JPH04357295A - シールド推進方法及び装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広くはシールドトンネ
ル推進方法および装置に関し、特に、管推進工法での使
用に適したシールド推進方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管推進工法では、一般に、推進されるべ
き管の最前部にシールドが設置され、該シールドに設け
られたカッタの作動により地盤が穿孔され、これに引続
く管後方のジャッキの作動によりシールドおよび管に推
力が及ぼされ、両者は穿孔された地盤中に推進される。 前記カッタは、シールドの内部を横切る隔壁の前方に隔
壁から間隔をおいて配置されており、シールドおよび管
が推進されているとき、カッタで削り取られた被掘削物
は、前記間隔内に充満した状態に保たれ、隔壁からの反
力を地盤の切羽に作用させる。この反力と土圧とが均衡
して切羽は安定に維持される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、被掘削物は、前
記間隔内をカッタの回転と共に回りながら、隔壁の下部
に設けられたスクリューコンベヤ等の排出手段に至り、
この排出手段を経て排出されている。そのため、被掘削
物と隔壁との間に大きな摩擦力が働き、カッタ駆動装置
の負担を増大している。この傾向は、特に、砂質礫地盤
で著しいことから、砂質礫地盤を泥水加圧工法を用いて
推進するときには、切羽に供給する泥水中のベントナイ
トの濃度を上げたり、泥の量を増すなどして摩擦を軽減
させているが、この工法では、使用後の泥水の処理に困
難を来たす。しかも、泥水加圧工法以外の工法では、摩
擦力の軽減はできない。

【０００４】ところで、前記摩擦力は土圧に比例して増
大するため、摩擦力を小さくするには、土圧を可及的に
低くする必要がある。しかし、地盤の土圧限界である主
働土圧以下に土圧を下げることはできず、泥水加圧工法
においても、摩擦力を下げることには自ずと限界があっ
た。

【０００５】従って、本発明の目的は、被掘削物を隔壁
とカッタとの間の間隔内でカッタと共に回すことによっ
て生じていた摩擦力を軽減することにある。本発明の別
の目的は、軟弱地盤から硬質地盤にわたる広範囲の地盤
に実施可能なシールド推進方法および装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシールド推
進方法は、シールド本体の内周面で囲まれた空間であっ
て前記シールド本体の軸線方向における直径が実質的に
同じである円筒形状の空間内に配置したロータリヘッド
を偏心回転運動させると共に自転させ、これによる前記
ロータリヘッドの被掘削物との接触により被掘削物を前
記内周面に向けて圧密し、その間に前記シールド本体に
推力を及ぼす。

【０００７】ロータリヘッドは、後方へ向けて外径が次
第に大きくなる円錐形または切頭円錐形である。ロータ
リヘッドは、偏心回転運動に伴なって強制的に自転され
る外、ロータリヘッドに接する被掘削物によって自転さ
れる。

【０００８】本発明に係るシールド推進装置は、筒状の
シールド本体であってその直径方向に設けられた隔壁と
該隔壁の前方に設けられ、シールド本体の内周面で囲ま
れた空間とを有し、前記内周面の直径がシールド本体の
軸線方向において実質的に同じであり、円筒形状の前記
空間を画定するシールド本体と、前記隔壁に回転可能に
支承されかつ該隔壁の後方で駆動機構に連結された一端
および前記隔壁の前方に伸びる他端を有するクランク軸
と、該クランク軸の前記他端に回転可能に支承されかつ
前記空間内に配置された、後方へ向けて外径が次第に大
きくなる円錐形または切頭円錐形のロータリヘッドと、
前記隔壁の前方域からその後方域へ被掘削物を排出する
手段と、前記シールド本体の後方にあって該シールド本
体に推力を与えるジャッキとを含む。

【０００９】本発明に係るシールド推進装置はまた、駆
動機構に連結された偏心カラーを隔壁で回転可能に支承
し、該偏心カラーによって前記クランク軸を回転可能に
支承する構成とすることもできる。

【００１０】

【実施例】本発明に係るシールド推進方法は、後述する
ように、円筒形状の空間内で、円錐形または切頭円錐形
のロータリヘッドを偏心回転運動させると共に自転させ
、ロータリヘッドの偏心回転運動中にシールド本体に推
力を及ぼす。このシールド推進方法は、空間の形状を除
く基本構成において図２に示すシールド推進方法と同じ
である。

【００１１】図２に示すシールド推進方法は、シールド
本体１０の空間１２内に配置したロータリヘッド１４を
偏心回転運動させると共に自転させ、ロータリヘッドの
偏心回転運動中に前記シールド本体１０に推力を及ぼす
。

【００１２】ロータリヘッド１４は、シールド本体１０
の中心よりｅだけ偏って位置しており、シールド本体１
０に対して偏心した状態で回転運動をし、同時に自転さ
れる。この自転は、偏心回転運動に伴なって強制的に起
こされる外、ロータリヘッド１４が被掘削物１６に接す
ることによる摩擦によって起こされる。

【００１３】ロータリヘッド１４が、シールド本体１０
の空間１２内で偏心回転運動と自転とをすると、被掘削
物１６は、シールド本体１０とロータリヘッド１４との
間に挾まれ、圧密される。被掘削物１６の圧密される部
分は、ロータリヘッド１４の偏心回転運動につれてシー
ルド本体１０の円周方向へ順次移動する。他方、シール
ド本体１０は推力を受けて前進しているため、被掘削物
１６に土圧が発生し、この土圧が矢印Ａで示すように、
地盤１８の切羽１９に作用する。この反力Ｂと、圧密部
分が円周方向へ順次移動することとにより、被掘削物１
６は、後方へ押し出され、ロータリヘッド１４とシール
ド本体１０との間の間隙２０を通ってずり室２２へ排出
される。被掘削物１６はその後、坑外へ排出される。

【００１４】ロータリヘッド１４の偏心回転運動により
、被掘削物１６の圧密される部分は円周方向へ順次移っ
て行くけれども、これは、ロータリヘッド１４が被掘削
物１６を転がるように運動した結果であって、被掘削物
１６そのものは、円周方向へ回転することなくシールド
本体１０の軸線方向へ直線的に押し出される。この場合
の被掘削物１６の押し出し効果は、切羽１９の土圧反力
が大きくなるにつれて増大するため、従来の、カッタの
回転と共に被掘削物を回しながら排出する方法とは正反
対の結果をもたらす。

【００１５】本発明に係るシールド推進装置は、空間の
形状を除く基本構成において図３に示すシールド推進装
置３０と同じである。このシールド推進装置３０は、筒
状のシールド本体であってその直径方向に設けられた隔
壁３６と隔壁３６の前方に設けられた空間１２とを有す
るシールド本体１０と、シールド本体１０の前方の空間
１２内に配置された円錐形のロータリヘッド１４と、シ
ールド本体１０の後方に連なるコンクリート管３２に推
力を及ぼす、それ自体公知の流体圧ジャッキまたはねじ
ジャッキ（図示せず）とを含む。

【００１６】隔壁３６の前方の空間１２は、シールド本
体の内周面３４で囲まれている。シールド本体１０は、
円周方向へ間隔をおいて複数配置された液圧シリンダ１
１（図には１つのみを示す）により、方向修正される。

【００１７】クランク軸３８の一端側の軸部分３９ａは
、隔壁３６に取り付けられた一対の軸受４０に支承され
ており、軸部分３９ａは、隔壁３６の後方の一端で、減
速機４２および電動機４４からなる駆動機構４６の減速
機４２の出力軸４３にキー結合されている。他方、クラ
ンク軸３８の他端側の軸部分３９ｂは、ロータリヘッド
１４に配置された一対の軸受４８を介してロータリヘッ
ド１４を回転可能に支承している。クランク軸３８は、
その軸部分３９ａと軸部分３９ｂとの間にｅの偏心量を
有する。

【００１８】隔壁３６の下方部分に円周方向ヘ間隔をお
いて一対の管５０、５２が取り付けられており、これら
管は、いずれも隔壁前方へ向けて開口され、内周面３４
と隔壁３６との間にあるずり室２２に連通している。管
５０は、清水や泥水のような液体を隔壁３６の前方へ供
給するための液体供給管であり、また、管５２は、地盤
中の余剰水や土砂等の被掘削物１６を、供給された液体
と共に排出するための液体排出管である。被掘削物１６
の排出はこの外、スクリュコンベヤによることもできる
。

【００１９】シールド本体１０の空間１２内に配置され
たロータリヘッド１４は、図３および図４に示すように
、隔壁３６の円筒状の突出部３７に対面する部位に内歯
車５４を有する。他方、隔壁３６の突出部３７に、内歯
車５４に噛み合う歯車５６が取り付けられ、クランク軸
３８と相まって遊星歯車機構５８が構成されている。 この結果、ロータリヘッド１４は、クランク軸３８が回
転すると、偏心回転運動をされ同時に強制回転、すなわ
ち自転される。遊星歯車機構５８を省略することもあり
、この場合、ロータリヘッド１４は被掘削物１６により
自転される。

【００２０】ロータリヘッド１４は、図３および図５に
示すように、その先端部分にカッタ６０を備える。カッ
タ６０は、図示の実施例では、ロータリヘッド１４から
放射状に配置された複数のスポーク６２と、各スポーク
上に設けられた複数のビットまたはチップ６４とからな
る。カッタ６０はこの外、少なくとも１つのスリットを
有する円板の前記スリットから複数のビットまたはチッ
プを前方に向けて突出させて形成することもできる。カ
ッタ６０は、シールド推進装置３０が軟弱ないし軟質な
地盤中を推進する場合には、省略できる。

【００２１】図６に示すシールド推進装置３０では、ロ
ータリヘッド１４の圧砕作用を高めるために、シールド
本体１０の内周面３４とロータリヘッド１４の外周面１
５とに、円周方向へ伸びる複数の尖端６６、６８がそれ
ぞれ設けられ、ビットまたはチップとなっている。これ
らの尖端６６、６８は、らせん状または放射状とするこ
ともでき、また、凹部と凸部とを交互に連続させて形成
することもできる。

【００２２】図６に示すシールド推進装置３０には、ロ
ータリヘッド１４と隔壁３６とがなす間隙用のシール装
置７０が設けられている。このシール装置７０は、リン
グ７２と、ばね７４とを備える。リング７２は隔壁３６
の前方に向く孔内に、クランク軸３８の軸線方向へ移動
可能に配置され、その外周に装着されたＯリング７６を
有する。他方、内歯車５４を有する部材７８が外周にＯ
リング７９を装着させてロータリヘッド１４の後方に取
り付けられており、ばね７４により部材７８に向けて偏
倚されたリング７２が部材７８に密接している。

【００２３】シール装置７０によれば、リング７２およ
び（または）部材７８の滑動部が摩耗すると、ばね７４
によってリング７２が前方へ押し出され、リング７２は
部材７８と常に密接することとなり、シール性能を永続
して得ることができる。

【００２４】図３のシールド推進装置３０において、電
動機４４を作動させると、クランク軸３８が回転され、
ロータリヘッド１４は、シールド本体１０の中心からｅ
だけ偏心して回転運動される。ロータリヘッド１４が偏
心回転運動するにつれて、ロータリヘッド１４の歯車５
４の、隔壁３６の歯車５６との噛み合い部位が順次移動
するため、ロータリヘッド１４は、クランク軸３８の軸
部分３９ｂを中心として自転することとなる。この状態
で、ジャッキによりコンクリート管３２の後方から推力
を与えると、シールド本体１０は前進し、地盤１８の切
羽１９から掘削された被掘削物１６は、ロータリヘッド
１４とシールド本体１０の内周面３４との間で圧密され
、切羽１９から加わる反力によって後方へ押し出される
。このようにしてずり室２２へ排出された被掘削物１６
は、管５２を経て後方へ排出される。

【００２５】図７および図８に示すシールド推進装置９
０は、図３に示したものと同じ構成の、シールド本体１
０と、シールド本体１０の前部の空間１２内に配置され
たロータリヘッド１４とを備える。しかし、このシール
ド推進装置９０は、二重の偏心機構９２を含む。

【００２６】偏心機構９２は、隔壁３６に軸受９４を介
して回転可能に支承された偏心カラー９６を備え、偏心
カラー９６は、この偏心カラー内に相対回転可能に配置
されたスリーブ９８を有する。クランク軸３８は、スリ
ーブ９８に回転可能に支承されている。偏心カラー９６
に歯車１００が設けられており、他方、シールド本体１
０に、減速機１０２と電動機１０４とからなる駆動機構
１０６が取り付けられ、この駆動機構１０６の減速機１
０２の軸に固定された歯車１０８が、歯車１００と噛み
合い、偏心カラー９６を回転させる。

【００２７】減速機４２と電動機４４とからなる駆動機
構４６の減速機４２が、スリーブ９８のフランジ９９に
固定され、スリーブ９８に回転可能に受け入れられたク
ランク軸３８の軸部分３９ａが、減速機４２の軸にキー
結合されている。クランク軸３８の前方の軸部分３９ｂ
は、ロータリヘッド１４を回転可能に支承している。ス
リーブ９８は、そのフランジ９９と一体をなすブラケッ
ト１１０を備え、シールド本体１０を横切る方向へ伸び
る揺動アーム１１２の一端が、ブラケット１１０にピン
１１４により枢着されている。揺動アーム１１２の他端
は、シールド本体１０に設けられたブラケット１１６に
ピン１１８により枢着されている。揺動アーム１１２の
作用により、スリーブ９８は、偏心カラー９６の回転に
従って偏心運動はするが、それ自体の軸線を中心とする
回転運動は阻止されている。

【００２８】クランク軸３８の回転中に、偏心カラー９
６を少なくとも１回転または所定の角度回転させること
により、ロータリヘッド１４を支承するクランク軸３８
自体が、シールド本体１０の中心の回りに偏心した回転
運動をすることとなる。従って、ロータリヘッド１４の
シールド本体１０に対する偏心量が大きくなり、被掘削
物に及ぼす圧密を増大できる。偏心カラー９６の回転数
は、クランク軸３８の回転数の１／２０程度に設定する
ことができ、また、偏心カラー９６の回転は、駆動機構
１０６による駆動を制御することにより、連続的にまた
は間断的に行うことができる。

【００２９】シールド推進装置９０は、スリーブ９８を
設けることなく偏心カラー９６にクランク軸３８を回転
可能に支承することによっても実施できる。

【００３０】本発明に係るシールド推進装置の実施例を
示す図１において、前記した構造と実質的に同じ構造に
は同じ符号を付け、詳細な説明は省略する。シールド推
進装置１２０は、隔壁３６の前方の空間１２２内に配置
されたロータリヘッド１２４を有する。ロータリヘッド
１２４は、切頭円錐形状に形成され、クランク軸３８に
回転可能に支承されている。シールド推進装置１２０で
は、切頭円錐形状のロータリヘッド１２４に代えて、前
記したシールド装置に用いた円錐形状のロータリヘッド
１４を使用することができる。

【００３１】空間１２２は、シールド本体の内周面１２
６で囲まれている。内周面１２６は、シールド本体１０
の軸線方向における直径が実質的に同じである円筒面に
形成され、円筒形状の空間１２２を画定する。

【００３２】本発明に係るシールド推進方法では、被掘
削物への圧密効果を高めるべく、シールド本体１０の内
周面１２６で囲まれた円筒形状の空間１２２内で、後方
へ向けて外径が次第に大きくなる円錐形または切頭円錐
形のロータリヘッドを偏心回転運動させると共に自転さ
せる。そして、前記シールド推進方法を実施する本発明
に係るシールド推進装置では、シールド本体１０の内周
面１２６で囲まれた空間１２２を、シールド本体１０の
軸線方向における直径が実質的に同じである円筒形状に
形成する一方、ロータリヘッド１４を、後方へ向けて外
径が次第に大きくなる円錐形または切頭円錐形に形成し
ている。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果が得られる。 地盤の切羽から働く反力が大きい程、ロータリヘッドと
シールド本体との間からの被掘削物の排出効果を増大で
きる。すなわち、従来工法では、被掘削物の摩擦を軽減
するため、主働土圧以上の土圧範囲であって可及的に低
い土圧反力を得るようにして地山の崩壊を防止しながら
推進していたのに対し、本発明では、受働土圧以下の土
圧範囲であって可及的に高い土圧反力を得るようにして
地山の崩壊を防止しながら推進することができ、一層安
全なシールド推進方法である。

【００３４】受働土圧以下の高い土圧反力で推進する場
合、ジャッキに加える推力を大きくできるので、工期の
短縮が可能である。また地山の安定性が高いので、例え
ば、加圧水によって土圧のバランスを保ちながら推進す
るとき、ベントナイトなどの泥水による加圧は不要とな
り、清水で十分である。この結果、極めて経済的であり
、排水の処理が容易となる。

【００３５】被掘削物をシールド本体内で回しながら排
出口へ導くのではなく、被掘削物をロータリヘッドの偏
心回転運動による圧密と、土圧反力、すなわちシールド
本体の接近により生ずる力とにより直線的に排出口へ導
くものであること、そしてロータリヘッドが自転するこ
とから、ロータリヘッドの回転に対する抵抗が小さく、
被掘削物による摩耗を軽減できる。しかも、シールド本
体の内周面で囲まれた空間と、この空間内に配置したロ
ータリヘッドとによって画定される被掘削物のためのい
わば通路の断面積が、後方へ向けて次第に小さくなって
いるため、被掘削物の圧密を効果的かつ十分に行うこと
ができる。

【００３６】土圧の制御は、ジャッキによる推進速度の
制御だけで容易に行いうるので、取扱いが簡単であり、
自動化し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド推進装置の前部の空間と
ロータリヘッドとを示す断面図である。

【図２】シールド推進方法の基本構成を示す断面説明図
である。

【図３】シールド推進装置の基本構成を示す断面図であ
る。

【図４】図３の４−４線に沿って切断した断面図である
。

【図５】図３の５−５線方向から見た側面図である。

【図６】別のシールド推進装置の基本構成を示す断面図
である。

【図７】さらに別のシールド推進装置の基本構成を示す
断面図である。

【図８】図７の８−８線に沿って切断した断面図である
。

【符号の説明】

１０　　シールド本体 １２、１２２　　空間 １４、１２４　　ロータリヘッド １６　　被掘削物 ３０、９０、１２０　　シールド推進装置３６　　隔壁 ３８　　クランク軸 ４６、１０６　　駆動機構 ９２　　偏心機構 ９６　　偏心カラー １２６　　内周面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シールド本体の内周面で囲まれた空間
   であって前記シールド本体の軸線方向における直径が実
   質的に同じである円筒形状の空間内に配置した、後方へ
   向けて外径が次第に大きくなる円錐形または切頭円錐形
   のロータリヘッドを偏心回転運動させると共に自転させ
   、これによる前記ロータリヘッドの被掘削物との接触に
   より被掘削物を前記内周面に向けて圧密し、その間に前
   記シールド本体に推力を及ぼす、シールド推進方法。
2. 【請求項２】　　筒状のシールド本体であってその直径
   方向に設けられた隔壁と該隔壁の前方に設けられ、シー
   ルド本体の内周面で囲まれた空間とを有し、前記内周面
   の直径がシールド本体の軸線方向において実質的に同じ
   であり、円筒形状の前記空間を画定するシールド本体と
   、前記隔壁に回転可能に支承されかつ該隔壁の後方で駆
   動機構に連結された一端および前記隔壁の前方に伸びる
   他端を有するクランク軸と、該クランク軸の前記他端に
   回転可能に支承されかつ前記空間内に配置された、後方
   へ向けて外径が次第に大きくなる円錐形または切頭円錐
   形のロータリヘッドと、前記隔壁の前方域からその後方
   域へ被掘削物を排出する手段と、前記シールド本体の後
   方にあって該シールド本体に推力を与えるジャッキとを
   含む、シールド推進装置。
3. 【請求項３】　　筒状のシールド本体であってその直径
   方向に設けられた隔壁と該隔壁の前方に設けられ、シー
   ルド本体の内周面で囲まれた空間とを有し、前記内周面
   の直径がシールド本体の軸線方向において実質的に同じ
   であり、円筒形状の前記空間を画定するシールド本体と
   、前記隔壁に回転可能に支承されかつ第１の駆動機構に
   連結された偏心カラーと、該偏心カラーに回転可能に支
   承されたクランク軸であって第２の駆動機構に連結され
   た一端および前記隔壁の前方に伸びる他端を有するクラ
   ンク軸と、該クランク軸の前記他端に回転可能に支承さ
   れかつ前記空間内に配置された、後方へ向けて外径が次
   第に大きくなる円錐形または切頭円錐形のロータリヘッ
   ドと、前記隔壁の前方域からその後方域へ被掘削物を排
   出する手段と、前記シールド本体の後方にあって該シー
   ルド本体に推力を与えるジャッキとを含む、シールド推
   進装置。