JP2922498B1

JP2922498B1 - 二段式トンネル掘削機

Info

Publication number: JP2922498B1
Application number: JP16720898A
Authority: JP
Inventors: 毅池田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-07-26
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP2000002076A

Abstract

【要約】【目的】外シールドから分離した内シールドも硬質地
盤を容易に掘削しうる二段式掘削機の提供。【構成】外シールド５と、該外シールド内に入れ子式
に収容された内シールド６と、内シールドの前面の内面
板９と、該内面板の外周側に配設される外シールドの前
面の外面板１０と、掘削機前面部１ａに放射状に配設さ
れた複数本のカッタースポーク２と、各カッタースポー
クおよび両面板部上に間隔を置いて配設された複数個の
ローラーカッター３と、中央面板部の外周縁部の複数個
のローラーカッター取り付け部１５とを備えており、掘
削機前面部の外周縁部のローラーカッター部が、中間部
のローラーカッター部が除去されたあとおよび上記ロー
ラーカッター取り付け部に移設されるように構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二段式トンネル掘削機
（以下、単に掘削機という）に関する。さらに詳しく
は、大径の外シールド内に同軸状に小径の内シールドを
入れ子式に収容しておき、トンネル等の途中から内シー
ルドを外シールドから脱出させることによってトンネル
径を縮小して掘進することができる掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、都市部の地下を通る上下水道坑や
地下鉄坑を掘削するのにトンネル掘削機が用いられてい
る。たとえば上下水道坑の場合には上流から下流にいた
る過程で坑の断面積が大きくなるように変化させられて
いる。また、地下鉄坑の場合には、駅が建造されるとこ
ろでは他の部位よりも坑の断面積が大きくされている。
このような断面積の異なるトンネルを連続して掘削する
場合、断面積が変化する部位毎に立坑を堀り、この立坑
からトンネル径に合わせた掘削機を投入して掘削してい
た。

【０００３】しかし、工費の節減のために近年では一台
によって口径の異なるトンネルを連続して掘削しうるシ
ールド掘進機が提案されている。このような掘進機は、
たとえば特許掲載公報第２６７３００３号（先行文献
１）、特許掲載公報第２６９３１３７号（先行文献
２）、特許掲載公報第２６４７３５６号（先行文献
３）、特許掲載公報第２６９３７２８号（先行文献
４）、特許掲載公報第２６９３７３０号（先行文献５）
に開示されているように、大径の外シールド内に小径の
内シールドが入れ子式に収容されたものである。また、
上記公報の掘進機はいずれも通常の地盤、すなわち、あ
まり硬質ではない地盤を掘削するためのシールド掘進機
である。このシールド掘進機はその前面が外周縁にいた
るまで全体的に平坦に形成されている。すなわち、その
前面に平板状のカッターディスクを有しており、このカ
ッターディスクの面に複数個のカッタービットが配設さ
れたものである。したがって、かかるシールド掘進機の
横断面における前面の外周縁はほぼ直角になっている。

【０００４】上記先行文献１のシールド掘進機はその小
径シールドの前面に複数個のカッタービットを有する放
射状のカッタースポークが放射状に配設されており、こ
のカッタースポークが半径方向外方に伸長させられて大
径シールドの前面（円輪状になっている）にも至るよう
にされている。掘削トンネルの口径を縮小するときには
上記カッタースポークを縮小して小径シールドを大径シ
ールドから脱出せしめるのである。

【０００５】また、先行文献２〜５のシールド掘進機
は、相互に連結および連結解除が可能な親シールド（大
径シールド）の前面（円輪状を呈している）および子シ
ールド（小径シールド）の前面それぞれに複数個のカッ
タービットを有するカッターディスクが配設されたもの
である。そして、掘削トンネルの口径を縮小するときに
は上記両シールドのカッターディスク同士の連結を解除
したうえで小径シールドを大径シールドから脱出せしめ
るのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記先行文献１のシー
ルド掘進機では、大径トンネルの掘削時にそのカッター
スポークが半径方向外方に伸長させられている場合、片
持ち梁状になるため強度の面で問題がある。

【０００７】上記先行文献２〜５のシールド掘進機では
上記強度上の問題は解消されるが、かかる構造は前述の
とおりその前面が平坦に形成されているシールド掘進機
にとってこそ効果があるのであって、以下のような硬質
の地盤を掘削するトンネル掘削機には適用するのが困難
である。

【０００８】岩盤などの硬質の地盤を掘削するトンネル
掘削機はその前面が平坦ではなくいわば横断面アーチ状
を呈している。すなわち、前面の外周縁は下記ローラー
カッターの配置を密にするためにいわゆるアール（Ｒ）
が取られている。そして、このアールが取られた外周縁
を含めた前面部全体にローラーカッターが配設されてい
る。このような構造によって硬質の地盤の掘削が可能と
なる。かかるトンネル掘削機に上記小径シールドと大径
シールドとからなるいわば二段式構造を採用する場合、
小径シールドの前面も横断面アーチ状にしなければなら
ないが、そうすれば大径シールドによって掘削するとき
の前面に、小径シールドの前面外周縁によって円形の大
きな溝が生じることになって不都合である。

【０００９】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、大径シールド（外シールド）から小径
シールド（内シールド）を離脱させるのが容易であるこ
とはもとより、大径シールドによって掘削するときにも
好適な前面形状を呈しうる二段式トンネル掘削機を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の掘削機は、外シ
ールドと、該外シールド内に同軸状に入れ子式に収容さ
れた内シールドと、掘削機前面部に間隔を置いて配設さ
れた複数個のローラーカッターとを備えており、上記掘
削機前面部における外周縁部のローラーカッター部と中
間部のローラーカッター部とが着脱可能に取り付けられ
ており、中間部のローラーカッター部が除去されたあと
における内シールド外周縁部に上記外周縁部のローラー
カッター部が取り付けられることにより、内シールドの
前面部にローラーカッターが所定配列され得るように構
成されている。

【００１１】かかる構成により、掘削機前面部における
外周縁部のローラーカッター部が内シールド前面部の外
周縁部に移設することができる。その結果、前面が平坦
ではなく横断面アーチ状を呈した掘削機であっても、そ
の内シールド前面部も横断面アーチ状とすることができ
る。また、内シールドの前面部に大きな改造を必要とす
ることなく、内シールドの前面部の外周縁部に必要なロ
ーラーカッターの密な配置が容易に得られる。このよう
にして、内シールドが外シールドから分離した後でも硬
質の地盤を掘削することができる。さらに、内シールド
分離のために特別なローラーカッター等を用意する必要
もない。

【００１２】かかる掘削機において、上記掘削機前面部
に中心から放射状に配設された複数本のカッタースポー
クをさらに備えたものにあっては、上記複数個のローラ
ーカッターを各カッタースポーク上に間隔を置いて配設
し、各カッタースポークの外端のローラーカッター部と
中間部のローラーカッター部とを着脱可能に取り付け、
中間部のローラーカッター部が除去されたあとにおける
内シールド外周縁部に上記外端のローラーカッター部が
取り付けられるように構成することにより、上記掘削機
における作用効果を奏することができる。

【００１３】また、如上の掘削機において、内シールド
の前面部に対応する中央面板部と、該中央面板部の外周
側に配設される外シールドの前面部に対応する外輪面板
部と、中央面板部に配設された複数個のローラーカッタ
ーと、外輪面板部の外周縁部に着脱自在に配設された複
数個のローラーカッターと、中央面板部の外周縁部に配
設された複数個のローラーカッター取り付け部とを備
え、上記外輪面板部の外周縁部のローラーカッターを中
央面板部の外周縁部のローラーカッター取り付け部に移
設可能に構成することにより、上記掘削機における作用
効果を奏することができる。

【００１４】そして、上記外輪面板部を着脱自在に取り
付けることにより、ローラーカッター部の着脱が容易と
なる。

【００１５】さらに、上記内シールドの前面部の背面側
における外周縁部に、内シールド内に配設された旋回駆
動機と連結される旋回フレームを配設することにより、
内シールドによる掘削のために外シールドから内シール
ドを分離する際に、旋回駆動機構の改造が不要となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しつつ本発明
の掘削機の実施形態を説明する。

【００１７】図１(ａ)は本発明の掘削機の一実施形態を
示す正面図であり、図１(ｂ)は図１(ａ)のＩ−Ｉ線断面
図である。図２は図１の掘削機の横断面図である。図３
は図１における内シールドのローラーカッター取り付け
部を示す斜視図である。図４(ａ)は図１の掘削機の内シ
ールドを示す正面図であり、図４(ｂ)は図４(ａ)のＩＶ
−ＩＶ線断面図である。図５(ａ)は図１の掘削機におけ
る内シールドの分離手順を示す正面図であり、図５(ｂ)
は図５(ａ)のＶ−Ｖ線断面図である。図６は図１の掘削
機における内シールドの分離状態を示す横断面図であ
る。

【００１８】図１および図２において１は掘削機であ
り、その前面部１ａには中心から放射状に複数本のカッ
タースポーク２が延設されている。各カッタースポーク
２にはその長手方向に沿って所定の間隔を置いて複数個
のローラーカッター３が配設されている。ローラーカッ
ター３はいわば算盤の駒のような形状をしており、カッ
ターシャフト３ａの回りに回転し得るようにローラーカ
ッターフレームに取り付けられている。ローラーカッタ
ー３のカッタースポーク２への取り付けはボルト止め、
溶接などによってなされる。４はカッタースポーク２の
両側辺に前方へ突出するように配設された複数個のカッ
タービットである。カッタースポーク２の外端はいわゆ
るアールが取られて曲面状に形成されている。

【００１９】また、各カッタースポーク２における図１
中に灰色マスクで示す中間部分（以下、着脱部２ａとい
う）についてはボルトなどによってカッタースポーク２
の両側部分に着脱自在に取り付けられている。各着脱部
２ａはカッタースポーク２の最外端から二番目および三
番目の二個のローラーカッター３の配設部分であり、着
脱部２ａの長さは各カッタースポーク２ともに後述の外
面板１０の半径方向長さとほぼ同一の長さを有してい
る。

【００２０】図２に示すようにこの掘削機１は、円筒形
の外シールド５とこの外シールド５の内部に同軸状且つ
入れ子式に収容された内シールド６とから構成されてい
る。かかる構成は両シールド５、６が分離した状態を示
す図６によって更に明らかとなる。両シールド５、６と
もにその外殻ともいうべきスキンプレート７、８を有し
ている。

【００２１】図１に示すように、内シールド６の前面に
おけるカッタースポーク２間にはその部分を閉止するよ
うに内面板（特許請求の範囲でいう中央面板部に該当す
る）９が配設されており、その内面板９の外方には、外
シールド５の前面における各カッタースポーク２間を閉
止するように外面板（特許請求の範囲でいう外輪面板部
に該当する）１０が配設されている。この内面板９と外
面板１０とは一体に形成してもよく、また、ボルトやそ
の他の公知のクランプ部材によって分離可能に接合して
もよい。外面板１０を着脱可能に取り付けておくことに
より、後述のローラーカッター３や着脱部２ａの着脱が
容易となる。外面板１０の外周縁は図示されていないが
上記カッタースポーク２の外端と同様にアールが取られ
て曲面状に形成されている。それによって掘削機１の前
面部１ａは横断面アーチ状にされている。また、各外面
板１０の外周縁近傍の曲面部分にはローラーカッター３
が配設されている。このアールがとられて曲面状にされ
た部分のローラーカッター３はそのローラーカッターフ
レーム３ｂが円弧状部を有しており、ローラーカッター
３のカッター刃３ｃがほぼ上記円弧の方線方向を向くよ
うに取り付けられている。そして上記内面板９の外周縁
部も外面板の外周縁部と同様にアールがとられて曲面状
にされている。

【００２２】上記カッタースポーク２上および外面板１
０上の各ローラーカッター３の配設位置は、掘削機前面
中心からの距離が異なっている。すなわち、前面部中心
からほぼ同一ピッチとなるように配設されている。そう
することにより、前面部がその中心回りに旋回して掘削
するときに掘削機１の前方の地山を均一に掘削すること
ができる。

【００２３】なお、各カッタースポーク２と各面板９、
１０との間には、掘削されたズリをカッターチャンバ１
１（図２参照）内に落とし込むためにスリット１２が開
口されている。カッターチャンバ１１に落とし込まれた
ズリは、図２に示す給水管１３から吐出される水によっ
て泥水化され、排泥管１４によって排出される。

【００２４】図１(ａ)に示すように上記内面板９の外周
縁近傍にはローラーカッター取り付け部１５が形成され
ている。このローラーカッター取り付け部１５は内面板
９をほぼ矩形に切り欠き、この切欠き部にローラーカッ
ター３を嵌着・固定するためのフレーム１５ａが固設さ
れたものである。後述するように、このローラーカッタ
ー取り付け部１５には上記外面板１０のローラーカッタ
ー３がローラーカッターフレーム３ｂとともに移設され
うるようにされている。

【００２５】図３に示すように、外シールド５と内シー
ルド６とが一体になって掘削するとき（以下、外シール
ドによる掘削という）には上記ローラーカッター取り付
け部１５には平板状の天板部１６ａを有する蓋部材１６
が取り付けられる。そうすることによって内面板９は全
体として平坦な状態になる。上記天板部１６ａの下面に
はローラーカッター取り付け部１５のフレーム１５ａ内
に嵌着される嵌着部１６ｂおよび内面板９の外周縁に当
接する脚部１６ｃが形成されている。そして、この蓋部
材１６が除去され、外面板１０のローラーカッター３が
移設されたときには後述のように内面板９の外周縁は曲
面状となる。

【００２６】図１(ｂ)および図２において１７は旋回フ
レームであり、カッタースポーク２の内シールド前面に
対応する部分および／または内面板９の背面側、すなわ
ち内シールド６の機内側に固設されている。この場合の
機内とは上記スキンプレート８内部である。この旋回フ
レーム１７の後端には掘削機１の中心軸上にその中心が
位置するギヤリング１８が固設されている。また、内シ
ールド６の機内には旋回駆動機１９が配設されており、
その出力軸に固設されたギヤ１９ａがギヤリング１８に
噛合してギヤリング１８を、引いてはカッタースポーク
２および面板９、１０を旋回させる。

【００２７】図２に示すように、掘削機１の内部には上
記給水管１３および排泥管１４が配設されており、給水
管１３は外シールド５のカッターチャンバ１１に連通す
る枝管１３ａと内シールド６のカッターチャンバ１１に
連通する枝管１３ｂとに分岐している。また排泥管１４
については、カッターチャンバ１１における外シールド
５部分および内シールド６部分それぞれに排泥短管１４
ａが配設されており、外シールド５による掘削時には外
シールド５部分の排泥短管１４ａに排泥管の基管１４ｃ
が接続され、内シールド６による掘削時には図６に示す
ように内シールド６部分の排泥短管１４ｂに排泥管の基
管１４ｃが接続される。

【００２８】また、外シールド５および内シールド６そ
れぞれに掘削機推進用のシールドジャッキ２０ａ、２０
ｂが配設されている。これらシールドジャッキ２０ａ、
２０ｂは、既設のセグメントＳを押すことによる反力の
作用で掘削機を推進させるものである。

【００２９】２１はセグメントＳをトンネル内周面に合
わせて組み立てるためのエレクタであり、その腕部２１
ａは内シールド６による掘削時には短縮される（図６参
照）。

【００３０】２２は油圧ジャッキを内蔵したグリッパで
あり、既設セグメントＳ内周面に突っ張らせることによ
って既設セグメントのたわみを規制するものである。

【００３１】図２および図６に示すように、上記旋回フ
レーム１７はカッタードラム１７ａを介してギヤリング
１８に支持されており、掘削機１のカッターチャンバ１
１の部分においては上記旋回フレーム１７が内シールド
６の外周骨格の役割を担っている。そして、内シールド
６の前面部６ａの旋回は外周側から駆動されることにな
る。一方、外シールド５による掘削時には前面部５ａは
その外周ではなく、中間部ともいうべき外周より小半径
の円部から旋回駆動される。したがって、外シールド５
から内シールド６による掘削に段取り替えを行うに際し
て旋回駆動部の改造が不要となる。

【００３２】つぎに、外シールド５から内シールド６を
分離する際の手順を説明する。

【００３３】まず、図５に示すように各カッタースポー
ク２の着脱部２ａ（図１参照）を取り外すとともに、ロ
ーラーカッター取り付け部１５から蓋部材１６を取り外
す。そして各カッタースポーク２の外端部のローラーカ
ッター３部分を取り外して同じカッタースポーク２上の
掘削機中心寄りに移設する。すなわち、掘削機中心側に
残されたローラーカッター３に隣接させる。

【００３４】前述のごとくカッタースポーク２の着脱部
２ａの長さがほぼ外面板１０の半径方向長さに一致して
いるため、カッタースポーク２の着脱部２ａを取り外し
て外端部のローラーカッター３部分を移設すれば、その
外端部のローラーカッター３部分の外端がちょうど内面
板９の外周に一致する。

【００３５】ついで、外面板１０の外周縁近傍のローラ
ーカッター３を取り外してローラーカッター取り付け部
１５に移設する。この作業と並行して外面板１０を除去
する。外面板１０は、内面板９と一体に形成されている
場合には溶断して分離し、ボルトなどによって接合され
ている場合にはそのボルトを除去する。以上の作業によ
って図４に示す内シールド６の前面部６ａが形成され
る。カッタースポーク２の最外端のローラーカッター３
および外面板１０の外周縁のローラーカッター３は前述
のごとく、そのローラーカッターフレーム３ｂが円弧状
部を有している。したがって、両ローラーカッター３が
移設された後の内面板９の外周縁部は曲面となり、内シ
ールド６の前面部６ａは横断面アーチ状となる。また、
このように完成された内シールド６の前面部６ａにおい
ても、各ローラーカッター３の配設位置は前面部６ａの
中心からほぼ同一ピッチとなるようにされている。

【００３６】かかる前面部の構成変更と並行して掘削機
１内部の分離作業も以下のように進められる。すなわ
ち、図６に示すように外シールド５のカッターチャンバ
１１に連通した上記分岐給水管１３ａを分断し、排泥基
管１４ｃを内シールド用の排泥短管１４ｂに接続し直
す。同時にエレクタ２１の腕部２１ａを短縮させ、その
他の不要設備を除去する。そして、シールドジャッキ２
０ｂによって内シールド６を前進させる。なお、分離当
初は外シールド５に固設された反力壁２３を押して前進
するが、その後は図示しない新たな反力壁を仮設して前
進し、その後は小径トンネル内に組み立てられたセグメ
ントＳを押して進む。

【００３７】叙上のごとく、本掘削機１によれば、大径
トンネルの掘削も問題なく行われ、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、さらに内シ
ールド６による小径トンネルの掘削も容易になされる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、掘削機前面部における
外シールドの外周縁部のローラーカッター部を内シール
ド前面部の外周縁部に移設することができる。したがっ
て、前面部が平坦ではなく横断面アーチ状を呈した掘削
機であっても、アーチ状の一部を構成する外周縁部のロ
ーラーカッター部がそのまま内シールド前面部の外周縁
部のアーチ状を構成するので、内シールドが外シールド
から分離した後でも硬質の地盤を掘削することができ
る。さらに、内シールド分離のために特別なローラーカ
ッター等を用意する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は本発明の掘削機の一実施形態を示す
正面図であり、図１(ｂ)は図１(ａ)のＩ−Ｉ線断面図で
ある。

【図２】図１の掘削機の横断面図である。

【図３】図１における内シールドのローラーカッター取
り付け部を示す斜視図である。

【図４】図４(ａ)は図１の掘削機の内シールドを示す正
面図であり、図４(ｂ)は図４(ａ)のＩＶ−ＩＶ線断面図
である。

【図５】図５(ａ)は図１の掘削機における内シールドの
分離手順を示す正面図であり、図５(ｂ)は図５(ａ)のＶ
−Ｖ線断面図である。

【図６】図６は図１の掘削機における内シールドの分離
状態を示す横断面図である。

【符号の説明】

１・・・掘削機１ａ・・前面部２・・・カッタースポーク２ａ・・着脱部３・・・ローラーカッター３ａ・・ローラーカッターシャフト３ｂ・・ローラーカッターフレーム３ｃ・・カッター刃４・・・カッタービット５・・・外シールド５ａ・・前面部６・・・内シールド６ａ・・前面部７・・・スキンプレート８・・・スキンプレート９・・・内面板１０・・・外面板１１・・・カッターチャンバ１２・・・スリット１３・・・給水管１３ａ・・枝管１３ｂ・・枝管１４・・・排泥管１４ａ・・排泥短管１４ｂ・・排泥短管１４ｃ・・基管１５・・・ローラーカッター取り付け部１５ａ・・フレーム１６・・・蓋部材１６ａ・・天板１６ｂ・・嵌着部１６ｃ・・脚部１７・・・旋回フレーム１７ａ・・カッタードラム１８・・・ギヤリング１９・・・旋回駆動機１９ａ・・ギヤ２０ａ・・シールドジャッキ２０ｂ・・シールドジャッキ２１・・・エレクタ２１ａ・・腕部２２・・・グリッパ２３・・・反力壁Ｓ・・・セグメント

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外シールドと、該外シールド内に同軸状
に入れ子式に収容された内シールドと、掘削機前面部に
間隔を置いて配設された複数個のローラーカッターとを
備えており、上記掘削機前面部における外シールド外周縁部のローラ
ーカッター部と中間部のローラーカッター部とが着脱可
能に取り付けられており、中間部のローラーカッター部
が除去されたあとにおける内シールド外周縁部に上記外
シールド外周縁部のローラーカッター部が取り付けられ
ることにより、内シールドの前面部にローラーカッター
が所定配列され得るように構成されてなる二段式トンネ
ル掘削機。
【請求項２】上記掘削機前面部に中心から放射状に配
設された複数本のカッタースポークをさらに備えてお
り、上記複数個のローラーカッターが各カッタースポーク上
に間隔を置いて配設されており、各カッタースポークの
外端のローラーカッター部と中間部のローラーカッター
部とが着脱可能に取り付けられており、中間部のローラ
ーカッター部が除去されたあとにおける内シールド外周
縁部に上記外端のローラーカッター部が取り付けられる
ように構成されてなる請求項１記載の二段式トンネル掘
削機。
【請求項３】内シールドの前面部に対応する中央面板
部と、該中央面板部の外周側に配設される外シールドの
前面部に対応する外輪面板部と、中央面板部に配設され
た複数個のローラーカッターと、外輪面板部の外周縁部
に着脱自在に配設された複数個のローラーカッターと、
中央面板部の外周縁部に配設された複数個のローラーカ
ッター取り付け部とを備えており、上記外輪面板部の外
周縁部のローラーカッターが中央面板部の外周縁部のロ
ーラーカッター取り付け部に移設可能に構成されてなる
請求項１または２記載の二段式トンネル掘削機。
【請求項４】上記外輪面板部が着脱自在に取り付けら
れてなる請求項３記載の二段式トンネル掘削機。
【請求項５】上記内シールドの前面部の背面側におけ
る外周縁部に、内シールド内に配設された旋回駆動機と
連結される旋回フレームが配設されてなる請求項１〜４
のうちのいずれか一の項に記載の二段式トンネル掘削
機。