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公開番号2025179651
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-10
出願番号2024086543
出願日2024-05-28
発明の名称トンネル掘削方法及びトンネル掘削機
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 20060101AFI20251203BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】非真円形断面のトンネルの掘削において支障物を切削する。
【解決手段】トンネル掘削方法は、第1角度センサ52及び第2角度センサ54の検出結果から取得される掘削断面内での第3軸心の位置と、負荷センサ58によって検出される第3軸心回りに回転するカッターの負荷と、に基づいて、掘削断面内での支障物の位置を特定する工程と、支障物を掘削する工程と、を含む。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
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、を備えるトンネル掘削機によってトンネルを掘削するトンネル掘削方法であって、
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、
前記カッターを前記第３軸心回りに回転させる第３駆動手段と、
前記第１軸心に対する前記第２軸心の回転位置を検出する第１検出部と、
前記第２軸心に対する前記第３軸心の回転位置を検出する第２検出部と、
前記カッターの負荷を検出する負荷検出部と、を有し、
前記トンネル掘削方法は、
前記第１検出部及び前記第２検出部の検出結果から取得される掘削断面内での前記第３軸心の位置と、前記負荷検出部によって検出される前記第３軸心回りに回転する前記カッターの負荷と、に基づいて、前記掘削断面内での支障物の位置を特定する工程と、
位置が特定された前記支障物を掘削する工程と、を含む、
トンネル掘削方法。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
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、を備えるトンネル掘削機によってトンネルを掘削するトンネル掘削方法であって、
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、
前記トンネル掘削方法は、
掘削外縁が非真円形の掘削断面を形成する掘削軌跡に沿って前記カッターを移動させて前記地山を掘削する工程と、
前記掘削断面内の支障物を切削する工程と、を含み、
前記支障物を切削する工程では、少なくとも一部が前記掘削軌跡の内側を通る内側軌跡に沿って前記カッターを移動させて前記支障物を切削する、
トンネル掘削方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトンネル掘削方法であって、
前記トンネル掘削機は、
前記掘削部を前記地山に向けて前進させる推進装置と、
前記胴体内に設けられ、前記トンネルの軸方向において前記掘削部に対向して配置される隔壁と、
前記胴体及び前記隔壁により区画され、前記掘削部により掘削された土砂が流入するカッターチャンバと、
前記カッターチャンバ内から土砂を取り出して排出する排出機構と、をさらに備え、
前記支障物を切削する工程では、前記支障物の位置が特定されると、前記掘削部の前進速度を低下させると共に前記排出機構による土砂の排出量を低下させて、前記支障物を切削する、
トンネル掘削方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のトンネル掘削方法であって、
前記支障物の位置を含む前記掘削断面の所定範囲で前記カッターを往復動させて前記支障物を切削する工程を含む、
トンネル掘削方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載のトンネル掘削方法であって、
前記カッターは、
前記第１軸心と垂直な面である進行方向前面を掘削可能な前方掘削部と、
前記第１軸心に対して前記前方掘削部の周囲に設けられ前記進行方向前面に対して傾斜する傾斜面を掘削可能な側方掘削部と、を有し、
前記トンネル掘削方法は、
前記カッターの前記側方掘削部によって前記支障物を切削する工程を含む、
トンネル掘削方法。
【請求項６】
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、
前記カッターを前記第３軸心回りに回転させる第３駆動手段と、
前記第１軸心に対する前記第２軸心の回転位置を検出する第１検出部と、
前記第２軸心に対する前記第３軸心の回転位置を検出する第２検出部と、
前記カッターの負荷を検出する負荷検出部と、を有し、
前記制御部は、
前記第１検出部及び前記第２検出部の検出結果から取得される掘削断面内での前記第３軸心の位置と、前記負荷検出部によって検出される前記第３軸心回りに回転する前記カッターの負荷と、に基づいて、前記掘削断面内での支障物の位置を特定する、
トンネル掘削機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削方法及びトンネル掘削機に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、支障物切削を行うトンネル掘削機が開示されている。このトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体の前胴にカッターヘッドを回転自在に支持し、該カッターヘッドの先細りの円錐状に傾斜した第１～第４カッタースポークに複数の土砂用切削ビットと複数の支障物切削ビットを設けると共に第１～第４カッター面板に支障物切削ビットを多数設ける構成を備えている。
【０００３】
ここでいう「支障物」とは、地盤の中（地中）に埋設されて地盤の掘削の障害となるもののことであり、例えば、鋼製、コンクリート製などの材質で形成される管渠、電路管、土留め壁（鋼矢板）等の人工物である。また、「支障物切削」とは、トンネル掘削機の掘削物としてトンネル掘削機から排出可能な程度の大きさに支障物を切削することを言う。
【０００４】
また、特許文献２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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１０－１９６３８６号公報
特開２００７－０３９９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されるトンネル掘削機では、カッターヘッドを回転させることで地山と共に支障物が切削され、カッターヘッドの外径に対応した円形断面の掘削坑が形成される。このように、円形断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機において、支障物を切削する方法は従来知られている。
【０００７】
一方、特許文献２には、非真円形断面のトンネルを掘削する場合において支障物を適切に切削する方法は開示されていない。特許文献２に開示される非真円形断面をトンネル掘削する場合にも、支障物を適切に切削する方法が望まれている。
【０００８】
本発明は、非真円形断面のトンネルの掘削において支障物を切削することが可能なトンネル掘削方法及び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】
【０００９】
本発明のある態様によれば、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、を備えるトンネル掘削機によってトンネルを掘削するトンネル掘削方法では、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、カッターを第３軸心回りに回転させる第３駆動手段と、第１軸心に対する第２軸心の回転位置を検出する第１検出部と、第２軸心に対する第３軸心の回転位置を検出する第２検出部と、カッターの負荷を検出する負荷検出部と、を有し、トンネル掘削方法は、第１検出部及び第２検出部の検出結果から取得される掘削断面内での第３軸心の位置と、負荷検出部によって検出される第３軸心回りに回転するカッターの負荷と、に基づいて、掘削断面内での支障物の位置を特定する工程と、位置が特定された支障物を掘削する工程と、を含む。
【００１０】
また、本発明のある態様によれば、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、を備えるトンネル掘削機によってトンネルを掘削するトンネル掘削方法では、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、トンネル掘削方法は、掘削外縁が非真円形の掘削断面を形成する掘削軌跡に沿ってカッターを移動させて地山を掘削する工程と、掘削断面内の支障物を切削する工程と、を含み、支障物を切削する工程では、少なくとも一部が掘削軌跡の内側を通る内側軌跡に沿ってカッターを移動させて前記支障物を切削する。
（【００１１】以降は省略されています）

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