JP3838426B2 - 親子シールド機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削においてトンネルの内径を異ならせて掘削する場合に用いる親子シールド機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネルを掘削する際に使用するシールド機において、トンネルの内径を異ならせて掘削することができる親子シールド機が知られていた。この親子シールド機は親シールドの内側に子シールドを格納する構造で、まず、子シールドを親シールドの内側に格納した親シールド状態で、大きな内径となるトンネルを掘削し、次に、親シールドの内側より子シールドを切り離して、ここから、子シールドのみとした子シールド状態で若干小さな内径となるトンネルを掘削するようにしたものである。
【０００３】
この親子シールド機にあっては、一般のシールド機と同様、シールド本体の前方にカッタを備えた回転自在となるカッタヘッドを装着し、このカッタヘッドはシールド本体の前部との間に土砂取込室を形成する。また、シールド本体の前部には円形の鋼板状のバルクヘッドを溶接にて固着し、このバルクヘッドによってカッタヘッドとシールド本体との間に形成した土砂取込室とシールド本体内とを仕切って土砂取込室からシールド本体内に土砂等が浸入するのを防止する。
【０００４】
なお、カッタヘッドにあっては、その外周に配置される親シールド側のカッタヘッドと、その内周に配置される子シールド側のカッタヘッドとで構成し、この親シールド側のカッタヘッドと子シールド側のカッタヘッドとを連結ピン等で強固に接合して、所望時にこの連結ピン等を外すことにより親シールド側のカッタヘッドと子シールド側のカッタヘッドとを分離して、子シールド側のカッタヘッドのみとすることができる。
【０００５】
また、シールド本体の前部に固着するバルクヘッドにあっても、その外周に配置される親シールド側のバルクヘッドと、その内周に配置される子シールド側のバルクヘッドとで構成し、この親シールド側のバルクヘッドと子シールド側のバルクヘッドとをボルト等で強固に接合して、所望時にこのボルト等を外すことにより親シールド側のバルクヘッドと子シールド側のバルクヘッドとを分離して、子シールド側のバルクヘッドのみとすることができる。
【０００６】
そして、このバルクヘッドにおいて、内周に配置される子シールド側のバルクヘッドに排土装置、例えばスクリューコンベヤを前後に貫通するように装着して、このスクリューコンベヤはカッタヘッドのカッタにより掘削し土砂取込室内に取り込んだ土砂をシールド本体内を経て後方に排出する。このスクリューコンベヤは親シールドの内側より子シールドを切り離すという親子シールド機特有の構造であるため、どうしても子シールド側のバルクヘッドに装着する必要があった。これは、子シールドを親シールドの内側に格納した親シールド状態、親シールドの内側より子シールドを切り離して子シールドのみとした子シールド状態のどちらの状態においても、スクリューコンベヤを使用できるようにするため、子シールドのみとした子シールド状態にあわせて、スクリューコンベヤを子シールド側のバルクヘッドに装着していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の親子シールド機にあっては、土砂取込室内に取り込んだ土砂を排出するスクリューコンベヤを子シールド側のバルクヘッドに装着していたため、子シールドのみとした子シールド状態での掘削作業にあっては、スクリューコンベヤにおける土砂取込室内の土砂の取り込み位置を若干小さな内径となるトンネルの下端にすることができ、スクリューコンベヤによる土砂取込室内からの土砂の取り込みすなわち排出を良好に行うことができるものの、子シールドを親シールドの内側に格納した親シールド状態での掘削作業にあっては、スクリューコンベヤにおける土砂取込室内の土砂の取り込み位置が大きな内径となるトンネルの下端より高い位置となり、この取り込み位置を下端にすることができずに土砂取込室内からの土砂の取り込みすなわち排出が悪くなる。これにより、土砂取込室内の外周に土砂の閉塞部が発生して、掘削作業時、カッタヘッドのカッタによる掘削に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明は、親子シールド機において、親シールド側及び子シールド側のカッタヘッドとシールド本体との間に形成した土砂取込室とシールド本体内とを仕切るバルクヘッドの一部に、当該バルクヘッドより分割・取り外し可能となる分割バルクヘッドを備えてなり、前記分割バルクヘッドは、親シールド状態での掘削作業に用いる親シールド用分割バルクヘッドと子シールド状態での掘削作業に用いる子シールド用分割バルクヘッドとからなり、前記親シールド用分割バルクヘッドは、子シールド側のバルクヘッドから親シールド側のバルクヘッドにわたって形成した開口部に接合されるものであると共に、前記子シールド用分割バルクヘッドは、前記開口部の親シールド側のバルクヘッドの部分を除いた箇所に接合されるものであり、前記親シールド用分割バルクヘッドと前記子シールド用分割バルクヘッドとに、それぞれ排土装置を備えるようにした親子シールド機である。
また、本発明は、前記排土装置がスクリューコンベアである親子シールド機である。
【０００９】
本発明によれば、バルクヘッドより分割・取り外し可能となる分割バルクヘッドを備えることにより、この分割バルクヘッドを親シールド用の分割バルクヘッドと子シールド用の分割バルクヘッドとの２種類とする。大きな内径となるトンネルを掘削する親シールド状態、若干小さな内径となるトンネルを掘削する子シールド状態、どちらの状態においても、分割バルクヘッドに備える排土装置における土砂の取り込み位置を常にトンネルの下端にすることができ、排土装置による土砂取込室内からの土砂の排出を良好に行うことで、土砂取込室内の外周に土砂の閉塞部が発生するのを防止して、掘削作業を極めて良好することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
親子シールド機は、図１及び図２に示すように、シールド本体１を備えており、このシールド本体１は鋼板よりなる複数のスキンプレート２を円筒状に連結して外周を構成する。そして、このシールド本体１は前シールド３と後シールド４とから屈曲可能な構造として、この前シールド３と後シールド４とにわたって複数本のアーティキュレートジャッキ５を装着することで、このアーティキュレートジャッキ５により前シールド３と後シールド４とを上下左右に屈曲可能とし、曲線施工できるようにしている。
【００１１】
また、このシールド本体１には複数本のシールドジャッキ６を装着し、このシールドジャッキ６をスプレッダ７を介してセグメント８に押し当てて、シールドジャッキ６を伸長することで、ここで反力を得て推進する。
【００１２】
さらに、シールド本体１内にはセグメントエレクタ９を装着し、このセグメントエレクタ９によりシールド本体１内に搬入されたセグメント８を組み立てる。
【００１３】
また、シールド本体１内にはカッタヘッド回転用油圧モータ１０を装着し、後述するカッタヘッド１１を回転駆動させる。
【００１４】
このシールド本体１の前方に回転自在となるカッタヘッド１１を装着し、このカッタヘッド１１は前端に多数のカッタ１２を取り付けて、シールド本体１内に装着したカッタヘッド回転用油圧モータ１０により回転して地山を掘削する。
【００１５】
また、このカッタヘッド１１はシールド本体１の前部との間に土砂取込室１３を形成して、掘削した土砂をここに取り込む。
【００１６】
そして、このカッタヘッド１１にあっては、図２に示すように、その外周に配置される親シールド側のカッタヘッド１１ａと、その内周に配置される子シールド側のカッタヘッド１１ｂとで構成し、この親シールド側のカッタヘッド１１ａと子シールド側のカッタヘッド１１ｂとを連結ピン等で強固に接合して、所望時にこの連結ピン等を外すことにより親シールド側のカッタヘッド１１ａと子シールド側のカッタヘッド１１ｂとを分離して、図３に示すように、子シールド側のカッタヘッド１１ｂのみとすることができる。
【００１７】
一方、シールド本体１の前部には円形の鋼板状のバルクヘッド１４を溶接にて固着し、このバルクヘッド１４によってカッタヘッド１１とシールド本体１との間に形成した土砂取込室１３とシールド本体１内とを仕切って土砂取込室１３からシールド本体１内に土砂等が浸入するのを防止する。
【００１８】
このバルクヘッド１４にあっては、その外周に配置される親シールド側のバルクヘッド１４ａと、その内周に配置される子シールド側のバルクヘッド１４ｂとで構成し、この親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとをボルト等で強固に接合して、所望時にこのボルト等を外すことにより親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとを分離して、子シールド側のバルクヘッド１４ｂのみとすることができる。
【００１９】
なお、親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとの接合については、図４に示すように、親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとの間にリング状のシール押え体１５を備えると共に、親シールド側のバルクヘッド１４ａの内周側にフランジ１６を形成し、このフランジ１６とシール押え体１５とをシール材１７を介在しつつ多数のボルトにより接合し、また、子シールド側のバルクヘッド１４ｂとシール押え体１５とをシール材１８を介在しつつ多数のボルトにより接合することで、ここでの止水を確実に行う。
【００２０】
また、この子シールド側のバルクヘッド１４ｂの中央にはカッタヘッド駆動装置等を取り付ける中央取り付け部１９を形成する。
【００２１】
そして、このように親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとから構成するバルクヘッド１４において、バルクヘッド１４の一部に、当該バルクヘッド１４より分割・取り外し可能となる分割バルクヘッド２０を備え、この分割バルクヘッド２０にあっては、親シールド用の分割バルクヘッド２１と、子シールド用の分割バルクヘッド２２との２種類を用意する。そして、この親シールド用の分割バルクヘッド２１と子シールド用の分割バルクヘッド２２とは排土装置を装着可能としている。この排土装置としては、例えばスクリューコンベヤ２３であり、親シールドと子シールドの直径差の小さい場合には、親シールド用の分割バルクヘッド２１と子シールド用の分割バルクヘッド２２とに前後に貫通するように装着する。そして、このスクリューコンベヤ２３はカッタヘッド１１のカッタ１２により掘削し土砂取込室１３内に取り込んだ土砂をシールド本体１内を経て後方に排出する。なお、この排土装置としては、スクリューコンベヤ２３に限定されるものではなく、ベルトコンベヤ等でも良い。
【００２２】
これを具体的に説明すると、バルクヘッド１４における中央取り付け部１９の下方となる子シールド側のバルクヘッド１４ｂから親シールド側のバルクヘッド１４ａにわたって縦長の長方形状の開口部２４を形成し、この開口部２４における親シールド側のバルクヘッド１４ａ側のみ枠部２５を形成する。
【００２３】
そして、子シールドを親シールドの内側に格納した親シールド状態での掘削作業では、親シールド用の分割バルクヘッド２１を用いる。この親シールド用の分割バルクヘッド２１は、図５に示すように、バルクヘッド１４の一部すなわち子シールド側のバルクヘッド１４ｂから親シールド側のバルクヘッド１４ａにわたって形成した開口部２４に、周囲に枠部２６を形成した略箱状の親シールド用の分割バルクヘッド２１を接合し、この接合は全周にわたって止水溶接をすると共に、親シールド側のバルクヘッド１４ａ側のみその枠部２５にボルトを用いて接合することで、ここでの止水を行う。そして、図１に示すように、この親シールド用の分割バルクヘッド２１の下部に排土装置であるスクリューコンベヤ２３を配置することで、このスクリューコンベヤ２３における土砂取込室１３内の土砂の取り込み位置を大きな内径となるトンネルの下端にする。
【００２４】
また、親シールドの内側より子シールドを切り離して子シールドのみとした子シールド状態での掘削作業では、子シールド用の分割バルクヘッド２２を用いる。この子シールド用の分割バルクヘッド２２は、図６に示すように、バルクヘッド１４の一部すなわち子シールド側のバルクヘッド１４ｂから親シールド側のバルクヘッド１４ａにわたって形成した開口部２４にあって、その開口部２４の親シールド側のバルクヘッド１４ａの部分を除いた箇所に板状の子シールド用の分割バルクヘッド２２を接合し、この接合は略全周にわたって簡単な止水溶接をすることで、ここでの止水を行う。そして、図７に示すように、この子シールド用の分割バルクヘッド２２の下部に排土装置であるスクリューコンベヤ２３を配置することで、このスクリューコンベヤ２３における土砂取込室１３内の土砂の取り込み位置を若干小さな内径となるトンネルの下端にする。
【００２５】
このようにバルクヘッド１４の一部に、当該バルクヘッド１４より分割・取り外し可能となる分割バルクヘッド２０を備え、この分割バルクヘッド２０を親シールド用の分割バルクヘッド２１と子シールド用の分割バルクヘッド２２との２種類を用意することにより、この分割バルクヘッド２０に備える排土装置であるスクリューコンベヤ２３において、親シールド状態時には、親シールド用の分割バルクヘッド２１を用いることで、このスクリューコンベヤ２３における土砂取込室１３内の土砂の取り込み位置を大きな内径となるトンネルの下端にすることができ、これにより、スクリューコンベヤ２３による土砂取込室１３内からの土砂の排出を良好に行うことができ、土砂取込室１３内の外周に土砂の閉塞部が発生するのをなくし、掘削を極めて良好に行える。また、子シールド状態時には、子シールド用の分割バルクヘッド２２に付け替えて、これを用いることで、このスクリューコンベヤ２３における土砂取込室１３内の土砂の取り込み位置を若干小さな内径となるトンネルの下端にすることができ、これにより、スクリューコンベヤ２３による土砂取込室１３内からの土砂の排出を良好に行うことができ、土砂取込室１３内の外周に土砂の閉塞部が発生するのをなくし、掘削を極めて良好に行える。
【００２６】
次に、親子シールド機における実際の掘削作業について説明する。まず、図８（Ａ）に示すように、カッタヘッド１１において親シールド側のカッタヘッド１１ａと子シールド側のカッタヘッド１１ｂとを接合して、また、バルクヘッド１４において親シールド側のバルクヘッド１４ａと子シールド側のバルクヘッド１４ｂとを接合して、親シールド状態で大きな内径となるトンネルを掘削する。このとき、スクリューコンベヤ２３にあっては、その土砂の取り込み位置が大きな内径となるトンネルの下端になることで、土砂取込室１３内からの土砂の排出を良好に行う。
【００２７】
次に、所定の位置に到達したら、カッタヘッド１１、バルクヘッド１４をそれぞれ親シールド側と子シールド側とに分離して、分離後、図８（Ｂ）に示すように、子シールドを組み立てる。なお、この子シールドにおいて、シールド本体１のスキンプレート２と子シールド側のバルクヘッド１４ｂとは、スキンプレート２の内周で子シールド側のバルクヘッド１４ｂをスペーサ２７により前後に摺動可能にしている。また、子シールド側のバルクヘッド１４ｂにおいて、親シールド用の分割バルクヘッド２１を取り外して、子シールド用の分割バルクヘッド２２に変更し、これを取り付ける。このとき、スクリューコンベヤ２３はその土砂の取り込み位置が若干小さな内径となるトンネルの下端となる。
【００２８】
そして、図９（Ｃ）に示すように、この子シールドを親シールドの中に組み付ける。
【００２９】
組み付け後、図９（Ｄ）に示すように、子シールド側のバルクヘッド１４ｂを親シールドのシールド本体１に仮設材２８にて連結し、これを固定する。そして、スキンプレート２の内周で子シールド側のバルクヘッド１４ｂを押えているスペーサ２７を外してから、子シールドにおけるシールドジャッキ６を伸長して、このシールドジャッキ６によりスキンプレート２を前方に押し出し、ここに土砂取込室１３を形成する。
【００３０】
次に、図１０（Ｅ）に示すように、子シールドにおけるシールドジャッキ６の反力受けのためのスペーサ２９を取り付ける。
【００３１】
次に、図１０（Ｆ）に示すように、子シールドにおけるシールドジャッキ６を伸長して、子シールドのシールド本体１を押し出す。そして、このシールド本体１内にセグメントエレクタ９を装着する。
【００３２】
次に、図１１（Ｇ）に示すように、装着したセグメントエレクタ９により子シールド用のセグメント８を組み立てて、このセグメント８により子シールドにおけるシールドジャッキ６の反力受けるようにして、子シールドを発進する。
【００３３】
そして、図１１（Ｈ）に示すように、子シールド状態で若干小さな内径となるトンネルを掘削する。このとき、スクリューコンベヤ２３にあっては、その土砂の取り込み位置が若干小さな内径となるトンネルの下端になることで、土砂取込室１３内からの土砂の排出を良好に行う。
【００３４】
このように親子シールド機において、親シールド状態で、大きな内径となるトンネルを掘削し、次に、子シールドのみとした子シールド状態で若干小さな内径となるトンネルを掘削し、内径の異なるトンネル掘削を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】親子シールド機の断面説明図である。
【図２】親子シールド機におけるカッタヘッドの説明図である。
【図３】親子シールド機における子シールド側のカッタヘッドの説明図である。
【図４】親シールド側のバルクヘッドと子シールド側のバルクヘッドとの接合部分の断面説明図である。
【図５】親子シールド機におけるバルクヘッドの説明図である。
【図６】親子シールド機における子シールド側のバルクヘッドの説明図である。
【図７】親子シールド機における子シールド状態の断面説明図である。
【図８】（Ａ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
（Ｂ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
【図９】（Ｃ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
（Ｄ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
【図１０】（Ｅ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
（Ｆ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
【図１１】（Ｇ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
（Ｈ）親子シールド機における掘削作業の説明図である。
【符号の説明】
１…シールド本体、２…スキンプレート、３…前シールド、４…後シールド、５…アーティキュレートジャッキ、６…シールドジャッキ、７…スプレッダ、８…セグメント、９…セグメントエレクタ、１０…カッタヘッド回転用油圧モータ、１１…カッタヘッド、１１ａ…親シールド側のカッタヘッド、１１ｂ…子シールド側のカッタヘッド、１２…カッタ、１３…土砂取込室、１４…バルクヘッド、１４ａ…親シールド側のバルクヘッド、１４ｂ…子シールド側のバルクヘッド、１５…シール押え体、１６…フランジ、１７…シール材、１８…シール材、１９…中央取り付け部、２０…分割バルクヘッド、２１…親シールド用の分割バルクヘッド、２２…子シールド用の分割バルクヘッド、２３…スクリューコンベヤ、２４…開口部、２５…枠部、２６…枠部、２７…スペーサ、２８…仮設材、２９…スペーサ。

Claims (2)

1. 親子シールド機において、
   親シールド側及び子シールド側のカッタヘッド（１１）とシールド本体（１）との間に形成した土砂取込室（１３）とシールド本体（１）内とを仕切るバルクヘッド（１４）の一部に、当該バルクヘッド（１４）より分割・取り外し可能となる分割バルクヘッド（２０）を備えてなり、
   前記分割バルクヘッド（２０）は、親シールド状態での掘削作業に用いる親シールド用分割バルクヘッド（２１）と子シールド状態での掘削作業に用いる子シールド用分割バルクヘッド（２２）とからなり、
   前記親シールド用分割バルクヘッド（２１）は、子シールド側のバルクヘッド（１４ｂ）から親シールド側のバルクヘッド（１４ａ）にわたって形成した開口部（２４）に接合されるものであると共に、
   前記子シールド用分割バルクヘッド（２２）は、前記開口部（２４）の親シールド側のバルクヘッド（１４ａ）の部分を除いた箇所に接合されるものであり、
   前記親シールド用分割バルクヘッド（２１）と前記子シールド用分割バルクヘッド（２２）とに、それぞれ排土装置を備えるようにしたことを特徴とする親子シールド機。
2. 前記排土装置がスクリューコンベア（２３）であることを特徴とする請求項１記載の親子シールド機。

Images