JP3690473B2 - シールド掘削機 - Google Patents
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Description
【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 (3)
- 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。
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CN106065775A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-11-02 | 华北水利水电大学 | 一种适用于隧道地质掘进的机械式切削盾构机 |
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1998
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