JP5135597B2 - シールド掘削機 - Google Patents

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Description

本発明は、地中にトンネルを掘削するシールド掘削機に関する。
従来、シールド掘削機として、シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に支持する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるものは知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、トンネルの掘削途中でカッタヘッドに取り付けられているカッタビットを交換することが必要になる場合がある。特許文献1に記載のものでは、カッタヘッドが隔壁に対し前後方向に不動であるが、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とすれば、カッタヘッドの後退で切羽とカッタヘッドとの間に作業空間を確保して、カッタビッドの交換作業を行うことができる。
カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とする場合に通常考えられるのは、図5に示す構造である。図中aはシールド筒、bはカッタヘッド、cは隔壁を示している。カッタヘッドbの軸部b1には、隔壁cに搭載した回転駆動源dの出力軸上の駆動ギヤd1に噛合する従動ギアd2を連結するスプライン部b2が形成されている。そして、隔壁cに、スプライン部b2の前後で軸部b1をスライド自在に軸支する前後一対のケース部c1,c2を設け、後ケース部c2から後方に突出する軸部b1の部分に連結筒b3をアンギュラベアリングb4を介して装着し、隔壁cに搭載したジャッキから成る進退駆動源eを連結筒b3に連結する。これによれば、進退駆動源eにより軸部b1を介してカッタヘッドbを前後方向に進退させることができる。
尚、隔壁cの下部に設けた排土口c3に接続されるスクリューコンベアfは後上りの傾斜姿勢で配置される。そして、掘削土をトンネル内に配置したベルトコンベアにスクリューコンベアfの後端部から落下させ、ベルトコンベアにより掘削土を坑外に搬出するようにしている。この場合、スクリューコンベアfの傾斜角を急にすれば、スクリューコンベアfの長さが短くても、その後端の高さをベルトコンベア以上の高さにすることができる。然し、カッタヘッドbを隔壁cに対し後退させたときに、上記連結筒b3がスクリューコンベアfに干渉することを回避する上で、スクリューコンベアfの傾斜角は小さな角度に設定せざるを得ない。
これを詳述するに、後ケース部c2は、カッタヘッドbの後退時にスプライン部b2を受け入れられるように、カッタヘッドbの進退ストローク分だけ後方に延長する必要がある。そのため、この後ケース部c2の後方に突出する軸部b1の部分に装着される連結筒b3は、後ケース部c2にスプライン部b2を受け入れる必要がない場合に比し、カッタヘッドbが前進位置に存する状態でもカッタヘッドbの進退ストローク分だけ後方に位置する。そして、カッタヘッドbの後退時には、連結筒b3が更にカッタヘッドbの進退ストローク分だけ後方に移動して、隔壁cからの距離がかなり長くなる。従って、カッタヘッドbの後退時に連結筒b3がスクリューコンベアfに干渉しないようにするには、スクリューコンベアfの傾斜角をかなり小さな角度に設定することが必要なる。その結果、スクリューコンベアfの後端の高さをベルトコンベア以上に高さにするには、スクリューコンベアfを長くせざるを得ず、スクリューコンベアfが大型化する。
特許第3836467号公報
本発明は、以上の点に鑑み、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退自在とするにも拘らず、スクリューコンベアの傾斜角を比較的大きく設定できるようにしたシールド掘削機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、本発明は、シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前端部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持すると共にカッタヘッドとの間に土砂室を形成する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退させる進退駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるシールド掘削機であって、隔壁に、カッタヘッドの軸部を前後方向に移動不能に軸支する支持ケースが前後方向に移動自在に支持され、回転駆動源が支持ケースに搭載されると共に、進退駆動源が支持ケースに連結されるように隔壁に搭載され、進退駆動源により支持ケースを介してカッタヘッドが前後方向に進退されることを特徴とする。
本発明によれば、カッタヘッドの軸部を軸支する支持ケースが回転駆動源と共に隔壁に対し前後方向に進退されるため、カッタヘッドの軸部は回転駆動源に対し前後方向に相対移動せず、カッタヘッドの後退時にスプライン部を受け入れるために支持ケースをカッタヘッドの進退ストローク分後方に延長する必要がない。従って、カッタヘッドの後退時における隔壁から支持ケースの後端までの距離は然程長くならず、スクリューコンベアの後上りの傾斜角を比較的大きくしても、支持ケースはスクリューコンベアに干渉しない。その結果、スクリューコンベアの後端部を所要の高さにするのに必要なスクリューコンベアの長さが短くなり、スクリューコンベアの小型化を図ることができる。
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の前方地盤を掘削するカッタヘッド2と、シールド筒1の前部内周に設けられ、カッタヘッド2を回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持する隔壁3とを備えている。シールド筒1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11が一体的に固定されている。
カッタヘッド2は、図2に示す如く、カッタビット21を取付けた放射状の複数のカッタスポーク22と、各カッタスポーク22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22の外端部から径方向外方に出没するオーバーカッタ23とを備えている。そして、カッタヘッド2を、オーバーカッタ23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、それより小径の縮径状態とに切換自在としている。また、カッタヘッド2は、各カッタスポーク22間に位置する面板24を備えている。面板24には、カッタヘッド2と隔壁3との間の土砂室4に掘削土を取り込むための開口25が形成されている。尚、開口25は図示省略したシャッタにより開閉自在である。
図1を参照して、隔壁3の外周には、リング体11にシール12を介して液密に内嵌する筒状のフランジ部31が設けられている。また、リング体11の後端部には、フランジ部31の後端に当接するストッパ部材13が取付けられている。従って、隔壁3は、ストッパ部材13によりシールド筒1に対し後退不能に連結される。
また、隔壁3には、カッタヘッド2の軸部26を前後方向に移動不能に軸支する支持ケース32が前後方向に移動自在に支持され、この支持ケース32にカッタヘッド2を回転させる電動モータから成る回転駆動源5が搭載されている。支持ケース32は、回転駆動源5の出力軸上の駆動ギア51に噛合する軸部26上の従動ギヤ52を収納する大径のギヤケース部32aと、従動ギヤ62の固定部よりも前方の軸部26の部分を軸支する前ケース部32bと、従動ギヤ62の固定部よりも後方の軸部26の部分を一対のアンギュラベアリング32dを介して前後方向に移動不能に軸支する後ケース部32cとで構成されている。尚、回転駆動源5は、図3に示す如く、ギヤケース部32aの後面に周方向の間隔を存して複数搭載されている。
また、隔壁3の後面には、ギヤケース部32aの後面から後方にのびる連結片61に連結される油圧ジャッキから成る複数の進退駆動源6が搭載されている。かくして、進退駆動源6により支持ケース32を介してカッタヘッド2が隔壁3に対し前後方向に進退される。そして、図4に示す如く、カッタヘッド2を縮径させた状態で隔壁3に対し後退させることにより、切羽とカッタヘッド2との間に作業空間を確保することができ、トンネル掘削途中でカッタビット21の交換作業を行うことが可能になる。尚、隔壁3には、図3に示す如く、作業者が通り抜けられる開閉自在なハッチ33が設けられている。
隔壁3の下部には、土砂室4に連通する排土口34が設けられている。排土口34には、土砂室4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7が連結されている。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7の後端部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。
スクリューコンベア7は、その後端部がベルトコンベア以上の所要の高さになるように、後上りの傾斜姿勢で配置されている。この場合、スクリューコンベア7の傾斜角θを大きくすれば、後端部を所要の高さにするのに必要なスクリューコンベア7の長さが短くなり、スクリューコンベア8の小型化を図ることができる。
ここで、本実施形態では、隔壁3に対しカッタヘッド2の軸部26と共に前後方向に進退する支持ケース32に回転駆動源5が搭載されているため、カッタヘッド2の軸部26は回転駆動源5に対し前後方向に相対移動しない。上述した図5に示す比較例では、後ケース部c2を、カッタヘッドの後退時に回転駆動源dに対し相対移動する軸部b1のスプライン部b2を受け入れられるように、カッタヘッドの進退ストローク分後方に延長することが必要であるが、本実施形態では、後ケース部32cを後方に延長する必要がない。従って、カッタヘッド2の後退時における隔壁3から後ケース部32cの後端までの距離は然程長くならず、比較例のカッタヘッド前進時における隔壁cから連結筒b3の後端までの距離以下にすることが可能になる。
本実施形態において、カッタヘッド2の後退時にスクリューコンベア7に干渉する可能性があるのは、後ケース部32cではなくギヤケース部32aになるが、スクリューコンベア8の傾斜角θを20°に設定しても、カッタヘッド2の後退時にギヤケース部32aはスクリューコンベア7に干渉しない。一方、比較例では、カッタヘッドの進退ストロークが本実施形態と同一であっても、スクリューコンベアfの傾斜角θを15°より大きくすると、カッタヘッドの後退時に連結筒b3がスクリューコンベアfに干渉してしまう。
このように本実施形態によれば、スクリューコンベア7の傾斜角θを比較的大きく設定できるようになり、スクリューコンベア7の小型化を図ることができる。
本発明の実施形態のシールド掘削機の要部の縦断面図。 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隔壁の背面図。 実施形態のシールド掘削機のカッタヘッドを後退させた状態の縦断面図。 比較例のシールド掘削機の縦断面図。
符号の説明
1…シールド筒、2…カッタヘッド、26…軸部、3…隔壁、32…支持ケース、33…排土口、5…回転駆動源、6…進退駆動源、7…スクリューコンベア。

Claims (1)

  1. シールド筒と、シールド筒の前方地盤を掘削するカッタヘッドと、シールド筒の前部内周に設けられ、カッタヘッドを回転自在に且つ前後方向に移動自在に支持すると共にカッタヘッドとの間に土砂室を形成する隔壁と、カッタヘッドを回転させる回転駆動源と、カッタヘッドを隔壁に対し前後方向に進退させる進退駆動源と、隔壁の下部に設けた排土口に接続されるスクリューコンベアとを備えるシールド掘削機であって、
    隔壁に、カッタヘッドの軸部を前後方向に移動不能に軸支する支持ケースが前後方向に移動自在に支持され、
    回転駆動源が支持ケースに搭載されると共に、
    進退駆動源が支持ケースに連結されるように隔壁に搭載され、進退駆動源により支持ケースを介してカッタヘッドが前後方向に進退されることを特徴とするシールド掘削機。
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