JPH0254096A - 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」 この発明はシールド掘削機に係わり、特に、大断面かつ
任意断面のトンネルを掘削するのに好適なシールド掘削
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などの大断面ト
ンネル構造物を築造する目的で、両型に形成したスキン
プレートの前面に２台のカッターを設けたシールド掘削
機を用いてトンネルを構築する、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ーを、掘進方向に対して若干ず
らして配置し、カッター同士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
用するシールド掘削機としては、カッターをスポーク型
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
、スポーク同士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仕る構造のものが知
られている（たとえば特公昭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
ルを築造することができる。

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１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台のカッター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築造すること
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
スキンプレートの前面に２台のカッターを並列配置した
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。

この発明は前記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、制御が容易であり、また大断面かつ
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
削機を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 かかる目的を達成するためこの発明は、非円形の外殻を
形成する筒状のスキンプレートの前面に隔壁を設けると
ともに、この隔壁前面に、泥水が圧送される円形の泥水
室とこの泥水室に連通ずる異形の泥土室とをそれぞれ設
け、かつ、前記泥水室に、地山を円形に掘削する大口径
カッターを配設するとともに、前記泥土室に、複数の小
口径カッターを泥土室の開口部に沿って設け、さらに、
前記泥水室と泥土室との連通部に、泥土室内の土砂を泥
水室に導くスクリューコンベアを設けたことを特徴とす
るものである。

「作用　」 この発明では、大口径カッターが掘削する円形の切羽を
泥水室に圧送した泥水圧により安定させ、また、小口径
カッター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、各カッターで切羽を掘削する一方
、泥土室内の土砂をスクリューコンベアにより泥水室内
に移送して泥水室内の土砂とともに外部に排出していく
ので、円形部と異形部との組み合わせによる掘削が可能
となり、非円形のトンネルを築造していくことが可能に
なる。

「実施例」 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図はこの発明の第１実施例を示すもの
で、これらの図において全体として符号ｌで示すものが
この実施例にかかるシールド掘削機である。このシール
ド掘削機１は、外殻を形成する筒状のスキンプレート２
の前部に設けられた大口径カッター３および小口径カッ
ター４により地山を掘削しつつ、内部で一次覆工用のセ
グメント（コンクリートセグメント等）Ｓを組み立、て
ながら地中を推進する基本構成となっている。

前記スキンプレート２は、図示例では、先端部２ａを除
く他の部分か上面円弧状の断面馬蹄形状に形成されてお
り、またその前面には隔壁５が設けられている。この隔
壁５は、円形状の先端開口部を覆うようにして設けられ
た第１の隔壁部５ａと、小口径カッター４を収納する如
くスキンプレート内部に形成された第２の隔壁部５ｂと
から構成されており、また、前記第１の隔壁部５ａの前
面に泥水が圧送される円形の泥水室６が設けられ、前記
第２の隔壁部５ｂの前面に異形の泥土室７が設けられて
いる。

前記泥水室６には、地山を円形に掘削する大口径カッタ
ー３が配設されるとともに、その上部には送水管８の端
部が開口しており、さらにその下部には排泥管９の端部
が接続されている。一方、前記泥土室７はその奥側にお
いて泥水室６の内部に連通しており、またその内部には
複数の小口径カッター４が泥土室７の開口部に沿って設
けられ、かつ、泥水室６との連通部には、小口径カッタ
ー４で掘削した泥土を泥水室６に向は送る左右一対のス
クリューコンベアｌＯが設けられている。また、前記泥
土室７の一部には作泥材を送るパイプ１１の一端が開口
しており、泥土室７に取り込まれた削土に作泥材を添加
することによって削土に適度な粘性を付与することがで
きるように配慮されている。

なお、前記スキンプレート２の後部（テール部）にはシ
ールド掘削機を推進させるためのシールド推進ジヤツキ
１２がスキンプレート２の周方向に沿って所定数配設さ
れるとともに、セグメントＳを組み立てるためのエレク
タ−１３が設けられている。　前記シールド推進ジヤツ
キ１２は、エレクタ−１３の旋回枠１３ａを支持する支
持枠１３ｂに貫通配置されるとともに、スキンプレート
内面の支持板部２ｂに後端が支持されていて、スキンプ
レート後部で組み立てられたセグメントＳに反力を取る
ことにより、シールド掘削［１＆１を前方へ推進させる
ことができるような構成となっている。

次ぎに、スキンプレート２の前面に備えられた大口径カ
ッター３および小口径カッター４について説明すると、
まず、前記大口径カッター３は、切羽に対面する円形状
の面板プレート３ａと、この面板プレート３ａの裏面に
突設された支持枠３ｂと、この支持枠３ｂを支持しかつ
スキンプレート２の隔壁５に軸支されたカッター回転軸
３ｃと、この回転軸３ｃを回転させる駆動モータ３ｄと
を主体として構成されている。

そして、前記面板プレート３ａには、第２図などに示す
如く、土砂を取り込む２条のスリット３ｅが面板プレー
ト３ａの半径方向に沿う形態で面板プレート３ａの四方
に延在しており、また、このスリット３ｅの内側にカッ
タービット３ｒが設けられている。なお、カッター回転
軸３ｃは、スキンプレート２の隔壁５の位置に設けられ
た２種類の軸受（スラスト軸受１５ａおよびラジアル軸
受１５ｂ）により軸支されるとともに、その後端外周に
設けられた歯車３ｇに駆動モータ３ｄの駆動歯車３ｈを
噛合させることにより周方向に回転できるような構成と
なっている。

一方、前記小口径カッター４は、第１図に示すように、
地山に貫入してこの地山を掘削する切羽部４ａと、この
切羽部４ａにより削土した土砂を後方へ送るオーガ部４
ｂと、このオーガ部４ｂを回転駆動させる駆動機構４０
とを主体として構成されており、図示例では、このよう
な構成の小口径カッター４が異形の開口部に沿って９台
配置されている。

また、前記切羽部４ａはオーガ部４ｂの先端に一体に取
り付けられており、さらに泥土室７の奥側に設けられた
仕切板４ｄを隔てて前記小口径カッター４の駆動機＠　
４　ｃが設けられた構成となっている。なお、図示例で
は、前記駆動機構４Ｃにスクリューコンベア１０の駆動
機構が組み込まれており、小口径カッター４の回転とと
もにスクリューコンベアｌＯが回転するような構成とな
っている。

なお、図中符号２０は、シールド掘削機ｌのスキンプレ
ート２の後端部内面に設けられ、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とスキンプレート２と
の間の間隙を閉塞するテールパツキンである。

次に、この実施例のシールド掘削機ｌの作用について説
明する。

このような構成のシールド掘削機工を用いて地盤を掘削
する場合には、まず、第１図に示すように、送水管８を
介して泥水室６内を泥水加圧し、大口径カッター３によ
り掘削される円形部の切羽を安定させるとともに、スク
リューコンベアＩＯの排土量を調整することによって、
小口径カッター４により掘削される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、泥水室６に配設された大口径カッター３を駆動
させることによって先端の地山を円形に泥水掘削すると
ともに、泥土室７に配設された複数の小口径カッター４
を駆動させて異形部の切羽を掘削する一方、セグメント
Ｓに反力をとってシールド推進ジヤツキ１２を駆動し、
シールド掘削機ｌを推進させることにより泥水室６およ
び泥土室７内に土砂を取り込んでいく。そして、その際
、小口径カッター４によって掘削された土砂を、カッタ
ー４のオーガ部４ｂにより取り込みながら、スクリュー
コンベア１０によって泥水室６に案内した後、大口径カ
ッター３の掘削により泥水室６内に取り込んだ土砂とと
もに、排泥管９を介して外部に排出していく。そして、
このようにして地山を一定最掘削した後、シールド掘削
機１の後方でセグメントＳを組み立てて覆工を行い、さ
らにこれら一連の作業を繰り返すことによってトンネル
を築造していく。

なお、前記において、パイプ１１を介して泥土室７に向
は作泥材を注入し、泥土室７に取り込まれる土砂に適度
な粘性を与えて流動性を向上させた方が、切羽の安定性
をより高めることができるので好ましい。

このように、この実施例のシールド掘削機ｌによれば、
大口径カッター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ー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
ッター３および小口径カッター４で掘削した土砂を流体
輸送していく構成としているので、図示例のような馬蹄
形状でかつ大断面を容易に掘削形成することが可能にな
り、また、異形部のみを小口径カッター４を利用して掘
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。

しかも、実施例では、小口径カッター４で掘削した土砂
を、泥土室７に取り込んだあと、泥水室６に導いて泥水
室６内に直接取り込んだ土砂とともに排泥管９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
することが可能になり、イニンヤルコストの低減を図る
ことが可能になるといった利点がある。

第４図および第５図はこの発明の第２実施例を示すもの
で、この実施例では、円形の泥水室６の左右両側に泥土
室７を形成したスキンプレート２Ａによってシールド掘
削機の外殻を構成し、さらに大口径カッター３の外周面
に出没自在のコピーカッター３０を設けたことを最大の
特徴とするもので、他の構成については、先の実施例と
同様に、泥水室６に大口径カッター３を配設し、泥土室
７に複数の小口径カッター４を配設したものである。

しかして、このような構成のシールド掘削機によれば、
第５図などに示すような、内部に１組のコンクリート道
床３５を有する馬蹄形断面のトンネル構造物を築造して
いくことが可能になる。ちなみに、このトンネル構造物
を構成するセグメントＳとしては、床版部を構成する平
板状のセグメントＳｌ、このセグメントＳ１の両側に連
結される一部が屈曲したセグメント５Ｒ１一定の曲率で
湾曲した円弧版状のセグメントＳ３、およびキイセグメ
ント８４などが使用される。

なお、前記各実施例では、馬蹄形状のシールドトンネル
を築造する場合に用いられるシールド掘削機を例にとっ
て説明したが、この発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく、円形部と異形部の組み合わせにより箱形シ
ールド、両型シールド等様々な断面の掘削も可能である
ことは言うまでもない。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明は、非円形の外殻を形成す
る筒状のスキンプレートの前面に隔壁を設けるとともに
、この隔壁前面に、泥水が圧送される円形の泥水室とこ
の泥水室に連通ずる異形の泥土室とをそれぞれ設け、か
つ、前記泥水室に、地山を円形に掘削する大口径カッタ
ーを配設するとともに、前記泥土室に、複数の小口径カ
ッターを泥土室の開口部に沿って設け、さらに、前記泥
水室と泥土室との連通部に、泥土室内の土砂を泥水室に
導くスクリューコンベアを設けたことを特徴とするもの
であるから、任意形状（たとえば馬蹄形状）でかつ大断
面のトンネル構造物を容易に築造することが可能になり
、また、異形部のみを小口径のカッターを利用して掘削
するようにしているから、方向制御等マシンの制御も簡
単であるといった優れた効果を奏する。

また、本発明では、小口径カッターで掘削した土砂を、
泥土室に取り込んだあと、泥水室に導いて泥水室内に直
接取り込んだ土砂とともに外部に排出するようにしてい
るので、排出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になり、イニ
シャルコストの低減を図ることが可能になるといった利
点かあ−コンベア、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非円形の外殻を形成する筒状のスキンプレートの前面に
   隔壁が設けられるとともに、この隔壁前面には、泥水が
   圧送される円形の泥水室とこの泥水室に連通する異形の
   泥土室がそれぞれ設けられ、かつ、前記泥水室には、地
   山を円形に掘削する大口径カッターが配設されるととも
   に、前記泥土室には、複数の小口径カッターが泥土室の
   開口部に沿って設けられ、さらに、前記泥水室と泥土室
   との連通部には、泥土室内の土砂を泥水室に導くスクリ
   ューコンベアが設けられていることを特徴とするシール
   ド掘削機。