JP2511611Y2 - 矩形断面シ―ルド掘進機の掘削土攪拌装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、矩形断面のトンネルを
掘削するシールド掘進機の特に掘削土を攪拌する掘削土
攪拌装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的なシールド掘進機は断面円
形で、この断面円形シールド掘進機によって掘削される
トンネルは無論断面円形となる。

【０００３】また、断面異形のシールド掘進機として
は、断面メガネ形のシールド掘進機が実用化されている
が、この断面メガネ形のシールド掘進機は断面円形のシ
ールド掘進機を一対横に連接した構成になっている。

【０００４】上記断面メガネ形のシールド掘進機は、断
面円形のシールド掘進機に比較して、掘削されるトンネ
ル断面がより矩形に近似するが、なおトンネルの使用目
的によっては、その掘削断面が効率的とはいえない。

【０００５】そこで近時は、より確実な断面矩形のトン
ネルを掘削する断面矩形シールド掘進機が種々（特開平
１−３１５５９２号、特開平２−４３４９４号、特開平
２−６６２９５号、特開平２−６６２９５号等）提案さ
れており、その代表的なものは、特開平２−６６２９５
号に開示されている。これは、断面矩形のスキンプレー
トの前端に、掘進方向と直交する方向の回転軸を中心に
回転自在で、かつ直径がスキンプレートの垂直内法と略
同一のカッタードラムを一対水平方向に並置し、該両カ
ッタードラムの間には直径が上記カッタードラムの略半
分のリングカッターを上下一対並置してなるものであ
る。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記カッター
ドラムとリングカッターとを使用する従来例は、カッタ
ードラムとリングカッターとがスキンプレートの前端よ
りカッタードラムの直径の半分以上飛び出しているた
め、カッタードラムの上下左右方向からも土砂の呑み込
みを行ったり、切羽を緩めたりするおそれがあり、その
結果、トンネル掘削上最も大切な切羽の安定により地上
への影響を無くすという点において問題を生じる可能性
が高いという欠点を有している。

【０００７】また上記従来例は、カッタードラムとカッ
ターリングに掘削土が付着しやすく、土圧系シールドに
は不向きであるという欠点を有し、さらには、オーバー
カッター機構が装着しにくいため、方向修正に問題があ
るという欠点を有している。

【０００８】さらに上記従来例は、カッター駆動機構が
複雑で、このカッター駆動機構を保護するケーシングが
中央部においてかなりの容積を占めるため、掘削土呑み
込み（排土効率）に支障をきたしやすく、掘削土を後方
室に排出するスクリューコンベヤの設置も物理的に無理
が生じやすいという欠点を有している。

【０００９】そこで本考案者等は上記問題点を解決する
ために、スキンプレートの面に平行な面内で揺動自在な
スイングアームの先端部に、回転自在なカッタードラム
を設けた矩形断面シールド掘進機を提案した。ところ
が、カッタードラムの外径を従来に比べて大幅に小径化
することで初期の目的を達成したが、スイングアームを
揺動させる為には、掘削して前室Ｆ内に取り込んだ掘削
土を十分に塑性流動化させる必要がある。

【００１０】そこで本考案は、上記問題点を解決して前
室内に取り込んだ掘削土を充分に塑性流動化し得る矩形
断面シールド掘進機の掘削土攪拌装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿い、先述特
許請求の範囲を要旨とする本考案の構成は前述課題を解
決するために、横倒し断面矩形筒状のスキンプレート１
内に、このスキンプレート１内を前室Ｆと後室Ｂとに仕
切る隔壁２を設け、上記隔壁２に掘削土排出口３を設け
ると共に、この隔壁２を貫通して上記スキンプレート１
の面と平行な面内で揺動自在なスイングアーム４を枢着
し、上記スイングアーム４の前端に、駆動モーター５に
よって回転されるカッタードラム６を配設し、後室Ｂ
に、スイングアーム４を揺動する揺動駆動シリンダー７
を設けた矩形断面シールド掘進機において、スイングア
ーム４の外周部に、上記前室Ｆ内に取り込まれた掘削土
を攪拌流動化する掘削土攪拌部材２３，３３を回転自在
に設け、上記掘削土攪拌部材２３，３３を回転させる攪
拌駆動装置２４，３４を設けてなる技術的手段を講じた
ものである。

【００１２】

【作用】上記構成の矩形断面シールド掘進機において、
カッタードラム６が回転されてスキンプレート１の一面
側から対向する面側に往復揺動され、掘削土をカッター
ドラム６を切羽に圧接しつつ回転して掘進する。これは
従来と同じであるが、このカッタードラム６はトンネル
の全断面を一度に掘削するほど大径に設定されていない
ため、スイングアーム４を揺動して順次掘削を行うこと
になる。そして、このカッタードラム６により掘削され
た掘削土はチャンバーと称される前室Ｆ内等呑み込ま
れ、この前室Ｆ内の掘削土は掘削土排出口３を通って後
室Ｂに排土されるが、この時、スイングアーム４が揺動
することによって前室内の掘削土を攪拌するとともに、
さらにスイングアーム４に設けられた掘削土攪拌部材２
３，３３が攪拌駆動装置２４，３４により回転されて掘
削土を攪拌流動化する。したがって、スイングアーム４
が前室Ｆ内の掘削土に邪魔されることなく揺動させるこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、本考案の一実施例を添付図面に従って
説明すれば、以下の通りである。図中、１はスキンプレ
ートで、このスキンプレート１は、横倒し断面矩形筒状
に形成されている。そして、該スキンプレート１内に、
このスキンプレート１内を前室Ｆと後室Ｂとに仕切る隔
壁２を設けてある。なお、このスキンプレート１は土圧
に充分抗する強度を有するようにしてあるのは無論であ
る。また前室Ｆは単なる断面矩形筒状でもよいが、本実
施例では前方から隔壁２に向かって順次小径となる朝顔
型内周板１ａが設けられ、この内周板１ａの下部には前
端から隔壁２部位までスキンプレート１に平行な掘削土
案内凹溝部１ｂが設けられている。

【００１４】そして上記隔壁２には掘削土排出口３を設
けるとともに、この隔壁２を貫通するスイングアーム４
を枢着してある。上記掘削土排出口３は隔壁２の掘削土
案内凹溝部１ｂ対応部位に一端を連通して設けられ、単
なる開口でもよいが、排土量を調整できるようになすの
が望ましく、本実施例ではスクリューコンベヤ３ａを設
け、このスクリューコンベヤ３ａの回転速度で排土量を
調整できるようになしてある。また、泥水系シールドの
場合は、該隔壁２に図示しない泥水の注入口と、上記掘
削土排出口３に該当する泥水排出口を設けることにな
る。

【００１５】また、上記スイングアーム４の枢着は、主
に該スイングアーム４を矢印Ｙ１で示す垂直方向（上下
方向）に揺動可能となすもので、図２に最も明らかに示
す如く水平軸８Ａで隔壁２に枢支すればよいが、本実施
例では、水平方向（左右方向）にも回動可能に枢支し
て、オーバーカッター機構として利用している。すなわ
ち、上記水平軸８Ａは直接隔壁２に枢支するのではな
く、隔壁２の中央に球面軸受（外周球関節リング）８を
回動可能に嵌着し、この球面軸受８Ｂに上記水平軸８Ａ
を枢支している。したがって、このスイングアーム４の
枢着は、結果として球関節継手として全方向に揺動可能
な状態となっているが、水平軸８Ａによって垂直方向に
揺動可能となし、かつ、この垂直方向の揺動範囲は比較
的大きく設定してあるため、球面軸受８Ｂの内周面上下
部位には弾性パッキン９を介挿して揺動した場合に、こ
の部位に間隙が発生するのを防いでいる。また、スイン
グアーム４は全方向に揺動可能な枢支機構は使用してい
るが、後述する水平揺動シリンダー１０，１０によって
水平方向（図２、図３で示す矢印Ｙ２方向）には僅かに
角度を変更するためのみ該球面軸受８Ｂを利用するよう
になしてある。このように、スイングアーム４を矢印Ｙ
２方向に回動すると、後述するカッタードラム６の角度
がスキンプレート１の中心軸に直角方向でなくなるの
で、掘進方向の修正が行えることになる。

【００１６】そして、上記スイングアーム４はその前端
にカッタードラム６を水平軸心回りに回転自在に軸支
し、このカッタードラム６と駆動モーター５とは適宜伝
動機構で連結されるようになっている。すなわち、この
機構を図示例で更に具体的に説明すると、水平方向のカ
ッタードラム６は、左右一対の中央掘削ドラム部６ｃ，
６ｃ間に比較的長い中央小径軸部６ａが設けられるとと
もに、中央掘削ドラム部６ａ，６ａの左右部位にそれぞ
れ側部掘削ドラム部６ｄ，６ｄを連結固定する短い側方
小径軸部６ｂ，６ｂが設けられ、これら軸部６ａ，６
ｂ，６ｂが、スイングアーム４の前端分岐アーム４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄにそれぞれ枢支されている。

【００１７】また、スイングアーム４は筒状に形成され
てその内側に駆動軸１１が挿通されており、この駆動軸
１１の後端には、スイングアーム４の後端で隔壁２より
後室Ｂに貫出した部位に連設したギヤケーシング４ｅ内
においてギヤ１２が固着され、このギヤ１２は、上記ギ
ヤケーシング４ｅに配設した駆動モーター５、５のピニ
オンギヤ１３，１３が噛合されている。

【００１８】さらに、該駆動軸１１の前端には前端分岐
アーム４ｂ，４ｃの間においてベベルギヤ１４が固着さ
れ、このベベルギヤ１４は中央小径軸部６ａに固着され
たベベルギヤ１５に噛合され、駆動モーター５，５によ
って駆動軸１１乃至カッタードラム６が回転するように
構成してある。なお、このカッタードラム６は、上記前
端分岐アーム４ｂ，４ｃの間において、カッター６１を
取りつけるドラム面が比較的幅広く配設されないことに
なり、この部位での掘削が不可能になる。そこで図示実
施例では、この部位に掘進方向に沿う軸心回りに回転自
在なカッターディスク６２を配設してあり、このカッタ
ーディスク６２はその軸部６３を前端分岐アーム４ｂ，
４ｃ間を連結する連結部４ｆで枢支し、該軸部６３の後
端には、前述したベベルギヤ１５に噛合するベベルギヤ
６４を止着してある。また、カッタードラム６およびカ
ッターディスク６２は従来公知なものが使用でき、掘削
ドラム部６ｃ，６ｄやカッターディスク６２の表面の適
宜位置に掘削用カッタービット６１を適宜間隔に並置固
定してある。

【００１９】そして、後室Ｂ内には、スイングアーム４
を垂直方向に揺動させる揺動駆動シリンダー７を設けて
いる。この揺動駆動シリンダー７は図１に示すごとく、
基端をスキンプレート１などの適宜固定部に枢支し、ロ
ッド先端をギヤケーシング４ｅ等のスイングアーム４の
後端部に枢支して、該揺動駆動シリンダー７の進退でス
イングアーム４乃至カッタードラム６が図１鎖線で示す
ごとく垂直方向に揺動するように構成してある。

【００２０】さらに、上記スイングアーム４の中間部に
は前室Ｆ内の掘削土を攪拌流動化させる掘削土攪拌装置
２１が配設される。この掘削土攪拌装置２１は、スイン
グアーム４の外周部にスイングアーム４の軸心回りに回
転自在に取り付けられた回転筒２２と、この回転筒２２
の外面に所定間隔毎に放射方向に突設された攪拌ロッド
２３と、この回転筒２２を回転させる攪拌駆動装置２４
とで構成されている。そして、この攪拌駆動装置２４
は、回転筒２２の後端部に連結されてスイングアーム４
の周囲を回転自在なギヤケーシング２５が設けられ、該
ギヤケーシング２５内に突出する回転筒２２の後端部に
リングギヤ２６が固定されている。そして、ギヤケーシ
ング２５内の対称位置でスイングアーム４に取付部材２
７を介して設けられた攪拌駆動モーター２８，２８の出
力軸のピニオン２９，２９がそれぞれリングギヤ２６に
噛合されて、攪拌ロッド２３が回転される。３０は攪拌
駆動モーター２８，２８に油圧を供給する油圧供給装置
である。

【００２１】この矩形断面シールド掘進機の構成では、
スイングアーム４を広範囲に揺動させて掘削を行うた
め、できるだけ揺動抵抗を少なくすのが望ましく、した
がって、この掘削土攪拌装置２１により前室Ｆ内で掘削
して取り込んだ掘削土を十分に攪拌して塑性流動化させ
ておくことにより、スイングアーム４をスムーズに揺動
させ、理想的な掘削を行うことができる。

【００２２】上記実施例において、上記カッタードラム
６は、従来は中心線を通る鉛直面より前方部位をスキン
プレート１の前方に突出し、鉛直面より後方部位はスキ
ンプレート１内に収納するようになして、可能な限り切
羽をスキンプレート１の外面で覆って切羽の安定を図っ
ていた。しかし、本考案の場合はカッタードラム６の揺
動範囲によりカッタードラム６の直径を小さくすること
ができ、直径を小さくすることによって切羽の安定が可
能なため、該カッタードラム６は全体をスキンプレート
１の前方に突出することが可能である。このように構成
することで、該カッタードラム６を矢印Ｙ１方向に回動
してスキンプレート１の断面に対応する面とそれを越え
るオーバーカット部分の掘削を容易に実現できるもので
ある。

【００２３】また、図示例ではスイングアーム４は前述
したように水平方向にも揺動可能になしてあり、この水
平方向の揺動は後室Ｂ内で基端がスキンプレート１など
の適宜固定部に枢支されるとともにロッド先端をギヤケ
ーシング４ｅ等のスイングアーム４の後端部に枢支され
た両水平シリンダー１０，１０の進退によって行うよう
ことができる。したがって、矢印Ｙ２で示す水平方向の
オーバーカットも可能であり、また掘進方向の修正を行
うこともできる。

【００２４】図４は掘削土攪拌装置の他の実施例を示
す。この掘削土攪拌装置３１は、スイングアーム４の外
周部にスイングアーム４の軸心回りに回転自在に取り付
けられた回転筒３２と、この回転筒３２に後端部が取り
付けられてスイングアーム４の外周部に螺旋状に配置さ
れた攪拌羽根３３と、この回転筒３２を回転させる攪拌
駆動装置３４とで構成される。この攪拌駆動装置３４
は、スイングアーム４の隔壁２側に回転筒２２の後端部
を覆うギヤケーシング３５が配設され、該ギヤケーシン
グ３５内に突出される回転筒３２の後端部内周面にリン
グギヤ３６が形成されている。そして、ギヤケーシング
３５内のスイングアーム４に開口部３７が形成されると
ともに、この開口部３７に対向して駆動軸１１に攪拌駆
動ギヤ３８が固定され、この攪拌駆動ギヤ３８とリング
ギヤ３６が開口部３７に配設された中間ギヤ３９を介し
て連動連結される。したがって、カッタードラム６の回
転駆動に際して駆動軸１１が回転されると、攪拌駆動ギ
ヤ３８および中間ギヤ３９を介して回転筒３２が回転さ
れて攪拌羽根２３が掘削土を掘削土排出口３側に送る方
向に回転される。この実施例によれば、掘削土を攪拌流
動化するばかりでなく、攪拌羽根３３の作用により掘削
土を掘削土排出口３側に送る搬送作用を奏するもので、
後室Ｂへの掘削土搬送作用に優れた矩形断面シールド掘
進機を提供することができる。

【００２５】なお、上記攪拌ロッド２３、攪拌羽根３３
と攪拌駆動装置２１，３１は適宜組み合わせてスイング
アーム４に設けることができる。

【００２６】

【考案の効果】以上に述べたごとく本考案によれば、カ
ッタードラム６を揺動しながら掘進するため、カッター
ドラム６は小径となり、それだけスキンプレート１より
の突出量が低減されるので、切羽への悪影響が低減でき
る。さらにはスイングアーム４の揺動によって掘削土の
攪拌効果が期待できるとともに、スイングアーム４に設
けた攪拌部材２３，３３を攪拌駆動装置２４，３４によ
り回転させて掘削土を攪拌流動化することができる。し
たがって、前室Ｆ内の掘削土がスイングアーム４の揺動
の抵抗になることなく、排土効率に優れた矩形断面シー
ルド掘進機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の矩形断面シールド掘進機の一実施例を
示す中央縦断面図である。

【図２】同矩形断面シールド掘進機の中央平面断面図で
ある。

【図３】同矩形断面シールド掘進機の正面図である。

【図４】他の実施例を示す要部の一部切欠き断面図であ
る。

【符号の説明】

１ スキンプレート ２ 隔壁 ３ 掘削土排出口 ４ スイングアーム ５ 駆動モーター ６ カッタードラム ７ 揺動駆動シリンダー 8A 水平軸 8B 球面軸受 11 駆動軸 21,31 掘削土攪拌装置 23 攪拌ロッド 24,34 攪拌駆動装置 28 攪拌駆動モーター 33 攪拌羽根 Ｆ 前室 Ｂ 後室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 平田 昌三 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (72)考案者 糸永 洋 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 横倒し断面矩形筒状のスキンプレート
   （１）内に、このスキンプレート（１）内を前室（Ｆ）
   と後室（Ｂ）とに仕切る隔壁（２）を設け、上記隔壁
   （２）に掘削土排出口（３）を設けると共に、この隔壁
   （２）を貫通して上記スキンプレート（１）の面と平行
   な面内で揺動自在なスイングアーム（４）を枢着し、上
   記スイングアーム（４）の前端に、駆動モーター（５）
   によって回転されるカッタードラム（６）を配設し、後
   室（Ｂ）に、スイングアーム（４）を揺動する揺動駆動
   シリンダー（７）を設けた矩形断面シールド掘進機にお
   いて、スイングアーム（４）の外周部に、上記前室
   （Ｆ）内に取り込まれた掘削土を攪拌流動化する掘削土
   攪拌部材（２３，３３）を回転自在に設け、上記掘削土
   攪拌部材（２３，３３）を回転させる攪拌駆動装置（２
   ４，３４）を設けてなる矩形断面シールド掘進機の掘削
   土攪拌装置。