JP2862444B2 - シールド掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリングシールド工法など
において用いられるシールド掘削機に関し、地中連壁施
工機械やトレンチャーなどにも適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】リングシールド工法とは、大断面トンネ
ルを形成する場合、任意形状のトンネルの外殻部のみを
リング状に先行掘削し、この部分にセグメントにより覆
工体を構築し、その後、形成されたトンネル殻の内部の
土砂掘削を汎用の土木機械（ショベル、ブルドーザ、ダ
ンプ等）で行ってトンネルを完成する工法である。この
ようなリングシールド工法は、本発明者およびその共同
研究者により既に出願されている（特願平４−７５７９
２号参照）。図５に本発明者およびその共同研究者によ
り既に出願されたリングシールド掘削機の筒体部及びリ
ング部の斜視、図６に掘削機器を装着したリングシール
ド掘削機の斜視を示す。

【０００３】図５に示すように、このリングシールド掘
削機は、４本の円筒形の筒体部１１，１２，１３，１４
と、外側鋼殻２１及び内側鋼殻２２からなるリング部２
５，２６，２７，２８とが連接されてハウジングが構成
されている。そして、図６に示すように、各筒体部１
１，１２，１３，１４内にはカッター３１およびシール
ドを押進するためのジャッキ３２が装着される一方、リ
ング部２５，２６，２７，２８内にはカッター３３とこ
の後方にジャッキ３４が装着されている。なお、前述し
たカッター３１，３３は通常の面板回転様式のカッター
である。

【０００４】而して、図示しない駆動源によって各カッ
ター３１，３３を回転駆動すると共にジャッキ３２，３
４によってシールドが掘進することで、トンネルの形成
に先行してリング状に先行掘削することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】このシールド掘削機
にあっては、筒体部に面板回転掘削機（カッター４１）
が装備されており、また外側鋼殻２１と内側鋼殻２２間
にも複数台の面板回転掘削機（カッター４３）が内装さ
れている。この場合、掘削ずりの処理および複数台の駆
動装置が必要となりメンテナンス等が複雑になるなどの
問題が生じる。

【０００６】また、回転シャフトに羽根を装備し、この
羽根により掘削を行う掘削機も知られている。この掘削
機にあっては、螺旋状掘削羽根と回転するシャフトが固
定されており、この回転するシャフトに回転力を与える
ため、シャフトは直線状であり、掘削方向はシャフトと
同軸の円柱に限られていた。

【０００７】本発明の根底をなす課題は、本発明者等が
出願している前記シールド掘削機を基礎として、このよ
うなシールド掘削機によるリング部の掘削において掘削
効率および履工効率の増大を可能にする、より能率的な
シールド掘削機を提供することを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】上述の目的を達成する
ための本発明のシールド掘削機は、掘進方向に沿って円
筒形の筒体部を複数設けてこの筒体部同士を外側鋼殻及
び内側鋼殻によりなるリング部を連接することで閉断面
形状とし、前記各筒体部内に掘進方向と平行な回転軸を
有するカッタを装着する一方、前記リング部内に掘進方
向と交差する回転軸を有するスクリューカッタを装着
し、該スクリューカッタの一端部が前記筒体部に挿通し
て回転自在に支持される一方、該スクリューカッタの他
端部が前記リング部の中途部で軸受により回転自在に支
持されたことを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明のシールド掘削機は、掘進方
向に沿って円筒形の筒体部を複数設けてこの筒体部同士
を外側鋼殻及び内側鋼殻によりなるリング部を連接する
ことで閉断面形状とし、前記各筒体部内に掘進方向と平
行な回転軸を有するカッタを装着する一方、前記リング
部内に掘進方向と交差する回転軸を有する複数のスクリ
ューカッタを装着し、該複数のスクリューカッタは翼径
が回転軸方向に沿って凸状に変化するスクリューカッタ
と翼径が回転軸方向に沿って凹状に変化するスクリュー
カッタとが組み合わされてなることを特徴とするもので
ある。

【００１０】

【作用】リング部内のスクリューカッタの一端部が筒体
部で回転自在に支持される一方、他端部がリング部の中
途部で軸受により回転自在に支持されたことで、スクリ
ューカッタの支持が強固となって土砂を確実に掘削でき
る。

【００１１】また、リング部内の複数のスクリューカッ
タを翼径が回転軸方向に沿って凸状に変化するスクリュ
ーカッタと翼径が回転軸方向に沿って凹状に変化するス
クリューカッタとを組み合わせて構成したことで、任意
の曲率の環状掘削作用が発揮され、且つ、掘削土砂の粉
砕及び効率的な搬送が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１３】図１には本発明の一実施例に係るシールド
掘削機の要部断面、図２に図１のII−II断面、図３に図
１のIII−III断面、図４にはシールド掘削機の正面視を
示す。なお、従来と同様の機能を有する部材には同一の
符号を付して重複する説明は省略する。

【００１４】本実施例におけるシールド掘削機にあって
は、複数の筒体部内にそれぞれカッターが内装されてい
る点では従来と同様な構造をなしているが、これに加え
てこの図面から明瞭であるように、外側鋼殻と内側鋼殻
とで形成されるリング部内にはそれぞれロータリスクリ
ューカッタが内装されている。

【００１５】図４に示すように、本実施例のリングシー
ルド掘削機は、作業孔掘削部となる４本の円筒形の筒体
部１１，１２，１３，１４と、外側鋼殻２１及び内側鋼
殻２２からなるリング部２５，２６，２７，２８とが連
接されてハウジングが構成され、各筒体部１１，１２，
１３，１４内にはカッター３１が装着される一方、リン
グ部２５，２６，２７，２８内には一対のロータリスク
リューカッター４１，５１が装着されている。そして、
このロータリスクリューカッタ４１，５１はそれぞれ回
転軸方向に沿って翼径が凹凸状に変化している。

【００１６】即ち、図１に示すように、ロータリスクリ
ューカッタ４１はガイドシャフト４２の外周部に螺旋状
のスクリュー４３が取付けられ、このスクリュー４３の
外周部にカッタビット４４が取付けられて構成され、こ
のスクリュー４３はガイドシャフト４２の軸端部側に対
して軸中央部の翼径が大きく設定されている。一方、ロ
ータリスクリューカッタ５１はガイドシャフト５２の外
周部に螺旋状のスクリュー５３が取付けられ、このスク
リュー５３の外周部にカッタビット５４が取付けられて
構成され、このスクリュー５３はガイドシャフト５２の
軸端部側に対して軸中央部の翼径が小さく設定されてい
る。

【００１７】このロータリスクリューカッタ４１，５１
はリング部２５内にガイドシャフト４２，５２が掘進方
向と直交する方向に沿って互いに平行をなして配置さ
れ、互いのスクリュー４３，５３が干渉しないように組
み合わされることで、スクリュー４３の外周端の軸方向
の曲率が外側鋼殻２１と一致する一方、スクリュー５３
の外周端の軸方向の曲率が内側鋼殻２２と一致してい
る。

【００１８】各ガイドシャフト４２，５２の一端部は筒
体部１１内に挿通し、ケース６１に取付けられた軸受６
２，６３に回転自在に支持されると共に互いに噛み合う
ドライブギア６４，６５が固結される一方、その他端部
はリング部２５の中間部においてケース６６に取付けら
れた軸受６７，６８により回転自在に支持されている。
そして、筒体部１１内においてケース６１には駆動モー
タ６９が取付けられ、この駆動モータ６９の図示しない
ドライブピニオンがドライブギア６４と噛み合ってい
る。

【００１９】従って、駆動モータ６９を駆動すること
で、ドライブピニオン及びドライブギア６４、６５を介
して各ガイドシャフト４２，５２を回転し、各スクリュ
ー４３，５３が駆動して土砂を掘削することができるよ
うになっている。

【００２０】なお、上述の説明において、ロータリスク
リューカッタ４１，５１を筒体部１１及びリング部２５
に装着した場合について説明したが、他の筒体部１２，
１３，１４並びにリング部２６，２７，２８にも同様の
ものが装着されているものであり、同一の符号を付して
説明は省略する。

【００２１】また、本実施例では図２及び図３に示すよ
うに、シールド掘削機の掘進方向（同図左右方向）にお
いて、翼径が凸状に変化するロータリスクリューカッタ
４１に対して翼径が凹状に変化するロータリスクリュー
カッタ５１を前方側（同図左側）に配置し、掘進時に先
行させるようにしてある。しかし、ロータリスクリュー
カッタ４１，５１の配置関係、あるいは回転数の差速等
はこれに限定されるものではなく、地盤の自立性や粒度
特性、掘進条件などの施工条件に応じて最適なものを設
定すればよいものである。

【００２２】而して、本実施例のシールド掘進機によっ
て楕円形状のトンネルの外殻部のみをリング状に先行掘
削する場合、筒体部１１，１２，１３，１４内の各カッ
ター３１を回転駆動すると共にリング部２５，２６，２
７，２８内の各ロータリスクリューカッタ４１，５１を
回転駆動させることで掘削作業を行う。このとき、ロー
タリスクリューカッタ４１，５１は互いに逆回転させれ
ば、掘削反力が相殺されて運転姿勢が安定する。

【００２３】そして、発生する掘削土砂はロータリスク
リューカッタ４１，５１により挟まれることで粗大な士
塊がクラッシングされる。また、この掘削土砂はこのロ
ータリスクリューカッタ４１，５１の回転によって各リ
ング部２５，２６，２７，２８内を移動し、各筒体部１
１，１２，１３，１４内に搬送され、図示しない配送管
を通って外部に排出される。

【００２４】また、シールド掘削機は掘削の進行と共に
その内部に設けられている図示しないシールドジャッキ
がすでに前作業工程において建て込まれた後方領域のセ
グメントに反力をとることにより前進する。そして、シ
ールド掘進機の前進により空いたシールドテール部に順
次セグメントが建て込まれる。

【００２５】なお、各リング部２５，２６，２７，２８
内において、ロータリスクリューカッタ４１，５１を支
持する軸受６７，６８のケース６６が位置する部分（ケ
ース６６）は被掘削部となるが、円形のカッタを装着し
たり、この部分をコーン状とすることで対処することが
できる。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のシールド掘削機によれば、円筒形の筒体部
を複数設けてこの筒体部同士をリング部で連接して各筒
体部内に掘進方向と平行な回転軸を有するカッタを装着
する一方、リング部内に掘進方向と交差する回転軸を有
するスクリューカッタを装着し、そのスクリューカッタ
の一端部を筒体部で回転自在に支持して他端部をリング
部の中途部で軸受により回転自在に支持したので、スク
リューカッタの支持が強固となって確実に効率よく掘削
作業を行うことができる。

【００２７】また、本発明のシールド掘削機によれば、
円筒形の筒体部を複数設けてこの筒体部同士をリング部
で連接して各筒体部内に掘進方向と平行な回転軸を有す
るカッタを装着する一方、前記リング部内に掘進方向と
交差する回転軸を有する複数のスクリューカッタを装着
し、その複数のスクリューカッタを翼径が回転軸方向に
沿って凸状に変化するスクリューカッタと翼径が回転軸
方向に沿って凹状に変化するスクリューカッタとを組み
合わせたので、任意の曲率の環状掘削を可能とすること
ができると共に、スクリューカッタの挟み込みにより掘
削土砂の粉砕ができ、且つ、スクリューカッタの回転に
より掘削土砂の効率的な搬送を可能とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るシールド掘削機の要部
断面図である。

【図２】図１のII−II断面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】シールド掘削機の正面図である。

【図５】本発明者およびその共同研究者により既に出願
されたリングシールド掘削機の筒体部及びリング部の斜
視図である。

【図６】掘削機器を装着したリングシールド掘削機の斜
視図である。

【符号の説明】

１１，１２，１３，１４ 筒体部 ２１ 外側鋼殻 ２２ 内側鋼殻 ２５，２６，２７，２８ リング部 ３１ カッタ ４１，５１ ロータリスクリューカッタ ４２，５２ ガイドシャフト ４３，５３ スクリュー ４４，５４ カッタビット ６２，６３，６７，６８ 軸受 ６９ 駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000231198 日本国土開発株式会社 東京都港区赤坂４丁目９番９号 (73)特許権者 000236610 不動建設株式会社 大阪府大阪市中央区平野町四丁目２番16 号 (73)特許権者 000006208 三菱重工業株式会社 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 (72)発明者 小磯 智恒 東京都文京区後楽二丁目２番８号 五洋 建設株式会社内 (72)発明者 桑原 秀樹 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建 設株式会社内 (72)発明者 鶴岡 胤英 大阪府豊中市服部豊町一丁目13番地４号 (72)発明者 佐藤 康夫 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急 建設株式会社内 (72)発明者 二宮 康治 東京都港区赤坂四丁目９番９号 日本国 土開発株式会社内 (72)発明者 奥 利明 東京都台東区台東一丁目２番１号 不動 建設株式会社内 (72)発明者 大石 善啓 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 塩屋 儀徳 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平２−24485（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−257293（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−287982（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/08 E21D 9/10 E21D 13/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進方向に沿って円筒形の筒体部を複数
   設けてこの筒体部同士を外側鋼殻及び内側鋼殻によりな
   るリング部を連接することで閉断面形状とし、前記各筒
   体部内に掘進方向と平行な回転軸を有するカッタを装着
   する一方、前記リング部内に掘進方向と交差する回転軸
   を有するスクリューカッタを装着し、該スクリューカッ
   タの一端部が前記筒体部に挿通して回転自在に支持され
   る一方、該スクリューカッタの他端部が前記リング部の
   中途部で軸受により回転自在に支持されたことを特徴と
   するシールド掘削機。
2. 【請求項２】 掘進方向に沿って円筒形の筒体部を複数
   設けてこの筒体部同士を外側鋼殻及び内側鋼殻によりな
   るリング部を連接することで閉断面形状とし、前記各筒
   体部内に掘進方向と平行な回転軸を有するカッタを装着
   する一方、前記リング部内に掘進方向と交差する回転軸
   を有する複数のスクリューカッタを装着し、該複数のス
   クリューカッタは翼径が回転軸方向に沿って凸状に変化
   するスクリューカッタと翼径が回転軸方向に沿って凹状
   に変化するスクリューカッタとが組み合わされてなるこ
   とを特徴とするシールド掘削機。