JP3526963B2 - 立坑シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工法によって
下方へと掘進する立坑シールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によって下方へと掘進する
この種の立坑シールド掘進機に関する公知技術として
は、例えば、以下のものがある。 特開平４−２７２３８７号公報 この公知技術は、主軸に連結された主カッターと主軸か
ら放射状に延びる伸縮アームに連結された周辺カッター
とをシールド機本体下端部に設け、また径方向内方に移
設可能なシールドジャッキをこれらの上方に設け、カッ
ターとシールドジャッキを支持する内部フレームを外胴
に着脱自在に取り付けることにより、カッター等を容易
に回収可能な構成とするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、工事の大規模化
に伴い、立坑の大口径化が進んでいる。このような大口
径の立坑をシールド工法により掘削する場合に、上記公
知技術を適用すると、下記の問題点が生じる。すなわ
ち、土砂の吸込口がカッター部の中央一箇所しか付いて
いないので、土砂の取り込み効率が悪くなって掘削能率
が落ちる。

【０００４】そこで、上記の問題に配慮して構成された
公知技術として、以下のものがある。 土木特殊工法シリーズ６ 大口径ＲＣＤ工法（磯上一
男、相澤林作；森北出版）Ｐ２５ この公知技術は、大口径立坑掘進機において、ビット半
径数ｍごとに水中ポンプを配置しその複数の水中ポンプ
で吸い集めて揚水することにより、掘削中に大断面から
発生するずりを排土するものである。

【０００５】上記公知技術によれば土砂の取り込み効
率は向上する。しかしながら、回転するカッターに対し
重装備となる水中ポンプをどのように配置するか、水中
ポンプへの動力をどのように供給するか、吸込口の位置
やポンプから吸込口までの吸込管の取り付け構造等につ
いてなんら明らかにされておらず、事実上、土砂の取り
込み効率を向上させる構成を実現するのは困難である。

【０００６】本発明の目的は、大口径の立坑を掘進する
立坑シールド掘進機において、カッター斜面に吸込先端
部を開口した複数の吸込管を設けることにより、土砂の
取り込み効率を向上させる構成を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、立坑内
に配置されるシールド本体と、このシールド本体の下方
に設けられ立坑内の切羽を掘削するカッターと、少なく
とも一部が前記シールド本体に設けられ前記カッターを
駆動するカッター駆動部とを有し、前記カッターの少な
くとも一部は径方向中心に向かって下方に傾斜する形状
を備えている立坑シールド掘進機において、一端が前記
カッターの掘削面近傍で径方向に異なる位置にそれぞれ
開口して吸込口を形成するとともに他端がサクションポ
ンプに接続され、前記カッターにより掘削された土砂を
吸い込んで排出する複数本の土砂吸込配管を有し、かつ
これら複数本の土砂吸込配管は、前記一端と他端との中
間部が、前記カッターの中心軸近傍に設けられた回転継
手に集められ、前記カッターの径方向に異なる位置にそ
れぞれ設けた前記複数本の土砂吸込配管の吸込口が前記
カッターの回転に伴って回転することを特徴とする立坑
シールド掘進機が提供される。

【０００８】好ましくは、前記立坑シールド掘進機にお
いて、前記複数本の土砂吸込配管のうち少なくとも一部
の前記他端は、該少なくとも一部の土砂吸込配管に対応
して別個独立に設けられたサクションポンプにそれぞれ
接続されていることを特徴とする立坑シールド掘進機が
提供される。

【０００９】さらに好ましくは、前記立坑シールド掘進
機において、前記別個独立に設けられたサクションポン
プのうち少なくとも一部は、排土砂量に対応して互いに
サクション能力が異なっていることを特徴とする立坑シ
ールド掘進機が提供される。

【００１０】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記複数の土砂吸込配管のそれぞれの吸込口
は、掘削発生土砂量が互いに略等しくなるような径方向
所定位置に配置されていることを特徴とする立坑シール
ド掘進機が提供される。

【００１１】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記複数の土砂吸込配管のそれぞれの吸込口
は、径方向に互いに略等間隔となるように配置されてい
ることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。

【００１２】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記カッターは、前記複数の土砂吸込配管の
うち少なくとも１つの吸込口の半径位置付近に備えられ
たカッタービットを、その半径位置付近より内周及び外
周のいずれか一方に備えられたカッタービットよりも下
方に突出させた構造となっていることを特徴とする立坑
シールド掘進機が提供される。

【００１３】さらに好ましくは、前記立坑シールド掘進
機において、前記カッターは、前記突出されたカッター
ビットで形成される溝より径方向外側の掘削土砂を少な
くとも該溝の近傍に導く、少なくとも１つの集土板を有
することを特徴とする立坑シールド掘進機が提供され
る。

【００１４】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記シールド本体は該シールド本体内部を周
囲水から隔離する隔壁を備えており、かつ、前記隔壁の
径方向中心近傍の第１の領域の高さは、前記第１の領域
の径方向外周側に隣接する第２の領域の高さよりも高く
なっていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供
される。

【００１５】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記カッターは、前記吸込口の径方向位置近
傍に土砂を導く少なくとも１つの集土板を有することを
特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。

【００１６】

【作用】以上のように構成した本発明においては、カッ
ターの少なくとも一部が径方向中心に向かって下方に傾
斜していることにより、切羽の形状も中心に向かって下
方に傾斜する。したがって、カッターで掘削された土砂
が中心に向かって徐々に流動して、土砂吸込配管の吸込
口がある径方向位置まで落下する。そして、この土砂
は、カッターの傾斜面近傍のそれぞれ径方向位置が異な
る複数箇所の吸込口から順次吸い込まれ、複数の土砂吸
込配管を介してサクションポンプへと排出される。これ
により、カッターが傾斜せずまた土砂吸込口が中央の１
つしか設けられていない従来よりも、土砂取り込み効率
を向上させることができる。またこのとき、中間部がカ
ッターの中心軸近傍の回転継手に集められて配置される
ことにより、例えばシールド本体内部を周囲水より隔離
する隔壁を設ける場合であっても、カッターとともに回
転する複数本の吸い込み配管のシールは隔壁貫通部一ヶ
所で行えば足りる。よって、シールを容易に行うことが
できる。したがって、カッターに複数の水中ポンプを装
備する場合と異なり、土砂の取り込み効率を向上させる
構成を容易に実現することができる。

【００１７】また、複数本の土砂吸込配管の少なくとも
一部の他端は、その一部の配管に対応して別個独立して
設けられたサクションポンプにそれぞれ接続されている
ことにより、すべての土砂吸込配管を１つのサクション
ポンプに接続した場合のように負荷の軽い吸込配管より
泥水を吸い上げ、その他の配管が土砂で詰まってしまう
ことがなく、全ての吸込配管から万遍なく独立して排土
を行うことができる。また、同容量のサクションポンプ
を各土砂吸込配管に配置する場合は、複数の土砂吸込配
管のそれぞれの吸込口は、掘削発生土砂量が互いに略等
しくなるような径方向所定位置に配置する。これによ
り、同容量のサクションポンプでさらに能率よく排土を
行うことができる。また、地山性状により土砂が掘削し
た斜面に沿って下部へ落ちにくい場合は、吸込口個数を
増やすと共に掘削した土砂の落下移動距離を等しくする
ように、複数の土砂吸込配管のそれぞれの吸込口は、径
方向に互いに略等間隔となるような位置に配置する。こ
れにより、各吸込口の排土量は変わるが、掘削した土砂
の落下移動距離が等しくなるので、掘削された土砂が吸
込口まで流動してくる時間がほぼ等しくなり、排土効率
がよくなる（落下移動距離が違うと下方への掘削スピー
ドは最も排土効率が悪い落下移動距離が長い部分の排土
具合に左右され、当然均等な場合よりも遅くなる）。ま
たこの場合、複数のサクションポンプのうち少なくとも
一部は、サクション能力を排土砂量に対応して異なら
せ、各ポンプが担当する排土砂量に合わせてポンプ能力
を配分することで、吸込配管を介しさらに能率よく排土
を行うことができる。また、カッターは、複数の土砂吸
込配管のうち少なくとも１つの吸込口付近のカッターに
備えられたカッタービットを、その周囲のカッタービッ
トよりも下方に突出させた構造となっていることによ
り、吸込口付近の切羽面がその周囲に比し平坦面あるい
は緩斜面となるので、切羽外周部から傾斜面上を落ちて
きた土砂を、土砂吸込配管の吸込口がちょうどその位置
に回転してくるまでのある一定の間だけ滞留させること
ができる。よって、さらに土砂取り込み効率を向上させ
ることができる。さらに、カッターは、突出されたカッ
タービットで形成される溝より径方向外側の掘削土砂を
少なくとも溝の近傍に導く、少なくとも１つの集土板を
有することにより、掘削土砂を強制的に溝に導きこの溝
で滞留している間に土砂吸込配管の吸込口が回転してき
て吸い込むので、さらに確実に土砂取り込み効率を向上
させることができる。また、シールド本体はシールド本
体内部を周囲水から隔離する隔壁を備えており、隔壁の
径方向中心近傍の第１の領域の高さは、第１の領域の径
方向外周側に隣接する第２の領域の高さよりも高くなっ
ていることにより、複数の土砂吸込配管が集合して貫通
する部分である第１の領域の高さがその周囲の第２の領
域よりも一段高いので、径方向に吸込口を備えた土砂吸
込配管を配置するときの曲率を、その分大きくすること
ができる。よって、礫等が土砂吸込配管内につまるのを
低減することができる。また、カッターは、吸込口の径
方向位置近傍に土砂を導く少なくとも１つの集土板を有
することにより、掘削土砂を強制的に吸込口に導き、さ
らに確実に土砂取り込み効率を向上させることができ
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図７により
説明する。本実施例による立坑シールド掘進機の全体構
造を表す側断面図を図１に示す。図１において、本実施
例による立坑シールド掘進機１００は、図示しない吊架
手段（例えばワイヤ、ジャッキ等）を介して立坑８の上
部より全体が吊り下げられており、概略的に言うと、立
坑８内に配置された円筒状のシールド本体４１と、この
シールド本体４１の下方すなわち立坑シールド掘進機１
００の最下部に設けられ立坑８内の切羽７を掘削するカ
ッター１と、大部分がシールド本体４１に設けられカッ
ター１を駆動するカッター駆動部２と、シールド本体４
１における外周部分に設けられるとともにシールド本体
４１を下方へ押圧するシールドジャッキ２０を備え、シ
ールド本体４１を掘進方向（図示下方）へ推進させるシ
ールド推進部３と、シールド本体４１に設けられ、シー
ルドジャッキ２０が下方へ押圧力を作用させるための反
力を与えるセグメント５を組み立てるエレクター２１を
備えたセグメント組立部４とを有する。

【００１９】シールド本体４１は、シールド本体４１内
部を周囲水から隔離する隔壁９−ａ,９−ｂ,９−ｃを備
えており、言い換えれば、これら隔壁９−ａ,９−ｂ,９
−ｃにより、立坑８の坑内と切羽７とが隔離されること
となる。エレクター２１は、カッター駆動部２の外壁部
にあたる構成部材２Ａに装着されており、これによって
エレクターリング等の構造に関して通常より簡易化が図
られている。

【００２０】また、立坑シールド掘進機１００は、カッ
ター１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排
出する３本の土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃを備え
ている。これら土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃは、
一端がカッタースポーク１Ｂの下面近傍に開口して吸込
口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃを形成している。これら
吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃを含むカッター１の
下面図を図２に示す。図２において、吸込口１９−ａ,
１９−ｂ,１９−ｃは、カッター１のカッタースポーク
１Ｂの下面（斜面）近傍において、半径方向にほぼ等間
隔となるように配置されており、掘削された土砂の各吸
込口位置までの移動距離が等しくなり、円滑に土砂を排
土できるように配慮されている。またカッター１は、各
吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの径方向位置に対応
して設けられ、各吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの
径方向位置近傍に土砂を導く複数の円弧状の集土板２４
を備えており、これによって掘削土砂を強制的に吸込口
１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃに導き、確実に土砂を取り
込むことができる。

【００２１】図１に戻り、土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃの中間部は、カッター１の中心軸近傍のセンター
シャフト内２２に集められて束ねられ、そして隔壁９−
ｂの中心近傍を貫通するように配置されている。センタ
ーシャフト２２の図１中Ｐ−Ｑ断面における水平断面図
を図３に示す。３本の土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６
−ｃは、センターシャフト２２内に配置され、隔壁を貫
通する部分でセンターシャフト２２の外周部分（円形
状）をシールしているので、土砂吸込配管６−ａ，６−
ｂ，６−ｃを１本毎にシールする必要はない。このよう
な構造によって、土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃ
は、隔壁９−ｂのこの部分で容易にシールを行うことが
できる。

【００２２】再び図１に戻り、隔壁９−ｂの高さは、径
方向外側に隣接する隔壁９−ａの高さよりも高くなって
おり、これにより、径方向に吸込口１９−ｂ,１９−ｃ
をもつ曲管である土砂吸込配管６−ｂ,６−ｃの曲率を
その分大きくすることができ、土砂吸込配管６−ａ,６
−ｂ,６−ｃにおいて礫がひっかかり閉塞するのをその
分低減することができる。

【００２３】この土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃを
含む送排泥システムの全体構成を表す概念図を図４に示
す。図４及び図１において、立坑８上部に設けた水タン
ク２６から送水管１６を介して切羽７に水が送られ、こ
のとき切羽７が地下水位に０．２ｋｇｆ／ｃｍ²を加え
た水圧となるように水タンク２６の上下位置を決定す
る。これは、地下水位よりやや高い水圧を切羽に加える
ことにより、切羽部での湧水による土砂の湧き上がりを
抑え、切羽の側壁及び底板の土砂崩壊を防止するためで
ある。切羽７からの掘削土砂を含む泥水は、土砂吸込配
管６−ａ,６−ｂ,６−ｃの一端に設けた吸込口１９−
ａ,１９−ｂ,１９−ｃから土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃ内へと吸引される。土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃの他端はスイベルジョイント２３を介して対応す
る上部配管５６−ａ,５６−ｂ,５６−ｃに接続されてお
り、さらにそれぞれ別個独立して立坑８上に設置された
サクションポンプ２５−ａ,２５−ｂ,２５−ｃに接続さ
れている。スイベルジョイント２３は回転継手の一種で
あり、自ら回転しながら、カッター１とともに回転する
土砂吸込配管６−ａ,ｂ,ｃからの泥水を、構造物に固定
されている上部配管５６−ａ,ｂ,ｃにそれぞれ円滑に導
く機能を備えている。サクションポンプ２５−ａ,２５
−ｂ,２５−ｃにより吸い上げられた泥水は、最終的
に、立坑８上に設けられた泥水処理設備２７で処理され
た後、配管５７を介して水タンク２６へ導かれ、再び送
水管１６によって切羽７へと還流させられる。サクショ
ンポンプ２５−ａ,２５−ｂ,２５−ｃは、３本の土砂吸
込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃ及びこれに対応する上部配
管５６−ａ,５６−ｂ,５６−ｃに対してそれぞれ１台ず
つ別個独立して装備されており、掘削土砂の処理量が大
きい外周側の土砂吸込配管６−ｃ,６−ｂ,６−ａから順
に、その必要処理量に見合った容量を装備している。す
なわち、容量が大きいものから順に、（サクションポン
プ２５−ｃ）＞（サクションポンプ２５−ｂ）＞（サク
ションポンプ２５−ａ）となっている。これにより、必
要処理量に応じて能率よく排土を行うことができる。ま
た、すべての土砂吸込配管を１つのサクションポンプに
接続した場合のように負荷の軽い吸込配管に泥水が集中
することなく、全ての吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃか
ら万遍なく排土を行うことができる。

【００２４】再び図１に戻り、カッター１は、径方向中
心に向かって下方に傾斜する形状のカッタースポーク１
Ｂにカッタービット１７,１８が設けられている構造と
なっており、これによってカッタービット１７,１８で
掘削された土砂が土砂吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−
ｃに向かって落ちて行きやすくなっている。また、大径
立坑シールドであることから、掘削土量の多い外周側カ
ッタースポーク１Ｂの傾斜角度を内周側カッタースポー
ク１Ｂの傾斜角度より急角度にしてある。さらにこのと
き、土砂吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの付近のカ
ッタービット１８は、周辺のカッタービット１７より下
方に深く掘削できるように、カッタースポーク１Ｂから
より長く下方へ飛び出している。これにより、掘削面に
溝をつくり切羽７から掘削された土砂が切羽７の外周部
から内側へ向かって傾斜面を落ちてきたときに、カッタ
ー１の回転と共に回転する土砂吸込口１９−ａ,１９−
ｂ,１９−ｃがちょうどその位置にくるまでの一定の間
だけその土砂を滞留させることができる。このような形
状になっていないと、掘削土砂は所定の吸込口から吸い
込まれず斜面を更に下方へと転げ落ちて、それより内周
側の吸込口に吸い込まれてしまこととなり、その内周側
の吸込口のサクション能力が不足することとなるからで
ある。ここでこの実施例では、土砂吸込口１９−ａ，１
９−ｂ，１９−ｃの付近のカッタービット１８を周辺の
カッタービット１７より下方に深く掘削できるようにカ
ッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出させてい
るが、これに限らず、土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，
１９−ｃの半径方向位置付近にあるその他のカッタース
ポークに装着したカッタービットを下方に深く掘削でき
るようにカッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び
出させても同様の溝を掘ることができる。すなわち、地
山が砂層の場合は本実施例のようにしても櫛の刃状に地
山が残ることはないが、粘性土の場合は櫛の刃状に地山
が残る場合がある。したがって地山が粘性土の場合は、
半径方向位置付近にあるその他のカッタースポーク上に
装着されているカッタービットを同じように下方に深く
掘削できるようにカッタースポーク１Ｂからより長く下
方へ飛び出させて平坦な溝をつくれるようにする。

【００２５】前述した集土板２４は、飛び出したカッタ
ービット１８によって形成された溝より径方向外側の掘
削土砂を、その溝の近傍に導く働きをする。なお、この
とき、集土板の両端が吸込口の径方向位置にある必要は
必ずしもなく、集土板の中間に少なくとも１つの吸込口
が存在するように配置すればよい。そうすれば、集土板
に沿って傾斜面を下方に流れてきた土砂は、吸込口の径
方向位置にある溝で自然に集土板から離れ、溝内で滞留
することになるからである。また集土板は、必ずしも複
数個設けられる必要もなく、少なくとも１つ設けられれ
ば足りる。またカッター１は、径方向最外周１Ａの高さ
方向位置が、シールド本体４１の最下端、すなわち隔壁
９−ａの高さ方向位置よりも高くなるように配置されて
いる。したがって、カッター１のカッタースポーク１Ｂ
の一部とシールド本体４１の一部とが径方向において重
なるように配置されることとなり、その結果、シールド
本体４１内側に設置してあるカッター駆動部２をカッタ
ー中心部近傍のデッドスペースにくい込ませて配置する
ことができる。これにより、カッター駆動部２のうちシ
ールド本体４１内の部分２Ｂの上下方向高さが若干延び
たとしても、カッター駆動部２の上端がシールド本体４
１のテール端から上方へ飛び出ることがなくなり、機長
の短縮化が可能となっている。さらにカッター１は、カ
ッター駆動部２に備えられたカッター上下ジャッキ３０
により上下自在に吊り下げられるとともに、カッター駆
動モータ１２の回転力で駆動される。このようなカッタ
ー駆動部２の詳細構造を表す側断面図を図５に示す。図
５及び図１において、カッター１は、径方向中心部と外
周部との間の中間部１Ｃにおいて６本のカッターアーム
１０により中間支持され、略円環状のカッターリング４
０を介してベアリング１３に装着されている。ベアリン
グ１３の外周側にはギア１５が切ってあり、このギア１
５にカッター駆動モータ１２に装着されたピニオン１４
が噛合している。カッターリング４０、ベアリング１
３、カッター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１
（図５中網かけ部で示す）に設置されており、カッター
上下ジャッキ３０により上下に摺動する。また、カッタ
ー摺動部材１１の外周部には、シールド本体４１側の出
っ張り４２とかみ合う溝４３が切ってあり、カッター１
の回転による反力をシールド本体４１に伝えている（出
っ張り４２とかみ合う溝４３は全周に４箇所ある）。さ
らに、カッターリング４０のカッターアーム１０側には
カッターリング４０と摺動部材１１との間のシールを行
うカッター１回転用のシール３２が取り付けてあり、カ
ッター摺動部材１１の切羽７側にはカッター摺動部材１
１とシールド本体４１間のシールを行うシール３１が取
り付けられている。カッター駆動部２は、上記のように
摺動する構造であることから通常より上下方向に若干長
くなる。一方で、シールド推進部３及びセグメント組立
部４は、シールド本体４１におけるカッター駆動部２か
ら径方向外側に配置され、またシールド推進部３の上方
にセグメント組立部４が配置されている。そしてこのと
き、セグメント組立部４の上端がカッター駆動部２の上
端より低い位置にあり、シールド推進部３の下端がカッ
ター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの下
端より高い位置にある。すなわち、長くなったカッター
駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの上下方
向高さ範囲の中に、セグメント組立部４及びシールド推
進部３を収めている。

【００２６】上記構成において、立坑シールド掘進機１
００全体に関し上下方向に加わる力として、前述した図
示しない吊架手段を介し立坑８の上部より全体が吊り下
げられ、上方への吊架力が加えられている。また、シー
ルド断面積に相当する部分の水圧力が上方へかかってい
る。また、立坑シールドの全体重量が下方にかかってい
る。一方、カッター１の上下動に関し加わる力として
は、カッター摺動部材１１下部のドーナツ状の水平断面
積Ｓ（図５参照）分の水圧揚力が、上方へ向かって作用
している。したがって、まず、上記したカッター１にか
かる上方への水圧揚力が小さい地表付近において、カッ
ター上下ジャッキ３０でカッター１の自重を緩和して自
重の一部のみを加え、カッターの地山への押し付け力が
掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター
１を回転しながら下方へ向かって掘削する。このように
してカッター上下ジャッキ３０でカッター１を吊り下ろ
しながら、カッター１である距離を掘削後、カッター１
をカッター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッターで掘
り下げた分、シールドを吊り下げている吊架手段を延ば
し、全体の自重でシールド本体４１を推進させる。そし
て、シールド本体４１が所定距離推進したところでセグ
メント５をエレクター２１により組み立てる。

【００２７】上記手順を繰り返して掘進していくが、下
方より隔壁９−ａ,９−ｂ,９−ｃにかかる水圧力が、掘
進していくにしたがい地下水圧が大きくなるため増大
し、シールド自重で下部へ推進できなくなる。その時点
で、シールドジャッキ２０による推進を行う。すなわ
ち、カッター１である距離を掘削後、カッター１をカッ
ター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッター１で掘り下
げた分シールドジャッキ２０でシールド本体４１を推進
させる。そしてシールド本体４１が所定距離推進したと
ころでセグメント５をエレクター２１により組み立て
る。

【００２８】また、一定の深度まで達して、上記したカ
ッター１にかかる水圧揚力が、カッター自重より大きく
なった場合は、掘削時に、（水圧揚力）−（カッター自
重）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等し
い推力でカッター上下ジャッキ３０でカッター１を切羽
７の前面に押し付けつつ、カッター１を回転させて掘削
を行う。つまり、水圧揚力がカッター自重より大きくな
りカッターが浮いた状況となるのでカッター上下ジャッ
キ３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘
削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能
率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。この
とき、カッター１のトルクはカッター１の切羽７への押
付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター
１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター
上下ジャッキ３０のストローク量を調整する。

【００２９】次に、本実施例の作用効果を説明する。な
お、以下、従来技術に関する記述中であっても、本実施
例の立坑シールド掘進機１００と同等の部材には同等の
符号を付す。カッター１のカッタースポーク１Ｂが径方
向中心に向かって下方に傾斜していることにより、切羽
７の形状も中心に向かって下方に傾斜する。したがっ
て、カッター１のビット１７,１８で掘削された土砂は
中心に向かって徐々に流動して、土砂吸込配管６−ａ,
６−ｂ,６−ｃの吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃが
ある径方向位置まで落下する。そして、この土砂は、カ
ッター１のカッタースポーク１Ｂの下面（傾斜面）近傍
の３箇所の吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃから順次
吸い込まれ、３本の土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃ
及び上部配管５６−ａ,５６−ｂ,５６−ｃを介してサク
ションポンプ２５−ａ,２５−ｂ,２５−ｃへと排出され
る。これにより、カッターが傾斜せずまた土砂吸込口が
中央の１つしか設けられていない従来よりも、土砂取り
込み効率を向上させることができる。またこのとき、土
砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃの中間部がカッター１
の中心軸近傍のセンターシャフト２２内に集められて隔
壁９−ｂの径方向中心近傍を貫通するように配置される
ことにより、カッター１とともに回転する３本の土砂吸
込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃのシールを隔壁９−ｂ貫通
部一ヶ所で行えば足り、シールを容易に行うことができ
る。したがって、カッター１に複数の水中ポンプを装備
する場合と異なり、土砂の取り込み効率を向上させる構
成を容易に実現することができる。なお、上記実施例に
おいては、３台のサクションポンプ２５−ａ,２５−ｂ,
２５−ｃの容量を必要処理量に合わせて個別に決定して
いるが、これらサクションポンプの容量を３台とも同じ
にし、土砂の吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの位置
を掘削土砂量が同じになるような位置に変えてもよい
（例えば、吸込口の位置より外周の面積、及び隣接する
２つの吸込口位置により挾まれる掘削面積が互いに等し
くなるように決めればよい）。また、外周側の同じ径方
向位置に吸込口を２個設けるとともに、中央部に１個設
け、このときの外周部の面積と内周部の面積比を２：１
となるように設定して同じ容量のサクションポンプをそ
れぞれの配管につないでもよい。さらに、吸込配管６−
ａ,６−ｂ,６−ｃのうち、少なくとも２つの吸込配管を
介してのサクション抵抗が等しい場合には、その少なく
とも２つの吸込配管を１つのサクションポンプに接続し
てもよい。このときその少なくとも２つの吸込配管を合
流させる位置は、スイベルジョイント２３より下方でも
よいし、また上方でもよいし、さらにスイベルジョイン
ト内でも可能である。これらの場合も同様の効果を得る
ことができる。さらに、上記実施例においては、カッタ
ー１のカッタースポーク１Ｂ全部の形状が径方向中心に
向かって下方に傾斜するようになっているが、部分的に
水平であってもよい。すなわち例えば、吸込配管６−
ａ,ｂ,ｃの吸込口１９−ａ,ｂ,ｃ近傍のカッタースポー
ク１Ｂを水平形状とする場合には、カッタービット１８
の長さを同じにしても、カッタービット１８は周辺の他
のカッタービット１７より長く下方に飛び出させること
ができる。また、上記実施例においては、３個のカッタ
ービット１８全部を飛び出させたが、これに限られず、
必要に応じて飛び出させるカッタービットを減らし、１
個か２個とすることもできる。また、幅広のカッタービ
ットを１個ずつつけることもできる。また、他のスポー
クの吸込口半径位置にあるカッタービットを飛び出させ
てもよいことは前述した。さらに、吸込口１９−ａ，１
９−ｂ，１９−ｃ付近で排土が閉塞気味の場合、カッタ
ーの下方への下げスピードを遅くしたり停止したり逆に
上部へカッター１を引き上げ閉塞を解消することができ
る。

【００３０】また、上記実施例においては、図５に示し
たように、カッターリング４０、ベアリング１３、カッ
ター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１内に設置さ
れており、カッター上下ジャッキ３０により上下動する
構成であったが、これに限られず、カッター上下ジャッ
キを他の場所へ設ける変形例もある。これを図７に示
す。図７において、図５に示した前述した構成と異なる
点は、カッターリング４０は下方に開口する略円筒状部
分が複数箇所に設けられており、その略円筒状部分に対
して摺動可能に摺動円筒部材１３１が配設されており、
その摺動円筒部材１３１内に上端がカッターリング４０
に固定され下端がカッターアーム１０の上端に固定され
たカッター上下ジャッキ１３０が配置されており、カッ
ター駆動モータ１２、ピニオン１４、ギア１５、及びベ
アリング１３の固定側（図示左側）はシールド本体４１
に固定され、ベアリング１３の回転側（図示右側）及び
カッターリング４０は回転のみを行い上下動は行わず、
摺動円筒部材１３１及びカッターアーム１０のみがカッ
ター上下ジャッキ１３０によって上下動するようになっ
ていることである。その他の構造はほぼ同様である。こ
の構造によると前実施例で説明した水圧揚力を受ける原
因となる面積Ｓ（図５参照）が非常に小さくて済む。す
なわち、カッター１の上下動に関しカッター上下ジャッ
キ１３０に加わる水圧揚力を、複数の摺動円筒部材１３
１の横断面積（複数個の円）にかかる分だけとし極めて
小さくすることができる。よって、カッター上下ジャッ
キ１３０の容量及びベアリング１３の容量を小さくする
ことができ、またカッター１の地山押し付け力の制御を
さらに容易に高精度に行うことができる。

【００３１】なお、摺動円筒部材１３１は、図７に示す
ようにカッターリング４０に形成された筒状の穴に直接
挿入配置される構成のほか、カッターリング４０内に別
途筒状部材を複数個固定し、その筒状部材に摺動円筒部
材１３１を挿入配置する構成でもよく、これらの場合も
同様の効果を得る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、カッターで掘削された
土砂が中心に向かって徐々に流動して、土砂吸込配管の
吸込口がある径方向位置まで落下し、カッターの傾斜面
近傍のそれぞれ径方向位置が異なる複数箇所の吸込口か
ら順次吸い込まれ、複数の土砂吸込配管を介してサクシ
ョンポンプへと排出されるので、土砂取り込み効率を向
上させることができる。よって掘削能率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による立坑シールド掘進
機の全体構造を表す側断面図である。

【図２】図１に示されたカッターの下面図である。

【図３】図１に示されたセンターシャフトの図１中Ｐ−
Ｑ断面における水平断面図である。

【図４】図１に示された土砂吸込配管を含む送排泥シス
テムの全体構成を表す概念図である。

【図５】図１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表
す側断面図である。

【図６】大口径の立坑をシールド工法により掘削する場
合の一例である、地下駅の工事現場を示す概念図であ
る。

【図７】カッター駆動部の変形例の詳細構造を表す側断
面図である。

【符号の説明】

１ カッター １Ｂ カッタースポーク １Ｃ 中間部 ２ カッター駆動部 ２Ａ カッター駆動部の構成部材 ３ シールド推進部 ４ セグメント組立部 ６−ａ 土砂吸込配管 ６−ｂ 土砂吸込配管 ６−ｃ 土砂吸込配管 ７ 切羽 ８ 立坑 ９−ａ 隔壁（第２の領域） ９−ｂ 隔壁（第１の領域） ９−ｃ 隔壁 １０ カッターアーム １１ カッター摺動部材 １２ カッター駆動モータ １３ ベアリング １４ ピニオン １５ ギア １６ 送水管 １７ カッタービット １８ カッタービット １９−ａ 吸込口 １９−ｂ 吸込口 １９−ｃ 吸込口 ２０ シールドジャッキ ２１ エレクター ２２ センターシャフト ２３ スイベルジョイント ２４ 集土板 ２５−ａ サクションポンプ ２５−ｂ サクションポンプ ２５−ｃ サクションポンプ ２６ 水タンク ２７ 泥水処理設備 ３０ カッター上下ジャッキ ４０ カッターリング ４１ シールド本体 ５６−ａ 上部配管 ５６−ｂ 上部配管 ５６−ｃ 上部配管 １００ 立坑シールド掘進機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西岡 巌 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 新井 立夫 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大 成建設株式会社内 (72)発明者 小田 尚和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平６−307186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 1/06

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑内に配置されるシールド本体と、この
   シールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削する
   カッターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設け
   られ前記カッターを駆動するカッター駆動部とを有し、
   前記カッターの少なくとも一部は径方向中心に向かって
   下方に傾斜する形状を備えている立坑シールド掘進機に
   おいて、 一端が前記カッターの掘削面近傍で径方向に異なる位置
   にそれぞれ開口して吸込口を形成するとともに他端がサ
   クションポンプに接続され、前記カッターにより掘削さ
   れた土砂を吸い込んで排出する複数本の土砂吸込配管を
   有し、かつこれら複数本の土砂吸込配管は、前記一端と
   他端との中間部が、前記カッターの中心軸近傍に設けら
   れた回転継手に集められ、前記カッターの径方向に異な
   る位置にそれぞれ設けた前記複数本の土砂吸込配管の吸
   込口が前記カッターの回転に伴って回転することを特徴
   とする立坑シールド掘進機。
2. 【請求項２】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記複数本の土砂吸込配管のうち少なくとも一部の
   前記他端は、該少なくとも一部の土砂吸込配管に対応し
   て別個独立に設けられたサクションポンプにそれぞれ接
   続されていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
3. 【請求項３】請求項２記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記別個独立に設けられたサクションポンプのうち
   少なくとも一部は、排土砂量に対応して互いにサクショ
   ン能力が異なっていることを特徴とする立坑シールド掘
   進機。
4. 【請求項４】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記複数の土砂吸込配管のそれぞれの吸込口は、掘
   削発生土砂量が互いに略等しくなるような径方向所定位
   置に配置されていることを特徴とする立坑シールド掘進
   機。
5. 【請求項５】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記複数の土砂吸込配管のそれぞれの吸込口は、径
   方向に互いに略等間隔となるように配置されていること
   を特徴とする立坑シールド掘進機。
6. 【請求項６】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記カッターは、前記複数の土砂吸込配管のうち少
   なくとも１つの吸込口の半径位置付近に備えられたカッ
   タービットを、その半径位置付近より内周及び外周のい
   ずれか一方に備えられたカッタービットよりも下方に突
   出させた構造となっていることを特徴とする立坑シール
   ド掘進機。
7. 【請求項７】請求項６記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記カッターは、前記突出されたカッタービットで
   形成される溝より径方向外側の掘削土砂を少なくとも該
   溝の近傍に導く、少なくとも１つの集土板を有すること
   を特徴とする立坑シールド掘進機。
8. 【請求項８】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記シールド本体は該シールド本体内部を周囲水か
   ら隔離する隔壁を備えており、かつ、前記隔壁の径方向
   中心近傍の第１の領域の高さは、前記第１の領域の径方
   向外周側に隣接する第２の領域の高さよりも高くなって
   いることを特徴とする立坑シールド掘進機。
9. 【請求項９】請求項１記載の立坑シールド掘進機におい
   て、前記カッターは、前記吸込口の径方向位置近傍に土
   砂を導く少なくとも１つの集土板を有することを特徴と
   する立坑シールド掘進機。