JP3832005B2 - 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、シールド掘進機に関するものであり、より詳しくは、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレームに設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止し得るようにしたシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土中にトンネルを掘るために、従来より、シールド掘進機が使われている。
【０００３】
上記シールド掘進機は、筒形のシールドフレームの先端面にカッターを回転自在に取付けて、カッターを回転させることにより、土砂を掘削するようにし、シールドフレームの内部に設けたセグメント組立装置により、カッターで掘削した掘削坑内に円弧状をしたセグメントと呼ばれるコンクリート製などのブロックを円形などに組立てて、コンクリート製のトンネルを構築させるようにし、更に、シールドフレームの内部に設けたシールドジャッキにより、トンネルの既設部分の先端に反力を支持させて、シールドフレームを推進させるようにしたものである。
【０００４】
上記シールド掘進機は、図８に示すように、発進用立坑１と到達用立坑２を設けて、発進用立坑１から到達用立坑２へと向けて掘進させて行くようにしている。
【０００５】
そして、従来は、シールド掘進機３の発進や到達のために、防護工事として発進用立坑１と到達用立坑２の坑口４，５となる部分の周辺の地盤改良を行った上で（地盤改良部６，７）、人力により立坑土留壁８，９を取壊して坑口４，５を形成するようにしていた。
【０００６】
尚、図中、１０はシールド掘進機３のシールドフレーム、１１はシールド掘進機３のカッター、１２は掘削坑内にセグメント１３を組み立てて構築されたトンネルである。
【０００７】
しかし、防護工事としての発進用立坑１と到達用立坑２の坑口４，５となる部分の周辺に対する地盤改良作業は、地上の交通規制などを伴った大掛りな工事となるという問題がある。又、人力による立坑土留壁８，９の取壊し作業は、作業自体が困難で時間が掛り、且つ、作業に伴って塵埃なども多量に発生するので好ましくないという問題がある。
【０００８】
そこで、近年、図９に示すように、高強度コンクリートと炭素繊維などの高強度補強材を使った、良好な切削性と土留機能と施工性と止水性を有する新素材コンクリート壁１４，１５を用いて立坑土留壁８，９の坑口４，５周辺部分を形成し、シールド掘進機３のカッター１１で直接新素材コンクリート壁１４，１５を掘削させることにより坑口４，５を形成させるようにすることが検討されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記新素材コンクリート壁を用いたシールド掘進機の発進・到達手段には、以下のような問題があった。
【００１０】
即ち、シールド掘進機３のカッター１１では、シールドフレーム１０の外径に相当する大きさの坑口４，５しか新素材コンクリート壁１４，１５に形成することができないのに対し、シールド掘進機３のシールドフレーム１０には、外径よりも外側へ突出する、図１０・図１１に示すような同時裏込剤注入装置などの突起物１６が取付けられているため、シールド掘進機３が自分で掘削した坑口４，５を通る時に、同時裏込剤注入装置などの突起物１６が坑口４，５に干渉して、坑口４，５を破損したり、反対に、同時裏込剤注入装置などの突起物１６が破損されたりするおそれがある。
【００１１】
尚、同時裏込剤注入装置とは、シールド掘進機３による地山の掘削とほぼ同時に掘削坑へ裏込剤を注入することにより地盤の沈下を防止させるようにする装置である。又、同時裏込剤注入装置などの突起物１６は、発進・到達以外の通常掘削中には、地山に食い込ませつつ掘進させて行くようにすることができるので、突出していても障害となるようなことは無い。
【００１２】
本発明は、上述の実情に鑑み、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレームに設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止し得るようにしたシールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シールドフレーム１０における外方への突起物１６の前方に、回転駆動式切削装置３０のカッタービット部３７をシールドフレーム１０に対して突出収納自在に設けたシールド掘進機であって、前記回転駆動式切削装置３０が、先端にカッタービット部３７を備えた切削用回転内筒３６と、切削用回転内筒３６を回転及び抜き差し可能に支持する外筒ケーシング３９とを備え、外筒ケーシング３９に切削用回転内筒３６を内方へ引き抜いた時に外筒ケーシング３９を締め切り可能な締切機構３８を備え、カッタービット部３７をシールドフレーム１０の内方から交換可能にしたことを特徴とするシールド掘進機にかかるものである。
【００１７】
更に、回転駆動式切削装置３０による切削屑４８を、カッターチャンバー２１へ案内する切削屑排出路５０を設けるようにしても良い。
【００１８】
具体的には、切削用回転内筒３６の先端に切削屑流入室４９を設け、切削屑流入室４９の側部に切削屑排出孔５１を形成し、切削用回転内筒３６の先端を支持する切削装置支持部材３２に、切削屑排出孔５１を介して切削屑流入室４９とカッターチャンバー２１とを連通する切削屑排出路５０を形成しても良い。
【００１９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２０】
シールドフレーム１０における外方への突起物１６の前方に対して設けた、回転駆動式切削装置３０により、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレーム１０に設けられた突起物の坑口に対する干渉部分を掘削することができ、よって、シールドフレーム１０に設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止することができる。
【００２１】
この場合において、回転駆動式切削装置３０のカッタービット部３７を、シールドフレーム１０に対して突出収納自在とすることにより、通常掘削中に、カッタービット部３７を収納状態として、カッタービット部３７の摩耗を防止することができる。
【００２２】
又、回転駆動式切削装置３０のカッタービット部３７を、シールドフレーム１０の内方から交換可能に設けることにより、万一、カッタービット部３７が摩耗した場合でも、容易に、回転駆動式切削装置３０の機能を復活させることが可能となる。
【００２３】
具体的には、外筒ケーシング３９から切削用回転内筒３６を引き抜いて切削用回転内筒３６に取付けられたカッタービット部３７をシールドフレーム１０の内方から交換させるようにする。この際、外筒ケーシング３９は、締切機構３８を用いて締め切らせるようにする。
【００２４】
更に、回転駆動式切削装置３０による切削屑４８を、切削屑排出路５０を介して、カッターチャンバー２１へ排出することができる。
【００２５】
具体的には、回転駆動式切削装置３０による切削屑４８は、切削用回転内筒３６の先端に設けられた切削屑流入室４９へ入り、切削屑流入室４９から切削屑排出孔５１と切削屑排出路５０を通してカッターチャンバー２１へ排出される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２７】
図１〜図７は、本発明の実施の形態の一例である。
【００２８】
新素材コンクリート壁を用いたシールド掘進機の発進・到達のための基本的な構成については、図９と同様であるため、同一の部分については同一の符号を付すことにより説明を省略し、且つ、必要な場合には、図９を参照する。
【００２９】
尚、本実施の形態では、いわゆる泥水式のシールド掘進機３に適用する例を説明しているが、特に、泥水式のシールド掘進機３に限るものではない。
【００３０】
又、１７はシールドフレーム１０の先端部に形成された隔壁、１８は隔壁１７に枢支されたカッター１１の回転軸、１９は駆動力伝達機構２０を介してカッター１１を回転させるためのモータ、２１は隔壁１７とカッター１１との間に形成されるカッターチャンバー、２２はカッターチャンバー２１へ泥水を送給するための送泥管、２３はカッターチャンバー２１から泥水を排出するための排泥管、２４は排泥管２３から送泥管２２へ泥水の一部を循環利用させるための泥水環流管、２５は排泥管２３入口の詰まりを防止するために設けられたアジテーターと呼ばれる羽根状体、２６はアジテーター２５を回転させるためのモータなどのアジテーター駆動装置、２７はシールドフレーム１０の後端側に取付けられたテールシール、２８はシールド掘進機３を推進させるためのシールドジャッキ、２９はシールド掘進機３で掘削した掘削坑である。
【００３１】
そして、本発明では、シールドフレーム１０における同時裏込剤注入装置などの突起物１６の前方に対し、ドリル装置などの回転駆動式切削装置３０を設ける。尚、突起物１６が複数ある場合には、各突起物１６に対して回転駆動式切削装置３０をそれぞれ個別に設けるようにする。
【００３２】
より具体的には、先ず、シールドフレーム１０の隔壁１７が接続された部分における、対象とする突起物１６と対応する位置に、外面がシールドフレーム１０の外径とほぼ同一の曲率を有し、外面の後部に、突起物１６と同じ程度か或いは突起物１６よりも僅かに大きく外方へ突出する突起物保護用突出部３１を有し、且つ、全体が側方から見てほぼ三角形状をして、シールドフレーム１０の内方へ張出すブロック状の切削装置支持部材３２を取付ける。
【００３３】
そして、切削装置支持部材３２に、前方へ進むに従い外方へと向かい、シールドフレーム１０の内外間を貫通する傾斜した貫通孔３５を形成する。この際、切削装置支持部材３２における突起物保護用突出部３１よりも前方の位置に、貫通孔３５の外側開口３３を形成し、且つ、切削装置支持部材３２における隔壁１７よりも後方の位置に、貫通孔３５の内側開口３４を形成するようにする。
【００３４】
更に、傾斜した貫通孔３５に、貫通孔３５と同芯状となるよう傾斜配置された回転駆動式切削装置３０の切削用回転内筒３６を回転自在で且つ抜き差し可能に挿通配置し、貫通孔３５の外側開口３３から切削用回転内筒３６の先端を一部出させた時に、切削用回転内筒３６先端に設けられたカッタービット部３７が、同時裏込剤注入装置などの突起物１６や切削装置支持部材３２よりも大きくシールドフレーム１０の外方へ突出され得るようにする。
【００３５】
そして、上記回転駆動式切削装置３０は、中間部にボールバルブなどの締切機構３８を有し、切削装置支持部材３２の内側開口３４部分に先端部を固定される外筒ケーシング３９と、外筒ケーシング３９の内部に回転自在で且つ抜き差し可能に挿通された前記切削用回転内筒３６と、切削用回転内筒３６を回転駆動するモータなどの回転駆動装置４０と、モータなどの回転駆動装置４０を支持するスライド体４１及び外筒ケーシング３９に固定され外筒ケーシング３９の軸線方向へ延びてスライド体４１の移動を案内するスライドガイド４２から成るスライド機構４３と、スライド体４１及び外筒ケーシング３９間に介装された、外筒ケーシング３９の軸線方向へ延びるシリンダなどのスライド駆動装置４４とで主に構成されている。
【００３６】
又、前記切削用回転内筒３６は、図３・図５に示すように、先端に十文字状のスポーク４５が取付けられ、該スポーク４５に複数のビット４６が取付けられて前記カッタービット部３７を構成している。そして、切削用回転内筒３６の内部には、仕切板４７が取付けられて、カッタービット部３７で切削した新素材コンクリート壁１４，１５の切削屑４８を収容可能とする切削屑流入室４９を構成している。
【００３７】
更に、切削装置支持部材３２の貫通孔３５とカッターチャンバー２１との間に切削屑排出路５０を形成すると共に、切削用回転内筒３６の切削屑流入室４９の側部に切削屑排出路５０と連通可能な切削屑排出孔５１を設ける。
【００３８】
そして、切削装置支持部材３２の貫通孔３５における隔壁１７よりも後方の位置に、切削用回転内筒３６に対するシール５２を設けると共に、外筒ケーシング３９におけるボールバルブなどの締切機構３８の取付フランジ５３の部分や外筒ケーシング３９の後端部５４に、図７に示すような切削用回転内筒３６に対するシール５５を設ける。尚、外筒ケーシング３９は、先端部以外にも、中間部などを、シールドフレーム１０に対して支持させるようにしても良い。
【００３９】
次に、作動について説明する。
【００４０】
上記した泥水式のシールド掘進機３は、送泥管２２からカッターチャンバー２１内へ泥水を送り、泥水の特性と泥水圧を利用して切羽に作用する土圧と水圧に対抗させることにより、切羽地盤の安定化を図りつつ、切羽をカッター１１で掘削し、掘削した土砂を泥水と共に排泥管２３を介して地上まで流体移送させ、泥水中の土砂などの固形物を回収させるようにしたものである。
【００４１】
そして、本発明では、高強度コンクリートと炭素繊維などの高強度補強材を使った、良好な切削性と土留機能と施工性と止水性を有する新素材コンクリート壁１４，１５を用いて発進用立坑１と到達用立坑２の立坑土留壁８，９の坑口４，５周辺部分を形成し、シールド掘進機３のシールドフレーム１０先端のカッター１１で直接新素材コンクリート壁１４，１５を掘削させることにより坑口４，５を形成させるようにする場合には、同時に、シリンダなどのスライド駆動装置４４を伸長動させることにより、スライドガイド４２、スライド体４１、モータなどの回転駆動装置４０を介して、切削用回転内筒３６を、外筒ケーシング３９に対して切削装置支持部材３２の側へ押し、貫通孔３５の外側開口３３から切削用回転内筒３６の先端を一部出させて、切削用回転内筒３６先端に設けられたカッタービット部３７を、同時裏込剤注入装置などの突起物１６や切削装置支持部材３２よりも大きくシールドフレーム１０の外方へ突出させるようにする。
【００４２】
そして、モータなどの回転駆動装置４０を駆動して、外筒ケーシング３９に対し、切削用回転内筒３６を回転させることにより、切削用回転内筒３６の先端に取付けられた、十文字状のスポーク４５に複数のビット４６を取付けたカッタービット部３７で、発進用立坑１や到達用立坑２の立坑土留壁８，９の坑口４，５周辺部分を形成する新素材コンクリート壁１４，１５の同時裏込剤注入装置などの突起物１６に相当する位置を切削させる。
【００４３】
これにより、シールド掘進機３が自分のカッター１１で掘削した坑口４，５を通る時に、同時裏込剤注入装置などの突起物１６は、回転駆動式切削装置３０で切削した部分を通ることとなるので、同時裏込剤注入装置などの突起物１６が坑口４，５に干渉して、坑口４，５を破損したり、反対に、同時裏込剤注入装置などの突起物１６が破損されたりすることを防止することができる。
【００４４】
そして、カッタービット部３７で切削した新素材コンクリート壁１４，１５の切削屑４８は、切削用回転内筒３６先端の十文字状のスポーク４５の間から、切削用回転内筒３６先端内の仕切板４７よりも上側に形成された切削屑流入室４９へと収容され、切削屑４８がシールドフレーム１０と坑口４，５との間に詰まってしまうようなことが防止される。
【００４５】
或いは更に、切削屑流入室４９へ収容された切削屑４８は、切削用回転内筒３６の切削屑流入室４９の側部に形成された切削屑排出孔５１から、切削装置支持部材３２に形成された切削屑排出路５０を通って、カッターチャンバー２１内へと排出され、カッターチャンバー２１から、排泥管２３を介して掘削した土砂と共に泥水により地上まで流体移送され、回収される。
【００４６】
そして、回転駆動式切削装置３０をシールドフレーム１０に対して斜めの配置とすることにより、余分な空間のないシールド掘進機３の内部に対して回転駆動式切削装置３０をうまく据え付けることが可能となると共に、切削用回転内筒３６の先端部を同時裏込剤注入装置などの突起物１６に合わせた形状に突出させることが可能となり、更に、切削用回転内筒３６を隔壁１７よりも前方に位置させて、切削屑４８をカッターチャンバー２１内へと排出させることが可能となる。
【００４７】
次に、シールド掘進機３の通常掘削時には、モータなどの回転駆動装置４０による切削用回転内筒３６の回転を停止させた状態で、シリンダなどのスライド駆動装置４４を収縮動させることにより、スライドガイド４２、スライド体４１、モータなどの回転駆動装置４０を介して、切削用回転内筒３６を、外筒ケーシング３９に対し切削装置支持部材３２の側へ、図２・図３に仮想線で示す位置まで引き戻し、貫通孔３５の外側開口３３から切削用回転内筒３６の先端が出ないようにする。
【００４８】
これにより、シールド掘進機３の通常掘削時に、切削用回転内筒３６のカッタービット部３７を保護して、ビット４６が無駄に摩耗してしまうのを防止することができる。
【００４９】
この際、切削屑排出路５０と貫通孔３５を介してカッターチャンバー２１とシールドフレーム１０先端側部との間が連通状態となってしまうが、このような状態となっても特に支障はない。
【００５０】
そして、万一、切削用回転内筒３６のビット４６が摩耗した場合には、シリンダなどのスライド駆動装置４４を取外し、スライドガイド４２からスライド体４１を引き抜き、更に、外筒ケーシング３９から切削用回転内筒３６を引き抜くことにより、シールドフレーム１０内で、ビット４６を交換することが可能である。
【００５１】
この際、外筒ケーシング３９の中間部に設けられたボールバルブなどの締切機構３８を締めることにより、貫通孔３５及び外筒ケーシング３９を介して、シールドフレーム１０の内外間が連通状態となるのを防止する。
【００５２】
又、切削装置支持部材３２の貫通孔３５における隔壁１７よりも後方の位置に設けたシール５２や、外筒ケーシング３９におけるボールバルブなどの締切機構３８の取付フランジ５３の部分や外筒ケーシング３９の後端部５４に設けたシール５５により、貫通孔３５や外筒ケーシング３９と切削用回転内筒３６との間から土砂などがシールドフレーム１０の内部へ入り込むことを確実に防止することができる。
【００５３】
尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシールド掘進機によれば、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレームに設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止することができるという優れた効果を奏し得る。更に、外筒ケーシングから切削用回転内筒を引き抜いて切削用回転内筒に取付けられたカッタービット部をシールドフレームの内方から交換できるため、万一、カッタービット部が摩耗した場合でも、容易に回転駆動式切削装置の機能を復活させることができる効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の全体概略側方断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ矢視図である。
【図７】図３のＶＩＩ部分拡大断面図である。
【図８】従来におけるシールド掘進機の発進・到達の状態を示す図である。
【図９】新素材コンクリート壁を用いたシールド掘進機の発進・到達の状態を示す図である。
【図１０】シールドフレームに取付けられた突起物の状態を示す概略正面図である。
【図１１】図１０のＸＩ部分拡大図である。
【符号の説明】
１０ シールドフレーム
１６ 突起物
２１ カッターチャンバー
３０ 回転駆動式切削装置
３２ 切削装置支持部材
３６ 切削用回転内筒
３７ カッタービット部
３８ 締切機構
３９ 外筒ケーシング
４８ 切削屑
４９ 切削屑流入室
５０ 切削屑排出路
５１ 切削屑排出孔

Claims (3)

1. シールドフレーム（１０）における外方への突起物（１６）の前方に、回転駆動式切削装置（３０）のカッタービット部（３７）をシールドフレーム（１０）に対して突出収納自在に設けたシールド掘進機であって、前記回転駆動式切削装置（３０）が、先端にカッタービット部（３７）を備えた切削用回転内筒（３６）と、切削用回転内筒（３６）を回転及び抜き差し可能に支持する外筒ケーシング（３９）とを備え、外筒ケーシング（３９）に切削用回転内筒（３６）を内方へ引き抜いた時に外筒ケーシング（３９）を締め切り可能な締切機構（３８）を備え、カッタービット部（３７）をシールドフレーム（１０）の内方から交換可能にしたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 回転駆動式切削装置（３０）による切削屑（４８）を、カッターチャンバー（２１）へ案内する切削屑排出路（５０）を設けた請求項１記載のシールド掘進機。
3. 切削用回転内筒（３６）の先端に切削屑流入室（４９）を設け、切削屑流入室（４９）の側部に切削屑排出孔（５１）を形成し、切削用回転内筒（３６）の先端を支持する切削装置支持部材（３２）に、切削屑排出孔（５１）を介して切削屑流入室（４９）とカッターチャンバー（２１）とを連通する切削屑排出路（５０）を形成した請求項２記載のシールド掘進機。

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