JP2005350857A - シールド掘削機、シールド掘削機の推進装置およびシールド掘削機を用いた穴の掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールド掘削機で穴を掘る場合、セグメントやシールド掘削機の推進装置にせん断方向の力がかかることを抑制すると共に、効率良く穴を掘削する。
【解決手段】 シールド掘削機３を推進させるための推進装置において、第１部材１５Ｂとこの第１部材１５Ｂに対して移動自在な第２部材１５Ａとを備え、前記第２部材１５Ａが前記シールド掘削機３のシールドフレーム５に支持されるアクチュエータ１５と、前記第１の部材１５Ｂに傾動可能に支持されると共に、弾性体１７を用いて、セグメントＳＧに接触する後側部材１９の端面１９Ａが前記アクチュエータ１５の伸縮方向とほぼ直角をなす面内で移動可能になっているシュー１６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド掘削機、シールド掘削機の推進装置およびシールド掘削機を用いた穴の掘削方法に係り、特に、曲がった穴を掘る際に、セグメントや前記推進装置に発生する応力の値を小さくすることができるものに関する。

図１１は、従来のシールド掘削機１００によって、曲がった穴を掘っている状態を示す図であり、図１２は、図１１におけるＸＩＩ部の拡大図である。

前記従来のシールド掘削機１００の推進装置１０２は、たとえば油圧シリンダ１０４を備えており、この油圧シリンダ１０４のピストンロッド１０６の先端部には、連結部材１０８が一体的に設けられている。

前記連結部材１０８の外側（前記シールド掘削機１００の外周側）であって、前記連結部材１０８の後側（セグメントＳＧ側；前記ピストンロッド１０６が係合している側とは反対側）には、セグメントＳＧに当接するシュー１１０を支持しているシュー支持部材１１２が設けられている。

詳しく説明すると、前記連結部材１０８の外側であって前記連結部材１０８の後側に形成された凸状で球面状の係合部１０８Ａに、前記シュー支持部材１１２に形成された凹状で球面状の被係合部１１２Ａが係合し、図示しないピン等によって、前記係合部１０８Ａから前記被係合部１１２Ａが抜け落ちないようになっていることにより、シュー支持部材１１２が前記連結部材１０８に設けられている。

前記被係合部１１２Ａの開口側は、開口側に大きくなるようにテーパ状に形成されていると共に、図示しない前記ピンとこのピンが入り込むピン穴との間に適切な隙間を持たせてあることにより、シュー１１０、シュー支持部材１１２が、前記連結部材１０８に対して傾動可能になっている。

また、前記シュー支持部材１１２の被係合部１１２Ａとは反対側には、前記シュー１１０が一体的に設けられており、このシュー１１０は、セグメントＳＧに当接する平面状の部位１１０Ａを備えている。

したがって、前記シュー支持部材１１２が前記連結部材１０８に対して僅かに揺動し、前記シュー１１０の平面状の部位１１０ＡがセグメントＳＧの端面に面接触することができるようになっている。

一方、曲線施工にともない径の小さなセグメントを使用する場合、ピストンロッドの中心軸ＣＬ１と、シュー支持部材の中心軸ＣＬ３との間における、シールド掘削機の径方向の距離Ｌ１を変更することができる技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−６４９８４号公報

ところで、前記従来のシールド掘削機１００は、前記ピストンロッド１０６を延出させつつ推進し穴の掘削を行うのであるが、前記シールド掘削機１００で曲がった穴を掘っているときには、前記ピストンロッド１０６が直線的に延出するのに対し、穴が曲がっていることによりセグメントＳＧは所定の曲率半径をもって延伸している。

したがって、前記ピストンロッド１０６が引っ込んでいる状態から延出するにしたがって、セグメントＳＧの端面（シールド掘削機１００側の端面）ＳＧＡと、この端面ＳＧＡに接触するシュー（シールド掘削機の推進装置１０２のシュー）１１０との間におけるせん断方向のずれが図１２に示すように生じるが、前記推進装置１０２がシールド掘削機１００を推進させているので、前記シュー１１０と前記セグメントＳＧとの間の接触面には圧力が加わっている。

したがって、前記シールド掘削機１００で曲がった穴を掘っている場合、セグメントＳＧとシュー１１０との間の相対的な位置が変化しにくく、前記セグメントＳＧや前記推進装置１０２に、前記シールド掘削機１００を推進させる力（推進力）以外の力（前記セグメントＳＧと前記シュー１１０との接触面のせん断方向の力）がかかる場合があるという問題がある。

ところで、前記シュー１１０と前記セグメントＳＧとの間の接触面の圧力がほとんどかかっていないとすると、図１２に示すように、前記ピストンロッド１０６が距離Ｌ３だけ延出したときに、距離Δｘだけせん断方向のすれが生じる。

すなわち、図１２に実線で示した位置ＰＳ１にシュー１１０が存在している状態から、ピストンロッド１０６が距離Ｌ３だけ延出し、図１２に二点鎖線で示す位置ＰＳ３にシュー１１０が位置した場合、前記シュー１１０は、前記シールド掘削機１００の径方向でセグメントＳＧに対し相対的に、前記シールド掘削機１００の内側に距離Δｘだけずれる。

なお、シールド掘削機１００が推進しても、シュー１１０やシュー支持部材１１２の位置は移動せず、油圧シリンダ１０４（油圧シリンダ１０４の本体部）が、図１２の左方向にずれるのであるが、説明の便宜のため、図１２では、シュー１１０やシュー支持部材１１２を右方向に移動して描いてある。

シールド掘削機１００で掘っている穴は、図１２の紙面の下方向に曲がっているので、図１２に示されているシュー１１０は、前述したように、前記シールド掘削機１００の内側に（図１２の紙面の上方向に）距離Δｘだけずれている。

ところで、推進装置１０２の油圧シリンダ１０４は、シールド掘削機１００の円周上で間隔をあけて複数設けられている。したがって、図１２に示された油圧シリンダ１０４の他にも、油圧シリンダ１０４と同様な複数の油圧シリンダが設けられており、これらの各油圧シリンダのそれぞれに、前記シュー１１０と同様なシュー等が設けられている。

そして、図１２に示したシュー１１０以外のシューとセグメントＳＧとの間の各ずれは、図１２の紙面の上方向または下方向の成分の他に、図１２の紙面に垂直な方向の成分を含むことになる。

また、前記特許文献１に示した、ピストンロッド１０６の中心軸ＣＬ１とシュー支持部材１１２の中心軸ＣＬ３との間におけるシールド掘削機の径方向の距離Ｌ１を変更する技術では、シュー１１０とピストンロッド１０６とを転結している連結部材１０８を交換する必要があり、この交換のためにシールド掘削機の推進を停止しなければならず、効率良く穴を掘削することができないという問題がある。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、シールド掘削機で穴を掘る場合、セグメントやシールド掘削機の推進装置にせん断方向の力がかかることを抑制することができると共に、効率良く穴を掘削することができるシールド掘削機、シールド掘削機の推進装置およびシールド掘削機を用いた穴の掘削方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、シールド掘削機を推進させるための推進装置において、第１部材とこの第１部材に対して移動自在な第２部材とを備え、前記第２部材が前記シールド掘削機のシールドフレームに支持されるアクチュエータと、前記第１の部材に傾動可能に支持されると共に、弾性体を用いて、セグメントに接触する後側部材の端面が前記アクチュエータの伸縮方向とほぼ直角をなす面内で移動可能になっているシューとを有するシールド掘削機の推進装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシールド掘削機の推進装置において、前記弾性体は、小さな弾性係数の第１の部材と、大きな弾性係数の第２の部材とを、交互に積層して構成されていると共に、前記積層してある方向が前記第２の部材の移動方向とほぼ一致するように、前記弾性体が設けられているシールド掘削機の推進装置である。

請求項３に記載の発明は、シールド掘削機を推進させるための推進装置において、第１部材とこの第１部材に対して移動自在な第２部材とを備え、前記第２部材が前記シールド掘削機のシールドフレームに支持されると共に、前記シールド掘削機の周方向で間隔をあけて設けられている複数のアクチュエータと、前記各第１部材のそれぞれに支持されていると共に、セグメントに接触する複数のシューと、前記各アクチュエータのうちで前記シールド掘削機を推進させているアクチュエータの推力を１本ずつまたは適数本ずつ順に一時的に停止するように制御する制御手段とを有するシールド掘削機の推進装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の推進装置を有するシールド掘削機である。

請求項５に記載の発明は、シールド掘削機を用いた穴の掘削方法において、セグメントの端面と、前記シールド掘削機の推進装置に設けられ前記セグメントに接触するシューとの間に発生するせん断力を抑制しつつ、曲がった穴を掘る穴の掘削方法である。

請求項６に記載の発明は、シールド掘削機を用いた穴の掘削方法において、前記シールド掘削機を推進させている複数のアクチュエータの推力を、１本ずつまたは適数本ずつ順に一時的に停止させつつ、曲がった穴を掘る穴の掘削方法である。

本発明によれば、シールド掘削機で穴を掘る場合、セグメントやシールド掘削機の推進装置にせん断方向の力がかかることを抑制することができると共に、効率良く穴を掘削することができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
図1は、本発明の第１の実施形態に係るシールド掘削機３の概略構成を示す断面図である。

シールド掘削機３には、シールド掘削機３が穴を掘るときに、前記シールド掘削機３を推進させるための推進装置１が設けられている。

また、前記シールド掘削機３は、たとえば円筒状に形成されたシールドフレーム５を備え、このシールドフレーム５の前側（シールド掘削機３が穴を掘るときに前進する側）には、掘削を行うためのカッタ７が設けられ、このカッタ７の後側には、隔壁９が設けられている。

前記隔壁９には、泥水を前記カッタ７に送り込むための送泥管１１と、この送り込まれた泥水と前記カッタ７によって掘削された土砂との混合物を排出するための排泥管１３とが設けられている。

前記シールド掘削機３（シールドフレーム５）の後側には、複数のセグメントＳＧによって、シールド掘削機３によって掘られた穴（トンネル）の内壁が形成されている。

前記セグメントＳＧは、シールド掘削機３の前後方向（以下、単に「前後方向」という場合がある。）に垂直な平面による断面の形状がたとえば円弧状に形成されていると共に、前記前後方向に所定の長さを備えている。

そして、前記セグメントＳＧを周方向で一列に複数個組み合わせて円筒状に形成すると、トンネルの内壁が所定の長さ（セグメントＳＧの前後方向の長さと等しい長さ）分だけ形成される。

また、曲がったトンネルを掘るために、シールド掘削機３のシールドフレーム５が、後側シールドフレーム５Ａと、この後側シールドフレーム５Ａと球面状の係合部５Ｃを介して係合し前記後側シールドフレーム５Ａに対して揺動可能な前側シールドフレーム５Ｂとに別れている。

より、詳しく説明すると、前記後側シールドフレーム５Ａと前記前側シールドフレーム５Ｂとの間であって前記シールドフレーム５の内側には、伸縮自在の中折れシリンダ１４が、前記シールドフレーム５の円周上をほぼ等分配した位置に複数個設けられ、これらの中折れシリンダ１４のシリンダ本体が前記前側シールドフレーム５Ｂに支持され、前記各中折れシリンダ１４のシリンダのピストンロッドが前記後側シールドフレーム５Ａに支持されている。

そして、これらの中折れシリンダ１４のピストンロッドのそれぞれが中折れシリンダ本体に対して適宜出入りすることにより、前記前側シールドフレーム５Ｂが図１の上下方向、図１の紙面に垂直な方向、または前記２つの方向を組み合わせた方向に揺動できるようになっている。

次に、シールド掘削機３の前記推進装置１について詳しく説明する。

図２は、図１におけるＩＩＡ―ＩＩＢ矢視を示す図であり、図３は、図１におけるＩＩＩ部の拡大図である。

図４は、図３におけるＩＶＡ―ＩＶＢ矢視を示す図（図２におけるＩＶ部の拡大図）であり、図５は、図３におけるＶ矢視を示す図である。

前記推進装置１は、図１に示すように、アクチュエータの例である油圧シリンダ１５を備えている。この油圧シリンダ１５は、第２部材の例である油圧シリンダ本体部材１５Ａと、この油圧シリンダ本体部材１５Ａに対して相対的に直線的に移動自在であると共に第１の部材の例であるピストンロッド部材１５Ｂとを備えており、前記相対的な移動方向（油圧シリンダ本体部材１５Ａに対するピストンロッド部材１５Ｂの相対的な移動方向）が、前記シールド掘削機３の掘削中における進行方向とほぼ一致するように、前記油圧シリンダ本体部材１５Ａが前記シールド掘削機３のシールドフレーム５の内側で、後側シールドフレーム５Ａに支持されている。

なお、前記油圧シリンダ１５に代えて、油以外の流体で作動する流体圧シリンダ、ネジを用いたジャッキ等を採用してもよい。

また、前記油圧シリンダ本体部材１５Ａとは反対側（セグメントＳＧ側）に位置している前記ピストンロッド部材１５Ｂの端部には、図示しないピン等を用いてシュー１６の前側部材（ジャッキシュー）２３が傾動可能に取り付けられて（支持されて）おり、弾性体（たとえば、ウレタンゴム等のゴムのみで構成された弾性体、または、ゴムを用いた弾性体）１７を用いて、すなわち、前側部材２３と後側部材１９との間に弾性体１７を設けたことによって、セグメントＳＧに接触する後側部材１９の端面１９Ａが、前記油圧シリンダ１５の伸縮方向（前記油圧シリンダ本体部材１５Ａに対する前記ピストンロッド部材１５Ｂの相対的な移動方向）とほぼ直角をなす面内で移動できるようになっている。

より詳しく説明すると、前記ピストンロッド部材１５Ｂの先端部（前記シールド掘削機３の進行方向の後側部）には、帯板状もしくは円板状の連結部材２１が、前記ピストンロッド部材１５Ｂに一体的に設けられている。

前記連結部材２１は、前記ピストンロッド部材１５Ｂが接続されている接続部位２１Ａから前記シールドフレーム５の径外側方向へ離れた位置であって、前記シールド掘削機３の進行方向で前記接続部位２１Ａとは反対側（前記接続部位２１Ａの後側）の位置に、凸状で球面状の部位を備えた係合部２１Ｂを備えている。

なお、前記係合部２１Ｂが、前記接続部位２１Ａから前記シールドフレーム５の径外側方向へ離れておらず、前記ピストンロッド部材１５Ｂの延出方向でほぼ一直線上に、前記接続部位２１Ａと前記係合部２１Ｂとが位置している場合もある。

前記係合部２１Ｂには、凹状で球面状の被係合部位（前記係合部２１Ｂに係合している部位）２３Ａを備えた前側部材２３が係合している。この前側部材２３の前記セグメントＳＧ側には、平面状部２３Ｂが形成されている。

なお、前記係合部２１Ｂ、被係合部２３Ａを介して、前記前側部材２３が設けられていることにより、前記前側部材２３は、従来のシールド掘削機１００の場合と同様に、前記連結部材２１に対して僅かに揺動することができるようになっている。つまり、前記前側部材２３の前記平面状部２３Ｂが、前記セグメントＳＧの前記端面ＳＧＡに対して平行な位置から、前記端面ＳＧＡに対して小さな角度で交差する位置まで揺動（傾動）することができるようになっている。

また、前記前側部材２３の揺動は、図３の紙面に垂直な軸を中心とした揺動成分、図３の上下方向に延伸した軸を中心とした揺動成分のうちの少なくとも１つの揺動成分を含んでいる。

前記前側部材２３の平面状部２３Ｂには、前記弾性体１７が接合されている。前記後側部材１９は板状に形成されていると共に、厚さ方向の一方の面１９Ａが前記セグメントＳＧに面接触し、他方の面１９Ｂが、前記弾性体１７に接合されている。

なお、前記シールド掘削機３の推進装置１は、図２に示すように、シールド掘削機３のシールドフレーム５の円周方向で互いが離反して（たとえば、シールドフレーム５の円周をほぼ等分配した位置に）複数設けられている。

ここで、前記弾性体１７について、具体的に例を掲げて説明する。

前記弾性体１７は、小さな弾性係数の板状の第１の部材（たとえばウレタンゴム等のゴム）２４と大きな弾性係数の板状の第２の部材２６（たとえば、鋼等、剛性のある金属等で構成されている部材）とを、これらの各部材２４、２６の厚さ方向で交互に積層し互いに接着して構成されている。また、前記弾性体１７は、前記積層してある方向が油圧シリンダ本体部材１５Ａの移動方向（シールド掘削機３の推進方向；ピストンロッド部材１５Ｂの延出方向）とほぼ一致するように、前記前側部材２３と後側部材１９との間に設けられている。

なお、シールド掘削機３が穴を掘削するために推進しているときに前側部材２３と後側部材１９との間に発生するシールド掘削機３の推進方向の力に応じて、図６（弾性体の変形例を示す図であり、図３のＶ矢視に対応する図）に示すように、前記弾性体１７を複数（たとえば２つ）に分割して設置する等、弾性体の形態を適宜変更してもよい。

次に、シールド掘削機３の動作について説明する。

前記シールド掘削機３は、図示しないモータなどによって回転するカッタ７にて地山を掘削し、送泥管１１より供給された泥水に掘削土を混ぜて排泥管１３より排出する。

前進する際は、シュー１６をセグメントＳＧに当接させて反力を得て、油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂが油圧シリンダ本体部材１５Ａから相対的に延出し、シールドフレーム５を押すことにより行われる。

シールド掘削機３がセグメントＳＧの掘削方向の幅Ｌ_ＳＧ分前進すると、前進を一旦停止する。この停止の後、一部の油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂを油圧シリンダ本体部材１５Ａに収納し、この収納に伴い形成された空間に、周方向に分割されたセグメントＳＧを組み込み、ピストンロッド部材１５Ｂを延出させ、シュー１６をセグメントＳＧの端面に当接させる。

この作業を周方向に沿って順次繰り返して実行し、新たなトンネルの内壁を生成する。

また、前記シールド掘削機３が曲がっている穴（図１の矢印ＡＲ１に示すように、図１の下方向に曲がっている穴）を掘っているとすると、シールド掘削機３が前進するに伴って、図１に示してある推進装置１のピストンロッド部材１５Ｂが延出し、図３において二点鎖線で示す位置ＰＳ５（セグメントＳＧに対しシールド掘削機３の内側）まで、前側部材２３、連結部材２１、前記ピストンロッド部材１５Ｂ等がずれる。

そして、前記各部材１５Ｂ、２１、２３のずれに応じて、前記弾性体１７が、図３にＰＳ７で示すように変形し、セグメントＳＧと前記各部材１５Ｂ、２１、２３との間の相対的な位置ずれを吸収する。

したがって、もしも、弾性体１７が設けられていないとすれば、前記ピストンロッド部材１５Ｂの延出に伴って、シュー１６が、大きな力でずれようとする（せん断方向に大きな力でずれようとする）。これに対して、弾性体１７が設けられていると、弾性体１７がせん断方向に変形するので、シュー１６を図３の上方向にずらそうとする力は小さくなっている。

シールド掘削機３によれば、油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂの先端部に、セグメントＳＧに当接するシュー１６に弾性体１７が設置されているので、シールド掘削機３で曲がった穴を掘る場合、セグメントＳＧとシュー１６との間に発生するせん断方向の力を前記弾性体１７が弾性変形して吸収し、セグメントＳＧの端面ＳＧＡとシュー１６との間でせん断方向（セグメントＳＧとシュー１６との当接面の延伸方向）の大きな力が発生することを抑制することができる。

このように、セグメントＳＧの端面とシュー１６との間におけるせん断方向の大きな力の発生を抑制することができるので、大きなせん断力による不具合（たとえば、セグメントＳＧの欠けや推進装置１の変形、挫屈荷重によるピストンロッド部材１５Ｂの変形、かじり、推進装置１の寿命が短くなること）を防止することができる。

また、シールド掘削機３によれば、セグメントＳＧの端面ＳＧＡとシュー１６との間に圧推力がかかりシールド掘削機３が推進して穴を掘っているときにおいても、前記弾性体１７が随時変形するので、穴の掘削中にシールド掘削機３の稼動を停止させなくても、前記せん断方向のずれを抑制しつつ、効率良く穴を掘削することができる。

なお、前記油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂと前記セグメントＳＧとの間に発生するせん断方向の力は、前記油圧シリンダ１５（推進装置１）の設置位置（シールド掘削機３の円周上のいずれの位置に油圧シリンダ１５が設置されているか）に応じて、シールド掘削機３の径方向の成分とシールド掘削機３の円周方向の成分とを含む（いずれか一方の成分だけの場合もある）が、前記後側部材１９がゴム等の弾性体１７を介して前記油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂに支持されているので、前記各成分を含むせん断方向の大きな力を簡素な構成で防止することができる。

また、シールド掘削機３によれば、前記弾性体１７が、ゴム２４と鋼２６とを交互に重ねて構成されていると共に、重ね合わせた方向が、シールド掘削機３の推進方向とほぼ一致しているので、シールド掘削機３の推進方向の力を後側部材１９とピストンロッド部材１５Ｂ（連結部材２１、前側部材２３）との間で確実に伝達することができると共に、セグメントＳＧの端面ＳＧＡと後側部材１９との間におけるせん断方向の大きな力を吸収することができる。

より詳しく説明すると、前記弾性体１７をゴム単体で構成した場合、このゴムがシールド掘削機３の推進方向に圧縮されることにより、ゴムは横方向に湾曲状に変形してはみ出してしまうが、前述したように、ゴム２４と鋼２６とを積層し接着すると、ゴム２４が鋼２６によって拘束されるので、前記はみだしが少なくなり、シールド掘削機３の推進方向の力による弾性体１７の変形量が小さくなり、シールド掘削機３の推進方向の剛性が高くなり、シールド掘削機３の推進方向の力を後側部材１９とピストンロッド部材１５Ｂ（連結部材２１、前側部材２３）との間で確実に伝達することができる。

また、前記弾性体１７の前記せん断方向（シールド掘削機３の推進方向と交差する方向）における前記弾性体１７のゴム２４の変形は、前記鋼２６では拘束されにくいので、前記せん断方向の大きな力を、ゴム単体を使用した場合とほぼ同様に吸収することができる。

なお、前記弾性体１７として、他の構成の弾性体を採用してもよい。ただし、せん断方向には変形しやすく圧縮方向に変形しにくいものを採用することが好ましい。

また、前記推進装置１に対して、前記弾性体１７を着脱自在に構成してもよい。すなわち、ボルト等の締結具（図示せず）を用いて、前記弾性体１７を前記前側部材２３に着脱自在に構成し、シールド掘削機３が真っ直ぐな穴を掘っている場合には、前記弾性体を取り外し、前記前側部材２３に前記後側部材１９を直接設置するようにしてもよい。

そして、たとえば、シールド掘削機３で曲がった穴を掘る場合であってそれまでに使用した通常の長さのセグメントに代えて短いセグメントを使用する場合のみに、前記弾性体１７を設置してもよい。

このようにして、前記弾性体１７を設置しまたは前記弾性体１７を取り除くようにすれば、通常掘削時の前記油圧シリンダ１５の長さを長くする必要がなく、シールド掘削機３の長さを従来通りに保つことができる。

さらに、セグメントＳＧとシュー１６との間に生じる前記せん断方向の力を吸収することができるのであれば、他の機構を採用してもよい。たとえば、図７（前記弾性体１７の変更例を示す図であり、図３に対応する図）や図８（図７のＶＩＩＩ矢視を示す図）に示すように、ボール２５とバネ２７とを介して、前側部材２３と後側部材１９とを連結してもよい。

すなわち、前側部材２３と後側部材１９との間に球状のボール２５を設け、このボール２５によって、前記前側部材２３と前記後側部材１９との間における前記シールド掘削機３の推進方向の力を受ける共に、前記セグメントＳＧとシュー１６との間に生じる前記せん断方向の力を吸収するようにしてもよい。

なお、前記前側部材２３と後側部材１９との間に、互いに直交する方向（前記せん断方向のうちの異なる方向）に伸縮する複数のバネ２７等の弾性体を設けてあるので、後側部材１９にせん断力がかかっていない場合、前記後側部材１９が前記前側部材２３に対し所定の中立な位置に存在するようになっている。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るシールド掘削機では、図９に示すように、弾性体１７が削除されて前側部材２３に後側部材１９が直接設けられている点が、第１の実施形態に係るシールド掘削機とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係るシールド掘削機３とほぼ同様に構成されている。

また、前記第２の実施形態に係るシールド掘削機では、このシールド掘削機が推進しつつ曲がった穴を掘っているときに、推進装置のアクチュエータ（油圧シリンダ１５）のストロークの中間部（ピストンロッド部材１５Ｂが延出している途中）で、前記各アクチュエータのうちで前記シールド掘削機を推進させているアクチュエータの推力を１本ずつ順に短い時間一時的に停止するようになっている。

なお、前記各アクチュエータの推力のオン・オフの制御は、前記シールド掘削機に設けられている図示しない制御装置によって行われるようになっている。

次に、前記第２の実施形態に係るシールド掘削機の動作について説明する。

図１０は、第２の実施形態に係るシールド掘削機の推進装置の動作を示す図である。

なお、図１０の横軸は時刻の経過を示し、図１０の縦軸は、推進装置の油圧シリンダ１５のピストンロッド部材１５Ｂの延出量を示している。また、図１０（ａ）は、各推進装置１のうちの推進装置Ａの動作を示し、図１０（ｂ）は、各推進装置１のうちの推進装置Ｂの動作を示し、図１０（ｃ）は、各推進装置１のうちの推進装置Ｃの動作を示している。

なお、第２の実施形態に係るシールド掘削機は、図２に示す矢印ＡＲ３の方向（左方向）に曲がった穴を掘っており、各推進装置１のうち、図２の右側に示す３つの推進装置Ａ、Ｂ、Ｃが、シールド掘削機を推進させるための推力を発生しているものととする。

図１０に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に時間において、前記各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの各ピストンロッド部材１５Ｂは、前記シールド掘削機を推進させるために、ほぼ一定の速度で延出するが、前記各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの推力（各ピストンロッド部材１５Ｂの延出）が、１本順に一時的に短い時間停止する。

すなわち、時刻ｔ０の直後に到来する時刻ｔ０１で、推進装置Ａのピストンロッド部材１５Ｂのみが、時刻ｔ０１から時刻ｔ０３までの短い時間だけ延出することを停止する。そして、時刻ｔ０３が到来すると、推進装置Ａのピストンロッド部材１５Ｂは再び延出し始める。

このとき、シールド掘削機３は推進装置Ｂ、Ｃにて前進しているため、推進装置Ａのピストンロッド部材１５Ｂは、無負荷状態で延出可能である。したがって、ピストンロッド部材１５Ｂは、後側部材１９がセグメントＳＧの端面に当接するまで、極めて短い時間で延出する。

前記時刻ｔ０３の直後に到来する時刻ｔ０５で、推進装置Ｂのピストンロッド部材１５Ｂのみが、時刻ｔ０５から時刻ｔ０７までの短い時間だけ延出することを停止する。そして、時刻ｔ０７が到来すると、推進装置Ｂのピストンロッド部材１５Ｂは再び延出し始める。

時刻ｔ０７の直後に到来する時刻ｔ０９で、推進装置Ｃのピストンロッド部材１５Ｂのみが、時刻ｔ０９から時刻ｔ１１までの短い時間だけ延出することを停止する。そして、時刻ｔ１１が到来すると、推進装置Ｃのピストンロッド部材１５Ｂは再び延出し始める。

この後、同様に各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃが順に短い時間停止する動作を繰り返しつつ、時刻ｔ１が到来するまで、各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの各ピストンロッド部材１５Ｂが間欠的に順に停止しつつ延出する。

なお、時刻ｔ１の到来後は、各推進装置の各ピストンロッド部材１５Ｂは、各油圧シリンダ本体部材１５Ａ側に引っ込み、次のセグメントＳＧが穴の壁に設置され、再び、各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの各ピストンロッド部材１５Ｂが、前述した動作を繰り返しつつ延出する。

なお、前記動作では、各推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの各ピストンロッド部材１５Ｂが停止している時間が重なっていないが、重なっていてもよい。すなわち、たとえば、時刻ｔ０５が時刻ｔ０３よりも早く到来するようにしてもよい。

さらに、前記動作では、１本ずつピストンロッド部材１５Ｂを停止しているが、たとえば、シールド掘削機を推進している推進装置の個数が多い場合には、シールド掘削機を推進している各推進装置のうちの複数の推進装置のピストンロッド部材１５Ｂを同時に停止してもよい。

第２の実施形態に係るシールド掘削機によれば、前記各油圧シリンダ１５（各推進装置１）のうちで前記シールド掘削機３を推進させている推進装置Ａ、Ｂ、Ｃの油圧シリンダ１５の推力を順に一時的に停止するので、この停止をしたときに、セグメントＳＧの端面ＳＧＡと後側部材１９とが互いに接触している状態でセグメントＳＧの端面ＳＧＡと後側部材１９との間の押圧力が一時的に無くなるか、または、セグメントＳＧの端面ＳＧＡから後側部材１９が一時的に僅かに離れる。そして、セグメントＳＧの端面ＳＧＡと後側部材１９との間におけるせん断方向のずれにより弾性変形した後側部材１９やピストンロッド部材１５Ｂがもとの状態に戻り、セグメントＳＧと後側部材１９とが接触した状態におけるせん断方向の力が無くなる。

たとえば、セグメントＳＧが設置された後、次のセグメントＳＧが設置されるまでの間に、油圧シリンダ１５が１０回ほど、所定の時間間隔で短い時間一時的にすれば、１回も停止しない場合（後側部材１９がセグメントＳＧに押圧力を持って接触し続けていた場合）に比べ、セグメントＳＧの端面ＳＧＡと後側部材１９との間に発生するせん断方向の力を、約１／１０にすることができる。

すなわち、セグメントＳＧやピストンロッド部材１５Ｂに発生する応力の値を約１／１０にすることができる。

また、油圧シリンダ１５の推力を１本ずつ（場合によっては適数本ずつ）順に一時的に停止するので、停止してない油圧シリンダ１５は、シールド掘削機３を推進するための推力を発生しており、したがって、シールド掘削機の掘削が停止することがなく、効率良く穴を掘削することができる。

また、シールド掘削機で掘っている穴の径が大きくシールド掘削機３の周上に設置されている油圧シリンダ１５の本数（推進装置１の個数）が多い場合には、シールド掘削機３で掘っている穴の径が小さくシールド掘削機３の周上に設置されている油圧シリンダ１５の本数が少ない場合に比べて、前記シールド掘削機を推進させている油圧シリンダの本数も多くなっているので、これらの各油圧シリンダ（シールド掘削機を推進させている各油圧シリンダ）のうちの何本かの油圧シリンダの推力を停止しても、シールド掘削機で掘っている穴の径が小さい場合に比べ、推力を発生しているシリンダの本数に対して推力を停止しているシリンダの本数の割合が小さい。

したがって、大きな径の穴を掘る場合、前記第２の実施形態に係るシールド掘削機を好適に採用することができる。

なお、前記第２の実施形態に係るシールド掘削機において、前記第１の実施形態に係るシールド掘削機３のように弾性体１７を設けてもよい。

ところで、曲がった穴をシールド掘削機で掘っている場合、前述したように、セグメントとシールド掘削機の推進装置のシューとの間にせん断方向の力が発生し、セグメントにせん断力等がかかり、このせん断力でセグメントが変形等するおそれがある。

そこで、コンクリート製のセグメントに代えて、より機械的強度の高い鋼製のセグメントを採用する場合がある。

しかし、鋼製のセグメントでは、内側（鋼製のセグメントが設置された穴の内側）にリブが突出する。穴の内側にリブが突出していると、たとえば、穴を下水道用の穴として使用する場合、下水のスムーズな流れ妨げることになるので、このリブが穴の内面に現れないように、穴（鋼製のセグメント）の内面に別途コンクリートを被覆する必要（二次覆工する必要）がある。

一方、コンクリートのセグメントが設置された穴では、鋼製のセグメントのように内側にリブは存在せず、セグメント同士を接続固定するためのボルトを設置する小さな部位（ボルト設置ボックス）が、僅かにへこんだ状態（穴の内側から外側に向かう方向にへこんだ状態）で存在しているだけである。したがって、鋼製のセグメントを用いた場合のように大掛かりな二次覆工を行うことなく、前記ボルト設置ボッククのみをコンクリートで埋めれば、穴の内径がなめらかな形状（たとえば円柱側面形状）になる。

このように、大掛かりな二次覆工を避けるためには、コンクリート製のセグメントを採用することが望ましい。前記各実施形態に係るシールド掘削機を使用すれば、セグメントとシューとの間のせん断力を低減することができるので、コンクリートのセグメントを採用でき、鋼製のセグメントを採用したときに必要な大掛かりな二次覆工を省くことができる。

なお、一般的には、小径の穴は下水道等に使用されるものであり、大きく曲がって掘られることが多い。したがって、シールド掘削機の推進装置のシューとセグメントの端面との間のせん断方向のずれが発生しやすく、従来は、鋼製のセグメントを使用していたが、前記各実施形態に係るシールド掘削機を使用すれば、小さい径の穴を掘る場合でもコンクリートのセグメントを採用することができ、大掛かりな二次覆工事が発生することを回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係るシールド掘削機の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１におけるＩＩＡ―ＩＩＢ矢視を示す図である。 図１におけるＩＩＩ部の拡大図である。 図４は、図３におけるＩＶＡ―ＩＶＢ矢視を示す図（図２におけるＩＶ部の拡大図）である。 図３におけるＶ矢視を示す図である。 弾性体の変形例を示す図であり、図３のＶ矢視に対応する図である。 弾性体の変更例を示す図であり、図３に対応する図である。 図７のＶＩＩＩ矢視を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るシールド掘削機の前側部材とシューとの設置状態を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るシールド掘削機の推進装置の動作を示す図である。 従来のシールド掘削機によって、曲がった穴を掘っている状態を示す図である。 図１１におけるＸＩＩ部の拡大図である。

符号の説明

１ 推進装置
３ シールド掘削機
５ シールドフレーム
１５ 油圧シリンダ（アクチュエータ）
１５Ａ ピストンロッド部材（第２の部材）
１５Ｂ 油圧シリンダ本体部材（第１の部材）
１７ 弾性体
１９ 後側部材
２４ ゴム（弾性係数の小さな第１の部材）
２６ 鋼（弾性係数の大きな第２の部材）
ＳＧ セグメント

Claims (6)

1. シールド掘削機を推進させるための推進装置において、
   第１部材とこの第１部材に対して移動自在な第２部材とを備え、前記第２部材が前記シールド掘削機のシールドフレームに支持されるアクチュエータと；
   前記第１の部材に傾動可能に支持されると共に、弾性体を用いて、セグメントに接触する後側部材の端面が前記アクチュエータの伸縮方向とほぼ直角をなす面内で移動可能になっているシューと；
   を有することを特徴とするシールド掘削機の推進装置。
2. 請求項１に記載のシールド掘削機の推進装置において、
   前記弾性体は、小さな弾性係数の第１の部材と、大きな弾性係数の第２の部材とを、交互に積層して構成されていると共に、前記積層してある方向が前記第２の部材の移動方向とほぼ一致するように、前記弾性体が設けられていることを特徴とするシールド掘削機の推進装置。
3. シールド掘削機を推進させるための推進装置において、
   第１部材とこの第１部材に対して移動自在な第２部材とを備え、前記第２部材が前記シールド掘削機のシールドフレームに支持されると共に、前記シールド掘削機の周方向で間隔をあけて設けられている複数のアクチュエータと；
   前記各第１部材のそれぞれに支持されていると共に、セグメントに接触する複数のシューと；
   前記各アクチュエータのうちで前記シールド掘削機を推進させているアクチュエータの推力を１本ずつまたは適数本ずつ順に一時的に停止するように制御する制御手段と；
   を有することを特徴とするシールド掘削機の推進装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の推進装置を有することを特徴とするシールド掘削機。
5. シールド掘削機を用いた穴の掘削方法において、
   セグメントの端面と、前記シールド掘削機の推進装置に設けられ前記セグメントに接触するシューとの間に発生するせん断力を抑制しつつ、曲がった穴を掘ることを特徴とする穴の掘削方法。
6. シールド掘削機を用いた穴の掘削方法において、
   前記シールド掘削機を推進させている複数のアクチュエータの推力を、１本ずつまたは適数本ずつ順に一時的に停止させつつ、曲がった穴を掘ることを特徴とする穴の掘削方法。

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