JP2008075446A - 多連シールドのカッタ構造 - Google Patents

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Toshimi Ino
Takashi Wadachi
敏美 伊野
隆志 輪達
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株式会社Ihi
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【課題】カッタの回転を同期させる必要が無く、且つ切削面とフードとの距離を小さくし、切削面の段差を無くすことができる多連シールドのカッタ構造を提供する。
【解決手段】中央カッタ11と両側カッタ12の駆動軸5の前端に山状の小型カッタ17を設けると共に、両側カッタ12の各小型カッタ17の前端位置が揃い、かつ、中央カッタ11の小型カッタ17が両側カッタ12の小型カッタ17より前方に突出するように中央カッタ11と両側カッタ12を配置し、中央カッタ11のカッタスポーク6に対して両側カッタ12のカッタスポーク6が後方に平行に位置するように設け、かつ、中央カッタ11のコピーカッタ22が両側カッタ12の小型カッタ17とカッタスポーク6間の駆動軸外周近くに位置するよう、両側カッタ12のコピーカッタ22が中央カッタ11のカッタスポーク後方の駆動軸5の外周近くに位置するようにした。
【選択図】図2

Description

本発明は、シールドフレームの前部に、放射状に設けられたカッタスポークを有したカッタを、その回転半径が相互に重なるように複数設けてなる多連シールドのカッタ構造に関するものである。
従来のトンネル掘削機では、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。また、巨大断面のトンネルを掘削するには、トンネル掘削機を巨大なものとしなければならず、トンネル掘削機の製造や搬入が非常に困難であり、大きさにも制限があった。
そのため、最近ではいわゆるMMST(マルチマイクロシールドトンネル)工法と称される新しい掘削工法が提案されている。この工法は、最初に掘削されるトンネルの外周部を断面長方形のシールド掘削機で掘削し、その外周トンネルにコンクリートを充填した後、トンネル内部をショベル等の一般の重機で掘削するようになっている。
外周部を掘削する断面長方形のシールド掘削機は、図3に示すように、シールドフレーム51の前部に、放射状に設けられたカッタスポーク52を有するカッタ53が、その回転半径が相互に重なるように複数連設され、多連シールド50と称されている。なお、カッタスポーク52には、カッタビット54が複数設けられている。
ところが、この多連シールド50では、カッタスポーク52の回転半径が重なるようになっているため、カッタスポーク52同士の衝突を防止するために、カッタ53の回転を同期させる必要があった。そのため、回転同期装置が必要となり、装置の複雑化、及び製造費の上昇という問題があった。さらに、インバータ又はサーボ制御を採用した場合にはノイズトラブルが発生してしまうという問題もあった。
そこで、図4に示すような多連シールド57が開発された。この多連シールド57は、隣接するカッタスポーク52が、その切削面55a,55bを掘削方向で相互に前後するように設けられている。これによって、回転同期装置を設ける必要が無く、装置の複雑化、製造費の上昇及びノイズトラブルの発生を防止していた。
実願昭63−96318号(実開平2−18594号)のマイクロフィルム 実願昭55−138519号(実開昭57−60939号)のマイクロフィルム 特開平8−21190号公報
ところで、シールド掘削機は、地山を掘削した後、その内周面をシールドフレームで押さえて、その後方でセグメントを組み立てて支持するようになっているため、掘削後の不安定な部分を少なくするため、シールドフレーム前方のフードからカッタの切削面までの距離が、なるべく小さいものが好ましい。また、切削面が同一平面になることが好ましい。
しかしながら、上述の図4に示したシールド掘削機は、切削面55a,55bが掘削方向で相互に前後しているため、各切削面55a,55bで段差が発生すると共に、前方側の切削面55bとフード56との距離が長くなってしまい余り好ましくなかった。
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、カッタの回転を同期させる必要が無く、且つ切削面とフードとの距離を小さし、切削面の段差を無くすことができる多連シールドのカッタ構造を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、断面長方形のシールドフレームの前部に、駆動軸を有すると共にこの駆動軸に放射状に設けられたカッタスポークを有したカッタを、その回転半径が相互に重なるようにシールドフレームの前部の長手方向に沿って3箇所連設した多連シールドのカッタ構造において、中央のカッタを、切削面が後方に傾斜すると共に後面が前方に傾斜したカッタスポークで形成し、中央カッタの両側のカッタを、後方に傾斜したカッタスポークで形成し、これら中央カッタと両側カッタの駆動軸の前端に山状の小型カッタを設けると共に、両側カッタの各小型カッタの前端位置が揃い、かつ、中央カッタの小型カッタが両側カッタの小型カッタより前方に突出するように中央カッタと両側カッタを配置し、さらに、中央カッタのカッタスポークに対して両側カッタのカッタスポークが後方に平行に位置するように設けて両カッタスポークが相互に干渉しないようにし、かつ、中央カッタのカッタスポーク外周端のコピーカッタが両側カッタの小型カッタとカッタスポーク間の駆動軸外周近くに位置するよう、さらに両側カッタのカッタスポークの外周端のコピーカッタが中央カッタのカッタスポーク後方の駆動軸の外周近くに位置するようにしたものである。
上記構成によれば、隣接するカッタのカッタスポークをそれぞれ傾斜させているので、相互に干渉せず回転を同期させる必要が無い。さらに、切削面が略同一面となると共に、掘削方向後方のカッタスポークが後方に傾斜していることによって、前方のカッタを従来よりも後方位置に配置することができ、切削面とシールドフレーム前部のフードとの距離を小さくすることが可能となり、安定した掘削を行うことができる。
本発明によれば、カッタの回転を同期させる必要が無く、装置の複雑化、及び製造費の上昇及びノイズトラブルの発生を防止できる。さらに切削面とフードとの距離を小さくし、切削面の段差を無くすことができ、安定した掘削を行うことができるという優れた効果を発揮する。
本発明の好適実施の形態の前提となる形態を添付図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の好適実施の形態の前提となる多連シールドのカッタ構造を示した断面図である。なお、図1に示す多連シールド1は、上述のMMST工法でトンネルの外周部の両側辺を掘削する際に用いられる3連の縦型多連シールドを示す。
まず、本発明の好適実施の形態の前提となる多連シールドのカッタ構造の構成について説明する。
図示するように、多連シールド1は、シールドフレーム2の前端に形成されたバルクヘッド3に複数のカッタ4を有している。カッタ4は、バルクヘッド3を貫通して設けられた駆動軸5と、この駆動軸5から放射状に設けられたカッタスポーク6とからなっており、カッタスポーク6には複数のカッタビット7が設けられている。
なお、シールドフレーム2の内部には、各カッタ4を回転駆動させるための駆動モータ8(最下の駆動モータは図示せず)が設けられている。また、バルクヘッド3の下方に開口し、掘削された土砂を後方に搬出するスクリュコンベヤ9が設けられている。また、図中21はコーナーカッタを示す。
カッタ4は縦に3箇所連設されており、その内、真中のカッタ4が後述する凹状カッタ11を構成し、その上下に位置するカッタ4が後述する凸状カッタ12を構成している。
凹状カッタ11は、そのカッタスポーク6が駆動軸5を中心に掘削方向前方に傾斜して漏斗状に3本或いは4本配置されている。また、各カッタスポーク6の先端側を掛け渡すように外周リング15が設けられており、カッタスポーク6を補強するようになっている。図中22はコピーカッタを示す。
なお、このカッタスポーク6は切削面14がバルクヘッド3と平行な平面状になるように、中心側を厚く形成すると共に、外周側を薄く形成するようにしてもよい。
駆動軸5の先端には掘削する土砂に流動化材等の添加材を注入する添加材注入口16と、山状の小型カッタ17とが切削面14よりも前方に突出して設けられている。
凸状カッタ12は、その駆動軸5が凹状カッタ11の駆動軸5と同等の長さに形成されていると共に、カッタスポーク6が駆動軸5を中心に掘削方向後方に傾斜して傘状に3本或いは4本配置されている。このカッタスポーク6は、駆動軸5の先端から若干後方にオフセットされており、その切削面18が、凹状カッタ11のカッタスポーク6の後面19と略平行になるように傾斜すると共に、カッタビット7と上記カッタスポーク6の後面19とが所定のクリアランスを有する位置に配設されている。凸状カッタ12のカッタスポーク6の先端側にも、凹状カッタ11と同様に外周リング15が設けられている。
次に、本発明の好適実施の形態の前提となる多連シールドのカッタ構造の作用について説明する。
上記構成によれば、隣接するカッタ4のカッタスポーク6をそれぞれ傾斜させているので、カッタ4の駆動に際して、カッタスポーク6が相互に干渉しないので、回転を同期させる必要が無く、装置の複雑化、製造費の上昇及びノイズトラブルの発生を防止できる。
また、カッタスポーク6を外周リング15で連結したことによって、一体構造とすることができ、強度的に有利となり、レキ地盤等にも対応可能となる。
さらに、掘削方向後方のカッタスポーク6が後方に傾斜していることによって、前方の凹状カッタ11を従来よりも後方位置に配置することができ、切削面14とシールドフレーム2前部のフード10との距離を小さくすることが可能となり、掘削された後、シールドフレーム2に支持されるまでの不安定な部分を少なくすることができ、安定した掘削を行うことができる。
また、凹状カッタ11の切削面14の外周部近傍から凸状カッタ12の切削面18が形成されているので、各切削面14,18を繋いで形成される多連シールド1全体としての切削面24(図中一点鎖線にて示す)には、各切削面14,18間の段差がなく、中心部が若干窪んだ略円錐台形状の略同一面となり、さらに安定した掘削を行うことができる。
上述の本発明の好適実施の形態の前提となる形態に変更を加えた本発明の好適実施の形態について述べる。
上記前提となる形態においては、中央に位置される凹状カッタ11の切削面14は中心部が若干窪んだ漏斗状に形成されているが、図2に示すように、本発明の好適実施の形態にあっては、中央のカッタ11の切削面14が、その中心部が前方に突出した円錐状に形成されている。これによれば、各切削面14,18を繋いで形成される多連シールド1全体としての切削面26(図中一点鎖線にて示す)が、円錐形状の略同一面となり、掘削のより良い方向性を確保できる。その他の構成については、図1と同様であるので同じ符号を付して説明を省略する。
なお、本発明は、縦型の多連シールドに限られるものではなく、横型多連シールドにも適用できることは勿論である。
本発明の好適実施の形態の前提となる多連シールドのカッタ構造の断面図である。 本発明に係る多連シールドのカッタ構造の好適実施の形態を示した断面図である。 従来の多連シールドのカッタ構造を示した正面図である。 従来の他の多連シールドのカッタ構造を示した断面図である。
符号の説明
1 多連シールド
2 シールドフレーム
4 カッタ
5 駆動軸
6 カッタスポーク
11 中央のカッタ
12 凸状カッタ(両側のカッタ)
14 切削面
17 小型カッタ
22 コピーカッタ

Claims (1)

  1. 断面長方形のシールドフレームの前部に、駆動軸を有すると共にこの駆動軸に放射状に設けられたカッタスポークを有したカッタを、その回転半径が相互に重なるようにシールドフレームの前部の長手方向に沿って3箇所連設した多連シールドのカッタ構造において、中央のカッタを、切削面が後方に傾斜すると共に後面が前方に傾斜したカッタスポークで形成し、中央カッタの両側のカッタを、後方に傾斜したカッタスポークで形成し、これら中央カッタと両側カッタの駆動軸の前端に山状の小型カッタを設けると共に、両側カッタの各小型カッタの前端位置が揃い、かつ、中央カッタの小型カッタが両側カッタの小型カッタより前方に突出するように中央カッタと両側カッタを配置し、さらに、中央カッタのカッタスポークに対して両側カッタのカッタスポークが後方に平行に位置するように設けて両カッタスポークが相互に干渉しないようにし、かつ、中央カッタのカッタスポーク外周端のコピーカッタが両側カッタの小型カッタとカッタスポーク間の駆動軸外周近くに位置するよう、さらに両側カッタのカッタスポークの外周端のコピーカッタが中央カッタのカッタスポーク後方の駆動軸の外周近くに位置するようにしたことを特徴とする多連シールドのカッタ構造。
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