JP2897866B2

JP2897866B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP2897866B2
Application number: JP21006195A
Authority: JP
Inventors: 宗男吉村; 幸彦氷澤; 幸次坂東; 進内山; 隆野口; 裕文京力
Original assignee: Kajima Corp; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kajima Corp; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2015-07-25
Also published as: JPH0941871A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、後胴に対し中折
れ可能に連結された複数の前胴を備え、それらの各前胴
の前面の円形回転式カッターディスクは前後方向に位置
をずらせて一部が重なり合うように配置され、複数の前
記前胴を相互に隣接させ且つその隣接面上の枢支軸を中
心に回転自在に接続し、前記カッターディスクの少なく
とも一つの向きを他とは異なる方向にずらせて掘進する
ことにより、掘進機全体をローリングさせること（クロ
スアーティキュレートともいう）が可能なシールド掘進
機に関し、詳しくは、例えば２つのカッターディスクの
一部を重合させた、いわゆる繭形（あるいはダルマ形）
のトンネルを掘削するためのシールド掘進機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】上記のクロスアーティキュレートが可能
なシールド掘進機に、例えば図６に示すように、前面に
カッターディスク４１が装着された二つのシールドドラ
ム４３を、共通の支持胴である後胴４２の前部にそれぞ
れ独立して揺動可能に並設し、それらのシールドドラム
４３を相互に接線方向に逆向きに揺動させる首振り機構
を備えたシールド掘進機４０が提案されている。この掘
進機４０では、二つのカッターディスク４１を同時に回
転させることにより二つのトンネルを並行して掘削しな
がら、首振り機構を介して各シールドドラム４３を相互
に逆方向へ揺動させて回転モーメントを生じさせ、シー
ルド掘進機４０を全体的に垂直方向において旋回させる
ことによって、いいかえれば掘進機４０をその中心軸回
りに旋回させることによって、二連円トンネルの掘削断
面形状の向きを例えば横並び状態から縦並び状態という
ように任意に変化させられる。なお、このシールド掘進
機は、特公平４−１１７１８号公報に記載されている。

【０００３】上記公報に記載のシールド掘進機では、重
合しないように並設された二つの円形のカッターディス
クでトンネルを掘削するため、完全に独立分離された二
つの断面円形のトンネルが掘削される。これに対し、一
般に広く使用されるトンネルの形状は、繭形（あるいは
ダルマ形）のトンネルであるから、上記掘削機による掘
削作業の終了後に、二つのトンネルの接合箇所の上部と
下部をそれぞれ掘削しなければならず、したがって余掘
り領域が大きいという不都合がある。

【０００４】そこで、上記したクロスアーティキュレー
トが可能なシールド掘進機において、その前面の複数の
カッターディスクを前後に位置をずらせ且つ一部を重合
させることにより、例えばカッターディスクが二つの場
合は繭形（あるいはダルマ形）のトンネルを掘削できる
ように改善したシールド掘進機が提案される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
提案したシールド掘進機では、以下のような不都合があ
る。すなわち、シールド掘進機を旋回させるときに、首振り機構と
しての中折れジャッキ等を介して例えば二つのシールド
ドラムＡ・Ｂをその隣接面に垂直な枢支軸を中心に相互
に逆方向に回転させようとすると、図５のようにカッタ
ーディスクＡ・Ｂが相互に干渉したり、後側カッターデ
ィスクＢが他方のシールドドラムＣの前端と干渉したり
するおそれがある。

【０００６】カッターディスクＡ・Ｂの干渉を避け
るため、カッターディスクＡ・Ｂの前後方向の間隔を大
きくあけると、今度は、切羽に対し当接される二つのカ
ッターディスクＡ・Ｂの前後方向の間隔が大きくなり過
ぎるため、切羽に対する安定性が欠け、切羽が崩壊し易
くなる。

【０００７】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、前後に位置がずれ且つ一部が重なり合うように配置
された複数のカッターディスクの少なくとも一つを他と
は異なる方向に揺動させるときにカッターディスク同士
の干渉を防止するとともに、前胴および隣接するカッタ
ーディスクとの間隔を可及的に小さくして切羽の安定性
を図れるシールド掘進機を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のシールド掘進機は、a)後胴に対し中折れ可
能に連結された複数の前胴を備え、それらの各前胴の前
面の円形回転式カッターディスクは前後方向に位置をず
らせて一部が重なり合うように配置され、複数の前記前
胴を相互に隣接させ且つその隣接面上の枢支軸を中心に
回転自在に接続し、前記カッターディスクの少なくとも
一つの向きを他とは異なる方向にずらせて掘進すること
により、掘進機全体をローリングさせることができるシ
ールド掘進機において、b)前記カッターディスクの少な
くとも一つを、その前胴に対し前後方向に移動可能に構
成している。

【０００９】請求項２記載のように、c)前記カッターデ
ィスクの全てを、その前胴に対しそれぞれ前後方向に移
動可能に構成することができる。

【００１０】上記の構成を有する本発明のシールド掘進
機によれば、例えば、後胴に対し二つの前胴を中折れさ
せない状態で直進させてトンネルを掘削する場合には、
二つのカッターディスクの前後方向の間隔ができるだけ
接近するように、少なくとも一方のカッターディスクを
他方のカッターディスクに接近する方向に移動させた
後、二つのカッターディスクを同時に回転させて掘削作
業が行われる。これにより、掘削時の切羽に対する安定
性が向上し、切羽の崩壊が防止される。そして、掘削さ
れるトンネルの形状は二つの断面円形のトンネルが一部
で重合して連結された繭形若しくはダルマ形になるた
め、完全に独立した断面円形トンネルが並んだ形状のト
ンネルに比べて、余掘り領域が少なくて済む。

【００１１】一方、クロスアーティキュレート操作時、
すなわち後胴に対し中折れ可能に連結された例えば二つ
の前胴を、隣接面に垂直な枢支軸を中心に相互に逆方向
に揺動（回転）させることにより、シールド掘進機全体
をその中心軸を中心に中心軸回りに旋回させる場合に
は、前胴の揺動角度に応じて隣接するカッターディスク
が干渉しないように、少なくとも一つのカッターディス
クを他方のカッターディスクから離間する方向へ移動さ
せることにより、カッターディスク間の干渉を防止する
ことができる。

【００１２】請求項２記載のシールド掘進機によれば、
直進時およびクロスアーティキュレート時に、隣接する
カッターディスク間の間隔を調整するだけでなく、カッ
ターディスクと前胴（の前端）との間隔も調整して、カ
ッターディスクが干渉しない範囲において前胴前端との
間隔を可及的に狭くすることができる。この結果、切羽
に対する安定性が大幅に向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明のシールド掘進機
の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本実施例にかかるシールド掘進機の
概要を示す中央縦断面図、図２は図１のシールド掘進機
におけるカッターディスクの前後移動機構の一例を示す
中央縦断面図である。

【００１５】図１に示すように、シールド掘進機１は、
二つの断面円形のシールド２ａを連結した繭形の後胴２
を備え、この後胴２の各シールド２ａの前端部に球面状
連結部２ｂを突設し、２つの円筒形のシールドドラム
(前胴)３の後端部の内周面が、連結部２ｂの外周面上に
シールリング４を介してそれぞれ全方向に揺動自在に連
結、支持されている。また後胴２の前端部にフレームリ
ング２ｄが、シールドドラム３の内周面の後部寄りにフ
レームリング３ｄがそれぞれ形設されている。さらにフ
レームリング２ｄとフレームリング３ｄとの間に、中折
れジャッキ５が円周方向に間隔をあけて介設され、この
中折れジャッキ５の伸縮動作で各シールドドラム３の揺
動方向および揺動角度が変更される。

【００１６】後胴２側のフレームリング２ｄには、中折
れジャッキ５と干渉しないように円周方向に間隔をあけ
てシールドジャッキ６が後方へ向けて配設されている。
シールドドラム３の隣接面には、シールド３ａに円弧状
の長穴７が隣接面に直交する方向に形成され、二つの長
穴７に跨がって緩挿された枢支ピン８により、シールド
ドラム３が図１の紙面に直交する方向に相互に揺動自在
に連結されている。

【００１７】各シールドドラム３の前面には、カッター
ディスク９_Ａ・９_Ｂが回動自在に軸支され、それぞれ駆
動モータ１０および減速ギヤ１０ａを介してカッターデ
ィスク９_Ａ・９_Ｂが回転する。二つのカッターディスク
９_Ａ・９_Ｂは前後方向に位置をずらせてあり、正面より
見て左側のシールドドラム３のカッターディスク９_Ａを
前方へ突出させている。また、二つのカッターディスク
９_Ａ・９_Ｂは、正面より見て一部が重ね合わされてお
り、これらのカッターディスク９_Ａ・９_Ｂの後方はバル
クヘッド１１で仕切られて共通のカッターチャンバー
９’に構成され、カッターチャンバー９’の上部に送水
管１２が、カッターチャンバー９’の下部に排泥管１３
がそれぞれ接続され、本例では泥水式のシールド掘進機
１に構成されている。

【００１８】本例では、左右のカッターディスク９_Ａ・
９_Ｂのいずれもが、前後方向に移動自在に構成されてい
る。このための機構として次の構造の装置を使用してい
る。すなわち図２に示すように、カッターディスク９が
先端に取着される駆動シャフト１４を先端部分１４ａと
基端部分１４ｂとに分割し、基端部分１４ｂの中央部に
先端側から基端にかけて開口断面円形の挿入孔１５を形
成している。この挿入孔１５内に挿入可能な断面円形の
突出部１６を先端部分１４ａの基端中央部から突設さ
せ、挿入孔１５の底面と突出部１６の基端面とを摺動ジ
ャッキ１７によりそれぞれブラケット１７ａ・１７ｂを
介して連結し、摺動ジャッキ１７の伸縮動作により、基
端部分１４ｂに対し先端部分１４ａが進退するように、
いいかえれば駆動シャフト１４が伸縮するように構成し
ている。また基端部分１４ｂと先端部分１４ａとが一体
的に回転するよう、突出部１６の外周面と挿入孔１５の
内周面との間にスプライン機構１８を形設している。さ
らに基端部分１４ｂと先端部分１４ａの接合箇所の外周
を、円筒状のスライドカバー１９で被装し、スライドカ
バー１９の一端は基端部分１４ｂに止リング１９ａで止
着している。

【００１９】基端部分１４ｂの基端側外周はやや外径を
小さくし、シールドドラム３に支持されたケーシング２
０に対し基端部分１４ｂをスラストベアリング２１を介
して前後方向に支持し、その前方をラジアルベアリング
２２により回動自在に支持している。また、先端部分１
４ａはラジアルベアリング２３を介してケーシング２０
に回動自在に支持し、またシールリング２４を介装して
いる。基端部分１４ｂのスライドカバー１９の外周に駆
動ギヤ２５を固設している。そして、この駆動ギヤ２５
に、ケーシング２０に支持した駆動モータ１０の減速ギ
１０ａを噛合している。駆動モータ１０の回転力は、減
速ギヤ１０ａ・駆動ギヤ２５を介して駆動シャフト１４
に伝達され、カッターディスク９が回転するとともに、
摺動ジャッキ１７の伸縮操作によってカッターディスク
９を前後方向に移動させることができる。

【００２０】図３は本発明のシールド掘進機の他の実施
例の一部を示す縦断面図である。同図に示すように、本
例はカッターディスク９を周辺支持した例で、カッター
ディスク９の裏面側外周縁部が円周方向に間隔をあけて
配置された複数の駆動アーム２６および複数の旋回ベア
リング２７を介して、シールドドラム３のリングフレー
ム３ｆに回動自在に支持されている。リングフレーム３
ｆには駆動モータ１０が支持され、駆動モータ１０の回
転により減速ギヤ１０ａおよび駆動リングギヤ２７を介
してカッターディスク９が回転する。各駆動アーム２６
は、口径の大きい円筒状先端部分２６ａとやや口径の小
さい円筒状基端部分２６ｂとを伸縮自在に接続したテレ
スコピック構造からなり、先端部分２６ａと基端部分２
６ｂとの間には複数本の摺動ジャッキ２９が介設され、
摺動ジャッキ２９の伸縮操作により駆動アーム２６を伸
縮させてカッターディスク９を前後方向に移動させるこ
とができる。なお図中の符号２９ａはテレスコピック式
のジャッキカバーである。

【００２１】図４は本発明のシールド掘進機のさらに他
の実施例の一部を示す縦断面図である。同図に示すよう
に、本例もカッターディスク９を周辺支持した例である
が、図３の装置が駆動アーム２６の伸縮によりカッター
ディスク９を前後移動させるのに対し、本例ではカッタ
ーディスク９を駆動モータ１０および減速ギヤ１０ａ等
の駆動装置１０’ごと、スライドジャッキ３０を介して
前後移動させるという相違がある。すなわち、シールド
ドラム３に一体に固設したリング状フレーム３ｇに、カ
ッターディスク９およびその駆動装置１０’を支持する
リング状の支持フレーム３１をメタルリング３２を介し
て前後方向に摺動自在に嵌挿し、フレーム３ｇの後方に
固設した支持リング３ｈにスライドジャッキ３０の一端
を、ブラケット３０ａを介して枢支し、スライドジャッ
キ３０の他端をブラケット３０ｂを介して枢支する。ス
ライドジャッキ３０は円周方向に間隔をあけて複数本介
設し、全てを同期させて一斉に伸縮操作することによ
り、カッターディスク９を前後移動させることができ
る。なお、図中の符号３３はシール部材である。また、
上記実施例（図３）と共通する構成は、図中に同一の符
号を用いて示し、説明を省略する。

【００２２】上記のようにして二つの実施例にかかるシ
ールド掘進機１が構成されるが、それらのシールド掘進
機１では、以下のようにして繭形の二連円トンネルが掘
削される。

【００２３】1) 上下のシールドドラム３を後胴２に対
し中折れジャッキ５を介して傾斜させない姿勢に保った
状態で、カッターディスク９_Ａ・９_Ｂを同時に回転させ
ながらシールドジャッキ６を伸長することによって繭形
のトンネルを掘削する。

【００２４】2) シールドジャッキ６が最大限伸長した
状態で、シールドジャッキ６を収縮し、後胴２の後方に
エレクター（図示せず）によりセグメント壁（図示せ
ず）を逐次構築していく。

【００２５】3) 上記の1)および2)の作業を繰り返すこ
とにより、繭形の２連円トンネルが一定距離（例えば１
ｍ）ずつ掘削されていく。

【００２６】4) 中折れジャッキ５を介して後胴２に対
し二つのシールドドラム３を、隣接面の枢支ピン８を中
心に接線方向に相互に逆向きに傾斜させることによっ
て、シールド掘進機１がスパイラル状に旋回しながら前
進し、繭形断面形のトンネルの向きを、例えば上下縦並
びの姿勢から左右横並びの姿勢へと徐々に変化させるこ
ともできる。

【００２７】こうした掘削作業において、上記4)のクロ
スアーティキュレート操作を行う場合あるいは行わない
場合に、二つのカッターディスク９_Ａ・９_Ｂ間の距離Ｃ
Ｌ_１を調整したり、各カッターディスク９_Ａ・９_Ｂとシ
ールドドラム３前端間の距離ＣＬ_２・ＣＬ_３を調整した
りする。すなわち、図１において、Ａ）カッターディスク９_Ａ・９_Ｂの二つとも前後移動可
能な場合（実施例）：クロスアーティキュレート時は、後側カッターディ
スク９_Ｂを前進させてＣＬ_３を広げ、シールドドラム３
前端との干渉を防ぐ。また前側カッターディスク９_Ａも
前進させてＣＬ_１を広げ、後側カッターディスク９_Ｂと
の干渉を防止する。

【００２８】直進時は、前後のカッターディスク９
_Ａ・９_Ｂを共に後退させ、ＣＬ_１・ＣＬ_２・ＣＬ_３の全
ての距離を可及的に狭くする。

【００２９】Ｂ）前側カッターディスク９_Ａだけが前後
移動可能な場合：クロスアーティキュレート時は、前側カッターディ
スク９_Ａを前進させＣＬ_１を広げ、後側カッターディス
ク９_Ｂとの干渉を防止する。

【００３０】直進時は、前側カッターディスク９_Ａ
を後退させ、後側カッターディスク９_Ｂとの距離ＣＬ_１
およびシールドドラム３の前端との距離ＣＬ_２を可及的
に狭くする。

【００３１】Ｃ）後側カッターディスク９_Ｂだけが前後
移動可能な場合：クロスアーティキュレート時は、後側カッターディ
スク９_Ｂを前側カッターディスク９_Ａとの干渉が生じな
いように前進させ、後側カッターディスク９_Ｂとシール
ドドラム３前端との距離ＣＬ_３も広くする。

【００３２】直進時は、後側カッターディスク９_Ｂ
を前進させ、前側カッターディスク９_Ａとの距離ＣＬ_２
をできるだけ狭くする。

【００３３】上記に本発明のシールド掘進機の実施例を
示したが、本発明のシールド掘進機は、下記のように実
施することができる。

【００３４】a) カッターディスク９は面板タイプ、ス
ポークタイプのどちらでもよい。

【００３５】b) カッターディスク９の前後移動機構
は、例えばカッターディスク９が二つの場合は、前側あ
るいは後側のどちらか一方にだけ装備してもよい。

【００３６】c) カッターディスク９が三つ以上の場合
にも実施できる。

【００３７】d) 上記実施例のシールド掘進機におい
て、一方のシールドドラム３だけを後胴２に対し中折れ
可能にしてクロスアキュレートさせることができる。

【００３８】e) シールド掘進機は泥水式に限らず、例
えば泥土圧式にすることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のシールド掘進機には、次のような優れた効果が
ある。

【００４０】(1) 複数のカッターディスクの少なくとも
一つを前後移動できるので、カッターディスクを他と異
なるする方向に揺動するときのカッターディスク同士あ
るいはシールドドラムとの干渉が防止でき、また、直進
時などに前胴および隣接するカッターディスクとの間隔
を可及的に狭くできるので、切羽に対する安定性が向上
する。

【００４１】しかも、掘削されるトンネルの形状はカッ
ターディスクが二つのときには二つの断面円形のトンネ
ルが一部で重合して連結された繭形若しくはダルマ形に
なるため、完全に分離独立した断面円形トンネルが並ん
だ形状のトンネルに比べて余掘り領域が少なくて済む。

【００４２】(2) 請求項２記載のシールド掘進機では、
直進時およびクロスアーティキュレート時に、隣接する
カッターディスク間の間隔を調整するだけでなく、カッ
ターディスクと前胴の前端との間隔も調整することがで
き、カッターディスクが干渉しない範囲において前胴前
端との間隔を可及的に狭くすることができるので、切羽
に対する安定性を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるシールド掘進機の概要
を示す中央縦断面図である。

【図２】図１のシールド掘進機におけるカッターディス
クの前後移動機構の一例を示す中央縦断面図である。

【図３】本発明のシールド掘進機の他の実施例の一部を
示す中央縦断面図である。

【図４】本発明のシールド掘進機のさらに他の実施例の
一部を示す中央縦断面図である。

【図５】クロスアーティキュレート操作時に二つのカッ
ターディスクを相互に逆向きに揺動した場合に、カッタ
ーディスクが干渉する状態を表す説明図である。

【図６】クロスアーティキュレート可能な従来のシール
ド掘進機の一例を示す正面より見た概要斜視図である。

【符号の説明】

１シールド掘進機２後胴３シールドドラム（前胴）５中折れジャッキ６シールドジャッキ７長穴８枢支ピン９_A・９_B カッターディスク１４駆動シャフト１４ａ先端部分１４ｂ基端部分１５挿入孔１６突出部１７摺動ジャッキ１８スプライン機構１９スライドカバー

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者内山進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)発明者野口隆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)発明者京力裕文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 (56)参考文献特公平４−11718（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】後胴に対し中折れ可能に連結された複数
の前胴を備え、それらの各前胴の前面の円形回転式カッ
ターディスクは前後方向に位置をずらせて一部が重なり
合うように配置され、複数の前記前胴を相互に隣接させ
且つその隣接面上の枢支軸を中心に回転自在に接続し、
前記カッターディスクの少なくとも一つの向きを他とは
異なる方向にずらせて掘進することにより、掘進機全体
をローリングさせることができるシールド掘進機におい
て、前記カッターディスクの少なくとも一つを、その前胴に
対し前後方向に移動可能に構成したことを特徴とするシ
ールド掘進機。
【請求項２】前記カッターディスクの全てを、その前
胴に対しそれぞれ前後方向に移動可能に構成した請求項
１記載のシールド掘進機。