JP3594709B2

JP3594709B2 - Shield machine

Info

Publication number: JP3594709B2
Application number: JP24566295A
Authority: JP
Inventors: 義則西田; 俊彦別所; 隆司川濱; 巌西岡; 立夫新井; 尚和小田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH0949389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法によって下方・横方へと掘進する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・横方へと掘進するこの種のシールド掘進機に関する公知技術の中で、まず、立坑シールド掘進機の例としては、例えば、以下のものがある。
▲１▼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】
▲２▼特開平６−２９４２７８号公報
この公知技術は、いわゆる中間支持方式で中央カッターを支持する駆動モータを備え、グリッパーを介して立坑の坑壁に支承された立坑シールド掘進機において、掘進機がローリングしたときに、中央カッターの支持スポークに設けた伸縮ジャッキを延ばして外周カッターを地盤から切り離して回転させることにより、容易にローリングを修正するものである。
【０００４】
▲３▼特開平６−３０７１８６号公報
この公知技術は、通常時においては、２分割されたシールド本体を連結する摺動ジャッキを延ばして掘削を行い、カッタートルクが過大となったときには、摺動ジャッキを縮めてカッターを浮上させてカッタートルクを減少させることにより、掘進を再開可能な構成を提供するものである。
【０００５】
次に、横坑シールド掘進機の例としては、例えば、以下のものがある。
▲４▼実公平５−２７５９４号公報
この公知技術は、いわゆる泥水シールド掘進機であり、シールドの前部開口部に設けたカッターで地山を掘削してその土砂をカッター背面のカッターチャンバーに取り込み、これと同時にカッターチャンバー上部に接続された送泥管から泥水等を注入し、掘削土砂と混合してカッターチャンバー下部に接続された排泥管で外部に排出するものである。
【０００６】
▲５▼特開平６−２１２８８４号公報
この公知技術は、いわゆる球体シールド掘進機であり、シールドの先端に略球体の作業室を回動自在に支持しておき、この作業室の外部に出没自在に設けた掘削装置を、作業室の回動によってシールド内に収容することにより、カッタービットの交換を容易に行えるように構成したものである。そして、この回動時には、カッター引き込みジャッキを用いてカッター及びその駆動機構を作業室内に後退させるようになっている。
【０００７】
(6)特公平６−５８０３５号公報
この公知技術では、いわゆる地中ドッキングシールド工法で用いられる掘進機が開示されており、２つのシールド掘進機を対向するように掘進させ横坑どうしを接合するものである。そして、この接合時には、一方の掘進機を先に接合位置に到達させて停止状態にした後、他方の掘進機との接合に備え、カッター引き込みジャッキを用いてカッター及びその駆動機構をシールド内に後退させるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の立坑シールド掘進機及び横坑シールド掘進機に関する公知技術には、それぞれ、以下の課題が存在する。
【０００９】
まず立坑シールド掘進機においては、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▲１▼〜▲３▼を適用すると、以下のような課題が生じる。
すなわち、上記公知技術▲１▼においては、カッターがシールド本体に固定されているのでカッターの地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であり、カッターにかかる前面荷重が比較的大荷重となる。よって、その大荷重に打ち勝つためにカッターの装備トルクを大きくする必要が生じ、マシン重量が重くなると共にカッタートルク反力によるシールドのローリングが発生しやすくなる。
【００１０】
また公知技術▲２▼においては、隔壁が設けられていないことから、地下水圧を含めた上下動微調整を行う隔壁式の掘進機の構成には適用できない。すなわち、隔壁式においては、地表付近では水圧がほとんどないので、掘削に必要な荷重（例えば約５０ｔ）よりはるかに重いカッター自重（例えば８００ｔ）を低減するように上方へ荷重を加えて掘削負荷をコントロールする必要があるが、大深度にあっては水圧が大きくなってカッター自重だけでは掘削に必要な荷重を得ることができないので、カッターを下方へ押し下げるように荷重を加えて掘削負荷をコントロールする必要がある。公知技術▲２▼の構成では、このようなコントロールを行うことができない。
【００１１】
さらに公知技術▲３▼においては、中間支持方式かつ隔壁式であるが、カッターを推進する場合にシールド全断面にはたらく全水圧力・前胴外周部の地山との摺動抵抗力が摺動ジャッキに加わる。そして、これら全水圧力・前胴外周部の摺動抵抗力は、カッターの押し付け力（＝掘削に必要な力）に比較して非常に大きくなることから、カッターの押し付け力の制御が困難となり、かつ摺動抵抗力の変動により制御精度が低くなる。また大口径になると摺動ジャッキに加わる水圧力が過大となるので、これに対抗するために摺動ジャッキを極めて強固なものにする必要があり、摺動ジャッキが大型化するという課題があった。
【００１２】
次に、横坑シールド掘進機に関し、公知技術▲４▼〜▲６▼においては、いずれも、カッターの切羽への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。
すなわち、公知技術▲４▼においては、上記▲１▼同様カッターがシールド本体に固定されていることから、カッターの地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。また、カッターを切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなりカッターが回転困難となった場合、シールドをバックさせればカッターを通常の回転状態に復帰可能であるが、テールシールの反転によってシール漏洩の恐れがあることからこれを行うことができず、カッターの反転の繰り返しやカッタートルクを限界まで上げることを行って非常に苦労して復帰させていた。また、セグメント側より裏込注入液が切羽側に回り込み、カッターと切羽の付着力が大きくなって回転困難となった場合も同様の問題があった。
【００１３】
また、公知技術▲５▼においては、カッター引き込みジャッキで、押し付け力を制御しまたカッター回転困難時の脱出を図ることは可能である。しかしながらこのとき、カッター引き込みジャッキはバルクヘッドと作業室との間に装着されており、カッターを引き込む場合にバルクヘッド全体を後部に引き込む構造となっている。よって、バルクヘッドにかかる切羽の土圧または水圧をカッター引き込みジャッキで支えなければならず、非常に大きな推力が必要となる。したがってジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして高精度のストローク制御は困難であった。
【００１４】
また、公知技術▲６▼においても、カッター引き込みジャッキで、押し付け力の制御・カッター脱出を図ることは可能であるが、上記▲５▼と同様、バルクヘッド全体を後部に引き込む構造となっていることから、ジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして高精度のストローク制御が困難であった。
【００１５】
本発明の第１の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式のシールド掘進機において、中間支持部分を掘進方向に進退させてカッターの進退運動を行い、カッターの押し付け力を容易かつ高精度に制御することある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式の大口径立坑シールド掘進機において、中間支持部分を上下動させてカッターの上下動を行い、カッターの押し付け力を容易かつ高精度に制御し掘削効率を上げるとともに、押し付け力を制御することでカッター装備トルクを小さくすることである。また、摺動ジャッキを小型化できる構成を提供することである。
【００１７】
本発明の第３の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式の横坑シールド掘進機において、中間支持部分を前後動させてカッターの前進・後退を行うことにより、小さいジャッキ推力で前後動を行わせ、カッターの推力制御を容易かつ高精度に行うことである。
【００１８】
本発明は上記の目的を達成するために、第１の発明は、坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ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内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記カッターリングを前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリング前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機にある。
【００１９】
また、第２の発明は、坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ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内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリングに前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２０】
さらに、第３の発明は、第１又は第２の発明に記載のシールド掘進機において、立坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２１】
また、第４の発明は、第１又は第２の発明に記載のシールド掘進機において、横坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１４により説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図７により説明する。本実施形態は、本発明を立坑シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による立坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１に示す。
図１において、本実施形態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１００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４１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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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／ｃｍ^２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。
【００３２】
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１Ｂ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。
ここでこの実施形態では、土砂吸込口１９−ａ，１９−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形態のようにしても櫛の刃状に地山が残ることは少ないが、粘性土の場合は櫛の刃状に地山が残る場合が多い。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。
【００３３】
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４１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の詳細構造を表す縦断面図を図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４０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１５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１３、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１１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。
なお、上記構成において、ピニオン１４、ギア１５、ベアリング１３、カッターリング４０、及びカッターアーム１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材１１がカッターリング４０を収納するケースを構成する。
【００３４】
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。
【００３５】
上記構成において、立坑シールド掘進機１００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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、本実施形態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、本実施形態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が径方向中心部と外周部との間の中間部１Ｃにおいてカッター駆動部２のカッターアーム１０に支持される、いわゆる中間支持方式であることにより、大口径においては、カッター１中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター１外周部で支持する外周支持方式よりもカッター１のたわみが生じにくく、強度的に有利である。
また、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で、カッター駆動モータ１２、伝達機構をなすピニオン１４・ギア１５・ベアリング１３、及びカッターリング４０を収納するカッター摺動部材１１を上下方向に摺動させて、切羽を掘削する方式としていることにより、隔壁９−ａ，９−ｂ，９−ｃに加わる水圧の大小に応じてカッター上下ジャッキ３０押力・引力を自在に変えるか、又はカッター上下ジャッキストロークを調整してカッター１を切羽面に最も掘削に適した推力で押し付けることができる。またカッター１の掘削スピード（カッターの下方への下げスピード）もカッタートルクを監視しながらトルクが過大にかからないようにしてカッター上下ジャッキの伸びスピードで自在に制御できる。さらに、吸込口１９−ａ，１９−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。
そしてこのとき、カッター１の上下動に関し加わる水圧揚力は、カッター摺動部材１１下部の水平断面積Ｓ（図５参照）分の水圧揚力であり、外周支持方式の場合よりも径方向中心側に寄っている分小さくなるので、カッター上下ジャッキ３０の容量を小さくすることができる。また水圧揚力が小さいことによりカッター１を切羽７への押し付ける推力の制御を容易に行うことができる。よって常に最適な推力を加えた状態で掘削を行うことができるので、カッター１の装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。
さらにこのとき、２分割シールド本体を連結する摺動ジャッキで下部シールド及びそれと上下方向では一体となったカッターを上下させる従来技術よりも、上下駆動機構としてのカッター上下ジャッキ３０に加わる推力を小さくすることができ、かつシールドの地山との摩擦による摺動抵抗を考えなくてよいので、カッターの切羽への押し付け力を制御しやすく、推力過大でカッターを破損させることがない。そして、上記のようにカッター１の装備トルクが軽減されることから、カッター１が軽量かつ安価となる効果があるとともに、シールド機長を短くしてもカッタートルクによりローリングが発生しないという効果がある。また、水圧揚力が小さいので、カッターベアリング１３の容量を小さくて済み軽量かつ安価となる効果がある。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、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形態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１３１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。
【００４０】
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。
【００４１】
本発明の第２の実施形態を図８〜図１０により説明する。本実施形態は、本発明を横坑泥水シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図８に示す。
【００４２】
図８において、本実施形態による横坑シールド掘進機２００は、概略的に言うと、図示しない横坑内に配置される円筒状のシールド本体２４１と、このシールド本体２４１の掘進方向前方（図８中左方）すなわち横坑シールド掘進機２００の最前部に設けられ横坑内の切羽を掘削するカッター２０１と、大部分がシールド本体２４１に設けられカッター２０１を駆動するカッター駆動部２０２と、シールド本体２４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体２４１を前方へ押圧するシールドジャッキ２２０を備え、シールド本体２４１を前方へ推進させるシールド推進部２０３と、シールド本体２４１に設けられ、シールドジャッキ２２０が前方へ押圧する力を作用させるための反力を与えるセグメント２０５を組み立てるエレクター２２１を備えたセグメント組立部２０４とを有する。
【００４３】
シールド本体２４１は、シールド本体２４１内部を周囲水から隔離する隔壁２０９を備えており、言い換えれば、これら隔壁２０９により、横坑の坑内と切羽とが隔離されることとなる。
また、横坑シールド掘進機２００は、カッター２０１の背面に設けられたカッターチャンバー２４４と、カッター２０１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土砂吸込配管２０６とを備えており、土砂吸込配管２０６の先端部分に設けられた吸込口２０６ａはカッターチャンバー２４４内に開口している。なお、カッターチャンバー２４４内における吸込口２０６ａの上部には、吸込口２０６ａが閉塞等した場合に使用する予備吸込口２０６ｂが設けられている。また土砂吸込配管２０６の後端はサクションポンプ（図示せず）に接続されている。このサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、最終的に、横坑の外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で処理された後、送水管２１６を介し、送水管２１６の先端に設けられた送水口２１６ａから再びカッターチャンバー２４４内へと還流させられる。
【００４４】
さらにカッター２０１は、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０により前後運動自在に支持されるとともに、カッター駆動モータ２１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部２０２の詳細構造を表す縦断面図を図９に示す。
図９及び図８において、カッター２０１は、径方向中心部と外周部との間の中間部２０１Ｃにおいて複数本（例えば６本）のカッターアーム２１０により中間支持されている。これにより、大口径においては特に、カッター中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター外周部で支持する外周支持方式よりもカッター２０１のたわみが生じにくく、強度的に有利となっている。そしてまたカッター２０１は、略円環状のカッターリング２４０を介してベアリング２１３に装着されている。ベアリング２１３の外周側にはギア２１５が切ってあり、このギア２１５にカッター駆動モータ２１２に装着されたピニオン２１４が噛合している。カッターリング２４０、ベアリング２１３、カッター駆動モータ２１２はカッター摺動部材２１１（図９中網かけ部で示す）に設置されており、カッター前後ジャッキ２３０により前後に摺動する。
また、カッター摺動部材２１１の外周部には、シールド本体２４１側の出っ張り２４２とかみ合う溝２４３が切ってあり、カッター２０１の回転による反力をシールド本体２４１に伝えている（出っ張り２４２とかみ合う溝２４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング２４０のカッターアーム２１０側にはカッターリング２４０と摺動部材２１１との間のシールを行うカッター２０１回転用のシール２３２が取り付けてあり、カッター摺動部材２１１の切羽側（図９中左側）にはカッター摺動部材２１１とシールド本体２４１間のシールを行うシール２３１が取り付けられている。
なお、上記構成において、ピニオン２１４、ギア２１５、ベアリング２１３、カッターリング２４０、及びカッターアーム２１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材２１１がカッターリング２４０を収納するケースを構成する。
【００４５】
上記構成において、横坑シールド掘進機２００全体に関し前後方向（図８中の左右方向）に加わる力として、シールド断面積に相当する部分の水圧力が後方へかかっている。一方、カッター２０１の前後動に関し加わる力としては、カッター摺動部材２１１前部のドーナツ状の鉛直断面積Ｓ（図９参照）分の水圧力が、後方へ向かって作用している。
そこでまず、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１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２０１を回転しながら前方へ向かって掘削する。すなわち、（水圧力）＋（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前後ジャッキ２３０でカッター２０１を切羽の前面に押し付けつつ、カッター２０１を回転させて掘削を行う。つまり、カッター前後ジャッキ２３０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２０１のトルクはカッター２０１の切羽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２０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター前後ジャッキ２３０のストローク量を調整する。
このようにしてカッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を前方へ進行させながら、カッター２０１である距離を掘削後、カッター２０１をカッター前後ジャッキ２３０で後退させ、カッター２０１で掘り進んだ分、シールドジャッキ２２０でシールド本体２４１を推進させる。
そして、シールド本体２４１が所定距離推進したところでセグメント２０５をエレクター２２１により組み立てる。
上記のような手順を繰り返し、順次掘進していく。
【００４６】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、本実施形態の比較形態として、従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１０に示す。第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００と同等の部材には同一の符号を付す。
図１０において、本比較形態による横坑シールド掘進機２５０は、前述した実公平５−２７５９４号公報記載の泥水シールド掘進機と類似の構造であり、第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００と異なる主要な点は、カッター駆動モータ２１２やベアリング２１３等が前後に摺動せず、シールド本体２４１に固定される構造となっていることである。その他の構造は第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００とほぼ同様である。
【００４７】
しかしながら、上記横坑シールド掘進機２５０においては、カッター２０１がシールド本体２４１に固定されていることから、カッター２０１の地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。また、カッター２０１を切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなりカッター２０１が回転困難となった場合、シールド本体２４１をバックさせればカッター２０１を通常の回転状態に復帰可能であるが、テールシール２４５の反転によってシール漏洩の恐れがあることからこれを行うことができず、カッター２０１の反転を繰り返したりカッタートルクを限界まで上げたりして非常に苦労して復帰させていた。また、セグメント２０５側より裏込注入液が切羽側に回り込み、カッター２０１と切羽の付着力が大きくなって回転困難となった場合も同様の問題があった。
【００４８】
これに対して、本実施形態による横坑シールド掘進機２００においては、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０でカッター駆動モータ２１２やベアリング２１３等を隔壁２０９に対して掘進方向に前後動させ、カッター２０１で切羽を掘削することにより、隔壁２０９に加わる水圧の大小に応じてカッター前後ジャッキ２３０の押力・引力を自在に変えたり、カッター２０１の前方進み量を調整したりして、カッター２０１の押し付け力を切羽面に最も掘削に適した推力に容易かつ高精度に制御することができる。またカッター２０１を切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなったり裏込注入液が切羽側に回り込んだりして、カッター２０１が回転困難となった場合には、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を隔壁２０９に対し後退させることで、容易にカッター２０１を通常の回転状態に復帰させることができる。
また、上記のようにカッター２０１の切羽への押し付け力をカッター前後ジャッキ２３０で容易かつ高精度に制御できることから、カッター２０１の装備トルクを小さくでき、地山に合った押し付け力で能率よく掘削できる効果がある。
また、第２の実施形態の横坑シールド掘進機において、掘進方法を図１０に示す従来の横坑シールド掘進機と同様にしても良い。この場合は、前後ジャッキストロークが短く済み、かつ推進方法は従来と同じであるので単純なものとなる。ただし、カッター引き込みストロークを前後ジャッキにもたせることにより、カッターを容易に後退させることができるので、上述したような原因でカッターが回転困難となった場合に容易に脱出することができる。
【００４９】
本発明の第３の実施形態を図１１〜図１４により説明する。本実施形態は、本発明を横坑球体シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１１に示す。
【００５０】
図１１において、本実施形態による横坑シールド掘進機３００は、概略的に言うと、図示しない横坑内に配置される円筒状のシールド本体３４１と、このシールド本体３４１の掘進方向前方（図１１中左方）すなわち横坑シールド掘進機３００の最前部に設けられ横坑内の切羽を掘削するカッター３０１と、大部分がシールド本体３４１に設けられカッター３０１を駆動するカッター駆動部３０２と、シールド本体３４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体３４１を前方へ押圧するシールドジャッキ３２０を備え、シールド本体３４１を前方へ推進させるシールド推進部３０３と、シールド本体３４１に設けられ、シールドジャッキ３２０が前方へ押圧する力を作用させるための反力を与えるセグメント３０５を組み立てるエレクター３２１を備えたセグメント組立部３０４とを有する。
【００５１】
シールド本体３４１の先端には、中空で略球体形状の作業室３４６が図示しない支持手段を介し回転自在に支持されている。作業室３４６は、作業室３４６内及びシールド本体３４１内部を周囲水から隔離する隔壁３０９を備えており、言い換えれば、これら隔壁３０９により、横坑の坑内と切羽とが隔離されることとなる。
また、横坑シールド掘進機３００は、カッター３０１の背面に設けられたカッターチャンバー３４４と、カッター３０１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土砂吸込配管３０６とを備えており、土砂吸込配管３０６の先端部分に設けられた吸込口３０６ａはカッターチャンバー３４４内に開口している。また土砂吸込配管３０６の後端はサクションポンプ（図示せず）に接続されており、このサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、最終的に、横坑の外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で処理された後、送水管３１６を介し、送水管３１６の先端に設けられた送水口３１６ａから再びカッターチャンバー３４４内へと還流させられる。
【００５２】
さらにカッター３０１は、カッター駆動部３０２に備えられたカッター前後ジャッキ３３０により前後運動自在に支持されるとともに、カッター駆動モータ３１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部３０２の詳細構造を表す縦断面図を図１２に示す。
図１２及び図１１において、カッター３０１は、前面の全範囲にカッタービット（図示せず）が設けられたカッタースポーク３０１Ｄを備えており、カッタースポーク３０１Ｄは、径方向中心部と外周部との間の中間部３０１Ｄ_ｃにおいて複数本（例えば６本）のカッターアーム３１０により中間支持されている。これにより、大口径においては特に、カッター中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター外周部で支持する外周支持方式よりもカッター３０１のたわみが生じにくく、強度的に有利となっている。また、カッタースポーク３０１Ｄは、シールド本体３４１内から突出した状態（例えば図１１に示す状態）において、径方向に伸縮可能となっている。また、カッターアーム３１０の後端には１つのカッターシールリング３５１が挿通された形状で固定されており、このカッターシールリング３５１は略円環状に製作され、その外径は後述するカッター摺動部材３１１のシール部分の外径とほぼ同じに加工されている。
またカッター３０１は、略円環状のカッターリング３４０を介してベアリング３１３に装着されている。ベアリング３１３の外周側にはギア３１５が切ってあり、このギア３１５にカッター駆動モータ３１２に装着されたピニオン３１４が噛合している。カッターリング３４０、ベアリング３１３、カッター駆動モータ３１２はカッター摺動部材３１１（図１２中網かけ部で示す）に設置されており、カッター前後ジャッキ３３０により前後に摺動する。
また、カッター摺動部材３１１の外周部には、作業室３４６側の出っ張り３４２とかみ合う溝３４３が切ってあり、カッター３０１の回転による反力を最終的にシールド本体３４１に伝えている（出っ張り３４２とかみ合う溝３４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング３４０のカッターアーム３１０側にはカッターリング３４０と摺動部材３１１との間のシールを行うカッター３０１回転用のシール３３２が取り付けてあり、カッター摺動部材３１１の切羽側（図１１中左側）にはカッター摺動部材３１１とシールド本体３４１間のシールを行うシール３３１が取り付けられている。
なお、上記構成において、ピニオン３１４、ギア３１５、ベアリング３１３、カッターリング３４０、及びカッターアーム３１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材３１１がカッターリング３４０を収納するケースを構成する。
【００５３】
上記構成において、横坑シールド掘進機３００全体に関し前後方向（図１１中の左右方向）に加わる力として、シールド断面積に相当する部分の水圧力が後方へかかっている。一方、カッター３０１の前後動に関し加わる力としては、カッター摺動部材３１１前部のドーナツ状の鉛直断面積Ｓ（図１２参照）分の水圧力が、後方へ向かって作用している。そこでまず、カッター前後ジャッキ３３０でカッター３０１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３０１を回転しながら前方へ向かって掘削する。すなわち、（水圧力）＋（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前後ジャッキ３３０でカッター３０１を切羽の前面に押し付けつつ、カッター３０１を回転させて掘削を行う。つまり、カッター前後ジャッキ３３０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３０１のトルクはカッター３０１の切羽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３０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター前後ジャッキ３３０のストローク量を調整する。このようにしてカッター前後ジャッキ３３０でカッター３０１を前方へ進行させながら、カッター３０１である距離を掘削後、カッター３０１をカッター前後ジャッキ３３０で後退させ、カッター３０１で掘り進んだ分、シールドジャッキ３２０でシールド本体３４１を推進させる。そして、シールド本体３４１が所定距離推進したところでセグメント３０５をエレクター３２１により組み立てる。上記のような手順を繰り返し、順次掘進していく。
【００５４】
ここにおいて、比較的長大な横坑を掘進する場合は特に、カッタースポーク３０１Ｄに取り付けられたカッタービットが摩耗するので、適宜交換する必要がある。この場合には、カッタースポーク３０１Ｄを径方向中心に向かって縮めるとともに、カッター前後ジャッキ３３０を縮み動作させて、カッタースポーク３０１Ｄを作業室３４６内、すなわち略球体状の回転範囲に引き込む。この状態を図１３に示す。図１３に示すように、このとき、カッターシールリング３５１が作業室３４６の貫通孔３４７に貫入してシールを行うようになっている。
この状態において、略球体状の作業室３４６を徐々に回動させつつ、最終的にカッター３０１がシールド本体３４１内側（＝図１３中右側）にくるように反転させ、シールド本体３４１内からカッタービットの交換等を行う。
【００５５】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、本実施形態の比較形態として、従来技術による横坑球体シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１４に示す。第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００と同等の部材には同一の符号を付す。
図１４において、本比較形態による横坑シールド掘進機３５０は、前述した特開平６−２１２８８４号公報記載の球体シールド掘進機と類似の構造であり、第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００と異なる主要な点は、カッター前後ジャッキ３３０でカッター駆動モータ３１２やベアリング３１３等を前後に摺動するのではなく、バルクヘッド部Ｈと作業室３４６壁面との間に装着された多数のカッター引き込みジャッキ３４８で、バルクヘッド部Ｈ全体を後方へ下げて引き込む構造となっていることである。その他の構造は第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００とほぼ同様である。
【００５６】
しかしながら、上記横坑球体シールド掘進機３５０においては、カッター引き込みジャッキ３４８がバルクヘッド部Ｈと作業室３４６との間に装着され、カッター３０１を引き込む場合バルクヘッド部Ｈ全体を後部に引き込む構造となっている。よって、バルクヘッド部Ｈにかかる切羽の土圧または水圧をカッター引き込みジャッキ３４８で支えなければならず、非常に大きな推力が必要となる。したがってジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして推力制御は困難であった。
【００５７】
これに対して、本実施形態による横坑球体シールド掘進機３００においては、カッター駆動部３０２に備えられたカッター前後ジャッキ３３０によって、カッター３０１とカッター駆動部２０２が前後摺動できることから、切羽土圧・水圧はカッター摺動部材３１１前部の水平断面積Ｓ（図１２参照）分しか加わらない。よって、カッター前後ジャッキ３２０に加わる推力を小さくすることができるので、従来のカッター引き込みジャッキ３４８で必要とされる推力よりも小さくすることができる。よって、カッター３０１を切羽へ押し付ける推力の制御を容易にかつ高精度に行うことができる。またこのようにして常に最適な推力を加えた状態で掘削を行うことができることから、カッター３０１の装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。また均等にカッター３０１を引き込むためのジャッキストローク制御が容易となるとともに、製造コストも低減できる。
【００５８】
なお、上記第３の実施形態は、本発明を球体シールド掘進機へ適用した場合を例に取って説明したが、これに限られない。すなわち、同様にカッターを引き込むための構造が備えられている、特開平６−５８０３５号公報で示されるようないわゆる地中ドッキングシールド工法で用いられる横坑シールド掘進機に適用することもでき、この場合も同様の効果を得る。
【００５９】
また、第３の実施形態の横坑シールド掘進機において、掘進方法を図１４に示す従来の横坑シールド掘進機と同様にしても良い、この場合は、前後ジャッキのストロークがカッターを後方へ引き込む分だけで済むので、前後ジャッキが小さくなり作業室３４６内に納まりやすくなる。また、掘進方法も従来と同じになるので単純なものとなる。ただし、上述のようにカッターに働く水圧力が小さくてよいことから、それに対抗するジャッキの容量及び本数が少なくて済み、占有スペースを小さくすることができるとともに安価となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、カッター駆動部に備えられた上下駆動機構で少なくとも回転伝達機構の支持部材を隔壁に対し上下動させるので、隔壁に加わる水圧の大小に応じカッターを切羽面に最も掘削に適した推力で押し付けることができる。よってカッターの装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。またこのようにカッター装備トルクが軽減されるので、カッターが軽量かつ安価となる効果があるとともに、シールド機長を短くしてもカッタートルクによりローリングが発生しないという効果がある。さらにこのとき推力過大でカッターを破損することがない。
【００６１】
また本発明によれば、カッター駆動部に備えられた前後駆動機構で少なくとも回転伝達機構の支持部材を隔壁に対し前後動させるので、前後駆動機構により発生させる推力を小さくし、高精度の推力制御を行うことができる。よって前後駆動機構を安価に製造することができる。また、カッターの装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による立坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【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縦断面図である。
【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縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図９】図８に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図１０】従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図１２】図１１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図１３】図１１に示されたカッタースポークが作業室内に引き込まれた状態を表す図である。
【図１４】従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【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
９−ｂ隔壁
９−ｃ隔壁
１０カッターアーム
１１カッター摺動部材（ケース）
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（上下駆動機構）
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
２００横坑シールド掘進機
２０１カッター
２０１Ｃ中間部
２０２カッター駆動部
２０３シールド推進部
２０４セグメント組立部
２０６土砂吸込配管
２０９隔壁
２１０カッターアーム
２１１カッター摺動部材（ケース）
２１２カッター駆動モータ
２１３ベアリング
２１４ピニオン
２１５ギア
２１６送水管
２２０シールドジャッキ
２２１エレクター
２３０カッター前後ジャッキ（前後駆動機構）
２４０カッターリング
２４１シールド本体
２４４カッターチャンバー
２４５テールシール
３００横坑シールド掘進機
３０１カッター
３０１Ｄカッタースポーク
３０１Ｄ_ｃ中間部
３０２カッター駆動部
３０３シールド推進部
３０４セグメント組立部
３０６土砂吸込配管
３０９隔壁
３１０カッターアーム
３１１カッター摺動部材（ケース）
３１２カッター駆動モータ
３１３ベアリング
３１４ピニオン
３１５ギア
３１６送水管
３２０シールドジャッキ
３２１エレクター
３３０カッター前後ジャッキ（前後駆動機構）
３４０カッターリング
３４１シールド本体
３４４カッターチャンバー
３４５テールシール
３４６作業室
３４８カッター引き込みジャッキ
３５１カッターシールリング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield excavator that excavates downward and laterally by a shield method.
[0002]
[Prior art]
Among known techniques relating to this type of shield machine that excavates downward and laterally by a shield method, first, examples of a shaft shield machine are as follows.
{Circle around (1)} JP-A-4-27287
In this known technique, a main cutter connected to a main shaft and a peripheral cutter connected to a telescopic arm extending radially from the main shaft are provided at a lower end portion of a shield machine main body, and a shield jack which can be relocated radially inward is provided. The cutter and the like can be easily collected by being provided on the upper side and detachably attaching the inner frame supporting the cutter and the shield jack to the outer body.
[0003]
(2) JP-A-6-294278
This known technique includes a drive motor that supports a central cutter in a so-called intermediate support system, and in a shaft shield excavator supported on the shaft wall of a shaft via a gripper, when the excavator rolls, the central cutter is supported. Rolling can be easily corrected by extending a telescopic jack provided on the spoke and rotating the outer peripheral cutter off the ground.
[0004]
(3) JP-A-6-307186
In this known technique, in a normal state, a sliding jack connecting a shield body divided into two parts is extended to perform excavation, and when a cutter torque becomes excessive, the sliding jack is contracted to make a cutter float and a cutter is floated. An object of the present invention is to provide a configuration in which excavation can be restarted by reducing the torque.
[0005]
Next, examples of the horizontal shaft shield machine are as follows.
(4) Japanese Utility Model Publication No. 5-27594
This known technique is a so-called mud shield excavator, which excavates the ground with a cutter provided at the front opening of the shield, takes in the earth and sand into the cutter chamber on the back of the cutter, and at the same time is connected to the upper part of the cutter chamber. Mud water and the like are injected from a mud feeding pipe, mixed with excavated earth and sand, and discharged to the outside through a mud pipe connected to a lower portion of the cutter chamber.
[0006]
(5) JP-A-6-212888
This known technique is a so-called spherical shield excavator, in which a substantially spherical working chamber is rotatably supported at the tip of the shield, and an excavating device provided to be able to protrude and retract outside of the working chamber is provided. The cutter bit can be easily exchanged by being housed in the shield by rotation. At the time of this rotation, the cutter and its driving mechanism are retracted into the working chamber by using the cutter retraction jack.
[0007]
(6) Special fairness 6-58035
In this known technique, an excavator used in a so-called underground docking shield method is disclosed, in which two shield excavators are excavated so as to face each other and a horizontal shaft is joined. At the time of this joining, one of the excavators reaches the joining position first and is stopped, and then, in preparation for joining with the other excavating machine, the cutter and its driving mechanism are put in the shield using the cutter retracting jack. It is designed to retreat.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned known techniques related to the shaft shield excavator and the horizontal shaft shield excavator have the following problems, respectively.
[0009]
First, in the shaft shaft excavator, the diameter of the shaft has been increasing in recent years with the enlargement of construction. When excavating such a large-diameter shaft by the shield method, applying the above-mentioned known techniques (1) to (3) causes the following problems.
That is, in the above-mentioned known technique (1), since the cutter is fixed to the shield body, it is difficult to control the pressing force of the cutter against the ground with high accuracy, and the front load applied to the cutter is relatively large. Load. Therefore, it is necessary to increase the installed torque of the cutter in order to overcome the large load, so that the machine weight is increased and the shield is easily rolled due to the cutter torque reaction force.
[0010]
Further, in the known technique (2), since no partition is provided, it cannot be applied to a configuration of a partition type excavator that performs fine adjustment of vertical movement including groundwater pressure. That is, in the bulkhead type, since there is almost no water pressure near the ground surface, a load is applied upward to reduce the cutter's own weight (for example, 800 t), which is much heavier than the load required for excavation (for example, about 50 t). It is necessary to control, but at large depths the water pressure increases and the weight required for excavation cannot be obtained by the cutter's own weight alone, so control the excavation load by applying a load to push the cutter down. There is a need. In the configuration of the known technique (2), such control cannot be performed.
[0011]
Furthermore, in the prior art (3), the intermediate support system and the partition system are used, but when the cutter is propelled, the total water pressure acting on the entire cross section of the shield and the sliding resistance force against the ground at the outer peripheral portion of the front body are slid. Join the jack. Since the total water pressure and the sliding resistance of the outer peripheral portion of the front body are much larger than the pressing force of the cutter (= force required for excavation), it is difficult to control the pressing force of the cutter. In addition, the control accuracy is lowered due to the fluctuation of the sliding resistance. In addition, when the diameter becomes large, the water pressure applied to the sliding jack becomes excessive. Therefore, it is necessary to make the sliding jack extremely strong in order to counter this, and there is a problem that the sliding jack becomes large. .
[0012]
Next, regarding the horizontal shaft shield machine, it has been difficult to control the pressing force of the cutter against the face with high accuracy in any of the known techniques (4) to (6).
That is, in the known technique (4), since the cutter is fixed to the shield body as in the above (1), it is difficult to control the pressing force of the cutter against the ground with high accuracy. Also, if the cutter is pressed too much against the face and the frictional force increases and the cutter becomes difficult to rotate, the cutter can be returned to the normal rotation state by backing the shield. This could not be done due to fear, and the return was made with great difficulty by repeatedly inverting the cutter and increasing the cutter torque to the limit. In addition, the same problem occurs when the back-filling liquid flows from the segment side toward the face and the adhesive force between the cutter and the face becomes large and rotation becomes difficult.
[0013]
Further, in the known technique (5), it is possible to control the pressing force with a cutter retraction jack and to escape when the cutter is difficult to rotate. However, at this time, the cutter retraction jack is mounted between the bulkhead and the working chamber, and has a structure in which the entire bulkhead is retracted to the rear when the cutter is retracted. Therefore, the earth pressure or water pressure of the face applied to the bulkhead must be supported by the cutter pull-in jack, and a very large thrust is required. Therefore, it has been difficult to control the stroke with high accuracy because the jack becomes large or the number of jacks increases.
[0014]
Also, in the known technique (6), it is possible to control the pressing force and to escape the cutter with the cutter retraction jack, but as in the above (5), the whole bulkhead is drawn into the rear part. Therefore, it is difficult to control the stroke with high accuracy because the jack becomes large or the number of jacks increases.
[0015]
A first object of the present invention is to provide a partition-type shield excavator that supports a cutter by an intermediate support method, whereby the intermediate support portion is advanced and retracted in the excavation direction to perform a reciprocating motion of the cutter, and the pressing force of the cutter is easily and highly increased. There are times when the precision is controlled.
[0016]
A second object of the present invention is to provide a large-diameter shaft shaft shield excavator of a bulkhead type that supports a cutter by an intermediate support method, whereby the intermediate support portion is moved up and down to move the cutter up and down, thereby facilitating the pressing force of the cutter. The aim is to increase the excavation efficiency by controlling with high precision, and to reduce the torque required for the cutter by controlling the pressing force. Another object of the present invention is to provide a configuration capable of reducing the size of the sliding jack.
[0017]
A third object of the present invention is to provide a partition type horizontal shaft shield excavator that supports a cutter with an intermediate support method, by moving the intermediate support part back and forth to move the cutter forward and backward, thereby reducing front and rear with a small jack thrust. And to control the thrust of the cutter easily and with high accuracy.
[0018]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first invention, in which a shield body disposed in a mine, a cutter provided in a direction in which the shield body digs and excavates a face in the mine, at least a part of which is A cutter driving unit provided in the shield main body for driving the cutter, a partition provided in the shield main body to isolate the inside of the shield main body from ambient water, and formed between the partition and the excavation surface of the cutter; Means for discharging excavated earth and sand generated in the excavation chamber, wherein the cutter is supported by the cutter drive at an intermediate portion between a radial center portion and an outer periphery of the cutter, and the cutter drive In a muddy shield excavator that is driven to and controls the pressure of the face to be higher than the groundwater level by sending water into the excavation chamber, A cutter arm provided at an intermediate portion in the radial direction of the cutter in the axial direction of the shield body, a cutter ring connected to the cutter arm and rotatable with respect to the partition, and capable of moving the cutter ring with respect to the partition; A sliding member, an advancing / retracting drive mechanism connected to the sliding member for advancing and retreating the sliding member with respect to the partition, and a cutter ring connected to the cutter ring via a gear to rotate with respect to the partition. And a rotation transmission mechanism that transmits force. And a shield machine.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a shield body disposed in a mine, a cutter provided in a direction in which the shield body digs and excavating a face in the mine, and at least a part provided in the shield body to drive the cutter. A cutter driving unit, a partition wall provided in the shield main body and isolating the inside of the shield main body from surrounding water, and a digging sediment generated in a digging chamber formed between the partition wall and a digging surface of the cutter. Discharging means, the cutter is supported by the cutter drive unit at an intermediate portion between the radial center portion and the outer periphery of the cutter, and driven by the cutter drive unit, and into the excavation chamber In a muddy shield excavator that sends water and controls the pressure of the face to be higher than the groundwater level, A cutter arm provided at an intermediate portion in the radial direction of the cutter in the axial direction of the shield main body, a sliding member connected to the cutter arm and capable of moving forward and backward with respect to the partition; A cutter ring rotatable with respect to the sliding member, an advance / retreat driving mechanism connected to the sliding member for moving the sliding member forward / backward with respect to the partition, and a cutter ring connected to the cutter ring via a gear, and the partition attached to the cutter ring. And a rotation transmission mechanism for transmitting rotational force to the And a shield machine.
[0020]
Further, the third invention is: In the shield machine according to the first or second invention, the shield machine is disposed in a shaft. And a shield machine.
[0021]
In addition, the fourth invention is: In the shield machine according to the first or second invention, the shield machine is disposed in a horizontal shaft. And a shield machine.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a shaft shield machine.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a shaft shield machine according to this embodiment.
In FIG. 1, a shaft shield excavator 100 according to the present embodiment is entirely suspended from an upper portion of a shaft 8 via suspension means (for example, a wire, a jack, or the like) (not shown). 8, a shield 1 provided below the shield body 41, that is, provided at the bottom of the shaft excavator 100 and excavating the face 7 in the shaft 8; A cutter drive unit 2 is provided on the shield body 41 for driving the cutter 1, and a shield jack 20 is provided on an outer peripheral portion of the shield body 41 and presses the shield body 41 downward. The shield jack 20 is provided on the shield propulsion portion 3 to be propelled and the shield body 41, and applies a pressing force downward. And a segment assembly 4 having a erector 21 for assembling the segments 5 to provide a reaction force of.
[0027]
The shield main body 41 includes partition walls 9-a, 9-b, 9-c that isolate the inside of the shield main body 41 from ambient water. In other words, the partition walls 9-a, 9-b, 9-c The inside of the shaft 8 and the face 7 are isolated.
The erector 21 is mounted on a component member 2A corresponding to the outer wall of the cutter driving unit 2, thereby simplifying the structure of the erector ring and the like as compared with usual.
[0028]
Further, the shaft shield excavator 100 includes three earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, and 6-c that suck the earth and sand excavated by the cutter 1 and discharge the muddy water. One end of each of the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, and 6-c is opened near the lower surface of the cutter spoke 1B to form suction ports 19-a, 19-b, and 19-c. FIG. 2 shows a bottom view of the cutter 1 including the suction ports 19-a, 19-b, and 19-c. In FIG. 2, the suction ports 19-a, 19-b, and 19-c are arranged near the lower surface (slope) of the cutter spoke 1B of the cutter 1 so as to be substantially equally spaced in the radial direction, and are excavated. The moving distance of each piece of soil to each suction port position is equal, and it is considered that the soil can be discharged smoothly. The cutter 1 is provided corresponding to the radial position of each of the suction ports 19-a, 19-b, 19-c, and is provided near the radial position of each of the suction ports 19-a, 19-b, 19-c. A plurality of arc-shaped soil collecting plates 24 for guiding the earth and sand are provided, whereby the excavated earth and sand can be forcibly guided to the suction ports 19-a, 19-b, and 19-c, and the earth and sand can be reliably taken in.
[0029]
Returning to FIG. 1, the middle part of the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b and 6-c is collected and bundled in the center shaft 22 near the center axis of the cutter 1, and near the center of the partition wall 9-b. Are arranged so as to pass through. FIG. 3 is a horizontal sectional view of the center shaft 22 taken along the line PQ in FIG. The three earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, and 6-c are arranged in the center shaft 22 and seal the outer peripheral portion (circular shape) of the center shaft 22 at a portion penetrating the partition wall. It is not necessary to seal the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b and 6-c one by one. With such a structure, the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, and 6-c can be easily sealed at this portion of the partition wall 9-b.
[0030]
Returning to FIG. 1 again, the height of the partition wall 9-b is higher than the height of the partition wall 9-a adjacent on the radially outer side, so that the suction ports 19-b and 19-c are radially opened. The curvature of the sediment suction pipes 6-b and 6-c, which are curved pipes, can be increased by that much, and the gravel is caught and blocked in the sediment suction pipes 6-a, 6-b and 6-c. Can be reduced.
[0031]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the entire configuration of the feed and discharge mud system including the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b and 6-c.
4 and 1, water is sent from a water tank 26 provided above the shaft 8 to the face 7 via the water pipe 16, and at this time, the face 7 is brought to a groundwater level of 0.2 kgf / cm. ² The upper and lower positions of the water tank 26 are determined so that the water pressure becomes the sum of the water pressure. The reason for this is to apply a water pressure slightly higher than the groundwater level to the face to suppress the uplift of sediment by the spring water at the face, and to prevent the side wall and bottom plate of the face from collapsing. Mud water containing excavated earth and sand from the face 7 is supplied to the earth and sand suction pipe 6-a from the suction ports 19-a, 19-b and 19-c provided at one end of the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b and 6-c. , 6-b and 6-c.
The other ends of the earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, and 6-c are connected to the corresponding upper pipes 56-a, 56-b, and 56-c via the swivel joint 23, and are separately and independently provided. It is connected to the suction pumps 25-a, 25-b, 25-c installed on the shaft 8. The swivel joint 23 is a kind of rotary joint, and rotates muddy water from the earth and sand suction pipe 6-a, b, c rotating together with the cutter 1 while rotating by itself, and upper pipes 56-a, b fixed to the structure. , C, respectively. The muddy water sucked up by the suction pumps 25-a, 25-b, 25-c is finally treated by the muddy water treatment equipment 27 provided on the shaft 8, and then to the water tank 26 via a pipe 57. It is guided and returned to the face 7 again by the water supply pipe 16.
The suction pumps 25-a, 25-b, 25-c include three earth and sand suction pipes 6-a, 6-b, 6-c and corresponding upper pipes 56-a, 56-b, 56-c. , Each of which is separately and independently installed, and in accordance with the required processing amount in order from the outer side of the soil suction pipes 6-c, 6-b, and 6-a where the processing amount of excavated earth and sand is large. Equipped with capacity. That is, (suction pump 25-c)> (suction pump 25-b)> (suction pump 25-a) in order from the one with the largest capacity. Thereby, it is possible to efficiently discharge the soil according to the required processing amount. In addition, muddy water does not concentrate on the suction pipe with a light load as in the case where all the earth and sand suction pipes are connected to one suction pump, and all suction pipes 6-a, 6-b, 6-c can be uniformly connected. Without soil removal.
[0032]
Returning to FIG. 1 again, the cutter 1 has a structure in which cutter bits 17 and 18 are provided on a cutter spoke 1B having a shape inclined downward toward the center in the radial direction. The excavated earth and sand easily falls toward the earth and sand inlets 19-a, 19-b and 19-c. Further, since the shaft is a large-diameter shaft shield, the inclination angle of the outer peripheral-side cutter spoke 1B having a large amount of excavated soil is set to be steeper than the inclination angle of the inner peripheral-side cutter spoke 1B.
Further, at this time, the cutter bit 18 near the earth and sand suction ports 19-a, 19-b, and 19-c protrudes downward longer from the cutter spoke 1B so as to be able to excavate deeper below the peripheral cutter bit 17. I have. Thereby, when the earth and sand excavated from the face 7 fall on the slope from the outer peripheral part of the face 7 toward the inside, the earth and sand suction ports 19-a, 19 The earth and sand can be retained only for a certain period until 19-b and 19-c are exactly at that position. If it does not have such a shape, the excavated earth and sand will not be sucked in from the predetermined suction port and will fall down the slope further down, and will be sucked into the suction port on the inner circumference side, and the inner circumference side will be sucked. This is because the suction capacity of the suction port becomes insufficient.
Here, in this embodiment, the cutter bit 18 near the earth and sand suction ports 19-a, 19-b, and 19-c protrudes downward longer from the cutter spoke 1B so that the cutter bit 18 can be excavated deeper below the peripheral cutter bit 17. However, the present invention is not limited to this, and the cutter spokes mounted on other cutter spokes near the radial position of the earth and sand inlet ports 19-a, 19-b, and 19-c can be drilled deeply downward so as to be able to excavate deeply. A similar groove can be dug even if it protrudes downward longer from 1B. That is, when the ground is a sand layer, the ground is rarely left in the shape of a comb even in the case of the present embodiment, but in the case of cohesive soil, the ground is often left in the shape of a comb. Therefore, when the ground is cohesive soil, the cutter bit mounted on the other cutter spoke near the radial position is protruded longer downward from the cutter spoke 1B so that the cutter bit can be similarly excavated deeper downward. Make a flat groove.
[0033]
The above-mentioned soil collecting plate 24 has a function of guiding the excavated earth and sand radially outside the groove formed by the protruding cutter bit 18 to the vicinity of the groove. At this time, both ends of the soil collecting plate do not necessarily have to be at the radial position of the suction port, and may be arranged so that at least one suction port exists in the middle of the soil collecting plate. This is because the earth and sand that has flowed down the inclined surface along the soil collecting plate naturally separates from the soil collecting plate in the groove at the radial position of the suction port and stays in the groove. . It is not always necessary to provide a plurality of soil collecting plates, but it is sufficient if at least one is provided.
Further, the cutter 1 is arranged such that the height direction position of the radially outermost circumference 1A is higher than the lowermost end of the shield body 41, that is, the height direction position of the partition wall 9-a. Therefore, a part of the cutter spoke 1B of the cutter 1 and a part of the shield body 41 are arranged so as to overlap in the radial direction. As a result, the cutter driving unit 2 installed inside the shield body 41 is The dead space near the center can be arranged so as not to enter the dead space. As a result, even if the vertical height of the portion 2B in the shield main body 41 of the cutter driving unit 2 is slightly extended, the upper end of the cutter driving unit 2 does not protrude upward from the tail end of the shield main body 41. Can be shortened.
Further, the cutter 1 is suspended vertically by a cutter vertical jack 30 provided in the cutter driving unit 2, and is driven by the rotating force of the cutter driving motor 12. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a detailed structure of such a cutter driving unit 2.
5 and 1, the cutter 1 is intermediately supported by six cutter arms 10 at an intermediate portion 1C between the radial center portion and the outer peripheral portion, and is attached to the bearing 13 via a substantially annular cutter ring 40. It is installed. A gear 15 is cut on the outer peripheral side of the bearing 13, and a pinion 14 mounted on the cutter drive motor 12 meshes with the gear 15. The cutter ring 40, the bearing 13, and the cutter drive motor 12 are installed on the cutter sliding member 11 (shown by a hatched portion in FIG. 5), and slide up and down by the cutter vertical jack 30.
A groove 43 is formed in the outer peripheral portion of the cutter sliding member 11 to engage with the protrusion 42 on the shield body 41 side, and transmits a reaction force due to the rotation of the cutter 1 to the shield body 41 (a groove that engages with the protrusion 42). 43 are provided at four places around the entire circumference). Further, on the cutter arm 10 side of the cutter ring 40, a seal 32 for one rotation of the cutter for sealing between the cutter ring 40 and the sliding member 11 is attached. A seal 31 for sealing between the cutter sliding member 11 and the shield main body 41 is attached.
In the above-described configuration, the pinion 14, the gear 15, the bearing 13, the cutter ring 40, and the cutter arm 10 form a rotation transmission mechanism, and the cutter sliding member 11 forms a case in which the cutter ring 40 is housed.
[0034]
Since the cutter driving unit 2 has the sliding structure as described above, it is slightly longer in the vertical direction than usual. On the other hand, the shield propulsion unit 3 and the segment assembly unit 4 are arranged radially outward from the cutter driving unit 2 in the shield body 41, and the segment assembly unit 4 is arranged above the shield propulsion unit 3. At this time, the upper end of the segment assembling section 4 is at a position lower than the upper end of the cutter driving section 2, and the lower end of the shield driving section 3 is at a position higher than the lower end of the portion 2 </ b> B inside the shield main body 41 of the cutter driving section 2. . That is, the segment assembling unit 4 and the shield propulsion unit 3 are accommodated in the vertical height range of the portion 2B in the shield body 41 of the elongated cutter driving unit 2.
[0035]
In the above configuration, as a force applied in the vertical direction with respect to the entire shaft excavating machine 100, the entire shaft 8 is suspended from the upper portion of the shaft 8 via the above-mentioned suspension means (not shown), and an upward suspension force is applied. In addition, the water pressure of the portion corresponding to the shield cross-sectional area is applied upward. Also, the overall weight of the shaft shield is hanging down. On the other hand, as a force applied to the vertical movement of the cutter 1, a hydraulic lifting force corresponding to a donut-shaped horizontal cross-sectional area S (see FIG. 5) below the cutter sliding member 11 acts upward.
Therefore, first, in the vicinity of the ground surface where the upward hydraulic pressure exerted on the cutter 1 is small, the own weight of the cutter 1 is reduced by the cutter vertical jack 30 and only a part of the own weight is added, and the pressing force of the cutter against the ground is applied. The cutter 1 is excavated downward while rotating so that the cutter 1 is adjusted to an optimal size for excavation.
In this manner, while the cutter 1 is suspended by the cutter upper and lower jacks 30, the cutter 1 is excavated for a distance which is the cutter 1, and then the cutter 1 is lifted by the cutter upper and lower jacks 30, and the shield is suspended by the amount of dug down by the cutter. Is extended, and the shield main body 41 is propelled by the entire own weight.
Then, when the shield main body 41 has been propelled by a predetermined distance, the segments 5 are assembled by the erector 21.
[0036]
The excavation is performed by repeating the above procedure. However, the water pressure applied to the partition walls 9-a, 9-b, and 9-c from below increases as the underground water pressure increases as the excavation proceeds. Cannot be promoted. At that time, the propulsion by the shield jack 20 is performed.
That is, after excavating the distance that is the cutter 1, the cutter 1 is pulled up by the cutter upper and lower jacks 30, and the shield jack 20 is propelled by the shield jack 20 by the depth dug by the cutter 1. When the shield main body 41 has been propelled by a predetermined distance, the segment 5 is assembled by the erector 21.
[0037]
When the hydraulic lift applied to the cutter 1 reaches a certain depth and the hydraulic lift applied to the cutter 1 becomes larger than its own weight, at the time of excavation, (hydraulic lift)-(cutter own weight) + (sliding resistance of the cutter) + Excavation is performed by rotating the cutter 1 while pressing the cutter 1 against the front surface of the cutting face 7 with the cutter vertical jack 30 with a thrust equal to (optimum load). In other words, since the hydraulic lift is greater than the weight of the cutter and the cutter floats, the cutter is excavated while pressing the cutter against the ground with the optimum load using the cutter upper and lower jacks 30. Here, the optimum load is a load most suitable for the cutter to excavate efficiently. At this time, since the torque of the cutter 1 changes minutely depending on the pressing force of the cutter 1 against the cutting face 7 and the state of earth discharging, the stroke amount of the cutter vertical jack 30 is adjusted while observing not only the change in thrust of the cutter 1 but also the change in torque. .
[0038]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described. Hereinafter, even in the description of the related art, the same members as those of the shaft shield excavator 100 of the present embodiment are denoted by the same reference numerals.
The cutter 1 is supported by the cutter arm 10 of the cutter driving unit 2 at an intermediate portion 1C between the radial center portion and the outer peripheral portion, which is a so-called intermediate support method. The bending of the cutter 1 is less likely to occur than in the center shaft method in which the cutter 1 is supported or the outer peripheral supporting method in which the cutter 1 is supported in the outer peripheral portion, and the strength is advantageous.
Further, a cutter driving motor 12, a pinion 14, a gear 15, a bearing 13 serving as a transmission mechanism, and a cutter sliding member 11 containing a cutter ring 40 are vertically moved by a cutter vertical jack 30 provided in the cutter driving unit 2. By sliding and excavating the face, the pressing force and the attractive force of the cutter upper / lower jack 30 can be freely changed according to the magnitude of the water pressure applied to the partition walls 9-a, 9-b, 9-c, or By adjusting the cutter vertical jack stroke, the cutter 1 can be pressed against the face with the most suitable thrust for excavation. Also, the excavating speed of the cutter 1 (the speed of lowering the cutter downward) can be freely controlled by monitoring the cutter torque so that the torque is not excessively increased, and by the extension speed of the cutter upper and lower jacks. Further, when the discharge is close to the vicinity of the suction ports 19-a, 19-b, and 19-c, the speed of lowering the cutter downward is reduced or stopped, and the cutter 1 is lifted upward to eliminate the blockage. can do.
At this time, the hydraulic lift applied to the vertical movement of the cutter 1 is the hydraulic lift corresponding to the horizontal cross-sectional area S (see FIG. 5) at the lower portion of the cutter sliding member 11, and is closer to the center in the radial direction than in the case of the outer peripheral support method. Since the size is reduced by the distance, the capacity of the cutter upper and lower jacks 30 can be reduced. Further, since the hydraulic lift is small, it is possible to easily control the thrust for pressing the cutter 1 against the face 7. Therefore, since excavation can be performed with an optimum thrust applied at all times, the installed torque of the cutter 1 can be reduced to only the minimum necessary for excavation.
Further, at this time, the thrust applied to the cutter vertical jack 30 as the vertical drive mechanism is reduced as compared with the conventional technique in which the lower shield and the cutter integrated vertically with the lower shield are vertically moved by the sliding jack connecting the two-piece shield body. Since it is not necessary to consider the sliding resistance due to friction between the shield and the ground, it is easy to control the pressing force of the cutter against the face, and the cutter is not damaged due to excessive thrust. And since the equipment torque of the cutter 1 is reduced as described above, there is an effect that the cutter 1 is lightweight and inexpensive, and that even if the shield machine length is shortened, rolling does not occur due to the cutter torque. Further, since the hydraulic lift is small, the capacity of the cutter bearing 13 can be reduced, and there is an effect that the cutter bearing 13 is lightweight and inexpensive.
[0039]
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 5, the cutter ring 40, the bearing 13, and the cutter driving motor 12 are installed in the cutter sliding member 11, and are moved up and down by the cutter vertical jack 30. However, the present invention is not limited to this, and there is a modification in which the cutter upper and lower jacks are provided in other places. This is shown in FIG.
7 is different from the above-described configuration shown in FIG. 5 in that the cutter ring 40 is provided with a plurality of substantially cylindrical portions that open downward, and is slidable with respect to the substantially cylindrical portions. A sliding cylindrical member 131 is provided, and a cutter vertical jack 130 having an upper end fixed to the cutter ring 40 and a lower end fixed to the upper end of the cutter arm 10 is disposed in the sliding cylindrical member 131. The fixed side (the left side in the figure) of the drive motor 12, the pinion 14, the gear 15, and the bearing 13 is fixed to the shield body 41, and the rotating side (the right side in the figure) of the bearing 13 and the cutter ring 40 rotate only and move up and down. Instead, only the sliding cylindrical member 131 and the cutter arm 10 are vertically moved by the cutter vertical jack 130. Other structures are almost the same.
According to this structure, the area S (see FIG. 5) which causes the hydraulic lift described in the previous embodiment can be very small. That is, the hydraulic lifting force applied to the cutter vertical jack 130 with respect to the vertical movement of the cutter 1 can be made extremely small by the amount applied to the cross-sectional area (a plurality of circles) of the plurality of sliding cylindrical members 131. Therefore, the capacity of the cutter upper and lower jacks 130 and the capacity of the bearing 13 can be reduced, and the control of the ground pressing force of the cutter 1 can be more easily and accurately performed.
[0040]
The sliding cylindrical member 131 has a configuration in which it is directly inserted and disposed in a cylindrical hole formed in the cutter ring 40 as shown in FIG. Alternatively, the sliding cylindrical member 131 may be inserted and arranged in the cylindrical member, and the same effect is obtained in these cases.
[0041]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a horizontal shaft mud shield excavator.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of the horizontal shaft shield machine according to the present embodiment.
[0042]
8, the horizontal shaft shield excavator 200 according to the present embodiment generally includes a cylindrical shield main body 241 disposed in a horizontal shaft (not shown) and a forward direction of the shield main body 241 in the excavation direction (in FIG. 8). (Left) That is, a cutter 201 provided at the forefront of the horizontal shaft shield excavator 200 and excavating a face in the horizontal shaft, a cutter driving unit 202 which is mostly provided on the shield main body 241 and drives the cutter 201, and a shield main body 241. And a shield jack 220 for pressing the shield body 241 forward, and a shield propulsion section 203 for pushing the shield body 241 forward, and a shield jack 220 provided for the shield body 241 to push forward. An element for assembling a segment 205 for applying a reaction force for applying a force. And a segment assembly 204 which includes a coater 221.
[0043]
The shield main body 241 includes a partition wall 209 that isolates the inside of the shield main body 241 from the surrounding water. In other words, the partition wall 209 separates the inside of the horizontal shaft from the pit.
Further, the horizontal shaft shield machine 200 includes a cutter chamber 244 provided on the back surface of the cutter 201, and a sediment suction pipe 206 that sucks in the soil excavated by the cutter 201 and discharges it as muddy water. The suction port 206 a provided at the tip of the 206 opens into the cutter chamber 244. In addition, a preliminary suction port 206b used when the suction port 206a is closed or the like is provided above the suction port 206a in the cutter chamber 244. The rear end of the earth and sand suction pipe 206 is connected to a suction pump (not shown). The muddy water sucked up by the suction pump is finally treated by a muddy water treatment facility (not shown) provided outside the horizontal shaft, and then provided at the tip of the water supply pipe 216 via the water supply pipe 216. The water is returned to the inside of the cutter chamber 244 from the water supply port 216a.
[0044]
Further, the cutter 201 is supported by a cutter front / rear jack 230 provided in a cutter driving unit 202 so as to be able to move back and forth, and is driven by the rotational force of a cutter driving motor 212. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a detailed structure of such a cutter driving unit 202.
9 and 8, the cutter 201 is intermediately supported by a plurality of (for example, six) cutter arms 210 at an intermediate portion 201C between the radial center portion and the outer peripheral portion. Accordingly, the bending of the cutter 201 is less likely to occur in a large diameter than in the center shaft method in which the cutter is supported at the center of the cutter and the outer peripheral support method in which the cutter is supported at the outer periphery of the cutter. Further, the cutter 201 is mounted on a bearing 213 via a substantially annular cutter ring 240. A gear 215 is cut on the outer peripheral side of the bearing 213, and a pinion 214 mounted on the cutter drive motor 212 meshes with the gear 215. The cutter ring 240, the bearing 213, and the cutter drive motor 212 are installed on a cutter sliding member 211 (shown by a shaded portion in FIG. 9), and slide back and forth by a cutter front and rear jack 230.
A groove 243 that engages with the protrusion 242 on the shield main body 241 side is cut in the outer peripheral portion of the cutter sliding member 211, and transmits a reaction force due to the rotation of the cutter 201 to the shield main body 241 (the groove that engages with the protrusion 242). 243 are provided at a plurality of locations around the entire circumference, for example, at four locations). Further, on the cutter arm 210 side of the cutter ring 240, a seal 232 for rotating the cutter 201 for sealing between the cutter ring 240 and the sliding member 211 is attached. A seal 231 for sealing between the cutter sliding member 211 and the shield main body 241 is attached to the middle left side.
In the above configuration, the pinion 214, the gear 215, the bearing 213, the cutter ring 240, and the cutter arm 210 constitute a rotation transmission mechanism, and the cutter sliding member 211 constitutes a case in which the cutter ring 240 is stored.
[0045]
In the above configuration, as a force applied in the front-rear direction (the left-right direction in FIG. 8) with respect to the entire horizontal shaft shield excavator 200, the water pressure of the portion corresponding to the shield cross-sectional area is applied rearward. On the other hand, as a force applied to the forward and backward movement of the cutter 201, a water pressure corresponding to a donut-shaped vertical cross-sectional area S (see FIG. 9) at the front of the cutter sliding member 211 acts rearward.
Therefore, first, the cutter 201 is excavated forward while rotating the cutter 201 while adjusting the pressing force of the cutter 201 against the ground by the front and rear jacks 230 so as to have an optimal magnitude for excavation. That is, the excavation is performed by rotating the cutter 201 while pressing the cutter 201 against the front surface of the face with the cutter front and rear jacks 230 with a thrust equal to (water pressure) + (sliding resistance of the cutter) + (optimum load). That is, excavation is performed while pressing the cutter against the ground with the optimum load using the front and rear cutters 230 of the cutter. Here, the optimum load is a load most suitable for the cutter to excavate efficiently. At this time, since the torque of the cutter 201 changes minutely depending on the pressing force of the cutter 201 against the face and the state of earth discharging, the stroke amount of the front and rear cutters 230 of the cutter is adjusted while observing not only the change in thrust of the cutter 201 but also the change in torque.
While the cutter 201 is being advanced forward by the front and rear cutter jacks 230 in this way, after excavating a distance that is the cutter 201, the cutter 201 is retracted by the front and rear cutter jacks 230, and the shield jack 220 is digged by the cutter 201. The shield body 241 is propelled.
Then, when the shield main body 241 has been propelled by a predetermined distance, the segment 205 is assembled by the erector 221.
The procedure as described above is repeated, and digging is performed sequentially.
[0046]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
First, as a comparative example of the present embodiment, FIG. 10 shows a longitudinal sectional view illustrating the entire structure of a horizontal shaft shield machine according to the related art. Members equivalent to those of the horizontal shaft shield machine 200 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 10, the horizontal shaft shield machine 250 according to the present comparative example has a similar structure to the mud shield shield machine described in Japanese Utility Model Publication No. 5-27594 described above, and the horizontal shaft shield machine 200 according to the second embodiment. The main difference is that the cutter driving motor 212 and the bearing 213 do not slide back and forth, but are fixed to the shield main body 241. Other structures are almost the same as those of the horizontal shaft shield machine 200 of the second embodiment.
[0047]
However, in the horizontal shaft shield excavator 250, since the cutter 201 is fixed to the shield main body 241, it is difficult to control the pressing force of the cutter 201 against the ground with high accuracy. Further, when the cutter 201 is pressed too much against the face and the frictional force increases to make the rotation of the cutter 201 difficult, the cutter 201 can be returned to the normal rotation state by backing the shield body 241. This could not be done due to the risk of seal leakage due to the reversal of the cutter, and the cutter 201 was returned with great difficulty by repeating the reversal of the cutter 201 or increasing the cutter torque to the limit. In addition, the same problem occurs when the backfill injection liquid flows from the side of the segment 205 toward the face and the adhesive force between the cutter 201 and the face becomes large and rotation becomes difficult.
[0048]
On the other hand, in the horizontal shaft shield excavator 200 according to the present embodiment, the cutter drive motor 212 and the bearing 213 are moved back and forth in the excavation direction with respect to the partition wall 209 by the cutter front and rear jacks 230 provided in the cutter drive unit 202. By excavating the face with the cutter 201, the pressing force and the attractive force of the jack front and rear jacks 230 can be freely changed according to the magnitude of the water pressure applied to the partition wall 209, or the amount of forward movement of the cutter 201 can be adjusted. The pressing force of the cutter 201 can be easily and accurately controlled to a thrust most suitable for excavation on the face. Also, when the cutter 201 is pressed too much against the face and the frictional force increases or the back injection liquid wraps around the face and the cutter 201 becomes difficult to rotate, the cutter 201 is separated by the cutter front and rear jacks 230 to separate the cutter 201 from the partition wall. By retracting the cutter 201 with respect to the cutter 209, the cutter 201 can be easily returned to the normal rotation state.
In addition, since the pressing force of the cutter 201 against the face can be easily and accurately controlled by the front and rear jacks 230, the equipment torque of the cutter 201 can be reduced, and the drilling can be efficiently performed with the pressing force suitable for the ground. effective.
Further, in the horizontal shaft shield excavator of the second embodiment, the excavation method may be the same as the conventional horizontal shaft shield excavator shown in FIG. In this case, since the front and rear jack strokes are short and the propulsion method is the same as the conventional one, it is simple. However, since the cutter can be easily retracted by giving the cutter retraction stroke to the front and rear jacks, it is possible to easily escape when the cutter becomes difficult to rotate due to the above-described causes.
[0049]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a horizontal shaft shield excavator.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of the horizontal shaft shield machine according to the present embodiment.
[0050]
11, a horizontal shaft shield excavator 300 according to the present embodiment generally includes a cylindrical shield main body 341 arranged in a horizontal shaft (not shown) and a forward direction of the shield main body 341 in the excavation direction (in FIG. 11). (Left) That is, a cutter 301 that is provided at the forefront of the horizontal shaft shield excavator 300 and excavates a face in the horizontal shaft, a cutter driving unit 302 that is mostly provided in the shield main body 341 and drives the cutter 301, and a shield main body 341. And a shield jack 320 for pressing the shield body 341 forward, and a shield propulsion section 303 for pushing the shield body 341 forward, and a shield jack 320 provided for the shield body 341 to push forward. Assemble the segment 305 that gives the reaction force to exert the force And a segment assembly 304 which includes a director 321.
[0051]
At the tip of the shield body 341, a hollow and substantially spherical work chamber 346 is rotatably supported via support means (not shown). The working chamber 346 includes a partition wall 309 that isolates the inside of the working chamber 346 and the inside of the shield main body 341 from the surrounding water. In other words, the partition wall 309 separates the inside of the horizontal shaft from the pit.
In addition, the horizontal shaft shield machine 300 includes a cutter chamber 344 provided on the back surface of the cutter 301, and a sediment suction pipe 306 that sucks in the soil excavated by the cutter 301 and discharges it as muddy water. A suction port 306 a provided at a distal end portion of the 306 opens into the cutter chamber 344. Further, the rear end of the earth and sand suction pipe 306 is connected to a suction pump (not shown), and muddy water sucked by the suction pump is finally supplied to a muddy water treatment facility (not shown) provided outside the horizontal shaft. After the treatment in (c), the water is returned to the inside of the cutter chamber 344 again from the water supply port 316 a provided at the tip of the water supply pipe 316 via the water supply pipe 316.
[0052]
Further, the cutter 301 is supported by a cutter front / rear jack 330 provided in a cutter driving unit 302 so as to be able to move back and forth freely, and is driven by the rotational force of a cutter driving motor 312. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a detailed structure of such a cutter driving unit 302.
12 and 11, the cutter 301 is provided with a cutter spoke 301D provided with a cutter bit (not shown) over the entire front surface, and the cutter spoke 301D is provided between a radial center portion and an outer peripheral portion. Intermediate part 301D of _c Are intermediately supported by a plurality of (for example, six) cutter arms 310. Thus, in the case of a large diameter, the deflection of the cutter 301 is less likely to occur than in the center shaft method in which the cutter is supported at the center of the cutter or the outer peripheral support method in which the cutter is supported at the outer periphery of the cutter. Further, the cutter spoke 301D is capable of expanding and contracting in the radial direction in a state where the cutter spoke 301D protrudes from the inside of the shield main body 341 (for example, a state shown in FIG. 11). One cutter seal ring 351 is fixed to the rear end of the cutter arm 310 so as to be inserted therethrough. The cutter seal ring 351 is manufactured in a substantially annular shape, and its outer diameter is a cutter sliding member described later. It is machined to have substantially the same outer diameter as the seal portion 311.
The cutter 301 is mounted on a bearing 313 via a substantially annular cutter ring 340. A gear 315 is cut on the outer peripheral side of the bearing 313, and a pinion 314 mounted on the cutter drive motor 312 meshes with the gear 315. The cutter ring 340, the bearing 313, and the cutter drive motor 312 are installed on a cutter sliding member 311 (shown by a hatched portion in FIG. 12), and slide back and forth by a cutter front and rear jack 330.
A groove 343 that engages with the protrusion 342 on the working chamber 346 side is cut in the outer peripheral portion of the cutter sliding member 311, and the reaction force due to the rotation of the cutter 301 is finally transmitted to the shield body 341 (the protrusion 342). There are a plurality of, for example, four, grooves 343 that engage with each other. Further, on the cutter arm 310 side of the cutter ring 340, a seal 332 for rotating the cutter 301 for sealing between the cutter ring 340 and the sliding member 311 is attached, and the cutter sliding side of the cutter sliding member 311 (FIG. 11). A seal 331 for sealing between the cutter sliding member 311 and the shield main body 341 is attached to the middle left side.
In the above configuration, the pinion 314, the gear 315, the bearing 313, the cutter ring 340, and the cutter arm 310 constitute a rotation transmission mechanism, and the cutter sliding member 311 constitutes a case for housing the cutter ring 340.
[0053]
In the above configuration, as a force applied in the front-rear direction (the left-right direction in FIG. 11) with respect to the entire horizontal shaft shield excavator 300, a water pressure of a portion corresponding to the shield cross-sectional area is applied rearward. On the other hand, as a force applied to the forward and backward movement of the cutter 301, a water pressure corresponding to a donut-shaped vertical cross-sectional area S (see FIG. 12) at the front of the cutter sliding member 311 acts rearward. Therefore, first, the cutter 301 is excavated forward while rotating the cutter 301 while adjusting the pressing force of the cutter 301 against the ground with the front and rear jacks 330 so that the magnitude is optimal for excavation. That is, ( Water pressure The excavation is performed by rotating the cutter 301 while pressing the cutter 301 against the front surface of the cutting face with the cutter front and rear jacks 330 with a thrust equal to () + (sliding resistance of the cutter) + (optimal load). In other words, excavation is performed while pressing the cutter against the ground with the optimum load using the front and rear jacks 330 of the cutter. Here, the optimum load is a load most suitable for the cutter to excavate efficiently. At this time, since the torque of the cutter 301 changes minutely depending on the pressing force of the cutter 301 against the face and the state of soil removal, the stroke amount of the front and rear cutters 330 of the cutter is adjusted while checking not only the change in thrust of the cutter 301 but also the change in torque. While the cutter 301 is moved forward by the front and rear jacks 330 in this way, after excavating the distance that is the cutter 301, the cutter 301 is retracted by the front and rear jacks 330, and the shield jack 320 digs for the portion dug by the cutter 301. The shield body 341 is propelled. Then, when the shield main body 341 has been propelled by a predetermined distance, the segment 305 is assembled by the erector 321. The procedure as described above is repeated, and digging is performed sequentially.
[0054]
Here, especially when excavating a relatively long horizontal shaft, the cutter bit attached to the cutter spoke 301D wears out, and therefore needs to be replaced as appropriate. In this case, the cutter spokes 301D are contracted toward the center in the radial direction, and at the same time, the cutter front and rear jacks 330 are contracted to draw the cutter spokes 301D into the working chamber 346, that is, into a substantially spherical rotation range. This state is shown in FIG. As shown in FIG. 13, at this time, the cutter seal ring 351 penetrates the through hole 347 of the working chamber 346 to perform sealing.
In this state, while gradually rotating the substantially spherical work chamber 346, the cutter 301 is inverted so that the cutter 301 finally comes inside the shield main body 341 (= right side in FIG. 13), and the cutter bit is inserted from inside the shield main body 341. Exchange etc.
[0055]
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
First, as a comparative example of the present embodiment, FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of a conventional horizontal shaft shield machine. The same members as those of the horizontal shaft shield machine 300 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
In FIG. 14, a horizontal shaft shield machine 350 according to the present comparative example has a similar structure to the spherical shield machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-212888, and the horizontal shaft shield machine 300 according to the third embodiment. The main point different from the above is that the cutter front and rear jacks 330 do not slide the cutter drive motor 312 and the bearings 313 back and forth, but rather pull in a large number of cutters mounted between the bulkhead portion H and the wall surface of the working chamber 346. The jack 348 has a structure in which the entire bulkhead portion H is pulled down rearward. Other structures are almost the same as those of the horizontal shaft shield machine 300 of the third embodiment.
[0056]
However, in the horizontal shaft shield excavator 350, the cutter retraction jack 348 is mounted between the bulkhead H and the work chamber 346, and when the cutter 301 is retracted, the entire bulkhead H is retracted to the rear. ing. Therefore, the earth pressure or water pressure of the face applied to the bulkhead portion H must be supported by the cutter retraction jack 348, and a very large thrust is required. Therefore, thrust control has been difficult due to an increase in the size of the jack or an increase in the number of jacks.
[0057]
On the other hand, in the horizontal shaft shield excavator 300 according to the present embodiment, the cutter 301 and the cutter driving unit 202 can slide back and forth by the cutter front and rear jacks 330 provided in the cutter driving unit 302. The water pressure is applied only for the horizontal sectional area S (see FIG. 12) at the front of the cutter sliding member 311. Accordingly, the thrust applied to the front and rear jacks 320 of the cutter can be reduced, so that the thrust required by the conventional cutter retracting jack 348 can be reduced. Therefore, control of the thrust for pressing the cutter 301 against the face can be easily and accurately performed. In addition, since excavation can always be performed in a state where an optimum thrust is applied, the equipment torque of the cutter 301 can be reduced to only the minimum necessary for excavation. In addition, jack stroke control for uniformly drawing in the cutter 301 is facilitated, and the manufacturing cost can be reduced.
[0058]
Although the third embodiment has been described by taking as an example the case where the present invention is applied to a spherical shield machine, the invention is not limited to this. That is, the present invention can be applied to a horizontal shaft shield excavator used in a so-called underground docking shield method as shown in JP-A-6-58035, which is similarly provided with a structure for retracting a cutter. In this case, the same effect is obtained.
[0059]
In the horizontal shaft shield excavator of the third embodiment, the excavation method may be the same as that of the conventional horizontal shaft shield excavator shown in FIG. 14. In this case, the stroke of the front and rear jacks retracts the cutter backward. Since only a minute is required, the front and rear jacks are small, and the jack can be easily accommodated in the work room 346. Also, the excavation method is the same as the conventional one, so that it is simple. However, since the water pressure acting on the cutter may be small as described above, the capacity and the number of jacks that oppose the water pressure can be reduced, and the occupied space can be reduced and the cost is low.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, since at least the support member of the rotation transmission mechanism is moved up and down with respect to the partition by the vertical drive mechanism provided in the cutter drive unit, the cutter is most suitable for excavation on the face face according to the magnitude of the water pressure applied to the partition. It can be pressed with thrust. Therefore, the torque required for the cutter can be reduced to only the minimum necessary for excavation. Further, since the cutter-equipped torque is reduced in this manner, there is an effect that the cutter is lightweight and inexpensive, and that even if the shield machine length is shortened, rolling does not occur due to the cutter torque. Further, at this time, the cutter is not damaged due to excessive thrust.
[0061]
Further, according to the present invention, at least the support member of the rotation transmission mechanism is moved back and forth with respect to the partition by the front-rear drive mechanism provided in the cutter drive unit, so that the thrust generated by the front-rear drive mechanism is reduced, and thrust control with high precision is achieved. It can be performed. Therefore, the front-rear drive mechanism can be manufactured at low cost. Also, the torque required for the cutter can be reduced to only the minimum required for excavation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of a shaft shield machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of the cutter shown in FIG.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of the center shaft shown in FIG. 1 taken along the line PQ in FIG. 1;
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an entire configuration of a feeding and discharging mud system including the earth and sand suction pipe shown in FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view illustrating a detailed structure of a cutter driving unit illustrated in FIG.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a construction site of an underground station, which is an example of a case where a large-diameter shaft is excavated by a shield method.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view illustrating a detailed structure of a modification of the cutter driving unit.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of a horizontal shaft shield machine according to a second embodiment of the present invention.
9 is a longitudinal sectional view illustrating a detailed structure of a cutter driving unit illustrated in FIG.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the entire structure of a horizontal shaft shield machine according to the related art.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view illustrating the entire structure of a horizontal shaft shield machine according to a third embodiment of the present invention.
12 is a longitudinal sectional view illustrating a detailed structure of a cutter driving unit illustrated in FIG.
FIG. 13 is a view showing a state where the cutter spoke shown in FIG. 11 is drawn into the work room.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing the overall structure of a horizontal shaft shield machine according to the related art.
[Explanation of symbols]
1 cutter
1B Cutter spoke
1C middle part
2 Cutter drive unit
2A Components of the cutter drive unit
3 Shield Promotion Department
4 Segment assembly
6-a Sediment suction pipe
6-b Sediment suction pipe
6-c Sediment suction pipe
7 Face
8 shaft
9-a partition
9-b partition
9-c partition
10 Cutter arm
11 Cutter sliding member (case)
12 Cutter drive motor
13 Bearing
14 Pinion
15 gears
16 Water pipe
17 cutter bits
18 cutter bits
19-a suction port
19-b Suction port
19-c suction port
20 shield jack
21 Erector
22 Center shaft
23 Swivel joint
24 Soil collecting plate
25-a suction pump
25-b suction pump
25-c suction pump
26 water tank
27 Mud water treatment equipment
30 Vertical cutter jack (vertical drive mechanism)
40 cutter ring
41 Shield body
56-a Upper piping
56-b Upper piping
56-c Upper piping
100 shaft shield excavator
200 horizontal shaft shield machine
201 cutter
201C middle part
202 Cutter drive unit
203 Shield Promotion Department
204 segment assembly
206 Sediment suction pipe
209 partition
210 cutter arm
211 Cutter sliding member (case)
212 Cutter drive motor
213 Bearing
214 pinion
215 gear
216 Water pipe
220 shield jack
221 Erector
230 Front and rear jack of cutter (front and rear drive mechanism)
240 cutter ring
241 Shield body
244 Cutter chamber
245 tail seal
300 Horizontal shaft shield machine
301 cutter
301D cutter spoke
301D _c Middle part
302 cutter drive
303 Shield Promotion Department
304 segment assembly
306 Sediment suction pipe
309 partition
310 cutter arm
311 Cutter sliding member (case)
312 Cutter drive motor
313 Bearing
314 pinion
315 gear
316 water pipe
320 shield jack
321 Erector
330 Jack before and after cutter (front and rear drive mechanism)
340 cutter ring
341 Shield body
344 Cutter chamber
345 tail seal
346 Work room
348 Cutter retraction jack
351 Cutter seal ring

Claims

A shield body disposed in the mine, a cutter provided in the direction of excavation of the shield body and excavating a face in the mine, a cutter driving unit at least partially provided in the shield body to drive the cutter, and the shield Having a partition wall provided in the main body and isolating the inside of the shield main body from surrounding water, and discharging means for excavated earth and sand generated in a drilling chamber formed between the partition wall and a cutting surface of the cutter; The cutter is supported by the cutter drive unit at an intermediate portion between the radial center portion and the outer periphery of the cutter, is driven by the cutter drive unit, sends water into the excavation chamber, and reduces the pressure of the cutting face. In a muddy shield machine that controls the pressure to be higher than the groundwater level,
A cutter arm provided at an intermediate portion in the radial direction of the cutter in the axial direction of the shield body, a cutter ring connected to the cutter arm and rotatable with respect to the partition, and capable of moving the cutter ring with respect to the partition; A sliding member, an advancing / retracting drive mechanism connected to the sliding member for advancing and retreating the sliding member with respect to the partition, and a cutter ring connected to the cutter ring via a gear to rotate with respect to the partition. A shield machine comprising a rotation transmitting mechanism for transmitting a force .

A shield body disposed in the mine, a cutter provided in the direction of excavation of the shield body and excavating a face in the mine, a cutter driving unit at least partially provided in the shield body to drive the cutter, and the shield Having a partition wall provided in the main body and isolating the inside of the shield main body from surrounding water, and discharging means for excavated earth and sand generated in a drilling chamber formed between the partition wall and a cutting surface of the cutter; The cutter is supported by the cutter drive unit at an intermediate portion between the radial center portion and the outer periphery of the cutter, is driven by the cutter drive unit, sends water into the excavation chamber, and reduces the pressure of the cutting face. In a muddy shield machine that controls the pressure to be higher than the groundwater level,
A cutter arm provided at an intermediate portion in the radial direction of the cutter in the axial direction of the shield main body, a sliding member connected to the cutter arm and capable of moving forward and backward with respect to the partition; A cutter ring rotatable with respect to the sliding member, an advance / retreat driving mechanism connected to the sliding member for moving the sliding member forward / backward with respect to the partition, and a cutter ring connected to the cutter ring via a gear and the partition attached to the cutter ring. And a rotation transmission mechanism for transmitting a rotational force to the shield excavator.

The shield machine according to claim 1, wherein the shield machine is disposed in a shaft.

The shield machine according to claim 1, wherein the shield machine is disposed in a horizontal shaft.