JP3809593B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中を掘進して断面形状の変化するトンネルを構築できるシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機によって掘削したトンネルの一部の断面を変化させるには、断面を変化させたい区間において開削工事を行ったり、あるいは薬液注入等により地盤改良した後に既設トンネルの一部を撤去して地中にてトンネルの再構築工事を行ったりしていた。また、断面を変化させたい区間だけ外形の異なるシールド掘進機を用いて掘削する場合もある。
しかしながら、開削工事を行うには、少なくとも地上用地の確保が必要になり、コストアップにつながるという問題点がある。また、地中にてトンネルの再構築工事を行う方法の場合には、薬液注入等の補助工事によるコストアップのほか、安全面でも十分に配慮する必要がある。さらに、外形の異なるシールド掘進機を使用する方法の場合には、シールド掘進機の製作費用が追加されるほか、シールド掘進機を発進させるための新たな発進立坑を設置する必要があり、大幅なコストアップにつながるという問題点があった。
そこで、これらの問題点を解決するものとして、シールド掘進機に拡幅機構を備え、トンネルの一部の断面を変化させたいときにシールド掘進機の本体を拡幅させて掘進するという案が、例えば特開平６−１４６７７６号公報に開示されている。
【０００３】
図６は上記の公報に開示された多連型シールド掘進機の切断平面図、図７は図６に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図、図８は図６に示した多連型シールド掘進機のＢ−Ｂ矢視図である。図６乃至図８に示すように、従来の多連型シールド掘進機は、円形の左右の主カッター５１，５２と、これらの間の背面側に位置させた円形の副カッター５３とを、これらカッター５１乃至５３の正面形状と対応する形状を輪郭形状としたシールドフレーム５５の前面部に、回転駆動可能に取り付けたものであり、左右の主シールド部５７，５９と中央の副シールド部６１の３つのシールド部とから構成されている。
【０００４】
そして、シールドフレーム５５は、主カッター５１，５２の軸心と平行な方向に上下位置で３分割されて、両側に配置された主シールドフレーム部５５ａ，５５ｂと中央シールドフレーム部５５ｃの３つのフレーム部から構成されている。さらに、各分割部には左右方向へ一定量スライドし得るスライドガイド機構６２をそれぞれ設けて、左右の主シールド部５７，５９を中央の副シールド部６１に対してそれぞれ左右方向へスライド可能に構成している。そしてさらに、上記各主シールド部５７，５９と副シールド部６１との間に、それぞれ左右方向へ配した拡幅ジャッキ６３を介装させ、該拡幅ジャッキ６３の伸長作動で主シールド部５７，５９が左右方向へスライドすることによりシールドフレーム５５が拡幅できるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した多連型シールド掘進機においては以下に示すような種々の問題点があった。
すなわち、主シールド部５７，５９全体が左右方向に移動するため、拡幅のための機構が大がかりになる。また、移動する外周長が長いため止水のためのシールが困難となる。
さらに、主シールド部５７，５９の拡幅に際しては主カッター５１，５２の側方のコピーカッタによって主シールド部５７，５９の側方を掘削することになるが、この掘削土砂が邪魔になり、主シールド部５７，５９の拡幅がスムーズにできないという問題がある。またさらに、主カッター５１，５２及び副カッター５３によって掘削された土砂は、これらカッターの後方に配置された排土機構によってシールド掘進機の機内に取り込まれ、トンネル後方に排出されることになるが、主シールド部５７，５９全体が左右に移動した場合、排土機構も同様に左右に移動することになると考えられ、排土機構が左右に移動した分だけ、シールド掘進機の中心部分の土砂の取り込みが不十分になる。
また、上記の多連型シールド掘進機においては、主カッター５１，５２と副カッター５３とを平面的に重ね合わせて配置することによって、拡幅した場合でも掘削残しが発生しないように配慮されているが、逆にこの制約があるために、幅方向に大きく拡幅することができないという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、拡幅のための機構が大がかりとならず、また拡幅により止水が困難になるという問題がなく、さらに拡幅した場合に掘削残しの発生することのないシールド掘進機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールド掘進機は、前端側に掘削機構を有すると共に、少なくとも一側面に凹陥部を有する本体ブロックと、前記凹陥部に収容されて、前記本体ブロックの側面から出没できるように構成されたカッターヘッドを有する副掘削機構と、前記カッターヘッドの後部側に設けられ、前記カッターヘッドの出没方向に拡幅可能に設置されたトンネル構築ブロックとを備えたものである。
【０００８】
また、前記カーターヘッドを円筒形に形成し、該カッターヘッドの端面及び周面にビットを設けたものである。
【０００９】
さらに、前記凹陥部に土砂取り込み口を臨ませて設置され、前記副掘削機構によって掘削された土砂を前記本体ブロック内部へ搬送する補助排土機構を設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態の斜視図である。図において、１はシールド掘進機であり、本体ブロック３と該本体ブロック３の後部両側に設けられた２つのトンネル構築ブロック５，７とから構成されている。
本体ブロック３は略矩形状をしており、両側の中央部には凹陥部３ａ，３ｂが形成され、また、後部側の両側はトンネル構築ブロック５，７を設置するために幅が狭くなっている。
９は本体ブロック３の前端に設置された主掘削機構、１１ａ，１１ｂは本体ブロック３の凹陥部３ａ，３ｂにカッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを収容した状態で本体ブロック３に設置された副掘削機構である。カッタヘッド１１０ａ，１１０ｂは、円筒形状からなり端面及び円周面に掘削用のビットが設置されており、このカッタヘッド１１０ａ，１１０ｂを回転して地山を掘削する。
【００１１】
図２は図１の平面断面図、図３は図２における矢視Ａ−Ａ断面図である。図２及び図３に基づいて、シールド掘進機１の内部構造を説明する。
図において、１５は本体ブロック３の内部にその前端から後端に亘って設置されたスクリュウコンベア等からなる主排土機構、１７ａ，１７ｂは一端側（土砂取り込み口）を本体ブロック３の凹陥部３ａ，３ｂに臨ませて、他端側を主排土機構１５に連結されたスクリュウコンベア等からなる副排土機構である。副排土機構１７ａ，１７ｂは副掘削機構１１ａ，１１ｂで掘削された土砂を取り込んで主排土機構１５まで搬送する。また、主排土機構１５は主掘削機構９で掘削された土砂を取り込むと共に、該土砂と副排土機構１７ａ，１７ｂから搬送された土砂を合わせて本体ブロック３の後端側へ搬送する。このように、主排土機構１５は自己が取り込んだ土砂と副排土機構１７ａ，１７ｂから搬送される土砂を合わせて搬送するため、副排土機構１７ａ，１７ｂが連結されている部分から土砂搬送能力を増加させる必要があり、図２に示すように、途中から排土管の径を大きくしている。
【００１２】
１９ａ，１９ｂはそれぞれカッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを回転駆動させる駆動装置であり、各駆動装置１９ａ，１９ｂに設けられたシャフト２１ａ，２１ｂの先端にカッタヘッド１１０ａ，１１０ｂが取り付けられ、シャフト２１ａ，２１ｂが本体ブロック３に設けられた軸受部２４ａ，２４ｂに回転可能に支持されている。そして、この軸受部２４ａ，２４ｂには止水用のパッキン２６ａ，２６ｂが設置されている。駆動装置１９ａ，１９ｂはそれぞれ複数のジャッキ２３ａ，２３ｂによって本体ブロック３側に取り付けられており、ジャッキ２３ａ，２３ｂを伸縮させることによって、本体ブロック３の幅方向に移動できるように構成されている。以上説明した駆動装置１９ａ，１９ｂ、シャフト２１ａ，２１ｂ、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂ、及びジャッキ２３ａ，２３ｂによって副掘削機構１１ａ，１１ｂが構成されている。
２５ａ，２５ｂはそれぞれ一端側をトンネル構築ブロック５，７に、他端側を本体ブロックにそれぞれ固定されて、トンネル構築ブロック５，７を本体ブロック３の幅方向に移動させる拡幅用ジャッキである。
【００１３】
図４は本実施の形態のシールド掘進機１の部分斜視図、図５は図４における矢視Ｂ−Ｂ断面図（但し、図５は図４に示した部分のみならず全体を示している。）であり、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂ及びトンネル構築ブロック５，７を幅方向に移動させた状態を示している。図４及び図５から分かるように、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを幅方向に移動した状態では、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂの内側の端面が本体ブロック３の側面とほぼ面一になるように構成されている。
【００１４】
次に、本実施の形態のシールド掘進機１の動作を図１乃至図５に基づいて説明する。上述したシールド掘進機１を用いてトンネルを掘削する場合、通常は、図１に示すようにカッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを本体ブロック３の凹陥部３ａ，３ｂに収容した状態で掘進し、トンネル幅を広げる必要がある地区の近くに到達すると、副掘削機構１１ａ，１１ｂを駆動して端面側で地盤を掘削しながら除々にジャッキ２３ａ，２３ｂを駆動して、図５に示すように、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを本体ブロック３の外方に移動させる。このとき、副掘削機構１１ａ，１１ｂの駆動によって発生した土砂は副排土機構１７ａ，１７ｂによって本体ブロック３内に取り込まれ、主排土機構１５によって本体ブロック３の後端側へ搬送される。このように、副掘削機構１１ａ，１１ｂの駆動によって発生した土砂が、確実に本体ブロック３内に取り込まれるので、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂの外方への移動の邪魔にならず、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂをスムーズに移動させることができる。
【００１５】
そして、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを突出させた状態で、主掘削機構９及び副掘削機構１１ａ，１１ｂによって地盤を掘削しながら掘進し、本体ブロック３の後部に設置されたトンネル構築ブロック５，７を拡幅できる地点まで進んだところで、拡幅用ジャッキ２５ａ，２５ｂを所定量だけ伸長させて、図４に示すように、トンネル構築ブロック５，７を拡幅させる。
【００１６】
以後は図４に示したようにカッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを突出させると共に、トンネル構築ブロック５，７を拡幅させた状態で掘進し、必要に応じて、ジャッキ２３ａ，２３ｂ及び拡幅用ジャッキ２５ａ，２５ｂを伸縮させることによって断面形状の異なるトンネルを連続して構築できる。
【００１７】
以上説明したように、本実施の形態においては、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂのみを外方に移動するだけで断面幅の広い掘削が可能となり、従来例で示したような主シールド全体を拡幅させるものに比べると、極めて簡易な構造で拡幅ができる。
また、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂの幅（円筒の高さ）を大きくするだけで、掘削残しを生ずることなく大きく拡幅させることができる。
【００１８】
さらに、トンネル構築部５，７が独立した構造になっていて、この部分だけを移動させるので、従来例のようにシールドフレーム全体に一体型のパッキンを設置しなければならないものに比べると、パッキンの設置が容易になり、且つ止水性も良くなる。
【００１９】
また、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを円筒形状とし、端面及び周面に掘削用のビットを設けたので、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを外方に移動する際に、コピーカッタ等の補助的な手段を用いることなく、副掘削機構１１ａ，１１ｂ自体を駆動させればよく、効率のよい拡幅動作ができる。
【００２０】
なお、上記の実施の形態においては、カッターヘッド１１０ａ，１１０ｂを幅方向に移動させるための駆動装置として拡幅用ジャッキ２５ａ，２５ｂを例に挙げて説明したが、これ以外の既存の駆動装置を利用できることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明においては、前端側に掘削機構を有する本体ブロックの凹陥部にカッターヘッドを本体ブロックの外方に出没可能に設置すると共に、前記カッターヘッドの出没方向に拡幅可能なトンネル構築ブロックを備えたので、カッターヘッドとトンネル構築ブロックを各別に移動させることができ、本体部全体を拡幅させるものに比較して拡幅のための構造が大がかりにならない。また、拡幅に伴う止水のためのシールはトンネル構築ブロックについてのみ考慮すれば足り、主シールド部全体が拡幅する従来例に比較して簡易な構成でよい。
【００２２】
また、副掘削機構のカーターヘッドを円筒形に形成し、該カッターヘッドの端面及び周面にビットを設けたので、カッターヘッドを外方に移動する際に、コピーカッタ等の補助的な手段を用いることなく、副掘削機構を駆動させればよく、効率のよい拡幅動作ができる。
【００２３】
さらに、副掘削機構によって掘削された土砂を前記本体ブロック内部へ搬送する補助排土機構を設けたので、副掘削機構の駆動によって発生した土砂を、確実に本体ブロック内に取り込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態の斜視図である。
【図２】 図１の平面断面図である。
【図３】 図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】 本発明の一実施の形態の動作を説明する説明図である。
【図５】 図４の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図６】 従来の多連型シールド掘進機の切断平面図である。
【図７】 図６に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図である。
【図８】 図６に示した多連型シールド掘進機のＢ−Ｂ矢視図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
３ 本体ブロック
３ａ，３ｂ 凹陥部
５，７ トンネル構築ブロック
９ 主掘削機構
１１ａ，１１ｂ 副掘削機構
１５ 主排土機構
１７ａ，１７ｂ 副排土機構
２３ａ，２３ｂ ジャッキ
２５ａ，２５ｂ 拡幅用ジャッキ
１１０ａ，１１０ｂ カッターヘッド

Claims (3)

1. 前端側に掘削機構を有すると共に、少なくとも一側面に凹陥部を有する本体ブロックと、
   前記凹陥部に収容されて、前記本体ブロックの側面から出没できるように構成されたカッターヘッドを有する副掘削機構と、
   前記カッターヘッドの後部側に設けられ、前記カッターヘッドの出没方向に拡幅可能に設置されたトンネル構築ブロックとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記カッターヘッドを円筒形に形成し、該カッターヘッドの端面及び周面にビットを設けたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
3. 前記凹陥部に土砂取り込み口を臨ませて設置され、前記副掘削機構によって掘削された土砂を前記本体ブロック内部へ搬送する補助排土機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のシールド掘進機。

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