JP2934835B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下道、下水道、
又は導水路等のトンネル工事において、岩石、玉石およ
び転石等を刃物で破砕し、大きな岩石等を搬送できる径
大の搬出管を有する掘進機に関し、特に、長距離のシー
ルド工法で使用されるシールド掘削機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、地下道等の工事において用いる岩
石、玉石および転石等の掘進機は、図３に示すように、
破砕した岩石等を、掘進機の搬出管の内部に設けたスク
リュー等の強制搬出を用いて搬出したり、あるいは岩石
等を切削刃で掘削、攪拌し、掘進機の搬出管の内部に設
けたベローズを用いて岩砕を搬出するのが一般的であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のシールド掘進機におけるように、刃物で破砕した岩
石等を搬出するのに、スクリューを用いると、破砕した
岩石等が通過する搬出管の径は、管内での閉塞を回避し
且つ減圧を防止する観点から、通常０．１５〜０．２Ｄ
（Ｄ：地山を支持するシールドの外径、以下同じ）程度
が限度であった。このため、岩石等を、径２０〜３０ｍ
ｍ程度に破砕しなければならず、よって、岩石等を破砕
する刃物の摩耗が著しく、掘削の推進距離が１５０ｍ程
度に限られるばかりか推進速度が遅かった。本発明は、
前記従来における問題点を解消するためになされたもの
であり、岩石等をシールドの外径の３０％程度の粗い大
きさに破砕したままで搬出することを可能とし、もって
刃物の摩耗を低減することを可能とするとともに、同じ
刃物で使用できる推進距離を伸ばして掘削の推進速度を
大きくし、掘削作業の能率を高め、スムーズな搬出を行
うことが可能な、切羽の安定に供するシールド掘進機を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １） トンネル前方で切羽、地山を掘削し攪拌する切削
刃と、岩石を破砕する破砕刃を回転盤に設け、切羽と坑
内で隔てる壁の一部を開口した岩砕、土砂を取り込む取
込口を前記回転盤の後方に設けるとともに、内部に圧縮
流体を導入したベローズを内周壁に膨縮自在に取り付け
た搬出管を前記取込口に設け、しかもベローズを複数個
搬送方向に多段に配置し、前記取込口から取り込んだ岩
砕、土砂を後方へ搬出し、切羽を安定に保つことを特徴
とするシールド掘進機にある。

【０００５】

【作用】請求項１記載の発明に係るシールド掘進機は、
回転板に設けた切削刃で、トンネル前方の地山を掘削
し、攪拌するとともに、破砕刃で岩石等を破砕した後、
切羽と坑内を隔てる壁の一部を開口した取込口から岩石
等を取り込み搬出管内に搬出し、搬出管の内周壁に取り
付け且つ圧縮流体を導入した膨縮自在なベローズを開閉
し、膨張、圧縮させながら、岩石等を搬出管の後方へ搬
送する。これにより、粗い大きさの岩石等を搬出管の後
方に搬出することができるとともに、掘削の推進距離を
伸ばし、もって推進速度を大きくすることができ、刃物
の摩耗を低減することができる。請求項２記載の発明に
係るシールド掘進機は、搬出管の外径より大きい岩石等
を破砕する破砕刃を設けたので、粗い大きさに破砕され
た岩石等が搬出管内を容易に搬送されうる。請求項３記
載の発明に係るシールド掘進機は、搬出管の外径が、地
山を支持するシールドの外径の３０〜６０％であるの
で、粗い大きさの岩石等がそのまま搬送でき、推進速度
が大きくなり、掘削能率が高まる。ここで、搬出管の外
径が、シールドの外径の３０％以下であれば、粗い岩石
等が搬出管内を搬送されず、管内で閉塞を起こすおそれ
がある。一方、搬出管の外径が、シールドの外径の６０
％以上であれば、圧力がぬけてしまうおそれがある。請
求項４記載の発明に係るシールド掘進機は、ベローズが
多段に設けられているので、破砕された岩石等が搬出管
内を容易に搬出されうる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に係る掘進機の回動手段
は、特に限定されないが、電動モーターで回動する方法
等が用いられる。本発明に係るベローズは、主にイソプ
レン製ゴム等で製作される。本発明に係る岩石等は、ベ
ルトコンベアの他に、トロッコ等でも運搬される。本発
明に係る圧縮流体は、圧縮空気の他、水、塑性状流体等
が使用される。

【０００７】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。本実施例に係るシールド掘進機は、下水道の内径が
０．７〜１．５ｍ程度のトンネルをセミシールド工法
で、掘削するのに使用される例である。図１は本実施例
のシールド掘進機の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａにお
ける断面図、図３は切削刃および破砕刃を示す説明図、
図４は破砕刃の拡大側面図、図５はトンネル掘削作業を
示す説明図、図６は従来のシールド掘進機の縦断面図、
図７は図６のＢ−Ｂにおける断面図である。図中１はシ
ールド掘進機、２は岩石等を後方へ搬出する搬出管、３
は膨縮自在なベローズ、４はベローズ３内に封入した圧
縮空気、５ａは岩石等を掘削、攪拌する切削刃、５ｂは
岩石等を破砕する破砕刃、６は壁、７は壁の一部を開口
した取込口、８は岩石等を混合する混合室、９は刃物５
を取り付ける回転板、１０は減速機付電動モーター、１
１は岩石、１２は搬出管を搬出された岩石等を外部へ排
出するベルトコンベア、１４は歯車、１５はシールド、
１６は排泥口、１７ａは内周ルーフ、１７ｂは外周ルー
フ、１８はホース、１９は元押しジャッキ、２０は排泥
パイプ、２１は送泥パイプ、２２は真空吸引装置、２３
はタンク、２４は送泥装置、２５は坑内送風用コンプレ
ッサ、２６はエアパイプ、２７はヒューム管、２８は切
羽、２９は立坑、３０は地山である。本実施例に係るシ
ールド掘進機１は、最前方で回転して地山３０の掘削、
攪拌を行う切削刃５と岩石の破砕を行う破砕刃５ｂの後
方に、岩石１１等を混合する混合室８が設けられ、混合
室８の後方に、切羽２８と坑内作業空間を遮断する壁６
が設けられるととともに、壁６の一部が開口し、搬出管
２より径大の取込口７が設けられている。又、壁６に
は、切羽内砂排出用の排泥口１６や、切羽圧入用泥土供
給口（図示せず）が設けられている。ここで、回転板９
に取付けた切削刃５ａと破砕刃５ｂを回転し、駆動させ
る機構は、シールド１５内の減速機付電動機１０で発生
する駆動力を、歯車１４を介して伝え、回転板９に取付
けた切削刃５ａと破砕刃５ｂを回転させる機構になって
いる。このように、切削刃５ａと破砕刃５ｂで掘削、破
砕および攪拌された岩石１１、土砂及び玉石等を搬出す
る、外径０．４Ｄの筒状の搬出管２を取込口７に取り付
け、搬出管２の後方内周壁に、排圧以上の圧縮空気４を
封入したゴム製のベローズ３を膨縮自在に取付けた構造
である。掘進機１の後方には、岩石１１等を外部に搬出
するベルトコンベア１２が取り付けてある。かかるシー
ルド掘進機１は、立坑２９内に設置される元押しジャッ
キ１９からの押圧力を、地山３０を支えるヒューム管２
７を介して最後端の受圧部で受け、これを支えとしなが
ら、受圧部の直前にある中押しジャッキ（図示せず）で
推進する機構である。図１に示すように、シールド掘進
機１を先導体とし、その直後へ地山３０を支える管体を
後方の発進立坑内のジャッキで押し込んで推進させなが
ら埋設していく。この時、切羽内圧力を保持して掘削地
山を支えるため、地上の送泥装置２４から送泥パイプ２
１を通して、壁６の泥土供給口１７から切羽２８内に泥
土を圧入する。このように、切羽内圧力を高くして地山
３０の崩落を防ぎながら、回転盤９を回転し、切削刃５
ａと破砕刃５ｂを回転させながら岩石１１等を掘削を行
っていく。岩石１１等を、地山を支持するシールド１５
の外径の３０％程度まで破砕する。破砕された岩石１１
等が、壁６に設けた岩石１１等の取込口７から排出さ
れ、後方の搬出管２内に搬出される。この時大きな岩石
１１等は、切削刃５ａ、破砕刃５ｂ先の部分に止まる。
泥土を入れ且つ排圧をかけた搬出管２の中を、破砕され
た岩石１１等が搬送される。搬出管２の内周壁に取付け
た、圧縮空気４を封入した膨縮自在なベローズ３を全開
し、可動させると、ベローズ３が開閉し、圧縮、膨張を
繰り返しながら、岩石１１等をおさえて、岩石１１等を
粗い大きさのまま徐々に搬出管２の後方に搬出する。掘
削と同時に、シールド掘進機１は、中押しジャッキによ
り推進し、所定量推進すると、その分元押しジャッキ１
９によりヒューム管２７が押し込まれて、トンネル部分
の地山３０が支えられるとともに、シールド掘進機１全
体が前進した形になる。切削刃５ａおよび破砕刃５ｂで
掘削された土砂や石は、切羽２８に圧入した泥土と混合
され、流動性をもつ切羽土砂を形成され、切羽内圧力を
維持し掘削地山の崩壊を防ぐ役割を果たす。かかる切羽
内土砂は、排泥口１６に導入され、排泥口１６に接続さ
れた排泥管内を通って、掘進機１後方へ排出される。次
に、搬出管２内を運ばれた岩石１１等は、搬出管２の後
方に取付けたベルトコンベア１２により、立坑２９部ま
で運ばれ、外部に搬出される。尚、泥土および砂は、地
上の真空吸引装置２２で吸引され、排泥パイプ２０を通
り、タンク２３へ回収される。回収された泥土の一部
は、送泥装置２４に送られ、送泥装置２４から送泥パイ
プ２１および泥土供給口１７を通じて切羽２８へ戻され
る。以上詳細に説明した通り前記実施例に係るシールド
掘進機１は、粗い大きさの岩石等を搬出管の後方に排出
できるとともに、ベローズが岩石等と密着して搬出管内
を遮断するため、圧力を保持することができる。また、
岩石１１等の推進距離を伸ばして、掘削の推進速度を大
きくし、刃の摩耗を低減することができる。尚、本発明
は、前記実施の形態に限定される訳ではなく、その趣旨
を逸脱しない範囲で種々な変更が可能である。

【０００８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、回転盤に切削刃
と破砕刃を設け、搬出管の内周壁に内部に圧縮流体を導
入したベローズを取り付けるとともに、搬出管の先端に
大きく開口した取込口を設けたので、粗い大きさの岩石
に破砕した後、搬出管の後方に搬出することができると
ともに、掘削の推進距離を伸ばし、もって推進速度を大
きくすることができ、刃物の摩耗を低減することができ
る。請求項２記載の発明は、搬出管の外径より大きい岩
石等を破砕する破砕刃を設けたので、粗い大きさに破砕
された岩石等が搬出管内を容易に搬出されうる。請求項
３記載の発明は、搬出管の外径が地山を支持するシール
ドの外径の３０〜６０％なので、搬出管内を粗い大きさ
の岩石等のまま搬出することができ、掘削の推進速度が
大きくなり、掘削能率が高まる。請求項４記載の発明
は、ベローズが多段に設けられているので、破砕された
岩石等が容易に搬出管内を搬出されうる。以上説明した
通り本発明は、岩石等をシールドの外径の３０％程度の
大きさの粗さに破砕したままで搬出することを可能と
し、もって刃の摩耗を低減することを可能とするととも
に、同じ刃で推進距離を伸ばして掘削の推進速度を大き
くし、掘削作業の能率を高め、スムーズな搬出を行うこ
とが可能な、切刃の安定に供する岩石の掘削機を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のシールド掘進機の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａにおける断面図である。

【図３】切削刃および破砕刃を示す説明図である。

【図４】破砕刃の拡大側面図である。

【図５】トンネル掘削作業を示す説明図である。

【図６】従来のシールド掘進機の縦断面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂにおける断面図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ 搬出管 ３ ベローズ ４ 圧縮空気 ５ａ 切削刃 ５ｂ 破砕刃 ６ 壁 ７ 取込口 ８ 混合室 ９ 回転盤 １０ 減速機付電動モーター １１ 岩石 １２ ベルトコンベア １４ 歯車 １５ シールド １６ 排泥口 １７ａ 内周ルーフ １７ｂ 外周ルーフ １８ ホース １９ 元押しジャッキ ２０ 排泥パイプ ２１ 送泥パイプ ２２ 真空吸引装置 ２３ タンク ２４ 送泥装置 ２５ 坑内送風用コンプレッサ ２６ エアパイプ ２７ ヒューム管 ２８ 切羽 ２９ 立坑 ３０ 地山 ３１ スクリュー

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル前方で切羽、地山を掘削し攪拌
   する切削刃と、岩石を破砕する破砕刃を回転盤に設け、
   切羽と坑内で隔てる壁の一部を開口した岩砕、土砂を取
   り込む取込口を前記回転盤の後方に設けるとともに、内
   部に圧縮流体を導入したベローズを内周壁に膨縮自在に
   取り付けた搬出管を前記取込口に設け、しかもベローズ
   を複数個搬送方向に多段に配置し、前記取込口から取り
   込んだ岩砕、土砂を後方へ搬出し、切羽を安定に保つこ
   とを特徴とするシールド掘進機。