JP6168699B2 - シールド掘進機 - Google Patents

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Description

本発明は、シールド掘進機に関し、特に、シールド掘進機のフレーム部と当該フレーム部から進行方向後方に押し出されるセグメント組立体との隙間をシールするためのシール手段に関するものである。
地盤を掘削してトンネルや地下鉄などの掘削に使用される装置として、シールド掘進機が知られている。
このシールド掘進機はシールドフレーム(フレーム部)の進行方向先端にカッタヘッド(掘削手段)が回転可能に設けられており、当該カッタヘッドにはビットが円周状・放射状に複数配置されている。そして、カッタヘッドを掘削面に押し付けて回転させながら進むことにより、地盤が円形に掘削されていく。
このときシールド掘進機の機内ではセグメントが筒状のセグメント組立体に組み立てられ、シールド掘進機の掘進に合わせてシールドフレームの後方に押し出される。
ここで、シールドフレームとセグメント組立体との隙間から水や掘削物などが機内へ入り込むことを防ぐために、シールド掘進機には当該隙間をシールするための構造が設けられている。
このシール構造では、シールドフレームとセグメント組立体との隙間にブラシ等でシール室を形成し、ポンプによりグリスなどの充填剤を圧送して当該シール室に注入するようになっている。そして、必要なタイミングで充填剤をシール室に注入するために、充填剤が圧送される配管上には、当該配管内の充填剤の流路を開閉する開閉手段が設置されている。
ここで、シールド掘進機のシール構造に関する技術としては、例えば特開平8−333991号公報に記載されたものがある。
特開平8−333991号公報
特開平8−333991号公報にも記載のように、前述した流路を開閉するための開閉手段としては、球状(ボール)の弁体を回転させることにより流路を開閉するボールバルブが用いられている。
ここで、ボールバルブを用いたシールド掘進機のシール構造について、図9〜図11を用いて説明する。図9はシールド掘進機におけるシールドフレームの後部を示す軸方向の断面図、図10はシールドフレームを後方から見た説明図、図11はシールド掘進機に設けられたシール室への充填剤注入のための配管経路を示す概念図である。
図9に示すように、シールド掘進機M1を構成するシールドフレーム111の内周面には、環状の枠体であるリングガーダ134が取り付けられている。このリングガーダ134には、セグメントを筒状のセグメント組立体Sに組み立てるためのエレクタ装置135が設けられており、さらに複数本の推進ジャッキ136を挿通した状態で支持している。そして、前述したボールバルブ146は、図10に詳しく示すように、リングガーダ134に取り付けられている。
また、シールドフレーム111の後端部の内周面には、セグメント組立体Sの外周面と接触してシールドフレーム111の内周面とセグメント組立体Sの外周面との間にシール室を形成する環状のテールブラシ140が、シールド掘進機M1の進行方向に対して間隔を開けて3つ設けられている。したがって、これら3つのテールブラシ140により、シール室141は、前方の第1のシール室141−1と後方の第2のシール室141−2の前後2箇所に形成されている。
そして、シール室141をシールするためのシール手段としては、グリスなどの充填剤が流れる配管144と、配管144を開閉してシール室141に注入される充填剤の量を調整するためのボールバルブ146と、配管144を通して充填剤をシール室141に向けて圧送するポンプ142とで構成されている。
図10に示すように、配管144は、シールドフレーム111の外周では、第1のシール室141−1に連通した配管144と、第2のシール室141−2に連通した配管144とがペアになっており、これらペアになった配管144がシールドフレーム111の周方向に間隔を空けて4箇所形成されている。したがって、ポンプ142から延びた配管144は、8つの配管144に分岐している。
図9および図10に示すように、ポンプ142から延びて8つに分岐した配管144は、ペアになってリングガーダ134を貫通してシールドフレーム111の外周に至り、前述したように、シール室141に連通している。そして、分岐した各配管144上に、配管144内の充填剤の流路を開閉する開閉手段としてのボールバルブ146が配置されている。
ボールバルブ146は、球状の弁体を回転させる構造であるために、バルブそのものが大型であるのみならず、弁体を回転させるためのモータをも装備する必要がある。そして、そのようなボールバルブ146は、図9および図10に示すように、リングガーダ134に固定されている。
したがって、シールドフレーム111内は、リングガーダ134に固定されたボールバルブ146のために狭くなってしまう。
しかも、前述のように、ボールバルブ146がリングガーダ134に固定されているために、配管144はポンプ142からリングガーダ134に至る途中で分岐する構造となってしまい、リングガーダ134の周辺には分岐した配管144が各所に引き回されるようになる。
このように、ボールバルブ146が用いられた配管構造によれば、ボールバルブ146および分岐した配管144のために、制約のあるシールドフレーム111内の作業空間が圧迫され、機内メンテナンス作業等で支障を来してしまう。特に、小口径のシールド掘進機M1では作業空間も大きく制約されるため、ボールバルブ146および配管144の引き回しは、一層大きな問題となる。
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、シール室をシールするためのシール手段によるフレーム部内の煩雑化を緩和することのでき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、請求項1に記載の本発明のシールド掘進機は、地盤を掘削する掘削手段が進行方向先端に回転可能に設置された筒状のフレーム部と、前記フレーム部の内周面に取り付けられ、セグメントを筒状のセグメント組立体に組み立てる組立手段が設けられるとともに、前記セグメント組立体を前記フレーム部の後方に向けて押し出して前記フレーム部を前方に進める推進ジャッキを支持する環状の枠体と、前記フレーム部の進行方向後端部の内周面において当該進行方向に対して間隔を開けて環状に設けられ、前記セグメント組立体の外周面と接触して前記フレーム部の内周面と前記セグメント組立体の外周面との間にシール室を形成する複数のシール室形成部材と、前記シール室に充填剤を充填して、前記セグメント組立体の外周面と前記フレーム部の内周面との隙間をシールするシール手段とを有し、前記シール手段は、充填剤を前記シール室に向けて圧送するポンプから延びた主配管と、前記環状の枠体に設けられ、前記主配管と接続された枠体部配管と、前記枠体部配管から分岐して設けられ、前記フレーム部の内壁に向かって延びる複数の枠体部側分岐部配管と、前記枠体部側分岐部配管に接続されるとともに、前記フレーム部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられ前記シール室と連通した複数のシール室側分岐部配管と、前記枠体部側分岐部配管と前記シール室側分岐部配管との間に設置され、充填剤の流路に対して弁体が直線的に出没して当該流路を開閉する開閉手段とを備える、ことを特徴とする。
請求項2に記載の発明のシールド掘進機は、上記請求項1に記載の発明において、前記開閉手段は、油圧を用いてプランジャを流路に対して出没させて当該流路を開閉する油圧シリンダである、ことを特徴とする。
請求項3に記載の発明のシールド掘進機は、上記請求項1または2に記載の発明において、前記シール室は、第1のシール室と、当該第1のシール室に対して前記フレーム部の進行方向後方に位置する第2のシール室とからなり、前記シール室側分岐部配管は、分岐手段を介して分岐された、前記第1のシール室に充填される充填剤が流れる第1のシール室側分岐部配管と、前記第2のシール室に充填される充填剤が流れる第2のシール室側分岐部配管とからなる、ことを特徴とする。
請求項4に記載の発明のシールド掘進機は、上記請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、前記開閉手段は、前記フレーム部の内壁に取り付けられている、ことを特徴とする。
請求項5に記載の発明のシールド掘進機は、上記請求項1〜4の何れか一項に記載の発明において、配管内の充填剤の圧力を検出する圧力検出手段が、前記開閉手段の近傍に取り付けられている、ことを特徴とする。
本発明によれば、フレーム部の内側に引き回された配管が邪魔にならなくなるとともに、弁体が直線的に出没するコンパクトな開閉手段で充填剤の流路が開閉されるようになっているので、シール手段によるフレーム部内の煩雑化が緩和されてフレーム部の内部空間が広くなる。
本発明の一実施の形態に係るシールド掘進機を示す説明図である。 図1のシールド掘進機をシールドフレームを後方から見た説明図である。 図1のシールド掘進機に設けられたシール室への充填剤注入のための配管経路を示す概念図である。 図1のシールド掘進機における要部をシールドフレームの側方から示す説明図である。 図1のシールド掘進機における要部をシールドフレームの上方から示す説明図である。 図1のシールド掘進機における要部をシールドフレームの後方から示す説明図である。 図1のシールド掘進機に設けられた油圧シリンダおよび分割ブロックを示す側面図である。 図1のシールド掘進機に設けられた油圧シリンダおよび分割ブロックを示す正面図である。 ボールバルブを用いたシールド掘進機におけるシールドフレームの後部を示す軸方向の断面図である。 ボールバルブを用いたシールド掘進機においてシールドフレームを後方から見た説明図である。 ボールバルブを用いたシールド掘進機に設けられたシール室への充填剤注入のための配管経路を示す概念図である。
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1において、シールド掘進機Mのシールドフレーム11の進行方向前方内には、外周端面がシールドフレーム11の内周面に固定された隔壁12が設けられている。隔壁12にはヘッド支持体16が固定されており、シールドフレーム11の外径と略同径の形状をしたカッタヘッド13がヘッド支持体16に支持されて隔壁12に回転可能に取り付けられている。
カッタヘッド13は、シャフト(図示せず)の先端に取り付けられたセンタプレート13aと、センタプレート13aから相互に等しい回転角で放射状に延びるスポーク13bと、スポーク13bの先端に固定された環状のリング13cを備えている。そして、センタプレート13a、スポーク13bおよびリング13cには、地盤を掘削するための強靭な素材(例えば、超硬合金や焼結タングステンカーバイドなど)からなる多数のビット(図示せず)が取り付けられている。そして、ビットの取り付けられたカッタヘッド13を掘削面に押し付けて回転させながら進むことにより、地盤が円形に掘削される。
さて、前述のように、カッタヘッド13を構成しているシャフトがヘッド支持体16に回転可能に支持されており、当該シャフトには、駆動ギヤ25およびギヤケースボス26が隔壁12よりも後方側に位置して取り付けられている。そして、駆動ギヤ25は、隔壁12の後面に装着されている駆動モータ27の回転軸に取り付けられた歯車28に噛合されている。したがって、駆動モータ27が回転すると、その回転力が歯車28を介して駆動ギヤ25に伝達され、駆動ギヤ25の取り付けられているシャフトを介してカッタヘッド13が回転する。
シールド掘進機Mの機内には、掘削された土砂を回収するためのスクリューコンベア29が設けられており、その前端開口部29aは、隔壁12の下端部を貫通してカッタヘッド13と隔壁12との空間で形成された土砂取込室30に開口している。さらに、シールド掘進機Mの機内には土砂取込室30内を浮遊する塵埃を負圧吸引するための吸引ダクト31が設けられており、その前端開口部31aは、隔壁12の上端部を貫通して土砂取込室30に開口している。
また、筒状をしたシールドフレーム11は連結胴部33を介して互いに連結された前胴部11aおよび後胴部11bからな、後胴部11bの前端部内周面には、リングガーダ34(環状の枠体)が取り付けられている。
図示するように、リングガーダ34には、セグメントを筒状のセグメント組立体Sに組み立てるためのエレクタ装置35(組立手段)が設けられている。さらに、図1および図2に示すように、このリングガーダ34には、セグメント組立体Sをシールドフレーム11の後方に向けて押し出して当該シールドフレーム11を前方に進めるための複数本の推進ジャッキ36が、挿通した状態で支持されている。
なお、推進ジャッキ36のセグメント組立体S側には、当該推進ジャッキ36から受ける集中荷重を分散させるためのスプレッダ37が取り付けられている。
シールドフレーム11を構成する後胴部11bの進行方向後端部の内周面には、鋼製のワイヤや発泡ウレタンなどからなるテールブラシ40(シール室形成部材)が、当該進行方向に対して間隔を開けて環状に3本設けられている。テールブラシ40は、セグメント組立体の外周面と接触するような長さで内方に延びており、このようなテールブラシ40により、シールドフレーム11の内周面とセグメント組立体Sの外周面との間にシール室41が形成されている。
なお、本実施の形態においては、前方に位置するテールブラシ40aと中央に位置するテールブラシ40bとで第1のシール室41−1が形成されている。また、中央に位置するテールブラシ40bと後方に位置するテールブラシ40cとで、第1のシール室41−1に対してシールドフレーム11の進行方向後方に位置する第2のシール室41−2が形成されている。但し、シール室41は少なくとも1つ形成されていればよく、本実施の形態のように2つのシール室41に限定されるものではない。
さて、本実施の形態のシールド掘進機Mでは、シール室41にグリスなどの充填剤を充填して、セグメント組立体Sの外周面とシールドフレーム11の内周面との隙間をシールするシール手段が設けられている。
ここで、本実施の形態においてシール手段は、図2および図3に示すように、図示しない充填剤貯留部に貯留された充填剤をシール室41に向けて圧送するポンプ42から延びた主配管43と、リングガーダ34に設けられて主配管43と接続された枠体部配管44と、枠体部配管44から分岐して設けられ、シールドフレーム11(の後胴部11b)に形成された貫通孔(図示せず)を介してシール室41と連通した複数の分岐部配管45とを有している。さらに、分岐部配管45上には、充填剤の流路を開閉することにより、必要なタイミングで充填剤をシール室41に注入するための油圧シリンダ46(開閉手段)が設置されている。また、ポンプ42には、当該ポンプ42を駆動するためのコンプレッサ47が接続されている。
分岐部配管45は、枠体部配管44から分岐して設けられるとともにシールドフレーム11の内壁に向かって延びた複数の枠体部側分岐部配管45aと、枠体部側分岐部配管45aに接続されるとともに、シールドフレーム11の外周面において周方向に間隔を開けて設けられてシール室41と連通したシール室側分岐部配管45bとで構成されている(図2参照)。そして、前述した油圧シリンダ46は、枠体部側分岐部配管45aとシール室側分岐部配管45bとの間に設置されている。
本実施の形態においては、第1のシール室41−1と第2のシール室41−2とに充填剤を注入するために、シール室側分岐部配管45bは、第1のシール室41−1に充填される充填剤が流れる第1のシール室側分岐部配管45b−1と、第2のシール室41−2に充填される充填剤が流れる第2のシール室側分岐部配管45b−2とで構成されている。
すなわち、枠体部側分岐部配管45aとシール室側分岐部配管45bとの間に設置されて油圧シリンダ46と一体となった分割ブロック48(分岐手段)により、シール室側分岐部配管45bが第1のシール室側分岐部配管45b−1と第2のシール室側分岐部配管45b−2とに分岐されている。
なお、シールドフレーム11に形成されたシール室側分岐部配管45bは、シールドフレーム11の外周面において当該シールドフレーム11との間に内部空間ができるようにして固定された保護プレート38によって形成されている。
なお、保護プレート38の内部空間をシールドフレーム11の進行方向に沿って2つに仕切る仕切り部材39が設けられており、これによってシールドフレーム11上のシール室側分岐部配管45bは、第1のシール室側分岐部配管45b−1と第2のシール室側分岐部配管45b−2とに分割されている(図6)。
但し、シール室41が一つの場合には、このように分割ブロック48を用いてシール室側分岐部配管45bを2つに分岐する必要がないのはもちろんである。また、シール室41が3つ以上の場合には、分割ブロック48によりシール室41の数に応じてシール室側分岐部配管45bを分岐すればよい。
次に、油圧シリンダ46および分割ブロック48について、図4〜8を用いて詳細に説明する。
図示するように、分割ブロック48は、枠体部側分岐部配管45aに接続されてシールドフレーム11の内壁に取り付けられている。分割ブロック48には、枠体部側分岐部配管45aと接続される第1の接続孔48a、第1の接続孔48aから両側に延びた連結孔48b、連結孔48bの両端から直角に延びてシールドフレーム11に形成された貫通孔11baと接続される2つの第2の接続孔48c、および第2の接続孔48cにそれぞれ繋がって後述する圧力発信器49(圧力検出手段)が取り付けられた2つの発信器取付孔48dが形成されている。
これにより、枠体部側分岐部配管45aから送られてきた充填剤は、第1の接続孔48aから連結孔48bに流入して2方向に分かれ、それぞれ第2の接続孔48cを通って第1のシール室側分岐部配管45b−1と第2のシール室側分岐部配管45b−2とに流れ込むようになる。
このような構造の分割ブロック48に対し、2つの第2の接続孔48cにそれぞれ対応して油圧シリンダ46(46a、46b)が取り付けられている。したがって、油圧シリンダ46は、分割ブロック48を介してシールドフレーム11の内壁に取り付けられていることになる。
油圧シリンダ46は、油圧を用いて弁体であるプランジャ46−1を流路に対して直線的に出没させて当該流路を開閉する機構を有しており、弁体が小さく、しかも弁体を駆動するためのモータは必要がないので、ボールバルブと比較してコンパクトな外形となっている。よって、シール手段を構成する要素である油圧シリンダ46のシールドフレーム11の内部における占有スペースが小さくなる。
しかも、本実施の形態では、油圧シリンダ46がシールドフレーム11の内壁に取り付けられているので、シールドフレーム11の内側への出っ張りが抑制されて、シールドフレーム11の内部におけるスペース効率向上が図られている。
前述したように、分割ブロック48には、配管内の充填剤の圧力を検出する圧力発信器49が取り付けられている。つまり、油圧シリンダ46の近傍に圧力発信器49が取り付けられている。圧力発信器49は配管内の圧力を検出して電流信号に変換するものであり、これによって配管内の圧力が計測されることになる。
そして、本実施の形態では、圧力発信器49は、シールドフレーム11の内壁に取り付けられた油圧シリンダ46の近傍に位置していることから、シール室41に最も近い取付可能位置に取り付けられていることになる。これにより、充填剤のシール室41への注入圧の管理が容易になる。
さて、以上説明したように本実施の形態のシールド掘進機Mによれば、セグメント組立体Sの外周面とシールドフレーム11の内周面との隙間を充填剤でシールするシール手段では、ポンプ42から延びた主配管43がリングガーダ34に設けられた枠体部配管44に接続され、枠体部配管44から分岐した複数の枠体部側分岐部配管45aがシールドフレーム11の内壁に向かって延びて設けられ、シールドフレーム11の外周面に設けられてシール室41と連通した複数のシール室側分岐部配管45bが枠体部側分岐部配管45aに接続されている。
したがって、シールドフレーム11の内側の配管としては、リングガーダ34に沿って設けられた配管である枠体部配管44、および枠体部配管44から分岐してシールドフレーム11の内壁に向かって延びた配管である枠体部側分岐部配管45aになる。
そして、枠体部側分岐部配管45aとシールドフレーム11の外周面に設けられたシール室側分岐部配管45bとの間に、充填剤の流路を開閉する油圧シリンダ46が設置されている。
このように、シールドフレーム11の内側に引き回された配管45a、45bが邪魔にならなくなるとともに、充填剤の流路を開閉する手段として弁体が直線的に出没する油圧シリンダ46が用いられているので、シール手段によるシールドフレーム11内の煩雑化が緩和されてシールドフレーム11の内部空間が広くなる。したがって、シールドフレーム11内での作業性が向上して、例えば機内メンテナンス作業等を快適に行うことができる。
また、充填剤の流路を開閉する開閉手段として弁体であるプランジャ46−1が直線的に出没する油圧シリンダ46が用いられているので、配管内が高圧力になっても安定した開閉動作が行われるようになる。
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
たとえば、本実施の形態では、充填剤の流路を開閉する開閉手段の一例として油圧シリンダが示されているが、これに限定されるものではなく、充填剤の流路に対して弁体が直線的に出没して当該流路を開閉可能な構造であれば、油圧シリンダ以外を用いてもよい。
以上の説明では、本発明をセンタシャフト方式のシールド掘進機に適用した場合が示されているが、中間支持方式のシールド掘進機など、他の方式のシールド掘進機にも適用することができる。
11 シールドフレーム
11a 前胴部
11b 後胴部
11ba 貫通孔
13 カッタヘッド
33 連結胴部
34 リングガーダ
35 エレクタ装置
36 推進ジャッキ
37 スプレッダ
38 保護プレート
39 仕切り部材
40,40a,40b,40c テールブラシ
41 シール室
41−1 第1のシール室
41−2 第2のシール室
42 ポンプ
43 主配管
44 枠体部配管
45 分岐部配管
45a 枠体部側分岐部配管
45b シール室側分岐部配管
45b−1 第1のシール室側分岐部配管
45b−2 第2のシール室側分岐部配管
46,46a,46b 油圧シリンダ
46−1 プランジャ
47 コンプレッサ
48 分割ブロック
48a 第1の接続孔
48b 連結孔
48c 第2の接続孔
48d 発信器取付孔
49 圧力発信器
M シールド掘進機
S セグメント組立体

Claims (5)

  1. 地盤を掘削する掘削手段が進行方向先端に回転可能に設置された筒状のフレーム部と、
    前記フレーム部の内周面に取り付けられ、セグメントを筒状のセグメント組立体に組み立てる組立手段が設けられるとともに、前記セグメント組立体を前記フレーム部の後方に向けて押し出して前記フレーム部を前方に進める推進ジャッキを支持する環状の枠体と、
    前記フレーム部の進行方向後端部の内周面において当該進行方向に対して間隔を開けて環状に設けられ、前記セグメント組立体の外周面と接触して前記フレーム部の内周面と前記セグメント組立体の外周面との間にシール室を形成する複数のシール室形成部材と、
    前記シール室に充填剤を充填して、前記セグメント組立体の外周面と前記フレーム部の内周面との隙間をシールするシール手段とを有し、
    前記シール手段は、
    充填剤を前記シール室に向けて圧送するポンプから延びた主配管と、
    前記環状の枠体に設けられ、前記主配管と接続された枠体部配管と、
    前記枠体部配管から分岐して設けられ、前記フレーム部の内壁に向かって延びる複数の枠体部側分岐部配管と、
    前記枠体部側分岐部配管に接続されるとともに、前記フレーム部の外周面において周方向に間隔を開けて設けられ前記シール室と連通した複数のシール室側分岐部配管と、
    前記枠体部側分岐部配管と前記シール室側分岐部配管との間に設置され、充填剤の流路に対して弁体が直線的に出没して当該流路を開閉する開閉手段とを備える、
    ことを特徴とするシールド掘進機。
  2. 前記開閉手段は、
    油圧を用いてプランジャを流路に対して出没させて当該流路を開閉する油圧シリンダである、
    ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機。
  3. 前記シール室は、第1のシール室と、当該第1のシール室に対して前記フレーム部の進行方向後方に位置する第2のシール室とからなり、
    前記シール室側分岐部配管は、分岐手段を介して分岐された、前記第1のシール室に充填される充填剤が流れる第1のシール室側分岐部配管と、前記第2のシール室に充填される充填剤が流れる第2のシール室側分岐部配管とからなる、
    ことを特徴とする請求項1または2記載のシールド掘進機。
  4. 前記開閉手段は、前記フレーム部の内壁に取り付けられている、
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のシールド掘進機。
  5. 配管内の充填剤の圧力を検出する圧力検出手段が、前記開閉手段の近傍に取り付けられている、
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のシールド掘進機。
JP2013224103A 2013-10-29 2013-10-29 シールド掘進機 Active JP6168699B2 (ja)

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