JP2008075446A

JP2008075446A - 多連シールドのカッタ構造

Info

Publication number: JP2008075446A
Application number: JP2007279307A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Ino; Takashi Wadachi; 敏美伊野; 隆志輪達
Original assignee: Ihi Corp; 株式会社Ｉｈｉ
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【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

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。