JP2513706Y2

JP2513706Y2 - シ―ルド掘進機

Info

Publication number: JP2513706Y2
Application number: JP1991071552U
Authority: JP
Inventors: 博美萩本; 豊加島
Original assignee: 大豊建設株式会社
Priority date: 1991-08-12
Filing date: 1991-08-12
Publication date: 1996-10-09
Anticipated expiration: 2000-12-02
Also published as: JPH068497U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は地中にトンネルの如き横
坑を構築する場合に用いられる大口径のシールド掘進機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大口径のシールド掘進機のカッタ
ーは、第３図に示すように、一つの巨大な回転型カッタ
ー１００により構成されていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかし、この場合、カ
ッター自体の重量が大きく、しかもカッターに加わるト
ルクも大きいため、カッターを支える軸受１０１や、カ
ッター自体が巨大化して製作費が過大となっていた。

【０００４】また、土圧系の泥土加圧シールドにおいて
は、掘削土砂に作泥土材を注入しシールド機内の切羽室
１０２内で練り混ぜることにより掘削土砂を泥土に変換
し、この泥土による圧力で切羽を安定させつつ掘進させ
るもので、掘削土砂と作泥土材とを練り混ぜる練り混ぜ
機構が掘削土砂の泥土化にとって重要なこととなる。

【０００５】しかして、大口径の場合、外周部に比べ内
周部はカッター１００の移動速度が非常に遅くなるの
で、カッタースポーク１０４の後方に設けた練り混ぜ翼
１０３だけでは、練り混ぜが不十分となるので、掘削土
砂が塑性流動化されず、掘進に支障をきたすことにな
る。そこで、カッター１００とは別駆動の中央部練り混
ぜ翼などを装備することが必要となって製作費の増大を
招く、といった課題があった。

【０００６】本考案は上記の点に鑑み提案されたもの
で、その目的とするところは、複数基のカッターと土砂
押し分け装置とを組合せて、一つの大きな円形の掘削断
面を得るようにし、よって個々のカッターを通常の小な
いし中口径のものと同程度の構造でも良くしてコスト高
を抑え、かつビットの磨耗も少なく、しかも練り混ぜ能
力が高く、また、カッターによって掘削されない部分も
容易に掘削することのできるシールド掘進機を提供する
ことにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】すなわち、本考案は上
記目的を達成するために、大口径の略円形掘削断面を得
る泥土加圧シールドのシールド掘進機において、前記シ
ールド掘進機の円形のシールド筒１の中心に小径の回転
自在な中心カッター４を周辺カッター１６より突出して
設け、この中心カッター４の外周部に複数の小径の回転
自在な周辺カッター１６をその各回転円を互いに干渉さ
せつつ衝突しないよう逆方向に回転可能に同期制御し
て、略同一平面に配置し、かつ前記シールド筒１の外縁
部の内側に生ずる前記中心カッター４、周辺カッター１
６では掘削できない掘り残し部分の位置に、先端部が略
三角形断面の三角部３２ｂ，３２ｃを有し、前後動自在
であって掘り残し部分を掘削する土砂押し分け部３２を
設け、一つの大口径の略円形の掘削断面を得るようにし
ている。

【０００８】

【作用】複数基のカッターにより大口径の掘削断面を得
るようにし、各カッター構成を通常の小、中口径のもの
と同程度でも良いようにし、かつその場合、ビットの耐
久性、掘削土と作泥土材との練り混ぜ能力をも向上させ
しめるようにしたが、外周縁に内接するように配設され
ている複数基の周辺カッターの外周縁とシールド外周縁
により囲まれた略三角形の部分は周辺カッターでは掘削
ができず、シールド掘進機を掘進させると、周辺カッタ
ーでは掘削されない地山部分が切羽面から隔壁２方向へ
突き出した状態で残ることになる。

【０００９】そこで、本考案ではその部分を掘削する土
砂押し分け装置を設け、掘削されずに残っていた地山部
分を押し分け、周辺カッターのスポーク後方に取り付け
られた練り混ぜ翼により、切羽室中の泥土の中に取り込
み泥土化するようにしたものである。

【００１０】

【実施例】以下、図面に沿って本考案の好ましい実施例
を説明する。図１及び図２は本考案の実施例を示すもの
で、図中１はシールド掘進機Ａを構成する大口径の円筒
形を呈し鋼板等よりなるシールド筒であり、前方部内周
面には円板状の隔壁２が設けられ、これにより切羽室３
が形成されている。

【００１１】４はシールド筒１の隔壁２の前方に突出し
て設けられいわゆるカッターとして機能する比較的中口
径の中心カッターで、この中心カッター４は、先端にフ
イッシュテール状のセンタービット５が設けられ、かつ
軸方向中心線上に作泥土材用の注入管６ａが形成され、
隔壁２中央部に軸受７を介し貫設されたセンターシャフ
ト６と、このセンターシャフト６の先端部にボス８を介
して取付けられ、かつ前部に多数のビット９が設けられ
ているとともに、後部に後方に向って延びる複数の練り
混ぜ翼１０が設けられた略十字状のカッタースポーク１
１にて構成されている。

【００１２】そして、隔壁２の中央部背面には支持部材
１２が設けられ、この支持部材１２に中心カッター用駆
動モータ１３が取付けられ、そのモータ軸に連結された
ピニオン１４が隔壁２の後方に突出したセンターシャフ
ト６の後部に設けられた歯車１５と噛合し、駆動モータ
１３を駆動することにより、中心カッター４が回転する
よう構成されている。

【００１３】また、１６は中心カッター４に比べやや小
口径の周辺カッターで、中心カッター４の周辺に互いに
離間して偶数基設けられている。しかして、この周辺カ
ッター１６は中心カッター４の軸心に対し略同心円状に
配設されており、中心カッター４と略同様先端にフイッ
シュテール状のセンタービット１７が設けられ、かつ内
部の軸方向中心線上に作泥土材用の注入管が形成され、
軸受１９を介し隔壁２に貫設されたセンターシャフト１
８と、このセンターシャフト１８の前端部にボス２０を
介し取付けられＸ字状に延びるスポーク２１ａ，２１ｂ
およびその外周部を弧状に連結する弧状スポーク２１ｃ
にてなる扇形のカッタースポーク２１と、この扇形カッ
タースポーク２１の前部に設けられた多数のビット２２
および後部に設けられ、かつ後方に向かって延び長さの
異なる練り混ぜ翼２３ａ，２３ｂによって構成されてい
る。

【００１４】なお、扇形カッタースポーク２１はスポー
ク２１はスポーク２１ａ，２１ｂ，２１ｃ構造とせず扇
形の面板部材とすることも可能である。また、練り混ぜ
翼２３ｂは隔壁２近傍まで延び、かつ軸受け１９付近の
練り混ぜ翼は軸受１９にぶつからないようその近傍まで
の短い長さとなっているが、軸受１９の前端が必要以上
に隔壁２前方に突出しないものであれば各練り混ぜ翼２
３ａ，２３ｂは同じ長さでも良いことは勿論である。

【００１５】なお、周辺カッター１６のカッター部は中
心カッター４より若干後方位置に設けられ、中心カッタ
ー４の周囲において互いに適間隔をあけ、かつ相互の外
周縁の軌跡が重なるように設けられている。この場合、
各周辺カッター１６は互いに衝突しないよう適度の位相
差を付されて配設され、それぞれ略同一速度で、かつ隣
り合うもの同志が逆方向に回転される。換言すると各周
辺カッター１６は一つ置きに同一方向に回転するように
なっている。

【００１６】次に周辺カッター１６の回転機構について
説明する。隔壁２の背面であって中心カッター用回転機
構の周囲には支持部材２４が設けられ、この支持部材２
４には周辺カッター用駆動モータ２５が設けられてい
る。また、支持部材２４内には２つの略リング状の第
１、第２の歯車２６，２７が前後して設けられ、かつモ
ータ軸に前後して設けられた第１，第２のピニオン２
８，２９が第１，第２の歯車２６，２７にそれぞれ噛合
され、第１，第２の歯車２６，２７はそれぞれ逆方向に
回転するように構成されている。

【００１７】そして、一つ置きの各周辺カッター１６の
センターシャフト１８の適位置に第１または第２の歯車
２６，２７と噛合する歯車３０，３１が設けられ、これ
によって隣り合う周辺カッター１６が互いに逆方向に回
転される。なお、このとき隣り合うカッターの回転速度
が同じになるように第１，第２のピニオン２８，２９と
第１，第２の歯車２６，２７の比を調節しておく必要が
ある。

【００１８】また、３１は土砂押し分け装置である。す
なわち、大口径の掘削断面の外周縁に内接するように配
設されている複数基の周辺カッター１６の外周縁とシー
ルド外周縁により囲まれた略三角形の部分は、周辺カッ
ター１６のカッタースポーク２１は円形をなし、周辺カ
ッター１６自体は中心カッター４の周囲を公転しないた
め、掘削することができない。

【００１９】このため、その部分を掘削すべくこの土砂
押し分け装置３１が設けられている。この土砂押し分け
装置３１は、前方に突出自体に設けられた土砂押し分け
部３２、その背面に一端が当接され、かつ基部３３ａが
後方の反力受部３４側に設けられた土砂押し分け装置駆
動用ジャッキ３３とを備え、土砂押し分け部３２、ジャ
ッキ３３等はシールド筒１内であって隔壁２の外周の一
部において後方に向かって形成された室３５内に収納さ
れている。

【００２０】また、土砂押し分け部３２の先端部分は略
三角錐の形状をなし、シールド筒１の前方部内周壁と離
間、対向する外周壁３２ａと、この外周壁３２ａの中央
部を頂部に向かって左右から盛り上がっていく凹状の弧
面をなす三角形３２ｂ，３２ｃとにて形成されている。

【００２１】さらに、３６は坑内側に設けられたスクリ
ューコンベアで、その前端３６ａは隔壁２の下部と接続
され、かつ後端に設けられたスクリュー駆動用モータ３
７を駆動することにより切羽室３内の泥土等を内部に取
り込み排出するものである。なお、図中ではスクリュー
コンベア３６は一基であるが、必ずしも一基に限定され
るものではなく、複数基の設置も可能である。

【００２２】３８はオイルジャッキで、前端はシールド
筒１の内壁面に立設された反力受部３４側に、また、後
端は後方の反力受３９に当接させられている。しかし
て、上記オイルジャッキ３８は、切羽室３に充満された
泥土の圧力を一定に保つため、スクリューコンベア３６
の泥土の排出量を考慮しつつ駆動され、シールド筒１を
前進させる。この場合、切羽室３内の泥土の圧力は、切
羽室３に面した隔壁２の適箇所に設けた圧力計（図示せ
ず）によって検出される。

【００２３】その他、４０は土砂押し分け部３２の周囲
に設けられたシール、４１，４２はそれぞれ第１，第２
の歯車２６，２７を支持する軸受である。

【００２４】次に本考案の動作について説明する。掘削
断面が円形のシールド掘進機において、その断面の半径
よりも短い直径である偶数基の周辺カッター１６をそれ
ぞれのカッターの掘削円がシールド掘進機Ａの掘削断面
円の内側に接するように配設してあり、また、それぞれ
の隣り合う周辺カッター１６の中心を結ぶと正多角形を
形成するようになっており、かつ多角形の一辺の長さが
周辺カッター１６の半径よりも長く直径よりも短くなっ
ている。さらに、シールド掘進機Ａの掘削断面中心にも
中心カッター４が配設されていて、前記周辺カッター１
６と接触することのないようにそれらの前方に位置して
いる。

【００２５】そして、いま、土砂押し分け装置３１の土
砂押し分け部３２を縮めた状態でシールドを掘進させる
場合、略中口径の中心、周辺カッター４，１６を複数基
組合せることにより大きな円形断面を掘削するようにし
ているため、個々のカッターは通常の小ないし中口径シ
ールドのカッターと構造的に同程度のものでよい。ま
た、各カッター相互は、それぞれの掘削面が重なってい
るので、ビットの磨耗も少なく、さらに個々の中間カッ
ター径が比較的小さいので、カッターの外周部と内周部
でのカッタースポークの移動速度に大きな違いはなく、
また、回転方向の異なるカッターの回転円が互いに干渉
し合っているので、練り混ぜ能力が非常に高い状態で掘
進を行うことができる。

【００２６】なお、この場合において、カッターでは掘
削されない地山部分が切羽面から隔壁方向へ突き出した
状態で残ることになる。この時、土砂押し分け装置３１
をジャッキ３３により駆動し土砂押し分け部３２を前方
へ押し出すと、掘削されずに残っていた地山部分が土砂
押し分け部３２の三角部３２ｂ，３２ｃを介し両側へ押
し分けられて周辺カッター１６のスポーク後方に取り付
けられた練り混ぜ翼２３ｂにより、切羽室３中の泥土の
中に取り込まれ泥土化される。

【００２７】すなわち、各カッター４，１６により掘削
される切羽の掘削土は、切羽室３に取込まれるが、この
掘削土を切羽の地山と同程度の単位体積重量と含水比を
有し、かつ塑性流動性と不透水性のある泥土に変換する
ために各センターシャフト６，１８の後端部に設けられ
たスイベルジョイント４３，４４を介し外部から作泥土
材が注入され、この作泥土材はセンターシャフト６，１
８の内部の注入管６ａ等を通ってその先端部から外部に
注入され、かつ掘削土と作泥土材は練り混ぜ翼１０，２
３ａ，２３ｂ等によって練り混ぜられ泥土化される。

【００２８】したがって、土砂押し分け装置３１によっ
て未掘削の地山部分を押し分けるとき未掘削の地山部分
の両側は、塑性流動化した泥土なので押し分けが容易に
行われる。

【００２９】なお、泥土は隔壁２前部の切羽室３とスク
リューコンベア３６内に充満し、オイルジャッキ３８に
より加圧して、泥土に圧力を発生させて、この泥土によ
り切羽室の崩壊を防止しながら、排土と掘進を行なうも
のである。

【００３０】上記実施例において注入管６ａやセンター
シャフト１８の注入管はセンターシャフトの先端にその
噴出口が形成されているが、隔壁２やカッタースポーク
１１，２１等さらには練り混ぜ翼１１，２３ａ，２３ｂ
適箇所に設けても良い。なお、地山にシルト、粘土分等
が多く含まれている場合は、例えばベントナイト溶液、
ＣＭＣなどの作泥土材を注入しなくても良い。

【００３１】また、周辺カッター１６の回転機構は駆動
モータを制御するなどして電気的方法によって行うよう
にしても良い。さらに、中間カッターは地山が軟弱な土
質であればそのカッターの掘削円が必ずしも重なる必要
はなく、その場合、周辺カッター１６の駆動はそれぞれ
孤立させて構成することも可能である。

【００３２】また、カッターの配置関係は中心カッター
４を後退させ、周辺カッター１６を前方へ突出させても
良い。また、上記において泥土加圧シールドに本考案を
適用した場合について説明したが、泥水加圧などの他の
メカニカルシールドに適用することも可能である。

【００３３】

【考案の効果】以上のように構成した本考案によれば、
泥土加圧シールドにおける大口径のシールド掘進機にお
いて、シールド掘進機の前方部に設けられ、かつ回転自
在な複数種の複数基のカッターと、これらのカッターの
非掘削部を前後動して押し分ける土砂押し分け装置とを
備え、一つの大口径の略円形の掘削断面を得るように
し、小ないし中口径のカッターを複数基組合せることに
より大口径シールドのカッターとしたから、個々のカッ
ターに係るトルクが小さくなるため、個々のカッターは
通常の小、中口径シールドのカッターと構造的に同程度
のものでよく、そのため製作費を軽減することがてきる
利点がある。また、中心カッターおよびその周辺に設け
られたカッターは、それぞれの掘削面が重なっているの
で、極力未掘削部分が生じるのを防止でき、かつビット
の磨耗も少なくしかも外周部の各カッターは略同一面に
配置されているため、切羽の安定に有利である。また、
互いに逆方向に回転しているため、ローリングが発生し
にくい掘削機構となっている。さらに、個々のカッター
径が大口径でないので、カッターの外周部でのカッター
スポークの移動速度に大きな違いはなく、また、回転方
向の異なるカッターの回転円は互いに干渉し合っている
ので、練り混ぜ能力が非常に高い利点がある。また、カ
ッターによる非掘削部分を外周のごく限られた部分のみ
にしており、その非掘削部分も三角形の土砂押し分け装
置によって掘削することができ、全体として一つの大口
径の略円形をなす掘削断面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す正面図である。

【図２】本考案の一実施例の側断面図である。

【図３】従来例を示す図である。

【符号の説明】

Ａシールド掘進機１シールド筒４中心カッター１６周辺カッター３１土砂押し分け装置３２土砂押し分け部３２ｂ三角部３２ｃ三角部

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】大口径の略円形掘削断面を得る泥土加圧
シールドのシールド掘進機において、前記シールド掘進
機の円形のシールド筒１の中心に小径の回転自在な中心
カッター４を周辺カッターより突出して設け、この中心
カッター４の外周部に複数の小径の回転自在な周辺カッ
ター１６の各回転円を互いに干渉させつつ衝突しないよ
う逆方向に回転可能に同期制御して、略同一平面に配置
し、かつ前記シールド筒１の外縁部の内側に生ずる前記
中心カッター４、周辺カッター１６では掘削できない掘
り残し部分の位置に、先端部が略三角形断面の三角部３
２ｂ，３２ｃを有し、前後動自在であって掘り残し部分
を掘削する土砂押し分け部３２を設け、一つの大口径の
略円形の掘削断面を得ることを特徴としたシールド掘進
機。