JP2830247B2

JP2830247B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP2830247B2
Application number: JP1334899A
Authority: JP
Inventors: 広幸伊藤; 俊夫鈴木; 幸男藤本
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2013-12-02
Also published as: JPH03197790A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はシールド掘進機に係り、特に急曲率のトンネ
ル施行を成し得るシールド掘進機に関するものである。

［従来の技術］近年、交通量の多い都市部においては立抗が設けられ
ないために狭い道路下での急カーブ施行の需要が増大す
る傾向がある。

一般に、カーブトンネルを施行する掘進機として第７
図に示す如き中折れ式のシールド掘進機が知られてい
る。

図示例は泥水式の掘進機に示したものであり、この掘
進機１は円筒状のシールドフレーム２を有する。シール
ドフレーム２は掘進方向前後に分割されその分割部を互
いに重ね合させて連結した後胴部３と前胴部４とから主
に構成されている。

後胴部３内には推進力を発生するシールドジャッキ５
が周方向に配設され、このシールドジャッキ５は推進反
力となるセグメント６に係合して掘進機１を掘進方向に
押し出すようになっている。また、前胴部４の掘進方向
前部には掘削部を構成するカッタ７が回転自在に設けら
れ、このカッタ７の外周部には余掘りするためのコピー
カッタ7aが出没自在に設けられている。カッタ７の後方
にはカッタ駆動装置８および送泥管9,排泥管10が接続さ
れている。

また、後胴部３に一端部が連結され他端部が前胴部４
に連結された中折れジャッキ11が設けられ、この中折れ
ジャッキ11はシールドジャッキ５と交互に周方向に配設
されてい。したがって、シールドフレーム２にはこれを
折り曲げる中折れ部12が形成され、この中折れ部12にお
いて中折れジャッキ11が伸縮することにより、シールド
フレーム２は中折れ部12から任意な角度に折り曲げられ
ることになる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、従来の掘進機１にあっては前胴部４の軸線
Ａが直線に形成されており、且つ一節の中折れ（単一の
中折れ部12）によりシールドフレーム２が形成されてい
る。そのため、急曲線のトンネル施工にあってはその急
曲線に沿ってシールドフレーム２を折り曲げるには中折
れ角度が大きくなり、中折れ角度に限界があった。した
がって、トンネル施工が比較的緩曲線のシールドに制限
されると共に、中折れ角度が大きいために余堀量が多く
なる問題があった。

また、中折れ角度が大きくなるとテールクリアランス
を大きくとる必要があり、地山とトンネルとのテールボ
イドが大きくなり、地盤沈下の原因となる問題があっ
た。

なお、急曲線に対応するために、シールドフレームを
掘進方向に３分割し、その各分割部を中折れジャッキに
より連結して２節のシールドフレーム２を形成すること
は有効であるが、この場合には機長が長くなる欠点があ
る。また、前胴部４と後胴部３とを蛇腹により接続する
ことも考えられるが、土圧に対抗するためには複雑な機
構を要する欠点がある。

本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案されたも
のである。

本発明は急曲線のシールドを可能にするシールド掘進
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］本発明はシールドフレームを、地山を掘削するための
カッタを有する前胴部と、セグメントに反力を取って掘
進させるシールドジャッキを有する後胴部とに分割し、
これら前胴部と後胴部とを互いにジャッキで屈曲自在に
連結したシールド掘進機において、上記前胴部を、トン
ネル曲率に相応させて屈曲して形成し、その前胴部に、
当該前胴部の先端の軸方向に進退自在にカッタを設ける
と共に、そのカッタを進退させるスライドジャッキを設
けたものである。

［作用］このように、前胴部が予め一方向の曲率に相応して屈
曲しているため、その屈曲角度分だけ前胴部と後胴部と
の連結部の中折れ角度を小さくできる。そのため、中折
れ角度が小さく且つシールドフレーム全体の折曲げ角度
を大きく形成することができる。したがって、急曲線の
カーブに対応できるし、地山とトンネルとのテールボイ
ドも小さくできる。さらに、機体（シールドフレーム）
を固定しておいてその掘進に先行して、カッタをスライ
ドジャッキによって、前胴部の先端の軸方向に沿って進
行させ、地山を掘削することにより、カッタの掘削方向
を、カーブするトンネルの軸線に近似的に沿わせること
ができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

第１図はたとえば軟岩層などの硬質地盤を掘削するた
めのシールド掘進機を示したものである。

図示するように、この掘進機21は円筒状のシールドフ
レーム22を有し、このシールドフレーム22はその掘進方
向前後に互いに分割されて重ね合されて連結される後胴
部23と前胴部24とから主に構成されている。

後胴部23内には推進力を発生する複数のシールドジャ
ッキ25が周方向に配設され、シールドジャッキ25は一端
部が後胴部23のガーダ部26に連結されると共に他端部が
掘進方向後方に形成されるセグメント27に係脱自在に係
合するようになっている。

また、これら後胴部23と前胴部24とは中折れジャッキ
28より連結され、この中折れジャッキ28は一端部が後胴
部23のガーダ部26に連結され他端部が前胴部24のガーダ
部29に連結されるようになっている。すなわち、シール
ドフレーム22を折り曲げる中折れ部30が形成されること
になる。中折れジャッキ28はシールドジャッキ25と略同
じ推進力を有する。

他方、掘進方向前方に位置される前胴部24の先端部に
は切羽地山を掘削するための掘削部を構成するカッタ31
が同芯上に回転自在に保持され、カッタ31の前面部には
第２図に示すように、ティースビット32およびローラカ
ッタ33aが設けられると共にオーバカッタ33bが出没自在
に設けられている。カット31の後方部には第１図に示す
ように、カッタ室34を区画するバルクヘッド35が設けら
れ、このバルクヘッド35にはカッタ室34内に給排水する
ための送排泥管（図示せず）が接続されるようになって
いる。

また、カッタ31は前胴部24に同芯上に一方向に回転駆
動され且つ掘進方向に進退移動自在に支持されるように
なっている。

具体的にはカッタ31の後方にはバルクヘッド35に挿通
されたセンターシャフト41が一体的に延出され、そのセ
ンターシャフト41の後端部にはスプライン軸42が形成さ
れている。このスプライン軸42にはカッタギア43が噛合
されると共に、そのカッタギア43にはカッタモータ44の
ピニオン45が噛合されるようになっている。また、セン
ターシャフト41の中間部にはスリーブ46が係合され、こ
のスリーブ46はバルクヘッド35に形成されたジャーナル
部47に掘進方向にスライド自在に係合するようになって
いる。スリーブ46の後端部には固定アーム48が延出さ
れ、この固定アーム48にはバルクヘッド35に固定支持さ
れ、前胴部24の先端の軸方向にカッタ31を進退させるス
ライドジャッキ49が連結されている。

したがって、センターシャフト41を含むカッタ31はバ
ルクヘッド35およびスリーブ46を固定側としてカッタモ
ータ44により回転駆動され、且つカッタギア43およびジ
ャーナル部47を固定側としてスライドジャッキ49により
スリーブ46と一体的にスライドすべく進退移動すること
になる。

特に、一方向の曲率でトンネルを形成すべく前胴部24
はその曲率に相応させて予め屈曲されて形成される。本
実施例においては中間部が直線状のストレート部24aを
有する前胴部24が形成され、その先端部には比較的短い
長さで、トンネルの曲率に相応させて所定角度α（５
度）に小さく屈曲した前部屈曲部24bが形成されると共
に、後端部には所定角度β（15度）に大きく屈曲した後
部屈曲部24cが形成されている。後部屈曲部24cには中折
れシール51が設けられると共に、後胴部23の先端部が挿
入されて係合されるようになっている。すなわち、後胴
部23の先端部には前胴部24の後端屈曲部24c内に内接し
て中折れを許容すべく順次縮径された球面摺動部23aが
形成される。

したがって、所定角度に屈曲された前胴部24の先端部
にカッタ31が保持されるので、カッタ41は内側に同角度
に回転軸心が傾斜されて保持されることになる。

なお、前胴部24内にはシールドフレーム22のローリン
グを防止するためのグリッパ52がバルクヘッド35に支持
されている。このグリッパ52は地山内に挿抜自在に挿入
されるようになっている。また、後胴部23内にはセグメ
ント27を組み立てるためのエレクタ53が設けられてい
る。

次に上記実施例の作用を説明する。

第１図に示すように、先ず曲進方向に沿って中折れジ
ャッキ28を伸縮させて中折れ部30を所定角度に屈曲させ
ることになる。この場合、前胴部24の後端屈曲部24cが
予め所定角度βに屈曲されているので、その屈曲角度β
分だけ中折れ部30の中折れ角度を小さくできることにな
る。そのため、テールボイドも小さくできることにな
る。

図示例においては、前胴部24の後部屈曲部24cの軸線
Ｂに対して後胴部23の軸線ｃが最大±10゜に折れ曲がる
中折れ角度γに設定されている。したがって、この中折
れ角度γの範囲でシールドフレーム22が折り曲げられる
ことになる。

このようにシールドフレーム22が所定の中折れ角度γ
に定められた後、中折れジャッキ28を油圧ロックし、中
折れ部30の中折れ角度を固定する。中折れ角度を固定し
た後、グリッパ52を押し出して地山内に挿入し、シール
ドフレーム22を固定し、ローリングを防止する。

次いで、カッタモータ44の回転力をカッタギア43から
カッタ31に伝達しこれを一方向に回転駆動されると共
に、カッタ31をスライドジャッキ49により、前方の切羽
側にスライドさせて地山を掘削する。すなわち、カッタ
ギア43およびジャーナル部47を固定側としてスライドジ
ャッキ49を短縮することにより、スリーブ46と一体的に
カッタ31が、カーブするトンネルの軸線に近似的に沿っ
て移動する。

この際に前胴部24の先端部が所定角度αに内側に折り
曲げられているので、その内側に屈曲した軸線に沿って
カッタ31も内側に回転しつつスライドすることになる。
そのため、カッタ31がストレート部24aの軸線に沿って
スライドするのに比べて余量を低減できることになる。

カッタ31のスライド移動量分を掘削した後、カッタ31
を後退させて引き戻し、グリッパ52を地山から引き抜い
てロックを解除する。したがって、カッタ31の前方には
空間部が形成されることになるが、泥水圧で切羽地山を
保持する。

次いで、掘進機21を推進移動させる。そのために、シ
ールドジャッキ25を伸長させる。シールドジャッキ25の
伸長移動により、掘進機21がセグメント27を反力として
推進することになる。掘進機21はシールドジャッキ25と
略同じ推進力を有する中折れジャッキ28が油圧ロックさ
れているために、中折れ角度を保持しつつ推進すること
になる。この場合、前胴部24の先端部が折り曲げられて
いるので、前胴部24は、その先端面ではなく外周面で、
掘削された地山の内周面のカーブ外側を押さえることと
なり、図７のものよりも、そと推進抵抗が少ない。ま
た、後胴部23から押すことにより発生する前胴部24側の
地山のソリ効果を掘進機21の回転モーメントに利用でき
る。

推進移動した後はエレクタ53によりセグメント27を組
み立てることになる。

したがって、掘進機21の推進移動に先行してカッタ31
を回転させながら前方へスライドさせて地山を掘進する
ことにより、カッタ31の掘進方向が、カーブするトンネ
ルの軸線に近似的に沿うこととなり、曲線に沿った掘進
が可能となる。

また、曲線の曲率が変化した場合には中折れ角度を調
整することになる。

第３図は曲率半径の小さいとき（7mR）の曲進姿勢を
示し、第４図は曲率半径の大きいとき（25mR）の曲進姿
勢を示したものである。

第３図に示すように、比較的急曲線の場合には中折れ
角度γ（10゜）が最大角度に折り曲げられることにな
る。この場合、前胴部24の後端部24Cの屈曲角度分だけ
テールボイドが小さくなる。また、第４図に示す如き緩
曲線の場合には中折れ角度γ（７度）が小さくなる。し
たがって、急曲線から緩曲線に亘って広範囲な曲率の施
工に対応できると共に一方向に屈曲したトンネルを連続
的に施工できる。そのため、螺旋状ないしループ状のト
ンネル施工が可能である。

なお、第５図に示すように、前胴部24の先端部をその
先端屈曲部24bを反対側に折り返してストレートな軸線
に形成すると共に、中折れ部30を前胴部24の後端部屈曲
部24cの屈曲方向と反対方向に同角度（β＝γ）に屈曲
させることにより、シールドフレーム22の軸線は近似的
に直線になる。そこで、この場合には直線掘削も可能で
ある。

このように本発明は前胴部24と後胴部23とを屈曲自在
に連結すると共に、一方向の曲率に相応させて屈曲した
前胴部24を形成することにより、シールドフレーム22の
中折れ角度を小さくすることができるので、余掘量を低
減できる。また、中折れ角度を変えるだけで大小種々の
カーブ半径に対応できるため、トンネルの施工範囲を拡
大できる。

また、テールクリアランスを小さくできるため、トン
ネルと地山とのテールボイドも小さくなる。したがっ
て、トンネル完成後の地盤沈下量を低減できると共にテ
ールボイドに注入される裏込材の注入量を低減できる。

なお、上記実施例においては硬質地盤を掘削するため
の掘削機について説明したが、これに限られるものでは
ない。したがって、従来例の如き軟質土層を掘削する掘
進機にも応用できる。そのため、汎用性に富む。

また、前胴部24は６図に示すように成形してもよい。
すなわち、前胴部24の軸線がカーブトンネルの軸線に一
致すべく緩やかな曲線になるように形成してもよい。

［発明の効果］以上要するに本発明によれば、次の如き優れた効果を
発揮する。

（１）シールドジャッキによる掘進に先行して、スライ
ドジャッキによってカッタを進退させて切羽を掘削する
ことにより、カッタの掘削方向をカーブ状の掘削予定線
に略一致させることができる。よって、カーブ状のトン
ネルの施工精度を向上させることができる。

（２）前胴部と後胴部と屈曲自在に連結すると共に、一
方向の曲率に相応させて前胴を屈曲させることにより、
シールドフレームの中折れ角度が小さくなり、余掘量を
低減できると共に、中折れ角度を変えるだけで大小種々
のカーブ半径に対応できるため、トンネルの施工範囲を
拡大できる。

（３）テールクリアランスを小さくできるため、トンネ
ルと地山とのテールボイドが小さくなり、トンネル完成
後の地盤沈下量を低減できると共にテールボイドに注入
される裏込材の注入量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る掘進機を示す断面図、第２図は第
１図のII−II線矢視図、第３図および第４図は曲進姿勢
の掘進機を示す概略図、第５図および第６図は他の実施
例を示す概略図、第７図は従来例を示す断面図である。図中、23は後胴部、24は前胴部、28はジャッキである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−176592（ＪＰ，Ａ) 実開平２−136193（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 E21D 9/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シールドフレームを、地山を掘削するため
のカッタを有する前胴部と、セグメントに反力を取って
掘進させるシールドジャッキを有する後胴部とに分割
し、これら前胴部と後胴部とを互いにジャッキで屈曲自
在に連結したシールド掘進機において、上記前胴部を、
トンネル曲率に相応させて屈曲して形成し、その前胴部
に、当該前胴部の先端の軸方向に進退自在にカッタを設
けると共に、そのカッタを進退させるスライドジャッキ
を設けたことを特徴とするシールド掘進機。