JP3174858B2 - セミシールド機及びこのセミシールド機を用いたセミシールド工法 - 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、地中にトンネル等
の横坑を構築したり或いは下水管きょを構築するために
使用されるセミシールド機及びこのセミシールド機を用
いたセミシールド工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、土圧系式セミシールド機，泥
水加圧式セミシールド機及び泥濃式セミシールド機等の
セミシールド機乃至はこれらの機械を使用したセミシー
ルド工法は、適用土質も広く、また操作性にも富んでい
ることから、地中にトンネル等の横坑を構築したり下水
管きょを構築する場合に広く使用されている。そして、
上記各セミシールド工法の中で、例えば、土圧式セミシ
ールド工法について説明すれば、該工法は、先導体とし
て動力により駆動する掘削装置と方向修正ジャッキ等が
装備された掘進機や掘進機本体により土圧を支えなが
ら、推進管を、支圧体として発進立坑内の推進管体後部
に設置したジャッキにより掘進する工法であり、こうし
た土圧式セミシールド工法を行う場合に使用される土圧
式セミシールド機は、例えば、特開昭５７−１５７９７
号公報，特開昭５７−７４４９８号公報或いは特公昭６
１−２５８７９号公報において提案されている。これら
の公報に記載されている土圧式セミシールド機は、駆動
モータにより回転駆動するとともに正面には複数のビッ
トが固定されてなるカッターヘッドと、このカッターヘ
ッドの背面側に形成され該カッターヘッドの回転駆動に
より地盤が掘削されて発生した泥土等の被掘削物が流入
されるシールド空間と、このシールド空間内に充満した
被掘削物を外部に排出するスクリューコンベアー等の排
泥装置を備えているものであり、上記被掘削物は、この
排泥装置により外部に排出される。

【発明が解決しようとする課題】

【０００３】ところで、大きな礫が混入されている砂礫
層を、この従来の土圧式セミシールド機により推進する
場合において、上記礫は、摩擦抵抗の抑制を図り切羽の
安定性を確保する等の目的から、可能な限り破砕せず上
記シールド空間内から排泥装置を介して外部に排出させ
ることが望ましい。しかしながら、上記従来の排泥装置
を構成している排泥管は、一様に先端側から基端側まで
の内径が同一であることから、該排泥管の先端側から流
入した礫等が、該排泥管の途中において回転する等して
停止し該排泥管が詰まる場合がある。このように、一度
礫等の被掘削物が排泥管内で停止した場合には、シール
ド機の駆動を停止させ、内部の礫等を取り出す必要があ
ることから、著しく工期が延長されてしまうのが実情で
ある。

【０００４】そこで、本発明は、上述した従来のセミシ
ールド機が有する課題を解決するために提案されたもの
であって、一旦排泥管から流入した礫等の被掘削物が該
排泥管内で停止ールド空間内に流入した場合には、該排
泥管の中途部で停止し詰まることがなく、ひいては工期
の延長といった事態を招くことがないセミシールド機及
びセミシールド工法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであって、第１の発明（請
求項１記載の発明）は、セミシールド機に係るものであ
って、地盤を掘削するカッターヘッドと、このカッター
ヘッドにより掘削された被掘削物が流入するシールド筒
と、このシールド筒内に配設され上記被掘削物が流入す
る先端側排泥管と、この先端側排泥管の基端に固定され
てなる後端側排泥管とを備え、上記先端側排泥管の少な
くとも内径は、先端側から基端側に亘って徐々に拡径さ
れてなるとともに該先端側排泥管の基端の内径は上記後
端側排泥管の先端の内径と略同じ内径とされてなること
を特徴とするものである。

【０００６】また、第２の発明（請求坑２記載の発明）
は、セミシールド工法に係るものであって、上記第１の
発明に係るセミシールド機により岩盤等を破砕しながら
推進することを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るセミシールド
機（以下、シールド機と言う。）の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明し、その後にこのセ
ミシールド機を使用したセミシールド工法について説明
する。なお、以下に説明するこのセミシールド機の実施
の形態は、セミシールド機として分類される土圧系式セ
ミシールド機，泥水加圧式セミシールド機及び泥濃式セ
ミシールド機等のセミシールド機の中で、本発明を上記
土圧式セミシールド機に適用したしたものである。

【０００８】このシールド機１は、図１に示すように、
円筒状に成形された推進管２の先端側に固定されてなる
シールド筒３と、このシールド筒３の内側に回転可能に
支持されてなるアウターコーン４と、このアウターコー
ン４の先端に固定されてなるカッターヘッド５と、上記
アウターコーン４を回転駆動させる駆動モータ６と、上
記シールド筒３の中心に固定されてなるインナーコーン
７とを備えている。

【０００９】上記シールド筒３は、円筒状に成形されて
なるものであって、先端側は図示しないボルトにより、
間に後述する外側リングと隔壁の外周に形成されたフラ
ンジ部の周端とを介して、推進管２の先端に固定されて
いる。また、上記アウターコーン４は、上記シールド筒
３の内径よりもやや細い外径を有してなるものであっ
て、内周には、このアウターコーン４の先端側から基端
側に亘って徐々に厚肉となるようすり鉢状に成形されて
なるすり鉢部４ａと、このすり鉢部４ａから該アウター
コーン４の基端側に亘って形成された円筒部４ｂとを有
している。そして、上記すり鉢部４ａの回転中心は上記
インナーコーン７の中心よりもやや偏心されている。な
お、上記筒状部４ｂの回転中心は、インナーコーン７の
中心と同一とされている。そして、上記アウターコーン
４のすり鉢部４ａには、図１及び図３に示すように、第
１乃至第４の掻き羽根部１１，１２，１３，１４が該ア
ウターコーンと一体成形されている。これら第１乃至第
４の掻き羽根部１１，１２，１３，１４は、それぞれ該
アウターコーン４の先端側から基端方向に長い羽根体で
あって、本発明（請求項３記載の発明）を構成する羽根
部である。また、上記アウターコーン４の基端には、図
１に示すように、内側リング１５が固定されている。こ
の内側リング１５は、内周面に一方のギア１５ａが螺刻
されており、外周には間にベアリング１６を介して外周
リング１７が装着されている。すなわち、このアウター
コーン４の基端に固定された内周リング１５は、シール
ド筒３の基端に固定された外周リング１７に対してベア
リング１６を介して回転可能に支持されている。

【００１０】また、上記推進管２の先端と上記シールド
筒３の基端との間には、隔壁１８の外周に形成されたフ
ランジ部１８ｂの周端側が、図示しないボルトにより固
定され、この隔壁１８のフランジ部１８ｂには、図１に
示すように、上記アウターコーン４を正転逆転可能に回
転駆動させる駆動モータ６が固定されている。そして、
この駆動モータ６を構成する回転軸６ａには、キャップ
１９が固定されており、このキャップ１９の外周には、
前記内周リング１５の内周に螺刻された一方のギア１５
ａに噛合する他方のギア１９ａが螺刻されている。した
がって、この駆動モータ６を回転駆動させると、上記内
周リング１５と一体的に上記アウターコーン４が回転さ
れる。なお、上記隔壁１８は、上記シールド筒３と推進
管２とを区画する部材であって、該シールド筒３の中心
と同じ中心を有する筒状部１８ａと、この筒状部１８ａ
の基端に形成されたリング状のフランジ部１８ｂと、上
記筒状部１８ａを閉塞するとともに後述するインナーコ
ーン７の基端が固定される円盤部１８ｃと、この円盤部
１８ｃの中心に穿設されてなる挿通孔１８ｄとから構成
されている。

【００１１】そして、上述のように構成されたアウター
コーン４の先端には、カッターヘッド５が固定されてい
る。このカッターヘッド５は、図３に示すように、中央
に設けられたボス２０から外周方向に向かって放射状に
延在されてなる４本のスポーク２１，２２，２３，２４
と、これらのスポーク２１，２２，２３，２４の正面に
突設された複数のビット２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４
ａと、上記ボス２０の正面に固定されてなる中央ビット
２５とから概略構成されている。上記ボス２０は、図１
に示すように、円筒状に成形された筒部材２０ａと、こ
の筒部材２０ａの正面に図示しない複数のボルトにより
固定されるとともに中心には貫通孔（符号は省略す
る。）が穿設されてなる蓋体２０ｂから構成され、該筒
部材２０ａ内には、このボス２０の背面側から正面側に
後述するインナーコーン７の先端側が挿入され、上記蓋
体２０ｂには、先端に上記中央ビット２５が固定された
軸体２７がこのボス２０の正面側から背面側に嵌合固定
されている。また、上記各スポーク２１，２２，２３，
２４の先端は、上記シールド筒３よりも若干外側に位置
しており、また、これら各スポーク２１，２２，２３，
２４の背面には、図１に示すように、本発明を構成する
凸部として、それぞれ背面ビット３０，３１が突設され
ている。これらの背面ビット３０，３１は、それぞれ菱
形柱状に成形されてなるものであって、本実施の態様に
係るシールド機１では、それぞれ同じ長さとされている
が、突設位置は、本例においては、上記スポーク２１に
突設された背面ビット３０は、上記ボス２０よりも最も
遠い位置とされ、スポーク２２に突設された図示しない
背面ビットは、上記背面ビット３０よりもややボス２０
に近い位置とされ、スポーク２３に突設された背面ビッ
ト３１は、該図示しない背面ビットよりもさらにボス２
０に近い位置とされ、スポーク２４に突設された図示し
ないビットは、この背面ビット３１よりもさらにボス２
０に近い位置とされている。

【００１２】また、上記インナーコーン７は、図１に示
すように、筒部材２０ａ内に挿入されるとともに中心に
は前記軸体２７が回動可能に挿通されている透孔７ａが
形成された筒状部７ｂと、この筒状部７ｂの基端から徐
々に太径とされたテーパが形成されてなるテーパ部７ｃ
と、前記隔壁１８を構成する円盤部１８ｃに固定される
固定片７ｄとを有している。そして、このインナーコー
ン７は、上述のように先端は、上記筒状部７ｂが筒部材
２０ａ内に挿通されて回動可能に支持されてなるととも
に基端は、隔壁１８の円盤部１８ｃに図示しないボルト
を介して固定されている。なお、このインナーコーン７
の中心には上記透孔７ａが形成されてなるとともに、該
インナーコーン７の基端には、隔壁１８の中心に穿設さ
れた挿通孔１８ｄに挿通される円筒状の挿通部７ｅと、
この挿通部７ｅの中心に形成され中心には上記透孔７ａ
と連通してなる図示しない透孔が穿設されてなるととも
に作泥剤を注入するホース３３が固定されてなる管部７
ｆが形成されている。また、上記透孔７ａに嵌合される
軸体２７にも透孔（符号は省略する。）が穿設され、該
軸体２７の先端側にはこの透孔に連通してなる開口２７
ａが形成されている。したがって、このシールド機１で
は、上記ホース３３から管部７ｆ，透孔７ａ内に流入し
た作泥剤は、上記軸体２７の開口２７ａから図示しない
切羽に注入されるように構成されている。

【００１３】そして、上記インナーコーン７が固定され
ている隔壁１８の円盤部１８ｃには、図１に示すように
土圧計３５が固定されてなるとともに、図３に示すよう
に、円形状の排泥口３６が形成されている。この排泥口
３６は、上記アウターコーン４とインナーコーン７との
間に流入した図示しない被掘削物が土圧によりこのシー
ルド機１の後方に排出される部位であり、該排泥口３６
には、図１に示すように、上記隔壁１８の円盤部１８ｃ
からフランジ部１８ｂまでの長さと略同じ長さとされた
第１の排泥管３７（本発明を構成する先端側排泥管）の
先端が固定され、この第１の排泥管３７の基端には、第
２の排泥管３８（本発明を構成する後端側排泥管）の先
端が固定されている。そして、この第１の排泥管３７
は、先端の内径が上記排泥口３６の内径と同じ寸法とさ
れてなるとともに基端側にかけて徐々に拡径され基端の
内径は、上記第２の排泥管３７の内径と同じ寸法とされ
ている。なお、上記第２の排泥管３８の内径は全長に亘
って全て同じ寸法とされており、基端側には、図示しな
い土圧制御弁が設けられている。また、この第２の排泥
管３８の後方には、図２又は図５に示すように、排泥タ
ンク３９が、また上方にはエアータンク４０がそれぞれ
配設されている。また、推進管２には、図１又は図４に
示すように、４つの方向修正ジャッキ４１，４２，４
３，４４が設けられており、これら各方向修正ジャッキ
４１，４２，４３，４４を適宜駆動させることによりこ
のシールド機１の推進方向が制御される。なお、このシ
ールド機１の後方には、図示しない推進用のジャッキが
配設され、このジャッキの駆動により前方方向への推進
力が付与される。

【００１４】そして、上述した構成に係るシールド機１
によるセミシールド工法について説明すると、このシー
ルド機１を、図１に示す状態において、図示しない上記
推進用のジャッキが駆動するとともに、前記駆動モータ
６を駆動させ、前記キャップ１９と内側リング１５を介
してアウターコーン４とこのアウターコーン４に固定さ
れたカッターヘッド５とを一体的に回転駆動させる。そ
して、この駆動モータ６の駆動により、このカッターヘ
ッドが回転し、各スポーク２１，２２，２３，２４の正
面に固定された複数のビット２１ａ，２２ａ，２３ａ，
２４ａにより、図示しない地盤の切羽から掘削された被
掘削物を、各スポーク２１，２２，２３，２４の間か
ら、上記アウターコーン４の内周面とインナーコーン７
の外周面と隔壁１８の円盤部１８ｃとにより区画された
シールド空間内に流入させ、該シールド空間を被掘削物
により充満させる。そして、このようにシールド空間内
に被掘削物が充満した状態とされると、該被掘削物内に
前記排泥口３６よりも大きな礫（玉石等）が混入してい
る場合には、固定されたインナーコーン７の外周と、回
転駆動するアウターコーン４の内周面とにより、小さく
破砕される。

【００１５】このとき、本実施の形態に係るシールド機
１を構成する上記アウターコーン４の内周面（すり鉢部
４ａの内周面）は、前述のように、徐々に厚肉となるよ
うすり鉢状に成形されてなる一方、インナーコーン７の
外周は徐々に太径となるようテーパが形成され、後方側
が徐々に幅が狭くされてなることから、カッターヘッド
５の回転駆動に伴う切羽の掘削及びシールド空間内に充
満した被掘削物の排泥口３６からの排泥と、ジャッキの
推進力とにより生ずる土圧により、被掘削物内に混入さ
れている大きな礫は破砕され、さらに、この土圧により
破砕されない硬質な礫が混入されている場合には、アウ
ターコーン４の回転力により該アウターコーン４の内周
面とインナーコーン７の外周面とにより挟まれ圧縮され
ることにより破砕される。特に、このシールド機１を構
成するアウターコーン４の内周面には、前述のように第
１乃至第４の掻き羽根部１１，１２，１３，１４が固定
されていることから、アウターコーン４の内周面と礫と
が滑ってアウターコーン４とインナーコーン７との狭い
部位に入っていかない事態を有効に防止し、必ず礫は該
第１乃至第４の掻き羽根部１１，１２，１３，１４によ
り該アウターコーン４の回転方向に挟まれて破砕される
こととなる。さらに、このシールド機１には、前記カッ
ターヘッド５を構成する各スポーク２１，２２，２３，
２４の背面に、それぞれ背面ビット３０，３１が突設さ
れていることから、これらの各背面ビット３０，３１に
より、礫は先端側から後方に押し込まれ、一層上記アウ
ターコーン４とインナーコーン７とによる破砕を確実な
ものとすることができるばかりではなく、大きな礫が後
方に移動することなく前方で停止してしまった場合に
は、礫は、これらの背面ビット３０，３１により破砕さ
れる。

【００１６】このように、上述した構成に係るシールド
機１乃至はこのシールド機１を使用したセミシールド工
法によれば、大きく且つ硬質な玉石等が含まれている砂
礫層や、岩盤等が地中に埋設されている現場において推
進させる場合であっても、該玉石や礫等を確実に破砕す
ることができるので、大きな玉石等により排泥口が閉塞
されることがなく、該玉石等を除去するまで作業を中止
する必要がない。したがって、このシールド機１によれ
ば、軟弱な地盤は勿論玉石等が混入している砂礫層を推
進する場合であっても、確実にセミシールド工法を実現
することができる。また、上記シールド機１では、排泥
口３６に固定された第１の排泥管３７は、先端から基端
に亘って徐々に拡径されていることから、排泥口３６を
通過した礫等は、必ず排泥タンク３９内に排出され、途
中で詰まる等の危険性も有効に回避することができる。

【００１７】なお、上述したシールド機１では、アウタ
ーコーンの内周面をすり鉢状に成形し、該すり鉢状に成
形された内周面の回転中心は、インナーコーンの外径中
心とは偏心させたものを図示して説明したが、該すり鉢
状となされたアウターコーンの内周面の回転中心を必ず
しもインナーコーンの外径中心と偏心させる必要はな
く、同心とした場合であっても良い。例えば、図６に模
式的に示すセミシールド機５０は、アウターコーン５１
の内周面を、該アウターコーン５１の肉圧が徐々に厚く
なるようすり鉢状に成形するとともに、該アウターコー
ン５１の内周面の回転中心は、インナーコーン５２の中
心と同じ位置となされ、該内周面には本発明を構成する
羽根部としての４つの掻き羽根部５３，５４，５５，５
６を突設させる一方、インナーコーン５２には、先端側
から基端側に亘って徐々にテーパ面５２ａを形成すると
ともに所謂楕円錐の如き形状となしたものである。この
ように構成されたシールド機５０による場合であって
も、前記シールド機１と同じように、アウターコーン５
１とインナーコーン５２との間に流入した礫等は、土圧
により破砕されるばかりではなく、アウターコーン５１
の回転駆動により、該アウターコーン５１とインナーコ
ーン５２とにより挟まれ（圧縮され）ることにより破砕
され、さらに、礫等がアウターコーン５１の内周面を滑
り破砕されない場合であっても、上記各掻き羽根部５
３，５４，５５，５６により強制的にアウターコーンの
内周とインナーコーンの外周との最も狭い部位に押され
ることから、確実に破砕させることができる。

【００１８】また、前述した各シールド機１，５０で
は、何れもアウターコーン４の内周面に掻き羽根部２１
・・・２４，５３・・・５６を固定したものをそれぞれ
図示して説明したが、この羽根部は、アウターコーンの
内周面に一体成形されてなるものであっても良く、ま
た、該羽根部の数についても前記各シールド機１，５０
のように必ずしも４つ設ける必要はなく、１つ設けたも
のであっても良い。さらに、この羽根部が前記シールド
機１，５０のように複数設ける場合であっても、アウタ
ーコーンの内周面からインナーコーン方向への突出長さ
は、全て同じ長さとする必要はなく、それぞれ異なる長
さとされたものであっても良い。

【００１９】さらに、前述したシールド機１では、カッ
ターヘッド５を構成する各スポーク２１，２２，２３，
２４の背面に固定された背面ビット３０，３１は、全て
同じ長さのものを図示して説明したが、この凸部を背面
ビットとして構成する場合であっても、全ての背面ビッ
トを同じ長さとする必要はなく、それぞれ異なる長さと
しても良く、また、このように各背面ビットを凸部とし
てカッターヘッドに固定するばかりではなく、図７に示
すカッターヘッド６０のように、凸部６１，６２を該カ
ッターヘッド６０と一体成形されてなるものであっても
良い。

【００２０】また、前述した各実施の形態では、本発明
を土圧式セミシールド機及び土圧式セミシールド工法に
適用したものを図示ながら詳細に説明したが、本発明
は、こうした土圧式セミシールド機及び土圧式セミシー
ルド工法に適用したものばかりではなく、泥水加圧式セ
ミシールド機や泥濃式セミシールド機等の他のセミシー
ルド機又はセミシールド工法に適用したものであっても
良い。

【００２１】

【発明の効果】上述した発明の実施の形態の説明からも
明らかなように、本発明に係るセミシールド機及びこの
セミシールド機を使用したセミシールド工法によれば、
先端側排泥管の少なくとも内径は、先端側から後端側に
亘って徐々に拡径されてなるとともに該先端側排泥管の
基端の内径は上記後端側排泥管の先端の内径と略同じ内
径とされてなるので、一旦該先端側排泥管から内部に流
入した礫等の被掘削物は、該先端側排泥管及び後端側排
泥管内において停止し、これらの排泥管が詰まる危険性
がなく、したがって、こうした原因で工期が延長される
ことを有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセミ
シールド機の前方側を示す断面図である。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るセミ
シールド機の後方側を示す断面図である。

【図３】図３は、図１に示すセミシールド機の正面図で
ある。

【図４】図４は、図１に示すセミシールド機のＡ−Ａ線
断面図である。

【図５】図５は、図２に示すセミシールド機のＢ−Ｂ線
断面図である。

【図６】図６は、他のセミシールド機を構成するアウタ
ーコーンとインナーコーンとの構成を模式的に示す正面
図である。

【図７】図７は、カッターヘッドの背面に形成された凸
部の他の例を模式的に示す側面図である。

【符号の説明】

１ セミシールド機 ５ カッターヘッド ３ シールド筒 ３７ 第１の排泥管 ３８ 第２の排泥管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤を掘削するカッターヘッドと、
   このカッターヘッドにより掘削された被掘削物が流入す
   るシールド筒と、このシールド筒内に配設され上記被掘
   削物が流入する先端側排泥管と、この先端側排泥管の基
   端に固定されてなる後端側排泥管とを備え、上記先端側
   排泥管の少なくとも内径は、先端側から基端側に亘って
   徐々に拡径されてなるとともに該先端側排泥管の基端の
   内径は上記後端側排泥管の先端の内径と略同じ内径とさ
   れてなることを特徴とするセミシールド機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセミシールド機によ
   り岩盤等を破砕しながら推進することを特徴とするセミ
   シールド工法。