JP6008348B2

JP6008348B2 - Tunnel excavator

Info

Publication number: JP6008348B2
Application number: JP2012104374A
Authority: JP
Inventors: 杉山　雅彦; 雅彦杉山; 実保苅; 典彦小松; 豐加島; 孝義大塚; 近藤　紀夫; 紀夫近藤; 俊明中村; 公明阪本; 洋一守屋; 幸則小山
Original assignee: Obayashi Corp; Mitsubishi Heavy Industries Mechatronics Systems Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: JP2013231317A

Description

本発明は、カッタヘッドを内周カッタと外周カッタとに分割形成して大断面のトンネルを掘削するのに好適なトンネル掘削機に関する。 The present invention relates to a tunnel excavator suitable for excavating a large-section tunnel by dividing a cutter head into an inner peripheral cutter and an outer peripheral cutter.

一般に、大断面（例えばφ１６ｍ）のトンネルを掘削する大口径の泥土圧シールド掘削機等において、カッタヘッド内周部の切削性や泥土化の改善を図るのに、カッタヘッドを内周カッタと外周カッタとに分割形成する、所謂二重カッタ方式を採用するのが有効であることが知られている。この種のシールド掘削機として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されたものがある。 In general, in a large-diameter mud pressure shield excavator that excavates a tunnel with a large cross section (for example, φ16m), the cutter head is designed to improve the machinability and mudification of the inner periphery of the cutter head. It is known that it is effective to adopt a so-called double cutter system in which a cutter is formed separately. Examples of this type of shield excavator include those disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2.

特許文献１は、カッタヘッドを中央小円部（内周カッタ）とその外周環部（外周カッタ）に分割形成し、両者をひとつの回転駆動手段で回動し、しかも外周環部の回転方向にかかわらず常に中央小円部の回転方向が一定になる回転動力伝達手段を設け、さらには中央小円部の回転軸を伸縮可能な二重軸構造とし、内部に油圧ジャッキを配設している。 In Patent Document 1, a cutter head is divided into a central small circle part (inner peripheral cutter) and an outer peripheral ring part (outer peripheral cutter), both of which are rotated by a single rotation driving means, and the rotation direction of the outer peripheral ring part. Regardless of the type, a rotating power transmission means is provided that always keeps the rotation direction of the center small circle part constant.In addition, the rotation shaft of the center small circle part has a double shaft structure that can be expanded and contracted, and a hydraulic jack is disposed inside. Yes.

これにより、カッタヘッドの外周環部が正逆両回転しても、中央小円部は常に一定方向に回転し、その中央小円部を常に一定土圧で保持しつつ回転する。そして、中央小円部の回転軸を油圧ジヤツキにより伸縮可能としたことにより、油圧力によって中央小円部が受ける土圧を検出でき、その検出値に応じて伸縮させることにより土圧をも制御できるとしたものである。 As a result, even if the outer peripheral ring portion of the cutter head rotates both forward and backward, the central small circle portion always rotates in a constant direction, and the central small circle portion always rotates while being held at a constant earth pressure. And by making the rotation shaft of the center small circle part extendable by hydraulic jacking, the earth pressure received by the center small circle part can be detected by hydraulic pressure, and the earth pressure is also controlled by expanding and contracting according to the detected value It can be done.

特許文献２は、シールド本体の前部に、駆動モータにより回転駆動されるカッタヘッドを設け、このカッタヘッドの前面には放射方向に複数のスポークを設けて、これらスポークに取り付けたカッタにより掘削された土砂を、スポーク間に開口された土砂取込み口よりチャンバ内へ取込むようにしたシールド掘進機において、上記カッタヘッドの中心部に３本スポーク形の中央切削カッタ（内周カッタ）を、そしてチャンバ内の中心部に中央アジテータを設けると共に、これら中央切削カッタ及び中央アジテータを、上記カッタヘッド（外周カッタ）の駆動モータとは別個の駆動モータで回転駆動するようにしている。 In Patent Document 2, a cutter head that is rotationally driven by a drive motor is provided at the front of the shield body, and a plurality of spokes are provided in a radial direction on the front surface of the cutter head, and excavated by a cutter attached to these spokes. A shield excavator in which the earth and sand are taken into the chamber from the earth and sand intake port opened between the spokes, and a three-spoke central cutting cutter (inner peripheral cutter) at the center of the cutter head, and A central agitator is provided at the center of the chamber, and the central cutting cutter and the central agitator are rotationally driven by a drive motor that is separate from the drive motor for the cutter head (peripheral cutter).

これにより、カッタヘッドの中心付近の土砂取込み性が向上すると共に、チャンバ中心付近の土砂流動性もよくなるため、掘削能率も向上するとしたものである。 As a result, the sediment uptake near the center of the cutter head is improved and the sediment fluidity near the center of the chamber is improved, so that the excavation efficiency is also improved.

特公平６−３１５４３号公報Japanese Patent Publication No. 6-31543 特開平６−２４０９８８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-240988

ところが、特許文献１に開示されたものにあっては、掘削時の土圧を制御して切羽安定効果が得られるが、中央小円部がひとつの回転駆動手段により外周環部内において、差動歯車機構や内，外周の爪車等からなる回転動力伝達手段を介して、外周環部の回動方向にかかわらず常に回転方向が一定になるようになっているため、駆動系が頗る繁雑となって信頼性が低くコストアップを招来すると共に、中央小円部の回転速度を上げてカッタヘッド内周部における切削性の改善を図ることができないことから、大口径の泥土圧シールド掘削機等への適用が不可能であるという問題点があった。 However, in the one disclosed in Patent Document 1, the face pressure during excavation is controlled to obtain a face stabilization effect. However, the central small circle portion is differentially formed in the outer ring portion by a single rotation driving means. The rotational direction is always constant regardless of the rotational direction of the outer peripheral ring portion through the rotational power transmission means including the gear mechanism and the inner and outer claw wheels, etc. As a result, the reliability is low and the cost is increased, and it is impossible to improve the cutting performance in the inner periphery of the cutter head by increasing the rotation speed of the central small circle. There was a problem that it was impossible to apply to the above.

一方、特許文献２に開示されたものにあっては、中央切削カッタ及び中央アジテータを、カッタヘッドの駆動モータとは別個の駆動モータで回転駆動することで、土砂取込み性や土砂流動性に加えてカッタヘッド内周部における切削性の改善を図ることができるが、泥土化対策が施されていないので、大口径の泥土圧シールド掘削機等への適用が不可能であるという問題点があった。即ち、大断面（例えばφ１６ｍ）のトンネルを掘削する際には、掘削断面に均一に加泥剤を添加することが重要であり、特に、カッタヘッドの外周側へより多く添加することが求められるが、それが実現されないのである。 On the other hand, in the one disclosed in Patent Document 2, the central cutting cutter and the central agitator are rotationally driven by a drive motor separate from the drive motor of the cutter head, in addition to sediment uptake and sediment flowability. However, there is a problem that it is impossible to apply to a large-diameter mud pressure shield excavator, etc. It was. That is, when excavating a tunnel with a large cross section (for example, φ16 m), it is important to add the mudizing agent uniformly to the excavation cross section, and in particular, it is required to add more to the outer peripheral side of the cutter head. But that is not possible.

そこで、本発明は、カッタヘッド内周部の切削性の向上や泥土化を効果的に図ることができて大断面のトンネルを掘削するのに好適なトンネル掘削機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tunnel excavator that can effectively improve the machinability of the inner periphery of the cutter head and make mud and is suitable for excavating a tunnel having a large cross section. .

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、
カッタヘッドを掘削機本体の前部に回転可能に支持したトンネル掘削機において、
前記カッタヘッドを内周カッタと外周カッタとに分割形成して各々独立した回転駆動手段で回転可能に設けると共に、
前記カッタヘッドと当該カッタヘッドの後方に設けられるバルクヘッドとによって画成されたチャンバ内を通る内周カッタの回転軸上に、外周カッタ用ロータリジョイントを前記チャンバ内において嵌装し、
前記外周カッタ用ロータリジョイントの外周から放射状に延出した複数本の筒状フレームを、内周カッタの周囲から放射状に延出した外周カッタの複数本のカッタスポークにそれぞれ接続し、
前記筒状フレーム内に設けられる配管及び配線を、前記外周カッタ用ロータリジョイントを介して、前記バルクヘッドに通した
ことを特徴とする。 In order to achieve such an object, a tunnel excavator according to the present invention includes:
In the tunnel excavator that supports the cutter head rotatably at the front of the excavator body,
The cutter head is divided into an inner peripheral cutter and an outer peripheral cutter, and each cutter head is provided so as to be rotatable by independent rotation driving means,
A rotary joint for an outer cutter is fitted in the chamber on a rotation axis of an inner cutter passing through a chamber defined by the cutter head and a bulkhead provided behind the cutter head ,
Connecting a plurality of cylindrical frames radially extending from the outer periphery of the outer cutter rotary joint, respectively, to a plurality of cutter spokes of the outer cutter extending radially from the periphery of the inner cutter ;
Piping and wiring provided in the cylindrical frame are passed through the bulkhead via the rotary cutter rotary joint .

また、
前記筒状フレームの外周に前記チャンバ内に取り込まれた土砂を撹拌する複数本の撹拌翼を取着した、
ことを特徴とする。 Also,
A plurality of stirring blades for stirring the earth and sand taken into the chamber were attached to the outer periphery of the cylindrical frame.
It is characterized by that.

また、
前記内周カッタは前後方向にスライド可能に設けられる、
ことを特徴とする。 Also,
The inner cutter is slidable in the front-rear direction;
It is characterized by that.

また、
前記内周カッタと外周カッタは伴に前記カッタヘッド後方にチャンバを仕切るバルクヘッドに各々独立して支持されることを特徴とする。 Also,
The inner and outer cutters are independently supported by a bulkhead that partitions the chamber behind the cutter head.

また、
前記内周カッタは、回転軸から放射方向に複数本のカッタスポークを設け、これらカッタスポークの前面部に取着したカッタビットにより掘削された土砂をカッタスポーク間に開口された土砂取込み口よりチャンバ内に取り込むと共に、カッタスポークの後面部にはチャンバ内に取り込まれた土砂を撹拌する複数本の撹拌翼を取着したことを特徴とする。 Also,
The inner cutter is provided with a plurality of cutter spokes in a radial direction from the rotating shaft, and the earth and sand excavated by a cutter bit attached to the front portion of the cutter pork is provided in a chamber from an earth intake port opened between the cutter spokes. A plurality of stirring blades for stirring the earth and sand taken into the chamber are attached to the rear surface portion of the cutter pork.

本発明に係るトンネル掘削機によれば、カッタヘッドを内周カッタと外周カッタとに分割形成して各々独立した回転駆動手段で回転可能に設けたので、内周カッタの回転速度を上げるなどしてカッタヘッド内周部における切削性の向上が図れると共に駆動系の簡略化により信頼性を高められると共にコストダウンが図れる。 According to the tunnel excavator according to the present invention, the cutter head is divided into the inner peripheral cutter and the outer peripheral cutter and is provided so as to be rotatable by independent rotary driving means, so that the rotational speed of the inner peripheral cutter is increased. Thus, the cutting performance in the inner periphery of the cutter head can be improved, and the reliability can be improved and the cost can be reduced by simplifying the drive system.

また、内周カッタの回転軸上に嵌装された外周カッタ用ロータリジョイントの外周から放射状に延出した複数本の筒状フレームを外周カッタの複数本のカッタスポークにそれぞれ接続したので、該筒状フレーム内に少なくとも加泥剤の供給配管を通すことで、外周カッタの各カッタスポークにおける効果的な位置から加泥剤を切羽やチャンバ内に供給でき、効率良く泥土化が図れる。 Further, since the plurality of cylindrical frames radially extending from the outer periphery of the outer cutter rotary joint fitted on the rotating shaft of the inner cutter are respectively connected to the plurality of cutter spokes of the outer cutter. By passing at least a sludge supply pipe through the frame, the sludge can be supplied to the face and chamber from an effective position in each cutter pork of the outer cutter, and mud can be efficiently formed.

これらの結果、大断面のトンネルを掘削するのに好適なトンネル掘削機が実現される。 As a result, a tunnel excavator suitable for excavating a large-section tunnel is realized.

本発明の一実施例を示す泥土圧シールド掘削機の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a mud pressure shield excavator showing an embodiment of the present invention. 同じく泥土圧シールド掘削機の正面図である。It is a front view of a mud pressure shield excavator. 図１のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 同じく内周カッタの作動状態を示す泥土圧シールド掘削機の要部拡大図である。It is the principal part enlarged view of a mud pressure shield excavator which shows the operating state of an inner periphery cutter similarly. 同じくロータリジョイント部の変形例を示す泥土圧シールド掘削機の要部拡大図である。It is the principal part enlarged view of a mud pressure shield excavator which similarly shows the modification of a rotary joint part.

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。 Hereinafter, a tunnel excavator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明の一実施例を示す泥土圧シールド掘削機の全体構成図、図２は同じく泥土圧シールド掘削機の正面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は同じく内周カッタの作動状態を示す泥土圧シールド掘削機の要部拡大図、図５は同じくロータリジョイント部の変形例を示す泥土圧シールド掘削機の要部拡大図である。 1 is an overall configuration diagram of a mud pressure shield excavator showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the mud pressure shield excavator, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. The principal part enlarged view of the mud pressure shield excavator which shows the operation state of an inner periphery cutter, FIG. 5 is the principal part enlarged view of the mud pressure shield excavator which shows the modification of a rotary joint part similarly.

図１乃至図３に示すように、泥土圧シールド掘削機（トンネル掘削機）の筒状をなす掘削機本体１０のバルクヘッド１１にはカッタヘッド１２が回転自在に支持されると共に、このカッタヘッド１２は外周カッタ１２Ａとその中央に位置する内周カッタ（中央切削カッタとも謂う）１２Ｂとに同心円状に分割形成される。 As shown in FIGS. 1 to 3, a cutter head 12 is rotatably supported by a bulk head 11 of a drilling machine main body 10 that forms a cylindrical shape of a mud pressure shield excavator (tunnel excavator). 12 is concentrically divided and formed into an outer peripheral cutter 12A and an inner peripheral cutter (also called a central cutting cutter) 12B located at the center thereof.

前記外周カッタ１２Ａは、その回転中心から放射状をなして周方向へ複数本（図示例では長，短合せて１６本）に亘って配設されるカッタスポーク１３が中間リング１４と外周リング１５とに固定されてなる。カッタスポーク１３及び外周リング１５の前面部には多数の各種カッタビット１６が取着されている。また、周方向に等配された４本のカッタスポーク１３には、カッタヘッド１２の径方向（カッタスポーク１３の長手方向）へ油圧ジャッキ１７により伸縮（出没）可能に、コピーカッタ１８が装着される。 The outer cutter 12A includes a plurality of cutter spokes 13 that are arranged radially in the circumferential direction from the center of rotation of the outer cutter 12A (16 in the illustrated example, long and short). It is fixed to. A large number of various cutter bits 16 are attached to the front surfaces of the cutter pork 13 and the outer ring 15. Further, the four cutter spokes 13 that are equally distributed in the circumferential direction are provided with a copy cutter 18 that can be extended and retracted (in / out) by a hydraulic jack 17 in the radial direction of the cutter head 12 (longitudinal direction of the cutter spoke 13). The

また、外周カッタ１２Ａは、前記中間リング１４部において、中間ビーム１９及びカッタドラム２０を介してベアリング２１により回転自在に装着される。このベアリング２１は外周カッタ１２Ａに作用する負荷の内のスラスト力とラジアル力とモーメント力の三軸方向の荷重を担持するリングギア付き三軸コロ軸受からなる。 The outer cutter 12A is rotatably mounted on the intermediate ring 14 by a bearing 21 via an intermediate beam 19 and a cutter drum 20. The bearing 21 is a triaxial roller bearing with a ring gear that carries a triaxial load of a thrust force, a radial force, and a moment force among the loads acting on the outer cutter 12A.

そして、前記ベアリング２１のリングギア部２１ａには、複数個（図示例では２６個）からなる駆動モータ（回転駆動手段）２２の駆動ギア２３が噛み合っている。従って、駆動モータ２２の駆動により駆動ギア２３が回転すると、ベアリング２１のリングギア部２１ａを介して外周カッタ１２Ａが回転駆動される。このベアリング２１と駆動モータ２２はベアリングハウジング２４を介してバルクヘッド１１に支持される。 A plurality of (26 in the illustrated example) drive motors (rotation drive means) 22 are engaged with the ring gear portion 21a of the bearing 21. Therefore, when the drive gear 23 is rotated by driving the drive motor 22, the outer cutter 12 </ b> A is rotationally driven via the ring gear portion 21 a of the bearing 21. The bearing 21 and the drive motor 22 are supported by the bulkhead 11 via a bearing housing 24.

前記内周カッタ１２Ｂは、その回転軸２５が、バルクヘッド１１に円盤状フレーム５９を介して固設された外周カッタ用ロータリジョイント２６の図示しない固定リングに回転自在で且つ前後方向にスライド可能に支持されてなる。 The inner cutter 12B has a rotary shaft 25 that is rotatable on a fixed ring (not shown) of a rotary joint 26 for the outer cutter fixed to the bulkhead 11 via a disc-shaped frame 59 and is slidable in the front-rear direction. It is supported.

前記ロータリジョイント２６の外周からは、略Ｌ字状の複数本の筒状フレーム５８が放射状に延出され、それらの先端部が外周カッタ１２Ａの複数本のカッタスポーク１３にそれぞれ接続されている。そして、各筒状フレーム５８内には、前記コピーカッタ１８の油圧ジャッキ１７に対し圧油を給排したり、前記カッタスポーク１３の加泥注入口４３へ加泥剤を供給したり、前記各種カッタビット１６の摩耗を検知する信号等を送信するための図示しない配管、配線が通される。尚、前記ロータリジョイント２６から掘削機本体１０側への前記配管、配線は円盤状フレーム５９と後述する支持筒部４０内を通される。 From the outer periphery of the rotary joint 26, a plurality of substantially L-shaped cylindrical frames 58 extend radially, and their tips are connected to the plurality of cutter spokes 13 of the outer cutter 12A, respectively. In each cylindrical frame 58, pressure oil is supplied to and discharged from the hydraulic jack 17 of the copy cutter 18, a mud additive is supplied to the mud inlet 43 of the cutter pork 13, Piping and wiring (not shown) for transmitting a signal or the like for detecting wear of the cutter bit 16 are passed. The piping and wiring from the rotary joint 26 to the excavator body 10 side are passed through a disk-shaped frame 59 and a support cylinder portion 40 described later.

前記回転軸２５の前端には筒部２７を介してフィッシュテールカッタ２８が取着されると共に、筒部２７の外周から放射状をなして周方向へ複数本（図示例では４本）に亘ってカッタスポーク２９が配設され、それらの先端が外周リング２９ａで連結されている。カッタスポーク２９の前面部には多数の各種カッタビット３０が取着されている。 A fishtail cutter 28 is attached to the front end of the rotary shaft 25 via a cylindrical portion 27 and extends radially from the outer periphery of the cylindrical portion 27 to a plurality (four in the illustrated example) in the circumferential direction. Cutspokes 29 are disposed, and their tips are connected by an outer peripheral ring 29a. A number of various cutter bits 30 are attached to the front surface of the cutter pork 29.

そして、周方向に等配された２本のカッタスポーク２９には、カッタヘッド１２の径方向（カッタスポーク２９の長手方向）へ油圧ジャッキ３１により伸縮（出没）可能に、コピーカッタ３２が装着される。また、カッタスポーク２９の後面部には複数本の撹拌翼３４が取着され、前記バルクヘッド１１により画成されたチャンバ３３内に取り込まれた土砂に後述する内周カッタ用ロータリジョイント４２を介して供給される加泥剤を加えて撹拌し、泥土化し得るようになっている。 The two cutter spokes 29 that are equally distributed in the circumferential direction are provided with a copy cutter 32 that can be extended and retracted (in / out) by a hydraulic jack 31 in the radial direction of the cutter head 12 (longitudinal direction of the cutter spoke 29). The Further, a plurality of stirring blades 34 are attached to the rear surface portion of the cutter pork 29, and the earth and sand taken into the chamber 33 defined by the bulkhead 11 are passed through a rotary joint 42 for an inner peripheral cutter described later. It can be made into mud by adding and stirring the supplied mudifying agent.

一方、回転軸２５の後端には、カッタドラム３５を介してベアリング３６が連接される。このベアリング３６は内周カッタ１２Ｂに作用する負荷の内のスラスト力とラジアル力とモーメント力の三軸方向の荷重を担持するリングギア付き三軸コロ軸受からなる。 On the other hand, a bearing 36 is connected to the rear end of the rotary shaft 25 via a cutter drum 35. The bearing 36 is a triaxial roller bearing with a ring gear that carries a triaxial load of thrust force, radial force, and moment force among loads acting on the inner peripheral cutter 12B.

そして、前記ベアリング３６のリングギア部３６ａには、複数個（図示例では３個）からなる駆動モータ（回転駆動手段）３７の駆動ギア３８が噛み合っている。従って、駆動モータ３７の駆動により駆動ギア３８が回転すると、ベアリング３６のリングギア部３６ａを介して内周カッタ１２Ｂが回転駆動される。 A plurality of (three in the illustrated example) drive motors (rotary drive means) 37 are engaged with the ring gear portion 36a of the bearing 36. Therefore, when the drive gear 38 is rotated by driving the drive motor 37, the inner peripheral cutter 12B is rotationally driven via the ring gear portion 36a of the bearing 36.

前記ベアリング３６と駆動モータ３７はベアリングハウジング３９に支持され、このベアリングハウジング３９はバルクヘッド１１の支持筒部４０内を油圧式のスライドジャッキ４１により支持部材７０に反力をとって前後方向（掘進方向）にスライド可能になっている。また、支持筒部４０には、ベアリングハウジング３９が内周カッタ１２Ｂの回転反力を取りながらスライドすることができるように、図示しない回転止め付きガイドが装備されている。さらに、前記ベアリングハウジング３９には、前記コピーカッタ３２の油圧ジャッキ３１に対し圧油を給排したり、内周カッタに前述した加泥剤を供給したりするための内周カッタ用ロータリジョイント４２の図示しない固定リングが支持されている。 The bearing 36 and the drive motor 37 are supported by a bearing housing 39, and the bearing housing 39 takes a reaction force against the support member 70 by a hydraulic slide jack 41 in the support cylinder portion 40 of the bulkhead 11. Direction). In addition, the support cylinder portion 40 is equipped with a non-rotating guide (not shown) so that the bearing housing 39 can slide while taking the rotational reaction force of the inner cutter 12B. Further, the bearing housing 39 has a rotary joint 42 for an inner peripheral cutter for supplying and discharging pressure oil to and from the hydraulic jack 31 of the copy cutter 32 and for supplying the above-mentioned mud additive to the inner peripheral cutter. A fixing ring (not shown) is supported.

前記掘削機本体１０の内部には左右一対のスクリューコンベヤ４４が配設され、カッタヘッド１２で掘削された土砂をトンネルの後方へ排出可能になっている。即ち、各スクリューコンベヤ４４の前端部（取出口）がバルクヘッド１１の下部を貫通してチャンバ３３に開口すると共に、後下部に設けた排出口（ジャッキ４５駆動のゲート４６で開閉される）がトンネル内の長手方向に配設された図示しないベルトコンベア上に対向するのである。このスクリューコンベヤ４４は、後上がりに傾斜して配置された円筒管４４ａの内部に、駆動モータ４４ｂによって回転可能にスクリュー翼４４ｃが装着されてなる。 A pair of left and right screw conveyors 44 are disposed inside the excavator body 10 so that the earth and sand excavated by the cutter head 12 can be discharged to the rear of the tunnel. That is, the front end (extraction port) of each screw conveyor 44 passes through the lower part of the bulkhead 11 and opens into the chamber 33, and the discharge port (opened and closed by the gate 46 driven by the jack 45) provided at the rear lower part. It is opposed to a belt conveyor (not shown) arranged in the longitudinal direction in the tunnel. The screw conveyor 44 is configured such that screw wings 44c are mounted in a cylindrical tube 44a that is inclined so as to be rearwardly raised so that it can be rotated by a drive motor 44b.

前記掘削機本体１０の内周部には、覆工部材としてトンネルの内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対し伸縮し得る推進ジャッキ４７が円周方向へ所定間隔離間して多数本（図示例では５０本）配設される。また、掘削機本体１０の後端部（スキンプレート）は、テールシール４８を介して前記既設セグメントＳの外周に嵌合している。また、掘削機本体１０の後部にはリングガータ５６を介して前記セグメントＳを組み立てるエレクタ４９と後方張出台５０が組み付けられ、この後方張出台５０上に、組み立てたセグメントＳの真円保持を行うセグメントアジャスタ５１や旋回式組立足場５２が装備される。尚、図１中５３は外周カッタ１２Ａの後面部から突出した複数本の撹拌翼で、５４はバルクヘッド１１の前面部から突出した複数本の撹拌翼である。 On the inner peripheral portion of the excavator body 10, a propulsion jack 47 that can be expanded and contracted with respect to an existing segment S constructed (assembled) on the inner peripheral surface of the tunnel as a lining member is spaced apart at a predetermined interval in the circumferential direction. Thus, a large number (50 in the illustrated example) are arranged. Further, the rear end portion (skin plate) of the excavator body 10 is fitted to the outer periphery of the existing segment S via the tail seal 48. Further, an erector 49 for assembling the segment S and a rear overhang base 50 are assembled to the rear part of the excavator main body 10 via a ring gutter 56, and the assembled segment S is held in a perfect circle on the rear overhang base 50. A segment adjuster 51 and a swivel assembly scaffold 52 are provided. 1, 53 is a plurality of stirring blades protruding from the rear surface portion of the outer cutter 12A, and 54 is a plurality of stirring blades protruding from the front surface portion of the bulkhead 11.

このように構成されるため、泥土圧シールド掘削機による掘削にあたっては、先ず、全ての推進ジャッキ４７が縮んだ初期位置（図１の状態）で、駆動モータ２２及び３７を駆動してカッタヘッド１２を回転させる。つまり、外周カッタ１２Ａと内周カッタ１２Ｂを伴に回転させるのである。 Because of this configuration, when excavating with the mud pressure shield excavator, first, the drive motors 22 and 37 are driven to drive the cutter head 12 at the initial position (state shown in FIG. 1) in which all the propulsion jacks 47 are contracted. Rotate. That is, the outer cutter 12A and the inner cutter 12B are rotated together.

次に、前記状態から全て又は任意の推進ジャッキ４７を伸ばして掘削機本体１０を１ストローク推進（前進）させる。この際、推進反力は既設セグメントＳで受ける。そして、この推進により、カッタヘッド１２に装着された多数の各種カッタビット１６及び３０が前方の地盤を掘削する。掘削された土砂は、外周カッタ１２Ａにおいてはカッタスポーク１３間に開口された土砂取込み口５５Ａから、また、内周カッタ１２Ｂにおいてはカッタスポーク２９間に開口された土砂取込み口５５Ｂからそれぞれチャンバ３３内取り込まれ、このチャンバ３３内からスクリューコンベヤ４４等によって外部に排出される。 Next, all or arbitrary propulsion jacks 47 are extended from the above state, and the excavator body 10 is propelled (moved forward) by one stroke. At this time, the propulsion reaction force is received by the existing segment S. By this propulsion, the various cutter bits 16 and 30 attached to the cutter head 12 excavate the ground in front. The excavated earth and sand are contained in the chamber 33 from the earth and sand intake 55A opened between the cutter porks 13 in the outer cutter 12A and from the earth and sand intake 55B opened between the cutter porks 29 in the inner cutter 12B, respectively. It is taken in and discharged from the chamber 33 to the outside by a screw conveyor 44 or the like.

次に、カッタヘッド１２の旋回を止めた状態で、推進ジャッキ４７を部分的に順次縮めてエレクタ４９及びセグメントアジャスタ５１によりセグメントＳを組み立てると共にその真円保持を行う。以降、前述した工程を繰り返して、所定長さのトンネルを掘削・形成していく。 Next, with the cutter head 12 stopped turning, the propulsion jack 47 is partially contracted sequentially to assemble the segment S by the erector 49 and the segment adjuster 51 and to hold the perfect circle. Thereafter, the above-described steps are repeated to excavate and form a tunnel having a predetermined length.

そして、上記一連の掘進下において、外周カッタ１２Ａの突出状態にあるコピーカッタ１８によりトンネルの余掘りが可能となっていると共に、内周カッタ１２Ｂの突出状態にあるコピーカッタ３２により内周カッタ１２Ｂの外周と外周カッタ１２Ａの内周との隙間が掘削可能となっているので掘削効率が高められる。 Under the above-described series of excavations, the tunnel can be dug by the copy cutter 18 in the protruding state of the outer cutter 12A, and the inner cutter 12B by the copy cutter 32 in the protruding state of the inner cutter 12B. Since the gap between the outer periphery of the outer periphery and the inner periphery of the outer cutter 12A can be excavated, the excavation efficiency is improved.

また、内周カッタ１２Ｂにおけるカッタスポーク２９の後面部には複数本の撹拌翼３４が取着されているので、筒状フレーム５８による撹拌効果と相俟って、チャンバ３３内における内周カッタ１２Ｂ付近の土砂の流動性及び泥土化が向上し、内周カッタ１２Ｂにおける前述した土砂取込み口５５Ｂからの土砂の取込み性が一段と向上する。これによって、アジテータ及びこれの駆動モータ等を用いないで済む。 Further, since a plurality of stirring blades 34 are attached to the rear surface portion of the cutter pork 29 in the inner peripheral cutter 12B, coupled with the stirring effect by the cylindrical frame 58, the inner peripheral cutter 12B in the chamber 33 is provided. The fluidity and mudification of nearby earth and sand are improved, and the earth and sand uptake from the earth and sand intake 55B in the inner cutter 12B is further improved. This eliminates the use of an agitator and its drive motor.

また、内周カッタ１２Ｂの回転軸２５上に嵌装された外周カッタ用ロータリジョイント２６の外周から放射状に延出した複数本の筒状フレーム５８を外周カッタ１２Ａの複数本のカッタスポーク１３にそれぞれ接続して該筒状フレーム５８内に少なくとも加泥剤の供給配管を通したので、外周カッタ１２Ａの各カッタスポーク１３における効果的な位置から加泥剤を切羽やチャンバ３３内に供給でき、効率良く泥土化が図れる。これにより、大断面のトンネルを掘削するのに好適となる。 Further, a plurality of cylindrical frames 58 extending radially from the outer periphery of the rotary cutter rotary joint 26 fitted on the rotary shaft 25 of the inner peripheral cutter 12B are respectively attached to the plurality of cutter spokes 13 of the outer cutter 12A. Since it is connected and at least the sludge supplying pipe is passed through the cylindrical frame 58, it can be supplied to the face and the chamber 33 from the effective position of each cutter pork 13 of the outer cutter 12A. It can be well mud. This is suitable for excavating a tunnel having a large cross section.

また、万が一、内周カッタ１２Ｂの駆動系が故障して回転不能になった場合は、先ず、コピーカッタ３２を一旦縮めた後、図４に示すように、スライドジャッキ４１を収縮して内周カッタ１２Ｂを外周カッタ１２Ａと面一になるまで後退させる。その後、外周カッタ１２Ａを回転させて、所定の回転位相合せ手段により、外周カッタ１２Ａの内周面（厳密にはカッタスポーク１３の内端面）に形成した係合孔５７が前記コピーカッタ３２と位相が一致したら、コピーカッタ３２を再び突出させて前記係合孔５７に挿入すれば、内周カッタ１２Ｂと外周カッタ１２Ａが連結される。これにより、内周カッタ１２Ｂと外周カッタ１２Ａは外周カッタ駆動用の駆動モータ２２により一体回転され、内周カッタ１２Ｂの空転等が未然に回避される。 If the drive system of the inner cutter 12B fails and cannot rotate, the copy cutter 32 is first shrunk and then the slide jack 41 is shrunk and the inner cutter 12 is shrunk as shown in FIG. The cutter 12B is retracted until it is flush with the outer cutter 12A. Thereafter, the outer cutter 12A is rotated, and the engagement hole 57 formed in the inner peripheral surface of the outer cutter 12A (strictly, the inner end surface of the cutter pork 13) is phased with the copy cutter 32 by a predetermined rotational phase adjusting means. If the two coincide with each other, the inner cutter 12B and the outer cutter 12A are connected by projecting the copy cutter 32 again and inserting it into the engagement hole 57. Thus, the inner cutter 12B and the outer cutter 12A are integrally rotated by the drive motor 22 for driving the outer cutter, and the idling of the inner cutter 12B is avoided in advance.

また、内周カッタ１２Ｂを前方へスライドさせた状態の仮壁掘進時等において、大きな推進力が内周カッタ１２Ｂに過負荷した場合は、これをスライドジャッキ４１のストロークセンサや油圧センサ等で検知して、内周カッタ１２Ａをスライドジャッキ４１の収縮により後方へスライドさせるので、内周カッタ１２Ｂの過負荷を効果的に吸収することができ、内周カッタ１２Ｂの破損等を未然に回避できる。この際、コピーカッタ３２を突出させた状態のまま外周カッタ１２Ａの直前まで後退させても良いし、コピーカッタ３２を縮めた状態のまま内周カッタ１２Ｂを外周カッタ１２Ａと面一になるまで後退させても良い。 In addition, when a large propulsive force overloads the inner peripheral cutter 12B during a temporary wall excavation with the inner peripheral cutter 12B slid forward, this is detected by a stroke sensor or a hydraulic sensor of the slide jack 41. Then, since the inner peripheral cutter 12A is slid rearward by contraction of the slide jack 41, the overload of the inner peripheral cutter 12B can be effectively absorbed, and damage to the inner peripheral cutter 12B can be avoided in advance. At this time, the copy cutter 32 may be retracted to just before the outer cutter 12A, or the inner cutter 12B may be retracted to be flush with the outer cutter 12A while the copy cutter 32 is contracted. You may let them.

また、内周カッタ１２Ｂを前方へスライドさせた状態では、芯抜き効果と加泥剤撹拌向上効果により高速掘進時のトルク低減が図れる一方、内周カッタ１２Ｂを後方へスライドさせた状態では、立坑組立時の機長短縮が図れるという利点も得られる。 Further, in the state where the inner peripheral cutter 12B is slid forward, the torque reduction during high-speed excavation can be achieved by the centering effect and the effect of improving the agitation agent stirring, while in the state where the inner peripheral cutter 12B is slid rearward, the shaft There is also an advantage that the length of the machine during assembly can be shortened.

そして、本実施例では、内周カッタ１２Ｂと外周カッタ１２Ａを各々独立した駆動モータ２２，３７で回転させるので、特許文献１のように差動歯車機構や内，外周の爪車等からなる回転動力伝達手段を用いる場合と比べ、駆動系の簡略化により信頼性を高められると共にコストダウンが図れる。 In this embodiment, the inner cutter 12B and the outer cutter 12A are rotated by independent drive motors 22 and 37, respectively. Therefore, as in Patent Document 1, the rotation is made up of a differential gear mechanism, inner and outer claw wheels, and the like. Compared with the case of using the power transmission means, the simplification of the drive system can increase the reliability and reduce the cost.

また、内周カッタ１２Ｂの回転速度を外周カッタ１２Ａの回転速度如何に拘わらず任意に上昇させられるので、例えばφ１６ｍの大口径のカッタヘッド１２であっても、掘削効率や撹拌効率を高められ、カッタ全体のカッタトルクや電力量の低減が図れるという利点もある。 Further, since the rotational speed of the inner cutter 12B can be arbitrarily increased regardless of the rotational speed of the outer cutter 12A, even with a cutter head 12 having a large diameter of, for example, φ16 m, the excavation efficiency and the stirring efficiency can be improved. There is also an advantage that the cutter torque and electric energy of the entire cutter can be reduced.

また、内周カッタ１２Ｂと外周カッタ１２Ａは伴にバルクヘッド１１に各々独立して支持されるので、特許文献１及び２のように内周カッタ部が外周カッタ部に内装されて個別駆動される場合と比べ、外周カッタ１２Ａの駆動モータ２２の負荷が、内周カッタ部の重量分だけ軽減できる利点もある。 Further, since the inner cutter 12B and the outer cutter 12A are independently supported by the bulkhead 11, the inner cutter is housed in the outer cutter as in Patent Documents 1 and 2, and individually driven. Compared to the case, there is an advantage that the load of the drive motor 22 of the outer cutter 12A can be reduced by the weight of the inner cutter.

また、図５に示すように、撹拌機能を有する複数本の筒状フレーム５８をロータリジョイント２６の前後方向中間部からそれぞれ延出して、これらの筒状フレーム５８の外周に複数本の撹拌翼５８ａを取着して、撹拌機能をより一層高めるのも好適である。この場合、筒状フレーム５８の形状、材質、剛性、強度等を考慮する必要がある。また、筒状フレーム５８の形状は、略Ｌ字状に限らず、直線形状や円弧状であっても良い。 Further, as shown in FIG. 5, a plurality of cylindrical frames 58 having a stirring function are respectively extended from the front-rear direction intermediate portion of the rotary joint 26, and a plurality of stirring blades 58 a are provided on the outer periphery of these cylindrical frames 58. It is also suitable to attach and further enhance the stirring function. In this case, it is necessary to consider the shape, material, rigidity, strength, etc. of the cylindrical frame 58. The shape of the cylindrical frame 58 is not limited to a substantially L shape, and may be a linear shape or an arc shape.

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、カッタスポーク１３，２９及びコピーカッタ１８，３２の本数変更等各種変更が可能であることはいうまでもない。また、本発明は面盤を有するカッタヘッドにも適用することができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications such as changing the number of the cut spokes 13 and 29 and the copy cutters 18 and 32 are possible without departing from the gist of the present invention. . The present invention can also be applied to a cutter head having a face plate.

本発明に係るトンネル掘削機は、カッタヘッド内周部の切削性の向上や泥土化を効果的に図ることができるので、大断面のトンネルを掘削する泥土圧シールド掘削機に用いて好適である。 The tunnel excavator according to the present invention can be effectively used for a mud pressure shield excavator for excavating a tunnel with a large cross section because it can effectively improve the machinability of the inner periphery of the cutter head and make mud. .

１０掘削機本体
１１バルクヘッド
１２カッタヘッド
１２Ａ外周カッタ
１２Ｂ内周カッタ
１３カッタスポーク
１４中間リング
１５外周リング
１６各種カッタビット
１７油圧ジャッキ
１８コピーカッタ
１９中間ビーム
２０カッタドラム
２１ベアリング
２１ａリングギア部
２２駆動モータ（回転駆動手段）
２３駆動ギア
２４ベアリングハウジング
２５回転軸
２６外周カッタ用ロータリジョイント
２７筒部
２８フィッシュテールカッタ
２９カッタスポーク
２９ａ外周リング
３０各種カッタビット
３１油圧ジャッキ
３２コピーカッタ
３３チャンバ
３４撹拌翼
３５カッタドラム
３６ベアリング
３６ａリングギア部
３７駆動モータ（回転駆動手段）
３８駆動ギア
３９ベアリングハウジング
４０支持筒部
４１スライドジャッキ
４２内周カッタ用ロータリジョイント
４３加泥注入口
４４スクリューコンベヤ
４４ａ円筒管
４４ｂ駆動モータ
４４ｃスクリュー翼
４５ジャッキ
４６ゲート
４７推進ジャッキ
４８テールシール
４９エレクタ
５０後方張出台
５１セグメントアジャスタ
５２旋回式組立足場
５３撹拌翼
５４撹拌翼
５５Ａ土砂取込み口
５５Ｂ土砂取込み口
５６リングガータ
５７係合孔
５８筒状フレーム
５８ａ撹拌翼
５９円盤状フレーム
７０支持部材
Ｓセグメント DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Excavator body 11 Bulk head 12 Cutter head 12A Outer cutter 12B Inner cutter 13 Katspoke 14 Intermediate ring 15 Outer ring 16 Various cutter bits 17 Hydraulic jack 18 Copy cutter 19 Intermediate beam 20 Cutter drum 21 Bearing 21a Ring gear portion 22 Drive Motor (rotational drive means)
23 Drive gear 24 Bearing housing 25 Rotating shaft 26 Rotary joint for outer cutter 27 Tubular portion 28 Fish tail cutter 29 Katspoke 29a Outer ring 30 Various cutter bits 31 Hydraulic jack 32 Copy cutter 33 Chamber 34 Stirring blade 35 Cutter drum 36 Bearing 36a Ring Gear unit 37 Drive motor (rotation drive means)
38 Drive gear 39 Bearing housing 40 Support cylinder 41 Slide jack 42 Rotary joint 43 for inner peripheral cutter Mud inlet 44 Screw conveyor 44a Cylindrical tube 44b Drive motor 44c Screw blade 45 Jack 46 Gate 47 Propulsion jack 48 Tail seal 49 Elector 50 Back extension stand 51 Segment adjuster 52 Swivel assembly scaffold 53 Stirring blade 54 Stirring blade 55A Sediment intake port 55B Sediment intake port 56 Ring gutter 57 Engaging hole 58 Cylindrical frame 58a Stirring blade 59 Disc-shaped frame 70 Support member S Segment

Claims

In the tunnel excavator that supports the cutter head rotatably at the front of the excavator body,
The cutter head is divided into an inner peripheral cutter and an outer peripheral cutter, and each cutter head is provided so as to be rotatable by independent rotation driving means,
A rotary joint for an outer peripheral cutter is fitted in the chamber on a rotation axis of an inner peripheral cutter passing through the chamber defined by the cutter head and a bulkhead provided behind the cutter head ,
Connecting a plurality of cylindrical frames radially extending from the outer periphery of the outer cutter rotary joint, respectively, to a plurality of cutter spokes of the outer cutter extending radially from the periphery of the inner cutter ;
A tunnel excavator characterized in that piping and wiring provided in the cylindrical frame are passed through the bulkhead via the rotary cutter rotary joint .

The tunnel excavator according to claim 1, wherein a plurality of stirring blades for stirring the earth and sand taken into the chamber are attached to the outer periphery of the cylindrical frame.

The tunnel excavator according to claim 1 or 2, wherein the inner cutter is provided to be slidable in the front-rear direction.

4. The tunnel excavator according to claim 1, wherein the inner cutter and the outer cutter are each independently supported by a bulkhead that partitions a chamber behind the cutter head.

The inner cutter is provided with a plurality of cutter spokes in a radial direction from the rotating shaft, and the earth and sand excavated by a cutter bit attached to the front portion of the cutter pork is provided in a chamber from an earth intake port opened between the cutter spokes. 5. The tunnel excavation according to claim 1, wherein a plurality of stirring blades for stirring the earth and sand taken into the chamber are attached to a rear surface portion of the cutter pork. Machine.