JPH0359237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトンネル掘削に使用するシールド掘進
機に係り、特にトンネル掘進中に所要地点におい
て曲線施工を高能率とするためにカツター面板を
径方向に偏芯自在としたシールド掘進機に関す
る。

［従来の技術］ 前方に円形のカツター面板を回転自在に備えた
シールド掘進機は、該カツター面板とほぼ同径の
円筒体を所要長さに直鎖状に備えてシールドフレ
ームを形成し、上記カツター面板の回転により地
山中に上記シールドフレームの外径に相当する円
形断面のトンネルを掘削し、シールドフレームの
内周に沿つて設けた多数のシールドジヤツキを伸
長し、該伸長をトンネル内周面に沿つて張設した
セグメントに支承させその反力によつて推進する
ことが公知となつている。

ところで、近年に至つてトンネルは利用目的や
掘削条件等から部分的に曲線施工されることが多
くなり、従来型式の一般シールド掘進機はその外
径形状が所要長さの直線状に形成されていること
から一般的な掘進工法では所要の曲線に掘削する
ことは不可能であり、この対応策として掘進機の
側方部の地山の内側部分および外側部分を余分に
掘削（以下余掘りと言う）し、上記外側部分のみ
にシールドジヤツキによる掘進力を付与し、内側
部分は無推進力とした状態で掘進機を推進させ、
これにより掘進機が無推進力とした内側に曲るよ
うにしていた。第１図は上記状態を示す平面図で
あり、図中Ａは直線に掘削されたトンネルであ
り、Ｂは直線トンネルＡに接続する曲線トンネル
である。B₂は該曲線トンネルＢの内側軌跡であ
り、B₃は外側軌跡である。１はシールド掘進機
であり、Ｌはその全長である。２はシールドフレ
ームであり、２ｃはその前端縁であり、２ｄは後
端縁である。３は平面状のカツター面板である。
５はシールドフレーム２の軸芯である。第１図は
掘進機１が直線トンネルＡより曲線トンネルＢに
その全長Ｌだけ前進するために、曲線トンネルＢ
に行つた余掘りを平面として示したものであり、
６は曲線トンネルＢの外側軌跡B₃の外側になさ
れる外側余掘りで、幅７と長さ８とからなるほぼ
長三角形である。９は内側軌跡B₂に至るべくな
される内側余掘りであり幅１０と長さ１１とから
なるほぼ長三角形である。上記外側余掘り６はカ
ツター面板３により掘削され、内側余掘り９はカ
ツター面板３に付設したオーバーカツタ（図示省
略）を突出させて掘削される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記工法により曲線トンネルを掘削する場合の
余掘量の概略一例を示すと、トンネル直径が約
4.5ｍ、曲線トンネルＢの曲率Ｒが約15ｍ、掘進
機１の全長が約4.5ｍにおいて外側余掘量の幅７
が約560mm、内側余掘量の幅１０が約780mm程度と
なる。上記外側余掘り６はトンネル外方部に余計
な空間部分を形成することとなり、トンネル掘削
において全く余計な作業であり、かつ、空間部分
が連続することにより安全上も好ましくない。ま
た、内側の余掘り９はトンネルとして利用し得る
けれどもその掘削はオーバーカツタの突出により
なされるので掘削土砂がシールドフレーム２内に
取込まれる他に内側余掘り９部分にも流入し、こ
のため所定余掘量以上掘削を要するなどの損失が
あつた。この余掘量を減少しトンネル曲線施工を
高能率とすべく、シールドフレームを長さの中間
部分より前後に２分割しシールドフレームを屈曲
自在とした曲線施工用中折れ式シールド掘進機が
開発されたが、中折れ量が僅少のため余掘量の僅
かにしか減少することができず、格別な効果を奏
するには至らないとの難点があつた。なお、カツ
ター面板をシールドフレームに対して偏芯可能に
設けたシールド掘進機が提案されており（特開昭
55−9939号）、これによれば曲線施工時の外側余
掘りとオーバーカツタによる内側余掘りを減少さ
せることが可能であるが、カツター面板がその駆
動軸後端の軸受を中心として偏芯移動できるよう
球面状に形成されているため、地山が軟弱な場
合、重力方向の地山荷重がカツター面板に加わ
り、カツター面板に形成された土砂取込み用スリ
ツトを通して地山の崩壊を招くことが考えられ
る。これを防止するには平面状のカツター面板を
用いればよいが、カツター面板をその駆動軸を傾
動させて偏芯移動させる構造上、カツター面板が
平面であると、その傾動によりカツター面板とシ
ールドフレーム前端との間に地山の崩壊につなが
る大きな隙間を生じるので、平面状のカツター面
板を採用することができない。

本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案さ
れたものであり、その目的は曲線施工時の外側余
掘りとオーバーカツタによる内側余掘りの減少が
図れることは勿論、地山の崩壊を防止できるシー
ルド掘進機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、筒体状の
シールドフレームの掘進側開口部に、これを覆う
べく且つ地山を掘削しつつシールドフレーム内に
掘削土砂を取込むための平面状のカツター面板を
回転自在に設けたシールド掘進機において、上記
カツター面板の軸芯に連結された駆動軸の外周
に、軸方向に間隔を隔てて中央隔壁と支持部材を
軸と直角の鍔状に設け、上記シールドフレームの
内周に、上記駆動軸を軸直角方向に平行移動自在
に支持すべく上記中央隔壁の前面に面接触した外
方隔壁と上記支持部材の後面に面接触した支持板
を設け、上記中央隔壁と支持部材との間に駆動軸
を軸直角方向に偏芯移動させるジヤツキを配設し
たものである。

［作用］ カツター面板の駆動軸は、中央隔壁と支持部材
が外方隔壁と支持板により狭まれて規制されてい
るので、軸直角方向のみに平行移動が可能であ
り、傾動するようなことはない。従つて、カツタ
ー面板を偏芯移動させることにより曲線施工時の
外側余掘りとオーバーカツタによる内側余掘りの
減少が図れることは勿論、カツター面板が平面状
であること、及びカツター面板を軸直角方向に精
度よく平行移動できてカツター面板とシールドフ
レーム前端部との間の〓間を微小にできることか
ら、地山の崩壊を確実に防止することができる。

［実施例］ 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。第２図および第３図において、１はシ
ールド掘進機であり、２はシールドフレームであ
る。該シールドフレーム２はその長さの大部分を
占める直鎖状の本体部分２ａと前端縁２ｃがなす
開口部を縮径し、曲線施工の外側軌跡に沿わせる
べく截頭円錐形状に形成された前方部分２ｂとに
より一体的に形成される。３は平面状のカツター
面板であり図示省略したカツタービツト、スリツ
ト、オーバーカツタを備え駆動軸４と接続する。
また、カツター面板３はシールドフレーム２の開
口部より外側に位置させてシールドフレームの横
断面と略等しい断面積を有するように形成されて
いる。

尚、具体的には駆動軸４は一端が図示しない回
転駆動部に連結され、他端がカツター面板３の軸
芯部に連結された回転軸と、この回転軸を挿通さ
せて回転自在に支持したスリーブとから主に構成
され、図面上にはこのスリーブが表わされてい
る。シールドフレーム２の軸芯５は駆動軸４の軸
芯と同一線となつている。カツター面板３の後面
より所定間隔を隔てて隔壁２１がシールドフレー
ム２内に水密性に張設される。該隔壁２１は駆動
軸４の外周に固設された中央隔壁２１ａとシール
ドフレーム前方部分２ｂの内周面に固設された外
方隔壁２１ｂとから成り、各端部に摺動自在な重
合部２１ｃを備える。上記カツター面板３の後面
とシールドフレーム前方部分２ｂの内周面と隔壁
２１とによりカツターチヤンバ１２が区画形成さ
れ、掘削土砂を滞留させつつ図示省略した地上の
土泥処理プラントからの送泥水により所要濃度の
泥水として排泥管から上記プラントへ排出移送さ
れる。なお、一般公知のリングガーダ、エレク
タ、シールドジヤツキ、テールシール等も本掘進
機に備えられるが、これらは図示省略する。上記
隔壁２１の後方側にカツター面板３の駆動軸４を
その軸直角方向に平行移動させる偏芯用ジヤツキ
（以下ジヤツキと言う）２２乃至２５を上下左右
の４方向に直交状に相対向して設けたことでな
る。該ジヤツキ２２乃至２５はその伸縮動により
カツター面板３をその径方向に偏芯自在とするも
のであり、シリンダヘツド２２ａ乃至２５ａとシ
リンダ２２ｂ乃至２５ｂとピストン２２ｃ乃至２
５ｃからなり、油圧制御（図示省略）により伸縮
動される。２６は駆動軸４の外周面に固設され、
上記ジヤツキ２２乃至２５の推力を支承して駆動
軸４に伝える台座板である。２７乃至３０は上記
ジヤツキ２２乃至２５をその内部に収納した摺動
ボツクスであり、角筒体を形成すべく断面を四角
形とした四周板２７ａ乃至３０ａとシールドフレ
ーム２の内周面側を覆う摺動板２７ｂ乃至３０ｂ
からなり、駆動軸４に臨む側を開口している。シ
リンダヘツド２２ａ乃至２５ａは上記角筒体内の
摺動板２７ｂ乃至３０ｂに接して固定される。上
記摺動ボツクス２７乃至３０を中央隔壁２１ａと
狭持して支持すべく、支持部材３１が摺動ボツク
ス２７乃至３０の後面側を覆つて重合部３２を備
えてその内方端を駆動軸４に固設される。３３は
該支持部材３１をさらに後面側から支持すべく外
方端をシールドフレーム本体部分２ａに固設され
た支持板である。すなわち、上記中央隔壁２１ａ
及び支持部材３１は駆動軸４の外周に軸方向に間
隔を隔てて軸と直角の鍔状に設けられており、こ
れらはシールドフレーム２の内周に設けられた外
方隔壁２１ｂと支持板３３によつて面接触で摺動
自在に狭持されている。

３４は上記各摺動ボツクスに設けた摺動板２７
ｂ乃至３０ｂの外面と摺動する摺動面３５を備
え、シールドフレーム本体部分２ａに固設される
摺動面形成部材である。３６は各摺動ボツクス２
７乃至３０を側方より狭持する支持部材である。

第３図は上記摺動ボツクス２７乃至３０の配設
を示す正面図であり、２７は垂直方向の上方部、
２８はその下方部、２９は水平方向の掘進方向に
臨んだ左方、即ち内側軌跡B₂側に設けたもの、
３０は右方、即ち外側軌跡B₃側に設けたもので
ある。軸芯５を通る水平線をＬ、垂直線をＶとし
て示す。

次に上記実施例の作用を述べる。

第１図の状態から曲線トンネルＢの掘進を続行
するには、第３図に示した水平方向の摺動ボツク
ス２９，３０を作動させる。即ち、外側軌跡B₃
側に設けた摺動ボツクス３０内のジヤツキピスト
ン２５ｃを伸長させ、相対向して設けた内側軌跡
B₂の摺動ボツクス２９内のジヤツキピストン２
４ｃを縮小させると、上記各ピストン２４ｃ，２
５ｃに台座板２６を介して接続されている駆動軸
４はその伸縮量だけトンネル軌跡B₂側へ水平に
移動し、その軸芯がシールドフレーム２の軸芯５
と偏芯する。したがつて駆動軸４に接続している
カツター面板３も同様に偏芯移動し、第４図に示
す平面状態となる。上記偏芯量をｘとして示す。
上記偏芯によりカツター面板３の右側端部３ｂは
外側軌跡B₃に位置し得ると共に左側端部３ｃは
内側軌跡B₂側へ移動してこれに接近するが、従
来の余掘り幅１０より偏芯量ｘが少ないことか
ら、内側軌跡B₂との間には未到達部分Ｙが残存
する。上記偏芯移動に際しシールドフレーム本体
部分２ａの上方部および下方部に設けた摺動ボツ
クス２７と２８は、その摺動板２７ｂと２８ｂを
各摺動面形成部材３４の各摺動面３５を摺動せし
めつつ同様に移動する。駆動軸４に固設されてい
る中央隔壁２１ａも移動するが重合部２１ｃによ
りカツターチヤンバ１２側の水密性は維持され
る。各摺動ボツクス２７乃至３０の後面は支持部
材３１との間に備えた重合部３２を摺動する。

上記カツター面板３の内側軌跡B₂への未到達
部分Ｙを掘削すべく、カツター面板３よりオーバ
ーカツタを内側軌跡B₂へ臨ませて突出せしめる。
ついでカツタ面板３を回転させて地山切羽を掘削
する。該掘削において地山切羽はオーバーカツタ
の突出させた部分Ｙ以外は全てカツター面板３に
接し、これにより掘削されるので掘削土砂はカツ
ター面板３に設けたスリツトからカツターチヤン
バ１２に取込まれ、オーバーカツタによる掘削土
砂もカツター面板３の表面に沿つてスリツトに至
りカツターチヤンバ１２へ大部分が取込まれ、内
側余掘り９へ流入する量は僅少なものとなる。以
上によつて外側余掘り６をゼロに省略することが
可能となり得る。第５図は上記状態を前方側から
見た正面図であり、３ｄはカツター面板３の外縁
を示す。

また、上記掘削においてカツター面板３をより
一層偏芯移動させてその左方端部３ｃを内側軌跡
B₂に接するようにしてもよく、この場合外側軌
跡B₃側オーバーカツタを突出させて掘削するこ
ととなり、これにより内側余掘り９への掘削土砂
流入は解消し得る。

以上により地山切羽を掘削しつつシールドジヤ
ツキを伸長して掘進機１に推力を付与して前進さ
せる。外側軌跡B₃側には余掘りが施されていな
いが、シールドフレーム２の前方部分２ｂが截頭
円錐形状としてあるためにこの部分から掘削孔に
沿つて前進することができる。内側軌跡B₂側に
は必要な余掘り９が施工されているので上記推力
により前進することができる。

以上を繰り返すことにより曲線トンネルＢが高
能率に掘進される。特にカツター面板３が平面状
であること、及びカツター面板３を軸直角方向に
精度よく平行移動できてカツター面板３とシール
ドフレーム２前端部との間の〓間を微小にできる
ことから、地山の崩壊を確実に防止することがで
きる。上記実施例を単一円筒体のシールドフレー
ムについて述べたが、中折れ式シールドフレーム
を使用すれば、一層曲線掘削効果を向上し得るこ
とは明白である。またカツター面板の偏芯を所要
方向に行えるので、曲線施工のみならず掘進方向
の修正制御も可能である。

［発明の効果］ 上記した本発明によれば次のごとき優れた効果
が得られる。

カツター面板の偏芯移動により曲線施工時の外
側余掘りとオーバーカツタによる内側余掘りの減
少が図れることは勿論、特にカツター面板が平面
状であること、及びカツター面板を軸直角方向に
精度よく平行移動できてカツター面板とシールド
フレーム前端部との間の〓間を微小にできること
から、地山の崩壊を確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の曲線トンネル掘削を示す平面
図、第２図は本発明のシールド掘進機の縦断面
図、第３図は第２図の−線矢視断面図、第４
図は本発明のシールド掘進機のカツター面板を偏
芯移動させた平面図、第５図は第４図の−線
矢視した拡大正面図である。 図中、１はシールド掘進機、２はシールドフレ
ーム、２ｂは截頭円錐状としたシールドフレーム
の前方部分、３はカツター面板、４は駆動軸、１
２はカツターチヤンバ、２１は隔壁、２２〜２５
はジヤツキである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筒体状のシールドフレームの掘進側開口部
   に、これを覆うべく且つ地山を掘削しつつシール
   ドフレーム内に掘削土砂を取込むために平面状の
   カツター面板を回転自在に設けたシールド掘進機
   において、上記カツター面板の軸芯に連結された
   駆動軸の外周に、軸方向に間隔を隔てて中央隔壁
   と支持部材を軸と直角の鍔状に設け、上記シール
   ドフレームの内周に、上記駆動軸を軸直角方向に
   平行移動自在に支持すべく上記中央隔壁の前面に
   面接触した外方隔壁と上記支持部材の後面に面接
   触した支持板を設け、上記中央隔壁と支持部材と
   の間に駆動軸を軸直角方向に偏芯移動させるジヤ
   ツキを配設したことを特徴とするシールド掘進
   機。