。
【解決手段】回転カッタ３に、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように二つのガイド１３を配置し、これら二つのガイド１３にそれぞれ、各ガイド１３の長手方向に沿って支持部３２を移動自在に設け、これら各支持部３２に、ビーム状のオーバカッタ４をその長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて回動自在に支持させ、支持部３２の一方を回転カッタ３の径方向外側に移動させ、支持部３２の他方を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ４の長手方向一端部を回転カッタ３の径方向外側に突出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形断面を掘削する回転カッタと、その回転カッタの外周縁よりも径方向外側の地山を掘削するためのオーバカッタとを備えたシールド掘進機に係り、特に、馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するためのシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
ところで、道路の横方向の占有幅が上下方向の占有幅より大きいことから、道路用トンネルの断面は、円形断面よりも、上下方向に比べて横方向が広くなる馬蹄形断面が理想的である。つまり、道路用トンネルを馬蹄形断面とすると、円形断面に比べて上下方向に無駄な空間が少なく、建設コストが安価となるという利点がある。
【０００４】
馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するシールド掘進機としては、例えば、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、その回転カッタのカッタスポークに設けられ、回転カッタの外周縁よりも径方向外側に出没自在なオーバカッタとを備えたものが知られている。このようなシールド掘進機では、オーバカッタを回転カッタの外周縁よりも径方向外側に突出させ、そのオーバカッタにより回転カッタの外周縁よりも径方向外側の領域を掘削するようになっている。
【０００５】
なお、特許文献１には、シールド掘進機の回転カッタのカッタスポーク内に設けられた油圧ジャッキと、隣接する上記カッタスポーク間に、回転カッタの外周縁の周方向に沿うように架け渡して設けられ、その一端が上記油圧ジャッキに連結され、他端が上記カッタスポークに隣接する他のカッタスポークに回動自在に支持されたカッタフレームとを備えたシールド掘進機が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、平行リンク運動をなすカッタフレームを備え、該カッタフレームは外周側の円形フレームとその内側の多角形フレームとを有し、上記円形フレームは複数に分割され、各分割部分と上記多角形フレームとはオーバカッタジャッキにより連結され、且つ、余堀り可能に移動自在であるシールド掘進機が記載されている。
【０００７】
また、特許文献３及び４には、シールド本体に回転自在に設けられた円形の回転カッタと、該回転カッタの外周に開閉自在に設けられたスイングカッタとを備えたシールド掘進機が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５５３８６号公報
【特許文献２】特許第２８２４０３９号公報
【特許文献３】特許第２８８３０７５号公報
【特許文献４】特許第２８８３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来のシールド掘進機においては、オーバカッタに作用する荷重を一ヶ所（一本のカッタスポーク）で受けている。このため、オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく（つまり、重量を増加させることなく）、荷重を支持することが課題となっている。
【００１０】
また、従来のシールド掘進機においては、オーバカッタの余堀り量は、そのオーバカッタ自体の移動量とほぼ等しく、オーバカッタを移動させるアクチュエータ（例えば、油圧ジャッキ）のストローク量によって決定される。このため、オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく（つまり、アクチュエータのストロークを増加させることなく）、余堀り量を増加させることが課題となっている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく、荷重を支持することができるシールド掘進機を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく、余堀り量を増加させることができ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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタと、該回転カッタに設けられ、上記回転カッタの径方向内側の所定位置から略径方向外側に延出し、且つ、上記回転カッタの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドと、これら二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って移動自在な支持部と、ビーム状に形成され、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分が上記各支持部に回動自在に支持されたオーバカッタと、上記各支持部を上記各ガイドの長手方向に沿って移動するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータにより、上記支持部の一方を上記回転カッタの径方向外側に移動させ、上記支持部の他方を上記回転カッタの径方向内側に移動させることにより、上記オーバカッタの長手方向一端部を上記回転カッタの径方向外側に突出させるものである。
【００１４】
ここで、上記アクチュエータが、上記二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って伸縮自在なジャッキであり、上記ジャッキの一方を、その伸縮量が所定値となるように制御し、上記ジャッキの他方を、上記ジャッキの一方に従動させる制御手段を備えたものであっても良い。
【００１５】
また、上記二つのガイドを、上記回転カッタの回転中心から径方向外側に延出する二本のスポークに設けても良い。
【００１６】
また、上記回転カッタの前面及び上記オーバカッタの前面にそれぞれビットを設け、上記オーバカッタのビットを上記回転カッタのビットよりも後方に配置しても良い。
【００１７】
また、上記オーバカッタに、コピーカッタを出没自在に設けても良い。
【００１８】
さらに、上記オーバカッタの長手方向中間部に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記回転カッタ側から上記オーバカッタ側へと中継して供給するための中継部を設けても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
【００２０】
（１）オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく、荷重を支持することができる。
【００２１】
（２）オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく、余堀り量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図５は、図１のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００２４】
図１から図５に示すように、シールド掘進機１は、シールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタ３とを備えている。シールド本体２は、上下方向（図１中の上下方向）に比べて横方向（図１中の左右方向）に広い馬蹄形断面であって、上下方向の中央よりも下部側で横幅が最も広くなるように形成されている。回転カッタ３は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される。
【００２５】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３及び後述するオーバカッタ４等により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネル（道路用トンネル）を構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２６】
回転カッタ３と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３及びオーバカッタ４等により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２７】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム８を有している。カッタフレーム８の前面には、その径方向中央にセンタビット（ビット）９が配置され、そのセンタビット９よりも外周側に複数のカッタビット（ビット）１０が配置されている。これらセンタビット９及びカッタビット１０は、回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側の地山に当接される。カッタフレーム８の後面には、後方に延出してチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２８】
カッタフレーム８は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数（図示例では六本）のカッタスポーク（スポーク）１３、１４とを有している。つまり、各カッタスポーク１３、１４は、回転カッタ３の回転中心から径方向外側に延出している。
【００２９】
ここで、カッタスポーク１３、１４は、第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４との二種類から構成されている。本実施形態では、六本のカッタスポーク１３、１４のうち四本が第一カッタスポーク１３とされ、残りの二本が第二カッタスポーク１４とされている。
【００３０】
第一カッタスポーク１３は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、少なくとも一つの他の第一カッタスポーク１３に隣接される。
【００３１】
第二カッタスポーク１４は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、第一カッタスポーク１３に隣接される。第二カッタスポーク１４には、コピーカッタ１５が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に出没自在に設けられる。
【００３２】
回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士、或いは、回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４とは、それらの径方向中間部にて中間部材１６により連結されている。また、周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士は、その外周部にて外周部材１７により連結されている。
【００３３】
カッタフレーム８の中心部材１２には、回転カッタ３のコピーカッタ１５及び後述するオーバカッタ４のコピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体（本実施形態では、油圧用の作動油）をシールド本体２側から回転カッタ３側へと供給するためのロータリジョイント１９が設けられている。ロータリジョイント１９は、中心部材１２から後方に延出して、バルクヘッド５に支持されている。
【００３４】
バルクヘッド５には、ギヤ２０を有するリング状部材２１が回転自在に支持されている。リング状部材２１は、回転カッタ３のカッタフレーム８から後方に延出する複数の中間ビーム２２によって、カッタフレーム８と連結されている。中間ビーム２２は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。シールド本体２内には、リング状部材２１を回転させるための複数の駆動モータ２３（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ２３にはピニオン２４が取り付けられており、そのピニオン２４がリング状部材２１に設けられたギヤ２０と歯合するようになっている。
【００３５】
バルクヘッド５には、リング状部材２１を回転自在に支持する支持機構２５が設けられている。支持機構２５は、ケーシング２６と、ケーシング２６内に収容され、リング状部材２１を支持するための軸受２７、２８と、シールド本体２内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２９とを有している。
【００３６】
回転カッタ３には、回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側の所定位置から回転カッタ３の略径方向外側に延出し、且つ、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドが設けられる。
【００３７】
本実施形態では、上記二つのガイドは、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３に設けられており、中心部材１２に取り付けられた固定スポーク３０と、固定スポーク３０に収容され、回転カッタ３の径方向（固定スポーク３０の長手方向）に移動自在なガイドスポーク３１とから構成されている。
【００３８】
各第一カッタスポーク１３にはそれぞれ、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の径方向に沿って移動自在な支持部３２が設けられている。
【００３９】
各支持部３２は、第一カッタスポーク１３のガイドスポーク３１先端部に設けられたケーシング３３と、ケーシング３３内に収容され、後述するオーバカッタ本体３４のピン３５を支持するための軸受３６、３７、３８と、ケーシング３３内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構３９とを有している。
【００４０】
シールド掘進機１は、回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側の地山を掘削するためのオーバカッタ４を備えている。オーバカッタ４は、ビーム状に形成されたオーバカッタ本体３４を有している。オーバカッタ本体３４は、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。本実施形態では、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にはピン３５が設けられており、このピン３５にてオーバカッタ本体３４は、各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。
【００４１】
各支持部３２を、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の径方向に沿って移動するためのアクチュエータが設けられる。本実施形態では、上記のアクチュエータは、各第一カッタスポーク１３の長手方向に沿って伸縮自在なジャッキ４０（本実施形態では、油圧ジャッキ）である。
【００４２】
油圧ジャッキ４０は、ガイドスポーク３１に取り付けられたシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１内にその軸方向に摺動自在に設けられ、突出側油室４２と没入側油室４３とを区画するピストン４４と、一端がピストン４４に連結され、他端が中心部材１２に連結されたロッド４５とを有している（図６参照）。
【００４３】
本実施形態では、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４７を、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６と結ぶ油圧供給ライン４７と共用にすると共に、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４８を、上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４８と共用にしている（図６参照）。つまり、上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２と上記他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とに同時に作動油が供給され、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３と上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とに同時に作動油が供給される。
【００４４】
各支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させる際には、油圧ジャッキ４０を伸長させることでガイドスポーク３１を回転カッタ３の径方向外側に移動させる。一方、各支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させる際には、油圧ジャッキ４０を縮退させることでガイドスポーク３１を回転カッタ３の径方向内側に移動させる。
【００４５】
オーバカッタ本体３４の長手方向両端部の前面には、複数のカッタビット４９が配置されている。これらカッタビット４９は、回転カッタ３のカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置される（図５参照）。つまり、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側に位置した状態では、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部（カッタビット４９）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。また、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出した状態では、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部（カッタビット４９）が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側の地山に当接されて地山を掘削し、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部（カッタビット４９）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。
【００４６】
オーバカッタ本体３４の長手方向両端部にはそれぞれ、コピーカッタ１８がオーバカッタ本体３４に対して出没自在に設けられている。
【００４７】
オーバカッタ本体３４の長手方向中間部には、オーバカッタ４のコピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体（本実施形態では、油圧用の作動油）を回転カッタ３側からオーバカッタ４側へと中継して供給するための中継部５０が設けられる。
【００４８】
中継部５０は、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部に取り付けられ、回転カッタ３の略径方向外側に延出する延出部材５１を有している。延出部材５１は、その先端部が回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士を連結する中間部材１６と外周部材１７との間に架け渡された接続部材５２に係合される。
【００４９】
接続部材５２内には、流体圧用の作動流体が流通され、可撓性のある材料（例えば、ゴム等）からなる供給管５３ａが収容されており、その供給管５３ａが延出部材５１に接続される（図４参照）。オーバカッタ本体３４内には、流体圧用の作動流体が流通される供給管５３ｂが収容されており、その供給管の一端部が延出部材５１に接続され（図４参照）、他端部がコピーカッタ１８に接続される。流体圧用の作動流体は、延出部材５１に設けられた供給路（供給穴）５１ａを通して、接続部材５２内の供給管５３ａ側（つまり、回転カッタ３側）からオーバカッタ本体３４内の供給管５３ｂ側（つまり、オーバカッタ４側）へと供給される。
【００５０】
シールド掘進機１は、油圧ジャッキ４０によってオーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させるための制御手段（制御部）５４を備えている（図６参照）。
【００５１】
オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させる際には、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の径方向外側に移動されると共に、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が上記一方の支持部３２回りに回転カッタ３の径方向外側へと回動される。
【００５２】
制御部５４には、回転カッタ３の回転角度を検出するための角度検出手段としての角度センサ（図示せず）が接続されている。
【００５３】
制御部５４は、角度センサによって検出した回転カッタ３の回転角度を油圧ジャッキ用マップ（図示せず）に入力して油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）を求める。上記油圧ジャッキ用マップには、回転カッタ３の回転角度に応じた油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）が予め求められて入力されており、上記油圧ジャッキ用マップに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）が求められる。
【００５４】
本実施形態では、制御部５４は、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしている。
【００５５】
詳しくは、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２に、ポンプ４６から作動油が供給されると、この作動油によりシリンダチューブ４１が伸長側（すなわち回転カッタ３の径方向外側）に押される。すると、没入側油室４３から作動油が適宜排出されて、一方の油圧ジャッキ４０が伸長される。これにより、一方の支持部３２（ガイドスポーク３１）が回転カッタ３の径方向外側に移動される。
【００５６】
上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２にポンプ４６から作動油が供給されると同時に、他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３にポンプ４６から作動油が供給され、この作動油によりシリンダチューブ４１が没入側（すなわち回転カッタ３の径方向内側）に押される。すると、突出側油室４２から作動油が適宜排出されて、他方の油圧ジャッキ４０が縮退される。これにより、他方の支持部３２（ガイドスポーク３１）が回転カッタ３の径方向内側に移動される。
【００５７】
ここで、本実施形態では、油圧ジャッキ４０は、突出側油室４２側の受圧部（図示せず）の面積が没入側油室４３側の受圧部（図示せず）の面積よりも大きく設定されている。そのため、上記一方の油圧ジャッキ４０を伸長させる力に比べ、上記他方の油圧ジャッキ４０を縮退させる力が小さく、上記他方の油圧ジャッキ４０は上記一方の油圧ジャッキ４０に従動される。つまり、同時に作動される二本の油圧ジャッキ４０のうち伸長すべき油圧ジャッキ４０をその伸長量が所定値となるように制御することで、縮退すべき油圧ジャッキ４０が伸長すべき油圧ジャッキ４０に従動される。
【００５８】
また、上記一方の支持部３２と上記他方の支持部３２との間の距離は常に一定であり、上記一方の油圧ジャッキ４０を伸長させることでオーバカッタ本体３４は両方の支持部３２回りに回動される。そのため、上記他方の油圧ジャッキ４０は、上記他方の支持部３２の移動量に応じて必然的に縮退されて、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動される。
【００５９】
また、制御部５４は、角度センサによって検出した回転カッタ３の回転角度をコピーカッタ用マップ（図示せず）に入力してオーバカッタ４のコピーカッタ１８の突出量（ストローク）を求める。上記コピーカッタ用マップには、回転カッタ３の回転角度に応じたコピーカッタ１８の突出量（ストローク）が予め求められて入力されており、上記コピーカッタ用マップに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、コピーカッタ１８の突出量（ストローク）が求められる。
【００６０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
地山を掘削する際には、図７に示すように、駆動モータ２３により回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が円形断面に掘削されて、円形断面の孔が形成される。
【００６２】
また、図７から図９に示すように、回転カッタ３の回転角度に応じて、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させると、回転カッタ３により形成された円形断面の孔の外周縁よりも径方向外側の未掘削領域の地山が、オーバカッタ４（カッタビット４９）により掘削されて、円形断面の孔に連続された馬蹄形断面の孔が形成される。
【００６３】
さらに、図９に示すように、回転カッタ３の回転角度に応じて、オーバカッタ本体３４に設けられたコピーカッタ１８をオーバカッタ本体３４に対して突出させると、オーバカッタ本体３４に設けられたカッタビット４９では掘削することができない未掘削の地山をコピーカッタ１８により掘削することができる。
【００６４】
以上要するに本実施形態によれば、回転カッタ３に、回転カッタ３の回転中心から径方向外側に延出し、且つ、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように二本の第一カッタスポーク１３を配置し、これら二本の第一カッタスポーク１３にそれぞれ、各第一カッタスポーク１３の長手方向に沿って支持部３２を移動自在に設け、これら各支持部３２に、ビーム状のオーバカッタ本体３４をその長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて回動自在に支持させるようにしたため、オーバカッタ本体３４に作用する荷重を二ヶ所（二本の第一カッタスポーク１３）で受けることができる。したがって、オーバカッタ４に作用する荷重を支持する第一カッタスポーク１３を大型化することなく（つまり、重量を増加させることなく）、荷重を支持することが可能となる。
【００６５】
また本実施形態では、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の径方向外側に移動させると共に、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を一方の支持部３２回りに回転カッタ３の径方向外側へと回動させて、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させるようにしている。
【００６６】
したがって、オーバカッタ４の余堀り量は、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に移動した長さと、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が上記一方の支持部３２回りに回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側へと回動した長さとにより設定されるため、オーバカッタ４を移動させるアクチュエータとしての油圧ジャッキ４０を大型化することなく（つまり、油圧ジャッキ４０のストロークを増加させることなく）、余堀り量を増加させることが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、制御部５４は、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしている。このようにすることで、容易な二本の油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）制御が可能となる。
【００６８】
また、本実施形態では、オーバカッタ４のカッタビット４９を回転カッタ３のカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置している。そのため、オーバカッタ本体３４全体が回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側に位置しているときは、オーバカッタ本体３４の長手両端部（カッタビット４９）は地山に当接されない。したがって、オーバカッタ本体３４はチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみで、オーバカッタ４には大きな荷重は作用しない。
【００６９】
また、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出しているときは、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部（カッタビット４９）のみが地山に当接され、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部（カッタビット４９）は地山に当接されない。従って、地山から受ける荷重はオーバカッタ本体３４の長手方向一端部に作用し、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部はチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみで、オーバカッタ４には大きな荷重は作用しない。
【００７０】
このように、オーバカッタ４に大きな荷重が作用せず、且つ、地山から受ける荷重を二本の第一カッタスポーク１３で支持することができるため、オーバカッタ本体３４をより長く、或いは、第一カッタスポーク１３をより小型にすることが可能となる。
【００７１】
また本実施形態によれば、オーバカッタ４に、コピーカッタ１８を出没自在に設けたため、オーバカッタ本体３４に設けられたカッタビット４９では掘削することができない未掘削の地山をコピーカッタ１８により掘削することができる。
【００７２】
さらに本実施形態では、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部に、コピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体を回転カッタ３側からオーバカッタ４側へと中継して供給するための中継部５０を設けている。オーバカッタ本体３４と回転カッタ３との相対位置が、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部では比較的変わり難いためである。
【００７３】
次に、第二実施形態に係るシールド掘進機を図１１から図１４に基づいて説明する。
【００７４】
図１から図５で示した第一実施形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略して、主に相違点を説明する。
【００７５】
図１１は、本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。図１３は、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。図１４は、図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。
【００７６】
図１１から図１４に示すシールド掘進機１０１においては、回転カッタ１０３は、八本のカッタスポーク（スポーク）１１３、１１４を有している。即ち、本実施形態では、カッタスポーク１１３、１１４の本数を第一実施形態のカッタスポーク１３、１４の本数よりも増やしている。
【００７７】
本実施形態では、八本のカッタスポーク１１３、１１４のうち四本が第一カッタスポーク１１３とされ、残りの四本が第二カッタスポーク１１４とされている。
【００７８】
第一カッタスポーク１１３は、回転カッタ１０３の周方向に所定間隔を隔てて、少なくとも一つの他の第一カッタスポーク１１３に隣接される。
【００７９】
第二カッタスポーク１１４は、回転カッタ１０３の周方向に所定間隔を隔てて、第一カッタスポーク１１３或いは他の第二カッタスポーク１１４に隣接される。
【００８０】
周方向に隣接する第一カッタスポーク１１３同士は、その外周部にて外周部材１１７ａにより連結されている。
【００８１】
周方向に隣接する第二カッタスポーク１１４同士は、その外周部にて外周部材１１７ｂにより連結されている。
【００８２】
第二カッタスポーク１１４は、オーバカッタ１０４が駆動された際にオーバカッタ本体１３４を挿通し得るように、側部が開放された箱状に形成されている（図１１参照）。
【００８３】
ここで、本実施形態では、第一実施形態とは異なり、オーバカッタ１０４にコピーカッタが設けられていない。
【００８４】
また、本実施形態では、オーバカッタ１０４のオーバカッタ本体１３４の全長Ｌ１（図１１参照）は、第一実施形態のオーバカッタ本体３４の全長と等しく設定されている。
【００８５】
また、本実施形態では、回転カッタ１０３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１１３間の角度Ａ（図１１参照）は、第一実施形態の第一カッタスポーク１３間の角度よりも小さく設定されている。
【００８６】
このように設定することで、オーバカッタ１０４のオーバカッタ本体１３４の全長Ｌ１が同一であっても、周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１１３に設けられた支持部１３２間の距離を第一実施形態に比べて短くし、支持部１３２からオーバカッタ本体１３４の端部までの長さＬ２（図１１参照）を第一実施形態に比べて長くとることができる。したがって、本実施形態によれば、コピーカッタをオーバカッタ１０４に設けたり、オーバカッタ１０４を大型化することなく、オーバカッタ本体１３４の突出量を大きくすることができ、オーバカッタ１０４の余堀り量を増加させることが可能となる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００８８】
例えば、図１０に示すように、上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５５と、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５６と、上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６と結ぶ油圧供給ライン５７と、上記他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５８とを、それぞれ独立させて設けても良い。
【００８９】
その場合、制御部５４が、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしても良い。
【００９０】
また、制御部５４が、二本の第一カッタスポーク１３に設けられた両方の油圧ジャッキ４０を、それらの伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】オーバカッタの概略図である。
【図７】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図８】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図９】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図１０】オーバカッタの変形例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。
【図１４】図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ シールド掘進機
２ シールド本体
３ 回転カッタ
４ オーバカッタ
１０ カッタビット（ビット）
１３ 第一カッタスポーク（スポーク）
１８ コピーカッタ
３０ 固定スポーク（ガイド）
３１ ガイドスポーク（ガイド）
３２ 支持部
４０ 油圧ジャッキ（アクチュエータ、ジャッキ）
４９ カッタビット（ビット）
５０ 中継部
５４ 制御部（制御手段）
１０１ シールド掘進機
１０３ 回転カッタ
１０４ オーバカッタ
１１３ 第一カッタスポーク（スポーク）
１３２ 支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形断面を掘削する回転カッタと、その回転カッタの外周縁よりも径方向外側の地山を掘削するためのオーバカッタとを備えたシールド掘進機に係り、特に、馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するためのシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
ところで、道路の横方向の占有幅が上下方向の占有幅より大きいことから、道路用トンネルの断面は、円形断面よりも、上下方向に比べて横方向が広くなる馬蹄形断面が理想的である。つまり、道路用トンネルを馬蹄形断面とすると、円形断面に比べて上下方向に無駄な空間が少なく、建設コストが安価となるという利点がある。
【０００４】
馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するシールド掘進機としては、例えば、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、その回転カッタのカッタスポークに設けられ、回転カッタの外周縁よりも径方向外側に出没自在なオーバカッタとを備えたものが知られている。このようなシールド掘進機では、オーバカッタを回転カッタの外周縁よりも径方向外側に突出させ、そのオーバカッタにより回転カッタの外周縁よりも径方向外側の領域を掘削するようになっている。
【０００５】
なお、特許文献１には、シールド掘進機の回転カッタのカッタスポーク内に設けられた油圧ジャッキと、隣接する上記カッタスポーク間に、回転カッタの外周縁の周方向に沿うように架け渡して設けられ、その一端が上記油圧ジャッキに連結され、他端が上記カッタスポークに隣接する他のカッタスポークに回動自在に支持されたカッタフレームとを備えたシールド掘進機が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、平行リンク運動をなすカッタフレームを備え、該カッタフレームは外周側の円形フレームとその内側の多角形フレームとを有し、上記円形フレームは複数に分割され、各分割部分と上記多角形フレームとはオーバカッタジャッキにより連結され、且つ、余堀り可能に移動自在であるシールド掘進機が記載されている。
【０００７】
また、特許文献３及び４には、シールド本体に回転自在に設けられた円形の回転カッタと、該回転カッタの外周に開閉自在に設けられたスイングカッタとを備えたシールド掘進機が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５５３８６号公報
【特許文献２】特許第２８２４０３９号公報
【特許文献３】特許第２８８３０７５号公報
【特許文献４】特許第２８８３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来のシールド掘進機においては、オーバカッタに作用する荷重を一ヶ所（一本のカッタスポーク）で受けている。このため、オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく（つまり、重量を増加させることなく）、荷重を支持することが課題となっている。
【００１０】
また、従来のシールド掘進機においては、オーバカッタの余堀り量は、そのオーバカッタ自体の移動量とほぼ等しく、オーバカッタを移動させるアクチュエータ（例えば、油圧ジャッキ）のストローク量によって決定される。このため、オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく（つまり、アクチュエータのストロークを増加させることなく）、余堀り量を増加させることが課題となっている。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく、荷重を支持することができるシールド掘進機を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく、余堀り量を増加させることができ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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタと、該回転カッタに設けられ、上記回転カッタの径方向内側の所定位置から略径方向外側に延出し、且つ、上記回転カッタの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドと、これら二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って移動自在な支持部と、ビーム状に形成され、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分が上記各支持部に回動自在に支持されたオーバカッタと、上記各支持部を上記各ガイドの長手方向に沿って移動するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータにより、上記支持部の一方を上記回転カッタの径方向外側に移動させ、上記支持部の他方を上記回転カッタの径方向内側に移動させることにより、上記オーバカッタの長手方向一端部を上記回転カッタの径方向外側に突出させるものである。
【００１４】
ここで、上記アクチュエータが、上記二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って伸縮自在なジャッキであり、上記ジャッキの一方を、その伸縮量が所定値となるように制御し、上記ジャッキの他方を、上記ジャッキの一方に従動させる制御手段を備えたものであっても良い。
【００１５】
また、上記二つのガイドを、上記回転カッタの回転中心から径方向外側に延出する二本のスポークに設けても良い。
【００１６】
また、上記回転カッタの前面及び上記オーバカッタの前面にそれぞれビットを設け、上記オーバカッタのビットを上記回転カッタのビットよりも後方に配置しても良い。
【００１７】
また、上記オーバカッタに、コピーカッタを出没自在に設けても良い。
【００１８】
さらに、上記オーバカッタの長手方向中間部に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記回転カッタ側から上記オーバカッタ側へと中継して供給するための中継部を設けても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
【００２０】
（１）オーバカッタに作用する荷重を支持するカッタスポークを大型化することなく、荷重を支持することができる。
【００２１】
（２）オーバカッタを移動させるアクチュエータを大型化することなく、余堀り量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
図１は、本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図５は、図１のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００２４】
図１から図５に示すように、シールド掘進機１は、シールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタ３とを備えている。シールド本体２は、上下方向（図１中の上下方向）に比べて横方向（図１中の左右方向）に広い馬蹄形断面であって、上下方向の中央よりも下部側で横幅が最も広くなるように形成されている。回転カッタ３は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される。
【００２５】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３及び後述するオーバカッタ４等により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネル（道路用トンネル）を構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２６】
回転カッタ３と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３及びオーバカッタ４等により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２７】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム８を有している。カッタフレーム８の前面には、その径方向中央にセンタビット（ビット）９が配置され、そのセンタビット９よりも外周側に複数のカッタビット（ビット）１０が配置されている。これらセンタビット９及びカッタビット１０は、回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側の地山に当接される。カッタフレーム８の後面には、後方に延出してチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２８】
カッタフレーム８は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数（図示例では六本）のカッタスポーク（スポーク）１３、１４とを有している。つまり、各カッタスポーク１３、１４は、回転カッタ３の回転中心から径方向外側に延出している。
【００２９】
ここで、カッタスポーク１３、１４は、第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４との二種類から構成されている。本実施形態では、六本のカッタスポーク１３、１４のうち四本が第一カッタスポーク１３とされ、残りの二本が第二カッタスポーク１４とされている。
【００３０】
第一カッタスポーク１３は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、少なくとも一つの他の第一カッタスポーク１３に隣接される。
【００３１】
第二カッタスポーク１４は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、第一カッタスポーク１３に隣接される。第二カッタスポーク１４には、コピーカッタ１５が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に出没自在に設けられる。
【００３２】
回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士、或いは、回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４とは、それらの径方向中間部にて中間部材１６により連結されている。また、周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士は、その外周部にて外周部材１７により連結されている。
【００３３】
カッタフレーム８の中心部材１２には、回転カッタ３のコピーカッタ１５及び後述するオーバカッタ４のコピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体（本実施形態では、油圧用の作動油）をシールド本体２側から回転カッタ３側へと供給するためのロータリジョイント１９が設けられている。ロータリジョイント１９は、中心部材１２から後方に延出して、バルクヘッド５に支持されている。
【００３４】
バルクヘッド５には、ギヤ２０を有するリング状部材２１が回転自在に支持されている。リング状部材２１は、回転カッタ３のカッタフレーム８から後方に延出する複数の中間ビーム２２によって、カッタフレーム８と連結されている。中間ビーム２２は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。シールド本体２内には、リング状部材２１を回転させるための複数の駆動モータ２３（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ２３にはピニオン２４が取り付けられており、そのピニオン２４がリング状部材２１に設けられたギヤ２０と歯合するようになっている。
【００３５】
バルクヘッド５には、リング状部材２１を回転自在に支持する支持機構２５が設けられている。支持機構２５は、ケーシング２６と、ケーシング２６内に収容され、リング状部材２１を支持するための軸受２７、２８と、シールド本体２内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２９とを有している。
【００３６】
回転カッタ３には、回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側の所定位置から回転カッタ３の略径方向外側に延出し、且つ、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドが設けられる。
【００３７】
本実施形態では、上記二つのガイドは、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３に設けられており、中心部材１２に取り付けられた固定スポーク３０と、固定スポーク３０に収容され、回転カッタ３の径方向（固定スポーク３０の長手方向）に移動自在なガイドスポーク３１とから構成されている。
【００３８】
各第一カッタスポーク１３にはそれぞれ、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の径方向に沿って移動自在な支持部３２が設けられている。
【００３９】
各支持部３２は、第一カッタスポーク１３のガイドスポーク３１先端部に設けられたケーシング３３と、ケーシング３３内に収容され、後述するオーバカッタ本体３４のピン３５を支持するための軸受３６、３７、３８と、ケーシング３３内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構３９とを有している。
【００４０】
シールド掘進機１は、回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側の地山を掘削するためのオーバカッタ４を備えている。オーバカッタ４は、ビーム状に形成されたオーバカッタ本体３４を有している。オーバカッタ本体３４は、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。本実施形態では、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にはピン３５が設けられており、このピン３５にてオーバカッタ本体３４は、各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。
【００４１】
各支持部３２を、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の径方向に沿って移動するためのアクチュエータが設けられる。本実施形態では、上記のアクチュエータは、各第一カッタスポーク１３の長手方向に沿って伸縮自在なジャッキ４０（本実施形態では、油圧ジャッキ）である。
【００４２】
油圧ジャッキ４０は、ガイドスポーク３１に取り付けられたシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１内にその軸方向に摺動自在に設けられ、突出側油室４２と没入側油室４３とを区画するピストン４４と、一端がピストン４４に連結され、他端が中心部材１２に連結されたロッド４５とを有している（図６参照）。
【００４３】
本実施形態では、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４７を、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６と結ぶ油圧供給ライン４７と共用にすると共に、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４８を、上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン４８と共用にしている（図６参照）。つまり、上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２と上記他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とに同時に作動油が供給され、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３と上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とに同時に作動油が供給される。
【００４４】
各支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させる際には、油圧ジャッキ４０を伸長させることでガイドスポーク３１を回転カッタ３の径方向外側に移動させる。一方、各支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させる際には、油圧ジャッキ４０を縮退させることでガイドスポーク３１を回転カッタ３の径方向内側に移動させる。
【００４５】
オーバカッタ本体３４の長手方向両端部の前面には、複数のカッタビット４９が配置されている。これらカッタビット４９は、回転カッタ３のカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置される（図５参照）。つまり、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側に位置した状態では、オーバカッタ本体３４の長手方向両端部（カッタビット４９）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。また、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出した状態では、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部（カッタビット４９）が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側の地山に当接されて地山を掘削し、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部（カッタビット４９）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。
【００４６】
オーバカッタ本体３４の長手方向両端部にはそれぞれ、コピーカッタ１８がオーバカッタ本体３４に対して出没自在に設けられている。
【００４７】
オーバカッタ本体３４の長手方向中間部には、オーバカッタ４のコピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体（本実施形態では、油圧用の作動油）を回転カッタ３側からオーバカッタ４側へと中継して供給するための中継部５０が設けられる。
【００４８】
中継部５０は、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部に取り付けられ、回転カッタ３の略径方向外側に延出する延出部材５１を有している。延出部材５１は、その先端部が回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士を連結する中間部材１６と外周部材１７との間に架け渡された接続部材５２に係合される。
【００４９】
接続部材５２内には、流体圧用の作動流体が流通され、可撓性のある材料（例えば、ゴム等）からなる供給管５３ａが収容されており、その供給管５３ａが延出部材５１に接続される（図４参照）。オーバカッタ本体３４内には、流体圧用の作動流体が流通される供給管５３ｂが収容されており、その供給管の一端部が延出部材５１に接続され（図４参照）、他端部がコピーカッタ１８に接続される。流体圧用の作動流体は、延出部材５１に設けられた供給路（供給穴）５１ａを通して、接続部材５２内の供給管５３ａ側（つまり、回転カッタ３側）からオーバカッタ本体３４内の供給管５３ｂ側（つまり、オーバカッタ４側）へと供給される。
【００５０】
シールド掘進機１は、油圧ジャッキ４０によってオーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させるための制御手段（制御部）５４を備えている（図６参照）。
【００５１】
オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させる際には、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の径方向外側に移動されると共に、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が上記一方の支持部３２回りに回転カッタ３の径方向外側へと回動される。
【００５２】
制御部５４には、回転カッタ３の回転角度を検出するための角度検出手段としての角度センサ（図示せず）が接続されている。
【００５３】
制御部５４は、角度センサによって検出した回転カッタ３の回転角度を油圧ジャッキ用マップ（図示せず）に入力して油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）を求める。上記油圧ジャッキ用マップには、回転カッタ３の回転角度に応じた油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）が予め求められて入力されており、上記油圧ジャッキ用マップに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）が求められる。
【００５４】
本実施形態では、制御部５４は、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしている。
【００５５】
詳しくは、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２に、ポンプ４６から作動油が供給されると、この作動油によりシリンダチューブ４１が伸長側（すなわち回転カッタ３の径方向外側）に押される。すると、没入側油室４３から作動油が適宜排出されて、一方の油圧ジャッキ４０が伸長される。これにより、一方の支持部３２（ガイドスポーク３１）が回転カッタ３の径方向外側に移動される。
【００５６】
上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２にポンプ４６から作動油が供給されると同時に、他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３にポンプ４６から作動油が供給され、この作動油によりシリンダチューブ４１が没入側（すなわち回転カッタ３の径方向内側）に押される。すると、突出側油室４２から作動油が適宜排出されて、他方の油圧ジャッキ４０が縮退される。これにより、他方の支持部３２（ガイドスポーク３１）が回転カッタ３の径方向内側に移動される。
【００５７】
ここで、本実施形態では、油圧ジャッキ４０は、突出側油室４２側の受圧部（図示せず）の面積が没入側油室４３側の受圧部（図示せず）の面積よりも大きく設定されている。そのため、上記一方の油圧ジャッキ４０を伸長させる力に比べ、上記他方の油圧ジャッキ４０を縮退させる力が小さく、上記他方の油圧ジャッキ４０は上記一方の油圧ジャッキ４０に従動される。つまり、同時に作動される二本の油圧ジャッキ４０のうち伸長すべき油圧ジャッキ４０をその伸長量が所定値となるように制御することで、縮退すべき油圧ジャッキ４０が伸長すべき油圧ジャッキ４０に従動される。
【００５８】
また、上記一方の支持部３２と上記他方の支持部３２との間の距離は常に一定であり、上記一方の油圧ジャッキ４０を伸長させることでオーバカッタ本体３４は両方の支持部３２回りに回動される。そのため、上記他方の油圧ジャッキ４０は、上記他方の支持部３２の移動量に応じて必然的に縮退されて、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動される。
【００５９】
また、制御部５４は、角度センサによって検出した回転カッタ３の回転角度をコピーカッタ用マップ（図示せず）に入力してオーバカッタ４のコピーカッタ１８の突出量（ストローク）を求める。上記コピーカッタ用マップには、回転カッタ３の回転角度に応じたコピーカッタ１８の突出量（ストローク）が予め求められて入力されており、上記コピーカッタ用マップに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、コピーカッタ１８の突出量（ストローク）が求められる。
【００６０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６１】
地山を掘削する際には、図７に示すように、駆動モータ２３により回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が円形断面に掘削されて、円形断面の孔が形成される。
【００６２】
また、図７から図９に示すように、回転カッタ３の回転角度に応じて、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させると、回転カッタ３により形成された円形断面の孔の外周縁よりも径方向外側の未掘削領域の地山が、オーバカッタ４（カッタビット４９）により掘削されて、円形断面の孔に連続された馬蹄形断面の孔が形成される。
【００６３】
さらに、図９に示すように、回転カッタ３の回転角度に応じて、オーバカッタ本体３４に設けられたコピーカッタ１８をオーバカッタ本体３４に対して突出させると、オーバカッタ本体３４に設けられたカッタビット４９では掘削することができない未掘削の地山をコピーカッタ１８により掘削することができる。
【００６４】
以上要するに本実施形態によれば、回転カッタ３に、回転カッタ３の回転中心から径方向外側に延出し、且つ、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように二本の第一カッタスポーク１３を配置し、これら二本の第一カッタスポーク１３にそれぞれ、各第一カッタスポーク１３の長手方向に沿って支持部３２を移動自在に設け、これら各支持部３２に、ビーム状のオーバカッタ本体３４をその長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて回動自在に支持させるようにしたため、オーバカッタ本体３４に作用する荷重を二ヶ所（二本の第一カッタスポーク１３）で受けることができる。したがって、オーバカッタ４に作用する荷重を支持する第一カッタスポーク１３を大型化することなく（つまり、重量を増加させることなく）、荷重を支持することが可能となる。
【００６５】
また本実施形態では、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の支持部３２を回転カッタ３の径方向外側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の径方向外側に移動させると共に、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の支持部３２を回転カッタ３の径方向内側に移動させることにより、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を一方の支持部３２回りに回転カッタ３の径方向外側へと回動させて、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出させるようにしている。
【００６６】
したがって、オーバカッタ４の余堀り量は、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に移動した長さと、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が上記一方の支持部３２回りに回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側へと回動した長さとにより設定されるため、オーバカッタ４を移動させるアクチュエータとしての油圧ジャッキ４０を大型化することなく（つまり、油圧ジャッキ４０のストロークを増加させることなく）、余堀り量を増加させることが可能となる。
【００６７】
また、本実施形態では、制御部５４は、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしている。このようにすることで、容易な二本の油圧ジャッキ４０の伸縮量（ストローク）制御が可能となる。
【００６８】
また、本実施形態では、オーバカッタ４のカッタビット４９を回転カッタ３のカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置している。そのため、オーバカッタ本体３４全体が回転カッタ３の外周縁よりも径方向内側に位置しているときは、オーバカッタ本体３４の長手両端部（カッタビット４９）は地山に当接されない。したがって、オーバカッタ本体３４はチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみで、オーバカッタ４には大きな荷重は作用しない。
【００６９】
また、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも径方向外側に突出しているときは、オーバカッタ本体３４の長手方向一端部（カッタビット４９）のみが地山に当接され、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部（カッタビット４９）は地山に当接されない。従って、地山から受ける荷重はオーバカッタ本体３４の長手方向一端部に作用し、オーバカッタ本体３４の長手方向他端部はチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみで、オーバカッタ４には大きな荷重は作用しない。
【００７０】
このように、オーバカッタ４に大きな荷重が作用せず、且つ、地山から受ける荷重を二本の第一カッタスポーク１３で支持することができるため、オーバカッタ本体３４をより長く、或いは、第一カッタスポーク１３をより小型にすることが可能となる。
【００７１】
また本実施形態によれば、オーバカッタ４に、コピーカッタ１８を出没自在に設けたため、オーバカッタ本体３４に設けられたカッタビット４９では掘削することができない未掘削の地山をコピーカッタ１８により掘削することができる。
【００７２】
さらに本実施形態では、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部に、コピーカッタ１８を駆動するための流体圧用の作動流体を回転カッタ３側からオーバカッタ４側へと中継して供給するための中継部５０を設けている。オーバカッタ本体３４と回転カッタ３との相対位置が、オーバカッタ本体３４の長手方向中間部では比較的変わり難いためである。
【００７３】
次に、第二実施形態に係るシールド掘進機を図１１から図１４に基づいて説明する。
【００７４】
図１から図５で示した第一実施形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略して、主に相違点を説明する。
【００７５】
図１１は、本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。図１３は、図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。図１４は、図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。
【００７６】
図１１から図１４に示すシールド掘進機１０１においては、回転カッタ１０３は、八本のカッタスポーク（スポーク）１１３、１１４を有している。即ち、本実施形態では、カッタスポーク１１３、１１４の本数を第一実施形態のカッタスポーク１３、１４の本数よりも増やしている。
【００７７】
本実施形態では、八本のカッタスポーク１１３、１１４のうち四本が第一カッタスポーク１１３とされ、残りの四本が第二カッタスポーク１１４とされている。
【００７８】
第一カッタスポーク１１３は、回転カッタ１０３の周方向に所定間隔を隔てて、少なくとも一つの他の第一カッタスポーク１１３に隣接される。
【００７９】
第二カッタスポーク１１４は、回転カッタ１０３の周方向に所定間隔を隔てて、第一カッタスポーク１１３或いは他の第二カッタスポーク１１４に隣接される。
【００８０】
周方向に隣接する第一カッタスポーク１１３同士は、その外周部にて外周部材１１７ａにより連結されている。
【００８１】
周方向に隣接する第二カッタスポーク１１４同士は、その外周部にて外周部材１１７ｂにより連結されている。
【００８２】
第二カッタスポーク１１４は、オーバカッタ１０４が駆動された際にオーバカッタ本体１３４を挿通し得るように、側部が開放された箱状に形成されている（図１１参照）。
【００８３】
ここで、本実施形態では、第一実施形態とは異なり、オーバカッタ１０４にコピーカッタが設けられていない。
【００８４】
また、本実施形態では、オーバカッタ１０４のオーバカッタ本体１３４の全長Ｌ１（図１１参照）は、第一実施形態のオーバカッタ本体３４の全長と等しく設定されている。
【００８５】
また、本実施形態では、回転カッタ１０３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１１３間の角度Ａ（図１１参照）は、第一実施形態の第一カッタスポーク１３間の角度よりも小さく設定されている。
【００８６】
このように設定することで、オーバカッタ１０４のオーバカッタ本体１３４の全長Ｌ１が同一であっても、周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１１３に設けられた支持部１３２間の距離を第一実施形態に比べて短くし、支持部１３２からオーバカッタ本体１３４の端部までの長さＬ２（図１１参照）を第一実施形態に比べて長くとることができる。したがって、本実施形態によれば、コピーカッタをオーバカッタ１０４に設けたり、オーバカッタ１０４を大型化することなく、オーバカッタ本体１３４の突出量を大きくすることができ、オーバカッタ１０４の余堀り量を増加させることが可能となる。
【００８７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００８８】
例えば、図１０に示すように、上記一方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５５と、上記一方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５６と、上記他方の油圧ジャッキ４０の突出側油室４２とポンプ４６と結ぶ油圧供給ライン５７と、上記他方の油圧ジャッキ４０の没入側油室４３とポンプ４６とを結ぶ油圧供給ライン５８とを、それぞれ独立させて設けても良い。
【００８９】
その場合、制御部５４が、二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の油圧ジャッキ４０のみを、その伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御し、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の油圧ジャッキ４０を、上記一方の油圧ジャッキ４０に従動させるようにしても良い。
【００９０】
また、制御部５４が、二本の第一カッタスポーク１３に設けられた両方の油圧ジャッキ４０を、それらの伸縮量が所定値となるように上記油圧ジャッキ用マップに従って制御するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】オーバカッタの概略図である。
【図７】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図８】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図９】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図１０】オーバカッタの変形例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線矢視断面図である。
【図１３】図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線矢視断面図である。
【図１４】図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ シールド掘進機
２ シールド本体
３ 回転カッタ
４ オーバカッタ
１０ カッタビット（ビット）
１３ 第一カッタスポーク（スポーク）
１８ コピーカッタ
３０ 固定スポーク（ガイド）
３１ ガイドスポーク（ガイド）
３２ 支持部
４０ 油圧ジャッキ（アクチュエータ、ジャッキ）
４９ カッタビット（ビット）
５０ 中継部
５４ 制御部（制御手段）
１０１ シールド掘進機
１０３ 回転カッタ
１０４ オーバカッタ
１１３ 第一カッタスポーク（スポーク）
１３２ 支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタと、該回転カッタに設けられ、上記回転カッタの径方向内側の所定位置から略径方向外側に延出し、且つ、上記回転カッタの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドと、これら二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って移動自在な支持部と、ビーム状に形成され、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分が上記各支持部に回動自在に支持されたオーバカッタと、上記各支持部を上記各ガイドの長手方向に沿って移動するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータにより、上記支持部の一方を上記回転カッタの径方向外側に移動させ、上記支持部の他方を上記回転カッタの径方向内側に移動させることにより、上記オーバカッタの長手方向一端部を上記回転カッタの径方向外側に突出させることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記アクチュエータが、上記二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って伸縮自在なジャッキであり、
上記ジャッキの一方を、その伸縮量が所定値となるように制御し、上記ジャッキの他方を、上記ジャッキの一方に従動させる制御手段を備えた請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記二つのガイドを、上記回転カッタの回転中心から径方向外側に延出する二本のスポークに設けた請求項１又は２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記回転カッタの前面及び上記オーバカッタの前面にそれぞれビットを設け、上記オーバカッタのビットを上記回転カッタのビットよりも後方に配置した請求項１から３いずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記オーバカッタに、コピーカッタを出没自在に設けた請求項１から４いずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項６】
上記オーバカッタの長手方向中間部に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記回転カッタ側から上記オーバカッタ側へと中継して供給するための中継部を設けた請求項５記載のシールド掘進機。
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタと、該回転カッタに設けられ、上記回転カッタの径方向内側の所定位置から略径方向外側に延出し、且つ、上記回転カッタの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドと、これら二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って移動自在な支持部と、ビーム状に形成され、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分が上記各支持部に回動自在に支持されたオーバカッタと、上記各支持部を上記各ガイドの長手方向に沿って移動するためのアクチュエータとを備え、該アクチュエータにより、上記支持部の一方を上記回転カッタの径方向外側に移動させ、上記支持部の他方を上記回転カッタの径方向内側に移動させることにより、上記オーバカッタの長手方向一端部を上記回転カッタの径方向外側に突出させることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記アクチュエータが、上記二つのガイドにそれぞれ設けられ、各ガイドの長手方向に沿って伸縮自在なジャッキであり、
上記ジャッキの一方を、その伸縮量が所定値となるように制御し、上記ジャッキの他方を、上記ジャッキの一方に従動させる制御手段を備えた請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記二つのガイドを、上記回転カッタの回転中心から径方向外側に延出する二本のスポークに設けた請求項１又は２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記回転カッタの前面及び上記オーバカッタの前面にそれぞれビットを設け、上記オーバカッタのビットを上記回転カッタのビットよりも後方に配置した請求項１から３いずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記オーバカッタに、コピーカッタを出没自在に設けた請求項１から４いずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項６】
上記オーバカッタの長手方向中間部に、上記コピーカッタを駆動するための流体圧を上記回転カッタ側から上記オーバカッタ側へと中継して供給するための中継部を設けた請求項５記載のシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【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】
【公開番号】特開２００７−２６２７４３（Ｐ２００７−２６２７４３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８８７４６（Ｐ２００６−８８７４６）
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
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