トンネル掘削機
【課題】断面が非円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるトンネル掘削機を提供する。
【解決手段】断面楕円形のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、断面が楕円形の筒体からなる掘削機本体１０と掘削機本体の前方に設けられた楕円回転体からなるカッタヘッド１１とを備え、カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された半球体状のサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとからなり、前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている。
【解決手段】断面楕円形のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、断面が楕円形の筒体からなる掘削機本体１０と掘削機本体の前方に設けられた楕円回転体からなるカッタヘッド１１とを備え、カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された半球体状のサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとからなり、前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機に係り、一層詳細には非円形の掘削断面を有するトンネルを掘削するトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複線の鉄道や道路等に使用されるトンネルを掘削する際に、断面円形状のトンネルを掘削したのでは、必要とする空間が長方形状であるため余掘量が多くなって掘削後の埋め戻し等に余分なコストがかかり、非効率かつ不経済であるという問題点があった。
【０００３】
そこで、近年では、小さな円形カッタを多数配置したり、円形カッタを傾斜させたり（特許文献１）して非円形（矩形や楕円形等）の掘削断面を有するトンネルを直に掘削するトンネル掘削機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４４９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、小さな円形カッタを多数配置するトンネル掘削機にあっては部品点数の増大等で構造が繁雑になり、また、円形カッタを傾斜させるトンネル掘削機にあってはトンネル径方向への掘削反力に対応する機構が必要になる等で構造が繁雑になると共に安定した掘削に対する信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、断面が非円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるトンネル掘削機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】
【０００７】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、
非円形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
非円形筒体からなる掘削機本体と、
前記掘削機本体の前方に設けられた非円形回転体からなるカッタヘッドと、
を備え、
前記カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された帽子状のサイドカッタとからなり、
前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、
前記各センタカッタの回転軸は左，右両仕切壁間の上部と下部にベアリングを介して回転自在に支持され、前記各サイドカッタの回転軸は各々対応する仕切壁の中心部にベアリングを介して回転自在に片持ち支持されることを特徴とする。
【０００９】
また、
前記上段のセンタカッタと下段のセンタカッタとは前後方向へ斜めにずれて配置され、各々の外周面に取着された多数のディスクカッタ又はカッタビットの回転奇跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっていることを特徴とする。
【００１０】
また、
前記各サイドカッタはテーパ筒状の内側カッタ部とこの内側カッタ部に対し伸縮可能でかつ回転不能に嵌合した椀状の外側カッタ部とに分割され、前記各サイドカッタにおける回転軸の先端が椀状の外側カッタ部に連結固定されることを特徴とする。
【００１１】
また、
前記テーパ筒状の内側カッタ部と椀状の外側カッタ部との間に複数本の余掘用ジャッキと複数本の廻り止めを兼ねたスライドガイドが介装されることを特徴とする。
【００１２】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、細長いビット取付板が前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面上に掘削土砂が通過可能な間隔で多数植設された橋脚状の支柱により支持されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、溝型断面の底壁部をビット取付板となすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔を多数形成してなることを特徴とする。
【００１４】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面に、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッドの左右方向中央部に導く土砂案内板を付設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るトンネル掘削機によれば、非円形回転体からなるカッタヘッドを用いるという簡単な構造で、断面が非円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるので、施工期間の短縮と施工費の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】ディスクカッタの説明図である。
【図５】余掘状態の説明図である。
【図６】本発明の実施例２を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図７】図６のＣ-Ｃ線断面図である。
【図８】カッタビットの説明図である。
【図９】本発明の実施例３を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図１０】図９のＤ矢視図である。
【図１１】カッタスポークの要部側面図である。
【図１２】カッタスポークの変形例を示す要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図２は図１のＡ-Ａ線断面図、図３は図１のＢ矢視図、図４はディスクカッタの説明図、図５は余掘状態の説明図である。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、横長の泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）は断面が楕円形（非円形）の筒体からなる掘削機本体１０を有し、この掘削機本体１０の前方に、当該掘削機本体１０の断面形状と略同形状の楕円回転体（非円形回転体）からなるカッタヘッド１１が設けられる。
【００２０】
前記掘削機本体１０の前部にはバルクヘッド１２が設けられ、このバルクヘッド１２の上部に送泥管１３が、また、下部に排泥管１４がそれぞれの端部において貫通支持されている。従って、バルクヘッド１２とカッタヘッド１１との間のチャンバ１５内に取り込まれた掘削土砂は、送泥管１３から供給された泥水と混合されて排泥管１４より外部へ排出されることになる。
【００２１】
また、バルクヘッド１２と図示しないリングガータとの間には中折れジャッキ１６が周方向へ複数本介装され、掘削機本体１０の前部が後部に対して中折れ（旋回）可能になっている。また、前記リングガータにはシールドジャッキ（推進ジャッキ）１７が周方向へ複数本支持され、これらのシールドジャッキ１７のスプレッダが図示しない既設セグメントに押し当てられることで、掘削機本体１０は既設セグメントに掘削反力をとって掘進（前進）可能になっている。
【００２２】
そして、前記バルクヘッド１２にはセンタシャフト１８が貫通支持され、このセンタシャフト１８の先端に側面視で円形の二重壁からなる左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂが連結固定され、これらの左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂに前述したカッタヘッド１１が支持されている。図中１９ｃは左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に架設された背板である。
【００２３】
前記カッタヘッド１１は、前記左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとこれらのセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂの両側に互いの開口部を対向させて配置された半球体状（帽子状）のサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとが各々独立して回転可能に設けられてなり、図示例では、ラグビーボール形状の立体的なカッタヘッド１１を転がすような回転でトンネルを掘削し得るようになっている。
【００２４】
前記各センタカッタ２０Ａ，２０Ｂの回転軸２２ａ，２２ｂは、左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間の上部と下部にベアリング２３ａ，２３ｂを介してそれぞれ回転自在に架設される。そして、上段のセンタカッタ２０Ａにおいては、回転軸２２ａの右端に固設されたギア２４ｂが右仕切壁１９ｂ側に固設された一以上のセンタカッタ駆動モータ２５ｂの出力ギア２６ｂに噛み合い、下段のセンタカッタ２０Ｂにおいては、回転軸２２ｂの左端に固設されたギア２４ａが左仕切壁１９ａ側に固設された一以上のセンタカッタ駆動モータ２５ａの出力ギア２６ａに噛み合っている。
【００２５】
また、上段のセンタカッタ２０Ａと下段のセンタカッタ２０Ｂとは前後方向へ若干斜にずれて配置され、各々の外周面にブラケット２７ａを介して未掘削部が生じないように所定の位置に所定の方向を指向して取着された多数のディスクカッタ２８ａ（図４参照）の回転軌跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっている。即ち、上，下二段からなるドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ間では未掘削部が生じないようになっているのである。
【００２６】
一方、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの回転軸２９ａ，２９ｂは、左仕切壁１９ａと右仕切壁１９ｂの中心部に、ベアリング３０ａ，３０ｂを介してそれぞれ回転自在でかつ軸方向に若干の移動が可能に、各々の基端部において片持ち支持される。そして、各回転軸２９ａ，２９ｂに嵌着された旋回板３１ａ，３１ｂの外周部と左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂに外付けされたギアボックス３２ａ，３２ｂの軸受ハウジング部３３ａ，３３ｂとの間にギア付き三軸コロ軸受３４ａ，３４ｂが介装され、これらのギア付き三軸コロ軸受３４ａ，３４ｂのギア部に前記ギアボックス３２ａ，３２ｂに固設された一以上のサイドカッタ駆動モータ３５ａ，３５ｂの出力ギア３６ａ，３６ｂが噛み合っている。
【００２７】
また、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂはテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１と椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とに分割され、椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２がテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１に対し互いの嵌合部３7ａ，３７ｂにおいて伸縮可能に嵌合している。
【００２８】
そして、各椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２の基板３８ａ，３８ｂに前記回転軸２９ａ，２９ｂの先端部が固設されると共に、当該基板３８ａ，３８ｂと前記テーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１のフランジ部３９ａ，３９ｂとの間に複数本（例えば４本）の余掘用スライドジャッキ４５ａ，４５ｂと廻り止めを兼ねた複数本（例えば６本）のスライドガイド４６ａ，４６ｂが介装される。
【００２９】
尚、各テーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１はその開口縁部において左仕切壁１９ａと右仕切壁１９ｂの外周面に回転可能でかつ軸方向移動不能にそれぞれ嵌合している。また、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面にはブラケット２７ｂを介して多数のディスクカッタ２８ｂ（図４参照）が、未掘削部が生じないように所定の位置に所定の方向を指向して取着されている。また、図中４０ａ，４０ｂは作業用の開口である。
【００３０】
このように構成されるため、例えば岩盤等のトンネル施工下にあっては、センタカッタ駆動モータ２５ａ，２５ｂによりセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂを所定方向へ回転させると共にサイドカッタ駆動モータ３５ａ，３５ｂによりサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂを所定方向へ回転させた状態で掘削機本体１０がシールドジャッキ（推進ジャッキ）１７により既設セグメントに掘削反力をとって掘進（前進）する。
【００３１】
この際、余掘用スライドジャッキ４５ａ，４５ｂの伸長でサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂにおける椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２をテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１に対し廻り止めを兼ねたスライドガイド４６ａ，４６ｂに案内させて左右方向へ伸び出させれば、寸法Ｌ（≒１００ｍｍ）だけ余掘することができる（図５参照）。
【００３２】
これにより、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとでラグビーボール形状の楕円回転体からなるカッタヘッド１１により、断面が楕円形のトンネルが掘削される。掘削されてチャンバ１５内に取り込まれた掘削土砂は、送泥管１３から供給された泥水と混合されて排泥管１４より外部へ排出される。
【００３３】
この結果、ラグビーボール形状の楕円回転体からなるカッタヘッド１１を用いるという簡単な構造で、断面が楕円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるので、施工期間の短縮と施工費の低減が図れる。
【００３４】
また、本実施例では、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとが各々独立して回転可能に設けられているため、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとを同方向に回転させたり、又は異方向に回転させたり任意に設定することができ、汎用性が高まる。
【実施例２】
【００３５】
図６は本発明の実施例２を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図７は図６のＣ-Ｃ線断面図、図８はカッタビットの説明図である。
【００３６】
これは、実施例１におけるセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面に、ディスクカッタ２８ａ，２８ｂに代えて通常のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂをカッタスポーク４３ａ，４３ｂを介して取着して通常の地山を掘削するようにした例である。
【００３７】
その他の構成は、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂのテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１と椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とが一体結合されて余掘が不能になっている以外は実施例１と同様なので、図１及び図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。勿論、本実施例においても、サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂにおける椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１との構造を実施例１と同様にして余掘が可能にしても良いことは言うまでもない。
【００３８】
この実施例においても、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【実施例３】
【００３９】
図９は本発明の実施例３を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図１０は図９のＤ矢視図、図１１はカッタスポークの要部側面図、図１２はカッタスポークの変形例を示す要部側面図である。
【００４０】
これは、実施例２におけるセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面（面盤）に付設されるカッタスポーク４３ａ，４３ｂを、多数のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂが取着される細長いビット取付板４７ａ，４７ｂが前記センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上に、掘削土砂が通過可能な間隔で縦横に多数植設された橋脚状の支柱４８ａ，４８ｂにより支持されてなるように構成した例である。
【００４１】
即ち、多数のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂで掘削された土砂がカッタスポーク４３ａ，４３ｂのビット取付板４７ａ，４７ｂの下を潜ってセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上を当該センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの回転方向下流側へ流動し得るようになっているのである。従って、当該カッタスポーク４３ａ，４３ｂの高さは実施例２におけるカッタスポーク４３ａ，４３ｂよりも高く設定されている。
【００４２】
そして、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上には、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッド１１の左右方向中央部（排泥管１４が配管される左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間）に導く土砂案内板４９ａ，４９ｂが多数付設される。その他の構成は、実施例２と同様なので、図面上同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４３】
この実施例においても、実施例１と同様の作用効果が得られると共に、実施例２よりも掘削土砂の排出性能がより良好となるという利点が得られる。
【００４４】
また、図１２は、本実施例のカッタスポーク４３ａ，４３ｂの変形例を示すもので、溝型断面の底壁部をビット取付板４７ａ，４７ｂとなすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔５０ａ，５０ｂを多数形成した例であり、これによっても良好な掘削土砂の排出性能が得られる。
【００４５】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂ等の形状変更で断面形状が楕円に限らずメガネ状や矩形状の非円形トンネルを掘削することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機や土圧式シールド掘削機等にも有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ バルクヘッド
１３ 送泥管
１４ 排泥管
１５ チャンバ１５
１６ 中折れジャッキ
１７ シールドジャッキ（推進ジャッキ）
１８ センタシャフト
１９ａ 左仕切壁
１９ｂ 右仕切壁
１９ｃ 背板
２０Ａ，２０Ｂ センタカッタ
２１Ａ，２１Ｂ サイドカッタ
２１ａ１，２１ｂ１ テーパ筒状の内側カッタ部
２１ａ２，２１ｂ２椀状の外側カッタ部
２２ａ，２２ｂ 回転軸
２３ａ，２３ｂ ベアリング
２４ａ，２４ｂ ギア
２５ａ，２５ｂ センタカッタ駆動モータ
２６ａ，２６ｂ 出力ギア
２７ａ，２７ｂ ブラケット
２８ａ，２８ｂ ディスクカッタ
２９ａ，２９ｂ 回転軸
３０ａ，３０ｂ ベアリング
３１ａ，３１ｂ 旋回板
３２ａ，３２ｂ ギアボックス
３３ａ，３３ｂ 軸受ハウジング部
３４ａ，３４ｂ ギア付き三軸コロ軸受
３５ａ，３５ｂ サイドカッタ駆動モータ
３６ａ，３６ｂ 出力ギア
３7ａ，３７ｂ 方形筒状の嵌合部
３８ａ，３８ｂ 基板
３９ａ，３９ｂ フランジ部
４０ａ，４０ｂ 作業用の開口である。
４１ａ，４１ｂ カッタビット
４２ａ，４２ｂ先行ビット
４３ａ，４３ｂ カッタスポーク
４５ａ，４５ｂ 余掘用スライドジャッキ
４６ａ，４６ｂ スライドガイド
４７ａ，４７ｂ ビット取付板
４８ａ，４８ｂ 橋脚状の支柱
４９ａ，４９ｂ 土砂案内板
５０ａ，５０ｂ 流通孔
Ｌ 余掘の寸法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機に係り、一層詳細には非円形の掘削断面を有するトンネルを掘削するトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複線の鉄道や道路等に使用されるトンネルを掘削する際に、断面円形状のトンネルを掘削したのでは、必要とする空間が長方形状であるため余掘量が多くなって掘削後の埋め戻し等に余分なコストがかかり、非効率かつ不経済であるという問題点があった。
【０００３】
そこで、近年では、小さな円形カッタを多数配置したり、円形カッタを傾斜させたり（特許文献１）して非円形（矩形や楕円形等）の掘削断面を有するトンネルを直に掘削するトンネル掘削機が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４４９８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、小さな円形カッタを多数配置するトンネル掘削機にあっては部品点数の増大等で構造が繁雑になり、また、円形カッタを傾斜させるトンネル掘削機にあってはトンネル径方向への掘削反力に対応する機構が必要になる等で構造が繁雑になると共に安定した掘削に対する信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、断面が非円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるトンネル掘削機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】
【０００７】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、
非円形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
非円形筒体からなる掘削機本体と、
前記掘削機本体の前方に設けられた非円形回転体からなるカッタヘッドと、
を備え、
前記カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された帽子状のサイドカッタとからなり、
前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている、
ことを特徴とする。
【０００８】
また、
前記各センタカッタの回転軸は左，右両仕切壁間の上部と下部にベアリングを介して回転自在に支持され、前記各サイドカッタの回転軸は各々対応する仕切壁の中心部にベアリングを介して回転自在に片持ち支持されることを特徴とする。
【０００９】
また、
前記上段のセンタカッタと下段のセンタカッタとは前後方向へ斜めにずれて配置され、各々の外周面に取着された多数のディスクカッタ又はカッタビットの回転奇跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっていることを特徴とする。
【００１０】
また、
前記各サイドカッタはテーパ筒状の内側カッタ部とこの内側カッタ部に対し伸縮可能でかつ回転不能に嵌合した椀状の外側カッタ部とに分割され、前記各サイドカッタにおける回転軸の先端が椀状の外側カッタ部に連結固定されることを特徴とする。
【００１１】
また、
前記テーパ筒状の内側カッタ部と椀状の外側カッタ部との間に複数本の余掘用ジャッキと複数本の廻り止めを兼ねたスライドガイドが介装されることを特徴とする。
【００１２】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、細長いビット取付板が前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面上に掘削土砂が通過可能な間隔で多数植設された橋脚状の支柱により支持されてなることを特徴とする。
【００１３】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、溝型断面の底壁部をビット取付板となすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔を多数形成してなることを特徴とする。
【００１４】
また、
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面に、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッドの左右方向中央部に導く土砂案内板を付設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るトンネル掘削機によれば、非円形回転体からなるカッタヘッドを用いるという簡単な構造で、断面が非円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるので、施工期間の短縮と施工費の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】ディスクカッタの説明図である。
【図５】余掘状態の説明図である。
【図６】本発明の実施例２を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図７】図６のＣ-Ｃ線断面図である。
【図８】カッタビットの説明図である。
【図９】本発明の実施例３を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図１０】図９のＤ矢視図である。
【図１１】カッタスポークの要部側面図である。
【図１２】カッタスポークの変形例を示す要部側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図２は図１のＡ-Ａ線断面図、図３は図１のＢ矢視図、図４はディスクカッタの説明図、図５は余掘状態の説明図である。
【００１９】
図１乃至図３に示すように、横長の泥水式シールド掘削機（トンネル掘削機）は断面が楕円形（非円形）の筒体からなる掘削機本体１０を有し、この掘削機本体１０の前方に、当該掘削機本体１０の断面形状と略同形状の楕円回転体（非円形回転体）からなるカッタヘッド１１が設けられる。
【００２０】
前記掘削機本体１０の前部にはバルクヘッド１２が設けられ、このバルクヘッド１２の上部に送泥管１３が、また、下部に排泥管１４がそれぞれの端部において貫通支持されている。従って、バルクヘッド１２とカッタヘッド１１との間のチャンバ１５内に取り込まれた掘削土砂は、送泥管１３から供給された泥水と混合されて排泥管１４より外部へ排出されることになる。
【００２１】
また、バルクヘッド１２と図示しないリングガータとの間には中折れジャッキ１６が周方向へ複数本介装され、掘削機本体１０の前部が後部に対して中折れ（旋回）可能になっている。また、前記リングガータにはシールドジャッキ（推進ジャッキ）１７が周方向へ複数本支持され、これらのシールドジャッキ１７のスプレッダが図示しない既設セグメントに押し当てられることで、掘削機本体１０は既設セグメントに掘削反力をとって掘進（前進）可能になっている。
【００２２】
そして、前記バルクヘッド１２にはセンタシャフト１８が貫通支持され、このセンタシャフト１８の先端に側面視で円形の二重壁からなる左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂが連結固定され、これらの左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂに前述したカッタヘッド１１が支持されている。図中１９ｃは左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に架設された背板である。
【００２３】
前記カッタヘッド１１は、前記左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとこれらのセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂの両側に互いの開口部を対向させて配置された半球体状（帽子状）のサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとが各々独立して回転可能に設けられてなり、図示例では、ラグビーボール形状の立体的なカッタヘッド１１を転がすような回転でトンネルを掘削し得るようになっている。
【００２４】
前記各センタカッタ２０Ａ，２０Ｂの回転軸２２ａ，２２ｂは、左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間の上部と下部にベアリング２３ａ，２３ｂを介してそれぞれ回転自在に架設される。そして、上段のセンタカッタ２０Ａにおいては、回転軸２２ａの右端に固設されたギア２４ｂが右仕切壁１９ｂ側に固設された一以上のセンタカッタ駆動モータ２５ｂの出力ギア２６ｂに噛み合い、下段のセンタカッタ２０Ｂにおいては、回転軸２２ｂの左端に固設されたギア２４ａが左仕切壁１９ａ側に固設された一以上のセンタカッタ駆動モータ２５ａの出力ギア２６ａに噛み合っている。
【００２５】
また、上段のセンタカッタ２０Ａと下段のセンタカッタ２０Ｂとは前後方向へ若干斜にずれて配置され、各々の外周面にブラケット２７ａを介して未掘削部が生じないように所定の位置に所定の方向を指向して取着された多数のディスクカッタ２８ａ（図４参照）の回転軌跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっている。即ち、上，下二段からなるドラム状のセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ間では未掘削部が生じないようになっているのである。
【００２６】
一方、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの回転軸２９ａ，２９ｂは、左仕切壁１９ａと右仕切壁１９ｂの中心部に、ベアリング３０ａ，３０ｂを介してそれぞれ回転自在でかつ軸方向に若干の移動が可能に、各々の基端部において片持ち支持される。そして、各回転軸２９ａ，２９ｂに嵌着された旋回板３１ａ，３１ｂの外周部と左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂに外付けされたギアボックス３２ａ，３２ｂの軸受ハウジング部３３ａ，３３ｂとの間にギア付き三軸コロ軸受３４ａ，３４ｂが介装され、これらのギア付き三軸コロ軸受３４ａ，３４ｂのギア部に前記ギアボックス３２ａ，３２ｂに固設された一以上のサイドカッタ駆動モータ３５ａ，３５ｂの出力ギア３６ａ，３６ｂが噛み合っている。
【００２７】
また、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂはテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１と椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とに分割され、椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２がテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１に対し互いの嵌合部３7ａ，３７ｂにおいて伸縮可能に嵌合している。
【００２８】
そして、各椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２の基板３８ａ，３８ｂに前記回転軸２９ａ，２９ｂの先端部が固設されると共に、当該基板３８ａ，３８ｂと前記テーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１のフランジ部３９ａ，３９ｂとの間に複数本（例えば４本）の余掘用スライドジャッキ４５ａ，４５ｂと廻り止めを兼ねた複数本（例えば６本）のスライドガイド４６ａ，４６ｂが介装される。
【００２９】
尚、各テーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１はその開口縁部において左仕切壁１９ａと右仕切壁１９ｂの外周面に回転可能でかつ軸方向移動不能にそれぞれ嵌合している。また、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面にはブラケット２７ｂを介して多数のディスクカッタ２８ｂ（図４参照）が、未掘削部が生じないように所定の位置に所定の方向を指向して取着されている。また、図中４０ａ，４０ｂは作業用の開口である。
【００３０】
このように構成されるため、例えば岩盤等のトンネル施工下にあっては、センタカッタ駆動モータ２５ａ，２５ｂによりセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂを所定方向へ回転させると共にサイドカッタ駆動モータ３５ａ，３５ｂによりサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂを所定方向へ回転させた状態で掘削機本体１０がシールドジャッキ（推進ジャッキ）１７により既設セグメントに掘削反力をとって掘進（前進）する。
【００３１】
この際、余掘用スライドジャッキ４５ａ，４５ｂの伸長でサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂにおける椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２をテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１に対し廻り止めを兼ねたスライドガイド４６ａ，４６ｂに案内させて左右方向へ伸び出させれば、寸法Ｌ（≒１００ｍｍ）だけ余掘することができる（図５参照）。
【００３２】
これにより、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとでラグビーボール形状の楕円回転体からなるカッタヘッド１１により、断面が楕円形のトンネルが掘削される。掘削されてチャンバ１５内に取り込まれた掘削土砂は、送泥管１３から供給された泥水と混合されて排泥管１４より外部へ排出される。
【００３３】
この結果、ラグビーボール形状の楕円回転体からなるカッタヘッド１１を用いるという簡単な構造で、断面が楕円形のトンネルを余掘量を極力少なくして効率的にかつ未掘削部無しで安定して掘削することができるので、施工期間の短縮と施工費の低減が図れる。
【００３４】
また、本実施例では、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとが各々独立して回転可能に設けられているため、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂとを同方向に回転させたり、又は異方向に回転させたり任意に設定することができ、汎用性が高まる。
【実施例２】
【００３５】
図６は本発明の実施例２を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図７は図６のＣ-Ｃ線断面図、図８はカッタビットの説明図である。
【００３６】
これは、実施例１におけるセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂとサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面に、ディスクカッタ２８ａ，２８ｂに代えて通常のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂをカッタスポーク４３ａ，４３ｂを介して取着して通常の地山を掘削するようにした例である。
【００３７】
その他の構成は、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂのテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１と椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とが一体結合されて余掘が不能になっている以外は実施例１と同様なので、図１及び図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。勿論、本実施例においても、サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂにおける椀状の外側カッタ部２１ａ２，２１ｂ２とテーパ筒状の内側カッタ部２１ａ１，２１ｂ１との構造を実施例１と同様にして余掘が可能にしても良いことは言うまでもない。
【００３８】
この実施例においても、実施例１と同様の作用効果が得られる。
【実施例３】
【００３９】
図９は本発明の実施例３を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図１０は図９のＤ矢視図、図１１はカッタスポークの要部側面図、図１２はカッタスポークの変形例を示す要部側面図である。
【００４０】
これは、実施例２におけるセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面（面盤）に付設されるカッタスポーク４３ａ，４３ｂを、多数のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂが取着される細長いビット取付板４７ａ，４７ｂが前記センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上に、掘削土砂が通過可能な間隔で縦横に多数植設された橋脚状の支柱４８ａ，４８ｂにより支持されてなるように構成した例である。
【００４１】
即ち、多数のカッタビット４１ａ，４１ｂ及び先行ビット４２ａ，４２ｂで掘削された土砂がカッタスポーク４３ａ，４３ｂのビット取付板４７ａ，４７ｂの下を潜ってセンタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上を当該センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの回転方向下流側へ流動し得るようになっているのである。従って、当該カッタスポーク４３ａ，４３ｂの高さは実施例２におけるカッタスポーク４３ａ，４３ｂよりも高く設定されている。
【００４２】
そして、センタカッタ２０Ａ，２０Ｂ及びサイドカッタ２１Ａ，２１Ｂの外周面上には、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッド１１の左右方向中央部（排泥管１４が配管される左，右両仕切壁１９ａ，１９ｂ間）に導く土砂案内板４９ａ，４９ｂが多数付設される。その他の構成は、実施例２と同様なので、図面上同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４３】
この実施例においても、実施例１と同様の作用効果が得られると共に、実施例２よりも掘削土砂の排出性能がより良好となるという利点が得られる。
【００４４】
また、図１２は、本実施例のカッタスポーク４３ａ，４３ｂの変形例を示すもので、溝型断面の底壁部をビット取付板４７ａ，４７ｂとなすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔５０ａ，５０ｂを多数形成した例であり、これによっても良好な掘削土砂の排出性能が得られる。
【００４５】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、各サイドカッタ２１Ａ，２１Ｂ等の形状変更で断面形状が楕円に限らずメガネ状や矩形状の非円形トンネルを掘削することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係るトンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機や土圧式シールド掘削機等にも有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ バルクヘッド
１３ 送泥管
１４ 排泥管
１５ チャンバ１５
１６ 中折れジャッキ
１７ シールドジャッキ（推進ジャッキ）
１８ センタシャフト
１９ａ 左仕切壁
１９ｂ 右仕切壁
１９ｃ 背板
２０Ａ，２０Ｂ センタカッタ
２１Ａ，２１Ｂ サイドカッタ
２１ａ１，２１ｂ１ テーパ筒状の内側カッタ部
２１ａ２，２１ｂ２椀状の外側カッタ部
２２ａ，２２ｂ 回転軸
２３ａ，２３ｂ ベアリング
２４ａ，２４ｂ ギア
２５ａ，２５ｂ センタカッタ駆動モータ
２６ａ，２６ｂ 出力ギア
２７ａ，２７ｂ ブラケット
２８ａ，２８ｂ ディスクカッタ
２９ａ，２９ｂ 回転軸
３０ａ，３０ｂ ベアリング
３１ａ，３１ｂ 旋回板
３２ａ，３２ｂ ギアボックス
３３ａ，３３ｂ 軸受ハウジング部
３４ａ，３４ｂ ギア付き三軸コロ軸受
３５ａ，３５ｂ サイドカッタ駆動モータ
３６ａ，３６ｂ 出力ギア
３7ａ，３７ｂ 方形筒状の嵌合部
３８ａ，３８ｂ 基板
３９ａ，３９ｂ フランジ部
４０ａ，４０ｂ 作業用の開口である。
４１ａ，４１ｂ カッタビット
４２ａ，４２ｂ先行ビット
４３ａ，４３ｂ カッタスポーク
４５ａ，４５ｂ 余掘用スライドジャッキ
４６ａ，４６ｂ スライドガイド
４７ａ，４７ｂ ビット取付板
４８ａ，４８ｂ 橋脚状の支柱
４９ａ，４９ｂ 土砂案内板
５０ａ，５０ｂ 流通孔
Ｌ 余掘の寸法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
非円形筒体からなる掘削機本体と、
前記掘削機本体の前方に設けられた非円形回転体からなるカッタヘッドと、
を備え、
前記カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された帽子状のサイドカッタとからなり、
前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている、
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記各センタカッタの回転軸は左，右両仕切壁間の上部と下部にベアリングを介して回転自在に支持され、前記各サイドカッタの回転軸は各々対応する仕切壁の中心部にベアリングを介して回転自在に片持ち支持されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記上段のセンタカッタと下段のセンタカッタとは前後方向へ斜めにずれて配置され、各々の外周面に取着された多数のディスクカッタ又はカッタビットの回転奇跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記各サイドカッタはテーパ筒状の内側カッタ部とこの内側カッタ部に対し伸縮可能でかつ回転不能に嵌合した椀状の外側カッタ部とに分割され、前記各サイドカッタにおける回転軸の先端が椀状の外側カッタ部に連結固定されることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記テーパ筒状の内側カッタ部と椀状の外側カッタ部との間に複数本の余掘用ジャッキと複数本の廻り止めを兼ねたスライドガイドが介装されることを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
【請求項６】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、細長いビット取付板が前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面上に掘削土砂が通過可能な間隔で多数植設された橋脚状の支柱により支持されてなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、溝型断面の底壁部をビット取付板となすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔を多数形成してなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項８】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面に、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッドの左右方向中央部に導く土砂案内板を付設したことを特徴とする請求項７又は８に記載のトンネル掘削機。
【請求項１】
非円形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
非円形筒体からなる掘削機本体と、
前記掘削機本体の前方に設けられた非円形回転体からなるカッタヘッドと、
を備え、
前記カッタヘッドは、掘削機本体側に連結固定された左，右両仕切壁間に上，下二段に亘って配置されたドラム状のセンタカッタとこれらのセンタカッタの両側に互いの開口部を対向させて配置された帽子状のサイドカッタとからなり、
前記センタカッタとサイドカッタとは各々独立して回転可能になっている、
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記各センタカッタの回転軸は左，右両仕切壁間の上部と下部にベアリングを介して回転自在に支持され、前記各サイドカッタの回転軸は各々対応する仕切壁の中心部にベアリングを介して回転自在に片持ち支持されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記上段のセンタカッタと下段のセンタカッタとは前後方向へ斜めにずれて配置され、各々の外周面に取着された多数のディスクカッタ又はカッタビットの回転奇跡が、側面視では上下方向に交叉しない一方、正面視では上下方向に一部が重なり合うようになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記各サイドカッタはテーパ筒状の内側カッタ部とこの内側カッタ部に対し伸縮可能でかつ回転不能に嵌合した椀状の外側カッタ部とに分割され、前記各サイドカッタにおける回転軸の先端が椀状の外側カッタ部に連結固定されることを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記テーパ筒状の内側カッタ部と椀状の外側カッタ部との間に複数本の余掘用ジャッキと複数本の廻り止めを兼ねたスライドガイドが介装されることを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
【請求項６】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、細長いビット取付板が前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面上に掘削土砂が通過可能な間隔で多数植設された橋脚状の支柱により支持されてなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項７】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面にカッタスポークを介して多数のカッタビットが付着されると共に、前記カッタスポークは、溝型断面の底壁部をビット取付板となすと共に両側壁部に掘削土砂が通過可能な流通孔を多数形成してなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項８】
前記センタカッタ及びサイドカッタの外周面に、各々の回転方向に対応して掘削土砂をカッタヘッドの左右方向中央部に導く土砂案内板を付設したことを特徴とする請求項７又は８に記載のトンネル掘削機。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９６０７７（Ｐ２０１３−９６０７７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７１９１（Ｐ２０１１−２３７１９１）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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