JP3479923B2 - 親子シールド掘進機 - 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１基の掘進機で径の異
なるトンネルを連続して掘削できるようにした親子シー
ルド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来１基の掘進機で径の異なるトンネル
を連続して掘削できるようにした親子シールド掘進機と
しては、例えば特公平２−４４９９６号公報や、特開平
２−２１０１８９号公報、特開平３−５９２９２号公報
などに記載されたものが公知である。

【０００３】これら公報の親子シールド掘進機は、図１
に示すように親シールドａ内に子シールドｂが設けられ
ていて、大径トンネル掘進時には親シールドａに設けた
親シールドジャッキｃにより親シールドａと子シールド
ｂを一体に推進させ、大径トンネルに連続して小径トン
ネルを掘削する場合は、子シールドｂに設けた子シール
ドジャッキｄにより子シールドｂを推進させて、親シー
ルドａ内より子シールドｂを発進させるように構成され
ている。

【０００４】また特開平５−１００８６号公報の親子シ
ールド掘進機では、図２に示すように子シールドｂ側に
のみ子シールドジャッキｄを設けて、大径トンネルを掘
削する場合、子シールドジャッキｄにより親子シールド
ａ、ｂを同時に推進させるように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし前者の親シール
ドと子シールドにそれぞれシールドジャッキを設けた親
子シールド掘進機では、大径トンネルと小径トンネルの
径差が小さい場合（例えば径差が２００〜５００ｍｍ程
度の場合）、親シールドのスキンプレートと子シールド
のスキンプレートの間に親シールドジャッキを設けるた
めのスペースがないため、親シールドジャッキを収容す
るのが困難である。この場合従来では親シールドジャッ
キの後方に子シールドジャッキをずらして取付けている
ため、掘進機の全長が長くなり、その結果大きな発進立
坑を必要として発進立坑を設置するのに大きなスペース
を必要とすると共に、曲進性が悪化するため曲線施工に
支障をきたすなどの不具合がある。

【０００６】また後者の子シールドジャッキにより親子
シールドを推進させるようにした親子シールド掘進機で
は、シールドジャッキと反力受けとして使用するセグメ
ントの偏心量が大きいため、シールドジャッキに過大な
曲げ荷重が作用し、その結果推進中にシールドジャッキ
が折損するなどの事故が発生しやすいと共に、シールド
ジャッキの着力点がセグメント端面の中心より内側に寄
るため、偏荷重によりセグメントにクラックが発生した
り、セグメントが欠損するなどの不具合がある。

【０００７】かかる不具合を防止するため後者の親子シ
ールド掘進機では、シールドジャッキとセグメントの間
に伝達台ｅを介在させてセグメントに偏荷重が作用しな
いようにしているが、この方法では大型で大重量の伝達
台ｅを必要とするため、セグメントを組立てる毎に伝達
台ｅを移動する作業に多くの時間と労力を必要として作
業能率が悪いなどの不具合がある。この発明はかかる不
具合を改善するためになされたもので、親シールドと子
シールドの径差が小さい場合においても、親シールドと
子シールドにそれぞれシールドジャッキを設置可能にす
ることにより、或いは子シールドジャッキにより親子シ
ールドを推進できるようにすることにより、全長の短い
親子シールド掘進機を提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために、親シールドジャッキにより推進自在な親
シールド内に、親シールドより小径で、かつ子シールド
ジャッキにより親シールド内より発進自在な子シールド
を設けた親子シールド掘進機において、上記子シールド
の外周面に、親シールドジャッキを収容するための複数
の凹部を設けたものである。

【０００９】また親シールド内に、親シールドより小径
で、かつ子シールドジャッキにより親シールド内より発
進自在な子シールドを設けた親子シールド掘進機におい
て、上記子シールドジャッキを半径方向に揺動自在とな
るよう子シールドの内周部に取付けて、親シールドジャ
ッキと兼用させたものである。

【００１０】さらに親シールドジャッキにより推進自在
な親シールド内に、親シールドより小径で、かつ子シー
ルドジャッキにより親シールド内より発進自在な子シー
ルドを設けた親子シールド掘進機において、上記子シー
ルドジャッキの後方に親シールドジャッキを設けると共
に、上記親子シールドジャッキの少なくとも一方を多段
ジャッキにより構成したものである。

【００１１】

【作用】子シールドの外周面に親シールドジャッキを収
容するための複数の凹部を設けることにより親シールド
と子シールドの径差が小さい場合でも、親子シールドの
間に親シールドジャッキを容易に設置することができ
る。

【００１２】また子シールドジャッキを半径方向に揺動
自在に子シールドに支承することにより、親シールドジ
ャッキと兼用させて親シールドジャッキを省略すること
ができ、親子シールドの全長を短くできると共に、親子
シールドを同時に子シールドジャッキにより推進する際
偏荷重が発生しないので、偏荷重により子シールドジャ
ッキが折損したり、セグメントが欠損するのを防止する
ことができる。

【００１３】さらに親シールドジャッキまたは子シール
ドジャッキ或いは両者を多段にして親シールドジャッキ
を子シールドジャッキの後方へ設置することにより、親
シールドの全長を長くせずに親シールド内に親シールド
ジャッキを設置できる。上記構成により、親シールドと
子シールドの径差が小さい場合でも、全長の短い親子シ
ールド掘進機を実現でき、発進立坑の小型化や曲線性能
の向上を図ることができる。

【００１４】

【実施例】この発明の第１実施例を図３ないし図６に示
す図面を参照して詳述する。これら図において１は親シ
ールド、２は親シールド１内に設けられた子シールド
で、これらの径差は２００〜５００ｍｍ程度となってい
る。上記親シールド１内には円周方向に等間隔で複数の
親シールドジャッキ３が設けられていて、これら親シー
ルドジャッキ３は、すでに掘削された大径トンネルの内
壁を覆工する親セグメント４を反力受けにして親シール
ド１を推進させると共に、親シールド１のスキンプレー
ト１ａ後端には、親セグメント４の外周面に摺接して、
土砂や泥水などの浸入を阻止するテールシール５が設け
られている。

【００１５】また親シールド１内に設けられた子シール
ド２のスキンプレート２ａには、親シールドジャッキ３
を収容するための凹部２ｂが各親シールドジャッキ３毎
に形成されている。上記各凹部２ｂは図４に示すように
ほぼ半円筒状をなしていて、親シールドジャッキ３の外
周面と干渉しないよう親シールドジャッキ３と凹部２ｂ
の間に隙間が生じるようになっている。そして子シール
ド２内には、各凹部２ｂの間に位置するよう複数の子シ
ールドジャッキ６が設けられている。

【００１６】一方上記親シールド１と子シールド２の間
には、大径トンネルを掘削する際、親シールド１と子シ
ールド２の間を連結する連結部材８が設けられていると
共に、子シールド２の前部には図示しない子カッタヘッ
ドモータにより回転駆動される子カッタヘッド９が設け
られている。上記子カッタヘッド９は子シールド２の外
径とほぼ等しい外径を有しており、外周面には、大径ト
ンネルを掘削するための拡径カッタ１０が出没自在に突
設されている。

【００１７】なお上記拡径カッタ１０の代わりに図５に
示すようにリング状の親カッタヘッド１１を回転自在に
設けて、大径トンネル掘削時この親カッタヘッド１１と
子カッタヘッド９を回転トルク伝達手段１２で連結し、
子カッタヘッドモータで親カッタヘッド１１と子カッタ
ヘッド９を同時に回転駆動するようにしてもよい。また
図３中１３は親子シールド１、２間に設けられたシール
を示す。

【００１８】次に作用を説明すると、大径トンネル掘削
時には図３に示すように親シールド１と子シールド２の
間を連結部材８で連結し、この状態で拡径カッタ１０を
突出した子カッタヘッド９を子カッタヘッドモータで回
転駆動しながら、親シールドジャッキ３により親シール
ド１と子シールド２を同時に推進させて大径トンネルを
掘削する。また子カッタヘッド９及び拡径カッタ１０で
掘削された土砂は、子シールド２の前部に設けられたチ
ャンバ２ｃ内に取込まれた後、図示しない排土装置によ
り後方へ搬出される。

【００１９】以上のようにして大径トンネル掘削後、大
径トンネルに連続して小径トンネルを掘削する場合は、
まず図６に示すように親シールド１のスキンプレート１
ａ後部を親セグメント４に固定手段１５で固定し、この
状態で親シールドジャッキ３を取外す。続いて子シール
ド２の前側スキンプレート２ａ外周面の凹部２ｂをモル
タルなどの充填材で埋める。次に子シールド２の前側ス
キンプレート２ａ後端にテールシール１６のついた後側
スキンプレート２６を取付けたら、子シールド２の後方
に反力受けのためのバックトラス２０を組立てたのち、
このバックトラス２０と連続させて子セグメント１７を
組立てる。

【００２０】以上のようにして子シールド２の発進準備
が完了したら、子カッタヘッド９外周の拡径カッタ１０
を没入させ、また親カッタヘッド１１を設けたもので
は、親カッタヘッド１１と子カッタヘッド９を連結して
いる回転トルク伝達手段１２を切離す。その後親シール
ド１と子シールド２の間を連結している連結部材８を切
離した後、子セグメント１７を反力受けにして子シール
ドジャッキ６により子シールド２を推進させ、図６に示
すように親シールド１内より子シールド２を発進させ
て、以後子シールド２により小径トンネルの掘削を行う
と共に、親シールド１から子シールド２が抜け出たら、
親シールド１と子セグメント１７の間にモルタルなどの
充填材１８を注入し、子セグメント１７を固定する。

【００２１】なお上記実施例では子シールド２のスキン
プレート２ａ外周に形成された凹部２ｂを充填材で埋め
るようにしたが、この作業を行わなくとも、子シールド
２の推進中に地山の土砂が凹部２ｂに入り込んで凹部２
ｂを埋めるので、凹部２ｂを設けていない従来の子シー
ルドと同様な掘進が可能である。

【００２２】次に第２実施例を図７ないし図１１で説明
する。なお上記第１実施例と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。これは後述する第３実施例につ
いても同様である。従来の親子シールドでは、子シール
ド側にのみ子シールドジャッキを設けて親シールドと子
シールドを同時に推進した場合、子シールドと親セグメ
ントの偏心量が大き過ぎて偏荷重が発生するため、伝達
台が必要であったが、この第２実施例では、子シールド
ジャッキ６を揺動自在に支承することにより、伝達台を
不要にしたものである。

【００２３】すなわち子シールド２内に設けられた複数
の子シールドジャッキ６は、子シールド２のスキンプレ
ート２ｂ内周面に突設されたブラケット２ｄにピン１９
により枢支されていて、このピン１９を中心に子シール
ド２の半径方向に揺動自在となっている。

【００２４】また各子シールドジャッキ６の後端側は図
９の（イ）または（ロ）に示すようにスキンプレート２
ａの内周面に突設されたほぼＵ字形の押付け具２０内に
挿通されていて、押付け具２０と子シールドジャッキ６
の間に介在された図９の（イ）に示すゴムなどの弾性体
２１ａや図９の（ロ）に示す圧縮ばね２１ｂなどの付勢
手段２１により外側へ付勢されていると共に、子シール
ドジャッキ６の後端より突出されたピストン杆６ａの先
端には、図８に示すように球継手２２を介してスプレッ
ダ２３が取付けられている。

【００２５】なお子カッタヘッド９の外周面には出没自
在に拡径カッタ１０が突出されているが、拡径カッタ１
０の代わりに第１実施例と同様図１０に示すようにリン
グ状の親カッタヘッド１１を回転自在に設けて、大径ト
ンネル掘削時この親カッタヘッド１１と子カッタヘッド
９を回転トルク伝達手段１２で連結し、子カッタヘッド
モータで親カッタヘッド１１と子カッタヘッド９を同時
に回転駆動するようにしてもよい。

【００２６】次に上記構成された第２実施例の作用を説
明すると、大径トンネルを掘削するに当っては、親シー
ルド１と子シールド２の間を連結部材８で連結した状態
で、拡径カッタ１０を突出した子カッタヘッド９を回転
させ、この状態で図７に示すように子シールドジャッキ
６のスプレッダ２３を親セグメント４の端面に当接させ
て、親セグメント４を反力受けにして子シールドジャッ
キ６により親子シールド１、２を同時に推進させる。

【００２７】このときピストン杆６ａの伸縮により子シ
ールドジャッキ６の揺動角が変化するが、これに追従し
て球継手２２が回動するため、スプレッダ２３を親セグ
メント４の端面に常に真直に当接させることができる。
また各子シールドジャッキ６は付勢手段２１により常時
外側へ付勢されているため、スプレッダ２３が親セグメ
ント４の端面より離脱することがない。

【００２８】以上のようにして大径トンネル掘削後、大
径トンネルに連続して小径トンネルを掘削する場合は、
まず図１１に示すように親シールド１のスキンプレート
１ａ後部を親セグメント４に固定手段１５で固定する。
次に子シールド２の前側スキンプレート２ａ後端にテー
ルシール１６のついた後側スキンプレート２６を取付け
たら、子シールド２の後方に反力受けのためのバックト
ラス２０を組立てた後、このバックトラス２０と連続さ
せて子セグメント１７を組立てる。

【００２９】以上のようにして子シールド２の発進準備
が完了したら、子カッタヘッド９外周の拡径カッタ１０
を没入させ、また図１０に示すように親カッタヘッド１
１を設けたものでは、親カッタヘッド１１と子カッタヘ
ッド９を連結している回転トルク伝達手段１２を切離
す。その後親シールド１と子シールド２の間を連結して
いる連結部材８を切離した後、子セグメント１７を反力
受けにして子シールドジャッキ６により子シールド２を
推進させ、図１１に示すように親シールド１内より子シ
ールド２を発進させて、以後子シールド２により小径ト
ンネルの掘削を行うと共に、親シールド１から子シール
ド２が抜け出たら、親シールド１と子セグメント１７の
間にモルタルなどの充填材１８を注入し、子セグメント
１７を固定する。

【００３０】次に第３実施例を図１２ないし図１４に示
す図面を参照して詳述する。この第３実施例では、親シ
ールドジャッキ３または子シールドジャッキ６又はそれ
ら両者を多段に伸縮させることにより、掘進機の機長を
長くせずに親シールド１の後部に親シールドジャッキ４
を設置可能にしたものである。

【００３１】すなわち親シールド１には、スキンプレー
ト１ａの後部内に多段で伸縮する親シールドジャッキ３
が、そして子シールド２には多段で伸縮する子シールド
ジャッキ６が設けられている。また親シールド１内に
は、子シールドジャッキ６の反力を受ける反力受け２５
が突設されていて、この反力受け２５に子シールドジャ
ッキ６の後端側が当接されている。

【００３２】なお子カッタヘッド９の外周面には出没自
在に拡径カッタ１０が突出されているが、拡径カッタ１
０の代わりに第１実施例と同様図１３に示すようにリン
グ状の親カッタヘッド１１を回転自在に設けて、大径ト
ンネル掘削時この親カッタヘッド１１と子カッタヘッド
９を回転トルク伝達手段１２で連結し、子カッタヘッド
モータで親カッタヘッド１１と子カッタヘッド９を同時
に回転駆動するようにしてもよい。

【００３３】次に上記構成された第３実施例の作用を説
明すると、大径トンネル掘削時は、子シールドジャッキ
６の後端を親シールド１の内周に突設された反力受け２
５に当接させ、この状態で拡径カッタ１０を突出した子
カッタヘッド９を子カッタヘッドモータで回転駆動しな
がら、親シールドジャッキ３により親シールド１と子シ
ールド２を同時に推進させて大径トンネルを掘削する。

【００３４】次に大径トンネルに連続して小径トンネル
を掘削する場合は、まず図１４に示すように親シールド
１のスキンプレート１ａ後部を親セグメント４に固定手
段１５で固定し、この状態で親シールドジャッキ３を取
外す。次に連結部材８で親シールド１と子シールド２の
間を連結して、子カッタヘッド９の前面に作用する土水
圧を連結部材８を介して親シールド１に支持させ、この
状態で反力受け２５を取外す。なお連結部材８は大径ト
ンネル掘進中は、掘削反力や回転トルクを受けないので
比較的小さいものでよい。

【００３５】次に子シールド２の前側スキンプレート２
ａの後端にテールシール１６のついた後側スキンプレー
ト２６を取り付けたら子シールド２の後方に、反力受け
のためのバックトラス２０を組み立てたのち、このバッ
クトラス２０と連続させて子セグメント１７を組立て
る。以上のようにして子シールド２の発進準備が完了し
たら、子カッタヘッド９の外周の拡径カッタ１０を没入
させ、また親カッタヘッド１１を設けたものでは、親カ
ッタヘッド１１と子カッタヘッド９を連結している回転
トルク伝達手段１２を切離す。その後親シールド１と子
シールド２の間を連結している連結部材８を切離した
後、子セグメント１７を反力受けにして子シールドジャ
ッキ６により子シールド２を推進させ、図１４に示すよ
うに親シールド１内より子シールド２を発進させて、以
後子シールド２により小径トンネルの掘削を行うと共
に、親シールド１から子シールド２が抜け出たら、親シ
ールド１と子セグメント１７の間にモルタルなどの充填
材１８を注入し、子セグメント１７を固定する。

【００３６】なお親子シールド１、２間を連結する連結
部材８は、親子シールド１、２を同時に推進させて大径
トンネルを掘削する場合に、すでに連結しておいてもよ
い。このようにすれば、親シールド１に対して子シール
ド２がローリングするのを確実に防止することができ
る。この場合でも子シールド２に作用する推進反力の殆
どを反力受け２５を介して親シールド１へ伝達するよう
にすれば、連結部材８は比較的小型なものにすることが
できる。また親シールドジャッキ３あるいは子シールド
ジャッキ６のいずれか一方には多段に伸縮しないジャッ
キを用いてもよい。また上記各実施例においては理解を
容易にするため親子シールド掘進機の図面を簡略化して
記載したが、図１５に具体的な第３実施例の親子シール
ド掘進機の断面図を示す。この図と図３ないし図１４に
示す図の同一符号部分は同一個所を示すものである。

【００３７】

【発明の効果】この発明は以上詳述したように、親シー
ルド内に設けられた子シールドの外周面に複数の凹部を
形成して、これら凹部内に親シールドジャッキを収容す
るようにしたことから、親シールドと子シールドの径差
が小さい場合でも、親シールドと子シールドの間に親シ
ールドジャッキを設置することができる。これによって
掘進機の全長を短くできるため、掘進機自体の小型化及
び発進立坑の小規模化が図れるため経済的であると共
に、曲進性が損なわれないため、曲線施工も容易とな
る。

【００３８】また子シールド内に子シールドジャッキを
半径方向へ揺動自在に設けたものでは、偏荷重を発生せ
ずに子シールドジャッキにより親シールドと子シールド
を同時に推進させることができるため、従来のような大
型の伝達台が不要となる。これによってセグメントを組
立てる毎に大型かつ大重量の伝達台を移動させる必要が
ないため、掘進作業が能率よく行えると共に、偏荷重に
よりシールドジャッキを折損したり、セグメントを欠損
させるなどの事故も防止することができる。さらに親シ
ールドジャッキが不要となることから、シールドジャッ
キの本数をほぼ半減でき、これによって油圧配管などが
簡素化されて経済的である。

【００３９】一方親シールドジャッキの少なくとも一方
を多段ジャッキにより構成したものでは、子シールドジ
ャッキの後方に親シールドジャッキを設けても掘進機の
全長を長くする必要がない。これによって掘進機や発進
立坑が小型にできるため経済的であると共に、曲線性が
損なわれないため、曲線施工も容易である。また親シー
ルド側に子シールドジャッキを介して推進反力や回転ト
ルクを受ける反力受けを設けたことから、親子シールド
間を連結する連結部材は比較的小型なものでよいため、
経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の親子シールド掘進機の説明図である。

【図２】従来の親子シールド掘進機の説明図である。

【図３】この発明の第１実施例になる親子シールド掘進
機の断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】親カッタヘッドを設けた実施例を示す説明図で
ある。

【図６】この発明の第１実施例になる親子シールド掘進
機の作用説明図である。

【図７】この発明の第２実施例になる親子シールド掘進
機の断面図である。

【図８】図７のＢ円内の拡大断面図である。

【図９】（イ）及び（ロ）は押付け部材及び付勢手段の
実施例を示す説明図である。

【図１０】親カッタヘッドを設けた実施例を示す説明図
である。

【図１１】この発明の第２実施例になる親子シールド掘
進機の作用説明図である。

【図１２】この発明の第３実施例になる親子シールド掘
進機の断面図である。

【図１３】親カッタヘッドを設けた実施例を示す説明図
である。

【図１４】この発明の第３実施例になる親子シールド掘
進機の作用説明図である。

【図１５】この発明の第３実施例になる親子シールド掘
進機の具体的な断面図である。

【符号の説明】

１ 親シールド ２ 子シールド ２ｂ 凹部 ３ 親シールドジャッキ ６ 子シールドジャッキ １８ 充填材 ２１ 付勢手段 ２２ 球継手 ２３ スプレッダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 幸 神奈川県横浜市神奈川区千若町１−１− 103 (72)発明者 西澤 泉 大阪府枚方市上野３−１−１株式会社小 松製作所大阪工場内 (72)発明者 三浦 啓志 大阪府枚方市上野３−１−１株式会社小 松製作所大阪工場内 (72)発明者 一村 靖男 大阪府枚方市上野３−１−１株式会社小 松製作所大阪工場内 (56)参考文献 特開 平５−10086（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−145699（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−43495（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−171494（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−44996（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 親シールドジャッキ（３）により推進自
   在な親シールド（１）内に、親シールド（１）より小径
   で、かつ子シールドジャッキ（６）により親シールド
   （１）内より発進自在な子シールド（２）を設けた親子
   シールド掘進機において、上記子シールド（２）の外周
   面に、親シールドジャッキ（３）を収容するための複数
   の凹部（２ｂ）を設けたことを特徴とする親子シールド
   掘進機。
2. 【請求項２】 親シールド（１）内に、親シールド
   （１）より小径で、かつ子シールドジャッキ（６）によ
   り親シールド（１）内より発進自在な子シールド（２）
   を設けた親子シールド掘進機において、上記子シールド
   ジャッキ（６）を半径方向に揺動自在となるよう子シー
   ルド（２）の内周部に取付けて、親シールドジャッキと
   兼用させたことを特徴とする親子シールド掘進機。
3. 【請求項３】 子シールドジャッキ（６）の後端に球継
   手（２２）を介してスプレッダ（２３）を回転自在に取
   付けてなる請求項２記載の親子シールド掘進機。
4. 【請求項４】 子シールドジャッキ（６）の後端側を付
   勢手段（２１）により外側へ付勢してなる請求項２記載
   の親子シールド掘進機。
5. 【請求項５】 親シールドジャッキ（３）により推進自
   在な親シールド（１）内に、親シールド（１）より小径
   で、かつ子シールドジャッキ（６）により親シールド
   （１）内より発進自在な子シールド（２）を設けた親子
   シールド掘進機において、上記子シールドジャッキ
   （６）の後方に親シールドジャッキ（３）を設けると共
   に、上記親子シールドジャッキ（３）、（６）の少なく
   とも一方を多段ジャッキにより構成したことを特徴とす
   る親子シールド掘進機。
6. 【請求項６】 親シールド（１）側に子シールドジャッ
   キ（６）を介して推進反力及び回転トルクを受ける反力
   受け（２５）を設けてなる請求項５記載の親子シールド
   掘進機。