JP2009203733A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド筒１と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッド２と、シールド筒の前端部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持する隔壁３と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源５と、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退させる進退駆動源６と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベア７とを備えるシールド掘削機において、スクリューコンベアの傾斜角をカッタヘッドの後退を阻害することなく比較的大きく設定できるようにする。
【解決手段】隔壁３に、カッタヘッド２の軸部２６を前後方向に移動不能に軸支する支持ケース３２が前後方向に移動自在に支持され、支持ケース３２に回転駆動源５が搭載される。隔壁３に支持ケース３２に連結される進退駆動源６が搭載され、進退駆動源６により支持ケース３２を介してカッタヘッド２が前後方向に進退される。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中にトンネルを掘削するシールド掘削機に関する。

従来、シールド掘削機として、シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に支持する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるものは知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、トンネルの掘削途中でカッタヘッドに取り付けられているカッタビットを交換することが必要になる場合がある。特許文献１に記載のものでは、カッタヘッドが隔壁に対し前後方向に不動であるが、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とすれば、カッタヘッドの後退で切羽とカッタヘッドとの間に作業空間を確保して、カッタビッドの交換作業を行うことができる。

カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とする場合に通常考えられるのは、図５に示す構造である。図中ａはシールド筒、ｂはカッタヘッド、ｃは隔壁を示している。カッタヘッドｂの軸部ｂ１には、隔壁ｃに搭載した回転駆動源ｄの出力軸上の駆動ギヤｄ１に噛合する従動ギアｄ２を連結するスプライン部ｂ２が形成されている。そして、隔壁ｃに、スプライン部ｂ２の前後で軸部ｂ１をスライド自在に軸支する前後一対のケース部ｃ１，ｃ２を設け、後ケース部ｃ２から後方に突出する軸部ｂ１の部分に連結筒ｂ３をアンギュラベアリングｂ４を介して装着し、隔壁ｃに搭載したジャッキから成る進退駆動源ｅを連結筒ｂ３に連結する。これによれば、進退駆動源ｅにより軸部ｂ１を介してカッタヘッドｂを前後方向に進退させることができる。

尚、隔壁ｃの下部に設けた排土口ｃ３に接続されるスクリューコンベアｆは後上りの傾斜姿勢で配置される。そして、掘削土をトンネル内に配置したベルトコンベアにスクリューコンベアｆの後端部から落下させ、ベルトコンベアにより掘削土を坑外に搬出するようにしている。この場合、スクリューコンベアｆの傾斜角を急にすれば、スクリューコンベアｆの長さが短くても、その後端の高さをベルトコンベア以上の高さにすることができる。然し、カッタヘッドｂを隔壁ｃに対し後退させたときに、上記連結筒ｂ３がスクリューコンベアｆに干渉することを回避する上で、スクリューコンベアｆの傾斜角は小さな角度に設定せざるを得ない。

これを詳述するに、後ケース部ｃ２は、カッタヘッドｂの後退時にスプライン部ｂ２を受け入れられるように、カッタヘッドｂの進退ストローク分だけ後方に延長する必要がある。そのため、この後ケース部ｃ２の後方に突出する軸部ｂ１の部分に装着される連結筒ｂ３は、後ケース部ｃ２にスプライン部ｂ２を受け入れる必要がない場合に比し、カッタヘッドｂが前進位置に存する状態でもカッタヘッドｂの進退ストローク分だけ後方に位置する。そして、カッタヘッドｂの後退時には、連結筒ｂ３が更にカッタヘッドｂの進退ストローク分だけ後方に移動して、隔壁ｃからの距離がかなり長くなる。従って、カッタヘッドｂの後退時に連結筒ｂ３がスクリューコンベアｆに干渉しないようにするには、スクリューコンベアｆの傾斜角をかなり小さな角度に設定することが必要なる。その結果、スクリューコンベアｆの後端の高さをベルトコンベア以上に高さにするには、スクリューコンベアｆを長くせざるを得ず、スクリューコンベアｆが大型化する。
特許第３８３６４６７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とするにも拘らず、スクリューコンベアの傾斜角を比較的大きく設定できるようにしたシールド掘削機を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前端部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退させる進退駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるシールド掘削機であって、隔壁に、カッタヘッドの軸部を前後方向に移動不能に軸支する支持ケースが前後方向に移動自在に支持され、回転駆動源が支持ケースに搭載されると共に、進退駆動源が支持ケースに連結されるように隔壁に搭載され、進退駆動源により支持ケースを介してカッタヘッドが前後方向に進退されることを特徴とする。

本発明によれば、カッタヘッドの軸部を軸支する支持ケースが回転駆動源と共に隔壁に対し前後方向に進退されるため、カッタヘッドの軸部は回転駆動源に対し前後方向に相対移動せず、カッタヘッドの後退時にスプライン部を受け入れるために支持ケースをカッタヘッドの進退ストローク分後方に延長する必要がない。従って、カッタヘッドの後退時における隔壁から支持ケースの後端までの距離は然程長くならず、スクリューコンベアの後上りの傾斜角を比較的大きくしても、支持ケースはスクリューコンベアに干渉しない。その結果、スクリューコンベアの後端部を所要の高さにするのに必要なスクリューコンベアの長さが短くなり、スクリューコンベアの小型化を図ることができる。

図１は、地中にトンネルを掘削する本発明の実施形態のシールド掘削機を示している。このシールド掘削機は、シールド筒１と、シールド筒１の前方地盤を掘削するカッタヘッド２と、シールド筒１の前部内周に設けられ、カッタヘッド２を回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持する隔壁３とを備えている。シールド筒１の前部内周には、内径がシールド筒１の他部の内径より小さなリング体１１が一体的に固定されている。

カッタヘッド２は、図２に示す如く、カッタビット２１を取付けた放射状の複数のカッタスポーク２２と、各カッタスポーク２２に内蔵した伸縮ジャッキ（図示せず）により各カッタスポーク２２の外端部から径方向外方に出没するオーバーカッタ２３とを備えている。そして、カッタヘッド２を、オーバーカッタ２３の出没により、シールド筒１の外径と略等径の拡径状態と、それより小径の縮径状態とに切換自在としている。また、カッタヘッド２は、各カッタスポーク２２間に位置する面板２４を備えている。面板２４には、カッタヘッド２と隔壁３との間の土砂室４に掘削土を取り込むための開口２５が形成されている。尚、開口２５は図示省略したシャッタにより開閉自在である。

図１を参照して、隔壁３の外周には、リング体１１にシール１２を介して液密に内嵌する筒状のフランジ部３１が設けられている。また、リング体１１の後端部には、フランジ部３１の後端に当接するストッパ部材１３が取付けられている。従って、隔壁３は、ストッパ部材１３によりシールド筒１に対し後退不能に連結される。

また、隔壁３には、カッタヘッド２の軸部２６を前後方向に移動不能に軸支する支持ケース３２が前後方向に移動自在に支持され、この支持ケース３２にカッタヘッド２を回転させる電動モータから成る回転駆動源５が搭載されている。支持ケース３２は、回転駆動源５の出力軸上の駆動ギア５１に噛合する軸部２６上の従動ギヤ５２を収納する大径のギヤケース部３２ａと、従動ギヤ６２の固定部よりも前方の軸部２６の部分を軸支する前ケース部３２ｂと、従動ギヤ６２の固定部よりも後方の軸部２６の部分を一対のアンギュラベアリング３２ｄを介して前後方向に移動不能に軸支する後ケース部３２ｃとで構成されている。尚、回転駆動源５は、図３に示す如く、ギヤケース部３２ａの後面に周方向の間隔を存して複数搭載されている。

また、隔壁３の後面には、ギヤケース部３２ａの後面から後方にのびる連結片６１に連結される油圧ジャッキから成る複数の進退駆動源６が搭載されている。かくして、進退駆動源６により支持ケース３２を介してカッタヘッド２が隔壁３に対し前後方向に進退される。そして、図４に示す如く、カッタヘッド２を縮径させた状態で隔壁３に対し後退させることにより、切羽とカッタヘッド２との間に作業空間を確保することができ、トンネル掘削途中でカッタビット２１の交換作業を行うことが可能になる。尚、隔壁３には、図３に示す如く、作業者が通り抜けられる開閉自在なハッチ３３が設けられている。

隔壁３の下部には、土砂室４に連通する排土口３４が設けられている。排土口３４には、土砂室４内の塑性流動状態の掘削土を排出する排土手段たるスクリューコンベア７が連結されている。そして、掘削済みのトンネル内に設置したベルトコンベア（図示せず）にスクリューコンベア７の後端部から掘削土を落下させ、ベルトコンベアを介して掘削土を坑外に搬出するようにしている。

スクリューコンベア７は、その後端部がベルトコンベア以上の所要の高さになるように、後上りの傾斜姿勢で配置されている。この場合、スクリューコンベア７の傾斜角θを大きくすれば、後端部を所要の高さにするのに必要なスクリューコンベア７の長さが短くなり、スクリューコンベア８の小型化を図ることができる。

ここで、本実施形態では、隔壁３に対しカッタヘッド２の軸部２６と共に前後方向に進退する支持ケース３２に回転駆動源５が搭載されているため、カッタヘッド２の軸部２６は回転駆動源５に対し前後方向に相対移動しない。上述した図５に示す比較例では、後ケース部ｃ２を、カッタヘッドの後退時に回転駆動源ｄに対し相対移動する軸部ｂ１のスプライン部ｂ２を受け入れられるように、カッタヘッドの進退ストローク分後方に延長することが必要であるが、本実施形態では、後ケース部３２ｃを後方に延長する必要がない。従って、カッタヘッド２の後退時における隔壁３から後ケース部３２ｃの後端までの距離は然程長くならず、比較例のカッタヘッド前進時における隔壁ｃから連結筒ｂ３の後端までの距離以下にすることが可能になる。

本実施形態において、カッタヘッド２の後退時にスクリューコンベア７に干渉する可能性があるのは、後ケース部３２ｃではなくギヤケース部３２ａになるが、スクリューコンベア８の傾斜角θを２０°に設定しても、カッタヘッド２の後退時にギヤケース部３２ａはスクリューコンベア７に干渉しない。一方、比較例では、カッタヘッドの進退ストロークが本実施形態と同一であっても、スクリューコンベアｆの傾斜角θを１５°より大きくすると、カッタヘッドの後退時に連結筒ｂ３がスクリューコンベアｆに干渉してしまう。

このように本実施形態によれば、スクリューコンベア７の傾斜角θを比較的大きく設定できるようになり、スクリューコンベア７の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態のシールド掘削機の要部の縦断面図。 実施形態のシールド掘削機のカッタヘッドの正面図。 実施形態のシールド掘削機の隔壁の背面図。 実施形態のシールド掘削機のカッタヘッドを後退させた状態の縦断面図。 比較例のシールド掘削機の縦断面図。

符号の説明

１…シールド筒、２…カッタヘッド、２６…軸部、３…隔壁、３２…支持ケース、３３…排土口、５…回転駆動源、６…進退駆動源、７…スクリューコンベア。

Claims (1)

1. シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退させる進退駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるシールド掘削機であって、
   隔壁に、カッタヘッドの軸部を前後方向に移動不能に軸支する支持ケースが前後方向に移動自在に支持され、
   回転駆動源が支持ケースに搭載されると共に、
   進退駆動源が支持ケースに連結されるように隔壁に搭載され、進退駆動源により支持ケースを介してカッタヘッドが前後方向に進退されることを特徴とするシールド掘削機。

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