JP3630238B2 - Shield machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、岩盤等からなる地山を掘削するためのシールド機に関する。
【0002】
【従来の技術】
トンネルや坑道を構築する方法の一つであるシールド工法は、シールド機を用いて穴を掘進し、さらに、穴の内壁にセグメントリングを設置してトンネルを構築する工法であり、安全かつ確実に作業を行えるという特徴がある。
【0003】
ところで、シールド機によって岩盤等を掘削する場合においては、カッタヘッドに備えられているディスクカッタ等によって岩盤等を転動しなら載荷することにより、岩盤が剥離してくるような破砕が生じる。このため、掘削孔の径はカッタヘッドの掘削外径よりも10〜50mm程度大きくなる。しかも、岩盤等では掘削後の地山が土圧により変形し、シールド機に外圧をかけるようなこともない。このため、シールド機と掘削孔の内面との間には隙間が生じ、これにより、掘削孔内部においてシールド機が僅かに傾斜してしまう場合がある。すると、掘削精度が確保されないとともに、ディスクカッタ等に偏荷重が生じてカッタヘッドおよびディスクカッタが故障しやすいという問題が生じていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
これらの対策として従来は、固定そりと呼ばれる鋼鈑スペーサをシールド機に溶接することによってシールド機の掘削孔内部における傾斜を低減していたが十分とは言えず、さらに、固定そりと地山との接触によってシールド機の掘進の障害になるという問題が生じていた。
本発明は上記諸事情に鑑みてなされたものであり、岩盤等の地山の掘削時に、掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、掘進の障害を低減することも可能とするシールド機を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項1に記載の発明は、例えば図1、図2に示すように、
胴体(スキンプレート11)の最前部のカッタヘッド12によって地山aを掘削するシールド機10において、
前記胴体(スキンプレート11)には、掘削孔bの内面に接触するローラ部18aと、このローラ部18aを回動可能に支持する支持部18bと、前記ローラ部18aの前記胴体(スキンプレート11)の外側への突出長さを調整可能な調整手段(油圧機構18b1、油圧ジャッキ18b2)とを有するローラスペーサ18が備えられ、
それぞれのローラスペーサ18の直前部の胴体(スキンプレート11)には、この胴体と掘削孔bの内面との隙間cの大きさを測定する距離センサ19が備えられていることを特徴としている。
請求項2記載の発明は、例えば図1、図2に示すように、請求項1に記載のシールド機10において、
前記距離センサ19によって測定された検知信号を基に前記調整手段(油圧機構18b1、油圧ジャッキ18b2)に駆動信号を送信する制御機構が備えられていることを特徴としている。
【0006】
請求項1または2に記載の発明によれば、シールド機によって岩盤等からなる地山を掘削する場合においては、岩盤が剥離することによって胴体と掘削孔の内面との間に隙間が形成されるが、前記ローラスペーサが前記掘削孔の内面に接触するため、シールド機の前記掘削孔の内部における傾斜が防止される。しかも、前記ローラ部は前記支持部に回動可能に支持されているため、地山の掘削時に前記ローラ部が前記掘削孔の内面を走行することによって掘進の障害となることがない。また、カッタヘッドの回転力の反作用によりシールド機本体が逆向きに転動(ローリング)することも防止できる。すなわち、岩盤等の地山の掘削時に、シールド機の掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害も低減できる。
【0007】
なお、シールド機の掘削孔内部における傾斜が防止されることで、シールド機の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッドの故障を低減できる。
【0009】
また、地山の性状によって前記掘削孔の内面と前記胴体との間の隙間の大きさが変化するが、前記調整手段によって前記ローラ部の前記胴体の外側への突出長さを調整して、このローラ部を確実に掘削孔の内面に接触させることができる。すなわち、岩盤等の地山の掘削時に、シールド機の掘削孔の内部における傾斜がより確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害がより確実に低減される。
【0010】
請求項3記載の発明は、例えば図1に示すように、請求項2に記載のシールド機10において、
前記ローラスペーサ18は、前記胴体(スキンプレート11)の周方向に複数設けられていることを特徴としている。
【0011】
請求項3に記載の発明によれば、前記胴体の周方向に複数設けられているローラスペーサが、掘削孔の内面に対して軸と直交方向に複数接触するので、シールド機の掘削孔の内部における横方向の傾斜がさらに確実に防止される。
【0012】
請求項4に記載の発明は、例えば図1に示すように、請求項1〜3のいずれかに記載のシールド機10において、
前記ローラスペーサ18は、前記胴体(スキンプレート11)の前後方向に複数設けられていることを特徴としている。
【0013】
請求項4に記載の発明によれば、前記胴体の前後方向に複数設けられているローラスペーサが、掘削孔の内面に対して軸方向に複数接触するので、シールド機の掘削孔の内部における縦方向の傾斜がさらに確実に防止される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図1および図2を参照して、本発明であるシールド機の実施の形態について詳細に説明する。
図1(a)、図1(b)は、本発明に係るシールド機による地山の掘削状況を示す図であり、符号10はシールド機を示す。
【0015】
シールド機10は、スキンプレート11、カッタヘッド12、チャンバ13、スクリュコンベヤ14、ベルトコンベヤ15、シールドジャッキ16、ステアリングジャッキ17、ローラスペーサ18、距離センサ19、図示しない制御機構等によって概略構成される。
【0016】
スキンプレート11は、シールド機10の外殻となる。
カッタヘッド12は、ツールビット12aやディスクカッタ12bを有し、駆動部12cによって駆動する。
チャンバ13は、掘削された岩盤等を取り込む。
スクリュコンベヤ14は、駆動部14aによって駆動し、掘削された岩盤等を後方に運搬する。
ベルトコンベヤ15は、掘削された岩盤等をシールド機10の後方に排出する。
シールドジャッキ16は、配設されたセグメントリングdを反力にシールド機10を推進させる。
ステアリングジャッキ17は、シールド機10を適宜屈曲させる。
【0017】
ローラスペーサ18は、図1(a)、図1(b)に示すように、スキンプレート11の前後方向に2ヶ所、かつ、それぞれ前後2箇所の位置で周方向に4ヶ所、すなわち、計8ヶ所に備えられている。このようにローラスペーサ18が複数箇所備えられることで、シールド機10の掘削時の縦方向の傾斜および横方向の傾斜が確実に防止される。なお、シールド機10の掘削孔bの内部における傾斜が防止されることで、シールド機10の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッド12の故障を低減できる。
【0018】
ローラスペーサ18は、図2(a)、図2(b)に示すように、掘削孔bの内面に接触するローラ部18aと、ローラ部18aを回動可能に支持する支持部18bとを備えており、この支持部18bが、スキンプレート11に溶接されたボックス状の外周鋼鈑18cの内部に固定されている。
【0019】
支持部18bは、油圧機構18b1および油圧ジャッキ18b2を備えており、この油圧ジャッキ18b2は、先端部においてローラ部18aを軸支するとともに、このローラ部18aをスキンプレート11に形成された開口部11aを挿通させて掘削孔bの内面に接触させる。これら油圧機構18b1と油圧ジャッキ18b2によって、ローラ部18aのスキンプレート11の外側への突出長さ(例えば、図2(a)、図2(b)に示すl1、l2)を調整可能となっている。また、油圧ジャッキ18b2の先端部にはスキンプレート11とローラ部18aに略当接する蓋部材18b3が設けられており、これによって、土砂等の外周鋼鈑18c内部への侵入が防止されている。
なお、ローラ部18aは、磨耗した場合等には適宜取り替え可能である。
【0020】
距離センサ19は、それぞれのローラスペーサ18の直前部のスキンプレート11に備えられており、スキンプレート11と掘削孔bの内面との隙間cの大きさを測定する。
【0021】
制御機構は、シールド機10の動作を制御する。なお、複数の距離センサ19によって測定された検知信号は制御機構に送信され、この検知信号を基にローラスペーサ18の油圧機構18b1に駆動信号を送信する。
【0022】
次に、シールド機10によって岩盤等の地山aを掘削する場合の動作を説明する。
【0023】
シールド機10は、主にディスクカッタ12bによって岩盤等の地山aを掘削する。掘削されてチャンバ13内に取り込まれた岩盤は、スクリュコンベヤ14によって後方に運搬され、さらにベルトコンベヤ15によってシールド機10の後方に排出される。また、シールド機10は、内部で組み立てたセグメントリングdを掘削孔bの内部に配設するとともに、このセグメントリングdを反力にシールドジャッキ16によって、さらにステアリングジャッキ17によって適宜屈曲しながら掘進する。配設されたセグメントリングdは、このセグメントリングdと掘削孔bの内面との間の隙間eに充填される裏込材によって安定する。
【0024】
ところで、岩盤等の地山aを掘削する場合には、主にディスクカッタ12bによって岩盤等を転動しながら載荷することにより、ディスクカッタ12bの載荷圧に屈した岩盤が表面から部分的に剥離してくる。このため、掘削孔bの径はカッタヘッド12の掘削外径よりも10〜50mm程度大きくなり、スキンプレート11と掘削孔bの内面との間には隙間cが生じる。シールド機10は、ローラスペーサ18の直前部に設けられた複数の距離センサ19それぞれによって、複数箇所における隙間cの大きさを測定し、検知信号を制御機構に送信する。
【0025】
制御機構には複数の距離センサ19によって測定された検知信号が送信され、この検知信号を基に制御機構は複数の油圧機構18b1それぞれに駆動信号を送信する。すると、それぞれの油圧機構18b1は油圧ジャッキ18b2の伸縮長さを調整して、ローラ部18aの最外端を掘削孔bの内面に接触させる。
【0026】
ローラ部18aが掘削孔bの内面に接触するためシールド機10が掘削孔bの内部において安定し、掘削時の振動、揺動が防止される。また、ローラ部18aが掘削孔bの内面を走行するため、シールド機10は安定的に前進する。
【0027】
本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【0028】
▲1▼シールド機10によって岩盤等からなる地山aを掘削する場合においては、岩盤が剥離することによってスキンプレート11と掘削孔bの内面との間に隙間cが形成されるが、ローラスペーサ18が掘削孔bの内面に接触するため、シールド機10の掘削孔bの内部における振動、揺動が防止される。しかも、ローラ部18aは支持部18bに回動可能に支持されているため、地山aの掘削時にシールド機10は、ローラ部18aが掘削孔bの内面を走行することによって安定的に前進する。すなわち、岩盤等の地山aの掘削時に、シールド機10の掘削孔bの内部における傾斜が防止されるとともに、シールド機10の掘進の障害も低減できる。なお、シールド機10の掘削孔内部における傾斜が防止されることで、シールド機10の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッド12およびディスクカッタ12bの故障を低減できる。また、カッタヘッド12の回転力の反作用によりシールド機10本体が逆向きに転動(ローリング)することも防止できる。
【0029】
▲2▼地山aの性状によって掘削孔bの内面とスキンプレート11との間の隙間cの大きさが変化するが、油圧機構18b1および油圧ジャッキ18b2によってローラ部18aのスキンプレート11の外側への突出長さを調整して、このローラ部18aを確実に掘削孔bの内面に接触させることができる。すなわち、岩盤等の地山aの掘削時に、シールド機10の掘削孔bの内部における傾斜がより確実に防止されるとともに、シールド機10の掘進の障害がより確実に低減される。
【0030】
▲3▼スキンプレート11の周方向に4ヶ所設けられているローラスペーサ18が、掘削孔bの内面に対して軸と直交方向に4ヶ所接触するので、シールド機10の掘削孔bの内部における横方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【0031】
▲4▼スキンプレート11の前後方向に2ヶ所設けられているローラスペーサ18が、掘削孔bの内面に対して軸方向に2ヶ所接触するので、シールド機10の掘削孔bの内部における縦方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【0032】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意の変更が可能である。
【0033】
例えば、本実施の形態においては、ローラ部18aのスキンプレート11の外側への突出長さの調整を制御機構を用いて自動で行っているが、距離センサ19による測定結果をモニタ等に出力し、この出力結果をもとに作業員が手動で行ってもよい。あるいは、ローラ部18aのスキンプレート11の外側への突出長さを固定しておいてもよいことは勿論である。
【0034】
また、本実施の形態においては、ローラスペーサ18をスキンプレートの前後方向に2ヶ所、それぞれ前後2箇所の位置で周方向に4ヶ所の、計8ヶ所備えているが、ローラスペーサ18の取り付け位置および数は限定されるものではない。
【0035】
【発明の効果】
請求項1または2に記載の発明によれば、岩盤等の地山の掘削時に、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に接触することによって、シールド機の掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害も低減できる。
【0036】
また、地山の性状によって前記掘削孔の内面と前記胴体との間の隙間の大きさが変化しても、前記調整手段によって前記ローラ部を確実に掘削孔の内面に接触させることができるので、より確実にシールド機の掘削孔の内部における傾斜が防止されるとともに、より確実にシールド機の掘進の障害が低減される。
【0037】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1または2に記載の発明と同様の効果を得られることは勿論のこと、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に対して軸と直交方向に複数接触することでシールド機の横方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【0038】
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜3のいずれかに記載の発明と同様の効果を得られることは勿論のこと、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に対して軸方向に複数接触することでシールド機の縦方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明であるシールド機によって地山を掘削している状況を示す、(a)は掘削孔の軸方向の断面図、(b)は掘削孔の軸と直交方向の断面図である。
【図2】本発明に係るローラスペーサを示す、(a)、(b)ともに互いに直交方向の断面図である。
【符号の説明】
10 シールド機
11 スキンプレート(胴体)
12 カッタヘッド
18 ローラスペーサ
18a ローラ部
18b 支持部
18b1 油圧機構(調整手段)
18b2 油圧ジャッキ(調整手段)
a 地山
b 掘削孔
c スキンプレートと掘削孔の内面との間の隙間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield machine for excavating a natural ground made of, for example, rock.
[0002]
[Prior art]
The shield method, which is one of the methods for constructing tunnels and tunnels, is a method of constructing a tunnel by digging a hole using a shield machine and installing a segment ring on the inner wall of the hole. It is characterized by being able to work.
[0003]
By the way, when excavating a rock or the like with a shield machine, if the rock or the like is rolled by a disk cutter or the like provided in the cutter head, the rock is peeled off and loaded. For this reason, the diameter of the excavation hole is about 10 to 50 mm larger than the excavation outer diameter of the cutter head. Moreover, in the bedrock or the like, the natural ground after excavation is not deformed by earth pressure, and no external pressure is applied to the shield machine. For this reason, a gap is generated between the shield machine and the inner surface of the excavation hole, which may cause the shield machine to slightly tilt inside the excavation hole. As a result, excavation accuracy is not ensured, and an unbalanced load is generated on the disk cutter and the cutter head and the disk cutter are liable to break down.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as a countermeasure for this, the inclination inside the excavation hole of the shield machine was reduced by welding a steel bar spacer called a fixed sled to the shield machine, but this was not sufficient. There has been a problem that the contact with the shield machine hinders the shield machine.
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and when excavating a natural ground such as a bedrock, the shield in the inside of the excavation hole can be surely prevented and the obstacle to the excavation can be reduced. Is to provide a machine.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is, for example, as shown in FIGS.
In the
The body (skin plate 11) includes a
The body (skin plate 11) immediately before each
The invention according to claim 2 is a
A control mechanism for transmitting a drive signal to the adjusting means (hydraulic mechanism 18b1, hydraulic jack 18b2) based on a detection signal measured by the
[0006]
According to the first or second aspect of the present invention, when excavating a natural ground made of rock or the like by a shield machine, a gap is formed between the trunk and the inner surface of the excavation hole when the rock is separated. However, since the roller spacer contacts the inner surface of the excavation hole, tilting of the shield machine inside the excavation hole is prevented. In addition, since the roller portion is rotatably supported by the support portion, the roller portion does not become an obstacle to excavation by traveling on the inner surface of the excavation hole when excavating a natural ground. Further, it is possible to prevent the shield machine body from rolling (rolling) in the reverse direction due to the reaction of the rotational force of the cutter head. That is, when excavating a natural ground such as a rock mass, the inclination inside the excavation hole of the shield machine can be reliably prevented, and obstacles to the excavation of the shield machine can be reduced.
[0007]
It should be noted that by preventing the shield machine from tilting inside the excavation hole, the excavation accuracy of the shield machine is ensured and the failure of the cutter head can be reduced.
[0009]
Further, the size of the gap between the inner surface of the excavation hole and the body changes depending on the nature of the natural ground, but the adjustment means adjusts the protruding length of the roller part to the outside of the body, This roller portion can be reliably brought into contact with the inner surface of the excavation hole. That is, when excavating a natural ground such as a rock mass, the inclination in the excavation hole of the shield machine is more reliably prevented, and obstacles to the excavation of the shield machine are more reliably reduced.
[0010]
The invention according to claim 3 is the
A plurality of the
[0011]
According to the invention described in claim 3, since a plurality of roller spacers provided in the circumferential direction of the body are in contact with the inner surface of the excavation hole in a direction perpendicular to the axis, the inside of the excavation hole of the shield machine The lateral inclination at is further reliably prevented.
[0012]
As for invention of Claim 4, as shown in FIG. 1, for example, in the
A plurality of the
[0013]
According to the fourth aspect of the present invention, since a plurality of roller spacers provided in the front-rear direction of the body are in axial contact with the inner surface of the excavation hole, Directional tilt is more reliably prevented.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the embodiment of the shield machine which is this invention is described in detail.
FIG. 1A and FIG. 1B are diagrams showing excavation situations of natural ground by a shield machine according to the present invention, and
[0015]
The
[0016]
The
The
The
The screw conveyor 14 is driven by the
The
The
The
[0017]
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
[0018]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
[0019]
The
The
[0020]
The
[0021]
The control mechanism controls the operation of the
[0022]
Next, the operation in the case of excavating a natural ground a such as a bedrock by the
[0023]
The
[0024]
By the way, when excavating a natural ground a such as a rock mass, the rock mass bent by the loading pressure of the
[0025]
Detection signals measured by the plurality of
[0026]
Since the
[0027]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0028]
(1) When excavating a natural ground a made of rock or the like by the
[0029]
(2) Although the size of the gap c between the inner surface of the excavation hole b and the
[0030]
(3) Since the
[0031]
(4) Since the
[0032]
In addition, this invention is not limited to a present Example, Arbitrary changes are possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
[0033]
For example, in the present embodiment, the adjustment of the protrusion length of the
[0034]
In this embodiment, the
[0035]
【The invention's effect】
According to the invention described in claim 1 or 2, when the rock spacer or the like is excavated, the roller spacer comes into contact with the inner surface of the excavation hole, so that the inclination in the excavation hole of the shield machine is surely prevented. At the same time, the obstacles to the shield machine can be reduced.
[0036]
Further, even if the size of the gap between the inner surface of the excavation hole and the fuselage changes due to the nature of the natural ground, the adjustment means can reliably bring the roller portion into contact with the inner surface of the excavation hole. In addition, the tilt inside the excavation hole of the shield machine can be prevented more reliably, and obstacles to the excavation of the shield machine can be reduced more reliably.
[0037]
According to the third aspect of the invention, the same effect as that of the first or second aspect of the invention can be obtained, and a plurality of roller spacers are provided in a direction perpendicular to the axis with respect to the inner surface of the excavation hole. By contacting, the horizontal inclination of the shield machine can be more reliably prevented.
[0038]
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to obtain the same effect as that of the first to third aspects of the invention, and the roller spacer is axially formed with respect to the inner surface of the excavation hole. By making multiple contact, the vertical inclination of the shield machine can be more reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a situation where a natural ground is excavated by a shield machine according to the present invention, (a) is a sectional view in the axial direction of the drilling hole, and (b) is a sectional view in a direction orthogonal to the axis of the drilling hole. is there.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a roller spacer according to the present invention, both of which are orthogonal to each other. FIGS.
[Explanation of symbols]
10
12
18b2 hydraulic jack (adjustment means)
a natural ground b drilling hole c gap between skin plate and inner surface of drilling hole
Claims (4)
前記胴体には、掘削孔の内面に接触するローラ部と、このローラ部を回動可能に支持する支持部と、前記ローラ部の前記胴体の外側への突出長さを調整可能な調整手段とを有するローラスペーサが備えられ、
それぞれのローラスペーサの直前部の胴体には、この胴体と掘削孔の内面との隙間の大きさを測定する距離センサが備えられていることを特徴とするシールド機。In a shield machine that excavates natural ground with the cutter head at the forefront of the fuselage,
The body includes a roller portion that contacts an inner surface of the excavation hole, a support portion that rotatably supports the roller portion, and an adjustment unit that can adjust a protruding length of the roller portion to the outside of the body. A roller spacer having
A shield machine, characterized in that a distance sensor for measuring a size of a gap between the body and an inner surface of an excavation hole is provided in a body immediately before each roller spacer.
前記距離センサによって測定された検知信号を基に前記調整手段に駆動信号を送信する制御機構が備えられていることを特徴とするシールド機。The shield machine according to claim 1,
A shield machine comprising a control mechanism for transmitting a drive signal to the adjusting means based on a detection signal measured by the distance sensor.
前記ローラスペーサは、前記胴体の周方向に複数設けられていることを特徴とするシールド機。In the shield machine according to claim 1 or 2,
A plurality of roller spacers are provided in the circumferential direction of the body, and the shield machine is characterized in that:
前記ローラスペーサは、前記胴体の前後方向に複数設けられていることを特徴とするシールド機。In the shielding machine in any one of Claims 1-3,
A plurality of roller spacers are provided in the front-rear direction of the body.
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