JP3821632B2 - Excavator for shield machine and parent-child shield machine - Google Patents

Excavator for shield machine and parent-child shield machine Download PDF

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JP3821632B2
JP3821632B2 JP2000228015A JP2000228015A JP3821632B2 JP 3821632 B2 JP3821632 B2 JP 3821632B2 JP 2000228015 A JP2000228015 A JP 2000228015A JP 2000228015 A JP2000228015 A JP 2000228015A JP 3821632 B2 JP3821632 B2 JP 3821632B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準となる小径円形断面から最大円形断面の範囲内で任意形状のトンネルを拡張掘削可能なシールド掘進機の掘削装置および大径断面のトンネルの掘削途中で小径断面の子シールド機を発進させる親子シールド掘進機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のシールド掘進機において、たとえば特公平7−116913号公報には、カッタヘッドを駆動するカッタ駆動軸を偏心位置に支持する第1ドラムと、この第1ドラムを偏心位置に回転自在に支持する第2ドラムと、この第2ドラムを回転自在に支持するバルクヘッドとを設けたものが開示されている。
【0003】
また大径断面のトンネルの掘削途中で、小径断面のシールド掘進機を発進させる親子シールド掘進機では、親シールド掘進機の掘進時と子シールド掘進機の掘削時では掘削範囲が大きく変化するため、それに対応してカッタヘッドの形状を変化させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、先の従来例では、バルクヘッドから前方に突出して第2ドラムが配置されるとともに、この第2ドラムから前方に突出して第1ドラムが配置されていることから、掘削装置全体が大型となり、またバルクヘッドの前部の圧力室に、略クランク状に突出して旋回移動することになり、圧力室に大きい岩石塊などが取り込まれると、第1,第2ドラム間やバルクヘッドとの間、スキンプレートとの間に噛み込まれて機器を損傷したり、土砂の排出が困難になるおそれがあった。
【0005】
また親子シールド掘進機では、カッタヘッドの外周部を着脱自在に構成したり、溶断により削除する必要があり、カッタヘッドの構造が複雑になるという問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点を解決して、カッタヘッドの背面の圧力室に十分な空間を提供できるシールド掘進機の掘削装置およびカッタヘッドの構造を簡略化できる親子シールド掘進機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1記載の発明は、シールド本体の前部に回転自在なカッタヘッドを具備したシールド掘進機の掘削装置であって、シールド本体の前部で切羽崩壊土圧を支持する圧力隔壁に、シールド軸心周りに回転自在に支持された外旋回ドラムと、この外旋回ドラム内でシールド軸心から所定量ずれた偏心軸心周りに回転自在に配置された内旋回ドラムと、この内旋回ドラムにシールド軸心周りに回転自在に配置されてカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材とを設け、前記外旋回ドラムと内旋回ドラムとの前面を圧力隔壁の前面と面一状に配置し、前記カッタヘッドをカッタ駆動部材を介して回転駆動するカッタ駆動装置と、内旋回ドラムを旋回駆動する内ドラム駆動装置と、外旋回ドラムを旋回駆動する外ドラム駆動装置とを設け、前記カッタ駆動部材の回転軸心を、内旋回ドラムの偏心量の4倍の範囲で任意位置に移動可能に構成したものである。
【0008】
上記構成によれば、内旋回ドラムと外旋回ドラムとを圧力隔壁と面一状に配置したので、従来のように圧力室に大きな突出物がなく、大きい岩石塊などが挟まれて掘削不能となるといった事故を防止することができ、掘削装置をコンパクトに構成できる。また、従来のようにコピーカッタや副カッタなどのサブ掘削カッタを設けること無く、余掘り量が大きくとれるとともに、外旋回ドラムと内旋回ドラムとの協動により、任意位置にカッタ駆動軸を移動させて任意な断面を掘削することができる。
【0009】
また請求項2記載の構成は、上記構成において、カッタ駆動装置の掘削反力をシールド本体に支持させる反力支持装置を設けたものである。
上記構成によれば、内偏心ドラムの旋回に伴って移動するカッタ駆動装置を反力支持装置によりシールド本体に支持させるので、掘削反力を効果的に支持できて大きい掘削力で効果的に掘削することができる。
【0010】
さらに請求項3記載の発明は、シールド機本体の前部に、シールド軸心周りに回転自在なカッタヘッドを設け、シールド機本体を親シールド本体と、この親シールド本体内に分離発進可能に配置された子シールド本体とで構成し、トンネルの掘削途中で親シールド本体を残して子シールド掘進機をシールド軸心方向に発進可能な親子シールド掘進機であって、子シールド本体の前部に切羽崩壊土圧を支持する圧力隔壁を設け、この圧力隔壁にカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材と、圧力隔壁にシールド軸心周りに回転自在に支持された外旋回ドラムと、この外旋回ドラム内でシールド軸心から所定量ずれた偏心軸心周りに回転自在に配置された内旋回ドラムと、この内旋回ドラムにシールド軸心周りに回転自在に配置されてカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材とを設け、前記カッタヘッドをカッタ駆動部材を介して回転駆動するカッタ駆動装置と、内旋回ドラムを旋回駆動する内ドラム駆動装置と、外旋回ドラムを旋回駆動する外ドラム駆動装置とを設け、親シールド本体および子シールド本体の断面形状を、カッタヘッドの直径からカッタヘッドの直径に内旋回ドラムの偏心量の4倍を加えた直径の範囲内に形成される任意形状としたものである。
【0011】
上記構成によれば、外旋回ドラムと内旋回ドラムとの回転角を制御することにより、カッタヘッドの外径に対応する最小径円形断面から、その外径に内旋回ドラムの4倍の偏心量を直径とする最大径円形断面の範囲内で、任意位置にカッタ駆動軸を移動させることにより任意な断面のトンネルを掘削することができるので、親シールド機の掘進時と子シールド機の掘進時とを同一のカッタヘッドを使用して異径断面のトンネルを掘削することができる。したがって、従来必要であったカッタヘッド外周部の着脱構造やカッタヘッドの溶断作業が不要となり、簡単な構造のカッタヘッドで親シールド機用と子シールド機用のトンネルを掘削することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を図1〜図10に基づいて説明する。
【0013】
このシールド掘進機は、図1〜図3に示すように、シールド本体1の前部にシールド軸心O周りに回転自在に配置されて多数のカッタビット2aおよび複数の土砂取入口2bを有するカッタヘッド2によりトンネルを掘削するもので、シールド本体1の前部には、切羽崩壊土圧を支持する圧力室4を形成する圧力隔壁3が配置されている。そして、この圧力隔壁3にシールド軸心Oを中心に形成されたドラム支持穴3aに、軸受とシール部材を介して外旋回ドラム5が回転自在に支持されている。またこの外旋回ドラム5内でシールド軸心Oから所定の偏心量Eずれて形成された偏心穴5aに、軸受とシール部材を介して内旋回ドラム6が偏心軸心Oeを中心に回転自在に支持されている。そして、この内旋回ドラム6に形成された軸支持穴6aに、カッタヘッド2を支持するカッタ駆動軸(カッタ駆動部材)7が軸受とシール部材を介してシールド軸心Oと平行な軸心(シールド軸心Oを含む)周りに回転自在に支持されている。そして、前記外旋回ドラム5と内旋回ドラム6との前面が圧力隔壁3の前面と略面一状に形成されて圧力室4にドラム5,6が突出しないように構成されている。
【0014】
前記圧力隔壁3の後部の大気室8には、カッタヘッド2を駆動する掘削装置10が配設されており、この掘削装置10は、カッタ駆動軸7を介してカッタヘッド2を回転駆動するカッタ駆動装置11と、内旋回ドラム6を旋回駆動する内ドラム駆動装置12と、外旋回ドラム5を旋回駆動する外ドラム駆動装置13とで構成されている。
【0015】
前記カッタ駆動装置11は、カッタ駆動軸7の後端部に固定された受動大ギヤ14と、この受動大ギヤ14に噛合する複数の駆動ピニオン15と、これら駆動ピニオン15をそれぞれ回転駆動するカッタ回転駆動装置(油圧モータ、電動モータなど)16とで構成されている。そして、カッタ回転駆動装置16は、受動大ギヤ14と駆動ピニオン15を覆うギヤボックス17に配設され、このギヤボックス17は、反力支持装置18を介してシールド本体1に支持されいる。この反力支持装置18は、たとえばギヤボックス17とシールド本体1との間に揺動自在に連結された一対の伸縮支持具(電動式または油圧式ジャッキや油圧シリンダーなど)18a,18bにより構成され、カッタ駆動軸7の移動に追従可能で、かつカッタヘッド2による掘削反力をシールド本体に直接支持させるように構成されている。なお、この伸縮駆動装置18a,18bに替えて、互いに直交する2方向にスライド自在に支持するクロススライダー機構により構成することもできる。
【0016】
また内ドラム駆動装置12は、後面軸受を介して内旋回ドラム6の背面に一体に設けられた旋回用ウォームホイール21と、この旋回用ウォームホイール21に噛み合うウォームギヤ22と、外旋回ドラム5に設けられてウォームギヤ22を回転駆動する内ドラム回転装置(油圧モータ、電動モータなど)23とで構成されている。
【0017】
さらに外ドラム駆動装置13は、後面軸受を介して外旋回ドラム5の背面に一体に設けられた旋回用リングギヤ25と、旋回用リングギヤ25に噛み合う外ドラム駆動ピニオン26と、圧力隔壁3に支持部材を介して設けらて外ドラム駆動ピニオン26を回転駆動する外ドラム回転装置(油圧モータ、電動モータなど)27とで構成されている。
【0018】
また圧力隔壁3には、泥水式シールドの排土装置である送泥管9Aと排泥管9Bが貫設されている。なお送排泥管9A,9Bに替えて、土圧式シールドの土砂プラグにより圧力を保持しつつ土砂を排出する排土用スクリュコンベヤであってもよい。
【0019】
さらにシールド本体1の後部には、トンネル後方から搬入された覆工体であるセグメントピースを組み立てるエレクタ装置28と、このエレクタ装置28により組み立てられたセグメント30を反力受けとしてシールド本体1を前進させる推進ジャッキ29とが所定位置に配置されている。なお、セグメントを組み立てる方式に替えて、場所内コンクリートにより覆工体を構成してもよく、この場合の推進装置は、互いに接近離間移動可能な複数のグリッパ装置により構成される。
【0020】
上記構成におけるカッタヘッド2の動作を図2,図3を参照して説明する。
圧力隔壁3では、外旋回ドラム5とカッタ駆動軸7とがシールド軸心Oを中心に回転自在に配置され、また内旋回ドラム6がシールド軸心Oから偏心量Eで偏心された偏心軸心Oeを中心に回転自在に支持される。
【0021】
▲1▼.図3に示すように、外旋回ドラム5と内旋回ドラム6とを固定してカッタ駆動装置11によりカッタ駆動軸7を介してカッタヘッド2を回転駆動することにより、カッタヘッド2と同一の直径Dminの最小円形断面のトンネルTminを掘削することができる。なお、仮想線で示すように、最小円形断面のトンネルTmin′は、後述する直径Dmaxの範囲であれば、任意位置に設定できる。
【0022】
▲2▼.図5に示すように、内ドラム駆動装置12により内旋回ドラム6を180度旋回させることにより、カッタ駆動軸7をシールド軸心Oから偏心量E×2離れた位置Omに移動させ、内旋回ドラム6を固定した状態で、カッタ駆動装置11と外ドラム駆動装置13によりカッタヘッド2と外旋回ドラム5を回転駆動することにより、直径Dmax=Dmin+4×Eの最大円形断面のトンネルTmaxを掘削することができる。
【0023】
▲3▼.図6に示すように、カッタ駆動装置11によりカッタヘッド2を回転駆動するとともに、内ドラム駆動装置12と外ドラム駆動装置13とにより内旋回ドラム6と外旋回ドラム5の回転角を制御してカッタ駆動軸7を水平軸x−x方向に沿って4E分Om⇔Om′の間で移動させることにより、Dmin〜Dmaxの範囲で長径LD=Dmax、SD=Dminの長円形断面のトンネルTaを掘削することができる。なお、カッタ駆動軸7を垂直軸y−yに沿って移動させることにより、Dmin〜Dmaxの範囲で縦長の長円形断面のトンネルを掘削できる。もちろん2E分O⇔Omの移動で短長円形断面のトンネルTa′の掘削も可能となる。
【0024】
▲4▼.図7に示すように、▲3▼におけるカッタ駆動軸7の水平軸x−x上の2E分O⇔Omの移動軌跡を、往路軌跡と複路軌跡とで水平軸x−xから上下方向に所定範囲でずらすことにより、シールド軸心O上の最小円形断面のトンネルと内接した状態で、長径LD=Dmin+2×E、SD=Dminの横長の短楕円形断面のトンネルTbを掘削することができる。もちろんシールド軸Oに対称の楕円形断面のトンネルTb′を掘削できる。これは図8に示すように、水平軸x−xから垂直軸y−yに変更すると縦長短楕円形断面のトンネルTc,Tc′が掘削できる。
【0025】
▲5▼.図9に示すように、カッタ駆動装置11によりカッタヘッド2を回転駆動するとともに、内ドラム駆動装置12と外ドラム駆動装置13とによりカッタ駆動軸7の移動軌跡Oa〜Odを、Dmin〜Dmaxの範囲で図示した正方形や長方形上に駆動することにより、角丸の矩形断面のトンネルTdを掘削することができる。
【0026】
また上記の他に、カッタ駆動軸7の移動量を少なくすることで余掘り掘削が可能となる。
さらに、図10に示すように、掘削範囲に砂礫層31と粘土層32との境界部分に縦長の楕円形トンネルTcを土圧式シールドで掘削した場合、カッタヘッド2が砂礫層31を移動する時はカッタヘッド2を低速で回転駆動して、砂礫層31の崩壊を防止するとともに、カッタヘッド2が粘土層32を移動する時にはカッタヘッド2を高速で回転駆動して土砂を細片化し、土砂の流動を促して取り込みを促進させることができる。
【0027】
以上のように、上記掘削装置では、Dmin〜Dmaxの範囲であれば、任意の断面形状のトンネルを掘削することができる。もちろん、シールド本体1の断面は、掘削するトンネルの断面形状にあわせて製作され、余掘り掘削以外に拡幅掘削する場合には、シールド本体1をトンネル断面に対応させて拡幅可能な公知の胴体構造が採用される。
【0028】
上記実施の形態によれば、1つのカッタヘッド2だけで、コピーカッタなどの掘削用付加装置なしに、余掘り掘削や拡幅掘削が可能となり、また大小円形断面のトンネルの他に、長円形断面や楕円形断面、角丸矩形断面のトンネルを掘削することができる。
【0029】
また、外旋回ドラム5および内旋回ドラム6を圧力隔壁3の前面と面一に配置することにより、掘削装置10をコンパクトに構成することができ、従来のように圧力室4に突出する部材が無いので、掘削された岩石塊が噛み込まれた排土が困難になるようなことはない。
【0030】
さらに、反力支持装置18によりギヤボックス17を介してカッタ駆動装置11の掘削反力を直接シールド本体1に支持するので、大きい掘削力が得られ効果的にカッタヘッド2を回転駆動することができる。
【0031】
さらにまた、特に大きい径断面のトンネル掘削時に、旋回移動の所定範囲で土質に応じてカッタヘッド2の回転速度を変化させることができるので、良好な掘削状態を継続することができる。
【0032】
次に本発明に係る親子シールド掘進機の実施の形態を図11〜図17に基づいて説明する。
この親子シールド掘進機は、図11,図12に示すように、シールド機本体41の前部に、シールド軸心O周りに回転自在なカッタヘッド2を設け、シールド機本体41を親シールド本体42と、この親シールド本体42内に分離発進可能に配置された子シールド本体43とで構成し、トンネルの掘削途中で親シールド本体42を残して、カッタヘッド2と子シールド本体43からなる子シールド機をシールド軸心方向に発進可能にしたもので、子シールド機は先のシールド掘進機と同一構造であるため、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【0033】
親シールド本体41の掘進時の子シールド本体43は、図12に示すフロントプレート45と、テールプレート46が削除され、エレクタ装置47と推進ジャッキ29とが親シールド本体42側に設けられた状態で、カッタヘッド2が親シールド本体42の外周形状、たとえば円形に沿って移動されて大径の円形断面のトンネルが掘削される。
【0034】
そして、大径トンネルから小径トンネルに移行する子シールド本体43の発進時には、圧力室の土砂が取り除かれてフロントプレート45が取付けられるとともに、子シールド本体43が親シールド本体42から切り離される。そして、推進ジャッキ29が親シールド本体42から子シールド本体43に移設されるとともに、小径用のエレクタ装置28が装着される。そして、大径セグメント49の前端部にプレッシャリング50が組み立てられて、子シールド本体41の推進ジャッキ29の反力受けが形成され、カッタヘッド2が回転駆動されて推進ジャッキ29により子シールド本体41が所定距離前進されて、テールプレート46が取付けられ、プレッシャリング50と推進ジャッキ29の間に小径セグメント30が組み立てられて親シールド本体42から子シールド本体43が発進される。
【0035】
なお、上記実施の形態では、図13に示すように、子シールド本体43の掘進時に最小円形断面のトンネルt1を掘削させ、親シールド本体42の掘進時に大径円形トンネルT1を掘削させたが、図14〜図17に示すように、親シールド本体42の掘進時に最小円形断面のトンネルt1を覆う楕円形断面のトンネルT2や長円形のトンネルT3,T4、矩形断面のトンネルT5を形成してもよい。もちろん親シールド本体42の断面形状もトンネルに対応した同一形状となる。さらに、図18に示すように、子シールド本体43の掘進時に矩形断面のトンネルt5を掘削することもでき、図示しないが、楕円形や長円形断面のトンネルを形成することもでき、最小円形断面のトンネルTminと最大円形断面のトンネルTmaxの範囲では、あらゆる形状のトンネルを形成して組み合わせることができる。
【0036】
なお、上記実施の形態では、カッタヘッド2がカッタ駆動軸7により支持されているが、内旋回ドラム6に回転自在に支持された駆動ドラムに複数の支持脚を介してカッタヘッド2を支持させることもできる。
【0037】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項1記載の発明によれば、内旋回ドラムと外旋回ドラムとを圧力隔壁と面一状に配置したので、従来のように圧力室に大きな突出物がなく、大きい岩石塊などが挟まれて掘削不能となるといった事故を防止することができ、掘削装置をコンパクトに構成できる。また、従来のようにコピーカッタや副カッタなどのサブ掘削カッタを設けること無く、余掘り量が大きくとれるとともに、外旋回ドラムと内旋回ドラムとの協動により、任意位置にカッタ駆動軸を移動させて任意な断面を掘削することができる。
【0038】
また請求項2記載の発明によれば、内偏心ドラムの旋回に伴って移動するカッタ駆動装置を反力支持装置によりシールド本体に支持させるので、掘削反力を効果的に支持できて大きい掘削力で効果的に掘削することができる。
【0039】
さらに請求項3記載の発明によれば、外旋回ドラムと内旋回ドラムとの回転角を制御することにより、カッタヘッドの外径に対応する最小径円形断面から、その外径に内旋回ドラムの4倍の偏心量を直径とする最大径円形断面の範囲内で、任意位置にカッタ駆動軸を移動させることにより任意な断面のトンネルを掘削することができるので、親シールド機の掘進時と子シールド機の掘進時とを同一のカッタヘッドを使用して異径断面のトンネルを掘削することができる。したがって、従来必要であったカッタヘッド外周部の着脱構造やカッタヘッドの溶断作業が不要となり、簡単な構造のカッタヘッドで親シールド機用と子シールド機用のトンネルを掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示す側面断面図である。
【図2】同シールド掘進機の掘削装置を説明する正面図である。
【図3】同シールド掘進機のカッタヘッドの動きを説明する正面図である。
【図4】同シールド掘進機の反力支持装置を示す背面図である。
【図5】同シールド掘進機の掘削装置による掘削状態を説明する正面図である。
【図6】同シールド掘進機の掘削装置による長円形断面のトンネルの掘削状態を示す正面図である。
【図7】同シールド掘進機の掘削装置による短楕円形断面のトンネルの掘削状態を示す正面図である。
【図8】同シールド掘進機の掘削装置による縦長短楕円形断面のトンネルの掘削状態を示す正面図である。
【図9】同シールド掘進機の掘削装置による矩形断面のトンネルの掘削状態を示す正面図である。
【図10】同シールド掘進機の掘削装置による矩形断面のトンネルの掘削状態を示す正面図である。
【図11】本発明に係る親子シールド掘進機の実施の形態を示す側面断面図である。
【図12】同親子シールド掘進機の子シールド掘進機の発進状態を示す側面断面図である。
【図13】同親子シールド掘進機の掘削状態を示す正面図である。
【図14】同親子シールド掘進機の掘削装置による最小円形断面と大径の楕円形断面の掘削状態を示す正面図である。
【図15】同親子シールド掘進機の掘削装置による最小円形断面と大径の短長円形断面の掘削状態を示す正面図である。
【図16】同親子シールド掘進機の掘削装置による最小円形断面と大径の長長円形断面の掘削状態を示す正面図である。
【図17】同親子シールド掘進機の掘削装置による最小円形断面と大径の矩形断面の掘削状態を示す正面図である。
【図18】同親子シールド掘進機の掘削装置による小径の矩形断面と大径の矩形断面の掘削状態を示す正面図である。
【符号の説明】
O シールド軸心
Oe 偏心軸心
Tmin 最小円形断面トンネル
Tmax 最大円形断面トンネル
1 シールド本体
2 カッタヘッド
3 圧力隔壁
4 圧力室
5 外旋回ドラム
6 内旋回ドラム
7 カッタ駆動軸
8 大気室
10 掘削装置
11 カッタ駆動装置
12 内ドラム駆動装置
13 外ドラム駆動装置
17 ギヤボックス
18 反力支持装置
18a,18b 伸縮支持装置
29 推進ジャッキ
41 シールド機本体
42 親シールド本体
43 子シールド本体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drilling device for a shield machine capable of expanding and excavating a tunnel having an arbitrary shape within a range from a standard small-diameter circular cross section to a maximum circular cross-section, and a small-diameter cross-section shield shield machine during the excavation of a large-diameter cross-section tunnel. It relates to a parent-child shield machine to be launched.
[0002]
[Prior art]
In a conventional shield machine, for example, Japanese Patent Publication No. 7-116913 discloses a first drum that supports a cutter driving shaft that drives a cutter head in an eccentric position, and the first drum that is rotatably supported in the eccentric position. The thing provided with the 2nd drum and the bulkhead which supports this 2nd drum rotatably is disclosed.
[0003]
Also, in the case of a parent-child shield machine that starts a shield machine with a small-diameter section during excavation of a tunnel with a large-diameter section, the excavation range greatly changes when the parent shield machine is excavated and when the child shield machine is excavated. Correspondingly, the shape of the cutter head is changed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the previous conventional example, the second drum is arranged to protrude forward from the bulkhead, and the first drum is arranged to protrude forward from the second drum, so that the entire excavator becomes large. In addition, when a large rock block is taken into the pressure chamber, it protrudes in a substantially crank shape into the pressure chamber at the front of the bulkhead, and between the first and second drums and between the bulkhead. There is a possibility that the device is damaged by being bitten between the skin plate and it becomes difficult to discharge earth and sand.
[0005]
Further, in the parent-child shield machine, there is a problem in that the structure of the cutter head becomes complicated because the outer periphery of the cutter head needs to be detachable or needs to be removed by fusing.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a shield machine for excavating a shield machine capable of providing a sufficient space for the pressure chamber on the back of the cutter head and a parent-child shield machine for simplifying the structure of the cutter head. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is an excavation apparatus for a shield machine equipped with a rotatable cutter head at the front part of the shield body, wherein the face collapse pressure is applied at the front part of the shield body. An outer swiveling drum rotatably supported around a shield axis on a supporting pressure bulkhead, and an inner swiveling drum rotatably disposed around an eccentric shaft center deviated by a predetermined amount from the shield shaft center in the outer swiveling drum And a cutter driving member disposed on the inner rotating drum so as to be rotatable around the shield axis and supporting the cutter head, and the front surfaces of the outer and inner rotating drums are flush with the front surface of the pressure bulkhead. A cutter driving device that rotationally drives the cutter head via a cutter driving member, an inner drum driving device that drives the inner rotating drum to rotate, and an outer drum drive that drives the outer rotating drum to rotate. A location provided, the rotation axis of said cutter driving member is obtained by movably configured in any position in the range 4 times the eccentricity of the inner turning drum.
[0008]
According to the above configuration, since the inner and outer revolving drums are arranged flush with the pressure bulkhead, there is no large protrusion in the pressure chamber as in the prior art, and a large rock mass is sandwiched and excavation is impossible. Can prevent accidents, and the excavator can be made compact. In addition, the amount of excess excavation can be increased without providing a sub-drilling cutter such as a copy cutter or a sub-cutter as in the past, and the cutter drive shaft can be moved to an arbitrary position by the cooperation of the outer and inner rotating drums. Any section can be excavated.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a reaction force support device for supporting the excavation reaction force of the cutter driving device on the shield body in the above configuration.
According to the above configuration, since the cutter driving device that moves as the inner eccentric drum turns is supported by the shield body by the reaction force support device, the excavation reaction force can be effectively supported and the excavation force can be effectively excavated. can do.
[0010]
Furthermore, the invention according to claim 3 is provided with a cutter head that is rotatable around the shield axis at the front part of the shield machine body, and the shield machine body is disposed so as to be separated and started in the parent shield body. This is a parent-child shield machine that can start the child shield machine in the axial direction of the shield while leaving the parent shield body in the middle of tunnel excavation. A pressure partition that supports the collapsed earth pressure is provided, and a cutter driving member that supports the cutter head on the pressure partition, an outer revolving drum that is rotatably supported by the pressure partition around the shield axis, and the outer revolving drum An inner rotating drum that is rotatably arranged around an eccentric axis that is deviated by a predetermined amount from the shield axis, and a cutter head that is rotatably arranged around the shield axis on the inner rotating drum A cutter driving member provided to support the cutter driving device, and a cutter driving device that rotationally drives the cutter head via the cutter driving member; an inner drum driving device that drives the inner turning drum to turn; and an outer drum drive that drives the outer turning drum to turn. A cross-sectional shape of the parent shield body and the child shield body, and an arbitrary shape formed within a diameter range obtained by adding four times the eccentric amount of the inner swiveling drum to the cutter head diameter from the cutter head diameter; It is what.
[0011]
According to the above configuration, by controlling the rotation angle between the outer turning drum and the inner turning drum, from the smallest circular section corresponding to the outer diameter of the cutter head, the eccentric amount is four times that of the inner turning drum. Because the tunnel of any cross section can be excavated by moving the cutter drive shaft to an arbitrary position within the range of the maximum diameter circular cross section with a diameter of It is possible to excavate tunnels with different diameters using the same cutter head. Therefore, the conventional attachment / detachment structure of the outer periphery of the cutter head and the fusing operation of the cutter head are unnecessary, and the tunnels for the parent shield machine and the child shield machine can be excavated with the cutter head having a simple structure.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a shield machine according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 3, the shield machine has a plurality of cutter bits 2a and a plurality of earth and sand intakes 2b which are rotatably disposed around the shield axis O at the front portion of the shield body 1. A tunnel is excavated by a head 2, and a pressure bulkhead 3 that forms a pressure chamber 4 that supports the face collapsed earth pressure is disposed at the front of the shield body 1. The outer revolving drum 5 is rotatably supported through a bearing and a seal member in a drum support hole 3a formed in the pressure partition 3 around the shield axis O. Further, the inner turning drum 6 is rotatable about the eccentric shaft center Oe through a bearing and a seal member in an eccentric hole 5a formed in the outer turning drum 5 with a predetermined eccentricity E shifted from the shield shaft center O. It is supported. A cutter drive shaft (cutter drive member) 7 for supporting the cutter head 2 is inserted into a shaft support hole 6a formed in the inner rotating drum 6 with a shaft center (parallel to the shield axis O) via a bearing and a seal member ( (Including the shield axis O). The front surfaces of the outer revolving drum 5 and the inner revolving drum 6 are formed to be substantially flush with the front surface of the pressure partition 3 so that the drums 5 and 6 do not protrude into the pressure chamber 4.
[0014]
An excavation device 10 for driving the cutter head 2 is disposed in the atmospheric chamber 8 at the rear of the pressure bulkhead 3, and the excavation device 10 rotates the cutter head 2 via the cutter drive shaft 7. A driving device 11, an inner drum driving device 12 that drives the inner turning drum 6 to turn, and an outer drum driving device 13 that drives the outer turning drum 5 to turn.
[0015]
The cutter driving device 11 includes a passive large gear 14 fixed to the rear end portion of the cutter driving shaft 7, a plurality of driving pinions 15 meshing with the passive large gear 14, and a cutter that rotationally drives the driving pinions 15. A rotary drive device (hydraulic motor, electric motor, etc.) 16 is configured. The cutter rotation drive device 16 is disposed in a gear box 17 that covers the passive large gear 14 and the drive pinion 15, and the gear box 17 is supported by the shield body 1 via a reaction force support device 18. The reaction force support device 18 is constituted by a pair of telescopic support tools (such as an electric or hydraulic jack or a hydraulic cylinder) 18a and 18b that are swingably connected between the gear box 17 and the shield body 1, for example. Further, it is possible to follow the movement of the cutter driving shaft 7 and to directly support the excavation reaction force by the cutter head 2 on the shield body. In addition, it can replace with these expansion-contraction drive apparatuses 18a and 18b, and can also be comprised by the cross-slider mechanism supported so that sliding is possible in the mutually orthogonal two directions.
[0016]
Further, the inner drum driving device 12 is provided on the turning worm wheel 21 integrally provided on the back surface of the inner turning drum 6 through the rear bearing, the worm gear 22 meshing with the turning worm wheel 21, and the outer turning drum 5. And an inner drum rotating device (hydraulic motor, electric motor, etc.) 23 for rotating the worm gear 22.
[0017]
Further, the outer drum driving device 13 includes a turning ring gear 25 integrally provided on the back surface of the outer turning drum 5 via a rear bearing, an outer drum driving pinion 26 meshing with the turning ring gear 25, and a support member for the pressure bulkhead 3. And an outer drum rotating device (hydraulic motor, electric motor, etc.) 27 that rotates and drives the outer drum driving pinion 26.
[0018]
Further, the pressure partition 3 is provided with a mud pipe 9A and a mud pipe 9B, which are mud type shield earthing devices. Instead of the sending and discharging mud pipes 9A and 9B, a soil discharging screw conveyor that discharges the earth and sand while holding the pressure by the earth and sand plug of the earth pressure type shield may be used.
[0019]
Further, at the rear part of the shield main body 1, the shield main body 1 is moved forward by using an erector apparatus 28 for assembling a segment piece, which is a lining body carried from the rear of the tunnel, and a segment 30 assembled by the erector apparatus 28 as a reaction force receiver. A propulsion jack 29 is disposed at a predetermined position. In addition, it may replace with the system which assembles a segment, and a lining body may be comprised by in-place concrete, and the propulsion apparatus in this case is comprised by the several gripper apparatus which can mutually approach and move apart.
[0020]
The operation of the cutter head 2 in the above configuration will be described with reference to FIGS.
In the pressure bulkhead 3, the outer turning drum 5 and the cutter drive shaft 7 are rotatably arranged around the shield axis O, and the inner turning drum 6 is eccentric from the shield axis O by the eccentric amount E. It is supported rotatably about Oe.
[0021]
(1). As shown in FIG. 3, the outer turning drum 5 and the inner turning drum 6 are fixed, and the cutter head 2 is rotationally driven by the cutter driving device 11 via the cutter driving shaft 7, thereby having the same diameter as the cutter head 2. A tunnel Tmin having a minimum circular cross section of Dmin can be excavated. As indicated by a virtual line, the tunnel Tmin ′ having the smallest circular cross section can be set at an arbitrary position as long as the diameter Dmax is within a range described later.
[0022]
(2). As shown in FIG. 5, by rotating the inner turning drum 6 180 degrees by the inner drum driving device 12, the cutter driving shaft 7 is moved to a position Om away from the shield axis O by an eccentric amount E × 2, and the inner turning is performed. While the drum 6 is fixed, the cutter head 2 and the outer rotating drum 5 are rotationally driven by the cutter driving device 11 and the outer drum driving device 13, thereby excavating a tunnel Tmax having a maximum circular cross section with a diameter Dmax = Dmin + 4 × E. be able to.
[0023]
(3). As shown in FIG. 6, the cutter head 2 is driven to rotate by the cutter driving device 11, and the rotation angles of the inner rotating drum 6 and the outer rotating drum 5 are controlled by the inner drum driving device 12 and the outer drum driving device 13. By moving the cutter drive shaft 7 between Om and Om ′ for 4E along the horizontal axis xx, a tunnel Ta having an elliptical cross section with a major axis LD = Dmax and SD = Dmin in the range of Dmin to Dmax. Can be excavated. In addition, by moving the cutter drive shaft 7 along the vertical axis yy, a tunnel having a vertically long oval cross section can be excavated in the range of Dmin to Dmax. Of course, excavation of the tunnel Ta ′ having a short and long circular cross section is also possible by the movement of O⇔Om by 2E.
[0024]
(4). As shown in FIG. 7, the movement trajectory of 2E OmOm on the horizontal axis xx of the cutter drive shaft 7 in (3) is moved vertically from the horizontal axis xx by the forward path trajectory and the double path trajectory. By displacing within a predetermined range, a tunnel Tb having a horizontally long short elliptical section with a major axis LD = Dmin + 2 × E and SD = Dmin can be excavated in a state inscribed in the tunnel having the smallest circular section on the shield axis O. it can. Of course, the tunnel Tb ′ having an elliptical cross section symmetrical to the shield axis O can be excavated. As shown in FIG. 8, when the horizontal axis xx is changed to the vertical axis yy, tunnels Tc and Tc ′ having a vertically long and short elliptical cross section can be excavated.
[0025]
(5). As shown in FIG. 9, the cutter head 2 is rotationally driven by the cutter driving device 11, and the movement trajectories Oa to Od of the cutter driving shaft 7 are set to Dmin to Dmax by the inner drum driving device 12 and the outer drum driving device 13. By driving on a square or rectangle illustrated in the range, a tunnel Td having a rounded rectangular cross section can be excavated.
[0026]
In addition to the above, excessive excavation is possible by reducing the amount of movement of the cutter drive shaft 7.
Furthermore, as shown in FIG. 10, when a vertically long elliptical tunnel Tc is excavated in the excavation range at the boundary portion between the gravel layer 31 and the clay layer 32 with an earth pressure type shield, the cutter head 2 moves the gravel layer 31. Rotates the cutter head 2 at a low speed to prevent the gravel layer 31 from collapsing, and when the cutter head 2 moves the clay layer 32, the cutter head 2 is driven at a high speed to fragment the earth and sand. It is possible to promote uptake by promoting the flow of water.
[0027]
As described above, in the excavator, a tunnel having an arbitrary cross-sectional shape can be excavated within the range of Dmin to Dmax. Of course, the cross section of the shield body 1 is manufactured in accordance with the cross-sectional shape of the tunnel to be excavated, and in the case of widening excavation other than the excavation excavation, a well-known fuselage structure capable of widening the shield body 1 corresponding to the tunnel cross section. Is adopted.
[0028]
According to the above-described embodiment, it is possible to perform excavation and widening excavation with only one cutter head 2 without additional equipment for excavation such as a copy cutter. Or tunnels with elliptical and rounded rectangular cross sections can be excavated.
[0029]
Further, by arranging the outer revolving drum 5 and the inner revolving drum 6 flush with the front surface of the pressure bulkhead 3, the excavator 10 can be made compact, and a member that protrudes into the pressure chamber 4 as in the prior art is provided. Since there is no such thing, it will not be difficult to remove the soil where the excavated rock mass is bitten.
[0030]
Furthermore, since the reaction force support device 18 directly supports the excavation reaction force of the cutter driving device 11 on the shield body 1 via the gear box 17, a large excavation force can be obtained and the cutter head 2 can be effectively rotated. it can.
[0031]
Furthermore, since the rotational speed of the cutter head 2 can be changed in accordance with the soil quality within a predetermined range of swivel movement during tunnel excavation with a particularly large diameter cross section, a good excavation state can be continued.
[0032]
Next, an embodiment of a parent-child shield machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 11 and 12, this parent-child shield machine has a cutter head 2 that is rotatable around the shield axis O at the front of the shield machine body 41, and the shield machine body 41 is connected to the parent shield body 42. And a child shield body 43 disposed in the parent shield body 42 so as to be separated and started. The child shield consisting of the cutter head 2 and the child shield body 43 is left while the tunnel shield is being excavated. The machine can be started in the direction of the shield axis, and the child shield machine has the same structure as the previous shield machine.
[0033]
The child shield main body 43 when the parent shield main body 41 is excavated is a state in which the front plate 45 and the tail plate 46 shown in FIG. 12 are removed, and the erector device 47 and the propulsion jack 29 are provided on the parent shield main body 42 side. Then, the cutter head 2 is moved along the outer peripheral shape of the parent shield main body 42, for example, a circular shape, and a tunnel having a large-diameter circular section is excavated.
[0034]
Then, when the child shield main body 43 moving from the large diameter tunnel to the small diameter tunnel starts, the sand in the pressure chamber is removed and the front plate 45 is attached, and the child shield main body 43 is separated from the main shield main body 42. The propulsion jack 29 is moved from the parent shield main body 42 to the child shield main body 43, and the small-diameter erector device 28 is mounted. Then, the pressure ring 50 is assembled at the front end portion of the large-diameter segment 49 to form a reaction force receiver of the propulsion jack 29 of the child shield main body 41, the cutter head 2 is driven to rotate, and the propulsion jack 29 rotates the child shield main body 41. Is advanced by a predetermined distance, the tail plate 46 is attached, the small-diameter segment 30 is assembled between the pressure ring 50 and the propulsion jack 29, and the child shield body 43 is started from the parent shield body 42.
[0035]
In the above embodiment, as shown in FIG. 13, the tunnel t1 having the smallest circular cross section is excavated when the child shield main body 43 is excavated, and the large-diameter circular tunnel T1 is excavated when the main shield main body 42 is excavated. As shown in FIGS. 14 to 17, even when the parent shield main body 42 is dug, an elliptical-shaped tunnel T2, an elliptical-shaped tunnel T3, T4, or a rectangular-shaped tunnel T5 that covers the tunnel t1 having the smallest circular section is formed. Good. Of course, the cross-sectional shape of the parent shield body 42 is also the same shape corresponding to the tunnel. Further, as shown in FIG. 18, a tunnel t5 having a rectangular cross section can be excavated when the child shield main body 43 is excavated, and although not shown, an elliptical or oval cross section tunnel can be formed. In the range of the tunnel Tmin and the tunnel Tmax having the maximum circular cross section, tunnels of any shape can be formed and combined.
[0036]
In the above embodiment, the cutter head 2 is supported by the cutter drive shaft 7, but the cutter head 2 is supported by a drive drum rotatably supported by the inner turning drum 6 via a plurality of support legs. You can also
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the inner rotating drum and the outer rotating drum are arranged flush with the pressure partition wall, there is no large protrusion in the pressure chamber as in the prior art, and a large rock It is possible to prevent an accident in which excavation is impossible due to a lump or the like being sandwiched, and the excavator can be configured compactly. In addition, the amount of excess excavation can be increased without providing a sub-drilling cutter such as a copy cutter or a sub-cutter as in the past, and the cutter drive shaft can be moved to an arbitrary position by the cooperation of the outer and inner rotating drums. Any section can be excavated.
[0038]
According to the second aspect of the present invention, since the cutter driving device that moves as the inner eccentric drum turns is supported by the shield body by the reaction force support device, the excavation reaction force can be effectively supported and the excavation force can be increased. Can be drilled effectively.
[0039]
Furthermore, according to the invention described in claim 3, by controlling the rotation angle between the outer turning drum and the inner turning drum, the outer diameter of the inner turning drum is increased from the smallest circular section corresponding to the outer diameter of the cutter head. Since the tunnel with an arbitrary cross section can be excavated by moving the cutter drive shaft to an arbitrary position within the range of the maximum diameter circular cross section whose diameter is four times the amount of eccentricity, The same cutter head can be used for excavating tunnels with different diameters when the shield machine is being excavated. Therefore, the conventional attachment / detachment structure of the outer periphery of the cutter head and the fusing work of the cutter head are unnecessary, and the tunnels for the parent shield machine and the child shield machine can be excavated with the cutter head having a simple structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a shield machine according to the present invention.
FIG. 2 is a front view for explaining an excavation device of the shield machine.
FIG. 3 is a front view for explaining the movement of the cutter head of the shield machine.
FIG. 4 is a rear view showing a reaction force support device of the shield machine.
FIG. 5 is a front view for explaining a state of excavation by the excavator of the shield machine.
FIG. 6 is a front view showing an excavation state of a tunnel having an oval cross section by the excavation apparatus of the shield machine.
FIG. 7 is a front view showing an excavation state of a tunnel having a short oval cross section by the excavation device of the shield machine.
FIG. 8 is a front view showing a state of excavation of a tunnel having a vertically long elliptical cross section by the excavation device of the shield machine.
FIG. 9 is a front view showing an excavation state of a tunnel having a rectangular cross section by the excavator of the shield machine.
FIG. 10 is a front view showing an excavation state of a tunnel having a rectangular cross section by the excavation apparatus of the shield machine.
FIG. 11 is a side cross-sectional view showing an embodiment of a parent-child shield machine according to the present invention.
FIG. 12 is a side sectional view showing a start state of the child shield machine of the parent-child shield machine.
FIG. 13 is a front view showing an excavation state of the parent-child shield machine.
FIG. 14 is a front view showing an excavation state of a minimum circular cross section and a large-diameter elliptical cross section by the excavation apparatus of the parent-child shield machine.
FIG. 15 is a front view showing an excavation state of a minimum circular section and a large-diameter short and long circular section by the excavation apparatus of the parent-child shield machine.
FIG. 16 is a front view showing an excavation state of a minimum circular section and a large-diameter oblong section by the excavation apparatus of the parent-child shield machine.
FIG. 17 is a front view showing a state of excavation of a minimum circular section and a large-diameter rectangular section by the excavation apparatus of the parent-child shield machine.
FIG. 18 is a front view showing a state where a small-diameter rectangular section and a large-diameter rectangular section are excavated by the excavator of the parent-child shield machine.
[Explanation of symbols]
O Shield axis Oe Eccentric axis Tmin Minimum circular section tunnel Tmax Maximum circular section tunnel 1 Shield body 2 Cutter head 3 Pressure bulkhead 4 Pressure chamber 5 Outer rotating drum 6 Inner rotating drum 7 Cutter drive shaft 8 Atmosphere chamber 10 Excavator 11 Cutter Drive device 12 Inner drum drive device 13 Outer drum drive device 17 Gear box 18 Reaction force support devices 18a, 18b Telescopic support device 29 Propulsion jack 41 Shield machine main body 42 Parent shield main body 43 Child shield main body

Claims (3)

シールド本体の前部に回転自在なカッタヘッドを具備したシールド掘進機の掘削装置であって、
シールド本体の前部で切羽崩壊土圧を支持する圧力隔壁に、シールド軸心周りに回転自在に支持された外旋回ドラムと、この外旋回ドラム内でシールド軸心から所定量ずれた偏心軸心周りに回転自在に配置された内旋回ドラムと、この内旋回ドラムにシールド軸心周りに回転自在に配置されてカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材とを設け、
前記外旋回ドラムと内旋回ドラムとの前面を圧力隔壁の前面と面一状に配置し、
前記カッタヘッドをカッタ駆動部材を介して回転駆動するカッタ駆動装置と、内旋回ドラムを旋回駆動する内ドラム駆動装置と、外旋回ドラムを旋回駆動する外ドラム駆動装置とを設け、
前記カッタ駆動部材の回転軸心を、内旋回ドラムの偏心量の4倍の範囲で任意位置に移動可能に構成した
ことを特徴とするシールド掘進機の掘削装置。
A shield machine excavator having a rotatable cutter head at the front of the shield body,
An outer rotating drum supported rotatably around the shield axis on a pressure bulkhead supporting the face collapse earth pressure at the front of the shield body, and an eccentric shaft center deviated by a predetermined amount from the shield axis in the outer rotating drum An inner swiveling drum rotatably disposed around the inner swiveling drum, and a cutter driving member disposed on the inner swirling drum so as to be rotatable about the shield axis and supporting the cutter head;
The front surfaces of the outer and inner revolving drums are arranged flush with the front surface of the pressure bulkhead,
A cutter driving device that rotationally drives the cutter head via a cutter driving member, an inner drum driving device that drives the inner rotating drum to rotate, and an outer drum driving device that drives the outer rotating drum to rotate,
An excavation device for a shield machine, wherein the rotational axis of the cutter driving member is configured to be movable to an arbitrary position within a range four times the eccentric amount of the inner turning drum.
カッタ駆動装置の掘削反力をシールド本体に支持させる反力支持装置を設けた
ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機の掘削装置。
The excavation device for a shield machine according to claim 1, further comprising a reaction force support device for supporting the excavation reaction force of the cutter driving device on the shield body.
シールド機本体の前部に、シールド軸心周りに回転自在なカッタヘッドを設け、シールド機本体を親シールド本体と、この親シールド本体内に分離発進可能に配置された子シールド本体とで構成し、トンネルの掘削途中で親シールド本体を残して子シールド掘進機をシールド軸心方向に発進可能な親子シールド掘進機であって、
子シールド本体の前部に切羽崩壊土圧を支持する圧力隔壁を設け、
この圧力隔壁にカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材と、圧力隔壁にシールド軸心周りに回転自在に支持された外旋回ドラムと、この外旋回ドラム内でシールド軸心から所定量ずれた偏心軸心周りに回転自在に配置された内旋回ドラムと、この内旋回ドラムにシールド軸心周りに回転自在に配置されてカッタヘッドを支持するカッタ駆動部材とを設け、
前記カッタヘッドをカッタ駆動部材を介して回転駆動するカッタ駆動装置と、内旋回ドラムを旋回駆動する内ドラム駆動装置と、外旋回ドラムを旋回駆動する外ドラム駆動装置とを設け、
親シールド本体および子シールド本体の断面形状を、カッタヘッドの直径からカッタヘッドの直径に内旋回ドラムの偏心量の4倍を加えた直径の範囲内に形成される任意形状とした
ことを特徴とする親子シールド掘進機。
A cutter head that can rotate around the shield axis is provided at the front of the shield machine body, and the shield machine body is composed of a parent shield body and a child shield body that can be separated and started in the parent shield body. , A parent-child shield machine capable of starting the child shield machine in the axial direction of the shield while leaving the parent shield body during tunnel excavation,
A pressure bulkhead is provided at the front of the child shield body to support the face collapse earth pressure.
A cutter driving member that supports the cutter head on the pressure bulkhead, an outer swing drum that is rotatably supported around the shield axis by the pressure bulkhead, and an eccentric shaft center that is deviated by a predetermined amount from the shield axis in the outer swing drum An inner swiveling drum rotatably disposed around the inner swiveling drum, and a cutter driving member disposed on the inner swirling drum so as to be rotatable about the shield axis and supporting the cutter head;
A cutter driving device that rotationally drives the cutter head via a cutter driving member, an inner drum driving device that drives the inner rotating drum to rotate, and an outer drum driving device that drives the outer rotating drum to rotate,
The cross-sectional shape of the parent shield body and the child shield body is an arbitrary shape formed within a range of the diameter of the cutter head to the diameter of the cutter head plus four times the eccentric amount of the inner turning drum. Parent-child shield machine.
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