JP2693730B2 - 二段式シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二段式シールド掘進機
（以下、単に掘進機という）に関する。さらに詳しく
は、大径のシールド本体内に同軸状に小径のシールド本
体が入れ子式に伸縮しうるように配設されることによ
り、トンネル等の途中からトンネル径を縮小して掘進す
ることができる掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
トンネルや共同溝等の工事はシールド工法によることが
多くなっているが、都市トンネルにおける用途の多様化
により、トンネルの口径を途中から変えねばならない場
合がある。一例では、地下鉄の新線建設工事等におい
て、大径のトンネルを必要とする駅舎部と、小径のトン
ネルでよい線路部とを連続して掘削する場合がある。こ
のような場合、掘進途中でトンネルの掘進径を変更（専
ら縮径）しうるいわば二段式掘進機（親子掘進機ともい
われている）が用いられる。

【０００３】この二段式掘進機は、大径の外シールド本
体（以下、適宜親シールドともいう）内に小径の内シー
ルド本体（以下、適宜子シールドともいう）を同軸状且
つ入れ子式に収容したものであり、大径トンネルから小
径トンネルへ移行するときに親シールドの掘進を停止
し、子シールドを親シールドの先端から発進させて小径
トンネルを掘進していくものである。

【０００４】かかる二段式掘進機としては、下記の各文
献によって知られている。つまり、特開平１−９４１９
３号公報、特開平３−６６８９７号公報、特開平３−１
６１６９４号公報、特開平３−１９７７９１号公報、特
開平３−２５０１９６号公報、特開平３−１１５６９７
号公報、特開平５−１００８６号公報、実公昭６０−３
８７９４号公報、実開平３−３２６８９号公報、実開平
３−３２６９０号公報、実開平３−３２６９２号公報、
特公平２−４４９９６号公報等である。

【０００５】しかしながら、上記各公報に開示された二
段式掘進機はいずれも、親シールドから子シールドを進
出させるときの現実的な段取りとそのために必要な現実
的な構成とが明らかではない。とくに、親シールド前端
のカッターリングと子シールド前端のカッターディスク
との連結および分離のための構成には課題が残されてい
る。

【０００６】たとえば特開平１−９４１９３号公報およ
び特開平３−６６８９７号公報等に開示されているよう
な、カッターリングとカッターディスクとが別個の駆動
部で回転駆動され、その結果両カッターが別個に支持さ
れるような掘進機では、駆動部用に二重にスペースを取
るために親シールドの口径を大きくする必要が生じる。
したがって口径差の大きなトンネルの場合にしか適用で
きない。また、親シールドの駆動部口径が子シールドの
外径よりも大きくなるため、軸受ベアリングの寸法が直
径の大きなものになるが、製作可能寸法に制約があるた
めに親シールドの寸法が制約される、という問題があ
る。また、特開平３−１６１６９４号公報や特開平３−
１９７７９１号公報等に開示されているような、カッタ
ーリングとカッターディスクとが互いにノックやピンで
連結されている掘進機では、カッターリングとカッター
ディスクとを分離する場合に、ノックまたはピンがそれ
に加わっている大きな集中荷重によって抜取が不可能に
なったりまたは破損してしまったりすることがある。こ
れは、両者が一体で掘進していたときに受けた偏荷重に
より、各ノックまたはピンに、荷重の種々の方向成分が
合成されて、予想しがたい集中負荷が加わっていること
が多いからである。すなわち、ある特定の連結装置には
いったいいずれの方向の荷重が負荷されているか想定で
きないのである。

【０００７】また、たとえうまく分離ができたとして
も、分離後のカッターリング（もはや使用しない）を撤
去する場合はその作業がやっかいである。また、カッタ
ーリングをそのまま放置しておく場合は、子シールドの
動作に伴う土砂の移動によって、放置されているカッタ
ーリングが不用意に回転および変位してしまい、その結
果、子シールドの発進時にこれが干渉して掘進の邪魔に
なる、という問題が生じる。

【０００８】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、カッターリングとカッターディスク
とを連結するための連結装置連結装置の作動不良や損傷
が防止され、それにより、カッターリングとカッターデ
ィスクとの分離が容易になされる掘進機を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の掘進機は、外シ
ールド本体と該外シールド本体内に同軸状且つ入れ子式
に収容された内シールド本体とからなる二段式シールド
掘進機であって、前記外シールド本体と内シールド本体
とのあいだに装備された両シールド本体同士を固定しう
る固定装置と、外シールド本体前端のカッターリングと
内シールド本体前端のカッターディスクとのあいだの円
周上に装備された両カッター同士を連結しうる連結装置
とを有しており、該連結装置が、カッターリングに設け
られた複数個の凹所と、カッターディスクに装着された
駆動手段によって前記凹所に係合しうるように挿入され
る複数個のキーとから構成されており、さらに前記連結
装置が、係合状態において、シールド本体の軸方向にの
み拘束される第一連結装置と、一直径方向にのみ拘束さ
れる第二連結装置と、前記一直径に直交する直径方向に
のみ拘束される第三連結装置とから構成されていること
を特徴としている。

【００１０】前記外シールド本体の前端近傍の内側に、
前記カッターリングを把持して固定するためのカッター
リング固定手段を設けるのが、カッターディスクとの分
離後にカッターリングの変位を防止して内シールド本体
の発進時にカッターリングとの干渉を防止しうる点で好
ましい。

【００１１】そして、このカッターリング固定手段を、
外シールド本体の前端近傍内側の全周にわたってほぼ等
間隔に配設された複数個の駆動手段と、該駆動手段それ
ぞれに装着された係合片と、カッターリングの背面にお
ける前記各係合片に対応する位置に設けられた、前記係
合片と係合しうる被係合部とから構成するのが、簡易な
構成で効率的なカッターリング固定をなしうる点で好ま
しい。

【００１２】そして、前記係合片および被係合部の内い
ずれか一方を実質的にコの字状に形成し、他方を前記一
方のコの字の凹部に係合しうる形状にするのがカッター
リングの変位の他、不用意な回転をも確実に防止しうる
点で好ましい。

【００１３】さらに、前記第一および第二の連結装置
を、それぞれシールド本体の半径方向に突出しうるキー
と該キーが嵌合しうるボスとから構成し、該キーをそれ
ぞれ先端側が縮径する円錐状側周面を有する形状とし、
前記ボスをそれぞれ前記対応するキーが密に嵌合しうる
ように奥側が縮径する円錐状内周面を有する形状とし、
第一連結装置のボスを、そのシールド本体の周方向およ
び半径方向外向きそれぞれに変位しうるように弾性部材
によって支持し且つシールド本体の軸方向には拘束され
るように剛体によって支持し、これを円周上三箇所以上
に略等間隔に配置し、第二連結装置のボスを、そのシー
ルド本体の軸方向および半径方向外向きそれぞれに変位
しうるように弾性部材によって支持し且つシールド本体
の周方向には拘束されるように剛体によって支持して円
周上において一直径と直交する二箇所に配置するのが、
簡易な構成によって連結装置に加わる可能性のある荷重
を容易に想定し、それに対処しうる点で好ましい。

【００１４】一方、前記第三連結装置を、前記第二連結
装置のキーの突出方向と直交する半径方向に突出しうる
キーと該キーが嵌合しうるボスとから構成し、該ボス
を、そのシールド本体の軸方向および半径方向外向きそ
れぞれに変位しうるように弾性部材によって支持し且つ
シールド本体の周方向には拘束されるように剛体によっ
て支持するのが、組み立て時におけるキーとボスとの位
置合わせを容易に行いうる点で好ましい。

【００１５】または、前記第三連結装置を、前記第二連
結装置のキーの突出方向と平行な方向に突出しうるキー
と該キーが係合しうる溝とから構成し、該キーを、軸支
されることによりその先端がそのシールド本体の周方向
に変位可能とされ且つ該キーの突出方向には拘束される
ように支持し、前記溝を、係合した前記キーがシールド
本体の軸方向に摺動しうる方向に形成することにより、
カッターリングおよびカッターディスク内に装備された
コピーカッター装置との配置構成を容易にすることがで
きる。

【００１６】または、前記第三連結装置を、前記第二連
結装置のキーの突出方向と平行な方向に突出しうるキー
と該キーが係合しうるボスとから構成し、該キーを、自
在継ぎ手によって全方向に揺動自在に且つ該キーの突出
方向には拘束されるように支持すれば、上記キーを軸支
する場合と同様の作用効果が得られる点で好ましい。

【００１７】加えて、上記の第一態様または第二態様に
係る、いわゆる二段式シールド掘進機の構成を、前記外
シールド本体および内シールド本体がともにたがいに屈
曲しうる前胴と後胴とからなる、いわゆる中折れ式掘進
機に適用し、前記固定装置を両シールド本体の前胴同士
のあいだおよび後胴同士のあいだそれぞれに装備するの
が、屈曲し且つ連続して内径が異なるトンネルを掘進し
うる点で好ましい。

【００１８】

【作用】本発明の掘進機によれば、複数個の連結装置の
うちのいずれの連結装置をとっても、それに加わる荷重
方向が実質的に一方向のみとなる。すなわち、複雑な偏
荷重が親シールドに負荷されても、複数個の連結装置の
うちのいずれをとっても、その連結装置にはシールド本
体の軸方向、シールド本体の横断面上の一直径方向およ
び該直径に直交する他の直径方向のうちの特定の一方向
の荷重しか負荷されない。また、上記複雑な偏荷重であ
っても上記三方向成分に分割して解析することは可能で
ある。したがって、各連結装置に加わる荷重の想定が極
めて容易になるので、連結装置の作動不良や損傷を予防
することが可能になる。その結果、カッターリングとカ
ッターディスクとの分離が容易になされる。

【００１９】さらに、中折れ機能を有する掘進機にあっ
ては、屈曲し且つ連続して内径が異なるトンネルを掘進
することができる。

【００２０】

【実施例】つぎに、図面を参照しつつ本発明の掘進機の
実施例を説明する。

【００２１】 図１は本発明の掘進機の一実施例を示す
縦断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図、図３は図１
のＢ部の拡大断面図、図４（ａ）は図３におけるＣ−Ｃ
線断面図であり、図４（ｂ）は図３におけるＤ−Ｄ線断
面図、図５は図１の掘進機における内外カッターの連結
装置の配置の一例を示す正面図、図６は図５における連
結装置の一実施例を示す断面図、図７（ａ）は図６の連
結装置の要部を示す斜視図、図７（ｂ）は図６の連結装
置におけるボスを示す平面断面図、図７（ｃ）は図６の
連結装置におけるボスを示す正面断面図、図８は図１の
掘進機における内外カッターの連結装置の配置の他の例
を示す正面図、図９は図８における連結装置の他の実施
例を示す平面断面図、図１０は図１の掘進機におけるカ
ッターリングの固定装置の配置の一例を示す正面図、図
１１（ａ）は図１０における固定装置の一実施例を示す
側面図、図１１（ｂ）および図１１（ｃ）はそれぞれ図
１１（ａ）におけるＧ−Ｇ線矢視図、図１２（ａ）は図
１０における固定装置の他の実施例を示す側面図、図１
２（ｂ）は図１２（ａ）におけるＨ−Ｈ線矢視図、図１
３〜２０は図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【００２２】図１において、１は掘進機であり、２は後
胴４と前胴５とから構成される外側のシールド本体（以
下、適宜親シールドという）であり、３は上記親シール
ド２内に同軸状且つ入れ子式に収容された内側のシール
ド本体（以下、適宜子シールドという）であり、後胴６
と前胴７とから構成されている。なお、本掘進機１の
Ａ、Ｂ各部を拡大して示す図２、３および図３のＣ−Ｃ
線およびＤ−Ｄ線の各断面を示す図４を併せて参照すれ
ば構造がより詳細にわかる。

【００２３】８は親シールド２の後胴４に固定された推
進ジャッキであり、後胴４のスキンプレート４ａの内側
の円周上にほぼ等間隔に複数本（本実施例では２８本）
配設されている。推進ジャッキ８は、組み立て済のセグ
メントＳの先端を押して親シールド２を前進せしめる。
９は親シールド２の後胴４と前胴５とにその端部がそれ
ぞれ固定された中折れジャッキであり、推進ジャッキ８
の配列円より小径の円周上且つほぼ推進ジャッキ８同士
のあいだに、ほぼ等間隔に複数本（本実施例では２４
本）配設されている（図４参照）。中折れジャッキ９
は、掘進機１の上下位置に配設された一対の中折れピン
１０同士を結ぶ線を対称軸として、その一方側に配列さ
れたジャッキ群が所定ストロークだけ伸長し、他方側に
配列されたジャッキ群が所定ストロークだけ収縮するこ
とにより、前胴５と後胴４とを前記中折れピン１０同士
を結ぶ線を軸として互いに傾ける機能を奏する。さら
に、中折れピン１０とともに、上記推進ジャッキ８の推
力を後胴４から前胴５に伝達する機能をも奏する。

【００２４】子シールド３にも同様な配置で１６本の推
進ジャッキ１１と、１２本の中折れジャッキ１２と、一
対の中折れピン１３とが配設されている。親シールド２
の中折れピン１０と子シールド３の中折れピン１３とは
掘進機１の同一直線上に装備されており、それによって
掘進機１の中折れ時には両シールド２、３ともに同一軸
線まわりに中折れする。

【００２５】なお、推進ジャッキおよび中折れジャッキ
の本数は親シールド２および子シールド３それぞれのサ
イズに応じて選択すればよい。

【００２６】１４は親シールド２のカッターチャンバ１
６内に送水するための第一送水管であり、１５はカッタ
ーチャンバ１６内から排泥するための第一排泥管であ
り、ともにその先端がカッターチャンバ１６内に接続さ
れている。この第一送水管１４および第一排泥管１５を
まとめて適宜第一送排泥管１４、１５という。また、１
７は子シールド３のカッターチャンバ１９内に送水する
ための第二送水管、１８はカッターチャンバ１９内から
排泥するための第二排泥管であり、ともにその先端が子
シールド３のカッターチャンバ１９内に接続されてい
る。この第二送水管１７および第二排泥管１８もまとめ
て適宜第二送排泥管１７、１８という。親シールド２の
カッターチャンバ１６は、親シールド２のカッターリン
グ２０の後方にあり、切削された土砂が入り込むスペー
スである。子シールド３のカッターチャンバ１９は、子
シールド３のカッターディスク２１の後方にあり、これ
も切削された土砂が入り込むスペースである。第一送排
泥管１４、１５は子シールド３の前胴７のスキンプレー
ト７ａを内から外へ貫通しており、該スキンプレート７
ａにおいて、子シールドのスキンプレート内より容易に
分離しうるようにフランジ２２、２３で接続されてい
る。これは、子シールド３が親シールド２から離脱して
独自で掘進するときに、子シールドのスキンプレート７
ａを貫通している第一送排泥管１４、１５の子シールド
内の部分を除去するためである。

【００２７】この第一送排泥管１４、１５と第二送排泥
管１７、１８とは同時に使用することはない。つまり、
親シールド２と子シールド３とが一体のときには第一送
排泥管１４、１５のみを使用し、第二送排泥管１７、１
８は異常時のための予備管としている。前記両カッター
チャンバ１６、１９同士は、子シールドのカッターチャ
ンバ１９の全周を覆うフード１９ａに形成された開口部
（図示されていない）により連通されている。したがっ
て、第一送排泥管１４、１５を（第二送排泥管１７、１
８でもよい）を両カッターチャンバ１６、１９用に兼用
しうるのである。そして、子シールド３が親シールド２
から離脱して独自で掘進するときには第二送排泥管１
７、１８のみを使用する。そうすることにより、常に一
系統の送排泥管制御が可能になる。

【００２８】２４はセグメントＳを組み立てるためのエ
レクタであり、２５は組み立て済のセグメントＳの真円
を所定期間保持しておくための真円保持装置である。こ
の両者２４、２５はそれぞれ一台ずつで、大径トンネル
のセグメントにも小径トンネルのセグメントにも対応し
うるものである。なお、図３、４に示す両者２４、２５
はともに大径トンネルのセグメントに対応している。

【００２９】 ２６はカッターリング２０とカッターデ
ィスク２１とを連結、且つ分離するための連結装置であ
る。連結装置２６は図５に示すように円周上におけるコ
ピーカッター（トンネルの余掘りを行うためのもので、
図８における符号３８、３９）を避けるように、円上に
ほぼ等間隔に８個設けられている。この連結装置はいず
れも同様の構成であり、図６も併せて参照すれば明らか
なように、カッターディスク２１に放射状に装備された
駆動シリンダ２７および駆動シリンダ２７のピストンロ
ッド２８先端に装着されたピン２９と、カッターリング
２０の内径側の前記ピン２９に対応する位置に装備され
たボス３０とから構成されている。そして、駆動シリン
ダ２７によってピン２９をシールドの横断面の半径方向
に進出させ、ボス３０に係合することにより、カッター
リング２０とカッターディスク２１とを連結するもので
ある。

【００３０】図７（ａ）および図７（ｃ）に示すよう
に、前記ピン２９はその先端側が縮径する円錐状側周面
を有しており、前記ボス３０の内周面はこのピン２９と
密に嵌合しうるように円錐状内周面を有し、しかも二分
割可能にされている。また、このボス３０は図７（ｂ）
および図７（ｃ）に示すように、カッターリング内径側
に剛体部分３１と弾性体部分３２、３３とで支持されて
いる。図７（ｂ）に示すように、ボス３０は紙面横方向
両側に対しては剛体部分３１に拘束されて変位しえない
が、紙面縦方向には弾性体部分３２に支持されているの
で変位可能である。さらに図７（ｃ）に示すように、ボ
ス３０は嵌合するピン２９の先端方向にも弾性体部分３
３に支持されているので変位可能である。このように、
ボス３０は、いわばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各方向のうち一
方向のみに拘束されている。そして、これらのボス３０
をカッターリング２０に装着するときには、１０個のボ
ス３０のうち、いくつかはＸ軸方向（たとえばシールド
の横断面における横方向）に拘束されるようにし、他の
いくつかはＹ軸方向（たとえばシールドの横断面におけ
る上下方向）に拘束されるようにし、残余のものはＺ軸
方向（たとえばシールドの軸方向）に拘束されるように
するのである。図５はその配置の一例であって、３０ｘ
がシールドの横断面における横方向にのみ拘束され、３
０ｙがシールドの横断面における上下方向にのみ拘束さ
れ、３０ｚがシールドの軸方向に拘束されるようにされ
ている。この場合、３０ｘと３０ｙとがカッターディス
ク２１からカッターリング２０への回転トルク伝達機能
および自重支持機能を奏し、３０ｚが正面からの土圧を
受けるためにカッターリング２０とカッターディスク２
１とを一体化する機能を奏する。

【００３１】叙上のごとく構成することにより、カッタ
ーリング２０とカッターディスク２１との一体物がその
回転によっていかなる位置にあろうとも、且つ親シール
ドと子シールドとが一体のときに土圧などの外力が加わ
ってカッターリングやカッターディスクがたわみ、ピン
２９とボス３０とのあいだに押圧力が生じたとしても、
ある特定のピンとボスとのあいだに生ずる押圧力は常に
特定の方向（ボスが拘束されている方向）にしか働いて
いない。したがって、かかる特定のピンとボスとのあい
だに生ずる押圧力は、シールドに働く外力を想定すれば
容易に解析することができる。

【００３２】さらに、上述のごとくボス３０が二分割可
能であること、および上記弾性体部分３２はそのスペー
スを画したのち軟質合成樹脂などを注入して硬化させる
ことにより形成しうることによって、ピンとボスとを組
み立て時に容易に位置決めすることができる。したがっ
て、カッターリングとカッターディスクとの組み立て調
整の不備等による拘束方向の隙間等の発生を防止するこ
とができる。

【００３３】図８では、Ｙ方向（紙面における上下方
向）に拘束される連結装置として、図５〜７のボス３０
とは異なる構成の連結装置３４ｙを４個用いており、全
体で１０個の連結装置３４が装備されている。すなわ
ち、図９に示すように駆動シリンダ（図示されていな
い）のピストンロッド２８先端部に、その先端がいわば
山状にされたピン３５が軸支されている。そして、カッ
ターリング２０の内径側には前記ピン３５の山状先端が
係合しうるほぼＶ字断面を呈した溝３６が形成されてい
る。それによって、ピン３５が溝３６に係合したとき
に、ピン３５は支軸３７を中心に揺動しうるとともに、
前記溝３６の底部を該溝３６の方向（図９における紙面
の表裏方向）に沿って摺動することができる。一方、ピ
ン３５の先端方向には溝３６の底部に当接していること
によって変位しえない。つまり、図８ではＹ方向（紙面
における上下方向）に拘束される。図８における他の連
結装置３４ｘ、３４ｚは図５〜７記載のものと同一構成
である。この構成でも図５〜７記載の連結装置２６と同
様の作用効果を奏しうる。しかし、図８の連結装置３４
では、その内の上記３４ｙはカッターディスク２１から
カッターリング２０への回転トルク伝達機能を奏しえな
いので、かかる機能は連結装置３４ｘのみが発揮する。

【００３４】なお、図８において、３８はカッターリン
グ２０に装備された前記コピーカッターであり、３９は
カッターディスク２１に装備された前記コピーカッター
である。上記構成の連結装置３４ｙを用いれば、容易に
コピーカッター３８、３９との干渉を避けうる。

【００３５】また、図８〜９に示すピン３５の軸支に代
えて該ピン３５をボールジョイント等の自在継ぎ手によ
って支持し、Ｖ字溝３６に代えていわばすり鉢状の凹所
を形成しておいても同様の作用効果を奏する。そうすれ
ばピンはシールドの半径方向には変位しえず、一方、そ
の他のあらゆる方向に揺動しえるからである。

【００３６】図１〜３に戻り、４０はカッターリング２
０を親シールド２に固定し且つ分離するための固定装置
であり、図１０に示すように円周上にほぼ等間隔に８個
設けられている。この固定装置４０はカッターリング２
０とカッターディスク２１とを分離して子シールドを親
シールドから発進させるときに、カッターリング２０の
不用意な回転や他の方向への変位によって子シールドの
発進が阻害されることを防止するために設けられてい
る。各固定装置４０は同一構成であり、図１１（ａ）に
示すように、親シールド２の前胴スキンプレート５ａの
先端近傍内側に取り付けられた駆動シリンダ４１と、該
駆動シリンダ４１の基端部に装着された係止部４２と、
カッターリング２０の背面における前記係止部４２と対
応する位置に固設された被係止部４３と、親シールド２
の前胴スキンプレート５ａの先端内側に固設され、前記
係止部４２とで被係止部４３を挟持するための係止片４
４とから構成されている。そして、駆動シリンダ４１を
作動すれば、そのピストンロッド４１ａが支持台４５を
押して駆動シリンダ４１の本体が前方（図１１における
左方向）へ移動することにより、係止部４２と係止片４
４とが被係止部４３を挟持するのである。なお、係止部
４２および被係止部４３の形状は図１１（ｂ）および図
１１（ｃ）にその二例が示されるごとく、一方が実質的
にコの字状を呈することによって、両者４２、４３の係
合時にカッターリング２０の回転防止を確実にしてい
る。カッターリング２０とカッターディスク２１とが分
離したときのカッターリング２０の不用意な回転等は、
土砂や地下水の流れによって引き起こされる。上記係止
部４２または被係止部４３のコの字の凹所にかかる土砂
が入り込むこともあるが、図１１（ｂ）および図１１
（ｃ）に示されるような形状であれば、少々土砂が入り
込んでも両者４２、４３の係合には問題がない（土砂を
挟んだまま係合しうる）。

【００３７】図１２は固定装置の他の実施例であり、カ
ッターリング２０の背面にその外周に沿って円状に形成
されたループ部材４６と、先端に係止部４７が形成され
た回転棒４８とから構成されている。係止部４７を有す
る回転棒４８は親シールド２の前端近傍の内周円上に等
間隔で複数個設けられている。なお、図１２（ｂ）は図
１２（ａ）におけるＨ−Ｈ線矢視図である。係止部４７
におけるループ部材４６との係止部分である後端は傾斜
させられている。それにより、係止部４７が回転棒４８
の回転によって前記ループ部材４６に係止されるとき、
回転棒４８の回転に伴って係止力が増大するように構成
されている。なお、回転棒４８の回転駆動装置は図示さ
れていないが、棒部材を回転しうる公知の手段（たとえ
ばモータと減速機等）を採用することができる。また、
上記ループ部材は円状に連続していてもよく、また係止
部４７に対応する各位置に不連続に設けてもよい。

【００３８】図１〜４に戻る。４９は親シールド２の前
胴５と子シールド３の前胴７とを連結し、且つその連結
を解くための前胴固定キーであり、５０はこの前胴固定
キー４９が係合しうるボスである（図２）。そして、５
１は親シールド２の後胴４と子シールド３の後胴６とを
連結し、且つその連結を解くための後胴固定キーであ
り、５２はこの後胴固定キー５１が係合しうるボスであ
る（図３）。これらのキー４９、５１およびボス５０、
５２は親シールド２と子シールド３とが一体の状態のと
き、両シールド２、３間の相対回転および軸方向の相対
移動を防止するものである。とくに、後胴固定キー５１
およびそれに対応するボス５２は、親シールド２と子シ
ールド３とが一体のまま中折れするときに、両シールド
２、３の後胴４、６同士の相対位置関係が変化せぬよう
に保持する機能を奏する。

【００３９】５３はリングガータであり、親シールド２
の後胴４のスキンプレート４ａの内周面に沿って角形断
面のドーナツ状に形成されている。リングガータ５３は
その内径側で子シールド３の後胴６を保持している（図
３）。

【００４０】５３ａは反力受けであり、子シールド３が
親シールド２から進出するときに子シールド３の伸長す
る推進ジャッキ１１が当接する。その反力で子シールド
３が前方へ移動するのである。この反力受け５３ａはリ
ングガータ５３の内径側に突出した円輪状に形成されて
いる（図３）。

【００４１】５４は鉄板製の子シールド受けであり、親
シールド２の前胴５のスキンプレート５ａの内周面に沿
っていわばドーナツ状に形成されている（図２）。そし
て、全周にわたって子シールド３の外周面とのあいだに
僅かな間隙Ｏ（本実施例では約２０ｍｍ）を隔てた状態
で子シールド３の前胴７を保持している（図２）。この
間隙Ｏは、親シールド２が土圧を受けて撓んだとして
も、子シールド３を圧迫することがないように確保され
ているものであり、かかる間隙Ｏを保持するためのクラ
ンプ（図示されていない）が子シールド３の前胴７外周
に向けて設けられている。さらに、この間隙Ｏをその前
後にわたってシールするためのポリウレタン等の可撓性
部材からなるエントランスパッキン５４ａが前記子シー
ルド受け５４の内周面に円周方向全周にわたって設けら
れている（図２）。また、前記カッターリング２０とカ
ッターディスク２１との全周にわたる間隙は、上記間隙
Ｏよりも大きくされている。これは、上記間隙Ｏによる
子シールドの僅かな傾きが生じたとしてもカッターリン
グとカッターディスクとの不用意な干渉を避けるためで
ある。

【００４２】叙上のごとく、子シールド３はその前胴７
を親シールド２の子シールド受け５４によって、その後
胴６を親シールド２のリングガータ５３によって、いわ
ば、両端の二部位を全周にわたってしっかりと保持され
ている。

【００４３】５６はカッター（カッターリング２０とカ
ッターディスク２１）を回転駆動するためのモータであ
り、減速機５７、ピニオン５８およびシールドと同軸状
のギアリング５９を介してカッターディスク２１を回転
せしめる。カッターリング２０がカッターディスク２１
と連結されているときにはカッターリング２０もカッタ
ーディスク２１と一体に回転する。

【００４４】つぎに、叙上のごとく構成された掘進機１
の作動を図１および図１３〜２０を参照しつつ説明す
る。

【００４５】図１は親シールド２と子シールド３とが一
体になっており、それによって大径トンネルを掘削する
ことができる。すなわち、連結装置２６によってカッタ
ーリング２０とカッターディスク２１とが連結されてお
り、前胴固定キー４９と後胴固定キー５１とによって親
シールド２と子シールド３とが連結されている。そし
て、一体の掘進機１が大径トンネルを掘削しつつエレク
タ２４でセグメントＳを円筒状に組み立てる。真円保持
装置２５は組み立て済の円筒状セグメントＳを内側から
突っ張ってセグメントＳの真円を保持している。６０は
親シールド２のテールプレートであり、テールプレート
６０と組み立て済セグメントＳとの隙間をシールしてト
ンネル内へ土砂や水が流入するのを防止するためのテー
ルグラウトシール６１が備えられている。

【００４６】つぎに、小径トンネル掘削のために子シー
ルドを親シールドから進出させる準備作業に移る。

【００４７】図１３に示すように、まず連結装置２６の
ピン２９をボス３０から抜いてカッターリング２０とカ
ッターディスク２１との連結を解く。そして、固定装置
４０によってカッターリング２０を親シールド２に固定
する。つぎに第一送排泥管１４、１５を、フランジ２
２、２３の部分から分離して、ちょうど子シールド３の
前胴スキンプレート７ａを貫通する部分より内側を取り
除く。もちろんフランジ部は閉止板によって閉止してお
く。さらに、エレクタ２４を小径トンネル用に縮小し、
真円保持装置２５を小径トンネル用に縮小する準備をす
る。また、前胴固定キー４９および後胴固定キー５１
を、それぞれに対応するボス５０、５２から抜出する。
叙上のごとく子シールドの発進準備が完了したあと、
図１４に示すように子シールド３の推進ジャッキ１１を
作動させ、親シールド２の反力受け５３ａを押してその
反力で子シールド３を前進させつつ掘削する。なお、図
示しないが、親シールド２の内径側に、子シールド３が
軸方向に移動するための二条のレールが設置されてい
る。このとき、カッターリング２０とカッターディスク
２１との連結は解かれているので、当然モータ５６の駆
動力はカッターディスク２１のみに伝わり、カッターリ
ング２０は停止している。このあと、親シールド２は土
中に放置される。

【００４８】図１５に示すように、子シールド３が所定
距離だけ前進したあと、推進ジャッキ１１と反力受け５
３ａとのあいだには小径トンネル用のセグメントＳが仮
組みされる。これは、子シールド３にテールプレート
（図１７における符号６３）を組付けるためのスペース
を確保するためである。

【００４９】すなわち、図１６に示すように、再度推進
ジャッキ１１を作動させ、仮組みセグメントＳを押して
子シールド３をさらに前進させ、所定のスペースを確保
する。このとき、後胴固定キー５１の角度位置に対応し
て、他のボス５５が、親シールド２における前胴固定キ
ー用のボス５０と同一円周上に形成されているため、後
胴固定キー５１をこのボス５５に係合させる。それによ
り、後工程におけるテールプレート６３の後胴６への組
付け時に、地下水圧等の外圧力に抗して、子シールド３
を固定し安定させることができる。

【００５０】しかるのちに、図１７に示すように推進ジ
ャッキ１１のピストンロッドを収縮させるとともに、仮
組みセグメントを除去して前記テールプレート６３を後
胴６の後端に組付ける。テールプレート６３には、テー
ルプレート６３と組み立て済セグメントＳとの隙間をシ
ールしてトンネル内へ土砂や水が流入するのを防止する
ためのテールグラウトシール６４が備えられている。

【００５１】ついで、図１８に示すように真円保持装置
２５に小径トンネル用のフレーム６５を組付ける。

【００５２】つぎに、図１９に示すように前記後胴固定
キー５１をボス５５から抜取して子シールド３を親シー
ルド２に対して自由にする。

【００５３】そののちは、図２０に示すように従来と同
様に子シールドによって小径トンネルを掘削し、セグメ
ントＳを組み立てて行くのである。

【００５４】叙上のごとく、本掘進機１によれば効率的
に大径トンネルから小径トンネルへの掘削変更が行われ
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、親シールドと子シール
ドとの分離、とくにカッターリングとカッターディスク
との分離が容易であり、連結装置の作動不良や損傷を効
果的に防止することができ、しかもカッターリングとカ
ッターディスクとが分離したあとはカッターリングの不
用意な回転や変位を防止しうるため、子シールドの発進
がスムーズになされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機の一実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図３】図１のＢ部の拡大断面図である。

【図４】図４（ａ）は図３におけるＣ−Ｃ線断面図であ
り、図４（ｂ）は図３におけるＤ−Ｄ線断面図である。

【図５】図１の掘進機における内外カッターの連結装置
の配置の一例を示す正面図である。

【図６】図５における連結装置の一実施例を示す断面図
である。

【図７】図７（ａ）は図６の連結装置の要部を示す斜視
図、図７（ｂ）は図６の連結装置におけるボスを示す平
面断面図、図７（ｃ）は図６の連結装置におけるボスを
示す正面断面図である。

【図８】図１の掘進機における内外カッターの連結装置
の配置の他の例を示す正面図である。

【図９】図８における連結装置の他の実施例を示す平面
断面図である。

【図１０】図１の掘進機におけるカッターリングの固定
装置の配置の一例を示す正面図である。

【図１１】図１１（ａ）は図１０における固定装置の一
実施例を示す側面図、図１１（ｂ ）および図１１（ｃ）
はそれぞれ図１１（ａ）におけるＧ−Ｇ線矢視図であ
る。

【図１２】図１２（ａ）は図１０における固定装置の他
の実施例を示す側面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に
おけるＨ−Ｈ線矢視図である。

【図１３】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１４】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１５】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１６】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１７】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１８】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１９】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図２０】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂東 幸次 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内 (72)発明者 池田 毅 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番 ３号 川崎重工業株式会社 神戸本社内

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外シールド本体と該外シールド本体内に
   同軸状且つ入れ子式に収容された内シールド本体とから
   なる二段式シールド掘進機であって、前記外シールド本
   体と内シールド本体とのあいだに装備された両シールド
   本体同士を固定しうる固定装置と、外シールド本体前端
   のカッターリングと内シールド本体前端のカッターディ
   スクとのあいだの円周上に装備された両カッター同士を
   連結しうる連結装置とを有しており、該連結装置が、カ
   ッターリングに設けられた複数個の凹所と、カッターデ
   ィスクに装着された駆動手段によって前記凹所に係合し
   うるように挿入される複数個のキーとから構成されてお
   り、さらに前記連結装置が、係合状態において、シール
   ド本体の軸方向にのみ拘束される第一連結装置と、一直
   径方向にのみ拘束される第二連結装置と、前記一直径に
   直交する直径方向にのみ拘束される第三連結装置とから
   構成されてなる二段式シールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記外シールド本体の前端近傍の内側
   に、前記カッターリングを把持して固定するためのカッ
   ターリング固定手段が設けられてなる請求項１記載の二
   段式シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記カッターリング固定手段が、外シー
   ルド本体の前端近傍内側の全周にわたってほぼ等間隔に
   配設された複数個の駆動手段と、該駆動手段それぞれに
   装着された係合片と、カッターリングの背面における前
   記各係合片に対応する位置に設けられた、前記係合片と
   係合しうる被係合部とからなる請求項２記載の二段式シ
   ールド掘進機。
4. 【請求項４】 前記係合片および被係合部の内いずれか
   一方が実質的にコの字状を呈し、他方が前記一方のコの
   字の凹部に係合しうる形状を呈してなる請求項３記載の
   二段式シールド掘進機。
5. 【請求項５】 前記第一および第二の連結装置が、それ
   ぞれシールド本体の半径方向に突出しうるキーと該キー
   が嵌合しうるボスとからなり、該キーがそれぞれ先端側
   が縮径する円錐状側周面を有しており、前記ボスがそれ
   ぞれ前記対応するキーが密に嵌合しうるように奥側が縮
   径する円錐状内周面を有しており、第一連結装置のボス
   がそのシールド本体の周方向および半径方向外向きそれ
   ぞれに変位しうるように弾性部材によって支持され且つ
   シールド本体の軸方向には拘束されるように剛体によっ
   て支持され、第一連結装置は、カッターリングとカッタ
   ーディスクとのあいだの円周上の三箇所以上に装備され
   ており、第二連結装置のボスがそのシールド本体の軸方
   向および半径方向外向きそれぞれに変位しうるように弾
   性部材によって支持され且つシールド本体の周方向には
   拘束されるように剛体によって支持され、第二連結装置
   は、カッターリングとカッターディスクとのあいだの円
   周上における一直径と交わる二点に配置されることによ
   り該直径と直交する方向に拘束しうることを特徴とする
   請求項１記載の二段式シールド掘進機。
6. 【請求項６】 前記第三連結装置が前記第二連結装置の
   キーの突出方向と直交する半径方向に突出しうるキーと
   該キーが嵌合しうるボスとからなり、該ボスが、そのシ
   ールド本体の軸方向および半径方向外向きそれぞれに変
   位しうるように弾性部材によって支持され且つシールド
   本体の周方向には拘束されるように剛体によって支持さ
   れ、第三連結装置は、カッターリングとカッターディス
   クとのあいだの円周上おける一直径と交わる二点に配置
   されることにより該直径と直交する方向に拘束しうるこ
   とを特徴とする請求項５記載の二段式シールド掘進機。
7. 【請求項７】 前記第三連結装置が前記第二連結装置の
   キーの突出方向と平行な方向に突出しうるキーと該キー
   が係合しうる溝とからなり、該キーが、軸支されること
   によりその先端がそのシールド本体の周方向に変位可能
   とされ且つ該キーの突出方向には拘束されるように構成
   され、前記溝が、係合した前記キーがシールド本体の軸
   方向に摺動しうる方向に形成されてなる請求項５記載の
   二段式シールド掘進機。
8. 【請求項８】 前記第三連結装置が前記第二連結装置の
   キーの突出方向と平行な方向に突出しうるキーと該キー
   が係合しうるボスとからなり、該キーが自在継ぎ手によ
   って全方向に揺動自在に且つ該キーの突出方向には拘束
   されるように支持されてなる請求項５記載の二段式シー
   ルド掘進機。
9. 【請求項９】 前記外シールド本体および内シールド本
   体がともに、たがいに屈曲しうる前胴と後胴とからな
   り、前記固定装置が、両シールド本体の前胴同士のあい
   だおよび後胴同士のあいだそれぞれに装備されてなる請
   求項１記載の二段式シールド掘進機。