JP2010084396A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内の土砂を効率よく流動化させ、土砂がチャンバ内で固着することを抑制する。
【解決手段】筒状に形成され、内部を前後に仕切る隔壁１２を有するシールドフレーム１１と、隔壁１２に掘進方向に沿って延びる軸廻りに揺動可能に設けられ、所定間隔を隔てて配設される複数の揺動カッタ１３と、複数の揺動カッタ１３間の隔壁１２に、掘進方向に沿って延びる軸廻りに回転可能に設けられ、複数の揺動カッタ１３と干渉しないように、複数の揺動カッタ１３に対して掘進方向にずらして配設される回転カッタ３１とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、異形断面トンネルを構築するシールド掘進機に関する。

シールド掘進機は、シールドフレームの前部に設けられた回転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立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転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。

また、異形断面トンネルを構築するシールド掘進機として、揺動カッタを備えたものが知られている（特許文献１から３等参照）。この揺動カッタは、回転運動をせずに所定揺動角度の範囲内で往復動することにより、地山を掘削するものである。

特開平１０−１４０９７９号公報 特開２０００−４５６８９号公報 特開２００４−２５０８８９号公報

ところで、揺動カッタのみを備え回転カッタを併設していないシールド掘進機においては、チャンバ内に取り込まれた土砂は、揺動カッタの背面に設けた攪拌翼では充分に攪拌することができないため、土砂がチャンバ内で固着する虞がある。

そこで、本発明の目的は、チャンバ内の土砂を効率よく流動化させ、土砂がチャンバ内で固着することを抑制す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、筒状に形成され、内部を前後に仕切る隔壁を有するシールドフレームと、上記隔壁に掘進方向に沿って延びる軸廻りに揺動可能に設けられ、所定間隔を隔てて配設される複数の揺動カッタと、上記複数の揺動カッタ間の上記隔壁に、掘進方向に沿って延びる軸廻りに回転可能に設けられ、上記複数の揺動カッタと干渉しないように、上記複数の揺動カッタに対して掘進方向にずらして配設される回転カッタとを備えたものである。

ここで、上記回転カッタは、上記複数の揺動カッタに対して掘進方向後方にずらして配設されるものであっても良い。

また、上記回転カッタは、上記複数の揺動カッタの背面と上記隔壁の前面との間に区画形成されるチャンバ内に配設されるものであっても良い。

本発明によれば、チャンバ内の土砂を効率よく流動化させ、土砂がチャンバ内で固着することを抑制す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正面図である。図２は、シールド掘進機の背面図である。図３は、シールド掘進機の平面図である。図４は、図３の４−４線矢視図である。図５は、図３の５−５線矢視図である。図６は、図３の６−６線矢視図である。

図示するように、シールド掘進機１０は、断面略矩形の筒状に形成されたシールドフレーム１１を備えている。シールドフレーム１１は、シールドフレーム１１の内部を切羽側と坑内側とに前後に仕切る隔壁１２を有しており、その隔壁１２には、複数（図示例では、二個）の揺動カッタ（サイドカッタ）１３が配設されている。各揺動カッタ１３は、掘進方向に沿って延びる軸廻りに、所定揺動角度θ（本実施形態では、６０度）の範囲内で揺動されるものである。

本実施形態に係るシールドフレーム１１は、前胴１４と、前胴１４に対してスライド自在且つ屈曲自在に設けられる後胴１５とから構成されている。前胴１４と後胴１５とは、複数の推進ジャッキ（油圧ジャッキ）１６により連結されている。本実施形態では、前胴１４は、複数の筒体１７、１８を直列に接続してなり、前胴１４全体として所定曲率で屈曲して構成されている。屈曲の曲率は、後述する一次トンネルＴ１外周の曲率半径と略同一とされている。

また、本実施形態に係るシールドフレーム１１（前胴１４及び後胴１５）は、矩形断面の四隅角部が揺動カッタ１３の掘削形状に合わせた形状に形成されている。これにより、シールド掘進機１０の四隅角部の形状が揺動カッタ１３の掘削形状と同一となり、推力上昇を抑制することができる。

左右の揺動カッタ１３は、互いに掘削領域が重複しないように、所定間隔Ｌを隔てて同一平面内に配置されている。本実施形態では、左右の揺動カッタ１３の内一方の揺動カッタ１３が図１において左方へ揺動するときには、他方の揺動カッタ１３も左方へ揺動するというように、左右の揺動カッタ１３は、互いに同一方向に揺動される。

各揺動カッタ１３は、掘進方向に沿って延びる軸廻りに揺動されるカッタヘッド１９を有している。カッタヘッド１９は、正面視略六角形状に形成されている。カッタヘッド１９の前面には、切羽を掘削するためのビット２０が多数取り付けられている。カッタヘッド１９の背面には、チャンバ２１内に取り込まれた土砂を攪拌するための攪拌翼２２が複数取り付けられている。

各揺動カッタ１３の揺動軸２３は、隔壁１２を貫通してその隔壁１２に軸支されている。揺動軸２３の坑内側には、周方向に間隔を隔てて一対のアーム２４が設けられており、各アーム２４の先端には、揺動ジャッキ（油圧ジャッキ）２５のロッド２６が、ピン２７を介して接続されている。各揺動ジャッキ２５のシリンダ２８は、シールドフレーム１１に取り付けられたブラケット２９に、ピン３０を介して接続されている。一対の揺動ジャッキ２５の内一方の揺動ジャッキ２５が伸長するときには、他方の揺動ジャッキ２５が縮退するというように、各揺動ジャッキ２５を適宜駆動することで、揺動カッタ１３が揺動し、切羽が掘削される。

揺動カッタ１３（カッタヘッド１９）の背面と隔壁１２の前面との間に、揺動カッタ１３及び後述する回転カッタ３１で掘削した土砂が取り込まれるチャンバ２１が区画形成されている。隔壁１２には切羽側と坑内側とを連通する排土口３２が複数設けられており、各排土口３２には、排土装置３３が接続されている。本実施形態に係る排土装置３３は、排土口３２に接続され、掘進方向後方に延出された排土管３４と、排土管３４に設けられ、流体圧によって径方向に膨張伸縮して排土管３４内を開閉する弾性膜式バルブ３５と、弾性膜式バルブ３５の上流側及び下流側の排土管３４にそれぞれ設けられ、排土管３４内の土砂通過面積を調節するゲート機構３６、３７とを有する。

揺動カッタ１３（カッタヘッド１９）の前面には、作泥剤の供給口３８が形成されており、その供給口３８から作泥剤が切羽に供給されるようになっている。チャンバ２１内の土砂は、上記供給口３８から供給された作泥剤と混ぜ合わされて、排土管３４を通して坑内側へと排出される。

左右の揺動カッタ１３間の隔壁１２には、回転カッタ（センタカッタ）３１が配設されている。この回転カッタ３１は、掘進方向に沿って延びる軸廻りに３６０度回転されるものである。回転カッタ３１を左右の揺動カッタ１３間に配置することで、未掘削領域を極力少なくすることが可能である。

中央の回転カッタ３１は、正面から見て掘削領域が各揺動カッタ１３の掘削領域と一部重複するように配置されている。また、中央の回転カッタ３１は、左右の揺動カッタ１３と干渉しないように、左右の揺動カッタ１３に対して掘進方向後方に所定距離Ｐだけずらして配置されている。本実施形態では、中央の回転カッタ３１は、チャンバ２１内に配設されている。

回転カッタ３１は、掘進方向に沿って延びる軸廻りに３６０度回転されるカッタヘッド３９を有している。カッタヘッド３９は、正面視略Ｘ字状に形成されている。カッタヘッド３９の前面には、切羽を掘削するためのビット４０が多数取り付けられている。カッタヘッド３９の背面には、チャンバ２１内に取り込まれた土砂を攪拌するための攪拌翼４１が複数取り付けられている。

回転カッタ３１の回転軸４２は、隔壁１２を貫通してその隔壁１２に軸支されている。回転軸４２の坑内側には外歯ギヤ４３が設けられており、その外歯ギヤ４３には、モータ（油圧モータ）４４に取り付けられたピニオン４５が噛合している。モータ４４を駆動することで、回転カッタ３１が回転し、切羽が掘削される。

以上の構成からなるシールド掘進機１０は、図７に示すように、既設の一次トンネルＴ１の外方に、一次トンネルＴ１の周方向に沿って延びる拡大トンネルＴ２を施工する際に用いられる。一次トンネルＴ１の下部には、シールド掘進機１０の発進坑４６が形成され、この発進坑４６には、元押装置４７が配設されている。元押装置４７は、発進坑４６内に配設される基部４８と、基部４８にピンを介して略水平に装着された複数の元押ジャッキ（油圧ジャッキ）４９と、これら元押ジャッキ４９の先端に取り付けられ、鋼殻５０の後端に当接される押出フレーム５１とを有する。鋼殻５０は、発進坑４６内にて同一屈曲方向に順次継ぎ足されて連結される。

次に、本実施形態の作用を説明する。

切羽を掘削するときは、左右の揺動カッタ１３用の揺動ジャッキ２５及び中央の回転カッタ３１用のモータ４４を駆動する。すると、左右の揺動カッタ１３が揺動軸２３廻りに揺動し、揺動カッタ１３によって切羽が掘削されて、孔が形成されると共に、中央の回転カッタ３１が回転軸４２周りに回転し、回転カッタ３１によって切羽が掘削されて、左右の揺動カッタ１３で掘削した孔に連続する孔が掘削される。

また、シールド掘進機１０の掘進は、シールドフレーム１１の前胴１４と後胴１５とを連結する推進ジャッキ１６を伸長させることで、前胴１４を後胴１５に対して前進させ、前胴１４が所定距離だけ後胴１５に対して前進した後、発進坑４６内に配設した元押装置４７によって鋼殻５０を押しつつ、上記推進ジャッキ１６を縮退させることで、後胴１５を前胴１４側に引き寄せることによって行われる（尺取式掘進）。

また、シールド掘進機１０の方向制御は、主としてシールドフレーム１１内の推進ジャッキ１６を適宜伸縮させ、後胴１５に対する前胴１４の傾動角度を調節することによって行う。

ここで、本実施形態では、回転カッタ３１は、左右の揺動カッタ１３と干渉しないように左右の揺動カッタ１３に対して掘進方向後方にずらして配設したものであると共に、左右の揺動カッタ１３間においてチャンバ２１内に配設したものである。仮に、左右の揺動カッタ１３間に回転カッタ３１に代えて揺動カッタを設ける（即ち、揺動カッタのみを設け回転カッタを併設しない）とすると、揺動カッタ１３（カッタヘッド１９）は、回転運動をせずに所定揺動角度θの範囲内で往復動するものであるため、揺動カッタ１３（カッタヘッド１９）の背面に設けられる攪拌翼２２もチャンバ２１内を所定揺動角度θの範囲内で往復動することとなる。そして、チャンバ２１内に取り込まれた土砂は、揺動カッタ１３（カッタヘッド１９）の背面に設けられる攪拌翼２２では充分に攪拌することができないので、土砂がチャンバ２１内で固着する虞がある。

これに対して、本実施形態のように、回転カッタ３１を、左右の揺動カッタ１３と干渉しないように左右の揺動カッタ１３に対して掘進方向後方にずらして配設すると共に、左右の揺動カッタ１３間においてチャンバ２１内に配設すると、左右の揺動カッタ１３間のチャンバ２１内で回転運動する中央の回転カッタ３１（カッタヘッド３９）自体或いはその回転カッタ３１（カッタヘッド３９）の背面に設けた攪拌翼４１により、チャンバ２１内の土砂を充分に攪拌して効率よく流動化させることができる。チャンバ２１内の土砂を充分に流動化させることにより、排土装置３３による土砂の取込がスムーズとなり、土砂がチャンバ２１内で固着することを抑制することができる。

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、中央の回転カッタ３１は、左右の揺動カッタ１３に対して掘進方向前方にずらして配設されたものであっても良い。また、左右の揺動カッタ１３は、互いに掘進方向にずらして配設されたものであっても良い。また、左右の揺動カッタ１３は、互いに相反する方向に揺動されるものであっても良い。また、左右の揺動カッタ１３に、径方向に出没自在にコピーカッタ５２（図１参照）を設けても良い。また、排土装置３３は、送泥管及び排泥管を有するものやスクリューコンベア等であっても良い。

図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。 図２は、シールド掘進機の背面図である。 図３は、シールド掘進機の平面図である。 図４は、図３の４−４線矢視図である。 図５は、図３の５−５線矢視図である。 図６は、図３の６−６線矢視図である。 図７は、シールド掘進機を用いて構築される拡大トンネルを示す図である。

符号の説明

１０ シールド掘進機
１１ シールドフレーム
１２ 隔壁
１３ 揺動カッタ
２１ チャンバ
３１ 回転カッタ

Claims (3)

1. 筒状に形成され、内部を前後に仕切る隔壁を有するシールドフレームと、上記隔壁に掘進方向に沿って延びる軸廻りに揺動可能に設けられ、所定間隔を隔てて配設される複数の揺動カッタと、上記複数の揺動カッタ間の上記隔壁に、掘進方向に沿って延びる軸廻りに回転可能に設けられ、上記複数の揺動カッタと干渉しないように、上記複数の揺動カッタに対して掘進方向にずらして配設される回転カッタとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 上記回転カッタは、上記複数の揺動カッタに対して掘進方向後方にずらして配設される請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 上記回転カッタは、上記複数の揺動カッタの背面と上記隔壁の前面との間に区画形成されるチャンバ内に配設される請求項２に記載のシールド掘進機。

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