トンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法
【課題】軸受と摺接する移動ロッドの側面が土砂で摩耗することを防止でき、正常な作動を長期間保持でき、耐久性に優れたトンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法を提供する。
【解決手段】カッタフレーム５を回転させつつ、軸受２７に支持された移動ロッド１３を往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で往復移動させ、その往復移動中、防護筒２２及び蓋部２３により移動ロッド１３の外周面をカバーしつつ、シール２５により土砂が防護筒２２の内部に侵入することを防止し、移動ロッド１３の外周面が土砂に晒されることを回避する。
【解決手段】カッタフレーム５を回転させつつ、軸受２７に支持された移動ロッド１３を往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で往復移動させ、その往復移動中、防護筒２２及び蓋部２３により移動ロッド１３の外周面をカバーしつつ、シール２５により土砂が防護筒２２の内部に侵入することを防止し、移動ロッド１３の外周面が土砂に晒されることを回避する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームの端部から出没する伸縮カッタ、及びその伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形断面以外の異形断面のトンネルを掘削する異形断面トンネル掘削機として、図９に示すように、掘削機本体ａの隔壁ｂに、切羽を掘削すべく回転駆動されるカッタフレームｃを設け、カッタフレームｃに、その端部から出没する伸縮カッタｄ１を設けたものが知られている（特許文献１）。この異形断面トンネル掘削機は、カッタフレームｃを１回転させる間に伸縮カッタｄ１を適宜出没させることで、異形断面（例えば矩形断面）のトンネルを掘削する。
【０００３】
伸縮カッタｄ１は、略ロッド状に形成されていて、カッタフレームｃに形成されたガイド穴ｅに往復移動可能に挿通された移動ロッドｆを有しており、この移動ロッドｆが図示しない油圧ジャッキにより往復移動される。また、別の伸縮カッタｄ２として、図１０に示すように、カッタフレームｃの端部に筒状のカバーｇを設け、その内方のカッタフレームｃのガイド穴ｅに、移動ロッドｆを往復移動可能に挿通したものが知られている（特許文献２）。
【０００４】
これら伸縮カッタｄ１、ｄ２のガイド穴ｅの内周面には、移動ロッドｆの外周面に摺接する軸受ｈと、移動ロッドｆの外周面との隙間を止水するリング状のシールｉとが夫々設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７６３０４６号公報
【特許文献２】特許第２９３８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の伸縮カッタｄ１、ｄ２においては、移動ロッドｆがカッタフレームｃのガイド穴ｅから突出すると、移動ロッドｆの外周面が土砂に晒された状態となる。このため、カッタフレームｃの回転に伴って移動ロッドｆの外周面に土砂が当たり、軸受ｈ及びシールｉと摺接する移動ロッドｆの外周面（機械加工面）に摩耗が生じる。
【０００７】
移動ロッドｆの外周面の摩耗が或る程度進行すると、移動ロッドｆの外周面とガイド穴ｅの軸受ｈとの隙間が大きくなり、移動ロッドｆがガタつきながら往復移動したり、その隙間に土砂が侵入し噛み込んで移動ロッドｆが固着する等の事態を招き、伸縮カッタｆが正常に作動しなくなる虞がある。また、移動ロッドｆの外周面とガイド穴ｅの内周面との隙間が大きくなるため、シールｉによる止水性が悪化する。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、軸受及びシールと摺接する移動ロッドの側面が土砂で摩耗することを防止でき、正常な作動及び止水性を長期間保持でき、耐久性に優れたトンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームに設けられる伸縮カッタであって、前記カッタフレームに、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒と、該ガイド筒の内周面に設けられた軸受と、前記ガイド筒の内部に前記軸受に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッドと、前記ガイド筒の端部から突出する前記移動ロッドの外周面を覆うように形成され、前記ガイド筒の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒と、該防護筒の端部と前記移動ロッドの端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部と、前記ガイド筒の外周面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記防護筒の内周面に当接するシールと、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータとを備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記防護筒の切羽側部に設けられたビットと、前記防護筒の前記ガイド筒に対する軸芯回りの回転を防止する回止機構とを備え、該回止機構は、前記カッタフレームに設けられた係合部と、前記防護筒に設けられ前記係合部と係合して前記防護筒の回転を防止しつつ前記防護筒のトンネル内外方向の移動を許容する被係合部とを備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記防護筒の内周面と前記移動ロッドの外周面と前記蓋部の内面と前記ガイド筒の端面とで区画された空間に一端が連通され、他端が坑内に連通された空気通路を備えたものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法であって、前記カッタフレームを回転又は揺動させつつ前記移動ロッドを往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、前記アクチュエータにより、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で往復移動させ、その往復移動中、前記防護筒及び前記蓋部により前記移動ロッドの外周面をカバーしつつ、前記シールにより土砂が前記防護筒の内部に侵入することを防止し、前記移動ロッドの外周面が土砂に晒されることを回避するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るトンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法によれば、軸受及びシールと摺接する移動ロッドの側面が土砂で摩耗することを防止できる。よって、正常な作動及び止水性を長期間保持でき、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の正面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】伸縮カッタを突出させた異形断面トンネル掘削機の断面図である。
【図４】図３の部分拡大図であり、ガイド筒の外周面が摩耗した様子を示す。
【図５】（ａ）は図１の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視図である。
【図６】伸縮カッタを突出させた異形断面トンネル掘削機の部分正面図である。
【図７】図２のVII−VII線矢視概略断面図である。
【図８】図３のVIII−VIII線矢視概略断面図である。
【図９】従来例を示す伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の側断面図である。
【図１０】別の従来例を示す伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１、図２、図７に示すように、異形断面トンネル掘削機１は、断面矩形の筒状のシールドフレーム２を有する掘削機本体３と、シールドフレーム２内を前後に仕切る隔壁４に支持され切羽を掘削するために回転（往復揺動でもよい）するカッタフレーム５とを備えている。カッタフレーム５には、本実施形態に係る伸縮カッタ６が設けられている。伸縮カッタ６は、カッタフレーム５の回転（又は往復揺動）に伴って適宜伸縮され、切羽をシールドフレーム２の断面形状に合わせて矩形に掘削するものである。
【００１７】
シールドフレーム２には、シールドフレーム２の内面に沿ってセグメントを矩形リング状に組み立てるエレクタ（図示せず）が支持されており、エレクタよりも前方のシールドフレーム２の内面には、エレクタにより組み立てられたセグメントに反力を取ってシールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ（図示せず）が装着されている。また、隔壁４には、隔壁４とカッタフレーム５との間のカッタ室７内の掘削土砂を隔壁４の後方の坑内に排出する排土装置（スクリューコンベヤ等、図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
カッタフレーム５は、隔壁４に掘進方向に沿った軸回りに回転可能に支持されたセンターブロック８と、センターブロック８に１８０度間隔で放射状に取り付けられた一対の固定スポーク９とを有する。センターブロック８は、図示しない駆動装置により上記軸回りに回転駆動されるようになっており、各固定スポーク９の切羽側面には、センターブロック８の回転に伴って切羽を切削するビット１０が設けられている。各固定スポーク９の内部には、カーブ掘進時にカーブ内側を余掘りするためのコピーカッタ１１が出没可能に収容されている。かかるカッタフレーム５には、伸縮カッタ６が設けられている。
【００１９】
伸縮カッタ６は、カッタフレーム５に、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒１２と、ガイド筒１２の内周面に設けられた軸受（メタル軸受）２７と、ガイド筒１２の内部に軸受２７に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッド１３と、ガイド筒１２の端部から突出する移動ロッド１３の外周面を覆うように形成され、ガイド筒１２の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒２２と、防護筒２２の端部と移動ロッド１３の端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部２３と、ガイド筒１２の外周面にその周方向に沿って設けられ、防護筒２２の内周面に当接するシール２５と、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータ５０とを備えている。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態においては、伸縮カッタ６は、一対、天地逆にカッタフレーム５に並設されている。これら伸縮カッタ６は、同じ構成であって、図１にて天地逆となっている点のみが異なっているに過ぎないので、一方の伸縮カッタ６（図１のII−II線矢視断面のもの）についてのみ述べ、他方の伸縮カッタ６の説明は省略する。
【００２１】
伸縮カッタ６のガイド筒１２は、円筒状に形成されており、固定スポーク９に直交するように並列されて一対、センターブロック８に取り付けられている。これらガイド筒１２は、同様の構成であって図１にて天地逆となっている点のみが異なっているに過ぎないので、上述したように一方のガイド筒１２（図１のII−II線矢視断面のもの）についてのみ述べ、他方の説明は省略する。
【００２２】
図２、図７に示すように、ガイド筒１２の内周面には、移動ロッド１３の外周面と摺接する軸受２７が設けられている。軸受２７は、ガイド筒１２の内周面の端部と中央部とに配置されていて、夫々、円筒状に形成されたカラーから成る。また、ガイド筒１２の内周面には、移動ロッド１３の外周面との隙間を塞ぐシール２６が、軸受２７の近傍に配設されている。シール２６は、ガイド筒１２の周方向に沿ってリング状に形成されている。
【００２３】
ガイド筒１２の内部には、円柱状の移動ロッド１３が往復移動可能に挿通されている。移動ロッド１３は、その外周面が軸受２７及びシール２６と摺接しつつ、ガイド筒１２の内部を往復移動する。移動ロッド１３の外周面は、軸受２７及びシール２６と摺接するため、機械加工によって精度良く形成されている。
【００２４】
ガイド筒１２の外周面には、円筒状の防護筒２２がスライド可能に被嵌されている。防護筒２２の長さは、移動ロッド１３がガイド筒１２の端部から最大に突出した場合であっても、突出した移動ロッド１３の外周面を覆うことができる所定長さに設定されている。防護筒２２の内周面は、ガイド筒１２の外周面と接触することなく所定の隙間を保つように、機械加工によって精度良く形成されている。
【００２５】
ガイド筒１２の外周面の上部には、防護筒２２の内周面とガイド筒１２の外周面との隙間を塞ぐシール２５が、ガイド筒１２の周方向に沿ってリング状に設けられている。シール２５は、防護筒２２の内周面に当接するものであり、図４に示すように、本実施形態では下段のダストシール２５ａと上段のオイルシール２５ｂとから構成されるが、いずれか一方のみでも構わない。防護筒２２の内周面（機械加工面）は、シール２５が当接するシール面となる。
【００２６】
図２に示すように、防護筒２２の端部と移動ロッド１３の端部との間には、それらを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部２３が設けられている。蓋部２３は、厚肉の円筒体から成り、その外周面が防護筒２２の内周面に嵌って溶接され、内周面に移動ロッド１３の外周面が嵌って溶接される。
【００２７】
このように移動ロッド１３と防護筒２２とが蓋部２３で連結されているので、移動ロッド１３がガイド筒１２に対して往復移動されると、防護筒２２もガイド筒１２に対して往復移動されることになる。移動ロッド１３をガイド筒１２に対して往復移動させるアクチュエータ５０について述べる。
【００２８】
図２、図７に示すように、ガイド筒１２の下端には、円柱状の基部１４がピン１５を介して支持されており、基部１４の上面には、移動ロッド１３の下部に形成された穴１６に挿通された固定ロッド１７が設けられ、固定ロッド１７の頂部には、移動ロッド１３の内部に形成された油圧室１８を上下に仕切る固定ピストン１９が設けられている。固定ピストン１９の側部には、油圧室１８の内周面との隙間を塞ぐシール２０が設けられ、移動ロッド１３の下部に形成された穴１６には、固定ロッド１７の外周面との隙間を塞ぐシール２１が設けられている。この構成によれば、固定ピストン１９の上方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が突出方向に移動し（図３参照）、その状態で固定ピストン１９の下方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が没入方向に移動する（図２参照）。
【００２９】
移動ロッド１３を突出方向又は没入方向に移動させる油圧回路について、図７、図８を用いて説明する。
【００３０】
図示するように、ガイド筒１２、基部１４、固定ロッド１７及び固定ピストン１９の内部には、一端がガイド筒１２の側部に開口を有し、他端が固定ピストン１９の側部のシール２０よりも下方に開口を有する伸縮カッタ没入用油圧通路３６が形成されている。伸縮カッタ没入用油圧通路３６の中程には、ガイド筒１２の下面の通路途中と基部１４の下面の通路途中とを繋ぐ配管３６ａが設けられている。伸縮カッタ没入用油圧通路３６には、油圧配管（通路）３６ｂが接続されており、この油圧配管（通路）３６ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内からオイルが給排されるようになっている。
【００３１】
また、ガイド筒１２、基部１４、固定ロッド１７及び固定ピストン１９の内部には、一端がガイド筒１２の側部に開口を有し、他端が固定ピストン１９の頂面に開口を有する伸縮カッタ突出用油圧通路３７が形成されている。伸縮カッタ突出用油圧通路３７の中程には、ガイド筒１２の下面の通路途中と基部１４の下面の通路途中とを繋ぐ配管３７ａが設けられている。伸縮カッタ突出用油圧通路３７には、油圧配管（通路）３７ｂが接続されており、この油圧配管（通路）３７ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内からオイルが給排されるようになっている。
【００３２】
この構成によれば、図７に示すように伸縮カッタ６が没入された状態にて、伸縮カッタ突出用油圧通路３７を通して固定ピストン１９の上方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が突出方向に移動され、図８に示すように移動ロッド１３に取り付けられた防護筒２２が突出状態となる。このとき、油圧室１８の下部の段差１８ａが固定ピストン１９の下面に当接することで、移動ロッド１３の突出長さが制限される。これにより、防護筒２２がガイド筒１２から抜け出ることはなく、防護筒２２の内周面がガイド筒１２の外周面のシール２５に接する状態が保持される。なお、固定ピストン１９の下方の油圧室１８に充満されていたオイルは、伸縮カッタ没入用油圧通路３６を通って排出される。
【００３３】
逆に、図８に示すように伸縮カッタ６が突出された状態にて、伸縮カッタ没入用油圧通路３６を通して固定ピストン１９のシール２０よりも下方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が没入方向に移動され、図７に示すように防護筒２２が没入状態となる。ここで、油圧室１８の天井面が固定ピストン１９の上面に当接することで、或いは蓋部２３の下面がガイド筒１２の上端面に当接することで、移動ロッド１３の没入長さが制限される。なお、固定ピストン１９の上方の油圧室１８に充満されていたオイルは、伸縮カッタ突出用油圧通路３７を通って排出される。
【００３４】
以上述べたように、油圧配管（通路）３７ｂを介して伸縮カッタ突出用油圧通路３７にオイルを供給することで、移動ロッド１３及び防護筒２２が突出し、油圧配管（通路）３６ｂを介して伸縮カッタ没入用油圧通路３６にオイルを供給することで、移動ロッド１３及び防護筒２２が没入する。
【００３５】
従って、移動ロッド１３を往復移動させるアクチュエータ５０は、固定ロッド１７、固定ピストン１９、油圧室１８、伸縮カッタ没入用油圧通路３６、油圧配管（通路）３６ｂ、伸縮カッタ突出用油圧通路３７、油圧配管（通路）３７ｂ及び段差１８ａ等から構成される。このアクチュエータ５０は、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５に当接する範囲で往復移動させる。
【００３６】
図２、図７に示すように、移動ロッド１３の下部には、可動ロッド２８を介し、円板状のピストン２９が取り付けられている。可動ロッド２８は、図７に示すように正面から見て一対間隔を隔てて配置されており、上端が円柱状の移動ロッド１３の下面に固定され、下端が円板状のピストン２９の上面に固定されている。これにより、移動ロッド１３がガイド筒１２及び固定ピストン１９に対して昇降されると、ピストン２９も一体的に昇降することになる。
【００３７】
ガイド筒１２の下部の外周部には、ピストン２９を昇降移動可能に収容するシリンダ３０が装着されている。シリンダ３０は、カッタフレーム５の一部を構成する。シリンダ３０の下端は開放されており、図３に示すように、ピストン２９が上昇されたとき、シリンダ３０の内面とピストン２９の下面とにより、下端が開口された土圧吸収室３１が形成される。シリンダ３０の内部には、図７に示すように、可動ロッド２８が挿通される穴３２が形成された仕切板３３が設けられており、穴３２には可動ロッド２８の外周面との隙間を塞ぐシール３４が設けられている。また、ピストン２９の側面には、シリンダ３０の内周面との隙間を塞ぐシール３５が設けられ、シリンダ３０の切羽側面には、切羽を切削するためのビット４２が装着されている。
【００３８】
以上の構成によれば、移動ロッド１３及び防護筒２２がガイド筒１２及び固定ピストン１９に対して往復移動されると、図３に示すように防護筒２２が突出する方向に移動された際にピストン２９がシリンダ３０の奥側に移動して土圧吸収室３１の容積が大きくなり、これとは逆に図２に示すように防護筒２２が没入する方向に移動された際にピストン２９がシリンダ３０の開口側に移動して土圧吸収室３１の容積が小さくなる。
【００３９】
これにより、防護筒２２が突出された際に上昇するカッタ室７の土圧が土圧吸収室３１に吸収され、防護筒２２が没入された際に減少するカッタ室７の土圧が土圧吸収室３１から排出される土砂により補充されるので、防護筒２２の出没に伴うカッタ室７の土圧の変動が抑制される。
【００４０】
図１、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、防護筒２２の外周面の切羽側部には、切羽を切削するビット２４が設けられており、防護筒２２及びカッタフレーム５には、防護筒２２がガイド筒１２に対して軸芯回りに回転することを防止する回止機構６０が設けられている。
【００４１】
回止機構６０は、カッタフレーム５の一部を構成するシリンダ３０に設けられた係合部６１と、防護筒２２に設けられた被係合部６２とを備えている。係合部６１は、一端がシリンダ３０に取り付けられ、他端が防護筒２２に向けて延出された矩形板６１ａからなる。矩形板６１ａは、シリンダ３０の切羽側部と反切羽側部とに、夫々切羽面と略平行に取り付けられている。被係合部６２は、防護筒２２の切羽側部と反切羽側部とに夫々装着され、防護筒２２の伸縮方向に沿って形成された段差６２ａを有する。段差６２ａには矩形板６１ａの先端が係合されている。
【００４２】
この構成によれば、図５、図６に示すように、防護筒２２がガイド筒１２に対して往復移動されると、係合部６１である矩形板６１ａの先端が被係合部６２の段差６２ａに係合した状態で往復移動されるので、防護筒２２のガイド筒１２に対する軸芯回りの回転が防止される。よって、防護筒２２に設けたビット２４は、常に切羽側に向いた状態となり、切羽を適切に切削する。
【００４３】
図７、図８に示すように、ガイド筒１２には、防護筒２２の内周面と移動ロッド１３の外周面と蓋部２３の内面とガイド筒１２の端面とで区画された空間４０と、隔壁４の後方の坑内とを連通する空気通路３８が設けられている。空気通路３８には、空気配管３８ｂが接続され、空気配管３８ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内から空気が給排されるようになっている。
【００４４】
また、ガイド筒１２及びシリンダ３０には、シリンダ３０の内周面とピストン２９の上面と仕切板３３の下面とで区画された空間４１と、坑内とを連通する空気通路３９が設けられている。空気通路３９には、空気配管３９ｂが接続され、空気配管３９ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内から空気が給排されるようになっている。
【００４５】
空気通路３８は、図７に示すように収縮状態にある伸縮カッタ６が図８に示すように突出状態に移行する際、容積が大きくなる空間４０に空気を導き、空間４０が負圧状態となることを防止する。よって、移動ロッド１３が突出方向に移動する際、空間４０が負圧状態となることによる抵抗が生じない。また、このとき空気通路３９は、容積が小さくなる空間４１内の空気を排出し、空間４１内の空気が圧縮充満状態となることを防止する。よって、移動ロッド１３が突出方向に移動する際、空間４１内の空気が圧縮充満状態となることによる抵抗が生じない。
【００４６】
また、これら空気通路３８、３９は、突出状態の移動ロッド１３が逆に没入方向に移動する際には、空気の給排が逆になり、移動ロッド１３が没入方向へ移動する際の抵抗が生じない。
【００４７】
本実施形態の作用を述べる。
【００４８】
図１、図２、図３に示すカッタフレーム５を回転軸回りに回転させながら、移動ロッド１３を適宜往復移動させ、矩形断面トンネルを掘削する。すなわち、カッタフレーム５が図１の状態から４５度回転するまで移動ロッド１３を突出方向に徐々に移動させ、４５度で最も突出させ、４５度を過ぎたなら移動ロッド１３を没入方向に徐々に移動させ、９０度で最も没入させる、という制御を繰り返すことで、矩形断面トンネルを掘削する。
【００４９】
このとき、移動ロッド１３は、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で往復移動される。よって、移動ロッド１３の往復移動中、防護筒２２及び蓋部２３により移動ロッド１３の外周面がカバーされ、シール２５により土砂が防護筒２２の内部に侵入することが防止される。この結果、移動ロッド１３の外周面が土砂に晒されることが回避され、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗することはない。
【００５０】
仮に、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗すると、移動ロッド１３の外周面とガイド筒１２の内周面の軸受２７との隙間が過剰に大きくなり、移動ロッド１３がガタつきながら往復移動したり、その隙間に異物（土砂等）が噛み込んで移動ロッド１３が固着する等の事態を招き、伸縮カッタ６が正常に作動しなくなる虞があるところ、本実施形態ではこれらの不具合を回避できる。
【００５１】
また、移動ロッド１３の外周面が土砂によって過剰に摩耗すると、移動ロッド１３の外周面とガイド筒１２の内周面との隙間が大きくなるため、シール２６による止水性が悪化するところ、本実施形態では、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗することはないので、このような事態は生じない。
【００５２】
図４に示すように、ガイド筒１２の外周面は、土砂に晒されるため摩耗が生じるところ（１２ｘは摩耗部）、この部分はシール２５によるシール面ではないので、シール２５の止水性が悪化することはない。シール２５のシール面である防護筒２２の内周面は、土砂に晒されないので摩耗することはなく、シール２５の止水性は保たれる。
【００５３】
すなわち、軸受２７に摺接する移動ロッド１３の外周面（機械加工面）と、シール２５に摺接する防護筒２２の内周面（機械加工面）とは、共に土砂に晒されないので、これらが土砂により摩耗することはない。よって、移動ロッド１３の適切な作動とシール２５の止水性とを長期間に亘って保持でき、耐久性が向上する。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
例えば、図２及び図７に示す可動ロッド２８、ピストン２９を省略して、図３及び図８に示す土圧吸収室３１を省略してもよい。また、伸縮カッタ６により掘削されるトンネルの断面は矩形に限られず、楕円形や馬蹄形等の異形断面であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 異形断面トンネル掘削機
５ カッタフレーム
６ 伸縮カッタ
１２ ガイド筒
１３ 移動ロッド
２７ 軸受
２２ 防護筒
２３ 蓋部
２４ ビット
２５ シール
３８ 空気通路
４０ 空間
５０ アクチュエータ
６０ 回止機構
６１ 係合部
６２ 被係合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームの端部から出没する伸縮カッタ、及びその伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形断面以外の異形断面のトンネルを掘削する異形断面トンネル掘削機として、図９に示すように、掘削機本体ａの隔壁ｂに、切羽を掘削すべく回転駆動されるカッタフレームｃを設け、カッタフレームｃに、その端部から出没する伸縮カッタｄ１を設けたものが知られている（特許文献１）。この異形断面トンネル掘削機は、カッタフレームｃを１回転させる間に伸縮カッタｄ１を適宜出没させることで、異形断面（例えば矩形断面）のトンネルを掘削する。
【０００３】
伸縮カッタｄ１は、略ロッド状に形成されていて、カッタフレームｃに形成されたガイド穴ｅに往復移動可能に挿通された移動ロッドｆを有しており、この移動ロッドｆが図示しない油圧ジャッキにより往復移動される。また、別の伸縮カッタｄ２として、図１０に示すように、カッタフレームｃの端部に筒状のカバーｇを設け、その内方のカッタフレームｃのガイド穴ｅに、移動ロッドｆを往復移動可能に挿通したものが知られている（特許文献２）。
【０００４】
これら伸縮カッタｄ１、ｄ２のガイド穴ｅの内周面には、移動ロッドｆの外周面に摺接する軸受ｈと、移動ロッドｆの外周面との隙間を止水するリング状のシールｉとが夫々設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７６３０４６号公報
【特許文献２】特許第２９３８８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の伸縮カッタｄ１、ｄ２においては、移動ロッドｆがカッタフレームｃのガイド穴ｅから突出すると、移動ロッドｆの外周面が土砂に晒された状態となる。このため、カッタフレームｃの回転に伴って移動ロッドｆの外周面に土砂が当たり、軸受ｈ及びシールｉと摺接する移動ロッドｆの外周面（機械加工面）に摩耗が生じる。
【０００７】
移動ロッドｆの外周面の摩耗が或る程度進行すると、移動ロッドｆの外周面とガイド穴ｅの軸受ｈとの隙間が大きくなり、移動ロッドｆがガタつきながら往復移動したり、その隙間に土砂が侵入し噛み込んで移動ロッドｆが固着する等の事態を招き、伸縮カッタｆが正常に作動しなくなる虞がある。また、移動ロッドｆの外周面とガイド穴ｅの内周面との隙間が大きくなるため、シールｉによる止水性が悪化する。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、軸受及びシールと摺接する移動ロッドの側面が土砂で摩耗することを防止でき、正常な作動及び止水性を長期間保持でき、耐久性に優れたトンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームに設けられる伸縮カッタであって、前記カッタフレームに、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒と、該ガイド筒の内周面に設けられた軸受と、前記ガイド筒の内部に前記軸受に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッドと、前記ガイド筒の端部から突出する前記移動ロッドの外周面を覆うように形成され、前記ガイド筒の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒と、該防護筒の端部と前記移動ロッドの端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部と、前記ガイド筒の外周面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記防護筒の内周面に当接するシールと、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータとを備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記防護筒の切羽側部に設けられたビットと、前記防護筒の前記ガイド筒に対する軸芯回りの回転を防止する回止機構とを備え、該回止機構は、前記カッタフレームに設けられた係合部と、前記防護筒に設けられ前記係合部と係合して前記防護筒の回転を防止しつつ前記防護筒のトンネル内外方向の移動を許容する被係合部とを備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記防護筒の内周面と前記移動ロッドの外周面と前記蓋部の内面と前記ガイド筒の端面とで区画された空間に一端が連通され、他端が坑内に連通された空気通路を備えたものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法であって、前記カッタフレームを回転又は揺動させつつ前記移動ロッドを往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、前記アクチュエータにより、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で往復移動させ、その往復移動中、前記防護筒及び前記蓋部により前記移動ロッドの外周面をカバーしつつ、前記シールにより土砂が前記防護筒の内部に侵入することを防止し、前記移動ロッドの外周面が土砂に晒されることを回避するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るトンネル掘削機の伸縮カッタ及びそれを用いた異形断面トンネル掘削方法によれば、軸受及びシールと摺接する移動ロッドの側面が土砂で摩耗することを防止できる。よって、正常な作動及び止水性を長期間保持でき、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の正面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】伸縮カッタを突出させた異形断面トンネル掘削機の断面図である。
【図４】図３の部分拡大図であり、ガイド筒の外周面が摩耗した様子を示す。
【図５】（ａ）は図１の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線矢視図である。
【図６】伸縮カッタを突出させた異形断面トンネル掘削機の部分正面図である。
【図７】図２のVII−VII線矢視概略断面図である。
【図８】図３のVIII−VIII線矢視概略断面図である。
【図９】従来例を示す伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の側断面図である。
【図１０】別の従来例を示す伸縮カッタを備えた異形断面トンネル掘削機の部分側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１、図２、図７に示すように、異形断面トンネル掘削機１は、断面矩形の筒状のシールドフレーム２を有する掘削機本体３と、シールドフレーム２内を前後に仕切る隔壁４に支持され切羽を掘削するために回転（往復揺動でもよい）するカッタフレーム５とを備えている。カッタフレーム５には、本実施形態に係る伸縮カッタ６が設けられている。伸縮カッタ６は、カッタフレーム５の回転（又は往復揺動）に伴って適宜伸縮され、切羽をシールドフレーム２の断面形状に合わせて矩形に掘削するものである。
【００１７】
シールドフレーム２には、シールドフレーム２の内面に沿ってセグメントを矩形リング状に組み立てるエレクタ（図示せず）が支持されており、エレクタよりも前方のシールドフレーム２の内面には、エレクタにより組み立てられたセグメントに反力を取ってシールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ（図示せず）が装着されている。また、隔壁４には、隔壁４とカッタフレーム５との間のカッタ室７内の掘削土砂を隔壁４の後方の坑内に排出する排土装置（スクリューコンベヤ等、図示せず）が取り付けられている。
【００１８】
カッタフレーム５は、隔壁４に掘進方向に沿った軸回りに回転可能に支持されたセンターブロック８と、センターブロック８に１８０度間隔で放射状に取り付けられた一対の固定スポーク９とを有する。センターブロック８は、図示しない駆動装置により上記軸回りに回転駆動されるようになっており、各固定スポーク９の切羽側面には、センターブロック８の回転に伴って切羽を切削するビット１０が設けられている。各固定スポーク９の内部には、カーブ掘進時にカーブ内側を余掘りするためのコピーカッタ１１が出没可能に収容されている。かかるカッタフレーム５には、伸縮カッタ６が設けられている。
【００１９】
伸縮カッタ６は、カッタフレーム５に、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒１２と、ガイド筒１２の内周面に設けられた軸受（メタル軸受）２７と、ガイド筒１２の内部に軸受２７に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッド１３と、ガイド筒１２の端部から突出する移動ロッド１３の外周面を覆うように形成され、ガイド筒１２の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒２２と、防護筒２２の端部と移動ロッド１３の端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部２３と、ガイド筒１２の外周面にその周方向に沿って設けられ、防護筒２２の内周面に当接するシール２５と、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータ５０とを備えている。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態においては、伸縮カッタ６は、一対、天地逆にカッタフレーム５に並設されている。これら伸縮カッタ６は、同じ構成であって、図１にて天地逆となっている点のみが異なっているに過ぎないので、一方の伸縮カッタ６（図１のII−II線矢視断面のもの）についてのみ述べ、他方の伸縮カッタ６の説明は省略する。
【００２１】
伸縮カッタ６のガイド筒１２は、円筒状に形成されており、固定スポーク９に直交するように並列されて一対、センターブロック８に取り付けられている。これらガイド筒１２は、同様の構成であって図１にて天地逆となっている点のみが異なっているに過ぎないので、上述したように一方のガイド筒１２（図１のII−II線矢視断面のもの）についてのみ述べ、他方の説明は省略する。
【００２２】
図２、図７に示すように、ガイド筒１２の内周面には、移動ロッド１３の外周面と摺接する軸受２７が設けられている。軸受２７は、ガイド筒１２の内周面の端部と中央部とに配置されていて、夫々、円筒状に形成されたカラーから成る。また、ガイド筒１２の内周面には、移動ロッド１３の外周面との隙間を塞ぐシール２６が、軸受２７の近傍に配設されている。シール２６は、ガイド筒１２の周方向に沿ってリング状に形成されている。
【００２３】
ガイド筒１２の内部には、円柱状の移動ロッド１３が往復移動可能に挿通されている。移動ロッド１３は、その外周面が軸受２７及びシール２６と摺接しつつ、ガイド筒１２の内部を往復移動する。移動ロッド１３の外周面は、軸受２７及びシール２６と摺接するため、機械加工によって精度良く形成されている。
【００２４】
ガイド筒１２の外周面には、円筒状の防護筒２２がスライド可能に被嵌されている。防護筒２２の長さは、移動ロッド１３がガイド筒１２の端部から最大に突出した場合であっても、突出した移動ロッド１３の外周面を覆うことができる所定長さに設定されている。防護筒２２の内周面は、ガイド筒１２の外周面と接触することなく所定の隙間を保つように、機械加工によって精度良く形成されている。
【００２５】
ガイド筒１２の外周面の上部には、防護筒２２の内周面とガイド筒１２の外周面との隙間を塞ぐシール２５が、ガイド筒１２の周方向に沿ってリング状に設けられている。シール２５は、防護筒２２の内周面に当接するものであり、図４に示すように、本実施形態では下段のダストシール２５ａと上段のオイルシール２５ｂとから構成されるが、いずれか一方のみでも構わない。防護筒２２の内周面（機械加工面）は、シール２５が当接するシール面となる。
【００２６】
図２に示すように、防護筒２２の端部と移動ロッド１３の端部との間には、それらを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部２３が設けられている。蓋部２３は、厚肉の円筒体から成り、その外周面が防護筒２２の内周面に嵌って溶接され、内周面に移動ロッド１３の外周面が嵌って溶接される。
【００２７】
このように移動ロッド１３と防護筒２２とが蓋部２３で連結されているので、移動ロッド１３がガイド筒１２に対して往復移動されると、防護筒２２もガイド筒１２に対して往復移動されることになる。移動ロッド１３をガイド筒１２に対して往復移動させるアクチュエータ５０について述べる。
【００２８】
図２、図７に示すように、ガイド筒１２の下端には、円柱状の基部１４がピン１５を介して支持されており、基部１４の上面には、移動ロッド１３の下部に形成された穴１６に挿通された固定ロッド１７が設けられ、固定ロッド１７の頂部には、移動ロッド１３の内部に形成された油圧室１８を上下に仕切る固定ピストン１９が設けられている。固定ピストン１９の側部には、油圧室１８の内周面との隙間を塞ぐシール２０が設けられ、移動ロッド１３の下部に形成された穴１６には、固定ロッド１７の外周面との隙間を塞ぐシール２１が設けられている。この構成によれば、固定ピストン１９の上方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が突出方向に移動し（図３参照）、その状態で固定ピストン１９の下方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が没入方向に移動する（図２参照）。
【００２９】
移動ロッド１３を突出方向又は没入方向に移動させる油圧回路について、図７、図８を用いて説明する。
【００３０】
図示するように、ガイド筒１２、基部１４、固定ロッド１７及び固定ピストン１９の内部には、一端がガイド筒１２の側部に開口を有し、他端が固定ピストン１９の側部のシール２０よりも下方に開口を有する伸縮カッタ没入用油圧通路３６が形成されている。伸縮カッタ没入用油圧通路３６の中程には、ガイド筒１２の下面の通路途中と基部１４の下面の通路途中とを繋ぐ配管３６ａが設けられている。伸縮カッタ没入用油圧通路３６には、油圧配管（通路）３６ｂが接続されており、この油圧配管（通路）３６ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内からオイルが給排されるようになっている。
【００３１】
また、ガイド筒１２、基部１４、固定ロッド１７及び固定ピストン１９の内部には、一端がガイド筒１２の側部に開口を有し、他端が固定ピストン１９の頂面に開口を有する伸縮カッタ突出用油圧通路３７が形成されている。伸縮カッタ突出用油圧通路３７の中程には、ガイド筒１２の下面の通路途中と基部１４の下面の通路途中とを繋ぐ配管３７ａが設けられている。伸縮カッタ突出用油圧通路３７には、油圧配管（通路）３７ｂが接続されており、この油圧配管（通路）３７ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内からオイルが給排されるようになっている。
【００３２】
この構成によれば、図７に示すように伸縮カッタ６が没入された状態にて、伸縮カッタ突出用油圧通路３７を通して固定ピストン１９の上方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が突出方向に移動され、図８に示すように移動ロッド１３に取り付けられた防護筒２２が突出状態となる。このとき、油圧室１８の下部の段差１８ａが固定ピストン１９の下面に当接することで、移動ロッド１３の突出長さが制限される。これにより、防護筒２２がガイド筒１２から抜け出ることはなく、防護筒２２の内周面がガイド筒１２の外周面のシール２５に接する状態が保持される。なお、固定ピストン１９の下方の油圧室１８に充満されていたオイルは、伸縮カッタ没入用油圧通路３６を通って排出される。
【００３３】
逆に、図８に示すように伸縮カッタ６が突出された状態にて、伸縮カッタ没入用油圧通路３６を通して固定ピストン１９のシール２０よりも下方の油圧室１８にオイルを供給すると、移動ロッド１３が没入方向に移動され、図７に示すように防護筒２２が没入状態となる。ここで、油圧室１８の天井面が固定ピストン１９の上面に当接することで、或いは蓋部２３の下面がガイド筒１２の上端面に当接することで、移動ロッド１３の没入長さが制限される。なお、固定ピストン１９の上方の油圧室１８に充満されていたオイルは、伸縮カッタ突出用油圧通路３７を通って排出される。
【００３４】
以上述べたように、油圧配管（通路）３７ｂを介して伸縮カッタ突出用油圧通路３７にオイルを供給することで、移動ロッド１３及び防護筒２２が突出し、油圧配管（通路）３６ｂを介して伸縮カッタ没入用油圧通路３６にオイルを供給することで、移動ロッド１３及び防護筒２２が没入する。
【００３５】
従って、移動ロッド１３を往復移動させるアクチュエータ５０は、固定ロッド１７、固定ピストン１９、油圧室１８、伸縮カッタ没入用油圧通路３６、油圧配管（通路）３６ｂ、伸縮カッタ突出用油圧通路３７、油圧配管（通路）３７ｂ及び段差１８ａ等から構成される。このアクチュエータ５０は、移動ロッド１３を、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５に当接する範囲で往復移動させる。
【００３６】
図２、図７に示すように、移動ロッド１３の下部には、可動ロッド２８を介し、円板状のピストン２９が取り付けられている。可動ロッド２８は、図７に示すように正面から見て一対間隔を隔てて配置されており、上端が円柱状の移動ロッド１３の下面に固定され、下端が円板状のピストン２９の上面に固定されている。これにより、移動ロッド１３がガイド筒１２及び固定ピストン１９に対して昇降されると、ピストン２９も一体的に昇降することになる。
【００３７】
ガイド筒１２の下部の外周部には、ピストン２９を昇降移動可能に収容するシリンダ３０が装着されている。シリンダ３０は、カッタフレーム５の一部を構成する。シリンダ３０の下端は開放されており、図３に示すように、ピストン２９が上昇されたとき、シリンダ３０の内面とピストン２９の下面とにより、下端が開口された土圧吸収室３１が形成される。シリンダ３０の内部には、図７に示すように、可動ロッド２８が挿通される穴３２が形成された仕切板３３が設けられており、穴３２には可動ロッド２８の外周面との隙間を塞ぐシール３４が設けられている。また、ピストン２９の側面には、シリンダ３０の内周面との隙間を塞ぐシール３５が設けられ、シリンダ３０の切羽側面には、切羽を切削するためのビット４２が装着されている。
【００３８】
以上の構成によれば、移動ロッド１３及び防護筒２２がガイド筒１２及び固定ピストン１９に対して往復移動されると、図３に示すように防護筒２２が突出する方向に移動された際にピストン２９がシリンダ３０の奥側に移動して土圧吸収室３１の容積が大きくなり、これとは逆に図２に示すように防護筒２２が没入する方向に移動された際にピストン２９がシリンダ３０の開口側に移動して土圧吸収室３１の容積が小さくなる。
【００３９】
これにより、防護筒２２が突出された際に上昇するカッタ室７の土圧が土圧吸収室３１に吸収され、防護筒２２が没入された際に減少するカッタ室７の土圧が土圧吸収室３１から排出される土砂により補充されるので、防護筒２２の出没に伴うカッタ室７の土圧の変動が抑制される。
【００４０】
図１、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、防護筒２２の外周面の切羽側部には、切羽を切削するビット２４が設けられており、防護筒２２及びカッタフレーム５には、防護筒２２がガイド筒１２に対して軸芯回りに回転することを防止する回止機構６０が設けられている。
【００４１】
回止機構６０は、カッタフレーム５の一部を構成するシリンダ３０に設けられた係合部６１と、防護筒２２に設けられた被係合部６２とを備えている。係合部６１は、一端がシリンダ３０に取り付けられ、他端が防護筒２２に向けて延出された矩形板６１ａからなる。矩形板６１ａは、シリンダ３０の切羽側部と反切羽側部とに、夫々切羽面と略平行に取り付けられている。被係合部６２は、防護筒２２の切羽側部と反切羽側部とに夫々装着され、防護筒２２の伸縮方向に沿って形成された段差６２ａを有する。段差６２ａには矩形板６１ａの先端が係合されている。
【００４２】
この構成によれば、図５、図６に示すように、防護筒２２がガイド筒１２に対して往復移動されると、係合部６１である矩形板６１ａの先端が被係合部６２の段差６２ａに係合した状態で往復移動されるので、防護筒２２のガイド筒１２に対する軸芯回りの回転が防止される。よって、防護筒２２に設けたビット２４は、常に切羽側に向いた状態となり、切羽を適切に切削する。
【００４３】
図７、図８に示すように、ガイド筒１２には、防護筒２２の内周面と移動ロッド１３の外周面と蓋部２３の内面とガイド筒１２の端面とで区画された空間４０と、隔壁４の後方の坑内とを連通する空気通路３８が設けられている。空気通路３８には、空気配管３８ｂが接続され、空気配管３８ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内から空気が給排されるようになっている。
【００４４】
また、ガイド筒１２及びシリンダ３０には、シリンダ３０の内周面とピストン２９の上面と仕切板３３の下面とで区画された空間４１と、坑内とを連通する空気通路３９が設けられている。空気通路３９には、空気配管３９ｂが接続され、空気配管３９ｂは、カッタフレーム５の回転軸を挿通され、公知のロータリージョイントを介し、坑内から空気が給排されるようになっている。
【００４５】
空気通路３８は、図７に示すように収縮状態にある伸縮カッタ６が図８に示すように突出状態に移行する際、容積が大きくなる空間４０に空気を導き、空間４０が負圧状態となることを防止する。よって、移動ロッド１３が突出方向に移動する際、空間４０が負圧状態となることによる抵抗が生じない。また、このとき空気通路３９は、容積が小さくなる空間４１内の空気を排出し、空間４１内の空気が圧縮充満状態となることを防止する。よって、移動ロッド１３が突出方向に移動する際、空間４１内の空気が圧縮充満状態となることによる抵抗が生じない。
【００４６】
また、これら空気通路３８、３９は、突出状態の移動ロッド１３が逆に没入方向に移動する際には、空気の給排が逆になり、移動ロッド１３が没入方向へ移動する際の抵抗が生じない。
【００４７】
本実施形態の作用を述べる。
【００４８】
図１、図２、図３に示すカッタフレーム５を回転軸回りに回転させながら、移動ロッド１３を適宜往復移動させ、矩形断面トンネルを掘削する。すなわち、カッタフレーム５が図１の状態から４５度回転するまで移動ロッド１３を突出方向に徐々に移動させ、４５度で最も突出させ、４５度を過ぎたなら移動ロッド１３を没入方向に徐々に移動させ、９０度で最も没入させる、という制御を繰り返すことで、矩形断面トンネルを掘削する。
【００４９】
このとき、移動ロッド１３は、ガイド筒１２に対して、防護筒２２の内周面がシール２５と当接する範囲で往復移動される。よって、移動ロッド１３の往復移動中、防護筒２２及び蓋部２３により移動ロッド１３の外周面がカバーされ、シール２５により土砂が防護筒２２の内部に侵入することが防止される。この結果、移動ロッド１３の外周面が土砂に晒されることが回避され、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗することはない。
【００５０】
仮に、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗すると、移動ロッド１３の外周面とガイド筒１２の内周面の軸受２７との隙間が過剰に大きくなり、移動ロッド１３がガタつきながら往復移動したり、その隙間に異物（土砂等）が噛み込んで移動ロッド１３が固着する等の事態を招き、伸縮カッタ６が正常に作動しなくなる虞があるところ、本実施形態ではこれらの不具合を回避できる。
【００５１】
また、移動ロッド１３の外周面が土砂によって過剰に摩耗すると、移動ロッド１３の外周面とガイド筒１２の内周面との隙間が大きくなるため、シール２６による止水性が悪化するところ、本実施形態では、移動ロッド１３の外周面が土砂によって摩耗することはないので、このような事態は生じない。
【００５２】
図４に示すように、ガイド筒１２の外周面は、土砂に晒されるため摩耗が生じるところ（１２ｘは摩耗部）、この部分はシール２５によるシール面ではないので、シール２５の止水性が悪化することはない。シール２５のシール面である防護筒２２の内周面は、土砂に晒されないので摩耗することはなく、シール２５の止水性は保たれる。
【００５３】
すなわち、軸受２７に摺接する移動ロッド１３の外周面（機械加工面）と、シール２５に摺接する防護筒２２の内周面（機械加工面）とは、共に土砂に晒されないので、これらが土砂により摩耗することはない。よって、移動ロッド１３の適切な作動とシール２５の止水性とを長期間に亘って保持でき、耐久性が向上する。
【００５４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００５５】
例えば、図２及び図７に示す可動ロッド２８、ピストン２９を省略して、図３及び図８に示す土圧吸収室３１を省略してもよい。また、伸縮カッタ６により掘削されるトンネルの断面は矩形に限られず、楕円形や馬蹄形等の異形断面であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 異形断面トンネル掘削機
５ カッタフレーム
６ 伸縮カッタ
１２ ガイド筒
１３ 移動ロッド
２７ 軸受
２２ 防護筒
２３ 蓋部
２４ ビット
２５ シール
３８ 空気通路
４０ 空間
５０ アクチュエータ
６０ 回止機構
６１ 係合部
６２ 被係合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームに設けられる伸縮カッタであって、
前記カッタフレームに、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒と、
該ガイド筒の内周面に設けられた軸受と、
前記ガイド筒の内部に前記軸受に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッドと、
前記ガイド筒の端部から突出する前記移動ロッドの外周面を覆うように形成され、前記ガイド筒の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒と、
該防護筒の端部と前記移動ロッドの端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部と、 前記ガイド筒の外周面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記防護筒の内周面に当接するシールと、
前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータと
を備えた特徴とするトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項２】
前記防護筒の切羽側部に設けられたビットと、前記防護筒の前記ガイド筒に対する軸芯回りの回転を防止する回止機構とを備え、
該回止機構は、前記カッタフレームに設けられた係合部と、前記防護筒に設けられ前記係合部と係合して前記防護筒の回転を防止しつつ前記防護筒のトンネル内外方向の移動を許容する被係合部とを備えた
請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項３】
前記防護筒の内周面と前記移動ロッドの外周面と前記蓋部の内面と前記ガイド筒の端面とで区画された空間に一端が連通され、他端が坑内に連通された空気通路を備えた
請求項１又は２に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項４】
請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法であって、
前記カッタフレームを回転又は揺動させつつ前記移動ロッドを往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、
前記アクチュエータにより、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で往復移動させ、
その往復移動中、前記防護筒及び前記蓋部により前記移動ロッドの外周面をカバーしつつ、前記シールにより土砂が前記防護筒の内部に侵入することを防止し、
前記移動ロッドの外周面が土砂に晒されることを回避する
ことを特徴とする異形断面トンネル掘削方法。
【請求項１】
切羽を掘削するために回転又は揺動するカッタフレームに設けられる伸縮カッタであって、
前記カッタフレームに、トンネル内外方向に沿って配設されたガイド筒と、
該ガイド筒の内周面に設けられた軸受と、
前記ガイド筒の内部に前記軸受に摺接して往復移動可能に挿通された移動ロッドと、
前記ガイド筒の端部から突出する前記移動ロッドの外周面を覆うように形成され、前記ガイド筒の外周面にスライド可能に被嵌された防護筒と、
該防護筒の端部と前記移動ロッドの端部とを接続すると共にそれらの間を塞ぐ蓋部と、 前記ガイド筒の外周面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記防護筒の内周面に当接するシールと、
前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で、往復移動させるアクチュエータと
を備えた特徴とするトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項２】
前記防護筒の切羽側部に設けられたビットと、前記防護筒の前記ガイド筒に対する軸芯回りの回転を防止する回止機構とを備え、
該回止機構は、前記カッタフレームに設けられた係合部と、前記防護筒に設けられ前記係合部と係合して前記防護筒の回転を防止しつつ前記防護筒のトンネル内外方向の移動を許容する被係合部とを備えた
請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項３】
前記防護筒の内周面と前記移動ロッドの外周面と前記蓋部の内面と前記ガイド筒の端面とで区画された空間に一端が連通され、他端が坑内に連通された空気通路を備えた
請求項１又は２に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタ。
【請求項４】
請求項１に記載のトンネル掘削機の伸縮カッタを用いた異形断面トンネル掘削方法であって、
前記カッタフレームを回転又は揺動させつつ前記移動ロッドを往復移動させて断面円形以外のトンネルを掘削するに際して、
前記アクチュエータにより、前記移動ロッドを、前記ガイド筒に対して、前記防護筒の内周面が前記シールと当接する範囲で往復移動させ、
その往復移動中、前記防護筒及び前記蓋部により前記移動ロッドの外周面をカバーしつつ、前記シールにより土砂が前記防護筒の内部に侵入することを防止し、
前記移動ロッドの外周面が土砂に晒されることを回避する
ことを特徴とする異形断面トンネル掘削方法。
【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２０１１−３２７８９（Ｐ２０１１−３２７８９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８１７８７（Ｐ２００９−１８１７８７）
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月４日（２００９．８．４）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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