JP5135596B2 - シールド掘削機及びシールド掘削機の掘削ユニット回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド筒に、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットを組付けたシールド掘削機及びこのシールド掘削機によりトンネルを掘削した後に掘削ユニットを回収するための掘削ユニット回収方法に関する。

地中のトンネル工事においては、一般的に、シールド掘削機を発進立坑側から到達立坑側に向けて掘進させる。そして、トンネルを掘削した後は、掘削ユニットを到達立坑を通して地上に回収し、再利用している。然し、到達立坑が既設の狭隘な立坑である場合や、２基のシールド掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、掘削ユニットを回収して再利用することが困難になる。

従来、このような場合にも掘削ユニットを回収して再利用することができるようにしたシールド掘削機が特許文献１で知られている。このものでは、シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、この隔壁に、リング体の内径以下に縮径自在なカッタヘッドが軸支されている。また、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退自在になる。

このシールド掘削機によれば、トンネルの掘削完了後に、隔壁のリング体に対する固定を解除し、カッタヘッドを縮径させた状態で隔壁を後方に引張ることにより、掘削ユニット全体をリング体の後方に引き抜くことができる。そして、掘削ユニットをトンネルと発進立坑とを通して地上に回収できる。

ここで、上記従来例のものでは、隔壁に牽引用ロープの先端を連結し、ロープを後方に引張ることで隔壁をリング体の後方に引き抜くようにしている。然し、隔壁は、重量物たるカッタヘッドによる偏荷重を受けて多少とも傾くため、リング体に対する隔壁のこじりを生じ、リング体からの隔壁の引抜き作業は非常に面倒になる。
特許第３８３６４６７号公報

本発明は、以上の点に鑑み、上記従来例を改良して、隔壁をリング体から容易に離脱できるようにしたシールド掘削機及びこのシールド掘削機を用いた掘削ユニットの回収方法を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本願の第１発明は、シールド筒に、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットを組付けたシールド掘削機であって、シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、この隔壁に、リング体の内径以下に縮径自在で、且つ、回転駆動源により回転駆動されるカッタヘッドが軸支され、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退可能になるものにおいて、カッタヘッドは隔壁に前後方向に移動自在に支持され、隔壁に、カッタヘッドを前後方向に進退する進退駆動源が搭載され、リング体の前端部内周に、カッタヘッドを縮径させた状態で隔壁に対し後退させた後に拡径することでカッタヘッドの径方向外端部が嵌合する、径方向外方に凹入した凹部が形成されていることを特徴とする。

また、本願の第２発明は、上記第１発明のシールド掘削機によりトンネルを掘削した後に、シールド掘削機の掘削ユニットを回収する方法であって、トンネルの掘削完了後に、前記カッタヘッドを縮径させた状態で前記進退駆動源の作動によりカッタヘッドを前記隔壁に対し後退させた後に拡径させて、カッタヘッドの径方向外端部を前記凹部に嵌合させる工程と、隔壁の前記リング体に対する固定を解除した状態で進退駆動源の作動によりカッタヘッドを隔壁に対し前進させ、凹部を反力受けにしてリング体に対し隔壁を後退させる工程と、カッタヘッドを縮径させてカッタヘッドの径方向外端部を凹部から離脱させ、掘削ユニット全体をリング体の後方に引き抜く工程とを備えることを特徴とする。

上記の如くリング体の前端部内周に形成した凹部にカッタヘッドの径方向外端部を嵌合させると、カッタヘッドがリング体に対し前方に移動不能になる。そのため、カッタヘッドを隔壁に対し前進させると、凹部が反力受けになって、隔壁がリング体に対し後退する。また、カッタヘッドの径方向外端部を凹部に嵌合させることにより、カッタヘッドの重量がリング体で受けられ、隔壁にカッタヘッドによる偏荷重は作用しなくなる。従って、進退駆動源の作動により隔壁をリング体に対するこじりを生ずることなくリング体から容易に押し出すことができる。その後、カッタヘッドを縮径させてその径方向外端部を凹部から離脱させれば、掘削ユニット全体をリング体の後方に引抜くことができ、掘削ユニットの回収作業の作業性が向上する。

図１は、地中にトンネルを掘削する本発明の実施形態のシールド掘削機を示している。このシールド掘削機は、シールド筒１と、シールド筒１に組付けた掘削ユニット２とを備えている。シールド筒１は、前筒１１と後筒１２とで構成されている。後筒１２の前端には、前筒１１の後端部に内嵌する球面ジョイント部１３が設けられており、前筒１１は後筒１２に対し任意の方向に屈曲自在になる。そして、前筒１１と後筒１２とを連結する中折れジャッキ１４を周方向の間隔を存して複数設け、これら中折れジャッキ１４により前筒１１の方向、即ち、シールド掘削機の掘進方向を調節できるようにしている。

後筒１２には、掘削済みのトンネル内壁面にセグメントＳをリング状に組付けるエレクタ３が内装されると共に、設置済みのセグメントＳを反力受けにしてシールド筒１を前進させる推進ジャッキ１５が周方向の間隔を存して複数取り付けられている。また、後筒１２の後端には、セグメントＳとの間の隙間をシールするテールシール１２ａが取り付けられている。更に、前筒１１の前部内周には、内径がシールド筒１の他部の内径より小さなリング体１６が一体的に固定されている。

掘削ユニット２は、リング体１６に内嵌する隔壁２１と、シールド筒１の前方地盤を掘削する、隔壁２１に支持されるカッタヘッド２２とを有している。隔壁２１の外周には、図２に明示する如く、リング体１６にシール１６ａを介して液密に内嵌する筒状のフランジ部２１ａが設けられている。また、前筒１１には、フランジ部２１ａの後端に当接するストッパ部材２３が着脱自在に取付けられている。従って、隔壁２１は、ストッパ部材２３によりリング体１６に対し後退不能に固定される。

カッタヘッド２２は、後方にのびる軸部２２ａにおいて隔壁２１に回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持される。隔壁２１の後面には電動モータから成るカッタヘッド２２用の回転駆動源２４が搭載されており、回転駆動源２４の出力軸上の駆動ギヤ２４ａを軸部２２ａに形成したスプライン部２２ｂに係合する従動ギヤ２４ｂに噛合させている。また、隔壁２１には、スプライン部２２ｂの前後で軸部２２ａを前後方向に摺動自在に軸支する前後一対のケース部２１ｂ，２１ｃが設けられている。そして、後側のケース部２１ｃの後端に、油圧ジャッキから成るカッタヘッド２２用の進退駆動源２５を取付けている。進退駆動源２５は、常時は、カッタヘッド２２をシールド筒１の前端より前方位置に保持する。かくして、推進ジャッキ１５によりシールド筒１を前進させる際、推進ジャッキ１５の推進力がストッパ部材２３と隔壁２１とを介してカッタヘッド２２に伝達され、カッタヘッド２２がシールド筒１の前方地盤を掘削しつつシールド筒１と一体に前進する。

カッタヘッド２２は、図３に示す如く、カッタビット２２ｃを取付けた放射状の複数のカッタスポーク２２ｄと、各カッタスポーク２２ｄに内蔵した伸縮ジャッキ（図示せず）により各カッタスポーク２２ｄの外端部から径方向外方に出没するオーバーカッタ２２ｅとを備えている。そして、カッタヘッド２２を、オーバーカッタ２２ｅの出没により、シールド筒１の外径と略等径の拡径状態と、リング体１６の内径以下の縮径状態とに切換自在としている。また、カッタヘッド２２は、各カッタスポーク２２ｄ間に位置する面板２２ｆを備えている。面板２２ｆには、カッタヘッド２２と隔壁２１との間の土砂室２６に掘削土を取り込むための開口２２ｇが形成されている。尚、開口２２ｇは図示省略したシャッタにより開閉自在である。

隔壁２１の下部には、土砂室２６に連通する排土口２１ｄが設けられている。排土口２１ｄには、土砂室２６内の塑性流動状態の掘削土を排出する排土手段たるスクリューコンベア４が連結されている。スクリューコンベア４は後上りの傾斜姿勢で配置されている。そして、掘削済みのトンネル内に設置したベルトコンベア（図示せず）にスクリューコンベア４の後端の排出口４ａから掘削土を落下させ、ベルトコンベアを介して掘削土を坑外に搬出するようにしている。

また、リング体１６の前端部内周には、カッタヘッド２２を縮径させた状態で隔壁２１に対し後退させた後に拡径することでカッタヘッド２２の径方向外端部、即ち、オーバーカッタ２２ｅの外端部が嵌合する、径方向外方に凹入した凹部１６ｂが形成されている。尚、凹部１６ｂは、各オーバーカッタ２２ｅの外端部が個々に嵌合するように周方向に不連続に形成されていても良いが、これでは、各オーバーカッタ２２ｅの周方向位置を各凹部１６ｂの位置に合わせるために、カッタヘッド２２の位相制御が必要になる。そこで、本実施形態では、周方向に連続する環状の凹部１６ｂを形成している。

トンネルの掘削完了後は、掘削ユニット２を再利用するために回収する。この回収作業に際しては、先ず、カッタヘッド２２を縮径させて、進退駆動源２５の作動によりカッタヘッド２２を隔壁２１に対し後退させ、その後カッタヘッド２２を拡径させて、図４（ａ）に示す如く、リング体１６の前端部内周の凹部１６ｂにオーバーカッタ２２ｅの外端部を嵌合させる。尚、カッタヘッド２２を後退後に拡径させる際は、カッタヘッド２２をゆっくりと回転させる。これにより、凹部１６ｂが土で埋まっていても、オーバーカッタ２２ｅがその回転で土を掻き出しつつ凹部１６ｂに確実に嵌合する。

次に、エレクタ３、スクリューコンベア４、中折れジャッキ１４、推進ジャッキ１５及びストッパ部材２３を取外し、その後で、進退駆動源２５の作動によりカッタヘッド２２を隔壁２１に対し前進させる。この際、凹部１６ｂへのオーバーカッタ２２ｅの嵌合により、カッタヘッド２２はリング体１６に対し前進不能であり、一方、ストッパ部材２３が取外されているため、隔壁２１は、シールド筒１、即ち、リング体１６に対し後退可能になる。そのため、図４（ｂ）に示す如く、凹部１６ｂ（正確には凹部１６ｂの前壁）を反力受けにしてリング体１６に対し隔壁２１が後退する。また、凹部１６ｂへのオーバーカッタ２２ｅの嵌合により、カッタヘッド２２の重量がリング体１６で受けられ、隔壁２１にカッタヘッド２２による偏荷重は作用しなくなる。従って、進退駆動源２５の作動により隔壁２１をリング体１６に対するこじりを生ずることなくリング体１６から容易に押し出すことができる。

次に、図４（ｃ）に示す如く、シールド筒１の内面の下部と上部に、リング体１６とセグメントＳとの間に位置させて、セグメントＳの内面と面一になるようにレール５を取付けると共に、隔壁２１のフランジ２１ａの後端部にレール５に乗るローラ６を取付ける。尚、レール５とローラ６の取付けは、リング体１６に対し隔壁２１を後退させる前に行っても良い。その後、カッタヘッド２２を縮径させてオーバーカッタ２２ｅを凹部１６ｂから離脱させ、図４（ｄ）に示す如く、掘削ユニット２全体をリング体１６の後方に引き抜く。この際、隔壁２１がリング体１６から完全に引き抜かれたところで、隔壁２１の前面にレール５に乗るローラ６´を取り付けると共に、カッタヘッド２２を隔壁２１に対し後退させる。これにより、掘削ユニット２がトンネル内を安定して移動可能になる。そして、掘削ユニット２をトンネルと発進立坑とを通して地上に回収し、再利用することができる。

尚、本実施形態の如くカッタヘッド２２を隔壁２１に対し前後方向に移動自在とすれば、トンネル掘削中にカッタビット２２ｃの交換を行うこともできる。即ち、カッタヘッド２２を隔壁２１に対し後退させることで、切羽とカッタヘッド２２との間に作業空間を確保し、カッタビット２２ｃの交換作業を行うことができる。

本発明の実施形態のシールド掘削機の縦断面図。 実施形態のシールド掘削機の要部の拡大縦断面図。 実施形態のシールド掘削機のカッタヘッドの正面図。 実施形態のシールド掘削機の掘削ユニットの回収作業手順を示す説明図。

符号の説明

１…シールド筒、１６…リング体、１６ｂ…凹部、２…掘削ユニット、２１…隔壁、２２…カッタヘッド、２５…進退駆動源。

Claims (2)

1. シールド筒に、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドを有する掘削ユニットを組付けたシールド掘削機であって、
   シールド筒の前部内周に、内径がシールド筒の他部の内径より小径のリング体が固定され、掘削ユニットは、リング体に内嵌する隔壁を有し、この隔壁に、リング体の内径以下に縮径自在で、且つ、回転駆動源により回転駆動されるカッタヘッドが軸支され、隔壁は、リング体に対する固定を解除することでリング体に対し後退可能になるものにおいて、
   カッタヘッドは隔壁に前後方向に移動自在に支持され、隔壁に、カッタヘッドを前後方向に進退する進退駆動源が搭載され、
   リング体の前端部内周に、カッタヘッドを縮径させた状態で隔壁に対し後退させた後に拡径することでカッタヘッドの径方向外端部が嵌合する、径方向外方に凹入した凹部が形成されていることを特徴とするシールド掘削機。
2. 請求項１に記載のシールド掘削機によりトンネルを掘削した後に、シールド掘削機の前記掘削ユニットを回収する方法であって、
   トンネルの掘削完了後に、前記カッタヘッドを縮径させた状態で前記進退駆動源の作動によりカッタヘッドを前記隔壁に対し後退させた後に拡径させて、カッタヘッドの径方向外端部を前記凹部に嵌合させる工程と、
   隔壁の前記リング体に対する固定を解除した状態で進退駆動源の作動によりカッタヘッドを隔壁に対し前進させ、凹部を反力受けにしてリング体に対し隔壁を後退させる工程と、
   カッタヘッドを縮径させてカッタヘッドの径方向外端部を凹部から離脱させ、掘削ユニット全体をリング体の後方に引き抜く工程とを備えることを特徴とするシールド掘削機の掘削ユニット回収方法。

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