JP4366278B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明はカッタヘッドで地山を掘削するシールド掘進機に係わり、特に複数の駆動ジャッキによりカッタヘッドの回転軸を回転駆動するシールド掘進機に関する。

シールド掘進機は、通常、シールド本体（スキンプレート）の前方に設けたカッタヘッドを回転させることにより、カッタヘッドに設けたカッタビットで切羽の掘削を行う。掘削された土砂は、カッタヘッドと隔壁との間に区画形成された掘削室内で撹拌される。土圧式シールド掘進機では、必要に応じて掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入され、塑性流動化した土砂を、スクリューコンベア等の排土装置によってシールド本体の後方へ排出する。また、泥水式シールド掘進機では、掘削室内に送泥管等の注水手段を用いて注水を行い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排泥手段によりシールド本体の後方へ排出する。

このとき、シールド本体の後部にはエレクタを設けており、このエレクタがトンネルを構築すべくセグメントを順次組み立ててセグメントリングを構築していく。またシールド本体内のエレクタよりやや前方側に、シールド本体に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジャッキを環状に配設しており、これらシールドジャッキを伸ばしそのロッド部先端に設けたスプレッダ部でセグメントリングを軸方向に押し付けることによりシールド本体を前方へ推進させ、カッタヘッドを切羽に押し付けるようになっている。セグメントリングの周囲にできる空洞部分には裏込め材が注入され、その空洞部分が埋められる。

このようにして、シールド本体を推進させつつ前方側の切羽を掘削して掘進を行い、後方側にはセグメントリングによるトンネルを構築していく。シールド工法は、シールド掘進機を用いた以上のような作業を繰り返すことにより、一方の立坑（発進立坑）から他の立坑（到達立坑）までの所定の地中区間にトンネルを形成するものである。

以上のような構成のシールド掘進機において、カッタヘッド（カッタ）の後方側に偏心軸（クランク軸）を設け、この偏心軸を複数の伸縮ジャッキ（駆動ジャッキ）により回転させてカッタヘッドを回転駆動させるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この従来技術のシールド掘進機（地中掘削機）は、偏心軸に対し回転自在に設けた連結部材と、一方側（一端）が上記連結部材に回動可能に連結され、他方側（他端）がシールド本体（機体）内側に対して回動可能に連結された複数の伸縮ジャッキとを備えており、それぞれの伸縮ジャッキの伸縮運動を連結部材及び偏心軸を介してカッタヘッドの回転運動に変換することにより、掘削を行う。

特許第３３９７３０８号公報

しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、複数の伸縮ジャッキの他方側をそれぞれシールド本体の内側に連結しているため、伸縮ジャッキによる占有径はシールド本体内径のほぼ全体に及ぶ。通常、シールド本体に掘進方向への推進力を与えるためシールド本体内側に環状に配設される複数のシールドジャッキは、伸縮ジャッキ設置部分の後方に配置せざるを得ないので、上述のような伸縮ジャッキによる占有径がシールド掘進機の機長の増大を招いていた。また、上記従来技術では偏心軸と複数の伸縮ジャッキとを連結部材を介して連結する構成であるため、連結部材には複数の伸縮ジャッキとの回動連結構造（ピン結合構造）が集中配置される。このため、連結部材は比較的大型の構造部材となり、これもシールド掘進機の大型化を招く原因となっていた。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を図ることができるシールド掘進機を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体と、このシールド本体の前方側端部に設けられ切羽側と前記シールド本体内部とを隔離する隔壁と、この隔壁の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、このカッタヘッドの回転軸軸心に対して偏心して設けた偏心軸と、この偏心軸に回動可能に設けた連結部材と、一方側が前記連結部材に回動可能に連結され、他方側が前記隔壁に対し前記隔壁とほぼ平行な面方向に回動可能に連結された複数の伸縮ジャッキとを備え、前記伸縮ジャッキのジャッキチューブを前記隔壁とピン結合により連結し、前記複数の伸縮ジャッキのうちの１本と前記連結部材とを固定的に連結し、前記連結部材と固定的に連結した伸縮ジャッキに伸縮ガイド部材を設けるものとする。

本発明においては、カッタヘッドの回転軸に設けられた偏心軸を、連結部材を介して複数の伸縮ジャッキにより回転軸回りに回転させることにより、カッタヘッドを回転駆動する。

ここで、前述した従来技術のように複数の伸縮ジャッキの他方側（ボトム側）をそれぞれシールド本体の内側に連結した構造とした場合、伸縮ジャッキの占有径はシールド本体内径のほぼ全体に及んでしまうため、シールド本体内側に環状に配設されシールド本体に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジャッキを、伸縮ジャッキ設置部分に対し後方にずらして配置せざるを得なくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いてしまう。

これに対し、本発明においては、伸縮ジャッキの一方側（ロッド側）を連結部材に回動可能に連結すると共に、他方側（ボトム側）を隔壁に対し隔壁とほぼ平行な面方向に回動可能に連結する。このように、伸縮ジャッキの他方側を上記従来技術のようにシールド本体の内側でなく隔壁に対して連結する構造とすることで、伸縮ジャッキの長さを短くすることができる。その結果、伸縮ジャッキによる占有径が小さくなり、伸縮ジャッキ設置部分にもシールドジャッキを配設することが可能となるため、シールド掘進機の機長を短くすることができる。したがって、シールド掘進機の小型化を図ることができる。

例えば、全ての伸縮ジャッキの一方側と連結部材とを回動可能に連結した構造とした場合、伸縮ジャッキの伸縮動作に伴い連結部材が偏心軸を中心に回転し、伸縮ジャッキの伸縮運動を偏心軸の回転運動に確実に変換できない恐れがある。

本発明によれば、複数の伸縮ジャッキのうちの１本と連結部材とを固定的に連結した構造とするので、上記したような連結部材の回転を防止することができる。これにより、伸縮ジャッキの伸縮運動を偏心軸の回転運動に確実に変換でき、安定してカッタヘッドを回転駆動させることができる。

一般に連結部材と固定的に連結された伸縮ジャッキには、偏心軸回りに回転しようとする連結部材の回転力が反力として作用するため、横荷重が発生する。そこで本発明では、伸縮ジャッキに伸縮ガイド部材を設ける。これにより、伸縮ジャッキの横荷重に対する強度を増大させることができるので、信頼性を向上することができる。また、横荷重に対する強度を増大させることができる結果、例えば伸縮ジャッキの本数を増加させてカッタヘッドのトルクを大きくすることが可能となる。

（２）上記目的を達成するために、また本発明は、トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、シールド本体と、このシールド本体の前方側端部に設けられ切羽側と前記シールド本体内部とを隔離する隔壁と、この隔壁の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、このカッタヘッドの回転軸軸心に対して偏心して設けた偏心軸と、一方側端部が前記偏心軸の外周面に摺動可能に当接された複数の伸縮ジャッキとを備えるものとする。

本発明においては、カッタヘッドの回転軸に設けられた偏心軸を、連結部材を介して複数の伸縮ジャッキにより回転軸回りに回転させることにより、カッタヘッドを回転駆動する。

ここで、前述した従来技術のように偏心軸と複数の伸縮ジャッキとを連結部材を介して連結する構造とした場合、連結部材には複数の伸縮ジャッキとの回動連結構造（ピン結合構造）が集中配置されるため、連結部材は比較的大型の構造部材となる。このため、シールド掘進機の大型化を招く一因となる。

これに対し、本発明においては、複数の伸縮ジャッキの一方側端部をそれぞれ偏心軸の外周面に摺動可能に当接させ、伸長する側の伸縮ジャッキにより偏心軸を押して回転軸回りに回転させる。このような構造とすることにより、伸縮ジャッキと偏心軸とを連結するための連結部材を不要とすることができる。また、連結部材が不要となる結果、上記（１）で述べた伸縮ジャッキに設ける伸縮ガイド部材についても不要とすることができる。その結果、これら不要となる構造部材分だけ占有スペースを小さくすることができるので、シールド掘進機の小型化を図ることができる。さらに、連結部材が不要となる結果、上記（１）で述べた伸縮ジャッキの固定連結構造が不要となるため、全ての伸縮ジャッキの形状を同等にすることができ、構造を簡素化することができる。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記複数の伸縮ジャッキの一方側端部に凹面形状の摺動面を有する摺動部材をそれぞれ設けるものとする。

本発明においては、例えば偏心軸外周面と同じ曲率の凹面形状に形成した摺動面を有する摺動部材を、伸縮ジャッキの一方側端部に設ける。これにより、偏心軸外周面と摺動部材とが滑らかに摺動することができるので、伸縮ジャッキの伸縮運動を偏心軸の回転運動に確実に変換でき、安定してカッタヘッドを回転駆動させることができる。

（４）上記（３）において、さらに好ましくは、前記摺動部材が前記偏心軸外周面から離間するのを防止するように、前記偏心軸と前記複数の摺動部材とを覆うカバー部材を設けるものとする。

これにより、伸長する側の伸縮ジャッキによる押圧力に加え、縮短する側の伸縮ジャッキによる引張力についても偏心軸に対して作用させることができる。したがって、カッタヘッドの回転トルクを増大させることができる。

請求項１記載の発明によれば、伸縮ジャッキの他方側を隔壁に対し隔壁とほぼ平行な面方向に回動可能に連結する。これにより、伸縮ジャッキの長さを短くすることができ、その結果、伸縮ジャッキ設置部分にもシールドジャッキを配設することが可能となるため、シールド掘進機の機長を短くすることができる。したがって、シールド掘進機の小型化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、複数の伸縮ジャッキの一方側端部をそれぞれ偏心軸の外周面に摺動可能に当接させる。これにより、伸縮ジャッキと偏心軸とを連結するための連結部材を不要とすることができる。したがって、連結部材が不要となる分だけ占有スペースを小さくすることができるので、シールド掘進機の小型化を図ることができる。

以下、本発明のシールド掘進機の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の一実施の形態を図１乃至図５を参照しつつ以下に説明する。
図１は本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。

この図１において、本実施の形態のシールド掘進機は、例えば軟岩、固結シルト、土丹、玉石混じり砂礫、砂礫、砂、粘性土（シルト、粘土）等の軟岩以下の土質（言い換えれば硬岩以外の土質）の掘削に特に好適なものであり、シールド掘進機の胴体でありかつ後述する中折れを可能とするために掘進方向最前部に位置する前胴１Ａとその後方側に隣接する後胴１Ｂとを折り曲げ可能に連結した構造となっているシールド本体１と、このシールド本体１の機内と掘削室Ｐとを隔離する隔壁２と、前記前胴１Ａの掘進方向前方側（図１中左側）に設けられ、地山の切羽を掘削して掘削室Ｐへ取り込むカッタヘッド３と、このカッタヘッド３の回転軸４と、この回転軸４を前記隔壁２に対し回転自在に支持する軸受装置５と、前記掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂を前記シールド本体１の掘進方向後方側（図１中右側）に搬送し排出する排土装置（ここではスクリューコンベア。以下、スクリューコンベアと記載。）６と、前記後胴１Ｂ内に設けられ、トンネル（図示せず）の内面を覆工するセグメントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置９と、前記軸受装置５により回転自在に支持されたカッタヘッド回転軸４を回転駆動するカッタ駆動装置１０とを有している。

前記の前胴１Ａと後胴１Ｂとの間には、それらを互いに摺動可能に連結する中折れ機構１１が設けられている。すなわち、後胴１Ｂの前方側端部には、外周面がほぼ球面状の摺動部１１ａが設けられており、前胴１Ａの後端部にはその摺動部１１ａに摺接し摺動部１１ａと前胴１Ａ後端部との間をシールする（土砂、地下水の浸入を防止する）略リング状のシール部材１１ｂが設けられており、これら摺動部１１ａとシール部材１１ｂとで中折れ機構１１を構成している。

そしてこのとき、前胴１Ａ内部に設けた中折れジャッキブラケット１２と後胴１Ｂの最前部（詳細には前記摺動部１１ａの内周側）に設けたリングガーダ１３に取り付けた中折れジャッキブラケット１３ａとの間に、周方向に複数本（例えば８本）の中折れジャッキ（前胴推進ジャッキ）１４が設けられている。そして、曲線施工時あるいは掘進方向修正時において、これら中折れジャッキ１４の伸縮動作により前記中折れ機構１１を介して前胴１Ａを後胴１Ｂに対して曲げ、それらのなす角度を変化させて掘進方向を変えられるようになっている。

また、後胴１Ｂに設けた前記のリングガーダ１３の前記中折れジャッキブラケット１３ａとは異なる周方向位置にはシールドジャッキブラケット１３ｂが設けられており、このシールドジャッキブラケット１３ｂに周方向に複数本（例えば１０本）のシールドジャッキ１５が取り付けられている。

そして、これらシールドジャッキ１５は、特に詳細図示を省略するが、例えば等間隔に環状に配置されており、それらを伸長させてシールドジャッキ１５の掘進方向後端部１５ａに接続されたスプレッダ１６を既設のセグメントリングＳに押し付けることにより、その押し付け反力が前胴１Ａを介してカッタヘッド３に掘進方向前方側へ推進力として与えられる。これにより、掘進中においてカッタヘッド３を地山の切羽に押し付けるようになっている。

前記のスクリューコンベア６は、その吸い込み口６ｄが掘削室Ｐの下部に開口しており、掘削土砂の排土経路を内部に形成するケーシング６ａと、このケーシング６ａ内に軸方向に配置されたスクリューシャフト６ｂと、このスクリューシャフト６ｂを回転駆動する駆動装置、例えば油圧モータ６ｃとを備えており、油圧モータ６ｃの駆動力でスクリューシャフト６ｂが回転することにより、掘削室Ｐ下部に設けられた吸い込み口６ｄから土砂を取り込んでシールド本体１内後方へと排出するようになっている。

なお、後胴１Ｂの後端部には、複数のテールパッキン８ａを備えたテールシール部８が設けられており、これによって、前進していくシールド掘進機のシールド本体１の後端部と前記セグメントリングＳとの間のシールを行い、シールド掘進機外から機内への水及び土砂の浸入防止を図るようになっている。

前記のエレクタ装置９は、前記後胴１Ｂの内周に沿って配置されたガイドローラ１６により案内され、旋回用モータ１７によって旋回駆動されるエレクタリング１８を備えており、前記セグメントリングＳの分割ピースを構成するセグメント（図示せず）を１つずつ吊り上げ、所定の組立位置に搬送し、シールド本体１の軸方向（掘進前後方向）に隣接する既設セグメントリングＳ及び周方向に隣接する既設セグメントに順次ボルト締結してセグメントリングＳを組み立てるようになっている。

図２は図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。以下、先の図１及びこの図２を用いて前記のカッタ駆動装置１０について説明する。
これら図１及び図２において、カッタ駆動装置１０は、前記回転軸４の後方側に回転軸４とほぼ平行な状態で所定の距離偏心して設けられた偏心軸２０と、この偏心軸２０に摺動メタル２１（図１参照）を介して回動可能に設けられた連結部材２２と、この連結部材２２にロッド２５ａの先端部がピン２３（図２参照）を介して回動可能に連結され、ジャッキチューブ２５ｂの中間部（ジャッキチューブ２５ｂのロッド側端部とボトム側端部との間の部分）が前記隔壁２に対しピン２４を介して隔壁２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結された複数（ここでは４本。但し４本に限らずこれより少なくても多くてもよい）の伸縮ジャッキ２５と、上記連結部材２２にロッド２６ａの先端部が固定的に連結され、ジャッキチューブ２６ｂが上記伸縮ジャッキ２５と同様に隔壁２に対しピン２４を介して隔壁２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結された１本の伸縮ジャッキ２６とを備えている。このような構造により、５本の伸縮ジャッキ２５，２６が図２中一点鎖線で示すようにそれぞれ隔壁２に対してピン２４を中心に回動しつつ協働して伸縮動作すると、連結部材２２が偏心軸２０と共に回転軸４の軸心Ｌ回りに回転され、これにより回転軸４がカッタヘッド３と共に回転駆動されるようになっている。

なお、上記ではジャッキチューブ２５ｂの中間部が隔壁２に対し回動可能に連結される構造としたが、これに限らずジャッキチューブ２５ｂのボトム側端部が隔壁２に対して回動可能に連結される構造としてもよい。この場合、例えば同等の長さの伸縮ジャッキ２５，２６を用いるものとすると、ジャッキチューブ２５ｂの中間部を連結する上記構造と比べて伸縮ジャッキ２５，２６の振り角度を小さくすることができ、周辺機器の配置の自由度を大きくすることができる。また、上記ではジャッキチューブ２５ｂを隔壁２に対して回動可能に連結するようにしたが、これに限らず例えば隔壁２から取り出した支持部材に対して回動可能に連結するようにしてもよいし、また例えば本体シールド１側から取り出した支持部材に対し回動可能に連結するようにしてもよい。

以上のように構成した本実施の形態のシールド掘進機の基本動作を以下に説明する。
シールド掘進機は、カッタ駆動装置１０の駆動力でカッタヘッド３を回転駆動させ、地山を掘削する。このときのカッタヘッド３への推進力は、前述したように、既設のセグメントリングＳを反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長させることにより与えられる。

掘削された土砂は、カッタヘッド３から掘削室Ｐ内に取り込まれ、掘削室Ｐ内で撹拌されて塑性流動化され、これによって地山の崩壊防止・止水が図られる。またこのとき、必要に応じ、カッタヘッド３に設けられた注入口（図示せず）から、掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入される。塑性流動化した土砂は、スクリューコンベア６に取り込まれて排土される。

このようにして所定距離（例えばシールドジャッキ１５の１ストローク分の距離）だけ掘進を行った後、シールドジャッキ１５を縮め、スプレッダ１６と既設のセグメントリングＳとの間に生じたスペースに、エレクタ装置９で新たなセグメントリングＳを組み立てて配置し、既設のセグメントリングＳとボルト連結する。このとき、セグメントリングＳの周囲にできる空洞部分には例えば図示しない注入手段で裏込め材が注入され、これによりこの空洞部分が埋められる。

そして、上記新たに配置したセグメントリングＳを再び反力受けとしてシールドジャッキ１５を伸長してシールド本体１を前方へ推進させつつ、カッタヘッド３を回転させて再び地山の掘削を行っていく。

以上の手順を繰り返し、円形断面のトンネルを構築する。なお、シールド掘進機が通過した後のセグメントリングＳの周囲の土砂に対しては、例えば図示しない注入手段で時効硬化する裏込め材を注入充填し、トンネル壁面を地山に固定する。

以上のような構成及び動作を行う本実施形態のシールド掘進機によれば、以下の効果を得られる。
本実施形態においては、前述したように、カッタヘッド３の回転軸４の後方側に設けられた偏心軸２０を、連結部材２２を介して５本の伸縮ジャッキ２５，２６により回転軸４の軸心Ｌ回りに回転させることにより、カッタヘッド３を回転駆動する。

ここで、前述した従来技術のように伸縮ジャッキ２５，２６のボトム側端部をそれぞれシールド本体１の内側に連結した構造とした場合、伸縮ジャッキ２５，２６の占有径はシールド本体１内径のほぼ全体に及んでしまうため、シールド本体１内側に環状に配設されシールド本体１に掘進方向への推進力を与えるための複数のシールドジャッキ１５を、伸縮ジャッキ設置部分に対し後方にずらして配置せざるを得なくなる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を招いてしまう。

これに対し、本実施形態においては、伸縮ジャッキ２５，２６のロッド側端部を連結部材２２に回動可能に連結すると共に、ボトム側についてはシリンダチューブ２５ｂ，２６ｂを隔壁２に対しピン２４を介して隔壁２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結する。このように、伸縮ジャッキ２５，２６のボトム側を上記従来技術のようにシールド本体１の内側でなく隔壁２に対して連結する構造とすることにより、伸縮ジャッキ２５，２６の長さを短くすることができる。その結果、伸縮ジャッキ２５，２６のシールド本体１に対する占有径が小さくなり、図１に示すように、シールド掘進機の軸方向における伸縮ジャッキ２５，２６の設置領域にシールドジャッキ１５を配設することが可能となるため、シールド掘進機の機長を短くすることができる。したがって、本実施形態によれば、シールド掘進機の小型化を図ることができる。また、このようにシールド掘進機の機長を短くすることができる結果、シールド掘進機の地中への出し入れ等を行う立抗の口径を小さくすることができ、さらにトンネルのカーブ部分等を掘削する場合における方向制御も容易となる。

また本実施形態においては、連結部材２２に連結した５本の伸縮ジャッキのうち、伸縮ジャッキ２６については連結部材２２と固定的に連結した構造とする。これにより、例えば全ての伸縮ジャッキ２５，２６と連結部材２２とを回動可能に連結した構造の場合には、伸縮ジャッキ２５，２６の伸縮動作に伴い連結部材２２が偏心軸２０を中心に回転し、伸縮ジャッキ２５，２６の伸縮運動を偏心軸２０の回転運動に確実に変換できない恐れがあるのに対し、本実施形態によればこのような連結部材２２の回転を防止することができる。これにより、伸縮ジャッキ２５，２６の伸縮運動を偏心軸２０の回転運動に確実に変換でき、安定したカッタヘッド３の回転駆動を得ることができる。

なお、このように伸縮ジャッキ２６と連結部材２２とを固定的に連結することにより、伸縮ジャッキ２６には、偏心軸２０回りに回転しようとする連結部材２２の回転力が反力として作用するため、横荷重が発生する。そこで伸縮ジャッキ２６の強度を向上させるために、伸縮ジャッキ２６に伸縮ガイド部材を設けてもよい。図３はこの伸縮ガイド部材を伸縮ジャッキ２６に設けたときのシールド掘進機の側断面図、図４は図３中IV−IV断面によるシールド掘進機の横断面図である。なお、これら図３及び図４において、前述の図１及び図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。

図３及び図４において、伸縮ガイド部材２９は内筒２９ａと外筒２９ｂからなる二重筒構造となっており、内筒２９ａは外筒２９ｂ内に摺動可能に設けられている。内筒２９ａの径方向中心側端部は連結部材２２に固定されており、伸縮ジャッキ２６のジャッキチューブ２６ｂの径方向外側端部は外筒２９ｂの内側に固定されている。また、外筒２９ｂは前記隔壁２に対しピン２４を介して隔壁２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結されている。このような構造により、伸縮ジャッキ２６が伸縮すると、伸縮ガイド部材２９の内筒２９ａと外筒２９ｂとが摺動して伸縮ジャッキ２６の伸縮動作を軸方向にガイドする役目を果たす。なお、内筒２９ａと外筒２９ｂとの摺動は、伸縮ジャッキ２６が伸びきった際に内筒２９ａと外筒２９ｂとが互いに係止しあい、停止する構造となっている。

このように伸縮ガイド部材２９を設けることにより、伸縮ジャッキ２６の横荷重に対する強度を増大させることができるので、カッタヘッド駆動装置１０の信頼性、ひいてはシールド掘進機の信頼性を向上することができる。また、伸縮ジャッキ２６を大きな横荷重に対して信頼性のある構造とすることができる結果、伸縮ジャッキ２５の本数を増やしてカッタヘッド３のトルクを大きくすることも可能となる。図５に例えば伸縮ジャッキ２５を８本に増やした場合の例を示す。

次に、本発明のシールド掘進機の他の実施の形態を図６及び図７を用いて説明する。本実施形態は、偏心軸と伸縮ジャッキとの連結に連結部材を用いずに、伸縮ジャッキの先端部を偏心軸に当接させて偏心軸を回転させるようにしたものである。

図６は本発明のシールド掘進機の他の実施の形態の全体構造を表す側断面図、図７は図６中VII−VII断面によるシールド掘進機の横断面図である。なお、図７では後述するガイドリング３６を図示省略している。これら図６及び図７において、前述の図１及び図２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。

図６及び図７において、本実施形態のシールド掘進機は、カッタヘッド３の回転軸３０を隔壁２に対し回転自在に支持する支持装置３１と、この支持装置３１により回転自在に支持されたカッタヘッド３を回転駆動するカッタ駆動装置１０’とを有している。

カッタ駆動装置１０’は、前記回転軸３０の後方側に回転軸３０とほぼ平行な状態で所定の距離偏心して設けられた偏心軸３２と、この偏心軸３２にロッド３５ａの先端部に設けられた摺動部材３３が当接され、ジャッキチューブ３５ｂのボトム側端部が前胴１Ａの内側に対しピン３４を介して回動可能に連結された複数（ここでは５本。但し５本に限らずこれより少なくても多くてもよい）の伸縮ジャッキ３５と、複数の伸縮ジャッキ３５のロッド先端にそれぞれ設けた複数の摺動部材３３が上記偏心軸３２の外周面から離間するのを防止するようにそれら摺動部材３３と偏心軸３２とを覆うように設けたガイドリング（カバー部材）３６とを備えている。

摺動部材３３は、伸縮ジャッキ３５のロッド３５ａの先端に固設されており、偏心軸３２と当接する側には偏心軸３２の外周面と同じ曲率の凹面形状に形成した摺動面３３ａを有している。これにより、偏心軸３２の外周面と摺動部材３３とが滑らかに摺動可能であるので、伸縮ジャッキ３５の伸縮運動を偏心軸３２の回転運動に確実に変換でき、安定したカッタヘッド３の回転駆動を得ることができる。

以上のような構成により、５本の伸縮ジャッキ３５がそれぞれ前胴１Ａに対してピン３４を中心に回動しつつ協働して伸縮動作すると、偏心軸３２が回転軸３０の軸心Ｌ’回りに回転され、これにより回転軸３０と共にカッタヘッド３が回転駆動される。このとき、上記したガイドリング３６により、伸長する側の伸縮ジャッキ３５による押圧力に加え、縮短する側の伸縮ジャッキ３５による引張力についても偏心軸３２に対して作用させることができ、前述の一実施形態のような連結部材を用いた構造と同等のカッタヘッド３の回転トルクを確保できるようになっている。

本実施形態のシールド掘進機のその他の構成及び基本動作については、前述の一実施の形態と同様であるので説明を省略する。

以上説明した本発明のシールド掘進機の他の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
本実施形態においては、前述の一実施形態と同様に、カッタヘッド３の回転軸３０の後方側に設けられた偏心軸３２を、５本の伸縮ジャッキ３５により回転軸３０の軸心Ｌ’回りに回転させることにより、カッタヘッド３を回転駆動する。

ここで、前述した従来技術のように偏心軸３２と５本の伸縮ジャッキ３５とを連結部材を介して連結する構造とした場合、連結部材には５本の伸縮ジャッキ３５との回動連結構造（ピン結合構造）が集中配置されるため、連結部材は比較的大型の構造部材となる。このため、シールド掘進機の大型化を招く一因となる。

これに対し、本実施形態においては、前述したように５本の伸縮ジャッキ３５のロッド３５ａ側端部に設けた摺動部材３３をそれぞれ偏心軸３２の外周面に摺動可能に当接させ、各伸縮ジャッキ３５の伸縮駆動により偏心軸３２を軸心Ｌ’回りに回転させる。このような構造とすることにより、各伸縮ジャッキ３５と偏心軸３２とを連結するための連結部材を不要とすることができる。これにより、比較的大型の連結部材が不要となる分占有スペースを小さくすることができるので、シールド掘進機を小型化することができる。また、連結部材が不要となる結果、前述の一実施形態で述べた固定連結の伸縮ジャッキ２６に設ける伸縮ガイド部材２９についても不要とすることができる。これにより、シールド掘進機のさらなる小型化を図ることができる。

また本実施形態によれば、連結部材が不要となる結果、前述の一実施形態の伸縮ジャッキ２６のような連結部材２２と固定的に連結した伸縮ジャッキが不要となるため、全ての伸縮ジャッキ３５の形状を同等にすることができ、構造を簡素化することができる。

次に、本発明のシールド掘進機のさらに他の実施の形態を図８を用いて説明する。本実施形態は、先に述べた本発明の一実施の形態の構造を大口径のシールド掘進機に適用したものであり、それに伴い掘削室内の土砂を撹拌するための混練装置を設けたものである。

図８は本発明のシールド掘進機のさらに他の実施の形態の全体構造を表す側断面図である。
この図８において、本実施の形態のシールド掘進機は、シールド本体４１と、このシールド本体４１の機内と掘削室Ｐとを隔離する隔壁４２と、前記シールド本体４１の掘進方向前方側（図８中左側）に設けられ、地山の切羽を掘削して掘削室Ｐへ取り込むカッタヘッド４３と、このカッタヘッド４３の回転軸４４と、この回転軸４４を前記隔壁４２に対し回転自在に支持する軸受装置４５と、前記掘削室Ｐ内に取り込まれた掘削土砂を前記シールド本体１の掘進方向後方側（図８中右側）に搬送し排出する排土装置（ここではスクリューコンベア）４６と、前記シールド本体４１内に設けられ、トンネル（図示せず）の内面を覆工するセグメントリングＳを順次組み立てるエレクタ装置４９と、前記軸受装置４５により回転自在に支持されたカッタヘッド回転軸４４を回転駆動するカッタ駆動装置５０と、掘削室Ｐ内の土砂を撹拌するための混練装置５１とを有している。

カッタ駆動装置５０は、前記回転軸４４の後方側に回転軸４４とほぼ平行な状態で所定の距離偏心して設けられた中空構造の偏心軸５２と、この偏心軸５２に摺動メタル５３を介して回動可能に設けられた連結部材５４と、この連結部材５４にロッド５７ａの先端部がピン５５を介して回動可能に連結され、ジャッキチューブ（図示せず）が前記隔壁４２に対しピン（図示せず）を介して隔壁４２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結された複数（例えば８本。ここでは前述の一実施の形態と同様に周方向４箇所において前後方向に２本ずつ配置している。なお、８本に限らずこれより少なくても多くてもよい）の伸縮ジャッキ５７と、径方向中心側が上記連結部材５４に固定的に連結され、径方向外周側は隔壁４２に対しピン５６を介して隔壁４２とほぼ平行な面方向に回動可能に連結されたガイド部材５８とを備えている。なお、本実施形態のシールド掘進機は大口径であるため、カッタヘッド４３を回転させるのに必要なトルクを得るために、上記各伸縮ジャッキ５７は各周方向位置において前後方向に２本ずつ配設した構造となっている。

このような構造により、８本の伸縮ジャッキ５７がそれぞれ隔壁４２に対してピンを中心に回動しつつ協働して伸縮動作すると、連結部材５４がガイド部材５８により偏心軸５２回りの回転を抑制されながら偏心軸５２と共に回転軸４４の軸心Ｌ”回りに回転され、これにより回転軸４４と共にカッタヘッド４３が回転駆動されるようになっている。

混練装置５１は、掘削室Ｐ内に配置された撹拌部材６０と、この撹拌部材６０の回転軸６１を前記隔壁４２に対し回転自在に支持する軸受装置６２と、前記回転軸６１に設けられた歯車６３と、前記回転軸４４の所定の周方向位置に回転自在に支持され、上記歯車６３及び前記軸受装置４５の内周面に形成された内歯６４のそれぞれに噛み合った歯車６５とを備えている。

このような構造により、伸縮ジャッキ５７が伸縮駆動して偏心軸５２を介して回転軸４４が回転すると、その回転に伴って歯車６５及び歯車６３が回転し、その結果、回転軸６１と共に撹拌部材６０が増速されて回転されるようになっている。
その他の構成及び基本動作は前述の一実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

以上説明した本発明のシールド掘進機のさらに他の実施の形態によれば、前述した一実施の形態と同様に、伸縮ジャッキ５７及びガイド部材５８を隔壁４２に対して回動可能に連結する構造とするので、伸縮ジャッキ５７及びガイド部材５８の長さを短くすることができる。その結果、シールド掘進機の機長の増大を抑制し、シールド掘進機の小型化を図ることができる。

さらに本実施の形態によれば、混練装置５１を設けたので、掘削室Ｐ内における土砂の混練性を大幅に向上することができる。この点について、以下に説明する。
本実施の形態のように大口径のシールド掘進機においては、カッタヘッドも大口径となるため、カッタヘッド３と回転軸４４との間（すなわち掘削室Ｐ内）の周方向複数箇所に中間支持構造として支持脚６６（図８参照）を設ける場合がある。この場合、支持脚６６は周方向複数箇所に環状に配置されるため、掘削室Ｐ内におけるこれら複数の支持脚６６に囲まれたエリアＰ１では土砂が滞留しやすくなり、土砂の固着・閉塞を引き起こす恐れがある。

これに対し、本実施形態では、上述したように混練装置５１により掘削室ＰのエリアＰ１内を撹拌することができ、土砂の固着・閉塞を防止することができる。しかも、上述したようにカッタヘッド４３の回転軸４４が回転駆動されることにより混練装置５１も駆動されるため、混練装置５１用の動力を別途用意する必要もない。したがって、本実施形態によれば、掘削室Ｐ内における土砂の混練性を大幅に向上することができる。

本発明のシールド掘進機の一実施の形態の全体構造を表す側断面図である。 図１中II−II断面によるシールド掘進機の横断面図である。 伸縮ジャッキに伸縮ガイド部材を設けた変形例におけるシールド掘進機の全体構造を表す側断面図である。 図３中IV−IV断面によるシールド掘進機の横断面図である。 伸縮ジャッキを８本に増やした変形例におけるシールド掘進機の横断面図である。 本発明のシールド掘進機の他の実施の形態の全体構造を表す側断面図である。 図６中VII−VII断面によるシールド掘進機の横断面図である。 本発明のシールド掘進機のさらに他の実施の形態の全体構造を表す側断面図である。

符号の説明

１ シールド本体
２ 隔壁
３ カッタヘッド
４ 回転軸
２０ 偏心軸
２２ 連結部材
２５ 伸縮ジャッキ
２５ｂ ジャッキチューブ
２６ 伸縮ジャッキ
２６ｂ ジャッキチューブ
２９ 伸縮ガイド部材
３０ 回転軸
３２ 偏心軸
３３ 摺動部材
３３ａ 摺動面
３５ 伸縮ジャッキ
３６ ガイドリング（カバー部材）
４１ シールド本体
４２ 隔壁
４３ カッタヘッド
４４ 回転軸
５２ 偏心軸
５４ 連結部材
５７ 伸縮ジャッキ

Claims (4)

1. トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、
   シールド本体と、
   このシールド本体の前方側端部に設けられ切羽側と前記シールド本体内部とを隔離する隔壁と、
   この隔壁の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、
   このカッタヘッドの回転軸軸心に対して偏心して設けた偏心軸と、
   この偏心軸に回動可能に設けた連結部材と、
   一方側が前記連結部材に回動可能に連結され、他方側が前記隔壁に対し前記隔壁とほぼ平行な面方向に回動可能に連結された複数の伸縮ジャッキとを備え、
   前記伸縮ジャッキのジャッキチューブを前記隔壁とピン結合により連結し、
   前記複数の伸縮ジャッキのうちの１本と前記連結部材とを固定的に連結し、
   前記連結部材と固定的に連結した伸縮ジャッキに伸縮ガイド部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
2. トンネルの掘削を行うシールド掘進機において、
   シールド本体と、
   このシールド本体の前方側端部に設けられ切羽側と前記シールド本体内部とを隔離する隔壁と、
   この隔壁の前方に回転自在に設けられ、切羽の掘削を行うカッタヘッドと、
   このカッタヘッドの回転軸軸心に対して偏心して設けた偏心軸と、
   一方側端部が前記偏心軸の外周面に摺動可能に当接された複数の伸縮ジャッキとを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
3. 請求項２記載のシールド掘進機において、前記複数の伸縮ジャッキの一方側端部に凹面形状の摺動面を有する摺動部材をそれぞれ設けたことを特徴とするシールド掘進機。
4. 請求項３記載のシールド掘進機において、前記摺動部材が前記偏心軸外周面から離間するのを防止するように、前記偏心軸と前記複数の摺動部材とを覆うカバー部材を設けたことを特徴とするシールド掘進機。

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