JP2007211517A

JP2007211517A - シールド掘進機

Info

Publication number: JP2007211517A
Application number: JP2006033730A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakane; 隆中根; Hifumi Tabata; 一二三田畠
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】シール部材と取付面との間の面圧を上げ、シールド掘進機の水密性能を向上させる。
【解決手段】シールド本体３の前端部近傍に設けられたバルクヘッド５と、バルクヘッド５を貫通させて設けられた軸受部７と、軸受部７に回転自在に支持され前端部にカッタ２を有する回転軸１０と、軸受部７及び回転軸１０のうち一方に形成された取付面３０と、軸受部７及び回転軸１０のうち他方に形成された摺接面３１と、取付面３０に圧接させて取り付けられ且つ摺接面３１に摺接されてシールする環状のシール部材２４とを備えたシールド掘進機において、取付面３０及びシール部材２４の接触箇所のうち少なくとも一方に突起３６を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削するシールド掘進機に関する。

シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組み立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。

例えば図５に示すように、シールド掘進機は、シールド本体（図示せず）の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（図示せず）と、そのバルクヘッドを貫通させて設けられた軸受部５０と、軸受部５０に回転自在に支持され前端部にカッタ（図示せず）を有する回転軸５１とを備えている。ここで、図５においては、図中右側にバルクヘッドが設けられ、図中左側にカッタが設けられる。

軸受部５０のケーシング５２と回転軸５１との間には、シールド本体内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構５３が設けられる。

シール機構５３は、回転軸５１に設けられた取付面５４に対して圧接させて取り付けられ、且つ、軸受部５０のケーシング５２に設けられた摺接面５５に摺接されてシールする環状のシール部材５６、５７を有している。例えば、シール部材５６、５７はボルト５８により回転軸５１の取付面５４に対して圧接させて取り付けられる。

シール部材５６、５７は回転軸５１の長手方向に所定間隔を隔てて複数配設されている。例えばこれらシール部材の構成として、ディスク状のコーナーシール５６と、外周部にリップ５９を有するリップシール５７との組合せが採用される。図示例では、複数配設されたシール部材５６、５７のうち、コーナーシール５６が地山に最も近い前方側（図５中の左側）に配置される。

回転軸５１の長手方向に隣接するコーナーシール５６とリップシール５７との間、及び、回転軸５１の長手方向に隣接する複数のリップシール５７間にはそれぞれ、グリース等の潤滑油が供給される潤滑油室６０が形成されている。軸受部５０のケーシング５２には、潤滑油室６０に開口し、潤滑油室６０に潤滑油を供給する潤滑油供給路６１が設けられている。

潤滑油室６０内の圧力を外部の圧力よりも高く保つことで、シールド本体内への土砂の侵入を防止することができる。また潤滑油室６０内に供給される潤滑油によりコーナーシール５６及びリップシール５７の潤滑を行うことで、コーナーシール５６及びリップシール５７の摩耗を抑制してこれらコーナーシール５６及びリップシール５７の長寿命化を図ることができる。

なお、特許文献１には、掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に支持され、該カッタヘッドに円筒形状をなすドラムが一体に連結され、該ドラムの後部が前記掘削機本体に設けられたバルクヘッドの円周溝に挿通して回転駆動部が駆動連結され、前記ドラムとバルクヘッドの円周溝との間にシール部材が装着されたトンネル掘削機において、前記シール部材を前記ドラムの回転軸方向に沿って移動自在に支持する支持機構と、シール面に対する前記シール部材の押圧力を検出する検出器と、該検出器の検出結果に基づいて前記シール部材を移動させる移動機構とを備えたトンネル掘削機が記載されている。

特開平８−２１１９２号公報

ところで、地山に最も近い前方側に配設されるコーナーシール５６は受ける圧力が大きいため、大深度（高水圧下）では回転軸５１の取付面５４とコーナーシール５６との間に隙間が生じる可能性がある。回転軸５１の取付面５４とコーナーシール５６との間に隙間が生じると、コーナーシール５６と回転軸５１の取付面５４との間の面圧が下がり、シールド掘進機の水密性能（シール性能）が低下する虞がある。特に、図５に示すシールド掘進機においては、回転軸５１の取付面５４とコーナーシール５６との間に隙間が生じると、矢印Ｌで示すようにコーナーシール５６やリップシール５７に設けられたボルト挿通孔６２、６３を通じて浸水する虞があった。

そこで、本発明の目的は、シール部材と取付面との間の面圧を上げ、シールド掘進機の水密性能を向上させることができるシールド掘進機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドと、該バルクヘッドを貫通させて設けられた軸受部と、該軸受部に回転自在に支持され前端部にカッタを有する回転軸と、上記軸受部及び上記回転軸のうち一方に形成された取付面と、上記軸受部及び上記回転軸のうち他方に形成された摺接面と、上記取付面に圧接させて取り付けられ且つ上記摺接面に摺接されてシールする環状のシール部材とを備えたシールド掘進機において、上記取付面及び上記シール部材の接触箇所のうち少なくとも一方に突起を設けたものである。

ここで、上記シール部材がボルトにより上記取付面に圧接させて取り付けられるものであり、上記シール部材には上記ボルトを挿通するためのボルト挿通孔が形成され、上記突起が上記ボルト挿通孔側と上記摺接面側とを仕切るように周方向に沿って環状に設けられても良い。

本発明によれば、シール部材と取付面との間の面圧を上げ、シールド掘進機の水密性能を向上させることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。図２はシール機構を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ部拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、掘進方向前方（図１中の左側）にカッタ２を有するシールド本体３を備えている。シールド本体３は円筒状に形成されている。

シールド本体３の後部には、カッタ２により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するエレクタ（図示せず）と、シールド本体３の内周に沿って複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体３を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられている。

シールド本体３の前端部近傍には、チャンバ（カッタチャンバ）４とシールド本体３内とを仕切るバルクヘッド５が設けられている。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ４に開口するスクリュコンベア６が設けられる。

バルクヘッド５の中央部には、これを貫通して軸受部７が設けられている。本実施形態の軸受部７は、バルクヘッド５に取り付けられた円筒状の第一ケーシング８と、シールド本体３内に配設された円筒状の第二ケーシング９と、これらケーシング８、９内に収容され、後述するセンターシャフト１０を支持するためのベアリング（ラジアルベアリング１１、１２及びスラストベアリング１３）とを有している。

軸受部７の第一ケーシング８及び第二ケーシング９には、回転軸としてのセンターシャフト１０が回転自在に支持されている。センターシャフト１０の前端部には、カッタ２が設けられている。

カッタ２は、その回転中心から径方向外側に延出するカッタ本体１４を有している。カッタ本体１４前面には、その径方向中央にセンタービット１５が配置され、そのセンタービット１５よりも外周側に複数のカッタビット１６が配置されている。カッタ本体１４後面には、チャンバ４内に取り込んだ土砂（掘削土砂）を撹拌するための撹拌翼１７が取り付けられている。

カッタ本体１４は、センターシャフト１０に取り付けられた円筒状の中心部材１８と、中心部材１８に放射状に取り付けられた複数のカッタスポーク１９とを有している。つまり、本実施形態のカッタ本体１４は、スポーク状に形成されている。なお、カッタ本体１４が面盤状に形成されていても良い。

センターシャフト１０にはギヤ２０が被嵌されており、ギヤ２０は駆動モータ２１のピニオン２２と歯合されている。地山を掘削する際には、駆動モータ２１によりカッタ本体１４を回転させることで、地山に当接するセンタービット１５及びカッタビット１６により地山が掘削される。

本実施形態のシールド掘進機１は、軸受部７とセンターシャフト１０との間に設けられ、シールド本体３内に土砂が侵入（流入）するのを防止するためのシール機構２３を備えている。

図２に示すように、シール機構２３は、シールド本体３の長手方向に所定間隔を隔ててセンターシャフト１０に複数装着されたシール部材２４、２５を備えている。本実施形態では、センターシャフト１０に複数装着されたシール部材２４、２５のうち、地山に最も近い前方側のシール部材２４はコーナーシールであり、このコーナーシール２４よりも後方側のシール部材２５はリップシールである。これらコーナーシール２４及びリップシール２５はゴム材からなる。

ここで、コーナーシール２４は、ディスク状に形成されたものである（図３参照）。また、リップシール２５はその外周部に細い帯状のリップ２６が形成されたものである。コーナーシール２４及びリップシール２５には、ボルト２７を挿通するためのボルト挿通孔２８、２９が設けられている。

センターシャフト１０には、コーナーシール２４及びリップシール２５を取り付けるための取付面３０が形成されている。第一ケーシング８には、コーナーシール２４及びリップシール２５が摺接される摺接面３１が形成されている。

コーナーシール２４は、ボルト２７によってセンターシャフト１０の取付面３０に対して圧接させて取り付けられる。また、各リップシール２５は、バックアップリング３２により挟み込まれた状態で、ボルト２７によってセンターシャフト１０の取付面３０に対して圧接させて取り付けられる。

コーナーシール２４は、その外周部が第一ケーシング８により前方側へ押圧されている。リップシール２５は、そのリップ２６が第一ケーシング８により前方側へ押圧されている。

第一ケーシング８とセンターシャフト１０の対向部３３は、第一ケーシング８内に土砂を侵入し難くするラビリンス構造とされている。

駆動モータ２１によりカッタ本体１４が回転されると、コーナーシール２４及びリップシール２５はカッタ本体１４と共に回転することになる。即ち、コーナーシール２４の外周部及びリップシール２５のリップ２６が第一ケーシング８の摺接面３１に対して摺接する状態になる。

センターシャフト１０の長手方向に隣接するコーナーシール２４とリップシール２５との間、及び、センターシャフト１０の長手方向に隣接するリップシール２５間にはそれぞれ、グリース等の潤滑油が供給される潤滑油室３４が形成されている。第一ケーシング８には、潤滑油室３４に開口し、潤滑油室３４に潤滑油を供給する潤滑油供給路３５が設けられている。

潤滑油室３４内の圧力を外部の圧力よりも高く保つことで、シールド本体３内への土砂の侵入を防止することができる。また潤滑油室３４内に供給される潤滑油によりコーナーシール２４及びリップシール２５の潤滑を行うことで、コーナーシール２４及びリップシール２５の摩耗を抑制してこれらコーナーシール２４及びリップシール２５の長寿命化を図ることができる。

ここで、本実施形態では、シールド掘進機１の水密性能を向上させるべく、コーナーシール２４とセンターシャフト１０の取付面３０との間の面圧を上げるための工夫がなされている。

本実施形態では、図２（ｂ）及び図３に示すように、コーナーシール２４とセンターシャフト１０の取付面３０との間の面圧を上げるために、コーナーシール２４におけるセンターシャフト１０の取付面３０に対向する面に、突起３６を周方向に沿って環状に設けている。本実施形態では、突起３６は、センターシャフト１０に対して同軸上に形成されている。

ボルト２７によりコーナーシール２４をセンターシャフト１０の取付面３０に対して圧接させて取り付けることで、コーナーシール２４に設けた突起３６がセンターシャフト１０の取付面３０とコーナーシール２４との間で押しつぶされる。

従って本実施形態によれば、突起３６によりコーナーシール２４とセンターシャフト１０の取付面３０との間の面圧を局所的に上げることができ、シールド掘進機１の水密性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、突起３６は、コーナーシール２４のボルト挿通孔２８側と第一ケーシング８の摺接面３１側とを仕切るように周方向に沿って環状に設けられている。このようにすることで、コーナーシール２４とセンターシャフト１０の取付面３０との間の面圧をボルト挿通孔２８側と摺接面３１側との間で局所的に上げて、コーナーシール２４に設けられたボルト挿通孔２８を通じて浸水（図５の矢印Ｌ参照）するのを確実に防止することができ、シールド掘進機１の水密性能を効果的に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上述の実施形態では、コーナーシール２４におけるセンターシャフト１０の取付面３０に対向する面に突起３６を設けるとしたが、図４に示すように、突起３６に代えて、センターシャフト１０の取付面３０に突起３７を周方向に沿って環状に設けても良い。この場合、取付面３０に設けた突起３７がコーナーシール２４に食い込むことでコーナーシール２４とセンターシャフト１０の取付面３０との間の面圧を局所的に上げることができ、シールド掘進機１の水密性能を向上させることができる。

また、上述の実施形態では、回転軸がセンターシャフト１０であるとしたがこれには限定はされない。例えば、回転軸がドラム状に形成されたものであっても良い。

また、上述の実施形態では、センターシャフト１０（回転軸）に取付面３０を形成すると共に、軸受部７に摺接面３１を形成するとしたが、これとは逆に、軸受部７に取付面を形成すると共に、センターシャフト１０に摺接面を形成するようにしても良い。

さらに、突起３６の形状は、図２に示すような半球状には限定されず、錐状や柱状等であっても良い。

本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。シール機構を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のＩＩｂ部拡大断面図である。コーナーシールの側断面図である。他の実施形態に係るシール機構を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＩＶｂ部拡大断面図である。従来のシールド掘進機のシール機構を示す側断面図である。

符号の説明

１シールド掘進機
２カッタ
３シールド本体
５バルクヘッド
７軸受部
１０センターシャフト（回転軸）
２４コーナーシール（シール部材）
２７ボルト
２８ボルト挿通孔
３０取付面
３１摺接面
３６突起

Claims

シールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドと、該バルクヘッドを貫通させて設けられた軸受部と、該軸受部に回転自在に支持され前端部にカッタを有する回転軸と、上記軸受部及び上記回転軸のうち一方に形成された取付面と、上記軸受部及び上記回転軸のうち他方に形成された摺接面と、上記取付面に圧接させて取り付けられ且つ上記摺接面に摺接されてシールする環状のシール部材とを備えたシールド掘進機において、
上記取付面及び上記シール部材の接触箇所のうち少なくとも一方に突起を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
上記シール部材がボルトにより上記取付面に圧接させて取り付けられるものであり、上記シール部材には上記ボルトを挿通するためのボルト挿通孔が形成され、上記突起が上記ボルト挿通孔側と上記摺接面側とを仕切るように周方向に沿って環状に設けられた請求項１記載のシールド掘進機。