JP4037798B2 - 地中掘削装置及びこの地中掘削装置を利用したシールド装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、地中に横坑やトンネル等を構築する際に使用される地中掘削装置及びこの地中掘装置を利用したシールド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に横坑やトンネル等を構築する際には、シールド装置を使用する場合と、推進装置を使用する場合とがある。上記シールド装置は、筒体と、この筒体の先端に設けられたカッターヘッドと、上記筒体内に配設されてなるとともに上記カッターヘッドを回転駆動させるモータを備えている。また、この筒体の背面側内部には、内部においてそれぞれ円弧状に成形された複数のセグメントをリング状に連結する作業を行うための作業空間が形成されているとともに、このシールド装置全体を前方に移動させるためのジャッキが配設されている。したがって、上記従来のシールド装置によりトンネル等を構築する場合には、上記作業空間内において、上記各セグメントをリング状に連結させる作業が終了すると、次いで、該リング状に連結されたセグメントの正面に、上記ジャッキの一端を当接させ該ジャッキが伸張するよう駆動させるとともに、上記カッターヘッドを回転駆動させ地中を掘削する。こうした工程により、このシールド装置全体を前進させ、所定の長さ（セグメントの幅）前進させると、さらにこの要領で、上記セグメントをリング状に連結させ、シールド装置全体を前進させる。
【０００３】
一方、上記推進装置は、上記シールド装置と同じように、筒体と、この筒体の先端に設けられたカッターヘッドと、上記筒体内に配設されてなるとともに上記カッターヘッドを回転駆動させるモータを備えている。そして、こうした構成に係る推進機を使用してトンネル等を構築する場合には、該推進装置に後続する複数のパイプの最後尾にジャッキを設置し、このジャッキを駆動させるとともに、上記カッターヘッドを回転駆動させることにより、推進装置及び複数のパイプ全体を先進させ、所定の長さ（パイプの長さ）前進させると、再度上記複数のパイプの最後尾に新たなパイプを接続し、再度上記ジャッキを駆動させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のシールド装置や推進装置は、それぞれ基本的構成が共通するにも拘らず、工法上の相違からそれぞれ別個に製造され使用されているのが実情であり、極めて不経済であると同時に、トンネル等の構築コストも増大しており、さらには、多数のシールド装置と推進装置とをそれぞれ保管しなければならない。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来のシールド装置や推進装置が有する課題を解決するために提案されたものであって、シールド筒の先端を挿入することによりシールド装置として利用することができるとともに、推進装置としても利用することができる新規な地中掘削装置及び上記筒体を構成要素とした新規なシールド装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであって、第１の発明（請求項１記載の発明）は、地中掘削装置に係るものであって、筒体と、この筒体の先端に設けられたカッターヘッドと、上記筒体内に配設され上記カッターヘッドを回転させる駆動装置とを備えた地中掘削装置において、上記筒体の背面側の外径は、内部において複数のセグメントをリング状に連結する作業空間が形成されたシールド筒の外径と同じ寸法とされ、内径は、該シールド筒の先端に形成された小径部の外径と略同じ寸法とされてなるとともに、該筒体の背面側の内周面には、この地中掘削装置に後続するパイプの正面に当接する当接部材が形成されてなり、上記筒体の基端側にシールド筒の先端に形成された小径部を挿入することにより、シールド装置として利用することもできるとともに、該筒体の内周面に形成された当接部にパイプの正面を当接して後続させることにより、推進装置として利用できることを特徴とするものである。
【０００７】
この第１の発明では、筒体の背面側の外径は、内部において複数のセグメントをリング状に連結する作業空間が形成されたシールド筒の外径と同じ寸法とされ、内径は、該シールド筒の先端に形成された小径部の外径と略同じ寸法とされてなるとともに、該筒体の背面側の内周面には、この地中掘削装置に後続するパイプの正面に当接する当接部材が形成されてなり、上記筒体の基端側にシールド筒の先端に形成された小径部を挿入することにより、シールド装置として利用することもできるとともに、該筒体の内周面に形成された当接部にパイプの正面を当接して後続させることにより、推進装置として利用できる。したがって、この第１の発明によれば、同一の地中掘削装置を、シールド工法においても推進工法においても利用することができ、それぞれ別個に推進装置やシールド装置を製造し、保管する必要性もないことから、推進工法又はシールド工法を安価に施工することができる。
【０００８】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）は、シールド装置に係るものであって、地中掘削装置を構成する筒体の背面側には、前記シールド筒の先端に形成された小径部が挿通されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
この第２の発明に係るシールド装置では、前記地中掘削装置を構成する筒体の背面側には、前記シールド筒の先端に形成された小径部が挿通されてなることから、このシールド筒を地中掘削装置から取り外すことにより、推進装置として利用することができるので、前記第１の発明と同じように、それぞれ別個に推進装置やシールド装置を製造し、保管する必要性もないことから、推進工法又はシールド工法を安価に施工することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る地中掘削装置及びこの地中掘削装置を利用したシールド装置の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
この実施の形態に係る地中掘削装置１は、図１に示すように、筒体２と、この筒体２の先端に配設されたカッターヘッド３とを備えている。上記筒体２は、第１乃至第５の筒部材４・・・８から構成されてなるものであって、上記第１の筒部材４は、この地中掘削装置１の先端に位置している。なお、これら第１乃至第５の筒部材４・・・８の外径は、後述するシールド筒の外径と同じ寸法に成形されている。また、上記第２の筒部材５は、上記第１の筒体４の背面側においてやや屈曲可能に連結されており、この第２の筒部材５の背面側には第３の筒部材６が固定され、さらに、この第３の筒部材６の背面側には第４の筒部材７が固定され、最後尾には第５の筒部材８が固定されている。そして、上記第１の筒部材４の先端には、上記カッターヘッド３が回動自在に配設され、このカッターヘッド３には、地中を掘削する多数のカッタービット３ａが固定されている。なお、このカッターヘッド３には、上記カッタービット３ａにより掘削された泥土が上記筒体２内に流入する複数の開口（符号は省略する。）が形成されている。また、上記第１の筒部材４内には、内側が略すり鉢状に成形されてなるとともに上記カッターヘッド３と一体的に回転するアウターコーン９が配設され、このアウターコーン９の中心には、上記カッターヘッド３の中心に軸支されてなるとともに正面側から背面側にかけて徐々に大径化されてなるインナーコーン１０が設けられており、これらアウターコーン９とインナーコーン１０との背面側には、仕切り板１１が固定されている。
【００１２】
また、上記仕切り板１１の背面側には、上記アウターコーン９及びカッターヘッド３を回転駆動させるモータ１２が固定されている。また、上記仕切り板１１には、上記アウターコーン９とインナーコーン１０との間に流入した泥土が流入する図示しない開口が形成され、該仕切り板１１の背面には、上記開口に流入した泥土が流入する排泥管群１３の先端が固定されている。なお、排泥管群１３の先端は、上記第１の筒部材４内に位置し、基端側は上記第３の筒状部材６内に位置している。また、上記第１の筒部材４と第２の筒部材５との内側には、複数の方向修正ジャッキ１４が配設され、この地中掘削装置１では、これらの方向修正ジャッキ１４の駆動により、上記カッターヘッド３が配設された第１の筒部材４の方向が修正できるように構成されている。
【００１３】
また、上記排泥管群１３の最後尾には、排泥パイプ１５の基端が固定され、該排泥パイプ１５の先端側は、排泥タンク１６内に臨まされている。この排泥タンク１６は、上記第４の筒部材７内に設置されており、この排泥タンク１６には、該排泥タンク１６内の泥土を地上に排出する排泥チューブ１７の基端が固定されている。
【００１４】
そして、上記筒体２を構成する第５の筒部材８は、内径が後述するシールド筒を構成する小径部の外径と略同じ寸法に成形され、内周面にはリング状の当接部材１８が溶接されている。この当接部材１８は、後述するシールド工法を行う際に使用されるシールド筒の先端や推進工法により地中に連続して敷設されるパイプの先端面が当接する部位であり、図２に示すように、複数の補強用リブ１８ａが溶接されている。
【００１５】
次に、上述した地中掘削装置１を利用してシールド工法を行う際に、該地中掘削装置１と一体的に使用されるとともに、シールド装置の一部を構成するシールド筒２０について、図面を参照しながら詳細に説明する。このシールド筒２０は、図３に示すように、筒本体２１と、この筒本体２１内に固定された複数のシールドジャッキ２２とを備えている。上記筒本体２１は、円弧状に成形された多数のセグメントＣの左右及び前後を互いに連結させ全体として円筒状のトンネルＴを形成する作業を行う作業空間Ｓが内部に形成されてなるものである。そして、この筒本体２１の背面側には、筒状の薄肉部２１ａが形成され、この薄肉部２１ａの基端側内周面には、第１のテールシール２３の基端が固定され、先端側内周面には、第２のテールシール２４が固定されている。これら第１及び第２のテールシール２３，２４は、ゴム等の素材によりそれぞれリング状に成形されてなるものであり、上記トンネルＴの外径より短い内径とされてなるものである。これら第１及び第２のテールシール２３，２４は、内側に上記トンネルＴが挿通されることにより撓んで該トンネルＴの外周面に密着し、このシールド筒２０の内周面と上記多数のセグメントＣにより円筒状に成形されたトンネルＴの外周面との間から地下水等が浸入することを防止するためのものである。また、上記シールドジャッキ２２は、図４に示すように、全部で４つ固定されている。そして、これら４つのシールドジャッキ２２の先端には、図５に示すように、上記セグメントＣの先端面に圧接する圧接部材２５が固定されている。これらの圧接部材２５は、それぞれ円弧状に成形されてなる板体であり、上記各セグメントＣの曲率と同じ曲率に成形されている。
【００１６】
また、上記筒本体２１の外径は、前記地中掘削装置１を構成する筒体２の外径と同じ外径となされ、先端には、この筒体２を構成する第５の筒部材８の内径と略同じ外径となされた小径部２１ｂが形成されている。そして、この小径部２１ｂの先端には、上記地中掘削装置１を構成するリング状の当接部材１８の背面に当接するとともに、該当接部材１８の幅と同じ幅となされたリング部２１ｃが形成されている。
【００１７】
以下、図６を参照しながら、上述したシールド筒２０を前記地中掘削装置１の後端側に連結させたシールド装置３０について簡単に説明し、次いで、このシールド装置３０を用いて行われるシールド工法について説明する。
【００１８】
このシールド装置３０は、上述したように、地中掘削装置１の後端に上記シールド筒２０を連結させてなるものであり、該シールド筒２０を構成する筒本体２１の先端に形成された上記小径部２１ｂが、上記第５の筒部材８の後端側から挿入され該小径部２１ｂの先端に形成されたリング部２１ｃが、前記当接部材１８の背面に当接している。
【００１９】
そして、このように構成されたシールド装置３０によりシールド工法を行う場合には、上記シールド筒２０内において、複数のセグメントＣを図示しないボルト及びナットによりリング状に固定し、この固定作業が終了すると、次いで、上記シールドジャッキ２２が伸張するよう駆動させ、該シールドジャッキ２２の先端に固定された上記各圧接部材２５の背面を上記セグメントＣに圧接させる。なお、このようにシールドジャッキ２２を駆動させる場合には、前述したカッターヘッド３も回転駆動させる。このように、シールドジャッキ２２及びカッターヘッド３の駆動により、地中掘削装置１及びシールド筒２０からなるシールド装置３０は、徐々に前進する。そして、このように前進する過程で地中掘削装置１内に流入した泥土は、上記アウターコーン９とインナーコーン１０との間から図示しない開口を通過し、さらに排泥管群１３から排泥パイプ１５を通過し、排泥タンク１６内に流入した後に、排泥チューブ１７内を通過して地上に排出される。そして、上記各シールドジャッキ２２が伸張されシールド装置３０全体が所定距離前進した後には、再び各シールドジャッキ２２が縮小するよう駆動させ、再び上記セグメントＣを固定する。抗した要領に従い上記多数のセグメントＣによりトンネルＴを形成する。
【００２０】
一方、上述した地中掘削装置１を推進装置として使用する場合、すなわち、この地中掘削装置１により推進工法を行う場合には、地表から下方に形成された図示しない発進縦坑から搬入されたヒューム管（パイプ）Ｈの先端を、図７に示すように、この地中掘削装置１に形成された当接部材１８の背面に当接させ、上記発進縦坑内に設置された図示しない押圧ジャッキを駆動させる。なお、このように、押圧ジャッキを駆動させる場合には、前述したカッターヘッド３も回転駆動させる。このように、押圧ジャッキ及びカッターヘッド３の駆動により、地中掘削装置１及びヒューム管Ｈは、徐々に前進する。なお、このように地中掘削装置１とヒューム管Ｈとの前進により該地中掘削装置１内に流入した泥土の移動は前述した通りである。そして、こうした動作を繰り返すことにより、地中には上記多数のヒューム管Ｈによりトンネルが形成される。
【００２１】
このように、本実施の形態に係る地中掘削装置１によれば、前述したシールド筒２０と連結させることにより、シールド装置３０として利用することができるとともに、推進装置としても利用することができ、従来のように、それぞれ別個に製造する必要がない。したがって、この地中掘削装置１によれば、極めて経済的であると同時に、トンネル等の構築コストも低減させることができ、また、多数のシールド装置と推進装置とをそれぞれ保管する必要性もない。
【００２２】
【発明の効果】
前述した本発明の一実施の形態の説明からも明らかなように、本発明（請求項１記載の発明）では、筒体の背面側の外径は、内部において複数のセグメントをリング状に連結する作業空間が形成されたシールド筒の外径と同じ寸法とされ、内径は、該シールド筒の先端に形成された小径部の外径と略同じ寸法とされてなるとともに、該筒体の背面側の内周面には、この地中掘削装置に後続するパイプの正面に当接する当接部材が形成されてなり、上記筒体の基端側にシールド筒の先端に形成された小径部を挿入することにより、シールド装置として利用することもできるとともに、該筒体の内周面に形成された当接部にパイプの正面を当接して後続させることにより、推進装置として利用できる。したがって、この第１の発明によれば、同一の地中掘削装置を、シールド工法においても推進工法においても利用することができ、それぞれ別個に推進装置やシールド装置を製造し、保管する必要性もないことから、推進工法又はシールド工法を安価に施工することができる。
【００２３】
また、第２の発明（請求項２記載の発明）に係るシールド装置では、前記地中掘削装置を構成する筒体の背面側には、前記シールド筒の先端に形成された小径部が挿通されてなることから、このシールド筒を地中掘削装置から取り外すことにより、推進装置として利用することができるので、前記第１の発明と同じように、それぞれ別個に推進装置やシールド装置を製造し、保管する必要性もないことから、推進工法又はシールド工法を安価に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る地中掘削装置を示す側断面図である。
【図２】図１に示す地中掘削装置の背面図である。
【図３】シールド筒を示す側断面図である。
【図４】シールドジャッキの配設状態を示す背面図である。
【図５】シールドジャッキに固定された圧接部材の取付状態を示す背面図である。
【図６】図１に示す地中掘削装置と図３に示すシールド筒とを連結させシールド装置とした状態を示す側断面図である。
【図７】図１に示す地中掘削装置を利用してヒューム管を施工する状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 地中掘削装置
２ 筒体
３ カッターヘッド
１８ 当接部材
２０ シールド筒
２１ 筒本体
２１ｂ 小径部
Ｓ 作業空間
Ｃ セグメント
Ｈ ヒューム管

Claims (2)

1. 筒体と、この筒体の先端に設けられたカッターヘッドと、上記筒体内に配設され上記カッターヘッドを回転させる駆動装置とを備えた地中掘削装置において、
   上記筒体の背面側の外径は、内部において複数のセグメントをリング状に連結する作業空間が形成されたシールド筒の外径と同じ寸法とされ、内径は、該シールド筒の先端に形成された小径部の外径と略同じ寸法とされてなるとともに、該筒体の背面側の内周面には、この地中掘削装置に後続するパイプの正面に当接する当接部材が形成されてなり、
   上記筒体の基端側にシールド筒の先端に形成された小径部を挿入することにより、シールド装置として利用することもできるとともに、
   該筒体の内周面に形成された当接部にパイプの正面を当接して後続させることにより、推進装置として利用できることを特徴とする地中掘削装置。
2. 前記地中掘削装置を構成する筒体の背面側には、前記シールド筒の先端に形成された小径部が挿通されてなることを特徴とするシールド装置。

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