JP3115949B2 - 超大口径シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、掘削効率の向上のた
め、外周部と中央部分における掘削カッタの周速に大き
な差異が生じないように、独立の中央先行カッタを備え
た超大口径のシールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地下空間の利用拡大の進展に伴
い、超大口径のシールド掘進機が登場している。従来は
口径が１０ｍφ以下のシールド掘進機が普通であった
が、超大口径合シールド機では口径が約１９ｍφにもな
る。

【０００３】一般にシールド掘進機は、シールド本体前
面に配設したカッタヘッドを備え、駆動装置でカッタヘ
ッドを回転することによって地山を掘削している。カッ
タヘッドの面は外周部から中央部まで一体に構成され、
カッタヘッドの中心部から放射状に多数のカッタビット
が配設されている。外周部における周速は、経験的に掘
削効率が良いとされる２０m /min．程度に設定されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超大口
径シールド機になると、カッタヘッドの面が外周部から
中央部まで一体に構成されている関係上、外周部の周速
が掘削効率の良い２０m/min．であっても、中央部の周
速が極端に遅くなり、中央部の掘削性能が悪くなる結
果、マシン全体の掘削効率も低下する。この傾向はシー
ルド径が大きくなればなる程顕著となる。また、カッタ
ヘッドの中央部には油圧管等を回転側から固定側へ接続
するためのスイベル機構が設けられているため、中央部
の掘削土砂の取り込みが悪い。

【０００５】そこで、特開平１−９４１９３号公報（従
来例１）に記載の如き、大口径シールド装置と小口径シ
ールド装置とを組み合わせてなる二段式シールド掘進機
が提案されている。この従来例１では、小口径シールド
装置を先行して地盤内に掘進して小口径のトンネルを掘
削した後、大口径のシールド装置による掘削、推進を行
うことによって先の小口径のトンネルを合併しながら結
果的に大口径のトンネルを掘削しようとするものであ
る。

【０００６】また、特開平３−６６８９７号、実開平３
−３２６８９号公報（従来例２）に記載のシールド掘進
機では、大口径トンネルから中小口径トンネルを１台の
シールド掘進機で掘削することができ、シールド掘進機
の搬出入、組立解体作業も少なく効率的な掘削が行える
シールド掘進機が提案されている。この構成は、上記従
来例１と同じように大口径シールド装置の中に小口径の
シールド装置を内蔵したものである。しかし、この従来
例２は、大口径から中小口径のトンネルを連続して効率
よく掘削できるようにすることに主眼がある。

【０００７】従来例１、２は、大口径シールド装置の中
に独立した小口径シールド装置を収容した構成であり、
大、小のシールドがそれぞれ独立に区画されていて、そ
れぞれにカッタヘッドの駆動装置、セグメント組立装
置、排土装置等の機器を備えたものである。従って、大
口径トンネルを掘削するシールド機としては高価で、構
造的にも複雑で大掛かりな装置となる上、小口径のシー
ルド装置がチャンバ中央部に存在しているため大口径の
トンネル掘削中、掘削土砂の排出がスムーズにいかない
等の欠点がある。

【０００８】本発明の目的は、超大口径のシールド機に
おいてメインカッタヘッドとは独自に駆動される、独立
の中央先行カッタを設けることでマシン全体の掘削効率
を向上することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明は、超大口径シールド本体の前面にメインカッタヘ
ッドを備えるとともにメインカッタヘッド駆動用の駆動
装置を有し、メインカッタヘッドの土砂取り入れ口から
メインカッタヘッドと隔壁との間に形成したチャンバ内
へ取り込まれた掘削土砂を排出する排泥装置を備えたシ
ールド掘進機において、メインカッタヘッドの中央部に
メインカッタヘッドと関係なく独自に動作する中央先行
カッタを設け、この中央先行カッタを上記土砂取り入れ
口まで放射状に延びた複数の中央カッタヘッドで構成す
るとともに、該中央先行カッタ駆動用の駆動装置を配備
し、中央先行カッタの駆動軸の後端部をギヤボックス内
で支持し、このギヤボックスの前端にフランジ接続部を
設け、このフランジ接続部と前記隔壁との間にフレキシ
ブルジョイントを設けて、ギヤボックスを隔壁に弾性支
持するようにしたことを特徴とする超大口径シールド掘
進機である。

【００１０】

【作用】上記構成において、トンネル掘削時には、メイ
ンカッタヘッドを駆動装置により回転して掘削すると同
時に、中央先行カッタも独自の駆動モータにより駆動回
転させ中央部分の地山を掘削する。この場合、中央先行
カッタは独自の駆動源に接続したのでその回転数を適宜
選定して掘削性能の良い周速にすることができる。中央
先行カッタによって掘削された土砂は、略放射状に延び
た中央カッタヘッドの回転によって外方へ押しやられ、
メインカッタヘッドによる掘削土砂と一緒に、メインカ
ッタヘッドの土砂取り入れ口からメインカッタヘッドと
隔壁との間のチャンバ内に取り込まれ、排泥装置によっ
て排出される。中央先行カッタによって中央部分の地山
が先に掘削されるので、シールド掘進機の方向性が良く
なるとともに、先行掘削により中央付近の地山の応力解
放がなされて掘削しやすくなる。そして、中央先行カッ
タの駆動軸の後端部をギヤボックス内で支持し、このギ
ヤボックスを隔壁に弾性支持したので、中央先行カッタ
による掘削中、地山からの反力によって駆動軸が後方へ
移動したり、軸の芯ぶれがあっても支障がないようにな
っている。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１(a)(b)は本発明にかかるシールド
本体前面の（カッタヘッドを示す) 正面図とシールド掘
進機前部の縦断面図、図２は中央先行カッタを含むカッ
タヘッドの部分拡大図、図３(a)(b)は中央先行カッタと
その駆動機構を示す拡大断面図とＸ−Ｘ矢視断面図であ
る。

【００１２】図１(a)(b)に示すように、円筒状のシール
ド本体１の前面にはメインカッタヘッド２が配備され、
このメインカッタヘッド２は、放射状に配設されたカッ
タスポーク３と、その周囲に列設された多数のカッタビ
ット４により主に構成されている。カッタスポーク３の
両側部にはスリット状の掘削土砂の取り入れ口５が形成
されており、この土砂取り入れ口５はメインカッタヘッ
ド２と背後の隔壁６との間に形成されたチャンバ７に連
通している。また、カッタヘッド２の背面側にはカッタ
支持フレーム８が水平に突設され、該支持フレーム８は
シールド本体１に軸受（図示略）を介して支持されてい
る。そして支持フレーム８の端部には旋回ベアリング９
が設けてあり、旋回ベアリング９の内歯にメインカッタ
ヘッド駆動用モータ１０のピニオン歯１１が噛合してい
る。従って、駆動モータ１０を作動することによりメイ
ンカッタヘッド２が回転して地山を掘削し、掘削土砂は
カッタスポーク３両側部のスリット状の土砂取り入れ口
５からチャンバ７内に取り込まれ、排泥管１２を通じて
外部へ排出されるようになっている。図中、１３はコピ
ーカッタ、１４はアジテータを示す。

【００１３】上記メインカッタヘッド２の外周部の周速
は、経験的に掘削性能が良いとされる２０m/min.程度に
設定される。周速は半径に比例するから、中央にいくに
つれて周速は遅くなり、大口径では外周部と大きな違い
が生じる。そこで、本発明のシールド掘進機では、上記
メインカッタ装置とは独立の、しかも独自に回転駆動さ
れる中央先行カッタ１５が設けられている。これは、メ
インカッタヘッド２と無関係に中央先行カッタ１５の回
転数を独自に選定可能とし、効率の良い周速にすること
で超大口径シールドの場合の中央部分の掘削性能を改善
せんとするものである。

【００１４】上記中央先行カッタ１５は、４方向に放射
状に延びる中央カッタヘッド１６からなる、全体が十字
形ないし略星形をしたカッタ装置で、メインカッタヘッ
ド２の中央凹部に一部埋設したような形で設けられ（図
３(a))、各中央カッタヘッド１６上には数個のカッタビ
ット１７が配置されている。中央カッタヘッド１６は図
２のような４方向に延びた形のものに限定されず、３又
は５方向に放射状に延びた星状の形のものであっても差
し支えない。各中央カッタヘッド１６は、先細り形状を
なし、その先端がカッタスポーク３の基端部となってい
る中央リング１８を超えてメインカッタヘッド２の土砂
取り入れ口５まで延びており、メインカッタヘッド２と
一部ラップした形になっている。中央先行カッタ１５を
略十字形ないし星状に形成することで、中央先行カッタ
１５による掘削土砂が中央カッタヘッド１６に沿って半
径方向に移動し、しかも、中央カッタヘッド１６の先端
が土砂取り入れ口５まで延設されていることで掘削土砂
が取り入れ口５からチャンバ７内にスムーズに取り込ま
れるようになっている。

【００１５】前述した通り、中央先行カッタ１５は上記
メインカッタヘッド２とは独立に駆動され、独自の駆動
源を有する。この詳細を図３で説明する。中央先行カッ
タ１５の中央から水平に延びる駆動軸１９が外軸２０の
中を回転可能に導設、支持されている。つまり、駆動軸
１９は、駆動軸１９の端部に設けたギヤボックス２１内
に軸受２５で支持されるとともに、駆動軸１９の基端部
でも軸受２６で支持されている。ギヤボックス２１内に
おいて駆動軸１９に固着したフランジ１９ａに歯車２２
が取着され、これにピニオン歯車２３が噛合しており、
ピニオン歯車２３は中央先行カッタ駆動用の駆動モータ
２４に直結されている。ギヤボックス２１の前端にフラ
ンジ接続部２１ａが設けてあり、隔壁６との間に設けた
フレキシブルジョイント２７を介して隔壁６（固定）側
に弾性支持されている。これにより中央先行カッタ１５
による掘削中、地山からの反力によって駆動軸１９が後
方へ移動したり、軸の芯ぶれがあっても支障がないよう
になっている。なお、図３(b) に示す如く外軸２０には
コピーカッタジャッキ油圧ライン用の孔２８と土圧計ケ
ーブル導設用の孔２９が開設されている。そして固定側
との間にスイベルジョイント３０、スリップリング３１
が介装され、回転側から固定側への接続を支障ないもの
にしてある。

【００１６】トンネル掘削時には、メインカッタヘッド
２を駆動モータ１０により回転して掘削すると同時に、
メインカッタヘッド２とは独立の中央先行カッタ１５も
専用の駆動モータ２４により回転させて中央部分の地山
を掘削をする。このように中央先行カッタ１５は独自の
駆動源で作動するように構成してあるのでメインカッタ
ヘッド２とは関係なく回転数を任意に選定でき、掘削性
能の良い周速とすることができる。中央先行カッタ１５
によって掘削された土砂は十字形ないし星状の中央カッ
タヘッド１６の回転によって外方へ押しやられてメイン
カッタヘッド２により掘削された土砂とともにメインカ
ッタヘッド２の土砂取り入れ口５からチャンバ７内に取
り込まれ、排泥管１２を介して排出される。この場合、
中央先行カッタ１５によって中央部分の地山が先に掘削
されるので、シールド掘進機の方向性が良くなるととも
に、先行掘削により中央付近の地山の応力解放がなされ
て掘削しやすくなる。

【００１７】このように、中央先行カッタ１５は、メイ
ンカッタヘッド２とは独立して構成されているものの、
土砂取り入れ口５とチャンバ７自体は共用しており、従
ってひとつの排泥装置によって掘削土砂が排出される。
なお、シールド径が１９ｍφに対して中央先行カッタの
径は３ｍφ程度が適当であるが、両者の関係はマシン全
体の掘削効率向上等の観点より決定される。

【００１８】

【発明の効果】 超大口径のシールドの中央部を中央
先行カッタで先掘りすることによりマシン全体の掘削効
率を向上できる。 中央先行カッタによって中央部分の地山が先に掘削
されるので、シールド掘進機の方向性が良くなるととも
に、先行掘削により中央付近の地山の応力解放がなされ
て掘削しやすくなる。 シールドの中央部に独自の駆動源で作動する中央先
行カッタを設けたので、回転数を任意に選定できること
から中央先行カッタも掘削性能のよい周速とすることが
でき、超大口径シールドであっても外周部の周速と中央
部の周速との違いをなくして、掘削性能を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)(b)は本発明にかかるシールド本体前面の
（カッタ装置を示す) 正面図とシールド掘進機前部の縦
断面図である。

【図２】中央先行カッタを含むカッタヘッドの部分拡大
図である。

【図３】(a)(b)は中央先行カッタとその駆動機構を示す
要部拡大断面図とＸ−Ｘ矢視断面図である。

【符号の説明】

１…シールド本体 ２…メインカッタヘッド ３…カッタスポーク ４…カッタビット ５…土砂取り入れ口 ６…隔壁 ７…チャンバ １０…メインカッタヘッド駆動用モータ １２…排泥管（装置） １５…中央先行カッタ １６…中央カッタヘッド １７…カッタビット １９…駆動軸 ２０…外軸 ２４…中央先行カッタ駆動用モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超大口径シールド本体の前面にメインカ
   ッタヘッドを備えるとともにメインカッタヘッド駆動用
   の駆動装置を有し、メインカッタヘッドの土砂取り入れ
   口からメインカッタヘッドと隔壁との間に形成したチャ
   ンバ内へ取り込まれた掘削土砂を排出する排泥装置を備
   えたシールド掘進機において、 メインカッタヘッドの中央部にメインカッタヘッドと関
   係なく独自に動作する中央先行カッタを設け、この中央
   先行カッタを上記土砂取り入れ口まで放射状に延びた複
   数の中央カッタヘッドで構成するとともに、該中央先行
   カッタ駆動用の駆動装置を配備し、中央先行カッタの駆
   動軸の後端部をギヤボックス内で支持し、このギヤボッ
   クスの前端にフランジ接続部を設け、このフランジ接続
   部と前記隔壁との間にフレキシブルジョイントを設け
   て、ギヤボックスを隔壁に弾性支持するようにしたこと
   を特徴とする超大口径シールド掘進機。