JP3869420B2 - ジャッキ駆動単軸型のシールド機 - Google Patents

Description

本発明は、隔壁に支持された単一の回転・支持部材を駆動ジャッキにより回転駆動し、この回転・支持部材によりカッタヘッドを回転させ、このカッタヘッドに設けられた多数のカッタビットにより切羽を掘削する、いわゆるジャッキ駆動単軸型のシールド機に関する。

この種、ジャッキ駆動単軸型のシールド機は従来から本発明の出願人等により技術開発が進められ、実用化が図られている。

図１０は従来技術の一例を示す縦断側面図、図１１は図１０のＥ−Ｅ線断面図である。

これら図１０および図１１に示す従来のシールド機１は、シールド筒２と、隔壁３と、フード４と、前面に多数のカッタビット６を有しかつ後面には複数本の攪拌羽根７を有するカッタヘッド５と、隔壁３に設けられた軸受８に回転可能に支持されたカッタ回転軸９と、このカッタ回転軸９の後方に設けられかつ軸受１１に支持されたクランク軸１２を有するクランク１０と、クランク軸１２に取り付けられた連結部材１３と、前記連結部材１３に対して放射方向に配置された複数本としての３本の駆動ジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、前記隔壁３とフード４とカッタヘッド５とに囲まれた空間に形成されたチャンバ２０と、排土装置２１と、複数台の推進ジャッキ２２等を備えている。

前記カッタ回転軸９には、中実のコーン型の部分と、直状の部分とを一体化したものが用いられている。

前記駆動ジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、流体圧を利用したものが用いられている。そして、前記３本の駆動ジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうちの、１本の駆動ジャッキ１４ａのシリンダエンドは、連結部材１３に設けられたジャッキ固着部１８に、一体に固着されている。また、この駆動ジャッキ１４ａのロッドエンドは、シールド筒２の内部に固定されたジャッキ取り付け部１６に取り付けピン１７を介して取り付けられている。

一方、他の２本の駆動ジャッキ１４ｂ，１４ｃのロッドエンドは、それぞれ前記連結部材１３に連結ピン１５を介して連結されている。そして、前記２本の駆動ジャッキ１４ｂ，１４ｃのシリンダエンドは、シールド筒２の内部に固定された取り付け部１６に取り付けピン１７を介して取り付けられている。

前述のごとく、複数本としての３本の駆動ジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのうちの、１本の駆動ジャッキ１４ａの一端部を、連結部材１３に設けられたジャッキ固着部１８に一体に固着しているので、この駆動ジャッキ１４ａは連結部材１３と一体となって動作する。一方、他の駆動ジャッキ１４ｂ，１４ｃは、連結部材１３に連結ピン１５を介して連結されているため、連結部材１３の軌跡に従って動作する。

なお、この種シールド機の特許文献としては、次のようなものがある。
特開２００１−３０３８９２号公報 特許第２８８３３２５号公報

前述のごとき従来のシールド機１では、掘削土砂に作泥土材を注入し混練りすることで泥土に変換し、その泥土を加圧充満しておく、チャンバ２０に臨む位置に介装されたシール部材に、チャンバ２０内の土砂や泥水が浸入することに対して配慮されていない。その結果、シール部材を通して回転部と固定部間のすき間に、泥土に含まれる土粒子や泥水が入り込んでしまい、回転部が円滑に回転しなくなると言う課題があった。

また、従来の単軸型のシールド機では切羽の掘削時にカッタヘッドに加わる大きな衝撃力を単一の回転・支持部材で受け止めている。したがって、カッタヘッドの回転・支持部材の剛性を大きくする必要がある。このため、従来技術ではカッタヘッド５の回転・支持部材であるカッタ回転軸９の根元部分をコーン型に形成している。

しかしながら、従来技術ではカッタ回転軸９のコーン型の部分を中実に形成しているので、この部分の重量が嵩み、その分、軸受８に掛かる負荷が大きくなるという課題があった。

また、前記従来技術ではカッタヘッド５の後面に、複数本の攪拌羽根７を設け、チャンバ２０に取り込んだ掘削土砂と作泥土材とを混練し、掘削土砂に所定の塑性流動性を与えるようにしている。

ところが、単にカッタヘッド５の後面に設けられた複数本の攪拌羽根７で攪拌するだけでは、この種単軸型のシールド機の場合、特にカッタヘッド５の中心部付近の、カッタ回転軸９に接した部分で、掘削土砂はカッタと共に移動しようとするため、掘削土砂と作泥土材との混練作用が落ちる傾向があり、カッタヘッド５の中心部付近の掘削土砂が固着してしまうおそれがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、掘削土砂等を取り込むチャンバに臨むシール部材のシール機能を強化し、シール部材によって回転部と固定部間のすき間、また相対的に回転している回転部間への、掘削土砂や粒子の浸入を有効に阻止し得るジャッキ駆動単軸型のシールド機を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、切羽の掘削時にカッタヘッドに加わる掘削抵抗力を良好に支持でき、しかもカッタヘッドの回転・支持部材の軽量化を図り得るジャッキ駆動単軸型のシールド機を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、チャンバ内におけるカッタヘッドの中心部付近においても、掘削土砂と作泥土材を混練して泥土に変換するために良好に混練し得るジャッキ駆動単軸型のシールド機を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の請求項１記載の発明では、ジャッキ駆動単軸型のシールド機３１において、掘削土砂等を取り込むチャンバ４７に臨む位置で、回転体と固定部の間、相対的に回転している回転部と回転部との間である回転軸部に、シール部材を介装し、少なくとも作泥土材供給管６２、液圧配管６４ａ，６４ｂおよび給脂管６３をシールド筒３２の内部側からスイベルジョイント６５を通し回転部に挿設し、前記給脂管６３から前記シール部材に油脂を供給可能に配管し、前記作泥土材供給管６２を通じてカッタヘッド４２から作泥土材を切羽ないしはチャンバ４７に添加可能に配管し、前記液圧配管６４ａ，６４ｂを通じてカッタヘッド４２に設けられた油圧装置に圧力油を供給・排出可能に配管している。

また、前記目的を達成するため、本発明の請求項２記載の発明では、シールド機３１の隔壁３３におけるシールド筒３２のほぼ中心部に、回転フレーム３５を回転可能に支持し、この回転フレーム３５の前側に、ほぼコーン状に形成されたカッタ駆動体３９を一体に取り付け、このカッタ駆動体３９の前端部に、カッタヘッド４２を一体に取り付け、このカッタヘッド４２の後面に、攪拌羽根４５を取り付け、前記隔壁３３の前面に、前記コーン状のカッタ駆動体３９の外面に沿って固定攪拌板４６を取り付け、前記回転フレーム３５の中心Ｏ１に対して所定の偏心距離Ｒｄをおいた偏心位置Ｏ２に、クランク軸４８を取り付け、このクランク軸４８を、駆動ジャッキを用いた回転駆動装置５１に連結している。

さらに、前記目的を達成するため、本発明の請求項３記載の発明では、前記固定攪拌板４６を、その長さ方向と直交する方向の断面三角形、断面山形または断面Ｔ字形に形成している。

さらにまた、前記目的を達成するため、本発明の請求項４記載の発明では、シールド機８１の隔壁８３におけるシールド筒８２のほぼ中心部に、回転盤８５を回転可能に支持し、この回転盤８５の前面に、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本の回転駆動脚８７を一体に取り付け、前記複数本の回転駆動脚８７の前端部に、共通にカッタヘッド８８を一体に取り付け、前記回転盤８５の中心Ｏ３に対して所定の偏心距離Ｒｄをおいた偏心位置Ｏ４に、筒状の偏心軸９３を一体に取り付け、この偏心軸９３を駆動ジャッキを用いた回転駆動装置９６に連結し、前記カッタヘッド８８の後面における半径方向の外側寄りの位置に、攪拌羽根９１を取り付け、前記偏心軸９３の内部および回転盤８５の中心部を通ってカッタヘッド８８の中心部に、攪拌翼回転軸１０６をカッタヘッド８８とは独立に回転可能に支持するとともに、この攪拌翼回転軸１０６におけるチャンバ９２に位置する部分に、攪拌翼１０７を取り付け、前記攪拌翼回転軸１０６を固定フレーム１０４に固定された回転駆動装置１０８に連結している。

本発明の請求項１記載の発明では、回転部と固定部の間における掘削土砂等を取り込むチャンバ４７に臨む位置に、シール部材を介装し、給脂管から前記シール部材に油脂を供給する。これにより、シール部材のシール機能を強化でき、回転部と固定部間のすき間に、泥土に含まれる土粒子や泥水が浸入するのを阻止できるので、これらのすき間に前記土粒子や泥水の粒子が浸入し付着することによって生ずるトラブルを未然に解消し得る効果がある。

また、本発明の請求項２記載の発明では、隔壁３３におけるシールド筒３２のほぼ中心部に、回転フレーム３５を回転可能に支持し、この回転フレーム３５の前側に、ほぼコーン状に形成されたカッタ駆動体３９を一体に取り付け、このカッタ駆動体３９の前端部にカッタヘッド４２を一体に取り付けており、カッタ回転軸４１の根元部分を中空のコーン状に形成しているので、切羽の掘削時にカッタヘッド４２に加わる掘削抵抗力に対して、構造上、剛性が大きく、しかもこの根元部分の重量を大幅に軽減でき、したがってカッタヘッド４２の回転・支持部材を支える軸受への負荷を大幅に軽減し得る効果がある。また、カッタ回転軸４１の根元部分の空間を利用して、作泥土材供給管や液圧配管等の導入を簡便に行い得る効果がある。さらに、この請求項２記載の発明では、カッタヘッド４２の後面に、攪拌羽根４５を取り付け、隔壁３３の前面に、カッタ駆動体３９の外面に沿って固定攪拌板４６を取り付けており、掘削土砂と作泥土材におけるチャンバ４７内の外側寄りの区域は、攪拌羽根４５により攪拌し、混練する。また、掘削土砂と作泥土材におけるチャンバ４７内の内側寄りの区域、すなわちカッタヘッド４２の中心部付近では、固定攪拌板４６はカッタ駆動体３９に対して相対的に移動することになり、泥土が固定攪拌板４６を乗り越えて流れるようにし、泥土の流れを変えるようにしているので、前記固定攪拌板４６と攪拌羽根４５との相乗作用により、カッタヘッド４２の中心部付近の掘削土砂を固着させず作泥土材と共に良好に攪拌し、混練し得る効果がある。これによって、掘削土砂は良好な泥土に変換され、チャンバ４７内で混練され、チャンバ４７内に混練りされた泥土を充満させることができる。

また、本発明の請求項３記載の発明では、前記固定攪拌板４６を、長さ方向と直交する方向の断面三角形、断面山形または断面Ｔ字形に形成しており、そのいずれの固定攪拌板４６共、掘削土砂や泥水と作泥土材の混練作用をより一層高めることができるという効果がある。

さらに、本発明の請求項４記載の発明では、隔壁８３に回転盤８５を回転可能に支持し、この回転盤８５の前面に、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本の回転駆動脚８７を一体に取り付け、これらの回転駆動脚８７の前端部に、共通にカッタヘッド８８を一体に取り付けており、この発明においても、カッタヘッド８８の回転・支持部材を、その構造上、剛性が大きく、かつ軽量化を図り得るので、前記カッタヘッド８８の回転・支持部材を支える軸受に加わる負荷を軽減し得る効果がある。さらにまた、この請求項４記載の発明では、回転盤８５に筒状の偏心軸９３を一体に取り付け、カッタヘッド８８の後面における半径方向の外側寄りの位置に攪拌羽根９１を取り付け、前記偏心軸９３の内部および回転盤８５の中心部を通ってカッタヘッド８８の中心部に、攪拌翼回転軸１０６をカッタヘッド８８とは独立に回転可能に支持し、この攪拌翼回転軸１０６におけるチャンバ９２に位置する部分に攪拌翼１０７を取り付けている。そして、掘削土砂と作泥土材におけるチャンバ９２内の外側寄りの区域は、攪拌羽根９１により攪拌し、混練する。また、掘削土砂と作泥土材におけるチャンバ９２内の内側寄りの区域、すなわちカッタヘッド８８の中心部付近では、攪拌翼１０７により積極的に攪拌し、混練するようにしているので、前記攪拌翼１０７の作用により、カッタヘッド８８の中心部付近の掘削土砂と作泥土材とを良好に攪拌し、混練し得る効果がある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１から図６は本発明の実施例１を示すもので、その図１は縦断側面図、図２および図３は図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線断面図、図４は図２に示す固定攪拌板のＣ−Ｃ線断面図であり、かつ固定攪拌板の作用説明図、図５および図６は固定攪拌板の他の断面形状を示す図である。

これらの図に示す実施例１のシールド機３１は、シールド筒３２を備えている。このシールド筒３２の前部には、隔壁３３が取り付けられている。この隔壁３３の前部には、フード３４が取り付けられている。

前記隔壁３３におけるシールド筒３２のほぼ中心部には、ほぼ円盤状に形成された回転フレーム３５が回転可能に支持されている。この回転フレーム３５には、点検孔３６が設けられている。前記回転フレーム３５の外周と隔壁３３間には、軸受３７と、シール部材３８とが設けられている。このシール部材３８は、後述のチャンバ４７に臨む位置に介装されている。また、前記シール部材３８には後述の給脂管６３または／および６３′を通じて給脂するようになっている。

前記回転フレーム３５の前側には、ほぼコーン状で中空に形成されたカッタ駆動体３９が一体に取り付けられている。このカッタ駆動体３９と回転フレーム３５とに囲まれた空間には、スラット状の補強板４０が円周方向に等間隔をおいて複数枚、配置されている。各補強板４０は、溶接等により前記カッタ駆動体３９と回転フレーム３５とに一体に取り付けられている。

前記カッタ駆動体３９の中心部には、カッタ回転軸４１が一体に取り付けられている。

前記カッタ回転軸４１の前部側には、カッタヘッド４２が一体に取り付けられている。

前記カッタヘッド４２の前面には、センタカッタ４３と、多数のカッタビット４４とが設けられている。

前記カッタヘッド４２の後面には、互いに所定の間隔をおいて複数個の攪拌羽根４５が取り付けられている。

一方、前記隔壁３３の前面には、固定攪拌板４６がこの実施例では複数個、配置されている。各固定攪拌板４６は、隔壁３３から前記コーン型のカッタ駆動体３９の外面に沿うように、長さ方向にほぼ倒ヘ字形に形成されている。また、各固定攪拌板４６は長さ方向と直交する方向の断面形状が、図４に示す例では三角形に形成され、図５に示す例では山形に形成され、図６に示す例ではＴ字形に形成されている。そして、各固定攪拌板４６は根元部分を隔壁３３の前面に溶接等の手段で固定することによって、前記カッタ駆動体３９の外面に沿って取り付けられている。なお、この固定攪拌板４６を１個取り付けてもよい。

前記カッタヘッド４２には、図１に示すように、オーバカッタ６４ｃが設けられている。このオーバカッタ６４ｃは、ピストンロッドを介して、油圧装置としての液圧ジャッキ６４ｄにより突出・没入操作されるようになっている。この液圧ジャッキ６４ｄは、取り付け台６４ｅを介してカッタヘッド４２の内部に設置されている。また、前記液圧ジャッキ６４ｄには後述の液圧配管６４ａ，６４ｂを通じて液圧（圧力油）を供給・排出するようにしている。

前記隔壁３３とフード３４とカッタヘッド４２とに囲まれた空間には、チャンバ４７が形成されている。このチャンバ４７には、掘削土砂等を取り込むようになっている。

前記回転フレーム３５には、クランク軸４８が取り付けられている。このクランク軸４８には、中空軸状のものが用いられている。また、このクランク軸４８は回転フレーム３５の中心Ｏ１に対して、所定の偏心距離Ｒｄをおいた偏心位置Ｏ２に取り付けられている。

前記クランク軸４８の後端部には、連結部材４９が装着されている。この連結部材４９は、この実施例では星型に形成されている。また、この連結部材４９の内周とクランク軸４８の外周間には、軸受５０が設けられている。

前記連結部材４９には、クランク軸４８の回転駆動装置５１が連結されている。

前記回転駆動装置５１は、この実施例では連結部材４９とシールド筒３２間に配置された５本の駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅを備えて構成されている。各駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅには、流体圧を利用したものを用いている。その流体圧として、主に油圧を用いる。

前記駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅのロッドエンドは、連結ピン５３を介して前記連結部材４９に連結されている。また、前記駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅのシリンダエンドは、シールド筒３２の内壁に固定された当該ブラケット５２に取り付けピン５４により取り付けられている。さらに、各駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅは、流体圧ユニットに設けられた制御器に、流体圧配管（いずれも図示せず）を通じて接続され、各駆動ジャッキの伸び縮みを検出できるセンサによって電磁切換弁をそれぞれ切り替えて制御することや、回転フレーム３５の回転位置を検出して電磁切換弁を切り替え制御することで、連結部材４９を介してクランク軸４８に、図３に示す回転運動軌跡５５に沿って回転運動を与えるようになっている。

前記隔壁３３の前面には、チャンバ４７内の土圧を計測する土圧計５６が設けられている。

前記シールド筒３２の内部からチャンバ４７に臨ませて、排土装置５７が設置されている。この排土装置５７には、本実施例ではスクリューコンベアを用いている。

前記シールド筒３２の内部には、複数台の推進ジャッキ５８が設置されている。この推進ジャッキ５８は、予め組み立てられたセグメント５９に反力を取って、シールド筒３２を推進させるようにしている。

前記シールド筒３２の後端部には、テールシール６０が設けられている。

前記シールド筒３２の内部側から、クランク軸４８の方向に管束６１が導入されている。この管束６１は、この実施例では図１に示すように、作泥土材供給管６２と、給脂管６３と、液圧配管６４ａ，６４ｂとを一束にまとめて形成されている。この管束６１は、途中でスイベルジョイント６５に接続されている。そして、このスイベルジョイント６５を通じて、作泥土材供給管６２は作泥土材の供給源に、給脂管６３は油脂供給源に、液圧配管６４ａ，６４ｂは液圧ユニットにそれぞれ連絡されている。また、この管束６１の前半部は、クランク軸４８の中心部、回転フレーム３５とカッタ駆動体３９とに囲まれた空間部およびカッタ回転軸４１の中心部を経てカッタヘッド４２の内部に挿設されている。さらに、この管束６１におけるシールド筒３２内に配置されている部分の途中は、排土装置５７の上部に設けられた支持台６６上に載置され、固定具６７により固定されている。なお、シールド筒３２内の上部に吊り下げ支持具（図示せず）を降ろし、これに管束６１の途中を吊り下げて支持するようにしてもよい。

前記作泥土材供給管６２からは、センタカッタ４３に設けられた作泥土材添加孔６８と、カッタヘッド４２の内部において半径方向に形成された作泥土材供給配管６９を通り、カッタヘッド４２に設けられた作泥土材添加孔７０とにベントナイト等の作泥土材を圧送し、これらの作泥土材添加孔６８，７０からカッタヘッド４２の前方の切羽８０または／およびチャンバ４７内に取り込まれた掘削土砂に作泥土材を添加するようにしている。

前記給脂管６３からは、給脂配管７１を通じて、回転フレーム３５の外周と隔壁３３間に介装されたシール部材３８にグリース等の油脂を供給するようにしている。そして、前記回転フレーム３５の外周と隔壁３３間のすき間を通じて、軸受３７に油脂を供給するようにしている。

また、前記隔壁３３には図１に示すように、給脂管６３′が設けられている。この給脂管６３′からも、シールド筒３２の内部側から前記シール部材３８に油脂を供給し得るようになっている。

前記液圧配管６４ａ，６４ｂからは、カッタヘッド４２に組み込まれたオーバカッタ６４ｃの液圧ジャッキ６４ｄに液圧（圧力油）を供給・排出し、オーバカッタ６４ｃを作動させるようにしている。

しかして、この実施例１のシールド機３１では、各駆動ジャッキの伸び縮みを検出できるセンサによって電磁切換弁をそれぞれ切り替えて制御することや、回転フレーム３５の回転位置を検出して電磁切換弁を切り替え制御することで、クランク軸用の回転駆動装置５１の各駆動ジャッキ５１ａ〜５１ｅを伸長または縮小する方向に操作し、連結部材４９を介してクランク軸４８に回転力を与える。

前記クランク軸４８に回転力を与えると、このクランク軸４８が回転フレーム３５の中心Ｏ１を回転中心とし、かつ偏心距離Ｒｄを回転半径として、図３に示す回転運動軌跡５５に従って旋回する。

前述のごとく、クランク軸４８が旋回駆動されることによって、回転フレーム３５、カッタ駆動体３９およびカッタ回転軸４１が回転フレーム３５の中心Ｏ１を回転中心として一体となって回転し、カッタヘッド４２を回転させる。

前述のごとく、カッタヘッド４２が回転することによって、これに設けられたセンタカッタ４３と、多数のカッタビット４４とにより切羽８０を掘削する。

かかる切羽８０の掘削時、作泥土材供給管６２から作泥土材添加孔６８と、作泥土材供給配管６９を経て作泥土材添加孔７０とに作泥土材を圧送し、その作泥土材を前記作泥土材添加孔６８，７０からカッタヘッド４２の前方の切羽８０に添加する。

また、給脂管６３から給脂配管７１または／および給脂管６３′を通じて、回転フレーム３５と隔壁３３間に介装されたシール部材３８に油脂を供給し、シール機能を強化する。これにより、回転部である回転フレーム３５と、固定部である隔壁３３間のすき間に、チャンバ４７内の泥土に含まれる土粒子や泥水が浸入するのを阻止することができる。その結果、回転部と固定部間のすき間に、前記土粒子や泥水の粒子が浸入し、付着することによって生ずるトラブルを未然に解消することができる。

なお、前記回転フレーム３５と隔壁３３間のすき間を通じて、軸受３７に油脂を供給し、潤滑する。

前記作泥土材を添加した掘削土砂等をチャンバ４７に取り込み、カッタヘッド４２の後面に取り付けられた攪拌羽根４５により、掘削土砂と作泥土材におけるチャンバ４７内の外側寄りの区域を攪拌して混練し、掘削土砂に所定の塑性流動性を与える。

一般に、単軸型のシールド機の場合、カッタヘッドの中心部付近において、掘削土砂と作泥土材の混練作用が落ちる傾向がある。かかる傾向に対処するため、この実施例１ではカッタ駆動体３９の外面に沿って固定攪拌板４６を取り付け、図４に示すように、チャンバ４７内の掘削土砂と作泥土材とが固定攪拌板４６を乗り越えて流れるようにしている。すなわち、カッタヘッド４２の中心部付近では、固定攪拌板４６はカッタ駆動体３９に対して相対的に移動することになり、泥土が固定攪拌板４６を乗り越えて流れるようにし、泥土の流れを変えるようにしているので、前記固定攪拌板４６と攪拌羽根４５との相乗作用により、カッタヘッド４２の中心部付近の掘削土砂を固着させずに作泥土材と共に良好に攪拌し、混練することができる。これによって、掘削土砂は良好な泥土に変換され、チャンバ４７内で混練りされ、チャンバ４７内に良好に混練された泥土を充満させることができる。

しかも、この実施例１では図４，図５，図６に示すごとく、固定攪拌板４６を断面三角形、断面山形または断面Ｔ字形に形成しており、掘削土砂や泥水と作泥土材の流れ方向をより効果的に変えることができるので、そのいずれにおいても、掘削土砂と作泥土材とをより一層良好に攪拌し、混練することができる。

前述のごとく、カッタヘッド４２に設けられたセンタカッタ４３と多数のカッタビット４４とにより切羽８０を掘削し、その掘削土砂と作泥土材をチャンバ４７に取り込み、カッタヘッド４２の後面に取り付けられた攪拌羽根４５と、カッタ駆動体３９の外面に沿って取り付けられた固定攪拌板４６とにより混練し、掘削土砂に所定の塑性流動性を与えた後、土圧計５６によりチャンバ４７内の土圧を計測し、チャンバ４７内を切羽８０の崩壊を防止するために必要な圧力に保持しつつ、掘削土砂を排土装置５７により取り込み、シールド筒３２の後方に排出する。

このようにして、切羽８０を所定距離、掘削した後、推進ジャッキ５８を伸長させ、セグメント５９に反力を取って、シールド筒３２を推進させる。

ついで、推進ジャッキ５８を縮小させ、シールド筒３２の後方に資材としてのセグメントを搬入し、組み立てる。

以上の作業工程を繰り返して行い、トンネルを掘進して行く。

ところで、この実施例１ではカッタ回転軸４１の根元部分を、円盤状の回転フレーム３５と、この回転フレーム３５の前側に、ほぼコーン状で中空に形成されたカッタ駆動体３９を一体に取り付けるとともに、前記回転フレーム３５とカッタ駆動体３９間に、補強板４０を取り付けて補強している。その結果、カッタヘッドの回転・支持部材であるカッタ回転軸４１の根元部分の剛性を、構造上、大きくすることができる。したがって、前記カッタ回転軸４１の根元部分で、切羽８０の掘削時にカッタヘッド４２に加わる掘削抵抗力を良好に支持することができる。

しかも、前記カッタ回転軸４１の根元部分をほぼコーン状で中空に構成しているので、カッタヘッドの回転・支持部材であるカッタ回転軸４１の根元部分の軽量化を図ることができ、したがってカッタ回転軸４１の根元部分を支える軸受３７に対する負荷を軽減することができる。さらに、図１からも分かるように、カッタ回転軸４１の根元部分の空間を利用して、必要な配管を簡便に行うことができる。

ついで、曲線施工時等で必要となる曲線の内外側の余掘りを行うために、シールド機３１のフード３４の外径よりも大径の断面形状を掘削するときは、液圧配管６４ａを通じて液圧ジャッキ６４ｄのピストン室側に液圧（圧力油）を供給し、ピストンロッドを介してオーバカッタ６４ｃを突出させ、このオーバカッタ６４ｃによりフード３４の外側に当たる地山を掘削することで、カッタの回転と液圧ジャッキ６４の作動を制御することで定められたシールド機側面の内側、外側の範囲を掘削することができる。

前記オーバカッタ６４ｃの使用後は、液圧配管６４ｂから液圧ジャッキ６４ｄのピストンロッド室側に液圧を供給し、ピストンロッドを介してオーバカッタ６４ｃを没入させる。

次に、図７は実施例２を示すもので、固定攪拌筒の一実施例を示す斜視図である。

この図７に示す固定攪拌筒７２は、取り付け用フランジ７３の前部に、スリーブ７４が一体に形成されている。このスリーブ７４は、図１に示すカッタ駆動体３９の外周に沿うほぼコーン状に形成されている。

前記スリーブ７４の外周には、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本の攪拌突起７５が設けられている。各攪拌突起７５は、この実施例では正面から見て三角形に形成されているが、山形またはＴ字形に形成してもよい。また、前記攪拌突起７５はこの実施例ではスリーブ７４の法線に沿って直状に設けられているが、スパイラルに設けてもよい。

前記固定攪拌筒７２は、スリーブ７４を図１に示すカッタ駆動体３９の外側に重ね合わせ、取り付け用フランジ７３を隔壁３３の前面に当接させ、溶接、ボルト・ナットまたはリベット等により固定して使用する。

そして、前記固定攪拌筒７２はその使用時に、図１に示すチャンバ４７内におけるカッタヘッド４２の中心部付近の、掘削土砂と作泥土材の流れ方向を変え、前記掘削土砂や泥水と作泥土材とを攪拌し、混練を促進する。

ついで、図８は本発明の実施例３を示す縦断側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図である。

これら図８および図９に示す実施例におけるシール機８１は、シールド筒８２を備えている。このシールド筒８２の前部には、隔壁８３が取り付けられている。この隔壁８３の前部には、フード８４が取り付けられている。

前記隔壁８３におけるシールド筒８２のほぼ中心部には、回転盤８５が回転可能に支持されている。この回転盤８５と隔壁８３間には、軸受８６が設けられている。

前記回転盤８５の前面には、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本として例えば４本の回転駆動脚８７が一体に取り付けられている。

前記複数本の回転駆動脚８７の前端部には、共通にカッタヘッド８８が一体に取り付けられている。このカッタヘッド８８の前面には、センタカッタ８９と、多数のカッタビット９０とが設けられている。

前記カッタヘッド８８の後面には、カッタヘッド８８の半径方向の外側寄りの位置に、互いに所定の間隔をおいて、複数本の攪拌羽根９１が取り付けられている。

前記隔壁８３とフード８４とカッタヘッド８８とに囲まれた空間には、チャンバ９２が形成されている。このチャンバ９２には、掘削土砂等を取り込むようになっている。

前記回転盤８５の後面には、偏心軸９３が一体に取り付けられている。この偏心軸９３は、筒状に形成され、かつ回転盤８５の中心Ｏ３に対して所定の偏心距離Ｒｄをおいた偏心位置Ｏ４に取り付けられている。

前記偏心軸９３の外周には、軸受９４が装着されている。この軸受９４の外周には、偏心駆動環９５が嵌着されている。

前記偏心駆動環９５には、偏心軸用の回転駆動装置９６が連結されている。この回転駆動装置９６は、本実施例ではシールド筒８２の内部において、円周方向に互いに所定の間隔をおいて配置された複数本としての５本の駆動ジャッキ９６ａ〜９６ｅを備えて構成されている。

前記駆動ジャッキ９６ａ〜９６ｅには、流体圧として主に油圧を利用したものが用いられている。各駆動ジャッキ９６ａ〜９６ｅのロッドエンドは、偏心駆動環９５に設けられたジャッキ固着部９７に連結ピン９９を介して連結されている。また、各駆動ジャッキ９６ａ〜９６ｅのシリンダエンドは、シールド筒８２の内壁に固定されたブラケット９８に取り付けピン１００を介して取り付けられている。そして、この実施例においても各駆動ジャッキの伸び縮みを検出できるセンサによって電磁切換弁をそれぞれ切り替えて制御することや、偏心駆動環９５の回転位置を検出して電磁切換弁を切り替え制御することで、偏心駆動環９５を介して偏心軸９３に、図８に示す回転運動軌跡１０１に沿って回転運動を与えるようになっている。

前記回転盤８５の中心部には、前記筒状の偏心軸９３の内部を通して筒軸１０２が一体に取り付けられている。一方、前記カッタヘッド８８の中心部には、前軸受１０３が設けられている。

前記隔壁８３の後面には、偏心軸９３を跨いで固定フレーム１０４が取り付けられている。この固定フレーム１０４には、攪拌翼回転軸用の後軸受１０５と回転駆動装置１０８が設けられている。

前記前軸受１０３と筒軸１０２と後軸受１０５にわたって、攪拌翼回転軸１０６が支持されている。この攪拌翼回転軸１０６は、前記回転盤８５とは独立に回転可能に設けられている。

前記攪拌翼回転軸１０６におけるチャンバ９２内に位置する部分には、攪拌翼１０７が取り付けられている。この攪拌翼１０７は、１本でもよいが、図８に示すごとく、複数本取り付けてもよい。

しかして、前記攪拌羽根９１は、チャンバ９２内の掘削土砂と作泥土材における回転駆動脚８７の外側の区域を攪拌し、前記攪拌翼１０７は同チャンバ９２内の掘削土砂と作泥土材における回転駆動脚８７の内側の区域、すなわちカッタヘッド８８の中心部付近を攪拌するようになっている。

前記攪拌翼回転軸１０６と筒軸１０２間のすき間におけるチャンバ９２に臨む位置には、シール部材１２３が設けられている。このシール部材１２３には、後述の給脂管１２４と、攪拌回転軸１０６の内部からシール部材１２３に配管された給脂配管１２５を通じてグリース等の油脂を供給するようにしている。

前記カッタヘッド８８の内部には、オーバカッタ１１８ｃが組み込まれている。このオーバカッタ１１８ｃは、カッタヘッド８８の内部に設置された液圧ジャッキ１１８ｄにピストンロッドを介して出没可能に連結されている。前記液圧ジャッキ１１８ｄは、カッタヘッド８８の内部に固定された取り付け台１１８ｅに固定されている。そして、液圧ジャッキ１１８ｄには後述の液圧配管１１８ａ，１１８ｂを通じて液圧を供給・排出するようにしている。

前記攪拌回転軸１０６は、回転駆動装置１０８に連結されている。この回転駆動装置１０８は、固定フレーム１０４の外側に支持された回転駆動源１０９と、この回転駆動源１０９の出力軸に連結されかつ固定フレーム１０４の内側に配置されたピニオン１１０と、攪拌回転軸１０６の後端部に取り付けられかつ前記ピニオン１１０に噛み合わされたギヤ１１１とを有している。前記回転駆動源１０９には、電動機や油圧モータ等が用いられている。そして、この回転駆動装置１０８では回転駆動源１０９を回転駆動させることにより、ピニオン１１０が回転し、その回転をギヤ１１１により減速して攪拌翼回転軸１０６を回転させるようにしている。

前記隔壁８３の前面には、チャンバ９２内の土圧を計測する土圧計１１２が設けられている。

前記シールド筒８２の内部からチャンバ９２に臨ませて、排土装置１１３が設置されている。この排土装置１１３には、本実施例ではスクリューコンベアが用いられている。

前記シールド筒８２の内部には、複数台の推進ジャッキ１１４が設置されている。この推進ジャッキ１１４は、予め組み立てられたセグメント１１５に反力を取って、シールド筒８２を推進させるようになっている。

前記シールド筒８２の後端部には、テールシール１１６が設けられている。

前記シールド筒８２内には、攪拌翼回転軸１０６に向かって、作泥土材供給管１１７と、オーバカッタ用の液圧配管１１８ａ，１１８ｂと、給脂管１２４とが導入されている。これら作泥土材供給管１１７と液圧配管１１８ａ，１１８ｂと給脂管１２４の途中には、スイベルジョイント１１９が設けられている。また、作泥土材供給管１１７と液圧配管１１８ａ，１１８ｂの前半部は、攪拌翼回転軸１０６の内部を通り、カッタヘッド８８の内部に挿設されている。前記給脂管１２４は、攪拌翼回転軸１０６の内部を経て、給脂配管１２５に給脂可能な位置まで挿設されている。

前記作泥土材供給管１１７からは、センタカッタ８９に設けられた作泥土材添加孔１２０と、カッタヘッド８８の内部に設けられた作泥土材供給配管１２１を通って、カッタヘッド８８に設けられた作泥土材添加孔１２２に、ベントナイト等の作泥土材が圧送され、その作泥土材を前記作泥土材添加孔１２０，１２２から掘削土砂に添加するようになっている。

前記液圧配管１１８ａ，１１８ｂからは、カッタヘッド８８に組み込まれたオーバカッタ１１８ｃの液圧ジャッキ１１８ｄに液圧（圧力油）を供給・排出し、オーバカッタ１１８ｃを作動させるようになっている。

前記給脂管１２４からは、給脂配管１２５を通じてシール部材１２３に油脂を供給し、シール部材１２３のシール機能を強化するようにしている。

そして、この実施例３のシールド機８１では、各駆動ジャッキの伸び縮みを検出できるセンサにより電磁切換弁をそれぞれ切り替えて制御することや、偏心駆動環９５の回転位置を検出して電磁切換弁を切り替え制御することで、偏心軸用の回転駆動装置９６の駆動ジャッキ９６ａ〜９６ｅを伸長または縮小させることにより、偏心駆動環９５を介して偏心軸９３に回転力を与える。

前記偏心軸９３に回転力を与えると、この偏心軸９３が回転盤８５の中心Ｏ３を回転中心とし、しかも偏心距離Ｒｄを回転半径として、図９に示す回転運動軌跡１０１に従って旋回する。

前述のごとく、偏心軸９３を旋回駆動させることによって、回転盤８５および回転駆動脚８７が回転盤８５の中心Ｏ３を回転中心として回転し、カッタヘッド８８を回転させる。

前記カッタヘッド８８が回転することによって、これに設けられたセンタカッタ８９と多数のカッタビット９０とにより切羽８０を掘削する。

かかる切羽８０の掘削時、シールド筒８２側の作泥土材供給管１１７から、スイベルジョイント１１９を通り、作泥土材添加孔１２０と、カッタヘッド８８の内部に設けられた作泥土材供給配管１２１を経て作泥土材添加孔１２２とに作泥土材を圧送し、その作泥土材を前記作泥土材添加孔１２０，１２２を通じて掘削土砂に添加する。

前記作泥土材を添加した掘削土砂をチャンバ９２に取り込む。

そして、カッタヘッド８８を回転させ、このカッタヘッド８８の後面に取り付けられた攪拌羽根９１を一緒に回転させる。かかる攪拌羽根９１により、チャンバ９２内における回転駆動脚８７の外側の区域の掘削土砂と作泥土材とを攪拌し、混練する。

また、切羽８０の掘削時に、回転駆動装置１０８を駆動し、この回転駆動装置１０８により攪拌翼回転軸１０６を回転させ、攪拌翼１０７を回転させる。このように、攪拌翼１０７を回転させることによって、この攪拌翼１０７によりチャンバ９２内における回転駆動脚８７の内側の区域の掘削土砂と作泥土材とを積極的に攪拌する。これにより、カッタヘッド８８の中心部付近の掘削土砂と作泥土材とを良好に攪拌し、混練することができる。したがって、掘削土砂は良好な泥土に変換され、チャンバ９２内に混練りされた良好な泥土を充満させることができる。

前述のごとく、カッタヘッド８８に設けられたセンタカッタ８９と多数のカッタビット９０とにより切羽８０を掘削し、その掘削土砂と作泥土材とをチャンバ９２内に取り込み、カッタヘッド８８の後面に取り付けられた攪拌羽根９１と、攪拌翼回転軸１０６に取り付けられた攪拌翼１０７とにより攪拌して混練し、掘削土砂に所定の塑性流動性を与える。また、土圧計１１２によりチャンバ９２内の土圧を計測する。そして、チャンバ９２内を切羽８０の崩壊を防止するために必要な圧力に保持しつつ、掘削土砂を排土装置１１３に取り込み、シールド筒８２の後方に排土する。

このようにして、切羽８０を所定距離、掘削後、推進ジャッキ１１４を伸長させ、セグメント１１５に反力を取って、シールド筒８２を推進させる。

ついで、推進ジャッキ１１４を縮小させ、シールド筒８２の後方に資材としてのセグメントを搬入し、組み立てる。

以上の作業工程を繰り返して行い、トンネルを掘進して行く。

また、この実施例ではシールド筒８２の内部側から給脂管１２４、スイベルジョイント１１９および給脂配管１２５を通じて、シール部材１２３にグリース等の油脂を供給し、シール部材１２３のシール機能を強化する。これにより、チャンバ９２内の泥土に含まれる土粒子や泥水が攪拌翼回転軸１０６と筒軸１０２間のすき間に入り込み、付着してしまう不具合を解消することができる。

さらに、この実施例においても、曲線施工時等で必要となる曲線の内外側の余掘りを行うときは、シールド筒８２の内部側からスイベルジョイント１１９および攪拌翼回転軸１０６内に挿設されかつカッタヘッド８８の内部を経て液圧ジャッキ１１８ｄに接続された液圧配管１１８ａ，１１８ｂのうちの、液圧配管１１８ａを通じて液圧ジャッキ１１８ｄのピストン室側に液圧を供給し、ピストンロッドを介してオーバカッタ１１８ｃを突出させ、このオーバカッタ１１８ｃによりフード８４の外側に当たる地山を掘削するもので、カッタの回転と液圧ジャッキ１１８ｄの作動を制御することで定められたシールド機側面の内側、外側の範囲を掘削することができる。

そして、オーバカッタ１１８ｃの使用後は、液圧配管１１８ｂを通じて液圧ジャッキ１１８ｄのピストンロッド室側に液圧を供給し、オーバカッタ１１８ｃを没入させる。

前述のごとく、この実施例３では回転盤８５の前面に、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本の回転駆動脚８７を一体に取り付け、これら複数本の回転駆動脚８７の前端部に、共通にカッタヘッド８８を一体に取り付けているので、カッタヘッド８８の回転・支持部材に、必要な剛性を付与したうえで、この回転・支持部材の軽量化を図ることができる。

なお、この実施例３において、作泥土材をカッタヘッド８８の前方の切羽８０または／およびチャンバ９２内の掘削土砂に作泥土材を供給可能に配管してもよい。

さらには、前記シール部材１２３のほかにも、回転部と固定部間のすき間におけるチャンバ９２に臨む位置に、シール部材を介装し、そのシール部材にシールド筒８２の内部側からグリース等の油脂を供給可能に給脂管を設けてもよい。

本発明の実施例１を示す縦断側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す固定攪拌板のＣ−Ｃ線断面図であって、かつ作用説明図である。 固定攪拌板の異なる形状の断面図である。 固定攪拌板のさらに異なる形状の断面図である。 本発明の実施例２を示すもので、固定攪拌筒の斜視図である。 本発明の実施例３を示す縦断側面図である。 図８のＤ−Ｄ線断面図である。 従来技術を示す縦断側面図である。 図１０のＥ−Ｅ線断面図である。

符号の説明

３１ シールド機
３２ シールド筒
３３ 隔壁
３４ フード
３５ 回転フレーム
３８ シール部材
３９ カッタ駆動体
４０ 補強板
４１ カッタ回転軸
４２ カッタヘッド
４５ 攪拌羽根
４６ 固定攪拌板
４７ チャンバ
４８ クランク軸
５１ クランク軸の回転駆動装置
６２ 作泥土材供給管
６３ 給脂管
６４ａ，６４ｂ 液圧配管
６４ｃ オーバカッタ
６４ｄ オーバカッタ用の液圧ジャッキ
６８ 作泥土材添加孔
６９ 作泥土材供給配管
７０ 作泥土材添加孔
７１ 給脂配管
７２ 固定攪拌筒
７３ 取り付け用フランジ
７４ スリーブ
７５ 固定攪拌突起
８０ 切羽
８１ シールド機
８２ シールド筒
８３ 隔壁
８４ フード
８５ 回転盤
８７ 回転駆動脚
８８ カッタヘッド
９１ 攪拌羽根
９２ チャンバ
９３ 偏心軸
９６ 偏心軸の回転駆動装置
１０６ 攪拌翼回転軸
１０７ 攪拌翼
１０８ 攪拌翼回転軸の回転駆動装置
１１７ 作泥土材供給管
１１８ａ，１１８ｂ 液圧配管
１１８ｃ オーバカッタ
１１８ｄ オーバカッタ用の液圧ジャッキ
１２０ 作泥土材添加孔
１２１ 作泥土材供給配管
１２２ 作泥土材添加孔
１２３ シール部材
１２４ 給脂管
１２５ 給脂配管

Claims (4)

1. ジャッキ駆動単軸型のシールド機（３１）において、
   掘削土砂等を取り込むチャンバ（４７）に臨む位置で、回転体と固定部の間、相対的に回転している回転部と回転部との間である回転軸部に、シール部材を介装し、
   少なくとも作泥土材供給管（６２）、液圧配管（６４ａ），（６４ｂ）および給脂管（６３）をシールド筒（３２）の内部側からスイベルジョイント（６５）を通し回転部に挿設し、
   前記給脂管（６３）から前記シール部材に油脂を供給可能に配管し、前記作泥土材供給管（６２）を通じてカッタヘッド（４２）から作泥土材を切羽ないしはチャンバ（４７）に添加可能に配管し、前記液圧配管（６４ａ），（６４ｂ）を通じてカッタヘッド（４２）に設けられた油圧装置に圧力油を供給・排出可能に配管した、
   ことを特徴とするジャッキ駆動単軸型のシールド機。
2. シールド機（３１）の隔壁（３３）におけるシールド筒（３２）のほぼ中心部に、回転フレーム（３５）を回転可能に支持し、
   この回転フレーム（３５）の前側に、ほぼコーン状に形成されたカッタ駆動体（３９）を一体に取り付け、
   このカッタ駆動体（３９）の前端部に、カッタヘッド（４２）を一体に取り付け、
   このカッタヘッド（４２）の後面に、攪拌羽根（４５）を取り付け、
   前記隔壁（３３）の前面に、前記コーン状のカッタ駆動体（３９）の外面に沿って固定攪拌板（４６）を取り付け、
   前記回転フレーム（３５）の中心（Ｏ１）に対して所定の偏心距離（Ｒｄ）をおいた偏心位置（Ｏ２）に、クランク軸（４８）を取り付け、
   このクランク軸（４８）を、駆動ジャッキを用いた回転駆動装置（５１）に連結した、
   ことを特徴とする請求項１記載のジャッキ駆動単軸型のシールド機。
3. 前記固定攪拌板（４６）を、その長さ方向と直交する方向の断面三角形、断面山形または断面Ｔ字形に形成したことを特徴とする請求項２記載のジャッキ駆動単軸型のシールド機。
4. シールド機（８１）の隔壁（８３）におけるシールド筒（８２）のほぼ中心部に、回転盤（８５）を回転可能に支持し、
   この回転盤（８５）の前面に、円周方向に所定の間隔をおいて、複数本の回転駆動脚（８７）を一体に取り付け、
   前記複数本の回転駆動脚（８７）の前端部に、共通にカッタヘッド（８８）を一体に取り付け、
   前記回転盤（８５）の中心（Ｏ３）に対して所定の偏心距離（Ｒｄ）をおいた偏心位置（Ｏ４）に、筒状の偏心軸（９３）を一体に取り付け、
   この偏心軸（９３）を駆動ジャッキを用いた回転駆動装置（９６）に連結し、
   前記カッタヘッド（８８）の後面における半径方向の外側寄りの位置に、攪拌羽根（９１）を取り付け、
   前記偏心軸（９３）の内部および回転盤（８５）の中心部を通ってカッタヘッド（８８）の中心部に、攪拌翼回転軸（１０６）をカッタヘッド（８８）とは独立に回転可能に支持するとともに、この攪拌翼回転軸（１０６）におけるチャンバ（９２）に位置する部分に、攪拌翼（１０７）を取り付け、
   前記攪拌翼回転軸（１０６）を固定フレーム（１０４）に固定された回転駆動装置（１０８）に連結した、
   ことを特徴とする請求項１記載のジャッキ駆動単軸型のシールド機。

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