JP2004211485A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】切羽の安定とシールド掘進機の進行方向を確保しながら異形断面シールドを構築できるシールド掘進機を提供すること。
【解決手段】回転盤２を挟むように例えば２つの揺動カッター３を備えたシールド掘進機１を製作する。２つの翼部３０を有するようにブーメラン状に屈曲させた揺動カッター３は軸支部３２を中心としてジャッキ３１の伸縮作動で揺動させるものであり、２つの揺動カッター３を相互に反対方向に揺動させながら、回転盤２を回転させてシールド掘進機１を掘進させる。未掘削部６は伸縮カッター２２にて掘削させ、過掘削部７には注入材４１を充填して計画掘削断面線５を確保しながら異形断面シールドトンネルを構築することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異形断面のシールドトンネルを構築する際に使用するシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の異形断面のシールドトンネルを構築するシールド掘進機には、特許文献１に示すようにシールド本体の掘進方向端部に、掘削ビットｂを有した複数のスポークｃを持つ揺動カッターｄを２基並列配置させたシールド掘進機ａがある（図５参照）。ここで揺動とは、回転軸を中心にカッターがある回転角の間を往復運動することをいう。また、特許文献２に示すように、中央に３基の揺動カッターを相互に干渉しないように配置するとともに異形の隅角部を掘削する補助カッターを設けたシールド掘進機もある。
さらに、回転盤から随時、回転盤の半径方向に伸縮カッターを伸縮させることにより異形断面シールドを構築するシールド掘進機もある（特許文献３参照）。通常、シールド掘進機はモーターによる駆動機構を用いて、掘削ビットを備えた回転盤を３６０度回転させながら掘削するが、特許文献１に示すシールド掘進機ａは油圧ジャッキの伸縮運動をリンク機構を介して、揺動カッターｄを１００度程度揺動させながら掘進するものである。
通常のシールド掘進機は回転盤を回転させるために多数のモーターを使用するが、特許文献１のシールド掘進機ａはモーターに比べて安価な油圧ジャッキをモーター数に比して少ない数だけ使用することから、シールド掘進機ａの内部構造の簡素化とシールド掘進機ａの製作コストの低減を図ることができる。
特許文献１のシールド掘進機ａは、揺動カッターｄの端部に伸縮可能な伸縮カッターｅを設け、伸縮カッターｅの伸縮を調整することで、円形のみならず、楕円形や矩形といった異形断面のシールドトンネルの構築を可能としている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４０９７９号公報
【特許文献２】
特開平１０−７７７９０号公報
【特許文献３】
特開平１０−２８０８７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のシールド掘進機にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞揺動カッターを２基並列配置させたシールド掘進機の場合、２基の揺動カッターが同一方向に揺動するため、シールド本体の進行方向が定まり難い。
＜ロ＞揺動カッターを２基並列配置させたシールド掘進機の場合、２基のカッターによる未掘削部が大きくなり、かかる未掘削部を掘削するために大規模な伸縮カッターを設ける必要が生じる。そのため、伸縮カッターの製作及び制御機構にコストがかかるという問題がある。
＜ハ＞土圧式シールド掘進機を使用して異形断面シールドを構築する場合、揺動カッターを２基並列配置させたシールド掘進機では、土圧式でありながら回転盤による切削がないために地盤の切削効果や撹拌効果に乏しく、また切羽の安定を確保し難い。
＜ニ＞上記問題を解決すべく地盤の切削効果や撹拌効果を高めるために、掘削ビットを多数設ける必要が生じる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、揺動カッターの揺動によってシールド本体の進行方向が不安定にならないシールド掘進機を提供することを目的とする。また、大規模な伸縮カッターを設ける必要のないシールド掘進機を提供することを目的とする。
さらに、掘削ビット数を多くすることなく地盤の切削効果や撹拌効果を高めて、切羽の安定を確保したシールド掘進機を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のシールド掘進機は、複数の掘削ビットを設けた回転盤と、前記回転盤を挟むように回転盤に隣接して設けた２つのブーメラン状に屈曲させた揺動カッターとからなり、前記回転盤と前記揺動カッターを前後にずらして干渉しないように配置したことを特徴とするシールド掘進機である。ここで、ブーメラン状の屈曲させた揺動カッターとは、例えば、２つの翼部で構成して全体の形状がブーメラン状の揺動カッターのことである。
また、前記揺動カッターは、屈曲部にて揺動可能に軸支させ、前記揺動カッターは、翼部に設けたジャッキの伸縮作動にて揺動可能とさせることができる。
また、前記シールド掘進機は、前記回転盤の端部に前記回転盤の半径方向に伸縮可能な伸縮カッターを設け、前記回転盤及び前記揺動カッターでは掘削できない未掘削部の掘削を可能とさせることができる。
さらに、前記シールド掘進機は、前記揺動カッターにより掘削した部分であって計画掘削断面線を超えた過掘削部に、裏込め注入をおこなうための裏込め注入装置を設けることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜イ＞回転盤（図１、図２）
回転盤２は、シールド掘進機１の掘進方向の端部に掘進軸回りに回転するように設けた円盤である。回転盤２の掘削面側には、複数の掘削ビット２１を備えて、回転盤２の回転により掘削ビット２１にて地盤を切削させてトンネルを構築していく。切削した地盤は回転盤２の背面のチャンバー内で撹拌し、ベルトコンベアなどで搬出させる。
シールド掘進機の中には、図５に示すように、回転盤２の代わりに掘削ビットｂを有した複数のスポークｃを揺動させながら、あるいは回転させながら地盤を切削させるシールド掘進機ａなどがある。土圧式シールド掘進機の場合、通常は回転盤により全面の切羽の安定性を確保しながら掘進していく。しかし、前述のスポーク型のシールド掘進機ａでは回転盤２を有するシールド掘進機１に比べて切羽との接地面積が小さいため、切羽の安定性を確保し難しい。
したがって、本発明のシールド掘進機１は、メインカッターとして回転盤２を備え、異形断面トンネルを構築するために補助カッターとしてかかる回転盤２を挟むように例えば２つの揺動カッター３を備えた構造とすることで、切羽の安定を図りながら異形断面シールドの構築を可能としている。
【０００９】
＜ロ＞断面異形状のトンネル
断面異形状のトンネルとは、一般的によく知られている円形以外の断面形状のトンネルのことであり、例えば、矩形（横長、縦長）、楕円形、さらには断面の両側は弧状を呈し、中間部は直線とした長円などがある。地下トンネルの用途の多様化と相まって、トンネル断面の形状には様々なバリエーションが要求されている。
本発明のシールド掘進機１は、上記の要求に対応する異形断面トンネルを構築するために使用するシールド掘進機である。
【００１０】
＜ハ＞揺動カッター
揺動カッター３は、回転盤２を挟むように回転盤２の左右あるいは上下に例えば２基設けた補助カッターである。ここで揺動とは、回転軸を中心にカッターがある回転角の間を往復運動することをいう。本発明のシールド掘進機１は、中央に回転盤２を備えているが、回転盤２から伸縮カッター２２を調整しながら伸長させた場合であっても、大断面の異形断面トンネルを構築するには限界がある。また複数の回転盤を同一平面内に備えたシールド掘進機では、装備する回転モーター数が多くなりすぎてシールド掘進機内部の構造が複雑となり、またシールド掘進機の製作に要するコストが高価となる。一方、前述したスポーク型のシールド掘進機ａでは切羽の安定性の確保が図り難く、地盤の切削効率や撹拌効率も悪い。
そこで、本発明では、中央にメインカッターとして回転盤２を備えて全面切羽の安定性を確保しながら、回転盤２を挟むように例えば回転盤２の左右に２基の揺動カッター３を備えた構造としている（図１参照）。
なお、回転盤２と揺動カッター３は前後にずらして配置することで相互に干渉させないようにすることができる。
【００１１】
揺動カッター３の形状は、例えば２つの翼部３０を有するようにブーメラン状に屈曲させた形状とするのが好ましい。ここで、２つの翼部３０の屈曲角度は、例えば１４５度に成形することができる。異形断面の側面を直線に仕上げる場合、上記のように揺動カッター３の屈曲角度を１４５度に成形すると、揺動角度は３５度となる。
揺動カッター３は、２つの翼部３０が交わった屈曲部に設けた軸支部３２で揺動可能に軸支させる。２つの翼部３０は夫々ジャッキ３１と連結させる。揺動カッター３を一方に揺動させる場合は、揺動させる側のジャッキ３１を伸縮させ、他のジャッキ３１を伸長させることで、軸支部３２を中心として揺動カッター３を揺動させることができる（図３参照）。ジャッキ３１としては、例えば油圧ジャッキを使用することができる。
２つの揺動カッター３は、夫々反対方向に揺動させることができる。すなわち、一方が時計回りに揺動したときに、他方を反時計回りに揺動させることにより、シールド掘進機ａを使用した際に生じるシールド掘進機の進行方向が定まり難いという問題が解消できる。
【００１２】
＜ニ＞伸縮カッター
伸縮カッター２２は、回転盤２の端部に、回転盤２の半径方向に伸縮可能に複数備えることができる。かかる伸縮カッター２２を設ける目的は、回転盤２および揺動カッター３では掘削できない未掘削部６の掘削を可能とするためである。すなわち、図４に示すように、回転盤２と揺動カッター３だけでは、回転盤２の回転軌跡と揺動カッター３の揺動軌跡、および計画掘削断面線５とで囲まれた未掘削部６が生じることがある。かかる未掘削部６の掘削に際して、回転盤２の回転時に未掘削部６の領域に入る手前で伸縮カッター２２を伸長させながら未掘削部６の掘削をおこなうものである。伸縮カッター２２の伸長長さおよび伸縮長さを調整しながら未掘削部２２の掘削をおこなう。
なお、かかる未掘削部６の範囲は過度に大きなものとはならないため、伸縮カッター２２は大規模な構造とする必要はない。
【００１３】
＜ホ＞裏込め注入装置
揺動カッター３を揺動させた場合に、揺動軌跡が計画掘削断面線５を超えるために過掘削部７が生じ得る（図４参照）。したがって、かかる過掘削部７に注入材４１を充填させるための裏込め注入装置４をシールド掘進機１に装備する。過掘削部７は掘削異形断面の上下面および側面に生じ得ることから、単数あるいは複数の裏込め注入装置４をシールド掘進機１に備えておくことで、過掘削部７が生じた直後に注入材４１を充填させて計画断面線５を確保したトンネルの構築が可能となる。
なお、注入材４１の材料としては、モルタルなどを使用することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明のシールド掘進機は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞切羽の安定を確保しながら異形断面のシールドトンネルを構築できる。
＜ロ＞複数の揺動カッターを夫々同一方向に揺動させないようにすることで、シールド掘進機の進行方向が一定方向に定まり易い。
＜ハ＞揺動カッターの揺動はジャッキの伸縮運動にて作動させるため、大規模な揺動装置を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機の正面図。
【図２】本発明のシールド掘進機の縦断図。
【図３】揺動カッターの揺動を説明した図で、（ａ）は揺動カッターを時計回りに揺動させた場合の説明図であり、（ｂ）は揺動カッターを反時計回りに揺動させた場合の説明図。
【図４】過掘削部への注入材の充填と未掘削部を伸縮カッターにて掘削することを説明した説明図。
【図５】従来の異形断面シールド掘進機のうち、複数のスポークを持つ揺動カッターを２基並列配置させたシールド掘進機を示した正面図。
【符号の説明】
１・・・シールド掘進機
２・・・回転盤
２１・・掘削ビット
２２・・伸縮カッター
３・・・揺動カッター
３０・・翼部
３１・・ジャッキ
４・・・裏込め注入装置
５・・・計画掘削断面線
６・・・未掘削部
７・・・過掘削部

Claims (4)

1. シールド掘進機本体の掘進方向の端部に掘進軸回りに回転する回転盤により断面異形状のトンネルを掘削するシールド掘進機において、
   複数の掘削ビットを設けた回転盤と、
   前記回転盤を挟むように回転盤に隣接して設けた２つのブーメラン状に屈曲させた揺動カッターと、からなり、
   前記回転盤と前記揺動カッターを前後にずらして干渉しないように配置したことを特徴とする、
   シールド掘進機。
2. 請求項１記載のシールド掘進機において、
   前記揺動カッターは、屈曲部にて揺動可能に軸支させ、
   前記揺動カッターは、翼部に設けたジャッキの伸縮作動にて揺動可能としたことを特徴とする、
   シールド掘進機。
3. 請求項１又は２記載のシールド掘進機において、
   前記回転盤の端部に、前記回転盤の半径方向に伸縮可能な伸縮カッターを設け、
   前記回転盤及び前記揺動カッターでは掘削できない未掘削部の掘削を可能としたことを特徴とする、
   シールド掘進機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機において、
   前記揺動カッターにより掘削した部分であって、計画掘削断面線を超えた過掘削部に裏込め注入をおこなうための裏込め注入装置を前記シールド掘進機に設けたことを特徴とする、
   シールド掘進機。

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