JPH06185285A - 拡径シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド掘削機の本体径より大径の掘削が可
能で、拡径掘削の排土処理が容易な構造の拡径シールド
掘削機とする。 【構成】 カッタヘッドの外周面に起立可能な掘削バケ
ットを設け、定位置にシールド本体を保持してカッタヘ
ッドの外周面から掘削バケットを徐々に起立させて拡径
掘削を行わせる。バケットの格納部分はシールドチャン
バに連通させ、バケットが起立したときに掘削土砂をチ
ャンバに取込むようにする。拡径掘削時にはシールド本
体に設けたグリッパを突出させ、シールド本体を保持す
るようにする。バケットはカッタヘッドの時計、反時計
方向の両方の回転方向に対面できるように２種類設け、
回転方向に応じて切換え使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は拡径シールド掘削機に係
り、特にシールド本体外径より大幅にオーバカットして
拡径掘削できるとともに、拡径掘削による排土処理が容
易な拡径シールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘削機はシールド本体の前端部
に回転カッタヘッドを備え、カッタヘッドを回転させつ
つセグメントに反力支持させてシールド本体を推進させ
ることにより掘進する。掘削されるトンネルの内径はカ
ッタヘッドの外径によって定まり、したがって、予め設
計されたトンネル径に応じてシールド掘削機が製作さ
れ、使用されている。

【０００３】ところで、トンネル掘削の途中で掘削径を
拡大する必要が生じる場合がある。これは掘削先端部に
シールド本体が挿通可能なシェルを形成したり、あるい
は曲線掘削を行う場合に要求される。この種の拡径掘削
を行うことができるシールド掘削機の構造は、カッタヘ
ッドの外周面から半径方向に沿って出入り可能にロッド
を装着し、その先端にカッタビットを設けたコピーカッ
タ装置によって構成されているのが一般的である（特開
昭６３−７４９４号公報）。このコピーカッタ装置は、
油圧シリンダ機構などにより伸縮駆動され、カッタヘッ
ドの外周面からの突出量に応じてオーバカットするよう
になっている。また、コピーカッタの代わりにカッタヘ
ッドスポークを伸縮可能に構成し、カッタヘッドの回転
駆動に伴ってスポークを突出させ、オーバカットする構
造のものや（特開平２−８０７８７号公報）、カッタを
リンクアームに取り付け、リンクアームを張り出し操作
することによりオーバカットする構成のものが提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
拡径シールド掘削機では、強度不足のためにオーバカッ
ト量を大きくすることが極めて困難であり、強度を上げ
てもカッタヘッドトルクが不足してしまうため、充分な
拡径掘削ができず、曲線掘削時の余掘り程度に適用され
ているだけであった。また、特に従来の掘削機では、オ
ーバカットによる掘削土砂はカッタヘッド外周部に残留
し、ヘッド前面の土砂導入口に回り込まないため排土処
理が極めて困難となっていたものである。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目し、オ
ーバカット量を大きくとることができるとともに、排土
処理が容易な構造とした拡径シールド掘削機を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る拡径シールド掘削機は、第１に、シー
ルド本体の先端部に取り付けられて回転駆動されるカッ
タヘッドを有し、このカッタヘッドに対面してシールド
本体を前後に区画する隔壁を設けて掘削土砂の取込みチ
ャンバを形成してなるシールド掘削機において、前記カ
ッタヘッドの外周面部に起立動作可能に掘削バケットを
収容するとともに、当該掘削バケットの起立動作により
バケット収容部を前記チャンバに開口可能としたもので
ある。

【０００７】第２には、この掘削機において、前記掘削
バケットはカッタヘッドの回転軸心に平行に配置された
支軸により起立収容可能にカッタヘッド外周面部に取り
付けられ、カッタヘッドの時計回りの回転方向に対面し
て起立する掘削バケットと反時計回りの回転方向に対面
して起立する掘削バケットを備えた構成とすればよい。

【０００８】第３の発明は、シールド本体の先端部に取
り付けられて回転駆動されるカッタヘッドを有し、この
カッタヘッドに対面してシールド本体を前後に区画する
隔壁を設けて掘削土砂の取込みチャンバを形成してなる
シールド掘削機において、前記シールド本体をカッタヘ
ッドが取り付けられるフロントシールドとその公報に配
置されたリアシールドとから構成するとともに、両者を
テレスコピック構造にして伸縮駆動可能に連結し、両シ
ールドの外面にはそれぞれ地山側に突出するグリッパを
備え、かつ前記カッタヘッドの外周面部に起立動作可能
に掘削バケットを収容するとともに、当該掘削バケット
の起立動作によりバケット収容部を前記チャンバに開口
可能としたものである。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、カッタヘッドの外周面部に
複数の掘削バケットを格納して通常掘削を行うが、拡径
箇所に達した場合には、油圧ジャッキ等を用いて掘削バ
ケットを徐々に起立させ、カッタヘッドの回転力を利用
してオーバカットを行う。バケットの起立高さを調整す
ることにより掘削切込み量は任意に設定できる。オーバ
カットのためにバケットを起立させると、バケット収容
部はシールドチャンバに開口連通されるため、バケット
による掘削土砂はバケット内面を案内面としてチャンバ
内に円滑に導入される。したがって、オーバカットによ
る土砂の取込みはカッタヘッドの前面から行う必要がな
く、カッタヘッド外周面側から直接チャンバに取込まれ
るので排土が容易になっている。

【００１０】また、掘削バケットはカッタヘッドの回転
方向が時計方向あるいは反時計方向のいずれの場合でも
常に回転方向に対面して起立させて掘削形態をとること
ができ、カッタヘッドの回転方向に応じて適宜切換え使
用できる。したがって、ローリングを防止させながら拡
径掘削が可能となるのである。

【００１１】更に、フロントシールドとリアシールドの
各々に外部に突出するグリッパを設け、シールド本体を
定位置に保持して掘進を停止し、その場でカッタヘッド
の回転を行いつつ掘削バケットを徐々に起立させるよう
にして拡径掘削できる。このため、拡径作業におけるカ
ッタヘッドトルクを軽減させることが可能となり、オー
バカット量を大きくすることができる。そして、前後の
グリッパの操作により、フロントシールドを適宜前後移
動させることができるので、前進、後退のいずれの場合
でも拡径掘削が可能となり、拡径掘削領域幅を長くする
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明に係る拡径シールド掘削機の
具体的実施例を図面を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１は実施例に係る拡径シールド掘削機の
断面構成図である。実施例に係る拡径シールド掘削機１
０は、円筒状のシールド本体１２の前端面にカッタヘッ
ド１４を回転駆動可能に装備して構成されている。シー
ルド本体１２はフロントシールド１２Ｆとリアシールド
１２Ｒとから構成されており、両者はテレスコピック摺
動嵌合部１６を介して相互に伸縮動可能に連結されてい
る。これらの伸縮駆動を行わせるため、テレスコピック
摺動嵌合部１６の内面側には円周方向に沿って複数のテ
レスコピックジャッキ１８が配設され、このジャッキ１
８の両端部をフロントシールド１２Ｆとリアシールド１
２Ｒの内面に設けた荷重受板に連結している。したがっ
て、ジャッキ１８を伸縮駆動することによって、フロン
トシールド１２Ｆとリアシールド１２Ｒがシールド軸心
に沿って伸縮駆動され、シールド本体１２の全長が可変
とされるのである。

【００１４】また、シールド本体１２を推進させるた
め、特にフロントシールド１２Ｆにはシールド後方に向
けて延設されたシールドジャッキ２０がやはり円周方向
に沿って複数設けられている。これはフロントシールド
１２の内面に設けた荷重受板に基端を連結し、シールド
本体１２の後部にて覆工されたセグメント２２の端面を
反力面として伸張駆動させることにより、シールド本体
１２に推進力を与えるようにしている。

【００１５】前述したように、フロントシールド１２Ｆ
の前端開口には回転掘削をなすカッタヘッド１４が配置
されているが、このカッタヘッド１４に対面してフロン
トーシールド１２Ｆの中間部には内部を前後に仕切る隔
壁２４が形成され、両者の間に土砂取込み空間となるシ
ールドチャンバ２６を形成させている。前記カッタヘッ
ド１４を回転可能に支持するために、ヘッド背面側には
支持脚２８を介して固定されたリング部材３０が設けら
れ、このリング部材３０を前記隔壁２４に回転可能に装
着している。そして、リング部材３０には隔壁２４の背
面側に取り付けられた駆動モータ３２の駆動により回転
伝達可能とされ、もってカッタヘッド１４に掘削のため
の回転を与えるようにしている。このようなカッタヘッ
ド１４の前面にはカッタビット（図示せず）が取り付け
られるとともに、掘削土砂の取込み口２７が開口されて
おり、前記シールドジャッキ２０による推進とカッタヘ
ッド１４の回転によって掘削進行するように構成されて
いる。

【００１６】このような構成において、実施例に係るシ
ールド掘削機１０は、カッタヘッド１４の外周面部分
に、通常掘削時は格納されているが拡径掘削時にはカッ
タヘッド１４の外周面から起立駆動される掘削バケット
３４を設けた構成となっている。この掘削バケット３４
の詳細を図３〜図４に示す。掘削バケット３４はカッタ
ヘッド１４の円周方向に沿う形状とされ、外周壁に倣う
円弧状の面板３６とその側縁に設けられたほぼ三角形状
の側板３８によって断面Ｕ字状に折曲形成され、かつ先
端部に向けて深さが順次小さくなるようにしたバケット
本体４０を有している。バケット本体４０の基端側には
ブラケット４２が延設され、このブラケット４２にシー
ルド軸心と平行な支軸４４を挿通してバケット本体４０
がカッタヘッド１４の外周面に対して起伏動作ができる
ように取り付けられている。支軸４４はカッタヘッド１
４の内面側に設けられているカッタヘッドスポーク４５
の先端部における側壁面に取り付けられた固定ブラケッ
ト４６に取り付けられている。したがって、バケット本
体４０は支軸４４を回転中心としてカッタヘッド１４の
外周面からバケット先端側が起立可能とされている。こ
のような掘削バケット３４は拡径掘削に際して起立駆動
されるように、基端ブラケット４２には前記支軸４４に
隣接位置と、前記カッタヘッドスポーク４５の側壁のシ
ールド中心寄りの位置との間にバケットシリンダ４８を
取り付けている。図３に示すように、通常の掘削時には
当該バケットシリンダ４８を収縮状態に保持し、拡径掘
削時には図４に示すように、伸張駆動することにより掘
削バケット３４を支軸４４を中心として起立旋回させ、
バケット本体４０によるカッタヘッド１４の外周面部の
掘削を可能としているのである。

【００１７】ところで、上記のような掘削バケット３４
は、実施例においては、図２に示すように、カッタヘッ
ド１４の時計回りの回転方向に対面して起立する２個の
掘削バケット３４Ｒとカッタヘッド１４の反時計回りの
回転方向に対面して起立する２個の掘削バケット３４Ｌ
とを備えて構成されている。これらは円周方向に一定間
隔をもって配置され、同一方向に起立する掘削バケット
３４Ｒ（３４Ｌ）をシールド中心に対して点対象となる
ように配置している。これらの掘削バケット３４は各々
個別に起立駆動可能とされ、このためバケットシリンダ
４８への油圧回路において、図５に示すように、油圧ポ
ンプ５０からの圧油供給路の途中に各々制御バルブ５２
が介装され、これらは同一向きの掘削バケット３４Ｒ
（３４Ｌ）が同一駆動されるように設定されている。

【００１８】上記各掘削バケット３４は、カッタヘッド
１４による通常掘削時にはカッタヘッド１４の外周面か
ら張り出さないように格納され、拡径掘削時に外周面か
ら起立駆動されるが、この格納のためにカッタヘッド１
４にはバケット収容部としての開口５４が形成されてい
る。これはバケット本体４０における面板３６の形状に
倣う矩形開口とされ、バケット３４の起立時には開口５
４が当該バケット３４による掘削土砂の取込み口となっ
て、シールドチャンバ２６に直接土砂を導入するように
なっている。掘削バケット３４はその格納時に面板３６
がカッタヘッド１４の外周面とが同一面となるように形
成されている。また、バケット３４の格納時に図３に示
すように、バケット基端部のブラケット４２とカッタヘ
ッド１４の外周面との間にバケット起立動作のための余
裕空隙が形成されるが、この空隙を通常掘削時に閉塞す
るための閉塞板５６を設けるようにしてもよい。これは
一端をカッタヘッド１４に枢着し、他端をバケット３４
の特にブラケット４２の背面部に摺動連結して構成し、
バケット３４の起立動作に追随して起立させるようにす
ればよい。

【００１９】上述のような掘削バケット３４はその起立
動作によって拡径掘削をなすが、この拡径掘削に際して
シールド本体１２を地山に対して固定させるために、フ
ロントシールド１２Ｆとリアシールド１２Ｒの各々には
地山に向けて出入り可能なグリッパ５８が設けられてい
る。このグリッパ５８の詳細を図６に示す。図示のよう
に、これはシールドスキンプレートの外表面に開口形成
されたグリッパ収容部６０を有しており、この内部にシ
リンダ６２を出入り可能に装着している。シリンダ６２
にはピストン６４が摺動可能に装着され、またこのピス
トン６４に連結されたロッド６６をシリンダ下端開口か
ら突出させている。シリンダ６２の下端開口部にはブッ
シュ６８が取り付けられ、このブッシュ６８にピストン
ロッド６６を貫通させている。そして、ピストンロッド
６６にはピストン６４とシリンダヘッドの間に圧油を供
給する送油通路７０と、ピストン６４およびブッシュ６
８の間に圧油を供給する送油通路７２が穿設され、圧油
の供給通路７０、７２を切換えることにより、シリンダ
６２をシールドスキンプレートから出入り駆動させるよ
うにしている。

【００２０】このように構成された拡径シールド掘削機
による拡径掘削作業は次のように行われる。この場合、
前進拡径掘削方法と、後退拡径掘削方法とを採用するこ
とができるが、前者の場合、掘削バケット３４をカッタ
ヘッド１４内に格納した状態（図３）で通常掘削を行
い、バケット３４の幅寸法だけ掘進させる。そして、フ
ロントシールド１２Ｆとリアシールド１２Ｒの各々に設
けたグリッパ５８を突出操作し、グリッパ５８を地山に
喰い込ませてシールド本体１２を固定保持する。その
後、シールド本体１２の移動を停止した状態で、カッタ
ヘッド１４を回転駆動させ、バケットシリンダ４８を伸
張駆動する。このバケットシリンダ４８の伸張駆動によ
り掘削バケット３４は支軸４４を中心として起立し先端
をカッタヘッド１４の外周面から持上げるため、バケッ
ト３４の刃先がカッタヘッド１４の外周面から起立され
た分だけ地山に喰い込むので拡径掘削が行われる。そし
てバケット３４を徐々に起立させ、掘削土砂を取込みな
がら拡径掘削を行い、所定の径まで掘削する。掘削され
た土砂はバケット３４によりすくわれ、バケット収容開
口５４を通じてシールドチャンバ２６内に取込まれ、排
土される。実施例の掘削機は、泥水シールド工法を行う
ようになっており、このためシールドチャンバ２６内に
加圧泥水を供給する送泥管７４と、排泥管７６が設けら
れ、排泥管７６を介して系外に排出されるものとなって
いる。このようにバケット幅前進、拡径掘削と繰り返し
ながら、掘進方向に拡径掘削を行うことができ、シール
ド本体１２の機長の１／３程度の掘削が可能である。

【００２１】一方、後退拡径掘削をなす場合には、通常
掘削をなした後、掘進先端部で前後グリッパ５８を突出
させてシールド本体１２を固定し、カッタヘッド１４を
回転駆動しつつバケット３４を徐々に起立させて拡径掘
削を行う。この拡径掘削の後、リアグリッパ５８を縮
め、テールシールド内のセグメントとの連結を外し、テ
レスコピックジャッキ１８を伸張することによりリアシ
ールド１２Ｒを後退する。この後退の後、リアグリッパ
５８を突出させ、リアシールド１２Ｒを固定し、次いで
フロントグリッパ５８を縮小させ、フロントシールド１
２Ｆをバケット３４の幅だけ後退移動させる。後退させ
た後、バケット３４を起立駆動して拡径掘削をなす。こ
のような作業を繰り返すことにより、任意の距離の拡径
掘削が可能となる。

【００２２】なお、バケット３４の起立駆動により拡径
掘削を行うが、カッタヘッド１４はシールド本体１２の
ローリング防止のために回転方向が時計方向、あるいは
反時計方向に適宜回転方向が変更されるが、このときカ
ッタヘッド１４の回転方向に対面する側の掘削バケット
３４Ｒ（３４Ｌ）が起立されるように制御バルブ５２が
調整される。これは図示しないコントローラによってカ
ッタヘッド１４の回転駆動方向に連動して切換えるよう
にしておけばよい。

【００２３】上述した拡径掘削を行いつつシールド掘削
機同志のドッキングを行わせる作業工程を図７に示す。
これは当初前進拡径掘削により拡径掘削をなし（同図
(1)、(2)）、その後に後退して拡径部分と後退部分にコ
ンクリートを打設して先行シールド掘削機が嵌入される
円筒シェル８０を構築する（同図(3)）。この先行シー
ルド掘削機とドッキングされるシールド掘削機をドッキ
ング位置まで掘進させ、こんどは後退移動させながら拡
径掘削を行う（同図(4)）。そして、後行シールド掘削
機が嵌入される円筒シェルを延長形成するのである（同
図(5)）。このようにドッキング用シェル８０を構築し
た後、シェル８０の隔壁部分を破砕し、連通させること
により、地中ドッキングを好適に行わせることができる
のである。

【００２４】このように、本実施例に係るシールド掘削
機によれば、シールド本体１２の外径寸法より大きな径
のトンネル掘削が可能となり、拡径掘削時の掘削土砂を
適時シールドチャンバ内に取込みながら拡径することが
できる。しかもバケット３４による掘削であるため、作
業効率が高いものとなっている。バケット３４はその張
り出し量を任意に設定でき、同時に排土も容易に行わせ
ることができるものとなっている。そして、通常掘削と
拡径掘削とを分離して行わせることにより拡径時のトル
クを低減させることができ、このときの掘削幅もバケッ
ト幅に対応するためにコピーカッタ装置と異なり、確実
に拡径掘削が可能となっている。また、シールド本体１
２をテレスコピック構造としていることにより前進およ
び後退のいずれの場合も拡径掘削が可能とされる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カッタヘッドの外周面部に起立動作可能に掘削バケット
を収容して、拡径に際して起立駆動させるようにしたこ
とにより、オーバカット量を大きくとることができると
ともに、排土処理が容易な構造とした拡径シールド掘削
機とすることができる。この掘削バケットをカッタヘッ
ドの回転方向に対面するように交互切換え可能としてロ
ーリングの防止を図りつつ拡径掘削ができる。更に、シ
ールド本体をテレスコピック連結して伸縮可能ならし
め、各々にグリッパを設けて拡径掘削させるように構成
したことにより前進拡径掘削、後退拡径掘削のいずれも
可能となり、利用範囲の広い拡径掘削とできる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る拡径シールド掘削機の断面図であ
る。

【図２】同シールド掘削機のカッタヘッド部分の断面図
である。

【図３】掘削バケットの格納状態の断面図である。

【図４】掘削バケットの起立状態の断面図である。

【図５】掘削バケットの駆動回路の模式図である。

【図６】グリッパの断面構成図である。

【図７】拡径掘削を利用したシールドドッキング工法の
説明図である。

【符号の説明】

１０ 拡径シールド掘削機 １２ シールド本体 １２Ｆ フロントシールド １２Ｒ リアシールド １４ カッタヘッド １６ テレスコピック摺動嵌合部 １８ テレスコピックジャッキ ２０ シールドジャッキ ２６ シールドチャンバ ３４（３４Ｒ、３４Ｌ） 掘削バケット ３６ 面板 ３８ 側板 ４０ バケット本体 ４４ 支軸 ４８ バケットシリンダ ５８ グリッパ

フロントページの続き (72)発明者 内田 泰三 東京都中央区銀座８丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 藤井 義文 東京都中央区銀座８丁目21番１号 株式会 社竹中土木内 (72)発明者 原 清 大阪府枚方市上野３丁目１番１号 株式会 社小松製作所製作所大阪工場内 (72)発明者 南 好人 大阪府枚方市上野３丁目１番１号 株式会 社小松製作所製作所大阪工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体の先端部に取り付けられて
   回転駆動されるカッタヘッドを有し、このカッタヘッド
   に対面してシールド本体を前後に区画する隔壁を設けて
   掘削土砂の取込みチャンバを形成してなるシールド掘削
   機において、前記カッタヘッドの外周面部に起立動作可
   能に掘削バケットを収容するとともに、当該掘削バケッ
   トの起立動作によりバケット収容部を前記チャンバに開
   口可能としたことを特徴とする拡径シールド掘削機。
2. 【請求項２】 前記掘削バケットはカッタヘッドの回転
   軸心に平行に配置された支軸により起立収容可能にカッ
   タヘッド外周面部に取り付けられ、カッタヘッドの時計
   回りの回転方向に対面して起立する掘削バケットと反時
   計回りの回転方向に対面して起立する掘削バケットを備
   えたことを特徴とする請求項１に記載の拡径シールド掘
   削機。
3. 【請求項３】 シールド本体の先端部に取り付けられて
   回転駆動されるカッタヘッドを有し、このカッタヘッド
   に対面してシールド本体を前後に区画する隔壁を設けて
   掘削土砂の取込みチャンバを形成してなるシールド掘削
   機において、前記シールド本体をカッタヘッドが取り付
   けられるフロントシールドとその後方に配置されたリア
   シールドとから構成するとともに、両者をテレスコピッ
   ク構造にして伸縮駆動可能に連結し、両シールドの外面
   にはそれぞれ地山側に突出するグリッパを備え、かつ前
   記カッタヘッドの外周面部に起立動作可能に掘削バケッ
   トを収容するとともに、当該掘削バケットの起立動作に
   よりバケット収容部を前記チャンバに開口可能としたこ
   とを特徴とする拡径シールド掘削機。