JP4381625B2

JP4381625B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP4381625B2
Application number: JP2001117126A
Authority: JP
Inventors: 幸司多田; 清一松下; 誠請川; 毅柳楽; 実元木; 義雄岩井; 広幸伊藤; 隆中根
Original assignee: IHI Corp; Toda Corp
Current assignee: IHI Corp; Toda Corp
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002309885A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルを構築するシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すシールド掘進機５０は、特願２００１−１８７８８の特許出願に係るものであり、本出願人が本願発明に先行して開発したものである。
【０００３】
このシールド掘進機５０は、リング状に形成された外周シールド５１の内周に内周シールド５２を進退自在に設けたものであり、既設セグメント２３から反力を取りながら外周シールド５１をセグメント４２の１リング分だけ掘進させたのち、停止中の外周シールド５１から反力を取って内周シールド５２を外周シールド５１の位置まで掘進させ、その間にセグメント４２を組み立てるようになっている。
【０００４】
このシールド掘進機５０によると、高速掘進が容易な外周シールド５１を短時間で掘進させ、セグメントを組み立てるためのスペースを確保したのち、掘進速度の遅い内周シールド５２を掘進させながらセグメント４２を組み立てるため、一般的なセグメント組立同時掘進シールド掘進機（図示せず）と比べて飛躍的に高速掘進が可能となり、カーブ施工などの方向制御性も良好である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内周シールド５２と外周シールド５１はそれぞれ別々のカッタ５３，５４を有し、これらカッタ５３，５４をそれぞれ別々の駆動装置５５，５６で回転駆動させるものであるため、製造及びメンテナンスのためのコストが高くつき、限られた機内のスペースが狭くなってしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コストの低減を図ることができ、機内のスペースを広く保つことのできるシールド掘進機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、リング状の外周シールドと、その外周シールドの内周に進退自在に設けられた内周シールドとからなるシールド掘進機において、上記外周シールドの外周カッタと、上記内周シールドの内周カッタとを互いに軸方向にスライド可能に、かつ、周方向にロックされるように係合させたものである。
【０００８】
外周カッタと内周カッタの位置が軸方向に異なっていたり、いずれか一方のみが掘進していても外周カッタ又は内周カッタのいずれかを回転駆動させることで両方のカッタを回転駆動させることができ、内周シールド又は外周シールドのいずれか一方から駆動装置をなくすことができる。
【０００９】
上記外周カッタは、上記内周カッタの外周を囲む筒状の外周シャフトを有し、この外周シャフトに上記内周カッタが係合されるものとするとよい。
【００１０】
また、上記内周カッタに径方向外方へ延びる突起を設け、上記外周シャフトに、上記突起を軸方向スライド可能に填め入れるためのレールを設けるとよい。
【００１１】
上記外周シールドは、上記外周カッタに連結される駆動装置を備えたものとするとよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示すように、シールド掘進機１は、リング状の外周シールド２と、外周シールド２の内周に沿って進退自在に設けられた内周シールド３とからなる。
【００１４】
外周シールド２は、外周カッタ４を有するほぼ筒状の前胴部５と、前胴部５に屈曲自在に連結された後胴部６とからなる。
【００１５】
図１及び図２に示すように、前胴部５の外周カッタ４は、リング板状に形成された外周カッタ面盤７と、後述する内周カッタ８の外周を囲むように外周カッタ面盤７の内周端から後方へ延びる筒状の外周シャフト９とからなり、後述するカッタ連結手段１０を介して内周カッタ８と一体に回転するように係合されている。
【００１６】
外周シャフト９は、後端近傍を前胴部本体１１に内周側と外周側から挟んで支持されるようになっており、外周シャフト９の後端には、後述する駆動装置１２からの駆動力を受けるための内歯歯車１３が形成されている。
【００１７】
外周カッタ面盤７は、外周シャフト９を介して前胴部本体１１に回転自在に支持されており、放射状に延びる多数の外周スポーク１４を有する。これら各外周スポーク１４にはカッタビット１５が同一周上に多数配列されるように設けられており、外周カッタ４は後述する内周カッタ８より切削能力の高いものとなっている。
【００１８】
また、外周カッタ面盤７の裏側（後側）には、掘削した土砂を一時収容するための外周カッタ室１６が形成されている。外周カッタ室１６は、内周側を外周シャフト９に区画されると共に、外周側を前胴部５のスキンプレート１７に区画されている。外周カッタ室１６内には第１送泥管１８と第１排泥管１９とがそれぞれ接続されている。
【００１９】
図１及び図３に示すように、前胴部本体１１の内周を区画する内周壁２０は、十分小径に形成されており、スキンプレート１７との間に十分なスペース２１を形成するようになっている。
【００２０】
内周壁とスキンプレート１７の間のスペース２１には、前胴部５と後胴部６を屈曲させるべく前胴部５と後胴部６を連結する中折れジャッキ２２と、外周カッタ４を回転駆動させるための駆動装置１２と、既設セグメント２３から反力を受けて外周シールド２を掘進させるための外周推進ジャッキ２４の一部と、第１送泥管１８と、第１排泥管１９と、後述する内周カッタ室２５に接続される第２送泥管２６及び第２排泥管２７とが収容されている。
【００２１】
駆動装置１２は、油圧モータからなり、駆動装置１２の駆動軸（図示せず）には駆動歯車２８が一体に設けられている。駆動歯車２８は、外周シャフト９の内歯歯車１３に噛み合わされている。
【００２２】
内周シールド３は、内周壁２０内に液密に収容される内胴部２９と、内胴部２９に回転自在に枢支された内周カッタ８と、一端を内胴部２９に設けられると共に他端を内周壁２０に設けられ伸縮することで内周シールド３を進退させる内周推進ジャッキ３０とからなる。
【００２３】
内胴部２９は、前端面３１を有する筒状に形成されている。
【００２４】
内周カッタ８は、内胴部２９の前方に離間して配置される円盤状の内周カッタ面盤３２と、内周カッタ面盤３２の中心から後方に延びるロッド状の内周シャフト３３とからなる。
【００２５】
内周カッタ面盤３２は、直径方向に一文字に延びる内周スポーク３４と、掘削した土砂を流量調整自在に裏側へ通過させるためのスリット開閉装置３５とを有する。スリット開閉装置３５は、内周カッタ面盤３２の裏側に形成された内周カッタ室２５内に、内周カッタ８で掘削した土砂を流量調整しながら取り込めるようになっている。
【００２６】
内周カッタ面盤３２の裏側には、内周カッタ室２５内の土砂を攪拌するための攪拌板３６が後方に突出して設けられている。
【００２７】
内周カッタ室２５は、内周カッタ面盤３２の裏側に、外周シャフト９に外周を囲まれて形成されており、内周シールド３が進退することによって変形するようになっている。
【００２８】
内周推進ジャッキ３０は、内胴部２９の内周に沿ってほぼ等間隔に複数設けられている。
【００２９】
後胴部６には、油圧シリンダからなる外周推進ジャッキ２４と、セグメント４２を組み立てるためのエレクタ３７とが設けられている。
【００３０】
外周推進ジャッキ２４は、ピストンロッド３８を後方へ向けて後胴部６の前端部内周に多数、円周方向に等間隔に並べて設けられている。
【００３１】
カッタ連結手段１０は、外周シールド２の外周カッタ４と内周シールド３の内周カッタ８とを互いに軸方向にスライド可能に、かつ、周方向にロックするように係合させるためのものであり、内周カッタ８に設けられ内周カッタ面盤３２から径方向外方へ延びる突起３９と、外周シャフト９に設けられ内周カッタ面盤３２から延びる突起３９を軸方向スライド可能に填め入れるためのレール４０とからなる。
【００３２】
突起３９は、内周スポーク３４の両端を内周カッタ面盤３２から延長させてなるものである。
【００３３】
レール４０は、長尺な鋼材からなり、外周スポーク１４間に軸方向に延びるように、かつ、外周シールド２から内周側に露出されるように設けられている。また、レール４０には、内周側へ向けて開口し、軸方向に延びる溝４１が形成されており、溝４１内に内周カッタ８側の突起３９を軸方向スライド自在に填め入れるようになっている。
【００３４】
次に作用を述べる。
【００３５】
外周カッタ４と内周カッタ８の掘削面を合わせた状態から駆動装置１２を駆動させると、駆動装置１２の駆動力は駆動歯車２８と、駆動歯車２８に噛合する内歯歯車１３とを介して外周シャフト９に伝達され、外周カッタ４が回転駆動される。このとき、外周シャフト９と内周カッタ８とは、カッタ連結手段１０を介して係合されているため、内周カッタ８も外周カッタ４と一体に回転駆動される。
そして、外周推進ジャッキ２４を伸張させつつ内周推進ジャッキ３０を外周推進ジャッキ２４の伸張速度と同じ速さで縮退させる。外周推進ジャッキ２４は既設セグメント２３を後方へ押し、その反力によって外周シールド２が掘進される。
【００３６】
また同時に、内周シールド３は、内周推進ジャッキ３０を縮退させることで内周カッタ８の前方から土圧を受けながらその場に止まる。
【００３７】
カッタ連結手段１０を構成する内周カッタ８側の突起３９は、外周カッタ４側の溝４１内を軸方向にスライドするため、外周カッタ４の掘進を邪魔することはない。
【００３８】
外周シールド２は、多数のカッタビット１５を有し、周速の速い外周カッタ４によって高速掘進される。
【００３９】
外周推進ジャッキ２４がセグメント４２の一リング分伸張されたら、外周推進ジャッキ２４の伸縮を止め、外周シールド２の掘進を停止させる。
【００４０】
この後、内周推進ジャッキ３０を伸張させて内周シールド３を掘進させながら、セグメント４２を組み立てる。
【００４１】
内周カッタ８は、外周カッタ４に設けられたレール４０に突起３９を係合されているため、外周カッタ４と一体に回転しながら掘進される。このとき、外周カッタ４は、空転されている。
【００４２】
内周シールド３は、外周シールド２内を直線的に掘進され、セグメント４２は円周方向に順次組み立てられる。
【００４３】
内周シールド３が掘進されて再び内周カッタ８が外周カッタ４の位置まで来たら、内周推進ジャッキ３０の伸張を止めて、内周シールド３の掘進を停止させる。
【００４４】
そして、順次外周シールド２と内周シールド３を交互に掘進させながらトンネルを構築していく。
【００４５】
トンネルを屈曲（カーブ）させる場合は、、中折れジャッキ２２を適宜伸張乃至縮退させて前胴部５の向きを変えつつ外周カッタ４に設けられたコピーカッタ４３を用いて余掘りし、カーブ施工用のセグメント（図示せず）を順次組み立てていく。
【００４６】
このように、リング状の外周シールド２と、外周シールド２の内周に進退自在に設けられた内周シールド３とからなるシールド掘進機１において、外周シールド２の外周カッタ４と、内周シールド３の内周カッタ８とを互いに軸方向にスライド可能に、かつ、周方向にロックされるように係合させたため、外周カッタ４又は内周カッタ８の一方を回転駆動させるだけで外周カッタ４と内周カッタ８の両方を回転駆動させることができ、駆動装置１２を減らしてコストを低減することができると共に、機内のスペースを広く保つことができる。
【００４７】
また、外周カッタ４は、内周カッタ８の外周を囲む筒状の外周シャフト９を有するものとし、外周シャフト９に内周カッタ８を係合させるものとしたため、外周カッタ４に内周カッタ８を簡単な構成で容易に係合させることができる。
【００４８】
そして、内周カッタ８に径方向外方へ延びる突起３９を設け、外周シャフト９に、突起３９を軸方向スライド可能に填め入れるためのレール４０を設けてカッタ連結手段１０を構成するため、カッタ連結手段１０を簡単で安価なものにできる。
【００４９】
また、外周カッタ４に駆動装置１２を連結するものとしたため、内周シールド３内に駆動装置１２を設ける必要がなく、内周シールド３内のスペースを広く保つことができる。
【００５０】
なお、上述の実施の形態では外周シールド２を一セグメント分掘進させては内周シールド３を掘進させるものとしたが、これに限るものではなく、外周シールド２を複数セグメント分掘進させて一度に複数セグメントの組立スペースを確保するものとし、内周シールド３掘進中にその組立スペース内のセグメント４２を組み立てるものとしてもよい。この場合、エレクタ３７を前後方向にも移動可能なものとするとよい。
【００５１】
また、上述の実施の形態では中折れ式のシールド掘進機１について述べたが、これに限るものではない。中折れしないシールド掘進機にあっても外周推進ジャッキ２４の推進力を部分的に偏らせることで任意の方向にカーブ掘進させることができる。このとき、カーブの曲率は、推進力の偏り加減を調節することで決定することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
（１）コストの低減を図ることができる。
（２）機内のスペースを広く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の側面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１のIII−III線矢視断面図である。
【図４】先行開発したシールド掘進機の側面図である。
【符号の説明】
１シールド掘進機
２外周シールド
３内周シールド
４外周カッタ
８内周カッタ
９外周シャフト
１２駆動装置
３９突起
４０レール

Claims

リング状の外周シールドと、その外周シールドの内周に進退自在に設けられた内周シールドとからなるシールド掘進機において、上記外周シールドの外周カッタと、上記内周シールドの内周カッタとを互いに軸方向にスライド可能に、かつ、周方向にロックされるように係合させたことを特徴とするシールド掘進機。
上記外周カッタは、上記内周カッタの外周を囲む筒状の外周シャフトを有し、該外周シャフトに上記内周カッタが係合される請求項１記載のシールド掘進機。
上記内周カッタに径方向外方へ延びる突起を設け、上記外周シャフトに、上記突起を軸方向スライド可能に填め入れるためのレールを設けた請求項２記載のシールド掘進機。
上記外周シールドは、上記外周カッタに連結される駆動装置を備えた請求項１〜３いずれかに記載のシールド掘進機。