JP3774211B2

JP3774211B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP3774211B2
Application number: JP2003183889A
Authority: JP
Inventors: 毅弓削; 紀尚松井; 泰治花岡; 譲治佐藤
Original assignee: Kajima Corp; Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005016194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの掘削を行うシールド掘進機に係わり、特に分岐線トンネルを掘削する分岐シールド掘進機を内部に収納したシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本線トンネルから分岐して分岐線トンネルを掘削する工法の１つに、分岐シールド工法がある。この分岐シールド工法は、本線トンネルを掘削するシールド掘進機にこれより一回り小さな分岐シールド掘進機を収納し、このシールド掘進機により本線トンネルを分岐地点まで掘進した際に、収納した分岐シールド掘進機を発進し、その後はシールド掘進機と分岐シールド掘進機とによって本線トンネルと分岐線トンネルとを並行して掘削するものである。
【０００３】
従来、このような分岐シールド工法を行うシールド掘進機として、シールド本体の一部を二重筒構造とし、内筒（内胴）を外筒（スキンプレート）に対して周方向に旋回可能に設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。ここでは、内筒に分岐シールド掘進機及びその発進用ガイド（ガイド筒部）等を設け、外筒には分岐シールド掘進機の発進用開口（第一発進用窓穴）を設けており、通常時は上記外筒の発進用開口を内筒の発進用ガイド部分以外の外周面によって閉塞し、分岐シールド掘進機の発進時には駆動モータで内筒を分岐シールド掘進機と共に旋回させて外筒の発進用開口と内筒の発進用ガイドとを合わせることにより、分岐シールド掘進機の発進用開口を開放するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９２１８２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術においては内筒が分岐シールド掘進機及びその発進用ガイド等を備えた大規模な構造であるため、旋回重量が大きく旋回駆動させるために大きな動力を必要とする。したがって、例えば周囲の地山から作用する外部荷重によって外筒に局部的な凹み等の変形が生じた場合には、この変形によって内筒が押さえられ、駆動モータでは旋回動力が不足して旋回駆動が困難となる恐れがある。特に、シールド掘進機が大型の場合には、内筒はさらに大規模構造となりその旋回重量が増大する上に、上記地山からの外部荷重に自重が加わることによって外筒の変形量が増加するため、旋回が困難となる可能性が一層増大する。すなわち上記従来技術によれば、このような内筒の旋回困難な状況が生じた場合には発進用開口が開放できないために分岐シールド掘進機の発進ができないといった事態を生じる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、分岐シールド掘進機の発進用開口を確実に開閉させ、分岐シールド掘進機を確実に発進させることができるシールド掘進機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明のシールド掘進機は、分岐線トンネルを掘削する分岐シールド掘進機を内部に収納したシールド掘進機において、シールド本体と、このシールド本体に設けた前記分岐シールド掘進機の発進用開口と、前記シールド本体の内周面に沿って設置される前記発進用開口の開閉を行うプレート部材と、このプレート部材を前記シールド本体の内周面に沿ってスライドさせる駆動手段と、前記シールド本体の内部に設けられ、前記プレート部材のスライドによる可動範囲を包含する水密区画と、前記シールド本体の内周面に前記発進用開口の周囲を囲むように設けたシール部材とを備え、前記シールド掘進機の発進の際に、前記水密区画を加圧した状態で前記プレート部材をスライドさせるものとする。
【０００８】
本発明においては、分岐シールド掘進機を収納した状態で本線トンネルを掘削し、分岐地点に到着したら、駆動手段でプレート部材をシールド本体の内周面に沿ってスライドさせて発進用開口を開放し、分岐シールド掘進機を発進する。
【０００９】
ここで、例えばシールド本体の一部が二重筒構造となっており、内筒が周方向に旋回することによって分岐シールド掘進機の発進用開口を開放する前述の従来技術のような構造の場合には、内筒が分岐シールド掘進機及びその発進用ガイド等を備えた大規模な構造であるため、旋回重量が大きく旋回駆動させるために大きな動力が必要となる。したがって、例えば周囲の地山から作用する外部荷重によってシールド本体に局部的な凹み等の変形が生じた場合には、この変形によって内筒が押さえられ、旋回動力が不足して旋回駆動が困難となる恐れがある。特に、シールド掘進機が大型の場合にこの傾向は顕著となり、内筒はさらに大規模構造となるためその旋回重量が増大する上に、地山からの外部荷重に自重が加わることによってシールド本体の変形量が増加することも考えられ、旋回が困難となる可能性が一層増大する。このような内筒の旋回困難な状況が生じた場合には発進用開口が開放できないために分岐シールド掘進機の発進ができないといった事態を生じる恐れがあった。
【００１０】
これに対し、本発明によれば、シールド本体の内周面に沿って設置されるプレート部材を駆動手段でシールド本体の内周面に沿ってスライドすることで、発進用開口の開閉を行う。このように、分岐シールド掘進機及びその発進用ガイド等とは独立したプレート部材を用いることで、上記従来技術のように分岐シールド掘進機及びその発進用ガイド等を備えた内筒を旋回する構造に比べて発進用開口の開閉構造の規模を大幅に減縮することができる。さらに、本発明のプレート部材は発進用開口を閉塞するために発進用開口面積より若干広い面積を有する大きさとすれば足り、このプレート部材のスライドの可動範囲はシールド本体の例えば周方向における一部の範囲に過ぎないため、上述したように外部荷重によりシールド本体に局部的な凹み等の変形が生じた場合でも、その変形がプレート部材の可動範囲内でなければ問題なく発進用開口の開閉を行うことが可能である。またさらに、シールド掘進機が大型である場合には、上記従来構造においてはたとえ分岐シールド掘進機が小型であっても内筒がシールド本体に合わせて大型化するため発進用開口の開閉構造は大規模となってしまうが、本発明のプレート部材の大きさは発進用開口の大きさ（すなわち分岐シールド掘進機の大きさ）に依存するものであるため、シールド掘進機が大型である場合であっても発進用開口の開閉構造は小規模な構造とすることができる。しかも、このようにシールド掘進機が大型である場合には増大した自重によってシールド本体が変形することも考えられるが、上記したようにプレート部材の可動範囲が小範囲であるため、変形がプレート部材のスライド駆動へ及ぼす影響を少なくすることができる。
【００１１】
また、シールド本体の内部にプレート部材のスライドによる可動範囲を包含する水密区画を設けたことにより、分岐シールド掘進機発進の際に、例えば水密区画をシールド本体の外部圧と同等の圧力まで加圧した上で、プレート部材をスライドして発進用開口を開放することが可能となる。このようにすることで、外部圧によりプレート部材にかかる荷重を低減し、スライド駆動の際の駆動力を低減することができる。したがって、分岐シールド掘進機の発進用開口をさらに確実に開閉することができ、その結果、分岐シールド掘進機をさらに確実に発進させることができる。さらに加圧した水もしくは泥水等によって地山を支える効果があり、発進用開口を開くときに地山が崩れ流入してくることを防止することができる。
さらに、このように水密区画内でプレート部材をスライドさせる構造とすることで、スライド中におけるプレート部材とシールド本体との間の止水が不要となる。したがって、摺動シールが不要となるため、シール性を向上することができる。また、発進用開口の閉塞時に限りプレート部材とシールド本体内周面との間を止水すればよいので、例えばシールド本体の内周面に発進用開口の周囲を囲むようにシール部材を設ければ足り、単純なシール構造とすることができる。
以上説明したように、本発明によれば、分岐シールド掘進機の発進用開口の開閉構造を大幅に小規模化でき、且つシールド本体の変形が発進用開口の開閉駆動に及ぼす影響を少なくできるので、分岐シールド掘進機の発進用開口を確実に開閉させ、分岐シールド掘進機を確実に発進させることができる。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記プレート部材は前記内周面に沿って彎曲しており、その周方向長さが少なくとも前記シールド本体の円周長さの半分より小さいものとする。
【００１６】
（３）上記（１）又は（２）において、さらに好ましくは、前記水密区画内に外水圧を導入することで前記水密区画を加圧するものとする。
【００１７】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記プレート部材のスライド開始時に前記プレート部材をスライド方向に押す補助ジャッキを備えるものとする。
通常、分岐シールド掘進機発進の際には、プレート部材をスライドさせて発進用開口を開放する前に、その開口周囲の地山に崩壊防止のために固化材等を注入する。このため、その固化材等によってプレート部材の地山側の外周面に土砂が固着してプレート部材のスライド駆動を阻害する恐れがある。本発明によれば、スライド開始時に補助ジャッキでプレート部材をスライド方向に押し、固着した土砂とプレート部材の縁を切る。これにより、その後は駆動手段によってプレート部材をスライドすることができる。
【００１９】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、さらに好ましくは、前記シールド本体内に前記分岐シールド掘進機を前記発進用開口にガイドする発進用ガイドをさらに備え、前記発進用開口の閉塞時に前記発進用ガイドで前記プレート部材を前記発進用開口側に向かって押し付けるものとする。
これにより、発進用開口の閉塞時のプレート部材によるシール性を向上することができる。
【００２０】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記プレート部材の前記発進用開口側の外周面に前記発進用開口に嵌合する凸部を設けるものとする。
このようにして、発進用開口の閉塞時にシールド本体の外周面の発進用開口部の段差を小さくすることができる。これにより、シールド掘進機の立坑からの発進時におけるエントランスシールによるシール性を向上することができると共に、掘進時に土砂が段差に引っかかることによる抵抗力を低減することができる。また、土砂の噛み込みによる発進用開口の変形等も防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシールド掘進機の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【００２２】
この図１において、１は略円筒形状のシールド本体であり、このシールド本体１は、中折れ（詳細は後述）を可能とするために掘進方向前方側（図１中左側）に位置する前胴１Ａと、その後方側（図１中右側）に隣接し後述する分岐シールド掘進機を収納する分岐シールド収納胴１Ｂ及びこの分岐シールド収納胴１Ｂのさらに後方側に位置する後胴１Ｃとを折り曲げ可能に連結した構造となっている。２は隔壁であり、前胴１Ａをさらにフード部１Ａａとガータ部１Ａｂに区分するように設けられ、ガータ部１Ａｂ内部を掘削室Ｐ（後述）内の泥水から隔絶するようになっている。３は前面に複数のカッタビット３ａを備えたカッタヘッドであり、前胴１Ａの掘進方向前方側に設けられ地山の切羽を掘削して掘削室Ｐへ取り込むようになっている。４はカッタヘッド３を回転駆動するカッタ駆動装置（例えば油圧モータ、又は電動でもよい）であり、隔壁２に取り付けられている。また、５はカッタ駆動装置４からの駆動力を複数の支持部材６を介してカッタヘッド３に伝達する回転伝達機構、７は前胴１Ａとカッタヘッド３との間に形成される掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂に対し注水を行うための送水管、８はその掘削室Ｐ内で注水され泥水の状態となった掘削土砂を吸い込み、後胴１Ｃの掘進方向後方側に搬送し排出する排泥管、９は後胴１Ｃ内に設けられ、トンネル（図示せず）の内壁面を覆工するセグメントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置、１０はカッタヘッド３を隔壁２に対して回転自在に支持し、カッタヘッド３へ圧油と作泥材を供給するためのセンタジョイントである。
【００２３】
１１は前胴１Ａと分岐シールド収納胴１Ｂとの間に設けられ、それらを互いに摺動可能に連結する中折れ機構である。この中折れ機構１１は、分岐シールド収納胴１Ｂの前胴側端部に設けられ側面が所定の曲率を持った摺動部１１ａと、前胴１Ａの分岐シールド収納胴側端部に設けられ上記摺動部１１ａに摺接しこの摺動部１１ａと前胴１Ａ後胴側端部との間をシールして土砂、地下水の浸入を防止する略リング状のシール部材１１ｂとで構成されている。また、１２は分岐シールド収納胴１Ｂの最前部（詳細には摺動部１１ａの内周側）に設けられたリングガーダであり、このリングガーダ１２にはその周方向に複数（例えば８つ）の中折れジャッキブラケット１３が配設されている。また、１４は前胴１Ａの内周面の中折れジャッキブラケット１３と対応する周方向位置に設けられた中折れジャッキブラケットであり、これら周方向位置が互いに対応する中折れジャッキブラケット１３，１４が複数本（例えば８本）中折れジャッキ（前胴推進ジャッキ）１５により連結されている。この中折れジャッキ１５が伸縮することにより、前記中折れ機構１１を介して前胴１Ａを分岐シールド収納胴１Ｂに対して進退させたり、前胴１Ａと分岐シールド収納胴１Ｂとを折り曲げて掘進方向を変えたりできるようになっている。
【００２４】
１６は後胴１Ｃの最前部に設けられたリングガーダであり、１７はこのリングガーダ１６の周方向複数箇所（本実施の形態では１６箇所。後述の図２参照）にシールドジャッキブラケット１８を介してそれぞれ取り付けられたシールドジャッキである。これらのシールドジャッキ１７は等間隔に環状に配置されており、それらが伸長すると掘進方向後方側に接続されたスプレッダ１９が既設のセグメントリングＳに対して突っ張り、その押し付け反力が上記リングガーダ１６から分岐シールド収納胴１Ｂを介して前胴１Ａに伝えられ、カッタヘッド３に前方の切羽への押付力を付与するようになっている。
【００２５】
前記の掘削室Ｐ内の上部及び下部には、送水管７及び排泥管８の先端側がガータ部１Ａｂ内部から隔壁２を貫通して突出しており、それぞれの先端部分には送水口７ａ及び吸込口８ａが開口して設けられている。また、送水管７及び排泥管８の後方側は、前胴１Ａと分岐シールド収納胴１Ｂとを隔絶する隔壁２０及び分岐シールド収納胴１Ｂと後胴１Ｃとを隔絶する隔壁２１を貫通し、その後端側は後胴１Ｃからさらに後方（すなわちシールド掘進機外）へと延設されており、送水管７の後端は所定箇所に設けた送水ポンプ（図示せず）に、排泥管８の後端は所定箇所に設けた排泥ポンプ（図示せず）に接続されている。すなわち、上記送水ポンプの吐き出し力によって送水管７及び送水口７ａを介して掘削室Ｐ内に注水し、そこで攪拌される掘削土砂を泥水の状態として、上記排泥ポンプによって掘進方向と反対側に搬送するようになっている。この搬送される泥水は、最終的にトンネル坑外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で所定の処理（泥水性状調整）をされた後、送水ポンプによって送水管７を介し再びシールド掘進機内へと送り込まれ、先端の前記送水口７ａから掘削室Ｐ内へと還流されるようになっている。なお、２２は図示しないバイパスバルブを備えたバイパス管であり、例えば掘進開始前等、掘削室Ｐ内への送水が必要ない場合には、このバイパス管２２により送水ポンプから送水管７を介し導かれてきた水を送水口７ａから掘削室Ｐ内に供給する前に排泥管８へとバイパスさせ、シールド本体１内で還流させるようになっている。
【００２６】
また、２３は複数のテールパッキン２３ａを備え後胴１Ｃの最後端部に設けられたテールシール部であり、このテールシール部２３によって、後胴１Ｃの後端部とセグメントリングＳとの間がシールされ、シールド掘進機外からシールド本体１内へ水及び土砂が浸入するのを防止するようになっている。
【００２７】
前記のエレクタ装置９は、後胴１Ｃの内周面に径方向中心に向かって配置され後胴１Ｃに装備された旋回用モータ（図示せず）により回転駆動される複数のガイドローラ２４と、これらガイドローラにより外周から支持され回転するガイドローラに転動することによって回転するエレクタリング２５と、このエレクタリング２５から後方側に向けて突出した左・右１対のエレクタアーム２６，２６（但し図１には片方のみ図示）と、これらエレクタアーム２６，２６に設けられた押付ジャッキ２７，２７（但し図１には片方のみ図示）によって上記エレクタリング２５の径方向に摺動させられる吊りビーム２８と、この吊りビーム２８に設けられエレクタアーム２６，２６をそれぞれ貫通する左・右１対のガイドロッド２９，２９（但し図１には片方のみ図示）と、吊りビーム２８にスライダガイド（図示せず）を介して支持されたスライダ（図示せず）と、吊りビーム２８に装備された前後摺動ジャッキ３１と、上記スライダに設けられ前後摺動ジャッキ３１によりエレクタリング２５の軸線方向（図１中左右方向）に摺動させられるセグメント把持部３２とを有する。
【００２８】
上記構造により、エレクタ装置９は、セグメントリングＳの分割ピースを構成するセグメントを１つずつ吊り上げ、所定の組立位置に搬送するようになっている。そして、このように所定の組立位置に搬送されたセグメントを軸線方向に隣接する既設セグメントリングＳ及び周方向に隣接する既設セグメントに順次ボルト締結して新たなセグメントリングＳを組み立てるようになっている。
【００２９】
図２は分岐シールド収納胴１Ｂの内部構造を表す図１中II−II断面による横断面図である。
この図２において、１００は分岐シールド収納胴１Ｂ内に収納され、分岐線トンネルを掘削する分岐シールド掘進機、３５はこの分岐シールド掘進機１００の発進方向をガイドする略筒状の発進用ガイド、３６はこの発進用ガイド３５と分岐シールド掘進機１００との間をシールするエントランスシール、３７は分岐シールド収納胴１Ｂの側方（図２中左方向）に設けられ、分岐シールド掘進機１００が発進するための発進用開口である（なお、理解を容易とするために図１にも発進用開口３７を実線で示している）。
【００３０】
分岐シールド掘進機１００は、シールド本体１を有するシールド掘進機（以下、適宜本線シールド掘進機と記述する）とほぼ同様の構造であり、シールド本体１０１の前胴１０１Ａと、この前胴１０１Ａ内を掘削室Ｐ′とそれ以外の領域に隔絶する隔壁１０２と、複数のカッタビット１０３ａを備えたカッタヘッド１０３と、このカッタヘッド１０３を回転駆動するカッタ駆動装置１０４と、カッタヘッド１０３を隔壁１０２に対して回転自在に支持し、上記カッタ駆動装置１０４からの駆動力を回転伝達機構１０５を介して伝えるセンタジョイント１１０と、掘削室Ｐ′内に注水を行うための送水管１０７と、掘削室Ｐ′内の泥水を吸い込み排出する排泥管１０８とを備えている。
【００３１】
以上のような基本構成であるシールド掘進機において、本実施の形態の最も大きな特徴は、分岐シールド掘進機１００の発進用開口３７をゲートにより開閉するようにしたことである。以下、この詳細について説明する。
図２において、４０は分岐シールド掘進機１００の発進用開口３７の開閉を行うゲートであり、分岐シールド収納胴１Ｂの内周面１Ｂａに沿って彎曲した形状を有する彎曲プレート状部材である。このゲート４０は、その周方向長さが分岐シールド収納胴１Ｂの円周長さの約１／４程度で発進用開口３７よりもやや広い面積を有しており、図２に示すように発進用開口３７を内周面１Ｂａ側からすっぽりと覆って閉塞することができるようになっている（なお、理解を容易とするため図１にもこの閉塞時のゲート４０を実線で示している）。このとき、分岐シールド収納胴内周面１Ｂａには発進用開口３７の周囲を囲むように２重にシール部材４１，４２が設けられており、内周面１Ｂａとゲート４０の外周面との間を止水して発進用開口３７の閉塞時に外部から水や土砂が浸入しないようになっている。
【００３２】
また、分岐シールド収納胴１Ｂの内部にはこの分岐シールド収納胴１Ｂより径が小さい同心円状の内筒壁１ｂが設けられており、この内筒壁１ｂの発進用開口３７に対応する位置にはガイド部材４３が設けられている。このガイド部材４３は、前記の発進用ガイド３５を分岐シールド掘進機１００の軸心方向（図２中左右方向）に摺動可能に支持しており、発進用開口３７の閉塞時には発進用ガイド３５を分岐シールド掘進機１００の進行方向（図２中左方向）に摺動させてゲート４０の内周面の周方向両端に設けた受け部材３８，３８に当接させ、ゲート４０を発進用開口３７側へ押し付けてシール性を向上するようになっている。なお、３９はガイド部材４３の内周面に設けられ、上記発進用ガイド３５とガイド部材４３との間をシールするシール部材である。
【００３３】
図１に戻り、４４，４４は分岐シールド収納胴１Ｂの両端に位置する前記の隔壁２０，２１にそれぞれ設けられた１対のゲート駆動モータ（油圧モータ、又は電動でもよい）である。図３はこのゲート駆動モータ４４の詳細構造を一部破断断面で表す、図１中Ａ部拡大図である。
この図３に示すように、ゲート駆動モータ４４は隔壁２１の外部（すなわち分岐シールド収納部１Ｂの外部）に設けられ、このゲート駆動モータ４４の回転駆動力が隔壁２１を貫通して設けられた軸４５を介してピニオン４６に伝えられるようになっている。また、この図３には図示しないが、反対側の隔壁２０側に設けたゲート駆動モータ４４も同様の構造となっている。一方、ゲート４０の幅方向（図２中紙面に垂直な方向）両側にはラック４７，４７が設けられている。すなわち、上記ピニオン４６，４６がゲート４０のラック４７，４７と噛み合うことにより、ゲート駆動モータ４４が回転駆動してピニオン４６が回転すると、ゲート４０が分岐シールド収納胴１Ｂの内周面１Ｂａに沿ってその周方向にスライドされるようになっている。
【００３４】
４８，４８はゲート４０の幅方向（図３中左右方向）両側位置にそれぞれ２列のボルト４９，４９（図３参照）によって分岐シールド収納胴内周面１Ｂａに締結して設けられ、ゲート４０の上記スライド駆動をガイドするためのガイド部材である。このガイド部材４８はシールド本体径方向内側がゲート４０側に向かってそれぞれ折れ曲がった形状をしており、上記ゲート４０のラック４７から幅方向外側に向けてそれぞれ突出して設けられた凸部４７ａ，４７ａ（図３参照）と係合することで、ゲート４０を径方向外側（すなわちシールド本体１の外側）に向かって押さえ込みつつスライド方向を周方向にガイドする役目を果たしている。このガイド部材４８により、ゲート４０と分岐シールド収納胴１Ｂの内周面１Ｂａとのクリアランスが一定に調整されるようになっている。
【００３５】
また、５０はゲート駆動モータ４４でゲート４０のスライドを開始するときに、ゲート４０をスライド方向に押す補助ジャッキである。この補助ジャッキ５０によりスライド開始時にゲート４０をスライド方向に一旦押すことで、固化材等によって土砂がゲート５０の外周面に固着した場合であっても、固着した土砂とゲート４０の縁を切ってその後はゲート駆動モータ４４によってスライド駆動することができるようになっている。
【００３６】
このように、ゲート４０はスライドすることによって分岐シールド収納胴１Ｂと前記内筒壁１ｂとの間の領域を周方向に移動するが、本実施の形態では、このゲート４０の可動する領域は内筒壁１ｂ内の領域（すなわち大気領域）と区画されている。図４はこの区画領域を示す図である。
この図４において、発進用開口３７の開閉に伴うゲート４０のスライドによる可動範囲は矢印アの範囲で表される。このゲート４０の可動範囲は、分岐シールド収納胴１Ｂ、内筒壁１ｂ、前記の隔壁２０，２１（図１参照）、隔壁５５，５６、及び分岐シールド掘進機１００のカッタヘッド１０３（発進用開口３７の閉塞時にはさらにゲート４０自身）によって形成される区画Ｍ（図４中斜線部）内に包含されるようになっており、この区画は水密区画となっている。これにより、ゲート４０がスライドする際にゲート４０の外周面と分岐シールド収納胴内周面１Ｂａとの間を摺動シールによって止水する必要がなくなり、前述した内周面１Ｂａの発進用開口３７の周囲に設けたシール部材４１，４２によって発進用開口３７の閉塞時に止水すれば足りるようになっている。
【００３７】
以上において、ゲート４０は特許請求の範囲各項記載の発進用開口の開閉を行うプレート部材を構成し、ゲート駆動モータ４４はプレート部材をシールド本体の内周面に沿ってスライドさせる駆動手段を構成する。
【００３８】
次に、上記構成の本発明のシールド掘進機の一実施の形態の動作を図５乃至図９を用いて以下に説明する。
分岐シールド掘進機１００を収納した本線シールド掘進機により本線トンネルを掘進する。分岐地点に到着したら、シールド本体１およびセグメントリングＳを固定し、シールド掘進機の後方にある運転台車、トランス台車等の台車を解体し搬出する。続いて、エレクタ装置９、送水管７、排泥管８、及び後方作業台を撤去して搬出すると共に、周方向１６箇所に配置されたシールドジャッキ１７を全数隔壁２１及びリングガーダ１６から引き抜き、搬出する。また、分岐シールド掘進機１００の仮推進用の元押しジャッキ５９を設置する（図５参照）。
【００３９】
次に、図６に示すように、シールドジャッキ１７を引き抜くことにより現出した隔壁２１のシールドジャッキ孔６０のうち、前述した水密区画Ｍ内にあるシールドジャッキ孔６０に蓋板６１を取り付けて閉塞する。そして、元押しジャッキ５９を伸長させて分岐シールド掘進機１００を発進方向（図６中左方向）に移動し、固定ブラケット６２により分岐シールド掘進機１００と発進用ガイド３５とを固定する。その後、元押しジャッキ５９を縮短させて固定した分岐シールド掘進機１００と発進用ガイド３５とを共に発進方向と反対側に若干移動し、発進用ガイド３５を受け部材３８から離す。さらに、補助ジャッキ５０を設置する。
【００４０】
この状態で、水密区画Ｍ内に外水圧を導入して加圧し、シールド本体１の外部圧とほぼ同圧にする。そして、最初に補助ジャッキ５０でゲート４０を押してゲート４０と土砂との縁を切った後、ゲート駆動モータ４４によりゲート４０を分岐シールド収納胴１Ｂの周方向上方にスライドさせて、図７に示すように発進用開口３７を開放する。なお、ゲート４０は可動範囲一杯までスライドさせた状態で固定し、また補助ジャッキ５０は撤去する。
【００４１】
その後、図８に示すように、仮推進用の元押しジャッキ５９を増設し固定ブラケット６２を撤去して、分岐シールド掘進機１００を発進用ガイド３５に沿って発進方向に推進する。そして、前述した中折れ機構を有する中胴１０１Ｂを搬入し、推進した前胴１０１Ａの後方に取り付ける。これら前胴１０１Ａ及び中胴１０１Ｂをさらに推進させ、エレクタ装置１０９を有する後胴１０１Ｃを搬入して、中胴１０１Ｂの後方にその後胴１０１Ｃを取り付ける。また、シールドジャッキ１１７を設置する。なおこのとき、送水管１０７及び排泥管１０８、電線その他必要な接続についても行う。
【００４２】
そして、図９に示すように、分岐シールド掘進機１００は、カッタヘッド１０３で掘削しつつ後方のエレクタ装置１０９でセグメントリングｓを組み立て、この組み立てたセグメントリングｓに対してシールドジャッキ１１７を伸長させて反力を得ながら、分岐線トンネルの掘進を行う。
【００４３】
以上のような動作を行う本発明のシールド掘進機の一実施の形態によれば、次のような作用が得られる。以下、作用項目ごとに順に説明する。
（１）発進用開口の開閉確実性の向上
本実施の形態においては、分岐シールド収納胴１Ｂの内周面１Ｂａに沿って彎曲したプレート形状のゲート４０をゲート駆動モータ４４で内周面１Ｂａに沿ってスライドさせて、発進用開口３７の開閉を行う。
【００４４】
ここで、例えば分岐シールド収納胴１Ｂが二重筒構造となっており、内筒が周方向に旋回することによって分岐シールド掘進機１００の発進用開口３７を開放する前述の従来技術のような構造の場合には、内筒が分岐シールド掘進機１００及びその発進用ガイド３５等を備えた大規模な構造であるため、旋回重量が大きく旋回駆動させるために大きな動力が必要となる。したがって、例えば周囲の地山から作用する外部荷重によって分岐シールド収納胴１Ｂに局部的な凹み等の変形が生じた場合には、この変形によって内筒が押さえられ、旋回動力が不足して内筒の旋回駆動が困難となる恐れがある。特に、シールド掘進機が大型の場合にこの傾向は顕著となり、内筒はさらに大規模構造となるためその旋回重量が増大する上に、地山からの外部荷重に自重が加わることによって分岐シールド収納胴１Ｂの変形量が増加することも考えられ、旋回が困難となる可能性が一層増大する。このような内筒の旋回困難な状況が例えば分岐シールド掘進機１００の発進前に生じた場合には、発進用開口３７が開放できないために分岐シールド掘進機１００の発進ができないといった事態を生じる恐れがあった。
【００４５】
これに対し、本実施の形態によれば、ゲート４０を用いた開閉構造とすることで、上記従来構造のように分岐シールド掘進機１００及びその発進用ガイド３５等を備えた内筒を旋回する構造に比べて発進用開口３７の開閉構造の規模を大幅に減縮することができる。この結果、ゲート４０をスライドするゲート駆動モータ４４には大動力を要さず、開閉駆動に必要な動力を大幅に低減できる効果もある。さらに、ゲート４０は前述したようにその周方向長さが分岐シールド収納胴１Ｂの円周長さの約１／４程度で発進用開口３７の面積よりやや広い面積を有する程度の大きさであり、その可動範囲は図４に示したように分岐シールド収納胴１Ｂの周方向半分にも満たない領域に過ぎないため、外部荷重により分岐シールド収納胴１Ｂに局部的な凹み等の変形が生じた場合でも、その変形が上記可動範囲外であれば問題なく発進用開口３７の開閉を行うことが可能となる。すなわち、本実施の形態のような構造の場合、ゲート４０の周方向長さが少なくとも分岐シールド収納胴１Ｂの円周長さの半分より大きくなることはなく、ゲート４０の可動範囲は少なくとも分岐シールド収納胴１Ｂの円周長さより小さくなるため、円周方向全てに渡り可動範囲となる従来の２重筒構造に比べて、分岐シールド収納胴１Ｂの変形が発進用開口３７の開閉駆動に及ぼす影響を少なくすることができる。またさらに、シールド掘進機が大型である場合には、たとえ分岐シールド掘進機１００が小型であっても、上記従来構造においては内筒が分岐シールド収納胴１Ｂに合わせて大型化するため発進用開口３７の開閉構造は大規模となってしまうが、本実施の形態のゲート４０の大きさは発進用開口３７（すなわち分岐シールド掘進機１００）の大きさに依存するものであるため、シールド掘進機が大型である場合であっても発進用開口３７の開閉構造は小規模な構造とすることができる。しかも、このようにシールド掘進機が大型である場合には増大した自重によって分岐シールド収納胴１Ｂが変形することも考えられるが、上記したようにゲート４０の可動範囲が小範囲であるため変形がゲート４０のスライド駆動に及ぼす影響を少なくできる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、分岐シールド掘進機１００の発進用開口３７の開閉構造を大幅に小規模化でき、且つ分岐シールド収納胴１Ｂの変形が発進用開口３７の開閉に及ぼす影響を少なくできるので、分岐シールド掘進機１００の発進用開口３７を確実に開閉することができ、その結果、分岐シールド掘進機１００を確実に発進することができる。また、発進後は本線シールド掘進機で本線トンネルの掘進を確実に行うことができる。
【００４７】
また、本実施の形態においては、分岐シールド掘進機１００発進の際に、外水圧を導入して水密区画Ｍ内をシールド本体１の外部圧と同等の圧力まで加圧した上で、ゲート４０をスライドさせて発進用開口３７を開放する。これにより、スライド駆動時に外部圧によりゲート４０に作用する荷重を大幅に低減できるので、これによっても発進用開口３７の開閉確実性の向上効果を得ることができる。また、ゲート駆動モータ４４の動力をさらに低減することができる。さらに、加圧した水又は泥水等によって地山を支える効果があり、発進用開口３７を開くときに地山が崩れ流入してくることを防止することができる。
【００４８】
またさらに、本実施の形態においては、発進用開口３７を開放する際に、最初に補助ジャッキ５０によりゲート４０を押した上でゲート駆動モータ４４によってゲート４０をスライドさせる。すなわち、通常、分岐シールド掘進機１００発進の際には、発進用開口３７を開放する前にその周囲の地山に崩壊防止のための固化材等を注入するものであるが、この固化材により、ゲート４０の外周面に土砂が固着してゲート４０のスライド駆動を阻害する場合がある。本実施の形態によれば、このような場合でも、スライド開始時に補助ジャッキ５０でゲート４０をスライド方向に押すことで、固着した土砂とゲート４０の縁を切ることができる。これにより、その後はゲート駆動モータ４４によってスライド駆動することが可能となる。したがって、これによっても発進用開口３７の開閉確実性の向上効果を得ることができる。
【００４９】
（２）シール性の向上
本実施の形態においては、水密区画Ｍ内でゲート４０をスライドさせる構造とするので、スライド駆動中におけるゲート４０の外周面と分岐シールド収納胴内周面１Ｂａとの間の止水が不要である。したがって、摺動シールを必要としないため、シール性を向上することができる。またこれにより、発進用開口３７の閉塞時にゲート４０と分岐シールド収納胴内周面１Ｂａとの間を止水すれば足りるので、内周面１Ｂａに発進用開口３７の周囲を囲むようにシール部材４１，４２を設けるといった単純なシール構造とすることができる。
【００５０】
さらに、本実施の形態においては、前述したように発進用開口３７の閉塞時に発進用ガイド３５をゲート４０の内周面に設けた受け部材３８に当接させ、ゲート４０を発進用開口３７側へ押し付ける。これにより、発進用開口３７周囲に設けたシール部材４１，４２によるシール性を向上することができる。
【００５１】
（３）現地加工性の向上
一般に、シールド掘進機はトンネルを施工する施工現場まで分割して輸送され、現地で組み立てが行われる。この際、シールド本体は周方向に分割されて輸送されてくるため、現地においてそれら分割されたシールド本体を機械的な接合及び溶接によって円筒形状に組み上げることとなるが、このような現地組み立てでは真円を得ることは困難である。したがって、前述したシールド本体を２重筒構造とする従来構造においては、外筒と内筒とのクリアランスが不均一となったり、加工精度によっては組み立て自体が困難となる可能性がある。また、２重筒構造であるため軸線を鉛直にした状態で外筒に内筒を挿入する必要があり、組立作業が大掛かりとなる。さらに、シール性の点では、従来構造においては外筒と内筒との間を周方向全域に渡ってシールする必要があるためシール材をシールド本体を１周するように設ける必要があるが、上記のようにシールド本体が分割されて輸送されてくるためにシール材も分割されることとなり、シール性は低下する。
【００５２】
これに対し、本実施の形態によれば、ゲート４０で発進用開口３７を開閉する構成とするため、シールド本体が真円形状でなくとも上記従来構造のように組み立てが困難となるようなことはなく、またシールド本体を鉛直にして組み上げる必要もないため組立作業の手間も軽減できる。さらに、シール性の点では、シールド本体１を発進用開口３７を含む部分が１ピースとなるように分割することで、発進用開口３７の周囲に設けたシール部材４１，４２が分割されることなく輸送することが可能であるため、シール性の低下を防止できる。
【００５３】
なお、ゲート４０の形状は、上記本発明の一実施の形態において記載した分岐シールド収納胴１Ｂの内周面１Ｂａに沿って彎曲した彎曲プレート形状に限るものではなく、例えば図１０に示すように、外周面に発進用開口３７に嵌合可能な凸部４０ａを設けた形状のゲート４０′を用いてもよい。このような形状とすることで、発進用開口３７の閉塞時にシールド収納胴１Ｂの外周面の発進用開口部３７における段差を小さくすることができる。これにより、シールド掘進機が初めに立坑から地山中に発進する際にエントランスシールによるシール性を向上することができると共に、掘進時に土砂が段差に引っかかることにより生じる抵抗力を低減することができる。また、土砂の噛み込みによる発進用開口３７の変形等も防止することができる。なお、このゲート４０′をスライドする際には、ゲート４０′を分岐シールド掘進機１００の軸線方向に移動可能な構造としておき、図１１（ａ）に示すように一旦発進用開口３７と反対方向（図１１（ａ）中右方向）に引き込んだ上で、図１１（ｂ）に示すように周方向にスライドするようにすれば足りる。
【００５４】
また、上記本発明の一実施の形態においてはシールド本体１を略円筒形状としたが、これに限らず、断面形状が例えば楕円又は矩形等の円形以外の形状であってもよい。
【００５５】
またさらに、本発明は、シールド掘進機より分岐する場合について述べているが、覆工体からの分岐、又は立坑からの発進方法にも適用することが可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、シールド本体の内周面に沿って設置されるプレート部材を駆動手段でシールド本体の内周面に沿ってスライドすることで、発進用開口の開閉を行う。これにより、発進用開口の開閉構造の規模を大幅に減縮することができ、且つ、シールド本体の変形が発進用開口の開閉駆動に及ぼす影響を少なくできる。したがって、分岐シールド掘進機の発進用開口を確実に開閉させ、分岐シールド掘進機を確実に発進させることができる。
その際、シールド本体の内部にプレート部材のスライドによる可動範囲を包含する水密区画を設け、水密区画をシールド本体の外部圧と同等の圧力まで加圧した上でプレート部材をスライドさせることで、外部圧によりプレート部材にかかる荷重を低減し、発進用開口をより確実に開閉することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
【図２】本発明のシールド掘進機の一実施の形態を構成する分岐シールド収納胴の内部構造を表す図１中II−II断面による横断面図である。
【図３】本発明のシールド掘進機の一実施の形態を構成するゲート駆動モータの詳細構造を一部破断断面で表す、図１中Ａ部拡大図である。
【図４】本発明のシールド掘進機の一実施の形態を構成する水密区画を示す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図５】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の分岐シールド発進時における動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図６】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の分岐シールド発進時における動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図７】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の分岐シールド発進時における動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図８】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の分岐シールド発進時における動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図９】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の分岐シールド発進時における動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図１０】本発明のシールド掘進機の一実施の形態を構成するゲートの変形例を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【図１１】本発明のシールド掘進機の一実施の形態の変形例のゲートスライド動作を表す、分岐シールド収納胴の横断面図である。
【符号の説明】
１シールド本体
１Ｂａ内周面
３５発進用ガイド
３７発進用開口
４０ゲート（プレート部材）
４０′ ゲート（プレート部材）
４０ａ凸部
４１，４２シール部材
４４ゲート駆動モータ（駆動手段）
５０補助ジャッキ
１００分岐シールド掘進機

Claims

分岐線トンネルを掘削する分岐シールド掘進機を内部に収納したシールド掘進機において、
シールド本体と、
このシールド本体に設けた前記分岐シールド掘進機の発進用開口と、
前記シールド本体の内周面に沿って設置される前記発進用開口の開閉を行うプレート部材と、
このプレート部材を前記シールド本体の内周面に沿ってスライドさせる駆動手段と、
前記シールド本体の内部に設けられ、前記プレート部材のスライドによる可動範囲を包含する水密区画と、
前記シールド本体の内周面に前記発進用開口の周囲を囲むように設けたシール部材とを備え、
前記シールド掘進機の発進の際に、前記水密区画を加圧した状態で前記プレート部材をスライドさせることを特徴とするシールド掘進機。
請求項１記載のシールド掘進機において、前記プレート部材は前記内周面に沿って彎曲しており、その周方向長さが少なくとも前記シールド本体の円周長さの半分より小さいことを特徴とするシールド掘進機。
請求項１又は２記載のシールド掘進機において、前記水密区画内に外水圧を導入することで前記水密区画を加圧することを特徴とするシールド掘進機。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のシールド掘進機において、前記プレート部材のスライド開始時に前記プレート部材をスライド方向に押す補助ジャッキを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
請求項１乃至４のいずれか１項記載のシールド掘進機において、前記シールド本体内に前記分岐シールド掘進機を前記発進用開口にガイドする発進用ガイドをさらに備え、前記発進用開口の閉塞時に前記発進用ガイドで前記プレート部材を前記発進用開口側に向かって押し付けることを特徴とするシールド掘進機。
請求項１乃至５のいずれか１項記載のシールド掘進機において、前記プレート部材の前記発進用開口側の外周面に前記発進用開口に嵌合する凸部を設けたことを特徴とするシールド掘進機。