JPH04357298A - 角型シールド掘削機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、四角形の断面形状を有
するトンネル、穴、溝等の構築に用いる角型のシールド
掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】四角形の断面形状を有するトンネルを掘
削する角型シールド掘削機の１つとして、四角筒状のシ
ールド本体の前部に本体の軸線と直交する方向へ直線的
な往復運動可能にかつ互いに間隔をおいて配置された複
数の支持杆と、各支持杆に取り付けられた複数のカッタ
ビットとを掘削手段として用いるものがある（特開平１
−３１００８９号公報）。この掘削機において、本体内
は隔壁により高圧に維持される前方域と大気圧に維持さ
れる後方域とに区画されており、支持杆は隔壁と平行に
前方域に配置された支持板に移動可能に支持されている
。この掘削機は、支持杆の直線的な往復運動にともなう
各カッタビットの直線的な往復運動により切羽を掘削す
る。

【０００３】角型シールド掘削機の他の１つとして、四
角筒状のシールド本体の前部に本体の軸線と交差する方
向へ伸びる軸線の周りに回転可能に配置されたドラムと
、該ドラムの外周面に取り付けられた多数のカッタビッ
トとを掘削手段として用いるものがある（特開平２−６
６２９５号公報）。この掘削機は、ドラムの回転運動に
ともなう各カッタビットの回転運動により切羽を掘削す
る。

【０００４】しかし、前者では、支持板が土圧を受ける
面板として作用するから、支持板を経てその後方へ移動
する掘削物の量が少なく、したがって掘削効率が低い。 また、カッタビットの往復移動の範囲が小さいから、大
きな礫を含む地盤を掘削することができない。

【０００５】後者では、掘削物がドラムおよびカッタビ
ットの回転にともなって前記軸線の周りに回転されるか
ら、掘削物を本体内に効果的に取り込むことができず、
したがって掘削効率が低い。特に、本体内を前方域と後
方域とに区画し、前方域内の掘削物を泥水により排出す
る掘削機の場合は、前方域全体が泥水室として作用する
から、前方域内の掘削物がスラリー状を呈し、その結果
出口に到達しかつ該出口から排出される掘削物の量が少
なく、掘削効率が低い。

【０００６】

【解決しようとする課題】本発明は、四角形の断面形状
を有するトンネル、穴または溝を効率よく掘削すること
ができる角型シールド掘削機を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【解決手段、作用、効果】本発明の角型シールド掘削機
は、掘削物を受け入れる空間を前端部に有する四角筒状
のシールド本体と、該本体の対向する一対の外面部と直
交する方向へ伸びる掘削部を有する掘削手段と、前記掘
削部の方向へ伸びる軸線を中心とする円弧状の軌跡を前
記掘削部に描かせるべく前記掘削手段に前記軸線の周り
の角度的な往復運動を与える駆動手段と、前記空間内の
掘削物を前記本体の外へ排出する手段とを含む。

【０００８】掘削機は、これを前進させる推力発生装置
により推力を受ける。掘削機が前進される間、掘削手段
は駆動手段により前記軸線の周りの角度的な往復運動す
なわち前記軸線を中心とする揺動運動を与えられて切羽
を掘削する。掘削物は、本体に形成された空間に受け入
れられる。空間内の掘削物は、掘削機の前進にともなっ
て空間内をその後方へ移動し、最終的に排出手段により
本体の外へ排出される。

【０００９】本発明によれば、掘削物が掘削機の前進に
ともなって本体の空間内をその後方へ確実に移動される
から、排出可能の掘削物の量が多く、したがって掘削効
率が高い。また、掘削部の往復運動の範囲を広くするこ
とができるから、大きな礫を含む地盤を掘削することが
できる。

【００１０】前記空間を、前記軸線と直交する方向の寸
法が前部から後部へ向けて漸次減少する形状とすること
ができる。

【００１１】前記空間を、掘削物を受け入れるずり室と
、該ずり室から掘削物を受け入れる泥水室とに分け、泥
水室内の掘削物を泥水式の排出手段により排出すること
ができる。泥水は第１のパイプにより前記泥水室に供給
され、前記泥水室内の掘削物は第２のパイプにより泥水
とともに排出される。

【００１２】前記駆動手段は、前記軸線の方向へ伸びか
つ前記軸線の周りに角度的に回転可能に前記本体内に配
置されたシャフトと、該シャフトの両端部に動力を与え
る一対の駆動機構とを備えることが好ましい。これによ
り、シャフトの一端部に動力を与える場合に比べ、大き
な動力を発生する駆動機構を用いて大きな動力をシャフ
トに伝達することができる。

【００１３】前記掘削手段は、前記シャフトに支持され
かつ前後方向へ伸びるアームと、前記アームの先端部に
取り付けられかつ前記軸線の方向へ伸びる支持杆と、該
支持杆に前記軸線の方向に順次取り付けられた複数のビ
ットとを備えることができる。

【００１４】さらに、前記掘削手段の角度的な往復運動
の範囲を検出する手段を含むことが好ましい。これによ
り、掘削手段による余掘りの量を規制することができる
。

【００１５】

【実施例】図１〜図５を参照するに、角型シールド掘削
機１０は、四角筒状のシールド本体１２を含む。本体１
２は互いに突き合わされた四角筒状の第１および第２の
本体部１４，１６を備えており、第１および第２の本体
部１４，１６は図１に示す複数のボルト１８により分離
可能に連結されている。

【００１６】図示の例では、本体１２は、図示しない元
押し装置のような推力発生装置による推力を、掘削機１
０による掘削跡に押し込まれる四角筒状の複数のパイプ
２０を介して受けることにより前進される。しかし、推
力発生装置として、たとえば、図６に示すように、掘削
機１０による掘削跡に構築された覆工２２を反力体とす
る複数のジャッキ２４を備える装置を用いてもよい。

【００１７】第１の本体部１４は、掘削物を受け入れる
ずり室２６と、該ずり室の後部に続く泥水室２８と、第
２の本体部１６内に連通する大気圧室２０とを有する。 ずり室２６および泥水室２８は、本体１２に取り付けら
れかつ刃口を規定する複数の壁部材３２と、該壁部材に
接続されたケース３４とにより、大気圧室３０から区画
されている。ケース３４は、複数のリブ３６により第１
の本体部１４に支持されている。

【００１８】ずり室２６は、本体１２の対向する一対の
外面部と直交する第１の方向の間隔および本体１２の対
向する他の一対の外面部と直交する第２の方向の間隔が
前方から後方へ向けて漸次狭くなる四角錐台状の形状を
有する。これに対し、泥水室２８は、第１の方向へ伸び
る間隔は前方から後方へ向けて漸次狭くなるが、第２の
方向の間隔がほぼ同じとなる台形状の断面形状を有する
。

【００１９】ずり室２６と泥水室２８との境界部には、
第１の方向へ伸びるシャフト３８が配置されている。シ
ャフト３８は、図３に示すように、その両端部において
ケース３４を貫通している。シャフト３８をその軸線４
０の周りに回転可能に支持するベアリング４２は、ケー
ス３４のボス部４４に取り付けられたベアリングケース
４６に配置されている。

【００２０】シャフト３８は、その端部に連結された一
対の駆動機構４８により、軸線４０の周りに角度的に往
復回転される。各駆動機構４８は、図示の例では、作動
油圧、圧力水、圧縮空気等の圧力流体により作動される
複動型のジャッキ５０と、ジャッキ５０のシリングを第
１の本体部１４の後端に取り付けられた矩形の端板５２
に連結するブラケット５４と、ジャッキ５０のピストン
ロッドをシャフト３８の端部に連結するリンク５６とを
備える。

【００２１】ブラケット５４は端板５２にボルト等によ
り取り付けられており、リンク５６はシャフト３８の端
部にボルト等により取り付けられている。各ブラケット
５４とジャッキ５０、および各リンク５６とジャッキ５
０は、それぞれ、枢軸的に連結されている。両リンク５
６は、シャフト３８の軸線の周りに角度的間隔をおいて
配置されている。

【００２２】シャフト３８には、ロータ５８が複数のキ
ー６０により相対的変位不能に取り付けられている。ロ
ータ５８は、図５に示すように多角形（図示の例では１
４角形）の外表面を有しており、また、その中心が軸線
４０より距離ｅだけ前方となるように軸線４０に対して
偏心されている。ロータ５８の外周面およびこれに対応
するケース３４の内面には、複数の突起６２が形成され
ている。

【００２３】図３に示すように、軸線４０方向における
ロータ５８の両端部とこれに対応するベアリングケース
４６との間には、それぞれ、既知のメカニカルシール６
４が配置されている。

【００２４】ロータ５８には、２組のカッタヘッド６６
が固定されている。両カッタヘッド６６は、軸線４０を
中心として角度的に間隔をおいて配置されている。各カ
ッタヘッド６６は、ロータ５８の外表面のうち軸線４０
方向へ間隔をおいた箇所から前方へ伸びる一対のアーム
６８と、該アームの先端部を互いに連結する支持杆７０
と、軸線４０と平行に伸びる掘削部を規定すべく支持杆
７０に軸線４０の方向に順次取り付けられた複数のカッ
タビット７２とを備える。

【００２５】図示の例では、掘削機１０は、泥水式の排
出装置を用いている。この排出装置は、泥水を泥水室２
８に供給する給水パイプ７４と、泥水室２８内の泥水を
掘削物とともに排出する排水パイプ７６とを備える。パ
イプ７６，７８は、それぞれ、複数のボルト７８により
ケース３４に取り付けられたコネクタ８０によりケース
３４に連結されている。

【００２６】掘削時、両ジャッキ５０が伸長と収縮とを
１８０度移相した状態で繰り返すように作動される。す
なわち、両ジャッキ５０は、一方のジャッキ５０が伸長
すると同時に他方のジャッキ５０が収縮する図４に示す
過程と、一方のジャッキ５０が収縮すると同時に他方の
ジャッキ５０が伸長する図５に示す過程とを繰り返す。

【００２７】これにより、リンク５６およびシャフト３
８が軸線４０の周りに角度的に往復回転されるから、ロ
ータ５８が軸線４０の周りに角度的に往復回転され、カ
ッタヘッド６６が軸線４０を中心として扇形状に揺動さ
れる。その結果、カッタビット７２は、その掘削部すな
わち刃部が切羽に押し付けられた状態で、軸線４０を中
心とする円弧に沿って往復移動されることにより、刃部
で切羽を掘削する。

【００２８】掘削の間、ずり室２６の圧力は図２および
図３に示す圧力センサ８２により検出されるとともに、
切羽の崩壊を防止する所定の圧力に維持される。ずり室
２６内の圧力は、泥水室２８内の圧力、掘削速度等によ
り調節することができる。泥水室２８内の圧力は、これ
に供給する泥水の量、泥水室から排出する泥水の量等に
より調節することができる。このため、泥水室２８の圧
力も図示しない圧力計により測定することが好ましい。

【００２９】掘削物は、ずり室２６に受け入れられ、ず
り室２６内をその奥へ移動され、さらにロータ５８とケ
ース３４との間の空間を経て泥水室２８へ移動されて、
最終的に排水パイプ７６により本体１２の外へ排出され
る。ずり室２６内における掘削物の移動は、主として、
掘削機１０が切羽を掘削しつつ前進することに依存する
。

【００３０】カッタヘッド６６間に受け入れられたずり
は、掘削機１０の前進と、カッタヘッド６６の揺動運動
とにより、アーム６８間の空間８４（図３参照）、アー
ム６８と壁部材３２との間の空間８６（図３参照）を経
て移動される。

【００３１】掘削機１０では、ロータ５８の軸線が軸線
４０からｅだけ前方に偏心された状態で、ロータ５８が
軸線４０の周りの角度的な往復回転運動をするから、ロ
ータ５８は、これが図５に示す状態から図４に示す状態
に移動されるとき、図４および図５においてそれらの短
辺の方向を上下方向とすると、図４において下方の部位
でずり室２６内の掘削物を泥水室２８へ送り込む。

【００３２】このとき、図４においてロータ５８の上方
の部位は泥水室２８内の掘削物をずり室２６に戻す方向
へ移動されるが、ロータ５８の上方の部位はケース３４
から大きく離される方向へ変位するから、泥水室２８内
の掘削物をロータ５８の上方の部位でずり室２６に戻す
ことが防止される。

【００３３】同様に、ロータ５８は、これが図４に示す
状態から図５に示す状態に移動されるとき、図５におい
て上方の部位でずり室２６内の掘削物を泥水室２８へ送
り込む。このとき、ロータ５８の下方の部位がケース３
４から大きく離される方向へ変位するから、泥水室２８
内の掘削物をロータ５８の下方の部位でずり室２６に戻
すことが防止される。

【００３４】掘削物中の大きな礫は、図４および図５に
示すように、ロータ５８の偏心運動にともなってロータ
５８の外表面とケース３４の内面との間に挟み込まれる
ことにより破砕される。

【００３５】ロータ５８に設けられた各突起６２は、こ
れがずり室２６内の掘削物を泥水室２８へ送り込む方向
へ変位されるとき、ずり室２６内の掘削物を泥水室２８
へ送り込む機能と、ロータ５８に設けられた突起６２と
共同して礫をロータ５８とケース３４との間に挾み込む
機能とを有する。

【００３６】カッタヘッド６６の揺動運動の方向におけ
る掘削範囲は、カッタヘッド６６の揺動運動の範囲によ
り規制することができる。

【００３７】このため、図７〜図１０に示すように、掘
削機１０は、さらに、カッタヘッド６６の揺動運動の範
囲を検出すべくリンク５６に対応して配置された一対の
リミットスイッチ８８と、該リミットスイッチを支持す
るブラケット９０とを含む。各ブラケット９０は、複数
のボルト９２によりケース３４に取り付けられており、
また、リンク５６の揺動運動の方向へ伸びる長穴９４を
有する。

【００３８】各リミットスイッチ８８は、長穴９４を貫
通するボルトおよびこれと螺合するナットからなる取付
け具９６により、リンク５６の揺動運動の方向における
位置を変更可能に、ブラケット９０に取り付けられてい
る。各リンク５６は、これの揺動運動にともなって対応
するリミットスイッチ８８を開閉させる突起９８を有す
る。

【００３９】掘削時、ジャッキ５０が伸縮されると、リ
ンク５６が軸線４０を中心として扇形状に揺動されるか
ら、各リミットスイッチ８８は、対応するリンク５６の
突起９８がアクチュエータに接触するたびに電気信号を
発生する。この電気信号は、ジャッキ５０の伸長と収縮
とを切り換えるタイミング信号として利用される。

【００４０】カッタヘッド６６の揺動運動の範囲は、各
リミットスイッチ８８が図９に示す位置に配置されてい
るとき小さく、図１０に示す位置に配置されているとき
大きい。したがって、ブラケット９０へのリミットスイ
ッチ８８の取り付け位置を変更することにより、カッタ
ヘッド６６の揺動運動の範囲および余掘り量を変更する
ことができる。カッタヘッド６６の揺動運動の範囲を図
９および図１０に弧状の矢印で示す。

【００４１】シャフト３８を回転させる動力は、シャフ
ト３８の一端部に伝達してもよい。しかし、図示の例の
ように、シャフト３８を回転させる動力をシャフト３８
の両端部に伝達すれば、動力をシャフトの一端部に伝達
する場合に比べ、大きな駆動力を発生するジャッキを用
いて大きな動力を伝達することができる。

【００４２】前記した掘削機１０のように複数のカッタ
ヘッド６６を設ける代りに、図１１に示す掘削機１００
のように１つのカッタヘッド６６を設けてもよい。また
、カッタヘッド６６に揺動運動を与える駆動機構として
、他の駆動機構を用いてもよい。

【００４３】図１１に示す掘削機１００で用いる駆動機
構１０２は、シャフト３８の端部に取り付けられた歯車
１０４と、歯車１０４と噛合する扇形状の歯車１０６と
、歯車１０６に角度的な往復回転運動を与える複動型の
一対のジャッキ１０８とを備える。歯車１０６は、ピン
１１０により第１の本体部１４に枢軸運動可能に支持さ
れている。各ジャッキ１０８のシリンダはブラケット１
１２により端板５２に枢軸的に連結されており、ピスト
ンロッドは歯車１０６の一端部に枢軸的に連結されてい
る。

【００４４】掘削時、両ジャッキ１０８が伸長と収縮と
を１８０度移相した状態で繰り返すように作動される。 これにより、歯車１０６がピン１１０を中心として揺動
されるから、歯車１０４がその軸線の周りに角度的に往
復回転される。その結果、シャフト３８およびロータ５
８がシャフト３８の軸線の周りに角度的に往復回転され
、カッタヘッド６６はシャフト３８の軸線を中心として
揺動される。

【００４５】図１２および図１３に示す掘削機１２０は
、シャフト３８の軸線方向へ間隔をおいて配置された２
つの駆動機構１２２をシャフト３８の一端部に連結して
いる。

【００４６】各駆動機構１２２は、図１に示す駆動機構
４８と同様に、圧力流体により作動される複動型のジャ
ッキ１２４と、ジャッキ１２４のシリンダを端板５２に
連結するブラケット１２６と、ジャッキ１２４のピスト
ンロッドをシャフト３８の端部に連結するリンク１２８
とを備える。

【００４７】両リンク１２８は、シャフト３８の軸線の
周りに角度的間隔をおいて配置されている。両リンク１
２８の間にはカラー１３０が配置されている。両ジャッ
キ１２４は、１８０度移相して作動される。

【００４８】なお、１つの掘削機１０，１００または１
２０を用いて、トンネル、穴または溝を構築する代りに
、複数の掘削機１０，１００または１２０を用い、これ
らをマトリクス状に配置しかつ同時に掘進させることに
より、より大きなトンネルを構築してもよい。

【００４９】泥水式の排出装置の代りに、スクリューコ
ンベアのような他の排出装置を用いてもよい。また、ず
り室内の掘削物の一部または全ての掘削物をロータの角
度的な往復回転運動等により本体の周り特に掘削機の側
方へ排出してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角型シールド掘削機の一実施例を示す
断面図である。

【図２】図１の掘削機の２−２線視図である。

【図３】図２の３−３線に沿って得た断面図である。

【図４】図３の４−４線に沿って得た断面図である。

【図５】掘削状態を説明するための図３と同様の断面図
である。

【図６】他の推力発生装置により前進される掘削機の断
面図である。

【図７】掘削範囲を検出する手段を示すための断面図で
ある。

【図８】図７の８−８線視図である。

【図９】図７の９−９線に沿って得た断面図である。

【図１０】掘削範囲を説明するための図９と同様の断面
図である。

【図１１】他の駆動機構を用いた掘削機の実施例を示す
断面図である。

【図１２】さらに他の駆動機構を用いた掘削機の実施例
を示す断面図である。

【図１３】図１２の１３−１３線に沿って得た断面図で
ある。

【符号の説明】

１０，１００，１２０　　角型シールド掘削機１２　　
シールド本体 ２６　　ずり室 ２８　　泥水室 ３４　　ケース ３８　　シャフト ４０　　軸線 ４８，１０２，１２２　　駆動機構 ５０，１０８，１２４　　ジャッキ ６６　　カッタヘッド ６８　　アーム ７０　　支持杆 ７２　　カッタビット ７４　　給水パイプ ７６　　排水パイプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　掘削物を受け入れる空間を前端部に有
   する四角筒状のシールド本体と、該本体の対向する一対
   の外面部と直交する方向へ伸びる掘削部を有する掘削手
   段と、前記掘削部の方向へ伸びる軸線を中心とする円弧
   状の軌跡を前記掘削部に描かせるべく前記掘削手段に前
   記軸線の周りの角度的な往復運動を与える駆動手段と、
   前記空間内の掘削物を前記本体の外へ排出する手段とを
   含む、角型シールド掘削機。
2. 【請求項２】　　前記空間は前記軸線と直交する方向の
   寸法が前部から後部へ向けて漸次減少する形状を有する
   、請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 【請求項３】　　前記空間は、掘削物を受け入れるずり
   室と、該ずり室から掘削物を受け入れる泥水室とを有し
   、前記掘削手段は、泥水を前記泥水室に供給する第１の
   パイプと、前記泥水室内の掘削物を泥水とともに排出す
   る第２のパイプとを備える、請求項２に記載の掘削機。
4. 【請求項４】　　前記駆動手段は、前記軸線の方向へ伸
   びかつ前記軸線の周りに角度的に回転可能に前記本体内
   に配置されたシャフトと、該シャフトの両端部に動力を
   与える一対の駆動機構とを備える、請求項１に記載の掘
   削機。
5. 【請求項５】　　前記掘削手段は、前記シャフトに支持
   されかつ前後方向へ伸びるアームと、前記アームの先端
   部に取り付けられかつ前記軸線の方向へ伸びる支持杆と
   、該支持杆に前記軸線の方向に順次取り付けられた複数
   のビットとを備える、請求項１に記載の掘削機。
6. 【請求項６】　　さらに、前記掘削手段の往復移動の範
   囲を検出する手段を含む、請求項１に記載の掘削機。