JP4166892B2

JP4166892B2 - Tunnel excavation method

Info

Publication number: JP4166892B2
Application number: JP03398799A
Authority: JP
Inventors: 研一金子; 康長嶋; 衛大坂; 昌宏中村; 俊明上原; 譲吉田
Original assignee: Taisei Corp; IHI Corp
Current assignee: Taisei Corp; IHI Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP2000230391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドフレームの前部にカッタフレームを有し、このカッタフレームを回転させて土砂を掘削するシールド掘進機を用いてトンネルを掘削する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシールド掘進機は、シールドフレーム前端のバルクヘッドの前部にその中心部から放射状に延びたカッタフレームを有しており、このカッタフレームには複数のカッタビットが設けられている。そして、カッタフレームを回転させることによってそのカッタフレームの回転軸を中心とした円形に土砂を掘削するようになっている。なお、掘削した土砂は、バルクヘッドの下部に開口したスクリュコンベアによって後方に排出される。
【０００３】
その他のシールド掘進機としては、図１３に示すような偏芯多軸掘進機がある。この偏芯多軸掘進機は、掘削径よりも小さな径を有するカッタフレーム５１を有している。カッタフレーム５１は、バルクヘッド５２を貫通して設けられた複数の回転シャフト５３に回転子５４を介して偏芯支持されている。その回転シャフト５３を回転させることによって、カッタフレーム５１が偏芯回転して、カッタフレーム５１の径よりも大きな径のトンネルを掘削するようになっている。なお、図中５５は掘削した土砂を後方に排出するスクリュコンベアの前端の開口部を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シールド掘削機で地山を掘削する際には、シールド掘進機の前面から上方にかけて、地山の土砂が緩む部分である緩み範囲が発生する。
【０００５】
この緩み範囲は、掘削面の大きさ（外径）や土砂の内部摩擦角等の複数の条件によって決まってくる。土砂の条件が同一の地山を掘削する場合には、掘削面の大きさによって緩み範囲が決まる。そのため、上述のようなシールド掘進機で、大断面のトンネルを掘削する場合には、その掘削面の外径が大きくなり、緩み範囲が大きくなってしまうという問題があった。
【０００６】
この緩み範囲内に他の構造物等が位置すると、他の構造物が沈下するなどの悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、緩み範囲、特に高さ方向が大きくなると、トンネル全体の深度を深く設定しなければならず、立坑を深くする必要があった。また、予め、トンネルの両側の深度が浅い部分に設定されている場合には、トンネル全体の深度を深く設定することができないので、そのシールド掘進機が利用できず、緩み範囲を小さくすることが求められていた。
【０００７】
そこで、本発明は上述の問題を解決するために案出されたものであり、その目的は、掘削されるトンネルの外径を変えることなく、緩み範囲を小さくすることができるトンネル掘削方法を提供することにある。
【０００８】
【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は、シールドフレームの前部に複数のカッタフレームを設け、これら各カッタフレームを偏芯回転させて掘進するシールド掘進機構を上記シールドフレーム内にそれぞれ独立して設けたシールド掘進機を用いてトンネルを掘削する方法であって、上記各カッタフレームを、掘削面を上下に分割するように配置し、且つ、上側の掘削面を左右方向に分割するように配置し、下側のカッタフレームを停止させた状態で上側のカッタフレームの内一つのカッタフレームを所定距離だけ前進させて土砂を掘削する工程と、下側のカッタフレームを停止させた状態で上側のカッタフレームの内の他のカッタフレームを所定距離だけ前進させて土砂を掘削する工程と、上側のカッタフレームを停止させた状態で下側のカッタフレームを上側のカッタフレームの位置まで前進させて土砂を掘削する工程と、を順次繰り返すようにしたものである。
【０００９】
上記構成によれば、複数のカッタフレームを設けたことによって、各カッタフレームの大きさは小さくなり、また、各カッタフレームにシールド掘進機構をそれぞれ設けたことによって、各カッタフレームをそれぞれ独立して順次回転させ、掘削することができるので、各々の掘削面が小さくなり、緩み範囲を小さくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示した断面図、図２は本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示した正面図、図３はシールドフレームとシールド掘進機構との摺動部を示した拡大断面図である。
【００１３】
まず、本発明に係るシールド掘進機の構成について、カッタフレームが掘削面を上下左右に四分割するように形成された例を挙げて説明する。
【００１４】
図１に示すように、シールド掘進機１は、掘削されるトンネル２の外径と略同等の外径を有し、シールド掘進機１の外殻を構成する円筒形のシールドフレーム（以下外筒３と称する）を有している。この外筒３の内部には、その内周に接して後述する各部位を固定するためのリング体４が設けられている。リング体４の後方には、セグメント５を組み立てるエレクタ６が回動自在に設けられている。また、リング体４の後方には、エレクタ６の内方に位置してその後方まで延出した後方作業台７が設けられている。この後方作業台７には、組み立てられたセグメント５にその内側から当接して、その真円度を保持するための真円保持装置８が設けられている。
【００１５】
外筒３の内側下部には、組み立てられたセグメント５を押圧して、シールド掘進機１全体を前方に移動させるためのシールドジャッキ９が設けられている。
【００１６】
ところで、本発明は、外筒（シールドフレーム）３の前部に複数のカッタフレーム１１を設け、これら各カッタフレーム１１を偏芯回転させて掘進するシールド掘進機構１２を外筒３内にそれぞれ独立して設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
外筒３の前端には、掘削面とシールド掘進機１の内部とを区画するための円形のバルクヘッド（図２参照）１４が前端を覆うように設けられている。このバルクヘッド１４には、円形の開口部１５が四ヶ所に形成されている。これら各開口部１５はそれぞれ後述する内筒１７の外径と同等の径を有しており、バルクヘッド１４の芯を中心として正方形状に整列配置されている。
【００１８】
各開口部１５の後方には、筒状に形成された内周壁１６が形成されており、その内部に、シールド掘進機構１２がそれぞれ掘進方向に摺動自在に挿入されている。
【００１９】
シールド掘進機構１２は、その外殻を構成する円筒形の内筒１７を有しており、その内筒１７の内部には、外筒３に対してシールド掘進機構１２を掘進方向に出没させるための内筒用推進ジャッキ１８が掘進方向に沿って設けられている。この内筒用推進ジャッキ１８は、その前端が内筒１７に設けられたブラケット１９に固定され、後端が、外筒３の固定側であるリング体４に固定されている。すなわち、内筒用推進ジャッキ１８を伸長することによって、内筒１７が外筒３の前端から突出するようになっている。
【００２０】
内筒１７の前端には、掘削面と内筒１７の内部とを区画するための円形のバルクヘッド２１が設けられており、その前方には複数のカッタビット２２が複数設けられたカッタフレーム１１が設けられている。
【００２１】
図２に示すように、カッタフレーム１１は、その外形が、シールド掘進機１全体としての掘削面を上下左右に四分割するように、開き角が直角である扇状に形成されており、四つのカッタフレーム１１を合わせて円形となるようになっている。また、カッタフレーム１１は、扇状の掘削面と相似形をなし、掘削面より小さく形成されていると共に、その内側は格子状に組まれてカッタビット２２が適宜間隔で配列されるようになっている。一つのカッタフレーム１１に対して、一つのシールド掘進機構１２がそれぞれ設けられている。
【００２２】
カッタフレーム１１は、カッタ駆動軸２３に設けられた回転子２４を介して偏芯された偏芯カッタ軸２５によって軸支されている。カッタ駆動軸２３は、一つのカッタフレーム１１に対して三ヶ所に形成されており、略正三角形に整列配置されている。すなわち、カッタフレーム１１は、三点支持されていることとなる。また、カッタ駆動軸２３は、バルクヘッド２１を貫通して軸支されており、内筒１７の内側にはカッタ駆動軸２３を回転させるカッタ駆動モータ２６が設けられている。なお、カッタフレーム１１の支持点は、三点に限られるものではなく、例えば四点支持であってもよい。
【００２３】
バルクヘッド２１の下部には、開口部２７が形成されており、この開口部２７には、掘削した土砂を後方に排出するためのスクリュコンベア２８の先端部が固定されている。スクリュコンベア２８は、後方斜め上に延出しており、その土砂排出口２９の下方には、土砂を、後方に設けられた排出コンベア（図示せず）に圧送するための圧送ポンプ３１が設けられている。圧送ポンプ３１から排出コンベアまでは弾性チューブ（図示せず）を介して土砂が送られる。
【００２４】
なお、図１中３２は、カッタフレーム１１の薬液注入口へ薬液を送る薬注管等が収容されるガイドパイプ、３３は、土砂を掘削された土砂を練り混ぜる練り混ぜ翼である。
【００２５】
図３に示すように、内筒１７の外周面には、内筒１７を外筒３の内周壁１６に対して摺動させるための軸受メタル３５が、内筒１７を覆うように円筒状に設けられている。
【００２６】
内周壁１６の先端には、土砂内に突出した軸受メタル３５に付着した土砂を掻き落とすためのスクレーパ３６が、軸受メタル３５を囲繞して設けられている。スクレーパ３６は鋼板ばねにて構成されており、一端が内周壁１６の先端に固定され、他端が軸受メタル３５に押し当てられている。
【００２７】
内筒１７の後端と中間部には、土砂及び水分が内筒１７内に浸入するのを防ぐためのリング状のスライドシール３７が内筒１７を囲繞して設けられている。
【００２８】
外筒３の先端には、内筒１７の先端部から延出して、外筒３の先端の後方近傍を覆うように、スライドフード３８が設けられている。このスライドフード３８は、内筒１７の先端部から断面方向に延びて外筒３の延長線上まで広がる正面部３９と、この正面部３９に直交して、外筒３の先端の後方近傍まで覆うように延びる側面部４０とで構成されている。このスライドフード３８は、内筒１７の出没と共に移動して、外筒３に対して摺動する。
【００２９】
次に、上記構成によるシールド掘進機１の掘削工程を図４乃至図７に沿って説明する。
【００３０】
まず、図４に示すように、シールドジャッキ９及び内筒用推進ジャッキ１８が縮退して全てのシールド掘進機構１２が外筒３内に内蔵された状態を第一工程とする。
【００３１】
次に、第二工程として、図５に示すように、上部のシールド掘進機構１２の内、一方（例えば右上）を駆動させ、カッタフレーム１１を偏芯回転させつつ、内筒用推進ジャッキ１８を伸長させて土砂を掘削する。これによって、全体の掘削面の１／４の面積に相当する断面扇状の掘削孔が形成される。このとき、外筒３は固定されたままで、一つのシールド掘進機構１２のみが前進する。
【００３２】
そして、セグメント５の１リング分の掘削が終了した所で停止させ、次に、駆動していない側の上部（左上）のシールド掘進機構１２を駆動させる。そして、同じくセグメント５の１リング分の掘削が終了した所で停止させる。これによって、上述の断面扇状の掘削孔の隣に、断面扇状の掘削孔が新たに形成される。
【００３３】
その後、第三工程として、図６に示すように、下部のシールド掘進機構１２の内、一方（右下）をセグメント５の１リング分の掘削が終了するまで駆動させて、上述の半円状の掘削孔の下部に、断面扇状の掘削孔が新たに形成される。
【００３４】
そして、駆動していない側の上部（左下）のシールド掘進機構１２を駆動させて、同じくセグメント５の１リング分の掘削が終了した所で停止させる。これによって、上述の掘削孔の隣に、断面扇状の掘削孔が新たに形成され、全体として大断面の円形の掘削孔が形成される。
【００３５】
このとき、互いの掘削孔間にはカッタフレーム２２が届かない部分が若干発生するが、後工程で掘削する際の振動によって崩れるので問題ない。
【００３６】
最後に、第四工程として、四つのシールド掘進機構１２を停止させた状態のままで、外筒３に設けられたシールドジャッキ９を伸長させて、外筒３をセグメント５の１リング分前進させる。このとき、各内筒用推進ジャッキ１８を、シールドジャッキ９の伸長速度と同期して縮退させる。これによって、各シールド掘進機構１２は固定された状態のままで、後方の外筒３が移動することとなる。
【００３７】
シールドジャッキ９及び各内筒用推進ジャッキ１８の伸縮が終了した後、シールドジャッキ９を前方に縮退させて、エレクタ６によってセグメント５を１リング分組み立てて、上記第一工程の状態に戻ることとなる。これらの工程を順次繰り返すことによって掘削が進んでいく。
【００３８】
このように、カッタフレーム１１を、全体の掘削面の１／４の大きさに形成して、それぞれ別工程で掘削するようにしたので、一度に掘削される掘削面は小さくなる。従って、その緩み範囲Ｌ₁は、図８に示すように、全体として同径のトンネルを掘削する従来のシールド掘進機による緩み範囲Ｌ₀と比較して、小さくなる。これに伴って、外筒３の頂部からの緩み範囲の高さｈ₁も小さくなり、トンネル全体の深度を従来よりも浅く設定することができる。
【００３９】
また、緩み範囲Ｌ₁が小さくなったことによって、他の構造物等への影響範囲を小さくなり、トンネル経路の設計自由度が増すこととなる。
【００４０】
また、カッタフレーム１１を偏芯回転させるようにしたことによって、扇状に形成されたカッタフレーム１１と相似形の掘削面を掘削することができる。これによって、全体では大断面の円形となるカッタフレーム１１を適宜分割してその掘削面を小さくすることが可能となった。
【００４１】
ところで、上記実施の形態の掘削工程においては、上部のシールド掘進機構１２から掘削を開始するようになっている。下部のシールド掘進機構１２から開始することも考えられるが、掘削面の安定度が大きいという点で、上部のシールド掘進機構１２から掘削を開始する方が優れている。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態ではない参考の形態を説明する。
【００４３】
図９に示すように、参考の形態におけるシールド掘進機１は、各カッタフレーム４１が掘削面を不等分に分割するように形成され、且つ掘削によって発生する土砂の緩み範囲を小さくする側のカッタフレーム４１が他方側のカッタフレーム４１よりも小さくなるように形成されたことに特徴を有する。
【００４４】
具体的には、シールド掘進機１の前部のカッタフレーム４１が上下にカマボコ状に二分割されている。その分割線は、掘削面の中心よりも上部に位置しており、上側（緩み範囲を小さくする側）のカッタフレーム４１が、下側（他方側）のカッタフレーム４１よりも小さくなるように形成されている。
【００４５】
上側のカッタフレーム４１は、シールド掘進機１の先端面の上部で横並びに小さく形成された開口部４３内にそれぞれ設けられたシールド掘進機構４４の回転子２４を介して軸支されている。
【００４６】
下側のカッタフレーム４１は、シールド掘進機１の先端面の下部で横並びに大きく形成された開口部４５内にそれぞれ設けられたシールド掘進機構４６の回転子２４を介して軸支されている。
【００４７】
上側のカッタフレーム４１の高さと、下側のカッタフレーム４１の高さとの比率は、図１０に示すように、上側のカッタフレーム４１の緩み範囲Ｌ₂の天端が下側のカッタフレーム４１の緩み範囲Ｌ₃の天端と同等の高さになるように設定されている。
【００４８】
すなわち、下側のカッタフレーム４１の緩み範囲Ｌ₃のそのカッタフレーム４１の天端からの高さｈ₃が、上側のカッタフレーム４１の緩み範囲Ｌ₂の外筒３の頂部からの高さｈ₂と、外筒３の頂部と下側のカッタフレーム４１の天端とのレベル差ｈ₄との和となっている。
【００４９】
上側のカッタフレーム４１の下端位置を上げてその高さを低くすると緩み範囲Ｌ₂は小さくなるが、それに伴って下側のカッタフレーム４１の上端位置が上がりその高さが高くなり緩み範囲Ｌ₃は大きくなる。そのため、各緩み範囲Ｌ₂，Ｌ₃の天端が同等になる高さが、上側のカッタフレーム４１と下側のカッタフレーム４１の全体としての緩み範囲の最低高さとなり、そのときの各カッタフレーム４１の大きさ（高さ）が最適となる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではない。例えば、図１１に示すように扇状の三分割でもよく、図１２に示すように扇状の五分割でもよい。また、さらに多数に分割してあってもよい。なお、各カッタフレーム１１の形状は、全体として掘削するトンネルの断面形状になれば、扇状に限られるものではない。
【００５１】
また、三分割、四分割或いはそれ以上に分割されたカッタフレームを、等分割ではなく、それぞれ大きさを変えて形成してもよい。
【００５２】
なお、図１１及び図１２に示される符号は、図２の符号と同様のものを示すので説明を省略する。
【００５３】
図１２に示すように、分割数を多くすれば各カッタフレーム１１が小さくなり緩み範囲を小さくすることができるという利点が得られる。これに対して図１１に示すように、分割数を少なくすれば、分割数を多くしたものと比較して、部品点数が少なくなり、製造コストの低減を図れるという利点が得られる。
【００５４】
そのため、実際に掘削されるトンネルの大きさや経路の土砂の性質等の状況によって、緩み範囲と製造コストとのバランスを考えて、分割数が決定されることとなる。
【００５５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、掘削されるトンネルの外径を変えることなく、緩み範囲を小さくすることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示した断面図である。
【図２】本発明に係るシールド掘進機の実施の形態を示した正面図である。
【図３】シールドフレームとシールド掘進機構との摺動部を示した拡大断面図である。
【図４】第一の掘削工程を示した断面図である。
【図５】第二の掘削工程を示した断面図である。
【図６】第三の掘削工程を示した断面図である。
【図７】第四の掘削工程を示した断面図である。
【図８】緩み範囲を示した概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態ではない参考の形態を示した正面図である。
【図１０】図９のシールド掘進機の緩み範囲を示した概略断面図である。
【図１１】本発明に係るシールド掘進機の他の実施の形態を示した正面図である。
【図１２】本発明に係るシールド掘進機の他の実施の形態を示した正面図である。
【図１３】従来のシールド掘進機を示した正面図である。
【符号の説明】
１シールド掘進機
３外筒（シールドフレーム）
１１カッタフレーム
１２シールド掘進機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for excavating a tunnel using a shield machine having a cutter frame at the front portion of a shield frame and rotating the cutter frame to excavate earth and sand.
[0002]
[Prior art]
The conventional shield machine has a cutter frame extending radially from the center of the bulkhead at the front end of the shield frame, and the cutter frame is provided with a plurality of cutter bits. Then, by rotating the cutter frame, the earth and sand are excavated in a circle around the rotation axis of the cutter frame. The excavated earth and sand are discharged backward by a screw conveyor opened at the bottom of the bulkhead.
[0003]
As another shield machine, there is an eccentric multi-axis machine as shown in FIG. This eccentric multi-axis excavator has a cutter frame 51 having a diameter smaller than the excavation diameter. The cutter frame 51 is eccentrically supported via a rotor 54 on a plurality of rotating shafts 53 provided through the bulkhead 52. By rotating the rotary shaft 53, the cutter frame 51 rotates eccentrically, and a tunnel having a diameter larger than the diameter of the cutter frame 51 is excavated. In the figure, reference numeral 55 denotes an opening at the front end of the screw conveyor for discharging excavated earth and sand to the rear.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when excavating a natural ground with a shield excavator, a loosening range is generated from the front of the shield excavator to the top, where the earth and sand of the natural ground loosen.
[0005]
This loosening range is determined by a plurality of conditions such as the size of the excavation surface (outer diameter) and the internal friction angle of the earth and sand. When excavating natural ground with the same soil conditions, the loosening range is determined by the size of the excavated surface. Therefore, when excavating a tunnel with a large cross section with the shield machine as described above, there has been a problem that the outer diameter of the excavation surface becomes large and the loosening range becomes large.
[0006]
If another structure or the like is located within this loosening range, there is a possibility that other structures will be adversely affected. Therefore, when the loosening range, particularly in the height direction, increases, the depth of the entire tunnel must be set deep, and the shaft must be deepened. In addition, when the depth on both sides of the tunnel is set in a shallow portion in advance, the depth of the entire tunnel cannot be set deep, so that the shield machine cannot be used and the loosening range can be reduced. It was sought after.
[0007]
Therefore, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a tunnel excavation method capable of reducing the loosening range without changing the outer diameter of the excavated tunnel. There is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plurality of cutter frames at the front of a shield frame, and independently provides a shield excavation mechanism for excavating each cutter frame by eccentric rotation. A method of excavating a tunnel using a shield machine, wherein each of the cutter frames is arranged so that the excavation surface is divided into upper and lower parts, and the upper excavation surface is divided in the left-right direction. , lower step and, in the upper in a state of stopping the lower cutter frame cutter a cutter frame so the inner one of the cutter frame of the upper cutter frame being stopped advancing by a predetermined distance excavating earth and sand lower cut at other cutter frame is advanced by a predetermined distance and a step of excavating the earth and sand, a state stopping the upper cutter frame of the frame A step of advancing the frame to the position of the upper cutter frame excavating earth and sand, is obtained by the sequentially repeated.
[0009]
According to the above configuration, the size of each cutter frame is reduced by providing a plurality of cutter frames, and each cutter frame is independently provided by providing a shield digging mechanism in each cutter frame. Since it can rotate and excavate sequentially, each excavation surface becomes small and a loosening range can be made small.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a shield machine according to the present invention, FIG. 2 is a front view showing an embodiment of the shield machine according to the present invention, and FIG. 3 shows a shield frame and a shield machine. It is the expanded sectional view which showed the sliding part.
[0013]
First, the configuration of the shield machine according to the present invention will be described with an example in which the cutter frame is formed so as to divide the excavation surface into four parts vertically and horizontally.
[0014]
As shown in FIG. 1, the shield machine 1 has a cylindrical shield frame (hereinafter referred to as an outer cylinder) having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the tunnel 2 to be excavated and constituting the outer shell of the shield machine 1. 3). Inside the outer cylinder 3, a ring body 4 is provided for contacting each inner periphery and fixing each part described later. Behind the ring body 4, an erector 6 for assembling the segment 5 is rotatably provided. In addition, a rear work table 7 is provided behind the ring body 4 and extends to the rear of the erector 6. The rear work table 7 is provided with a perfect circle holding device 8 that abuts the assembled segment 5 from the inside thereof to maintain its roundness.
[0015]
A shield jack 9 for pressing the assembled segment 5 and moving the entire shield machine 1 forward is provided at the inner lower portion of the outer cylinder 3.
[0016]
By the way, in the present invention, a plurality of cutter frames 11 are provided at the front portion of the outer cylinder (shield frame) 3, and shield excavation mechanisms 12 that excavate by rotating each of the cutter frames 11 eccentrically are independently provided in the outer cylinder 3. It is characterized by being provided.
[0017]
A circular bulkhead (see FIG. 2) 14 for partitioning the excavation surface and the inside of the shield machine 1 is provided at the front end of the outer cylinder 3 so as to cover the front end. The bulkhead 14 has four circular openings 15 formed at four locations. Each of these openings 15 has a diameter equivalent to the outer diameter of an inner cylinder 17 described later, and is arranged in a square shape with the core of the bulkhead 14 as the center.
[0018]
A cylindrical inner peripheral wall 16 is formed behind each opening 15, and the shield digging mechanism 12 is slidably inserted in the digging direction.
[0019]
The shield digging mechanism 12 has a cylindrical inner cylinder 17 that constitutes an outer shell thereof, and the shield digging mechanism 12 is caused to appear and disappear in the digging direction with respect to the outer cylinder 3 inside the inner cylinder 17. The inner cylinder propulsion jack 18 is provided along the digging direction. The inner cylinder propulsion jack 18 has a front end fixed to a bracket 19 provided on the inner cylinder 17 and a rear end fixed to the ring body 4 on the fixed side of the outer cylinder 3. In other words, the inner cylinder 17 projects from the front end of the outer cylinder 3 by extending the inner cylinder propulsion jack 18.
[0020]
A circular bulkhead 21 is provided at the front end of the inner cylinder 17 to partition the excavation surface and the inside of the inner cylinder 17, and a cutter frame 11 in which a plurality of cutter bits 22 are provided in front thereof. Is provided.
[0021]
As shown in FIG. 2, the cutter frame 11 is formed in a fan shape having a right opening angle so that the outer shape of the shield frame machine 1 is divided into four parts vertically and horizontally. The cutter frame 11 is combined to form a circle. The cutter frame 11 has a similar shape to the fan-shaped excavation surface and is formed smaller than the excavation surface, and the inside thereof is assembled in a lattice shape so that the cutter bits 22 are arranged at appropriate intervals. Yes. One shield digging mechanism 12 is provided for each cutter frame 11.
[0022]
The cutter frame 11 is pivotally supported by an eccentric cutter shaft 25 that is eccentric via a rotor 24 provided on the cutter drive shaft 23. The cutter drive shaft 23 is formed at three positions with respect to one cutter frame 11 and is arranged in an approximately equilateral triangle. That is, the cutter frame 11 is supported at three points. The cutter drive shaft 23 is pivotally supported through the bulkhead 21, and a cutter drive motor 26 that rotates the cutter drive shaft 23 is provided inside the inner cylinder 17. Note that the support points of the cutter frame 11 are not limited to three points, and may be four-point support, for example.
[0023]
An opening 27 is formed in the lower part of the bulkhead 21, and a tip of a screw conveyor 28 for discharging the excavated earth and sand to the rear is fixed to the opening 27. The screw conveyor 28 extends obliquely upward to the rear, and below the earth and sand discharge port 29 is provided a pressure-feed pump 31 for pressure-feeding earth and sand to a discharge conveyor (not shown) provided at the rear. ing. Sediment is sent from the pressure pump 31 to the discharge conveyor via an elastic tube (not shown).
[0024]
In FIG. 1, 32 is a guide pipe that accommodates a chemical injection pipe that feeds a chemical solution to the chemical solution injection port of the cutter frame 11, and 33 is a mixing blade that mixes the excavated earth and sand.
[0025]
As shown in FIG. 3, on the outer peripheral surface of the inner cylinder 17, a bearing metal 35 for sliding the inner cylinder 17 against the inner peripheral wall 16 of the outer cylinder 3 is formed in a cylindrical shape so as to cover the inner cylinder 17. Is provided.
[0026]
A scraper 36 for scraping the earth and sand adhering to the bearing metal 35 protruding into the earth and sand is provided at the tip of the inner peripheral wall 16 so as to surround the bearing metal 35. The scraper 36 is composed of a steel plate spring, one end is fixed to the tip of the inner peripheral wall 16, and the other end is pressed against the bearing metal 35.
[0027]
A ring-shaped slide seal 37 is provided at the rear end and the middle portion of the inner cylinder 17 so as to prevent dirt and water from entering the inner cylinder 17 so as to surround the inner cylinder 17.
[0028]
A slide hood 38 is provided at the distal end of the outer cylinder 3 so as to extend from the distal end portion of the inner cylinder 17 and cover the vicinity of the rear of the distal end of the outer cylinder 3. The slide hood 38 covers from the front end portion of the inner cylinder 17 in the cross-sectional direction and extends to the extended line of the outer cylinder 3 and to the vicinity of the back of the front end of the outer cylinder 3 perpendicular to the front portion 39. It is comprised by the side part 40 extended like this. The slide hood 38 moves with the appearance of the inner cylinder 17 and slides relative to the outer cylinder 3.
[0029]
Next, the excavation process of the shield machine 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS.
[0030]
First, as shown in FIG. 4, a state in which the shield jack 9 and the inner cylinder propulsion jack 18 are retracted and all the shield digging mechanisms 12 are built in the outer cylinder 3 is a first step.
[0031]
Next, as a second step, as shown in FIG. 5, one of the upper shield digging mechanisms 12 (for example, the upper right) is driven to rotate the cutter frame 11 eccentrically, while the inner cylinder propulsion jack 18 is moved. Extend and excavate earth and sand. As a result, a cross-sectional fan-shaped excavation hole corresponding to an area of 1/4 of the entire excavation surface is formed. At this time, the outer cylinder 3 remains fixed, and only one shield digging mechanism 12 moves forward.
[0032]
And it stops when the excavation for one ring of the segment 5 is completed, and then the upper (upper left) shield excavation mechanism 12 on the side not driven is driven. And it stops at the place where the excavation for one ring of the segment 5 is finished. Thereby, a sectional fan-shaped excavation hole is newly formed next to the above-described sectional fan-shaped excavation hole.
[0033]
Thereafter, as a third step, as shown in FIG. 6, one of the lower shield digging mechanisms 12 (lower right) is driven until the excavation for one ring of the segment 5 is completed, and the semicircular shape described above is driven. A new excavation hole having a fan-shaped cross section is formed below the excavation hole.
[0034]
And the shield excavation mechanism 12 of the upper part (lower left) of the side which is not driven is driven, and it stops when the excavation for 1 ring of the segment 5 is complete | finished. As a result, a fan-shaped excavation hole is newly formed next to the above-described excavation hole, and a circular excavation hole having a large cross section as a whole is formed.
[0035]
At this time, a portion where the cutter frame 22 does not reach is generated between the excavation holes, but there is no problem because it is broken by vibration during excavation in a subsequent process.
[0036]
Finally, as a fourth step, the shield jack 9 provided in the outer cylinder 3 is extended while the four shield excavation mechanisms 12 are stopped, and the outer cylinder 3 is advanced by one ring of the segment 5. . At this time, each inner cylinder propulsion jack 18 is retracted in synchronization with the extension speed of the shield jack 9. Thus, the rear outer cylinder 3 moves while the shield digging mechanisms 12 remain fixed.
[0037]
After the expansion and contraction of the shield jack 9 and the inner cylinder propulsion jacks 18 are finished, the shield jack 9 is retracted forward, and the segments 5 are assembled by one ring by the erector 6 to return to the state of the first step. Become. Excavation progresses by repeating these steps in sequence.
[0038]
As described above, the cutter frame 11 is formed to be 1/4 the size of the entire excavation surface and excavated in separate processes, so that the excavation surface excavated at a time becomes smaller. Accordingly, as shown in FIG. 8, the loosening range L ₁ is smaller than the loosening range L _{0 obtained} by a conventional shield machine that excavates a tunnel having the same diameter as a whole. Along with this, the height h ₁ of the loosening range from the top of the outer cylinder 3 is also reduced, and the depth of the entire tunnel can be set shallower than before.
[0039]
Further, since the loosening range L ₁ is reduced, the range of influence on other structures and the like is reduced, and the degree of freedom in designing the tunnel route is increased.
[0040]
Further, since the cutter frame 11 is rotated eccentrically, an excavation surface similar to the fan-shaped cutter frame 11 can be excavated. As a result, the cutter frame 11 having a circular shape with a large cross section as a whole can be appropriately divided to reduce the excavation surface.
[0041]
By the way, in the excavation process of the above embodiment, excavation is started from the upper shield excavation mechanism 12 . Although it is conceivable to start from the lower shield excavation mechanism 12, it is better to start excavation from the upper shield excavation mechanism 12 in that the stability of the excavation surface is large.
[0042]
Next, a reference embodiment which is not an embodiment of the present invention will be described.
[0043]
As shown in FIG. 9, the shield machine 1 according to the reference embodiment is formed so that each cutter frame 41 divides the excavation surface evenly and reduces the loosening range of sediment generated by excavation. The cutter frame 41 is formed so as to be smaller than the cutter frame 41 on the other side.
[0044]
Specifically, the cutter frame 41 at the front portion of the shield machine 1 is vertically divided into two parts in a lumpy shape. The dividing line is located above the center of the excavation surface, and the upper cutter frame 41 (the side that reduces the loosening range) is formed to be smaller than the lower (other side) cutter frame 41. Has been.
[0045]
The upper cutter frame 41 is pivotally supported via a rotor 24 of a shield excavation mechanism 44 provided in an opening 43 formed sideways and small in the upper part of the front end surface of the shield excavator 1.
[0046]
The lower cutter frame 41 is pivotally supported via a rotor 24 of a shield digging mechanism 46 provided respectively in an opening 45 that is formed sideways and large at the lower part of the front end surface of the shield digging machine 1.
[0047]
The height of the upper cutter frame 41, the ratio between the height of the lower cutter frame 41, as shown in FIG. 10, the top end of the loosening range L ₂ of the upper cutter frame 41 of the lower cutter frame 41 It is set to be on the top end and the same height as the loosening range L _3.
[0048]
That is, the height h ₃ of the top end of the cutter frame 41 in the loosening range L ₃ of the lower cutter frame 41, the height h from the top of the outer tube 3 of the loose extent L ₂ of the upper cutter frame 41 ₂ and the level difference h ₄ between the top of the outer cylinder 3 and the top end of the lower cutter frame 41.
[0049]
As the height is lowered loosening range L ₂ is smaller by raising the lower end position of the upper cutter frame 41, loosening the range L ₃ becomes high upper end position its height increases the lower cutter frame 41 with it Will grow. For this reason, the height at which the top ends of the loosening ranges L ₂ and L ₃ are equal is the minimum height of the loosening range of the upper cutter frame 41 and the lower cutter frame 41 as a whole. The size (height) of the frame 41 is optimal.
[0050]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, fan-shaped three divisions may be used as shown in FIG. 11, and fan-shaped five divisions may be used as shown in FIG. Further, it may be further divided into a large number. The shape of each cutter frame 11 is not limited to a fan shape as long as it has a cross-sectional shape of a tunnel to be excavated as a whole.
[0051]
Further, the cutter frame divided into three, four or more may be formed with different sizes instead of equal division.
[0052]
Note that the reference numerals shown in FIGS. 11 and 12 are the same as the reference numerals in FIG.
[0053]
As shown in FIG. 12, if the number of divisions is increased, each cutter frame 11 becomes smaller, and an advantage that the looseness range can be reduced can be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 11, if the number of divisions is reduced, the number of parts is reduced as compared with the case where the number of divisions is increased, and an advantage that the manufacturing cost can be reduced is obtained.
[0054]
Therefore, the number of divisions is determined in consideration of the balance between the loosening range and the manufacturing cost, depending on the size of the tunnel to be actually excavated and the nature of the sediment in the route.
[0055]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, the excellent effect of reducing the loosening range without changing the outer diameter of the tunnel to be excavated is exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a shield machine according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing an embodiment of a shield machine according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a sliding portion between a shield frame and a shield excavation mechanism.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first excavation process.
FIG. 5 is a sectional view showing a second excavation process.
FIG. 6 is a sectional view showing a third excavation process.
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth excavation process.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a loosening range.
FIG. 9 is a front view showing a reference embodiment which is not an embodiment of the present invention.
10 is a schematic cross-sectional view showing a loosening range of the shield machine shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a front view showing another embodiment of the shield machine according to the present invention.
FIG. 12 is a front view showing another embodiment of the shield machine according to the present invention.
FIG. 13 is a front view showing a conventional shield machine.
[Explanation of symbols]
1 Shield machine 3 Outer cylinder (shield frame)
11 Cutter frame 12 Shield digging mechanism

Claims

A plurality of cutter frames are provided at the front portion of the shield frame, and a tunnel is excavated by using a shield machine in which each of the cutter frames is eccentrically rotated to provide a shield excavation mechanism that is independently provided in the shield frame. A method,
The cutter frames are arranged so that the excavation surface is divided vertically, and the upper excavation surface is arranged so as to be divided in the left-right direction,
The process of excavating earth and sand by advancing one of the upper cutter frames by a predetermined distance with the lower cutter frame stopped, and the upper cutter frame with the lower cutter frame stopped The other cutter frame is advanced by a predetermined distance to excavate the earth and sand, and the upper cutter frame is stopped and the lower cutter frame is advanced to the position of the upper cutter frame to excavate the earth and sand. And a step of performing the tunnel excavation method .