JP3690473B2

JP3690473B2 - シールド掘削機

Info

Publication number: JP3690473B2
Application number: JP32013498A
Authority: JP
Inventors: 久雄荒井; 博行川口; 和夫宮沢
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000145373A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド掘削機に係り、特にシールドトンネルの掘進において進路内に既設構造物の杭基礎等の地中障害物が存在したときに、容易にその障害物を破砕して除去しながら掘進できるようにしたシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市等においてシールドトンネル掘削を行うような場合、その進路上に、既設の近接構造物を構築する際の土留め杭等の仮設構造物や埋没した昔の流木や大きな玉石が出てきたりすることがある。また、近年、地下空間の利用が多様に進んできたため、あらたな地下工事では工事可能箇所が限定され、既設埋設物が輻輳する箇所での工事が増えてきた。既設埋設物が工事の障害となることがあらかじめわかっている場合には開削工事等で除去する等の手当が可能であるが、事前の除去ができない場合には、必要に応じてシールド掘削機の掘進に合わせて障害物を取り除く必要がある。
【０００３】
そのためにあらかじめ地中障害物除去する装置を搭載したシールド掘削機が種々開発されている。図７は障害物除去手段としてのオーバーカッタ５１を内部に備えたシールド掘削機５０を示している。このオーバーカッタ５１は伸縮自在なロッド５２の先端に切削ヘッド５３が取り付けられている。オーバーカッタ５１本体の一部及び切削ヘッド５３は、図８に示したように、シールド掘削機５０の面板５４のスロット５５の一部から突出できるので、油圧駆動手段等５６によりスロット５５に沿って切削ヘッド５３を移動させながら運転することで、掘削機前面に位置する障害物６０（図７）を破砕、除去するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の障害物除去装置を搭載したシールド掘削機ではオーバーカッタを各方向に駆動させるために複数の油圧駆動手段やそれらをコントロールするための運転制御機構を備えなければならず、装置コストが増えるという問題がある。また、実際にこの障害物除去装置を運転して残置杭等の障害物を取り除く作業において、残置杭が存在する位置によっては、シールド掘削機の面板をわずかずつ回転させて、スロットを杭の位置と合わさないと障害物除去装置を有効に使うことができない。さらに、チャンバー内に本体の他、本体を支持する複数の駆動手段を収容しなければならないため、中小口径のシールド掘削機に適用するには各種装置の小型化が必要になり、大きな障害物を取り除くために能力が不足するおそれもある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、シールド掘削機の掘進のための駆動系を兼用して駆動させることができ、障害物がシールド掘削機の前面のどの部分にあっても確実に破砕除去できるようにしたシールド掘削機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明はカッタヘッド位置に、回転切削により地山を破砕する複数本のカッタスポークを備えたシールド掘削機において、前記カッタスポークを２重管構造のセンターシャフト外管に固着して支持するとともに、センターシャフト内管に、トンネルの切羽側に向けてスライド可能なリングカッタを支持する支持スポークを固着し、前記リングカッタを前記カッタスポークよりトンネル切羽側に突出させながら、前記センターシャフトの内管と外管とを一体的に回転させて前記リングカッタで前記カッタヘッド前面に位置する地中障害物を切断するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
前記切り離された地中障害物は、前記カッタヘッドの後方に設けられたチャンバー内に取り込まれ、さらに該チャンバー内からスクリューコンベアの口元に導く収集装置を備えることが好ましい。
【０００８】
前記支持スポークは、前記センターシャフト外管に形成された長孔を介して前記センターシャフト内管に固着させることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシールド掘削機の一実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１〜図３は本発明のシールド掘削機によるトンネル掘進状態を示した説明図である。
本発明のシールド掘削機のカッタヘッドにはシールド掘削機１０の掘進時に用いられる掘削カッタと、シールド掘削機１０前面にある障害物を除去するために用いられる切断カッタ３０とが配置されている。本実施の形態ではシールド掘削機１０の掘進カッタ２０には開放型カッタスポーク構造が採用されている。図１に示したように、３本の円管形状のカッタスポーク２１はセンターシャフト２５に対して１２０°の等角度間隔をとって固定されている。カッタスポーク２１の前面にはカッタビット２２がスポークの長手方向にかけて所定間隔で２列に取り付けられている。また、各カッタスポーク２１の外周先端には油圧動作によりカッタスポーク２１内に収容可能なコピーカッタ２３が装着されている。このコピーカッタ２３の伸長時に切断カッタ３０の外周直径に等しい範囲までトンネル径を拡幅することができる。なお、掘進のためのシールドジャッキ等の推進手段には公知の技術が適用されている。
【００１０】
切断カッタ３０の構成について説明する。切断カッタ３０は図１、図２に示したように掘進カッタ２０のカッタスポーク２１と同じ等角間隔で交互配置された３本の支持スポーク３２と、この支持スポーク３２の外周端に支持されたリングカッタ３１とから構成されている。支持スポーク３２は掘進カッタ２０のカッタスポーク２１と同様に一方がセンタシャフト２５側に支持されている。
図３はセンターシャフト２５の構造と、このセンターシャフト２５に固着された掘進カッタ２０のカッタスポーク２１と切断カッタ３０の支持スポーク３２とを示している。同図に示したように、センターシャフト２５は外管２５Ａ、内管２５Ｂからなる２重管構造となっている。外管２５Ａには掘進カッタ２０のカッタスポーク２１が固着され、内管２５Ｂには切断カッタ３０の支持スポーク３２が固着されている。したがって、センタシャフト２５の回転駆動によりカッタスポーク２１及び支持スポーク３２に同時に所定回転を付与することができる。
【００１１】
支持スポーク３２の端部をセンタシャフト２５の内管２５Ｂに固着させるために、外管２５Ａには図３（ｂ）に示したような長孔２６が形成されている。また、内管２５Ｂは油圧モータ等の駆動手段１２（図３参照）によりセンターシャフト２５Ａ内をシャフトの長手方向にスライドでき、これにより支持スポーク３２で支持されたリングカッタ３１をトンネル長手方向にスライドさせることができる。
リングカッタ３１は図２に示したように、半径が掘進カッタ２０のカッタスポーク２１の長さとほぼ等しく、カッタスポーク２１のコピーカッタ２３を突出させて掘進すると、リングカッタ３１が前進可能な範囲の地山を掘削することができる。したがって、コピーカッタ２３をカッタスポーク２１内に収容させてセンターシャフト内管２５Ｂを切羽側にスライドさせると、リングカッタ３１は地山をリング状に切削することができる。切断カッタ３０にはリングカッタ３１の全周にわたってと、リングカッタ３１より１０〜１５ｃｍ程度後方に位置するように取り付けられた支持スポーク３２の前面の長手方向にわたって切断用のカッタビット３３が装着されている。このカッタビット３３には鉄鋼品、コンクリート等を切削できる程度の超硬チップが使用されている。
【００１２】
また、トンネルカッタヘッドには前方探査装置１５が装着されている。この前方探査装置１５は本実施の形態ではマイクロ波レーダーが使用されている。その他、超音波探査装置、光波測定装置等も使用することができる。この前方探査装置１５により掘進時に切羽に障害物が存在するかどうか、またその大きさ、形状等の確認を行える。
さらに、図１に示したように、シールド掘削機１０のチャンバー１６内の底部には収集装置１７が設けられている。この収集装置１７は、チャンバー内に取り込まれた土砂や切断カッタ３０で破砕されたコンクリート材等を掻き込み、スクリューコンベアに送るための役割を果たす。本実施の形態では土砂等は受け皿１８上にギャザリングアーム１９によってかき集められ、スクリューコンベア１３の口元に収集されるようになっている。
【００１３】
次に、本発明のシールド掘削機１０による障害物除去作業の手順について、簡単に説明する。
図３は本発明のシールド掘削機１０による通常のトンネル掘進を行っている状態を示したトンネル断面図である。同図に示したように、通常のトンネル掘進は、掘進カッタ２０のカッタスポーク２１部分の回転掘削及びシールド掘削機１０の推進用シールドジャッキ（図示せず）の伸長によって行われる。
【００１４】
まず、掘進時にシールド掘削機１０の前方に障害物を発見した場合には、前方探査装置によってその規模、寸法を確認し、切断カッタ３０で切断、破砕可能かを調査する。たとえば障害物６０が図４、図５に図示したようにコンクリート杭等であり、切断して除去できることが判明したら、掘進カッタ２０による掘進により障害物に接近して障害物６０の直前で停止する。次に、油圧モータ１２を駆動させてセンターシャフト内管２５Ｂを前方にスライドさせて切断カッタ３０を掘進カッタ２０の前面側に移動する（図４、図５参照）。以下、本実施の形態では障害物６０がコンクリート杭であるとして説明を行う。
【００１５】
図５、図６に示したように、切断カッタ３０の回転と同調させながらシールド掘削機１０を推進させる。これによりシールド掘削機１０はコンクリート杭６０を側面からリングカッタ３１の直径分を破砕しながら、切断させながら進行できる。切断された部分は支持スポーク３２のカッタ及び掘進カッタ２０でさらに細かく破砕される。スクリューコンベア１３の搬送可能直径より小さく破砕されたコンクリート片はスポークの背面に取り付けられた掻き込み翼１４の回転によりチャンバー１６内に取り込まれ、チャンバー下部の収集装置１７の受け皿１８上に落下する。この状態でコンクリート片はさらにギャザリングアーム１９によりスクリューコンベア１３側に集められ、スクリューコンベア１３を経由してシールド掘削機１０から後方に搬送される。
【００１６】
障害物を除去してその位置を通過したら、リングカッタ３１を後退させ、掘進カッタ２０による推進を再開する。
【００１７】
【発明の効果】
以上に述べたように、一体的に組み立てられたシールド掘削機の外周に位置するリング状の切断カッタと、掘進に利用される掘削カッタとの切替運転により、シールド掘削機の進路上に出現した地中障害物はシールド掘削機が通過する分が掘進と同時に除去でき、効率のよい運転を行うことが可能となる。
また、採用する駆動系も掘進のための駆動系と障害物除去のための駆動系の併用が可能であり、最終的な掘削機全体の製造コストも抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシールド掘削機の一実施の形態を前面から示した部分斜視図。
【図２】図１のシールド掘削機を正面から示した正面図。
【図３】カッタスポークと支持スポークのセンターシャフトへの取付状態を示した部分拡大図。
【図４】本発明によるシールド掘削機及びその掘削状態を示した断面図。
【図５】図４に示したシールド掘削機において切断カッタを前進させた状態を示した断面図。
【図６】図５の切断カッタの位置状態を前面から示した部分斜視図。
【図７】障害物除去装置を有する従来のシールド掘削機の一例を示した部分断面図。
【図８】図７に示したシールド掘削機の障害物除去装置の取付状態を示した正面図。
【符号の説明】
１０シールド掘削機
１１カッタヘッド
１７収集装置
２０掘進カッタ
２１カッタスポーク
２５センターシャフト
２５Ａセンターシャフト外管
２５Ｂセンターシャフト内管
３０切断カッタ
３１リングカッタ

Claims

カッタヘッド位置に、回転切削により地山を破砕する複数本のカッタスポークを備えたシールド掘削機において、前記カッタスポークを２重管構造のセンターシャフト外管に固着して支持するとともに、センターシャフト内管に、トンネルの切羽側に向けてスライド可能なリングカッタを有する切断カッタを支持する支持スポークを固着し、前記リングカッタを前記カッタスポークよりトンネル切羽側に突出させながら、前記センターシャフトの内管と外管とを一体的に回転させて前記リングカッタで前記カッタヘッド前面に位置する地中障害物を切断するようにしたことを特徴とするシールド掘削機。
前記切り離された地中障害物は、前記カッタヘッドの後方に設けられたチャンバー内に取り込まれ、さらに該チャンバー内からスクリューコンベアの口元に導く収集装置を備えたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘削機。
前記支持スポークは前記センターシャフト外管に形成された長孔を介して前記センターシャフト内管に固着されるようにしたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘削機。