JPH02213593A - シールド掘削機 - 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、トンネルを構築するシールド工法に用いるシ
ールド掘削機に係り、特に、大断面かつ任意断面のトン
ネルを形成する際に用いて好適なシールド機に関するも
のである。

［従来の技術］ 近年、都市部の地盤等に鉄道用トンネル等の大断面トン
ネルを構築する目的で、両型に形成したスキンプレート
の前面に２台のカッタを設けたシ−ルド掘削機を用いて
トンネルを形成する、マルチフェースシールド工法、ま
たはダブルオーチューブ工法と呼ばれる新規なシールド
工法が提案、実施されている。

従来、前記マルチフェースシールド工法に使用する掘削
機としては、たとえば特開昭６２−１９９８号公報に開
示されているように、調型断面のスキンプレートの前面
に２台の面板型のカッタを、掘進方向に対して若干ずら
して配置し、カッタどうしの相互干渉を防ぐ構造のもの
が知られており、また、ダブルオーチューブ工法に使用
する掘削機としては、カッタをスポーク型として、それ
らを調型断面のスキンプレート前面に配置し、スポーク
どうしがぶつからないように、それらの位相をずらした
状態で、互いに逆方向に回転させる構造のものが知られ
ている（たとえば特開昭６１−４７９５８号公報参照）
。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来の大断面シールド工法によれば、それぞれの工
法に適用されるシールド掘削機の特徴を生かすことによ
って、都市部の地盤等に大口径で、かつ異形断面のトン
ネルを構築することができる。

しかしながら、このようなシールド掘削機においても、
たとえば、次のような点で解決すべき課題が残されてい
る。

第１に、前記従来の大断面シールド工法に適用される２
種類のシールド掘削機は、いずれも調型断面のスキンプ
レートの前面に２台のカッタを設けた基本構造となって
いるため、これらのシールド掘削機では、馬蹄形、矩形
といった断面構造のトンネル構造物を構築することがで
きない点である。

第２に、前述した従来のシールド掘削機は、調型断面の
スキンブレー−トの前面に２台のカッタを並列配置した
構成としているので、その方向制御や修正等のマシンの
制御が難しいといった点である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、制御
が容易であり、大断面、かつ任意断面のトンネルを掘進
し得る、より有効なシールド掘進機を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、非円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレート
の前部に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前記
外側スキンプレートの内部に、円形の内殻を形成する円
筒形状の内側スキンプレートを設けることにより、この
内側スキンプレート内を泥水が圧送される円筒形の泥水
圧室として、また、前記内側スキンプレートと前記外側
スキンプレートとの間に形成される異形のスペースを泥
土圧室として構成し、前記泥水圧室の開口部に、地山を
円形に掘削する大口径カッタを前記内側スキンプレート
と略同軸的に配設し、前記泥土圧室の開口部に、複数の
小口径カッタをその開口部に沿って配設し、さらに、前
記内側スキンプレートに、前記泥土圧室内の土砂を前記
泥水圧室内に取り入れるためのスリットを、その周方向
に沿って複数設けたことを特徴とし、これに加えて、前
記内側スキンプレートを、前記大口径カッタと一体に形
成したこと、ならびに、前記大口径カッタの周部に、該
カッタの径方向に突出する凸状カッタを、その周方向に
沿った任意の位置に複数形成したことを含むものである
。

［作用］ 本発明のシールド掘削機によれば、大口径力、。

夕が掘削する円形の切羽を、泥水圧室内に圧送した泥水
圧により安定させ、また、小口径カッタが掘削する異形
の切羽を、泥水圧および泥土圧により安定させながら、
各カッタにより切羽を掘削する一方、泥土圧室内の土砂
を内側スキンプレートのスリットより泥水圧室内に移送
させて泥水圧室内の土砂とともに外部に排出していくの
で、従来泥土圧室シールド工法に要したスクリューコン
ベヤは不要となり、円形部と異形部との組み合わせによ
り、非円形かつ大断面のトンネルを容易に構築すること
ができる。

泥土圧室内から泥水圧室内へ土砂を移送・する手段は、
スリットによるため、構造が簡単で、かつ動力を省略で
き、もって安価に構成できる。

また、大口径カッタに内側スキンプレートを一体に形成
すれば、泥土圧室内および泥水圧室内の土砂に流動性が
与えられて土砂の排出効率の向上が図られ、さらに、大
口径カッタに凸状カッタを形成すれば、大口径カッタが
掘削した土砂の排出が円滑に進行する。

［実施例］ 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

これら図中符号１で示すものが本実施例にかかるシール
ド掘削機である。このシールド掘削１１は、外殼を形成
する筒状の外側スキンプレート２の前部に設けられた大
口径カッタ３および小口径カッタ４により地山を掘削し
つつ、スキンプレート２内部で、−次覆工用のセグメン
ト（コンクリートセグメント等）Ｓを組み立てながら地
中を掘進する基本構成となっている。

外側スキンプレート２は、上面が円弧状となった断面馬
蹄形状に形成されたもので、その前部には、先端開口部
を覆って隔壁５が設けられている。

この隔壁５の前面であって外側スキンプレート２内の略
中央には、内殻を形成する円筒形状の内側スキンプレー
ト６が一体に固着されている。そして、この内側スキン
プレート６内が、泥水が圧送される円形の泥水圧室７と
して、また、内側スキンプレート６と外側スキンプレー
トとの間に形成される異形のスペースが、泥土圧室８と
して構成されている。

また、内側スキンプレー１−６には、泥水圧室７内と泥
土圧室８内とを連通し、泥水圧室８内の土砂を泥水圧室
７内に取り込むためのスリット９が、その周方向に沿っ
て間隔をおいて複数設けられている。スリット９は、内
側スキンプレート６の軸方向に沿った長尺な切込みによ
って形成されている。このスリット９は、図示せぬシャ
ッタによりその開度が調節できるようになっている。

前記泥水圧室７には、地山を円形に掘削する前記大口径
カッタ３が配設されるとともに、その上部には、送水管
ｌＯの端部が開口しており、さらにその下部には、排泥
管１１の端部が接続されている。

一方、泥土圧室８の内部には、複数の前記小口径カッタ
４が、泥土圧室８の開口部に沿って、すなわちこの場合
であれば、第１図に示すように、両端下部を埋めるべく
、かつ若干の相互間隔をおいて設けられている。

なお、外側スキンプレート２内には、シールド掘削機ｌ
自身を推進させるためのシールドジャ・ツキ１２が、外
側スキンプレート２の周方向に沿って複数配設されてい
るとともに、セグメントＳを組み立てるためのエレクタ
装置１３が設けられている。

シールドジヤツキ１２は、外側スキンプレート２内面に
固定された支持板１４に後端が支持され、エレクタ装置
１３によって組み立てられたセグメントＳ・・・の最前
端に反力を取ることにより、シールド掘削機ｌ自身を前
方に推進させるものである。

次に、前記大口径カッタ３と小口径カッタ４について詳
述する。

まず、大口径カッタ３は、内側スキンプレート６と略同
径であって、切羽に対面する円形状の面板プレート１５
と、この面板プレート１５の軸心から後方に延びて図示
せぬ軸受けに回転自在に支持された回転軸１６と、この
回転軸Ｉ６をギヤ１６ａを介して軸回りに回転させる駆
動モータ１７とを主体として構成されている。回転軸１
６は、内側スキンプレート６の軸心と一致して延びてお
り、すなわち面板プレート１５は、内側スキンプレート
６と同軸的に配設されている。

面板プレート１５には、第１図に示すように、土砂を取
り込むスリブ）１５ａが、半径方向に沿って放射状に複
数（この場合４つ）形成されており、また、このスリッ
ト１５ａの周辺には、複数のカッタビット１５ｂが固定
されている。

また、面板プレート１５の周部には、径方向に突出し、
それ自体が地山を掘削する複数（この場合３つ）の凸状
カッタ１８が、面板プレート１５と一体に、等間隔に形
成されている。これら凸状カッタ１８は、面板ブレー１
−１５が回転して最下端および最上端に位置したとき、
その先端が外側スキンプレート２の外周面と略一致する
ようにその動作が制御されるようになっている。

これら凸状カッタ１８のうちの少なくとも１つには、や
はり地山を掘削するコピーカッタ１９が収納されている
。このコピーカッタ１９は、面板プレート１５の径方向
に出没自在に収納され、凸状カッタ１８からの突出量は
、図示せぬ制御部により無段階に制御されるようになっ
ている。

この大口径カッタ１５によれば、駆動モータ１７の動力
が、回転軸１６を介して面板プレート１５に伝達して面
板プレート１５が回転し、カッタビ１．ト１５ｂおよび
凸状カッタ１８によって地山を円形に掘削する。第１図
Ａで示す円形部が、その掘削範囲である。

さらに、コピーカッタ１９を突出させれば、掘削径はそ
の分大きくなるとともに、円板プレート１５が１回転す
る途中でその突出量を無段階に変化させ、それを一定の
パターンとして制御すれば、円形に限らず、円形に近い
異形の掘削断面が形成される。

一方、小口径カッタ４は、切羽に対面し、その面に大口
径カッタ３と同様のカッタビット２０ａを有する面板プ
レート２０と、この面板プレート２０の軸心から後方に
延びて図示せぬ軸受けに回転自在に支持された回転軸２
１と、この回転軸２１を軸回りに回転させる駆動モータ
２２とを備えており、回転軸２１には、該回転軸２１と
一体に回転して泥土圧室８内の土砂を撹拌する撹拌翼２
３が設けられている。この撹拌翼２３に撹拌された泥土
圧室８内の土砂は、流動性が与えられ、泥土圧室８内か
ら、内側スキンプレート６の各スリット９を通過して泥
水圧室７内に取り込まれるようになっている。

これら小口径カッタ４によれば、駆動モータ２２の動力
が、回転軸２１を介して面板プレート２０に伝達して面
板プレート２０が回転し、カッタビット２０ｂによって
地山を掘削する。これら小口径カッタ４においては、外
側スキンプレート２内における大口径カッタ３の掘削範
囲を除く、泥土圧室８の前面である異形部（第１図Ｂで
示す）が掘削範囲となっている。

なお、上記各小口径カッタ４は面板型であるが、スポー
ク型を用いてもよい。

また、図中符号２４は、シールド掘削機１の外側スキン
プレート２の後端部に設けられ、外側スキンプレート２
の内面で組み立てられたセグメントＳと外側スキンプレ
ート２との間を閉塞するテールパツキンである。

上記構成からなるシールド掘削機ｌを用いて地山を掘削
するには、まず、送水管ｌｏから泥水圧室７内に泥水を
供給して泥水圧室７内を泥水加圧し、大口径カッタ３に
より掘削される円形部の切羽を安定させる。また、内側
スキンプレー１・６のスリット９の開度を適宜に設定し
、各小口径力。

夕４により掘削されて、泥土圧室８から泥水圧室７に取
り込まれる土砂の量を調節することにより、泥土圧室８
前面の異形部に泥水圧と泥土圧とを発生させて切羽の崩
壊を防止する。

次いで、大口径カッタ３を回転させて円形部への切羽を
掘削するとともに、各小口径カッタ４を回転させて異形
部Ｂの切羽を掘削する。

この際、大口径カッタ３に備えられたコピーカッタ夕１
９の突出量を、先端か、第２図Ｃ−＋Ｄで示す上側半分
を通過するときは、外側スキンプレート２の外周の半円
弧状部分に一致し、Ｃ−＋Ｄで示す下側半分を回転する
ときは、下に向かうに従い徐々に引っ込み、最下端に位
置するときに全体が凸状カッタ１８内に収納され、そこ
から徐々に出現するよう制御する。これにより、大口径
カッタ３の掘削範囲・は、左右に広かった楕円形となる
。

一方、エレクタ装置１３によりトンネル周壁に組み付け
たセグメントＳ・・・の最前端に反力を取ることにより
、シールドジヤツキ１２を伸長してシールド掘削機ｌ自
体を前方に推進させ、泥水圧室７内および泥土圧室８内
に土砂を取り込んでいく。

この際、各小口径カッタ４によって掘削された土砂を、
これら小口径力ッタ４周囲の泥土圧室８の開口部から、
泥土圧室８内に取り込み、さらに、小口径カッタ４に取
り付けられた撹拌翼２３により、スリット９から泥水圧
室７内に取り入れる。

このように泥水圧室７内および泥土圧室８内に取り込ん
だ泥水を含む土砂を、排泥管１１によってトンネル後方
に排出する。この土砂は、最終的に地上に運搬されて、
土砂と泥水とに分離され、泥水は、再び送水管ｌＯから
泥土圧室７内に供給される。　ところで、本実施例の７
一ルド掘削機１の大口径カッタ３において、その掘削径
は、局部に一体に設けられた複数の凸状カッタ１８によ
る。凸状カッタ１８によって掘削された土砂は、凸状カ
ッタト８間に形成される円弧状の空間から、その後方の
泥土圧室８内に取り込まれる。

このように、本実施例のシールド掘削機１によれば、大
口径カッタ３で掘削する円形の切羽を泥水圧により安定
させ、また複数の小口径カッタ４で掘削する異形の切羽
を泥水圧および泥土圧により安定させて、大口径カッタ
３および各小口径カッタ４で掘削した土砂を流体輸送し
ていく構成であるから、図示例のような馬蹄形状でかつ
大断面のトンネルを、容易に掘削形成することができる
。

また、異形部は、各小口径カッタ４で独立して掘削する
ようにしているから、方向制御等マシンの制御も簡単で
あるといった利点がある。

また、泥土圧室８から泥水圧室７への土砂の移送は、各
小口径カッタ４に取り付けられた撹拌翼２３によって内
側スキンプレート６のスリット９からなされるから、構
造が簡単で、かつ動力を省略でき、もって安価に構成で
きる。

また、凸状カッタ１８により、外側および内側スキンプ
レート２．６間に形成される泥土圧室８内への削土の取
り込みが円滑に行われ、したがって土砂の流体輸送が速
やかに行われ、作業時間の短縮が図られる。

さらに、各小口径カッタ４によって掘削した土砂を、泥
土圧室８に取り入れた後、泥水圧室７に導き、泥水圧室
７の内に直接取り入れた土砂とともに排泥管１１を介し
て外部に排出するようにしているので、排土設備は泥水
式シールド工法に用いるシールド掘削機の設備のみで対
応することが可能であり、イニシャルコストの低減を図
ることができるといった利点がある。

第４図および第５図は本発明の他の実施例を示している
。両図において前記実施例と同一構成要素には、同一の
符号を付し説明を省略する。

本実施例のシールド掘削機３０においては、大口径カッ
タ３に内側スキンプレー１−３１が一体に設けられてい
る。すなわち、第５図に示すように、大口径カッタ３を
構成する面板プレート１５の周部裏面に、この面板プレ
ート１５と同軸的に円筒状の内側スキンプレート３１が
形成されている。

そして、この内側スキンプレート３１の後端部には、泥
土圧室８内の土砂を泥水圧室７内に取り込むためのスリ
・ット３２が、周方向に沿って複数間隔をおいて形成さ
れている。また。これらスリット３２の周辺には、カッ
タビット３３が設けられている。

本実施例のシールド掘削機３０によれば、内側スキンプ
レート３１が大口径カッタ３とともに回転することによ
り、泥土圧室８内および泥水圧室７内の土砂に流動性が
与えられて、土砂の排出効率の向上が図られるといった
利点を有する。

第６図ないし第９図は外側スキンプレートの断面形状が
、上記各実施例に示した馬蹄形状とは異なるシールド掘
削機の例を示している。

すなわち、第６図の外側スキンプレート４１は角が丸い
縦長の長方形状、第７図の外側スキンプレート４２は卵
形、第８図の外側スキンプレート４３は前記各実施例の
外側スキンプレート２よりも縦長の馬蹄形状、第９図の
スキンプレート４４は横長の小判形となっている。これ
ら図において、Ａは大口径力・／夕３の掘削範囲であり
、このうちＡ１は凸状カッタ１８の掘削範囲である。ま
た、Ｅはコピーカッタ１９の掘削範囲である。そして、
Ｂは異形部であって、小口径カッタ４による掘削断面で
ある。

このように、コピーカッタ１９の突出量を制御（７、か
つ異形部Ｂに小口径カッタ４を配すれば、各形状の外側
スキンプレートに対応した掘削断面が形成される。

さらに、これらのようなシールド掘削機を並べて同時に
作動させれば、第１０図および第１１図に示すようにさ
らに大なる断面のトンネルをｍ　ｌ’ＪＩ＋形成するこ
とができる。ちなみに、第１０図は第６図に示したシー
ルド掘削機、第１１図は第８図のシールド掘削機を用い
た例である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のシールド機によれば、非
円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレートの前部
に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前記外側ス
キンプレートの内部に、円形の内殻を形成する円筒形状
の内側スキンプレートを設けることにより、この内側ス
キンプレート内を泥水が圧送される円形の泥水圧室とし
て、また、前記内側スキンプレートと前記外側スキンプ
レートとの間に形成される異形のスペースを泥土圧室と
して構成し、前記泥水圧室の開口部に、地山を円形に掘
削する大口径カッタを前記内側スキンプレートと略同軸
的に配設し、前記泥土圧室の開口部に、複数の小口径カ
ッタをその開口部に沿って配設し、さらに、前記内側ス
キンプレートに、前記泥土圧室内の土砂を前記泥水圧室
内に取り入れるためのスリットを、その周方向に沿って
複数設けたことを特徴とするから、円形部と異形部との
組み合わせによって非円形かつ大断面のトンネルを構築
することができる。泥土圧室から泥水圧室へ土砂を移送
する手段は内側スキンプレートに形成したスリットによ
るため、構造が簡単で、かつ動力を省略でき、もって安
価に構成できる。

また、内側スキンプレートを、大口径カッタと一体に形
成したり、大口径カッタの周部に、該カッタの径方向に
突出する凸状カッタを、その周方向に沿って複数形成す
れば、土砂の流動性が向上して掘削能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はその正面図、第２図は第１図の■−■線矢
視断面図、第３図は第２図の■■線矢視断面図、第４図
および第５図は本発明の他の実施例を示し、第４図は側
断面図、第５図は大口径カッタの斜視図、第６図ないし
第９図はそれぞれ断面形状の異なる外側スキンプレート
の例を示す正面概略図、第１０図および第１１図はそれ
ぞれ第６図および第８図に示したシールド機を複数並べ
て大断面のトンネルを形成する例を示す正面概略図であ
る。 ■、３０、・・・・・・シールド機、２．４１．４２．
４３．４４・・・・・・外側スキンプレート、３・・・
・・・大口径カッタ、４・・・・・・小口径カッタ、５
・・・・・・隔壁、６・・・・・・内側スキンプレート
、７・・・・・・泥水圧室、８・・・・・・泥土圧室、
９・・・・・・スリット、１８・・・・・・凸状カッタ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）非円形の外殼を形成する筒状の外側スキンプレー
   トの前部に隔壁を設け、かつ、この隔壁前方であって前
   記外側スキンプレートの内部に、円形の内殻を形成する
   円筒形状の内側スキンプレートを設けることにより、 この内側スキンプレート内を泥水が圧送される円筒形の
   泥水圧室として、また、前記内側スキンプレートと前記
   外側スキンプレートとの間に形成される異形のスペース
   を泥土圧室として構成し、前記泥水圧室の開口部に、地
   山を円形に掘削する大口径カッタを前記内側スキンプレ
   ートと略同軸的に配設し、 前記泥土圧室の開口部に、複数の小口径カッタをその開
   口部に沿って配設し、 さらに、前記内側スキンプレートに、前記泥土圧室内の
   土砂を前記泥水圧室内に取り入れるためのスリットを、
   その周方向に沿って複数設けたことを特徴とするシール
   ド掘削機。（２）前記内側スキンプレートを、前記大口
   径カッタと一体に形成したことを特徴とする請求項１記
   載のシールド掘削機。 （３）前記大口径カッタの周部に、該カッタの径方向に
   突出する凸状カッタを、その周方向に沿った任意の位置
   に複数形成したことを特徴とする請求項１および２記載
   のシールド掘削機。