JP2930572B1 - 地中接合型シールド掘進機及びその地中接合方法 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】異径シールド掘進機の地中接合を可能にし、地
中接合時貫入リングの内周面側を止水可能にして止水用
シール部材の損傷や摩耗を防止し、止水性能を高める。 【解決手段】シールド掘進機１Ａとシールド掘進機１Ｂ
とを地中接合する為に、シールド掘進機１Ａに貫入リン
グ１１、貫入リング１１を押出す複数の押出しジャッキ
１２、カッターディスクのスポークの先端付近部を縮径
して貫入リング通過隙間を形成するスポーク縮径機構、
カッターディスクの外周リングを前胴に連結する連結機
構等を設け、シールド掘進機１Ｂの前胴の外面部に、外
嵌された貫入リング１１の内面に圧接して止水する止水
機構７８を設け、掘進中には止水機構７８の外側を開閉
可能に塞ぐ保護筒部材７９と、この保護筒部材７９を移
動駆動する複数の油圧シリンダ１２０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、地中接合型シー
ルド掘進機及びその地中接合方法に関し、特に地中接合
後に接合部を止水する止水構造を改善した技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】 近年上下水道用トンネルや共同溝等を
シールド工法により掘進することが多く、その場合に工
事期間の制約があり、１台のシールド掘進機により掘進
できる距離にも限界があるため、複数の立坑を設け立坑
と立坑の間を各シールド掘進機により分担して掘進する
ことも多い。そのトンネルは同径の場合もあるし、途中
で径が変化する場合もある。

【０００３】都市部の地下に形成するトンネルでは、地
上地下ともに構造物が輻輳しているため立坑を形成でき
ないことも多いため同径の又は異径の２台のシールド掘
進機を離間地点から相接近方向へ掘進させ、最終的に２
台のシールド掘進機の前端部同士を地中接合する技術も
種々提案され実用化されている（特開平４−５５５９４
号公報、特公平５−８８３５７号公報、特許第２５９４
６３０号公報参照）。

【０００４】前記特開平４−５５５９４号公報の第１図
には、大径と小径の２台のシールド掘進機を貫入リング
を介さずに地中接合する地中接合型異径シールド掘進機
が記載されている。同公報の第２図、特公平５−８８３
５７号公報、特許第２５９４６３０号公報には、同径の
２台のシールド掘進機を貫入リングを介して地中接合す
る地中接合型同径シールド掘進機が記載されている。

【０００５】前記地中接合型同径シールド掘進機では、
貫入側シールド掘進機の前胴の内側近傍に設けた筒状の
貫入リングを複数の押出しジャッキで順次押出して受入
側シールド掘進機の前端部内へ部分的に貫入させ、貫入
リングの先端部をゴム製の受入リングに押圧させて止水
する。尚、貫入側及び受入側シールド掘進機のカッター
ディスクには、貫入リング通過用隙間を形成する為に、
カッタースポークの先端部を径方向へ縮径させ得るよう
に構成してある。尚、前記地中接合型異径シールド掘進
機では、カッターディスクを後退駆動手段により後退さ
せてから、貫入側シールド掘進機の前胴の前端部分を受
入側シールド掘進機へ部分的に貫入させるようになって
いる。

【０００６】前記受入リングを固定的に設ける場合もあ
るが、最近では、受入リングを外筒と内筒との環状隙間
に移動可能に設け、通常の掘進時には受入リングを複数
の油圧ジャッキにより、環状隙間の奥端に退入させてお
き、地中接合時には受入リングを前進させて貫入リング
の先端に押圧するように構成してある。

【０００７】他方、本願出願人は、特開平８−９３３９
０号公報において、シールド掘進機におけるスライド部
を止水することのできるスライドシール機構を提案し
た。このスライドシール機構では、環状弾性膜部材の前
後両端部を固定し、環状弾性膜部材の内側に環状シール
部材を設け、加圧水注入手段で環状弾性膜部材の外側に
加圧水を供給して環状弾性膜部材を内側へ膨らませ、環
状シール部材をその内側の相手側筒部材に圧接させるこ
とで止水するように構成してある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】 前記受入リングは、
前胴の前端付近の内側に配置されているため、通常のシ
ールド掘進中に受入リングはカッターディスクの背部の
チャンバー内の土砂と摩擦して摩耗し易く、その摩耗量
が大きい場合には、地中接合後の止水機能を確保できな
くなる。しかも、受入リングと貫入リングの先端部間に
土砂が噛み込み易く、止水性が低下し易い。

【０００９】そこで、受入リングを外筒と内筒との環状
隙間に移動可能に配設し、地中接合時に受入リングを前
進駆動して貫入リングの先端に押圧するように構成する
場合には、前記環状隙間内に土砂が圧密状に詰まり、こ
の圧密状の土砂に抗して受入リングを前進させる為の複
数の油圧ジャッキが大型化し、設備コスト面で不利にな
る。しかも、土砂に抗して受入リングを前進させる際に
受入リングが損傷し、止水性が低下するだけでなく受入
リングと貫入リングの先端部間に土砂が噛み込み易く止
水性が低下し易い。

【００１０】圧密状の土砂に抗して受入リングを前進さ
せる際に、内胴や外胴が変形して受入リングの配設位置
が不安定となり、受入リングを所期の位置にセットでき
ず、止水性が低下し易くなる。本発明の目的は、異径シ
ールド掘進機の地中接合技術において、地中接合後貫入
リングの外周面側を止水可能にすること、止水用シール
部材の損傷や摩耗を防止すること、止水性能を高めるこ
と、等である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の地中接合型シ
ールド掘進機は、第１シールド掘進機と、この第１シー
ルド掘進機よりも小径の第２シールド掘進機とを備え、
第１，第２シールド掘進機を相接近方向へ掘進させて両
者を地中で接合するようにした地中接合型シールド掘進
機において、前記第１シールド掘進機は、前胴の内側付
近に軸方向へ移動可能に装備された筒状の貫入リング
と、貫入リングを第２シールド掘進機に部分的に外嵌す
るまで押出し駆動する押出し手段と、貫入リングの通過
隙間を形成する為にカッターディスクのカッタースポー
クの先端付近部を径方向へ縮径するスポーク縮径手段
と、地中接合時にカッターディスクの外周部を前胴に連
結する連結機構とを備え、前記第２シールド掘進機は、
前記貫入リングよりも小径に構成され、且つ貫入リング
の外嵌された部分の内周面に圧接される環状シール部材
を介して止水する止水手段を備えたことを特徴とするも
のである。

【００１２】第１，第２シールド掘進機を相接近方向へ
掘進させて両者を地中で接合する場合には、第１シール
ド掘進機のスポーク縮径手段によりカッターディスクの
カッタースポークの先端付近部を径方向へ縮径して貫入
リングの通過隙間を形成してから、押出し手段により貫
入リングを第２シールド掘進機に部分的に外嵌するまで
押出し駆動し、次に、第２シールド掘進機において、止
水手段により環状シール部材を、貫入リングの外嵌され
た部分の内周面に圧接することで第２シールド掘進機と
貫入リング間を止水する。地中接合の際、第１シールド
掘進機においてスポーク縮径手段によりカッターディス
クのカッタースポークの先端付近部を径方向へ縮径する
と、カッターディスクの外周部が分断されてしまうた
め、連結機構によりカッターディスクの外周部を前胴に
連結する。

【００１３】請求項２の地中接合型シールド掘進機は、
請求項１の発明において、前記止水手段は、前胴の前端
部にその外面から凹設された環状凹部と、この環状凹部
に配設された環状弾性膜部材及びこの環状弾性膜部材の
外側の環状シール部材と、この環状弾性膜部材の内面側
に加圧水を注入して環状シール部材を貫入リングの内周
面に圧接させる加圧水注入手段とを備えたことを特徴と
するものである。前記貫入リングを第２シールド掘進機
に外嵌させて止水手段により止水する際には、加圧水注
入手段により環状弾性膜部材の内面側に加圧水を注入し
て環状シール部材を貫入リングの内周面に圧接させる。
こうして、第２シールド掘進機と貫入リング間を完全に
止水することができる。

【００１４】請求項３の地中接合型シールド掘進機は、
請求項２の発明において、前記第２シールド掘進機に、
環状弾性膜部材と環状シール部材とを収容した環状凹部
の外面側を開閉可能に塞ぐ保護筒部材と、この保護筒部
材を軸方向へ進退駆動する進退駆動手段とを備えたこと
を特徴とするものである。トンネルの掘進時には、保護
筒部材により、環状弾性膜部材と環状シール部材とを収
容した環状凹部の外面側を開閉可能に塞いでおき、地中
接合時には、進退駆動手段により保護筒部材を軸方向へ
移動させて環状凹部の外面側を開放してから、止水に供
する。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ説明する。この地中接合型シールド
掘進機は、第１シールド掘進機１Ａと、この第１シール
ド掘進機１Ａよりも小径の第２シールド掘進機１Ｂとを
有し、これら２つのシールド掘進機１Ａ，１Ｂを相接近
方向へ掘進させて両者を地中で接合するようにしたもの
である。最初に、貫入側シールド掘進機１Ａについて説
明するが、その掘進方向を前方とし、その前方に向かっ
て左右を左右として説明する。

【００１９】図１、図２に示すように、シールド掘進機
１Ａは、切羽を掘削する平板型のカッターディスク２
（カッター支持体に相当する）と、チャンバ３と、円筒
状の前胴４と、カッターディスク２を回転駆動するカッ
ター回転駆動機構５と、中折れ部６と、後胴７と、掘進
推力を発生させるシールドジャッキ８と、トンネル坑壁
にセグメントＳを組付けるエレクタ装置９と、掘削され
た土砂を外部へ排出する排泥機構１０と、地中接合の際
に前方へ押動されてシールド掘進機１Ｂの前端部に部分
的に外嵌される貫入リング１１と、貫入リング１１を押
出し駆動する押出し機構１２（押出し手段）と、カッタ
ースポーク１３を縮径するスポーク縮径機構１４（スポ
ーク縮径手段）等を有する。

【００２０】図１、図２に示すように、カッターディス
ク２は、センターフレーム１５と、センターフレーム１
５から径方向に延びる４本のカッタースポーク１３と、
面板１６と、前胴４と同径の環状の外周リング１７と、
カッタースポーク１３や面板１６に取付けられた多数の
カッタービット１８と、面板１６や外周リング１７に回
動可能に取付けられた４つのローラカッター２０等を有
する。

【００２１】各カッタースポーク１３は、センターフレ
ーム１５から外周部付近の内側まで延びる固定カッター
スポーク１３ａと、先端付近部の可動カッタースポーク
１３ｂと、この可動カッタースポーク１３ｂを縮径方向
に移動駆動する油圧シリンダ１４（スポーク縮径機構）
とを有する。油圧シリンダ１４のピストンロッドが固定
カッタースポーク１３ａに固着され、可動カッタースポ
ーク１３ｂが油圧シリンダ１４のシリンダ本体と一体的
に形成されている。地中接合の際には、貫入リング通過
用隙間２１を形成する為に油圧シリンダ１４により可動
カッタースポーク１３ｂが径方向へ縮径される。カッタ
ーディスク２の後部には環状フレーム２８が設けられて
いる。

【００２２】カッターディスク２の外周部には外周リン
グ１７が設けられ、外周リング１７には４つの可動カッ
タースポーク１３ｂの先端が夫々係合する４つの係合部
１７ａが形成され、トンネル掘進中には可動カッタース
ポーク１３ｂの先端が係合部１７ａに係合している。外
周リング１７には外周リング１７を前胴４に連結するた
めの前後方向向きの複数（例えば４つ）の連結穴１７ｂ
が形成されている。何れか１つのカッタースポーク１３
の可動カッタースポーク１３ｂには、油圧シリンダ２３
で出退可能なコピーカッター２２が設けられている。

【００２３】前胴４は円筒状の部材であり、前胴４には
隔壁２５、環状封鎖板２６、環状ウェブ材２７等が設け
られ、隔壁２５は前胴４の前端付近の内部に設けられ、
隔壁２５の外周端にはカッターディスク２を支持する環
状の支持部２５ａが形成されている。カッターディスク
２と隔壁２５の間には、掘削された土砂が浸入するチャ
ンバ３が形成されている。前胴４の前部の内側にはそれ
と同心の円筒部材３０が配設され、この円筒部材３０の
後端が環状封鎖板２６により前胴４に固着され、円筒部
材３０の前部の内面に環状ウェブ材２７が設けられてい
る。

【００２４】環状フレーム２８の後部が、円筒部材３０
と支持部２５ａ間に挿入され、ベアリングとシール部材
とを介して回転自在に且つ液密に支持されている。前記
隔壁２５には、カッターディスク２の油圧シリンダ１
４，２３に油圧を供給する油圧系の為のスイベルジョイ
ント３１が設けられている。尚、チャンバー３内に薬剤
を注入する為の薬剤注入管３４も設けられている。

【００２５】前胴４の内面には地中接合時にカッターデ
ィスク２の外周部を前胴４に連結する連結機構について
説明すると、複数（例えば４本）の連結ジャッキ３２が
設けられ、地中接合時に、連結ジャッキ３２のピストン
ロッドの先端が外周リング１７の連結穴１７ｂに挿入さ
れ、外周リング１７が前胴４に対して連結される。前胴
４の前端内側の環状部材３３には、複数の連結ジャッキ
３２に対応するように、連結ジャッキ３２のピストンロ
ッドを通過させる通過用穴が形成されている。

【００２６】カッター回転駆動機構５について説明する
と、環状フレーム２８の後端にリングギヤ３５が固定さ
れ、環状ウェブ材２７には複数のカッター駆動モータが
設けられ、各カッター駆動モータの出力軸の先端のピニ
オン３７がリングギヤ３５に噛合され、これら複数のカ
ッター駆動モータによりピニオン３７とリングギヤ３５
を介してカッターディスク２が正逆回転駆動される。

【００２７】中折れ部６について説明すると、環状の中
折れ部材４０の後端部が後胴７の前端に固着され、この
中折れ部材４０の部分球面状摺接部が前胴４の後端の部
分球面状の摺接部４１に内嵌摺接している。前胴４の環
状ウェブ材２６と後胴７の環状ウェブ材４２とを連結す
る複数の中折れジャッキ４３が左右の側面側に設けら
れ、中折れジャッキ４３のシリンダ本体が環状ウェブ材
２６に固着のブラケット４４に鉛直向きのピンにて連結
され、ピストンロッドが環状ウェブ材４２に固着のブラ
ケット４５に鉛直向きのピンにて連結されている。

【００２８】後胴７について説明すると、前胴４の後方
に円筒状の後胴７が中折れ部６を介して連結され、後胴
７の前端部の内側には環状ウェブ材４２と複数のブラケ
ット４６が設けられ、後胴７の後端には地山の土砂がシ
ールド掘進機１Ａの内部に浸入するのを防ぐための複数
のテールシール４７が設けられている。

【００２９】掘進推力を発生させるシールドジャッキ８
について説明する。前胴４の後端部と中折れ部６の内側
には、複数のシールドジャッキ８が周方向適当間隔おき
に後向きに配設され、これらシールドジャッキ８のシリ
ンダ本体は環状ウェブ材４２に貫通固定され、各シール
ドジャッキ８のピストンロッドの先端部には凸球座を有
する偏心金具５０が連結され、偏心金具５０はその凸球
座をスプレッダ５１の凹球座に係合させて緩くピン結合
され、それらシールドジャッキ８のピストンロッドを伸
長させ、スプレッダ５１でトンネルＴａの内面に覆工し
たセグメントＳの前端を押圧することで反力をとり、掘
進推力が発生する。

【００３０】エレクタ装置９について説明すると、エレ
クタ装置９は回転ドラム５２とエレクタ本体５３と回転
ドラム５２を回転駆動する電動式又は油圧式の駆動モー
タ５４を有し、複数のブラケット４６には夫々支持ロー
ラ５５が設けられ、回転ドラム５２は複数の支持ローラ
５５で回転可能に支持されている。トンネルＴａを１リ
ング分掘進する毎に、エレクタ装置９により１リング分
のトンネル坑壁の全周に亙ってセグメントＳが組付けら
れる。

【００３１】排泥機構１０について説明すると、排泥機
構１０は、チャンバ３内に水を送る送水管５６と、チャ
ンバ３内の掘削された土砂を外部に排出する排泥管５７
等を備え、送水管５６と排泥管５７には夫々バルブ５
８，５９が介装され、送水管５６と排泥管５７とを接続
するバイパス管６０にはバルブ６１が介装されている。
後方の立坑から延びる送水系から送水管５６を介してチ
ャンバ３に水が供給され、チャンバ３の土砂と水は泥水
となり、その泥水は排泥管５７とこの排泥管５７から後
方へ延びる排泥系により立坑から外部へ排出される。

【００３２】次に、貫入リング１１とその押出し機構１
２について説明する。図１、図７に示すように、前胴４
の前側約２／３部分の内側付近に、前胴４と円筒部材３
０と環状封鎖板２６とで前端開放状の筒状のリング収容
部６２が形成され、このリング収容部６２に円筒状の貫
入リング１１が前胴４と同心状に配設され、貫入リング
１１はリング収容部６２内を軸方向前方へ移動可能に配
設されている。円筒部材３０の前端外面のシール付きの
リング部材６３と、環状部材３３の内周面のシール付き
リング部材６４とで貫入リング１１の内外両面がシール
され、リング収容部６２へ土砂が流入しないようになっ
ている。地中接合の際に貫入リング１１がシールド掘進
機１Ｂの前端部に部分的に外嵌され、シールド掘進機１
Ａ，１Ｂが地中接合され、シールド掘進機１Ａで掘削さ
れたトンネルＴａとシールド掘進機１Ｂで掘削されたト
ンネルＴｂが接合される。

【００３３】前胴４の後端部と中折れ部６の内側近傍位
置には、貫入リング１１を前方へ押出し駆動する複数の
押出しジャッキ１２（押出し手段）が前方向きに設けら
れ、これら押出しジャッキ１２は環状ウェブ材４２に固
着のブラケットに取付けられている。各押出しジャッキ
１２に対向するように、貫入リング１１の後端には固定
押しロッド５６ａが固着されている。それら押出しジャ
ッキ１２により貫入リング１１を押し出す場合には、各
固定押しロッド５６ａに押しロッド５６（図９参照）を
順次螺合にて継ぎ足しながら順々に押出し駆動して貫入
リング１１を押出し駆動する。それ故、ストロークの短
い押出しジャッキ１２を用いることが可能である。但
し、十分なストロークの押出しジャッキ１２を適用して
もよい。

【００３４】次に、受入側シールド掘進機１Ｂについて
説明する。但し、その掘進方向を前方とし、その前方に
向かって左右を左右として説明する。図３、図４に示す
ように、シールド掘進機１Ｂは貫入リング１１よりも少
し小径に構成され、このシールド掘進機１Ｂは、ドーム
型のカッターヘッド７０（カッター支持体に相当する）
と、円筒状の前胴７１と、カッターヘッド７０を回転駆
動するカッター回転駆動機構７２と、中折れ部７３と、
後胴７４と、掘進推力を発生させる複数のシールドジャ
ッキ７５と、トンネル坑壁にセグメントＳを組付けるエ
レクタ装置７６と、掘削された土砂を外部へ排出する排
土機構７７と、地中接合した状態で地山の土水圧が流入
しないようにシールする止水機構７８（止水手段）と、
保護筒部材７９などを有する。

【００３５】図３、図４に示すように、カッターヘッド
７０は、前胴７１と同径の環状の外周リング８０と、中
央部から径方向に延びる４本のカッタースポーク８１
と、外周リング８０付近に設けられた４つの面板８２
と、各面板８２の所の加泥剤ノズル８３ａに接続された
加泥剤供給管８３と、カッタースポーク８１に設けられ
た多数のローラカッター８４ａ及び多数のティースカッ
ター８４ｂなどを有し、カッターヘッド７０の後側には
チャンバ８５が形成されている。１８０度位相の異なる
１対の面板８２の背面部にはオーバーカッター８６が夫
々設けられ、コピーカッター８６は油圧シリンダ８７で
カッター８８を出退させ得るように構成され、油圧シリ
ンダ８７に油圧を供給する油圧供給管８９も設けられて
いる。

【００３６】前胴７１は貫入リング１１よりも小径であ
り、前胴７１には、外周フレーム９０、カッターヘッド
７０を支持し且つ隔壁をなすフレーム９１、環状ウェブ
材９２などが設けられている。外周フレーム９０は前胴
７１の前端部内面の全周に亙っており、フレーム９１は
前胴７１の前端部の内側かつ外周フレーム９０の内側に
配設され、フレーム９１の後端部は環状ウェブ材９２に
固定され、フレーム９１の外周部にはカッターヘッド７
０を支持する支持部９１ａが形成され、カッターヘッド
７０の後部の環状フレーム９３が外周フレーム９０と支
持部９１ａとの間に回動可能に且つ液密に支持されてい
る。

【００３７】カッター回転駆動機構７２について説明す
ると、環状フレーム９３の後端にはリングギヤ９４が固
定され、環状ウェブ材９２には複数のカッター駆動モー
タ９５が固定され、各カッター駆動モータ９５の出力軸
の先端のピニオン９６がリングギヤ９４に歯合され、そ
れらカッター駆動モータ９５により、カッターヘッド７
０が正逆回転駆動される。

【００３８】中折れ部７３について説明すると、環状の
中折れ部材９６の後端部が後胴７４の前端に固着され、
中折れ部材９６には前胴７１の後端の部分球面状の摺接
部９７が回動自在に外嵌され、中折れ部材９６に対して
前胴７１を左右に屈曲させる為の複数の中折れジャッキ
１０１が中段部の左右両側に設けられ、中折れジャッキ
１０１のシリンダ本体が環状ウェブ材９２に固着のブラ
ケット１０２に鉛直のピン部材により回動可能にピン結
合され、ピストンロッドが環状ウェブ材１００に固着の
ブラケット１０３に鉛直のピン部材により回動可能にピ
ン結合されている。複数の中折れジャッキ１０１を介し
て後胴７４及び中折れ部材９６に対して前胴７１を左右
方向に屈曲させ掘進方向を徐々に変更することができ
る。

【００３９】後胴７４について説明すると、前胴７１の
後方にそれと同径の円筒状の後胴７４が配設され、後胴
７４の前端部内面に環状フレーム１００が設けられ、後
胴７４の前端部内側に複数のブラケット１０４が固着さ
れ、後胴７４の後端には地山の土砂がシールド掘進機１
Ｂの内部に浸入するのを防ぐための複数のテールシール
１０５が設けられている。

【００４０】掘進推力を発生させる複数のシールドジャ
ッキ７５が、前胴７１の後部と中折れ部材９６の内面付
近に、周方向適当間隔おきに後方向きに配設され、各シ
ールドジャッキ７５のシリンダ本体は環状フレーム１０
０に固定され、各シールドジャッキ７５のピストンロッ
ドの先端部には凸球座を有する偏心金具１０６が連結さ
れ、凸球座が各スプレッダ１０７の凹球座に係合されて
緩くピン連結され、それらシールドジャッキ７５のピス
トンロッドを伸長させ、スプレッダ１０７をトンネルＴ
ｂの内面に覆工したセグメントＳの前端に押圧させるこ
とで反力をとり掘進推力を発生させる。

【００４１】エレクタ装置７６は、回転ドラム１１０
と、エレクタ本体１１１と、回転ドラム１１０を回転駆
動する電動又は油圧式の駆動モータ１１２を有する。各
ブラケット１０４には支持ローラ１１３が回転可能に枢
支され、回転ドラム１１０は複数の支持ローラ１１３で
回転自在に支持されている。トンネルＴｂを１リング分
掘進する毎に、エレクタ装置７６により１リング分のト
ンネル坑壁の全周に亙ってセグメントＳが組付けられ
る。排土機構７７のスクリューコンベヤ７７ａの前端は
チャンバ８５内に挿入され、スクリューコンベヤ７７ａ
から土砂を受け取ってトンネルＴｂ内を後方へ搬送する
コンベヤ（図示略）も設けられ、カッターヘッド７０で
掘削された切羽の土砂は、排土機構７７により後方の立
坑から外部へ排出される。

【００４２】次に、シールド掘進機１Ａ，１Ｂを地中接
合する接合部を止水する止水機構７８と保護筒部材７９
等について説明する。図３、図５、図６に示すように、
前胴７１の前端部に止水機構７８が設けられ、この止水
機構７８は、前胴７１の前端部７１ａに外側から凹設さ
れた環状凹部１１４と、この環状凹部１１４の奥側に配
設された可撓性の環状弾性膜部材１１５と、この環状弾
性膜部材１１５の外側に位置させ環状凹部１１４に配設
された環状シール部材１１６と、環状凹部１１４のうち
の環状弾性膜部材１１５の内側に加圧水を供給する加圧
水注入管１１７を含む加圧水注入機構（加圧水注入手
段）等を有する。尚、前胴７１の前端部７１ａは、環状
凹部１１４を形成する為に前胴７１のその他の部分より
も厚い部材で構成してある。環状弾性膜部材１１５の前
端部は環状の止め金具１１８ａとボルトにより環状凹部
１１４の内面に固定され、環状弾性膜部材１１５の後端
部は環状の止め金具１１８ｂとボルトにより環状凹部１
１４の内面に固定されている。

【００４３】環状弾性膜部材１１５の外側の環状シール
部材１１６の前端部は止め金具１１８ａで固定され、図
６の状態のとき後方から作用する土水圧を封止できるよ
うになっている。環状シール部材１１６は、周方向に所
定小幅の多数の薄手の弾性変形可能な弾性板であって周
方向に部分的にラップさせつつ配列した多数の弾性板を
弾力性に優れる合成ゴム材又は合成樹脂材で包み込んだ
構造のものであり、土水圧に耐え得る剛性を有するもの
である。前胴７１の内側付近に環状凹部１１４内の環状
弾性膜部材１１５の内側に注入穴１２４を介して連通し
た１又は複数の加圧水注入管１１７が設けられ、この加
圧水注入管１１７には加圧水注入源から加圧水が供給可
能になっている。地中接合の際には、加圧水注入管１１
７から環状弾性膜部材１１５の内面側に加圧水を注入
し、環状弾性膜部材１１５と環状シール部材１１６とが
図６に示すように外側へ膨らんだ状態に弾性変形させ、
環状シール部材１１６が貫入リング１１のうちの前胴７
１に外嵌された部分の内周面に圧接させ、貫入リング１
１と前胴７１との間を液密にシールする。尚、加圧水を
用いるため、設備コスト的に有利であり、加圧水として
送水管５６に供給する加圧水の一部を適用してもよい。

【００４４】次に、保護筒部材７９と、それを軸方向へ
進退駆動する進退駆動用油圧シリンダ１２０（進退駆動
手段）について説明すると、図３、図５、図６に示すよ
うに、前胴７１の前部の外面側には、環状弾性膜部材１
１５と環状シール部材１１６とを収容した環状凹部１１
４の外面側を開閉可能に塞ぐ筒状の保護筒部材７９が軸
方向へ移動可能に外嵌されている。前胴７１の後端部分
７１ｂは前胴７１の前胴本体７１ｃと別部材に構成さ
れ、後端部分７１ｂの前端部が前胴本体７１ｃの後端部
に外嵌して溶接接合されている。保護筒部材７９は前胴
本体７１に摺動可能に外嵌されている。

【００４５】保護筒部材７９を前後に駆動可能な複数の
油圧シリンダ１２０が周方向に適当間隔おきに設けら
れ、これら油圧シリンダ１２０は外周フレーム９０より
も後方に配置されて前胴本体７１ｃに固定され、これら
油圧シリンダ１２０は油圧供給源に接続されている。各
油圧シリンダ１２０のピストンロッドが保護筒部材７９
に固着された連結具１２１を介して保護筒部材７９に連
結されている。前胴７１には、複数の連結具１２１の移
動を許す為の所定長さの複数のスリット１２２が形成さ
れている。それ故、掘進中に保護筒部材７９が前胴７１
に対して相対回動することがない。

【００４６】トンネル掘進中には、保護筒部材７９が図
５に示す前進した封鎖位置にあり、環状凹部１１４内へ
土砂が流入しないように封鎖している。そのため、掘進
中には、環状シール部材１１６と環状弾性膜部材１１５
とが土砂に晒されず損傷することがない。シールド掘進
機１Ａ，１Ｂを地中接合する際、貫入リング１１をシー
ルド掘進機１Ｂに部分的に外嵌させてから保護筒部材７
９を複数の油圧シリンダ１２０により後方へ退避させ、
環状凹部１１４の外面側を開放してから、加圧水注入管
１１７により加圧水を供給して止水（シール）する。
尚、前胴７１の外面側には保護筒部材７９で止水機構７
８を覆った状態で前胴７１と保護筒部材７９間をシール
するシール１２３ａ〜１２３ｃが設けられている。

【００４７】地中接合する際には、貫入リング１１の貫
入後に加圧水注入機構から環状弾性膜部材１１５の内側
へ加圧水を供給して、図６に示すように、環状弾性膜部
材１１５を外側へ膨張させることで環状シール部材１１
６を貫入リング１１の内面に圧接させて前胴７１と貫入
リング１１間を止水する。即ち、加圧水注入管１１７か
ら注入穴１２４を経て環状弾性膜部材１１５の内面側に
加圧水が注入されると、図６に示すように、水圧により
環状弾性膜部材１１５と環状シール部材１１６が外側へ
膨らみ、環状シール部材１１６が貫入リング１１の外嵌
された部分の内周面に圧接され、貫入リング１１の内面
側がシールされる。このとき、環状シール部材１１６が
後方程大径状になってその後端部において貫入リング１
１に圧接され、環状シール部材１１６が十分な剛性を有
するので、地山から作用する土水圧を確実に止水でき
る。

【００４８】次に、以上説明した地中接合型シールド掘
進機の作用について説明する。但し、以下の説明は地中
接合方法の説明も含む。図７に示すように、シールド掘
進機１Ａと、シールド掘進機１Ｂとを相接近方向へ掘進
させて両者の前端部同士を地中で接合する際、カッター
ディスク２とカッターヘッド７０が接近対向する状態に
近づけ、両トンネルＴａ，Ｔｂの合流部において両シー
ルド掘進機１Ａ，１Ｂの掘進を停止する。シールド掘進
機１Ｂは、トンネルＴａ，Ｔｂの合流部の所定距離手前
からオーバーカッター８６を伸長した状態でトンネルＴ
ｂを掘進し、カッターヘッド７０の径よりも僅かだけ大
径にトンネルＴｂを余堀りして貫入リング１１を貫入可
能な空間を予め確保しておく。

【００４９】シールド掘進機１Ａにおいて、後胴７の内
面に固定した複数の固定部材１２５をセグメントＳに当
接させてシールド掘進機１Ａが後退しないように規制
し、中折れ部材４０と前胴４を複数の固定部材１２６で
固定する。シールド掘進機１Ｂにおいて、後胴７４の内
面に固定した複数の固定部材１２７をセグメントＳに当
接させてシールド掘進機１Ｂが後退しないように規制
し、中折れ部材９６と前胴７１を複数の固定部材１２８
で固定する。これらの固定部材１２５〜１２８は周方向
に所定間隔おきに複数個所に設ける。

【００５０】次に図８に示すように、シールド掘進機１
Ａの連結ジャッキ３２のピストンロッドを進出駆動さ
せ、ピストンロッドの先端部を外周リング１７の連結穴
１７ｂに挿入させ、外周リング１７を前胴４に連結固定
する。次に、カッターディスク２の可動カッタースポー
ク１３ｂを径方向へ縮径させて環状の貫入リング通過用
隙間２１を形成する。

【００５１】次に図９に示すように、シールド掘進機１
Ａにおいて、貫入リング１１の後端の固定押しロッド５
６ａに短い所定長さの押しロッド５６を順々に螺合連結
しながら、複数の押出しジャッキ１２で複数の押しロッ
ド５６の後端を夫々繰り返し押動させることで、貫入リ
ング１１を、貫入リング通過用隙間２１を貫いてシール
ド掘進機１Ｂ側へ部分的に押出しシールド掘進機１Ｂの
前端部に外嵌させる。

【００５２】次に図１０に示すように、シールド掘進機
１Ｂの複数の油圧シリンダ１２０により保護筒部材７９
を後方へ貫入リング１１から外れる位置まで後退駆動
し、止水機構７８を作動可能にしてから加圧水供給源か
ら加圧水注入管１１７と注入穴１２４とを介して加圧水
を供給すると、加圧水の水圧により環状弾性膜部材１１
５が外側に膨張し、環状シール部材１１６が外側に押圧
されてテーパー状に外側へ膨らんで、貫入リング１１の
内側から貫入リング１１の内周面に圧接され、貫入リン
グ１１の内面側がシールされる。

【００５３】次に図１１に示すように、シールド掘進機
１Ａの裏込材注入管１２９から裏込材（例えばモルタル
等）を貫入リング１１と前胴４間に注入し、前胴４と貫
入リング１１間を完全に水密に封鎖する。シールド掘進
機１Ｂの裏込剤注入管１３０から裏込材を貫入リング１
１の後方の前胴７１と地山間に注入し、地山から貫入リ
ング１１と前胴７１間へ水や土砂が流入しないように封
鎖する。次に図１２に示すように、シールド掘進機１Ａ
のリング部材６３を貫入リング１１に溶接接合するとと
もに、前胴７１の前端と貫入リング１１間に止水リング
１３１を設けて封鎖し、止水リング１３１を貫入リング
１１と環状フレーム９３とに溶接接合する。

【００５４】次に、シールド掘進機１Ａ，１Ｂのカッタ
ーディスク２、カッターヘッド７５、内部構造材、付属
機器類を撤去すると、図１３に示すように地中接合後、
シールド掘進機１Ａの前胴４と中折れ部６と後胴７、シ
ールド掘進機１Ｂの前胴７１と中折れ部７３と後胴７
４、貫入リング１１等が地中に取り残され、トンネルＴ
ａ，Ｔｂが接合される。

【００５５】以上の地中接合型シールド掘進機お地中接
合方法によれば、両シールド掘進機１Ａ，１Ｂの地中接
合時に、シールド掘進機１Ａから貫入リング１１を押出
してシールド掘進機１Ｂに部分的に外嵌させ、シールド
掘進機１Ｂの止水機構７８の環状シール部材１１６を貫
入リング１１の内面に圧接させて止水するように構成し
たので、貫入リング１１と環状シール部材１１６間に土
砂が噛み込んで止水性が低下するのを防止し止水性能を
高めることができる。

【００５６】しかも、掘進中に環状シール部材１１６が
土砂に暴露されないように、環状弾性膜部材１１５と環
状シール部材１１６を収容した環状凹部１１４の外面側
を、保護筒部材７９で封鎖しておき、地中接合の際に保
護筒部材７９を後方へ退避させて止水機構７８の外側を
開放するので、掘進の際に環状弾性膜部材１１５と環状
シール部材１１６を土砂に触れないように保護して、そ
れらの土砂との接触による損傷を防止し、地中接合後の
止水性を確保することができる。

【００５７】シールド掘進機１Ａに、地中接合時にカッ
ターディスク２の外周部を前胴４に連結する連結機構３
２を設け、地中接合に際して、連結機構３２によりカッ
ターディスク２の外周部を前胴に連結することができ、
スポーク縮径機構１４を縮径させたときカッターディス
ク２の外周部が分断状態となって遊動するのを防止でき
る。尚、前記実施形態におけるその他の種々の作用、効
果は、前記実施形態の記載に開示、示唆したとおりであ
る。尚、受入れ側シールド掘進機１Ｂが、ドーム型カッ
ターヘッド７０の代わりに平板型のカッターディスク
（カッター支持体）を有するものである場合にも、本発
明を前記実施形態と同様に適用することかができる。前
記実施形態は、一例を示すものに過ぎず、本発明の趣旨
を逸脱しない範囲で、種々の変更を付加した態様で実施
可能であることは勿論である。

【００５８】

【発明の効果】請求項１の地中接合型シールド掘進機に
よれば、第１シールド掘進機に貫入リングと押出し手段
とスポーク縮径手段を設け、第２シールド掘進機を貫入
リングよりも小径に構成して第２シールド掘進機に止水
手段を設け、第１シールド掘進機から貫入リングを押出
して第２シールド掘進機へ部分的に外嵌させ、その貫入
リングの外嵌された部分の内周面に第２シールド掘進機
の止水手段の環状シール部材を圧接させて止水するよう
に構成したので、貫入リングと環状シール部材間に土砂
が噛み込んで止水性が低下するのを防止し止水性能を高
めることができる。しかも、掘進中に環状シール部材が
土砂に暴露されないように何らかの保護部材で保護して
おき、地中接合の際に保護部材を軸方向へ退避させるこ
とも可能となるので、その場合には環状シール部材の土
砂による摩耗や損傷を確実に防止することができる。そ
して、第１シールド掘進機は、地中接合時にカッターデ
ィスクの外周部を前胴に連結する連結機構を設け、地中
接合に際して、第１シールド掘進機において連結機構に
よりカッターディスクの外周部を前胴に連結することが
でき、スポーク縮径手段を縮径させたときカッターディ
スクの外周部が分断状態となって遊動するのを防止でき
る。

【００５９】請求項２の発明によれば、第２シールド掘
進機の前胴の前端部に外側から凹設された環状凹部に環
状弾性膜部材と環状弾性膜部材の外側の環状シール部材
とを収容するので、それらの外側を別途設ける何等かの
筒状保護部材で塞いでおくことができ、地中接合の際に
その筒状保護部材を軸方向へ退避させることができるた
め、掘進の際に環状弾性膜部材と環状シール部材を土砂
に触れないように保護することが可能になる。加圧水注
入手段で環状弾性膜部材の内面側に加圧水を注入して環
状シール部材を貫入リングの外周面に圧接させて貫入リ
ングの外周面と前胴の間を止水する構造であるので、貫
入リングと環状シール部材間に土砂を噛み込むのを確実
に防止し、止水性を確保することができる。その他請求
項１と同様の効果を奏する。

【００６０】請求項３の発明によれば、第２シールド掘
進機に、環状弾性膜部材と環状シール部材とを収容した
環状凹部の外面側を開閉可能に塞ぐ保護筒部材と、この
保護筒部材を軸方向へ進退駆動する進退駆動手段とを設
けたので、地中接合の際に貫入リングの第２シールド掘
進機の前端部へ貫入前又は貫入後に、進退駆動手段によ
り保護筒部材を第１シールド掘進機と反対側へ移動さ
せ、環状凹部の外面側を開放してから止水手段を作動可
能状態にすることができる。しかも、トンネル掘進中に
は、環状弾性膜部材と環状シール部材とを収容した環状
凹部の外面側を保護筒部材で塞いでおくことができるの
で、環状弾性膜部材と環状シール部材が土砂に接触しな
いように保護して、それらの損傷を防止し、地中接合後
の止水性を確保することができる。その他請求項２と同
様の効果を奏する。

【００６１】

【００６２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の地中接合型シールド掘進機
の第１シールド掘進機の縦断側面図である。

【図２】図１のシールド掘進機のカッターディスクの正
面図である。

【図３】第２シールド掘進機の縦断側面図である。

【図４】図３のシールド掘進機のカッターディスクの正
面図である。

【図５】止水機構（掘進時の状態）とその関連構造の要
部拡大断面図である。

【図６】止水機構（止水状態）とその関連構造の要部拡
大断面図である。

【図７】地中接合時の連結機構による連結状態を示す作
動説明図である。

【図８】地中接合時の貫入リング通過隙間形成状態を示
す作動説明図である。

【図９】地中接合時の貫入リング押出し状態を示す作動
説明図である。

【図１０】地中接合時の止水機構による止水状態を示す
作動説明図である。

【図１１】地中接合時の裏込剤充填状態を示す作動説明
図である。

【図１２】地中接合時に貫入リング内面側の溶接部位を
示す作動説明図である。

【図１３】地中接合完了後の諸部材や機構を撤去した状
態のシールド掘進機の縦断側面図である。

【符号の説明】

１Ａ 貫入側の第１シールド掘進機 １Ｂ 受入側の第２シールド掘進機 ２ カッターディスク １１ 貫入リング １２ 押出しジャッキ １３ カッタースポーク １３ｂ 可動カッタースポーク １７ 外周リング １７ｂ 連結穴 ３２ 連結ジャッキ ５６ 押しロッド ７０ カッターヘッド ７８ 止水機構 ７９ 保護筒部材 １１４ 環状凹部 １１５ 環状弾性膜部材 １１６ 環状シール部材 １１７ 加圧水注入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 302

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１シールド掘進機と、この第１シール
   ド掘進機よりも小径の第２シールド掘進機とを備え、第
   １，第２シールド掘進機を相接近方向へ掘進させて両者
   を地中で接合するようにした地中接合型シールド掘進機
   において、 前記第１シールド掘進機は、前胴の内側付近に軸方向へ
   移動可能に装備された筒状の貫入リングと、貫入リング
   を第２シールド掘進機に部分的に外嵌するまで押出し駆
   動する押出し手段と、貫入リングの通過隙間を形成する
   為にカッターディスクのカッタースポークの先端付近部
   を径方向へ縮径するスポーク縮径手段と、地中接合時に
   カッターディスクの外周部を前胴に連結する連結機構と
   を備え、 前記第２シールド掘進機は、前記貫入リングよりも小径
   に構成され、貫入リングの外嵌された部分の内周面に圧
   接される環状シール部材を介して止水する止水手段を備
   えたことを特徴とする地中接合型シールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記止水手段は、前胴の前端部にその外
   面から凹設された環状凹部と、この環状凹部に配設され
   た環状弾性膜部材及びこの環状弾性膜部材の外側の環状
   シール部材と、この環状弾性膜部材の内面側に加圧水を
   注入して環状シール部材を貫入リングの内周面に圧接さ
   せる加圧水注入手段とを備えたことを特徴とする請求項
   １に記載の地中接合型シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記第２シールド掘進機に、環状弾性膜
   部材と環状シール部材とを収容した環状凹部の外面側を
   開閉可能に塞ぐ保護筒部材と、この保護筒部材を軸方向
   へ進退駆動する進退駆動手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の地中接合型シールド掘進機。