JP2003027884A - 岩質層用シールド掘進機およびそのローリング修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カッタヘッドを一方向のみに回転させて掘削
を行う場合にもローリング修正を容易に行う。 【解決手段】 シールドジャッキ１７によりセグメント
１９に反力を取りつつカッタヘッド７を一方向にのみ回
転させて掘進させるようにしたものにおいて、前胴２お
よび後胴３を互いに摺動可能で、かつパラレルリンク状
に配されるアーティキュレートジャッキ１６により相互
に連結し、後胴３に、坑壁に対し出没自在でカッタヘッ
ド７の掘削トルクをその坑壁に伝達するためのリアサポ
ート２１を設け、前胴２に、坑壁に対し出没自在なフロ
ントサポート２３を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、岩質層用シールド
掘進機およびそのローリング修正方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、岩質層を掘削するトンネル掘削機
として、ディスクカッタを有するカッタヘッドを備える
とともに、後方に巻き立てたセグメントに反力を取るこ
とによってのみ掘進を行うトンネル掘削機が知られてい
る。このトンネル掘削機は、「岩盤シールド掘進機」も
しくは「シングルシールドＴＢＭ」と称されている（以
下、「岩質層用シールド掘進機」という。）。この岩質
層用シールド掘進機は、硬岩用ＴＢＭのようなグリッパ
装置を持たず、セグメントに反力を取って掘進を行う
「シールドジャッキ推進」のみを行うものである。この
岩質層用シールド掘進機はグリッパ装置を持たないた
め、セグメントなしで坑壁に反力を取っての自走はでき
ないが、グリッパ装置を具備するＴＢＭと比べてマシン
価が安価であるために、トンネル全線に亘りセグメント
を巻き建てる計画のトンネルにおいて使用される。

【０００３】前述のような岩質層用シールド掘進機にお
いては、図５に示されるように、カッタヘッド５１の外
周部にスクレーパ５２（右回転用スクレーパ５２ａ、左
回転用スクレーパ５２ｂ）が装着されるとともに、この
スクレーパ５２の背面側にバケットが構成されていて
（図示せず）、カッタヘッド５１の回転により生じた掘
削ズリは切羽下部からそのバケットにより掻き上げられ
てホッパー５３内に投入され、このホッパー５３に連接
されるベルトコンベア５４により後方へ搬送されるよう
になっている。この場合、前記カッタヘッド５１は、通
常、両方向に回転して切羽の掘削を行うようにされてい
ることから、前記バケットは、右回転用バケットおよび
左回転用バケットを備える構成とされている。そして、
掘削トルクの反力により機体がローリングした場合に
は、カッタヘッドの回転方向を逆転させることによって
ローリングを修正するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
両方向に回転するカッタヘッド５１を用いた場合には、
前述のように左右一対のバケットを装備する必要があっ
て、スペース的な問題から十分な容量と装着数とを持っ
たバケットを設けることができず、掘削ズリを効率良く
掬い込むことが困難である。また、このためにディスク
カッタによる掘削ズリの二次破砕を伴ってそのディスク
カッタの摩耗が進行したり、あるいは坑壁とスキンプレ
ートとの間に掘削ズリが噛み込んで掘進が拘束されると
いった不具合を生じることがある。このようなことか
ら、両方向回転カッタヘッドを用いる掘進機では、高速
掘進には自ずと限界がある。

【０００５】このような問題点に対処するために、カッ
タヘッドを一方向のみに回転させて掘削を行うととも
に、このカッタヘッドに装備されるバケットを容量の大
きなものにして、高速掘削を行えるようにする掘進機を
提供することが考えられる。

【０００６】しかしながら、この種の岩質層用シールド
掘進機においては、掘削トルクの反力はシールドジャッ
キとセグメントとの間の摩擦力だけで支えられるが、カ
ッタヘッドを一方向のみの回転とした場合には、掘進中
に機体にローリング（軸芯周りの回転運動）が発生した
際にそれを修正することができないという新たな問題点
がある。

【０００７】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、カッタヘッドを一方向のみに回転
させて高速掘削が可能であり、ローリング修正も容易に
行うことのできる岩質層用シールド掘進機を提供し、併
せてその岩質層用シールド掘進機によるローリング修正
方法を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、第１発明による岩質層用シールド
掘進機は、カッタヘッドを一方向にのみ回転させてシー
ルドジャッキによりセグメントに反力を取ることによっ
てのみ掘進するとともに、前記カッタヘッドに設けられ
るバケットにより切羽下部に溜まった掘削ズリを掻き上
げてベルトコンベアにより後方へ搬送するようにした岩
質層用シールド掘進機であって、シールド本体が前胴と
後胴とよりなり、これら前胴および後胴が互いに摺動可
能で、かつパラレルリンク状に配される複数本のジャッ
キにより相互に連結され、前記後胴に、坑壁に対し出没
自在で前記カッタヘッドの掘削トルクをその坑壁に伝達
するためのリアサポートが設けられ、前記前胴に、坑壁
に対し出没自在なフロントサポートが設けられることを
特徴とするものである。

【０００９】本発明によれば、カッタヘッドを一方向に
のみ回転させて掘削が行われることから、掘削ズリを掻
き上げるためのバケットとして容量の大きなものを用い
ることができ、掘削作業および掘削ズリの排出作業を効
率良く行うことができる。また、機体にローリングが発
生した場合にも、後胴側に設けられるリアサポートによ
ってそのローリング修正のための反力を坑壁から取るこ
とができるとともに、前胴と後胴とを連結しているパラ
レルリンク状のジャッキによりローリングの修正を容易
に行うことができる。

【００１０】本発明において、前記前胴と後胴とは互い
に屈曲可能に構成されているのが好ましい（第２発
明）。このようにすれば、簡易な構造で急曲線施工に対
しても対応した掘進機とすることができる。

【００１１】この場合、前記前胴と後胴との嵌合部は、
これら前胴および後胴を互いに前後方向に摺動させる円
筒部と、それら前胴および後胴を互いに屈曲させる球面
部とを有する形状であるのが良い（第３発明）。これに
より嵌合部に設けられる円筒部にてローリング修正掘削
を行うとともに、球面部にて曲線施工を行うことがで
き、よりスムーズに掘削作業を行うことが可能となる。

【００１２】次に、第４発明による岩質層用シールド掘
進機のローリング修正方法は、前記第１発明乃至第３発
明のいずれかに記載の岩質層用シールド掘進機におい
て、当該シールド掘進機にローリングが発生した際にそ
のローリングを修正する方法であって、（ａ）前記リア
サポートを突出させて坑壁からローリング修正のための
反力を受ける第１ステップ、（ｂ）前記シールドジャッ
キによりセグメントに反力を取りつつ前記後胴を固定し
たまま前記パラレルリンク状のジャッキにより前記前胴
を掘進させてその前胴のローリング修正を行う第２ステ
ップおよび（ｃ）前記フロントサポートを突出させると
ともに、前記リアサポートを没入させて前記パラレルリ
ンク状のジャッキにより前記後胴のローリング修正を行
いながらその後胴を前胴側へ引き寄せる第３ステップを
備えることを特徴とするものである。

【００１３】本発明において、シールド掘進機の機体に
ローリングが発生した際には、まず第１ステップとし
て、後胴に設けられているリアサポートが坑壁に対し突
出されてその坑壁からローリング修正のための反力を受
けるようにされ、次いで第２ステップにおいて、シール
ドジャッキによりセグメントに反力を取りつつ後胴を固
定したままパラレルリンク状のジャッキにより前胴を掘
進させてその前胴のローリング修正が行われ、最後に第
３ステップとして、フロントサポートを突出させるとと
もに、リアサポートを没入させてパラレルリンク状のジ
ャッキにより後胴のローリング修正を行いながらその後
胴が前胴側へ引き寄せられる。こうしてローリング修正
が完了すると、通常のシールドジャッキによる掘進が再
開される。このようにカッタヘッドの一方向回転による
トンネル掘削に基づき、機体にローリングが発生した場
合にもそのローリング修正を容易に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明による岩質層用シー
ルド掘進機およびそのローリング修正方法の具体的な実
施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１には、本発明の一実施形態に係る岩質
層用シールド掘進機の縦断面図が示され、図２には、図
１のＡ矢視図が示され、図３には、図１のＢ−Ｂ断面図
（ａ）およびＣ−Ｃ断面図（ｂ）がそれぞれ示されてい
る。

【００１６】本実施形態の岩質層用シールド掘進機１に
おいては、相互に屈曲可能とされる前胴２と後胴３より
なるシールド本体４の前部にカッタヘッドサポート５が
固定され、このカッタヘッドサポート５に軸受を介して
面板７ａおよび外周板７ｂを有するカッタヘッド７が回
転自在に支承されている。このカッタヘッド７はカッタ
ヘッド駆動モータ８により駆動され、その面板７ａには
多数個のディスクカッタ９が装着されている。また、シ
ールド本体４には隔壁１０が固定され、この隔壁１０と
前記カッタヘッド７との間には、掘削ズリを取り込むた
めのチャンバー１１が区画形成されている。

【００１７】前記カッタヘッド７には、面板７ａの切欠
部に面して、切羽下部に溜まった掘削ズリを掻き込むス
クレーパ１２が設けられるとともに、このスクレーパ１
２の背面側に掘削ズリを掬い込んで取り込むためのバケ
ット（図示せず）が構成されている。このバケットは、
前記カッタヘッド７が掘削時には一方向（図２の矢印Ｄ
方向）にのみ回転されることから、バケット数は従来例
のものに比べて半数で良く、１バケット容量が十分に大
きな容量とすることができるため、掘削ズリを高効率で
掬い込む機能を有している。

【００１８】また、前記チャンバー１１内にはバケット
により掬い上げられた掘削ズリを投入するためのホッパ
ー１３が設けられ、このホッパー１３の下方には、掘削
ズリ搬出用のベルトコンベア１４の先端部が配されてい
る。こうして、カッタヘッド７の回転により掘削された
ズリは、カッタヘッド７に設けられたバケットにより掬
い上げられてホッパー１３内に投入され、ベルトコンベ
ア１４によって後方へ搬出される。

【００１９】前記前胴２と後胴３とは嵌合部（アーティ
キュレート部）１５において相互に嵌合されるととも
に、ラチス配置（パラレルリンク状）の複数本のアーテ
ィキュレートジャッキ１６により相互に連結されてい
る。また、前記後胴３には複数本のシールドジャッキ１
７が装着され、このシールドジャッキ１７を伸張させて
そのロッド先端部に設けられるスプレッダ１８にてセグ
メント１９の前端面を押圧することで、このセグメント
１９に掘進反力を得るようにされている。

【００２０】また、前記後胴３には、ジャッキ２０の操
作によって坑壁に対して出没可能なリアサポート（リア
サイドサポート）２１が設けられている。このリアサポ
ート２１は、突出作動時に坑壁に当接してその坑壁から
後述するローリング修正掘削時のローリング反力を取る
ようにされている。なお、このリアサポート２１はロー
リング修正時のトルク反力のみを支えるようにしておけ
ば良く、スラスト反力（掘進反力）を支える必要はな
い。

【００２１】一方、前記前胴２には、ジャッキ２２の操
作によって坑壁に対して出没可能なフロントサポート
（フロントサイドサポート）２３が設けられている。こ
のフロントサポート２３は、掘進方向に直交する向きに
軸線が設定されたローラタイプのシューを有する形式の
もの２基と、円筒タイプのシューを有する形式のもの４
基とで構成されている。

【００２２】前記前胴２と後胴３との嵌合部１５は、図
４に示されているように、後方側に配される円筒部１５
ａと、前方側に配される球面部（アール部）１５ｂとよ
りなり、前胴２側の後端部にアーティキュレートシール
２４が配されて両者間のシールがなされるようになって
いる。このように構成されているので、ローリング修正
を行いつつ直線施工を行う場合には、円筒部１５ａの範
囲内で前胴２と後胴３とが相互に摺動され、また急曲線
施工を行う場合には、球面部１５ｂの範囲内で前胴２と
後胴３とが相互に屈曲される。

【００２３】本実施形態の岩質層用シールド掘進機１に
おいては、通常の掘進時には、フロントサポート２３お
よびリアサポート２１を縮めた状態で、カッタヘッド駆
動モータ８によりカッタヘッド７を一方向に回転させつ
つ、シールドジャッキ１７を伸張させてセグメント１９
にて掘削反力（スラスト反力）を取って掘進が行われ
る。なお、カッタヘッド７の回転により掘削されたズリ
は大容量のバケットにより掬い上げられてホッパー１３
内に投入され、ベルトコンベア１４によって後方へ搬出
される。また、曲線施工を行う場合には、各アーティキ
ュレートジャッキ１６の伸び量に差を付けて前胴２を任
意の方向に向けて嵌合部１５を屈曲させて方向制御を行
いつつ掘進が行われる。

【００２４】次に、前記岩質層用シールド掘進機１にお
いて、掘進中に機体にローリング（軸芯周りの回転運
動）が発生した際のそのローリング修正手順について説
明する。

【００２５】１）ローリング修正に際しては、最初に、
後胴３に設けられているリアサポート２１を突出させて
坑壁に当接させ、この坑壁からローリング修正のための
反力を取る。 ２）次に、シールドジャッキ１７によりセグメント１９
に反力を取りつつ後胴３を坑壁に対し固定したままアー
ティキュレートジャッキ１６を伸張させて前胴２を掘進
させる。この前胴２の掘進時に、各アーティキュレート
ジャッキ１６を制御してローリング方向と反対方向に前
胴２をローリングさせながら掘進させることで前胴２の
ローリング修正を行う。 ３）最後に、ローリング修正終了後、前胴２のフロント
サポート２３を突出させて坑壁に当接させるとともに、
リアサポート２１を没入させてアーティキュレートジャ
ッキ１６の縮操作により後胴３のローリング修正を行い
ながらその後胴３を前胴２側へ引き寄せる。 ４）こうしてローリング修正が完了すると、通常のシー
ルドジャッキ１７による掘進を再開する。

【００２６】本実施形態においては、前胴２と後胴３と
の嵌合部１５を円筒部１５ａと球面部１５ｂとで構成し
たものを説明したが、この嵌合部は、互いに摺動も屈曲
も可能な程度の隙間を有していて、互いにシール部材を
介して嵌合するような形式のものであっても良い。この
ような嵌合部は、後胴に対する前胴の屈曲角をそれほど
大きくする必要がない場合に採用することができる。

【００２７】本実施形態においては、シールド本体を前
胴と後胴とに分割形成したものを説明したが、前胴と後
胴との間に、屈曲だけでなく相互の摺動も許容する中胴
を設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る岩質層用シ
ールド掘進機の縦断面図である。

【図２】図２は、図１のＡ矢視図である。

【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図（ａ）およびＣ−
Ｃ断面図（ｂ）である。

【図４】図４は、前胴と後胴との嵌合部の拡大図（収縮
状態（ａ）および伸張状態（ｂ））である。

【図５】図５は、従来の岩盤シールド掘進機の正面図
（ａ）および縦断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 岩質層用シールド掘進機 ２ 前胴 ３ 後胴 ４ シールド本体 ７ カッタヘッド １３ ホッパー １４ ベルトコンベア １５ 嵌合部 １５ａ 円筒部 １５ｂ 球面部 １６ アーティキュレートジャッキ（パラレ
ルリンク状のジャッキ） １７ シールドジャッキ １９ セグメント ２１ リアサポート ２３ フロントサポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC02 AD02 AD16 BA07 DA02 GA04 GA23 GA34 GA38 GA48 GA62

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタヘッドを一方向にのみ回転させて
   シールドジャッキによりセグメントに反力を取ることに
   よってのみ掘進するとともに、前記カッタヘッドに設け
   られるバケットにより切羽下部に溜まった掘削ズリを掻
   き上げてベルトコンベアにより後方へ搬送するようにし
   た岩質層用シールド掘進機であって、 シールド本体が前胴と後胴とよりなり、これら前胴およ
   び後胴が互いに摺動可能で、かつパラレルリンク状に配
   される複数本のジャッキにより相互に連結され、前記後
   胴に、坑壁に対し出没自在で前記カッタヘッドの掘削ト
   ルクをその坑壁に伝達するためのリアサポートが設けら
   れ、前記前胴に、坑壁に対し出没自在なフロントサポー
   トが設けられることを特徴とする岩質層用シールド掘進
   機。
2. 【請求項２】 前記前胴と後胴とは互いに屈曲可能に構
   成されている請求項１に記載の岩質層用シールド掘進
   機。
3. 【請求項３】 前記前胴と後胴との嵌合部は、これら前
   胴および後胴を互いに前後方向に摺動させる円筒部と、
   それら前胴および後胴を互いに屈曲させる球面部とを有
   する形状である請求項２に記載の岩質層用シールド掘進
   機。
4. 【請求項４】 前記請求項１〜３のいずれかに記載の岩
   質層用シールド掘進機において、当該シールド掘進機に
   ローリングが発生した際にそのローリングを修正する方
   法であって、（ａ）前記リアサポートを突出させて坑壁
   からローリング修正のための反力を受ける第１ステッ
   プ、（ｂ）前記シールドジャッキによりセグメントに反
   力を取りつつ前記後胴を固定したまま前記パラレルリン
   ク状のジャッキにより前記前胴を掘進させてその前胴の
   ローリング修正を行う第２ステップおよび（ｃ）前記フ
   ロントサポートを突出させるとともに、前記リアサポー
   トを没入させて前記パラレルリンク状のジャッキにより
   前記後胴のローリング修正を行いながらその後胴を前胴
   側へ引き寄せる第３ステップを備えることを特徴とする
   岩質層用シールド掘進機のローリング修正方法。