JPH045120B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はシールド型トンネル掘削機に関し、特
に管推進工法での使用に適したシールド型トンネ
ル掘削機に関する。

（従来技術） 管推進工法では、推進される複数の管の最前部
にシールド型トンネル掘削機が配置される。この
トンネル掘削機に設けられたロータリカツタヘツ
ドの作動により切羽が掘削される間に、竪坑内に
設置され、最後部の管に隣接する推進ジヤツキに
より前記管およびその前方のトンネル掘削機に推
力が及ぼされ、こうして両者は前記カツタヘツド
の作動により掘削された地盤中に推進される。

前記ロータリカツタヘツドは、シールド本体の
内部を横切る隔壁の前方に該隔壁から間隔をおい
て配置されており、前記トンネル掘削機および管
の推進中、切羽での掘削物は前記カツタヘツドを
経て該カツタヘツドと前記隔壁との間の隔壁前方
域に入りかつ該隔壁前方域を満たす。前記隔壁前
方域を満たす掘削物は、切羽土圧をシールド本体
の隔壁に伝えまた該隔壁による反力を切羽に伝え
る作用をなし、この反力と土圧との均衡により切
羽は崩壊又は隆起なしに安定に維持される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、掘削物は前記隔壁前方域中で前記カツタ
ヘツドと共に回転され、前記隔壁の下部に設けら
れたスクリユーコンベヤのような土砂排出手段に
向けられ、この排出手段を経て前記隔壁の後方へ
排出されてきたが、回転される掘削物と前記隔壁
との間に大きな摩擦力が働き、前記カツタヘツド
の回転に大きなトルクを要した。そのために、カ
ツタヘツドのための駆動装置の小型化を妨げ、推
進工法用のシールド型トンネル掘削機の小型化す
なわちシールド本体の小径化を困難にしてきた。

掘削物と前記隔壁との間の摩擦力の軽減は、特
に砂礫地盤での掘削、推進において考慮されねば
ならないが、このために従来実施された効果的な
摩擦軽減方法に、切羽に高濃度の加圧泥水を及ぼ
してその安定を図りかつ掘削物に流動性を与える
ようにした例がある。しかし、この加圧泥水の使
用は、後に、掘削物混入の泥水の処理を必要と
し、しかもこの処理には設備、経費等の問題があ
る。加えて、前記摩擦力は前記隔壁前方域を満た
す掘削物に及ぼされる圧力に比例して増大するの
で、該摩擦力を小さくするにはこの圧力をできる
だけ低くする必要がある。しかし、切羽の安定の
ために、この掘削物に作用する圧力を切羽地盤の
主働土圧より低くすることはできないので、泥水
による潤滑作用により前記摩擦力を軽減すること
には自ずと限界があつた。

本発明の目的は、掘削物を隔壁とカツタヘツド
との間の隔壁前方域内でカツタヘツドと共に回転
させることによつて生じていた前記隔壁と掘削物
との間に作用する摩擦力を軽減することにある。

本発明の他の目的は、軟弱地盤から硬質地盤に
わたる広範囲の地盤に使用可能なシールド型トン
ネル掘削機を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明に係るシールド型トンネル掘削機は、内
径がほぼ後方へ向けて次第に小さくなる前部分を
有するシールド本体と、前記前部分の後方におい
て前記シールド本体を横切つて設けられた隔壁
と、該隔壁に回転可能に支承されたクランク軸で
あつて該隔壁の後方に設けられた駆動機構に連結
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シールド本体の前部
分内に配置された円錐形もしくは切頭円錐形また
は円柱状のロータリヘツドと、該ロータリヘツド
を強制回転させる歯車機構であつて前記隔壁に固
定された内歯車と前記ロータリヘツドに固定され
た、前記内歯車と噛合する外歯車とを含む歯車機
構と、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を含む。

さらに、本発明に係るシールド型トンネル掘削
機は、内径がほぼ一定である前部分を有するシー
ルド本体と、前記前部分の後方において前記シー
ルド本体を横切つて設けられた隔壁と、該隔壁に
回転可能に支承されたクランク軸であつて該隔壁
の後方に設けられた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
承されかつ前記シールド本体の前部分内に配置さ
れ円錐形または切頭円錐形のロータリヘツドと、
該ロータリヘツドを強制回転させる歯車機構であ
つて前記隔壁に固定された内歯車と前記ロータリ
ヘツドに固定された、前記内歯車に噛合する外歯
車とを含む歯車機構と、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を含む。

本発明によれば、旋回運動およびその旋回の方
向とは逆の方向へ回転運動するロータリヘツドと
シールド本体の前部分の内周面とが、それらの間
に受け入れた掘削物を圧密しかつ直線的に移動さ
せて排出口へ導くから、被掘削物とシールド本体
の隔壁や他の部分との間に作用する摩擦を小さく
することができる。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

本発明に係るシールド型トンネル掘削機１０
は、第１図に示すように、前部分１２ａ、中間部
分１２ｂおよび後部分１２ｃを有するシールド本
体１２と、該シールド本体の前部分１２ａ内の空
間１４に配置されたほぼ円錐形のロータリヘツド
１６とを含む。トンネル掘削機１０が管推進工法
に使用される場合、当業者に周知であるように、
シールド本体１２の後方に鋼鉄製またはコンクリ
ート製の複数の管（図示せず）が連なり、さらに
その後方にこれらに推力を及ぼす、竪坑中に配置
された液圧ジヤツキ（図示せず）が連なる。

シールド本体１２の前部分１２ａは、後方へ向
けて次第に小さくなる内径を有し、その内周面１
８は空間１４を取り囲む。シールド本体１２の前
部分１２ａの後方の中間部分１２ｂにシールド本
体を横切る隔壁２０を備える。シールド本体１２
はまたその中間部分１２ｂにおいて隔壁２０の背
後に複数の方向修正ジヤツキ２２（第１図にはそ
の１つのみを示す）が配置されている。

ロータリヘツド１６を支承しかつこれに偏心運
動を生じさせるためのクランク軸２４が設けられ
ている。このクランク軸２４の一端側の軸部分２
５ａは、隔壁２０に取付けられたカラー２６に装
着された一対のころがり軸受２８に支承されてい
る。また、軸部分２５ａは、ブラケツト２９ａを
介して隔壁２０にボルト２９ｂで固定された電動
機および減速機を含む駆動機構３０の出力軸３１
にキー止めされている。他方、クランク軸２４の
他端側の軸部分２５ｂは、ロータリヘツド１６に
装着された一対のころがり軸受３２を介してロー
タリヘツド１６を支承している。クランク軸２４
はその軸部分２５ａと軸部分２５ｂとの間にｅの
偏心量（第１図および第２図参照）を有する。

隔壁２０の下方部分に該隔壁を貫く一対の管３
４，３６が取り付けられている。これらの管３
４，３６はいずれも隔壁の前方へ向けて開口さ
れ、シールド本体の中間部分１２ｂ内の隔壁２０
前方に形成されたずり室３８に連通している。管
３４は清水や泥水のような液体を隔壁２０の前方
へ供給するための液体供給管であり、管３６は地
盤中の余剰水や土砂等の掘削物を、隔壁前方に供
給された液体と共に排出するための排出管であ
る。掘削物の排出は、この液体輸送の例に代え、
公知のスクリユーコンベヤによることもできる。

隔壁２０に内歯車４０が、またロータリヘツド
１６に内歯車４０に噛合する外歯車４２がそれぞ
れ取り付けられている。図示の例では、内歯車４
０はフランジ４３を有する円筒部材４４の内周面
に設けられている。この円筒部材４４は、フラン
ジ４３を貫通するボルト４６により隔壁２０に固
定されている。他方、外歯車４２はフランジ４７
を有する円筒部材４８の外周面に設けられてい
る。この円筒部材４８は、フランジ４７を貫通す
るボルト５０によりロータリヘツド１６に固定さ
れている。駆動機構３０により回転されるクラン
ク軸２４、内歯車４０および外歯車４２は、遊星
歯車機構を構成する。ロータリヘツド１６は、ク
ランク軸２４が回転されるとき、偏心旋回運動
し、同時に、内歯車４０と外歯車４２との噛合に
より強制的に回転される。このときのロータリヘ
ツド１６の回転方向は、クランク軸２４の回転方
向とは逆の方向である。ロータリヘツド１６の前
記偏心旋回運動はクランク軸２４の軸部分２５ａ
の軸線の周りの公転であり、また、ロータリヘツ
ド１６の前記回転はそれ自体の軸線を回転中心と
する自転である。

ロータリヘツド１６は、第１図および第３図に
示すように、その先端部分に固定されたカツタ組
立体６０を備える。カツタ組立体６０は、図示の
例では、ロータリヘツド１６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
られた複数のビツトまたはチツプ６４とを含む。
前記の例に代え、少なくとも１つのスリツトを有
する円板と、前記スリツトから前方へ突出する複
数のビツトまたはチツプを含むそれ自体公知のカ
ツタ組立体（図示せず）を設けることもできる。
カツタ組立体６０は、トンネル掘削機１０が軟質
地盤に使用される場合は不要であり、予め取り外
しておくことができる。

ロータリヘツド１６の掘削物、特に礫を破砕す
る機能を高めるために、シールド本体の前部分１
２ａの内周面１８およびロータリヘツド１６の外
周面１７に、それぞれが尖端を有する複数の突起
６６，６８が設けられている。これらの突起６
６，６８は、前記内周面１８および前記外周面１
７の周方向へ連続的にまたは断続的に設けること
ができ、また、螺旋状に連続的にまたは断続的に
設けることができる。

トンネル掘削機１０には、ロータリヘツド１６
と隔壁２０との間を密閉するためのシール装置７
０が設けられている。シール装置７０はリング７
２とコイルばね７４とを含む。リング７２は、ロ
ータリヘツド１６の後方へ開放された内周溝７５
内において円筒部材４８の外周に配置されてお
り、該リング７２はクランク軸２４の軸線方向へ
移動可能である。リング７２の外周には、Ｏ−リ
ング７６が配置されている。コイルばね７４は、
内周溝７５に連通する孔７７内に配置されてお
り、リング７２を円筒部材４４の端面に向けて押
圧し、両者間にシール効果を達成している。前記
シール装置７０によれば、リング７２および円筒
部材４４がそれらの接触域で摩耗しても、ばね７
４によつてリング７２は常に円筒部材４４に押圧
されているので、両者間に所望のシール効果を永
続的に維持することができる。図示の例に代え、
前記シール装置のリングを隔壁２０側に配置し、
該リングと円筒部材４８との間でシール効果を達
成するようにしてもよい。いずれの例において
も、リング７２と円筒部材４４との間には、オイ
ルバス８０に貯えられた潤滑油が通路８２，８
４，８６，８８、軸受２８、通路９０を経て供給
される。

図示の例では、シールド本体１２は内径が後方
へ向けて次第に小さくなる前部分１２ａを有し、
該前部分内に配置されたロータリヘツド１６はほ
ぼ円錐形であるが、この円錐形のロータリヘツド
に代え、切頭円錐形または円柱状のロータリヘツ
ドを用いることができる。また、ロータリヘツド
を円錐形または切頭円錐形とする場合、シールド
本体の内径をほぼ一定にすることもできる。

トンネル掘削機１０の作動を説明するに、駆動
機構３０によりクランク軸２４が回転されると、
ロータリヘツド１６はシールド本体１２の中心か
らｅだけ偏心して旋回運動される。この旋回方向
はクランク軸２４の回転方向と同じである。ロー
タリヘツド１６が旋回するにつれて、ロータリヘ
ツド１６に固定した外歯車４２の、隔壁２０に固
定した内歯車４０への噛み合い部位が順次移動す
るので、ロータリヘツド１６はクランク軸２４の
軸部分２５ｂを中心として、クランク軸２４とは
反対の方向へ回転することとなる。この状態で、
推進ジヤツキ（図示せず）によりコンクリート管
の後方から推力が与えられると、トンネル掘削機
１０は前進し、切羽で掘削され、シールド本体１
２内に受け入れられた土砂のような掘削物は、ロ
ータリヘツド１６とシールド本体１２との間で圧
密されかつ後方へ送り出される。このようにし
て、ずり室３８に至つた掘削物は管３６を経て隔
壁２０の後方へ排出される。

本発明によれば、旋回運動およびその旋回の方
向とは逆の方向へ回転運動するロータリヘツドと
シールド本体の前部分の内周面とが、それらの間
に受け入れた掘削物を圧密しかつ直線的に移動さ
せて排出口へ導くから、被掘削物とシールド本体
の隔壁や他の部分との間に作用する摩擦を小さく
することができる。したがつて、ロータリヘツド
やカツタ組立体を回転させるために比較的小型の
駆動装置を用いることができ、本発案を管推進工
法用のシールド型トンネル掘削機に適用するとき
は、その小型化すなわちシールド本体の小径化を
実現することが可能となる。

また、ロータリヘツドがクランク軸の旋回方向
とは反対の方向へ回転することにより、ロータリ
ヘツドが被掘削物をロータリヘツドとシールド本
体との間の間〓に引き込むように作用することか
ら、被掘削物の圧密効果を一層高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシールド型トンネル掘削
機の縦断面図、第２図は第１図の線２−２に沿つ
て得た、縮小断面図、第３図は第１図の線３−３
の方向から見た、縮小端面図である。 １０：シールド推進装置、１２：シールド本
体、１２ａ：シールド本体の前部分、１６：ロー
タリヘツド、２０：隔壁、２４：クランク軸、３
０：駆動機構、３８：ずり室、４０：内歯車、４
２：外歯車、６０：カツタ組立体、７０：シール
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内径が後方へ向けて次第に小さくなる前部分
   を有するシールド本体と、前記前部分の後方にお
   いて前記シールド本体を横切つて設けられた隔壁
   と、該隔壁に回転可能に支承されたクランク軸で
   あつて該隔壁の後方に設けられた駆動機構に連結
   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シールド本体の前部
   分内に配置された円錐形または切頭円錐形または
   円柱状のロータリヘツドと、該ロータリヘツドを
   強制回転させる歯車機構であつて前記隔壁に固定
   された内歯車と前記ロータリヘツドに固定され
   た、前記内歯車と噛合する外歯車とを含む歯車機
   構と、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を含む、シールド型トンネル
   掘削機。 ２ さらに、前記隔壁と前記ロータリヘツドとの
   間の間〓を密封するためのシール装置を含み、該
   シール装置は前記隔壁および前記ロータリヘツド
   の一方に設けられ、前記クランク軸の軸線方向へ
   移動可能なリングと、該リングを前記隔壁および
   前記ロータリヘツドの他方へ向けて偏倚させるば
   ねとを備える、特許請求の範囲第１項に記載のシ
   ールド型トンネル掘削機。 ３ 前記ロータリヘツドはその周面に複数の、尖
   端を有する突起を備える、特許請求の範囲第１項
   に記載のシールド型トンネル掘削機。 ４ 前記シールド本体はその前記前部分の内周面
   に複数の、尖端を有する突起を備える、特許請求
   の範囲第１項に記載のシールド型トンネル掘削
   機。 ５ さらに、前記ロータリヘツドの前端分に設け
   られたカツタ組立体を含む、特許請求の範囲第１
   項に記載のシールド型トンネル掘削機。 ６ 内径がほぼ一定である前部分を有するシール
   ド本体と、前記前部分の後方において前記シール
   ド本体を横切つて設けられた隔壁と、該隔壁に回
   転可能に支承されたクランク軸であつて該隔壁の
   後方に設けられた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
   されかつ前記シールド本体の前部分内に配置され
   た円錐形または切頭円錐形のロータリヘツドと、
   該ロータリヘツドを強制回転させる歯車機構であ
   つて前記隔壁に固定された内歯車と前記ロータリ
   ヘツドに固定された、前記内歯車と噛合する外歯
   車とを含む歯車機構と、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を含む、シ
   ールド型トンネル掘削機。