親子シールド掘進機
【課題】簡単な構成にして親カッタヘッドを親シールドフレームに脱落不能に支持するとともに子カッタヘッドの強度を確保しつつ掘削作業性能の向上を図った親子シールド掘進機を提供する。
【解決手段】親カッタヘッド(40)の後面に親カッタヘッド支持部材(50)を設け、当該親カッタヘッド支持部材を親シールドフレーム(11)に遊嵌することで親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持する。さらに、親カッタヘッド支持部材の外周に周方向で一周する溝(52)を形成する一方、親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状係合突起(12)を形成し、当該環状係合突起と上記親カッタヘッド支持部材の上記溝とを係合することで親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向でも支持する。
【解決手段】親カッタヘッド(40)の後面に親カッタヘッド支持部材(50)を設け、当該親カッタヘッド支持部材を親シールドフレーム(11)に遊嵌することで親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持する。さらに、親カッタヘッド支持部材の外周に周方向で一周する溝(52)を形成する一方、親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状係合突起(12)を形成し、当該環状係合突起と上記親カッタヘッド支持部材の上記溝とを係合することで親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向でも支持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親子シールド掘進機に係り、詳しくは、親子シールド掘進機の簡素化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大口径のトンネルを掘削した後、連続して小口径のトンネルを掘削することの可能な親子シールド掘進機が開発されている。
この種の親子シールド掘進機は、例えば放射状の子カッタヘッドに回転駆動機構を設け、当該子カッタヘッドの外側に同軸にして環状の親カッタヘッドを連結機構により連結するよう構成されている。これにより、親子シールド掘進機を親シールド掘進機として機能させる場合には、親カッタヘッドが連結機構を介し子カッタヘッドと一体に回転して大口径のトンネルを掘削可能であり、親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離して子シールド掘進機として機能させるときには、連結機構の連結解除により子カッタヘッドのみが回転して小口径のトンネルを掘削可能である（特許文献１参照）。
【０００３】
また、親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離する際、連結機構の連結を解除しても親カッタヘッドが子カッタヘッドに引っ掛かるおそれがある等の理由から、親カッタヘッドをスラスト・ラジアル軸受を用いて親シールドフレームに脱落不能に支持するよう構成した親子シールド掘進機も開発されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平３−１９７７９１号公報
【特許文献２】特許第３１９２５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２に開示される親子シールド掘進機の場合、スラスト・ラジアル軸受を用いて親カッタヘッドを親シールドフレームに支持しているため、スラスト・ラジアル軸受を設ける分だけ構造が複雑化するという問題がある。
また、当該特許文献２に開示されるように、親子シールド掘進機が泥水式であって子カッタヘッドが円板状である場合には子カッタヘッドを十分な強度を有して構成できるが、親子シールド掘進機が一般的な土圧式である場合には、カッタフレームが通常は放射状をしているために分離した後の子カッタヘッドは一般に放射状であり、そのままでは子カッタヘッドにおいて十分な強度を確保できないという問題がある。
【０００５】
そこで、放射状をなす子カッタヘッドに環状の補強部材を設けることが考えられるが、補強部材を子カッタヘッドの外周縁に配設すると、親子シールド掘進機を親シールド掘進機として機能させる際、親カッタヘッドで掘削した土石を子カッタヘッド側に寄せて子シールド掘進機と共用化したスクリュコンベアで後方に排出しようとしても、当該補強部材が障害となり、当該土石をスムーズに排出することができず、掘削作業性能が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にして親カッタヘッドを親シールドフレームに脱落不能に支持するとともに子カッタヘッドの強度を確保しつつ掘削作業性能の向上を図った親子シールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の親子シールド掘進機は、筒状の子シールドフレームと該子シールドフレームに設けた回転駆動機構により回転駆動する子カッタヘッドとから子シールド掘進機が構成され、前記子シールドフレームの外側に筒状の親シールドフレームを連結するとともに前記子カッタヘッドの外側に同軸にして親カッタヘッドを連結することにより親シールド掘進機が構成される親子シールド掘進機であって、前記親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられ、前記親シールドフレームに遊嵌することで前記親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持し、外周に周方向で一周する溝が形成された親カッタヘッド支持部材と、前記親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状に設けられ、前記親カッタヘッド支持部材の前記溝と係合することで前記親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持する環状係合突起とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の親子シールド掘進機では、請求項１において、前記親カッタヘッドの前面は、カッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜して傾斜面を形成していることを特徴とする。
請求項３の親子シールド掘進機では、請求項１または２において、前記子カッタヘッドは放射状に延びる複数のスポーク部材で構成され、これら複数のスポーク部材は、隣り合うスポーク部材同士が各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の親子シールド掘進機では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドの後方には前記子シールドフレーム及び前記親シールドフレームが隔壁に仕切られてチャンバが形成されており、前記子シールドフレームのうち該チャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されていることを特徴とする。
請求項５の親子シールド掘進機では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構は、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔からなり、前記可動ピンを突出させ前記ピン孔に挿入することで前記親カッタヘッドを前記子カッタヘッドに連結して親シールド掘進機を構成可能である一方、該複数の可動ピンを没入させることで前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとの連結を解除して前記子シールド掘進機を構成可能であり、前記複数の可動ピンのうちの少なくとも一つは、該子シールド掘進機が構成されたとき、突出した状態で該子シールド掘進機のコピーカッタとして機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられた親カッタヘッド支持部材は、親シールドフレームに遊嵌して親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持するとともに、外周に形成された溝に親シールドフレームの内周面に環状に設けられた環状係合突起が係合することで親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持するので、簡単で安価な構成にして、親カッタヘッドを親シールドフレームに脱落不能に支持可能であり、特に親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離する際において親カッタヘッドが子カッタヘッドや子シールドフレームに引っ掛かるような事態を容易に防止でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドの前面をカッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜する傾斜面としたので、親カッタヘッドによって切削した土石を容易に子カッタヘッド側に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて良好に当該土石を後方に排出することができ、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項３の親子シールド掘進機によれば、子カッタヘッドの隣り合うスポーク部材同士を各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結しているので、子カッタヘッドが補強されて子カッタヘッドの強度を確保することができるとともに、子カッタヘッドの外周縁に環状の補強部材を設ける構成と異なり当該連結する部材が親カッタヘッドによって切削した土石を子カッタヘッド側に寄せる際の障害とならないため、当該土石をスムーズに子カッタヘッド側に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて当該土石を良好に排出でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１３】
また、請求項４の親子シールド掘進機によれば、子シールドフレームのうちチャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されているので、親カッタヘッドによって切削した土石が親カッタヘッドの背面側、即ち親カッタヘッド支持部材側の部分に侵入した場合であっても、当該土石を貫通孔を通って容易に子カッタヘッド側のチャンバ内に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて良好に当該土石を後方に排出するようにでき、やはり掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１４】
また、請求項５の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドと子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構を子カッタヘッド及び親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔とで構成し、これら複数の可動ピンのうちの少なくとも一つを突出した状態で子シールド掘進機のコピーカッタとして機能させるようにしたので、子シールド掘進機のコピーカッタを別途設けることなく効率よく子シールド掘進機を実現でき、これによっても掘削作業性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る親子シールド掘進機の縦断面図を示し（部材断面を示す斜線は省略、以下同様）、図２は本発明に係る親子シールド掘進機の正面図、図３は図１のＡ部拡大図を示す。
親子シールド掘進機は、例えば土圧式のシールド掘進機であって、大径の親シールド掘進機１の内部に小径の子シールド掘進機２が設けられて構成されている。
【００１６】
詳しくは、親子シールド掘進機は、子シールド掘進機２の主要部をなす子シールド掘進機本体２０の外周に環状の親シールド本体１０を嵌合可能であって、子シールド掘進機本体２０に親シールド本体１０が嵌合した状態で大径のトンネルを構築可能な親シールド掘進機１として機能し、親シールド本体１０が外れた状態で小径のトンネルを構築可能な子シールド掘進機２として機能するよう構成されている。
【００１７】
当該親子シールド掘進機は、センターシャフト支持方式のシールド掘進機であり、子シールド掘進機本体２０には、円筒状の子シールドフレーム２１から内部に延びて隔壁２２が一体に設けられており、当該隔壁２２の中心部を子カッタヘッド３０に接合されたセンターシャフト２４が回転可能に貫通している。そして、センターシャフト２４の後端部が、カッタ軸受２５を介して隔壁２２に一体に接合されたシャフト支持部材２６に回転自在に軸支されている。
【００１８】
センターシャフト２４には、隔壁２２とシャフト支持部材２６との間に位置してカッタヘッドギヤ２７が外嵌されており、一方シャフト支持部材２６には、カッタヘッドギヤ２７と噛合するピニオン２９を備えた回転駆動モータ２８が固定されている。つまり、センターシャフト２４は、回転駆動モータ２８によりピニオン２９、カッタヘッドギヤ２７を介して駆動されて子カッタヘッド３０を高トルクで回転可能である（回転駆動機構）。
【００１９】
子カッタヘッド３０は、複数（例えば、８本）のスポーク部材３１が放射状に延び、各スポーク部材３１に複数のカッタビット３２を備えて構成されている。
そして、各スポーク部材３１には、先端部に位置して半径方向で可動ピン３３を出没可能なカッタヘッド保持ジャッキ（ヘッド連結機構）３４がそれぞれ設けられている。なお、これら複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの例えば点対称に位置する一対３４ａ、３４ａは、子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能するように構成されている。コピーカッタ３４ａは、突没する可動カッタピン３３ａを突出させることでトンネルの内径を微小量広げるよう掘削を行うものであり、これによりトンネル内周面との摩擦抵抗が減少して子シールド掘進機２のスムーズな進行が確保されることとなる。
【００２０】
また、隣り合うスポーク部材３１同士は、補強部材３５で連結されている。詳しくは、補強部材３５は、環状に湾曲した棒状部材（例えば、断面Ｌ字の形鋼）であり、各スポーク部材３１の先端よりも中心側の部位を連結するように設けられている。
親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、子カッタヘッド３０には親シールド本体１０の一部である親カッタヘッド４０が外嵌されている。
【００２１】
親カッタヘッド４０は、上記スポーク部材３１の延長部分として複数（例えば、８箇所）のスポーク延長部（カッタ部）４１を有しており、各スポーク延長部４１に複数のカッタビット４２を備えて構成されている。
そして、親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１には、子カッタヘッド３０の各スポーク部材３１に設けられた上記カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３に対応して当該可動ピン３３の嵌入する複数のピン孔４３が穿設されている。親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３は突出してそれぞれ対応するピン孔４３に嵌合し、子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とは合体しており、これにより、子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とが回転駆動モータ２８により一体に回転し、大径のトンネルを構築可能である。
【００２２】
また、親カッタヘッド４０の前面は、スポーク延長部４１を除き全周に亘って内周側が後方に向け傾斜して傾斜面４４を形成している。
また、親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１の後面には、全周に亘り後方に向け延びて親カッタヘッド支持部材５０が一体に設けられている。詳しくは、親カッタヘッド支持部材５０は、単純に鋼板部材を組み合わせて構成され、親シールド本体１０の一部である親シールドフレーム１１の内側に所定の隙間を有して遊嵌されており、このように親カッタヘッド支持部材５０が親シールドフレーム１１に遊嵌されていることで、親カッタヘッド４０は、周方向で回転自在でありながら親シールドフレーム１１に半径方向で脱落不能に支持されている。なお、図１に示すように親カッタヘッド４０が子カッタヘッド３０に外嵌された状態では、親カッタヘッド支持部材５０は子シールドフレーム２１の外側に遊嵌された状態でもある。
【００２３】
当該親カッタヘッド支持部材５０の親シールドフレーム１１に臨む外周面には、周方向で一周するようにして溝５２が形成されており、一方、親シールドフレーム１１の内周面には、全周に亘り環状に突出するようにして環状係合突起１２が形成されており、当該環状係合突起１２は上記親カッタヘッド支持部材５０の溝５２と周方向で摺動可能に係合している。これにより、親カッタヘッド４０は、周方向で回転自在でありながら親シールドフレーム１１に軸方向でも脱落不能に支持されている。
【００２４】
また、親カッタヘッド４０には、一部が親カッタヘッド支持部材５０に掛かるようにして親シールド掘進機１用の一対のコピーカッタ４５、４５が例えば点対称に位置して設けられている。コピーカッタ４５は、上記コピーカッタ３４ａと同様、突没する可動カッタピン４６を突出させることでトンネルの内径を微小量広げるよう掘削を行うものであり、これによりトンネル内周面との摩擦抵抗が減少して親シールド掘進機１のスムーズな進行が確保される。
【００２５】
また、子シールドフレーム２１のうちチャンバ３８内の部分には、親カッタヘッド支持部材５０に臨むようにして複数の貫通孔２３が周方向に並んで穿設されている。
そして、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１とは複数の締結具１３によって締結されており、これにより親シールド本体１０と子シールド本体２０とが完全に一体化している。
【００２６】
なお、親シールドフレーム１１側には全周に亘り子シールドフレーム２１と摺接するようにして止水シール１４が設けられており、これにより親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１間の止水が可能である。
また、当該親子シールド掘進機には、親シールド掘進機１と子シールド掘進機２と共用のスクリュコンベア６０が設けられている。詳しくは、スクリュコンベア６０は子シールドフレーム２１の内部に位置するようにして子シールド本体２０に設置されている。つまり、スクリュコンベア６０は、親子シールド掘進機が子シールド掘進機２として機能した場合には子カッタヘッド３０で掘削した土石をチャンバ３８を介してそのままスクリュ６２で搬送して後方に排出可能であり、親シールド掘進機１として機能した場合には、親カッタヘッド４０で掘削し傾斜面４４によってチャンバ３８のうち子シールド本体２０側の部分に集めた土石を同様にスクリュ６２で搬送して後方に排出可能である。
【００２７】
また、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、親シールドフレーム１１の後方に当該親シールドフレーム１１と略同径のテールフレーム７０が中折れ継手７２を介して連結されている。詳しくは、隔壁２２とテールフレーム７０の隔壁７３とは複数の方向制御ジャッキ（中折れジャッキ）７４で連結されており、これら複数の方向制御ジャッキ７４を個別に伸縮制御することで、テールフレーム７０を図１中に二点鎖線で示すように中折れ継手７２回りに回動させ、親シールド掘進機１の進行方向を制御可能である。
【００２８】
テールフレーム７０には、親シールド掘進機１で掘削したトンネルの内周面にセグメント８０を設置するためのエレクタ装置７６が設けられるとともに、親シールド掘進機１用に複数のシールドジャッキ７８が設けられている。これにより、親シールド掘進機１は、エレクタ装置７６でセグメント８０を設置するとともにシールドジャッキ７８を伸長させて当該設置したセグメント８０を押圧する動作を繰り返しながらセグメント８０からの反力を受けて掘進可能である。
【００２９】
以下、上記のように構成された本発明に係る親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する場合の作用について説明する。
上述したように、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する場合には、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３がそれぞれ対応するピン孔４３に嵌合して子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とは合体しており、親シールド掘進機１は、子カッタヘッド３０のカッタビット３２と親カッタヘッド４０のカッタビット４２とで地中の土石を掘削しながらシールドジャッキ７８の伸長により前進する。
【００３０】
このとき、上述したように親カッタヘッド４０には傾斜面４４が形成されていることから、当該親カッタヘッド４０で掘削した土石を良好にチャンバ３８のうち子カッタヘッド３０側の部分、即ちスクリュコンベア６０の設置された子シールド掘進機本体２０側の部分に集めることが可能である（図３中の実線矢印参照）。
また、子カッタヘッド３０の隣り合うスポーク部材３１同士は補強部材３５で連結されているが、当該補強部材３５は、棒状（例えば、断面Ｌ字の形鋼）であるとともに各スポーク部材３１の先端よりも中心側の部位を連結するように設けられているので、当該補強部材３５が親カッタヘッド４０で掘削した土石の子シールド掘進機本体２０側への移動の妨げとなることはなく、当該土石をスムーズにチャンバ３８のうち子シールド掘進機本体２０側の部分に集めることが可能である（図３中の実線矢印参照）。
【００３１】
さらに、子シールドフレーム２１のうちチャンバ３８内の部分には、上述したように複数の貫通孔２３が親カッタヘッド支持部材５０に臨むようにして周方向に並んで穿設されているので、親カッタヘッド４０の後側に土石が侵入した場合であっても、当該土石を親カッタヘッド４０と一体に回転する親カッタヘッド支持部材５０の回転によって良好に貫通孔２３から子シールド掘進機本体２０側へ掻き出すことが可能である（図３中の破線矢印参照）。これにより、親カッタヘッド４０の後側に土石が滞留することによる親カッタヘッド４０の固着を防止可能である。
【００３２】
また、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１との間には止水シール１４が設けられているので、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１間については当該止水シール１４によって良好に止水される。
このように、本発明に係る親子シールド掘進機によれば、親子シールド掘進機を親シールド掘進機１として機能させた場合において、親シールド掘進機１と子シールド掘進機２と共用のスクリュコンベア６０を用いて土石を良好に後方に排出でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００３３】
なお、ここでは親カッタヘッド支持部材５０は親シールドフレーム１１の内側に所定の隙間を有して遊嵌されており、故に親カッタヘッド４０は親シールドフレーム１１に支持されていないことになるが、実験によれば、子カッタヘッド３０において十分に親カッタヘッド４０の支持強度を確保可能であることが確認されており、親カッタヘッド４０をベアリング等で親シールドフレーム１１に支持する必要はない。
【００３４】
次に、本発明に係る親子シールド掘進機を親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能させる場合の作用を子シールド掘進機２の構成を捕捉しながら説明する。
図４乃至図６は、親シールド掘進機１から子シールド掘進機２を分離させる際の一連の作業状況を示しており、具体的には、図４は親シールド掘進機１の内部において子シールド掘進機２を使用可能な状態に構成した状況を示し、図５は子シールド掘進機２だけが親シールド掘進機１から分離して掘進する状況を示し、図６は図５のＢ部拡大図を示しており、以下これらの図に基づき説明する
親シールド掘進機１から子シールド掘進機２を分離させる際には、先ず、親シールド掘進機１においてのみ必要であったエレクタ装置７６及びシールドジャッキ７８を取り外し、中折れ継手７２を溶接等で固定するとともに隔壁７３を切断して拡開し、テールフレーム７０をブラケット８２を用いてセグメント８０に固定する。
【００３５】
次いで、図４に示すように、子シールド掘進機２用に子シールドフレーム２１の延長部２１ａを接続するとともに当該延長部２１ａと略同径のテールフレーム９０を中折れ継手９２を介して連結する。具体的には、延長部２１ａに突設されたブラケット２１ｂとテールフレーム９０の隔壁９３とを複数の方向制御ジャッキ（中折れジャッキ）９４で連結する。なお、これら複数の方向制御ジャッキ９４の機能は上記方向制御ジャッキ７４と同様である。
【００３６】
さらに、テールフレーム９０に子シールド掘進機２で掘削したトンネルの内周面にセグメント１００を設置するためのエレクタ装置９６を設置するとともに子シールド掘進機２用の複数のシールドジャッキ９８を配設し、セグメント８０上に新たに反力受け部材９９を設置する。
そして、締結具１３を外すとともに、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３を全て没入させる。
【００３７】
なお、スクリュコンベア６０については共用であるため外す必要はないが、作業性の向上のために一旦外して再設置するようにしてもよい。
これにより、親子シールド掘進機は親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能可能となり、図５に示すように、当該子シールド掘進機２は、エレクタ装置９６でセグメント１００を設置するとともにシールドジャッキ９８を伸長させて当該設置したセグメント１００を押圧する動作を繰り返しながら、反力受け部材９９からの反力を受けて単独で掘進する。
【００３８】
このとき、上述したように、親カッタヘッド支持部材５０は、親シールドフレーム１１に遊嵌して半径方向で当該親シールドフレーム１１に脱落不能に支持されるとともに、溝５２が親シールドフレーム１１の環状係合突起１２と係合して軸方向でも当該親シールドフレーム１１に脱落不能に支持されているため、子シールド掘進機２が親シールド掘進機１から分離して単独で掘進する場合において、図６に示すように親カッタヘッド４０が子カッタヘッド３０や子シールドフレーム２１或いは延長部２１ａに引っ掛かることもなく、子シールド掘進機２は良好に掘進可能である。
【００３９】
このように、本発明の親子シールド掘進機によれば、親子シールド掘進機を親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能させる場合において、単純に鋼板部材を組み合わせた親カッタヘッド支持部材５０により、簡単で安価な構成でありながら親カッタヘッド４０を親シールドフレーム１１に脱落不能に支持でき、子シールド掘進機２を良好に親シールド掘進機１から分離して掘進させることができる。
【００４０】
この際、子カッタヘッド３０の隣り合うスポーク部材３１同士は補強部材３５で連結されているため、親シールド掘進機１での掘削作業性能の向上を図りつつ、子カッタヘッド３０での掘削時におけるスポーク部材３１の撓みや変形を良好に防止でき、子カッタヘッド３０の耐久性能を十分に確保することができる。これにより、子シールド掘進機２による長距離の掘削を実現可能である。
【００４１】
また、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの例えば一対３４ａ、３４ａについては子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能させるようにしているので、子シールド掘進機２のコピーカッタを別途設けることなく効率よく子シールド掘進機２を実現でき、これによっても掘削作業性能の向上を図ることができる。
また、子シールド掘進機２が親シールド掘進機１から分離する場合においても、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１或いはテールフレーム９０間については止水シール１４によって良好に止水を維持可能である。
【００４２】
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、親カッタヘッド支持部材５０を親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１の後面にのみ断続的に設けるようにしているが、全周に亘り連続的に設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、カッタヘッド保持ジャッキ３４を子カッタヘッド３０のスポーク部材３１側に設け、ピン孔４３を親カッタヘッド４０側に形成するようにしているが、カッタヘッド保持ジャッキとピン孔との位置関係は逆であってもよい。
また、上記実施形態では、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの一対３４ａ、３４ａを子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能させるようにしているが、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの少なくとも一つをコピーカッタとして機能させればよい。
【００４４】
また、子カッタヘッド３０のスポーク部材３１やカッタヘッド保持ジャッキ３４の数は上記実施形態に限られるものではなく、親子シールド掘進機の外径や掘削する土質等に応じて適宜設定すればよい。
また、上記実施形態では、本発明の親子シールド掘進機を土圧式のシールド掘進機に適用した場合を例に説明したが、土圧式に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る親子シールド掘進機の縦断面図である。
【図２】本発明に係る親子シールド掘進機の正面図である。
【図３】図１のＡ部拡大図である。
【図４】親シールド掘進機の内部において子シールド掘進機を使用可能な状態に構成した状況を示す図である。
【図５】子シールド掘進機だけが親シールド掘進機から分離して掘進する状況を示す図である。
【図６】図５のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 親シールド掘進機
２ 子シールド掘進機
１０ 親シールド本体
１１ 親シールドフレーム
１３ 締結具
２０ 子シールド掘進機本体
２１ 子シールドフレーム
２３ 貫通孔
３０ 子カッタヘッド
３１ スポーク部材
３３ 可動ピン
３４ カッタヘッド保持ジャッキ（ヘッド連結機構）
３５ 補強部材
４０ 親カッタヘッド
４１ スポーク延長部（カッタ部）
４３ ピン孔
４４ 傾斜面
５０ 親カッタヘッド支持部材
５２ 溝
６０ スクリュコンベア
７０、９０ テールフレーム
７８、９８ シールドジャッキ
８０、１００ セグメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親子シールド掘進機に係り、詳しくは、親子シールド掘進機の簡素化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大口径のトンネルを掘削した後、連続して小口径のトンネルを掘削することの可能な親子シールド掘進機が開発されている。
この種の親子シールド掘進機は、例えば放射状の子カッタヘッドに回転駆動機構を設け、当該子カッタヘッドの外側に同軸にして環状の親カッタヘッドを連結機構により連結するよう構成されている。これにより、親子シールド掘進機を親シールド掘進機として機能させる場合には、親カッタヘッドが連結機構を介し子カッタヘッドと一体に回転して大口径のトンネルを掘削可能であり、親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離して子シールド掘進機として機能させるときには、連結機構の連結解除により子カッタヘッドのみが回転して小口径のトンネルを掘削可能である（特許文献１参照）。
【０００３】
また、親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離する際、連結機構の連結を解除しても親カッタヘッドが子カッタヘッドに引っ掛かるおそれがある等の理由から、親カッタヘッドをスラスト・ラジアル軸受を用いて親シールドフレームに脱落不能に支持するよう構成した親子シールド掘進機も開発されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平３−１９７７９１号公報
【特許文献２】特許第３１９２５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２に開示される親子シールド掘進機の場合、スラスト・ラジアル軸受を用いて親カッタヘッドを親シールドフレームに支持しているため、スラスト・ラジアル軸受を設ける分だけ構造が複雑化するという問題がある。
また、当該特許文献２に開示されるように、親子シールド掘進機が泥水式であって子カッタヘッドが円板状である場合には子カッタヘッドを十分な強度を有して構成できるが、親子シールド掘進機が一般的な土圧式である場合には、カッタフレームが通常は放射状をしているために分離した後の子カッタヘッドは一般に放射状であり、そのままでは子カッタヘッドにおいて十分な強度を確保できないという問題がある。
【０００５】
そこで、放射状をなす子カッタヘッドに環状の補強部材を設けることが考えられるが、補強部材を子カッタヘッドの外周縁に配設すると、親子シールド掘進機を親シールド掘進機として機能させる際、親カッタヘッドで掘削した土石を子カッタヘッド側に寄せて子シールド掘進機と共用化したスクリュコンベアで後方に排出しようとしても、当該補強部材が障害となり、当該土石をスムーズに排出することができず、掘削作業性能が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にして親カッタヘッドを親シールドフレームに脱落不能に支持するとともに子カッタヘッドの強度を確保しつつ掘削作業性能の向上を図った親子シールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の親子シールド掘進機は、筒状の子シールドフレームと該子シールドフレームに設けた回転駆動機構により回転駆動する子カッタヘッドとから子シールド掘進機が構成され、前記子シールドフレームの外側に筒状の親シールドフレームを連結するとともに前記子カッタヘッドの外側に同軸にして親カッタヘッドを連結することにより親シールド掘進機が構成される親子シールド掘進機であって、前記親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられ、前記親シールドフレームに遊嵌することで前記親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持し、外周に周方向で一周する溝が形成された親カッタヘッド支持部材と、前記親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状に設けられ、前記親カッタヘッド支持部材の前記溝と係合することで前記親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持する環状係合突起とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の親子シールド掘進機では、請求項１において、前記親カッタヘッドの前面は、カッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜して傾斜面を形成していることを特徴とする。
請求項３の親子シールド掘進機では、請求項１または２において、前記子カッタヘッドは放射状に延びる複数のスポーク部材で構成され、これら複数のスポーク部材は、隣り合うスポーク部材同士が各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の親子シールド掘進機では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドの後方には前記子シールドフレーム及び前記親シールドフレームが隔壁に仕切られてチャンバが形成されており、前記子シールドフレームのうち該チャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されていることを特徴とする。
請求項５の親子シールド掘進機では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構は、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔からなり、前記可動ピンを突出させ前記ピン孔に挿入することで前記親カッタヘッドを前記子カッタヘッドに連結して親シールド掘進機を構成可能である一方、該複数の可動ピンを没入させることで前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとの連結を解除して前記子シールド掘進機を構成可能であり、前記複数の可動ピンのうちの少なくとも一つは、該子シールド掘進機が構成されたとき、突出した状態で該子シールド掘進機のコピーカッタとして機能することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられた親カッタヘッド支持部材は、親シールドフレームに遊嵌して親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持するとともに、外周に形成された溝に親シールドフレームの内周面に環状に設けられた環状係合突起が係合することで親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持するので、簡単で安価な構成にして、親カッタヘッドを親シールドフレームに脱落不能に支持可能であり、特に親子シールド掘進機から子シールド掘進機を分離する際において親カッタヘッドが子カッタヘッドや子シールドフレームに引っ掛かるような事態を容易に防止でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドの前面をカッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜する傾斜面としたので、親カッタヘッドによって切削した土石を容易に子カッタヘッド側に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて良好に当該土石を後方に排出することができ、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項３の親子シールド掘進機によれば、子カッタヘッドの隣り合うスポーク部材同士を各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結しているので、子カッタヘッドが補強されて子カッタヘッドの強度を確保することができるとともに、子カッタヘッドの外周縁に環状の補強部材を設ける構成と異なり当該連結する部材が親カッタヘッドによって切削した土石を子カッタヘッド側に寄せる際の障害とならないため、当該土石をスムーズに子カッタヘッド側に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて当該土石を良好に排出でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１３】
また、請求項４の親子シールド掘進機によれば、子シールドフレームのうちチャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されているので、親カッタヘッドによって切削した土石が親カッタヘッドの背面側、即ち親カッタヘッド支持部材側の部分に侵入した場合であっても、当該土石を貫通孔を通って容易に子カッタヘッド側のチャンバ内に寄せるようにでき、例えば子シールド掘進機との共用化を図ったスクリュコンベアを用いて良好に当該土石を後方に排出するようにでき、やはり掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００１４】
また、請求項５の親子シールド掘進機によれば、親カッタヘッドと子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構を子カッタヘッド及び親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔とで構成し、これら複数の可動ピンのうちの少なくとも一つを突出した状態で子シールド掘進機のコピーカッタとして機能させるようにしたので、子シールド掘進機のコピーカッタを別途設けることなく効率よく子シールド掘進機を実現でき、これによっても掘削作業性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る親子シールド掘進機の縦断面図を示し（部材断面を示す斜線は省略、以下同様）、図２は本発明に係る親子シールド掘進機の正面図、図３は図１のＡ部拡大図を示す。
親子シールド掘進機は、例えば土圧式のシールド掘進機であって、大径の親シールド掘進機１の内部に小径の子シールド掘進機２が設けられて構成されている。
【００１６】
詳しくは、親子シールド掘進機は、子シールド掘進機２の主要部をなす子シールド掘進機本体２０の外周に環状の親シールド本体１０を嵌合可能であって、子シールド掘進機本体２０に親シールド本体１０が嵌合した状態で大径のトンネルを構築可能な親シールド掘進機１として機能し、親シールド本体１０が外れた状態で小径のトンネルを構築可能な子シールド掘進機２として機能するよう構成されている。
【００１７】
当該親子シールド掘進機は、センターシャフト支持方式のシールド掘進機であり、子シールド掘進機本体２０には、円筒状の子シールドフレーム２１から内部に延びて隔壁２２が一体に設けられており、当該隔壁２２の中心部を子カッタヘッド３０に接合されたセンターシャフト２４が回転可能に貫通している。そして、センターシャフト２４の後端部が、カッタ軸受２５を介して隔壁２２に一体に接合されたシャフト支持部材２６に回転自在に軸支されている。
【００１８】
センターシャフト２４には、隔壁２２とシャフト支持部材２６との間に位置してカッタヘッドギヤ２７が外嵌されており、一方シャフト支持部材２６には、カッタヘッドギヤ２７と噛合するピニオン２９を備えた回転駆動モータ２８が固定されている。つまり、センターシャフト２４は、回転駆動モータ２８によりピニオン２９、カッタヘッドギヤ２７を介して駆動されて子カッタヘッド３０を高トルクで回転可能である（回転駆動機構）。
【００１９】
子カッタヘッド３０は、複数（例えば、８本）のスポーク部材３１が放射状に延び、各スポーク部材３１に複数のカッタビット３２を備えて構成されている。
そして、各スポーク部材３１には、先端部に位置して半径方向で可動ピン３３を出没可能なカッタヘッド保持ジャッキ（ヘッド連結機構）３４がそれぞれ設けられている。なお、これら複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの例えば点対称に位置する一対３４ａ、３４ａは、子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能するように構成されている。コピーカッタ３４ａは、突没する可動カッタピン３３ａを突出させることでトンネルの内径を微小量広げるよう掘削を行うものであり、これによりトンネル内周面との摩擦抵抗が減少して子シールド掘進機２のスムーズな進行が確保されることとなる。
【００２０】
また、隣り合うスポーク部材３１同士は、補強部材３５で連結されている。詳しくは、補強部材３５は、環状に湾曲した棒状部材（例えば、断面Ｌ字の形鋼）であり、各スポーク部材３１の先端よりも中心側の部位を連結するように設けられている。
親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、子カッタヘッド３０には親シールド本体１０の一部である親カッタヘッド４０が外嵌されている。
【００２１】
親カッタヘッド４０は、上記スポーク部材３１の延長部分として複数（例えば、８箇所）のスポーク延長部（カッタ部）４１を有しており、各スポーク延長部４１に複数のカッタビット４２を備えて構成されている。
そして、親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１には、子カッタヘッド３０の各スポーク部材３１に設けられた上記カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３に対応して当該可動ピン３３の嵌入する複数のピン孔４３が穿設されている。親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３は突出してそれぞれ対応するピン孔４３に嵌合し、子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とは合体しており、これにより、子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とが回転駆動モータ２８により一体に回転し、大径のトンネルを構築可能である。
【００２２】
また、親カッタヘッド４０の前面は、スポーク延長部４１を除き全周に亘って内周側が後方に向け傾斜して傾斜面４４を形成している。
また、親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１の後面には、全周に亘り後方に向け延びて親カッタヘッド支持部材５０が一体に設けられている。詳しくは、親カッタヘッド支持部材５０は、単純に鋼板部材を組み合わせて構成され、親シールド本体１０の一部である親シールドフレーム１１の内側に所定の隙間を有して遊嵌されており、このように親カッタヘッド支持部材５０が親シールドフレーム１１に遊嵌されていることで、親カッタヘッド４０は、周方向で回転自在でありながら親シールドフレーム１１に半径方向で脱落不能に支持されている。なお、図１に示すように親カッタヘッド４０が子カッタヘッド３０に外嵌された状態では、親カッタヘッド支持部材５０は子シールドフレーム２１の外側に遊嵌された状態でもある。
【００２３】
当該親カッタヘッド支持部材５０の親シールドフレーム１１に臨む外周面には、周方向で一周するようにして溝５２が形成されており、一方、親シールドフレーム１１の内周面には、全周に亘り環状に突出するようにして環状係合突起１２が形成されており、当該環状係合突起１２は上記親カッタヘッド支持部材５０の溝５２と周方向で摺動可能に係合している。これにより、親カッタヘッド４０は、周方向で回転自在でありながら親シールドフレーム１１に軸方向でも脱落不能に支持されている。
【００２４】
また、親カッタヘッド４０には、一部が親カッタヘッド支持部材５０に掛かるようにして親シールド掘進機１用の一対のコピーカッタ４５、４５が例えば点対称に位置して設けられている。コピーカッタ４５は、上記コピーカッタ３４ａと同様、突没する可動カッタピン４６を突出させることでトンネルの内径を微小量広げるよう掘削を行うものであり、これによりトンネル内周面との摩擦抵抗が減少して親シールド掘進機１のスムーズな進行が確保される。
【００２５】
また、子シールドフレーム２１のうちチャンバ３８内の部分には、親カッタヘッド支持部材５０に臨むようにして複数の貫通孔２３が周方向に並んで穿設されている。
そして、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１とは複数の締結具１３によって締結されており、これにより親シールド本体１０と子シールド本体２０とが完全に一体化している。
【００２６】
なお、親シールドフレーム１１側には全周に亘り子シールドフレーム２１と摺接するようにして止水シール１４が設けられており、これにより親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１間の止水が可能である。
また、当該親子シールド掘進機には、親シールド掘進機１と子シールド掘進機２と共用のスクリュコンベア６０が設けられている。詳しくは、スクリュコンベア６０は子シールドフレーム２１の内部に位置するようにして子シールド本体２０に設置されている。つまり、スクリュコンベア６０は、親子シールド掘進機が子シールド掘進機２として機能した場合には子カッタヘッド３０で掘削した土石をチャンバ３８を介してそのままスクリュ６２で搬送して後方に排出可能であり、親シールド掘進機１として機能した場合には、親カッタヘッド４０で掘削し傾斜面４４によってチャンバ３８のうち子シールド本体２０側の部分に集めた土石を同様にスクリュ６２で搬送して後方に排出可能である。
【００２７】
また、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する状態では、親シールドフレーム１１の後方に当該親シールドフレーム１１と略同径のテールフレーム７０が中折れ継手７２を介して連結されている。詳しくは、隔壁２２とテールフレーム７０の隔壁７３とは複数の方向制御ジャッキ（中折れジャッキ）７４で連結されており、これら複数の方向制御ジャッキ７４を個別に伸縮制御することで、テールフレーム７０を図１中に二点鎖線で示すように中折れ継手７２回りに回動させ、親シールド掘進機１の進行方向を制御可能である。
【００２８】
テールフレーム７０には、親シールド掘進機１で掘削したトンネルの内周面にセグメント８０を設置するためのエレクタ装置７６が設けられるとともに、親シールド掘進機１用に複数のシールドジャッキ７８が設けられている。これにより、親シールド掘進機１は、エレクタ装置７６でセグメント８０を設置するとともにシールドジャッキ７８を伸長させて当該設置したセグメント８０を押圧する動作を繰り返しながらセグメント８０からの反力を受けて掘進可能である。
【００２９】
以下、上記のように構成された本発明に係る親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する場合の作用について説明する。
上述したように、親子シールド掘進機が親シールド掘進機１として機能する場合には、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３がそれぞれ対応するピン孔４３に嵌合して子カッタヘッド３０と親カッタヘッド４０とは合体しており、親シールド掘進機１は、子カッタヘッド３０のカッタビット３２と親カッタヘッド４０のカッタビット４２とで地中の土石を掘削しながらシールドジャッキ７８の伸長により前進する。
【００３０】
このとき、上述したように親カッタヘッド４０には傾斜面４４が形成されていることから、当該親カッタヘッド４０で掘削した土石を良好にチャンバ３８のうち子カッタヘッド３０側の部分、即ちスクリュコンベア６０の設置された子シールド掘進機本体２０側の部分に集めることが可能である（図３中の実線矢印参照）。
また、子カッタヘッド３０の隣り合うスポーク部材３１同士は補強部材３５で連結されているが、当該補強部材３５は、棒状（例えば、断面Ｌ字の形鋼）であるとともに各スポーク部材３１の先端よりも中心側の部位を連結するように設けられているので、当該補強部材３５が親カッタヘッド４０で掘削した土石の子シールド掘進機本体２０側への移動の妨げとなることはなく、当該土石をスムーズにチャンバ３８のうち子シールド掘進機本体２０側の部分に集めることが可能である（図３中の実線矢印参照）。
【００３１】
さらに、子シールドフレーム２１のうちチャンバ３８内の部分には、上述したように複数の貫通孔２３が親カッタヘッド支持部材５０に臨むようにして周方向に並んで穿設されているので、親カッタヘッド４０の後側に土石が侵入した場合であっても、当該土石を親カッタヘッド４０と一体に回転する親カッタヘッド支持部材５０の回転によって良好に貫通孔２３から子シールド掘進機本体２０側へ掻き出すことが可能である（図３中の破線矢印参照）。これにより、親カッタヘッド４０の後側に土石が滞留することによる親カッタヘッド４０の固着を防止可能である。
【００３２】
また、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１との間には止水シール１４が設けられているので、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１間については当該止水シール１４によって良好に止水される。
このように、本発明に係る親子シールド掘進機によれば、親子シールド掘進機を親シールド掘進機１として機能させた場合において、親シールド掘進機１と子シールド掘進機２と共用のスクリュコンベア６０を用いて土石を良好に後方に排出でき、掘削作業性能の向上を図ることができる。
【００３３】
なお、ここでは親カッタヘッド支持部材５０は親シールドフレーム１１の内側に所定の隙間を有して遊嵌されており、故に親カッタヘッド４０は親シールドフレーム１１に支持されていないことになるが、実験によれば、子カッタヘッド３０において十分に親カッタヘッド４０の支持強度を確保可能であることが確認されており、親カッタヘッド４０をベアリング等で親シールドフレーム１１に支持する必要はない。
【００３４】
次に、本発明に係る親子シールド掘進機を親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能させる場合の作用を子シールド掘進機２の構成を捕捉しながら説明する。
図４乃至図６は、親シールド掘進機１から子シールド掘進機２を分離させる際の一連の作業状況を示しており、具体的には、図４は親シールド掘進機１の内部において子シールド掘進機２を使用可能な状態に構成した状況を示し、図５は子シールド掘進機２だけが親シールド掘進機１から分離して掘進する状況を示し、図６は図５のＢ部拡大図を示しており、以下これらの図に基づき説明する
親シールド掘進機１から子シールド掘進機２を分離させる際には、先ず、親シールド掘進機１においてのみ必要であったエレクタ装置７６及びシールドジャッキ７８を取り外し、中折れ継手７２を溶接等で固定するとともに隔壁７３を切断して拡開し、テールフレーム７０をブラケット８２を用いてセグメント８０に固定する。
【００３５】
次いで、図４に示すように、子シールド掘進機２用に子シールドフレーム２１の延長部２１ａを接続するとともに当該延長部２１ａと略同径のテールフレーム９０を中折れ継手９２を介して連結する。具体的には、延長部２１ａに突設されたブラケット２１ｂとテールフレーム９０の隔壁９３とを複数の方向制御ジャッキ（中折れジャッキ）９４で連結する。なお、これら複数の方向制御ジャッキ９４の機能は上記方向制御ジャッキ７４と同様である。
【００３６】
さらに、テールフレーム９０に子シールド掘進機２で掘削したトンネルの内周面にセグメント１００を設置するためのエレクタ装置９６を設置するとともに子シールド掘進機２用の複数のシールドジャッキ９８を配設し、セグメント８０上に新たに反力受け部材９９を設置する。
そして、締結具１３を外すとともに、カッタヘッド保持ジャッキ３４の可動ピン３３を全て没入させる。
【００３７】
なお、スクリュコンベア６０については共用であるため外す必要はないが、作業性の向上のために一旦外して再設置するようにしてもよい。
これにより、親子シールド掘進機は親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能可能となり、図５に示すように、当該子シールド掘進機２は、エレクタ装置９６でセグメント１００を設置するとともにシールドジャッキ９８を伸長させて当該設置したセグメント１００を押圧する動作を繰り返しながら、反力受け部材９９からの反力を受けて単独で掘進する。
【００３８】
このとき、上述したように、親カッタヘッド支持部材５０は、親シールドフレーム１１に遊嵌して半径方向で当該親シールドフレーム１１に脱落不能に支持されるとともに、溝５２が親シールドフレーム１１の環状係合突起１２と係合して軸方向でも当該親シールドフレーム１１に脱落不能に支持されているため、子シールド掘進機２が親シールド掘進機１から分離して単独で掘進する場合において、図６に示すように親カッタヘッド４０が子カッタヘッド３０や子シールドフレーム２１或いは延長部２１ａに引っ掛かることもなく、子シールド掘進機２は良好に掘進可能である。
【００３９】
このように、本発明の親子シールド掘進機によれば、親子シールド掘進機を親シールド掘進機１から分離して子シールド掘進機２として機能させる場合において、単純に鋼板部材を組み合わせた親カッタヘッド支持部材５０により、簡単で安価な構成でありながら親カッタヘッド４０を親シールドフレーム１１に脱落不能に支持でき、子シールド掘進機２を良好に親シールド掘進機１から分離して掘進させることができる。
【００４０】
この際、子カッタヘッド３０の隣り合うスポーク部材３１同士は補強部材３５で連結されているため、親シールド掘進機１での掘削作業性能の向上を図りつつ、子カッタヘッド３０での掘削時におけるスポーク部材３１の撓みや変形を良好に防止でき、子カッタヘッド３０の耐久性能を十分に確保することができる。これにより、子シールド掘進機２による長距離の掘削を実現可能である。
【００４１】
また、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの例えば一対３４ａ、３４ａについては子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能させるようにしているので、子シールド掘進機２のコピーカッタを別途設けることなく効率よく子シールド掘進機２を実現でき、これによっても掘削作業性能の向上を図ることができる。
また、子シールド掘進機２が親シールド掘進機１から分離する場合においても、親シールドフレーム１１と子シールドフレーム２１或いはテールフレーム９０間については止水シール１４によって良好に止水を維持可能である。
【００４２】
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、親カッタヘッド支持部材５０を親カッタヘッド４０の各スポーク延長部４１の後面にのみ断続的に設けるようにしているが、全周に亘り連続的に設けるようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、カッタヘッド保持ジャッキ３４を子カッタヘッド３０のスポーク部材３１側に設け、ピン孔４３を親カッタヘッド４０側に形成するようにしているが、カッタヘッド保持ジャッキとピン孔との位置関係は逆であってもよい。
また、上記実施形態では、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの一対３４ａ、３４ａを子シールド掘進機２用のコピーカッタとして機能させるようにしているが、複数のカッタヘッド保持ジャッキ３４のうちの少なくとも一つをコピーカッタとして機能させればよい。
【００４４】
また、子カッタヘッド３０のスポーク部材３１やカッタヘッド保持ジャッキ３４の数は上記実施形態に限られるものではなく、親子シールド掘進機の外径や掘削する土質等に応じて適宜設定すればよい。
また、上記実施形態では、本発明の親子シールド掘進機を土圧式のシールド掘進機に適用した場合を例に説明したが、土圧式に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る親子シールド掘進機の縦断面図である。
【図２】本発明に係る親子シールド掘進機の正面図である。
【図３】図１のＡ部拡大図である。
【図４】親シールド掘進機の内部において子シールド掘進機を使用可能な状態に構成した状況を示す図である。
【図５】子シールド掘進機だけが親シールド掘進機から分離して掘進する状況を示す図である。
【図６】図５のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 親シールド掘進機
２ 子シールド掘進機
１０ 親シールド本体
１１ 親シールドフレーム
１３ 締結具
２０ 子シールド掘進機本体
２１ 子シールドフレーム
２３ 貫通孔
３０ 子カッタヘッド
３１ スポーク部材
３３ 可動ピン
３４ カッタヘッド保持ジャッキ（ヘッド連結機構）
３５ 補強部材
４０ 親カッタヘッド
４１ スポーク延長部（カッタ部）
４３ ピン孔
４４ 傾斜面
５０ 親カッタヘッド支持部材
５２ 溝
６０ スクリュコンベア
７０、９０ テールフレーム
７８、９８ シールドジャッキ
８０、１００ セグメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の子シールドフレームと該子シールドフレームに設けた回転駆動機構により回転駆動する子カッタヘッドとから子シールド掘進機が構成され、前記子シールドフレームの外側に筒状の親シールドフレームを連結するとともに前記子カッタヘッドの外側に同軸にして親カッタヘッドを連結することにより親シールド掘進機が構成される親子シールド掘進機であって、
前記親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられ、前記親シールドフレームに遊嵌することで前記親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持し、外周に周方向で一周する溝が形成された親カッタヘッド支持部材と、
前記親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状に設けられ、前記親カッタヘッド支持部材の前記溝と係合することで前記親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持する環状係合突起と、
を備えたことを特徴とする親子シールド掘進機。
【請求項２】
前記親カッタヘッドの前面は、カッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜して傾斜面を形成していることを特徴とする、請求項１記載の親子シールド掘進機。
【請求項３】
前記子カッタヘッドは放射状に延びる複数のスポーク部材で構成され、
これら複数のスポーク部材は、隣り合うスポーク部材同士が各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結されていることを特徴とする、請求項１または２記載の親子シールド掘進機。
【請求項４】
前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドの後方には前記子シールドフレーム及び前記親シールドフレームが隔壁に仕切られてチャンバが形成されており、
前記子シールドフレームのうち該チャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の親子シールド掘進機。
【請求項５】
前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構は、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔からなり、前記可動ピンを突出させ前記ピン孔に挿入することで前記親カッタヘッドを前記子カッタヘッドに連結して親シールド掘進機を構成可能である一方、該複数の可動ピンを没入させることで前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとの連結を解除して前記子シールド掘進機を構成可能であり、
前記複数の可動ピンのうちの少なくとも一つは、該子シールド掘進機が構成されたとき、突出した状態で該子シールド掘進機のコピーカッタとして機能することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の親子シールド掘進機。
【請求項１】
筒状の子シールドフレームと該子シールドフレームに設けた回転駆動機構により回転駆動する子カッタヘッドとから子シールド掘進機が構成され、前記子シールドフレームの外側に筒状の親シールドフレームを連結するとともに前記子カッタヘッドの外側に同軸にして親カッタヘッドを連結することにより親シールド掘進機が構成される親子シールド掘進機であって、
前記親カッタヘッドの後面に全周に亘り連続的または断続的に後方に向け延びて設けられ、前記親シールドフレームに遊嵌することで前記親カッタヘッドを該親シールドフレームに半径方向で支持し、外周に周方向で一周する溝が形成された親カッタヘッド支持部材と、
前記親シールドフレームの内周面に全周に亘り突出して環状に設けられ、前記親カッタヘッド支持部材の前記溝と係合することで前記親カッタヘッドを周方向で回転自在にして軸方向で支持する環状係合突起と、
を備えたことを特徴とする親子シールド掘進機。
【請求項２】
前記親カッタヘッドの前面は、カッタ部を除き内周側が後方に向けて傾斜して傾斜面を形成していることを特徴とする、請求項１記載の親子シールド掘進機。
【請求項３】
前記子カッタヘッドは放射状に延びる複数のスポーク部材で構成され、
これら複数のスポーク部材は、隣り合うスポーク部材同士が各先端よりも中心側の位置で補強部材により互いに連結されていることを特徴とする、請求項１または２記載の親子シールド掘進機。
【請求項４】
前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドの後方には前記子シールドフレーム及び前記親シールドフレームが隔壁に仕切られてチャンバが形成されており、
前記子シールドフレームのうち該チャンバ内の部分には複数の貫通孔が穿設されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の親子シールド掘進機。
【請求項５】
前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとを連結するヘッド連結機構は、前記子カッタヘッド及び前記親カッタヘッドのいずれか一方に設けられた複数の可動ピンといずれか他方に設けられた複数のピン孔からなり、前記可動ピンを突出させ前記ピン孔に挿入することで前記親カッタヘッドを前記子カッタヘッドに連結して親シールド掘進機を構成可能である一方、該複数の可動ピンを没入させることで前記親カッタヘッドと前記子カッタヘッドとの連結を解除して前記子シールド掘進機を構成可能であり、
前記複数の可動ピンのうちの少なくとも一つは、該子シールド掘進機が構成されたとき、突出した状態で該子シールド掘進機のコピーカッタとして機能することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の親子シールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１９８０８０（Ｐ２００７−１９８０８０Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４７２（Ｐ２００６−２０４７２）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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