JPH0449398A - シールド掘進機 - 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］ 本発明は曲線路線のトンネル施工に使用される中折れ式
シールド掘進機に係り、特にシールド本体の中折れ部の
すきまから機内への土砂、地下水の侵入を防止するため
のシールド機構に関する。

［従来の技術］ 中折れ式シールド掘進機に採用されている中折れ部シー
ル機構の一例として、第１７〜第１９図に示すように、
シールド本体１の前部シールドハル１Ａの後端部内周面
とその内周面にはめ込まれた後部シールドハルＩＢの連
結部外殻９の外周面を円筒面同士の摺動面として、その
間に封止用のＯリングシール８Ａ、８Ｂを装備したもの
がある（実開昭５８−１７２５９２号参照）。

また、他の例として、第２０図および第２１図に示すよ
うに、シールド本体１の前部シールドハルＩＡの後端部
内周面にはめ込まれた後部シールドハルＩＢの連結部外
殻４の外周面をシールド軸線上の中折れ中心Ｏを中心と
する半径Ｒの球状摺動面４ａに形成し、前部シールドハ
ルＩＡの後端部内周面にこの球状摺動面４ａと接触する
シール材５を取り付けたものがある（実開昭６０−１４
１９２号参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 第１７図〜第１９図は従来のＯリングシールに用いた中
折れ部の摺動面のすきまが変化する様子な示したもので
、第１７図は直線掘進時の状態図、第１８図および第１
９図は中折れ中心１００の位置が異なる中折れ時の状態
図である。

これらの図に見られるように、シールド本体１の中折れ
部が円筒面同士のはめ合いとなっているため、直線掘進
時と中折れ時とで摺動面のすきまαの大きさが変化する
。さらに、この従来例では中折れ中心１００が確定され
ていないため、中折れ時に地山から受ける外力によって
中折れ中心１００がシールド軸方向に移動し、摺動面の
すきまの変化を一層大きくする。第１８図は後部シール
ドハルＩＢの連結部外殻９に設けられた２個のＯリング
シール溝１０Ａ、ＩＯＢの中間線上に中折れ中心１００
がある場合、第１９図は中折れ中心１００がＯリングシ
ール溝１０Ａ、ＩＯＢより切羽側にずれた位置にある場
合で、中折れ中心１００がＯリングシール溝１０Ａ、Ｉ
ＯＢより切羽側にずれてくると、摺動面のすきまαが大
きく開くことが分かる。

第１５図に示すように、Ｏリングシー・ル８は、土圧、
水圧などの外圧Ｐを受けると変形し、後部シールドハル
の連結部外殻９に設けられた０リングシール溝ｌＯの内
面と前部シールドハルＩＡの後端部内周面に密着するこ
とによってシール機能を発揮する。したがって、摺動面
のすきまαが大きいと、外圧ＰによってＯリングシール
８の一部がすきまαにはみ出し、そのはみ出した部分が
前部シールドハルＩＡの切羽側への摺動に伴いすきまα
に挾み込まれて切断され、これをくり返すうちにシール
機能を失ってしまう。中折れ部には、直接土砂に接する
第１段目のＯリングシール８Ａが破損した場合の予備シ
ールとして第２段目のＯリングシール８Ｂが装備されて
いるが、第１段目のＯリングシール８Ａがはみ出し切断
されてシール機能を失った場合、中折れ郡全体のシール
寿命が短くなり、長距離掘進に対応できなくなる。

Ｏリングシールは、最も一般的なシール材であり、安価
で、取付部の加工費が安く、また、たわみ代（変形量）
を大きくとれるため、シールとしての信頼性が高いこと
で知られているが、中折れ部に使用した場合、上記のよ
うにすきまへのはみ出し、切断が生じやすいことから、
中折れ角度を大きくしたい場合には適さかなった。

一方、第２０図および第２１図に示す従来例は、前部シ
ールドハルＩＡの後端部内周面と、その内周面にはめ込
まれた後部シールドハルＩＢの連結部外殻４の球状摺動
面４ａとのすきまを中折れ角度に関係なく一定に保つこ
とができるため、中折れ部のシール性はよいが、球状摺
動面４ａの加工に多大な時間を要し、製作費が高くなる
という欠点がある。

本発明の目的は、中折れ部のシール材としてＯリングシ
ールを使用し、従来問題点となっていた０リングシール
のすきまへのはみ出し、切断を防止することにより、中
折れ角度が大きい場合にも適用できる、安価で信頼性の
高い中折れ部シールド機構を備えたシールド掘進機を提
供することにある。

［課題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、相対的に屈折可能
な前部シールドハルと後部シールドハルとでシールド本
体を構成し、前部シールドハルの後端部内周面とその内
周面にはめ込まれた後部シールドハルの連結部外殻の外
周面とを円筒面同士の摺動面として、その間に封止用の
０リングシールを少なくとも２段装備したシールド掘進
機において、前部シールドハルと後部シールドハルとを
左右方向の中折れ中心となる上下２本のピンで連結し、
その中折れ中心のシールド軸方向の位置を後部シールド
ハルの連結部外殻に設けられた０リングシール溝に対し
２て、シールド本体のテール側から第１段目の０リング
シール溝と第２段目の０リングシール溝のそれぞれの中
心位置の間に設定したことを特徴とする。

中折れ中心とＯリングシール溝の位置関係は、中折れ中
心のシールド軸方向の位置と第１段目のＯリングシール
溝の切羽側端面位置とをほぼ一致させるとか、第１段目
および第２段目のＯリングシール溝のそれぞれの切羽側
端面位置と中折れ中心とのシールド軸方向の距離をほぼ
同一にするとか、第１段目および第２段目のＯリングシ
ール溝を中折れ中心のシールド軸方向の位置に対してほ
ぼ対称の位置に設けるなど、前記範囲内で種々選択する
ことができる。

摺動面の錆付によるシール機能の低下を防止するため、
第１段目のＯリングシールよりさらにテール側に、直線
掘進時、摺動面のすきまを封止する第３のシールを設け
、各段のＯリングシール間および第１段目のＯリングシ
ールと第３のシールとの間の摺動面の隙間にそれぞれグ
リースを注入する給脂手段を設けるとよい。

また、各段のＯリングシール間の摺動面のすきまにグリ
ースを注入する給脂手段を設けた場合、その給脂圧力が
過大にならないように注入されたグリースを逃がす圧力
調整手段を設けるとよい。

［作用］ 前部シールドハルと後部シールドハルとを連結する上下
２本のピンはシールド本体の左右方向の中折れ中心とな
り、シールド軸線上の中折れ中心位置を確定する。した
がって、この中折れ中心と後部シールドハルの連結部外
殻に設けられたＯリングシール溝の位置関係を前記範囲
内に設定することにより、第１９図のように中折れ中心
のシールド軸方向の位置がＯリングシール溝より切羽側
にずれて、Ｏリングシールを装着した摺動面のすきまが
大きく開くことがなくなる。

後述するように、中折れ中心とＯリングシールのシール
ド軸方向の位置関係を種々選択することによって、第１
段目の０リングシール溝の切羽側断面位置における摺動
面のすきまを最小にしたり、第１段目および第２段目の
Ｏリングシール溝のそれぞれの切羽側端面位置における
摺動面のすきまの大きさをほぼ同一にしたり、第１段目
と第２段目のＯリングシール間にある空間の体積変化を
小さくしたりすることができる。

第１段目のＯリングシールよりテール側に設けられた第
３のシールは、直線掘進時、摺動面のすきまに土砂が侵
入することを防ぎ、給脂手段により注入されたグリース
をすきま内に保持するように働く。

また、圧力調整手段は、各段のＯリングシールの間の給
脂圧力が過大となり、その圧力でＯリングシールが摺動
面のすきまに押し出されることを防止する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第１６図により説明す
る。

まず、本発明によるシールド掘進機の全体構成を第１２
図〜第１４図により説明すると、シールド本体１を構成
する前部シールドハルＩＡと後部シールドハルＩＢとは
、相対的に屈折可能なように複数本の中折れジヤツキ２
を介して連結されている。

第１３図に示すように、各中折れジヤツキ２は、シール
ド本体１の内周に沿って円周方向に間隔をおいて配置さ
れた複数本のシールドジヤツキ３の間に配置されており
、第１４図に示すように各中折れジヤツキ２の基端側は
前部シールドハルＩＡの連結部にピン６により結合され
、ジヤツキロッド２ａの先端部は後部シールドハルＩＢ
の連結部にピン７により結合されている。後部シールド
ハルＩＢの前端部には縮径された連結部外殻９が一体に
設けら九でおり、前部シールドハルＩＡの後端部内周面
とその内周面にはめ込まれた後部シールドハルＩＢの連
結部外殻９の外周面は円筒面同士の摺動面を形成してい
る。摺動面のすきまを封止するため、２段のＯリングシ
ール８Ａ、８Ｂがそれぞれ後部シールドハルの連結部外
殻９に設けられたＯリングシール溝１０Ａ、ＩＯＢに装
置され、前部シールドハルＩＡの後端部内周面に当接し
ている。

これらのＯリングシール８Ａ、８Ｂは中実または中空の
いずれの形態であってもよい。また、前部シールドハル
ＩＡと後部シールドハルＩＢとは、左右方向の中折れ中
心となる上下２本のピン１１で連結されており、このピ
ン１１によってシールド軸線上の中折れ中心位置を確定
している。シールド本体１の前面にはカンタヘッド１２
が装備され１回転しながら地山を掘削する。掘削された
土砂はスクリュコンベア等の排土装置Ｆ（図示せず）に
より後方に搬出される。

このようなシールド掘進機により曲線路線のトンネル施
工を行う場合には、シールド本体１の右半分と左半分の
中折れジヤツキ２のストロ−クシ変えて、第１６図に示
すように、確定された中折れ中心１００を中心として前
部シールドハルＩＡと後部シールドハルＩＢを相対的に
屈折させ、この状態で片側のシールドジヤツキ３を伸ば
してシールド本体１を推進することにより、少ない余掘
量で急曲線施工ができる。

次に、本発明によるシールド掘進機の中折れ部シール機
構についてさらに詳しく説明する。

第１図〜第３図は請求項２に対応する実施例の要部切断
平面図で、第１図は直線掘進時の状態、第２図は中折れ
時の状態、第３図は逆方向に中折れした時の状態をそれ
ぞれ示している０本実施例では、前記ピン１１によって
確定された中折れ中心１００のシールド軸方向の位置と
シールド本体１のテール側から第１段目のＯリングシー
ル溝１０Ａの切羽側端面位置とをほぼ一致させである。

このような位置関係とすることにより、第２図、第３図
に示す左右いずれの方向の中折れ時にも、第１段目のＯ
リングシール溝１０Ａの切羽側端面位置における摺動面
のすきまαを最小、すなわち第１図に示す直線掘進時の
初期隙間α。とほぼ同一に保つことができる０本実施例
によれば、中折れ時にすきまαが大きくならないため、
第１段目のＯリングシール８Ａが土砂の圧力を受けて変
形しても、すきまαに挾み込まれて切断されることを防
止でき、直接土砂に接する第１段目の０リングシール８
Ａのシール機能の維持を重要視する場合に有効である。

第４図〜第６図は請求項３に対応する実施例の要部切断
平面図で、第４図は直線掘進時の状態、第５図は中折れ
時の状態、第６図は逆方向に中折れした時の状態をそれ
ぞれ示している。第１図〜第３図の実施例では、第１段
目のＯリングシール溝１０Ａの切羽側端面位置における
すきまαは小さくできるが、第３図に示す逆方向の中折
れ時に第２段目の○リングシール溝１０Ｂの切羽側端面
位置におけるすきまβが大きくなってしまう６また。

中折れ時の摺動面同士の干渉を避けるため、第１段目お
よび第２段目の○リングシール溝１０Ａ、１０Ｂのそれ
ぞれの切羽側端面位置における初期すきまα。、β。（
第１図）がα。くβ。となる場合がある。第２段目のＯ
リングシール８Ｂは第１段目のＯリングシール８Ａが破
損した場合の予備シールとして設けられたものであるが
、中折れ時のすきまβおよび初期すきまβ。が大きいた
め、第１段目のＯリングシール８Ａが破損すると、第２
段目のＯリングシール８Ｂもすぐに土砂の圧力によって
すきまβまたはβ。に押し出され破損してしまう可能性
が大きい。

そこで、第４図〜第６図の実施例では、第１段目および
第２段目の０リングシール溝１０Ａ、　ＩＯＢのそれぞ
れの切羽側端面位置と中折れ中心１００とのシールド軸
方向の距離Ｑ１をほぼ同一とすることにより、第５図に
示す第１段目の０リングシール溝１０Ａの切羽側端面位
置での隙間αと第６図に示す第２段目の○リングシール
溝１０Ｂの切羽側端面位置でのすきまβとがほぼ同じ大
きさになるようにしている。また、第１図〜第３図の実
施例に比べ中折れ角度を大きくした場合でも、第４図に
示す初期すきまα。とβ。をほぼ同じ大きさとすること
ができる。したがって、たとえ第１段目のＯリングシー
ル８Ａが破損しても、第２段目のＯリングシール８Ｂが
予備シールとしての機能を発揮し、すぐに破損してしま
うようなことがない。

第７図〜第９図は請求項４に対応する実施例の要部の切
断平面図で、第７図は直線掘進時の状態、第８図は中折
れ時の状態、第９図は逆方向に中折れした時の状態をそ
れぞれ示している。本実施例は、中折れ時に第１段目の
Ｏリングシール８Ａと第２段目のＯリングシール８Ｂの
間にある空間（影線を付した部分）１５の体積変化が最
小となるように、中折れ中心１００のシールド軸方向の
位置に対してほぼ対称の位置に第１段目および第２段目
の○リングシール溝１０Ａ、ＩＯＢを設け、○リングシ
ール溝１０Ａ、ＩＯＢのそれぞれの中心位置と中折れ中
心１００とのシールド軸方向の距離Ｑ、をほぼ同一とし
たものである。

空間１５の体積は、シールド本体１が直進状態から中折
れ状態になる時には増加し、逆の場合には減少する。こ
の体積変化に伴う空間１５の圧力変化により、直進状態
から中折れ状態になる時には第１段目のＯリングシール
８Ａが摺動面のすきまに挟み込まれやすく、その逆の場
合には第２段目のＯリングシール８Ｂが摺動面のすきま
に挟み込まれやすい。摺動面の錆止めのため、給脂ボー
ト１３゜１４から摺動面に給脂を行う場合には、空間１
５に注入されたグリースが充満しているため、空間１５
の体積変化によってＯリングシール８Ａ、８Ｂがすきま
に挾み込まれる可能性はさらに大きくなる。

空間１５の体積変化を小さくするように中折れ中心１０
０と０リングシール溝１０Ａ、ＩＯＢの位置関係を選定
することにより、上記のような空間１５の体積変化によ
る０リングシール８Ａ、８Ｂの挾み込み、切断を防止す
ることができる。

第１０図は請求項５に対応する実施例の要部切断平面図
で、直線掘進時の状態を示す。

中折れ部の摺動面に錆が生じると、中折れ時にＯリング
シール８Ａ、８Ｂのシール機能が阻害される。その対策
として、第１図〜第９図に示すように、給脂ボート１３
．１４を設けて摺動面の給脂を行っても、第１段目のＯ
リングシール８Ａよりテール側のすきまには土砂が入り
込むため、給脂ボート１４から注入したグリースをすき
ま内に保持することができず、錆止め効果が得にくい。

そこで、第１０図の実施例では、第１段目のＯリングシ
ール８Ａよりさらにテール側に、直線掘進時、摺動面の
すきまを封止する第３のシール１６を設けている。

第３のシール１６は後部シールドハルＩＢの連結部外殻
９に取り付けた板状のシールで、直線掘進時に前部シー
ルドハルＩＡの後端部に当接し、摺動面のすきまを封止
できるものであればよい。この第３のシール１６により
、掘進初期の直進時に第１段目のＯリングシール８Ａよ
りテール側のすきま（影線を付した部分）１７への土砂
の侵入を防止し、給脂ボート１４から注入したグリース
をすきま１７内に保持することができるため、摺動面の
錆止めができる。−度中折れ動作を行うと、すきま１７
内に土砂が入る場合もあるが、直進状態に戻ったときに
は、再び第１０図に示すようにすきま１７が閉じられ、
内部に充満したグリースによって摺動面の錆止めが行わ
れる。

第１１図は請求項６に対応する実施例の要部切断平面図
で、直線掘進時の状態を示す。

０リングシール８Ａ、８Ｂ間に給脂を行う場合、給脂圧
力を上げてゆくと、その圧力でＯリングシール８Ａ、８
Ｂが摺動面のすきまに押し出されてしまう。また、掘進
中に第１段目のＯリングシール８Ａが土砂の圧力を受け
て第１５図のように変形すると、その圧力がシール間に
充満したグリースを介してそのまま第２段目の０リング
シール８Ｂに伝ばんされるため、第３図のようにすきま
βがすきまαより大きい場合には、予備シールである第
２段目のＯリングシール８Ｂが先にすきまβにはみ出し
、切断されてしまう可能性がある。そこで、第１１図の
実施例では、Ｏリングシール８Ａ。

８Ｂ間の空間（影線を付した部分）　１５に連通ずるリ
リーフ弁１８を後部シールドハルＩＢの連結部外殻９に
取り付け、空間１５の給脂圧力が過大にならないように
、給脂ポート（図示せず）から注入されたグリースを逃
がす圧力調整手段としている。

リリーフ弁１８のクランキング圧は、グリースをシール
間に保持できる程度の微小な値（例えば０．１ｋｇｆ／
ｃｉ）でよい。このような圧力調整用リリーフ弁１８を
空間１５の圧力変化に対応できるように複数箇所に設け
ておくことにより、過大な給脂圧力によるＯリングシー
ル８Ａ、８Ｂのはみ出し、切断を防止できる。

［発明の効果］ 請求項１記載の発明によれば、シールド本体を中折れさ
せた際、中折れ中心が中折れ部のＯリングシール溝より
切羽側にずれて、中折れ部の摺動面のすきまが大きく開
くことがないので、そのすきまにＯリングシールが挟み
込まれて切断されることを防止でき、安価で信頼性の高
い中折れ部シール機構を備えたシールド掘進機を提供す
ることができる。

請求項２記載の発明によれば、第１段目のＯリングシー
ル溝の切羽側端面位置における摺動面のすきまを最小と
することができるので、直接土砂に接する第１段目のＯ
リングシールのはみ出し、切断を防止するのに有効であ
る。

請求項３記載の発明によれば、第２段目のＯリングシー
ル溝の切羽側端面位置における摺動面のすきまが第１段
目のＯリングシール溝の切羽側端面位置における摺動面
のすきまより大きくならないので、たとえ第１段目のＯ
リングシールが破損しても、第２段目のＯリングシール
の予備シールとしての機能を充分発揮させることができ
る９請求項４記載の発明によれば、第１段目と第２段目
のＯリングシール間にある空間の体積変化を最小とする
ことができ、その体積変化に伴う空間の圧力変化によっ
てＯリングシールが摺動面のすきまにはみ出し、切断さ
れることを防止できる。

請求項５記載の発明によれば、第１段目のＯリングシー
ルよりテール側にある摺動面のすきまにも常にグリース
を滞留させて、シール機能を阻害する摺動面の錆付を防
止できる。

請求項６記載の発明によれば、摺動面の錆止めのため各
段のＯリングシール間に給脂を行う場合、過大な給脂圧
力によって０リングシールが摺動面のすきまにはみ出し
、切断されることも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は請求項２に対応する実施例の要部切断
平面図、第４図〜第６図は請求項３に対応する実施例の
要部切断平面図、第７図〜第９図は請求項４に対応する
実施例の要部切断平面図、第１０図は請求項５に対応す
る実施例の要部切断平面図、第１１図は請求項６に対応
する実施例の要部切断平面図、第１２図は本発明による
中折れ式シールド掘進機の一部切断した側面図、第１３
図は第１２図のＡ−Ａ断面図、第１４図は第１３図のＢ
−Ｂ断面図、第１５図はＯリングシールが土砂の圧力を
受けて変形した状態を示す断面図、第１６図はシールド
本体の中折れ状態を示す概念図、第１７図〜第１９図は
従来のＯリングシールを装備した中折九部の切断平面図
、第２０図および第２１図は中折れ部シール機構の他の
従来例を示す切断平面図である。 １・・・シールド本体、ＩＡ・・・前部シールドハル、
ＩＢ・・・後部シールドハル、８Ａ、８Ｂ・・・Ｏリン
グシール、９・・・連結部外殻、ＩＯＡ、ＩＯＢ・・・
Ｏリングシール溝、１１・・・連結ピン、１３．１４・
・・給脂ボート、１６・・・第３のシール、１８・・・
圧力調整用リリーフ弁、１００・・・中折れ中心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対的に屈折可能な前部シールドハルと後部シール
   ドハルとでシールド本体を構成し、前部シールドハルの
   後端部内周面とその内周面にはめ込まれた後部シールド
   ハルの連結部外殻の外周面とを円筒面同士の摺動面とし
   て、その間に封止用のＯリングシールを少なくとも２段
   装備したシールド掘進機において、前部シールドハルと
   後部シールドハルとを左右方向の中折れ中心となる上下
   ２本のピンで連結し、その中折れ中心のシールド軸方向
   の位置を後部シールドハルの連結部外殻に設けられたＯ
   リングシール溝に対して、シールド本体のテール側から
   第１段目のＯリングシール溝と第２段目のＯリングシー
   ル溝のそれぞれの中心位置の間に設定したことを特徴と
   するシールド掘進機。 ２、中折れ中心のシールド軸方向の位置と第１段目のＯ
   リングシール溝の切羽側端面位置とをほぼ一致させたこ
   とを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機。 ３、第１段目および第２段目のＯリングシール溝のそれ
   ぞれの切羽側端面位置と中折れ中心とのシールド軸方向
   の距離をほぼ同一としたことを特徴とする請求項１記載
   のシールド掘進機。 ４、第１段目および第２段目のＯリングシール溝を中折
   れ中心のシールド軸方向の位置に対してほぼ対称の位置
   に設けたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進
   機。 ５、第１段目のＯリングシールよりさらにテール側に、
   直線掘進時、前記摺動面のすきまを封止する第３のシー
   ルを設け、各段のＯリングシール間および第１段目のＯ
   リングシールと第３のシールとの間の摺動面のすきまに
   それぞれグリースを注入する給脂手段を設けたことを特
   徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進
   機。 ６、各段のＯリングシール間の摺動面のすきまにグリー
   スを注入する給脂手段を設けるとともに、その給脂圧力
   が過大にならないように注入されたグリースを逃がす圧
   力調整手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のい
   ずれかに記載のシールド掘進機。