JP2001182482A - 礫用シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】地中に下水道管等を構築するための推進工法に
おいて、礫用シールド掘進機が粘土地盤に遭遇した場合
にもチャンバ内で粘土が閉塞することなく、効率良く推
進施工が行える礫用シールド掘進機を提供する。 【解決手段】シールド掘進機の先端に回転自在に設置さ
れたカッタ面板３と、前記シールド掘進機の外殻内側に
配置され、前記カッタ面板の後方から内径が後方に向か
って小さくなる円錐状のコーンガイド４と、前記コーン
ガイドの内側で前記カッタ面板の後方に回転自在に配置
され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナ
ーコーン６と、前記コーンガイドの内周面とインナーコ
ーンの外周面との少なくとも何れか一方に、所定の間隔
をあけて内周面や外周面に対して鉛直な方向に複数個の
伸縮手段７を備えた礫用シールド掘進機である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粘土地盤において
チャンバー内の閉塞を解除するための礫用シールド掘進
機に関するものである。

【０００２】

【従来技術】シールド掘進機は、推進工法などの各種の
トンネル工事に利用されている。推進工法は、シールド
掘進機の後端に推進管を順次接続して、シールド掘進機
の推進と同時に推進管を地中に埋設していく方法で、下
水道管路やガス管路、地中電力管路の施工に多く採用さ
れている。通常のシールド掘進機の構造は、先端に複数
個の切削ビットを装備したカッタ面板を回転させて、切
羽を切削しながら前進させてトンネル孔を形成させる。
カッタ面板で掘削された掘削土はカッタ面板に設けた取
込口よりシールド掘進機内に取り込まれ、後方に連結し
た推進管内を通して流体輸送などで立坑外に搬出され
る。

【０００３】土質条件が礫地盤の場合は、大きな礫が流
体輸送などの配管内で閉塞するため、前記したシールド
掘進機の外殻内側に、内径が後方に向かって小さくなる
円錐状のコーンガイドを設け、コーンガイドの内側に外
径が後方に向かって大きくなるインナーコーンを回転自
在に設けることによって、後端で前記コーンガイドとの
間に狭小な破砕空間を構成し、大きな礫を前記破砕空間
で破砕する機構となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】礫破砕用のコーンガイ
ドとインナーコーンを装備することによって、礫地盤の
推進施工でも効率良く礫の破砕が行え、流体輸送などの
配管内で礫が詰まることもなく、良好な推進施工が行え
るようになった。しかし、通常は地中の土質が均一なこ
とは少なく、礫層から粘土層へと変化することが時々発
生する。特に推進距離が長くなるにつれて互層の確率は
大きくなってくる。このように土質が粘土に変化した場
合には、カッタ面板の取込口から取り込まれた掘削粘土
は、徐々に狭くなっていくコーンガイドとインナーコー
ンの破砕空間で圧密されてチャンバー内に充満した状態
となって固結し、インナーコーンが空回転した状態とな
って粘土を後方に搬送できなくなる。このため、推進力
も大きくなって推進施工が出来なくなるため、カッタ面
板やチャンバ内から圧力水を噴射して閉塞を除去する方
法が用いられているが、粘土は水を通しにくいため、圧
密固結した状態の粘土塊を崩すことが出来ず、コーンガ
イド内周面やインナーコーン外周面に水が廻るだけで、
粘土の完全な取り除きが出来ないという問題が発生して
いる。

【０００５】このため、シールド掘進機位置に中間立坑
を構築して、シールド掘進機を洗浄したり、改造する方
法が用いられているが、市街地での施工が多い推進工事
では、立地条件によっては地上からの掘削施工が出来な
いことが多いため、シールド掘進機を発進立坑内に引き
抜く方法が多く用いられている。この方法も後方の推進
管から１本づつ引き抜かなければならなく、作業が非常
に繁雑となることや無駄な多額の費用を必要とするとい
う問題がある。

【０００６】また、チャンバー内の閉塞を解除する方法
として、コーンガイドの内側に配置したインナーコーン
を前後に移動可能な機構として、インナーコーンを前方
に押し出すことによって、コーンガイドとインナーコー
ンの間の狭小な破砕空間を広くする方法が開発されてい
るが、駆動機などを含めたインナーコーン全体を前後に
稼働できる機構が必要となり、シールド掘進機の構成が
複雑となるとともに製作費用も高価となるという問題が
ある。

【０００７】このため、本発明は、土質条件が礫地盤か
ら粘土地盤に変化しても効率良く推進施工が行えるよう
に粘土閉塞を解除するための礫用シールド掘進機を提供
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、筒状
の外殻の先端にカッタ面板を備えたシールド掘進機と共
にシールド掘進機の後方に接続した推進管を推進させ
て、推進管を埋設させていく推進工法用のシールド掘進
機において、シールド掘進機の先端に回転自在に設置さ
れたカッタ面板と、前記シールド掘進機の外殻内側に配
置され、前記カッタ面板の後方から内径が後方に向かっ
て小さくなる円錐状のコーンガイドと、前記コーンガイ
ドの内側で前記カッタ面板の後方に回転自在に配置さ
れ、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナー
コーンと、前記コーンガイドの内周面とインナーコーン
の外周面との少なくとも何れか一方に、所定の間隔をあ
けて内周面や外周面に対して鉛直な方向に複数個の伸縮
手段を備えた礫用シールド掘進機である。また、筒状の
外殻の先端に切羽を掘削するカッタ面板を備えたシール
ド掘進機とともにシールド掘進機の後方に接続した推進
管を推進させて、推進管を埋設させていく推進工法用の
シールド掘進機において、シールド掘進機の先端に回転
自在に設置されたカッタ面板と、前記シールド掘進機の
外殻内側に前後に摺動可能に配置され、前記カッタ面板
の後方から内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコ
ーンガイドを有する摺動筒と、前記摺動筒の内側で前記
カッタ面板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に
向かって大きくなる円錐状のインナーコーンを備えた礫
用シールド掘進機である。

【０００９】カッタ面板の前面には、複数個の切削ビッ
トなどの掘削手段を備えているとともに、掘削した土砂
を背面側に送り込むための取込口を複数箇所備えてい
る。

【００１０】コーンガイドは、シールド掘進機の内部で
カッタ面板の後方に配置され、内径が後方に向かって小
さくなる円錐状をなし、その内側空間にカッタ面板で掘
削された土砂が送り込まれる。インナーコーンは、コー
ンガイドの内側でカッタ面板の後方に回転自在に配置さ
れ、外径が後方に向かって大きくなる円錐状をなし、後
端でコーンガイドとの間に狭小な破砕空間を有してい
る。コーンガイドやインナーコーンの形状や構造は、通
常のシールド掘進機と同様でよい。

【００１１】コーンガイドの内周面やインナーコーンの
外周面に装備される伸縮手段としては、伸縮する油圧ジ
ャッキや空気圧ジャッキなどが用いられ、粘土地盤以外
の通常の土質の場合は、縮小されてピストンの頭部がコ
ーンガイドの内周面やインナーコーンの外周面と同一と
なっているか、少し下がった状態で設置されている。粘
土地盤に遭遇すると、ジャッキが稼働され、ピストンが
コーンガイドの内周面やインナーコーンの外周面に対し
て鉛直方向に伸長して、チャンバー内に充満された掘削
粘土に突き刺さる。この状態でインナーコーンを強制回
転することによって、粘土塊は切断、攪拌されて後方へ
と送り出されていく。伸長するピストンの長さは、長い
ほど有効であるが、コーンガイドとインナーコーンとの
隙間や推進管径を考慮して決定される。伸縮手段の設置
箇所としては、インナーコーンの外周面かコーンガイド
の内周面の一方だけに設置してもよいが、両面に設置し
た方が粘土閉塞の解除には有効である。

【００１２】摺動筒は、シールド掘進機外殻の内周面に
当接するように設置され、後端に設置した油圧ジャッキ
の伸縮により前後に移動可能な機構となっている。前記
摺動筒の内面には、内径が後方に向かって小さくなる円
錐状のコーンガイドが取り付けられており、摺動等とと
もに前後に移動する。摺動筒の内側でカッタ面板の後方
に回転自在に配置され、外径が後方に向かって大きくな
る円錐状のインナーコーンが設置される。粘土地盤以外
の通常時は、後端でコーンガイドとの間に狭小な破砕空
間が形成できるように、摺動筒がカッタ面板の後方より
所定の距離をおいて設置されている。粘土地盤に遭遇す
ると、油圧ジャッキが稼働され、ピストンが伸長するこ
とによって、摺動筒が前方に移動しすることによって、
コーンガイドも前方に移動し、チャンバー内の粘土塊を
インナーコーンに押し付けることによって粘土を後方へ
と搬送する。さらに、コーンガイドが前方に移動するこ
とで狭小の破砕空間が広くなり、圧密による粘土閉塞が
防止される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
基に説明する。図１は、本発明の礫用シールド掘進機を
説明する縦断面図である。礫用シールド掘進機１は、筒
状の外殻２の先端に円盤状のカッタ面板３が設置されて
いる。カッタ面板３は、礫用シールド掘進機１の内部後
方に配置された駆動機９及び減速機を通じて回転軸８か
ら回転が伝達される。カッタ面板３の前面には、先端の
切羽地盤を切削するための切削ビットなどの切削手段を
複数個備えている。また、切削した土砂をカッタ面板の
３の背面側に送り込むための取込口を複数箇所備えてい
る。

【００１４】カッタ面板３の後方で礫用シールド掘進機
１の外殻２の内周には、内径が後方に向かって小さくな
る円錐状のコーンガイド４が設置されている。コーンガ
イド４の内側でカッタ面板３の背面には、外径が後方に
向かって大きくなる円錐状のインナーコーン６が設置さ
れている。インナーコーン６は、カッタ面板３と後方に
設けた隔壁１０の間のチャンバ５内の回転軸８に装備さ
れ、カッタ面板３とともに回転駆動する。インナーコー
ン６の後端外周とコーンガイド４の後端外周との間は、
狭小な破砕空間を形成している。

【００１５】コーンガイド４の内周面やインナーコーン
６の外周面には、前記した各面に対して鉛直方向に伸縮
可能な油圧ジャッキなどの伸縮手段７が所定の間隔を置
いて装備されている。伸縮手段７は、通常は頭部が各面
に対して同一か少し下がった状態で設置されていて、礫
の破砕時などに支障とならないよう設置されている。

【００１６】図２は、伸縮手段７を詳細に説明する断面
図である。コーンガイド４の内周面には、面に対して直
各方向に伸縮手段７の１つである油圧ジャッキがピスト
ン１４の頭部が内周面と同一になるように、固定金具１
２によってシリンダ１１が固定されている。シリンダ１
１の内部に油を送り、ピストン１４を伸縮させるための
配管材１３は、チャンバ５内に取り込まれた土砂によっ
て破損しないように、コーンガイド４内や回転軸８内を
通して配管される。

【００１７】通常の礫地盤の場合は、油圧ジャッキのピ
ストン１４は縮小されて、コーンガイド４の内周面やイ
ンナーコーン６の外周面と同一となっている。カッタ面
板３の取込口から取り込まれた土砂は、コーンガイド４
の内周面とインナーコーン６の外周面とで構成されるテ
ーパー状の空間を移動しながら、インナーコーン６の回
転にともなって攪拌破砕される。この時、隔壁１０に設
けた送泥管（図示省略）から送り込まれた泥水が攪拌混
合されることで土砂の塊が崩壊して細かくなり、より後
方への移動を容易にする。

【００１８】土質条件が礫地盤から粘土地盤に変わり、
チャンバ５内に粘土が圧密されて充満されると、推進力
が増加したり、掘削土が搬送されなくなると、伸縮手段
７である油圧ジャッキのピストン１４が伸長され、チャ
ンバ１０内に充満された粘土塊にピストン１４が突き刺
さる。そして、インナーコーン６を回転することによっ
て、ピストン１４が粘土塊を切断、攪拌して粘土の閉塞
を解除する。この時も、送泥管から送られる泥水が、粘
土の切断、攪拌効果を向上させる。インナーコーン６の
後端の狭小な破砕空間を過ぎた土砂は、隔壁１０に設け
た排泥管によって推進管内を通して立坑外へと流体輸送
される。

【００１９】また土質が、粘土地盤から礫地盤に変わっ
た場合は、伸縮手段７である油圧ジャッキのピストン１
４を縮小することによって、通常の礫地盤の推進施工が
行える。

【００２０】図３は、他の実施形態の礫用シールド掘進
機を説明する縦断面図である。礫用シールド掘進機１
は、筒状の外殻２の先端に円盤状のカッタ面板３が設置
されている。カッタ面板３は、礫用シールド掘進機１の
内部後方には位置された駆動機９及び減速機を通じて回
転軸８から回転が伝達される。カッタ面板３の前面に
は、先端の切り羽地盤を切削するための切削ビットなど
の切削手段を複数個備えている。また、切削した土砂を
カッタ面板３の背面側に送り込む為の取込口を複数箇所
備えている。

【００２１】カッタ面板３の後方で礫用シールド掘進機
１の外殻２の内周には、内周面を前後に摺動可能に配置
した筒状の摺動筒１６が設置されている。摺動筒１６の
内側には、内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコ
ーンガイド４が固設されている。摺動筒１６の後方に
は、摺動筒１６を前後に稼働させるための稼働手段１７
である油圧ジャッキなどが装備されている。摺動筒１６
の内側には、外径が後方に向かって大きくなる円錐状の
インナーコーン６が設置されている。インナーコーン６
は、カッタ面板３と後方に設けた隔壁１０の間のチャン
バ５内の回転軸８に装備され、カッタ面板３とともに回
転する。通常は摺動筒１６に設けるコーンガイド４の位
置は、インナーコーン６の後端とコーンガイド４の後端
が合うように設置され、狭小な破砕空間を形成してい
る。また、摺動筒１６は、前方に移動がができるよう
に、カッタ面板３の背面から所定の間隔をおいて設置さ
れている。

【００２２】図４は、摺動筒を詳細に説明する断面図で
ある。シールド掘進機１の外殻２の内面に内接するよう
に摺動筒１６が設けられている。摺動筒１６の後方に
は、摺動筒１６を稼働させる稼働手段１７が装備されて
いる。稼働手段１７としては、従来使用されている油圧
ジャッキや空気圧ジャッキが用いられ、摺動筒１６が前
方に稼働して、カッタ面板３の背面に当たらない長さだ
けのストロークを有していればよい。また、摺動筒１６
が回転して稼働手段１７に偏圧がかからないように、外
殻２の内面に突起１８を設けることによって回転を防止
する。

【００２３】本礫用シールド掘進機１により、通常の礫
地盤の場合は、前記した実施形態と同じでカッタ面板３
の取込口から取り込まれた土砂は、コーンガイド４の内
周面とインナーコーン６の外周面とで構成されるテーパ
ー状の空間を移動しながら、インナーコーン６の回転に
伴って攪拌破砕される。

【００２４】土質条件が礫地盤から粘土地盤に変わる
と、稼働手段１７である油圧ジャッキが伸長され、摺動
手段１６が前方へ移動と、コーンガイド４も前方に移動
し、チャンバ５内に圧密されて充満した粘土を崩壊させ
るとともに、インナーコーン６とで形成されていた後端
の狭小な破砕空間が広くなり、インナーコーン６の回転
により破砕された粘土は、広くなった破砕空間から後方
へ搬送される。

【００２５】本発明の礫用シールド掘進機１に、回転軸
８内に注入孔を設けて、カッタ面板３前面に高圧水など
を噴射する機構を設けて、カッタ面板３の粘土閉塞を防
止することによって、粘土地盤でもより効率の良い推進
施工が行える。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明の礫用シールド掘
進機により、土質が粘土地盤に変わってチャンバ内に粘
土が閉塞しても、伸縮手段のピストンを伸長してインナ
ーコーンを回転させることによって、伸縮手段を回転さ
せ、粘土塊を切断、攪拌がして閉塞を解除する。また、
粘土地盤中では、伸縮手段のピストンを伸長しておくこ
とによって、粘土が常に攪拌されているため、固まるこ
ともなく後方へと搬送され、効率の良い粘土掘進が行え
る。土質が粘土地盤から礫地盤に変わると、伸縮手段の
ピストンを縮小させるだけの操作で礫に対応でき、効率
の良い推進施工が行える。さらに、摺動筒でコーンガイ
ドを前進させることによって、チャンバ内の粘土塊を崩
壊させるとともに、コーンガイドとインナーコーンの後
端の狭小な破砕空間を、広くすることによって粘土の圧
密を防止することができ、礫及び粘土地盤のどちらでも
効率のよい推進施工が提供できる。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】伸縮手段を詳細に説明する断面図である。

【図２】シールド掘進機のカッタ面板を説明する正面図
である。

【図３】他の実施形態の礫用シールド掘進機を説明する
縦断面図である。

【図４】摺動筒を詳細に説明する断面図である。

【符号の説明】

１ 礫用シールド掘進機 ２ 外殻 ３ カッタ面板 ４ コーンガイド ５ チャンバ ６ インナーコーン ７ 伸縮手段 ８ 回転軸 ９ 駆動機 １０ 隔壁 １１ シリンダ １２ 固定金具 １３ 配管材 １４ ピストン １５ シール材 １６ 摺動手段 １７ 稼働手段 １８ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D054 AC18 BA03 CA07 CA09 DA37 DA39

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状の外殻の先端に切羽を掘削するカッタ
   面板を備えたシールド掘進機とともにシールド掘進機の
   後方に接続した推進管を推進させて、推進管を埋設させ
   いく推進工法用のシールド掘進機において、シールド掘
   進機の先端に回転自在に設置されたカッタ面板と、前記
   シールド掘進機の外殻内側に配置され、前記カッタ面板
   の後方から内径が後方に向かって小さくなる円錐状のコ
   ーンガイドと、前記コーンガイドの内側で前記カッタ面
   板の後方に回転自在に配置され、外径が後方に向かって
   大きくなる円錐状のインナーコーンと、前記コーンガイ
   ドの内周面とインナーコーンの外周面との少なくとも何
   れか一方に、所定の間隔をあけて内周面や外周面に対し
   て鉛直な方向に複数個の伸縮手段を備えたことを特徴と
   する礫用シールド掘進機。
2. 【請求項２】筒状の外殻の先端に切羽を掘削するカッタ
   面板を備えたシールド掘進機とともにシールド掘進機の
   後方に接続した推進管を推進させて、推進管を埋設させ
   ていく推進工法用のシールド掘進機において、シールド
   掘進機の先端に回転自在に設置されたカッタ面板と、前
   記シールド掘進機の外殻内側に前後に摺動可能に配置さ
   れ、前記カッタ面板の後方から内径が後方に向かって小
   さくなる円錐状のコーンガイドを有する摺動筒と、前記
   摺動筒の内側で前記カッタ面板の後方に回転自在に配置
   され、外径が後方に向かって大きくなる円錐状のインナ
   ーコーンを備えたことを特徴とする礫用シールド掘進
   機。