シールド機およびシールド機の制御方法
【課題】 単一のカッタによって、前方の地山を任意の形状に掘削可能であり、シールド機の姿勢や進行方向などの制御を容易に行うことができるシールド機およびシールド機の制御方法を提供する。
【解決手段】 隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられる。フレーム２５の一方の端部は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。フレーム２５の回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３７および回転体回転軸３３に対し偏心している。
【解決手段】 隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられる。フレーム２５の一方の端部は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。フレーム２５の回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３７および回転体回転軸３３に対し偏心している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の断面形状のトンネルを掘削可能であり、シールド機の姿勢等の制御が可能なシールド機およびシールド機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の掘削機の多くは、掘削方向に対面する略円形のカッタの回転により掘削機前方の地山を掘削するものであり、この場合、トンネルは円形断面形状となる。これに対し、複数のカッタを用いて、矩形断面トンネルが掘削可能な掘削機が開発されている。
【０００３】
このような矩形形状等断面形状を有するトンネルを掘削可能なシールド機としては、例えば、シールド機本体前面にメインカッタを設け、メインカッタと一体に回転する回転体の径方向に変位可能な遊星カッタを備え、遊星カッタの公転軌道を制御部により制御し、メインカッタで掘削不可能な部位を遊星カッタの動作によって掘削する自由断面シールド機がある（特許文献１）。
【０００４】
また、シールド機の前面にセンターカッタが設けられ、センターカッタの回転体から外れた位置に回動部材およびこれに設けられた遊星カッタを有し、遊星カッタの軌道を規制するガイド部材が設けられる自由断面シールド機がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０５８５号公報
【特許文献２】特開平２−３１１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されたシールド機は、前方の地山を掘削するメインのカッタをシールド機の前面に設ける必要がある。例えば矩形形状の断面を掘削する場合には、メインのカッタによって円形に掘削されたトンネルの４隅の掘削を補助的に設けられた遊星カッタにより行うものである。このため、メインカッタに加え遊星カッタが必要となり、複数の形状のカッタを必要とする。
【０００７】
また、特許文献１、特許文献２いずれのシールド機も、あらかじめ設定された範囲を掘削するものであり、状況に応じて掘削範囲を大幅に変化させるようなことはそもそも想定されていない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、単一のカッタによって前方の地山を任意の形状に掘削可能であり、シールド機の姿勢や進行方向などの制御を容易に行うことができるシールド機およびシールド機の制御方法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】
前述した目的を達成するための第１の発明は、地山を掘進するシールド機であって、シールド機本体と、前記シールド機本体を推進するジャッキと、前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、を有し、前記掘削部は、前記シールド機本体の軸方向略中心を回転軸とする回転体と、前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転カッタと、を具備し、前記回転カッタのみで前記シールド機本体前面を掘削可能であることを特徴とするシールド機である。
【００１０】
前記シールド機本体の前面下方には掘削土砂を排出する孔に通じる開口部が設けられ、前記開口部の幅は、前記フレームの幅よりも大きいことが望ましい。
【００１１】
前記フレームには、掘削土砂を攪拌する攪拌翼が設けられてもよい。
【００１２】
第１の発明のシールド機によれば、回転体とこれに設けられるフレームとフレームに設けられるカッタにより構成され、カッタが掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタによってシールド機前方の地山を掘削することができる。
【００１３】
また、回転体とフレームの動作を適宜連携させることで、シールド機本体に対して任意の位置にカッタを移動させることができる。すなわち、自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能であり、さらに状況に応じてカッタの移動範囲を変更することが可能である。
【００１４】
また、シールド機前面の下方に掘削土砂を排出するためのスクリューコンベアへつながる孔が設けられ、孔の前方にはフレーム幅よりも広い開口部が設けられれば、カッタの移動位置によって、フレーム及びカッタで孔を塞ぐことがない。したがって、カッタ位置によらず、確実に掘削土砂を排出することが可能である。
【００１５】
また、フレームのカッタとの接合部以外の部位に、攪拌翼を設ければ、カッタの移動に伴うフレームの回転動作によって、掘削された土砂がシールド機のチャンバ内で攪拌される。したがって、土砂の固結や閉塞を防止することができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明にかかるシールド機を用いたシールド機の制御方法であって、掘削範囲の一部は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行わせるとともに、他の一部は前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行わせることを特徴とするシールド機の制御方法である。
【００１７】
前記シールド機本体が掘削方向に対してローリングした場合に、前記回転カッタによる掘削範囲を正規のトンネル形状となるよう前記回転カッタによる掘削範囲を制御してもよい。
【００１８】
シールド機を進めたい方向の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行うとともに、シールド機を進めたい方向とは逆側の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行うように制御してもよい。
【００１９】
前記シールド機は掘削部の土質を検出する検出部を更に有し、軟質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を小さくし、硬質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を大きくし、掘削部の土質に応じて、前記回転カッタの掘削範囲を制御してもよい。
【００２０】
ここで、はみ出し掘削量とは、シールド機の前方から見た投影外形に対して、カッタの一部が外周よりはみ出して掘削する場合において、シールド機の投影外形外周部からのカッタのはみ出し長さをいう。また、マイナス側掘削量とは、カッタがシールド機の外周よりも内側までのみを掘削する場合（すなわち、カッタがシールド機の投影外形内に隠れる状態）において、シールド機の投影外形外周部からのカッタによる掘削範囲最外部までの長さをいう。
【００２１】
第２の発明によれば、カッタの掘削範囲をはみ出し掘削、マイナス側掘削と変化させることができるため容易にシールド機を制御することができる。
【００２２】
また、掘削範囲をシールド機の姿勢によらず正規の掘削範囲とすれば、シールド機が蛇行した場合であっても、容易にシールド機の姿勢を制御することができる。また、同様に、進行方向をはみ出し掘削としてその逆側をマイナス側掘削とすれば、シールド機１の進行方向を容易に制御することができる。また、土質に応じて掘削範囲を変化できれば、掘削面の崩落や過剰な余掘りを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、単一のカッタによって前方の地山を任意の形状に掘削可能であり、シールド機の姿勢や進行方向などの制御を容易に行うことができるシールド機およびシールド機の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シールド機１を示す側方断面図。
【図２】シールド機１の正面図。
【図３】シールド機１における、回転体２１、フレーム２５、カッタ２９の動作を示す図。
【図４】カッタ２９による掘削範囲を示す図。
【図５】矩形断面以外のトンネル形状の掘削例を示す図。
【図６】シールド機１の外周に対して、（ａ）はカッタ９がはみ出した範囲まで掘削する状態を示す図、（ｂ）はカッタ９がマイナス側まで掘削した状態を示す図。
【図７】シールド機１がローリングした状態において、シールド機１の前方の掘削範囲の制御方法を示す図。
【図８】シールド機１の進路を変更する場合において、シールド機１の前方の掘削範囲の制御方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシールド機１を示す図である。シールド機１は、主に、スキンプレート３、隔壁５、スクリューコンベア１５等から構成されるシールド機本体と、シールドを推進させるためのシールドジャッキである油圧ジャッキ７と、シールド前方の地山を掘削するカッタ２９、フレーム２５、回転体２１等からなる掘削部などから構成される。
【００２６】
シールド機１は、略矩形断面形状の筒状のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の後方には、筒状のテールプレート９が接続される。スキンプレート３の内部には、油圧ジャッキ７が設けられる。テールプレート１１内には、図示を省略したセグメント組み立て装置によって組み立てられたセグメント１１が設置される。セグメント１１とテールプレート９との間はテールシール１３によってシールされる。
【００２７】
油圧ジャッキ７は、軸方向に往復動作可能である。シールド機１は、油圧ジャッキ７によってセグメント１１を押圧し、セグメント１１からの反力にて前方に推進する。
【００２８】
スキンプレート３の前方には隔壁５が設けられる。隔壁５は、油圧ジャッキ７等が設けられる側と、後述するカッタ２９等が設けられる側（チャンバ１９側）とを区画する。隔壁５の下方には、開口部１７が設けられる。開口部１７は、後方のスクリューコンベア１５と連通する。すなわち、隔壁５の前方に向かって開口する開口部１７は後方にスクリューコンベア１５に連通する孔が設けられる。掘削部によって掘削されたチャンバ１９内の掘削土砂は、所定の圧力を保持しつつ開口部１７内に取り込まれ、スクリューコンベア１５によって後方に排出される。
【００２９】
隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１は、シールド機１の略中心（すなわち、シールド機１の推進方向の略中心）に位置する回転体回転軸３３を中心に回転可能である。すなわち、回転体２１は、スキンプレート３内に設けられた回転体モータ２３によって回転体回転軸３３を中心に回転する。
【００３０】
回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。フレーム２５は、回転体２１の回転体回転軸３３に対して略垂直な方向にアーム状に設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられ、フレーム２５は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能である。なお、フレーム回転軸３５は回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。すなわち、フレーム２５の一方の端部が、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。
【００３１】
フレーム２５の、回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。カッタ２９は地山を掘削する部位である。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３５および回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。
【００３２】
図２は、シールド機１の正面図を示す。略矩形の断面形状を有するスキンプレート３はシールド機１の外周を形成する。前述の通り、シールド機１の略中央には回転体２１が設けられる。回転体２１にはフレーム２５が接合される。フレーム２５は回転体２１の径方向に向けて延伸されており、端部にはカッタ２９が設けられる。カッタ２９には複数の刃３９が設けられる。フレーム２５のカッタ２９との接合部とは逆側には、攪拌翼４１が設けられる。攪拌翼４１は、チャンバ１９（図１）内の土砂を攪拌し、土砂の固結や閉塞を防止する。
【００３３】
ここで、回転体２１は、回転体回転軸３３を中心に往復方向に回転可能である（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。また、フレーム２５はフレーム回転軸３５を中心に往復回転動作が可能である（図中矢印Ｃ、Ｄ方向）。また、カッタ２９はカッタ回転軸３７を中心に一方向に回転する（例えば図中矢印Ｅ方向）。すなわち、カッタ２９は常に同じ方向に回転し、地山を掘削する。このため、カッタ２９に設けられる刃３９は、一方向（回転方向に対し同一周方向）に向けて設けられる。
【００３４】
次に、シールド機１の掘削部の動作を説明する。図３はシールド機１の掘削部動作を示す図である。
【００３５】
まず、図３（ａ）の位置からシールド機１に向かって（図面正面からみて）時計回りにカッタ２９が移動する例を説明する。図３（ａ）の位置は、矩形断面の角部近傍を掘削する状態であり、カッタ２９は、中心（回転体回転軸３３）から最も遠い位置を掘削する。従って、例えば、回転体回転軸３３、フレーム回転軸３５、カッタ回転軸３７が一直線上に並ぶように位置する。
【００３６】
この状態から、カッタ２９の位置を動かすためには、回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させる。なお、以下、カッタ２９は常に一定方向（例えば図中矢印Ｅ方向の時計回り）に回転しながら掘削を行う。
【００３７】
図３（ｂ）は、このようにしてカッタ２９の位置が移動した状態を示す。同様に、さらに回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させ、カッタ２９の位置を図３（ｃ）の位置まで移動させる。
【００３８】
カッタ２９がシールド機１の高さの約半分程度まで移動したら（図３（ｃ））、回転体２１の動作はそのままの方向で、フレーム２５の回転方向を時計回りに逆転する（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
さらにカッタ２９が下方の角部近傍まで移動すると（図３（ｄ））、回転体２１の回転方向を反時計回りに（図中矢印Ａ方向）逆転させるとともに、フレーム２５の回転方向を時計回り（図中矢印Ｄ方向）に逆転させる。この状態から、カッタ２９が矩形断面の角部に来るように回転体２１、フレーム２５の位置を調整する（図３（ｅ））。
【００４０】
以後、同様に、カッタ２９を矩形断面下方に沿って移動させる（図３（ｆ））。以上の動作を繰り返し、カッタ２９を掘削範囲内で移動させながら、シールド機１の前方の地山を掘削する。
【００４１】
なお、図３（ｆ）に示すように、フレーム２５、カッタ２９が開口部１７の前を通過する際においても、開口部１７がフレーム２５の幅よりも大きいため、フレーム２５によって開口部１７が完全に塞がれることがない。このため、カッタ２９の位置によらず、掘削土砂の排出には問題がない。
【００４２】
図４は、カッタ２９の移動軌跡であるカッタ軌跡４３を示す図である。図４に示すように、カッタ２９は掘削断面４５の全範囲を掘削可能である。すなわち、シールド機１は、カッタ２９のみによって、シールド機１の前方の地山を掘削可能である。
【００４３】
なお、シールド機１により掘削可能な断面は、前記した矩形断面に限られない。たとえば、図５（ａ）に示すように、完全円形の掘削断面４５ａであってももちろん掘削可能であり、また、矩形形状と円形状とを組み合わせたような図５（ｂ）に示すような掘削断面４５ｂであっても掘削可能である。すなわち、シールド機１によれば、フレーム２５と回転体２１との動作によってカバーできる範囲内であれば、任意の掘削断面を掘削可能である。
【００４４】
また、例えば、シールド機１によれば、カッタ２９をシールド機１の外周から所定量はみ出すように掘削するように制御することも可能である。また、カッタ２９がシールド機１の外周に対して内側までのみを掘削するように制御することもできる。
【００４５】
図６は、シールド機１のカッタ２９の掘削範囲を変更して掘削する状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、回転体２１とフレーム２５の回転角度を制御することにより、カッタ２９の一部をシールド機１の外周（すなわちスキンプレート３により形成される外周）よりも外側にはみ出させることができる。図６（ａ）は、カッタ２９の一部がシールド機１よりも、はみ出し掘削量Ｆだけはみ出した例を示す。
【００４６】
なお、シールド機１の外周よりもはみ出すとは、カッタ２９の一部が、シールド機１を正面から見た際のスキンプレート３の投影範囲よりも、外側に位置することをいう。この際の掘削をはみ出し掘削と称する。
【００４７】
同様に、図６（ｂ）に示すように、回転体２１とフレーム２５の回転角度を制御することにより、カッタ２９の一部をシールド機１の外周よりも内側に位置させることもできる。図６（ｂ）は、カッタ２９の一部がシールド機１よりもマイナス側掘削量Ｇだけマイナス側に配置した例を示す。
【００４８】
なお、シールド機１の外周よりもマイナス側に配置するとは、カッタ２９のすべてが、シールド機１を正面から見た際のスキンプレート３の投影範囲内部に位置することをいう。この際の掘削をマイナス側掘削と称する。
【００４９】
次に、シールド機１の制御について説明する。図７は、カッタ２９の掘削範囲を変更して、シールド機１のローリングを修正する方法を示す。
【００５０】
カッタ２９の掘削に伴い、シールド機１自体にローリングが生じ、シールド機１が水平状態から変位した場合、カッタ２９の掘削範囲を制御して、掘削範囲を変更する。たとえば、図７（ａ）に示すように、シールド機１が正規掘削断面４７から回転した場合、カッタ２９の掘削範囲（シールド機１の掘進方向とは垂直な方向におけるカッタ２９の移動範囲）を変更し、正規掘削断面４７となるように制御する。
【００５１】
この場合、例えば、シールド機１の外周よりも正規掘削断面４７が外側に来る部分である余掘り部４９は、前述の図６（ａ）に示すように、カッタ２９をシールド機１からはみ出すように移動させる。
【００５２】
同様に、シールド機１の外周よりも正規掘削断面４７が内側に来る部分であるマイナス掘り部５１は、前述の図６（ｂ）に示すように、カッタ２９をシールド機１からマイナス側に来るように移動させる。
【００５３】
このようにすることで、シールド機１の外周形状によらず、正規掘削断面４７を掘削することができる。なお、シールド機１のローリング角度が小さい状態でこのような制御を行えば、シールド機１は掘削断面内に収まろうとするため、やがて正規掘削断面４７内に収まる。すなわち、シールド機１のローリングが修正可能である。
【００５４】
図８は、同様の制御方法によりシールド機１の進行方向を制御する方法を示す図である。たとえば、図８（ａ）に示すように、シールド機１の進行方向（図中矢印Ｇ）に対して、シールド機１の進行方向にずれが生じた場合には、シールド機１が正規の進行方向となるように、進みたい側の掘削範囲を余掘り部４９として、進みたい側とは逆側をマイナス掘り部５１とすればよい。
【００５５】
このようにすることで、シールド機１は掘削断面内に収まろうとするため、シールド機１の進行方向が正規の方向に向くように制御することができる。
【００５６】
なお、このような制御は、シールド機１内に設けられた各種センサ等によって姿勢および方向等を検知し、シールド機１内に設けられたコンピュータによって、自動で掘削範囲の設定し、カッタ２９が掘削範囲を移動できるように回転体２１、フレーム２５の動作を制御してもよい。カッタ２９の位置やフレーム２５、回転体２１の回転角度などは、回転計などにより把握される。
【００５７】
また、シールド機１の前面に土砂の土質を検知可能な検出部を設けておき、土質に応じて掘削範囲を制御してもよい。たとえば、軟質の土質を掘削する場合には、カッタ２９のはみ出し堀量やマイナス堀量を少なくし、硬質の土質を掘削する場合には、カッタ２９のはみ出し堀量やマイナス堀量を多くしてもよい。シールド機１が掘進し、掘削位置の土質に応じて掘削範囲を変えることで、掘削面の崩落や過剰な掘削を防止でき、効率良く掘削を行うことができる。
【００５８】
土質の検出としては、掘削土砂のチャンバ内の流動抵抗等を検知する検知器を設けたり、カッタ２９のモータ電流等によって土質を検出してもよい。
【００５９】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるシールド機１によれば、掘削部が回転体２１、フレーム２５、カッタ２９により構成され、カッタ２９が掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタ２９によってシールド機１前方の掘削範囲をすべて掘削することができる。
【００６０】
また、回転体２１とフレーム２５の動作を適宜連携させることで、シールド機１に対して任意の位置にカッタ２９を移動させることができる。すなわち、自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能であり、さらに状況に応じてカッタの移動範囲を変更することが可能である。
【００６１】
また、スクリューコンベア１５へつながる孔の前方にはフレーム２５幅よりも広い開口部１７が設けられるため、カッタ２９の移動位置によって、フレーム２５及びカッタ２９で孔を塞ぐことがない。したがって、カッタ２９位置によらず、確実に掘削土砂を排出することが可能である。
【００６２】
また、フレーム２１には攪拌翼４１が設けられるため、カッタ２９の移動に伴うフレーム２５の回転動作によって、掘削された土砂がシールド機１のチャンバ１９内で攪拌され、土砂の固結や閉塞が防止することができる。
【００６３】
また、カッタ２９の掘削範囲をはみ出し掘削、マイナス側掘削と変化させることができるため容易にシールド機の姿勢を制御することができる。
【００６４】
例えば、シールド機１がローリングした場合であっても、シールド機１の姿勢によらずに、カッタ２９の掘削範囲を正規掘削断面４７とすれば、容易にシールド機１の姿勢を制御することができる。また、同様に、進行方向を、はみ出し掘削としてその逆側をマイナス側掘削とすれば、シールド機１の進行方向を容易に制御することができる。また、土質に応じて掘削範囲を変化できれば、掘削面の崩落や過剰な余掘りを防止することができる。
【００６５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば、カッタ２９の回転方向とカッタ２９の移動（軸方向に対して垂直な方向への移動）方向とは、実施例に限られない。カッタ２９を時計回りで回転させた状態で、カッタ２９を掘削範囲に対して反時計回りに移動させてもよい（図３とは逆方向へ移動）。
【００６７】
この場合でも、同様に回転体２１とフレーム２５との回転角度を調整すれば良い。なお、カッタ２９の回転方向と、カッタ２９の掘削範囲における移動方向とは逆側の方が、カッタ２９の回転によるシールド機１の回転と、カッタ２９の移動によるシールド機１の回転とが打ち消し合うため、シールド機１の回転に対しては望ましい。
【符号の説明】
【００６８】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………隔壁
７………油圧ジャッキ
９………テールプレート
１１………セグメント
１３………テールシール
１５………スクリューコンベア
１７………開口部
１９………チャンバ
２１………回転体
２３………回転体モータ
２５………フレーム
２７………フレームモータ
２９………カッタ
３１………カッタモータ
３３………回転体回転軸
３５………フレーム回転軸
３７………カッタ回転軸
３９………刃
４１………攪拌翼
４３………カッタ軌跡
４５、４５ａ、４５ｂ………掘削断面
４７………正規掘削断面
４９………余掘り部
５１………マイナス掘り部
５３………地山
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の断面形状のトンネルを掘削可能であり、シールド機の姿勢等の制御が可能なシールド機およびシールド機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の掘削機の多くは、掘削方向に対面する略円形のカッタの回転により掘削機前方の地山を掘削するものであり、この場合、トンネルは円形断面形状となる。これに対し、複数のカッタを用いて、矩形断面トンネルが掘削可能な掘削機が開発されている。
【０００３】
このような矩形形状等断面形状を有するトンネルを掘削可能なシールド機としては、例えば、シールド機本体前面にメインカッタを設け、メインカッタと一体に回転する回転体の径方向に変位可能な遊星カッタを備え、遊星カッタの公転軌道を制御部により制御し、メインカッタで掘削不可能な部位を遊星カッタの動作によって掘削する自由断面シールド機がある（特許文献１）。
【０００４】
また、シールド機の前面にセンターカッタが設けられ、センターカッタの回転体から外れた位置に回動部材およびこれに設けられた遊星カッタを有し、遊星カッタの軌道を規制するガイド部材が設けられる自由断面シールド機がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４０５８５号公報
【特許文献２】特開平２−３１１６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載されたシールド機は、前方の地山を掘削するメインのカッタをシールド機の前面に設ける必要がある。例えば矩形形状の断面を掘削する場合には、メインのカッタによって円形に掘削されたトンネルの４隅の掘削を補助的に設けられた遊星カッタにより行うものである。このため、メインカッタに加え遊星カッタが必要となり、複数の形状のカッタを必要とする。
【０００７】
また、特許文献１、特許文献２いずれのシールド機も、あらかじめ設定された範囲を掘削するものであり、状況に応じて掘削範囲を大幅に変化させるようなことはそもそも想定されていない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、単一のカッタによって前方の地山を任意の形状に掘削可能であり、シールド機の姿勢や進行方向などの制御を容易に行うことができるシールド機およびシールド機の制御方法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】
前述した目的を達成するための第１の発明は、地山を掘進するシールド機であって、シールド機本体と、前記シールド機本体を推進するジャッキと、前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、を有し、前記掘削部は、前記シールド機本体の軸方向略中心を回転軸とする回転体と、前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転カッタと、を具備し、前記回転カッタのみで前記シールド機本体前面を掘削可能であることを特徴とするシールド機である。
【００１０】
前記シールド機本体の前面下方には掘削土砂を排出する孔に通じる開口部が設けられ、前記開口部の幅は、前記フレームの幅よりも大きいことが望ましい。
【００１１】
前記フレームには、掘削土砂を攪拌する攪拌翼が設けられてもよい。
【００１２】
第１の発明のシールド機によれば、回転体とこれに設けられるフレームとフレームに設けられるカッタにより構成され、カッタが掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタによってシールド機前方の地山を掘削することができる。
【００１３】
また、回転体とフレームの動作を適宜連携させることで、シールド機本体に対して任意の位置にカッタを移動させることができる。すなわち、自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能であり、さらに状況に応じてカッタの移動範囲を変更することが可能である。
【００１４】
また、シールド機前面の下方に掘削土砂を排出するためのスクリューコンベアへつながる孔が設けられ、孔の前方にはフレーム幅よりも広い開口部が設けられれば、カッタの移動位置によって、フレーム及びカッタで孔を塞ぐことがない。したがって、カッタ位置によらず、確実に掘削土砂を排出することが可能である。
【００１５】
また、フレームのカッタとの接合部以外の部位に、攪拌翼を設ければ、カッタの移動に伴うフレームの回転動作によって、掘削された土砂がシールド機のチャンバ内で攪拌される。したがって、土砂の固結や閉塞を防止することができる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明にかかるシールド機を用いたシールド機の制御方法であって、掘削範囲の一部は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行わせるとともに、他の一部は前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行わせることを特徴とするシールド機の制御方法である。
【００１７】
前記シールド機本体が掘削方向に対してローリングした場合に、前記回転カッタによる掘削範囲を正規のトンネル形状となるよう前記回転カッタによる掘削範囲を制御してもよい。
【００１８】
シールド機を進めたい方向の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行うとともに、シールド機を進めたい方向とは逆側の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行うように制御してもよい。
【００１９】
前記シールド機は掘削部の土質を検出する検出部を更に有し、軟質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を小さくし、硬質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を大きくし、掘削部の土質に応じて、前記回転カッタの掘削範囲を制御してもよい。
【００２０】
ここで、はみ出し掘削量とは、シールド機の前方から見た投影外形に対して、カッタの一部が外周よりはみ出して掘削する場合において、シールド機の投影外形外周部からのカッタのはみ出し長さをいう。また、マイナス側掘削量とは、カッタがシールド機の外周よりも内側までのみを掘削する場合（すなわち、カッタがシールド機の投影外形内に隠れる状態）において、シールド機の投影外形外周部からのカッタによる掘削範囲最外部までの長さをいう。
【００２１】
第２の発明によれば、カッタの掘削範囲をはみ出し掘削、マイナス側掘削と変化させることができるため容易にシールド機を制御することができる。
【００２２】
また、掘削範囲をシールド機の姿勢によらず正規の掘削範囲とすれば、シールド機が蛇行した場合であっても、容易にシールド機の姿勢を制御することができる。また、同様に、進行方向をはみ出し掘削としてその逆側をマイナス側掘削とすれば、シールド機１の進行方向を容易に制御することができる。また、土質に応じて掘削範囲を変化できれば、掘削面の崩落や過剰な余掘りを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、単一のカッタによって前方の地山を任意の形状に掘削可能であり、シールド機の姿勢や進行方向などの制御を容易に行うことができるシールド機およびシールド機の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】シールド機１を示す側方断面図。
【図２】シールド機１の正面図。
【図３】シールド機１における、回転体２１、フレーム２５、カッタ２９の動作を示す図。
【図４】カッタ２９による掘削範囲を示す図。
【図５】矩形断面以外のトンネル形状の掘削例を示す図。
【図６】シールド機１の外周に対して、（ａ）はカッタ９がはみ出した範囲まで掘削する状態を示す図、（ｂ）はカッタ９がマイナス側まで掘削した状態を示す図。
【図７】シールド機１がローリングした状態において、シールド機１の前方の掘削範囲の制御方法を示す図。
【図８】シールド機１の進路を変更する場合において、シールド機１の前方の掘削範囲の制御方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるシールド機１を示す図である。シールド機１は、主に、スキンプレート３、隔壁５、スクリューコンベア１５等から構成されるシールド機本体と、シールドを推進させるためのシールドジャッキである油圧ジャッキ７と、シールド前方の地山を掘削するカッタ２９、フレーム２５、回転体２１等からなる掘削部などから構成される。
【００２６】
シールド機１は、略矩形断面形状の筒状のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の後方には、筒状のテールプレート９が接続される。スキンプレート３の内部には、油圧ジャッキ７が設けられる。テールプレート１１内には、図示を省略したセグメント組み立て装置によって組み立てられたセグメント１１が設置される。セグメント１１とテールプレート９との間はテールシール１３によってシールされる。
【００２７】
油圧ジャッキ７は、軸方向に往復動作可能である。シールド機１は、油圧ジャッキ７によってセグメント１１を押圧し、セグメント１１からの反力にて前方に推進する。
【００２８】
スキンプレート３の前方には隔壁５が設けられる。隔壁５は、油圧ジャッキ７等が設けられる側と、後述するカッタ２９等が設けられる側（チャンバ１９側）とを区画する。隔壁５の下方には、開口部１７が設けられる。開口部１７は、後方のスクリューコンベア１５と連通する。すなわち、隔壁５の前方に向かって開口する開口部１７は後方にスクリューコンベア１５に連通する孔が設けられる。掘削部によって掘削されたチャンバ１９内の掘削土砂は、所定の圧力を保持しつつ開口部１７内に取り込まれ、スクリューコンベア１５によって後方に排出される。
【００２９】
隔壁５には、回転体２１が設けられる。回転体２１は、シールド機１の略中心（すなわち、シールド機１の推進方向の略中心）に位置する回転体回転軸３３を中心に回転可能である。すなわち、回転体２１は、スキンプレート３内に設けられた回転体モータ２３によって回転体回転軸３３を中心に回転する。
【００３０】
回転体２１の前面には、フレーム２５が設けられる。フレーム２５は、回転体２１の回転体回転軸３３に対して略垂直な方向にアーム状に設けられる。回転体２１にはフレーム２５を回転させるためのフレームモータ２７が設けられ、フレーム２５は、フレーム回転軸３５を中心に回転可能である。なお、フレーム回転軸３５は回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。すなわち、フレーム２５の一方の端部が、フレーム回転軸３５を中心に回転可能なように回転体２１に接合され、フレーム２５は、回転体２１に対して異なる回転軸で回転動作が可能である。
【００３１】
フレーム２５の、回転体２１との接合部とは反対側の端部近傍に、複数の刃を有するカッタ２９が設けられる。カッタ２９は地山を掘削する部位である。フレーム２５にはカッタモータ３１が設けられ、カッタ２９は、カッタ回転軸３７を中心に回転可能である。なお、カッタ回転軸３７はフレーム回転軸３５および回転体回転軸３３に対し偏心している（すなわちずれた位置に位置する）。
【００３２】
図２は、シールド機１の正面図を示す。略矩形の断面形状を有するスキンプレート３はシールド機１の外周を形成する。前述の通り、シールド機１の略中央には回転体２１が設けられる。回転体２１にはフレーム２５が接合される。フレーム２５は回転体２１の径方向に向けて延伸されており、端部にはカッタ２９が設けられる。カッタ２９には複数の刃３９が設けられる。フレーム２５のカッタ２９との接合部とは逆側には、攪拌翼４１が設けられる。攪拌翼４１は、チャンバ１９（図１）内の土砂を攪拌し、土砂の固結や閉塞を防止する。
【００３３】
ここで、回転体２１は、回転体回転軸３３を中心に往復方向に回転可能である（図中矢印Ａ、Ｂ方向）。また、フレーム２５はフレーム回転軸３５を中心に往復回転動作が可能である（図中矢印Ｃ、Ｄ方向）。また、カッタ２９はカッタ回転軸３７を中心に一方向に回転する（例えば図中矢印Ｅ方向）。すなわち、カッタ２９は常に同じ方向に回転し、地山を掘削する。このため、カッタ２９に設けられる刃３９は、一方向（回転方向に対し同一周方向）に向けて設けられる。
【００３４】
次に、シールド機１の掘削部の動作を説明する。図３はシールド機１の掘削部動作を示す図である。
【００３５】
まず、図３（ａ）の位置からシールド機１に向かって（図面正面からみて）時計回りにカッタ２９が移動する例を説明する。図３（ａ）の位置は、矩形断面の角部近傍を掘削する状態であり、カッタ２９は、中心（回転体回転軸３３）から最も遠い位置を掘削する。従って、例えば、回転体回転軸３３、フレーム回転軸３５、カッタ回転軸３７が一直線上に並ぶように位置する。
【００３６】
この状態から、カッタ２９の位置を動かすためには、回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させる。なお、以下、カッタ２９は常に一定方向（例えば図中矢印Ｅ方向の時計回り）に回転しながら掘削を行う。
【００３７】
図３（ｂ）は、このようにしてカッタ２９の位置が移動した状態を示す。同様に、さらに回転体２１を時計回り方向（図中矢印Ｂ方向）に回転させながら、フレーム２５を反時計回り（図中矢印Ｃ方向）に回転させ、カッタ２９の位置を図３（ｃ）の位置まで移動させる。
【００３８】
カッタ２９がシールド機１の高さの約半分程度まで移動したら（図３（ｃ））、回転体２１の動作はそのままの方向で、フレーム２５の回転方向を時計回りに逆転する（図中矢印Ｃ方向）。
【００３９】
さらにカッタ２９が下方の角部近傍まで移動すると（図３（ｄ））、回転体２１の回転方向を反時計回りに（図中矢印Ａ方向）逆転させるとともに、フレーム２５の回転方向を時計回り（図中矢印Ｄ方向）に逆転させる。この状態から、カッタ２９が矩形断面の角部に来るように回転体２１、フレーム２５の位置を調整する（図３（ｅ））。
【００４０】
以後、同様に、カッタ２９を矩形断面下方に沿って移動させる（図３（ｆ））。以上の動作を繰り返し、カッタ２９を掘削範囲内で移動させながら、シールド機１の前方の地山を掘削する。
【００４１】
なお、図３（ｆ）に示すように、フレーム２５、カッタ２９が開口部１７の前を通過する際においても、開口部１７がフレーム２５の幅よりも大きいため、フレーム２５によって開口部１７が完全に塞がれることがない。このため、カッタ２９の位置によらず、掘削土砂の排出には問題がない。
【００４２】
図４は、カッタ２９の移動軌跡であるカッタ軌跡４３を示す図である。図４に示すように、カッタ２９は掘削断面４５の全範囲を掘削可能である。すなわち、シールド機１は、カッタ２９のみによって、シールド機１の前方の地山を掘削可能である。
【００４３】
なお、シールド機１により掘削可能な断面は、前記した矩形断面に限られない。たとえば、図５（ａ）に示すように、完全円形の掘削断面４５ａであってももちろん掘削可能であり、また、矩形形状と円形状とを組み合わせたような図５（ｂ）に示すような掘削断面４５ｂであっても掘削可能である。すなわち、シールド機１によれば、フレーム２５と回転体２１との動作によってカバーできる範囲内であれば、任意の掘削断面を掘削可能である。
【００４４】
また、例えば、シールド機１によれば、カッタ２９をシールド機１の外周から所定量はみ出すように掘削するように制御することも可能である。また、カッタ２９がシールド機１の外周に対して内側までのみを掘削するように制御することもできる。
【００４５】
図６は、シールド機１のカッタ２９の掘削範囲を変更して掘削する状態を示す図である。図６（ａ）に示すように、回転体２１とフレーム２５の回転角度を制御することにより、カッタ２９の一部をシールド機１の外周（すなわちスキンプレート３により形成される外周）よりも外側にはみ出させることができる。図６（ａ）は、カッタ２９の一部がシールド機１よりも、はみ出し掘削量Ｆだけはみ出した例を示す。
【００４６】
なお、シールド機１の外周よりもはみ出すとは、カッタ２９の一部が、シールド機１を正面から見た際のスキンプレート３の投影範囲よりも、外側に位置することをいう。この際の掘削をはみ出し掘削と称する。
【００４７】
同様に、図６（ｂ）に示すように、回転体２１とフレーム２５の回転角度を制御することにより、カッタ２９の一部をシールド機１の外周よりも内側に位置させることもできる。図６（ｂ）は、カッタ２９の一部がシールド機１よりもマイナス側掘削量Ｇだけマイナス側に配置した例を示す。
【００４８】
なお、シールド機１の外周よりもマイナス側に配置するとは、カッタ２９のすべてが、シールド機１を正面から見た際のスキンプレート３の投影範囲内部に位置することをいう。この際の掘削をマイナス側掘削と称する。
【００４９】
次に、シールド機１の制御について説明する。図７は、カッタ２９の掘削範囲を変更して、シールド機１のローリングを修正する方法を示す。
【００５０】
カッタ２９の掘削に伴い、シールド機１自体にローリングが生じ、シールド機１が水平状態から変位した場合、カッタ２９の掘削範囲を制御して、掘削範囲を変更する。たとえば、図７（ａ）に示すように、シールド機１が正規掘削断面４７から回転した場合、カッタ２９の掘削範囲（シールド機１の掘進方向とは垂直な方向におけるカッタ２９の移動範囲）を変更し、正規掘削断面４７となるように制御する。
【００５１】
この場合、例えば、シールド機１の外周よりも正規掘削断面４７が外側に来る部分である余掘り部４９は、前述の図６（ａ）に示すように、カッタ２９をシールド機１からはみ出すように移動させる。
【００５２】
同様に、シールド機１の外周よりも正規掘削断面４７が内側に来る部分であるマイナス掘り部５１は、前述の図６（ｂ）に示すように、カッタ２９をシールド機１からマイナス側に来るように移動させる。
【００５３】
このようにすることで、シールド機１の外周形状によらず、正規掘削断面４７を掘削することができる。なお、シールド機１のローリング角度が小さい状態でこのような制御を行えば、シールド機１は掘削断面内に収まろうとするため、やがて正規掘削断面４７内に収まる。すなわち、シールド機１のローリングが修正可能である。
【００５４】
図８は、同様の制御方法によりシールド機１の進行方向を制御する方法を示す図である。たとえば、図８（ａ）に示すように、シールド機１の進行方向（図中矢印Ｇ）に対して、シールド機１の進行方向にずれが生じた場合には、シールド機１が正規の進行方向となるように、進みたい側の掘削範囲を余掘り部４９として、進みたい側とは逆側をマイナス掘り部５１とすればよい。
【００５５】
このようにすることで、シールド機１は掘削断面内に収まろうとするため、シールド機１の進行方向が正規の方向に向くように制御することができる。
【００５６】
なお、このような制御は、シールド機１内に設けられた各種センサ等によって姿勢および方向等を検知し、シールド機１内に設けられたコンピュータによって、自動で掘削範囲の設定し、カッタ２９が掘削範囲を移動できるように回転体２１、フレーム２５の動作を制御してもよい。カッタ２９の位置やフレーム２５、回転体２１の回転角度などは、回転計などにより把握される。
【００５７】
また、シールド機１の前面に土砂の土質を検知可能な検出部を設けておき、土質に応じて掘削範囲を制御してもよい。たとえば、軟質の土質を掘削する場合には、カッタ２９のはみ出し堀量やマイナス堀量を少なくし、硬質の土質を掘削する場合には、カッタ２９のはみ出し堀量やマイナス堀量を多くしてもよい。シールド機１が掘進し、掘削位置の土質に応じて掘削範囲を変えることで、掘削面の崩落や過剰な掘削を防止でき、効率良く掘削を行うことができる。
【００５８】
土質の検出としては、掘削土砂のチャンバ内の流動抵抗等を検知する検知器を設けたり、カッタ２９のモータ電流等によって土質を検出してもよい。
【００５９】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかるシールド機１によれば、掘削部が回転体２１、フレーム２５、カッタ２９により構成され、カッタ２９が掘削面全域に対して移動可能であるため、単一のカッタ２９によってシールド機１前方の掘削範囲をすべて掘削することができる。
【００６０】
また、回転体２１とフレーム２５の動作を適宜連携させることで、シールド機１に対して任意の位置にカッタ２９を移動させることができる。すなわち、自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能であり、さらに状況に応じてカッタの移動範囲を変更することが可能である。
【００６１】
また、スクリューコンベア１５へつながる孔の前方にはフレーム２５幅よりも広い開口部１７が設けられるため、カッタ２９の移動位置によって、フレーム２５及びカッタ２９で孔を塞ぐことがない。したがって、カッタ２９位置によらず、確実に掘削土砂を排出することが可能である。
【００６２】
また、フレーム２１には攪拌翼４１が設けられるため、カッタ２９の移動に伴うフレーム２５の回転動作によって、掘削された土砂がシールド機１のチャンバ１９内で攪拌され、土砂の固結や閉塞が防止することができる。
【００６３】
また、カッタ２９の掘削範囲をはみ出し掘削、マイナス側掘削と変化させることができるため容易にシールド機の姿勢を制御することができる。
【００６４】
例えば、シールド機１がローリングした場合であっても、シールド機１の姿勢によらずに、カッタ２９の掘削範囲を正規掘削断面４７とすれば、容易にシールド機１の姿勢を制御することができる。また、同様に、進行方向を、はみ出し掘削としてその逆側をマイナス側掘削とすれば、シールド機１の進行方向を容易に制御することができる。また、土質に応じて掘削範囲を変化できれば、掘削面の崩落や過剰な余掘りを防止することができる。
【００６５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば、カッタ２９の回転方向とカッタ２９の移動（軸方向に対して垂直な方向への移動）方向とは、実施例に限られない。カッタ２９を時計回りで回転させた状態で、カッタ２９を掘削範囲に対して反時計回りに移動させてもよい（図３とは逆方向へ移動）。
【００６７】
この場合でも、同様に回転体２１とフレーム２５との回転角度を調整すれば良い。なお、カッタ２９の回転方向と、カッタ２９の掘削範囲における移動方向とは逆側の方が、カッタ２９の回転によるシールド機１の回転と、カッタ２９の移動によるシールド機１の回転とが打ち消し合うため、シールド機１の回転に対しては望ましい。
【符号の説明】
【００６８】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………隔壁
７………油圧ジャッキ
９………テールプレート
１１………セグメント
１３………テールシール
１５………スクリューコンベア
１７………開口部
１９………チャンバ
２１………回転体
２３………回転体モータ
２５………フレーム
２７………フレームモータ
２９………カッタ
３１………カッタモータ
３３………回転体回転軸
３５………フレーム回転軸
３７………カッタ回転軸
３９………刃
４１………攪拌翼
４３………カッタ軌跡
４５、４５ａ、４５ｂ………掘削断面
４７………正規掘削断面
４９………余掘り部
５１………マイナス掘り部
５３………地山
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘進するシールド機であって、
シールド機本体と、
前記シールド機本体を推進するジャッキと、
前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、
を有し、
前記掘削部は、
前記シールド機本体の軸方向略中心を回転軸とする回転体と、
前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、
前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転カッタと、
を具備し、
前記回転カッタのみで前記シールド機本体前面を掘削可能であることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記シールド機本体の前面下方には掘削土砂を排出する孔に通じる開口部が設けられ、
前記開口部の幅は、前記フレームの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項３】
前記フレームには、掘削土砂を攪拌する攪拌翼が設けられることを特徴とする請求項１また請求項２に記載のシールド機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかのシールド機を用いたシールド機の制御方法であって、
掘削範囲の一部は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行わせるとともに、
他の一部は前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行わせることを特徴とするシールド機の制御方法。
【請求項５】
前記シールド機本体が掘削方向に対してローリングした場合に、前記回転カッタによる掘削範囲を正規のトンネル形状となるよう前記回転カッタによる掘削範囲を制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【請求項６】
シールド機を進めたい方向の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行うとともに、シールド機を進めたい方向とは逆側の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行うように制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【請求項７】
前記シールド機は掘削部の土質を検出する検出部を更に有し、
軟質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を小さくし、
硬質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を大きくし、
掘削部の土質に応じて、前記回転カッタの掘削範囲を制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【請求項１】
地山を掘進するシールド機であって、
シールド機本体と、
前記シールド機本体を推進するジャッキと、
前記シールド機本体前方に設けられる掘削部と、
を有し、
前記掘削部は、
前記シールド機本体の軸方向略中心を回転軸とする回転体と、
前記回転体の前面に前記回転軸に対して略垂直な方向に設けられ、一方の端部が前記回転軸から偏心した位置に回転可能に配置されたフレームと、
前記フレームの他方の端部に設けられ、複数の刃を有する回転カッタと、
を具備し、
前記回転カッタのみで前記シールド機本体前面を掘削可能であることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記シールド機本体の前面下方には掘削土砂を排出する孔に通じる開口部が設けられ、
前記開口部の幅は、前記フレームの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項３】
前記フレームには、掘削土砂を攪拌する攪拌翼が設けられることを特徴とする請求項１また請求項２に記載のシールド機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかのシールド機を用いたシールド機の制御方法であって、
掘削範囲の一部は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行わせるとともに、
他の一部は前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行わせることを特徴とするシールド機の制御方法。
【請求項５】
前記シールド機本体が掘削方向に対してローリングした場合に、前記回転カッタによる掘削範囲を正規のトンネル形状となるよう前記回転カッタによる掘削範囲を制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【請求項６】
シールド機を進めたい方向の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量はみ出す位置まで掘削を行うとともに、シールド機を進めたい方向とは逆側の掘削位置は、前記回転カッタが前記シールド機本体の外周から所定量内側までのみの掘削を行うように制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【請求項７】
前記シールド機は掘削部の土質を検出する検出部を更に有し、
軟質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を小さくし、
硬質の土質の部位は、前記回転カッタの前記シールド機の外周面からのはみ出し掘削量および／または内側へのマイナス側掘削量を大きくし、
掘削部の土質に応じて、前記回転カッタの掘削範囲を制御することを特徴とする請求項４記載のシールド機の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８５２３６（Ｐ２０１０−１８５２３６Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３０７６６（Ｐ２００９−３０７６６）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行者名〕 社団法人 土木学会 〔刊行物名〕 第６３回年次学術講演会講演概要集 〔発行年月日〕 平成２０年８月１３日
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 〔発行者名〕 社団法人 土木学会 〔刊行物名〕 第６３回年次学術講演会講演概要集 〔発行年月日〕 平成２０年８月１３日
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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