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公開番号2025130491
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2024027683
出願日2024-02-27
発明の名称トンネル掘削機
出願人鹿島建設株式会社,地中空間開発株式会社
代理人弁理士法人後藤特許事務所
主分類E21D 9/08 20060101AFI20250901BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】切羽土圧を適切に制御することが可能なトンネル掘削機を提供する。
【解決手段】トンネル掘削機の掘削部20は、第1軸心O1回りに回転可能に構成される回転体21と、回転体21を第1軸心O1回りに回転させる第1駆動手段30と、第1軸心O1から離隔した位置にある第2軸心O2において回転可能に回転体21に支持されるフレーム23と、フレーム23を第2軸心O2回りに回転させる第2駆動手段32と、第2軸心O2から離隔した位置にある第3軸心O3において回転可能にフレーム23に支持されるカッター25と、を有し、第1軸心O1に対する第3軸心O3の平均角速度が、第1軸心O1と所定の特定点Psとを通る特定線Lsを含み所定の角度範囲にある変化領域よりも、特定線Lsを含まない角度範囲にある一定領域の方が大きくなるように制御される。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
トンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
地山の内壁を支持可能な胴体と、
前記胴体に装着され前記地山を掘削する掘削部と、
前記掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記掘削部は、
前記トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、
前記第１部材を前記第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、
前記第１軸心と平行であって前記第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に前記第１部材に支持される第２部材と、
前記第２部材を前記第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、
前記第２軸心と平行であって前記第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に前記第２部材に支持されるカッターと、を有し、
前記制御部は、前記トンネルの軸に垂直な断面上に前記カッターの掘削外縁が矩形の掘削断面を形成するように前記掘削部の作動を制御し、
前記掘削断面のうち、前記第１軸心を通り水平方向に延びる軸心水平線と前記第１軸心を通り前記水平方向及び前記トンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる軸心垂直線とによって分割される四半領域において、前記第１軸心に対する前記第３軸心の平均角速度が、前記第１軸心と所定の特定点とを通る特定線を含み所定の角度範囲にある変化領域よりも、前記特定線を含まない角度範囲にある一定領域の方が大きくなるように、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の作動を制御するように構成され、
前記特定点は、前記四半領域内の前記掘削断面の外縁において前記第１軸心から前記水平方向に最も離間した位置を通り前記垂直方向に延びる垂直仮想線と、前記第１軸心から前記垂直方向に最も離間した位置を通り前記水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定される、
トンネル掘削機。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載のトンネル掘削機であって、
前記変化領域は、３５°以上５５°以下の角度範囲である、
トンネル掘削機。
【請求項３】
トンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
地山の内壁を支持可能な胴体と、
前記胴体に装着され前記地山を掘削する掘削部と、
前記掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記掘削部は、
前記トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、
前記第１部材を前記第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、
前記第１軸心と平行であって前記第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に前記第１部材に支持される第２部材と、
前記第２部材を前記第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、
前記第２軸心と平行であって前記第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に前記第２部材に支持されるカッターと、を有し、
前記制御部は、前記トンネルの軸に垂直な断面上に前記カッターの掘削外縁が長方形の掘削断面を形成するように前記掘削部の作動を制御し、
前記掘削断面のうち、前記第１軸心を通り水平方向に延びる軸心水平線と前記第１軸心を通り前記水平方向及び前記トンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる軸心垂直線とによって分割される四半領域において、前記第１軸心に対する前記第３軸心の平均角速度が、前記第１軸心と所定の特定点とを通る特定線を境界として前記長方形の短辺に相当する領域を移動する平均角速度よりも、長辺に相当する領域を移動する平均角速度が大きくなるように、前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の作動を制御するように構成され、
前記特定点は、前記四半領域内の前記掘削断面の外縁において前記第１軸心から前記水平方向に最も離間した位置を通り前記垂直方向に延びる垂直仮想線と、前記第１軸心から前記垂直方向に最も離間した位置を通り前記水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定される、
トンネル掘削機。
【請求項４】
トンネルを掘削するトンネル掘削機であって、
地山の内壁を支持可能な胴体と、
前記胴体に装着され前記地山を掘削する第１掘削部及び第２掘削部と、
前記第１掘削部及び前記第２掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、
前記第１掘削部及び前記第２掘削部は、
前記トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、
前記第１部材を前記第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、
前記第１軸心と平行であって前記第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に前記第１部材に支持される第２部材と、
前記第２部材を前記第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、
前記第２軸心と平行であって前記第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に前記第２部材に支持されるカッターと、をそれぞれ有し、
前記第１掘削部と前記第２掘削部とは、それぞれの前記第１軸心が互いに水平方向に離間するように設けられ、
前記トンネルの軸に垂直な前記トンネルの掘削断面は、前記第１掘削部の前記第１軸心と前記第２掘削部の前記第１軸心との間における水平方向の中央点を通り前記水平方向及び前記トンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる中央垂直線によって、前記第１掘削部によって掘削可能な第１掘削断面と前記第２掘削部によって掘削可能な第２掘削断面とに分けられ、
前記制御部は、
前記トンネルの軸に垂直な断面上において矩形の前記第１掘削断面及び前記第２掘削断面を形成するように前記第１掘削部及び前記第２掘削部の作動を制御し、
前記第１掘削部の前記第１軸心を通り前記水平方向に延びる軸心水平線によって前記第１掘削断面を分割した半断面領域において、前記第１掘削部の前記第１軸心に対する前記第３軸心の平均角速度が、当該第１軸心と所定の外側特定点とを通る外側特定線と前記軸心水平線との間の外側領域よりも、前記第１軸心と所定の中央側特定点を通る中央側特定線と前記軸心水平線との間の中央側領域の方が大きくなるように、前記第１掘削部の前記第１駆動手段及び前記第２駆動手段の作動を制御するように構成され、
前記外側特定点は、前記第１掘削断面の前記半断面領域の外縁において、前記第１掘削部の前記第１軸心から前記第２掘削部の前記第１軸心とは反対側へ前記水平方向に最も離間した位置を通り前記垂直方向に延びる垂直仮想線と、前記第１軸心から前記垂直方向に最も離間した位置を通り前記水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定され、
前記中央側特定点は、前記水平仮想線と前記中央垂直線と、の交点として設定され、
前記第１軸心と前記中央垂直線までの距離は、前記第１軸心と前記垂直仮想線までの距離よりも短い、
トンネル掘削機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非真円形の断面形状を掘削可能なシールド掘進機が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、シールド掘進機のチャンバ内の土圧を土圧計で測定し、その測定土圧と目標値との偏差を求め、スクリューコンベヤを一定回転させつつ該スクリューコンベヤに連結された圧送ポンプの駆動速度を偏差に応じて制御して単位時間当たりの圧送排土量を調整することにより、切羽土圧を制御するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－０３９９７６号公報
特開平５－３３２０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されるように、トンネル掘削機（シールド掘進機）では、安定して切羽を掘削するために、切羽土圧を適切に制御することが望まれる。一般的な、回転式カッターのシールド掘進機では、掘削土量（単位時間あたりの掘削土量）はシールドジャッキの伸長量（単位時間当たりの伸長量）に比例し、カッターの回転速度や回転位置によって変化しない。したがって、このようなシールド掘進機の掘削量はシールドジャッキを制御することで可能となる。切羽土圧の適切に制御することは、特許文献１に開示されるような非真円形の断面形状を有するトンネルの掘削においても求められる。
【０００６】
本発明は、切羽土圧を適切に制御することが可能なトンネル掘削機を提供することを目的とする。より具体的には、カッターの回転位置等によって掘削土量が大きく変化しない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】
本発明のある態様によれば、トンネルを掘削するトンネル掘削機は、地山の内壁を支持可能な胴体と、胴体に装着され地山を掘削する掘削部と、掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、掘削部は、トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、第１部材を第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、第１軸心と平行であって第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に第１部材に支持される第２部材と、第２部材を第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、第２軸心と平行であって第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に第２部材に支持されるカッターと、を有し、制御部は、前記トンネルの軸に垂直な断面上にカッターの掘削外縁が矩形の掘削断面を形成し、掘削断面のうち、第１軸心を通り水平方向に延びる軸心水平線と第１軸心を通り水平方向及びトンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる軸心垂直線とによって分割される四半領域において、第１軸心に対する第３軸心の平均角速度が、第１軸心と所定の特定点とを通る特定線を含み所定の角度範囲にある変化領域よりも、特定線を含まない角度範囲にある一定領域の方が大きくなるように、第１駆動手段及び第２駆動手段の作動を制御するように構成され、特定点は、四半領域内の掘削断面の外縁において第１軸心から水平方向に最も離間した位置を通り垂直方向に延びる垂直仮想線と、第１軸心から垂直方向に最も離間した位置を通り水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定される。
【０００８】
本発明のある態様によれば、トンネルを掘削するトンネル掘削機は、地山の内壁を支持可能な胴体と、胴体に装着され地山を掘削する掘削部と、掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、掘削部は、トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、第１部材を前記第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、第１軸心と平行であって第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に第１部材に支持される第２部材と、第２部材を第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、第２軸心と平行であって第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に第２部材に支持されるカッターと、を有し、制御部は、前記トンネルの軸に垂直な断面上にカッターの掘削外縁が長方形の掘削断面を形成し、前記掘削断面のうち、第１軸心を通り水平方向に延びる軸心水平線と第１軸心を通り水平方向及びトンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる軸心垂直線とによって分割される四半領域において、第１軸心に対する第３軸心の平均角速度が、第１軸心と所定の特定点とを通る特定線を境界として長方形の短辺に相当する領域を移動する平均角速度よりも、長辺に相当する領域を移動する平均角速度が大きくなるように、第１駆動手段及び第２駆動手段の作動を制御するように構成され、特定点は、四半領域内の掘削断面の外縁において第１軸心から水平方向に最も離間した位置を通り垂直方向に延びる垂直仮想線と、第１軸心から垂直方向に最も離間した位置を通り水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定される。
【０００９】
本発明のある態様によれば、トンネルを掘削するトンネル掘削機は、トンネルを掘削するトンネル掘削機であって、地山の内壁を支持可能な胴体と、胴体に装着され地山を掘削する第１掘削部及び第２掘削部と、第１掘削部及び第２掘削部の作動を制御する制御部と、を備え、第１掘削部及び第２掘削部は、トンネルの軸に平行な第１軸心回りに回転可能に構成される第１部材と、第１部材を第１軸心回りに回転させる第１駆動手段と、第１軸心と平行であって第１軸心から離隔した位置にある第２軸心において回転可能に第１部材に支持される第２部材と、第２部材を第２軸心回りに回転させる第２駆動手段と、第２軸心と平行であって第２軸心から離隔した位置にある第３軸心において回転可能に第２部材に支持されるカッターと、をそれぞれ有し、第１掘削部と第２掘削部とは、それぞれの第１軸心が互いに水平方向に離間するように設けられ、トンネルの軸に垂直なトンネルの掘削断面は、第１掘削部の第１軸心と第２掘削部の第１軸心との間における水平方向の中央点を通り水平方向及びトンネルの軸に垂直な垂直方向に延びる中央垂直線によって、第１掘削部によって掘削可能な第１掘削断面と第２掘削部によって掘削可能な第２掘削断面とに分けられ、制御部は、トンネルの軸に垂直な断面上において矩形の第１掘削断面及び第２掘削断面を形成するように第１掘削部及び第２掘削部の作動を制御し、１掘削部の第１軸心を通り水平方向に延びる軸心水平線によって第１掘削断面を分割した半断面領域において、第１掘削部の第１軸心に対する第３軸心の平均角速度が、当該第１軸心と所定の外側特定点とを通る外側特定線と軸心水平線との間の外側領域よりも、第１軸心と所定の中央側特定点を通る中央側特定線と軸心水平線との間の中央側領域の方が大きくなるように、第１掘削部の第１駆動手段及び第２駆動手段の作動を制御するように構成され、外側特定点は、第１掘削断面の半断面領域の外縁において、第１掘削部の第１軸心から第２掘削部の第１軸心とは反対側へ水平方向に最も離間した位置を通り垂直方向に延びる垂直仮想線と、第１軸心から垂直方向に最も離間した位置を通り水平方向に延びる水平仮想線と、の交点として設定され、中央側特定点は、水平仮想線と中央垂直線と、の交点として設定され、第１軸心と中央垂直線までの距離は、第１軸心と垂直仮想線までの距離よりも短い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トンネルの掘削における切羽土圧を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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