JP2604050Y2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、掘削坑の周壁を押すグ
リッパと、後方に構築するセグメントを押すシールドジ
ャッキとの両方を備えるトンネル掘削機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】硬質の地盤を掘削することを主目的とす
る円筒形の外殻本体をもつトンネル掘削機は、前面にカ
ッターを配置し、その本体の前部・後部にグリッパを備
えている。グリッパは、グリッパシューと呼ばれるブロ
ック状またはボックス状などの部材を掘削機本体より伸
縮式に側方へ伸ばし、それを掘削坑の坑壁に押し当てて
その坑壁（地山）から前進に必要な反力を得るものであ
る。すなわち、まず後部のグリッパを効かせている間
に、その後部をジャッキ等で押すことにより前部を前に
押しやり、カッターによる掘削を進める。当該ジャッキ
等のストロークが一杯になったところで、今度は前部の
グリッパを効かせ、本体後部を前へ引き寄せる。

【０００３】このようなトンネル掘削機に対して、近年
ではいわゆるシールドジャッキを併せて装備することが
多い。シールドジャッキは掘削坑の内側にセグメントの
壁が構築されることを前提とし、構築されたセグメント
の端部（前端面）を、後方へ伸びながら先端部で押すこ
とにより前方への推進力を得る。セグメントは比較的軟
質の地盤を掘削する際に構築されるので、シールドジャ
ッキを備えることは、トンネル掘削機を軟質の地盤にも
対応可能にする意味がある。なお、グリッパとシールド
ジャッキとを備えるこうしたトンネル掘削機は、たとえ
ば特公昭６２−３２３１９号公報に記載されている。

【０００４】トンネル掘削機におけるグリッパとシール
ドジャッキとは、掘削機本体の機長方向（軸長方向）に
重なる位置（つまり前端からほぼ同じ距離だけ後ろの位
置）に配置されることが多い。上記公報に記載の掘削機
もその点では例外でないが、このように配置される場合
が多いのは、それによって掘削機の機長を短くするため
である。グリッパとシールドジャッキとの機長方向にお
ける位置を重ねれば、両者を別の位置に配置した場合よ
りも機長が短縮され、掘削機のコスト低減や軽量化等の
メリットがあるほか、いわゆる小回りが容易になって曲
進（曲がったトンネルを掘ること）上の性能が向上する
からである。

【０００５】しかし、こうして機長方向における位置を
重ねてグリッパとシールドジャッキとを設ける場合、互
いに接触させることなく両者を配置することが一般的に
難しくなる。この課題は、前記公報の例のようにシール
ドジャッキの数が少ない場合（当該例ではシールドジャ
ッキは４基である）はともかく、推進力向上のためにそ
の数が増え、またはグリッパの数や大きさが増した場合
に深刻となる。

【０００６】かかる場合の対処として、従来は図３(ａ)
または同(ｂ)のような配置をとっていた。同(ａ)は、グ
リッパ５０（グリッパシュー５１）をたとえば左右に設
け、それを避けた上下位置のみにシールドジャッキ６０
を配置するやり方、同(ｂ)はシールドジャッキ８０をで
きるだけ均等間隔で配置したうえ、それらの間にグリッ
パ７０を設けるものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】グリッパとシールドジ
ャッキとを図３(ａ)または同(ｂ)のように配置すると、
それぞれつぎのような不都合が発生する。

【０００８】まず図３(ａ)による場合には、シールドジ
ャッキが上下の限られた範囲内に集中するので、大きな
推進力を得ようとすればこれらのシールドジャッキによ
って特定のセグメントに集中的に力をかけることにな
る。したがってセグメントは、推進反力としてとくに大
きな力を受けても損傷しない高強度のものが使用されね
ばならず、その分だけトンネル掘削上のコストが上昇す
る。また、シールドジャッキの一部数を使用するいわゆ
る片押しによってたとえば掘削機を左右に曲進させる場
合、同(ａ)の配置によると大きな回転モーメントが得ら
れないため、曲がったトンネルを円滑に掘削することが
難しい。曲進に必要な回転モーメントは、最も左側のシ
ールドジャッキと最も右側（図示省略）のシールドジャ
ッキとの間隔が大きいほど強く発揮されるが、同(ａ)の
場合はその間隔が大きくとれないからである。

【０００９】一方、図３(ｂ)の場合は、大型のグリッパ
を設けられないため小型のグリッパを多数配置する必要
があり、構造が複雑化する。また、グリッパにかかる力
は掘削機本体にも作用するので、掘削機本体のうちにも
多数の補強部材を設ける必要があり、グリッパだけでな
く掘削機の全体的な構造が複雑になるのである。

【００１０】本考案は、以上の不都合を解消することを
目的とし、大型のグリッパを配置するにもかかわらずシ
ールドジャッキを周方向にできるだけ均等に配置できる
トンネル掘削機を提供せんとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案のトンネル掘削機
は、前方への推進力を得る手段としてグリッパとともに
シールドジャッキを備えるトンネル掘削機であって、ト
ンネル掘削機の前後方向に通じる開口をグリッパシュー
（掘削機本体より側方へ伸びて掘削坑の周壁に押し当て
られるブロック状もしくはボックス状等の部材の全体を
いう）に設け、その開口を通してシールドジャッキを配
置したこと、および、上記開口を通して配置したそのシ
ールドジャッキは、グリッパシューの前後の掘削機外壁
板（外殻）と連続する筒状のカバー内に入れ、そのカバ
ーとともに上記開口に通したことを特徴とする。ただ
し、グリッパシューが側方（すなわち掘削坑の半径方
向）へ伸縮する（外壁板より外へ突出し、かつ後退す
る）のに対してシールドジャッキはその方向へは移動し
ないので、当該開口の断面は十分に大きくしておく。

【００１２】上記の開口の横断面（掘削機の前後方向と
直交する断面）は、請求項２に記載したように、グリッ
パシューの伸縮方向（つまり掘削坑の周壁の半径方向）
に長い長穴とするのがよい。

【００１３】そしてその長穴は、請求項３のように、両
端に半円部分を有する閉じたものとするのが好ましい。

【００１４】

【作用】本考案のトンネル掘削機では、上記のようにグ
リッパシューのうちに前後方向に通じる開口を設け、そ
れを通してシールドジャッキを配置する。したがって、
掘削機における前後方向の位置としては重なる箇所にグ
リッパシューとシールドジャッキとを配置することにな
り、掘削機の機長を短縮できるというメリットを失わな
い。そして当該開口を十分な大きさにする限り、両者が
接触するという不都合は生じない。グリッパシューが大
きくとも、所望の位置（すなわち開口を設けた位置）に
シールドジャッキを配置できるので、つぎのような作用
ももたらされる。

【００１５】1) グリッパシューの大きさにかかわらず
シールドジャッキの配置位置を確保できるために、グリ
ッパシューを大型にしてその数を減らし（たとえば一対
のみとし）、掘削機の全体を含めてシンプルで、しかも
剛性や強度の高い構成にすることができる。

【００１６】2) グリッパシューがある位置であって
も、必要な開口が形成され得る箇所であればシールドジ
ャッキを配置できるので、掘削機上における同ジャッキ
の周方向位置について制約がほとんどなく、シールドジ
ャッキを周方向にほぼ均等間隔に配置することが可能で
ある。このことから、セグメントのうち一部のもののみ
が特別に大きな推進反力を受けるといった不都合は生じ
ず、そのためにセグメントの所要強度を下げて掘削に要
するコストを低減することも可能になる。

【００１７】3) シールドジャッキを掘削機の周方向に
ほぼ均等間隔で配置できることは、掘削機の横断面内に
おける同ジャッキ間の最大間隔（掘削機の幅方向ないし
は高さ方向の間隔）を大きくとれることにもなるので、
曲がったトンネルを円滑に掘削できることになる。掘削
機の曲進を同ジャッキの一部数を使用する片押し等によ
って行う際、同ジャッキの出力が同じであっても、それ
らの間隔に基づいて大きな回転モーメントが発揮される
からである。

【００１８】ところで、シールドジャッキを通すために
グリッパシューに設けた開口はシールドジャッキの太さ
よりも大きめであるため、それを通して同ジャッキの外
回りまで多少は土砂が浸入する（たとえば図２（ｄ）の
矢印を参照）。一方、同ジャッキはグリッパシューの前
後において掘削機の外壁板の内側に接続されている（図
２（ｂ）・（ｄ）など参照）ので、同ジャッキの外回り
まで浸入した土砂は、何らの措置もとられない場合には
掘削機外壁板の内側にまで入って種々の機械類に好まし
くない作用をする。

【００１９】しかし、請求項１に記載したように、グリ
ッパシューの前後の掘削機外壁板と連続する筒状のカバ
ー内にシールドジャッキを入れ、そのカバーとともに上
記開口に通しておくと、上記のように開口から浸入した
土砂がそのカバーでせき止められ、同ジャッキに触れた
り外壁板の内側にまで浸入したりすることが防止され
る。したがって、同ジャッキはもちろん、外壁板の内側
に配置されたモータや減速機・電気機器等を含む各種の
装置にトラブルが生じにくい。

【００２０】シールドジャッキを通すためにグリッパシ
ューに設ける開口は、上記のように大きめにしておく必
要があるが、請求項２に記載したような長穴断面のもの
が最も合理的である。グリッパシューが伸縮してもシー
ルドジャッキやその外側のカバーに当たらないようにす
るためには、その開口が同ジャッキ等を囲み、グリッパ
シューの伸縮しろに相当する同ジャッキの相対移動を許
容するだけの大きさをもつことが必要条件だが、それ以
上のスペースを有するには及ばない。したがって真円形
断面の開口や正方形断面の開口は、上記必要条件として
の部分以外にもスペースを有することになる。過剰なス
ペースを有する開口があると、外部の土砂などがそこか
ら浸入しやすいという不都合があり、グリッパシューの
強度がその分だけ低下する場合も多い。また、もし全体
が閉じていなくて長穴を形成せず、一部がグリッパシュ
ーの外部へ向けて開いたたとえばＵ字形断面の開口であ
れば、グリッパシューの剛性をかなり低下させるはずで
ある。以上のような理由から、グリッパシューに設ける
開口は、上記のとおりグリッパシューの伸縮方向に長い
長穴断面のものにするのがよい。

【００２１】グリッパシューに設ける上記の開口は、長
穴断面のうちでもとくに、請求項３に記載したように両
端に半円部分を有するものとするのがよい。その理由は
つぎのように説明できる。四角形断面等の開口とは違
って境界面が滑らかに連続するため、応力の集中が起こ
りにくい点でグリッパシューの強度上すぐれる。シー
ルドジャッキは、１メートル前後のストロークが必要な
ため油圧シリンダやネジ式の電動型など外形が概ね円柱
状のものが一般に使用され、したがって上記したカバー
も通常は円筒状に形成されるが、その点から、当該カバ
ーの円筒状の側面に沿う半円部分を有し、かつグリッパ
シューの伸縮ストローク（シールドジャッキの相対移動
量）分の直線部を有する長穴形状を断面とする開口は、
過剰なスペースを含まず、したがってグリッパシューの
強度低下を最小限にとどめる。

【００２２】

【実施例】図１および図２に本考案の一実施例を紹介す
る。図１(ａ)はトンネル掘削機１の全体を側方から見た
断面図で、同(ｂ)はその正面図、同(ｃ)は横断面図（左
半分は同(ａ)におけるｘ−ｘ断面、右半分はｙ−ｙ断
面）である。また図２(ａ)・(ｂ)は図１(ｃ)におけるII
部の詳細図およびその（図２(ａ)の）ｂ−ｂ断面図、図
２(ｃ)・(ｄ)は、同(ａ)からグリッパシューを伸ばした
状態とそのｄ−ｄ断面図である。

【００２３】このトンネル掘削機１の概要はつぎのとお
りである。図１(ａ)・(ｂ)に示すように掘削機１は、円
筒状の外殻２を含む本体の前部にカッタードラム３を備
えており、それによって切羽を切り崩す。カッタードラ
ム３の前面にはローラカッター３ａが多数配列されてお
り、それらがモータ３ｂ等を駆動源にして回転する。掘
削機１のほぼ中心の部分には土砂搬送用のコンベヤ４が
長手方向（前後）に沿って設けられ、切り崩された土砂
をこれによって外部へ運び出す。掘削機１の本体を前方
へ進める推進手段としては、フロントグリッパ８とスラ
ストジャッキ９・メイングリッパ１０、ならびにシール
ドジャッキ２０が設けられている。

【００２４】推進手段のうちシールドジャッキ２０は、
掘削機１の後部でエレクター５により構築したセグメン
トＡの壁から推進力を得るよう、セグメントＡの前端部
を後ろへ向けて押すものである。シールドジャッキ２０
とその伸縮端に取り付けたシュー２１などを一組とし、
複数組（この例では１０組）を掘削機１の後部に配置し
ている。シールドジャッキ２０は円筒状であるが、それ
により掘削機１が進むのに合わせてセグメントＡを施工
する関係上、そのストロークとしてはセグメントＡの一
個あたりの長さ（トンネル長手方向の長さ）以上が必要
で、そのことからシールドジャッキ２０は長い円筒体と
なっている。

【００２５】推進手段の残りの部分は、掘削坑の坑壁か
ら推進力を得るべく、本体より側方（半径方向つまり掘
削坑の壁面と直角な方向）へ伸び広がる前後のグリッパ
８・１０と、それらをもとにいわば尺取り虫ふうに前部
・後部を前進させるスラストジャッキ９とを組み合わせ
たものである。すなわち、後部のメイングリッパ１０を
効かせている間にスラストジャッキ９（８本ある）を伸
ばして前部を前に押しやり、続いてフロントグリッパ８
（３組ある）を効かせメイングリッパ１０を緩めたうえ
で、スラストジャッキ９により本体後部を前へ引き寄せ
る。メイングリッパ１０は図１(ｃ)のように２組を左右
対称に配置し、いずれも、上下および前後に設けた４本
一組の油圧シリンダ１２によって、ボックス状のグリッ
パシュー１１を側方（左右）へ押し出すものとしてい
る。なおここで「前部」「後部」というのは、掘削機１
のうちスラストジャッキ９の前端部に接続された部分と
その後端部に接続された部分とのそれぞれをいうが、前
者の外殻２ａと後者の外殻２ｃとが中間部の外殻２ｂを
介して接続されることにより、全体として一つの外殻２
を形成している。

【００２６】さて、このトンネル掘削機１には構成上つ
ぎのような特徴がある。すなわち、まず、図１(ａ)・
(ｃ)に示すようにメイングリッパ１０とシールドジャッ
キ２０とを、掘削機１の前後方向位置として重なる箇
所、つまり前端からほぼ同じ距離だけ後ろの箇所に配置
している。図１(ｃ)の右半分に示すように、グリッパ
シュー１１のそれぞれを、周長が掘削坑の全円周の６分
の１を超える程度の大型のものとしてその数を最小限
（上記のとおり２組）にしている。また、掘削機１の
周方向に配置したシールドジャッキ２０間の間隔を、ほ
とんど均等（角度にして３０°〜４５°）にした。こう
した〜の構成からはそれぞれ、掘削機１の全長が
短縮されることによる機械コストの低減や軽量化、なら
びに曲進性能の向上（曲がったトンネルを掘る際の曲が
り半径の縮小）、グリッパシュー１１およびメイング
リッパ１０、さらには掘削機１の構造の単純化および剛
性の向上、各セグメントＡがシールドジャッキ２０か
ら受ける推進反力が均等化することによるセグメントＡ
の仕様（所要強度）の低下とそれによるコストダウン、
ならびに掘削機１の横断面内におけるシールドジャッキ
２０間の最大間隔が大きくなることによる曲進性能の向
上（曲進用回転モーメントの増大）−といったメリッ
トがもたらされる。

【００２７】以上のような構成をとり種々の利点を得る
ことができたのは、図１(ｃ)の右側に示すとおり、メイ
ングリッパ１０のグリッパシュー１１に掘削機１の前後
方向に通じる開口１１ａを設け、一部のシールドジャッ
キ２０をその開口１１ａに通して配置するという基本構
成を採用したからである。掘削機１の前後方向に同一の
位置においてグリッパ１０と多数のシールドジャッキ２
０とを配置する場合、かかる基本構成によらなければ図
３の(ａ)または(ｂ)の構成をとらざるを得ず、上記〜
のすべての特徴は備わり得ない。この例では、１０組
のシールドジャッキ２０のうち左右にある２組を、図１
(ｃ)のとおりグリッパシュー１１に設けた開口１１ａに
通している。ただし、シールドジャッキ２０が前後方向
に伸縮はするものの掘削機１の横断面内での位置は変え
ないのに対し、グリッパシュー１１が側方へ移動（伸
縮）することから、その開口１１ａは、シールドジャッ
キ２０と接触しないようにやや大きめに形成する必要が
ある。

【００２８】この例では、シールドジャッキ２０が前述
のように長い円筒体を主要部とすることから、開口１１
ａは図２(ａ)のような閉じた長穴とし、グリッパシュー
１１は、シールドジャッキ２０の当該主要部をその開口
１１ａ内に通す図２(ｂ)のような位置に配置した。開口
１１ａの長穴とは、同(ａ)に示すように、シールドジャ
ッキ２０（後述のカバー２３を含む）の外径を多少上回
る内径をもつ両端の半円部分と、それらの間をつなぐ直
線部分とからなるもので、直線部分の方向と長さは、グ
リッパ１０の油圧シリンダ１２の伸縮方向およびその最
大ストロークに一致する。このような長穴こそ、開口１
１ａとしての大きさ（小さいほどよい）やグリッパシュ
ー１１の強度（強度低下が小さいほどよい）等に関連し
て最も合理的だからである。そして開口１１ａは、この
ような断面をもって掘削機１の前後方向にグリッパシュ
ー１１を貫通する穴として形成している。

【００２９】図２(ａ)の状態から油圧シリンダ１２を側
方へ伸ばすと、同(ｃ)、すなわちグリッパシュー１１を
掘削坑の内壁に押し付けた状態になり、前述のように掘
削機１の前部を前へ押し出し得るようになる。しかしこ
の状態では、グリッパシュー１１とともに開口１１ａが
側方へ移動し、同(ｄ)の矢印にしたがって土砂がグリッ
パシュー１１の内部に入りやすい。土砂がグリッパシュ
ー１１内に入ることには問題がないが、その土砂が掘削
機１の外殻２（この場合は後部の外殻２ｃ）の内側へ入
って種々の機械類（図１(ａ)参照。エレクター５など）
に不都合をきたすことは避ける必要があるので、シール
ドジャッキ２０の油圧シリンダ２２の回りを図２各図の
ようにカバー２３で覆うものとした。すなわち、図２
(ｂ)または同(ｄ)のように、グリッパシュー１１を収容
すべく外殻２から掘削機１の内側へ連続させて形成した
仕切り板２ｅ・２ｆの間を円筒状のカバー２３でつな
ぎ、その内側にシールドジャッキ２０を通したのであ
る。したがって、シールドジャッキ２０は、このカバー
２３とともにグリッパシュー１１の開口１１ａ内に通し
たことになる。カバー２３があるため、たとえグリッパ
シュー１１の内部に土砂等が浸入しても、それが掘削機
１の外殻２の内側にまで入ることは防止される。

【００３０】以上、一実施例を紹介したが、本考案がこ
の例以外の態様によっても実施できることは言うまでも
ない。たとえば、グリッパ（メイングリッパなど）の数
や向きを上記以外にしたり、グリッパシューに設けた開
口を矩形断面にしたりすることも容易である。

【００３１】

【考案の効果】本考案のトンネル掘削機は、以上のよう
に、前後方向位置としては重なる箇所にグリッパシュー
とシールドジャッキとを備えるものでありながら、グリ
ッパシューを大型化し、同時にシールドジャッキを周方
向にほぼ均等間隔に配置することを可能にする。また、
そのためにつぎのような利点をも有している。

【００３２】1) グリッパとシールドジャッキとを重な
る箇所に配置できるので、掘削機の機長（全長）が短縮
され、その軽量化および製造コストの低減、さらには曲
進性能の向上といったメリットがある。

【００３３】2) グリッパシューを大型にしてその数を
減らすことができるので、掘削機が全体的にシンプルに
構成され、しかも剛性や強度を具備しやすい。

【００３４】3) シールドジャッキを周方向にほぼ均等
に配置することができるため、セグメントのうち特定の
ものに大きな推進反力が及ぶことがなく、したがってセ
グメントの所要強度の低下が可能で、それにともなうコ
ストダウンも実現される。

【００３５】4) シールドジャッキを周方向にほぼ均等
配置できると、各シールドジャッキ間の左右ないしは上
下の最大間隔を大きくとれるので、同ジャッキの片押し
等によって大きな回転モーメントを発揮でき、曲がった
トンネルの円滑な掘削が容易になる。

【００３６】5) 筒状のカバー内にシールドジャッキを
入れておくことにより、外壁板の内側にまで土砂が浸入
することが防止されるので、トンネル掘削機内の各種装
置の保全上このましい。

【００３７】6) グリッパシューの開口を請求項２に記
載のように長穴とすれば、グリッパシューの剛性や強度
上このましい。 7) その長穴を、請求項３のように両端に半円部分を有
するものにすれば、開口内に過剰なスペースが含まれ
ず、応力の集中も起こりにくい点で、グリッパシューの
強度上さらに好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例であるトンネル掘削機１を示
す図である。図１(ａ)は全体を側方から見た断面図、同
(ｂ)は正面図、また同(ｃ)は横断面図（左半分は同(ａ)
におけるｘ−ｘ断面、右半分はｙ−ｙ断面）である。

【図２】図２(ａ)は図１(ｃ)におけるII部の詳細図で、
図２(ｂ)は同(ａ)におけるｂ−ｂ断面図である。また、
図２(ｃ)は同(ａ)からグリッパシューを伸ばした状態を
示し、同(ｄ)は同(ｃ)におけるｄ−ｄ断面図である。

【図３】図３(ａ)・(ｂ)はそれぞれ、従来のトンネル掘
削機の横断面図であってグリッパとシールドジャッキと
の配置を示すものである。

【符号の説明】

１０ メイングリッパ １１ グリッパシュー １１ａ 開口 ２０ シールドジャッキ ２３ カバー Ａ セグメント

フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭52−2218（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平５−45670（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許4548443（ＵＳ，Ａ) 「全断面掘削工法に関する調査研究 （その３）報告書 日本道路公団委託」 社団法人日本トンネル技術協会（平成４ 年２月) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 302 E21D 9/10

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方への推進力を得る手段として、掘削
   坑の周壁にグリッパシューを押し当てる伸縮式のグリッ
   パとともに、後方に構築したセグメントを押すシールド
   ジャッキを備えるトンネル掘削機であって、 トンネル掘削機の前後方向に通じる開口をグリッパシュ
   ーに設け、その開口を通してシールドジャッキを配置し
   たこと、 および、上記開口を通して配置したそのシールドジャッ
   キは、グリッパシューの前後の掘削機外壁板と連続する
   筒状のカバー内に入れ、そのカバーとともに上記開口に
   通したことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 上記の開口の横断面を、グリッパシュー
   の伸縮方向に長い長穴とした請求項１に記載のトンネル
   掘削機。
3. 【請求項３】 上記の長穴を、両端に半円部分を有する
   閉じたものとした請求項２に記載のトンネル掘削機。