JP2650114B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は大口径（たとえば駅構内部）から中、小口径
（線路部）を連続して掘削可能な多段（親子）式のシー
ルド掘進機に関する。

従来の技術 たとえば大深度地下鉄トンネルの掘削では、駅構内部
（大口径）と線路部（小口径）とでは掘削口径が大きく
相違する。そのため、外径の異なるシールド掘削機を使
用し、大口径シールド掘進機をトンネル内に搬入組立て
て駅構内部分を掘削し、解体搬出した後、小口径シール
ド掘進機を搬入組立して線路部分を掘削していた。

発明が解決しようとする課題 上記従来方法では、シールド掘進機の搬入、組立、解
体、排出等の作業が繁雑で、長時間を要するものであっ
た。

本発明は上記問題点を解決して、大口径から小口径の
トンネル掘削を連続して効率よく行えるシールド掘進機
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明は、同一軸心状に
複数のシールド本体を設け、内周側で小径のシールド本
体を外周側のシールド本体に離脱発進自在に内嵌すると
ともに、小径のシールド本体と外周側のシールド本体と
を連結離脱自在な連結手段を設け、最小径のシールド本
体の前部に円形カッタヘッドを回転自在に設けるととも
に、この最小径のシールド本体に前記円形カッタヘッド
を回転駆動する円形カッタ駆動装置と、前記円形カッタ
ヘッドにより掘削された土砂を排出する内周側排土装置
と、最小径のシールド本体内で一次覆工用セグメントを
組み立てる内周側セグメント組立装置と、この内周側セ
グメント組立装置により組み立てられたセグメントを反
力受けとして最小径のシールド本体を推進する内周側推
進ジャッキを設け、前記最小径のシールド本体より径の
大きい外周側シールド本体の前部に、内周側のシールド
本体より内径が大きいリング状カッタヘッドをそれぞれ
設け、前記外周側の各シールド本体に、リング状カッタ
ヘッドを回転駆動するリング状カッタ駆動装置と、リン
グ状カッタヘッドにより掘削された土砂を排出する外周
側排土装置と、外周側の各シールド本体内で一次覆工用
セグメントを組み立てる外周側セグメント組立装置と、
この外周側セグメント組立装置により組み立てられたセ
グメントを反力受けとして外周側のシールド本体を推進
する外周側推進ジャッキとをそれぞれ設けたものであ
る。

作用 上記構成において、大径のシールド本体内に小径のシ
ールド本体が内嵌された状態で円形カッタヘッドおよび
リング状カッタヘッドを回転して駅構内部の超大口径ト
ンネルを掘削する。掘削終了後、最大径シールド本体か
ら小径側のシールド本体を離脱発進させ、カッタヘッド
を回転して線路部の中、小口径トンネルを掘削する。し
たがって、超大口径トンネルから連続して中小口径トン
ネルを掘削することができる。

実施例 以下本発明の一実施例を第１図〜第３図に基づいて説
明する。

第１図、第２図において、２は２段式（親子型）シー
ルド掘進機の外周側のシールド本体である大径シールド
本体（親シールド）で、大径シールド本体２の軸心Ａ上
には大径シールド本体１より前方に突出する最小径のシ
ールド本体である小径シールド本体（子シールド）１が
固定および離脱発進自在に配設される。この小径シール
ド本体１の前部には円形カッタである第１カッタヘッド
３が回転自在に支持され、大径シールド本体２の前部に
は、内径が小径シールド本体１より大きいリング状カッ
タである第２カッタヘッド４が回転自在に支持される。

まず、小径シールド本体１の詳細を説明する。

前記第１カッタヘッド３は、第２図に示すように、セ
ンター部材11を中心とする半径方向の第１土砂取入口12
が形成された第１カッタ面板13と、これら第１カッタ面
板に配設された第１カッタビット14と、第１カッタ面板
13の外周部を連結する第１外周板15を貫通して外方に突
出自在な第１コピーカッタ16とで構成される。そして、
この第１カッタヘッド３は後部に複数の第１支持脚17が
突設され、これら第１支持脚17の基端部に取付けられた
第１圧力隔壁18が、小径シールド本体２の第１スキンプ
レート19内に固定された第１環状支持体20に第１軸受21
を介して回転自在に支持される。これら第１圧力隔壁18
と第１環状支持体20とにより、第１カッタヘッド３後部
に地山の崩壊土圧を保持する第１圧力室22が形成され、
両シールド本体1,2後部の大気室５と分離される。ま
た、第１圧力隔壁18の大気室５側には取付部材を介して
第１リングギヤ23が取付けられ、第１環状支持体20に配
設された第１カッタ駆動モータ24に減速機を介して連結
連動された第１ピニオン25が、第１リングギヤ23に噛合
されて第１カッタヘッド３が回転駆動される。

26は第１環状支持体20の上部を貫通して第１圧力室22
に接続された第１送泥管、27は第１圧力室22中央部で第
１圧力隔壁18に設けられた土砂撹拌用の中央アジテー
タ、28は第１圧力室22下部で第１環状支持体20に設けら
れた第１アジテータで、この第１アジテータ28近傍には
第１圧力室22内の掘削土砂を排出する第１排泥管29が第
１環状支持体20に貫設され、前記第１送泥管26とこの第
２排泥管29とにより内径側排土装置が構成される。30は
第１カッタヘッド３の駆動部に油圧を送るためのロータ
リージョイントである。

小径シールド本体１内の中央部に固定された第１支持
枠31には、シールド本体1,2の後方位置の後方台車（図
示せず）に連結された連結フレーム32が連結されてい
る。この連結フレーム32の前部には、第１連結部材33に
より連結された前後一対の井形状第１支持部材34を有す
る第１セグメント支持装置35と、この第１セグメント支
持装置35の前部に旋回自在に取付けられた内径側セグメ
ント組立装置である第１セグメント組立装置36が前後に
移動自在に配設され、また連結フレーム32の下部に支持
体を介して第１セグメント搬送装置38が配設される。前
記第１支持装置35の第１支持部材34は、それぞれ半径方
向に出退自在な４個の第１セグメント押付部材37を有
し、これら第１セグメント押付部材37を、第１セグメン
ト組立装置36により組立てられた一次覆工用の第１セグ
メントＢの内面に押し当てることにより、第１セグメン
トＢを保持するとともに、第１セグメント支持装置35お
よび第１セグメント組立装置36を位置固定することがで
きる。したがって、小径シールド本体１が掘進中で連結
フレーム32が前方に移動していても、第１セグメント組
立装置36による第１セグメントＢの位置決めを停止状態
で正確に行え、第２セグメントＢの組立作業を連続して
行うことができる。

小径シールド本体１内には前端が第１環状支持体20に
支持された内径側推進ジャッキである第１推進ジャッキ
39が周方向所定間隔ごとに配設され、この第１推進ジャ
ッキ39は第１セグメント組立装置36により組立てられた
第１セグメントＢを反力受けとして小径シールド本体１
を前進させることができる。

次に大径シールド本体２の詳細を説明する。

第２カッタヘッド４は、第２図に示すように、半径方
向の第２土砂取入口42が形成された第２カッタ面板43
と、これら第２カッタ面板23に配設された第２カッタビ
ット44と、第２カッタ面板43の外周部を連結する第２外
周板45を貫通して外方に突出自在な第２コピーカッタ46
とで構成される。そして、第２カッタヘッド４の後部に
複数の第２支持脚47が突設され、これら第２支持脚47の
基端部に取付けられたリング状の第２圧力隔壁48が、大
径シールド本体２の第２スキンプレート49内に固定され
た第２環状支持体50に第２軸受51を介して回転自在に支
持され、第２環状支持体50の内周板50aが小径シールド
本体１の第１スキンプレート19に移動自在に外嵌されて
いる。前記第２環状支持体50と第２圧力隔壁48により、
第２カッタヘッド４の後部の地山の崩壊土圧を保持する
リング状の第２圧力室52が形成される。また、第２圧力
隔壁48の大気室５側には取付部材を介して第２リングギ
ヤ53が取付けられ、第２環状支持体50に配設された第２
カッタ駆動モータ54に減速機を介して連動連結された第
２ピニオン55が、第２リングギヤ53に噛合されて第２カ
ッタヘッド４が回転駆動される。

56は第２環状支持体50の上部を貫通して第２圧力室22
に接続された第２送泥管、58は第２圧力室52下部で第２
環状支持体50に設けられた土砂撹拌用の第２アジテータ
で、この第２アジテータ58近傍には第２圧力室52内の掘
削土砂を排出する第２排泥管59が貫設され、前記第２送
泥管58とこの第２排泥管59により外周側排土装置が構成
される。

大径シールド本体２内で小径シールド本体１後端より
後方位置には、第２支持枠61が固定され、この第２支持
枠61の後部には周方向に旋回自在な外周側セグメント組
立装置である第２セグメント組立装置62が配設される。
また、前記連結フレーム32の第１セグメント支持装置35
の後方には、前後一対の井形状第２支持部材63を有する
第２セグメント支持装置64が前後方向に移動自在に配設
される。この第２セグメント支持装置64は、第２支持部
材63に半径方向に出退自在な４個の第２セグメント押付
部材65を有し、これら第２セグメント押付部材65を第２
セグメント組立装置62により組立てられた一次覆工用の
第２セグメントＣの内面に押し当てることにより、第２
セグメントＣを真円状に保持することができる。66は連
結フレーム32に吊下げ支持された第２セグメント搬送装
置、67は第２セグメント搬送装置66の出口に配設された
第２セグメント搬入装置である。

また、大径シールド本体２内には周方向所定間隔ごと
に外周側推進ジャッキである複数の第２推進ジャッキ68
が配設され、第２セグメント組立装置62により組立てら
れた第２セグメントＣを反力受けとして両シールド本体
1,2を前進させる。

次に大径シールド本体２と小径シールド本体１とを連
結離脱自在な連結手段を説明する。

小径シールド本体１の第１スキンプレート19外周部に
は、第２環状支持体50の内周板50aが外嵌されるととも
に、小径シールド本体１内に、第１カッタヘッド３の掘
削反力により生じるローリング力（回転力）を支持する
ために、第１スキンプレート19を貫通して第２環状支持
体50の内周板50aに設けられたキー溝73に係合自在な複
数のローリング防止キー74がたとえば互いに対向する位
置に出退自在に配設され、これらローリング防止キー74
は基端部に設けられたキージャッキ75により出退駆動さ
れる。また、小径シールド本体１の後部スキンプレート
19は、第２支持枠61から第１スキンプレート19を挟んで
外周側および内周側に延び外筒支持体71および内筒支持
体76に支持される。すなわち、外筒支持体71前部の位置
調整部72で第１スキンプレート19がボルト止めされて小
径シールド本体１が大径シールド本体２に着脱自在に内
嵌固定され、さらに前記内筒支持体76の前端受面が第１
推進ジャッキ39の作動端に当接して小径シールド本体１
のスラスト方向の力を支持する。また、この内筒支持体
76は小径シールド本体１の離脱発進３に第１推進ジャッ
キ39の反力受けとして使用され、内筒支持体76と第１推
進ジャッキ39との間に第１セグメントＢが組立てられ
る。次にこのシールド掘進機の掘削方法を説明する。

まず、大径シールド本体２に小径シールド本体１が、
第１図に示すように装着された状態で超大口径トンネル
の掘削を行う。

第１カッタ駆動モータ24により第１コピーカッタ16を
突出させた状態で第１カッタヘッド３を回転させるとと
もに、第２カッタ駆動モータ54により第２カッタヘッド
４を回転させ、第１、第２送泥管26,56から第１、第２
圧力室22,52内に泥水または泥しょうを注入して第１、
第２圧力室22,52で地山の崩壊土圧を保持し、第１、第
２圧力室22,52内に取り込まれた土砂を中央および第
１、第２アジテータ27,28,58で撹拌しつつ第１、第２排
泥管29,50から排出する。そして、第２セグメント搬送
装置66により搬入された第２セグメントＣを、第２セグ
メント搬入装置67を介して第２セグメント組立装置62に
受渡し、第２セグメント組立装置62により第２セグメン
トＣをリング状に組立ててゆく。そして、組立てられた
第２セグメントＣを反力受けとして第２推進ジャッキ68
を伸展させ、両シールド本体1,2を前進させる。

この時、第１カッタヘッド３の回転数を第２カッタヘ
ッド４より高くすることにより、超大口径トンネルの掘
削時に発生する中央部での周速低下を防止して、中央部
すなわち第１カッタヘッド３の切削速度を高めることが
でき、全体として大口径のトンネルを効率よく掘削する
ことができる。また、第１カッタヘッド１を先行させる
ことによって、地山が崩壊しやすい超大口径のトンネル
掘削において、突出した小径シールド本体１でその上方
の地山を下方から支持することができ、地山の崩壊を防
止できるとともに、シールド掘進機の掘削方向の変更や
姿勢変更を容易に行うことができる。

超大口径トンネルの掘削が終了すると、シールド掘進
機を一旦停止し、外筒支持体71の位置調整部72と小径シ
ールド本体１の第１スキンプレート19とを切離すととも
に、キージャッキ75を収縮してローリング防止キー74を
キー溝73から抜き出し第１シールド本体１内に収納させ
る。さらに、連結フレーム32に配設されている第２セグ
メント支持装置64および第２セグメント搬送装置66を解
体して連結フレーム32から取り外す。次に第１カッタヘ
ッド３を回転させるとともに、第１推進ジャッキ39を伸
展し、内筒支持体76を反力受けとして小径シールド本体
１を前進させる、所定距離前進させると、第１推進ジャ
ッキ39を収縮させ、第１セグメント搬送装置38により搬
入された第１セグメントＢを、第１セグメント組立装置
36により内筒支持体76の端部受面と第１推進ジャッキ39
間に組み立てる。この作業を繰り返すことにより、第３
図に示すように、超大口径のトンネルに引き続いて中、
小口径のトンネルを連続して掘削することができる。

なお、上記実施例では小径シールド本体１の第１カッ
タヘッド３を大径シールド本体２の第２カッタヘッドよ
り突出させて先行掘削を行うようにしたが、第４図に示
すようにカッタヘッド3,4を面一状に配置してもよい。

また、シールド本体を３段以上にすることもでき、第
５図に示すように、大径シールド本体Ｄ、中径シールド
本体Ｅ、小径シールド本体Ｆとした場合には、大径シー
ルド本体Ｄから中径及び小径シールド本体E,Fを装着状
態で離脱発進してもよいし、小径シールド本体Ｆのみを
離脱発進することもできる。また各シールド本体の前部
にそれぞれカッタヘッドを配設するとともに、シールド
本体にそれぞれカッタ駆動装置を設けたので、内周側の
シールド本体の発進作業を迅速かつ容易に行うことがで
きる。

発明の効果 以上に述べたごとく本発明によれば、大径シールド本
体内に連結手段により小径シールド本体を離脱発進自在
に内嵌し、円形カッタヘッドおよびリング状カッタヘッ
ドを回転して超大口径トンネルを掘削し、内周側および
外周側排土装置により掘削土砂を排出するとともに、外
周側セグメント組立装置により一次覆工用セグメントを
組み立て、外周側推進ジャッキによりこのセグメントを
反力受けとして両シールド本体を前進させる。掘削終了
後、連結手段を解除して大径のシード本体から小径のシ
ールド本体を離脱発進させ、超大口径トンネルに連続し
て中小口径トンネルを掘削する。これにより、超大口径
トンネルから中小口径トンネルを１台のシールド掘進機
で連続して掘削することができ、従来のようにシールド
掘進機の搬入出組立て解体作業も少なく効率的な掘削が
行え、とくに大深度のトンネル掘削に威力を発揮でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図はシ
ールド掘進機の縦断面図、第２図は同半正面図、第３図
は離脱発進状態の縦断面図、第４図、第５図はそれぞれ
他の実施例を示す概略縦断面図である。 １……小径シールド本体、２……大径シールド本体、３
……第１カッタヘッド、４……第２カッタヘッド、18…
…第１圧力隔壁、19……第１スキンプレート、20……第
１環状支持体、21……第１軸受、22……第１圧力室、23
……第１リングギヤ、24……第１カッタ駆動モータ、25
……第１ピニオン、26……第１送泥管、29……第１排泥
管、31……第１支持枠、32……連結フレーム、35……第
１セグメント支持装置、36……第１セグメント組立装
置、39……第１推進ジャッキ、48……第２圧力隔壁、49
……第２スキンプレート、50……第２環状支持体、50a
……内周板、51……第２軸受、52……第２圧力室、53…
…第２リングギヤ、54……第２カッタ駆動モータ、55…
…第２ピニオン、56……第２送泥管、50……第２排泥
管、61……第２支持枠、62……第２セグメント組立装
置、64……第２セグメント支持装置、68……第２推進ジ
ャッキ、71……外筒支持体、73……キー溝、74……ロー
リング防止キー、76……内筒支持体、Ａ……軸心、Ｂ…
…第１セグメント、Ｃ……第２セグメント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−48595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−47800（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同一軸心状に複数のシールド本体を設け、 内周側で小径のシールド本体を外周側のシールド本体に
   離脱発進自在に内嵌するとともに、小径のシールド本体
   と外周側のシールド本体とを連結離脱自在な連結手段を
   設け、 最小径のシールド本体の前部に円形カッタヘッドを回転
   自在に設けるとともに、この最小径のシールド本体に前
   記円形カッタヘッドを回転駆動する円形カッタ駆動装置
   と、前記円形カッタヘッドにより掘削された土砂を排出
   する内周側排土装置と、最小径のシールド本体内で一次
   覆工用セグメントを組み立てる内周側セグメント組立装
   置と、この内周側セグメント組立装置により組み立てら
   れたセグメントを反力受けとして最小径のシールド本体
   を推進する内周側推進ジャッキとを設け、 前記最小径のシールド本体より径の大きい外周側シール
   ド本体の前部に、内周側のシールド本体より内径が大き
   いリング状カッタヘッドをそれぞれ設け、 前記外周側の各シールド本体に、リング状カッタヘッド
   を回転駆動するリング状カッタ駆動装置と、リング状カ
   ッタヘッドにより掘削された土砂を排出する外周側排土
   装置と、外周側の各シールド本体内で一次覆工用セグメ
   ントを組み立てる外周側セグメント組立装置と、この外
   周側セグメント組立装置により組み立てられたセグメン
   トを反力受けとして外周側のシールド本体を推進する外
   周側推進ジャッキとをそれぞれ設けた ことを特徴とするシールド掘進機。