JPH01315592A - 自由断面シールド機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、円形に限らず、所望の断面形状のトンネルを
連続して掘削することができる自由断面シールド工法お
よびシールド機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、上記のようなシールド工法やシールド機として種
々のものが提案され、実施されている。

一般には、シールド機の前面に配置したカッタを、この
シールド機の中心軸回りに回転させることにより、シー
ルド機の推進方向前面を掘削し、この掘削した分だけシ
ールド機を推進させてセグメントリングを継足すことに
より掘り進むといったものが用いられている。

また、特開昭５９−１０２０９０号公報には、上記シー
ルド工法によって掘削したトンネル内の一部区間に退避
部や駅部などの拡径部を形成するための拡大シールド工
法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のシールド工法やシールド機は、前面カツ夕の回転
により掘削するものであるため、掘削断面形状は円形に
限られ、それ以外の異形断面形状のトンネルを掘削する
ことは困難である。これに対し、下水道、電力線、地下
鉄のトンネル等、実際に必要とされる横断面形状は円形
以外のものが大半であるため、従来は、このような異形
断面形状を包含する大きな円形断面の掘削を行わねばな
らず、余分な掘削作業と、その掘削ずつの処理作業とが
必要とされている。このような余分な作業は、地下鉄の
トンネルのように大口径断面となる程、トンネル築造コ
ストに与える影響が大きく、シールド工法適用に際して
の制約ともなっている。

この問題に対し、上述の公報に示される拡大シールド工
法は、−旦トンネルを通常径で掘削してセグメントリン
グを組立てた後、対象部分のセグメントリングを取外し
て半径方向に特殊掘削作業を行うことにより上記拡径部
などを部分的に形成するものであり、円形以外の所望形
状の断面を連続して掘削するものではない。

この発明は、このような従来の課題を解決するためにな
されたものであり、円形に限らず所望の断面形状のトン
ネルを連続して掘削することができるシールド工法およ
びシールド機を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、センターカッタを推進方向に延びる軸回りに
回転させるとともに、このセンターカッタと同軸回りに
サイドカッタを所望の掘削形状に対応する軌跡を描かせ
ながら公転させるものである。

この工法を実現するためのシールド機としては、シール
ド機本体と、このシールド機本体にその推進方向に延び
る軸回りに回転可能に支持されたセンターカッタと、こ
のセンターカッタと同軸回りに回転可能に支持された回
転体と、この回転体に該回転体の放射方向に移動可能に
支持されたサイドカッタと、上記回転体の回転中にサイ
ドカッタが所望の掘削形状に対応する軌跡を描きながら
公転するようにサイドカッタを上記放射方向に移動させ
る作動手段とを備えたものがある。

〔作　用〕

上記構成によれば、センターカッタの回転によって、掘
削前面である切羽の中央部分が掘削されるとともに、こ
のセンターカッタの回りを特有の軌跡を描きながら公転
するサイドカッタによって外周部が掘削され、全体とし
て所望の断面形状の掘削が行われる。

〔実施例〕

第１図、第２図および第３図には、本発明の一実施例に
おける、角形断面のトンネルを掘削するためのシールド
機が示されている。第１図、第２図および第３図におい
て、シールド機は横断面形状が角形に形成されたスキン
プレート１１によって外周面が覆われたシールド機本体
１と、このシールド機本体１の水平な中心軸（センター
カッタ軸；推遣方向に延びる軸）Ｘ回りに回転可能に支
持されたセンターカッタ２と、このセンターカッタ軸Ｘ
の回りに回転可能に支持された大回転テーブル（回転体
）３と、上記センターカッタ２の周囲に配置され、上記
センターカッタ２と平行な軸回りに回転可能に支持され
た一対のサイドカッタ４と、このサイドカッタの回転軸
４１を移動案内するガイドフレーム５とから基本構成さ
れている。

上記センターカッタ２はスクリューコンベア２１の先端
に一体的に取付けられ、このスクリューコンベア２１の
後端にはセンターカッタ用電動機２２が連結されている
。この電動機２２の駆動によってセンターカッタ２は上
記センターカッタ軸Ｘ回りに回転作動され、また上記駆
動によってスクリューコンベア２１も同時に回転作動さ
れる。

上記スクリューコンベア２１は、シールド機本体１に固
定された固定筒２３と、上記電動Ｒ２２が取付けられた
移動筒２４とによってその周囲が遮蔽されるとともに、
その後端部が移動８２４によって回転可能に支持されて
いる。上記移動筒２４と固定筒２３とはスプライン２３
１．２４１によって互いにセンターカッタ軸Ｘ方向に相
対移動可能に係合されている。またスクリューコンベア
２１と固定筒２３とはそれぞれの先端部がスプライン２
１１，２３２によって互いにセンターカッタ軸Ｘ方向に
相対移動可能に係合されている。

そして上記移動筒２４とシールド機本体１とに連結され
たシリンダ２５の伸縮操作によって、移動筒２４とスク
リューコンベア２１とセンターカッタ２とは通常位置（
第１図に実線で示す位置）と突出位′ａ（第１因に２点
鎖線で示す位置）との間を前後進可能に構成されている
。

また固定筒２３の先端部上面には大回転テーブル３の内
部空間３１に開口するホッパ２３３が設けられるととも
に、移動筒２４の後端部下面にはベルトコンベア６の上
方に開口する放出口２４２が設けられ、スクリューコン
ベア２１の駆動によって大回転テーブル３内に取込まれ
た掘削ずつがベルトコンベア６上に排出されるようにし
ている。

大回転テーブル３は、上記固定筒２３の外周面とシール
ド機本体１の内周面とによってセンターカッタ軸Ｘの回
りに回転可能に支持され、この大回転テーブル３には一
対の小回転テーブル７がセンターカッタ軸Ｘに対して点
対称に配置されている。この小回転テーブル７は上記セ
ンターカッタ軸Ｘと平行な軸回りに回転可能に大回転テ
ーブル３によって支持されるとともに、この小回転テー
ブル７の偏心位置にはサイドカッタ回転軸４１がセンタ
ーカッタ軸Ｘと平行な軸回りに回転可能に支持されてい
る。

サイドカッタ回転軸４１の先端にはサイドカッタ４が一
体的に取付けられ、後端部にはガイドギア４２とローラ
４３とが取付けられている。シールド機本体１の内周面
にはシールド機本体１の外周面と相似形の角形に形成さ
れたガイドフレーム〈作動手段の一部を構成）５が固定
され、このガイドフレーム５にはその内周面に沿って案
内通路５１が形成されるとともに、多数のビンギア５２
が配列されている。このビンギア５２に上記ガイドギア
４２が噛合い、かつ上記ローラ４３が案内通路５１に接
触するようにサイドカッタ回転軸４１は配置されている
。

サイドカッタ４と上記ガイドフレーム５とは、このガイ
ドギア４２がビンギア５２と噛合った状態で、サイドカ
ッタ４の外周縁４ａがシールド機前面の外周縁１ａに位
置するようにそれぞれの大きさが設定され、また上記サ
イドカッタ４はその回転軌跡円がセンターカッタ２の回
転軌跡円と互いに一部が重複するようにその大きざが設
定されている。

また固定筒２３の外周面には一対の支持アーム（作動手
段の一部を構成）８が固定８２３の回りに回転可能に取
付けられ、この支持アーム８の先端と上記サイドカッタ
回転軸４１とが互いに回転可能に連結されている。上記
支持アーム８は、第３図に示すように互いに回転可能に
連結された一対の腕８１．８２と、この一対の腕８１．
８２に連結したエアシリンダ８３とからなり、このエア
シリンダ８３に伸長側の圧縮力を作用することによって
上記サイドカッタ回転軸４１がガイドフレーム５のピン
ギア５２側に押付は付勢されるように構成されている。

これによってガイドギア４２はサイドカッタ回転軸４１
がガイドフレーム５のいずれの位置にあってもビンギア
５２と強制的に噛合わされる。

一方、大回転テーブル３の後面にはその内周縁に沿って
多数のビンギア３２が配列され、このビンギアはシール
ド機本体１によって回転可能に支持された伝達シャフト
３３の一方の歯１１３３１と噛合わされている。この伝
達シャフト３３の他方の歯１１３３２はサイドカッタ用
電動機３４の出力側ギア３４１と噛合わされ、この電動
機３４の回転駆動力が伝達シャ゛フト３３を介して伝達
されることにより大回転テーブル３がセンターカッタ軸
Ｘ回りに回転作動される。

大回転テーブル３の前面には複数の掘削ずり取込み口３
５が放射状に並べられるとともに、この大回転テーブル
３の内部空間３１には複数の掻込み板（第４図参照）３
６が掘削ずりをホッパー２３３に投入することができる
ように放射状に設けられている。

なお第１図中９１はシールドジヤツキ、９２はスライド
ジヤツキ、９３はセグメント、９４はセグメント組立て
用エレクタをそれぞれ示す。

上記構成によるシールド機において、サイドカツタ用電
動１１３４の回転駆動によって、その駆動力が伝達シャ
フト３３およびビンギア３２を介して大回転テーブル３
に伝達され、大回転テーブル３はセンターカッタ軸Ｘ回
りに回転（第３図における時計方向回転）する。これに
伴い小回転テーブル７およびサイドカッタ回転軸４１も
大回転テーブル３と共にセンターカッタ軸Ｘ回りに回転
極Ｉ（公転）する。

ところがサイドカッタ回転軸４１は、そのガイドギア４
２がガイドフレーム５のビンギア５２と噛合い、かつロ
ーラ４３が案内通路５１と接触しているので、小回転テ
ーブル７がセンターカッタ軸Ｘ＠りに回転することによ
り回転され、これによりサイドカッタ４は回転作Ｄ（自
転）される。

そして上記サイドカッタ回転軸４１は小回転テーブル７
に対して偏心位置に設けられているために、大回転テー
ブル３の回転によって小回転テーブル７もサイドカッタ
回転軸４１回りに回転作！ＩＩ（第２図における反時計
方向回転）される。これによりセンターカッタ軸Ｘとガ
イドフレーム５との距離の変化が吸収される。

上記回転の際、ガイドギア４２は支持アーム８のエアシ
リンダ８３によってガイドフレーム５のピンギア５２側
に押付は付勢されているので、ガイドギア４２は確実に
上記ガイドフレーム５の内周面に沿って回転移動し、こ
れによりサイドカッタ回転軸４１の公転軌跡をガイドフ
レーム５の内周面に沿った形状とすることができる。

センターカッタ２はセンターカッタ用電動機２２の回転
駆動によりサイドカッタ４とは逆方向に回転され、これ
によりシールド機前面の切羽の中央円形部分（第５図参
照）Ｃが掘削され、またサイドカッタ４は自転しながら
上記センターカッタ２に対してガイドフレーム５に沿っ
てほぼ四角形の軌跡Ｔを描いて公転するために、上記セ
ンターカッタ２によって掘削される円形部分Ｃとシール
ド機前面の外周縁１ａによって構成されるトンネル断面
の角形状Ｓとの間を掘削することができる。

このような工法およびシールド機によれば、シールド機
の前面の切羽を角形断面で連続的に掘削することができ
、角形断面を有するトンネルを形成することができる。

これによってトンネルとして必要断面形状と対応した掘
削を行うことができ、余分な掘削を省略する分だけコス
ト低減化が図れる。

上記掘削に際して、大回転テーブル３前面の取込み口３
５から大回転テーブル３内に取込まれた掘削ずつは掻込
み板３６によってホッパー２３３に投入され、この掘削
すりはスクリューコンベア２１によって後方に送られ、
放出口２４２からベルトコンベア６上に排出される。上
記取込み口３５から掘削ずりの取込みに際して、サイド
カッタ４と大回転テーブル３、サイドカッタ４とセンタ
ーカッタ２との回転速度および回転方向をそれぞれ互い
に異ならせることによって、上記掘削ずりはセンタ−カ
ッタ２背面とサイド力ツタ４正面との間、サイド力ツタ
４背面と取込み口３５正面の刃３５１との間でそれぞれ
擦り合わされ、これにより掘削ずつのクラツシングが行
われるようにしている。したがってクラツシング装置を
特に設ける必要はなく、これを省略することができる。

またこのシールド機は第５図に示すようにセンターカッ
タ２とサイドカッタ４との回転方向が互いに異なるよう
に回転駆動されるので、センターカッタ２とサイドカッ
タ４とのそれぞれの回転反力が互いに打消され、これに
よりシールド機のローテーションの発生を防止すること
ができる。

なお万一ローテーションが発生した場合には、シリンダ
２５を縮小操作することによりセンターカッタ２を突出
位置く第１図２点鎖線参照）まで前進させて切羽の地山
面に食込ませ、このセンターカッタ２を固定点としてサ
イドカッタ４を回転駆動させることによりシールド機を
上記ローテーションとは逆方向に回転させて矯正すれば
よい。

この場合、図示しない圧力センサによりセンターカッタ
が受ける切羽からの圧力を検出したり、位置センサによ
りシールド機本体１の回転角度を検出したりすることに
より、上記矯正作業を自動化することができる。

さらに上記実施例において、トンネルの掘削後、シール
ド機本体１のスキンプレート１１部分などのみを残置し
て内部の大回転テーブル３、センターカッタ２およびサ
イドカッタ４などの主要な装置部分をトンネル側に引扱
くことにより地上へ回収し、再利用するように構成して
もよい。これによって、トンネル毎にシールド機を埋め
殺しにして廃棄する場合に比べて、トンネル掘削に要す
るコストを飛躍的に低減することができる。

この効果を達成するには、例えば大回転テーブル３およ
びセンターカッタ軸Ｘの固定筒２３を支持するシールド
機本体１の支持壁１２と、大回転テーブル３とを後方へ
一体的に移動させるスライド手段を付加すればよい。そ
して第３図に示すようにサイドカッタ４を角形のコーナ
一部に位置させ、支持アーム８のエアシリンダ８３への
圧縮力を解除して小回転テーブル７のみを回転させるこ
とによりサイドカッタ４を大回転テーブル３の外周縁よ
り内方に移動させる。この後、センターカッタ２および
サイドカッタ４などとともに大回転テーブル３を上記ス
ライド手段により引扱けばよい。

また上記実施例においては、一対のサイドカッタ４をセ
ンターカッタ軸Ｘと点対称となるように配置しているが
、これに限らず、単一もしくは３つ以上のサイドカッタ
を設けてもよい。これらの場合、ローテーション防止の
観点からは２つ以上のサイドカッタを放射状でかつ均等
に配置することが好ましい。

第６図および第７図にはこの発明方法を実施するための
シールド機の他の例が示されている。第６図および第７
図において、センターカッタ軸体２０ａには、２条で一
体に形成されたビンギア２１ａがセンターカッタ軸体２
０ａに対して回転可能に取付けられるとともに、前後で
一対の支持板２２ａが回転可能に取付けられている。

上記支持板２２ａによって一対の伝達Ｍ３０ａが上記ビ
ンギア２１ａの一方と噛合った状態でセンターカッタ軸
Ｘと平行に支持され、この伝達軸３０ａには一対の連結
部材３１ａの一端部が回転可能に取付けられ、この連結
部材３１ａの他端部にはサイドカッタ回転軸４１ａが回
転可能に取付けられている。

上記伝達軸３０ａにはその一端にギア３０１ａ、中間部
に一対のビンギア３０２ａがそれぞれ取付けられ、また
サイドカッタ回転軸４１ａには一対の伝達ギア４１１ａ
がそれぞれ取付けられ、伝達軸３０ａとサイドカッタ回
転軸４１ａとは上記ビンギア３０２ａと伝達ギア４１１
ａとが互いに噛合うように連結部材３１ａによって互い
に連結されている。

またサイドカッタ回転軸４１ａには一対の伝達ギア４１
１ａの中間位置にガイドギア４２ａが取付けられ、一方
シールド機本体１にはその横断面形状が角形の内周面に
沿ってビンギア５２ａが配列されたガイドフレーム５ａ
が取付けられ、上記がイドギア４２ａとビンギア５２ａ
とが噛合うようにガイドギア４２ａの大きさが設定され
ている。

そしてシールド機本体１には上記ガイドフレーム５ａと
相似形の外周面を有する案内通路５１ａが設けられ、こ
の案内通路５１ａの外周面とサイドカッタ回転軸４１ａ
の端部に回転可能に取付けられたローラ４１２ａが接触
するように配置されている。

サイドカッタ用電動１１３４ａの出力側ギア３４１ａは
センターカッタ軸体２０ａのビンギア２１ａの他方と噛
合わされ、上記電動機３４ａの回転駆動によりその駆動
力が２条のビンギア２１ａを介して伝達軸３０ａに伝達
され、この伝達軸３０ａが回転作動されることによりそ
の回転力が一対のビンギア３０２ａおよび一対の伝達ギ
ア４１１ａを介してサイドカッタ回転軸４１ａに伝達さ
れ、サイドカッタが回転駆動（自転）される。

さらに上記サイドカッタ回転軸４１ａの回転に伴ってガ
イドギア４２ａがガイドフレーム５ａのビンギア５２ａ
に沿って回転し、かつローラ４１２ａが案内通路５１ａ
と接触しながら移動案内されるので、サイドカッタ回転
軸４１８はガイドフレーム５ａに沿ってセンターカッタ
軸Ｘ回りにガイドフレーム５ａと相似形の角形の軌跡を
描いて移１ｊｌ（公転）する。これによって角形断面の
トンネルの掘削を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、センターカッタを推進方向に延
びる軸回りに回転させるとともに、このセンターカッタ
と同軸回りにサイドカッタを所望の掘削形状に対応する
軌跡を描かせながら公転させるものであるので、上記セ
ンターカッタによって切羽の中央円形部分を掘削すると
ともに、その外周部を特有の軌跡を描くサイドカッタに
よって掘削することにより、全体として所望の断面形状
を有するトンネルを自由に掘削することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシールド機の実施例を示す断面説明
図、第２図は第１図の一部切欠き斜視図、第３図は第１
図の■−■線における一部省略断面説明図、第４図は第
１図の■−ＩＶ線における一部省略断面説明図、第５図
はシールドｎの正面説明図、第６図は本発明方法を実施
するための他のシールド機の要部を示す説明図、第７図
は第６図の■−■線断面説明図である。 １・・・シールド機本体、２・・・センターカッタ、３
・・・大回転テーブル（回転体）、４・・・サイドカッ
タ、５・・・ガイドフレーム（作動手段）、８・・・支
持アーム（作動手段）、ｘ・・・センターカッタ軸（推
進方向に延びる軸）。 特許出願人　　　　財団法人土木研究センター同　　　
　　　日特建設株式会社 同　　　　　　日木ヒユーム管株式会社同　　　　　　
株式会社神戸製鋼所 代　理　人　　　　弁理士　　小谷　悦司同　　　　　
　弁理士　　長１）　正 −−゛。 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、センターカッタを推進方向に延びる軸回りに回転さ
   せるとともに、このセンターカッタと同軸回りにサイド
   カッタを所望の掘削形状に対応する軌跡を描かせながら
   公転させることを特徴とする自由断面シールド工法。 ２、シールド機本体と、このシールド機本体にその推進
   方向に延びる軸回りに回転可能に支持されたセンターカ
   ッタと、このセンターカッタと同軸回りに回転可能に支
   持された回転体と、この回転体に該回転体の放射方向に
   移動可能に支持されたサイドカッタと、上記回転体の回
   転中にサイドカッタが所望の掘削形状に対応する軌跡を
   描きながら公転するようにサイドカッタを上記放射方向
   に移動させる作動手段とを備えたことを特徴とする自由
   断面シールド機。