JP4435023B2 - 中折れシールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、曲線部を有したシールドトンネル等を構築するために用いられる中折れシールド掘進機に関する。

中折れシールド掘進機については、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に示すように種々なものがあり、一般的な中折れシールド掘進機の構成について簡単に説明すると、次のようになる。

即ち、前記中折れシールド掘進機は、後胴と、この後胴に屈曲可能に連結した前胴とを具備している。そして、前記後胴は、筒状の後胴本体フレームをベースとしており、この後胴本体フレームの前側には、リング状の後胴ジョイントフレームが設けられている。ここで、前記後胴ジョイントフレームの外径は、前記後胴本体フレームの外径と略同じである。

前記前胴は、筒状の前胴本体フレームをベースとしており、この前胴本体フレームの前側には、切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームが設けられている。また、前記前胴の後側には、リング状の前胴ジョイントフレームが設けられており、この前胴ジョイントフレームは、前記後胴ジョイントフレームの外周側にシール部材を介して液密的に連結されている。ここで、前記前胴ジョイントフレームの外径は、前記前胴本体フレームの外径と略同じである。

前記後胴には、掘削壁面にセグメントを組付けるエレクタ装置が設けられておおり、前記後胴内における前記エレクタ装置の前方には、複数のシールドジャッキが周方向に間隔を置いて配設されており、複数の前記シールドジャッキは、前記掘削壁面に組付済みのセグメントを後方向へ押圧することにより前記前胴及び前記後胴を前進させるものである。また、前記前胴内から前記後胴内にかけて、前記前胴を前記後胴に対して屈曲させる複数の中折れジャッキが周方向に間隔を置いて配設されている。更に、前記隔壁フレームには、地山を掘削するカッタヘッドが回転可能に設けられており、前記前胴内には、前記カッタヘッドを回転させる複数のカッタモータが周方向に間隔を置いて配設されている。

従って、複数の前記カッタモータの駆動により前記カッタヘッドを回転させる。そして、前記チャンバー内の掘削土砂等の圧力と切羽の土圧をバランスさせつつ、複数の前記シールドジャッキの作動により前記組付け済みセグメントを後方向へ押圧して前記前胴及び前記後胴（換言すれば、前記中折れシールド掘進機全体）を前進させることにより、切羽の安定を図りつつ、前記カッタヘッドにより地山を掘削することができる。また、地山の掘削と並行して、前記エレクタ装置によって前記掘削壁面にセグメントを組付ける。更に、前述のような地山の掘削と前記セグメントの組付を連続して行うことにより、シールドトンネルを構築することがきる。

ここで、地山の掘削中に、複数の前記中折れジャッキのストローク量を適宜に調節して、前記前胴を前記後胴に対して屈曲させることにより、前記中折れシールド掘進機全体の掘進方向を変更して、曲線部を有したシールドトンネルを構築することができる。
特開２００１−３１７２８５号公報 特開２００２−３０９８８５号公報 特開平１０−３３１５７６号公報

ところで、前記シールドトンネルが到達立坑又は既設トンネルに連通するように構築された場合には、前記エレクタ装置等と共に、リング状に保ちながら前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームを前記到達立坑側又は前記既設トンネル側へ引き出して、別の中折れシールド掘進機に再利用することができる。一方、前記シールドトンネルが前記到達立坑又は前記既設トンネルに連通することなく構築された場合には、前記エレクタ装置等を別の中折れシールド掘進機に再利用するために、前記エレクタ装置等を前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことが必要になる。

しかしながら、前記後胴ジョイントフレームの外径は、前記後胴本体フレームの外径と略同じであって、前記前胴ジョイントフレームの外径は、前記前胴本体フレームの外径と略同じであるため、前記後胴ジョイントフレームの外径及び前記前胴ジョイントフレームの外径は前記シールドトンネルの内径よりも大きくなり、前記エレクタ装置等と共に、リング状に保ちながら前記前胴ジョイントフレーム及び前記後胴ジョイントフレームを前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができない。そのため、前記シールドトンネルが前記到達立坑又は前記既設トンネルに連通することなく構築された場合にあっては、前記エレクタ装置等は前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができるものの、耐久性のある前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームは前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができない。よって、前記後胴ジョイントフレーム及び前記後胴ジョイントフレームを別の中折れシールド掘進機に再利用することができず、前記中折れシールド掘進機のリサイクル性を高めることができないという問題がある。

本発明の特徴は、筒状の後胴本体フレームと、この後胴本体フレームの前側に着脱可能に設けられたリング状の後胴ジョイントフレームと、前記後胴本体フレームの前側に前記後胴ジョイントフレームを囲むように設けられたリング状の収容フレームとを備えた後胴と、
前記後胴に屈曲可能に連結され、筒状の前胴本体フレームと、この前胴本体フレームに設けられかつ切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームと、前記前胴本体フレームの後側に着脱可能に設けられかつ前記後胴ジョイントフレームの内周側或いは外周側に屈曲可能に連結されたリング状の前胴ジョイントフレームとを備えた前胴と、
前記後胴内に周方向に間隔を置いて配設され、前記後胴本体フレームに対してそれぞれ着脱可能であって、前記収容フレーム内に収容されるようにそれぞれ構成され、掘削壁面に組付済みのセグメントを後方向へ押圧することにより前記前胴及び前記後胴を前進させる複数のシールドジャッキと、
前記前胴内から前記後胴内にかけて周方向へ間隔を置いて配設され、前記前胴を前記後胴に対して屈曲させる複数の中折れジャッキと、
前記隔壁フレームに回転可能に設けられ、地山を掘削するカッタヘッドと、
を具備しており、
横断面からみて前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームが複数の前記シールドジャッキの内側に位置するように構成されたことである。

ここで、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別の部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。

本発明の特徴によると、まず、前記カッタヘッドを回転させる。そして、前記チャンバー内の掘削土砂等の圧力と切羽の土圧をバランスさせつつ、複数の前記シールドジャッキの作動により前記組付け済みセグメントを後方向へ押圧して前記前胴及び前記後胴（換言すれば、前記中折れシールド掘進機全体）を前進させることにより、切羽の安定を図りつつ、前記カッタヘッドにより地山を掘削することができる。また、地山の掘削と並行して、前記エレクタ装置によって前記掘削壁面にセグメントを組付ける。更に、前述のような地山の掘削と前記セグメントの組付を連続して行うことにより、シールドトンネルを構築することがきる。

ここで、地山の掘削中に、複数の前記中折れジャッキのストローク量を適宜に調節して、前記前胴を前記後胴に対して屈曲させることにより、前記中折れシールド掘進機全体の掘進方向を変更して、曲線部を有したシールドトンネルを構築することができる（前記中折れシールド掘進機の一般的な作用）。

また、前記中折れシールド掘進機の一般的な作用の他に、前記後胴ジョイントフレームが前記後胴本体フレームの前側に着脱可能に設けられ、前記前胴ジョイントフレームが前記前胴本体フレームの後側に着脱可能に設けられてあって、前記中折れシールド掘進機は、横断面からみて前記前胴ジョイントフレーム及び前記後胴ジョイントフレームが複数の前記シールドジャッキの内側に位置するように構成されているため、前記後胴ジョイントフレームの外径及び前記前胴ジョイントフレームの外径は前記シールドトンネルの内径よりも小さくなる。これにより、前記シールドトンネルが到達立坑又は既設トンネルに連通することなく構築された場合であっても、リング状に保ちながら前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームを前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができる。特に、各々の前記シールドジャッキは、前記後胴本体フレームに対してそれぞれ着脱可能であって、前記収容フレーム内に収容されるようにそれぞれ構成されているため、複数の前記シールドジャッキを良好な状態に保ちつつ前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができる。

更に、前記中折れシールド掘進機は、横断面からみて前記前胴ジョイントフレーム及び前記後胴ジョイントフレームが複数の前記シールドジャッキの内側に位置するように構成されているため、複数の前記シールドジャッキを前記後胴本体フレームの内周面に近接させて、前記シールドジャッキの軸心（ジャッキ中心）に対する前記シールドジャッキの押圧中心の偏心量を小さくすることができる。

以上の如き、本発明によれば、前記シールドトンネルが到達立坑又は既設トンネルに連通することなく構築された場合であっても、リング状に保ちながら前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームを前記シールドトンネルの坑内側へ引き出すことができるため、耐久性のある前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームを別の中折れシールド掘進機に再利用することができ、前記中折れシールド掘進機のリサイクル性を高めることができる。

また、前記シールドジャッキの軸心に対する前記シールドジャッキの押圧中心の偏心量を小さくすることができるため、前記シールドジャッキのジャッキ能力を下げて、コストの低下を図ることができる。

本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。

ここで、図１は、本発明の実施形態に係わる中折れシールド掘進機の縦断面図であって、図２は、図１におけるII-II線に沿った図であって、図３は、図１におけるIII-III線に沿った図であって、図４は、シールドトンネルの構築後において、本発明の実施形態に係わる中折れシールド掘進機の部品の一部をシールドトンネルの坑内側へ引き出している状態を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係わる中折れシールド掘進機１は、曲線部を有したシールドトンネル３を構築するために用いられるＸ中折れタイプのシールド掘進機であって、後胴５と、この後胴５に屈曲可能に連結した前胴７とを具備している。

後胴５は、筒状の後胴本体フレーム９をベースとしており、この後胴本体フレーム９の前側には、中空状の複数の支持バー１１が周方向に間隔を置いて配設されており、各々の支持バー１１は、ボルト等によって後胴本体フレーム９に対してそれぞれ着脱可能である。また、複数の支持バー１１には、リング状の後胴ジョイントフレーム１３がボルト等によって着脱可能に設けられており、換言すれば、後胴本体フレーム９の前側には、リング状の後胴ジョイントフレーム１３が複数の支持バー１１を介して着脱可能に設けられている。更に、後胴本体フレーム９の前側には、リング状の収容フレーム１５が後胴ジョイントフレーム１３を囲むように設けられている。

前胴７は、筒状の前胴本体フレーム１７をベースとしており、この前胴本体フレーム１７の前側には、切羽Ｆとの間にチャンバー１９を区画する隔壁フレーム２１が設けられている。また、前胴本体フレーム１７の後側には、リング状の前胴ジョイントフレーム２３がボルト等によって着脱可能に設けられており、この前胴ジョイントフレーム２３は、後胴ジョイントフレーム１３の内周側にシール部材２５を介して液密的に屈曲可能に連結されてあって、外周側に、球面状の摺接面２３ｆを有している。なお、前胴ジョイントフレーム２３は、後胴ジョイントフレーム１３の内周側の代わりに、後胴ジョイントフレーム１３の外周側に液密的に屈曲可能に連結されるようにしても差し支えない。

後胴５内には、掘削壁面にセグメントＳを組付けるエレクタ装置２７が設けられており、このエレクタ装置２７は、後胴５内に回転可能に設けられた回転リング２９と、この回転リング２９に径方向へ移動可能に設けられた吊りビーム３１と、この吊りビーム３１に前後方向へ移動可能に設けられかつセグメントＳを把持する可動ブロック３３とを備えている。

後胴５内におけるエレクタ装置２７の前方には、複数のシールドジャッキ３５が周方向に間隔を置いて配設されており、複数のシールドジャッキ３５は、組付済みのセグメントＳを後方向へ押圧することにより後胴５及び前胴７を前進させるものである。そして、各々のシールドジャッキ３５は、支持バー１１に固定されており、換言すれば、支持バー１１を介して後胴本体フレーム９に対してそれぞれ着脱可能である。また、各々のシールドジャッキ３５は、収容フレーム１５内に液密的に収容されるようにそれぞれ構成されている。

前胴７内から後胴５内にかけて、中折れ中心Ｃを基準とし前胴７を後胴５に対して屈曲させる複数の中折れジャッキ３７が周方向に間隔を置いて配設されている。また、各々の中折れジャッキ３７の前端部は、前胴ジョイントフレーム２３の取付部２３ａにそれぞれ連結されてあって、各々の中折れジャッキ３７の後端部は、後胴ジョイントフレーム１３の取付部１３ａにそれぞれ連結されている。換言すれば、各々の中折れジャッキ３７は、２つのジョイントフレーム（後胴ジョイントフレーム１３と前胴ジョイントフレーム２３）を介して後胴本体フレーム９及び前胴本体フレーム１７に対してそれぞれ着脱可能である。

ここで、図２に示すように、中折れシールド掘進機１は、横断面からみて後胴ジョイントフレーム１３、前胴ジョイントフレーム２３、及び複数の中折れジャッキ３７が複数のシールドジャッキ３５の内側に位置するように構成されている。

図１及び図３に示すように、隔壁フレーム２１には、円形の回転部材３９が前胴７の軸心を中心として回転可能に設けられており、この回転部材３９には、地山Ｇを掘削する円盤状のカッタヘッド４１が一体的に設けられてあって、換言すれば、隔壁フレーム２１には、円盤状のカッタヘッド４１が回転部材３９を介して回転可能に設けられている。また、カッタヘッド４１は、放射状に延びた複数のスポーク４３と、複数のスポーク４３に設けられた多数のカッタビッド４５とを備えている。

前胴ジョイントフレーム２３の取付部２３ａには、回転部材３９を回転自在に支持するベアリング４７が設けられており、このベアリング４７は、前胴ジョイントフレーム２３の取付部２３ａに固定した固定輪４９と、この固定輪４９に離脱不能かつ回転自在に設けられた回転輪５１とからなる。ここで、ベアリング４７における回転輪５１は、ボルト等によって回転部材３９に対して着脱可能である。更に、前胴ジョイントフレーム２３の取付部２３ａ（換言すれば前胴７内）には、回転部材３９を回転させる複数のカッタモータ５３が周方向に間隔を置いて配設されており、複数のカッタモータ５３の出力軸には、主動ピニオン５５が一体的に設けられてあって、ベアリング４７における回転輪５１の外周面には、複数の主動ピニオン５５に噛合したリング状の従動ギア５７が形成されている。

隔壁フレーム２１の上部には、チャンバー１９へ泥水を送る送泥管５９（一部のみ図示）の一端部が接続されており、隔壁フレーム２１の下部には、チャンバー１９から掘削土砂を含む泥水を排出する排泥管６１（一部のみ図示）の一端部が接続されている。ここで、泥水は、送泥管５９とチャンバー１９と排泥管６１との間で循環使用されるものである。なお、送泥管５９及び排泥管６１を用いる代わりに、前胴７内から後胴５内にかけて、チャンバー１９から掘削土砂を後方向へ搬送するスクリューコンベアが設けられるようにしても差し支えない。

前胴本体フレームの１７後側には、前胴本体フレーム１７と収容フレーム１５との中間領域を覆おうジャバラ状の保護カバー６３が設けられている。また、後胴本体フレーム９の後端部には、組付済みのセグメントＳの外側面から後胴５内に地下水、土砂等の侵入を防ぐテールシール部材６５が設けられている。なお、詳細は省略するが、隔壁フレーム２１、回転部材３９等から前胴７内及び後胴５内に地下水、土砂等が侵入しないようになっている。

続いて、本発明の実施形態の作用について説明する。

まず、複数のカッタモータ５３の駆動によりカッタヘッド４１を回転部材３９と一体的に回転させる。そして、チャンバー１９内の掘削土砂等の圧力と切羽Ｆの土圧をバランスさせつつ、複数のシールドジャッキ３５の作動により組付け済みセグメントＳを押圧して前胴７及び後胴５（換言すれば、中折れシールド掘進機１全体）を前進させることにより、切羽Ｆの安定を図りつつ、カッタヘッド４１により地山Ｇを掘削することができる。また、地山Ｇの掘削と並行して、エレクタ装置２７によって掘削壁面にセグメントＳを組付ける。更に、前述のような地山Ｇの掘削とセグメントＳの組付を連続して行うことにより、シールドトンネル３を構築することがきる。

ここで、地山Ｇの掘削中に、複数の中折れジャッキ３７のストローク量を適宜に調節して、中折れ中心Ｃを基準とし前胴７を後胴５に対して屈曲させることにより、中折れシールド掘進機１全体の掘進方向を変更して、曲線部を有したシールドトンネル３を構築することができる（中折れシールド掘進機１の一般的な作用）。

中折れシールド掘進機１の一般的な作用の他に、図４に示すように、シールドトンネル３の構築後において、エレクタ装置２７を後胴本体フレーム９に対して離脱させ、シールドトンネル３の坑内側へ引き出す。次に、複数の支持バー１１を後胴本体フレーム９に対して離脱させ、複数の支持バー１１及び複数のシールドジャッキ３５をシールドトンネル３の坑内側へ引き出す。そして、後胴ジョイントフレーム１３を支持バー１１に対して（換言すれば後胴本体フレーム９に対して）、前胴ジョイントフレーム２３を前胴本体フレーム１７に対して、ベアリング４７における回転輪５１を回転部材３９に対してそれぞれ離脱させ、後胴ジョイントフレーム１３、前胴ジョイントフレーム２３、ベアリング４７、複数の中折れジャッキ３７、及び複数のカッタモータ５３をシールドトンネル３の坑内側へ引き出す。

つまり、後胴ジョイントフレーム１３が後胴本体フレーム９の前側に着脱可能に設けられ、前胴ジョイントフレーム２３が前胴本体フレーム１７の後側に着脱可能に設けられてあって、中折れシールド掘進機１は、横断面からみて後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３が複数のシールドジャッキ３５の内側に位置するように構成されているため、後胴ジョイントフレーム１３の外径及び前胴ジョイントフレーム２３の外径はシールドトンネル３の内径よりも小さくなる。これにより、シールドトンネル３が到達立坑又は既設トンネルに連通することなく構築された場合であっても、エレクタ装置２７等と共に、リング状に保ちながら後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３をシールドトンネル３の坑内側へ引き出すことができる。

また、各々の中折れジャッキ３７の前端部は、前胴ジョイントフレーム２３にそれぞれ連結され、各々の中折れジャッキ３７の後端部は、後胴ジョイントフレーム１３にそれぞれ連結されてあって、中折れシールド掘進機１は、横断面からみて複数の中折れジャッキ３７が複数のシールドジャッキ３５の内側に位置するように構成されているため、後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３をシールドトンネル３の坑内側へ引き出すと同時に、複数の中折れジャッキ３７をシールドトンネル３の坑内側へ引き出すことができる。

更に、各々のシールドジャッキ３５は、支持バー１１を介して後胴本体フレーム９に対してそれぞれ着脱可能であって、収容フレーム１５内に液密的に収容されるようにそれぞれ構成されているため、複数のシールドジャッキ３５を良好な状態に保ちつつシールドトンネル３の坑内側へ引き出すことができる。

また、中折れシールド掘進機１は、横断面からみて後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３が複数のシールドジャッキ３５の内側に位置するように構成されているため、複数のシールドジャッキ３５を後胴本体フレーム９の内周面に近接させて、シールドジャッキ３５の軸心（ジャッキ中心）に対するシールドジャッキ３５の押圧中心の偏心量を小さくすることができる。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、シールドトンネル３が到達立坑又は既設トンネルに連通することなく構築された場合であっても、リング状に保ちながら後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３をシールドトンネル３の坑内側へ引き出すことができるため、耐久性のある後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３を別の中折れシールド掘進機に再利用して、中折れシールド掘進機１のリサイクル性を高めることができる。特に、後胴ジョイントフレーム１３及び前胴ジョイントフレーム２３の他に、複数の中折れジャッキ３７、複数のシールドジャッキ３５をシールドトンネル３の坑内側へ引き出すことができるため、前述の効果がより一層向上する。

また、シールドジャッキ３５の軸心に対するシールドジャッキ３５の押圧中心の偏心量を小さくすることができるため、シールドジャッキ３５のジャッキ能力を下げて、コストの低下を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものではなく、例えば、中折れシールド掘進機１をＸ中折れタイプのシールド掘進機からＶ中折れタイプのシールド掘進機に変更する等、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。

本発明の実施形態に係わる中折れシールド掘進機の縦断面図である。 図１におけるII-II線に沿った図である。 図１におけるIII-III線に沿った図である。 シールドトンネルの構築後において、本発明の実施形態に係わる中折れシールド掘進機の部品の一部をシールドトンネルの坑内側へ引き出している状態を示す図である。

符号の説明

１ 中折れシールド掘進機
３ シールドトンネル
５ 後胴
７ 前胴
９ 後胴本体フレーム
１３ 後胴ジョイントフレーム
１５ 収容フレーム
１７ 前胴本体フレーム
１９ チャンバー
２１ 隔壁フレーム
２３ 前胴ジョイントフレーム
３５ シールドジャッキ
３７ 中折れジャッキ
４１ カッタヘッド

Claims (3)

1. 筒状の後胴本体フレームと、この後胴本体フレームの前側に着脱可能に設けられたリング状の後胴ジョイントフレームと、前記後胴本体フレームの前側に前記後胴ジョイントフレームを囲むように設けられたリング状の収容フレームとを備えた後胴と、
   前記後胴に屈曲可能に連結され、筒状の前胴本体フレームと、この前胴本体フレームに設けられかつ切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームと、前記前胴本体フレームの後側に着脱可能に設けられかつ前記後胴ジョイントフレームの内周側或いは外周側に屈曲可能に連結されたリング状の前胴ジョイントフレームとを備えた前胴と、
   前記後胴内に周方向に間隔を置いて配設され、前記後胴本体フレームに対してそれぞれ着脱可能であって、前記収容フレーム内に収容されるようにそれぞれ構成され、掘削壁面に組付済みのセグメントを後方向へ押圧することにより前記前胴及び前記後胴を前進させる複数のシールドジャッキと、
   前記前胴内から前記後胴内にかけて周方向へ間隔を置いて配設され、前記前胴を前記後胴に対して屈曲させる複数の中折れジャッキと、
   前記隔壁フレームに回転可能に設けられ、地山を掘削するカッタヘッドと、
   を具備しており、
   横断面からみて前記後胴ジョイントフレーム及び前記前胴ジョイントフレームが複数の前記シールドジャッキの内側に位置するように構成されたことを特徴とする中折れシールド掘進機。
2. 各々の前記中折れジャッキは、前記後胴本体フレーム及び前胴本体フレームに対してそれぞれ着脱可能であって、
   横断面からみて複数の前記中折れジャッキが複数の前記シールドジャッキの内側に位置するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の中折れシールド掘進機。
3. 各々の前記中折れジャッキの前端部は、前記前胴ジョイントフレームにそれぞれ連結されてあって、各々の前記中折れジャッキの後端部は、前記後胴ジョイントフレームにそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項２に記載の中折れシールド掘進機。

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