JP3955165B2 - 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、シールド工法、推進工法などに使用されて、既設のトンネルの側壁部に、別のトンネルをドッキングさせるために使用す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、既設のトンネルの側壁部に、別のトンネルをドッキングさせるために使用するシールド掘進機としては、例えば特開平１０−２８０８６７号公報に開示されたものがある。
この公報に開示されたシールド掘進機は、シールド本体前部の周縁部に沿って環状空間室が形成され、この環状空間室を構成する内側環状板部の内方に、カッタヘッドが回転自在に支持され、上記環状空間室内に、前縁部の複数箇所に切断ビットが突設されたカッタリングが、シールド本体の周縁部に沿って旋回可能にかつ前後方向で摺動可能に配置されたもので、しかも上記カッタリングを押出部材および押出伝達部材を介して押し出すための押出用シリンダ装置が具備されるとともに、このカッタリングの周方向の所定位置においては、カッタヘッドに設けられたコピーカッタ装置側の出退自在にされたカッタ部に係脱自在な係合穴が形成されて、カッタリングが前方に押し出された際に、コピーカッタ装置を介して、カッタリングをカッタヘッドに一体化するように構成されている。
【０００３】
したがって、上記カッタリングにより、既設トンネルの側壁部に別のトンネルをドッキングさせる場合、まず押出用シリンダ装置により、押出部材および押出伝達部材を介してカッタリングを間欠的に押し出した後、ボルトにより旋回台に固定するとともに、カッタリングの係合穴にコピーカッタ装置のカッタ部を係合させて、カッタリングをカッタヘッドに一体化させる。そして、カッタヘッドを回転させながらシールド本体を前進させれば、カッタリングにより、既設トンネルの側壁部の切削が行われる。
【０００４】
なお、既設トンネルの側壁部に別のトンネルがドッキングした後は、スキンプレートを残して、シールド本体内に配置された駆動機構部が全て分解されて、搬出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記シールド掘進機の構成によると、既設トンネルの側壁部を切削するためのカッタリングは、カッタヘッドの回転力を利用して回転させるようにしているため、その押出側の機構との関係上、カッタリングの駆動部分の構造が複雑になるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、カッタリングの駆動部分の構造を簡単にし得る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】
上記課題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の外周部であるスキンプレートの内側に所定間隔を有して環状板材を配置して、スキンプレートと環状板材との間に環状空間室を形成し、この環状空間室内に環状体を前後方向で移動可能に配置し、
この環状体に、旋回軸受を介して前端縁に切断ビットが設けられた筒状のリングプレートを回転自在に支持させるとともにこのリングプレートを回転させる回転駆動装置を配置し、上記環状体に連結されて上記リングプレートをスキンプレートの前端面から押し出す押出装置を設け、上記環状板材の内側に、カッタヘッドおよびその回転駆動機を有する掘削部を配置したものである。
【０００８】
上記シールド掘進機により、既設トンネルに枝線トンネルを掘削してドッキングさせる場合、シールド本体の環状空間室内に配置された環状体に設けられたリングプレートを、回転駆動装置により回転させるとともに、押出装置により、環状体を前方に押し出すことにより、既設トンネルの側壁部を切削して、枝線となる新しいトンネルをドッキングさせることができる。
【０００９】
このように、シールド本体から前方に押し出し得る環状体に、リングプレートを回転自在に設けたので、例えばリングプレートを回転させる駆動力を、カッタヘッド側の駆動力を利用するものに比べて、リングプレートとカッタヘッドとの連結機構およびリングプレートとその押出装置とを分離した状態で押し出し得るようにするための機構を必要としない。
【００１０】
また、上記シールド掘進機におけるカッタヘッドの外径を環状板材の内径よりも小さくするとともに、このカッタヘッドに、その半径方向で出退自在にされたカッタ部を有するオーバカッタ装置を具備することにより、カッタ部を突出させてトンネルを掘削した後、カッタ部を退入させれば、掘削部をそのままシールド本体から取り出すことができ、したがって他のシールド掘進機に組み込んで、再使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるシールド掘進機を、図１〜図８に基づき説明する。
図１および図２に示すように、このシールド掘進機は、例えば推進工法により、管体を敷設するためのもので、そのシールド本体１は屈折式とされ、前胴２と後胴３とから構成されている。また、このシールド本体１の前進動作は、掘削されたトンネルの後方に敷設される管体の押込力により、すなわち外部からの力により行われるものである。
【００１２】
このシールド本体１の前方部分、すなわち前胴２の外周部であるスキンプレート１１の内側に所定間隔を有して円筒状板材（環状板材）１２が、支持部材（図示せず）を介して設けられており、したがってこのスキンプレート１１と円筒状板材１２との間の部分が環状空間室１３にされている。
そして、この環状空間室１３内に、その前後部を遮断するような環状構造にされた円筒状体（環状体）１４が、シールド本体１の前後方向で摺動可能に配置されている。
【００１３】
この円筒状体１４は、円筒状板材１２に前後方向で摺動可能に外嵌する内側円筒状板材１６と、この内側円筒状板材１６の外周面に所定高さのブラケット１７を介して設けられた外側円筒状板材１８と、これら両円筒状板材１６，１８間の前面にすり鉢状に設けられた前面環状板材１９とから構成されている。
そして、この円筒状体１４の外周面には、前端縁に所定間隔おきで多数の切断ビット２２が取り付けられた筒状のリングプレート２１が円周方向で回転自在に設けられている。
【００１４】
すなわち、内側円筒状板材１６の中間部の外周面には、ブラケット２３を介して旋回軸受２４が設けられるとともに、この旋回軸受２４の非固定側である内輪側にリングプレート２１が連結され、また円筒状体１４側には、リングプレート２１を回転させるための回転駆動装置２５が配置されている。
この回転駆動装置２５は、例えばブラケット２３に回転自在に支持されるとともに旋回軸受２４の内輪側に形成されたリングギヤ２６に噛合するピニオン２７と、円筒状板材１２側に設けられて上記ピニオン２７を回転継手（具体的には、自在継手が使用され、この他、弾性またはフレキシブルな回転継手でもよい）２８を介して回転させる第１回転駆動機（例えば、油圧モータが使用されるが、電動機でもよい。）２９とから構成されている。なお、この第１回転駆動機２９は、図３に示すように、例えば円周方向に沿って等間隔で３箇所に配置されている。
【００１５】
また、シールド本体１側、例えば後胴３側と円筒状体１４との間に配置されて円筒状体１４を前方に押し出し、リングプレート２１を、シールド本体１の前端面から突出させるための押出装置としての押出用シリンダ装置３０が設けられている。なお、この押出用シリンダ装置３０は、前胴２と後胴３とに亘って配置された方向修正用ジャッキそのものが使用される。勿論、この押出用シリンダ装置３０についても、図４に示すように、例えば円周方向に沿って等間隔で６箇所に配置されている。
【００１６】
上記第１回転駆動機２９を駆動させることにより、回転継手２８を介してリングプレート２１が回転されるとともに、押出用シリンダ装置３０の作動により、円筒状体１４を介して、リングプレート２１がシールド本体１の前端面から前方に押し出される。
そして、上記シールド本体１の前胴２内の円筒状板材１２の内側には、トンネル掘削用のカッタヘッド３１を有する掘削部３２が配置されている。
【００１７】
この掘削部３２は、円筒状板材１２の内側の前端部に配置された隔壁材３３に挿通して設けられた筒状ケーシング３４と、この筒状ケーシング３４内に回転自在に保持されるとともに先端部にカッタヘッド３１が取り付けられた回転軸体３５と、筒状ケーシング３４側に取り付けられて上記回転軸体３５を回転させる第２回転駆動機（例えば、油圧モータが使用されるが、電動機でもよい。）３６とから構成されている。
【００１８】
また、上記カッタヘッド３１は、図２に示すように、外径が円筒状板材１２の内径よりも少し小さい径を有する所定厚さの面板部３７の表面に複数個のカッタビット３８が取り付けられて構成されたものであり、さらにこのカッタヘッド３１には、この面板部３７より径の大きい穴、すなわちシールド本体１の外径と同一径のトンネルを掘削し得る一対のオーバーカッタ装置３９が具備されている。
【００１９】
このオーバーカッタ装置３９は、面板部３７内に半径方向で挿入配置された出退用シリンダ装置４１と、この出退用シリンダ装置４１の移動側に、例えばシリンダ本体４１ａ側に取り付けられるとともに表面に複数個のカッタビット４２が取り付けられた棒状のカッタ部４３とから構成されている。したがって、出退用シリンダ装置４１のロッド部４１ｂの先端が面板部３７側に連結されている。
【００２０】
また、この一対のオーバーカッタ装置３９は、すなわち一対の出退用シリンダ装置４１は、円形の面板部３７の直径方向に沿って互いに逆方向に配置されており、図１の実線にて示すように、その使用時には、１８０度対称位置にて、カッタ部４３が面板部３７外周面から、それぞれ外方に突出されることになる。
勿論、これらカッタ部４３の突出位置においては、その先端部がシールド本体１の外周面と同一位置まで突出するようにされており、通常のトンネル掘削時には、この状態で掘削される。なお、この通常のトンネル掘削時においては、円筒状体１４は、シールド本体１に対して固定部材（図示せず）により固定されているが、図５に示すように、押出用シリンダ装置３０により、円筒状体１４を介して、リングプレート２１が前方に押し出される際には、円筒状体１４のシールド本体１に対する固定は解除される。なお、図中、５１は隔壁材３３に接続された送泥管、５２は隔壁材３３に接続された排泥管であり、また５３はカッタヘッド３１の面板部３７の後面に突設された攪拌翼などの攪拌部材である。
【００２１】
次に、上記シールド掘進機により、既設のトンネルに相当する既設の大口径管に、枝線のトンネルに相当する新しい小口径管をドッキングさせる場合を、図面に基づき説明する。
本発明に係るシールド掘進機により、図１の実線にて示すように、カッタ部４３が突出されてシールド本体１と同一径のトンネルが掘削されて、小口径管Ｒが敷設されており、図６に示すように、このシールド掘進機が、既設の大口径管Ｓに近づくと、オーバーカッタ装置３９のカッタ部４３を退入させた後、円筒状体１４のシールド本体１に対する固定を解除し、そして回転駆動装置２５の第１回転駆動機２９を駆動してリングプレート２１を回転させるとともに、押出用シリンダ装置３０により、円筒状体１４を押し出し、すなわちリングプレート２１を前方に押し出す。
【００２２】
次に、図７に示すように、シールド本体１をゆっくりと前進させて（勿論、シールド本体を前進させずに、リングプレートだけを押し出す場合もある）、回転するリングプレート２１を既設の大口径管Ｓに押し付け、その側壁部に小径の穴部Ｓａを切削する。
そして、大口径管Ｓの側壁部の切削（掘削）が終了すると、図８に示すように、シールド本体１のスキンプレート１１と大口径管Ｓとは、リングプレート２１により接続された状態となっており、止水を行った後、シールド掘進機を解体してトンネル内壁面に覆工コンクリートＴを施工して接続管部を形成すれば、容易にかつ既設の大口径管Ｓに損傷を与えることなく、小口径管Ｒをドッキングさせることができる。
【００２３】
ところで、上記シールド掘進機の解体時に、オーバーカッタ装置３９のカッタ部４３を退入させた状態で、シールド本体１側に配置された円筒状体１４の内側部分である掘削部３２をそのまま取り出すことにより、この掘削部３２を、本シールド掘進機と同じ型式の他のシールド掘進機の掘削部として使用することができる。勿論、シールド本体１に対して、この掘削部３２は取り外し可能なように構成されている。
【００２４】
このように、シールド本体の内側に形成された環状空間室に、他のトンネルの側壁部を掘削するためのリングプレートを配置する際に、押出用シリンダ装置により押し出される円筒状体に、旋回軸受を介してリングプレートを支持させるとともに、この円筒状体に、リングプレートを回転させる第１回転駆動機を配置したので、従来例で説明したように、リングプレートを回転させる駆動力を、カッタヘッド側の駆動力を利用するものに比べて、リングプレートとカッタヘッドとの連結機構およびリングプレートとその押出装置とを分離した状態で押し出し得るようにするための機構を必要としないので、リングプレートの駆動部分の構造を簡単にすることができる。
【００２５】
しかも、上述したように、カッタヘッドを有する掘削部を、シールド本体からそのまま取り出して、他のシールド掘進機に再使用することができるため、非常に経済的である。
ところで、上記実施の形態においては、シールド本体の移動が掘削されたトンネルの後方に敷設される管体の押込みにより行われる推進工法を使用して、既設の大口径管に、枝管として小口径管を接続する場合について説明したが、勿論、シールド本体の移動がシールド本体の後部に設置された推進ジャッキの伸縮により行われるシールド工法を使用して、通常の既設トンネルに、枝線として新しくかつ既設トンネルより口径の小さいトンネルをドッキングさせる場合にも適用し得るものである。したがって、シールド工法にて、トンネルの内壁面には、順次、セグメントにより覆工が構築されていくことになり、この場合、シールド本体は、セグメントの端面を推進ジャッキで押圧することにより前進する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明の構成によると、シールド本体の内側に形成された環状空間室に、他のトンネルの側壁部を切削するためのリングプレートを配置する際に、押出装置により押し出される環状体に旋回軸受を介してリングプレートを支持するとともに、この環状体に、リングプレートを回転させる回転駆動装置を配置したので、例えばリングプレートを回転させる駆動力を、カッタヘッド側の駆動力を利用するものに比べて、リングプレートとカッタヘッドとの連結機構およびリングプレートとその押出装置とを分離した状態で押し出し得るようにするための機構を必要としないので、リングプレートの駆動部分の構造を簡単にすることができる。
【００２７】
さらに、掘削部に設けられたカッタヘッドの外径を、環状板材の内径よりも小さくしたので、掘削部を、シールド本体から取り出すとともに、他のシールド掘進機に再使用することができ、したがって非常に経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】同シールド掘進機における動作状態を示す断面図である。
【図６】同シールド掘進機によるドッキング作業を説明する断面図である。
【図７】同シールド掘進機によるドッキング作業を説明する断面図である。
【図８】同シールド掘進機によるドッキング作業を説明する断面図である。
【符号の説明】
１ シールド本体
２ 前胴
３ 後胴
１１ スキンプレート
１２ 円筒状板材
１３ 環状空間室
１４ 円筒状体
２１ リングプレート
２２ 切断ビット
２４ 旋回軸受
２５ 回転駆動装置
２９ 第１回転駆動機
３０ 押出用シリンダ装置
３１ カッタヘッド
３２ 掘削部
３６ 第２回転駆動機
３７ 面板部
３８ カッタビット
３９ オーバーカッタ装置
４１ 出退用シリンダ装置
４２ カッタビット
４３ カッタ部

Claims (2)

1. シールド本体の外周部であるスキンプレートの内側に所定間隔を有して環状板材を配置して、スキンプレートと環状板材との間に環状空間室を形成し、
   この環状空間室内に環状体を前後方向で移動可能に配置し、
   この環状体に、
   旋回軸受を介して前端縁に切断ビットが設けられた筒状のリングプレートを回転自在に支持させるとともにこのリングプレートを回転させる回転駆動装置を配置し、
   上記環状体に連結されて上記リングプレートをスキンプレートの前端面から押し出す押出装置を設け、
   上記環状板材の内側に、カッタヘッドおよびその回転駆動機を有する掘削部を配置したことを特徴とするシールド掘進機。
2. カッタヘッドの外径を環状板材の内径よりも小さくするとともに、このカッタヘッドに、その半径方向で出退自在にされたカッタ部を有するオーバカッタ装置を具備したことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。

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