JP3631874B2

JP3631874B2 - セグメントの真円保持装置

Info

Publication number: JP3631874B2
Application number: JP08802597A
Authority: JP
Inventors: 淳一田中; 浩史山田; 吉宏内山; 慎二上田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2017-04-07
Also published as: JPH10280894A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの内壁面に組付けられた多数のセグメントに圧接し、このセグメントを真円状態に保持するセグメントの真円保持装置及び方法、並びにこの真円保持装置が搭載されたトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に一般的なシールド掘削機の概略、図９に従来のセグメントの真円保持装置の正面視、図１０に従来のセグメントの真円保持装置の側面視、図１１に従来のセグメントの真円保持装置におけるガイドレールと移動台と支持筒との関係を表す概略、図１２に図１１のXII−XII断面、図１３に移動台の車輪とガイドレールとの関係を表す概略を示す。
【０００３】
一般的なシールド掘削機において、図８に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と後胴１２とから構成されており、この前胴１１の前部にはカッタヘッド１３が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１３は前面部にはカッタビット１４が多数取付けられている。そして、このカッタヘッド１３の後部には内歯を有するリングギヤ１５が一体に固定される一方、前胴１１には電動式あるいは油圧式のカッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段）１６が固定されており、このカッタ旋回モータ１６の駆動ギヤ１７がリングギヤ１５に噛み合っている。従って、油圧モータ１６を駆動して駆動ギヤ１７を回転駆動すると、リングギヤ１５を介してカッタヘッド１３を回転することができる。
【０００４】
また、前胴１１にはカッタヘッド１３の後方に位置してバルクヘッド１８が取付けられており、カッタヘッド１３とこのバルクヘッド１８との間にチャンバ室１９が形成されている。そして、このチャンバ室１９には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管２０及び排泥管２１の他端が開口しており、排泥管２１の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ２２が設置されている。なお、カッタヘッド１３の外周部にはコピーカッタ２３が設けられている。
【０００５】
一方、前胴１１と後胴１２とは屈曲自在に嵌合すると共に、両者の間には連結ジャッキ２４が架設されている。従って、この連結ジャッキ２４を伸縮することで、後胴１２に対して前胴１１の向きを変更し、曲線状のトンネルを掘削することができる。また、後胴１２の後部内周辺には円周方向に複数のシールドジャッキ（推進手段）２５が並設されており、このシールドジャッキ２５がシールド掘削機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力により前胴１１と後胴１２からなる掘削機本体を前進することができる。
【０００６】
そして、後胴１２の後部中央部には支持壁２６が形成され、この支持壁２６には架台２７が後方に延設されている。また、後胴１２の後部には旋回リング２８が図示しない駆動モータによって旋回自在に支持それており、この旋回リング２８には支持アーム２９を介してセグメントエレクタ（セグメント組付手段）３０が装着されている。このセグメントエレクタ３０はシールドジャッキ２５によって前進した後胴１２と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することができる。更に、架台２７には、従来のセグメントの真円保持装置101が前後移動自在に設けられている。
【０００７】
この従来のセグメントの真円保持装置101において、図９乃至図１３に示すように、架台２７の上面には左右一対のレール102が取付けられており、この各レール102には複数の車輪103によって左右の移動台104がそれぞれ移動自在に支持されている。そして、架台２７には一対の移動用油圧ジャッキ105が装着され、各駆動ロッドの先端部が移動台104にそれぞれ連結されている。また、各移動台104には上下方向に沿って外筒106が貫通し、固定ピン107によって固定されている。各外筒106内にはそれぞれ昇降用油圧ジャッキ108が設けられると共に、上下一対の内筒109，110が軸方向移動自在に嵌合し、昇降用油圧ジャッキ108のシリンダ部が内筒110に連結され、ロッド部が内筒109に連結されている。そして、この各内筒109，110の先端部には連結ピン111，112によって支え梁113，114が連結されている。この支え梁113，114は中間部が既設セグメントＳの内周面とほほ同様に湾曲しており、上面部に既設セグメントＳの内周面に圧接する圧接部材115，116が固定されている。
【０００８】
従って、カッタ旋回モータ１６によってカッタヘッド１３を回転させながら、シールドジャッキ２５を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって前胴１１と後胴１２とで構成される掘削機本体が前進することで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。その後、セグメントエレクタ３０によってトンネルの内壁面にセグメントＳをリング状に組付ける。このとき、セグメントの真円保持装置101は所定の位置で昇降用油圧ジャッキ108を伸長して外筒106に対して各内筒109，110を上昇・下降する。すると、各支え梁113，114がトンネル内で拡径し、既設セグメントＳの内周面に圧接部材115，116を圧接して既設セグメントＳの真円度を保持しながら、各セグメントＳを連結固定する。そして、掘削機本体が前進すると、各支え梁113，114による保持を解除した後、移動用油圧ジャッキ105を伸長することで、レール102上を車輪103が転動して移動台104移動台が前進する。
【０００９】
このとき、連結ジャッキ２４を伸縮して後胴１２に対して前胴１１の向きを変更し、曲線状のトンネルを掘削する場合、セグメントの真円保持装置101において、車輪103は両側の鍔部103aとレール102との隙間分だけ側方に移動することで、曲線走行によるずれを吸収している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シールド掘削機によるトンネル掘削作業では、近年、曲線施工のトンネル工事が増加の傾向にあり、その曲線の曲率も小さくなってきている。このような急曲線のトンネル掘削作業を行う場合、前述した従来の真円保持装置101にあっては、トンネル掘削作業に伴って移動台104がレール102上を車輪103をもって走行しており、曲線部では、移動台104の車輪103が両側の鍔部103aとレール102との隙間分だけ側方に移動して曲線走行によるずれを吸収していた。
【００１１】
ところが、このような方法では、車輪103がレール102上を転動せずにすべって側方へ移動しており、すべりによる磨耗が発生し、且つ、その移動量にも限界があり、長期の使用によって両者の間のがたが発生してしまい、急曲線施工のトンネル工事に十分対応することができなかった。また、曲線施工のトンネルの曲率に合わせて車輪103の鍔部103aとレール102との間に隙間を確保することから、曲率の小さい曲線トンネルでは、この隙間を大きく確保しなければならず、装置が大型化してしまうという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決するものであって、急曲線施工のトンネル工事における動作の円滑化を確保してセグメントを確実に真円保持可能としたセグメントの真円保持装置及び方法並びにトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明のセグメントの真円保持装置は、トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに圧接して真円状態に保持するセグメントの真円保持装置において、前記トンネル内にその長手方向に沿って配設された複数のガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持された一対の移動台と、前記トンネルの径方向に沿って前記各移動台に装着された一対の支持筒と、該支持筒に昇降自在に支持されて前記トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに対して圧接可能な一対の支え梁と、該一対の支え梁を昇降する昇降手段と、前記移動台に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動可能で且つ所定位置に位置保持可能とする移動保持機構と、を具えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体に設けられた推進手段と、前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体の後部に装着されてトンネルの内部に搬入されたセグメントを該トンネルの内壁面に組み付けるセグメント組付手段と、前記掘削機本体の後部に前記ガイドレールがトンネルの長手方向に沿って配設された前記セグメントの真円保持装置と、を具えたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のセグメントの真円保持方法は、前記トンネル掘削機を用いて、前端部に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら掘削機本体を前進することでトンネルを掘削形成する一方、この掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けてトンネルを構築し、前記掘削機本体の後部に装着された支持筒からトンネルの径方向外方に支え梁を昇降することで、前記トンネル内壁面に組付けられたセグメントの内周面を圧接して該セグメントを真円に保持する方法において、前記掘削機本体が曲線状に前進するときには、該掘削機本体に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動させることで前記掘削機本体と前記支持筒とのずれを吸収することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を実施例により詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施例に係るセグメントの真円保持装置の正面視、図２にセグメントの真円保持装置の側面視、図３に移動台と支持筒との係合関係を表す移動台の側面視、図４に図２のIV−IV断面、図５に架台に取付けられたガイド筒と外筒との関係を表す移動台の背面視、図６に図２のVI−VI断面を示す。
【００１８】
本実施例のセグメントの真円保持装置において、図１及び図２に示すように、図示しないシールド掘削機本体の後部には架台２７が後方に延出されて設けられている。この架台２７の左右両側の上面には掘削方向に沿う二本一組のガイドレール３１ａ，３１ｂがそれぞれ取付けられており、この各ガイドレール３１ａ，３１ｂにはそれぞれ４つの車輪３２によって左右の移動台３３がそれぞれ移動自在に支持されている。そして、架台２７には一対の移動用油圧ジャッキ３４が装着され、その駆動ロッドの先端部が移動台３３に連結されている。また、各移動台３３には上下方向に沿う外筒３５が貫通して装着されており、各外筒３５内にはそれぞれ昇降用油圧ジャッキ（昇降手段）３６が設けられると共に、上下一対の内筒３７，３８が軸方向移動自在に嵌合し、昇降用油圧ジャッキ３６のシリンダ部が内筒３８に連結され、ロッド部が内筒３７に連結されている。そして、この各内筒３７，３８の先端部には連結ピン３９，４０によってＵ字形状をなす支え梁４１，４２の各端部が連結されている。この支え梁４１，４２は中間部が既設セグメントＳの内周面とほほ同様に湾曲しており、表面部に既設セグメントＳの内周面に圧接する圧接部材４３，４４が固定されている。
【００１９】
本実施例にあっては、各支え梁４１，４２等を支持する外筒３５が移動台３３に対して掘削方向に直交する横方向に所定量移動できるようになっている。即ち、図３及び図４に示すように、移動台３３の中央部には貫通孔４５が形成されると共に、移動台３３の上部には前後一対のガイド片４６ａ，４６ｂが取付けられている。一方、移動台３３の貫通孔４５に遊嵌する外筒３５には水平な前後の支持板４７ａ，４７ｂが固定され、各支持板４７ａ，４７ｂの端部は下面に固定された各摺動体４８ａ，４８ｂを介して移動台３３の各ガイド片４６ａ，４６ｂに係合している。従って、外筒３５は移動台３３に対してこの摺動体４８ａ，４８ｂにより、掘削方向に直交する横方向に沿って移動自在となっている。なお、摺動体４８ａ，４８ｂは低摩擦係数を有する高分子樹脂から形成されている。
【００２０】
また、移動台３３の上部には左右一対の取付壁４９ａ，４９ｂが取付けられ、この取付壁４９ａ，４９ｂの対向面には支持筒５０ａ，５０ｂが固定されている。一方、外筒３５の左右の側部にはガイド棒５１ａ，５２ｂが固定され、外筒３５と各取付壁４９ａ，４９ｂとの間には、支持筒５０ａ，５０ｂ及びガイド棒５１ａ，５２ｂに保持される左右一対の圧縮ばね（移動保持機構）５２ａ，５２ｂが介装されている。従って、外筒３５は移動台３３に対して横方向に沿って移動自在であるが、各圧縮ばね５２ａ，５２ｂによって移動台３３のほぼ中央部に付勢保持されている。
【００２１】
更に、図５及び図６に示すように、架台２７には左右の移動台３３の外側に位置するように左右一対のガイドロッド５３が取付けられている。この各ガイドロッド５３はトンネルの長手方向に沿って水平をなしているが、前部側が互いに近接するように傾斜してハの字形に取付けられており、この傾斜角度は調整自在となっている。そして、この各ガイドロッド５３の内側には左右の外筒３５の外側が接触しており、ガイドロッド５３に対して移動台３３が前方に移動すると、各外筒３５は互いに近接するように移動して掘削機本体に対してセンタリングされるようになっている。
【００２２】
ここで、本実施例のセグメントの真円保持装置の動作について説明する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、図示しないセグメントエレクタ（図８の符号３０参照）によってトンネルの内壁面にセグメントＳがリング状に組付けられると、この既設セグメントに対して、真円保持装置の各昇降用油圧ジャッキ３６を伸長させる。すると、外筒３５に対して上下の内筒３７，３８が上昇、下降することで、支え梁４１，４２をトンネル内で拡径させ、既設セグメントＳの内周面に各圧接部材４３，４４を圧接する。そして、リング上の既設セグメントＳが規定の直径まで拡がると、支え梁４１，４２がこの真円度を保持した状態で作業者が各セグメントＳを連結固定する。この作業中に、図示しないトンネル掘削機はカッタヘッドが前方の地盤を掘削することで前進するが、真円保持装置は各支え梁４１，４２が圧接部材４３，４４を介して既設セグメントＳの内周面に圧接しているので、既設セグメントＳと一体となって前進せず、掘削機本体と一体の架台２７のみが前進する。
【００２４】
そして、掘削機本体が所定距離前進し、セグメントエレクタによって既設セグメントＳに連続して新しいセグメントＳをリング状に組付ける。一方、真円保持装置において、セグメントＳの固定が完了すると、各昇降用油圧ジャッキ３６を収縮させ、外筒３５内に各内筒３７，３８を収納させることで、支え梁４１，４２による既設セグメントＳの内周面への圧接を解除する。そして、移動ジャッキ３４を伸長して各移動台３３を前進させることで、外筒３５と共に各支え梁４１，４２、圧接部材４３，４４等を所定距離前進させる。従って、この位置で前述したように、昇降用油圧ジャッキ３６を伸長して各支え梁４１，４２を拡径させ、各圧接部材４３，４４を既設セグメントＳの内周面に圧接し、リング上の既設セグメントＳを規定の直径まで拡げて真円度を保持する。この作業の繰り返しによってトンネルを連続して構築する。
【００２５】
ところで、トンネル掘削機が曲線状のトンネルを掘削する場合、各支え梁４１，４２が既設セグメントＳの内周面に圧接してトンネルと一体化した真円保持装置に対して、掘削機本体が側方に曲がると、架台２７やガイドレール３１ａ，３１ｂも側方に移動することとなり、真円保持装置と架台２７との間にずれが生じる。ところが、本実施形態では、外筒３５が移動台３３に対して移動自在で圧縮ばね５２ａ，５２ｂによって付勢保持されている。そのため、フランジ付きの車輪３２によってガイドレール３１ａ，３１ｂに支持された移動台３３は、架台２７やガイドレール３１ａ，３１ｂと共に側方に移動し、支え梁４１，４２によってトンネルに保持された外筒３５に対して、圧縮ばね５２ａ，５２ｂが伸縮することで、この移動台３３と外筒３５とが相対移動して両者のずれが吸収される。従って、ガイドレール３１ａ，３１ｂに対して移動台３３の車輪３２が横すべりすることはなく、ガイドレール３１ａ，３１ｂや車輪３２の摩耗を防止できる。
【００２６】
また、掘削機本体と共に前進した架台２７に対して移動ジャッキ３４を伸長して移動台３３を所定距離前進させる場合、図２及び図６に二点鎖線で表した移動台３３、外筒３５、支え梁４１，４２等が、同図に実線で表した位置に移動するが、このとき、外筒３５は移動台３３に対して圧縮ばね５２ａ，５２ｂによって付勢保持されているため、ガイドロッド５３に接触しながら互いに近接するように移動することとなり、各外筒３５は掘削本体に対してセンタリングされ、リング状のセグメントＳを正確に保持することができる。
【００２７】
図７に本発明の他の実施例に係るセグメントの真円保持装置における移動台と支持筒との係合関係を表す移動台の断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００２８】
図７に示すように、外筒３５は移動台３３の貫通孔４５に遊嵌し、摺動体４８ａによって掘削方向に直交する横方向に沿って所定量移動自在となっている。そして、移動台３３の上部には取付ブラケット６１によって油圧ジャッキ（移動保持機構）６２が装着され、この油圧ジャッキ６２の駆動ロッド６３の先端部が外筒３５の側部に固定された取付片６４に連結されている。従って、油圧ジャッキ６２を伸長することで、移動台３３に対して外筒３５を横方向に沿って移動することができ、曲線トンネルの掘削時における移動台３３と外筒３５とのずれを吸収できると共に、移動台３３の前進時における外筒３５のセンタリングを行うことができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明のセグメントの真円保持装置によれば、トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに圧接して真円状態に保持するセグメントの真円保持装置において、前記トンネル内にその長手方向に沿って配設された複数のガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持された一対の移動台と、前記トンネルの径方向に沿って前記各移動台に装着された一対の支持筒と、該支持筒に昇降自在に支持されて前記トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに対して圧接可能な一対の支え梁と、該一対の支え梁を昇降する昇降手段と、前記移動台に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動可能で且つ所定位置に位置保持可能とする移動保持機構と、を具えたので、曲線形状をなすトンネルの内壁面のセグメントを位置保持するとき、移動台と支持筒との相対横移動によって両者のずれを吸収することで、セグメントに対して支え梁を正確に圧接してこのセグメントを確実に保持することができ、ガイドレールに対して移動台の車輪が横すべりすることはなく、円滑に移動させることで両者の摩耗を防止することができると共に、装置の大型化を防止することができる。
【００３０】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体に設けられた推進手段と、前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体の後部に装着されてトンネルの内部に搬入されたセグメントを該トンネルの内壁面に組み付けるセグメント組付手段と、前記掘削機本体の後部に前記ガイドレールがトンネルの長手方向に沿って配設された前記セグメントの真円保持装置と、を具えたので、曲線形状のトンネルを掘削するとき、移動台と支持筒との相対横移動によって両者のずれを吸収することで、トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに対して支え梁を正確に圧接してこのセグメントを確実に保持することができ、ガイドレールに対して移動台の車輪が横すべりすることはなく、円滑に移動させることで両者の摩耗を防止することができると共に、装置の大型化を防止することができ、その結果、トンネル工事の工期の短縮及び工事費用の削減を図ることができる。
【００３１】
また、本発明のセグメントの真円保持方法によれば、前記トンネル掘削機を用いて、前端部に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら掘削機本体を前進することでトンネルを掘削形成する一方、この掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けてトンネルを構築し、前記掘削機本体の後部に装着された支持筒からトンネルの径方向外方に支え梁を昇降することで、前記トンネル内壁面に組付けられたセグメントの内周面を圧接して該セグメントを真円に保持する方法において、前記掘削機本体が曲線状に前進するときには、該掘削機本体に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動させることで前記掘削機本体と前記支持筒とのずれを吸収するようにしたので、ガイドレールに対して移動台の車輪が横すべりすることはなく、円滑に移動させることで両者の摩耗を防止することができると共に、トンネル工事の工期の短縮及び工事費用の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセグメントの真円保持装置の正面図である。
【図２】本実施例のセグメントの真円保持装置の側面図である。
【図３】移動台と支持筒との係合関係を表す移動台の側面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】架台に取付けられたガイド筒と外筒との関係を表す移動台の背面図である。
【図６】図２のVI−VI断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係るセグメントの真円保持装置における移動台と支持筒との係合関係を表す移動台の断面図である。
【図８】一般的なシールド掘削機の概略図である。
【図９】従来のセグメントの真円保持装置の正面図である。
【図１０】従来のセグメントの真円保持装置の側面図である。
【図１１】従来のセグメントの真円保持装置におけるガイドレールと移動台と支持筒との関係を表す概略図である。
【図１２】図１１のXII−XII断面図である。
【図１３】移動台の車輪とガイドレールとの関係を表す概略図である。
【符号の説明】
２７架台
３１ａ，３１ｂガイドレール
３２車輪
３３移動台
３４移動ジャッキ
３５外筒（支持筒）
３６昇降用油圧ジャッキ（昇降手段）
３７，３８内筒
４１，４２支え梁
４３，４４圧接部材
４８ａ，４８ｂ摺動部材
５２ａ，５２ｂ圧縮ばね（移動保持機構）
５３ガイドロッド
６２油圧ジャッキ（移動保持機構）
Ｓセグメント

Claims

トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに圧接して真円状態に保持するセグメントの真円保持装置において、前記トンネル内にその長手方向に沿って配設された複数のガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持された一対の移動台と、前記トンネルの径方向に沿って前記各移動台に装着された一対の支持筒と、該支持筒に昇降自在に支持されて前記トンネルの内壁面に組付けられたセグメントに対して圧接可能な一対の支え梁と、該一対の支え梁を昇降する昇降手段と、前記移動台に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動可能で且つ所定位置に位置保持可能とする移動保持機構と、を具えたことを特徴とするセグメントの真円保持装置。
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体に設けられた推進手段と、前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体の後部に装着されてトンネルの内部に搬入されたセグメントを該トンネルの内壁面に組み付けるセグメント組付手段と、前記掘削機本体の後部に前記ガイドレールがトンネルの長手方向に沿って配設された請求項１記載のセグメントの真円保持装置と、を具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項２記載のトンネル掘削機を用いて、前端部に装着されたカッタヘッドを駆動回転しながら掘削機本体を前進することでトンネルを掘削形成する一方、この掘削形成したトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組付けてトンネルを構築し、前記掘削機本体の後部に装着された支持筒からトンネルの径方向外方に支え梁を昇降することで、前記トンネル内壁面に組付けられたセグメントの内周面を圧接して該セグメントを真円に保持する方法において、前記掘削機本体が曲線状に前進するときには、該掘削機本体に対して前記支持筒を前記支え梁の昇降方向と直交する前記トンネルの径方向に移動させることで前記掘削機本体と前記支持筒とのずれを吸収することを特徴とするセグメントの真円保持方法。