JP3311257B2 - 複胴式掘削機の伸縮装置 - 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、前後に伸縮自在な
胴部を有し、一次覆工として、セグメントを組み立てた
り、場所打ちコンクリートライニングを実施する複胴式
のシールド掘進機やトンネル掘削機の伸縮装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、一次覆工としてトンネル内面にセ
グメントを組み立てたり、トンネル内面に場所打ちコン
クリートを実施するシールド掘進機や山岳トンネル掘削
機において、本体後部でセグメントの組み立て中に、あ
るいは打設したコンクリートを養生中に地山を掘削して
前進させるために、前後の胴を分割して伸縮自在に構成
したものがあり、たとえば特開昭６０−１９２０９０号
公報には中胴部を伸縮するものが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記胴部の伸縮部分
は、胴部の進展時に形成される環状空洞部に、型枠の圧
接による養生中コンクリートと地山との間のモルタルの
漏れ出しや、地山からの肌落ち土砂の落下などにより、
胴部の伸縮が阻害されるという問題があった。

【０００４】上記問題点を解決する為に、収縮移動時に
空洞部の土砂を地山側に掻き出すスクレーパを環状空洞
部に臨む周端面に設けることも考えられるが、このスク
レーパでは充分に土砂等が除去できず、伸縮に支障を来
すという問題があった。

【０００５】本発明のうち請求項１記載の発明は、上記
問題点を解決して、進展時に内筒部の外周に形成される
環状空洞部に侵入した土砂等を確実に排除して、胴部の
伸縮をスムーズに行える複胴式掘削機の伸縮装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の発明は、前部に掘削装置を有
する本体を前後に分割して複数の胴部により構成すると
ともに、前後の胴部の接続部に、内筒部と外筒部とがス
ライド自在に嵌合して伸縮する伸縮機構と、前後の胴部
を駆動して伸縮させる伸縮駆動手段とを設けた複胴式掘
削機の伸縮装置であって、伸縮駆動手段により胴部が進
展された時に、内筒部外周に形成される環状空洞部に臨
む前胴部の後部周端面および後胴部の前部周端面の少な
くとも一方に、環状空洞部に入り込んだ土砂等をほぐし
または地山側に掻き出す駆動式カッターを配置したもの
である。

【０００７】上記構成によれば、前後の胴部を進展させ
た後、伸縮部を収縮させる時に、環状空洞部に侵入した
土砂等を駆動式カッターにより地山側に強制的に排除す
るので、支障無く外筒部をスライドさせて前後の胴部を
伸縮させることができる。

【０００８】また請求項２記載の発明は、環状空洞部に
土砂の流動性を促進させる流体を注入する流体供給装置
を設けたものである。上記構成によれば、流体を環状空
洞部に供給することにより、侵入した土砂などの流動性
を促進させて排除を容易に行うことができ、前後の胴部
の収縮移動をスムーズに行うことができる。

【０００９】さらに請求項３記載の発明は、上記構成の
駆動式カッターを、環状空洞部に沿って旋回移動される
リングカッターにより構成したものである。さらに、請
求項４の発明は、上記構成のリングカッターの掘削面
に、内筒部側の土砂等を地山側に掻き出す螺旋形ビット
が形成されたものである。

【００１０】上記構成によれば、螺旋状刃面により土砂
を効果的に排除することができる。また請求項５の発明
は、上記構成の駆動式カッターを、環状空洞部の周方向
一定間隔ごとに配置され掘削機軸心と平行な軸心回りに
回転駆動される複数の回転カッターにより構成されたも
のである。

【００１１】上記構成によれば、内筒部外周に沿って旋
回が不可能な、矩形断面や異形断面のトンネル掘削用掘
削機にも適用できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る複胴式シー
ルド掘進機の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明す
る。

【００１３】本体であるシールド本体１が前胴部２と後
胴部３とに２分割されて前後に伸縮する複胴式シールド
掘進機では、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、２つの
タイプがあり、（ａ）と（ｂ）に示すように、前胴部２
の外筒部２ａに後胴部３に設けられた内筒部３ａがスラ
イド自在に嵌合されたものと、（ｃ）と（ｄ）に示すよ
うに、後胴部３の外筒部３ｂに前胴部２に設けられた内
筒部２ｂがスライド自在に嵌合されたものとに大別され
る。そしてこれらの構成において、前胴部２側に駆動式
カッター４とその駆動装置５が配設されたものが（ａ）
と（ｃ）に示され、また後胴部３側に駆動式カッターで
ある伸縮部カッター４と伸縮部カッター駆動装置５が配
設されたものが（ｂ）と（ｄ）に示されている。

【００１４】この実施の形態では、図３（ａ）の前胴部
２の外筒部２ａに後胴部３の内筒部３ａがスライド自在
に嵌合されかつ前胴部２側に伸縮部カッター４と伸縮部
カッター駆動装置５が配設されたものについて説明す
る。

【００１５】図２に示すように、前胴部２の前部には掘
削装置であるカッタヘッド６が配設されている。また前
胴部２の前部には、切り羽崩壊土圧を保持する圧力室７
を形成する圧力隔壁８が設けられており、前記カッタヘ
ッド６は支持脚６ａが軸受９を介して前記圧力隔壁８に
シールド軸心Ｏを中心として回転自在に支持されてい
る。また圧力隔壁８の後部には、カッタ駆動モータ１０
ａにより駆動ピニオンとリングギヤとを介してカッタヘ
ッド６を回転駆動するカッタヘッド駆動装置１０が設け
られている。また、圧力隔壁８に貫設されたケーシング
内に螺旋上スクリューを内蔵した排土装置１１が設けら
れている。

【００１６】後胴部３には、搬入されたセグメントピー
スを円筒形セグメント１１に組み立ててトンネルを一次
覆工するエレクタ装置１２が設けられており、また後胴
部３に設けられた支持壁１３に、組み立てられたセグメ
ント１６を反力受けとしてシールド本体１を前進させる
複数の推進ジャッキ１４が配置されている。さらに、セ
グメント１６の組立中にカッタヘッド６により掘削して
前胴部２を前進させる複数の伸縮ジャッキ１５が周方向
所定間隔毎に前胴部２の圧力隔壁８と後胴部３の支持壁
１３とにわたって連結配置されている。

【００１７】図１，図４に示すように、前胴部２に設け
られた駆動式カッター４は、外筒部２ａの後端部内面に
旋回軸受２１を介して外筒部２ａの内面に沿って旋回移
動自在に配設されたリングカッター２２により構成され
ている。このリングカッター２２は、環状の本体部２２
ａが軸受２１に回転自在に支持されるとともに、摺接部
に複数のシール部材２３が設けられている。また本体部
２２ａの後部に設けられた掘削部２２ｂには、図４に示
すように、環状空洞部２０に侵入した土砂等を外周側に
排出除去するために、周方向一定間隔ごとに螺旋方向に
沿って突設された螺旋形ビット２４Ａが取り付けられて
いる。また、このリングカッター２２が正逆回転される
場合には、図５に示すように、対称螺旋形ビット２４Ｂ
が取り付けられる。なお、このビット２４Ａ，２４Ｂの
他に、任意の形状および配置が選択され、ビットの形状
は特に限定しない。さらに本体部２２ａの前部に設けら
れた受動部２２ｃには、旋回駆動力が伝達される受動リ
ングギヤ２５が形成されている。

【００１８】胴部２内に設けられた伸縮部カッター駆動
装置５は、前胴部２内に周方向所定間隔ごとに配置され
て駆動ギヤ２６を駆動する複数の伸縮部カッター駆動モ
ータ２７と、前端部に駆動ギヤ２６に噛合する中間ピニ
オン２８を有し外筒部２ａと内筒部３ａの間にシールド
軸心Ｏと平行に配置される伝動軸２９と、この伝動軸２
９の後端部に取り付けられて受動リングギヤ２５に噛み
合う駆動ピニオン３０とで構成されている。また、内筒
部２ａには、環状空洞部に侵入した土砂の流動化を促す
流体供給装置３４が設けられており、この流体供給装置
３４は、内筒部２ａの後部側にが周方向に形成された複
数の高圧水噴射孔３１と、これら高圧水噴射孔３１に高
圧水ホース３２を介して高圧水を供給する高圧水供給装
置３３とで構成される。

【００１９】なお、図では、高圧水噴射孔３１を内筒部
３ａの後部側にのみ示したが、外筒部２ａの後端部でも
よく、この場合には高圧水ホースや伝動軸４３に穿設し
た注入孔からロータリジョイントを介して注入すること
も可能である。更に、流体は内筒部３ａを伝って下方に
流れることから、高圧水噴射孔３１の形成位置をシール
ド本体１の頂部だけに形成してもよい。さらに高圧水に
替えて土砂の塑性化改良材であってもよい。

【００２０】したがって、伸縮部カッター駆動モータ２
７により駆動ギヤ２６および中間ピニオン２８を介して
伝動軸２９を回転させ、さらに駆動ピニオン３０および
受動リングギヤ２５を介してリングカッター２２を旋回
駆動させ、流体供給装置３０により環状空洞部に高圧水
を供給することにより、環状空洞部に侵入した土砂等を
確実に外周側の地山側に排除することができる。

【００２１】なお、図６に示すように、リングカッター
５０の掘削部を独立させて交換可能に構成し、周方向に
複数に分割可能な掘削部ピース５２を本体部５１に着脱
自在に取り付けてもよい。この場合には、本体部５１に
凹部５１ａを形成し掘削部５２ピースの取付片５２ｂを
嵌合させて固定ボルト５３等で固定する。

【００２２】上記構成において、カッタヘッド駆動装置
１０によりカッタヘッド６を回転させるとともに、組み
立てられたセグメント１６を反力受けとして推進ジャッ
キ１４を進展させ、シールド本体１を前進させてトンネ
ルを掘削する。所定距離掘削すると、エレクタ装置１２
によりセグメントピースを組み立ててセグメントを形成
する。同時に、セグメント１６の組み立てを行わない部
分では、推進ジャッキ１４を進展状態で押圧端をセグメ
ント１６の端部に当接させておく。そしてセグメント１
６の組み立て作業に併行して、カッタヘッド６を駆動し
て地山を掘削するとともに伸縮ジャッキ１５を進展させ
て前胴部２を前進させる。なお、セグメント１６の組立
が進むと、途中で推進ジャッキ１４の当接部分が交替さ
れて後胴部３の推進反力が支持される。

【００２３】そして、セグメント１６の組立が終了する
と、伸縮部カッター駆動装置５の伸縮部カッター駆動モ
ータ２７を駆動してリングカッター２２を矢印方向に旋
回駆動するとともに、伸縮ジャッキ１５を収縮させるこ
とにより、後胴部３を前進させる。この時、内筒部３ａ
の外周に形成された環状空洞部に落下した土砂は、リン
グカッター２２により外周側に排除されるので、支障な
く収縮することができる。ここでは、胴部２，３の伸縮
駆動を、セグメント１６の組立時に行ったが、通常の掘
削時に伸縮駆動させてもよい。

【００２４】図７，図８は、リングカッター２２に代え
て、それぞれシールド軸心Ｏに平行な軸心回りに回転す
る小径の回転カッター４１を周方向所定間隔ごとに設け
た他の実施の形態を示す。

【００２５】回転カッター４１は環状空洞部内で回転自
在な小径のカッター面板４１ａに掘削ビット４１ｂが取
り付けられている。またこの回転カッター４１を駆動す
る伸縮部カッター駆動装置４２は、前端部に回転カッタ
ー４１が取り付けられた駆動軸４３が、外筒部２ａと内
筒部３ａの間にシールド軸心に平行に軸受を介して回転
自在に支持され、この駆動軸４３の前端部に設けた受動
ギヤ４４に、伸縮部カッター駆動モータ４５に回転駆動
される駆動ピニオン４６が噛合されて構成される。

【００２６】上記構成によれば、環状空洞部２０に入り
込んだ土砂等を回転カッター４１により除去すると同時
にほぐして、外筒部２ａの収縮移動により土砂等を地山
側に排除しやすくできる。また特にこの回転カッター４
１を使用する場合には、シールド軸心Ｏを中心とした旋
回が不可能な、図９に示すような異形断面トンネルまた
は矩形断面トンネルの掘削用シールド掘進機またはトン
ネル掘削機に極めて有効である。

【００２７】なお、上記実施の形態では、図３の（ａ）
に示すついて説明したが、他の前胴部と後胴部からなる
図３（ｂ）〜（ｄ）のシールド本体についても同様であ
り、、また３個以上の胴部を有するシールド掘進機また
はトンネル掘削機においても、同様な構造の伸縮装置を
設けることができる。

【００２８】さらに上記実施の形態ではスクリュー式排
土装置を有する加圧式シールドで説明したが、泥水式シ
ールドや山岳トンネル掘削用のトンネルボーリングマシ
ン（ＴＢＭ）に適用することもできる。

【００２９】また実施の形態における掘削機の一次覆工
をセグメントの組立方式で行う掘削機で説明したが、場
所打ちコンクリート方式に適用してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項１記
載の発明によれば、流体を環状空洞部に供給することに
より、侵入した土砂などの流動性を促進させて排除を容
易に行うことができ、前後の胴部の収縮移動をスムーズ
に行うことができる。

【００３１】また請求項２記載の構成によれば、流体を
環状空洞部に供給することにより、侵入した土砂などの
流動性を促進させて排除をスムーズに行うことができ
る。さらに請求項３および請求項４記載の構成によれ
ば、リングカッターを環状空洞部に沿って旋回移動させ
ることにより、良好に土砂を排除することができる。

【００３２】さらに、請求項４の発明は、上記構成のリ
ングカッターの掘削面に、内筒部側の土砂等を地山側に
掻き出す螺旋状刃面が形成されたものである。上記構成
によれば、螺旋状刃面により土砂を効果的に排除するこ
とができる。

【００３３】また請求項５記載の構成によれば、内筒部
外周に沿って旋回が不可能な、矩形断面や異形断面のト
ンネル掘削用掘削機にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示
す伸縮装置の部分拡大縦断面図である。

【図２】同シールド掘進機の全体縦断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は伸縮装置の形態例を示し、
（ａ）は本実施の形態を示す概略構成図、（ｂ）〜
（ｄ）はそれぞれ変形例である。

【図４】同伸縮装置のリングカッターを示す正面図であ
る。

【図５】同伸縮装置の他のリングカッターを示す正面図
である。

【図６】同リングカッターの変形例を示す縦断面図であ
る。

【図７】回転カッターを有する伸縮装置の他の実施の形
態を示す縦断面図である。

【図８】同伸縮装置の回転カッターの配置を示す背面図
である。

【図９】異形断面シールドに設けた同伸縮装置の回転カ
ッターの配置を示す背面図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ 前胴部 ２ａ 外筒部 ３ 後胴部 ３ａ 内筒部 ４ 伸縮部カッター ５ 伸縮部カッター駆動装置 ６ カッタヘッド（掘削装置） ７ 圧力室 ８ 圧力隔壁 １０ カッタヘッド駆動装置 １２ エレクタ装置 １３ 支持壁 １４ 推進ジャッキ １５ 伸縮ジャッキ １６ セグメント ２０ 環状空洞部 ２２，５０ リングカッター ２４ 掘削ビット ２７ 伸縮部カッター駆動モータ ２９ 伝動軸 ３１ 高圧水注入孔 ３２ 高圧水ホース ３３ 高圧水供給装置 ３４ 流体供給装置 ４１ 回転カッター ４２ 伸縮部カッター駆動装置 ４３ 駆動軸 ４５ 伸縮部カッター駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−114084（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−295983（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253695（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−140396（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−81583（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 301

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前部に掘削装置を有する本体を前後に分割
   して複数の胴部により構成するとともに、前後の胴部の
   接続部に、内筒部と外筒部とがスライド自在に嵌合して
   伸縮する伸縮機構と、前後の胴部を駆動して伸縮させる
   伸縮駆動手段とを設けた複胴式掘削機の伸縮装置であっ
   て、 伸縮駆動手段により胴部が進展された時に、内筒部外周
   に形成される環状空洞部に臨む前胴部の後部周端面およ
   び後胴部の前部周端面の少なくとも一方に、環状空洞部
   に入り込んだ土砂等をほぐしまたは地山側に掻き出す駆
   動式カッターを配置したことを特徴とする複胴式掘削機
   の伸縮装置。
2. 【請求項２】環状空洞部に土砂の流動性を促進させる流
   体を注入する流体供給装置を設けたことを特徴とする請
   求項１記載の複胴式掘削機の伸縮装置。
3. 【請求項３】駆動式カッターを、環状空洞部に沿って旋
   回移動されるリングカッターにより構成したことを特徴
   とする請求項１または２記載の複胴式掘削機の伸縮装
   置。
4. 【請求項４】リングカッターの掘削面に、内筒部側の土
   砂等を地山側に掻き出す螺旋形ビットが形成されたこと
   を特徴とする請求項３記載の複胴式掘削機の伸縮装置。
5. 【請求項５】駆動式カッターを、環状空洞部の周方向一
   定間隔ごとに配置され掘削機軸心と平行な軸心回りに回
   転駆動される複数の回転カッターにより構成したことを
   特徴とする請求項１または２記載の複胴式掘削機の伸縮
   装置。