JP4896069B2

JP4896069B2 - シールド掘進機

Info

Publication number: JP4896069B2
Application number: JP2008105214A
Authority: JP
Inventors: 譲治佐藤; 慎吾高橋
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP2009256921A

Description

本発明は、シールド掘進機に関し、特に、カッタヘッドに加えて、前方に位置する物体に穴部を形成し得る切削用リングを有するシールド掘進機に関するものである。

シールド掘進機のなかには、トンネルを掘削するとともに、当該トンネルを既設のトンネルに接続するために、既設のトンネル側に接続用の穴部を形成し得る切削用リングを有するものがある。

この種のシールド掘進機においては、シールド本体の前部に、カッタヘッドが回転自在に設けられるとともに、シールド本体の外周部であるスキンプレートの内面には、円筒状の切削用リングがシールド本体から前後方向で出退自在に設けられ、さらにこの切削用リングはカッタヘッドの回転駆動力により回転するように構成されている。すなわち、切削用リングを使用する際には、例えば押出し用シリンダ装置（押出し用ジャッキともいう）により切削用リングを前方に押し出し、そしてカッタヘッドのカッタスポークの外周部に設けられたコピーカッタ装置のカッタ部を外周側に突出させて、その先端に突設された係合ピンを切削用リングに形成された穴部に挿入させることにより互いに係合させ、その後、カッタヘッドを介して切削用リングを回転させるとともにシールド本体を前進させることにより、既設のトンネルに接続用穴部を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３０６６８５号公報

上記従来の構成によると、係合ピンはコピーカッタ装置のカッタ部に設けられるとともにこのカッタ部は外周に向かって出退するように構成されているため、係合ピンを切削用リングの穴部に係合させる際に、カッタ部をその出退ストロークのエンドではなく、ストロークの途中で停止させる必要があり（コピーカッタ装置の通常使用時はストロークエンドで使用される）、しかも、係合する相手は薄いリングであるため、カッタ部を突出し過ぎると切削用リングを曲げてしまう惧れがあり、逆に、カッタ部の突出量が少な過ぎる場合には、切削時に切削用リングが少しでも撓むと、係合ピンが穴部から外れてしまう惧れが生じる。このようなことから、切削用リングのカッタヘッドへの連結作業が非常に面倒で且つ難しいという問題があった。

そこで、本発明は、切削用リングをカッタヘッドに簡単に且つ容易に連結し得るシールド掘進機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のシールド掘進機は、シールド本体と、このシールド本体内に設けられた隔壁部に回転自在に支持されてトンネルを掘削し得るカッタヘッドと、上記シールド本体に前後方向で出退自在に設けられて上記カッタヘッドの前方の物体に穴部を形成し得る切削用リングとを有するシールド掘進機であって、
上記シールド本体の隔壁部の外周寄り部分に環状空間部を形成し、
この環状空間部の内周側に環状可動部材を上記シールド本体の軸心回りで回転可能に配置するとともに、この環状可動部材の外周に上記切削用リングをキー部材を介して前後方向でのみ移動可能に外嵌させ、
上記カッタヘッドを構成する放射状のカッタスポークに穴部を形成し、
且つ上記環状可動部材に、棒状係合部材を前後方向で出退可能に配置するとともに、この棒状係合部材を、上記穴部に係合する係合位置と上記穴部から離脱する非係合位置との間で出退させる出退装置を設けたものである。

上記の構成によると、カッタヘッド前方の物体に穴部を形成するための切削用リングをカッタヘッド側に係合させる際に、環状可動部材を介して行うようにするとともに、両者を係合する棒状係合部材の出退方向が切削用リングの幅方向となるようにしたので、切削用リングの厚みに対して注意を払う必要がなくなり、したがって従来のように、コピーカッタ装置のカッタ部を直接薄い切削用リングにしかもその厚み方向で係合させるようにしたものとは異なり、その連結作業を非常に簡単に行うことができる。

さらに、棒状係合部材の係合方向が切削用リングと平行であるため、従来のように、その係合方向が切削用リングの厚み方向であるものに比べて、それほど制御精度を必要としないので、両者の連結作業を容易に行うことができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るシールド掘進機を図面に基づき説明する。
このシールド掘進機は、セグメントなどにより形成された既設のトンネル（以下、既設トンネルという）に、例えば当該既設トンネルよりも径が小さい別のトンネルを接続し得る機能を有するものである。

すなわち、このシールド掘進機は、図１および図２に示すように、概略的には、シールド本体１と、このシールド本体１内に設けられた隔壁部（後述する）に回転自在に支持されてトンネルを掘削し得るカッタヘッド２と、同じくシールド本体１に前後方向で移動自在にすなわち出退自在に設けられて上記カッタヘッド２前方の物体つまり既設トンネルＴ１の側壁部に別のトンネルＴ２を接続するための接続用穴部を形成し得る切削用リング３とが設けられたものである。

上記シールド本体１は、外殻である円筒状で且つ所定長さのスキンプレート１１と、このスキンプレート１１内面の中間付近に設けられるとともに中央に穴部１２ａを有する環状隔壁部［カッタヘッドの回転軸心（水平方向の軸心で、シールド本体の軸心でもある）ａと直交する鉛直面内に設けられる］１２と、この環状隔壁部１２の穴部１２ａの周囲から前方に突設された筒状支持体１３と、この筒状支持体１３の内部に配置（固定）された筒状取付体１４とから構成されている。

上記筒状取付体１４は、筒状支持体１３の内部に挿入配置される筒状部材２１と、この筒状部材２１の前端に設けられた前壁板材２２の外周に取り付けられるとともに環状鉛直板部２３ａおよびその外周に設けられる水平フランジ部２３ｂからなる断面Ｔ字形状の環状支持部材２３とから構成され、また上記筒状取付体１４とスキンプレート１１との間には、所定高さの環状空間部Ｓが形成されている。

上記カッタヘッド２は、上記筒状取付体１４の前壁板材２２の中心部に前方に突出して設けられた筒状支持部材２４に軸受３１を介して回転自在に支持された回転軸部材３２と、この回転軸部材３２の前端（先端）に固定された取付ボス部材３３と、この取付ボス部材３３に１２０度おきで外周に向かって突設された３つの固定式カッタスポーク３４と、これら固定式カッタスポーク３４同士の中間位置で１２０度おきに外周に向かって突設された３つの伸縮式カッタスポーク３５とから構成されている。つまり、これら両カッタスポーク３４，３５は、６０度おきに交互に配置されている。

そして、上記固定式カッタスポーク３４の長さは短く（例えば、回転軸心ａからスキンプレート１１までの半径距離の２／３程度に）されるとともに、伸縮式カッタスポーク３５は少なくともスキンプレート１１の表面と同一径まで掘削し得るようにされている。

上記伸縮式カッタスポーク３５は、固定式カッタスポーク３４と略同じ長さの固定スポーク部と、油圧シリンダ機構を用いて固定スポーク部から所定ストロークでもって出退自在に設けられた可動スポーク部とから構成されている。

すなわち、この伸縮式カッタスポーク３５は、図３および図４に示すように、取付ボス部材３３に直接取り付けられた固定筒状部材（上述した固定スポーク部であり、固定式カッタスポークと同一の構成を有している）４１と、この固定筒状部材４１内に設けられた空間室４１ａ内に摺動自在に配置された可動筒状部材４２と、この可動筒状部材４２の外端部（先端部）に固定されるとともに前面側にカッタビットＣＢが固定されたビットの取付用筒状部材４３とから構成されている。これら可動筒状部材４２と取付用筒状部材４３とが、上述した可動スポーク部に相当する。なお、固定筒状部材４１に対して可動筒状部材４２が出退し得る構造としては、可動筒状部材４２そのものに油圧シリンダ装置が用いられたものである。すなわち、可動筒状部材４２はシリンダ本体部４２ａおよびピストンロッド４２ｂから構成されるとともに、このピストンロッド４２ｂの先端部が固定筒状部材４１の空間室４１ａ内を挿通されて取付ボス部材３３側に連結され、そしてシリンダ本体部４２ａ側に取付用筒状部材４３が連結されている。なお、この可動筒状部材４２を作動させるための油圧は、ピストンロッド部４２ｂ内に形成された油圧給排出用穴部４２ｃを介して行われる。

そして、上記伸縮式カッタスポーク３５の外端寄り位置、すなわち取付用筒状部材４３の後面（カッタヘッドの背面でもある）の外端寄り位置に、円柱状の穴部４３ａが前後方向で形成されている。勿論、固定式カッタスポーク３４の前面の適所にカッタビットＣＢが設けられている。

さらに、カッタヘッド２を回転させる回転駆動装置４が筒状取付体１４内に配置されている。すなわち、回転軸部材３２の後端側には、平歯車４６が取り付けられ、またその周囲の前壁板材２２には円周方向に沿って複数台（例えば、５台）の電動機４７が所定間隔おきに取り付けられるとともに、それぞれの出力軸には上記平歯車４６に噛合するピニオン４８が取り付けられている。したがって、これら各電動機４７が駆動されると、ピニオン４８および平歯車４６を介して、回転軸部材３２が、つまりカッタヘッド２が回転される。

なお、この筒状取付体１４内の下部に、カッタヘッド２により掘削された土砂を排出する土砂排出装置５が配置されている。
次に、上記環状空間部Ｓに配置される切削用リング３およびその出退機構について説明する。

環状空間部Ｓ内の内周側には、所定厚さの環状可動部材５１が、すべり軸受５２を介して環状支持部材２３の外周面に、スキンプレート１１に沿う円周方向で回転自在に支持されるとともに、この環状可動部材５１には、１２０度おきで、つまり伸縮式カッタスポーク３５に対応する位置で、取付用筒状部材４３に形成された穴部４３ａに係脱自在な円柱状の係合部５３ａを有する係合用ロッド（棒状係合部材の一例）５３およびこの係合用ロッド５３を前後方向で移動させて、すなわち係合用ロッド５３が穴部４３ａに係合する係合位置と穴部４３ａから離脱する非係合位置との間で出退させるロッド出退用シリンダ装置（ロッド用出退装置）５４が設けられている。なお、この環状可動部材５１の後端部分に回転軸心ａ側に折れ曲がる折曲部５１ａが設けられており、この折曲部５１ａが筒状支持体１３と環状支持部材２３との間に挿入されることにより、当該環状可動部材５１の前後方向での位置決めが行われている。

そして、上記環状可動部材５１の外周面（環状空間部Ｓ内の外周側である）には、切削用リング３が、円周上の複数箇所に設けられたキー部材（例えば、すべりキーが用いられる）６１を介して前後方向でのみ移動可能に、言い換えれば、環状可動部材５１側の回転駆動力だけが伝達されるように外嵌されるとともに、シールド本体１内の後方部には、当外切削用リング３を前後方向で移動させる、すなわち出退させるリング出退用シリンダ装置（リング用出退装置）６２が具備されている。勿論、切削用リング３側には、当該切削用リング３の移動量よりも長いキー溝３ａが形成されている。

また、この切削用リング３は既設トンネルＴ１の側壁部を切削し得るように比較的長くされているが、シールド本体１内に配置されるリング出退用シリンダ装置６２は短い方がよいため、そのストロークは短くされている。したがって、切削用リング３を前方に突出させる際には、順次、所定長さ（短い）のリング押出し用ロッド６３が切削用リング３との間に挿入されることになる。なお、切削用リング３の前端縁にはカッタビットＣＢが多数配置されており、また後縁部には、リング押出しロッド６３の前端部を案内・係合し得る穴部６４ａを有する係合部材６４が設けられている。また、切削用リング３と環状可動部材５１およびスキンプレート１１との間にもすべり軸受６５が配置されている。

したがって、環状可動部材５１が円周方向で回転されると、キー部材６１を介して、切削用リング３が円周方向で回転されるとともに、リング出退用シリンダ装置６２により前後方向で出退される。

上記構成において、シールド掘進機により、既設トンネルＴ１に別のトンネルＴ２を掘削し接続する場合、まず図３に示すように、伸縮式カッタスポーク３５を伸長させた状態で、回転駆動装置４によりカッタヘッド２を回転させてトンネルＴ２の掘削を行う。

そして、既設トンネルＴ１の側壁部に接近すると掘削を停止した後、図４に示すように、伸縮式カッタスポーク３５の外径を少し縮めるとともにカッタヘッド２を回転させて、その取付用筒状部材４３の後面（カッタヘッドの背面でもある）に形成された穴部４３ａを係合用ロッド５３の位置に対応（対向）させる。

次に、ロッド出退用シリンダ装置５４により係合用ロッド５３を前方に突出させて、その前端の係合部５３ａを伸縮式カッタスポーク３５側の穴部４３ａに挿入し係合させる。これにより、カッタヘッド２と環状可動部材５１とはその回転動作において互いに連動（連結）された状態となる。

次に、回転駆動装置４によりカッタヘッド２を回転させれば、係合用ロッド５３を介して環状可動部材５１が回転し、そしてこの環状可動部材５１に円周方向で係合された切削用リング３が回転される。

この状態で、シールド本体１を前進させると、切削用リング３の前端縁に設けられたカッタビットＣＢにより、既設トンネルＴ１の側壁部に接続用穴部を形成することができる。

このように、既設トンネルＴ１の側壁部に接続用穴部を形成するための切削用リング３をカッタヘッド２側に連動させる際に、環状可動部材５１を介して行うようにするとともに、両者を係合する係合用ロッド５３の出退方向が切削用リング３の幅方向となるようにしたので、切削用リング３の厚みに対して注意を払う必要がなくなり、したがって従来のように、コピーカッタ装置のカッタ部を直接薄い切削用リングにしかもその厚み方向で係合させるようにしたものとは異なり、その連結作業を非常に簡単に行うことができる。

さらに、係合用ロッド５３の係合方向が切削用リング３と平行であるため、従来のように、その係合方向が切削用リングの厚み方向であるものに比べて、それほど制御精度を必要としないので、両者の連結作業を容易に行うことができる。

ところで、上記実施の形態に係るシールド掘進機を、その掘削した穴内にセグメントを構築するとともにこのセグメントを利用して前進（つまり、推進）するものとして説明したが、本発明に係るシールド掘進機には、立穴内から水平方向でもって円筒状の管体を押出ジャッキを用いて穴内に順次継ぎ足しながら押し出すことにより、シールド本体を前進させるようにした掘進機（推進機とも呼ぶことができ、この場合、シールド本体は推進機本体と呼ばれる）も含まれるものとする。

本発明の実施の形態に係るシールド掘進機の概略構成を示す断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。同シールド掘進機における動作を説明するための要部拡大断面図である。同シールド掘進機における動作を説明するための要部拡大断面図である。

符号の説明

１シールド本体
２カッタヘッド
３切削用リング
１１スキンプレート
１２環状隔壁部
１３筒状支持体
１４筒状取付体
２１筒状部材
２２前壁板材
２３環状支持部材
２４筒状支持部材
３４固定式カッタスポーク
３５伸縮式カッタスポーク
４１固定筒状部材
４２可動筒状部材
４３取付用筒状部材
４３ａ穴部
５１環状可動部材
５２すべり軸受
５３係合用ロッド
５３ａ係合部
５４ロッド出退用シリンダ装置
６１キー部材
６２リング出退用シリンダ装置
６３リング押出し用ロッド
６４係合部材
６４ａ穴部

Claims

シールド本体と、このシールド本体内に設けられた隔壁部に回転自在に支持されてトンネルを掘削し得るカッタヘッドと、上記シールド本体に前後方向で出退自在に設けられて上記カッタヘッドの前方の物体に穴部を形成し得る切削用リングとを有するシールド掘進機であって、
上記シールド本体の隔壁部の外周寄り部分に環状空間部を形成し、
この環状空間部の内周側に環状可動部材を上記シールド本体の軸心回りで回転可能に配置するとともに、この環状可動部材の外周に上記切削用リングをキー部材を介して前後方向でのみ移動可能に外嵌させ、
上記カッタヘッドを構成する放射状のカッタスポークに穴部を形成し、
且つ上記環状可動部材に、棒状係合部材を前後方向で出退可能に配置するとともに、この棒状係合部材を、上記穴部に係合する係合位置と上記穴部から離脱する非係合位置との間で出退させる出退装置を設けたことを特徴とするシールド掘進機。