JP3458269B2 - 縦坑及び横坑の掘削装置 - 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、たとえば電気，ガ
ス，水道等のパイプラインを配設する縦坑及び横坑の掘
削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、縦坑と横坑の掘削を１台のシール
ドマシンにより行えるようにした球体シールドマシンが
提案されている。この球体シールドマシン１は、図１１
に示すように、縦坑の掘削に使用するリング形の外周側
カッター２をシールド本体３ａの先端（図示下端）に配
設した縦シールド機３と、横シールド機４とからなる。

【０００３】横シールド機４は、上記縦シールド機３の
シールド本体３ａの先端部内に傾動可能に配設した可動
球体５に収容されており、それは、シールド本体６の先
端（図示下端）に、円形の内周側カッター７を上記外周
側カッター２と同軸的に支持してなるものである。

【０００４】上記の構成を備えた球体シールドマシン１
による縦坑と横坑の掘削は、概ね次のように行われる。
地盤の縦坑掘削位置に配置した架台（図示しない）
に、球体シールドマシン１を倒立させて吊持し、この倒
立状態のまま地盤を掘削する。

【０００５】 セグメントを組み上げながら、これら
のセグメントに対して反力を取りつつ掘進し、所定の深
度において、縦シールド機３の外周側カッター２と横シ
ールド機４の内周側カッター７とを切り離し、その内周
側カッター７を可動球体５内に引き込んで収納する。

【０００６】 縦シールド機３のシールド本体３ａ内
に配設した回転ジャッキ（図示しない）により、内周側
カッター７が水平となるように、可動球体５を傾動させ
る。 次に、テールプレート（図示しない）を溶接に
より継ぎ足すとともに、エレクター等を整備した後、横
シールド機４を可動球体５から発進させて横坑を掘削す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の球体シ
ールドマシン１によって縦坑と横坑の掘削を行う場合に
は、次のような問題がある。 球体シールドマシン１
を吊持しかつこれを掘削に伴って昇降調整しなければ、
自重により外周側カッター２及び内周側カッター７が切
羽面に咬止してしまうため、球体シールドマシン１を吊
持する架台や昇降調整のための大型の付帯設備を設けな
ければならない。

【０００８】 内周側カッター７と外周側カッター２
とを同軸的に配置しているために、縦坑と横坑の内径を
互いに独立して設定することができない。また、縦シー
ルド機３のシールド本体３ａ内に横シールド機４を内蔵
しているために、内周側カッター７の大きさが縦シール
ド機３のシールド本体３ａの大きさによっても制限さ
れ、従って、縦坑，横坑の大きさが制限される。

【０００９】 また、縦坑の掘削に伴ってセグメント
を組み上げて、それらのセグメントに反力を取る必要が
あるので、アンカー工、反力受け設備等が大規模にな
り、かつ、横坑の掘削に至るまでの工程が多くなって、
施工費の上昇原因になっているとともに掘削作業が煩雑
となる。

【００１０】 可動球体５を傾動させる必要があるの
で、縦シールド機３の構造が複雑になって、他の一般的
なシールドマシンよりもさらに高価になる。

【００１１】そこで本発明は、装置自体を吊持するため
の架台や付帯設備を必要とせず、縦坑，横坑の掘削を容
易かつ安価に行うことができるとともに、それらの内径
を互いに干渉することなく任意に設定できる縦坑及び横
坑の掘削装置を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の縦坑及び
横坑の掘削装置は、縦坑掘削用カッターヘッド１４と、
これを昇降駆動する昇降用油圧ジャッキ１１…とを配設
したコンクリート基体８上に、横坑掘削用カッターヘッ
ド３３を周壁３１に配設してなる坑壁体Ｅと、その横坑
掘削用カッターヘッド３３と上記縦坑掘削用カッターヘ
ッド１４とを各別に回転駆動するシールドマシンＣとを
載置した構成のものである。

【００１３】請求項２記載の本発明は、シールドマシン
Ｃのシールド本体２１が、水密構造になっておりかつコ
ンクリート基体８に対し水密にして取り付けられている
請求項１記載の縦坑および横坑の掘削装置である。

【００１４】請求項３記載の縦坑及び横坑の掘削装置
は、回転及び昇降自在にした縦坑掘削用カッターヘッド
１４と、これを昇降する昇降用油圧ジャッキ１１…とを
配設したコンクリート基体８上に、シールドマシンＣに
よって回転駆動される横坑掘削用カッターヘッド３３を
周壁３１に配設してなる坑壁体Ｅと、上記縦坑掘削用カ
ッターヘッド１４を回転駆動する複数の油圧モータ４０
…とを載置した構成のものである。

【００１５】請求項４記載の本発明は、縦坑掘削用カッ
ターヘッド１４が切羽面Ｇｂに咬止しないように昇降用
油圧ジャッキ１１を伸縮駆動する制御部Ｄを備えている
請求項１，２又は３記載の縦坑および横坑の掘削装置で
ある。

【００１６】請求項５記載の本発明は、制御部Ｄが、縦
坑掘削用カッターヘッド１４に生じる掘削トルクを検出
し、その検出した掘削トルクが所定値を超えないように
昇降用油圧ジャッキ１１…を駆動する請求項４記載の縦
坑および横坑の掘削装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】まず、第１の実施形態に係る本発
明縦坑及び横坑の掘削装置Ａについて、図面を参照して
説明する。８はコンクリート基体であり、それは、図
１，２に示すように、下端面側に形成した下側空部１０
ｂ上に、これよりも小径の上側空部１０ａを連設形成し
てなるカッター収容部１０を内設するとともに、その上
側空部１０ａの上壁中央に遊挿孔９を穿設した円筒形の
もので、そのカッター収容部１０にカッターヘッド昇降
支持機構Ｂを収容している。なお、８ａは送泥管、８ｂ
は排泥管である。

【００１８】上記カッターヘッド昇降支持機構Ｂは、コ
ンクリート基体８の上側空部１０ａ内に、遊挿孔９を中
心とした所定角度間隔で配列した複数の昇降用油圧ジャ
ッキ１１…により反力受け１２を昇降自在にし、また、
その反力受け１２に、回転支持体１３及びこれに複数の
連結部材１７…を介して固定した縦坑掘削用カッターヘ
ッド１４を回転自在に支持した構成のものである。

【００１９】上記反力受け１２は、図２に示すように、
カッター収容部１０の上側空部１０ａに昇降自在に装架
されかつ昇降用油圧ジャッキ１１…に連結する受け部１
２ａの上壁中央に、遊挿部１２ｂを突設してなる円筒形
のものである。

【００２０】上記回転支持体１３は、上端面に減速機構
である差動歯車機構１５を収容する収容凹部１３ａを形
成しかつ周壁下辺縁にベアリング載置用鍔１３ｂを水平
に突設してなるものであり、これのベアリング載置用鍔
１３ｂ上に配列した複数のベアリング１８…を介して上
記反力受け１２に対して回転自在に装架されている。

【００２１】上記縦坑掘削用カッターヘッド１４は、こ
れが傾斜した際に、沈下が遅れている刃口部分を掘削し
て、その傾斜を修正するように伸縮駆動制御される複数
のオーバーカッター１６…が外周縁部に沿い所定の間隔
で配列されているものである。

【００２２】上記のカッターヘッド支持機構Ｂでは、回
転支持体１３が反力受け１２に対し回転自在に装架され
ているとともに、その反力受け１２が、上側空部１０ａ
内において昇降用油圧ジャッキ１１…により昇降自在に
して装架されていることにより、縦坑掘削用カッターヘ
ッド１４は、コンクリート基体８に対して回転及び昇降
自在に支持されていることになる。なお、１９，２０は
それぞれシール材である。

【００２３】Ｃは、上記コンクリート基体８上に水密に
して載置されたシールドマシンであり、これは、図１，
３に示すように、水密構造にしたシールド本体２１の後
端部（図示上端部）に、メンテナンスシャフト２２を取
り付ける上板２３を水密にして固定するとともに、シー
ルド本体２１の先端部（図示下端部）に、複数の油圧モ
ータ２４…を等角度間隔で配設しかつリング形の支持部
材２５ａを内周壁２５ｂに固着した取付け部材２５を設
けてなるものである。

【００２４】２６は、上記シールドマシンＣに、縦坑掘
削用カッターヘッド１４を連結するカッターヘッド連結
部材であり、それは、円筒形本体２７の一端側口縁に、
上記差動歯車機構１５の大歯車１５ａと同じ軸に固定し
た小歯車１５ｂに噛合するリング状の内歯歯車２８を、
また、その円筒形本体２７の他端面に、これを支持部材
２５ａに対して回動自在に支持させる支持用リング部材
２７ａを固定するとともに、その支持用リング部材２７
ａに、上記油圧モータ２４…の各駆動軸に固定した小歯
車２９に噛合するリング形歯車３０を固定してなる。

【００２５】すなわち、上記のシールドマシンＣは従来
公知のものと異なり、カッターヘッド連結部材２６を介
して縦坑掘削用カッターヘッド１４を連結することがで
き、また、そのカッターヘッド連結部材２６を取り外し
た状態で、後述する横坑掘削用カッターヘッド３３を連
結できる構成になっているものである。換言すると、シ
ールドマシンＣは、縦坑掘削用カッターヘッド１４と横
坑掘削用カッターヘッド３３の回転駆動源を兼ねるもの
である。

【００２６】Ｄは、本装置全体を制御するとともに、縦
坑掘削用カッターヘッド１４が切羽面Ｇｂに咬止しない
ように昇降用油圧ジャッキ１１…を伸縮駆動する機能を
有する制御部であり、縦坑Ｇａの坑口近傍に配置されて
いる。

【００２７】すなわち、制御部Ｄは、上記油圧モータ２
４…に生じる圧力変動により縦坑掘削用カッターヘッド
１４に生じる掘削トルクを算出し、その算出した掘削ト
ルクが、縦坑掘削用カッターヘッド１４が切羽面Ｇｂに
咬止する値にならないように、昇降用油圧ジャッキ１１
…を伸縮駆動する。

【００２８】Ｅは、上記コンクリート基体８上に載置さ
れた坑壁体であり、それは、図１に示すように、コンク
リート基体８と同じ外径にした周壁３１の一部に設けた
エントランス設備３２に、横坑掘削用カッターヘッド３
３を仮固定してなるものである。なお、３２ａはエント
ランス設備３２の外側開口を閉じる仮壁であり、たとえ
ばロックピン（図示しない）等により固定されている。

【００２９】横坑掘削用カッターヘッド３３の後面に
は、図４に示すように、上記シールドマシンＣの油圧モ
ータ２４の小歯車２９に噛合するリング形歯車３４が固
定され、また、そのリング形歯車３４には、これを回転
自在にして上記取付け部材２５に支持させる支持用リン
グ部材３５が固定されている。

【００３０】次に、上記縦坑及び横坑の掘削装置Ａを用
いた縦坑及び横坑の掘削方法について、主に図１，５〜
７を参照して説明する。図１に示すように、地盤Ｇの縦
坑掘削位置に配設した補強用坑壁３６内に、コンクリー
ト基体８を設置する。

【００３１】シールドマシンＣの駆動により縦坑掘削用
カッターヘッド１４を回転させて縦坑Ｇａを掘削する
が、その縦坑掘削用カッターヘッド１４による掘削は、
その縦坑掘削用カッターヘッド１４を、これが切羽面Ｇ
ｂに咬止しないように昇降用油圧ジャッキ１１…により
昇降しながら行う。

【００３２】所要深さまで掘削したら、坑壁体Ｅの周壁
３１上に、坑口に配設したスリップフォーム３７により
新たな坑壁３８を構築し、また、メンテナンスシャフト
２２も必要に応じて継ぎ足しながら掘削を進める。

【００３３】掘削の進行に伴って反力が必要になったと
きは、縦坑Ｇａ内に所要量の水を満たすことにより必要
な反力を得る。この場合、シールドマシンＣのシールド
本体２１を水密構造にし、また、そのシールド本体２１
とコンクリート基体８とを水密に接合しているので、縦
坑Ｇａに満たした水が縦坑Ｇａ外に漏出したり、シール
ドマシンＣ内に浸入することもない。

【００３４】図６に示すように、縦坑Ｇａを所定の深度
まで掘削したなら、その縦坑Ｇａ内に満たしていた水を
抜き、また、シールドマシンＣをコンクリート基体８か
ら取り外した後、それのカッター収容部１０内にコンク
リートを打設して、カッターヘッド昇降支持機構Ｂを埋
設して止水処理し、さらに、そのコンクリート基体８上
にシールド発進設備３９を設置する。

【００３５】また、シールドマシンＣから、メンテナン
スシャフト２２、上板２３及びカッターヘッド連結部材
２６を取り外し、それを横向きにしてコンクリート基体
８上に載置する。

【００３６】さらに、シールドマシンＣの油圧モータ２
４の小歯車２９を、坑壁体Ｅに配設した横坑掘削用カッ
ターヘッド３３のリング形歯車３４に噛合させるととも
に、支持用リング部材３５を取付け部材２５に接合す
る。その後、シールドマシンＣを発進させて横坑を掘削
する。

【００３７】次に、第２の実施形態に係る本発明縦坑及
び横坑の掘削装置Ａ′について説明する。なお、上記第
１の実施形態のものと同じものについては、同一の符号
を付して説明を省略する。

【００３８】カッターヘッド昇降支持機構Ｂ′は、回転
支持体４２を除き、上記カッターヘッド昇降支持機構Ｂ
と同じ構成のものである。

【００３９】回転支持体４２は、上端面に大歯車４２ａ
を形成しかつ周壁下辺縁にベアリング載置用鍔４２ｂを
水平に突設したものであり、これの下端面に、複数の連
結部材１７…を介して縦坑掘削用カッターヘッド１４が
取り付けられている。

【００４０】上記のカッターヘッド昇降支持機構Ｂ′で
は、回転支持体４２が反力受け１２に対し回転自在に装
架されているとともに、その反力受け１２が、上側空部
１０ａ内において昇降用油圧ジャッキ１１…により昇降
自在に装架されていることにより、縦坑掘削用カッター
ヘッド１４は、コンクリート基体８に対して昇降及び回
転自在に支持されていることになる。

【００４１】４０は、コンクリート基体８の遊挿孔９の
周囲に等角度間隔で固定された油圧モータであり、それ
らの各回転軸には、上記回転支持体４２の大歯車４２ａ
に噛合する小歯車４３が固定されている。

【００４２】Ｄは、上記第１の実施形態の場合と同様
に、本装置全体を制御するとともに、縦坑掘削用カッタ
ーヘッド１４が切羽面Ｇｂに咬止しないように昇降用油
圧ジャッキ１１…を伸縮駆動する機能を有する制御部で
あるが、ここでは、上記油圧モータ４０…に生じる圧力
変動により縦坑掘削用カッターヘッド１４に生じる掘削
トルクを算出している。

【００４３】４１は、遊挿孔９及び油圧モータ４０…を
覆うことができる大きさからなるフード本体４１ａの上
部に、メンテナンスシャフト４１ｂを連結してなる防水
フードであり、コンクリート基体８に対し水密にして着
脱自在に載置されている。

【００４４】次に、上記縦坑及び横坑の掘削装置Ａ′を
用いた縦坑及び横坑の掘削方法について、図８〜１０を
参照して説明する。図８に示すように、地盤Ｇの縦坑掘
削位置に配設した補強用坑壁３６内に、コンクリート基
体８を設置する。

【００４５】コンクリート基体８に固定載置した油圧モ
ータ４０…を駆動して縦坑掘削用カッターヘッド１４を
回転させて縦坑Ｇａを掘削するが、その縦坑掘削用カッ
ターヘッド１４による掘削は、その縦坑掘削用カッター
ヘッド１４を、これが切羽面Ｇｂに咬止しないように昇
降用油圧ジャッキ１１…により昇降しながら行う。

【００４６】所要深さまで掘削したら、坑壁体Ｅの周壁
３１上に、坑口に配設したスリップフォーム３７により
新たな坑壁３８を構築し、また、メンテナンスシャフト
４１ｂも必要に応じて継ぎ足しながら掘削を進める。さ
らに、掘削の進行に伴って反力が必要になったときは、
縦坑Ｇａ内に所要量の水を満たすことにより必要な反力
を得る。

【００４７】図１０に示すように、縦坑Ｇａを所定の深
度まで掘削したなら、その縦坑Ｇａ内に満たしていた水
を抜き、また、防水フード４１，油圧モータ４０…をコ
ンクリート基体８から取り外した後、そのコンクリート
基体８のカッター収容部１０内にコンクリートを打設し
て、カッターヘッド昇降支持機構Ｂ′を埋設して止水処
理する。

【００４８】次に、コンクリート基体８上にシールド発
進設備３９を設置するとともに、別に用意しておいたシ
ールドマシンＣを横向きにして載置し、そのシールドマ
シンＣを坑壁体Ｅの横坑掘削用カッターヘッド３３に接
合し、その後、そのシールドマシンＣを発進させて横坑
を掘削する。

【００４９】

【発明の効果】請求項１〜５記載の発明によれば、架台
や付帯設備を必要とせず、縦坑，横坑の掘削を容易かつ
安価に行うことができるとともに、それらの内径を互い
に干渉することなく任意に設定できる。

【００５０】縦坑の掘削に従ってコンクリートの坑壁を
構築できるので、工期を短縮することができる。

【００５１】請求項１〜５記載の発明で得られる上記共
通の効果の他、各請求項記載の発明によれば次の各効果
を得ることができる。請求項１記載の発明によれば、縦
坑掘削用カッターヘッドと、横坑掘削用カッターヘッド
とを、１台のシールドマシンにより回転駆動させること
ができるので、各カッターヘッド毎に、油圧モータ等の
駆動源を設ける必要がなく、製造コストを低減できる。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、シールド本
体を水密構造にしかつコンクリート基体に対し水密にし
て載置しているので、掘削に伴い必要な反力を得る水を
縦坑内に満たすことができる。従って、従来のように、
縦坑の掘削に伴って組み立てたセグメントに反力を取る
必要がない。

【００５３】さらに、アンカー工、反力受け設備等が不
要となるとともに、横坑の掘削に至るまでの工程を簡素
化することができるようになって、施工費を低減できる
とともに掘削作業を簡素化できる。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、縦坑掘削用
カッターヘッドを油圧モータにより回転駆動し、また、
横坑掘削用カッターヘッドをシールドマシンにより回転
駆動しているので、縦坑掘削用カッターヘッドにより縦
坑を掘削している間に、横坑掘削用カッターヘッドを回
転駆動させるのに必要なシールドマシンを製作すること
ができ、工期を短縮することができる。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、縦坑掘削用
カッターヘッドが切羽面に咬止しないように昇降用油圧
ジャッキを駆動する制御部を備えているので、切羽面の
掘削を効率よく行うことができる。

【００５６】請求項５記載の発明によれば、制御部が、
縦坑掘削用カッターヘッドに生じる掘削トルクを検出
し、その検出した掘削トルクが所定値を超えないように
昇降用油圧ジャッキを駆動しているので、掘削トルクを
正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る本発明縦坑及び横坑の掘
削装置の断面図である。

【図２】その主要部の分解図である。

【図３】シールドマシンの拡大断面図である。

【図４】横坑掘削用カッターヘッドの拡大図である。

【図５】上記の縦坑及び横坑の掘削装置による掘削方法
を説明するためのもので、昇降用油圧ジャッキを伸出駆
動した様子を示す断面図である。

【図６】その縦坑の掘削終了後、横坑を掘削し始める前
の断面図である。

【図７】横坑掘削用カッターヘッドとシールドマシンを
連結固定した断面図である。

【図８】第２の実施形態に係る本発明縦坑及び横坑の掘
削装置の断面図である。

【図９】その縦坑及び横坑の掘削装置による掘削方法を
説明するためのもので、昇降用油圧ジャッキを伸出駆動
した様子を示す断面図である。

【図１０】その縦坑の掘削終了後、坑壁体にシールドマ
シンを取り付けた断面図である。

【図１１】縦坑と横坑の掘削を１台のシールドマシンに
より行えるようにした球体シールドマシンの断面図であ
る。

【符号の説明】

８ コンクリート基体 １１ 昇降用油圧ジャッキ １４ 縦坑掘削用カッターヘッド ２１ シールド本体 ２４，４０ 油圧モータ ３１ 周壁 ３３ 横坑掘削用カッターヘッド Ｃ シールドマシン Ｄ 制御部 Ｅ 坑壁体 Ｇｂ 切羽面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−165991（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−252378（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−165693（ＪＰ，Ａ) 実用新案登録2574149（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 1/00 - 1/08 E21D 5/00 - 5/04 E21D 9/06 301

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦坑掘削用カッターヘッドと、これを昇降
   駆動する昇降用油圧ジャッキとを配設したコンクリート
   基体上に、横坑掘削用カッターヘッドを周壁に配設して
   なる坑壁体と、その横坑掘削用カッターヘッドと上記縦
   坑掘削用カッターヘッドとを各別に回転駆動するシール
   ドマシンとを載置していることを特徴とする縦坑及び横
   坑の掘削装置。
2. 【請求項２】シールドマシンは、それのシールド本体が
   水密構造になっておりかつコンクリート基体に対し水密
   にして取り付けられている請求項１記載の縦坑及び横坑
   の掘削装置。
3. 【請求項３】回転及び昇降自在にした縦坑掘削用カッタ
   ーヘッドと、これを昇降する昇降用油圧ジャッキとを配
   設したコンクリート基体上に、シールドマシンを連結す
   ることにより回転駆動される横坑掘削用カッターヘッド
   を周壁に配設してなる坑壁体と、上記縦坑掘削用カッタ
   ーヘッドを回転駆動する複数の油圧モータとを載置して
   いることを特徴とする縦坑及び横坑の掘削装置。
4. 【請求項４】上記縦坑掘削用カッターヘッドが切羽面に
   咬止しないように昇降用油圧ジャッキを伸縮駆動する制
   御部を備えている請求項１，２又は３記載の縦坑及び横
   坑の掘削装置。
5. 【請求項５】制御部は、縦坑掘削用カッターヘッドに生
   じる掘削トルクを検出し、その検出した掘削トルクが所
   定値を超えないように昇降用油圧ジャッキを駆動する請
   求項４記載の縦坑及び横坑の掘削装置。