JP3106142B2 - セミシールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水路など比較的小径
の穴（坑）を地中に掘削するためのセミシールド掘進機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セミシールド掘進機は、シールド（楯）
と呼ばれる円筒と、その前部にあるカッターなどを主要
部分として構成され、後方の竪坑内に設置したジャッキ
でヒューム管を介して押されることにより地中を掘り進
む。ヒューム管一本分の長さだけ前進すると、ジャッキ
の前にヒューム管が継ぎ足され、それらヒューム管とと
もにさらに先へ押し進められるのである。前進のために
こうしてヒューム管を利用することから、ヒューム管式
シールド掘進機とも呼ばれる。下水路など比較的小径坑
を掘るもの（大径坑の掘削には、前進用のジャッキを自
らに備えるシールド掘進機が必要）なので、この形式の
掘進機は一般に小型で、外径が１ｍ未満のものも珍しく
ない。

【０００３】このようなセミシールド掘進機では、従
来、シールド前部の回転駆動式カッターがセンターシャ
フトによって支持され、削土（掘削した土砂）の排出の
ためのスクリューコンベヤや吸引式のパイプ（排泥管）
が、そのシャフトを外れた部分に配備されていた。特開
平２−１８６０９８号公報に記載の掘進機もその例外で
はなく、上記と同様に排泥用のパイプが備わっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セミシールド掘進機は
前述のように小型であることが普通なので、削土の排出
用に装備されるコンベヤやパイプも、開口断面の小さな
ものにならざるを得ないのが通常である。また、上記の
ようにカッターがセンターシャフトで支持されている
と、それとの接触を避けるためコンベヤやパイプの径は
なお小さくなる。

【０００５】削土排出用のコンベヤやパイプが小径にな
ると、削土中に大きな礫（岩・石）が混じっていると
き、それを排出することができない。スクリューコンベ
ヤを装備した従来のセミシールド掘進機の場合、コンベ
ヤの径が小さいうえその内部にスクリュー本体があるの
で、たとえば３００ｍｍを超える大きさの礫を排出でき
るものは、大型の掘進機を除いてほとんどなかった。つ
まり従来は、いわゆる巨礫地盤に対応できる小径のセミ
シールド掘進機がなかったといえる。

【０００６】本発明の目的は、巨礫地盤にも対応できる
セミシールド掘進機を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のセミシールド掘
進機は、カッターと一体の回転筒状体をシールドの内側
で機体後方へ延ばして内部を削土の排出用通路とし、そ
の筒状体の外周とシールドの内周との間に筒状体用の軸
受および回転駆動手段を設けるとともに、筒状体に、内
側への流動化促進剤の投入手段を配備したものである。

【０００８】

【作用】本発明のセミシールド掘進機は、従来のものと
同じく、シールド前部のカッターを回転させて切羽（地
山）を削りながら、ヒューム管を介して後方から押され
ることにより、地中を掘り進む。ただし本発明の掘進機
には、つぎのような特徴的な作用がある。

【０００９】第一に、カッターの支持・回転は、センタ
ーシャフトによらず、カッターと一体の上記筒状体が外
側から支持され回転駆動されることにより行われる。筒
状体の外周とシールドの内周との間に軸受と回転駆動手
段とを設けているのはそのためである。これに関し、
筒状体の直径は、その外周とシールドの内周との間に軸
受や回転駆動手段等を配置するスペースがとれる範囲内
で大きくすることができるうえ、筒状体の内側にセン
ターシャフトなどの構造体を設ける必要がないので、内
側全体をそのまま削土の排出用通路に利用でき、また、
スクリューコンベヤのスクリュー本体のような物も筒
状体の内側には配置されない−ことから、上記の筒状
体は、大きな礫の排出に極めて有利である。

【００１０】第二に、掘進にともなう削土は、上記のよ
うに筒状体が大口径である（したがって削土に作用する
摩擦抵抗が小さい）ことと、その内側に投入される流動
化促進剤の作用とに基づいて、後方へスムーズに排出さ
れる。すなわち、上記投入手段より投入される流動化促
進剤のために削土は流動化し、掘進機の掘進とともに前
進する上記筒状体に対する相対移動によって、巨大礫を
含んだまま筒状体の内部を順次スムーズに後方へ押しや
られる。この掘進機の最後尾（ヒューム管の付近）まで
きた削土は、たとえば運搬用トレーやベルトコンベヤに
よって掘削穴の端まで搬出すればよい。

【００１１】

【実施例】図１〜図３に、本発明の一実施例であるセミ
シールド掘進機１について示す。図１のようにこの掘進
機１は、後方（図の右方）のヒューム管３から押されな
がら前方の切羽２を掘り進むもので、機体の直径は（し
たがって掘削する穴の径も）約１ｍである。ヒューム管
３からの推進力を直接に受けるとともに土壁の崩壊を防
ぐ役目をするシールド１０・１１と、その前部のカッタ
ー２０とを、最も基本的な構成部分として備えている。
シールドが前後の１０・１１に分かれ、両者間に油圧ジ
ャッキ１２が配備されているのは、前方部分に角度をつ
けることにより掘進方向を修正するためである。つま
り、複数箇所（図３のように４箇所）に配備した油圧ジ
ャッキ１２をそれぞれ伸縮させることにより、球面部分
１０ａ・１１ａを接触させたままシールド１０・１１間
に角度（０°または１８０°以外の角度）をつけるので
ある。なお、ジャッキ１２の前後端は、上下左右の角度
変更が自在なジョイント１２ａ・１２ｂを介し、それぞ
れシールド１０・１１に連結されている。

【００１２】このセミシールド掘進機１の特徴は、回転
式のカッター２０を有する最前部から機体後方にかけて
の中心軸線上に、大口径の筒状体２１を配備しているこ
とである。図１および図２のとおり、筒状体２１は、カ
ッター２０の保持部材２０ａをシールド１０・１１と同
一径の前端部分に備え、漏斗状部分２１ａを経て直円筒
状部分２１ｂにつながって、機体後部のヒューム管３の
直前まで延びている。筒状体２１の前端の最も大径の部
分において周囲四箇所から内側（中心寄り）へ向けて保
持部材２０ａを突設し、それにカッター２０を取り付け
たので、図２のとおり筒状体２０ａの最前部にも広い面
積の開口がある。筒状体２１を大口径にして上記の位置
に設けたのは、スクリューコンベヤや吸引パイプ等を用
いずに、この筒状体２１の内部を通して削土を排出する
のが目的である。そのため、この掘進機１には下記a)〜
d)の構成を施している。

【００１３】a) 筒状体２１を、その外側から回転可能
状態にしてシールド１０内に支持させた。すなわち、図
１のように、シールド１０の内側に軸受箱１５を一体化
して取り付け、それと、筒状体２１（直円筒状部分２１
ｂ）のいわゆるジャーナル部との間に、ラジアル・スラ
ストの両荷重用の軸受３５を配備した。外側からの支持
方式をとったのは、筒状体２１の内部を削土の通路にす
るのに、シャフト等によって内側から筒状体２１を支持
する方式は好ましくないからである。軸受３５や軸受箱
１５は半径方向の寸法が小さいので、シールド１０の内
周との間に大したスペースは必要なく、したがってシー
ルド１０の径に対し筒状体２１の径をあまり小さくしな
くてすむ。なお、図中の符号１５ａは、軸受箱１５に組
み付けた軸受押え板、符号３８は、機体前方からの土砂
の侵入を防ぐシール材である。

【００１４】b) 上記a)のように支持した筒状体２１
を、やはり外側から回転駆動手段３０にて駆動するよう
にした。回転駆動手段３０は、図１のように、シールド
１０と一体の板１３上に配置した油圧モータ３１と、そ
の出力軸上に取り付けたピニオンギヤ３２、および筒状
体２１の外周に設けたギヤ３３とからなる。回転駆動手
段３０を筒状体２１の外側に配置したのは、上記a)と同
じく筒状体２１を削土の通路にするためである。油圧モ
ータ３１は図３のように三台配置し、それぞれのピニオ
ンギヤ３２を一つのギヤ３３に噛み合わせている。こう
して複数台のモータ３１を使用すれば、大出力で大型の
モータを一台配置する場合よりも、筒状体２１とシール
ド１０との間に必要なスペース（半径方向寸法）が小さ
くてすみ、筒状体２１を大径化するのに有利である。以
上のa)・b)により、この実施例においては筒状体２１の
内径を４００ｍｍ程度にとることができた。

【００１５】c) 削土を流動化させることにより筒状体
２１内を通してのその排出を容易にする目的で、流動化
促進剤の投入手段４０を配備した。図１のように投入手
段４０は、機体後方のタンクおよびポンプ（いずれも流
動化促進剤の供給用。図示せず）に接続したホース４１
と、継手４２や穴あきリング４３からなるスイベルジョ
イントと、機体前方に延びる溝金物４４とを組み合わせ
たものである。ここに言うスイベルジョイントは、軸受
３５および回転駆動手段３０よりも後方において、筒状
体２１に小孔２２を設けたうえ、その位置で、シールド
１０および板１３と一体のケーシング１４内に穴あきリ
ング４３を装着し、かつ継手４２を接続することにより
構成している（図３参照）。ケーシング１４の内側に
は、リング４３の前後にシールリング３９をも装着して
いる。溝金物４４は、上記小孔２２の内側より機体前方
のカッター保持部材２０ａの裏側に至るまで、筒状体２
１（直円筒状部分２１ｂおよび漏斗状部分２１ａ）の内
周面に沿わせ溶接して取り付けており、流動化促進剤を
カッター２０の付近まで送り出す役目を果たす。流動化
促進剤としては、粘性剤や気泡剤などを水に混ぜて使用
する。掘進中に、投入手段４０を用いて筒状体２１の内
側（カッター２０の付近）に流動化促進剤を投入・添加
すると、削土は流動化して液体のように移動しやすくな
り、前進する筒状体２１に対する相対移動（切羽２のた
めに削土は前方へは移動できないが、筒状体２１は前進
する）によって筒状体２１内を後方へ押しやられる。

【００１６】d) 筒状体２１の最後尾は、上記ケーシン
グ１４（シールド１０と一体にされており回転しない）
の後端部に同一径にて接続しているが、その後端部に、
図１のように削土の排出ハッチ２５を設けた。ハッチ２
５は、ケーシング１４の側部に設けた油圧シリンダ２６
で開閉するようにし、掘削ずみの坑内（図の右方）より
その下に削土搬出用トレイ４が来たとき仮想線のように
開放する。ただし、もし削土の搬出手段がトレイでな
く、ベルトコンベヤなど連続搬出の可能なものであれ
ば、ハッチ２５は通常は開放状態に保てばよい。

【００１７】以上の構成によって、このセミシールド掘
進機１は、カッター２０に続くスクリューコンベヤや吸
引パイプを備えないにも拘わらず、筒状体２１の内部を
通して削土を排出することができる。筒状体２１が大口
径で、しかもその内側に（溝金物４４を除いて）削土と
接触する物がないことから、大きな礫（この実施例では
４００ｍｍ程度までのもの）であってもスムーズに排出
することができる。

【００１８】なお、カッター２０に続く筒状体２１の最
善部には漏斗状部分２１ａを設けているが、この部分２
１ａは、後方へ向かう削土（流動化促進剤を含む）に対
しやや大きめの摩擦抵抗を発生させる。したがって、相
当の圧力（土圧）がカッター２０付近の削土に生じ、切
羽２を抑えつけて安定化させる作用をなす。もし、こう
した圧力を積極的に利用しようとするなら、筒状体２１
のうちのいずれかの箇所（またはハッチ２５の付近）に
圧力計（土圧計）を設けて圧力を監視・制御できるよう
にするとよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明のセミシールド掘進機は、内側に
スクリュー等の物体のない大口径の筒状体を通してスム
ーズに削土を排出することができるので、削土中に大き
な礫が混じっていても支障がない。したがって、本掘進
機によれば、いわゆる巨礫地盤に小径坑を設けることも
容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるセミシールド掘進機１
を示す縦断面図である。ただし図の下半分は、左方の一
部を除き、シールド１０・１１のみを切断した状態で表
わしている。

【図２】上記セミシールド掘進機１の正面図（図１のII
−II矢視図）である。

【図３】上記セミシールド掘進機１の横断面図であり、
左半分は図１におけるIIIａ−IIIａ断面図、右半分は図
１におけるIIIｂ−IIIｂ断面図である。

【符号の説明】 １０・１１ シールド ２０ カッター ２１ 筒状体 ３０ 回転駆動手段 ３５ 軸受 ４０ 投入手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 千代昭 東京都中央区銀座８丁目14番14号 日特 建設株式会社内 (72)発明者 皿田 進 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 玉田 太郎 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番 １号 株式会社ケーピーエイ内 (56)参考文献 特開 昭57−178096（ＪＰ，Ａ) 実公 平３−32640（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 311 E21D 9/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドの前部にカッターを備え、ヒュ
   ーム管を介して後方から押されることにより地中を掘進
   するセミシールド掘進機において、 カッターと一体の回転筒状体をシールドの内側で機体後
   方へ延ばして内部を削土の排出用通路とし、その筒状体
   の外周とシールドの内周との間に筒状体用の軸受および
   回転駆動手段を設けるとともに、筒状体に、内側への流
   動化促進剤の投入手段を配備したことを特徴とするセミ
   シールド掘進機。