JP7300924B2 - 二連シールド掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、二連シールド掘削機に関する。

従来、前胴部が後胴部に対して中折れ装置を介して屈折可能に設けられた二基の円形シールド掘削機を左右に連結させてなる二連シールド掘削機として、例えば特許文献１に示されるように、双方の後胴部同士が剛結合で接合され、スパイラルする掘削機における前胴部と後胴部との間に設けられる中折れ装置を作動させて前胴部の方位を後胴部に対して変更することで、スパイラルさせて掘進させるものが知られている。

この場合には、一方の非スパイラル側のシールド掘削機に対して他方のスパイラル側のシールド掘削機の中折れ装置を作動させてシールド掘進を開始すると、スパイラル側のシールド掘削機は掘進に伴って地盤反力が増加することによるソリ効果が生じて非スパイラル側のシールド掘削機回りの回転力が得られ、非スパイラル側のシールド掘削機回りに回転してスパイラル線形に掘進される。

特開２０１３－１３３６５１号公報

しかしながら、特許文献１に示すような従来の二連シールド掘削機では、中折れ操作のみでスパイラル掘進を行うこととなる。すなわち、従来は、スパイラル側と非スパイラル側のシールド掘削機の後胴部同士が固定されているため、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、スパイラル側のシールド掘削機１００の前胴部１０１の方位を変えるときに、前胴部１０１の方位Ｌ１と後胴部１０２の方位Ｌ２とが一致しない状態になる。そのため、スパイラル側のシールド掘削機１００においてスパイラル方向に大きな余掘り（図１０（ｂ）に示す符号１０３）が必要となり、周辺地盤への影響が生じるという問題があった。

また、図１０（ａ）に示すように、後胴部１０２の方位Ｌ２と計画線形に組み立てられるセグメント１０４の方位Ｌ３が一致しないため、テールクリアランスが十分に確保できない部分が生じ、後胴部１０２とセグメント１０４とが競った状態（図１０（ａ）の符号Ｔの部分）となり、セグメントが損傷するおそれがあった。
さらに、この場合には、推進ジャッキの伸張方向とセグメント線形方向とが不一致となり、セグメントに対してジャッキ推力が偏圧となるとともに、推進ジャッキへの負荷も生じることから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネル線形に後胴部の方位を一致させることで、余掘りを小さく抑えることができ、掘進に伴う周辺地盤への影響を低減できる二連シールド掘削機を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、後胴部のテール部のセグメントの損傷を防止できるとともに、推進ジャッキの偏圧や負荷を低減して効率よくジャッキ推力をセグメントに伝達できる二連シールド掘削機を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る二連シールド掘削機は、前胴部が後胴部に対して中折れ装置を介して屈折可能に設けられた二基の円形シールド掘削機を左右に連結させてなる二連シールド掘削機であって、前記二基の円形シールド掘削機の前記後胴部同士は、前記後胴部の連結部において左右方向に近接離反する移動を規制するとともに、前記後胴部同士が前記左右方向を回転中心とする揺動軸回りに相対的に揺動可能に設けられたピン接合部によって連結され、前記ピン接合部は、前記後胴部のうち一方に設けられる凸係合部と、他方に設けられ前記凸係合部に係合する凹係合部と、を有し、前記凸係合部と前記凹係合部とが前記揺動軸回りに相対的に揺動することを特徴としている。

本発明に係る二連シールド掘削機では、左右に連結される後胴部同士が剛結接合ではなく、ピン接合となっているので、スパイラル側の円形シールド掘削機の後胴部も非スパイラル側の円形シールド掘削機の後胴部に対して揺動軸回りに揺動させることができる。そのため、例えば一方の円形シールド掘削機を他方の円形シールド掘削機に対してスパイラルさせる際に、スパイラル側のシールド掘削機において中折れ装置によって屈折した前胴部に対して後胴部を揺動により追従させることができる。
したがって、本発明では、スパイラル線形側の円形シールド掘削機全体を揺動させることができるので、スパイラル側の円形シールド掘削機全体に対して掘進に伴う地盤反力によるソリ効果を生じさせ、非スパイラル側のシールド掘削機回りの回転力を得ることができる。これにより、前胴部と後胴部の各方位を計画線形と一致させた状態で掘進することができ、複雑な施工管理が必要なスパイラル線形のシールド掘進を効率的に行うことができる。

このように本発明による二連シールド掘削機では、シールド掘削機の全長にわたるソリ効果から、小さな地盤反力でも大きなスパイラル効果を得ることが可能となる。また、シールド掘削機の後胴部が揺動軸回りに揺動し、計画線形の方位とシールド掘削機全体の方位とが一致することで、スパイラル側の円形シールド掘削機における掘進中の必要余掘り量を例えば従来３００ｍｍ程度の余掘り厚が必要だったところを１０ｍｍ程度に大幅に低減することができる。これにより、掘進に伴う周辺地盤への影響を低減できる。

また、本発明によれば、スパイラル側の後胴部が計画線形に一致していることによりテールクリアランスを確保できる。そのため、後胴部のテール部と組み立てたセグメントとの競りや接触を防いでセグメントの損傷を防止できるとともに、推進ジャッキの偏圧や負荷を低減して効率よくジャッキ推力をセグメントに伝達できる。さらに、シールド掘削機の後胴部を前胴部に一致するように揺動させることができ、後胴部をトンネルの計画線形に近づけることが可能となるので、後胴部におけるテール部と掘削壁面との競りを防止でき、掘進の障害を抑制することが可能となる。

また、この場合には、一方の後胴部に設けられる凸係合部に他方の後胴部に設けられる凹係合部を揺動可能に係合することで、双方の後胴部同士がピン接合により揺動可能な構成となる。このように凸係合部と凹係合部との係合による簡単な構造により揺動可能なピン接合を構成することができるので、スパイラル掘進時における複雑な制御や精度管理をすることを最小限に抑えることができ、効率よく施工できる。

また、本発明に係る二連シールド掘削機は、前記ピン接合部は、左右に連結される前記後胴部の壁部同士を締結するボルト締結部を有し、該ボルト締結部が前記後胴部に締結した状態で、前記左右の後胴部が相対的に前記揺動軸回りに揺動することが好ましい。

この場合には、ボルト締結部で締結することで、左右に隣接する後胴部同士の左右方向への近接離反する移動をより確実に規制することができる。すなわち、本発明に係る二連シールド掘削機では、ピン接合部による連結によって左右に隣接する後胴部同士の左右方向への近接離反する移動が規制されるが、ボルト締結部で締結することにより、後胴部同士を強固に連結することができる。しかもボルト締結部においても揺動軸回りに揺動可能に設けられるので、左右の後胴部の揺動軸回りの揺動も可能である。

本発明の二連シールド掘削機によれば、トンネル線形に後胴部の方位を一致させることで、余掘りを小さく抑えることができ、掘進に伴う周辺地盤への影響を低減できる。
また、本発明では、後胴部のテール部のセグメントの損傷を防止できるとともに、推進ジャッキの偏圧や負荷を低減して効率よくジャッキ推力をセグメントに伝達できる。

本発明の実施形態による二連シールド掘削機を上方から見た水平断面図である。 図１に示す二連シールド掘削機を斜め後方から見た斜視図であって、前胴部を省略した図である。 二連シールド掘削機に設けられる後胴揺動装置の分解斜視図である。 図３に示す後胴揺動装置を組み立てた斜視図であって、右掘削機のシールド機内側から見た図である。 後胴揺動装置を右掘削機のシールド機内側から見た側面図である。 後胴揺動装置を後方から見た横断面図であって、（ａ）は図５に示すＡ－Ａ線断面図、（ｂ）は図５に示すＢ－Ｂ線断面図、（ｃ）は図５に示すＣ－Ｃ線断面図である。 後胴揺動装置の揺動動作を説明するための図であって、後胴揺動装置を右掘削機のシールド機内側から見た側面図である。 スパイラル側の右掘削機の揺動状態を模式的に示した側面図であって、（ａ）は前胴部に後胴部が追従した状態の図、（ｂ）は右掘削機がトンネル線形に沿って掘進している状態の図である。 （ａ）～（ｃ）は、図７において後胴揺動装置の揺動手順を説明する側面図である。 従来のスパイラル側の右掘削機の中折れ機構による屈折状態を模式的に示した側面図であって、（ａ）は前胴部が後胴部に対して屈折した状態の図、（ｂ）は右掘削機とトンネル線形との位置関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態による二連シールド掘削機について、図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態による二連シールド掘削機１は、前胴部１０Ａが後胴部１０Ｂに対して中折れ装置を介して屈折可能に設けられた二基の円形断面の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂを左右に連結させて構成されている。左右に隣接される円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂの後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士は、後胴揺動装置７（ピン接合部）によって相対的に揺動可能なピン接合されている。

ここで、二連シールド掘削機１において、二基の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂを左右に配置した状態において進行方向で左側を非スパイラルとする左掘削機１Ａ、右側を左掘削機１Ａ回りにスパイラルする右掘削機１Ｂとする。
また、二基の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂが中折れしていない状態において、それぞれの中心をシールド中心線Ｏ１、Ｏ２といい、シールド中心線Ｏ１、Ｏ２に沿う方向を前後方向Ｘ１といい、前後方向Ｘ１で掘進方向を前側、前方といい、その反対側（発進側）を後側、後方という。

各円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂは、円筒状のスキンプレート（前胴プレート２Ａ、後胴プレート２Ｂ）を有するシールド機本体２と、前胴部１０Ａの前側に設けられ複数のカッタビットを有するカッタヘッド３と、カッタヘッド３に泥水を送り込むとともに掘削土を排泥する送排泥装置４と、シールド機内でセグメント１１を組み立てるためのエレクタ装置５と、を備えている。また、円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂには、中折れジャッキ６（中折れ装置）と、後胴揺動装置７と、を備えている。

シールド機本体２は、前胴部１０Ａに位置する前胴プレート２Ａと、後胴部１０Ｂに位置する後胴プレート２Ｂとが前後方向Ｘ１に分割接合されたスキンプレートを有している。また、シールド機本体２には、前胴プレート２Ａに設けられ切羽側のチャンバー３Ａとシールド機内とを区画する隔壁２１と、隔壁２１のシールド機内側には周方向全周に延在される本体リング２２と、本体リング２２のシールド機内側に周方向に間隔をあけて配置された複数の推進ジャッキ２３と、が備えられている。

隔壁２１の前方で前胴プレート２Ａに囲まれた内側には、送排泥装置４により送り込まれた泥水と、カッタヘッド３で掘削した掘削土砂とが攪拌される空間（チャンバー３Ａ）が形成されている。

後胴プレート２Ｂの内側では、掘進と同時にセグメント１１がエレクタ装置５によって組み立てられる。後胴プレート２Ｂの後部には、組み立てられたセグメント１１の外周面との間隙（テールクリアランス）をシールするテールシール２４が後胴プレート２Ｂの全周にわたって取り付けられている。ここでは、テールシール２４は、ワイヤブラシからなり、前後方向Ｘ１に２列で配設されている。

シールド機本体２には、掘削した地山壁面との間に余掘り充填材を注入するための余掘り充填装置（図示省略）が装備されている。
なお、詳しくは後述するが、二連シールド掘削機１によって、右掘削機１Ｂを左掘削機１Ａに対してスパイラルさせて掘進する場合には、スパイラル掘進しない場合に比べて一方の右掘削機１Ｂの姿勢が変わり、カッタヘッド３で掘削した直後の掘削地山の壁面が崩れやすいため、余掘り充填装置を設けておくことで、掘削直後に早期に掘削地山との間の隙間に余掘り充填材が充填され、地山を安定させることができる。そのため、掘削地山の崩落に伴う二連シールド掘削機１の姿勢制御を精度よく行うことができる。

隔壁２１は、切羽の水や土砂がシールド機本体２の内側（シールド機内）に流入しないように切羽側とシールド機内側を隔離する区画壁である。隔壁２１は、シールド中心線Ｏ１、Ｏ２においてカッタヘッド３の回転軸３１が回転可能に支持されている。また、隔壁２１には、シールド機内からチャンバー３Ａ内に連通する送泥用の泥水注入口、及び土砂取込口が設けられている。これら泥水注入口及び土砂取込口には、送排泥装置４の各配管（後述する送泥管４１及び排泥管４２）が接続されている。

推進ジャッキ２３は、伸縮ロッドが後方に向けて突出可能な状態で本体リング２２の後面に周方向に沿って配置されている。推進ジャッキ２３の伸縮ロッドを伸張させることで、後胴プレート２Ｂの内側に組み立てられたセグメント１１の前側端面に押し付けて反力をとって円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂの推進力が得られている。

カッタヘッド３は、隔壁２１に回転可能に設けられたカッタリングに支持され、カッタ駆動モータ３２の駆動によりシールド中心線Ｏ１、Ｏ２を回転中心として回転可能に設けられている。
カッタヘッド３の外周部には、半径方向で外方に向けて出没可能なコピーカッタ３５が設けられている。コピーカッタ３５は、所定のカッタ回転位置で地山側に所定の突出量で張り出すことで、カッタヘッド３の外径よりも大きく余掘りする。

送排泥装置４は、掘進中の切羽のチャンバー３Ａ内に泥水を送るための送泥管４１と、掘削土砂と泥水とが混合された泥水を坑外へ排出するための排泥管４２と、を備えている。掘進中は、送泥管４１よりチャンバー３Ａ内に泥水が注入され、切羽を一定の圧力に保持するとともに、掘削した土砂と混合されて適度な粘性とした泥水を排泥管４２によりシールド機内に取り込んで排泥ポンプ（図示省略）により坑外へ移送されて搬出される。

エレクタ装置５は、シールド中心線Ｏ１、Ｏ２回りに旋回するリング状の旋回フレームに支持された把持装置を有している。

後胴揺動装置７は、図２に示すように、二基の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂの後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士の左右方向Ｘ２に近接離反する移動を規制するとともに、後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士が左右方向Ｘ２を回転中心とする軸（揺動軸Ｃ１）回りに相対的に揺動するように連結している。

後胴揺動装置７は、図２～図４に示すように、左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂに設けられる凸係合部７１と、右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂに設けられ凸係合部７１に係合する凹係合部７２と、左右に連結される後胴部１０Ｂ、１０Ｂの後胴プレート２Ｂ、２Ｂ同士を締結する連結ボルト７４（ボルト締結部）と、を有している。
凸係合部７１と凹係合部７２とは、連結ボルト７４が後胴部１０Ｂに締結した状態で、互い左右方向Ｘ２に離れることなく、かつ揺動軸Ｃ１回りに相対的に揺動するように係合している（図７参照）。

凸係合部７１は、図３、図５～図７に示すように、揺動軸Ｃ１を中心とし、左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂから左右方向Ｘ２で外側（右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂ側）に向けて段状に突出する円盤状のベース部７１１と、ベース部７１１の中央に設けられる矩形状の凸部７１２と、を備えている。ベース部７１１は、後胴部１０Ｂ側の大径部７１１Ａと、右掘削機１Ｂ側の小径部７１１Ｂとが揺動軸Ｃ１上に同軸に形成され、大径部７１１Ａと小径部７１１Ｂとのそれぞれの外周部の間に段部７１ａ（図６（ｃ）参照）が形成されている。

ベース部７１１の段部７１ａには、図６（ｃ）に示すように、凹係合部７２の底壁７２２（後述する）が押さえ板７３との間で挟持された状態で係止される。大径部７１１Ａの外面は、前記段部７１ａである。小径部７１１Ｂの外面７１１ａには、複数の雌ねじ孔７１１ｂが形成されている。

凸部７１２には、図４及び図５に示すように、右掘削機１Ｂ側から板状の押さえ板７３が外嵌されている。
押さえ板７３は、揺動軸Ｃ１方向からみた平面視で略正方形状をなし、中央部に前記凸部７１２を嵌合させる矩形状の係合開口部７３ａが形成されている。図６（ｃ）に示すように、凸部７１２の小径部７１１Ｂの外面７１１ａからの高さは、押さえ板７３の係合開口部７３ａにおける厚さ寸法と一致している。

押さえ板７３の外形は、揺動軸Ｃ１方向からみた平面視で凸係合部７１の小径部７１１Ｂの外周部よりも径方向の外側に張り出す大きさに設定されている。すなわち押さえ板７３が凸係合部７１に嵌合された状態で、大径部７１１Ａと押さえ板７３の外周部分との間に係止溝７１ｂが形成され、この係止溝７１ｂに凹係合部７２の後述する底壁７２２が左右方向Ｘ２に挟持された状態で設けられる。

押さえ板７３は、図４及び図５に示すように、係合開口部７３ａの開口形状と前記凸部７１２の外形の形状が一致していているので、凸部７１２に対して揺動軸Ｃ１回りに回転不能に嵌合されている。また、押さえ板７３には、係合開口部７３ａの周囲にわたって厚さ方向に貫通する複数のボルト孔７３ｂが形成されている。押さえ板７３は、図６（ｃ）に示すように、ボルト孔７３ｂを挿通させたボルト７５によって雌ねじ孔７１１ｂに螺合されることで凸係合部７１に固定される。

押さえ板７３は、図７に示すように、凹係合部７２の開口穴７２ｂ（後述する）に対して揺動可能に収容されている。
押さえ板７３は、図４、図５及び図７に示すように、略正方形状をなす４辺のうち一対の縦辺７３１、７３２が上下方向に延在し、一対の横片７３３、７３４が水平方向に延在している。前側の縦辺７３１は、下端から上下方向の中心部までは上下方向に延び、その中心部から上端に向かうに従い漸次後方に向かう傾斜部７３ｃを有している。後側の縦辺７３２は、上端から上下方向の中心部までは上下方向に延び、その中心部から下端に向かうに従い漸次前方に向かう傾斜部７３ｃを有している。上側の横片７３３は、前端から前後方向の中心部までは水平方向に延び、その中心部から後端に向かうに従い漸次下方に向かう傾斜部７３ｃを有している。下側の横片７３４は、後端から前後方向Ｘ１の中心部までは水平方向に延び、その中心部から前端に向かうに従い漸次上方に向かう傾斜部７３ｃを有している。このように押さえ板７３の各辺に傾斜部７３ｃが形成されているので、その傾斜部７３ｃと凹係合部７２の開口穴７２ｂとの間に隙間（揺動隙間Ｓ）が形成されている。

また、押さえ板７３には、各辺７３１、７３２、７３３、７３４の傾斜部７３ｃの一部に凹状に切り欠かれた切欠部７３ｄが形成されている（図３参照）。切欠部７３ｄは、切欠全体としてほぼ曲面により形成されている。この切欠部７３ｄには、後述する凹係合部７２に設けられる固定コマ７２３が切欠部７３ｄの曲面に沿って摺動可能な状態で係止されている。

凹係合部７２は、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂより外側に突出し、押さえ板７３を嵌合して揺動軸Ｃ１回りに揺動可能に収容するように構成されている。凹係合部７２は、右掘削機１Ｂ側の後胴部１０Ｂから左右方向Ｘ２で外側（左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂ側）に向けて凹むように形成されている。

凹係合部７２は、平面視で押さえ板７３と略同形状の正方形の内周面７２１ａを形成する外周壁７２１と、外周壁７２１を左右方向Ｘ２で左掘削機１Ａ側から覆う底壁７２２と、を備えている（図３参照）。

外周壁７２１の内周面７２１ａにおける各辺は、押さえ板７３の各辺に形成される直線部に一致する直線状に形成されている。そのため、上述したように、各辺おいて、外周壁７２１の内周面７２１ａと押さえ板７３との傾斜部７３ｃとの間には揺動隙間Ｓが形成され、この揺動隙間Ｓの範囲内で押さえ板７３に対して凹係合部７２が揺動軸Ｃ１回りに揺動することができる。

底壁７２２には、図６（ｃ）に示すように、揺動軸Ｃ１と同軸で小径部７１１Ｂと同じ内径の開口穴７２ｂが形成されている。凹係合部７２は、開口穴７２ｂが小径部７１１Ｂに嵌合した状態で揺動軸Ｃ１回りに回転可能になっている。
凹係合部７２は、凸係合部７１に嵌合された後に押さえ板７３が凸係合部７１にボルト締結されて固定されることで、凹係合部７２と凸係合部７１との左右方向Ｘ２の移動が規制される。つまり、これにより左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂと右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂとが左右方向Ｘ２に離れないようになっている。

連結ボルト７４は、図２及び図３に示すように、左掘削機１Ａと右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂ同士を近接離反する方向（左右方向Ｘ２）への移動を規制した状態で連結し、凸係合部７１と凹係合部７２による係合部よりも前方の位置において上下に間隔をあけて一対で設けられている。左掘削機１Ａと右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂの後胴プレート２Ｂには、図６（ｃ）に示すように、それぞれ同一の連結ボルト７４が挿通されるボルト穴２８Ａ、２８Ｂが設けられている。

図３及び図６（ｃ）に示すように、右掘削機１Ｂに形成される第２ボルト穴２８Ｂは、連結ボルト７４のボルト軸径とほぼ同径の内径で設けられている。左掘削機１Ａに形成される第１ボルト穴２８Ａは、第２ボルト穴２８Ｂと同軸となる部分から、揺動軸Ｃ１を中心に回転する方向で上向きに延びる長孔になっている。これら一対のボルト穴２８Ａ、２８Ｂに挿通された連結ボルト７４は、右掘削機１Ｂのシールド機内側から挿通され、左掘削機１Ａのシールド機内でナット７４Ａによって当て板７４Ｂを介して締め付けられている。上下一対の連結ボルト７４、７４は、左掘削機１Ａに対して右掘削機１Ｂが前方上向きに揺動したときに、第１ボルト穴２８Ａの長孔の長さ方向の範囲で摺動する。

次に、上述した二連シールド掘削機１の動作と掘進方法について、図面を用いて詳細に説明する。
ここでは、図２に示すように、左掘削機１Ａを直進させて、その左掘削機１Ａに対して右掘削機１Ｂをスパイラルさせて、一対の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂが横方向に二連の状態から縦方向に二連となるように掘進する際の掘進方法と後胴揺動装置７の動作について説明する。

二連シールド掘削機１による掘進の際には、図１に示すように、右掘削機１Ｂの中折れジャッキ６を操作し、前胴部１０Ａを後胴部１０Ｂに対してスパイラルする方位に向けて屈折させて掘進し、掘削機の先端をトンネル線形に一致させる。このとき、右掘削機１Ｂにおいて、コピーカッタ３５によって前胴部１０Ａがスパイラルする方向にも余掘りを行う。続いて、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、前胴部１０Ａが上述したようにトンネル線形に一致させた適宜なタイミングで、中折れ点をトンネル線形に合せるために中折れジャッキ６を操作して中折れを戻す。

この中折れを戻す操作によって、左右一対の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂの後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士が後胴揺動装置７によってピン接合により揺動自在な状態で連結されているので、左掘削機１Ａに対して右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂが揺動する。つまり、右掘削機１Ｂの前胴部１０Ａに後胴部１０Ｂが追従するように揺動し、後胴部１０Ｂの方位Ｌ２を前胴部１０Ａの方位Ｌ１に一致させることができる。ここで、図８（ｂ）に示す符号Ｌ０は、トンネルの計画線形（トンネル線形）である。図８（ｂ）に示すように、揺動により方位を変えた右掘削機１Ｂはトンネル線形Ｌ０に沿って掘進されるので、スパイラル掘進中も余掘りを小さくできる。

具体的には、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、凸係合部７１に設けられる押さえ板７３と凹係合部７２の外周壁７２１の内周面７２１ａとの間に揺動隙間Ｓが形成されているので、その揺動隙間Ｓの範囲において右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂが左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂに対して揺動軸Ｃ１回りに揺動することになる。ここで、図９（ａ）は、後胴揺動装置７が揺動していない中立位置Ｐ０の状態を示し、図９（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ中立位置Ｐ０から符号Ｐ１´、Ｐ１の順で左掘削機１Ａの凸係合部７１に対して右掘削機１Ｂの凹係合部７２が前方上向き（矢印Ｅ）に揺動している状態を示している。

ここで、図７に示すように、凹係合部７２の固定コマ７２３は、押さえ板７３の切欠部７３ｄとの間の揺動隙間Ｓが異なる複数のコマに取り替え可能である。例えば、後胴部１０Ｂを前胴部１０Ａに対して揺動不能で固定させる場合には、前記揺動隙間Ｓとして揺動角が０°の固定コマ７２３を使用する。そして、固定コマ７２３として、複数の揺動角のものを予め用意しておくことで、揺動角を調整することができる。

なお、本実施形態では、後胴揺動装置７の設置箇所に適宜な計測機器を設置し、施工時の荷重や変位量の計測管理を行うことが好ましい。このような計測を行うことにより、取得した計測値に基づいて後胴揺動装置７に作用する荷重やその挙動を把握し、必要に応じて補強等を施すことができる。

次に、上述した二連シールド掘削機１の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態による二連シールド掘削機１では、図８（ａ）、及び図９（ａ）～（ｃ）に示すように、左右に連結される後胴部１０Ｂ同士が剛結接合ではなく、ピン接合となっているので、スパイラル側の円形シールド掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂも非スパイラル側の円形シールド掘削機１Ａの後胴部１０Ｂに対して揺動軸Ｃ１回りに揺動させることができる。そのため、右掘削機１Ｂを左掘削機１Ａに対してスパイラルさせる際に、スパイラル側の右掘削機１Ｂにおいて中折れジャッキ６によって屈折した前胴部１０Ａに対して後胴部１０ｂを揺動により追従させることができる。

したがって、本実施形態では、右掘削機１Ｂ全体を揺動させることができるので、右掘削機１Ｂ全体に対して掘進に伴う地盤反力Ｆ（図８（ａ）の上向き矢印）によるソリ効果を生じさせ、非スパイラル側の左掘削機１Ａの回転力を得ることができる。これにより、前胴部１０Ａの方位Ｌ１と後胴部１０Ｂの方位Ｌ２を計画線形であるトンネル線形Ｌ０（図８（ｂ）参照）と一致させた状態で掘進することができ、複雑な施工管理が必要なスパイラル線形のシールド掘進を効率的に行うことができる。

このように本実施形態では、右掘削機１Ｂの全長にわたるソリ効果から、小さな地盤反力でも大きなスパイラル効果を得ることが可能となる。また、右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂが左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂに対して揺動軸Ｃ１回りに揺動し、計画線形（トンネル線形Ｌ０）とシールド掘削機全体の方位（Ｌ１、Ｌ２）とが一致することで、右掘削機１Ｂにおける掘進中の必要余掘り量を例えば従来３００ｍｍ程度の余掘り厚が必要だったところを１０ｍｍ程度に大幅に低減することができる。これにより、掘進に伴う周辺地盤への影響を低減できる。

また、本実施形態では、スパイラル側の右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂが計画線形に一致していることによりテールクリアランスを確保できる。そのため、後胴部１０Ｂのテール部と組み立てたセグメント１１との競りや接触を防いでセグメント１１の損傷を防止できるとともに、図１に示す推進ジャッキ２３の偏圧や負荷を低減して効率よくジャッキ推力をセグメント１１に伝達できる。さらに、シールド掘削機１の後胴部１０Ｂを前胴部１０Ａに一致するように揺動させることができ、後胴部１０Ｂをトンネルの計画線形に近づけることが可能となるので、後胴部１０Ｂにおけるテール部と掘削壁面との競りを防止でき、掘進の障害を抑制することが可能となる。

また、本実施形態の場合には、図３、図５及び図６（ａ）～（ｃ）に示すように、左掘削機１Ａの後胴部１０Ｂに設けられる凸係合部７１に右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂに設けられる凹係合部７２を揺動可能に係合することで、双方の後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士がピン接合により揺動可能な構成となる。このように凸係合部７１と凹係合部７２との係合による簡単な構造により揺動可能なピン接合を構成することができるので、スパイラル掘進時における複雑な制御や精度管理をすることを最小限に抑えることができ、効率よく施工できる。

また、本実施形態では、連結ボルト７４で締結することで、左右に隣接する後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士の左右方向Ｘ２への近接離反する移動をより確実に規制することができる。すなわち、本実施形態による二連シールド掘削機１では、後胴揺動装置７による連結によって左右に隣接する後胴部１０Ｂ同士の左右方向Ｘ２への近接離反する移動が規制されるが、連結ボルト７４で締結することにより、後胴部１０Ｂ同士を強固に連結することができる。しかも連結ボルト７４においても揺動軸Ｃ１回りに揺動可能に設けられるので、左右の後胴部１０Ｂ、１０Ｂの揺動軸Ｃ１回りの揺動も可能である。

上述のように本実施形態による二連シールド掘削機１では、トンネル線形にスパイラル側の右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂの方位を一致させることで、余掘りを小さく抑えることができ、掘進に伴う周辺地盤への影響を低減できる。
また、本実施形態による二連シールド掘削機１では、後胴部１０Ｂのセグメント１１の損傷を防止できるとともに、推進ジャッキ２３の偏圧や負荷を低減して効率よくジャッキ推力をセグメント１１に伝達できる。

以上、本発明による二連シールド掘削機の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、ピン接合部として、凸係合部７１と凹係合部７２との係合による後胴揺動装置７を採用しているが、このような構成に限定されることはなく、左右の円形シールド掘削機１Ａ、１Ｂの後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士が揺動軸Ｃ１回りに揺動可能な構成であればよい。また、本実施形態では、右掘削機１Ｂの後胴部１０Ｂの揺動が中立位置Ｐ０に対して前方上向きのみに揺動する構成になっているが、中立位置Ｐ０に対して前方上向きと下向きの両方に揺動できる機構であってもかまわない。

さらに具体的に上述した二連シールド掘削機１で掘進可能なスパイラルパターンとしては、横方向に並ぶ右掘削機１０Ａと左掘削機１０Ｂのいずれか一方が他方を基線として時計回り、又は反時計回りにスパイラルする４パターンがある。また、上下方向に並ぶ右掘削機１０Ａと左掘削機１０Ｂのいずれか一方が他方を基線として時計回り、又は反時計回りにスパイラルする４パターンがある。また、横方向又は上下方向に並ぶ右掘削機１０Ａと左掘削機１０Ｂの両方が時計回り、又は反時計回りにスパイラルする４パターンがある。

また、本実施形態では、後胴揺動装置７に連結ボルト７４を設けているが、凸係合部７１と凹係合部７２の係合部においても、押さえ板７３で凹係合部７２の底壁７２２を挟持しているので、左右の後胴部１０Ｂ、１０Ｂ同士が左右方向Ｘ２への移動が規制されている。そのため、本実施形態の後胴揺動装置７では、連結ボルト７４を省略した構成とすることも可能である。

さらに本実施形態では、ピン接合部（後胴揺動装置７）の揺動範囲が押さえ板７３と凹係合部７２の外周壁７２１との間に形成される揺動隙間Ｓの大きさで規定されているが、この揺動隙間Ｓの大きさは任意に設定できる。またこのような揺動範囲を設けない構成であってもかまわない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 二連シールド掘削機
１Ａ 左掘削機
１Ｂ 右掘削機
２ シールド機本体
２Ａ 前胴プレート
２Ｂ 後胴プレート
６ 中折れジャッキ（中折れ装置）
７ 後胴揺動装置（ピン接合部）
１０Ａ 前胴部
１０Ｂ 後胴部
１１ セグメント
７１ 凸係合部
７２ 凹係合部
７３ 押さえ板
７３ｃ 傾斜部
７３ｄ 切欠部
７４ 連結ボルト（ボルト締結部）
７１２ 凸部
７２１ 外周壁
Ｃ１ 揺動軸
Ｌ１、Ｌ２ 方位
Ｌ０ トンネル線形

Claims (2)

1. 前胴部が後胴部に対して中折れ装置を介して屈折可能に設けられた二基の円形シールド掘削機を左右に連結させてなる二連シールド掘削機であって、
   前記二基の円形シールド掘削機の前記後胴部同士は、前記後胴部の連結部において左右方向に近接離反する移動を規制するとともに、前記後胴部同士が前記左右方向を回転中心とする揺動軸回りに相対的に揺動可能に設けられたピン接合部によって連結され、
   前記ピン接合部は、前記後胴部のうち一方に設けられる凸係合部と、他方に設けられ前記凸係合部に係合する凹係合部と、を有し、
   前記凸係合部と前記凹係合部とが前記揺動軸回りに相対的に揺動することを特徴とする二連シールド掘削機。
2. 前記ピン接合部は、左右に連結される前記後胴部の壁部同士を締結するボルト締結部を有し、
   該ボルト締結部が前記後胴部に締結した状態で、前記左右の後胴部が相対的に前記揺動軸回りに揺動することを特徴とする請求項１に記載の二連シールド掘削機。

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