JP6603126B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機に関し、特に特有のテールシール装置を設けたシールド掘進機に関する。

トンネルを掘削するシールド掘進機においては、後胴のテール部の内面側にテールシール装置が装備され、このテールシール装置により地山とセグメントの間に充填した裏込め剤や泥水が後胴内へ流入しないようにシールしている。

一般的なシールド掘進機の場合、従来のテールシール装置１００は、図７、図８に示すように、後胴１０１のテール部１０１ａの内面側に軸心方向に一定間隔Ｄあけて配設した３段のワイヤブラシ状のテールシール１０２で構成されている。
前段テールシール１０２ａと中段テールシール１０２ｂの間、及び中段テールシール１０２ｂと後段テールシール１０２ｃの間にはグリース溜め１０３が夫々形成され、そのグリース溜め１０３には特殊なパテグリースが充填される。

ワイヤブラシ状のテールシール１０２の前面と中間面と後面にはバネ板１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが設けられ、ワイヤブラシ層にもパテグリースが含浸される。
前記テールシール１０２がセグメントによりテール部１０１ａ側へ近づく倒伏状態になるのを許容するため、図示の所定間隔Ｅはテールシール１０２のワイヤブラシのワイヤ長Ｆよりも長い間隔に設定されている。

都市部においてトンネルを掘削する際には、立坑からシールド掘進機を所定深さまで降下させるのが普通であり、立坑の小型化を図るために、最近ではシールド掘進機の機長を短くすることが要請されている。

特許文献１に記載のシールド掘進機のテールシール構造においては、３段のテールシールを設け、その２つの環状のグリース溜めに環状の中空パックを設け、その中空パックにグリースを充填し、中空パックの内周面に複数の充填剤供給孔を形成し、それら充填剤供給孔から中空パックとセグメントの間にグリースを供給してその隙間をシールするように構成している。

特開平９−４３８４号公報

従来のシールド掘進機のように３段のテールシールを設ける場合には機長が長くなるため、テールシールのシール性能を高めてテールシールの段数を削減する技術が要請されている。各段のテールシールにおいて、そのワイヤブラシシール層に最初グリースを含浸させるものの、そのグリース量は少なく、その後グリースを補充できないため、グリースが短期間のうちに消耗されてしまい、高いシール性能を維持できないという問題があった。
本発明の目的は、テールシールのワイヤブラシシール層のワイヤブラシにグリースを絶えず補給可能にしてシール機能を高めることである。

請求項１のシールド掘進機は、後胴のテール部の内面側にテールシール装置を有するシールド掘進機において、前記テールシール装置は、少なくとも１段の環状のワイヤブラシ式テールシールを備え、前記のテールシールは、前後１対の環状の第１，第２ワイヤブラシシール層を備え、後側の第１ワイヤブラシシール層は、前記テール部に固定される第１円筒部とこの第１円筒部の後端からシールド掘進機の内側に延びる第１部分円錐部を有し、前側の第２ワイヤブラシシール層は、前記テール部に固定される第２円筒部とこの第２円筒部の後端からシールド掘進機の内側に延びる第２部分円錐部を有し、前記第２円筒部は、前記第１円筒部の内面に重ね合わされ、前記第１部分円錐部と第２部分円錐部との間には環状のグリース溜めが設けられ、前記テール部および第１円筒部を貫通して前記グリース溜めにグリースを注入するための複数のグリース注入口が設けられることを特徴としている。

請求項２のシールド掘進機は、請求項１の発明において、２段の前記テールシールがテール部の軸心方向に前記第１，第２部分円錐部のワイヤブラシのワイヤ長以上の所定間隔あけて配設され、前記２段のテールシールの間にテールシール間グリース溜めが形成され、前記第１，第２ワイヤブラシシール層は前記所定間隔よりも短い設定間隔あけて配設されたことを特徴としている。

請求項３のシールド掘進機は、請求項１の発明において、前記第１，第２ワイヤブラシシール層の各々の前後両面にバネ板が配設され、前記グリース溜めに臨むバネ板にはグリース通過用の複数の小穴が形成されたことを特徴としている。

請求項４のシールド掘進機は、請求項３の発明において、前記第１ワイヤブラシシール層の後面のバネ板の前面にゴム板が配設され、第２ワイヤブラシシール層の前面のバネ板の後面にゴム板が配設されたことを特徴としている。

請求項５のシールド掘進機は、請求項１又は２の発明において、前記グリース注入口は、前記第１ワイヤブラシシール層の第１円筒部を貫通するように形成されると共に前後方向に細長い長孔に形成されたことを特徴としている。

本願発明は、課題解決手段の欄に記載の構成を有するため次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、テールシールは、１対の第１，第２ワイヤブラシシール層 を備えているため、１層のワイヤブラシシール層よりもシール機能を格段に強化できる。しかも、第１，第２ワイヤブラシシール層へはグリース溜めからグリースを供給できるため、第１，第２ワイヤブラシシール層の各々のシール機能が強化されるため、テールシール装置全体のシール機能が著しく強化される。
また、グリース溜めのグリースによるシール機能も発揮されるため、テールシールのシール機能が強化される。しかも、グリース溜めには、複数のグリース注入口からグリースを絶えず補充することができるため、第１，第２ワイヤブラシシール層のシール機能と、グリース溜めのシール機能を維持することができる。

請求項２の発明によれば、２段のテールシールが軸心方向にワイヤブラシのワイヤ長以上の所定間隔あけて配設されるため、２段のテールシールによるシール機能を強化することができる上、２段のテールシールの２つのグリース溜めと、２段のテールシールの間のテールシール間グリース溜めによりシール機能を格段に強化することができる。
しかも、前記第１，第２ワイヤブラシシール層は前記所定間隔よりも短い設定間隔あけて配設されるため、従来のように３段のテールシールを設けるテールシール装置よりも、
テールシール装置の前後長を短く抑え、機長の短縮を図ることができる。

請求項３の発明によれば、前記第１，第２ワイヤブラシシール層の各々の前後両面にバネ板が配設され、前記グリース溜めに臨むバネ板にはグリース通過用の複数の小穴が形成されたため、前後両面のバネ板により各ワイヤブラシシール層の形状を保持し且つシール機能を高めることができる。グリース溜めに臨むバネ板に形成した複数の小穴からグリース溜め内のグリースを各ワイヤブラシシール層に絶えず補給することができる。

請求項４の発明によれば、前記第１ワイヤブラシシール層の後面のバネ板の前面にゴム板が配設され、第２ワイヤブラシシール層の前面のバネ板の後面にゴム板が配設されたため、ゴム板によりグリースの漏洩を防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、前記グリース注入口は、前記第１ワイヤブラシシール層の第１円筒部を貫通するように形成されると共に前後方向に細長い長孔に形成されたため、
ワイヤブラシの複数のワイヤと複数のワイヤの間にワイヤを極力屈曲させることなくグリース注入口を形成する上で有利である。

本発明の実施例に係るシール掘進機の側面図である。 シール掘進機の要部断面図である。 後胴のテール部に装備したテールシール装置の断面図である。 テール部に装備した後段のテールシールの断面図である。 テールシールを内面側から視た場合の展開図である。 テールシール装置がテール部とセグメントとの間で変形した状態を示す断面図である。 従来のテールシール装置の断面図である。 図７のテールシールの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、シールド掘進機１は、カッターヘッド２と、前胴３と、後胴４と、前胴３及び後胴４の内部に装備された種々の部材や種々の装置や機器とを備えている。
前記の種々の部材や種々の装置や機器は、本発明と直接関係ないため、ここでは説明を省略し、本発明特有のテールシール装置１０について図２〜図５に基づいて説明する。

このシールド掘進機１においては、後胴４の後端側のテール部４ａの内面側にテールシール装置１０が設けられている。このテールシール装置１０は、後胴４の軸心方向に一定間隔Ｌあけて配設された２段の環状のワイヤブラシ式テールシール１１を備えている。
２段のテールシール１１は、前段テールシール１１Ａと、この前段テールシール１１Ａよりも若干長く形成された後段テールシール１１Ｂとからなる。

前段テールシール１１Ａと後段テールシール１１Ｂの間には環状の第１グリース溜め１０ａ（テールシール間グリース溜めに相当する）が形成され、この第１グリース溜め１０ａには特殊な繊維入りのパテグリースが充填される。第１グリース溜め１０ａにグリースを供給する複数のグリース注入口１０ｂもテール部４ａに設けられている。グリース注入口１０ｂへは専用の複数のグリース供給管１８ｂからグリースが供給される。

図４に示すように、後段テールシール１１Ｂは、前後１対の環状の第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７と、これら第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の間に形成された環状の第２グリース溜め１８と、この第２グリース溜め１８にパテグリースを注入するための複数のグリース注入口１８ａとを有する。

後側の第１ワイヤブラシシール層１６は、テール部４ａに固定される円筒状の第１円筒部１６ａとこの第１円筒部１６ａの後端から延びる部分円錐状の第１部分円錐部１６ｂを有し、前側の第２ワイヤブラシシール層１７は、テール部４ａに固定される円筒状の第２円筒部１７ａとこの第２円筒部１７ａの後端から延びる部分円錐状の第２部分円錐部１７ｂを有する。

前記第１円筒部１６ａの内面に第２円筒部１７ａを重ね合せたものが、環状の外面板１３ａとこれに溶接された環状の内面板１３ｂとの間に挟持され、それらがリベット１４を用いたカシメにより積層圧縮状態にされている。外面板１３ａの後端がテール部４ａの内面に溶接されている。外面板１３ａと内面板１３ｂの前端が後胴４の内面に溶接されたスペーサ１５に溶接されている。こうして、第１，第２円筒部１６ａ，１７ａがテール部４ａに固定されている。尚、第１，第２円筒部１６ａ，１７ａのワイヤブラシは前端部において連続しており、Ｕターン状に屈曲させることで、前記のように積層圧縮状態にされている。それ故、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のワイヤブラシがばらばらになりにくく、製作上有利である。但し、第１，第２円筒部１６ａ，１７ａのワイヤブラシは前端部において分断されていてもよい。

第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の各々の前後両面に環状のバネ板１９，２１，２２，２４が配設され、第２グリース溜め１８に臨むバネ板２１，２２のほぼ全面にはグリース通過用の多数の小穴（図示略）が形成されている。第１ワイヤブラシシール層１６の後面のバネ板１９の前面にゴム板２０が配設され、第２ワイヤブラシシール層１７の前面のバネ板２４の後面にゴム板２３が配設されている。

尚、バネ板１９，２１，２２，２４の厚さは例えば０．４〜０．５ｍｍであり、ゴム板２０，２３の厚さは例えば２〜３ｍｍである。第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の各々の前後両面のバネ板１９，２１，２２，２４によりワイヤブラシの形状が部分円錐状に保持され、図６に示すように、セグメントＳの外周面に圧接されるようになっている。

第２グリース溜め１８に臨むバネ板２１，２２にはグリース通過用の多数の小穴が形成されているため、第２グリース溜め１８内のグリースが複数の小穴を通過して第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７に補給される。また、第１ワイヤブラシシール層１６の後端のゴム板２０と、第２ワイヤブラシシール層１７の前端のゴム板２３により、後述するようにシール機能が強化される。

前記グリース注入口１８ａは、周方向に１〜２ｍ間隔で第１円筒部１６ａとテール部 ４ａを貫通するように形成されると共に、前後方向に細長い長孔に形成されている。それ故、複数のワイヤと複数のワイヤ間にワイヤを極力屈曲させることなくグリース注入口１８ａを形成する上で有利である。各グリース注入口１８ａには、後胴４とテール部４ａの壁部内に埋め込まれた専用のグリース供給管１８ｂからパテグリースが供給され、第２グリース溜め１８に充填される。

前段テールシール１１Ａは、後段テールシール１１Ｂと同様に構成されているため、簡単に説明する。前段テールシール１１Ａは、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７ と、第２グリース溜め１８と、複数のグリース注入口１８ａとを有する。後側の第１ワイヤブラシシール層１６は、第１円筒部１６ａと第１部分円錐部１６ｂを有し、前側の第２ワイヤブラシシール層１７は、第２円筒部１７ａと第２部分円錐部１７ｂを有する。

第１円筒部１６ａの内面に第２円筒部１７ａを重ね合せた状態にしたものが、外面板１３ａとこれに溶接された内面板１３ｂとの間に挟持され、それらがリベット１４を用いたカシメにより積層圧縮状態にされている。外面板１３ａの後端がテール部４ａの内面に溶接されている。外面板１３ａと内面板１３ｂの前端が後胴４の後端に溶接されている。こうして、第１，第２円筒部１６ａ，１７ａがテール部４ａに固定されている。

第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の各々の前後両面にバネ板１９，２１，２２，２４が配設され、第２グリース溜め１８に臨むバネ板２１，２２のほぼ全面にはグリース通過用の多数の小穴が形成されている。第１ワイヤブラシシール層１６の後面のバネ板１９の前面にゴム板２０が配設され、第２ワイヤブラシシール層１７の前面のバネ板２４の後面にゴム板２３が配設されている。

前記前段テールシール１１Ａの第１円筒部１６ａの後端から後段テールシール１１Ｂの前端近傍部のスペーサ１５までの所定間隔Ｋは、前段テールシール１１Ａの第１ワイヤブラシシール層１６のワイヤブラシのワイヤ長以上に設定されている。これは、図６に示すように、テール部４ａとセグメントＳの間に、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７が圧縮状態になった場合に、第１ワイヤブラシシール層１６とスペーサ１５との干渉を防ぐためである。また、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の軸心方向の設定間隔Ｍは、前記所定間隔Ｋよりも小さく設定されている。これは、第２グリース溜め１８の容量を過不足のない適度な大きさに設定する為である。尚、前記所定間隔Ｋは、例えば前記所定間隔Ｋの約１／２以下の大きさに設定されてもよい。

図５に示すように、環状のテールシール１１は、複数のテールシール分割体１１Ｄを周方向に並設して形成される。尚、テールシール分割体１１Ｄの周方向幅は、例えば、１００〜２００ｍｍである。テールシール分割体１１Ｄは、テールシールに含まれる各部が夫々分割されたものである。外面板分割体１３ａＤ、内面板分割体１３ｂＤ、第１ワイヤブラシシール層分割体１６Ｄ、第２ワイヤブラシシール層分割体１７Ｄ、第１ワイヤブラシシール層分割体１６Ｄのゴム板分割体２０Ｄ、第２ワイヤブラシシール層分割体１７Ｄのバネ板分割体２４Ｄ、ゴム板分割体２３Ｄ等が図示されている。その他のバネ板分割体やゴム板分割体は図示されていない。

外面板分割体１３ａＤと内面板分割体１３ｂＤとバネ板分割体２４Ｄ等の周方向幅は同じであり、ゴム板分割体２０Ｄ，２３Ｄは、外面板分割体１３ａＤや内面板分割体１３ｂＤやバネ板分割体２４Ｄの周方向幅よりも大きな周方向幅を有し、隣接するテールシール分割体１１Ｄのゴム板分割体２０Ｄ，２３Ｄを周方向に部分的にラップさせている。そのため、第１ワイヤブラシシール層１６の後面のシール機能と、第２ワイヤブラシシール層１７の前面のシール機能を格段に高めることができる。第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のワイヤブラシは内径側程幅が拡大する形状になっているため、それらワイヤブラシも隣接するワイヤブラシと周方向に部分的にラップされている。

次に、テールシール装置１０の作用（動作）と効果について説明する。
図６に示すように、シールド掘進機１によりトンネルを掘削する際に、最初に第１，第２グリース溜め１０ａ，１８、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のワイヤブラシにパテグリースＧが充填される。テールシール装置１０はテール部４ａとセグメントＳ間に圧縮されて図６に示すように弾性変形した状態になり、この変形状態のままトンネル掘削が進行していく。

テールシール装置１０よりも後方においてセグメントＳの外面側へモルタル等の裏込め剤Ｂが充填されると、この裏込め剤Ｂと地山からの泥水が後胴４の内側へ侵入しないようにテールシール装置１０によりシールされる。このとき前後段のテールシール１１Ａ，１１Ｂの各々のシール機能は、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のバネ板１９，２１，２２，２４及び第１ワイヤブラシシール層１６の後端のゴム板２０と第２ワイヤブラシシール層１７の前端のゴム板２３のシール機能と、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のワイヤブラシ及びそれに含浸されたグリースによるシール機能と、第２グリース溜め１８のグリースＧによるシール機能により達成される。また、第１グリース溜め１０ａ内のグリースＧによるシール機能も寄与する。

前後段のテールシール１１Ａ，１１Ｂの各々は、１対の第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７と、それら第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の間に形成された第２グリース溜め１８と、この第２グリース溜め１８にグリースＧを注入するための複数のグリース注入口１８ａとを有するため、第２グリース溜め１８に適量のグリースＧを溜めることができるうえ、グリース注入口１８ａから第２グリース溜め１８にグリースＧを補充すると共に、第２グリース溜め１８からバネ板２１，２２の多数の小穴を介して第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のワイヤブラシにグリースを絶えず補給することでワイヤブラシのシール機能を高く維持できる。

また、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７の前後端のゴム板２０，２３のゴム板分割体２０Ｄ，２３Ｄは周方向に隣接するゴム板分割体２０Ｄ，２３Ｄとラップするように構成したためゴム板２０，２３によるシール機能を格段に強化することができる。
こうして、各段のテールシール１１Ａ，１１Ｂのシール機能を格段に強化することができる。テールシール１１Ａ，１１Ｂを軸心方向に所定間隔Ｋあけて２段だけ配設するため、従来のようにテールシール１１を３段配設する場合よりもシールド掘進機１の機長を短くすることができる。

このように、２段のテールシール１１Ａ，１１Ｂにより３つの第１，第２グリース溜め
１０ａ，１８，１８を形成できるため、シール機能を確保しながら、従来の３段のテールシールを有するテールシール装置の場合よりも機長を短縮できる。
しかも、第２グリース溜め１８の設定間隔Ｍを前後段のテールシール１１Ａ，１１Ｂ 間の所定間隔Ｋよりも格段に小さく設定可能である。これは、第２グリース溜め１８のグリースを第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７に絶えず供給することで、第１，第２ワイヤブラシシール層１６，１７のシール機能を強化できるからであり、また、第２グリース溜め１８にグリース注入口１８ａから適宜グリースを補給できるからである。

グリース注入口１８ａは、第１ワイヤブラシシール層１６の第１円筒部１６ａを貫通するように形成されると共に前後方向に細長い長孔に形成されるため、複数のワイヤと複数のワイヤ間にワイヤを極力屈曲させることなくグリース注入口１８ａを形成する上で有利である。

前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）テールシール分割体１１Ｄのゴム板分割体の周方向幅は、外面板１３ａや内面板１３ｂの周方向幅と同じ幅に形成し、隣接するゴム板分割体とラップさせない構成としても高いシール性能を発揮させることができる。

（２）山岳地帯に大深度のトンネルを掘削するシールド掘進機では、地山からの土水圧が高圧になるため、３段のテールシール１１を装備する場合もある。
（３）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例に手段の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

１ シールド掘進機
４ 後胴
４ａ テール部
１０ テールシール装置
１０ａ 第１グリース溜め
１１ ワイヤブラシ式テールシール
１１Ａ 前段テールシール
１１Ｂ 後段テールシール
１６，１７ 第１，第２ワイヤブラシシール層
１６ａ，１７ａ 第１，第２円筒部
１６ｂ，１７ｂ 第１，第２部分円錐部
１８ 第２グリース溜め
１８ａ グリース注入口
１９，２１，２２，２４ バネ板
２０，２３ ゴム板

Claims (5)

1. 後胴のテール部の内面側にテールシール装置を有するシールド掘進機において、
   前記テールシール装置は、少なくとも１段の環状のワイヤブラシ式テールシールを備え、
   前記のテールシールは、前後１対の環状の第１，第２ワイヤブラシシール層を備え、
   後側の第１ワイヤブラシシール層は、前記テール部に固定される第１円筒部とこの第１円筒部の後端からシールド掘進機の内側に延びる第１部分円錐部を有し、
   前側の第２ワイヤブラシシール層は、前記テール部に固定される第２円筒部とこの第２円筒部の後端からシールド掘進機の内側に延びる第２部分円錐部を有し、
   前記第２円筒部は、前記第１円筒部の内面に重ね合わされ、前記第１部分円錐部と第２部分円錐部との間には環状のグリース溜めが設けられ、
   前記テール部および第１円筒部を貫通して前記グリース溜めにグリースを注入するための複数のグリース注入口が設けられる、
   ことを特徴とするシールド掘進機。
2. ２段の前記テールシールがテール部の軸心方向に前記第１，第２部分円錐部のワイヤブラシのワイヤ長以上の所定間隔あけて配設され、前記２段のテールシールの間にテールシール間グリース溜めが形成され、前記第１，第２ワイヤブラシシール層は前記所定間隔よりも短い設定間隔あけて配設されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記第１，第２ワイヤブラシシール層の各々の前後両面にバネ板が配設され、前記グリース溜めに臨むバネ板にはグリース通過用の複数の小穴が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
4. 前記第１ワイヤブラシシール層の後面のバネ板の前面にゴム板が配設され、第２ワイヤブラシシール層の前面のバネ板の後面にゴム板が配設されたことを特徴とする請求項３に記載のシールド掘進機。
5. 前記グリース注入口は、前記第１ワイヤブラシシール層の第１円筒部を貫通するように形成されると共に前後方向に細長い長孔に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド掘進機。