JP6004466B2 - トンネル掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘進機に関し、特に第１カッターを装備した第１カッターフレームと、第１カッターとは異なる第２カッターを装備した第２カッターフレームとを備え、
第１カッターフレームをカッタードラムに固定的に連結し、第２カッターフレームを前進位置と後退位置とに切換え可能にカッタードラムに連結して、岩盤等の硬質地層では第１カッター（複数のローラカッター）で掘削し、軟弱地層では第２カッター（複数のバイトカッター）で掘削するようにしたトンネル掘進機に関する。

トンネル掘進機は、胴部材の前端側にカッターヘッドを有し、カッターヘッド回転させながら胴部材をシールドジャッキにより前進駆動することで切羽の掘削を行うようになっている。地層に軟弱地層と岩盤層とが混在するケースが多くある。また、軟弱地層の掘削中に大きな岩石や鉄筋コンクリート等に遭遇する場合もある。このような場合、バイトカッターを装備したトンネル掘進機と、ローラカッターを装備したトンネル掘進機とを切換えて掘削するか、１台のトンネル掘進機のカッターヘッドの全部又は一部のカッターをバイトカッターからローラカッターへ又はその反対に交換することにより対処している。岩盤掘削用のローラカッターは軟弱地層においてカッターが回転せずに偏摩耗するため、軟弱地層の掘削に適していない。

特許文献１に記載のシールド掘進機においては、複数のバイトカッターを装備したカッターヘッドの中央部分に、複数のローラカッターを装備した副カッターヘッドを設け、その外径側に複数のローラカッターを装備した４つの小径の補助カッターヘッドを設け、上記の副カッターヘッドと４つの補助カッターヘッドを、それらのカッター先端部が面板よりも所定距離前進した前進位置と、それらのカッター先端部がカッターヘッドの面板と面一になる位置まで後退させた後退位置とに切換える進退駆動手段を夫々設け、前記カッターヘッドに、副カッターヘッド用の回転駆動手段と、補助カッターヘッド用の４組の回転駆動手段を設けている。

通常時には、副カッターヘッドと補助カッターヘッドを後退位置に保持して掘削を行い、パイプ等の障害物に遭遇した場合に、副カッターヘッドと補助カッターヘッドを前進位置に切換えて、ローラカッターにより障害物を破壊し、その後再び副カッターヘッドと補助カッターヘッドを後退位置に切換えて、バイトカッターによる掘削へ復帰する。

特開平８−１８９２９４号公報

特許文献１に記載されたシールド掘進機においては、カッターヘッドに、１組の副カッターヘッドと４組の補助カッターヘッドとを設けるため、カッターヘッドの構造が複雑化する。また、４組の補助カッターヘッドを面板に支持する構造であるため面板の剛性を通常の面板よりも高める必要がある。しかも、１組の副カッターヘッドと４組の補助カッターヘッドを夫々回転させる回転駆動手段（油圧モータ又は電動モータ）に油圧や電力を、スイベルジョントを介して供給する動力供給系統の数も多くなるため動力供給系が複雑化する。

また、４組の小径の補助カッターヘッドは、短時間の間はパイプや岩石等を掘削できるにしても、岩盤層等の硬質地層を連続掘削するのに適したものではなく、副カッターヘッドと補助カッターヘッドはあくまで補助的なものに過ぎず、このシールド掘進機は主としてバイトカッターで掘削することを前提にしたものである。

本発明の目的は、複数のローラカッタースポークと複数のバイトカッタースポークとを夫々カッタードラムに連結して支持可能にすること、複数のバイトカッタースポークの位置を前進位置と後退とに切換えて、ローラカッターで掘削する状態とバイトカッターで掘削する状態とに適宜切換え可能にすることである。

請求項１のトンネル掘進機は、胴部材の前端側に配置されたカッターヘッドと、機内とチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装着されたカッタードラムと、このカッタードラムを介してカッターヘッドを回転駆動するカッター回転駆動手段とを有するトンネル掘進機において、前記カッターヘッドは、ローラカッターを装備しカッターヘッドの軸心に対して放射方向へ延びる複数のローラカッタースポークと、バイトカッターを装備し且つ隣接するローラカッタースポークの間に配設されてカッターヘッドの軸心に対して放射方向へ延びる複数のバイトカッタースポークとを備え、前記複数のローラカッタースポークを前記カッタードラムに固定的に連結する固定連結機構と、前記複数のバイトカッタースポークを、前記バイトカッターにより切羽を掘削する前進位置と、前記ローラカッターにより切羽を掘削するように前記前進位置よりも後退させた後退位置とに亙って位置切換え可能に前記カッタードラムに連結する可動連結機構と、前記可動連結機構を介して複数のバイトカッタースポークを前進位置と後退位置とに亙って切換える切換え駆動手段とを備え、
前記可動連結機構は各バイトカッタースポークに対応する可動連結機構部を備え且つ前記切換え駆動手段は各バイトカッタースポークに対応する切換え駆動部を備え、前記可動連結機構部は、バイトカッタースポークと平行に配設されてカッタードラムの前端に固定的に連結された支持部材と、前記バイトカッタースポークの長手方向に離隔した部位においてバイトカッタースポークと支持部材とを連結する１対のリンク部材とを備え、
トンネル掘削機の中心部に配設されたスイベルジョイントには、ヘッダー部材が回転可能に設けられており、前記切換え駆動部はその一端が前記支持部材に連結されると共にその他端が前記ヘッダー部材に連結されたことを特徴としている。

請求項２のトンネル掘進機は、請求項１の発明おいて、前記前進位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも切羽側に位置し、前記後退位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも反切羽側に位置することを特徴としている。

請求項３のトンネル掘進機は、請求項１又は２の発明において、前記複数のローラカッタースポークの前記軸心側内端部は一体的に連結されていることを特徴としている。

請求項４のトンネル掘進機は、請求項１又は２の発明において、前記複数のバイトカッタースポークは、前記軸心側において分断されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、前記カッターヘッドは、ローラカッターを装備した複数のローラカッタースポークと、バイトカッターを装備した複数のバイトカッタースポークとを備えており、複数のローラカッタースポークが固定連結機構によりカッタードラムに固定的に連結され、複数のバイトカッタースポークが切換え駆動手段により、バイトカッターで切羽を掘削する前進位置と、ローラカッターで切羽を掘削するように前進位置よりも後退させた後退位置とに亙って切換えられる。従って、ローラカッターで掘削する状態とバイトカッターで掘削する状態とに適宜切換えることができる。

バイトカッターによる掘削が適した地層(軟弱地層)を掘削する際には、バイトカッタースポークを前進位置に保持してバイトカッターにより切羽の掘削を行い、ローラカッターによる掘削が適した地層(岩盤等の硬質地層)を掘削する際には、バイトカッタースポークを後退位置に切換えて、ローラカッターにより切羽の掘削を行なう。

また、前記複数のローラカッタースポークをカッタードラムに固定的に連結する固定連結機構と、複数のバイトカッタースポークを前進位置と後退位置に切換え可能にカッタードラムに位置切換え可能に連結する可動連結機構を設けたので、両方のカッタースポークをカッタードラムに連結して支持できるから、それらを支持する支持剛性を確保することができる。
また、両方のカッタースポークをカッター回転駆動手段で回転駆動するため、カッターヘッドの構造が複雑化することがなく、カッターヘッドにスイベルジョンイトを介して油圧や電力を供給する動力供給系が複雑化することがない。

また、両方のカッタースポークをカッター回転駆動手段によりカッタードラムを介して回転駆動する構成にし、前記複数のバイトカッタースポークを前進位置と後退位置とに亙って切換える切換え駆動手段を設けたので、カッターヘッドのローラカッターとバイトカッターを何ら交換することなく、軟弱地層をバイトカッターで連続的に掘削し、また硬質地層をローラカッターで連続的に掘削できるため、軟弱地層と硬質地層が入り交じった複合的な地層を連続的に能率的に掘削することができる。

請求項２の発明によれば、前記前進位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも切羽側に位置するためバイトカッターで掘削でき、前記後退位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも反切羽側に位置するため、ローラカッターで掘削できる。

請求項３の発明によれば、前記複数のローラカッタースポークの前記軸心側内端部は一体的に連結されているため、ローラカッタースポークの一体性を高めることができる。

請求項４の発明によれば、前記複数のバイトカッタースポークは、前記軸心側において分断されているため、バイトカッタースポークを個別に前進位置と後退位置とに亙って切換えるような可動連結機構を採用することが可能になる。

本発明の実施例に係るトンネル掘進機の縦断面図である。 トンネル掘進機の正面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図３の要部拡大図である。 バイトカッタースポークを後退位置にした状態の図３の要部拡大図である。 バイトカッターと平行リンク機構の要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

図１〜図３に示すように、本実施例に係るトンネル掘進機ＳＭは、カッターヘッド１のカッターを着脱交換することなく、土砂や礫等の軟弱地層を複数のバイトカッター２３で掘削する状態と、大きな岩石や岩盤等の硬質地層を複数のローラカッター２１で掘削する状態とに適宜切換え可能なトンネル掘進機である。

最初に、トンネル掘進機ＳＭの全体の構造と機構類について説明する。
このトンネル掘進機ＳＭは、円筒状の胴部材２と、この胴部材２の前端側に配置されたカッターヘッド１と、カッターヘッド１の後側のチャンバー３の後端を仕切る隔壁４と、この隔壁４に回転自在に装着されたカッタードラム５と、このカッタードラム５を介してカッターヘッド１を回転駆動するカッター回転駆動機構６と、複数のシールドジャッキ７と、掘削した土砂や岩石片を排出する排土装置８と、トンネル内面をセグメントＳで覆工するエレクタ９と、後部作業デッキ１０などを備えている。前記胴部材２、カッターヘッド１、隔壁４、カッタードラム５などは鋼製のものである。

前記胴部材２は、前胴部材２ａと中胴部材２ｂと後胴部材２ｃとを有し、前胴部材２ａの後端部と中胴部材２ｂの前端部を中折れ可能に連結する第１中折れ機構１１と、中胴部材２ｂの後端部と後胴部材２ｃの前端部を中折れ可能に連結する第２中折れ機構１２も設けられている。第１中折れ機構１１は複数の中折れジャッキ１１ａを有し、第２中折れ機構１２は複数の中折れジャッキ１２ａを有する。中胴部材２ｂには複数のグリッパー１３も装備され、後胴部材２ｃの後端部分にはテールシールも装備されている。尚、チャンバー３内へ作業者が出入りする為のマンロック１４ａ〜１４ｃも設けてある。

次に、カッタードラム５とカッター回転駆動機構６について説明する。
図１、図３に示すように、環状のカッタードラム５は、隔壁４に形成した環状穴の内周側と外周側とに夫々固定されて後方へ突出する内側筒部材１５と外側筒部材１６の間に、シール兼潤滑部を介して回転自在に装着され、カッタードラム５の前端部がチャンバー３内へ突出し、その前端にカッターヘッド１を連結するための環状板５ａが固定されている。

カッター回転駆動機構６は、カッタードラム５の後端に固定され且つ内歯ギヤ１７ａを有するリングギヤ部材１７と、外側筒部材１６とこれに固定した環状板１８にリングギヤ部材１７を旋回自在に支持する旋回ベアリング（図示略）と、リングギヤ部材１７の内歯ギヤ１７ａに噛合したピニオン１９ａとこのピニオン１９ａを回転駆動する回転駆動機１９（電動モータ又は油圧モータ）とからなる複数の回転駆動ユニット２０とを備えている。尚、カッター回転駆動機構６は一般的なカッター回転駆動機構と同様のものである。

次に、前記カッターヘッド１について説明する。
図１〜図３に示すように、前記カッターヘッド１は、複数のローラカッター２１を装備したローラカッターフレーム２２と、複数のバイトカッター２３を装備したバイトカッターフレーム２４と、外周リング２５と、複数の面板部材２６とを備えている。ローラカッターフレーム２２とそれに隣接する面板部材２６の間には、土砂や岩石片をチャンバー３内へ取り込む開口部２７が形成されている。同様に、バイトカッターフレーム２４とそれに隣接する面板部材２６の間には、土砂や岩石片をチャンバー３内へ取り込む開口部２８が形成されている。尚、カッターヘッド１には、チャンバー３内に突出する複数の攪拌棒１ａ，１ｂが設けられ、隔壁４にはチャンバー３内に突出する複数の攪拌棒４ａが設けられている。

最初に、前記ローラカッターフレーム２２について説明する。
前記ローラカッターフレーム２２は、カッターヘッド１の軸心に対して放射方向（半径方向）へ延びる例えば４本のローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄを有し、これらローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄは正面視にて十文字状に配置され、４本のローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの前記軸心側内端部は一体的に連結されている。

４本のローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの外周側部分の前面は湾曲状に形成されている。ローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの各々には、例えば５つのローラカッター２１がその中心軸を放射方向向きにして装着されており、各ローラカッター２１が交換可能に装着されている。但し、カッターヘッド１の軸心近傍のローラカッター２１と外周リング２５の近傍のローラカッター２１は中心軸を傾斜させた状態に装着されている。

尚、ローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの数は４本に限定されるものではなく、複数であればよい。また、ローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの各々に装備されるローラカッター２１の数も５つに限るものではなく、カッターヘッド１の半径の大きさに応じた複数のローラカッター２１が装着される。そして、カッターヘッド１が１回転するとき、切羽の全面を確実に掘削できるように、複数のローラカッター２１の軸心からの半径方向位置が適切に設定されている。

１対のローラカッタースポーク２２ａ，２２ｃの周方向幅は一定であり、これらローラカッタースポーク２２ａ，２２ｃは、一定間隔あけて平行に対向させた連続した１対のスポーク板３０と面板３１とで構成されている。１対のスポーク板３０の径方向途中部には後方へ突出する連結部３０ａが形成され、１対の連結部３０ａの後端に連結板３０ｂが固定されている。尚、各ローラカッター２１は面板３１に形成した開口部３１ａに配置され、スポーク板３０に固定された装着部（図示略）に回転自在に且つ交換可能に装着されている。

１対のローラカッタースポーク２２ｂ，２２ｄの各々の周方向幅は、放射方向外側（半径拡大側）に向ってが徐々に拡大している。ローラカッタースポーク２２ｂ，２２ｄの各々は、ローラカッタースポーク２２ａ，２２ｃと同様に、１対のスポーク板３０と面板３１とで構成されている。１対のスポーク板３０には、前記連結部３０ａと同様の連結部（図示略）が形成され、１対の連結部の後端に連結板（図示略）が固定されている。尚、各ローラカッター２１は面板３１に形成した開口部３１ａに配置され、スポーク板３０に固定された装着部（図示略）に回転自在に装着されている。

次に、ローラカッターフレーム２２を、カッタードラム５に固定的に連結する固定連結機構３４について説明する。図１に示すように、４つのローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄに対応する部位において、前記カッタードラム５の環状板５ａの前面には前方へ所定長さ延びる４つの角筒部材３５であって前端にフランジ板３５ａを有する角筒部材３５が固定されている。各ローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄの連結部３０ａの後端に固定された連結板３０ｂが対応する角筒部材３５のフランジ板３５ａの前面に当接され、溶接又はボルト等により固定されている。

次に、バイトカッターフレーム２４について説明する。
図２〜図５に示すように、バイトカッターフレーム２４は、カッターヘッド１の軸心に対して放射方向へ延びる４本の同じ構造のバイトカッタースポーク２４ａを有し、これらバイトカッタースポーク２４ａは周方向に隣接するローラカッターフレーム２２ａ〜２２ｄの間の中間位置に配設されている。４本のバイトカッタースポーク２４ａは、前記軸心側において互いに分断され、ローラカッターフレーム２２と干渉しないように構成してある。

各バイトカッタースポーク２４ａは径方向と前後方向に夫々所定距離可動に構成されている。各バイトカッタースポーク２４ａの外周側部分の前面は湾曲状に形成されている。 各バイトカッタースポーク２４ａには径方向に小間隔おきに前後方向に細長い複数組（例えば１２組）のバイトカッター２３が固定されている。尚、バイトカッタースポーク２４ａの数は４本に限らず複数であればよく、バイトカッター２３の数は１２組に限らず、カッターヘッド１の半径の大きさに応じた複数組のバイトカッター２３が設けられる。

図２〜図５に示すように、各バイトカッタースポーク２４ａは、所定の前後幅の１枚の板部材で構成されている。各組の１対のバイトカッター２３は、そのバイト部２３ａをバイトカッタースポーク２４ａの前端よりも前方へ突出させ且つバイトカッタースポーク２４ａを挟んで両面に当接させた状態で、１対のバイトカッター２３とバイトカッタースポーク２４ａに圧入により貫通させた複数（例えば、６本）のピン部材２３ｂにより、バイトカッタースポーク２４ａに固定されている。尚、通常は固定部材としてボルト・ナットが使用されるが、本実施形態ではピン部材２３ｂが使用されている。１対のバイトカッター２３のバイト部２３ａは、互いに反対側へ尖った鋭角的な形状に形成されている。

次に、 前記バイトカッターフレーム２４を、その複数のバイトカッター２３により切羽を掘削する前進位置と、前記ローラカッターフレーム２２の複数のローラカッター２１により切羽を掘削するように前記前進位置よりも後退させた後退位置とに亙って位置切換え可能に前記カッタードラム５に連結する可動連結機構３６について説明する。

図４、図５に示すように、 前記可動連結機構３６は、４つのバイトカッタースポーク２４ａを、夫々前進位置と後退位置とに切換え可能な４組の可動連結機構部３６Ａを有する。可動連結機構部３６Ａは、バイトカッタースポーク２４と平行な１対の支持板３８と、これら支持板３８の後部に形成した連結部３８ａの後端に固定された連結板３８ｂと、カッタードラム５の前端の環状板５ａに固定された角筒部材３９と、１対の支持板３８の両端部をバイトカッタースポーク２４ａに連結する平行リンク機構３７とを備えている。

平行リンク機構３７は、第１，第２リンク部３７ａ，３７ｂとを備えている。１対の支持板３８の連結部３８ａの連結板３８ｂを角筒部材３９の前端のフランジ板３９ａに溶接又はボルト等で固定し、１対の支持板３８をカッタードラム５に固定している。尚、１対の支持板３８と角筒部材３９とが支持部材に相当する。

１対の支持板３８の前部はバイトカッタースポーク２４ａの後部の両面に摺動自在に当接している。第１リンク部３７ａは、１対の支持板３８の内側端部をバイトカッタースポーク２４ａに連結し、第２リンク部３７ｂは１対の支持板３８の外側端部をバイトカッタースポーク２４ａに連結している。第１，第２リンク部３７ａ，３７ｂは、前後方向に細長い１対のリンク部材４０を夫々備えている。

図６に示すように、第１リンク部３７ａの前端部分は、バイトカッタースポーク２４ａとその両側の１対の環状スペーサ４１とその両側の１対のリンク部材４０ に貫通させたピン部材４２によりバイトカッタースポーク２４ａに回動自在に連結されている。第２リンク部３７ｂの前端部分も第１リンク部３７ａと同様にバイトカッタースポーク２４ａに回動自在に連結されている。

第１リンク部３７ａの後端部分は、環状スペーサ４３とその両側の１対の支持板３８とその両側の１対のリンク部材４０に貫通させたピン部材４４により１対の支持板３８に回動自在に連結されている。第２リンク部３７ｂの後端部分も第１リンク部３７ａと同様に１対の支持板３８に回動自在に連結されている。尚、第１リンク部３７ａの近傍において、１対の支持板３８の後端部の間には環状スペーサ４３の後端に当接する連結部材４５が固定され、第２リンク部３７ｂの近傍において、１対の支持板３８の後端部の間には環状スペーサ４３の後端に当接する連結部材４６が固定されている。

バイトカッターフレーム２４を前進位置と後退位置とに切換える切換え駆動手段４９は、４つのバイトカッタースポーク２４ａを可動連結機構３６を介して前進位置と後退位置とに夫々切換える４つの油圧シリンダ４７（これが切換え駆動部に相当する）、を備えている。油圧シリンダ４７のピストンロッド４７ａの前端部は、バイトカッタースポーク２４ａの内側端部近傍部に回動可能に連結され、油圧シリンダ４７のシリンダ本体の長さ方向途中部に固定した１対のピン４７ｂが平行な１対の連結板４８に回動自在に支持され、１対の連結板４８の後端部は、チャンバー３内の中央部に位置するヘッダー部材３３ａであってカッターヘッド１と一体的に回転するヘッダー部材３３ａに固定されている。ヘッダー部材３３ａは、スイベルジョイト３３に相対回転自在に連結されている。

図４に示すように、油圧シリンダ４７のピストンロッド４７ａを伸長させて、バイトカッタースポーク２４ａを前進位置に切換えた状態では、平行リンク機構３７のリンク部材４０が前記軸心と平行方向向きになり、複数のバイトカッター２３の刃先からなる掘削面Ａが複数のローラカッター２１の刃先からなる掘削面Ｂよりも所定距離（例えば、４０ｍｍ）だけ前方に位置し、バイトカッターフレーム２４の複数のバイトカッター２３により切羽を掘削可能になる。

図５に示すように、油圧シリンダ４７のピストンロッド４７ａを収縮させると、バイトカッタースポーク２４ａが平行リンク機構３７を介して後方且つ軸心側へ移動して、バイトカッタースポーク２４ａが後退位置に切換わる。バイトカッタースポーク２４ａを後退位置に切換えた状態では、平行リンク機構３７のリンク部材４０が前記軸心に対して傾斜状態（図５に示すθが約５０°）になり、複数のバイトカッター２３の刃先からなる掘削面Ｃが複数のローラカッター２１の刃先からなる掘削面Ｂよりも所定距離（例えば、４０ｍｍ）だけ後方（反切羽側）に位置し、ローラカッターフレーム２２の複数のローラカッター２１により切羽を掘削可能になる。

バイトカッタースポーク２４ａには、第１，第２リンク部３７ａ，３７ｂに対応する切欠部５０と、この切欠部５０の内側へ延びる傾斜端部５１が形成されており、バイトカッタースポーク２４ａが前進位置になったとき、傾斜端部５１が環状スペーサ４３に当接して、平行リンク機構３７のリンク部材４０の姿勢が安定し且つバイトカッタースポーク２４ａから環状スペーサ４３にも荷重が伝達する係合状態になる。バイトカッタースポーク２４ａが後退位置になったとき、環状スペーサ４３が切欠部５０に係合する。

次に、上記のトンネル掘進機ＳＭの作用、効果について説明する。
前記カッターヘッド１は、複数のローラカッター２１を装備したローラカッターフレーム２２と、複数のバイトカッター２３を装備したバイトカッターフレーム２４とを備え、ローラカッターフレーム２２とバイトカッターフレーム２４の一方（本実施例では、ローラカッターフレーム２２）を固定連結機構３４によりカッタードラム５に固定的に連結し、ローラカッターフレーム２２とバイトカッターフレーム２４の他方（本実施例では、バイトカッターフレーム２４）を可動連結機構３６により前進位置と後退位置とに切換え可能にカッタードラム５に連結し、軟弱地層の切羽を掘削する際には切換え駆動手段４９によりバイトカッターフレーム２４を前進位置に切換えて複数のバイトカッター２３により掘削し、岩盤等の硬質地層の切羽を掘削する際には切換え駆動手段４９によりバイトカッターフレーム２４を後退位置に切換えて複数のローラカッター２１で掘削することができる。

掘削時に後方向きの大荷重が作用するローラカッターフレーム２２を固定連結機構３４によりカッタードラム５に強固に連結する構造にしたので、ローラカッターフレーム２２をカッタードラム５に連結して支持する構造の剛性、強度の面で有利である。

バイトカッターフレーム２４を、可動連結機構４９を介してカッタードラム５に支持させる構造にしたので、掘削時にバイトカッターフレーム２４に作用する荷重をローラカッターフレーム２２で支持する必要がないから、カッターヘッド１の構造と、バイトカッターフレーム２４を支持する支持剛性確保の面で有利である。ローラカッターフレーム２２とバイトカッターフレーム２４の両方をカッタードラム５を介して共通のカッター回転駆動機構６により駆動するため、カッターヘッド１の構造が複雑化することがない。

カッターヘッド１に装備する補助的なカッターを回転駆動する回転駆動手段をカッターヘッド１に装備する必要がないため、カッターヘッド１にスイベルジョンイト３３を介して油圧や電力を供給する動力供給系が複雑化することがない。

前記バイトカッターフレーム２４を前進位置と後退位置とに亙って切換える切換え駆動手段４９を設け、バイトカッターフレーム２４に装備した複数のバイトカッター２３で掘削する状態と、ローラカッターフレーム２２に装備した複数のローラカッター２１で掘削する状態とに適宜切換えることができるため、カッターヘッド１のローラカッター２１やバイトカッター２３を交換することなく、軟弱地層を複数のバイトカッター２３で連続的に掘削し、また岩盤等の硬質地層を複数のローラカッター２１で連続的に掘削することができる。そのため、軟弱地層と岩盤層が入り交じった複合的な地層を連続的に能率的に掘削することができる。

前記ローラカッターフレーム２２は、前記カッターヘッド１の軸心に対して放射方向へ延び且つ軸心側において一体的に連結された４つのローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄを有するため、ローラカッターフレーム２２の一体性を確保でき、４つのローラカッタースポーク２２ａ〜２２ｄに設けた複数のローラカッター２１による高い掘削能力を確保することができる。

前記バイトカッターフレーム２４は、前記カッターヘッド１の軸心に対して放射方向へ延び且つ前記軸心側において分断された４つのバイトカッタースポーク２４ａを有するため、４つのバイトカッタースポーク２４ａに設けた複数のバイトカッター２３による高い掘削能力を確保できる。また、４つのバイトカッタースポーク２４ａを個別に前進位置と後退位置に切換え可能になる。

前記可動連結機構３６は、４つのバイトカッタースポーク２４ａに対応する４対の支持部材３８であってカッタードラム５に固定的に連結された４対の支持部材３８と、４つのバイトカッタースポーク２４ａを対応する前記支持板３８に夫々連結する４組の平行リンク機構３７とを有し、バイトカッタースポーク２４ａを後退位置に切換える際に、後方且つ軸心側へ移動させる構造にしたので、バイトカッタースポーク２４ａとカッターヘッド１の外周リング２５との干渉を防止することができる。

バイトカッターフレーム２４を前進位置に切換えた状態において、平行リンク機構３７において、バイトカッタースポーク２４ａの傾斜端部５１が支持部材３８とピン部材４４に支持された環状スペーサ４３に当接して荷重伝達するように構成してあるため、バイトカッター２３で掘削する際における、バイトカッターフレーム２４を支持する支持剛性を確保することができる。また、バイトカッタースポーク２４ａの後部が１対の支持部材３８の間に摺動自在に挟持されているため、バイトカッタースポーク２４ａの掘削時の安定性を確保することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。

（１）前記バイトカッタースポーク２４ａを、それらと同様の２枚の板部材と、これら２枚の板部の前端に固定された面板とで構成してもよい。
（２）その他、当業者であれば、前記実施例に部分的な変更を付加して適宜実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

ＳＭ トンネル掘進機
１ カッターヘッド
２ 胴部材
３ チャンバー
４ 隔壁
５ カッタードラム
６ カッター回転駆動手段
２１ ローラカッター
２２ ローラカッターフレーム
２２ａ〜２２ｄ ローラカッタースポーク
２３ バイトカッター
２４ バイトカッターフレーム
２４ａ バイトカッタースポーク
３４ 固定連結機構
３６ 可動連結機構
３６Ａ 可動連結機構部
３７ 平行リンク機構
３７ａ，３７ｂ 第１，第２リンク部
３８ 支持板
３９ 角筒部材
４７ 油圧シリンダ（切換え駆動部）
４９ 切換え駆動手段

Claims (4)

1. 胴部材の前端側に配置されたカッターヘッドと、機内とチャンバーを仕切る隔壁に回転自在に装着されたカッタードラムと、このカッタードラムを介してカッターヘッドを回転駆動するカッター回転駆動手段とを有するトンネル掘進機において、
   前記カッターヘッドは、ローラカッターを装備しカッターヘッドの軸心に対して放射方向へ延びる複数のローラカッタースポークと、バイトカッターを装備し且つ隣接するローラカッタースポークの間に配設されてカッターヘッドの軸心に対して放射方向へ延びる複数のバイトカッタースポークとを備え、
   前記複数のローラカッタースポークを前記カッタードラムに固定的に連結する固定連結機構と、
   前記複数のバイトカッタースポークを、前記バイトカッターにより切羽を掘削する前進位置と、前記ローラカッターにより切羽を掘削するように前記前進位置よりも後退させた後退位置とに亙って位置切換え可能に前記カッタードラムに連結する可動連結機構と、
   前記可動連結機構を介して複数のバイトカッタースポークを前進位置と後退位置とに亙って切換える切換え駆動手段とを備え、
   前記可動連結機構は各バイトカッタースポークに対応する可動連結機構部を備え且つ 前記切換え駆動手段は各バイトカッタースポークに対応する切換え駆動部を備え、
   前記可動連結機構部は、バイトカッタースポークと平行に配設されてカッタードラムの前端に固定的に連結された支持部材と、前記バイトカッタースポークの長手方向に離隔した部位においてバイトカッタースポークと支持部材とを連結する１対のリンク部材とを備え、
   トンネル掘削機の中心部に配設されたスイベルジョイントには、ヘッダー部材が回転可能に設けられており、前記切換え駆動部はその一端が前記支持部材に連結されると共にその他端が前記ヘッダー部材に連結されたことを特徴とするトンネル掘進機。
2. 前記前進位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも切羽側に位置し、
   前記後退位置では、前記バイトカッターの刃先が前記ローラカッターの刃先よりも反切羽側に位置することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘進機。
3. 前記複数のローラカッタースポークの前記軸心側内端部は一体的に連結され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進機。
4. 前記複数のバイトカッタースポークは、前記軸心側において分断され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進機。