JP2007291626A - パッケージ排土式シールド機 - Google Patents

Abstract

【課題】 軟質土の地盤からなる地山に小型の筒体からなるパッケージを押し込んで土砂をパッケージ化して採取する掘削を、複数の掘削位置で順々に行うようにした、低パワー且つ低コストのシールド機を提供することである。
【解決手段】 筒状の胴体２の前端近傍部に設けられた隔壁１１に、円形の発進口１１ａがマトリックス状に形成され、各発進口１１ａの直ぐ後側に閉鎖板１６が夫々開閉可能に設けられている。筒体からなるパッケージ２０は、外形が八角形であり、これに揺動駆動機構２３と進退駆動機構２４とが装備されている。図示外の元押しジャッキにより胴体２が地山側に押圧された状態で、揺動駆動機構２３と進退駆動機構２４とが駆動されると、パッケージ２０が往復揺動しながら地山内に徐々に押し込まれ、地山の土砂がパッケージ２０内に詰め込まれるので、パッケージ２０と共に掘削土を機外に搬出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、軟質土の地層からなる地山にトンネルを構築するに際して、小型の筒体からなるパッケージを地山内に押し込み、パッケージ内部に取り込んだ掘削土をパッケージと共に機内に取り込んで排出する掘削作業を、複数列複数行に亙って順々に行うようにしたものに関する。

従来、トンネルを構築する工法として、沈埋工法、シールド工法や押管工法等が一般に採用されている。沈埋工法は、地上で予め作製した鉄製又はコンクリート製のトンネル枠を海底に沈めておき、海上から海底の土砂を浚渫船で吸い上げながらトンネル枠を徐々に沈めるものである。この沈埋工法においては、施工コストが安い反面、トンネル枠を沈める作業に加えて、海底の土砂を浚渫船により吸い上げ作業を行うので、水路を部分的に遮断せざるを得ないこと、埋設する海底を部分的に掘ることにより、海底の地盤が緩くなっているので、トンネル枠が不安定状態であり、地震が起こると埋設物が破損するという危険が常に伴っている。

一方、地山にトンネルを構築する際に、シールド工法や押管工法を採用する場合には、先端部に掘進機を設け、この掘進機を複数のシールドジャッキで後方から地山側に押し付けながら、回転するカッターヘッドで地山を全断面掘削し、掘削した掘削ズリをスクリューコンベアや排出管で機外に搬出するものであり、施工時における安全性が高くなっている。

そこで、例えば、特許文献１に記載のシールド掘進機は、円筒状のシールド筒の前側に回転カッターを設ける一方、シールド筒の前端部に前隔壁を設けて切羽室（チャンバー）を区画形成するとともに、この前隔壁の後方に後隔壁を設け、これら前隔壁と後隔壁との間に作業室を区画形成し、地山が回転カッターで掘削されて切羽室に入り込んだ掘削土を排土装置で機外に排出するように構成してある。但し、必要に応じて、前隔壁に形成した多数の孔を挿通させた注入パイプにより薬液を注入可能になっている。

一方、特許文献２に記載のシールド掘進機は、カッタフェイスの後側に形成された密閉チャンバ内に、超音波振動子からの超音波を放射すると共に、注水装置からイオン化された気泡混じりの攪拌水を供給し、密閉チャンバ内に取込まれた掘削ズリに、気泡混じりのイオン化された攪拌水を混合させ、更に超音波振動を付加させることで、粘性土の付着性を低下させた流動性の高い掘削ズリにして、スクリューコンベアで機外に搬出されるようにしてある。

特開昭６１−１４２２９３号公報（第２〜３頁、図１） 特開平７−２６８８３号公報（第３〜４頁、図１）

特許文献１や特許文献２に記載のシールド掘進機においては、シールドフレームの前端に回転カッターを設け、この回転カッターを駆動装置で回転させながら地山を全断面掘削するので、掘削の為の駆動装置が大型化するだけでなく、この駆動装置による消費電力が大きくなり、掘削費用が非常に高くなること、大型のシールド機を設置する設置作業に多大の労力が必要になること等の問題がある。

また、掘削した掘削ズリを密閉チャンバに回収し、流動性を高める為に、掘削ズリに注水したり、添加剤等の種々の薬液を注入するので、排土された土砂のフケ率（地山の状態に対する土砂容積の増加率）が増大し、掘削ズリの搬送量が増加すること、薬液が注入された掘削ズリは、産業廃棄土としてしか扱って貰えず、利用価値が低い土砂となり、処分が非常に難しいこと、等の問題がある。

更に、回転カッターにより地山を掘削するので、円形断面のトンネルを掘削するのに適しているが、円形以外に、例えば、矩形状断面や台形状断面等の矩形状断面を有するトンネルについては、矩形形状に合わせるように、補助掘削作業が余分に必要になるという問題もある。

本発明の目的は、小型の筒体からなるパッケージを軟質土の地盤からなる地山内に押し込んで掘削土をパッケージ化して採取するようにした、低パワー且つ低コストのシールド機を提供することである。

請求項１のパッケージ排土式シールド機は、主に軟質土の地層を掘削する為に立坑側で押し管を継ぎ足しながら元押しジャッキにより推進するシールド機において、筒状の胴体と、この胴体の前端近傍部に設けられた隔壁と、地山を掘削し且つ掘削土を収容して搬送に供する為の後端を閉じた筒体からなり、筒体の前端部に複数のカッタービットを備えた少なくとも１つのパッケージと、隔壁に複数行複数列に形成されたパッケージを押し出す為の複数の発進口と、複数の発進口を解放可能に塞ぐ複数の閉鎖板と、隔壁の後方に装備され、発進口に装着されたパッケージを往復揺動させる揺動駆動手段およびパッケージを前方へ所定ストローク進出駆動可能で且つ復帰位置に後退駆動可能な進退駆動手段とを備えたものである。

このパッケージ排土式シールド機により軟質土の地盤からなる地山にトンネルを構築する場合、先ず、胴体をトンネル掘削通路に設置し、少なくとも１つのパッケージを胴体内に搬入し、複数行複数列に形成された複数の発進口のうちの何れか１つに対応させて、パッケージをこの先端部が隔壁の発進口に臨む位置まで前進させたとき、発進口を塞いでいる閉鎖板を開いて発進口を開放保持する。

このように、パッケージを発進口に装着した状態で、パッケージ進退駆動手段を駆動させてパッケージを地山に押し付けながら揺動駆動手段によりパッケージを往復揺動させると、パッケージの先端部に固定された複数のカッタービットにより、地山がパッケージの肉厚分だけ環状に徐々に掘削され、この掘削によりパッケージが地山内に徐々に押し込まれ、地山のうちの筒状の掘削土が粉砕されることなく塊でパッケージ内に順次収容される。

パッケージが前方へ所定ストローク進むと、進退駆動手段及び揺動駆動手段の駆動が夫々停止される。このとき、パッケージ内には、所定ストロークに相当する量の土砂がパッケージ状態で収容されている。そこで、パッケージを土砂と共に後方に移動して、閉鎖板で発進口が塞がれてから、パッケージは更に後方に引き抜かれて機内に取り込まれた後、機内でパッケージ状態の土砂を分離するか、或いはパッケージは立坑を介して地上に挙げられ、トラックに積載されて搬出され、パッケージ状態の土砂が埋め立て地等に排出される。その後、掘削土を排出した空のパッケージはトラックで掘削地に搬送され、次の発進口において、同様にして掘削作業が繰り返して行われる。

請求項２のパッケージ排土式シールド機は、請求項１において、前記閉鎖板を開いてパッケージを発進口に装着した状態で、揺動駆動手段でパッケージを往復揺動させながら、進退駆動手段でパッケージを進出駆動することにより、パッケージ内に掘削土を収容するように構成されたものである。

請求項３のパッケージ排土式シールド機は、請求項１又は２において、前記パッケージは、円筒体の外周側にカバー板を接合して外形を多角形に構成したものである。

請求項４のパッケージ排土式シールド機は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記パッケージの前端近傍部に、パッケージ内の掘削土と地山との縁を切る地切り機構を設けたものである。

請求項５のパッケージ排土式シールド機は、請求項１〜４の何れかにおいて、前記パッケージにより地山を掘削後にパッケージを発進口から後退させてから、発進口を閉塞板で塞ぐように構成したものである。

請求項６のパッケージ排土式シールド機は、請求項１〜５の何れかにおいて、前記隔壁の近傍位置に、パッケージを上下方向に移動させる為のガイド機構を設けたものである。

請求項１の発明によれば、筒状の胴体と、この胴体の前端近傍部に設けられた隔壁と、地山を掘削し且つ掘削土を収容して搬送に供する為の後端を閉じた筒体からなり、筒体の前端部に複数のカッタービットを備えた少なくとも１つのパッケージと、隔壁に複数行複数列に形成されたパッケージを押し出す為の複数の発進口と、複数の発進口を解放可能に塞ぐ複数の閉鎖板と、隔壁の後方に装備され、発進口に装着されたパッケージを往復揺動させる揺動駆動手段およびパッケージを前方へ所定ストローク進出駆動可能で且つ復帰位置に後退駆動可能な進退駆動手段とを備えた。

従って、筒状である胴体の形状如何により、種々の自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能になる。しかも、トンネルを構築する場合、全断面掘削を行わず、トンネル断面を複数の掘削箇所に区画し、１つの掘削区画毎に掘削するようにし、各掘削位置においては、カッタービットによりパッケージの肉厚分だけを掘削し、地山を筒状にくり抜いてパッケージに収容して採取するので、低パワー且つ低コストのシールド機を実現することができる。

複数の掘削区画に分割した１つの掘削区画毎に、地山をパッケージにより筒状にくり抜くので、アーチ効果により地山自体の強度を保持した状態で地山崩れを防止しながら掘削することができる。また、パッケージによる掘削に際して、地山をズリ状に掘削するのではなく、地山の一部をその状態でくり抜いてパッケージ化して搬出するので、掘削土に薬液を注入する等の流動性を高める処理を一切不要にすることができ、作業能率の向上を図ることができる。

パッケージにより排出された掘削土には、掘削土の流動性を図る為の種々の薬液が注入されていない為、排土が産業廃棄物処理対象に該当せず、自然環境を害することもなく、埋立て地用土砂として再利用することかできる。パッケージによる掘削に際して、地山を掘削して掘削土にすることなく、地山の一部を地山の状態でくり抜いてパッケージ化して機外に搬出するので、掘削後の土砂のフケ率（地山の状態に対して土砂容積が増える率）を小さくして排出容積を小さくでき、しかも掘削土に薬液や水を何ら注入していないので、排土重量が増大せず、排土処理を格段に簡単化することができる。

請求項２の発明によれば、前記閉鎖板を開いてパッケージを発進口に装着した状態で、揺動駆動手段でパッケージを往復揺動させながら、進退駆動手段でパッケージを進出駆動することにより、パッケージ内に掘削土を収容するように構成されたので、地山を確実に掘削でき、地山の一部を効率よくパッケージ状にしてパッケージに収容することができる。その他請求項１と同様の効果を奏する。

請求項３の発明によれば、前記パッケージは、円筒体の外周側にカバー板を接合して外形を多角形に構成したので、多角形のパッケージを作製する作製工程の簡単化及び作製コストの低減化を図ることができる。しかも、パッケージを往復揺動及び進退駆動させるための締め付け装置の省略が可能になる。その他請求項１又は２と同様の効果を奏する。

請求項４の発明によれば、前記パッケージの前端近傍部に、パッケージ内の掘削土と地山との縁を切る地切り機構を設けたので、パッケージに収容した掘削土と地山との縁を切る地切り処理の簡単化及び迅速化を図ることができる。その他請求項１〜３の何れかと同様の効果を奏する。

請求項５の発明によれば、前記パッケージにより地山を掘削後にパッケージを発進口から後退させてから、発進口を閉塞板で塞ぐように構成したので、パッケージが発進口に装着されていない状態で、地山の土砂が地圧で胴体内に進入するのを確実に防止することができる。その他請求項１〜４の何れかと同様の効果を奏する。

請求項６の発明によれば、前記隔壁の近傍位置に、パッケージを上下方向に移動させる為のガイド機構を設けたので、パッケージを上下方向に移動させて上下に隣接する複数の掘削位置への移動が簡単化する。その他請求項１〜５の何れかと同様の効果を奏する。

本実施例のパッケージ排土式シールド機は、このシールド機を元押しジャッキで地山に押し付けながら、パッケージを複数の発進口の何れかにおいて地山内に押し込み、パッケージに収容した掘削土をパッケージと共に引き抜いて機内に取り込んだ後、機外に搬出するようにしてある。

本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１，図２に示すように、パッケージ排土式シールド機１は、湾の近傍等であって、土かぶりが少なくヘドロ状の軟質土の地盤からなる地山Ｍにトンネルを掘削する為のものであり、シールド機本体である矩形枠状の胴体２と、この胴体２の進行方向を制御する複数の方向制御ジャッキ３と、この胴体２に装着された複数の閉鎖機構４と、胴体２に装着される少なくとも１つの単孔掘削装置５と、この単孔掘削装置５を上下方向に移動させるガイド機構６等を有する。

図１，図２に示すように、胴体２は、所定長さ(例えば、約１５ｍ)を有し、左右長（幅寸法で、例えば約１６ｍ）が上下長（高さ寸法で、例えば、約１０ｍ））よりも長い縦断面矩形の角筒状に形成されている。胴体２の前端近傍部に隔壁１１が一体的に形成され、この隔壁１１には、円形の発進口１１ａがマトリックス状（縦方向に５行且つ横方向に９列）に形成されている。更に、隔壁１１よりも所定距離だけ後側に、この隔壁１１と平行な補助隔壁１２が一体的に形成され、この補助隔壁１２にも、隔壁１１の発進口１１ａと対向させて、発進口１１ａと同サイズ且つ同数の円孔１２ａが形成されている。

図１，図３に示すように、これら隔壁１１と補助隔壁１２との間に、各発進口１１ａとこれに対向する円孔１２ａの間を囲むように仕切り壁１３が縦横に形成されている。ところで、図２に示すように、この胴体２の後端近傍部に矩形枠状のジャッキ受け壁２ａが形成され、このジャッキ受け壁２ａの後側に、周方向に所定間隔おきに複数の方向制御ジャッキ３が配設されている。ここで、胴体２の後端部の内側に入り込むように、矩形枠状のプレスリング７が配置され、このプレスリング７は複数の押し管８を介して、図示しない元押しジャッキにより押動される。但し、プレスリング７と胴体２の後端部との隙間に、スライドシール９が介設されている。

この場合、元押しジャッキは立坑側（図示略）に配置されている。それ故、胴体２は、元押しジャッキによる推進力により、押し管８とプレスリング７と方向制御ジャッキ３とを介して地山Ｍ側に押し付けられている。胴体２の推進方向を変更する場合には、複数の方向制御ジャッキ３の何れかの長さを任意に微調節することにより、掘削方向を所望の方向に制御することが可能である。

次に、閉鎖機構４について説明する。
図１〜図４に示すように、隔壁１１及び補助隔壁１２と縦横に形成された仕切り壁１３（鉛直仕切り壁１３ａ、水平仕切り壁１３ｂ）とにより区画されたマトリックス状の区画室１５の各々に、閉鎖機構４が設けられている。即ち、第１列〜第９例の各列において、第１行〜第３行については区画室１５の下側に閉鎖機構４が夫々設けられ、第４行〜第５行については区画室１５の上側に閉鎖機構４が夫々設けられている。そこで、第１列・第５行に対応する第５番の区画室１５に設けられた閉鎖機構４について、図３，図４に基づいて説明する。

隔壁１１に接する左右両側の鉛直仕切り壁１３ａの上端部且つ前端部に、閉鎖板１６の上端部（前端部）が左右方向向きの支軸１７で開閉可能に支持されている。この閉鎖板１６の右側に開閉ジャッキ１８が前向きに配設されている。そこで、開閉ジャッキ１８の後側部は上側の水平仕切り壁１３ｂに連結され、開閉ジャッキ１８のロッド１８ａの前端部が、閉鎖板１６の右端部に連結された作動腕１６ａの先端部に連結されている。それ故、ロッド１８ａが退入駆動されると、閉鎖板１６が下方に回動して発進口１１ａを内側から密閉でき、ロッド１８ａが進出駆動されると、閉鎖板１６が上方に回動して略水平姿勢になり、発進口１１ａが開口し、後述する単孔掘削装置５に有するパッケージ２０の先端部が発進口１１ａに臨めるようになる。

次に、少なくとも１つの単孔掘削装置５について説明する。
図２〜図４に示すように、単孔掘削装置５は、後端を閉じた筒体からなるパッケージ２０と、このパッケージ２０をこの軸心回りに往復揺動させる揺動駆動機構２３（これが揺動駆動手段に相当する）と、パッケージ２０を所定ストローク進出駆動可能で且つ復帰位置に後退駆動可能な進退駆動機構２４（これが進退駆動手段に相当する）と、ガイド機構６の一部と、パッケージ２０内に収容された掘削土と地山Ｍとの縁を切る地切り機構２５等を有する。

パッケージ２０は、スチール製の筒体からなり、円筒体２１の外周側に、矩形状の８枚のカバー板２２を接合して外形を八角形に構成されている。このパッケージ２０の後端部は蓋部材（図示略）で閉じられ、前端は開口している。パッケージ２０のこの開口した筒体の前端部のうち、８つの角部の各々にカッタービット２６が夫々固着されている。それ故、このパッケージ２０を地山Ｍ内に押し込む際に、これら複数のカッタービット２６により、パッケージ２０の肉厚分だけ地山Ｍが環状に掘削されるようになっている。

更に、図９に示すように、パッケージ２０の内径は、先端部においてΦ１（例えば、約１．３ｍ）であるのに対して、先端部以外においては、Φ１よりも大きいΦ２になっている。それ故、地山Ｍの掘削に際して、パッケージ２０内に順次収容される地山Ｍ側の掘削土と、往復摺動するパッケージ２０の内壁との摺動摩擦抵抗が格段に減少するようになっている。

次に、揺動駆動機構２３について説明する。
図４〜図８に示すように、補助隔壁１２に形成された円孔１２ａの直ぐ後側に対応するように、所定厚さを有し正面視略矩形状の支持ブロック３０が配設され、この支持ブロック３０は後述するガイド機構６に有する左右１対のガイドレール５０Ｂにより、上下動可能であるが、前後方向の軸心に対して回動不能に且つ前後移動不能に支持されている。

この支持ブロック３０の中央部分に円形の貫通孔３０ａが形成され、この貫通孔３０ａに隣接する支持ブロック３０の内周部に、図７，図８に示す環状の凸状溝３０ｂが形成されている。そこで、支持ブロック３０と同じ幅寸法（前後方向長さ）を有するリング部材からなる駆動リング体３１が貫通孔３０ａの外周部に嵌め込まれ、この駆動リング体３１の外周部に形成された凹状溝３１ａが凸状溝３０ｂに嵌合している。それ故、駆動リング体３１は、これら凸状溝３０ｂと凹状溝３１ａとの嵌合を介して、前後方向軸に対して回動可能に支持されている。

更に、駆動リング体３１の中心側部分には、図５に示すように、八角形の貫通孔３１ｂが形成され、八角形のパッケージ２０がこの貫通孔３１ｂを介して駆動リング体３１に前後方向に貫通している。即ち、パッケージ２０は駆動リング体３１を介して支持ブロック３０に対して、往復揺動可能に支持されると共に、前後移動可能に支持されている。ここで、パッケージ２０は、駆動リング体３１を貫通している為、駆動リング体３１と一体的に往復揺動する。

図５，図７，図８に示すように、駆動リング体３１の左右対象部位において、支持ブロック３０よりも所定長さだけ後方に延出された連結壁部３１ｃが一体的に形成されている。一方、これら連結壁部３１ｃの上側に対応するように、支持ブロック３０の上端部の左右両端部に、図４，図６に示す突出部３１ｄが夫々形成されている。

そこで、左右１対の突出部３１ｄの各々に、下向きに配設された左右１対の揺動ジャッキ３２の下端近傍部が支持ピン３３を用いたトラニオン支持により揺動可能に支持されている。そして、各揺動ジャッキ３２のロッド３３ａの先端部（下端部）は連結壁部３１ｃに形成された連結部３１ｅ（図５参照）に連結されている。

即ち、左側の揺動ジャッキ３２が進出駆動され且つ右側の揺動ジャッキ３２が退入駆動されると、これら連結壁部３１ｃと駆動リング体３１を介してパッケージ２０が正面視にて時計回りに回動される。この逆に、左側の揺動ジャッキ３２が退入駆動され且つ右側の揺動ジャッキ３２が進出駆動されると、これら連結壁部３１ｃと駆動リング体３１を介してパッケージ２０が正面視にて反時計回りに回動される。

次に、進退駆動機構２４について説明する。
図３，図４に示すように、パッケージ２０に接近させて、パッケージ２０の長さ方向と平行に左右１対の進退駆動ジャッキ３５が夫々前向きに配設されている。各進退駆動ジャッキ３５のロッド３５ｂの前端部は前述した連結壁部３１ｃに連結されるとともに、各進退駆動ジャッキ３５のジャッキ本体部３５ａの前端部がパッケージ２０の後端部に固定リング３６を介して夫々締結されている。

即ち、図４に示すように、進退駆動ジャッキ３５のロッド３５ｂを最大限に進出させた状態で、パッケージ２０の先端部を発進口１１ａに臨ませるようにパッケージ２０を位置決めし、１対のロッド３５ｂを同時に徐々に退入させると、パッケージ２０には前進させる推進力が作用し、パッケージ２０が地山Ｍの内部に徐々に押し込まれながら前方に移動する。

次に、パッケージ２０の前端近傍部に設けられた地切り機構２５について説明する。
図４，図９に示すように、パッケージ２０の先端近傍部のうち、８つの角部に対応する内部側に、矩形状の地切り板４０が夫々配設され、各地切り板４０はこの先端部において支持軸４１によりパッケージ２０に開閉可能に枢着されている。この場合、円筒体２１の前端部分が部分的に切り欠かれ、地切り板４０はこの内面が円筒体２１の内面と同一面となるように収納できるようになっている。

更に、地切り板４０の基端部に、側面視にてＶ字状の切欠き凹部４０ａが形成されている。一方、カバー板２２側には、圧縮コイルバネ４２で弾性付勢された係合爪４３が出没可能に設けられている。この場合、地切り板４０の後端面の一部に位置決め凹部４０ｂが形成され、円筒体２１の前端面に球状の位置決め部材兼シールド材４４が固着されている。それ故、地切り板４０が図９に実線で示す閉じ状態に切換えられると、地切り板４０の位置決め凹部４０ｂに位置決め部材兼シールド材４４が嵌入し、地切り板４０は常には閉じ状態に保持されるようになっている。

しかし、地切り動作を行う場合には、円筒体２１とカバー板２２とで形成されるエアー通路４５に加圧エアＰＡが供給されると、図９に２点鎖線で示すように、地切り板４０はこの加圧エアＰＡによりパッケージ２０の内部側に所定角度開いた開き状態に切換えられる。このとき、弾性付勢された係合爪４３が切欠き凹部４０ａに嵌入し、地切り板４０は開き状態に保持されるので、外部から供給される加圧エアＰＡがパッケージ２０内部に収容された掘削土に向けて勢いよく噴射される。

この場合、パッケージ２０が揺動駆動機構２３により往復揺動する場合、地切り板４０により内部の掘削土に、所定範囲に亙って凹み傷が形成される。即ち、８つの地切り板４０により、掘削土の外周部全体に環状の凹み傷が形成されることになる。更に、このとき、掘削土のうち、このように形成された環状の凹み傷に向けて加圧エアＰＡが噴射されて、凹み傷より後側の掘削土が強制的に後方に移動させられる。その結果、凹み傷以降の掘削土と地山Ｍとの縁が確実に切られ、パッケージ２０が、これに収容した掘削土と共に外部に搬出可能になる。

次に、ガイド機構６について説明する。
図２，図５に示すように、第１列の掘削作業を開始する場合には、この第１列の左右両側の鉛直仕切り壁１３ａに、縦向きの左右１対のガイドレール５０Ａ，５０Ｂが夫々縦壁に固着されている。この場合、第１行〜第３行に亙って連続する左右１対の上側ガイドレール５０Ａが夫々配設されるとともに、第４行〜第５行に亙って連続する別の左右１対の下側ガイドレール５０Ｂが夫々配設される。

即ち、単孔掘削装置５は、第１行〜第３行に亙って上側ガイドレール５０Ａにより上下方向に移動可能であり、第４行〜第５行に亙って下側ガイドレール５０Ｂにより上下方向に移動可能である。それ故、単孔掘削装置５により、第１列・第１行に対応する第１掘削位置Ｋ１で掘削作業を行い、次には、直ぐ下側の第１列・第２行に対応する第２掘削位置Ｋ２で、更に直ぐ下側の第１列・第３行に対応する第３掘削位置Ｋ３の順に順次掘削作業を行う。

そして、第１列・第４行に対応する第４掘削位置Ｋ４で掘削作業を行い、次には、直ぐ下側の第１列・第５行に対応する第５掘削位置Ｋ５の順に順次掘削作業を行う。ところで、第１列における第１行〜第５行の全ての掘削位置Ｋ１〜Ｋ５で掘削作業が終了すると、上下両側ガイドレール５０Ａ，５０Ｂを第１列から第２列に移動して鉛直仕切り壁１３ａに固定し、同様にして第１行〜第５行の各掘削位置Ｋ６〜Ｋ１０で掘削作業を行うようになっている。

ここで、図３に示すように、隔壁１１の発進口１１ａに臨む周縁部に環状の第１シール部材５２が装着され、閉鎖板１６が発進口１１ａを内側から塞ぐ場合、発進口１１ａと閉鎖板１６との隙間が第１シール部材５２でシールされ、地山Ｍの土砂が地圧で区画室１５に進入するのを確実に防止することができる。また、図３，図７に示すように、補助隔壁１２の円孔１２ａに臨む周縁部にも環状の第２シール部材５３が装着され、区画室１５に土砂が進入した場合でも、胴体２の内部に進入するのを確実に防止するようにしてある。

この第２シール部材５３は、前述した駆動リング体３１と同様に構成され、この外周部において、図示を省略するが、補助隔壁１２の周縁部に形成された凹溝に係合する凸溝が環状に形成され、この内周側において八角形の開口部が形成され、パッケージ２０を貫通状に挿通可能になっている。

次に、パッケージ排土式シールド機１の作動について説明する。
図１，図２に示すように、トンネル掘削通路に進行方向に向けてパッケージ排土式シールド機１が設置されている。この場合、前述したように、胴体２は、複数の押し管８とプレスリング７と方向制御ジャッキ３とを介して元押しジャッキにより地山Ｍ側に押し付けられている。

そこで、第１列・第１行の第１掘削位置Ｋ１及び第１列・第５行の第５掘削位置Ｋ５と、第５列・第１行の第２１掘削位置Ｋ２１及び第５列・第５行の第２５掘削位置Ｋ２５と、第９列・第１行の第４１掘削位置Ｋ４１及び第９列・第５行の第４５掘削位置Ｋ４５において夫々掘削作業が同時に行われる。

ここでは、第１列・第５行に対応する第５掘削位置Ｋ５における掘削作業について説明する。
図３，図４に示すように、この第５掘削位置Ｋ５に単孔掘削装置５が準備される。即ち、駆動リング体３１と左右１対の揺動ジャッキ３２を装備した支持ブロック３０が１対の下側ガイドレール５０Ｂ間に支持され、第５掘削位置Ｋ５に対応する高さ位置に保持されている。

そこで、パッケージ２０が図示外の移送機構により略水平姿勢で、胴体２の後方から、パッケージ２０の先端部が発進口１１ａよりも所定距離（例えば、約２ｍ）だけ手前の位置まで移送され、パッケージ２０の先端部が閉鎖板を介して発進口１１ａに臨む準備位置に位置決めされる。

このように、パッケージ２０が準備位置に位置決めされると、パッケージ２０の後端部に固定リング３６が固着され、この固定リング３６に１対の進退駆動ジャッキ本体部３５ａの前端部が夫々固定されるとともに、最大限に伸長された各ロッド３５ｂの前端部が対応する連結壁部３１ｃに夫々連結される。このとき、開閉ジャッキ１８のロッド１８ａが進出駆動され、閉鎖板１６が上方に回動して略水平姿勢になり、発進口１１ａが開口する。

そして、パッケージ２０の先端部が発進口１１ａに臨む掘削開始状態に位置決めされると、掘削作業が開始される。先ず、１対の進退駆動ジャッキ３５が同時に退入駆動されるので、パッケージ２０の先端部が地山Ｍに押し付けられる。この押し付け状態になると、１対の揺動ジャッキ３２が交互に進出駆動と退入駆動するように駆動される。

その為、前述したように、パッケージ２０は正面視にて、所定範囲（例えば、約４５°）に亙って反時計回りと時計回りとに交互に揺動回動される。このように、パッケージ２０が地山Ｍ側に押し付けられながら同時に往復揺動するので、パッケージ２０の先端部に固定された複数のカッタービット２６により、パッケージ２０の肉厚分だけ地山Ｍが環状に掘削されながらパッケージ２０が地山Ｍ内に徐々に押し込まれるので、地山Ｍのうちの円筒状の掘削土がパッケージ２０内に順次収容されていく。

このとき、パッケージ２０の外形は八角形である為、パッケージ２０の外面のうちの８つの角部だけが地山Ｍと摺動するので、往復揺動するパッケージ２０の外面と地山Ｍとの摺動摩擦抵抗が格段に減少するとともに、前述したように、パッケージ２０先端部における内径（Φ１）が、それ以外の内径（Φ２）よりも小さくなっているので、往復揺動するパッケージ２０の内面と収容する掘削土との摺動摩擦抵抗も格段に減少するので、揺動ジャッキ３２の駆動力を小型化することができ、しかもパッケージ２０の耐久性を向上することができる。

このようにして、パッケージ２０が前方へ所定ストローク（例えば、約２ｍ）進むと、１対の進退駆動ジャッキ３５の退入駆動が同時に停止される。このとき、パッケージ２０内には、約２ｍの掘削土が収容されている。そこで、パッケージ２０が往復揺動しながらパッケージ２０内のエアー通路４５に加圧エアＰＡが供給される。これにより、前述したように地切り装置２５が作動し、８つの地切り板４０が加圧エアＰＡにより同時に開き状態に切換えられる（図９参照）

その結果、８つの地切り板４０により、掘削土の外周部全体に環状の凹み傷が形成され、この凹み傷に向けて加圧エアＰＡが噴射されるので、凹み傷以降の掘削土と地山Ｍとの縁が確実に切られ、凹み傷より後側の掘削土が強制的に後方に移動させられ、圧縮される。従って、地切り後においても加圧エアＰＡを供給し続けるので、パッケージ２０内に収容された掘削土は、パッケージ２０の先端部から外部に漏れることはなく圧縮状に固められる。

このように、地山Ｍとの縁切り作業が完了すると、次に、パッケージ２０が所定距離（例えば、約２ｍ）だけ後方に移動される。そして、開閉ジャッキ１８のロッド１８ａが退入駆動され、閉鎖板１６が下方に回動して発進口１１ａが内側から密閉される。それ故、地山Ｍの土砂が区画室１５への進入が確実に防止される。

その後、固定リング３６に固定されていた１対の進退駆動ジャッキ３５が取外されるとともに、固定リング３６も取外され、移送機構によりパッケージ２０が胴体２の後方に移動された後、パッケージ２０は立坑を介して地上に挙げられ、トラックに積載されて搬出される。そして、搬出先において、パッケージ２０内に収容されている掘削土が埋め立て地等に排出される。

このように、掘削土を排出されたパッケージ２０はトラックで掘削地に搬送される。その間に、予備のパッケージ２０が次の第４掘削位置Ｋ４に設置され、前述したように掘削作業が繰り返して行われる。但し、掘削が完了したパッケージ２０を用いて、他の掘削位置Ｋ４で継続して掘削作業を続行する場合には、パッケージ２０内に飛び出している地切り板４０が作業員により元の閉じ状態に切換えられる。そして、ガイド機構６によりパッケージ２０を上側の第４掘削位置Ｋ４に移動させ、この第４掘削位置Ｋ４において連続して掘削土をパッケージ２０内に収容してから、パッケージ２０をトラックで機外の搬出するようにしてもよい。

このようにして、全ての掘削位置Ｋ１〜Ｋ４５にて掘削が完了した場合、押し管８が継ぎ足され、元押しジャッキにより胴体が所定距離だけ前進される。このとき、掘削されないで残っている型抜き状態の残土が崩されて、地山Ｍ側に押される。即ち、この地山Ｍ側に押された残土については、次回の掘削作業により掘削されることになる。このようにして、矩形形状のトンネルが順々に構築される。

以上説明したパッケージ排土式シールド機１によれば次の効果を奏する。
筒状である胴体２の形状如何により、種々の自由な断面形状のトンネルを掘削することが可能になる。しかも、トンネルを構築する場合、全断面掘削を行わず、トンネル断面を複数の掘削箇所に区画し、１つの掘削区画毎に掘削するようにし、各掘削位置においては、カッタービット２６によりパッケージ２０の肉厚分だけを掘削し、地山Ｍを筒状にくり抜いてパッケージ２０に収容して採取するので、低パワー且つ低コストのシールド機を実現することができる。

複数の掘削区画に分割した１つの掘削区画毎に、地山Ｍをパッケージ２０により筒状にくり抜くので、アーチ効果により地山Ｍ自体の地山強度を保持した状態で地山崩れを防止しがら掘削することができる。また、パッケージ２０による掘削に際して、地山Ｍをズリ状に掘削するのではなく、地山Ｍの一部をその状態で円筒状にくり抜いてパッケージ化して搬出するので、掘削土に薬液を注入する等の流動性を高める処理を一切不要にすることができ、作業能率の向上を図ることができる。

パッケージ２０により排出された掘削土には、掘削土の流動性を図る為の種々の薬液が注入されていない為、排土が産業廃棄物処理対象に該当せず、自然環境を害することもなく、埋立て地用土砂として再利用することかできる。パッケージ２０による掘削に際して、地山Ｍを掘削して掘削土にすることなく、地山Ｍの一部を地山Ｍの状態でくり抜いてパッケージ化して機外に搬出するので、掘削後の土砂のフケ率（地山Ｍの状態に対して土砂容積が増える率）を小さくして排出容積を小さくでき、しかも掘削土に薬液や水を何ら注入していないので、排土重量が増大することもなく、排土処理を格段に簡単化することができる。

閉鎖板１６を開いてパッケージ２０を発進口１１ａに装着した状態で、揺動駆動機構２３でパッケージ２０を往復揺動させながら、進退駆動機構２４でパッケージ２０を進出駆動することにより、パッケージ２０内に掘削土を収容するように構成されたので、地山Ｍを確実に掘削でき、地山Ｍの一部を効率よくパッケージ状にしてパッケージ２０に収容することができる。

パッケージ２０は、円筒体２１の外周側にカバー板２２を接合して外形を多角形に構成したので、多角形のパッケージ２０を作製する作製工程の簡単化及び作製コストの低減化を図ることができる。しかも、パッケージ２０を往復揺動及び進退駆動させるための締め付け装置の省略が可能になる。

パッケージ２０の前端近傍部に、パッケージ２０内の掘削土と地山Ｍとの縁を切る地切り機構２５を設けたので、パッケージ２０に収容した掘削土と地山Ｍとの縁を切る地切り処理の簡単化及び迅速化を図ることができる。

パッケージ２０により地山Ｍを掘削後にパッケージ２０を発進口１１ａから後退させてから、発進口１１ａを閉塞板１６で塞ぐように構成したので、パッケージ２０が発進口１１ａに装着されていない状態で、地山Ｍの土砂が地圧で胴体２内に進入するのを確実に防止することができる。

隔壁１１の近傍位置に、パッケージ２０を上下方向に移動させる為のガイド機構６を設けたので、パッケージ２０を上下方向に移動させて上下に隣接する複数の掘削位置への移動が簡単化する。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更形態について説明する。
１）第１変更形態
図１０に示すように、地切り機構２５Ａを部分的に変更し、転動させたカッタービット２６Ａで地山Ｍとの縁を切るようにしてもよい。即ち、パッケージ２０の先端部の角部において、カッタービット２６Ａを支軸５５により、実線で示す掘削姿勢と、２点鎖線で示す転動姿勢とに亙って切換え可能に構成し、円筒体２１とカバー板２２とからなるエアー通路４５の先端部に、このエアー通路４５を塞ぐ封鎖部材５６が前後動可能に内嵌されている。

ここで、カッタービット２６Ａは、常には図示外の引っ張りコイルバネで掘削姿勢に保持されている。更に、この封鎖部材５６が実線で示す通常位置から２点鎖線で示す作動位置まで移動したときに、加圧エアＰＡがパッケージ２０の内部に噴出可能な噴出し通路２１ａが形成されている。

それ故、地切り動作を行う場合、エアー通路４５に加圧エアＰＡが供給されると、このエアー圧で封鎖部材５６が通常位置から先端側の作動位置に移動する。このとき、カッタービット２６Ａの後端部の斜面が封鎖部材５６により前方に押されるので、カッタービット２６Ａは支軸５５を中心に所定角度回動し、ストッパピン５８に当接して転動姿勢に切換えられる。これと同時に、加圧エアＰＡが噴出し通路４５を経てパッケージ２０内部に収容された掘削土に向けて勢いよく噴射される。

この場合、パッケージ２０が揺動駆動機構２３により往復揺動するので、転動姿勢に切換えられたカッタービット２６Ａにより、パッケージ２０内部の掘削土に、所定範囲に亙って凹み傷が形成される。それ故、前述した実施例と同様に、パッケージ２０に収容された掘削土の先端部の外周部全体に、環状の凹み傷が所定幅に亙って形成される。

更に、同時に、加圧エアＰＡが噴出し通路２１ａを介して凹み傷に向けて集中的に噴射され、凹み傷より後側の掘削土が強制的に後方に移動させられ、凹み傷以降の掘削土と地山Ｍとの縁を切る仕切りが確実に行われる。

２）第２変更形態
図１１に示すように、地切り機構２５Ｂを部分的に変更し、地切り爪で地山Ｍとの地切りを行うようにしてもよい。即ち、パッケージ２０の先端部の角部において、円筒体２１とカバー板２２とからなるエアー通路４５の先端部に、このエアー通路４５に連通し且つエアー通路４５と部分的に重複するように開口収容部４５Ａが形成され、この開口収容部４５Ａに、前後１対の硬質ゴム製の弁体６０が対峙させて収容されている。

これら１対の弁体６０の各々には、パッケージ２０の内側に相当する内面において、断面がノコギリ刃状のカッター部材６１が夫々貼着されている。ここで、これら１対の弁体６０は、この基本姿勢により収納位置に保持され、これに貼着されているカッター部材６１も収納位置に保持されている。それ故、地切り動作を行うに際して、エアー通路４５に加圧エアＰＡが供給されると、このエアー圧で１対の弁体６０が同時に２点鎖線で示す作動位置に切換えられ、同時にカッター部材６１も２点鎖線で示す作動位置に切換えられる。

これと同時に、加圧エアＰＡが、これら１対の弁体６０とカッター部材６１との間から、パッケージ２０内部に収容された掘削土に向けて勢いよく噴射される。この場合、パッケージ２０が揺動駆動機構２３により往復揺動するので、作動位置に切換えられた複数のカッター部材６１により、前述した実施例と同様に、パッケージ２０に収容された掘削土の先端部の外周部全体に、環状の凹み傷が所定幅に亙って形成されることになる。

更に、同時に、この掘削土の凹み傷に向けて加圧エアＰＡが集中的に噴射され、凹み傷より後側の掘削土が強制的に後方に移動させられ、凹み傷以降の掘削土と地山Ｍとの縁を切る仕切りが確実に行われる。

３）第３変更形態
図１２に示すように、地切り機構２５Ｃを変更し、揺動駆動機構２３Ａが地切り機能を兼ね備えるように構成し、更に、閉鎖機構４Ａを上下１対の遮蔽機構６５，７０で構成するようにしてもよい。即ち、支持ブロック３０Ａは、この前後方向長さにおいて前記実施例のものよりも大きい寸法に構成され、この支持ブロック３０Ａの中央部分に形成された貫通孔３０ａに球体状の駆動リング体３１Ａが嵌め込まれている。

即ち、駆動リング体３１Ａの外周面は部分球面状に形成され、駆動リング体３１Ａを嵌合支持する支持ブロック３０Ａには、駆動リング体３１Ａの部分球状外周面に係合可能な部分球状支持面が形成されている。つまり、駆動リング体３１Ａは支持ブロック３０Ａにより、３６０°に亙って回転自在に支持されている。

一方、上側遮蔽機構６５は、発進口１１ａの上側に設けられた外側の第１遮蔽板６６とこの第１遮蔽板６６に出没可能に内嵌される第２遮蔽板６７と、これら両第１，第２遮蔽板６６，６７を夫々駆動する駆動ジャッキ（図示略）等を備えている。また、下側遮蔽機構７０は、発進口１１ａの下側に設けられた外側の第３遮蔽板７１とこの第３遮蔽板７１に出没可能に内嵌される第４遮蔽板７２と、これら両第３，第４遮蔽板７１，７２を夫々駆動する駆動ジャッキ（図示略）等を備えている。

パッケージ２０による掘削作業に際して、前述した実施例と同様に、左右１対の揺動ジャッキ３２が進出動作と退入動作を交互に行うように駆動される。その為、前記実施例と同様に、パッケージ２０は正面視にて、所定範囲（例えば、約４５°）に亙って反時計回りと時計回りとに交互に揺動回動される。

一方、地切りに際しては、これら１対の揺動ジャッキ３２が同時に、進出動作と退入動作を交互に行うように駆動される。その為、これら揺動ジャッキ３２が同時に進出駆動されると、パッケージ２０の後端部が下方に移動し、パッケージ２０の前端部は逆に上方に微小距離だけ移動する。また、これら揺動ジャッキ３２が同時に退入駆動されるとパッケージ２０の後端部が上方に移動し、パッケージ２０の前端部は逆に下方に微小距離だけ移動する。

即ち、図１２に示すように、パッケージ２０の前端部は、交互に上動と下動とを繰返すので、パッケージ２０内に収容された掘削土と地山Ｍとの縁が確実に切られる。この地切りに際して、パッケージ２０の先端部からパッケージ２０の内部に向けて加圧エアＰＡを噴出させるようにしてもよい。また、パッケージ２０の往復揺動と上下揺動とを交互に繰り返して行うようにしてもよい。

このように、地切り動作が完了した後、パッケージ２０が所定距離だけ後方に移動されたときに各駆動ジャッキが進出駆動される。これにより、第２遮蔽板６７が下方に移動されるとともに、第１遮蔽板６６が第２遮蔽板６７よりも更に下方に移動するので、発進口１１ａの上側半分が第１遮蔽板６６で確実に塞がれる。また、第４遮蔽板７２が上方に移動されるとともに、第３遮蔽板７１が第４遮蔽板７２よりも更に上方に移動するので、発進口１１ａの下側半分が第３遮蔽板７１で確実に塞がれる。

４）内部に掘削土を収容したパッケージ２０を機外に搬出するに際して、パッケージ２０の先端部をキャップ部材で塞ぐようにしてもよい。これにより、パッケージ２０の搬送中に、内部に収容した掘削土が溢れるのを確実に防止することができる。

５）パッケージ２０の外形は、八角形に限らず、四角形等、それ以外の多角形であってもよく、また円形でもよい。

６）胴体２の外形形状は、矩形状以外に、台形や複雑な多角形であってもよく、また円形であってももよい。

７）ガイド機構６は上下側ガイドレール５０Ａ，５０Ｂで構成され、単孔掘削装置５を上下移動可能に構成したが、これら上下側ガイドレール５０Ａ，５０Ｂを左右方向に移動可能に、つまり順次次の列に移動可能に構成するようにしてもよい。また、１つの掘削位置に対応するだけの長さの短尺ガイドレールを設け、この短尺ガイドレールを上下方向及び水平方向に移動可能に構成するようにしてもよい。

８）パッケージ２０による掘削後の排土方法として、機内において掘削土をパッケージ２０から排土し、この掘削土を機内に備え付けのコンベヤ又は排土管により機外に排出するようにしてもよい。この場合、パッケージ２０の利用効率を向上させることができる。

９）揺動駆動機構２３に用いた揺動ジャッキ３２は、圧縮エアを用いたエアシリンダであっても、油圧を用いた油圧シリンダであってもよく、電動モータであってもよい。

１０）本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者でれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。

本発明の実施例に係るパッケージ排土式シールド機の正面図である。 図１のＢ−Ｂ線縦断側面図である。 図２の要部拡大部分側面図である。 本発明の実施例に係るパッケージ排土式シールド機の斜視図である。 パッケージ排土式シールド機の部分拡大正面図である。 パッケージ排土式シールド機の部分拡大平面図である。 図５のＧ−Ｇ線縦断側面図である。 図５のＨ−Ｈ線横断平面図である。 パッケージの要部拡大縦断面図である。 第１変更形態に係る図９相当図である。 第２変更形態に係る図９相当図である。 第３変更形態に係る図４相当図である。

符号の説明

１ パッケージ排土式シールド機
２ 胴体
４ 閉鎖機構
４Ａ 閉鎖機構
５ 単孔掘削装置
６ ガイド機構
８ 押し管
１１ 隔壁
１１ａ 発進口
１６ 閉鎖板
２０ パッケージ
２１ 円筒体
２２ カバー板
２３ 揺動駆動機構
２４ 進退駆動機構
２５ 地切り機構
２５Ａ 地切り機構
２５Ｂ 地切り機構
２５Ｃ 地切り機構
２６ カッタービット
３０ 支持ブロック
３０Ａ 支持ブロック
３１ 駆動リング体
３１Ａ 駆動リング体
３２ 揺動ジャッキ
３５ 進退駆動ジャッキ
５０Ａ ガイドレール
５０Ｂ ガイドレール
５６ 封鎖部材
６０ 弁体
６１ カッター部材
６５ 上側遮蔽機構
７０ 下側遮蔽機構
Ｍ 地山

Claims (6)

1. 主に軟質土の地層を掘削する為に立坑側で押し管を継ぎ足しながら元押しジャッキにより推進するシールド機において、
   筒状の胴体と、
   この胴体の前端近傍部に設けられた隔壁と、
   地山を掘削し且つ掘削土を収容して搬送に供する為の後端を閉じた筒体からなり、筒体の前端部に複数のカッタービットを備えた少なくとも１つのパッケージと、
   前記隔壁に複数行複数列に形成されたパッケージを押し出す為の複数の発進口と、
   前記複数の発進口を解放可能に塞ぐ複数の閉鎖板と、
   前記隔壁の後方に装備され、前記発進口に装着されたパッケージを往復揺動させる揺動駆動手段およびパッケージを前方へ所定ストローク進出駆動可能で且つ復帰位置に後退駆動可能な進退駆動手段と、
   を備えたことを特徴とするパッケージ排土式シールド機。
2. 前記閉鎖板を開いてパッケージを発進口に装着した状態で、前記揺動駆動手段でパッケージを往復揺動させながら、前記進退駆動手段でパッケージを進出駆動することにより、パッケージ内に掘削土を収容するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のパッケージ排土式シールド機。
3. 前記パッケージは、円筒体の外周側にカバー板を接合して外形を多角形に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のパッケージ排土式シールド機。
4. 前記パッケージの前端近傍部に、パッケージ内の掘削土と地山との縁を切る地切り機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のパッケージ排土式シールド機。
5. 前記パッケージにより地山を掘削後にパッケージを発進口から後退させてから、発進口を閉塞板で塞ぐように構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のパッケージ排土式シールド機。
6. 前記隔壁の近傍位置に、前記パッケージを上下方向に移動させる為のガイド機構を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のパッケージ排土式シールド機。

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