JP3073463B2 - 二段式シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、地山
を掘削して大径トンネルから小径トンネルを連続的に掘
削することができる二段式シールド掘進機に関し、詳し
くは、大径トンネル掘削から小径トンネル掘削への段取
り替え作業が容易な二段式シールド掘進機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地下にトンネル（横方向洞
道）を形成するための手段としてシールド掘進機が用い
られており、近年、特に都市整備等における下水道や電
気，電話線等を埋設するためのトンネル工事が急増して
いる。このようなトンネル工事としては、例えば下水道
工事のように上流側に小径のいわゆる枝管を形成し、下
流側に大径のいわゆる主管を形成するような要求が多
い。このようなトンネルを形成する場合、トンネル径が
異なる接合地点に立抗を設け、この立抗から直径の異な
る別々のシールド掘進機によってそれぞれのトンネルを
掘削して立抗位置で連結することとなるが、各接合地点
に立坑を設けるためには多くの費用と時間を要してしま
う。しかも、都市部においては立抗を設けられない場合
もあり、この場合には口径の異なる２つのトンネルの全
トンネルを大径とするので多額の費用が必要となってし
まう。

【０００３】そのため、接合地点に立坑を必要としない
二段式シールド掘進機が開発されている。この二段式シ
ールド掘進機の従来技術として特開平３−１６１６９４
号公報記載の発明があるが、この発明は、大シールド掘
進機内に小シールド掘進機を設け、これらのシールド掘
進機をノックで連結することにより一体化して大径トン
ネルを掘削し、所定位置でノックを外して連結を解除す
ることにより小シールド掘進機で小径トンネルが掘削で
きるようにしている（従来例１）。

【０００４】また、他の従来技術として、特開平１−９
４１９３号公報記載の発明や特開平３−６６８９７号公
報記載の発明があり、これらの発明ではシールド掘進機
としての機能を具備した大シールド掘進機と小シールド
掘進機とを組合せて二段式シールド掘進機を構成し、所
定位置から小シールド掘進機で小径トンネルを掘削でき
るようにしている（従来例２）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例１では、両シールド掘進機を連結するノックで大ト
ルクを伝達するためには構造が複雑化してシールド掘進
機の製作時間や費用が増大し、また、大径トンネルから
小径トンネルを分岐させる時に大径トンネル用エレクタ
ー撤去等の段取り替え作業に多くの時間を要して効率的
な作業を行うことができない。

【０００６】また、上記従来例２の場合、カッターヘッ
ドを駆動するための構成を大シールド掘進機内にも設け
ているため、大シールド掘進機と小シールド掘進機との
間に大口径差を必要として口径差の小さな二段トンネル
を掘削することができない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、この出願に係る発明は、大シールド掘進機
のリングガーターと小シールド掘進機の本体との間に合
体掘進時に推力及びトルクを伝達するための小シールド
セグメントとほぼ同径の伝達部材を設け、この伝達部材
と小シールド掘進機の本体とを着脱可能に連結してい
る。

【０００８】このように小シールド掘進機の本体と着脱
可能に連結した伝達部材で大シールド掘進機と連結する
ことにより、大径トンネルの掘削から小径トンネルの掘
削への段取り替え作業が短時間で行えるので工期の短縮
を計ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この出願に係る発明は、大シール
ド掘進機の本体内に小シールド掘進機を有し、該大シー
ルド掘進機と小シールド掘進機とを同心上に配設した二
段式シールド掘進機において、前記小シールド掘進機内
に小カッターディスク及び大カッターディスクを駆動す
る駆動装置を設け、前記大シールド掘進機のリングガー
ターと小シールド掘進機の本体との間に、該大シールド
掘進機と小シールド掘進機との合体掘進時に推力及びト
ルクを伝達するとともに、小径トンネル掘削時の掘削反
力を前記リングガーターで支持する小シールドセグメン
トとほぼ同径の伝達部材を設け、該伝達部材と小シール
ド掘進機のリングガーターとの間に小シールドセグメン
ト１リング分のスペースを設け、該伝達部材の前端を、
小シールド掘進機の後胴に設けた着脱可能な接続部材で
支持することにより、該伝達部材と小シールド掘進機の
本体とを着脱可能に連結して大シールド掘進機本体と小
シールド掘進機本体同士の固定装置を設けないようにし
ている。

【００１０】このように、大シールド掘進機本体と小シ
ールド掘進機本体同士の固定装置を設けないようにし
て、大シールド掘進機と小シールド掘進機との連結を大
シールド掘進機のリングガーターと小シールド掘進機本
体との間に設けた伝達部材で行うことにより、大シール
ド掘進機から小シールド掘進機への段取り替え作業を容
易に行うことができる。

【００１１】 また、上記伝達部材と小シールド掘進機
のリングガーターとの間に小シールドセグメント１リン
グ分のスペースを設けているので、大径トンネルから小
径トンネルへの段取り替え作業時に伝達部材と小シール
ド掘進機本体とを容易に離脱させることができる。

【００１２】 さらに、伝達部材と小シールド掘進機の
本体との間に着脱可能な接続部材を設けているので、伝
達部材と小シールド掘進機との着脱が容易にできる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【実施例】以下、この出願に係る発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１はこの出願に係る発明の一実施例を示
す二段式シールド掘進機の側断面図であり、図２は同二
段式シールド掘進機の正面図である。

【００１７】図示するように、大シールド掘進機Ｍａ内
に小シールド掘進機Ｍｂが設けられて二段式シールド掘
進機Ｎが構成されており、大シールド掘進機Ｍａのエレ
クターＥのカッターディスク側（前部）に小シールド掘
進機Ｍｂが配設されている。

【００１８】この大シールド掘進機Ｍａの前部に設けら
れた大カッターディスクＤａと小シールド掘進機Ｍｂの
前部に設けられた小カッターディスクＤｂとは、これら
カッターディスクＤａ，Ｄｂを結合又は離脱させる固定
装置Ｆによって固定することにより、二段式シールド掘
進機ＮとしてのカッターディスクＤが形成されている。

【００１９】このカッターディスクＤを駆動するための
駆動装置は上記小シールド掘進機Ｍｂ内に設けられてお
り、カッターディスクＤを駆動するセンターシャフト１
に設けられた従動歯車２に噛合する駆動歯車３を駆動モ
ータ４で駆動することによりカッターディスクＤが旋回
させられている。５はセンターシャフト１を回転可能に
支持する軸受である。

【００２０】また、この実施例の小シールド掘進機Ｍｂ
は中折れ機構Ｕを有しており、小シールド掘進機本体Ｌ
ｂの前胴６と後胴７との間に設けられた中折れジャッキ
８によって曲線推進が可能なように構成されている。こ
の小シールド掘進機Ｍｂが中折れ機構Ｕを有するか否か
はトンネル形成場所等の条件に応じて適宜決定すればよ
い。このように中折れ機構Ｕを具備しているため、前胴
６と後胴７との間にはローリングストッパー９が設けら
れている。さらに、この実施例では、予め中折れジャッ
キ８の後端に設けられたリングガーター１０の後部にエ
レクター用の車輪１１が設けられている。

【００２１】一方、大シールド掘進機Ｍａの本体Ｌａに
設けられた後部リングガータ１３には、大シールドジャ
ッキ１４が設けられており、この大シールドジャッキ１
４によって大径トンネルＴａのセグメントＳａに掘進反
力を取るように構成されている。１５はテールシールで
ある。また、この後部リングガーター１３には、エレク
ター用の車輪１６が設けられており、この車輪１６に沿
ってエレクターＥのエレクタードラムＥａが旋回可能に
設けられている。１２は小シールド掘進機本体Ｌｂの後
胴７に接して小シールド掘進機Ｍｂを同心上の保持する
補強材である。１７はエレクターＥを旋回させるための
駆動モータである。

【００２２】そして、この後部リングガーター１３と小
シールド掘進機Ｍｂとの間には、伝達部材としての小シ
ールドセグメントＳｂが１リング分組まれている。この
小シールドセグメントＳｂは、後端が後部リングガータ
ー１３に、前端が小シールド掘進機Ｍｂの後胴７に設け
られた接続部材１８に接する状態で固定されている。こ
の実施例では伝達部材として小シールドセグメントＳｂ
を設けているが、小シールドセグメントＳｂとほぼ同径
で合体推進時の推力及びトルクを伝達できる部材であれ
ばよい。

【００２３】このように大シールド掘進機Ｍａと小シー
ルド掘進機Ｍｂとの間に予め組み込んだ小シールドセグ
メントＳｂで掘削反力を伝達することにより、後述する
ように大径トンネルＴａの掘削から小径トンネルＴｂの
掘削へと分岐する時の段取り替え作業が容易に行えるよ
うになる。

【００２４】なお、小シールド掘進機Ｍｂ下部のリング
ガーター１９と後部リングガーター１３との間には、エ
レクターＥの組み替え作業が容易なようにエレクタード
ラム移動用レール２０が設けられている。

【００２５】また、後胴７の後端には小シールドセグメ
ントＳｂに接するテールシール２１が設けられ、大シー
ルド掘進機Ｍａ前部の小シールド掘進機Ｍｂとの間には
大径トンネル掘削時の土砂浸入を防止するシール部材２
２が設けられている。

【００２６】更に、上記大カッターディスクＤａと小カ
ッターディスクＤｂとを固定する固定装置Ｆは、小カッ
ターディスクＤｂ内に設けられたジャッキ２３とこのジ
ャッキ２３の伸縮によって大カッターディスクＤａの固
定部２４と嵌合又は離脱させられる固定材２５とによっ
て構成されている。そして、大シールド掘進機Ｍａの前
部には、大カッターディスクＤａと大シールド掘進機本
体Ｌａとを固定するための固定部材たる固定ジャッキ２
６が設けられており、大カッターディスクＤａの後部円
周上に複数設けられた係止部材２７が大シールド掘進機
本体Ｌａの前端に設けられた係止片２８の位置と一致し
た状態で固定ジャッキ２６を伸長することにより、係止
部材２７の端部で係止片２８を係止して固定するように
構成されている。なお、Ｇは小カッターディスクＤｂ内
に設けられたコピーカッターである。

【００２７】また、小シールド掘進機Ｍｂには、カッタ
ーチャンバーＣ内の土砂を排出するためのスクリューコ
ンベアＢが設けられている。この実施例では土圧式シー
ルドを例に説明しているが、泥水式シールドであっても
よい。

【００２８】図３〜図９は上記二段式シールド掘進機Ｎ
により大径トンネルから小径トンネルを分岐させて掘削
する場合の分岐要領であり、図３は図１に示す二段式シ
ールド掘進機の分岐前の状態を示す側断面図、図４は図
３の次要領を示す同側断面図、図５は図４の次要領を示
す同側断面図、図６は図５の次要領を示す同二段式シー
ルド掘進機先端部の拡大断面図、図７は図６の次要領を
示す同拡大断面図、図８は図７の次要領を示す二段式シ
ールド掘進機の図面で小シールド掘進機の分岐状態を示
す側断面図、図９は図８の次要領を示す図面で二段式シ
ールド掘進機で形成したトンネルを示す側断面図であ
る。

【００２９】図３に示すように、大シールド掘進機Ｍａ
によって所定位置まで大径トンネルＴａを掘削すると、
図４に示すように、円周上に設けられた複数の大シール
ドジャッキ１４の内の数本を縮小して取り外し、セグメ
ントＳａを組んで大シールド掘進機本体Ｌａに反力リブ
Ｒを溶接等の手段で固定する。この反力リブＲは、大シ
ールド掘進機Ｍａを所定位置に固定できるものであれば
よく、セグメントＳａの前面を係止して大シールド掘進
機Ｍａの大カッターディスクＤａ前面に作用する土水圧
等による後退方向の力を止められればよい。また、この
反力リブＲによる係止は、円周上に設けられた所定位置
の大シールドジャッキ１４を順次取り外してセグメント
Ｓａを組ながら本体Ｌａに順次取り付けられ、最終的に
は全周に設けられる。この状態の小シールド掘進機Ｍｂ
の前面に作用する土水圧等は、小シールド掘進機Ｍｂの
後胴７から接続部材１８と小シールドセグメントＳｂを
介して大シールド掘進機Ｍａのリングガーター１３へと
伝達され、大シールド掘進機本体Ｌａに設けられた反力
リブＲを介して大シールドセグメントＳａによって受け
られている。

【００３０】この実施例では、小シールド掘進機Ｍｂに
小シールドジャッキを予め設けていないため、上記大シ
ールド掘進機Ｍａから取り外した大シールドジャッキ１
４を小シールド掘進機Ｍｂに組み込んで小シールドジャ
ッキ１４（同一符号を付す）として再利用する例を示し
ている。

【００３１】この小シールドジャッキ１４による小シー
ルド掘進機Ｍｂの掘削反力の受けは、先ず、円周上に設
けられた複数の接続部材１８（図３参照）の内の数個を
取り外し、その位置に設けられた小シールドジャッキ１
４を伸長させて小シールドセグメントＳｂに突っ張るこ
とにより受けられる。その後、他の円周上に設けられた
接続部材１８を取り外しては小シールドジャッキ１４で
小シールドセグメントＳｂを突っ張り、全周の接続部材
１８を取り外して小シールドジャッキ１４により小シー
ルドセグメントＳｂを突っ張れば大シールドジャッキ１
４から小シールドジャッキ１４へと反力受け替えができ
る。

【００３２】そして、図５に示すように、大シールド掘
進機Ｍａに設けられたエレクターＥを取り外し、移動用
レール２０（図３参照）を利用して小シールド掘進機Ｍ
ｂの所定位置へと移送し、予め小シールド掘進機Ｍｂ内
に設けられている車輪１１へと取り付けられる。このよ
うにして設けられた小シールド掘進機Ｍｂのエレクター
Ｅにより、予め設けられている小シールドセグメントＳ
ｂの前部に１リング分のセグメントＳｂを組む。

【００３３】次に、図６及び図７に示すように、大径ト
ンネルＴａ掘削時に結合していた大カッターディスクＤ
ａと小カッターディスクＤｂとの連結を断って小シール
ド掘進機Ｍｂが分岐できるようにする。この分断は、先
ず図６に示すように、小カッターディスクＤｂと固定さ
れて一体的に回転する大カッターディスクＤａを所定位
置に停止させる。この所定位置は、大カッターディスク
Ｄａの背面に設けられた係止部材２７が固定ジャッキ２
６と対向する位置である。

【００３４】そして、図７に示すように、ジャッキ２３
を縮小して固定材２５を大カッターディスクＤａから外
して小カッターディスクＤｂ内に格納し、固定ジャッキ
２６を伸長させて係止部材２７の端部で係止片２８を係
止して固定する。この操作により大カッターディスクＤ
ａと小カッターディスクＤｂとが分離され、小シールド
掘進機Ｍｂのみで独立的に掘進可能な状態となる。

【００３５】その後、図８に示すように、後部リングガ
ーター１３部を補強して反力受２９を形成し、小シール
ドジャッキ１４によって小シールド掘進機Ｍｂを掘進さ
せて、エレクターＥで小シールドセグメントＳｂを組み
ながら小径トンネルＴｂを掘削する。この時の掘削反力
は、小シールドセグメントＳｂから後部リングガーター
１３と大シールド掘進機Ｍｂを介して大シールドセグメ
ントＳａへと伝わって支持される。このようにして掘削
したトンネルは、図９に示すように、大径トンネルＴａ
に連続した小径トンネルＴｂを形成することができる。

【００３６】このように、大シールド掘進機Ｍａで掘削
している時の掘削反力を、小シールド掘進機Ｍｂに設け
た接続部材１８から小シールドセグメントＳｂ（伝達部
材）を介して大シールド掘進機Ｍａへ伝達するように構
成してシールド本体Ｌａ，Ｌｂ同士の固定装置を設けて
いないため、大シールド掘進機Ｍａから小シールド掘進
機Ｍｂへの切り替えが容易であり、作業時間の大幅な短
縮が可能となると共に労力を削減することができる。

【００３７】この実施例では、中折れ機構Ｕを具備した
小シールド掘進機Ｍｂを例に説明したが、大シールド掘
進機Ｍａ及び小シールド掘進機Ｍｂ共に中折れ機構Ｕを
具備していてもしていなくてもよく、掘削条件に応じて
決定すればよい。

【００３８】なお、上記実施例では、大シールド掘進機
Ｍａに設けられていた大シールドジャッキ１４を小シー
ルド掘進機Ｍｂに転用する実施例を説明したが、小シー
ルドジャッキを予め小シールド掘進機Ｍｂに設けてもよ
く、上記実施例に限定されるものではない。

【００３９】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００４０】大シールド掘進機のリングガーターと小シ
ールド掘進機の本体との間に、合体掘進時に推力及びト
ルクを伝達する伝達部材を設け、この伝達部材と小シー
ルド掘進機の本体とを着脱可能に連結して大シールド掘
進機本体と小シールド掘進機本体同士の固定装置を設け
ないようにしたことにより、大シールド掘進機から小シ
ールド掘進機への段取り替え作業を容易に行うことがで
きるので、工期の大幅な短縮と工費の大幅な削減が可能
となる。

【００４１】 また、上記伝達部材と小シールド掘進機
のリングガーターとの間にセグメント１リング分のスペ
ースを設けたので、大径トンネルから小径トンネルへの
段取り替え作業時に伝達部材と小シールド掘進機本体と
を容易に離脱させることができ、小シールドセグメント
の組み込み作業を容易に行うことが可能となる。

【００４２】 さらに、伝達部材と小シールド掘進機本
体との間に着脱可能な接続部材を設けることにより、伝
達部材と小シールド掘進機との着脱が容易にでき、更に
作業性を向上させることが可能となる。

【００４３】

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明の一実施例を示す二段式シ
ールド掘進機の側断面図である。

【図２】図１に示す二段式シールド掘進機の正面図であ
る。

【図３】図１に示す二段式シールド掘進機の分岐前の状
態を示す側断面図である。

【図４】図３の次要領を示す二段式シールド掘進機の側
断面図である。

【図５】図４の次要領を示す二段式シールド掘進機の側
断面図である。

【図６】図５の次要領を示す二段式シールド掘進機先端
部の拡大断面図である。

【図７】図６の次要領を示す二段式シールド掘進機先端
部の拡大断面図である。

【図８】図７の次要領を示す二段式シールド掘進機の図
面で、小シールド掘進機の分岐状態を示す側断面図であ
る。

【図９】図８の次要領を示す図面で、二段式シールド掘
進機で形成したトンネルを示す側断面図である。

【符号の説明】

１…センターシャフト ２…従動歯車 ３…駆動歯車 ４…駆動モータ ５…軸受 ６…前胴 ７…後胴 ８…中折れジャッキ ９…ローリングストッパー １０…リングガーター １１…車輪 １２…補強材 １３…後部リングガーター １４…大シールドジャッキ １５…テールシール １６…車輪 １７…駆動モータ １８…接続部材 １９…リングガーター ２０…エレクタードラム移動用レール ２１…テールシール ２２…シール部材 ２３…ジャッキ ２４…固定部 ２５…固定材 ２６…固定ジャッキ ２７…係止部材 ２８…係止片 ２９…反力受 Ｂ…スクリューコンベア Ｃ…チャンバー Ｅ…エレクター Ｅａ…エレクタードラム Ｆ…固定装置 Ｇ…コピーカッター Ｒ…反力リブ Ｄａ…大カッターディスク Ｄｂ…小カッターディスク Ｌａ…大シールド掘進機本体 Ｌｂ…小シールド掘進機本体 Ｓａ…大シールドセグメント Ｓｂ…小シールドセグメント Ｔａ…大径トンネル Ｔｂ…小径トンネル Ｍａ…大シールド掘進機 Ｍｂ…小シールド掘進機 Ｎ…二段式シールド掘進機

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大シールド掘進機の本体内に小シールド
   掘進機を有し、該大シールド掘進機と小シールド掘進機
   とを同心上に配設した二段式シールド掘進機において、 前記小シールド掘進機内に小カッターディスク及び大カ
   ッターディスクを駆動する駆動装置を設け、前記大シー
   ルド掘進機のリングガーターと小シールド掘進機の本体
   との間に、該大シールド掘進機と小シールド掘進機との
   合体掘進時に推力及びトルクを伝達するとともに、小径
   トンネル掘削時の掘削反力を前記リングガーターで支持
   する小シールドセグメントとほぼ同径の伝達部材を設
   け、該伝達部材と小シールド掘進機のリングガーターと
   の間に小シールドセグメント１リング分のスペースを設
   け、該伝達部材の前端を、小シールド掘進機の後胴に設
   けた着脱可能な接続部材で支持することにより、該伝達
   部材と小シールド掘進機の本体とを着脱可能に連結して
   大シールド掘進機本体と小シールド掘進機本体同士の固
   定装置を設けないようにしたことを特徴とする二段式シ
   ールド掘進機。