JP3899443B2 - 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１１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１２は図１１に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図、図１３は図１１に示した多連型シールド掘進機のＢ−Ｂ矢視図である。図１１乃至図１３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て、左右の主シールド部５７，５９と中央の副シールド部６１とを有する構成としたものである。
【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。そして、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】
一方、多連型シールド掘進機において、トンネル掘進途中で急曲率の掘進を容易にする技術として、例えば特開平３−２０８９８７号公報に示されたような中折れ機能を有する多連型中折シールド掘進機が知られている。
【０００６】
【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を含むシールド掘進機においては、幅方向に拡幅する機能と中折れ機構とを共に有するものは開発されていなかった。その理由としては、上記の特開平６−１４６７７６号公報に開示された多連型シールド掘進機は、主シールドフレーム５５ａ，５５ｂ全体が一体となって拡幅するため、このような構造のものに単に従来の中折れ機構を適用したのでは、中折れ機構部分も拡幅することになり、外周長の変化に十分対応できるパッキンが存在しないため、中折れ機構部分の止水が困難になることなどが考えられる。
【０００７】
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、拡幅ができると共に急曲率にも対応できる中折れ機構を有するシールド掘進機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係るシールド掘進機は、掘削機構を有する前胴部、該前胴部に連結され中折れ機構を有する中胴部、該中胴部に連結されトンネル構築部を有する後胴部を備えるシールド掘進機であって、
前記前胴部及び前記後胴部はそれぞれ、前記中胴部に固定接続される中ブロックと該中ブロックの両側に配置された左右ブロックとを備え、前記前胴部の左右ブロックと前記後胴部の左右ブロックとが互いに独立して掘削口拡大方向に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
（２）さらに、前記前胴部及び前記後胴部はそれぞれの中ブロックと左右ブロックとの間で止水され、前記前胴部の左右ブロックと前記後胴部の左右ブロックとが互いに独立して掘削口拡大方向に移動可能に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
【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、前胴部３、前胴部３の後方に固定連結された中胴部５及び、中胴部５の後方に固定連結された後胴部７を有している。そして、前胴部３は中ブロック３ａと、中ブロック３ａの両側に配置された左右ブロック３ｂ，３ｃの３つのブロックから構成されている。左右ブロック３ｂ，３ｃの前端部には主掘削カッタ１１，１３が、また中ブロック３ａの前端部には副掘削カッタ１５がそれぞれ取り付けられている。また、後胴部７も同様に、中ブロック７ａと、中ブロック７ａの両側に配置された左右ブロック７ｂ，７ｃの３つのブロックから構成されている。なお、前胴部３の中ブロック３ａ及び後胴部７の中ブロック７ａは共に中胴部５に固定接続されて、中胴部５と一体的に構成されている。
【００１０】
図２は図１に示したシールド掘進機１の平面断面図、図３は図１に示した前胴部３におけるカッタの軸線に直交する方向の断面図である。以下、図２及び図３に基づいてシールド掘進機１の構成の詳細を説明する。
まず、前胴部３について説明する。左右ブロック３ｂ，３ｃは、図３に示すように、中ブロック３ａ側に中ブロック３ａの両端部が挿入可能な開口を有し、該開口に中ブロック３ａの両端部が挿入されて、左右ブロック３ｂ，３ｃが中ブロック３ａに対して拡幅方向に移動可能に構成されている。そして、左右ブロック３ｂ，３ｃの開口部と中ブロック３ａの両端部が重なる部位には土砂及び地下水の浸入を防止するパッキン２０、２１が配設されている。また、左右ブロック３ｂ，３ｃと中ブロック３ａとの間にはスライドジャッキ２３，２５が設置されており、これらスライドジャッキ２３，２５を伸縮駆動することによって、左右ブロック３ｂ，３ｃを拡幅又は縮幅方向に移動させることができる。
【００１１】
次に、中胴部５について説明する。中胴部５は、図２に示すように、オスケーシング５ａとメスケーシング５ｂとから構成され、オスケーシング５ａがメスケーシング５ｂに挿入され、掘削カッタの軸線方向に延出可能に構成されている。図４は中胴部５の掘削カッタの軸線に直交する断面図である。図４に示すように、中胴部５の両側部におけるオスケーシング５ａとメスケーシング５ｂとの間には、中胴部５の全周に亘って複数の中折れジャッキ２７が設置されており、これら複数の中折れジャッキ２７のうち任意のものを駆動することによって、中胴部５を任意の方向に屈曲させることができる。例えば、図中左側に設けられた中折れジャッキ２７のうち何台かを駆動させることによって、中胴部５を右側に屈曲させることができる。
なお、オスケーシング５ａとメスケーシング５ｂの間には、図４に示すように、中折れパッキン３１が介装されており、オスケーシング５ａとメスケーシング５ｂの間から土砂及び地下水が浸入するのを防止している。
【００１２】
後胴部７は、基本的に前胴部３と同一の構成からなり、左右ブロック７ｂ，７ｃは中ブロック７ａに対して拡幅方向に移動可能に設置されており、左右ブロック７ｂ，７ｃと中ブロック７ａとの間には土砂及び地下水の浸入を防止するパッキン３３、３５が配設されている。また、左右ブロック７ｂ，７ｃと中ブロック７ａとの間にはスライドジャッキ３７，３９が設置されており、これらスライドジャッキ３７，３９を駆動することによって、左右ブロック７ｂ，７ｃを、前胴部３の左右ブロック３ｂ，３ｃと独立して拡幅又は縮幅方向に移動させることができる。
【００１３】
図５乃至図８は図１に示したシールド掘進機１の動作を説明する説明図である。以下、本実施の形態のシールド掘進機１の動作を図５乃至図８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５に示すように前胴部３及び後胴部７を縮幅状態にして掘進し、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、主カッター１１，１３の外周部から図示しないコピーカッタを突出させて、該コピーカッタによって拡幅方向を余堀りしながら掘進を行い、少なくとも前胴部３を拡幅するに足りる地点まで進むと、図６に示すように、前胴部３に設置されたスライドジャッキ２３，２５を所定量だけ伸長させて、左右ブロック３ｂ，３ｃを左右方向にスライドさせて前胴部３を拡幅させる。そして、前胴部３を拡幅させた状態で、主掘削カッタ１１，１３及び副掘削カッタ１５によって地盤を掘削しながら掘進し、後胴部７が拡幅可能な地点まで進んだところで、後胴部７のスライドジャッキ３７，３９を所定量だけ伸長させて、図７に示すように、左右ブロック７ｂ，７ｃを左右方向にスライドさせて前胴部３を拡幅させる。図７に示した拡幅状態における斜視図を図９に、図７に示した拡幅状態における前胴部３の断面図を図１０に示した。
【００１４】
以後は図７に示した前胴部３及び後胴部７を拡幅させた状態で掘進し、必要に応じて、スライドジャッキ２３，２５，３７，３９を伸縮させることによって前胴部３又は後胴部７を拡幅又は縮幅させることができる。
そして、シールド掘進機１が急曲率のカーブ地点にきたときには、複数の中折れジャッキ２７のうちカーブの方向と反対側に設置されている中折れジャッキ２７の何台かを所定量だけ伸長させることによって、オスケーシング５ａとメスケーシング５ｂの挿入部をスライドさせて、中胴部５をカーブの方向に屈曲させることができる。図８は、図中右方向へカーブするときの状態を示している。
このように、中折れジャッキ２７の駆動によって、急曲率のカーブをスムーズに掘進するための姿勢に変化させることができる。
【００１５】
以上説明したように、本実施の形態においては、中折れ機構を有する中胴部５を拡幅させることなく、前胴部３及び後胴部７を拡幅させることができるので、従来例で指摘した中折れ機構部が拡幅することによる止水性の問題を考慮する必要がない。
【００１６】
また、前胴部３の左右ブロック３ｂ，３ｃと後胴部７の左右ブロック７ｂ，７ｃとが中胴部５を挟んでそれぞれ独立した構造になっているので、前胴部３及び後胴部７のそれぞれの左右ブロック３ｂ，３ｃ及び７ｂ，７ｃと中ブロック３ａ及び７ａとの間のパッキンをそれぞれ独立に配設することができ、従来例のようにシールドフレーム全体に一体形のパッキンを配設しなければならないものに比べると、パッキンの配設が容易にり、且つ止水性も確実となる。
【００１７】
また、前胴部３及び後胴部７を、それぞれ中ブロック３ａ及び７ａ、左右ブロック３ｂ，３ｃ及び７ｂ，７ｃの３つのブロックから構成し、左右ブロック３ｂ，３ｃ及び７ｂ，７ｃをそれぞれ独立に拡幅できるようにしたので、シールド掘進機１を拡幅する際に、少なくとも前胴部３を拡幅できる距離だけコピーカッタで掘削しながら掘進すれば、その後は前胴部３のみを拡幅させて、主カッタ１１，１３及び幅カッタ１５によって掘削しながら掘進できるので、拡幅の作業が効率的に行える。
【００１８】
なお、シールド掘進機１を縮幅させた状態で掘進しているときに、シールド掘進機１をカーブさせる際にはカーブする方向の地盤をコピーカッタで掘削する必要があるが、本実施の形態のシールド掘進機１の場合には、コピーカッタで少しだけ余堀りをした後に、カーブ側の前胴部３のブロックを拡幅させて、コピーカッタに代えて主カッタで掘削することができるので、効率的な余堀りができ、シールド掘進機１の方向転換がスムーズにできる。
【００１９】
【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、中胴部に中折れ機構を備え、前胴部及び後胴部をそれぞれ複数のブロックから構成すると共に、前記前胴部のブロックと前記後胴部のブロックとが互いに独立して掘削口拡大方向に移動できるようにしたので、中折れ機構を有する中胴部を拡幅させることなく、前胴部及び後胴部を拡幅させることができ、従来例で指摘した中折れ機構部が拡幅することによる止水性の問題を考慮することなく、拡幅機構及び中折れ機構を有するシールド掘進機が実現できた。
【００２０】
また、前胴部と後胴部をそれぞれ独立に拡幅できるようにしたので、シールド掘進機を掘削口拡大方向に拡幅させる場合に、少なくとも前胴部を拡幅できる距離だけコピーカッタで掘削しながら掘進すれば、その後は前胴部のみを拡幅させて、前胴部に設けた掘削機構によって掘削しながら掘進できるので、拡幅の作業が効率的に行える。
【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の水平断面図である。
【図３】 図１における前胴部３の断面図である。
【図４】 図１における中胴部の断面図である。
【図５】 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６】 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７】 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８】 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９】 本発明の一実施の形態における拡幅状態の斜視図である。
【図１０】 本発明の一実施の形態における拡幅状態の前胴部の断面図である。
【図１１】 従来の多連型シールド掘進機の切断平面図である。
【図１２】 図１１に示した多連型シールド掘進機のＡ−Ａ矢視図である。
【図１３】 図１１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 前胴部
３ａ 中ブロック
３ｂ 左ブロック
３ｃ 右ブロック
５ 中胴部
７ 後胴部
７ａ 中ブロック
７ｂ 左ブロック
７ｃ 右ブロック
１１，１３ 主カッタ
１５ 副カッタ
２３，２５，３７，３９ スライドジャッキ
２７ 中折れジャッキ

Claims (2)

1. 掘削機構を有する前胴部、該前胴部に連結され中折れ機構を有する中胴部、該中胴部に連結されトンネル構築部を有する後胴部を備えるシールド掘進機であって、
   前記前胴部及び前記後胴部はそれぞれ、前記中胴部に固定接続される中ブロックと該中ブロックの両側に配置された左右ブロックとを備え、前記前胴部の左右ブロックと前記後胴部の左右ブロックとが互いに独立して掘削口拡大方向に移動可能に構成されていることを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記前胴部及び前記後胴部はそれぞれの中ブロックと左右ブロックとの間で止水されていることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。

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