JP2012132281A - トンネル掘削機の分割構造 - Google Patents

Abstract

【課題】現地での掘削機本体の組立・分解を迅速かつ容易に行えるトンネル掘削機の分割構造を提供する。
【解決手段】掘削機本体の掘削機主部１が前後(機長)方向及び周方向へ複数のブロックに分割形成されたトンネル掘削機において、前記各ブロックの接合面に予め溶接されて接離方向への凹状又は凸状の引掛り部３０ａ，３１ａを有した補助ブロック３０，３１と、前記接合される補助ブロック間に跨って設けられ前記凹状又は凸状の引掛り部に係合する凸状又は凹状の引掛り部３２ａを有した接合ブロック３２と、前記補助ブロックと接合ブロックの合せ面相互を結合する複数本のボルト３３と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、現地での溶接作業を減らして組立・分解が容易なトンネル掘削機の分割構造に関するものである。

一般に、シールド掘削機等の口径が大きくなると、掘削機製造工場より現地までの輸送条件や現地での組立条件等により、前後（機長）方向や円周方向へ小ブロックに分割しなければならないことは、特許文献１や特許文献２で良く知られている。

そして、現地での組立に当たっては、各ブロック間をフランジ結合することに加えて大半は溶接により結合していることも良く知られている。

実公平７−４３２６８号公報 特開２００３−１０６０８６号公報

ところで、シールド掘削機等の掘削機本体が前後（機長）方向に複数リングに分割形成された場合、通常は、前側のリングは隔壁やリング状補強部のようなフランジ付き部材であるが後側のリングはフランジ無しで形成される。

そのため、後側のリングが前側のリングより厚さの薄い鋼材で形成されていればさほど問題はないが、同一厚さの鋼材で形成された場合、フランジ無しであることからそれだけ開先を深くしなければならず、組立時の溶接作業に多大な時間が掛かるという問題点があった。一方、掘削機本体の再利用のための分解時にも、溶接部の切断作業に多大な時間が掛かるという問題点があった。

そこで、本発明は、現地での掘削機本体の組立・分解を迅速かつ容易に行えるトンネル掘削機の分割構造を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機の分割構造は、
掘削機本体が複数のブロックに分割形成されたトンネル掘削機において、
前記各ブロックの接合面に予め溶接されて接離方向への凹状又は凸状の引掛り部を有した補助ブロックと、
前記接合される補助ブロック間に跨って設けられ前記凹状又は凸状の引掛り部に係合する凸状又は凹状の引掛り部を有した接合ブロックと、
前記補助ブロックと接合ブロックの合せ面相互を結合する複数本のボルトと、
を備えたことを特徴とする。

また、
前記接合ブロックは、前記凹状又は凸状の引掛り部を有する主ブロックと、前記補助ブロック間に跨り前記主ブロックとの間で補助ブロックを挟持すべく主ブロックにボルト結合される副ブロックとからなることを特徴とする。

また、
前記接合ブロックは、補助ブロックの長手方向に複数個のピースに分割形成されることを特徴とする。

本発明に係るトンネル掘削機の分割構造によれば、立坑等における現地での掘削機本体の組立・分解にあたっては、溶接すること無しで、ボルトの締付け作業のみで組み立てることができると共に、溶接部を切断すること無しで、ボルトの緩め作業のみで分解することができ、迅速かつ容易に行える。

本発明の一実施例を示す分割構造部の概略図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ部拡大図である。 土圧式シールド掘削機の概略構成図である。 分割構造の変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係るトンネル掘削機の分割構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す分割構造部の概略図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ部拡大図、図４は土圧式シールド掘削機の概略構成図、図５は分割構造の変形例を示す断面図である。

図４に示すように、本実施例の土圧式シールド掘削機（トンネル掘削機）は、その掘削機本体が、円筒状の掘削機主部１と該掘削機主部１内に前後方向（トンネルの長手方向）へ相対移動可能に収装された円筒状の掘削機副部２との二重筒状に形成される。

掘削機主部１は、更に前後（機長）方向に、Ａリング１ａとＢリング１ｂとＣリング１ｃとＤリング１ｄとの４ブロックに分割形成されている。Ａリング１ａとＢリング１ｂとＣリング１ｃとは同一厚さの鋼材で形成されるが、Ａリング１ａとＢリング１ｂは隔壁３やリング状補強部１４のようなフランジ付き部材であることからフランジを有しないＣリング１ｃより剛性が高いものになっている。一方、テールシール２３が装着されるＤリング１ｄは、Ａリング１ａ、Ｂリング１ｂ及びＣリング１ｃより厚さの薄い鋼材で形成される。

前記Ａリング１ａに設けられた隔壁（バルクヘッド）３には、カッタヘッド４が軸受等を介して回転自在に装着される。カッタヘッド４の前面には放射状をなしてカッタスポーク５が固定され、このカッタスポーク５には、多数のカッタビット６及びディスク（ローラ）カッタ７が装着されると共に、カッタヘッド４の径方向へ油圧ジャッキ８により伸縮（出没）可能に、適当数のコピーカッタ９が装着される。そして、カッタヘッド４の後部にはリングギア１０が固定される。

一方、前記隔壁３には、カッタヘッド駆動手段としてのカッタ旋回モータ１１が取り付けられ、このカッタ旋回モータ１１の駆動ギア１２が前記リングギア１０に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１１を稼働して駆動ギア１２を回転駆動すると、リングギア１０を介してカッタヘッド４が回転される。また、隔壁３の中央部には、ロータリジョイント１３が組み付けられ、このロータリジョイント１３を介して前記コピーカッタ９の油圧ジャッキ８等に対し図示しない油圧源からの圧油の給，排が行われるようになっている。また、隔壁３の外周部と前記Ｂリング１ｂの前部に設けられたリング状補強部１４との間には中折れジャッキ１５が適当数配設される。

前記掘削機主部１の内部には、前記掘削機副部２を貫通してスクリューコンベア１６が配設され、カッタヘッド４で掘削された土砂をトンネルの後方へ排出可能になっている。即ち、スクリューコンベア１６の前端部（取出口）が隔壁３の下部を貫通して前記カッタヘッド４と隔壁３とで画成されたチャンバ室１７に開口すると共に、後下部に設けた排出口（ジャッキ１８駆動のゲート１９で開閉される）がトンネル内の長手方向に配設された図示しないベルトコンベア上に対向するのである。このスクリューコンベア１６は、後上がりに傾斜して配置された円筒管１６ａの内部に、駆動モータ１６ｂによって回転可能にスクリュー翼１６ｃが装着されてなる。

前記Ｂリング１ｂのリング状補強部１４と前記掘削機副部２の内周部との間には、主推進ジャッキ２０が円周方向へ所定間隔離間して多数本配設される。そして、前記掘削機副部２の外周部には、覆工部材としてトンネルの内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対し伸縮し得る副推進ジャッキ２２が円周方向へ所定間隔離間して多数本配設される。

また、前記Ｃリング１ｃとＤリング１ｄは、Ｄリング１ｄにおけるテールシール２３を介して前記既設セグメントＳの外周に嵌合している。また、前記掘削機副部２の後部には支持部材（架台）２４が組み付けられ、この支持部材２４上に前記セグメントＳを組み立てるエレクタ２５と組み立てたセグメントＳの真円保持を行うセグメントアジャスタ２６が装備される。

従って、トンネルを掘削するにあたっては、先ず、全ての主推進ジャッキ２０と副推進ジャッキ２２とが共に縮んだ初期位置で、カッタ旋回モータ１１を稼働させてカッタヘッド４を回転させる。

次に、前記状態から全ての主推進ジャッキ２０を伸ばして掘削機主部１を１ストローク推進（前進）させる。この際、推進反力は掘削機副部２を介して既設セグメントＳで受ける。そして、この推進により、カッタヘッド４に装着された多数のカッタビット６及びディスクカッタ７が前方の地盤を掘削する。掘削された土砂はチャンバ室１７からスクリューコンベア１６等によって外部に排出される。

次に、カッタヘッド４の回転を止めた状態で（場合によっては、止めなくても良い）、全ての主推進ジャッキ２０を縮めながら全ての副推進ジャッキ２２を伸ばして掘削機副部２を１ストローク推進させてリセットする。この際も、推進反力は既設セグメントＳで受ける。これにより、主推進ジャッキ２０は全縮状態で推進可能な状態になると共に、副推進ジャッキ２２は全伸状態でセグメントＳの組立可能な状態になる。

次に、カッタヘッド４を回転させた状態で、全ての主推進ジャッキ２０を伸ばして掘削機主部１を推進させながら副推進ジャッキ２２を部分的に順次縮めてエレクタ２５及びセグメントアジャスタ２６によりセグメントＳを組み立てると共にその真円保持を行う。

以降、前述した動作の繰り返しで、所定長さのトンネルを掘削・形成していく。

ところで、本実施例の掘削機本体（掘削機主部１）は、前述したように前後（機長）方向へ４ブロックに分割形成されたＡリング１ａとＢリング１ｂとＣリング１ｃとＤリング１ｄが、それぞれ周方向にも複数ブロックに分割形成されている。例えば、Ａリング１ａとＢリング１ｂは周方向に６ブロックに分割形成され、Ｃリング１ｃとＤリング１ｄは周方向に３ブロックに分割形成されている。

そこで、Ｂリング１ｂとＣリング１ｃとの間の分割構造を図１乃至図３を用いて説明すると、先ず、Ｂリング１ｂとＣリング１ｃとの前後（機長）方向の接合端面相互に接離方向への凹状（又は凸状でも良い）の引掛り部３０ａ，３１ａを有した補助ブロック３０，３１が全長に亘って掘削機製造工場で予め溶接されると共に、Ｃリング１ｃの３箇所における円周方向の接合端面相互に接離方向への凹状（又は凸状でも良い）の引掛り部３１ａを有した補助ブロック３１が全長に亘って掘削機製造工場で予め溶接される。図示例では、Ｃリング１ｃの前後（機長）方向の接合端面と円周方向の接合端面の交叉部においては、補助ブロック３１がＬ型に屈曲されて一体形成されている（図３参照）。

そして、前記接合される補助ブロック３０−３１，３１−３１間に跨って、補助ブロック３０，３１の凹状（又は凸状でも良い）の引掛り部３０ａ，３１ａに係合する凸状（又は凹状でも良い）の引掛り部３２ａを両端部に有した接合ブロック３２が設けられ、補助ブロック３０，３１と接合ブロック３２の合せ面相互が複数本のボルト３３で結合されている。

図示例では、接合ブロック３２は、補助ブロック３０，３１の長手方向に複数個のピースに分割形成されると共にＣリング１ｃの前後（機長）方向の接合端面と円周方向の接合端面の交叉部においてはＴ型の１個のピースで形成されている（図３参照）。また、接合ブロック３２は、凸状（又は凹状でも良い）の引掛り部３２ａを有する主ブロック３２Ａと、補助ブロック３０−３１，３１−３１間に跨り主ブロック３２Ａとの間で補助ブロック３０，３１の自由端縁部を挟持すべく主ブロック３２Ａに複数本のボルト３３で結合される副ブロック３２Ｂとからなる。

前記補助ブロック３０，３１と接合ブロック３２の主ブロック３２Ａ及び副ブロック３２Ｂは、ともに機械加工により形成される。また、各ブロック３０，３１，３２Ａ，３２Ｂのボルト孔はボルト締結後に適宜盲栓３４等で閉塞される。

掘削機本体（掘削機主部１ａ）の分割構造は以上のように構成されるため、掘削機製造工場から現地へは各ブロックに予め溶接された補助ブロック３０，３１から接合ブロック３２の主ブロック３２Ａ及び副ブロック３２Ｂを取り外して、分割形成された各ブロック毎に分解した状態で搬送される。尚、補助ブロック３０，３１は、予め決められたボルト締め方向に対応されて各ブロックに予め溶接される。図示例では、掘削機本体（掘削機主部１ａ）の内側からボルト３３を締結するようになっている。

現地での掘進開始位置の立坑内における組立に当たっては、各ブロックの補助ブロック３０−３１，３１−３１間において、接合ブロック３２の主ブロック３２Ａ及び副ブロック３２Ｂを補助ブロック３０，３１に組み付け、これらをボルト３３で締め付けることで分割された各ブロックを接合することができる。尚、接合ブロック３２を補助ブロック３０，３１に組み付ける際には、互いの接合面間に液体パッキンを介在（塗布）させて水密を保持すると好適である。勿論、各ブロック３０，３１，３２Ａ，３２Ｂのボルト孔は前述したように盲栓３４で閉塞される。

上述した結合状態では、補助ブロック３０，３１の凹状（又は凸状でも良い）の引掛り部３０ａ，３１ａと接合ブロック３２（主ブロック３２Ａ）の凸状（又は凹状でも良い）の引掛り部３２ａとの係合により、掘削機本体（掘削機主部１ａ）に作用する引張や圧縮に対し十分耐えることができる。また、補助ブロック３０，３１と接合ブロック３２とが複数（多数）本のボルト３３により結合されるので、掘削機本体（掘削機主部１ａ）に作用する曲げに対しても十分耐えることができる。

一方、トンネル施工後に掘削機本体を再利用すべく、掘進到達位置の立坑内における掘削機主部１ａの分解に当たっては、各ブロックの補助ブロック３０−３１，３１−３１間において、ボルト３３を緩めて接合ブロック３２の主ブロック３２Ａ及び副ブロック３２Ｂを補助ブロック３０，３１から取り外すことで、各ブロックを分解することができる。

尚、図示例では、Ｂリング１ｂとＣリング１ｃとの間の分割構造を説明したが、Ａリング１ａとＢリング１ｂとの間の分割構造及びそれらの円周方向の分割構造並びにＣリング１ｃとＤリング１ｄとの間の分割構造及びＤリング１ｄの円周方向の分割構造はもともと開先が浅く溶接が簡単で済むので、従前通りの分割構造で良いが、Ｂリング１ｂとＣリング１ｃとの間の分割構造及びＣリング１ｃの円周方向の分割構造のように構成しても良い。尚、Ａリング１ａとＢリング１ｂはフランジ結合部も存在するので開先が浅くてもよいのである。

また、Ｂリング１ｂとＣリング１ｃとの間の分割構造及びＣリング１ｃの円周方向の分割構造は前述した図示例に限らず、図５の(ａ)や図５の(ｂ)に示すような構造でも良い。即ち、前述した接合ブロック３２における副ブロック３２Ｂを廃止して、補助ブロック３０（３１）と補助ブロック３１を突き合わせたり（図５の(ａ)の場合）、補助ブロック３０（３１）と補助ブロック３１とで接合ブロック３２の中央部を挟持させたり（図５の(ｂ)の場合）しても良いのである。

このようにして本実施例によれば、立坑等における現地での掘削機本体（掘削機主部１ａ）の組立・分解にあたっては、溶接すること無しで、ボルト３３の締付け作業のみで組み立てることができると共に、溶接部を切断すること無しで、ボルト３３の緩め作業のみで分解することができ、迅速かつ容易に行える。

尚、本発明は上記実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、ボルトの本数や引掛り部３０ａ，３１ａ，３２ｂの形状変更等各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明に係るトンネル掘削機は、土圧式シールド掘削機に限らず、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機、機械式シールド掘削機やトンネルボーリングマシーン（ＴＢＭ）等にも適用することができる。

１ 掘削機主部
１ａ Ａリング
１ｂ Ｂリング
１ｃ Ｃリング
１ｄ Ｄリング
２ 掘削機副部
３ 隔壁
４ カッタヘッド
５ カッタスポーク
６ カッタビット
７ ディスクカッタ
８ 油圧ジャッキ
９ コピーカッタ
１０ リングギア
１１ カッタ旋回モータ
１２ 駆動ギア
１３ ロータリジョイント
１４ リング状補強部
１５ 中折れジャッキ
１６ スクリューコンベア
１７ チャンバ室
１８ ジャッキ
１９ ゲート
２０ 主推進ジャッキ
２２ 副推進ジャッキ
２３ テールシール
２４ 架台
２５ エレクタ
２６ セグメントアジャスタ
３０，３１ 補助ブロック
３０ａ，３１ａ 引掛り部
３２ 接合ブロック
３２ａ 引掛り部
３２Ａ 主ブロック
３２Ｂ 副ブロック
３３ ボルト
３４ 盲栓
Ｓ セグメント

Claims (3)

1. 掘削機本体が複数のブロックに分割形成されたトンネル掘削機において、
   前記各ブロックの接合面に予め溶接されて接離方向への凹状又は凸状の引掛り部を有した補助ブロックと、
   前記接合される補助ブロック間に跨って設けられ前記凹状又は凸状の引掛り部に係合する凸状又は凹状の引掛り部を有した接合ブロックと、
   前記補助ブロックと接合ブロックの合せ面相互を結合する複数本のボルトと、
   を備えたことを特徴とするトンネル掘削機の分割構造。
2. 前記接合ブロックは、前記凹状又は凸状の引掛り部を有する主ブロックと、前記補助ブロック間に跨り前記主ブロックとの間で補助ブロックを挟持すべく主ブロックにボルト結合される副ブロックとからなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機の分割構造。
3. 前記接合ブロックは、補助ブロックの長手方向に複数個のピースに分割形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機の分割構造。

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