JPH01169094A - 機械掘削装置および該装置を用いるシールド工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、シールド工事において用いる機械掘削装置、
並びにかかる機械掘削装置を用いるシールド工法に関す
るものである。

（従来の技術） 一般的に、比較例大規模のシールド工事においては機械
掘削装置を用いることにより掘削作業能率の向上を図っ
ている。かかる場合、機械掘削装置はシールド機内に固
定的に取付けられ、掘削した土砂の排出手段は残余のス
ペースを利用して配置されるのが普通である。

これに対して比較的小口径のトンネルを構築する場合に
は、空間的に限定されたシールド機内に機械掘削装置と
掘削土砂の排出手段とを配置すると、機内に作業人員の
作業スペースを確保するのが困難となる。なかわち、大
規模のシールド工事を前提とする既知の構成を、そのま
ま小口径シールド工事を対象とするシールド機に適用す
ることは不可能である。したがって、小口径トンネルの
構築を対象とするシールド工事において、掘削作業は必
然的に人力に依存することが多く、作業能率の向上は自
ら制約されることになる。そして、かかるシールド工事
における掘削作業の機械化を達成するためには、従来技
術とは根本的に異なる新たな視点が必要とされるもので
ある。

（発明の開示） 本発明は、比較的小口径のトンネルの構築を対象とする
シールド工事において、シールド機内に十分な作業スペ
ースを確保しつつ掘削作業の機械化を容易に実現可能と
する機械掘削装置および該掘削装置を用いるシールド工
法を提案することを目的としている。

発明者らは、従来技術における前述の問題点が、機械掘
削装置をシールド機に対して固定的に配設したことに由
来しており、したがって機械掘削装置をシールド機とは
別体として構成し、所要に応じてシールド機内に搬入し
又はシールド機外に退去させうる配置とすることによっ
て上記目的を的確に解決することができるとの着想に立
脚するものである。

すなわち、本発明による機械掘削装置は、シールド機内
に搬入し又はシールド機外に退去させることのできるも
のであって、構築されたトンネル内の軌道上を走行しう
る台車と、シールド機の内周に対して係合・離脱しうる
アウトリガーと、掘削用のビットをトンネルの軸線方向
前方に向けて駆動する駆動手段とを具え、該駆動手段は
、前記軸線方向に連ねた複数の流体圧シリンダを含み、
これらシリンダは、その作動ストロークの和がシールド
機内で組立てるべきセグメントの単体の幅に相当するも
のであることを特徴とする。

また、本発明によるシールド工法は、上述の構成に係る
掘削装置を用い、次の（ａ）〜（ｆ）の工程、すなわち （ａ）シールド機内に掘削装置を搬入し、そのアウトリ
ガーをシールド機の内周と係合させる工程、 （ｂ）シールド機内で掘削装置の流体圧シリンダを順次
に作動させ、複数の段階にわたって掘削を行う工程、 （Ｃ）掘削の完了後、掘削装置のアウトリガーをシール
ド機の内周から離脱させ、掘削装置をシールド機外に退
去させる工程、 （ｄ）シールド機内で掘削した土砂を外部に排出する工
程、 （ｅ）シールド機を推進させる工程、 （ｆ）シールド機内にセグメントを搬入し、該セグメン
トをシールド機内で環状に組立てる工程、を反復するこ
とを特徴とするものである。

上述の構成に係る本発明の機械掘削装置は、構築された
トンネル内の軌道上を走行しうる台車を有しているので
、機械掘削を行う必要があるときにのみシールド機内に
搬入することができる。シールド機内に搬入された機械
掘削装置をシールド機に対して固定するために、本発明
の掘削装置は、シールド機の内周に対して係合・離脱さ
せうるアウトリガーを有している。このアウトリガーを
シールド機の内周に係合させることにより、本発明の掘
削装置はシールド機に対して一体的に固定され、掘削作
業の間にシールド機によって安定に支保されるものであ
る。

さらに、掘削用のビットをトンネルの軸線方向前方に向
けて駆動する駆動手段として、本発明の掘削装置は、相
互に軸線方向に連ねて配置され、作動ストロークの和が
シールド機内で組立てるべきセグメントの単体の幅に相
当する複数の流体圧シリンダを有している。かかる構成
の駆動手段により、従来技術におけるごとく所要のスト
ロークを確保するために必然的に大型化せざるを得ない
単一の流体圧シリンダを用いるのと対比して、小型の流
体圧シリンダをコンパクトにまとめて配置することがで
きるので、掘削装置全体を容易に小型化することが可能
となるものである。

なお、本発明の機械掘削装置は、例えば掘削した土砂の
排出、シールド機の推進およびセグメントのシールド機
内における組立て等、機械掘削を行わない工程において
は、アウトリガーをシールド機内周から離脱させてシー
ルド機外に退去させることができる。

すなわち、本発明によれば、それ自体が比較的小型にま
とめられた掘削装置を、必要時にのみシールド機内に搬
入する構成としたことにより、小口径シールド工事を対
象とする空間的に限定されたシールド機の内部に容易に
有効な作業スペースを確保することが可能となるもので
ある。

（発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明を図示の好適な実施例について説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施例による機械
掘削装置を示しており、この掘削装置は主として小口径
トンネルを構築するためのシールド工事に適用するもの
であって、所要に応じてシールド機１０内に搬入し又は
シールド機１０外に退去させうる構成とされている。こ
のシールド機１０は、例えば特公昭５４−１４８５９号
公報に記載の既知のものを使用することができ、本体１
１、前部フード１２、後部フード１３および本体ｌｌ内
に配置された複数のシールドジヤツキ１４を具えるもの
である。トンネルの内張リライニングを形成するセグメ
ント１５は、例えば１２０°の中心角を有する３等分割
セグメントよりなり、シールド機１０の本体１１内で環
状に組立てるものである。

本実施例による掘削装置２０は、構築されたトンネル内
の軌道１６上を走行しうる台車２１を有する。

この台車２１は、後述する油圧ユニットを搭載した台車
、並びに例えば実公昭５３−１６７２５号公報に記載さ
れているバッテリーカーに接続してシールド機内と立坑
側との間を移動させるものである。掘削装置２０は、さ
らに、シールド機の中心軸線に関して半径方向に変位さ
せうるアウトリガー２２を有している。このアウトリガ
ー２２は、図示しない流体圧シリンダ等の駆動手段によ
って駆動しうる構成とし、掘削装置２０がシールド機１
０内に搬入されたときに第１図（ｂ）に想像線で示すよ
うに半径方向外向きに張出されてシールド機１０の内周
と係合し、掘削装置をシールド機に対して一体的に固定
することにより掘削作業の間に安定に支保するものであ
る。

本例の掘削装置は、さらに、掘削用のカッタービット２
３を具え、このビットは、その後側に隣接配置された油
圧モータ等の回転駆動手段（図示せず）と共にビットド
ラム２４を構成する。ビットドラム２４は、台車２１に
対し、それぞれシールド機１゜の長手方向中心軸線Ｚと
直交する垂直軸線Ｘおよび水平軸線Ｙを中心として枢動
しうるように取付ける。ビットドラム２４の垂直軸線Ｘ
を中心とする枢動によりビット２３を左右に変位させ、
また、水平軸線Ｙを中心とする枢動によってビット２３
を上下に変位させて切羽に対する所要の位置決めを行う
ものである。ビットドラム２４を垂直軸線Ｘを中心とし
て枢動させるために、ドラム２４と台車２１との間に左
右一対の流体圧シリンダ２５を配置する。

また、ビットドラム２４を水平軸ｉａＹを中心として枢
動させるため、ドラム２４と台車２１との間には単一の
流体圧シリンダ２６を配置する。

掘削用のカッタービット２３は、掘削作業の間にシール
ド機２０の軸線方向に向けて変位させて切羽における地
山に貫入させる必要がある。かかる軸線方向変位を生じ
させるための駆動手段として、本例では一対の流体圧シ
リンダ２７．２８を相互に軸線方向に連ねて配置する。

そのうち、流体圧シリンダ２７は、台車２１と、台車２
１上に軸線方向に往復変位可能に配置されたビットドラ
ム２４の本体ケーシングを支持するキャリッジ２９との
間に配置する。

また流体圧シリンダ２８は、ビットドラム２４の本体ケ
ーシングと、カッタービット２３との間に配置する。こ
れらの流体圧シリンダ２７．２８は、その作動ストロー
クの和が、シールド機１０内で組立てるべきセグメント
１５の単体の幅に相当するものとする。

例えば、セグメント単体の幅が６０ｃｍである場合、流
体圧シリンダ２７．２８のストロークはそれぞれ３５ｃ
ｍおよび３０ｃｍとする。流体圧シリンダ２８が伸長し
てビット２３が軸線方向前方に向けて変位した状態は、
第１図（ａ）に想像線で示すとおりである。

第２図は、台車２１からその側面カバーおよびビットド
ラム２４を取外した状態で、ビットドラム２４を水平軸
線Ｙを中心として枢動させるための流体圧シリンダ２６
と、ビットドラム２４を軸線方向前方に向けて移動させ
る流体圧シリンダ２７とを示すものである。前述したと
おり、ビットドラム２４の軸線方向変位を生じさせるた
めの流体圧シリンダ２７は台車２１と、ビットドラム２
４およびその関連機材を搭載したキャリッジ２９との間
に配置され、このキャリッジ２９は台車２１上で軸線方
向に変位しうるようにローラ３０によって支持されるも
のである。

また、第３図は、前述の油圧ユニットを搭載した台車３
１の構成を例示するものである。台車３１に搭載される
油圧ユニットにはオイルタンク３２および油圧ポンプ３
３が含まれ、この油圧ポンプ３３は電動機３４によって
駆動されるものである。台車３１には、さらに、電動機
３４の作動を制御するためのスイッチボックス３５も搭
載する。油圧ポンプ３３が発生する油圧は、カッタービ
ット２３の回転駆動手段としての油圧モータ、並びに前
述した各種の流体圧シリンダ２５．２６．２７．２８に
供給するものである。

上述の構成に係る機械掘削装置を使用するシールド工事
の実施要領につき、掘削装置の作動と併せて説明すれば
、次のとおりである。

本例においてはシールド機内で３等分割セグメント１５
を環状に組立てつつシールド機１ｏをセグメント単体の
幅に相当する量だけ推進させてトンネルを順次に構築す
るものであるが、かがるシールド工法それ自体は既知で
あり、例えば前述した特公昭５４−１４８５９号公報に
記載されているため、その説明は省略する。

切羽の機械掘削工程に際して、掘削装置２ｏは、油圧ユ
ニット台車３１およびバッテリカーに接続された状態で
台車２１を構築ずみのトンネルに敷設した軌道１６上で
走行させることによって、立坑側からシールド機内に搬
入する。シールド機ｌｏ内に掘削装置２０が搬入される
と、掘削装置２ｏのアウトリガー２２を第１図（ｂ）に
想像線で示すように半径方向外向きに張出してシールド
機１０の内周と係合させる。次に、切羽に対する掘削用
カッタービット２３の位置決めを行わせるため、流体圧
シリンダ２５、２６をそれぞれ所要量だけ伸縮させ、垂
直軸線Ｘおよび水平軸線Ｙを中心とするビットドラム２
４の角度位置を調整する。さらに、カッタービット２３
の回転駆動手段を作動させてビット２３を回動させると
共にビット２３を軸線方向前方に向けて変位させるもの
である。

カッタービット２３の軸線方向前方に向けての変位は、
以下のごとき流体圧シリンダ２７．２８の作動によって
生じさせるものである。すなわち、先ず、流体圧シリン
ダ２７．２８のいずれか一方、例えば流体圧シリンダ２
７を伸張させてビット２３を、シリンダ２７のストロー
クに相当する深さだけ地山に貫入させることにより、掘
削作業の前段階を遂行する。

この場合、ビットドラム２４およびその関連機材を搭載
したキャリッジ２９は、ローラ３０により台車２１に対
し軸線方向前方に向けて相対移動することになる。次に
、他方の流体圧シリンダ２８を伸張させてビットドラム
２４の本体ケーシングに対してビット２３を、第１図（
ａ）に想像線で示すようにシリンダ２８のストロークに
相当する深さだけ地山に貫入させることにより、掘削作
業の後半の段階を遂行する。かかる２段階の掘削作業の
結果、セグメント単体の幅に相当する深さの掘削が行わ
れることは勿論である。

なお、掘削装置のかかる作動の間に必要とされる油圧は
、油圧ユニット台車３１に搭載した油圧ポンプ３３を電
動機３４で駆動することによって発生させるものである
ことは前述したとおりである。

掘削装置２０は、所要量の土砂の掘削が完了した時点で
シールド機１０内より立坑側に向けて退去させるもので
ある。そのために、流体圧シリンダ２７゜２８を引込め
てビットドラム２４を第１図（ａ）に実線で示す初期位
置まで復帰させると共にアウトリガー２２も同様に第１
図（ｂ）に実線で示す初期位置まで復帰させてシールド
機１０の内周との係合を解除する。

掘削装置２０を立坑側に向けて退去させた後、シールド
機１０内に図示しない土砂排出台車を搬入し、掘削装置
２０により掘削された土砂を積載する。そして、土砂を
積載した排出台車を立坑まで移動させ、土砂を立坑から
外部まで排出する。

さらに、シールド機１０をセグメント単体の幅に相当す
る距離だけ推進させるために、シールドジヤツキ１４を
伸長させる。シールドジヤツキ１４の後端が、構築ずみ
のセグメントリングの前端面に押圧されることにより、
その反力でシールド機１０は地山に押込まれるものであ
る。引続いて、図示の実施例においては、セグメン目５
を３個１組としてシールド機１０内に搬入し、シールド
機ｌＯ内で環状に組立てる。なお、このようなシールド
機１０の推進、並びにセグメント１５の搬入および組立
てについては、例えば前述の特公昭５４−１４８５９号
公報に記載されており、いわゆるミニシールド工法とし
て広く知られているため、詳細な説明は省略する。

上述したところから明らかなとおり、本発明によれば、
それ自体が小型にまとめられた機械掘削装置をシールド
機とは別体として構成し、所要に応じてシールド機内に
搬入し又はシールド機外に退去させうる配置としたので
、特に小口径のシールドトンネルを対象とするシールド
機における限定された内部空間に有効な作業スペースを
容易に確保することが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例によ
る機械掘削装置を用いるシールド工法の作業断面を示す
縦断面図および掘削装置の正図面、第２図は第１図の掘
削装置における台車と、掘削用ビットの駆動手段とを示
す側面図、第３図は第１図の掘削装置と組立わせて用い
ることのできる油圧ユニット台車の側面図である。 ｌＯ・・・シールド機　　　　１４・・・シールドジヤ
ツキ１５・・・セグメント　　　　１６・・・軌道２０
・・・掘削装置　　　　　２１・・・台車２２・・・ア
ウトリガー ２３・・・掘削用カッタービット ２４・・・ビットドラム ２７．２８・・・流体圧シリンダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールド機内に搬入し又はシールド機外に退去させ
   ることのできる機械掘削装置であって、構築されたトン
   ネル内の軌道上を走行しうる台車と、シールド機の内周
   に対して係合・離脱しうるアウトリガーと、掘削用のビ
   ットをトンネルの軸線方向前方に向けて駆動する駆動手
   段とを具え、該駆動手段は、前記軸線方向に連ねた複数
   の流体圧シリンダを含み、これらシリンダは、その作動
   ストロークの和がシールド機内で組立てるべきセグメン
   トの単体の幅に相当するものであることを特徴とする機
   械掘削装置。 ２、機械掘削装置を用い、次の（ａ）〜（ｆ）の工程を
   反覆することを特徴とするシールド工法。 （ａ）シールド機内に掘削装置を搬入する 工程、 （ｂ）シールド機内で掘削装置により掘削 を行う工程、 （ｃ）掘削の完了後、掘削装置をシールド 機外に退去させる工程、 （ｄ）シールド機内で掘削した土砂を外部 に排出する工程、 （ｅ）シールド機を推進させる工程、 （ｆ）シールド機内にセグメントを搬入し 、該セグメントをシールド機内で環状 に組立てる工程。 ３、シールド機内に搬入し又はシールド機外に退去させ
   ることのできる機械掘削装置として、構築されたトンネ
   ル内の軌道上を走行しうる台車と、シールド機の内周に
   対して係合・離脱しうるアウトリガーと、掘削用のビッ
   トをトンネルの軸線方向前方に向けて駆動する駆動手段
   とを具え、該駆動手段が前記軸線方向に連ねた複数の流
   体圧シリンダを含み、これらシリンダの作動ストローク
   の和がシールド機内で組立てるべきセグメントの単体の
   幅に相当する掘削装置を用い、次の（ａ）〜（ｆ）の工
   程を反覆することを特徴とするシールド工法。 （ａ）シールド機内に掘削装置を搬入し、 そのアウトリガーをシールド機の内周と 係合させる工程、 （ｂ）シールド機内で掘削装置の流体圧シ リンダを順次に作動させ、複数の段階に わたって掘削を行う工程、 （ｃ）掘削の完了後、掘削装置のアウトリ ガーをシールド機の内周から離脱させ、 掘削装置をシールド機外に退去させる工 程、 （ｄ）シールド機内で掘削した土砂を外部に排出する工
   程、 （ｅ）シールド機を推進させる工程、 （ｆ）シールド機内にセグメントを搬入 し、該セグメントをシールド機内で環状に組立てる工程
   。