JP2013181312A

JP2013181312A - シールド掘削機

Info

Publication number: JP2013181312A
Application number: JP2012045162A
Authority: JP
Inventors: Taiji Morita; 泰司森田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP5810008B2

Abstract

【課題】カッタ中心部における土砂の滞留および固結を防止できるシールド掘削機を提供する。
【解決手段】掘削機の前面中央部に設けられた環状のカッタ支持部材２０と、カッタ支持部材２０から外側に向かって放射状に延在する複数のカッタスポーク１０，１０・・・と、カッタ支持部材２０の開口部２１を跨いで設けられたセンターカッタ２５と、を備え、カッタ支持部材２０は、後方に延在する複数の支持ロッド２２，２２・・・を介して、バルクヘッド５０に設けられた旋回体５１に連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールド掘削機に関する。

従来の泥土圧式または土圧式のシールド掘削機では、図８に示すように、複数のカッタスポーク１０１が、カッタ１００の中心部から径方向外側に向かって延在して設けられている。カッタスポーク１０１の基端部の前面（カッタ１００の中心部）には、センターカッタ１０２が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３６２７０号公報

しかしながら、従来のシールド掘削機では、カッタ１００の中心部に、放射状に設けられた複数のカッタスポークの基端部が集中していた。そのため、センターカッタ１０２で切削した土砂の行き場がなく、その周辺で滞留してしまう。滞留した土砂は、圧密されてセンターカッタ１０２の周辺に固結してしまい、推力を増加させたり、センターカッタ１０２の磨耗を招いてしまうといった問題があった。

このような観点から、本発明は、カッタ中心部における土砂の滞留および固結を防止できるシールド掘削機を提供することを課題とする。

このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、掘削機の前面中央部に設けられた環状のカッタ支持部材と、前記カッタ支持部材から外側に向かって放射状に延在する複数のカッタスポークと、前記カッタ支持部材の開口部を跨いで設けられたセンターカッタと、を備えたことを特徴とするシールド掘削機である。

このような構成によれば、カッタスポークは、環状のカッタ支持部材の周縁部から外側に向かって延在しているので、中央部で集中することはない。さらにカッタ支持部材の開口部が開いているので、当該開口部を通じても切削土砂をチャンバー内に取り込むことができる。したがって、土砂が中央部に滞留して固結するのを防止できる。

請求項２に係る発明は、前記カッタ支持部材が、後方に延在する複数の支持ロッドを介して、バルクヘッドに設けられた旋回体に連結されていることを特徴とする。このような構成によれば、チャンバー内に取り込まれた切削土砂を、下方の排土口側に移動させることができる。

請求項３に係る発明は、前記カッタスポークが、径方向内側部分が径方向外側部分よりも細くなっていることを特徴とする。このように、正面から見たときにカッタスポークが占める面積割合が大きくなる径方向内側部分のカッタスポークを細くすると、カッタスポーク間の隙間が広くなり、切削土砂をチャンバー内に取り込み易くなる。

本発明のトンネル間シールによれば、カッタ中心部における土砂の滞留および固結を防止できる。

本発明の第一実施形態に係るシールド掘削機を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は垂直方向概略断面図である。本発明の第一実施形態に係るシールド掘削機の要部を示した概略斜視図である。シールド掘削機の注泥配管の形状を示した垂直方向概略断面図である。シールド掘削機の注泥配管の形状の他の形状を示した垂直方向概略断面図である。シールド掘削機の注泥配管の形状のさらに他の形状を示した垂直方向概略断面図である。本発明の第二実施形態に係るシールド掘削機を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は垂直方向概略断面図である。本発明の第三実施形態に係るシールド掘削機を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は垂直方向概略断面図である。従来のシールド掘削機を示した正面図である。

本発明の第一実施形態に係るシールド掘削機を、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、泥土圧式シールドマシンを例示する。図１に示すように、本実施形態に係るシールド掘削機１は、前端に設けられたカッタスポーク１０とその後方に設けられたバルクヘッド（隔壁）５０とを備えており、カッタスポーク１０とバルクヘッド５０との間にチャンバー４０が形成されている。シールド掘削機１は、カッタビット１１で掘削した土砂に添加剤を注入して練り混ぜて、不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換し、これをチャンバー４０内に充満させる。この状態を維持してシールドジャッキ（図示せず）の推力により、チャンバー４０内の泥土に泥土圧を発生させ、切羽の土圧と地下水圧に対抗し、シールドの掘進量と排土量のバランスを図りながら掘進する。

本実施形態に係るシールド掘削機１は、カッタ支持部材２０と、複数のカッタスポーク１０，１０・・・と、センターカッタ２５とを備えている。

カッタ支持部材２０は、カッタスポーク１０とセンターカッタ２５を支持する部材である。カッタ支持部材２０は、シールド掘削機１の前面中央部に設けられた環状（本実施形態ではリング状）の部材にて構成されており、回転中心を囲むように配置されている。カッタ支持部材２０の開口部２１は、土砂をチャンバー４０内に取り込むための取込口としての役目を果たす。図１の（ｂ）および図２に示すように、カッタ支持部材２０は、後方に延在する複数の支持ロッド２２，２２・・・を介して、バルクヘッド５０に設けられた旋回体５１に連結されている。旋回体５１は、リング状に形成されている。旋回体５１は、図３に示すように、バルクヘッド５０に形成されたリング状溝部５４に収容されている。旋回体５１とリング状溝部５４との間にはリング状のシール部材５５が設けられている。シール部材５５は、リング状溝部５４の周壁に固定されており、旋回体５１は、シール部材５５に対して摺動する。旋回体５１は、スラストベアリングにて構成されており、前方に位置する一方の軌道盤に支持ロッド２２が固定され、後方に位置する他方の軌道盤はリング状溝部５４の底面に固定されている。なお、本実施形態では、カッタ支持部材２０はリング状に形成されているが、これに限定されるものではなく、環状であれば、多角形による環状であってもよい。

図１に示すように、カッタ支持部材２０の外周側には、カッタスポーク１０の中間部と後記する外周カッタスポーク３０の基端部を支持する中間支持部材３１が設けられている。中間支持部材３１は、カッタ支持部材２０を囲うように配置された大径のリング状の部材にて構成されている。中間支持部材３１は、カッタ支持部材２０と同心状に配置されており、中間支持部材３１とカッタ支持部材２０の前面は互いに同一平面状に位置している。中間支持部材３１は、後方に延在する複数の支持ロッド３２，３２・・・を介して、バルクヘッド５０に設けられた外周旋回体５２に連結されている。外周旋回体５２は、旋回体５１よりも大径のリング状に形成されている。外周旋回体５２は、スラストベアリングにて構成されており、前方に位置する一方の軌道盤に支持ロッド３２が固定され、後方に位置する他方の軌道盤はバルクヘッド５０側に固定されている。なお、中間支持部材３１もカッタ支持部材２０と同様にリング状に限定されるものではなく、環状であれば、多角形による環状であってもよい。

カッタスポーク１０は、複数（本実施形態では６本）設けられており、カッタ支持部材２０の前面において内周縁部から外側に向かって放射状に延在している。なお、カッタスポーク１０の基端部の位置は、カッタ支持部材２０の前面の内周縁部に限定されるものではなく、カッタ支持部材２０の前面の他の任意の位置であってもよいし、カッタ支持部材２０の外周面であってもよい。さらに、カッタスポーク１０の基端部は、カッタ支持部材２０の内側に若干突出していてもよい。カッタスポーク１０，１０・・・は、シールド掘削機１の回転中心周りに６０度ピッチで配置されている。カッタスポーク１０の前面にはカッタビット１１が複数配設されている。カッタスポーク１０の基端部は、カッタ支持部材２０の前面に固定されている。カッタスポーク１０の基端部（回転中心側端部）は、シールド掘削機１の回転中心まで延在しておらず、カッタ支持部材２０の開口部２１にかからないようになっている。カッタスポーク１０の先端部（外側端部）は、シールド掘削機１の外周縁部まで延在している。カッタスポーク１０の中間部は、中間支持部材３１の前面に固定されている。カッタスポーク１０は、カッタ支持部材２０と中間支持部材３１の二点に支持されている。

隣り合うカッタスポーク１０，１０の間には、外周カッタスポーク３０が設けられている。外周カッタスポーク３０は、複数（本実施形態では６本）設けられており、カッタスポーク１０，１０の間に１本ずつ配置されている。外周カッタスポーク３０は、中間支持部材３１から外側に向かって放射状に延在している。外周カッタスポーク３０は、隣り合うカッタスポーク１０，１０と３０度ピッチで配置されている。外周カッタスポーク３０の前面にはカッタビット１１が複数配設されている。外周カッタスポーク３０の基端部（回転中心側端部）は、中間支持部材３１の前面に固定されている。外周カッタスポーク３０の先端部（外側端部）は、シールド掘削機１の外周縁部まで延在している。カッタスポーク１０と外周カッタスポーク３０の先端部には、掘削機本体の外周と同径の外周リング４１が設けられている。外周リング４１は、チャンバー４０の外周面を区画している。

センターカッタ２５は、掘削断面の中央部を掘削するためのものである。図１および図３に示すように、センターカッタ２５は、カッタ支持部材２０の前面に、開口部２１を跨ぐように配置されている。センターカッタ２５は、カッタ支持部材２０の直径上（回転中心上）に配置されており、その両端部は、直線上に配置された一対のカッタスポーク１０，１０の基端部間に架け渡されている。

図３に示すように、センターカッタ２５には、添加剤を注入するための注泥口２６が形成されている。注泥口２６は、シールド掘削機１の回転中心位置に形成されている。注泥口２６には、注泥配管２７が接続されている。注泥配管２７は、注泥口２６に添加剤を供給するための配管である。注泥配管２７は、シールド掘削機１の回転中心線に沿って配置されており、バルクヘッド５０を貫通してシールド掘削機本体内の添加剤供給装置に繋がっている。注泥配管２７には、ロータリエンコーダ（図示せず）が取り付けられており、カッタの回転量を計測するようになっている。なお、注泥配管２７とバルクヘッド５０間には、シール部材２８が配置されている。このような構成によれば、注泥配管２７を利用してロータリエンコーダの計測を行っているので、部材を兼用でき、構造が簡素化される。

なお、注泥配管２７の形状は、図３の構成に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、注泥配管２７ａを、クランク状に屈曲させてもよい。注泥配管２７ａの前端部は回転中心線上に配置されている。注泥配管２７ａは、前方からカッタ支持部材２０の後面、支持ロッド２２の内側、バルクヘッド５０の表面に順次沿うように、コ字状に屈曲している。注泥配管２７ａの後端部は回転中心線上に配置されて後方に延在し、シールド掘削機本体内に入り込んでいる。このような構成によれば、注泥配管２７ａが支持ロッド２２に沿うので、チャンバー４０内の泥土圧が、注泥配管２７ａにかかるのを抑制できる。

さらに、図５に示すような注泥配管２７ｂとしてもよい。注泥配管２７ｂは、一のカッタスポーク１０内を通過して、中間支持部材３１（図１参照）内および支持ロッド３２（図１参照）内を通過して、シールド掘進機本体内に接続するようにしてもよい。このような構成によれば、注泥配管２７ｂが掘削土砂内に殆んど露出しないので磨耗を抑制できるとともに、チャンバー４０内の泥土圧が注泥配管２７ｂにかかるのを抑制できる。

以上のような構成のシールド掘削機１によれば、カッタスポーク１０，１０は、リング状のカッタ支持部材２０の周縁部から外側に向かって延在しているので、シールド掘削機１の回転中心部で集中することはない。さらにカッタ支持部材２０の開口部２１が開いているので、切削土砂を滞留させることなく、チャンバー４０に円滑に取り込むことができる。したがって、掘削土砂は圧密されることはなく、掘削土砂がセンターカッタ２５に固結するのを防止できる。これによって、センターカッタ２５の切削能力の低下を防止できる。このことは、長距離掘進、大断面になればなる程、作用効果が大きくなる。

また、カッタ支持部材２０を、後方に延在する複数の支持ロッド２２を介して旋回体５１に連結したことによって、開口部２１からチャンバー４０内に取り込まれた掘削土砂の通路を、複数の支持ロッド２２間に確保することができる。これによって、掘削土砂を下方の排土口側に移動させることができる。さらに、カッタスポーク１０やセンターカッタ２５に作用する荷重は、カッタ支持部材２０、支持ロッド２２、旋回体５１を介して、バルクヘッド５０に伝達することができる。

次に、本発明の第二実施形態に係るシールド掘削機を、添付した図６を参照しながら説明する。本実施形態に係るシールド掘削機１’は、第一実施形態のカッタスポーク１０が基端部から先端部にかけて同径であったのに対し、第二実施形態のカッタスポーク１５は、径方向内側部分（以下、「内側スポーク１５ａ」という）が径方向外側部分（以下、「外側スポーク１５ｂ」という）よりも細くなっていることを特徴とする。

内側スポーク１５ａと外側スポーク１５ｂは、正面から見て幅方向中心線が直線状に配置されている。内側スポーク１５ａの前面と外側スポーク１５ｂの前面は面一になっている。内側スポーク１５ａと外側スポーク１５ｂの境界部は、中間支持部材３１の幅方向中央部となっている。

シールド掘削機１’では、第一実施形態のセンターカッタ２５が正面視直線形状であったのに対し、第二実施形態のセンターカッタ２９は、１２０度ピッチで放射状に広がる形状である。センターカッタ２９の形状は、いずれのものであってもよく。その他に、十文字形状であってもよいし、さらに多数の羽根を有する形状であってもよい。

その他の部分は、第一実施形態と同等の構成であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

以上のような構成のシールド掘削機１’によれば、第一実施形態と同様の作用効果が得られる他に、以下のような作用効果が得られる。内側スポーク１５ａを外側スポーク１５ｂよりも細くしたことによって、カッタスポーク１５の軽量化が図れるとともに、カッタスポーク１５が密集しやすい内側部分において、カッタスポーク１５，１５間の隙間が広くなりチャンバー４０への連通空間を大きくすることができるので、掘削土砂をチャンバー４０内に取り込み易くなる。

次に、本発明の第三実施形態に係るシールド掘削機を、添付した図７を参照しながら説明する。本実施形態に係るシールド掘削機１”は、第二実施形態のカッタ支持部材２０が支持ロッド２２を介して、バルクヘッド５０に設けられた旋回体５１に連結されているのに対し、第三実施形態では、カッタ支持部材２０がバルクヘッド５０側に連結されていない。つまり、カッタ支持部材２０は、バルクヘッド５０と所定の間隔を空けて離間している。カッタ支持部材２０は、複数のカッタスポーク１５の基端部（内側スポーク１５ａの内側端部）を支持して、各カッタスポーク１５同士を連結している。

本実施形態のカッタスポーク１５および外周カッタスポーク３０は、中間支持部材３１、支持ロッド３２、外周旋回体５２を介してシールド掘進機本体に連結されている。なお、その他の部分は、第二実施形態と同等の構成であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

以上のような構成のシールド掘削機１”によれば、第二実施形態と同様の作用効果が得られる他に、以下のような作用効果が得られる。カッタを支持して回転させる機構が、内側のカッタ支持部材を省略したことで、中間支持部材３１を回転させるものだけで済む。これによって、シールド掘削機１”の構成の簡素化が図れる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、前記実施形態に係るシールド掘削機１，１’，１”では、カッタ支持部材２０が円形のリング形状であるが、これに限定されるものではなく、内部に開口部２１を備えていればよく、楕円形、多角形など、他の形状であってもよい。

１シールド掘進機
１０カッタスポーク
２０カッタ支持部材
２１開口部
２２支持ロッド
２５センターカッタ
５０バルクヘッド
５１旋回体
１’ シールド掘削機
１５カッタスポーク
１５ａ内側スポーク（径方向内側部分）
１５ｂ外側スポーク（径方向外側部分）
２９センターカッタ
１” シールド掘削機

Claims

掘削機の前面中央部に設けられた環状のカッタ支持部材と、
前記カッタ支持部材から外側に向かって放射状に延在する複数のカッタスポークと、
前記カッタ支持部材の開口部を跨いで設けられたセンターカッタと、を備えた
ことを特徴とするシールド掘削機。
前記カッタ支持部材は、後方に延在する複数の支持ロッドを介して、バルクヘッドに設けられた旋回体に連結されている
ことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機。
前記カッタスポークは、径方向内側部分が径方向外側部分よりも細くなっている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド掘削機。