JPH042159B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシールド工事において用いられるいわ
ゆる土圧バランス型のシールド掘進機に関するも
のである。

〔従来の技術〕

土圧バランス型のシールド掘進機は、一般に、
その前面に回動可能に配設されたカツターヘツド
と、その後方に配設されたバルクヘツドとの間に
圧力室を形成し、この圧力室内の土圧を切羽土圧
とバランスさせている。さらに、切羽土圧とバラ
ンスさせるべき圧力室内の土圧を一定に保持しつ
つカツターヘツドにより掘削された土砂を外部に
排出する目的で、シールド掘進機には通常はスク
リユーコンベヤ部材を有する排土装置が設けられ
ている。そして、圧力室内における土圧を一定に
保持するためにはシールドジヤツキの推進速度
と、排土装置による排土量、すなわちスクリユー
コンベヤ部材の回転速度とをそれぞれ適宜調整す
る必要がある。しかるに上記のごとき調整操作に
よつて圧力室内の土圧に保つことは困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる困難性の解消を意図するものとして特開
昭58−173298号公報には、バルクヘツド自体を回
動可能とすると共に前後方向にも移動可能とし、
さらに排土装置としてのスクリユーコンベヤ装置
をバルクヘツドの中心部に挿通したシールド掘進
機が開示されている。この既知のシールド掘進機
は、地盤の性状が全施工区間にわたつてほぼ一様
とみなせる施工条件下では圧力室内の土圧を比較
的容易にほぼ一定に保持して切羽土圧に対する望
ましいバランス状態を達成しうる利点を有する反
面、その構成に由来する下記のごとき問題点を有
するため実用に供しうるものとは言いがたい。

上述した既知のシールド掘進機においては、先
ず、バルクヘツド自体が回動可能であり、しかも
前後方向にも移動可能であるため、バルクヘツド
の駆動装置の構成が大がかりなものとなり、掘進
機内の有効利用スペースが著しく減少する。しか
も、土圧作用面積の大きなバルクヘツドを前後方
向に移動させるためには大出力の駆動装置が必要
とされる。さらに、圧力室内の土砂の排出に供す
るスクリユーコンベヤ装置は、バルクヘツドが回
動可能であることに伴なつて必然的にバルクヘツ
ドの中心部に配置せざるを得ず、これによつても
掘進機内のスペースの有効利用がはかれないこと
は勿論、スクリユーコンベヤ装置の先端部を圧力
室内における最高排土効率の得られる領域に配置
することが困難となる。

なお従来の土圧バランス型シールド掘進機にお
いては施工途中での地盤の性状の変化に際して地
盤改良工事のみでは対処しえず、計画どおりの施
工が困難となり、最悪の場合には工事の中止すら
検討せざるを得ないことがある。これは、もつぱ
ら切羽土圧と圧力室内の土圧とを地盤の性状の変
化に際して適切にバランスさせることの困難性に
起因するものである。

また、従来公知のシールド掘進機として特開昭
57−51398号公報に記載のように、シールド本体
の前面に、カツターホイールを有し、隔壁により
仕切られた圧力室を形成し、スクリユーコンベヤ
を前記圧力室内に臨ませて、このスクリユーコン
ベヤを軸方向に移動させて、スクリユーコンベヤ
の圧力室内への臨ませ量を任意に変更できるよう
にしたもの知られているが、このようなものはゲ
ート部材により圧力室に対するスクリユーコンベ
ヤの開度設定を制御する機構を有しておらず、圧
力室内の土圧と管理土圧との差を減少し零となる
ように制御する機構を具備していない点で実用上
不都合がある。

また、実開昭55−110595号公報に示すようにシ
ールド本体の前面に設けたカツタデイスクの掘削
空間に排土用スクリユーコンベヤを開口して設け
たものが知られているが、このようなものでは、
回転式回転カツターヘツドをもたず、カツタデイ
スクをジヤツキを伸縮させてカツタデイスクを推
進して土砂を掘削するシールド式トンネル掘削機
であり、回転式カツターヘツドをもたないため
に、比較的柔軟な地盤の土砂掘削にのみ使用され
るもので、その用途が限定される欠点がある。

また、特開昭58−33360号公報に記載のように、
このようなものはスクリユーコンベヤの先端部に
開度調節手段を具備せず、圧力室内の土圧を各区
間ごとに測定し、その管理土圧との差が零となる
よう調節する手段も具備していないため、掘削土
を貯留する劃室の土圧を測定し、その過不足を調
節することができず、坑道内のシールド掘進の安
全を期し難い欠点がある。

上述のものではスクリユーコンベヤの側端に前
方止水弁を設けて、出水に際して、ジヤツキを後
退させて前方止水弁によりスクリユーコンベヤの
前方開口部を閉じて止水すると共に、後方止水弁
を開き、スクリユーコンベヤによる排土を行う構
成としたものであるが、この前方止水弁と後方止
水弁とは連動するものであり、ジヤツキによりス
クリユーコンベヤを前進後退させないと排土がで
きない構成としてあり、この前方止水弁はスクリ
ユーコンベヤの先方開口を開閉する機能はあつて
も、充分な調節ができず坑道掘進上安全とは言え
ない欠点がある。

本発明は、従来技術における上記のごとき諸欠
点を一挙に解決することのできる改良された土圧
バランス型のシールド掘進機を提案することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために、本発明によるシー
ルド掘進機は、シールド掘進機の前面に回動可能
に配設されたカツターヘツドと、このカツターヘ
ツドの後方に固設されたバルクヘツドとを具え、
前記カツターヘツドおよびバルクヘツドの間に圧
力室が形成され、さらに、前記カツターヘツドに
より掘削された土砂を前記バルクヘツドに形成さ
れた排土開口を通して前記圧力室内から排出する
ための排土装置をシールド掘進機の内部に具え、
前記排土装置として、前端部が前記バルクヘツド
に固定された管状ケーシングと、この管状ケーシ
ング内に回動可能に配置されたスクリユーコンベ
ヤ部材と、このスクリユーコンベヤ部材を前記管
状ケーシングに対しその軸線方向に変位させるた
めの駆動手段とを具えるスクリユーコンベヤ装置
を設け、前記駆動手段により前記スクリユーコン
ベヤ部材を、その全体が前記管状ケーシング内に
収められる第１の作動位置と、その側端部のみが
前記圧力室内に突出する第２の作動位置との間で
軸線方向に変位可能としたものにおいて、前記ス
クリユーコンベヤ部材が前記第１の作動位置にあ
るときに前記バルクヘツドの開口部の開度を変化
させることのできるゲート部材およびその駆動手
段と、前記圧力室内における土圧を検出するため
の検出手段とを設け、この検出手段により検出し
た前記圧力室内の土圧と各施工工区ごとに予め設
定される管理土圧との差に基いて前記第１および
第２の位置間での前記スクリユーコンベヤ部材の
軸線方向変位、前記スクリユーコンベヤ部材の回
転速度、ならびに前記スクリユーコンベヤ部材が
前記第１の位置にある場合には前記バルクヘツド
の開口部の前記ゲート部材による開度設定の少な
くとも１つを、前記圧力室内の土圧と前記管理土
圧との差を減少する方向に制御する制御装置を設
けたことを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例について一層具体
的に説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例による
シールド掘進機の要部を示すものである。この掘
進機は円筒形状のシールドスキン１を具え、その
前端部にはカツターヘツド２が回動可能に配設さ
れている。カツターヘツド２の後方でシールド掘
進機にはバルクヘツド３を固定し、このバルクヘ
ツド３とカツターヘツド２との間に画成されるス
ペースを圧力室４とする。カツターヘツド２の駆
動軸５はバルクヘツド３の中央を貫通させて掘進
機内まで延在させる。バルクヘツド３の中央には
駆動軸５の軸受６を配置する。バルクヘツド３に
台座７を設け、この台座には複数の油圧モータ８
を駆動軸５を中心として例えば等角度間隔に配置
する。油圧モータ８と駆動軸５とは駆動歯車機構
９を介して連結する。図面には更にシールドジヤ
ツキ１０およびセグメント１１の組立てに供する
エレクタの一部１２が示されているが、これらは
いずれも既知の構成に係るものであるため、説明
を省略する。

本実施例においては、バルクヘツド３の底部に
圧力室４に通じる排土開口１３を形成し、さら
に、図示しない駆動装置により駆動されて排土開
口１３を開放または閉鎖することにより開度を例
えば連続的に設定することのできるゲート部材１
４を排土開口１３に関連させて配置する。カツタ
ーヘツド２により掘削されて圧力室４内に送込ま
れた土砂を外部に排出するための排土装置は、ス
クリユーコンベヤ装置１５により構成する。スク
リユーコンベヤ装置１５は、前端部が排土開口１
３に隣接する位置でバルクヘツド３に固定され、
後端側がブラケツト１６を介してシールドスキン
１の内周において支持されている管状ケーシング
１７を有する。管状ケーシング１７内にスクリユ
ーコンベヤ部材１８を回動可能に配置する。管状
ケーシング１７の後端にはスクリユーコンベヤ部
材１８を回動させるための油圧モータ１９を配置
する。管状ケーシング１７の後端と油圧モータ１
９との間に油圧ジヤツキ２０Ａ，２０Ｂを配置
し、これら油圧ジヤツキを作動させることにより
管状ケーシング１７に対して油圧モータ１９をス
クリユーコンベヤ１８と一体的に軸線方向に変位
させうる構成とする。なお管状ケーシング１７の
後端部側面には排土開口２１を形成し、この排土
開口２１を油圧ジヤツキ２２により作動させるこ
とのできるゲート部材２３によつて開閉可能とす
る。さらに、本実施例においてはバルクヘツド３
の適宜の部位に圧力室４内の土圧を計測するため
の土圧計２４を配置する。この土圧計に加えて、
カツターヘツドの駆動トルク、シールドジヤツキ
推力、シールド掘進機の推進速度、スクリユーコ
ンベヤ部材の回転速度および駆動トルク、切羽水
圧等の各種パラメータに対応する検出機を適宜配
設し、これら検出機の出力信号を土圧計２４の出
力信号と共に適当な制御回路に供給し、この制御
回路によつて例えば後述のごとく排土装置の作動
を制御する構成とすることができる。

上述の構成に係るシールド掘進機において、圧
力室４内の土圧を切羽土圧とバランスさせると共
に掘削された土砂を圧力室４内より外部に排出す
るに際しては、スクリユーコンベヤ装置１５を下
記の態様をもつて作動させる。

先ず、切羽が適度に細粒分を含有し、または加
泥された土砂、したがつて流動性の良好な砂礫層
などよりなる場合、バルクヘツド３に設けたゲー
ト部材１４を開放位置に保持して排土開口１３を
開放状態としておき、さらにスクリユーコンベヤ
部材１８はその全体を管状ケーシング１７内に収
めた状態で油圧モータ１９によりスクリユーコン
ベヤ部材１８を駆動する。カツターヘツド２によ
り切羽から掘削された土砂は、カツターヘツド２
により圧力室４内に送込まれ、切羽の土砂とバラ
ンスさせる圧力を圧力室４内に生じる。圧力室４
内の圧力を土圧計２４により検出し、各施工工区
ごとに予め設定されている切羽の管理土圧との差
が減少するようにスクリユーコンベヤ部材１８の
回転速度を制御する。スクリユーコンベヤ部材１
８の作動により、圧力室４内の土砂がバルクヘツ
ド３の排土開口１３および管状ケーシング１７を
経て排土開口２１からシールド掘進機内に送込ま
れ、これより適宜の搬送手段によつて外部に排出
されることは勿論である。

切羽が水分を過剰に含有する滞水砂層などより
なる場合には、圧力室４内の土砂がスクリユーコ
ンベヤ装置によつて過剰に排出され、切羽土圧と
バランスさせるべき圧力を圧力室４内に維持する
ことが困難となる。このことは、スクリユーコン
ベヤ装置の排土開口２１から排出される土砂の性
情を観察することにより、また土圧計２４で検出
する圧力室４内の圧力低下によつても確認するこ
とができる。かかる場合には、バルクヘツド３の
排土開口１３の開度をゲート部材１４によつて変
化させると共にスクリユーコンベヤ部材１８の駆
動を中断する。かくして圧力室４内の圧力は所要
レベルに維持することが可能となるものである。

切羽が流動性の悪い粘土層などよりなる場合に
は、バルクヘツド３に設けたゲート部材１４を開
放位置に保持して排土開口１３を開放状態として
おき、さらに、第２図に示すごとく油圧ジヤツキ
２０Ａ，２０Ｂによりスクリユーコンベヤ部材１
８をその先端部が圧力室４内に突出する作動位置
まで軸線方向に変位させる。これにより、切羽か
ら掘削されて圧力室４内に押込まれている土砂を
スクリユーコンベヤ部材１８によつて積極的に排
土装置内に取込んで外部に排出することが可能と
する。

本発明によるシールド掘進機を用いてシールド
工事を遂行するにあたつては、各施工工区につい
て望ましくは施工の直前に切羽の管理土圧を設定
し、この管理土圧と圧力室内の土圧との差を減少
させるようにシールド掘進機の作動を制御する。
その管理土圧の設定に際しては、圧力室内の土圧
および／または水圧の変動、シールドジヤツキの
所要推力の変動、排出される土砂の性状の変化等
の各パラメータをシールド掘進機の後方に配置し
た台車の監視盤により監視し、地盤の性状の変化
に起因する切羽土圧の変動を経験則に基いて予測
する。さらに、管理土圧と圧力室内の土圧との差
を減少させるための一手段として、排土装置のス
クリユーコンベヤ部材の第１図および第２図に示
す作動位置間での軸線方向変位、スクリユーコン
ベヤ部材回転速度、ならびにスクリユーコンベヤ
部材が第１図に示す作動位置にあるときのバルク
ヘツドにおける排土開口の開度設定の少なくとも
１つを例えば適当な判別機能を有する制御回路に
よつて自動的に制御可能とするのが望ましい。

上述したごとく、本発明によれば、地盤の性状
の変化に対応して排土装置のスクリユーコンベヤ
部材を圧力室に対して軸線方向に適宜進退させう
る構成としたことにより、圧力室内の圧力を切羽
の管理土圧に対して正確にバランスさせることが
可能となり、圧力室内の土圧値の変動幅を減少さ
せることができるため切羽の崩壊を防止しうると
共にカツターヘツドに異常な負荷が作用する事態
を効果的に回避することが可能となる。また、従
来のシールド掘進機では例えば砂礫地盤の掘削時
に排土開口からの出水に伴なう細粒分流出によつ
てスクリユーコンベヤ部材が回転不能となつた
り、粘土質の地盤では圧力室内に土塊が残り、排
土装置に詰まりが生じて土砂の移送能力が実質的
になくなる等の不都合が生じていたが、本発明の
シールド掘進機では上記のごとき事態に際してス
クリユーコンベヤ部材を軸線方向に変位させるこ
とによつて直ちに初期性能を回復することが可能
となるものである。さらに、地盤の性状の変化に
対応して軸線方向に変位可能とする部材が排土装
置のスクリユーコンベヤ部材であるため、スクリ
ユーコンベヤ部材をシールド掘進機内における最
高排土効率の得られる領域、特に圧力室内の下側
領域に対応する部位に配置することも可能とな
る。

〔発明の効果〕

(1) 本発明の上記構成によれば、排土装置のスク
リユーコンベヤ部材のみをその側端部が圧力室
内に突出する作動位置と全体が管状ケーシング
内に収められる作動位置との間で軸線方向に変
位させて圧力室内に土圧を地盤の性状の変化に
起因する切羽土圧の変動に対して適切に制御す
ることが可能となる。

(2) なお、土圧作用面積の比較的小さな排土装置
のスクリユーコンベヤ部材のみを軸線方向に変
位させるため、その駆動手段は比較的小出力の
もので良い。

(3) 更に、前述の従来技術におけるごとくバルク
ヘツドを回動可能とする必要がないため、排土
装置のスクリユーコンベヤ部材をシールド掘進
機内のスペースの有効利用がはかれ、しかも圧
力室内における最高排土効率の得られる領域に
配置することが可能となる。

(4) 本発明のシールド掘進機においては、スクリ
ユーコンベヤ部材の先端にバルクヘツド３の開
口部の開度を変化させるゲート部材およびその
駆動手段を設けたので、出水等の地盤の性状の
変化および切羽土圧と圧力室内との土圧を適切
にバランスさせることが容易に可能となる。

(5) 本発明のシールド掘進機においては、スクリ
ユーコンベヤを、その軸線方向に変位させるた
めの駆動機構と、スクリユーコンベヤの開口部
の開度を変化させることのできるゲート部材
と、圧力室内の土圧検出手段とを設け、圧力室
内の土圧と各施工工区ごとに予め設定される管
理土圧との差に基いてゲート部材の開度の設
定、スクリユーコンベヤの回転速度とを関連し
て制御するようにし、これにより圧力室内の土
圧を一定の管理土圧に保つよう制御するように
構成し、掘進中の不測の事故の発生を防止する
ようにしたもので工業上有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例によ
るシールド掘進機を異なる作動位置で示す縦断面
図である。 １……シールドスキン、２……カツターヘツ
ド、３……バルクヘツド、４……圧力室、１３…
…排土開口、１４……ゲート部材、１５……スク
リユーコンベヤ装置、１６……ブラケツト、１７
……管状ケーシング、１８……スクリユーコンベ
ヤ部材、１９……油圧モータ、２０Ａ，２０Ｂ…
…油圧ジヤツキ、２４……土圧計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シールド掘進機の前面に回動可能に配設され
   たカツターヘツドと、このカツターヘツドの後方
   に固設されたバルクヘツドとを具え、前記カツタ
   ーヘツドおよびバルクヘツドの間に圧力室が形成
   され、さらに、前記カツターヘツドにより掘削さ
   れた土砂を前記バルクヘツドに形成された排土開
   口を通して前記圧力室内から排出するための排土
   装置をシールド掘進機の内部に具え、前記排土装
   置として、前端部が前記バルクヘツドに固定され
   た管状ケーシングと、この管状ケーシング内に回
   動可能に配置されたスクリユーコンベヤ部材と、
   このスクリユーコンベヤ部材を前記管状ケーシン
   グに対しその軸線方向に変位させるための駆動手
   段とを具えるスクリユーコンベヤ装置を設け、前
   記駆動手段により前記スクリユーコンベヤ部材
   を、その全体が前記管状ケーシング内に収められ
   る第１の作動位置と、その先端部のみが前記圧力
   室内に突出する第２の作動位置との間で軸線方向
   に変位可能としたものにおいて、前記スクリユー
   コンベヤ部材が前記第１の作動位置にあるときに
   前記バルクヘツドの開口部の開度を変化させるこ
   とのできるゲート部材およびその駆動手段と、前
   記圧力室内における土圧を検出するための検出手
   段とを設け、この検出手段により検出した前記圧
   力室内の土圧と各施工工区ごとに予め設定される
   管理土圧との差に基いて前記第１および第２の位
   置間での前記スクリユーコンベヤ部材の軸線方向
   変位、前記スクリユーコンベヤ部材の回転速度、
   ならびに前記スクリユーコンベヤ部材が前記第１
   の位置にある場合には前記バルクヘツドの開口部
   の前記ゲート部材による開度設定の少なくとも１
   つを、前記圧力室内の土圧と前記管理土圧との差
   を減少する方向に制御する制御装置を設けたこと
   を特徴とするシールド掘進機。