JP2003193791A - シールド掘進機の加泥材注入構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センターロッドによらずに切羽に加泥材を注
入でき、排土性を向上させたシールド掘進機の加泥材注
入構造を提供する。 【解決手段】 シールドフレーム２内を切羽側と坑内側
とに仕切る隔壁３と、該隔壁３に回転自在に取り付けら
れた円筒状の回転リング４と、該回転リング４に設けら
れ切羽を掘削するカッタ６とを有するシールド掘進機の
加泥材注入構造であって、上記回転リング４の外周面４
ａまたは内周面４ｂの少なくとも一方に周方向に沿って
環状に凹設されたヘッダ室３５、３６と、該ヘッダ室３
５、３６を覆うようにリング状に形成されシールドフレ
ーム２側に固定された摺接カバー３７、３８と、該摺接
カバー３７、３８に形成され上記ヘッダ室３５、３６に
加泥材を供給する第１通路４２、４３と、上記回転リン
グ４およびカッタ６に形成され上記ヘッダ室３５、３６
内の加泥材を切羽へ導く第２通路４４とを備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機の
加泥材注入構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に本発明者等が先に開発した上向き
シールド掘進機の概要を示す。図示するように、この上
向きシールド掘進機ａは、縦に配置された円筒状のシー
ルドフレームｂと、シールドフレームｂ内を切羽側と坑
内側とに上下に仕切る漏斗状の隔壁ｃと、隔壁ｃに回転
自在に取り付けられた円筒状の回転リングｄと、回転リ
ングｄに設けられ切羽を掘削するカッタｅとを備えてい
る。

【０００３】かかる上向きシールド掘進機ａは、モータ
ｆによって回転リングｄを回転させてカッタｅで切羽を
掘削し、掘削土砂をカッタ室ｇに取り込み、隔壁ｃの排
土口ｈから排土管ｉを通して下方に排土する。排土管ｉ
の内部には、図示しないモータ等によって回転されるセ
ンターロッドｊが収容されている。センターロッドｊの
先端部は、カッタｅに回転自在に挿入されている。

【０００４】センターロッドｊの側部には、カッタ室ｇ
内の土砂を混練してほぐすパドルｋが設けられている。
センターロッドｊの内部には、加泥材を流す第１通路ｌ
が形成されている。センターロッドｊの下部には、第１
通路ｌに加泥材を供給する図示しないロータリージョイ
ントが設けられている。カッタｅの内部には、第１通路
ｌに繋げて第２通路ｍが形成されている。

【０００５】この構成によれば、ロータリージョイント
を介して第１通路ｌに供給された加泥材は、第２通路ｍ
を通ってその出口部ｎから切羽に注入され、回転するカ
ッタｅによって掘削土砂と混ぜ合わされてカッタ室ｇ内
に取り込まれ、パドルｋによって更に混練されて掘削土
砂を流動化させる。かかる土砂は、排土口ｈから排土管
ｉを通して下方に排土される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カッタ室ｇ
内に取り込まれた土砂は、センターロッドｊの外周面と
排土管ｉの内周面との間隙を通って下方に排土されるた
め、粒径の大きな礫や粘土塊が上記間隙に詰まって閉塞
する可能性がある。

【０００７】この対策として、センターロッドｊを小径
化する対策が考えられる。しかし、センターロッドｊ
は、その内部に加泥材を流す第１通路ｌが形成されてお
り、側部にパドルｋが取り付けられているため、土砂を
流動化させるために必要な加泥材の流量（第１通路ｌの
断面積）を確保しつつ、パドルｋを回転させるために必
要な捩りトルクを確保するには、所定の太さにならざる
を得ず、小径化は困難である。

【０００８】また、排土管ｉの管径を大きくすること
は、狭隘なトンネル内の作業スペースが狭くなるため好
ましくない。また、排土管ｉに装備される図示しないバ
ルブの機構上・寸法上の制限から、排土管ｉの管径を大
きくできない場合がある。

【０００９】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、センターロッドによらずに切羽に加泥材を注入
でき、排土性を向上させたシールド掘進機の加泥材注入
構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明は、シールドフレーム内を切羽側と坑内側とに仕切
る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円筒状の
回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘削する
カッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構造であ
って、上記回転リングの外周面または内周面の少なくと
も一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ室と、
該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシールドフ
レーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバーに形
成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第１通路と、上
記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ室内の
加泥材を切羽へ導く第２通路とを備えたものである。

【００１１】また、上記シールドフレームを縦に配置
し、上記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を
形成してもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を添付図面に
基いて説明する。

【００１３】図１は、本実施形態に係る加泥材注入構造
を備えた上向きシールド掘進機の側断面図である。図示
するように、上向きシールド掘進機１は、縦に配置され
た円筒状のシールドフレーム２を有する。シールドフレ
ーム２は、厚板部２ａと薄板部２ｂとが上下に接続され
て構成されている。シールドフレーム２の厚板部２ａの
内方には、シールドフレーム２内を上下に切羽側と坑内
側とに仕切る漏斗状の隔壁３が配置されている。隔壁３
とシールドフレーム２の厚板部２ａとの間には、円筒状
に形成された回転リング４が回転可能に取り付けられて
いる。

【００１４】回転リング４の切羽側面（上面）には、中
空の支柱５を介してカッタ６が取り付けられている。カ
ッタ６は、図４にも示すように、回転中心に配置された
中央部７と、中央部７から掘進方向後方に傾斜されて放
射状に延出された複数のカッタスポーク８と、各カッタ
スポーク８の先端部を接続する外周リング９と、中央部
７およびカッタスポーク８に取り付けられたビット１０
とを有する。なお、カッタスポーク８の数は４本に限定
されず、カッタスポーク８の代わりにカッタ面板を用い
てもよい。

【００１５】回転リング４の坑内側面（下面）には、図
１および図２に示すように、リング状の内歯ギヤ１１が
取り付けられている。内歯ギヤ１１は、駆動モータ１２
のピニオン１３が噛合されている。駆動モータ１２は、
シールドフレーム２の厚板部２ａに取り付けられたブラ
ケット１４に装着されている。この構成によれば、駆動
モータ１２を駆動することにより、回転リング４が回転
し、支柱５を介してカッタ６が回転し、ビット１０によ
って切羽が掘削される。掘削土砂は、カッタ室１５内に
取り込まれ、隔壁３の中央に開口された排土口１６から
排土管１７を介して排土される。

【００１６】排土管１７の内部には、センターロッド１
８が配置されている。センターロッド１８は、図１に示
すようにその上部がカッタ６の中央部７に回転可能に貫
通支持され、図３に示すように下部がスポーク部材１９
および円筒部材２０を介して排土管１７に回転可能に支
持されている。円筒部材２０には、外歯ギヤ２１が設け
られている。外歯ギヤ２１は、モータ２２のピニオン２
３に噛合されている。この構成によれば、モータ２２を
駆動することにより、センターロッド１８が回転し、ロ
ッド１８に取り付けられたパドル２４がカッタ室１５内
で回転し、土砂を混練する。

【００１７】センターロッド１８の内部には、加泥材の
通路２５（ロッド通路）が形成されている。ロッド通路
２５の出口２６は、センターロッド１８の頂部に開口さ
れている。図３に示すように、ロッド通路１８には、ロ
ータリージョイント２７を介して加泥材が供給されるよ
うになっている。ロータリージョイント２７は、センタ
ーロッド１８の下部に取り付けられたスポーク部２８
と、スポーク部２８の先端に取り付けられた円筒状の回
転リング２９と、回転リング２９の外周面に周方向に沿
って環状に凹設されたヘッダ室３０と、ヘッダ室３０の
上下に配置されたリング状のシール３１と、ヘッダ室３
０に加泥材を供給すべく排土管１７に形成された入口通
路３２と、スポーク部２８に形成されヘッダ室３０とロ
ッド通路２５とを連通するスポーク通路３３とを有す
る。

【００１８】この構成によれば、入口通路３２からヘッ
ダ室３０に供給された加泥材（粘土質水等）は、スポー
ク通路３３およびロッド通路２５を通って切羽に供給さ
れ、回転するカッタ６によって掘削土砂と混ぜ合わされ
てカッタ室１５内に取り込まれ、パドル２４によって更
に混練されて掘削土砂を塑性流動化させる。かかる土砂
は、排土口１６から排土管１７を通して下方に排土され
る。また、図１に示すように、排土管１７には、管内の
土砂通過断面積を調節して、切羽の土圧を制御するため
のバルブ３４が設けられている。

【００１９】図２に示すように、カッタ６が取り付けら
れた回転リング４の外周面４ａおよび内周面４ｂには、
それぞれ周方向に沿って環状に凹設された外側および内
側ヘッダ室３５、３６が設けられている。外側および内
側ヘッダ室３５、３６は、シールドフレーム２側に固定
されたリング状の外側および内側摺接カバー３７、３８
によってそれぞれ覆われている。外側摺接カバー３７
は、シールドフレーム２の厚板部２ａが兼用する。内側
摺接カバー３８は、その上部が隔壁３に固定され、下部
がギヤケース３９およびブラケット１４を介してシール
ドフレームに固定されている。

【００２０】ヘッダ室３５、３６の上下には、カッタ６
の回転中心に対してリング状に形成されたリップシール
４０が配置されている。リップシール４０は、回転リン
グ４の外周面４ａとシールドフレーム２の内周面との
間、回転リング４の内周面４ｂと内側摺接カバー３８の
外周面との間を、それぞれシールするリップシール４１
と同じものが用いられ、各ヘッダ室３５、３６内に供給
される加泥材の圧力を考慮して、そのリップ部の向きが
設定されている。すなわち、ヘッダ室３５、３６の上下
のリップシール４０、４０は、ヘッド室３５、３６内の
圧力をリークしないように、相互に上下逆向きに配置さ
れている。

【００２１】外側摺接カバー３７としての厚板部２ａに
は、外側ヘッダ室３５に加泥材を供給する第１外側通路
４２が形成されている。内側摺接カバー３８には、内側
ヘッダ室３６に加泥材を供給する第１内側通路４３が形
成されている。そして、回転リング４およびカッタ６に
は、外側および内側ヘッダ室３５、３６内の加泥材を切
羽へ導く第２通路４４が形成されている。第２通路４４
は、外側ヘッダ室３５と支柱５の内方とを連通する第２
外側通路４４ａと、内側ヘッダ室３６と支柱５の内方と
を連通する第２内側通路４４ｂとを有する。

【００２２】カッタスポーク８には、支柱５の内方と切
羽とを連通するスポーク通路４５が形成されている。こ
の構成によれば、第１外側通路２から外側ヘッダ室３５
に供給された加泥材は、第２外側通路４４ａを通って支
柱５の内方に至り、第１内側通路４３から内側ヘッダ室
３６に供給された加泥材は、第２内側通路４４ｂを通っ
て支柱５の内方に至る。そして、支柱５の内方の加泥材
は、スポーク通路４５を通って切羽に供給される。な
お、スポーク通路４５を複数設けて切羽側の出口を複数
としてもよく、外側または内側ヘッダ室３５、３６を上
下に多段に設けてそれぞれに通路を接続してもよい。

【００２３】本実施形態の作用を述べる。

【００２４】カッタ６を支持する回転リング４に加泥材
の通路４４を形成したので、センターロッド１８内の通
路１８を介して切羽に供給される加泥材に加えて、当該
通路４４から加泥材を切羽に供給できる。よって、切羽
に供給される加泥材の量が増加し、掘削土砂の塑性流動
化を推進できる。従って、土砂の排土性が向上する。

【００２５】また、回転リング４内の通路４４からも切
羽に加泥材を供給しているため、加泥材をセンターロッ
ド１８内の通路２５のみで切羽に供給していた図５に示
すタイプと比べると、切羽への加泥材の供給量を一定と
した場合、センターロッド１８内の通路２５の断面積を
小さくできる。

【００２６】このように、センターロッド１８内の通路
２５断面積すなわち強度的断面欠損を小さくできるの
で、センターロッド１８の太さをパドル２４の回転に必
要な捩りトルクを確保した最低太さにできる。よって、
センターロッド１８と排土管１７との土砂通過間隙が大
きくなり、排土性が向上する。従って、排土管１７内に
おける掘削土砂の閉塞を可及的に防止でき、安定した掘
進が可能となる。

【００２７】また、センターロッド１８を廃止すること
も可能である。この場合、排土性は更に向上する。但
し、カッタ６の回転中心側の切羽にも加泥材を供給する
必要があるため、カッタスポーク８内のスポーク通路４
５を多数設ける必要がある。また、４つの支柱５のそれ
ぞれに加泥材を供給するように各通路４４を設けてもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るシール
ド掘進機の加泥材注入構造によれば、センターロッドに
よらずに切羽に加泥材を注入でき、また、最低限太さの
センターロッドにすることができるため、排土性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す加泥材注入構造を備
えたシールド掘進機の側断面図である。

【図２】上記加泥材注入構造の拡大図である。

【図３】図１の部分拡大断面図である。

【図４】図１のIV-IV線矢示図である。

【図５】本発明者等が先に開発した上向きシールド掘進
機の側断面図である。

【符号の説明】

１ 上向きシールド掘進機 ２ シールドフレーム ３ 隔壁 ４ 回転リング ４ａ 外周面 ４ｂ 内周面」 ６ カッタ ３５ 外側ヘッダ室 ３６ 内側ヘッダ室 ３７ 外側摺接カバー ３８ 内側摺接カバー ４２ 第１外側通路 ４３ 第１内側通路 ４４ 第２通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 英俊 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 安本 宣興 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 伊藤 広幸 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 (72)発明者 浅井 裕一 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA10 BB02 CA09 DA33 FA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドフレーム内を切羽側と坑内側と
   に仕切る隔壁と、該隔壁に回転自在に取り付けられた円
   筒状の回転リングと、該回転リングに設けられ切羽を掘
   削するカッタとを有するシールド掘進機の加泥材注入構
   造であって、上記回転リングの外周面または内周面の少
   なくとも一方に周方向に沿って環状に凹設されたヘッダ
   室と、該ヘッダ室を覆うようにリング状に形成されシー
   ルドフレーム側に固定された摺接カバーと、該摺接カバ
   ーに形成され上記ヘッダ室に加泥材を供給する第１通路
   と、上記回転リングおよびカッタに形成され上記ヘッダ
   室内の加泥材を切羽へ導く第２通路とを備えたことを特
   徴とするシールド掘進機の加泥材注入構造。
2. 【請求項２】 上記シールドフレームを縦に配置し、上
   記隔壁を漏斗状に形成し、その中央部に排土口を形成し
   た請求項１記載のシールド掘進機の加泥材注入構造。