JP2662629B2 - シールド掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トンネルを構築するシールド工法に用いる
シールド掘削機に係り、特に、大断面のトンネルを形成
する際に用いて好適なシールド掘削機に関するものであ
る。

［従来の技術］ 近年、都市部の地盤等に地下鉄用トンネル等の大断面
トンネルを構築する場合、同径の２つの円筒を平行かつ
相互に重ね合わせた断面繭型状のスキンプレートの前面
に、地山掘削用のカッタを設けたシールド掘削機を用い
てトンネルを形成するマルチフェースシールド工法（MF
工法）や、ダブルオーチューブ工法（DOT工法）と呼ば
れる新規なシールド工法が提案、実施されている。

従来、前記マルチフェースシールド工法に使用する掘
削機としては、たとえば特開昭62−1998号公報に開示さ
れているように、繭型断面のスキンプレートの前面に２
台の面板型のカッタを、掘進方向に対して若干ずらして
配置し、カッタどうしの相互干渉を防ぐ構造のものが知
られており、また、ダブルオーチューブ工法に使用する
掘削機としては、カッタをスポーク型として、それらを
繭型断面のスキンプレート前面に配置し、スポークどう
しがぶつからないように、それらの位相をずらした状態
で、互いに逆方向に回転させる構造のものが知られてい
る（たとえば特開昭61−47958号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来の大断面シールド工法によれば、それぞれの
工法に適用されるシールド掘削機の特徴を生かすことに
よって、都市部の地盤等に大口径で、かつ異形断面のト
ンネルを構築することができる。これらのシールド掘削
機は、その基本構造が１基のシールド掘削基を２つ合体
させたような２連型の複断面構造とされたものである。

しかしながら、このような構造を、より大断面のトン
ネルを形成するための３連型あるいは４連型の多断面構
造のシールド掘削基として適用しようとしても、構造が
複雑化して製作が困難であることや、地山掘削用のカッ
タの方向制御や修正等のマシンの制御が非常に困難にな
ること等が予測される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、構
造が簡単でマシンの制御が容易な大断面トンネル掘削用
の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］ 本発明は上記目的を達成するためになされたものであ
って、相互に平行に並設された複数の内側スキンプレー
ト全体の断面形状を有する筒状の外側スキンプレートの
前部に隔壁を形成し、この隔壁前方の外側スキンプレー
ト内に、その断面形状を対応させて前記複数の内側スキ
ンプレートを並設することにより、これら内側スキンプ
レート内を泥水が圧送される円筒形の泥水圧室として、
また、前記各内側スキンプレートと前記外側スキンプレ
ートとの間に形成されるスペースを泥土圧室としてそれ
ぞれ構成し、さらに、前記各泥水圧室の開口部に、地山
を円形に掘削するカッタを前記内側スキンプレートと略
同軸的にそれぞれ配設するとともに、このカッタの周部
に、前記泥土圧室前方の地山を掘削する伸縮カッタを一
体に設け、さらに、前記各内側スキンプレートに、前記
泥土圧室内の土砂を前記泥水圧室内に取り入れるための
スリットを、その周方向に沿って複数設けたことを特徴
とし、これに加えて前記内側スキンプレートを前記カッ
タと一体に形成したことを含むものである。

［作用］ 本発明のシールド掘削機によれば、複数のカッタによ
って連続する複数の円形の切羽を、泥水圧室内に圧送し
た泥水圧により安定させ、また、その周囲の切羽を、泥
水圧および泥土圧により安定させながら、各カッタによ
って連続する複数の円形の切羽を掘削する一方、泥土圧
室内の土砂を内側スキンプレートのスリットより泥水圧
室内に移送させて泥水圧室内の土砂とともに外部に排出
していくので、大断面のトンネルを容易に構築すること
ができる。

泥土圧室への土砂の導入は伸縮カッタ間の空間から容
易になされ、また、泥土圧室内から泥水圧室内へ土砂を
移送する手段は内側スキンプレートに形成されたスリッ
トによるため、構造が簡単で、かつ動力を省略でき、も
って安価に構成できる。

また、カッタに内側スキンプレートを一体に形成すれ
ば、泥土圧室内および泥水圧室内の土砂に流動性が与え
られて土砂の排出効率の向上が図られる。

［実施例］ 以下、第１図および第２図を参照して本発明の一実施
例を説明する。

これら図中符号１で示すのが本実施例にかかるシール
ド掘削機である。このシールド掘削機１は、外殻を形成
する筒状の外側スキンプレート２内に設けられたカッタ
３により地山を掘削しつつ、外側スキンプレート２内部
で、一次覆工用のセグメント（コンクリートセグメント
等）Ｓを組み立てながら地中を掘進する基本構成となっ
ている。

外側スキンプレート２は、同径の２つの円筒体2aを平
行に横に並べ、かつ相互に重ね合わせた断面繭型状に形
成されたもので、その前部には、第２図に示すように、
先端開口部を覆って隔壁４が設けられている。この隔壁
４の前面には、内殻を形成する円筒形状の２つの内側ス
キンプレート５が、前記円筒体2aに対応して一体に固着
されている。これら内側スキンプレート５は、円筒体2a
よりも小径で、互いに周面が近接し、かつ円筒体2aと同
軸的に隔壁４に固着されている。

そして、これら内側スキンプレート５内が、泥水が圧
送される円形の泥水圧室６として、また、内側スキンプ
レート５と外側スキンプレート２との間に形成される断
面８の字状のスペースが、泥土圧室７として構成されて
いる。

また、各内側スキンプレート５には、第２図に示すよ
うに、泥水圧室６内と泥土圧室７内とを連通し、泥土圧
室７内の土砂を泥水圧室６内に取り込むためのスリット
８が、その周方向に沿って間隔をおいて複数設けられて
いる。スリット８は、内側スキンプレート５の軸方向に
沿った長尺な切込みによって形成されている。このスリ
ット８は、図示せぬシャッタによりその開度が調節でき
るようになっている。

前記各泥水圧室６の開口部には、地山を円形に掘削す
る前記カッタ３がそれぞれ配設されている。

このカッタ３は、内側スキンプレート５と略同径であ
って、切羽に対面する円形状の面板プレート９と、この
面板プレート９内に、その径方向に沿って出没自在に設
けられた伸縮カッタ10と、面板プレート９の軸心から後
方に延びて図示せぬ軸受けに回転自在に支持された回転
軸11と、この回転軸11をギヤ11aを介して軸回りに回転
させる駆動モータ12とを主体として構成されている。回
転軸11は、内側スキンプレート５の軸心と一致して延び
ており、すなわち面板プレート９は、内側スキンプレー
ト５と同軸的に配設されている。

面板プレート９には、第１図に示すように、土砂を取
り込む一対のスリット9aが、放射状に複数組（この場合
３組）形成されており、各スリット9aには、多数のカッ
タビット13が固定されている。

また、伸縮カッタ10は、前記スリット9aの間に１つず
つ収納されており、面板プレート９周面から突出する部
分には、多数のカッタビット14が固定されている。この
伸縮カッタ10の突出量は、その先端が外側スキンプレー
ト２の外周面と一致する位置を最大として、図示せぬ制
御部により無段階に制御されるようになっている。

上記構成のカッタ３によれば、駆動モータ12の動力
が、ギヤ11a、回転軸11を介して面板プレート９に伝達
して面板プレート９が回転し、カッタビット13によって
地山を円形に掘削する。さらに、このように面板プレー
トを回転させている最中に、伸縮カッタ10を、その先端
が外側スキンプレート２の外周面に沿うようその突出量
を制御すれば、泥土圧室７前方の地山を掘削する。すな
わち、カッタ３は、外側スキンプレート２前面をその断
面と同じ繭型状に掘削する。

前記泥水圧室６の上部には、送水管15の端部が開口し
ており、さらにその下部には、排泥管16の端部が接続さ
れている。

また、外側スキンプレート２内には、シールド掘削機
１自身を前方に推進させるためのシールドジャッキ17
が、外側スキンプレート２の周方向に沿って複数配設さ
れているとともに、セグメントＳを組み立てるためのエ
レクタ装置18が設けられている。

シールドジャッキ17は、外側スキンプレート２内面に
固定された支持板19に後端が支持され、エレクタ装置18
によって組み立てられたセグメントＳ…の最前端に反力
を取ることにより、シールド掘削機１自身を前方に推進
させるよう構成されている。

なお、図中符号20は、シールド掘削機１の外側スキン
プレート２の後端部に設けられ、外側スキンプレート２
の内面で組み立てられたセグメントＳと外側スキンプレ
ート２との間を閉塞するテールパッキンである。

上記構成からなるシールド掘削機１を用いて地山を掘
削するには、まず、送水管15から泥水圧室６内に泥水を
供給して泥水圧室６内を泥水加圧し、カッタ３の面板プ
レート９前面の切羽を安定させる。また、内側スキンプ
レート５のスリット８の開度を適宜に設定し、伸縮カッ
タ10により掘削されて、泥水圧室７から泥水圧室６に取
り込まれる土砂の量を調節することにより、泥水圧室７
前面に泥水圧と泥土圧とを発生させて切羽の崩壊を防止
する。

次いで、カッタ３を作動させて外側スキンプレート２
前面の切羽を掘削する。

一方、エレクタ装置18によりトンネル周壁に組み付け
たセグメントＳ…の最前端に反力を取ることにより、シ
ールドジャッキ17を伸長してシールド掘削機１自身を前
方に推進させ、泥水圧室６内および泥土圧室７内に土砂
を取り込んでいく。

この際、伸縮カッタ10によって掘削された土砂を、泥
土圧室７の開口部から泥土圧室７内に取り込み、さら
に、各スリット８から泥水圧室６内に取り入れる。

このように泥水圧室６内および泥土圧室７内に取り込
んだ泥水を含む土砂を、排泥管16によってトンネル後方
に排出する。この土砂は、最終的に地上に運搬されて、
土砂と泥水とに分離され、泥水は、再び送水管15から泥
土圧室６内に供給される。

ところで、本実施例のシールド掘削機１のカッタ３に
おいて、その掘削径は、伸縮カッタ10による。伸縮カッ
タ10によって掘削された土砂は、伸縮カッタ10間に形成
される円弧状の空間から、その後方の泥土圧室７内に取
り込まれる。

このように、本実施例のシールド掘削機１によれば、
カッタ３の面板プレート９前面の円形の切羽を泥水圧に
より安定させ、また伸縮カッタ10で掘削する切羽を泥水
圧および泥土圧により安定させて、カッタ３により掘削
した土砂を流体輸送していく構成であるから、図示例の
ような繭型状の大断面トンネルを、容易に掘削形成する
ことができる。

また、２つの内側スキンプレート６の前面にそれぞれ
設けられた各カッタ３により独立して掘削するようにし
ているから、方向制御等マシンの制御も簡単であり、し
かも、これらカッタ３の掘削面積はそれぞれ同一である
ので、泥水圧室６内に供給する泥水の濃度管理が容易に
なる。

また、泥土圧室７から泥水圧室６への土砂の移送は、
内側スキンプレート６の各スリット８からなされるか
ら、構造が簡単で、かつ動力を省略でき、もって安価に
構成できる。その上、伸縮カッタ10により、外側および
内側スキンプレート２、６間に形成される泥土圧室７内
への削土の取り込みが円滑に行われ、したがって土砂の
流体輸送が速やかに行われ、作業時間の短縮が図られ
る。

さらに、伸縮カッタ10よって掘削した土砂を、泥土圧
室７に取り入れた後、泥水圧室６に導き、泥水圧室６内
に直接取り入れた土砂とともに排泥管16を介して外部に
排出するようにしているので、排土設備は泥水式シール
ド工法に用いるシールド掘削機の設備のみで対応するこ
とが可能であり、イニシャルコストの低減を図ることが
できるといった利点がある。

第３図は上記実施例の応用例を示しており、ここに示
すシールド掘削機21は、上記円筒体2aを４つスクエアに
重複して並べた断面４葉のクローバ状に形成された外側
スキンプレート22内に、上記シールド掘削機１と同様
に、各円筒体2aに対応させて内側スキンプレート２およ
びカッタ３を設け、さらに中央に、各カッタ３の面板プ
レート９よりも前方に突出するスポーク型カッタ23を配
して、このカッタ23によって各カッタ３間によって掘削
できない範囲の地山を掘削するよう構成したものであ
る。

このシールド掘削機21によれば、前記シールド掘削機
１の略２倍の大断面トンネルを形成することが可能であ
る。

第４図および第５図は本実施例の他の実施例を示して
おり、両図において前記実施例と同一構成要素には、同
一の符号を付し説明を省略する。

本実施例のシールド掘削機30においては、カッタ３に
内側スキンプレート31が一体に設けられている。すなわ
ち、第４図に示すように、カッタ３を構成する面板プレ
ート９の周部裏面に、この面板プレート９と同軸的に円
筒状の内側スキンプレート31が形成されている。そし
て、この内側スキンプレート31の後端部には、泥土圧室
７内の土砂を泥水圧室６内に取り込むためのスリット32
が、周方向に沿って複数間隔をおいて形成されている。
また、これらスリット32の周辺には、カッタビット33が
設けられている。

本実施例のシールド掘削機30によれば、内側スキンプ
レート31がカッタ３とともに回転することにより、泥土
圧室７内および泥水圧室６内の土砂に流動性が与えられ
て、土砂の排出効率の向上が図られるといった利点を有
する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のシールド機によれば、
複数のカッタによって連続する複数の円形の切羽を、泥
水圧室内に圧送した泥水圧により安定させ、また、その
周囲の切羽を、泥水圧および泥土圧により安定させなが
ら、各カッタによって連続する複数の円形の切羽を掘削
する一方、泥土圧室内の土砂を内側スキンプレートのス
リットより泥水圧室内に移送させて泥水圧室内の土砂と
ともに外部に排出していくので、大断面のトンネルを容
易に構築することができるといった効果を奏する。ここ
で、泥土圧室への土砂の導入は伸縮カッタ間の空間から
容易になされ、また、泥土圧室内から泥水圧室内へ土砂
を移送する手段は内側スキンプレートに形成されたスリ
ットによるため、構造が簡単で、かつ動力を省略でき、
もって安価に構成できる。また、カッタに内側スキンプ
レートを一体に形成すれば、泥土圧室内および泥水圧室
内の土砂に流動性が与えられて土砂の排出効率の向上が
図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はその正面図、第２図は第１図のII−II線矢
視断面図、第３図は一実施例の応用例を示す正面図、第
４図および第５図は本発明の他の実施例を示し、第４図
はカッタの斜視図、第５図は側断面図である。 １、21、30……シールド機、２、22……外側スキンプレ
ート、３……カッタ、４……隔壁、５、31……内側スキ
ンプレート、６……泥水圧室、７……泥土圧室、８、32
……スリット、10……伸縮カッタ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互に平行に並設された複数の内側スキン
   プレート全体の断面形状を有する筒状の外側スキンプレ
   ートの前部に隔壁を形成し、この隔壁前方の外側スキン
   プレート内に、その断面形状を対応させて前記複数の内
   側スキンプレートを並設することにより、これら内側ス
   キンプレート内を泥水が圧送される円筒形の泥水圧室と
   して、また、前記各内側スキンプレートと前記外側スキ
   ンプレートとの間に形成されるスペースを泥土圧室とし
   てそれぞれ構成し、 さらに、前記各泥水圧室の開口部に、地山を円形に掘削
   するカッタを前記内側スキンプレートと略同軸的にそれ
   ぞれ配設するとともに、このカッタの周部に、前記泥土
   圧室前方の地山を掘削する伸縮カッタを一体に設け、さ
   らに、前記各内側スキンプレートに、前記泥土圧室内の
   土砂を前記泥水圧室内に取り入れるためのスリットを、
   その周方向に沿って複数設けたことを特徴とするシール
   ド掘削機。
2. 【請求項２】前記内側スキンプレートを前記カッタと一
   体に形成したことを特徴とする請求項１記載のシールド
   掘削機。