JP2010126903A - マンロック - Google Patents

Abstract

【課題】出入りが容易なマンロックを提供する。
【解決手段】シールドマシン１０の隔壁２に設けられ機内側から切羽側に出入りするための隔壁扉３と、機内側に設けられた圧力調整可能なエアロックチャンバ４と、そのエアロックチャンバ４と上記隔壁扉３とを接続し気密に形成された通路５とを有し、その通路５が、上記シールドマシン１０のスキンプレート６と、そのスキンプレート６内の前部に同心的に設けられた筒状のギヤケース７との間を通り掘進方向前後に延びるマンロック１において、上記通路５の断面を拡大すべく、該通路５を区画する壁の一部を上記スキンプレート６から形成したものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、シールドマシンの隔壁に設けられ機内側から切羽側に出入りするためのマンロックに関するものである。

シールドマシンの隔壁に、作業員が機内側から切羽側に出入りするためのマンロックが設けられることがある（例えば、特許文献１参照）。

そのようなマンロックの一例を図６に基づき説明する。図６は、シールドマシンの前部上方を示す側断面図である。

図６に示すように、スキンプレート１０１の前部に隔壁１０２が設けられ、その隔壁１０２に前方（切羽側、FACING SIDE）にカッタチャンバ１０４が区画される。その隔壁１０２の後方のスキンプレート１０１内には、スキンプレート１０１の構造を保持するためのフレーム材１０５やカッタ駆動部のギヤケース１０６などが設けられる。ギヤケース１０６は、スキンプレート１０１と同心的な筒状に形成されており、そのギヤケース１０６の上方にマンロック１０７が設けられる。

マンロック１０７は、隔壁１０２に設けられ機内側から切羽側に出入りするための隔壁扉１０８と、圧力調整可能なエアロックチャンバ１０９と、それらエアロックチャンバ１０９と隔壁扉１０８とを接続し気密に形成された通路１１０とを備える。

エアロックチャンバ１０９は、仕切壁１１１により前室１１２と後室１１３とに区画される。前室１１２には、通路１１０が連通し、それら前室１１２と通路１１０とにより、その内部がカッタチャンバ１０４と同圧まで加圧されるメインルーム（MAIN ROOM）が構成される。他方、後室１１３には機内との入口扉１１６が設けられ、その後室１１３により、メインルームよりも低い所定圧まで加圧されるサブルーム（SUB ROOM）が構成される。

作業員が機内からカッタチャンバ１０４に出る場合、まず作業員は、機内から後室（サブルーム）１１３に入り、その後室１１３内で待機して体を順応させた後、仕切壁１１１を通り後室１１３から前室１１２に移り、その前室１１２で待機する。その後、前室１１２から通路１１０を通行して隔壁扉１０８からカッタチャンバ１０４に出る。

以上のマンロック１０７は、従来、シールドマシンの鋼構造物（スキンプレート１０１やフレーム材１０５など）とは別物と判断し、構造物の中にほぼ円筒形の構造を持つマンロック１０７を装備していた。例えば、円筒形の通路１１０とエアロックチャンバ１０９とを、鋼構造物とは別に予め工場などで製造しておき、それら通路１１０およびエアロックチャンバ１０９を、現場でシールドマシンのフレーム材１０５などに各々取り付けるようにしていた。

特開２０００−９６９８４号公報

しかしながら、上述のマンロック１０７は、通路１１０が狭く通行のための充分な出入口スペースが確保できずに使い勝手の悪いマンロックとなっていた。

また、図６のマンロック１０７では、予め製造された通路１１０を、シールドマシンの鋼構造物に組み付けているので、その組み付けを容易にするためには通路１１０を円筒状などの単純な構造にする必要があり、そのような円筒状の通路１１０は作業員の出入りがし難い、という問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、出入りが容易なマンロック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、シールドマシンの隔壁に設けられ機内側から切羽側に出入りするための隔壁扉と、機内側に設けられた圧力調整可能なエアロックチャンバと、そのエアロックチャンバと上記隔壁扉とを接続し気密に形成された通路とを有し、その通路が、上記シールドマシンのスキンプレートと、そのスキンプレート内の前部に同心的に設けられた筒状のギヤケースとの間を通り掘進方向前後に延びるマンロックにおいて、上記通路の断面を拡大すべく、該通路を区画する壁の一部を上記スキンプレートから形成したものである。

好ましくは、上記通路が上記シールドマシンの上部に配置され、該通路の天井が上記スキンプレートにより形成されたものである。

好ましくは、上記エアロックチャンバは、気密扉が設けられた仕切壁によって２室に仕切られ、その２室のうちの一方に上記通路が連通するように接続されたものである。

本発明によれば、マンロックを使用する際に作業員が容易に通行して出入りすることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のマンロックは、例えば、トンネルを掘るためのシールドマシンに適用される。シールドマシンは、泥土圧式シールドマシンや泥水式シールドマシンが考えられるが、これに限定されない。

図１および図２に基づき、シールドマシンの概略構造を説明する。なお、図１において、左方が掘進方向の前方であり、右方が掘進方向の後方である。

図１に示すように、本実施形態のシールドマシン１０は、外殻をなす筒状のスキンプレート６と、そのスキンプレート６の前方に配置され地山を掘削するカッタ８と、そのカッタ８の後方に設けられスキンプレート６内を切羽側（図１の左側）と機内側（図１の右側）とに区画する隔壁２と、その隔壁２の後方に設けられカッタ８を駆動するカッタ駆動部９と、隔壁２に設けられたマンロック１とを備える。

スキンプレート６は、掘進方向に沿って延びる円筒状に形成される。スキンプレート６の前端部には隔壁２が配置され、その隔壁２よりも後方のスキンプレート６内には、スキンプレート６の構造を保持するためのフレーム材６１（リングガーダ）が設けられる。そのフレーム材６１は、スキンプレート６の内周面に沿って形成される。それらフレーム材６１とスキンプレート６と隔壁２とは、溶接により接合され一体的な鋼構造物をなす。なお、図例のスキンプレート６は、隔壁２から所定長さ後方に離れた位置（後述するギヤケース７の後端とほぼ同位置）で前後に分割された部材を接合することで一体的に形成されている。

スキンプレート６内には、その内周面に沿って複数のシールドジャッキ１３が設けられる。それらシールドジャッキ１３は、図示しないエレクタにより組み立てられた既設セグメントに反力を取りつつシールドマシン１０に推進力を付与する。また、スキンプレート６内には、隔壁２とカッタ８との間に形成されるカッタチャンバＣから掘削土砂を排出して後方に搬送するためのスクリューコンベア１４が設けられる。

図２に示すように、カッタ８は、中心部８１（回転軸）から放射状に延びる複数本（図例では６本）のカッタスポーク８２を有する。各カッタスポーク８２の前面には、長手方向（径方向）に沿って複数のカッタビット８３が設けられる。カッタ８の中心部８１には、前方に突出するフィッシュテールビット８４と、図示しない作泥材の注入口が設けられる。

図１に戻り、カッタ８には、カッタ８から後方に隔壁２に向かい延びる、センタパイプ８５と支持ビーム８７とが各々設けられる。

センタパイプ８５は、カッタ８の中心部８１から後方に隔壁２を貫通して機内まで延び、その先端部に、ロータリジョイント８６が設けられる。

支持ビーム８７は、一端がカッタスポーク８２の長手方向の中間部に接合され、他端がカッタ駆動部９の後述するリング体９１に接合される。図例の支持ビーム８７は、カッタスポーク８２からリング体９１に向かい内周側に傾斜する。

カッタ駆動部９は、カッタ８の支持ビーム８７が接合されたリング体９１と、そのリング体９１およびカッタ８を支持する旋回環９２（ベアリング）と、その旋回環９２を介してカッタ８に回転駆動力を付与する駆動モータ９３と、その駆動モータ９３の後述するピニオン９７や旋回環９２などを覆う筒状のギヤケース７とを有する。

リング体９１は、スキンプレート６と同心的なリング状に形成され、隔壁２に回転可能に設けられる。

旋回環９２は、リング体９１が接合された外輪９４と、スキンプレート６側に固定された内輪９５とを有し、それら外輪９４と内輪９５との間には図示しない転動体が設けられる。外輪９４の外周面には、駆動モータ９３のピニオン９７に歯合するギヤ部９６が形成される。

駆動モータ９３は、旋回環９２の外周（外輪９４）に沿って複数設けられ、周方向に間隔を隔てて配置される。各駆動モータ９３の出力軸には、旋回環９２の外輪９４のギヤ部９６に歯合するピニオン９７が設けられる。駆動モータ９３は、例えば電動モータや油圧モータなどからなる。

これら駆動モータ９３、旋回環９２の内輪９５およびリング体９１が、スキンプレート６または隔壁２に設けられたギヤフレーム９８により支持され、そのギヤフレーム９８がギヤケース７により覆われる。

ギヤケース７は、スキンプレート６と同心的な円筒状に形成され、隔壁２から後方に延びる。すなわち、ギヤケース７は、スキンプレート６内の前部に配置されており、そのギヤケース７の外周面が、スキンプレート６の内周面から径方向内側に離間する。ギヤケース７内には、旋回環９２や駆動モータ９３のピニオン９７などが収容される。そのギヤケース７の上方にはマンロック１が配置される。

マンロック１は、隔壁２に設けられた隔壁扉３と、機内側に設けられ内部の圧力が調整可能なエアロックチャンバ４と、それらエアロックチャンバ４と隔壁扉３とを接続する通路５とを有する。本実施形態のマンロック１では、エアロックチャンバ４がギヤケース７の後方に設けられ、通路５がエアロックチャンバ４から隔壁扉３までギヤケース７とスキンプレート６との間を通り掘進方向前後に延びる。また、隔壁扉３と通路５とがギヤケース７の上方のほぼ同じ上下位置に設けられ、エアロックチャンバ４が、シールドジャッキ１３との干渉を避けるために通路５および隔壁扉３に対して下方にオフセットした位置に設けられる。

図３に示すように、エアロックチャンバ４は、両端が閉塞された筒体状のチャンバ本体４１と、そのチャンバ本体４１内に外部（機内）から出入りするための機内扉４２と、チャンバ本体４１から通路５に出入りするための連通口（以下、チャンバ側連通口という）４３と、チャンバ本体４１内を２つに仕切る仕切壁４４と、その仕切壁４４に設けられた気密扉（以下、仕切扉という）４５とを有する。

チャンバ本体４１は、断面が上下に長いトラック状（図４参照）に形成され、前後方向に延びる。チャンバ本体４１は、ギヤケース７の後方に僅かに離間して、かつ上下の中心がギヤケース７の上端にほぼ一致するように配置される。チャンバ本体４１は、上述したギヤフレーム９８やスキンプレート６のフレーム材６１により支持される。

そのチャンバ本体４１は、気密（エアタイト）に形成された所謂圧力容器であり、所定の耐圧性能（例えば、０．６ＭＰａ程度）を有する。

本実施形態のチャンバ本体４１は、その内部の圧力を２段階に調整するために、仕切壁４４によって内部が前後に２室（空間）に区画される。その仕切壁４４よりも後方（機内側）をサブルーム４６という。また、仕切壁４４よりも前方を前方室４７といい、その前方室４７と通路５とを合わせたものをメインルーム５、４７という。詳しくは後述するが、メインルーム５、４７内はカッタチャンバＣとほぼ同圧まで加圧され、サブルーム４６内はメインルーム５、４７内よりも低い所定圧まで加圧される。

それらサブルーム４６と前方室４７とには、内部に加圧ガス（例えば圧縮空気）を供給するための送気ライン４６１、４７１と、内部から加圧ガスをパージするための排気ライン４６２、４７２とが各々設けられる。各送気ライン４６１、４７１は、チャンバ本体４１の外部に設けられた送気設備４１１（コンプレッサなど）に各々接続される。各排気ライン４６２、４７２は、チャンバ本体４１のサブルーム４６と前方室４７とに各々形成された排気口４６３、４７３に接続される。また、これらサブルーム４６および前方室４７には、その内部の圧力を検出するためのメータ４６４（図４参照）が各々設けられる。

機内扉４２は、機内からサブルーム４６に出入するためのものであり、チャンバ本体４１の後面に設けられる。その機内扉４２は、内開きに開く開戸として構成される。具体的には、機内扉４２は、チャンバ本体４１の後面に形成された出入口４２１と、その出入口４２１をサブルーム４６側から気密に閉塞するための扉本体４２２と、その扉本体４２２を開閉可能に支持するヒンジ４２３と、扉本体４２２を閉塞状態で保持するためのロック機構４２４（図４参照）とを有する。

仕切扉４５は、サブルーム４６から前方室４７に出入りするためのものであり、仕切壁４４に設けられる。仕切扉４５は、機内扉４２とほぼ同様の構造を有する。すなわち、仕切扉４５は、前方室４７内に内開きに開く開戸として構成され、仕切壁４４に形成された出入口４５１を前方室４７側から気密に閉塞するための扉本体４５２と、ヒンジ４５３と、ロック機構（図示せず）とを有する。

チャンバ側連通口４３は、チャンバ本体４１の前面の上部に形成される。チャンバ側連通口４３は、後述するフランジ部材５７を介して通路５の通路側連通口５６に接続され、それら連通口４３、５６により前方室４７と通路５とが連通する。

通路５は、チャンバ本体４１と同様の耐圧性能を有するよう気密に形成され、チャンバ本体４１の前面から隔壁２までギヤケース７に沿って前後に延びる。

本実施形態では、通路５の断面を径方向外側にスキンプレート６まで拡大すべく、通路５を区画する壁の一部がスキンプレート６から形成される。図例では、通路５がシールドマシン１０の上部に配置され、通路５の天井がスキンプレート６により形成される。

より具体的には、通路５は、スキンプレート６から形成された天井（上壁）と隔壁２から形成された前壁とに、下方を区画する床５３（下壁）と後方を区画する後壁５４と左右の側方を区画する２つの側壁５５、５５（図５参照）とを組み合わせて構成される。それら床５３と後壁５４と側壁５５、５５とは、例えば鋼製の板材からなり、スキンプレート６や隔壁２に溶接接合されると共に互いに溶接接合される。すなわち、床５３と後壁５４と側壁５５、５５とは、鋼製の隔壁２、スキンプレート６およびフレーム材６１などと共に鋼構造物をなす。

後壁５４は、隔壁２から後方に離間してギヤケース７の後端とほぼ同じ位置に配置される。後壁５４は、上端がスキンプレート６に接合され、そのスキンプレート６からギヤケース７の近傍まで下方に延びる。

その後壁５４の下部には、エアロックチャンバ４のチャンバ本体４１が接合されており、かつそのチャンバ本体４１を通路５に連通するための連通口（通路側連通口５６）が形成される。

具体的には、後壁５４に、通路側連通口５６を囲い後方に突出する円筒状のフランジ部材５７が設けられ、そのフランジ部材５７にチャンバ本体４１がボルト接合される。

床５３は、スキンプレート６の頂部から下方に離間してギヤケース７の僅かに上方の位置に配置される。床５３は、前端が隔壁２に接合され、その隔壁２から後壁５４まで後方に延びる。図４および図５に示すように、図例の床５３は、ほぼ水平に形成されており、左右方向の一方の縁部（図５では左側縁部）がスキンプレート６に沿った曲線状に形成される。

側壁５５、５５は、スキンプレート６の内周に沿って互いに離間して配置される。側壁５５、５５は、上端がスキンプレート６に接合され、そのスキンプレート６から径方向内側に床５３まで径方向に沿って延びる。

以上のように構成された通路５は、図３に示すように、前後の長さと上下の長さとが前方室４７とほぼ同じであり、左右の長さが前方室４７よりも長い。

隔壁扉３は、通路５からカッタチャンバＣに出入するためのものであり、隔壁２の上端部（通路５の前壁）に設けられる。図２に示すように、図例の隔壁扉３は、隔壁２の左右方向の中心よりも図２の左側（掘進方向に向かい右側）にオフセットして配置される。

より具体的には、図３に示すように、隔壁２に、隔壁扉３よりも大径の取付穴２１と、その取付穴２１の外周から後方に延びる筒状のボス部２２とが各々形成され、そのボス部２２に、取付穴２１より大径で出入口３１を有するリング板２３がボルト接合され、そのリング板２３に隔壁扉３が取り付けられる。

その隔壁扉３は、外開きにカッタチャンバＣ側に開く開戸として構成される。すなわち、隔壁扉３は、隔壁２（リング板２３）の出入口３１をカッタチャンバＣ側から液密（かつ気密）に閉塞するための扉本体３２と、その扉本体３２を開閉可能に支持するヒンジ３３と、扉本体３２を閉塞状態で保持するためのロック機構３４とを有する。

以上のマンロック１を製造する場合には、まず、スキンプレート６や隔壁２にフレーム材６１などが接合されて鋼構造物が製造される際に、それらフレーム材６１と共に、通路５の床５３と後壁５４と側壁５５、５５となる板材がスキンプレート６や隔壁２に各々接合され、これにより通路５が鋼構造物（溶接構造物）の一部として形成される。次に、その鋼構造物に、工場などで別途製造されたエアロックチャンバ４が組み付けられて、エアロックチャンバ４と通路５とが接続される。

次に、図３に基づき本実施形態のマンロック１の作用を説明する。

マンロック１は、シールドマシン１０の掘進時に切羽などで異常が生じて作業員が機内からカッタチャンバＣに出入りするときなどに使用される。

例えば、作業員が機内からカッタチャンバＣに出る場合、まず、エアロックチャンバ４のサブルーム４６内が機内と同圧にされる。次に、作業員が機内扉４２からサブルーム４６に入り、その後、サブルーム４６が所定圧（例えば、カッタチャンバＣの圧力（切羽の土水圧）の半分程度）まで加圧され、そのサブルーム４６内で作業員が所定時間（数時間）待機する。また、メインルーム５、４７がサブルーム４６と同圧まで加圧される。

サブルーム４６での待機が終了した後、作業員は仕切扉４５を通りサブルーム４６から前方室４７に入り、その後、前方室４７および通路５（つまり、メインルーム）がカッタチャンバＣと同圧まで加圧され、その前方室４７内で作業員が所定時間（数時間）待機する。

前方室４７での待機が終了した後、作業員は通路５を通り隔壁扉３からカッタチャンバＣに出る。

ここで、本実施形態のマンロック１は、通路５の天井をスキンプレート６で形成することにより、通路５の縦断面が拡大され、天井が高く形成されている。そのため、作業員は通路５を容易に通行することができる。

このように、本実施形態では、鋼構造物もマンロック１の一部として使用することによって、スキンプレート側とマンロック側との二重の構造物が不要となった。

その結果、マンロック１の出入口スペース（通路５の内部スペース）を、充分に確保でき、出入りが容易な使い勝手の良いマンロック１になり、マンロック１を使用する際に作業員が通路５を容易に通行して出入りすることができる。

すなわち、従来の図６のマンロック１０７は、別体で製造した通路１１０を、スキンプレート１０１の鋼構造物に組み付けているので、その組み付けを容易にするために通路１１０を単純な形状としていた。そのため、通路１１０と、スキンプレート１０１およびギヤケース１０６との間に無駄なスペースＳが生じていた。

これに対して、本実施形態では、通路５を鋼構造物としたので、組み付けの容易性を考慮する必要がなく、通路５の形状を比較的自由に設計でき、無駄スペースＳを有効活用して断面の大きな通路５を形成することができる。

また、本実施形態のマンロック１では通路５が拡大されていることから、作業員は、エアロックチャンバ４の前方室４７のみならず通路５内でも待機することが可能であり、マンロック１内の待機環境を改善することができる。すなわち、マンロック１内での待機中、作業員は高圧下で狭いスペースに長時間（数時間）閉じこめられるため、待機は作業員にとって負担となっていたが、本実施形態のマンロック１では、従来に比べて、通路５が拡大され待機スペースが広くなっているため、従来よりも作業員の負担を軽減することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、通路の断面が拡大されて容積が増えることから、その増えた容積の分だけエアロックチャンバを小さく形成してもよい。一例として、通路により増える容積の分だけ、エアロックチャンバを掘進方向前方に縮小することが考えられる。この場合、マンロックの省スペース化を図ることができ、エアロックチャンバの後方に余剰のスペースを確保できる。

また、エアロックチャンバは、２室に仕切られたものに限定されず、１室または３室以上のものでもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るシールドマシンの側断面図である。 図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。 図３は、本実施形態のマンロックの側断面図である。 図４は、図３のＩＶ方向矢視図である。 図５は、図３のＶ方向矢視図である。 図６は、従来のマンロックの側断面図である。

符号の説明

１ マンロック
２ 隔壁
３ 隔壁扉
４ エアロックチャンバ
５ 通路
６ スキンプレート
７ ギヤケース
１０ シールドマシン
４５ 仕切扉（気密扉）

Claims (3)

1. シールドマシンの隔壁に設けられ機内側から切羽側に出入りするための隔壁扉と、機内側に設けられた圧力調整可能なエアロックチャンバと、そのエアロックチャンバと上記隔壁扉とを接続し気密に形成された通路とを有し、その通路が、上記シールドマシンのスキンプレートと、そのスキンプレート内の前部に同心的に設けられた筒状のギヤケースとの間を通り掘進方向前後に延びるマンロックにおいて、
   上記通路の断面を拡大すべく、該通路を区画する壁の一部を上記スキンプレートから形成したことを特徴とするマンロック。
2. 上記通路が上記シールドマシンの上部に配置され、その通路の天井が上記スキンプレートにより形成された請求項１記載のマンロック。
3. 上記エアロックチャンバは、気密扉が設けられた仕切壁によって２室に仕切られ、その２室のうちの一方に上記通路が連通するように接続された請求項１または２記載のマンロック。

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