JPH0654075B2 - アップワードシールドマシン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シールドマシンに係り、特に新設又は既設シ
ールド坑より地表に向って直に上方向に掘削することの
できるアップワードシールドマシンに関する。

［従来の技術］ 一般に電話線やあるいは電力線といった送信線あるいは
送電線を地下ケーブルによって配設する場合、後の補修
が容易に行い得るように直径３〜５ｍの大きさの横坑を
掘って配設している。この横坑を掘るには、まず、地上
にやぐらを組み上げ土砂を排出する装置を設置し、立坑
を所定の深さまで掘り進んだ後、シールドマシンを孔内
に搬入し、横方向に掘削する。このように横坑を掘るに
は、従来より手作業によらず、能率も良いところからジ
ャッキの力を推進力とするシールドマシンを用いた方法
が採られている。この方法は地下鉄工事や下水工事等に
も採用されている。すなわち、横坑をシールドマシンを
用いて自動的に掘り進んでいくわけである。

所定の距離シールド坑（横坑）を掘進すると、所定の位
置で立坑を掘削するわけであるが、この立坑は、従来、
横坑に向って地表に路下室を造って地表より掘削してい
た。

しかし、経済社会の発達に伴い、地上は道路周辺に家が
密集し、道路上は車が人が氾濫している。このような密
集地に立坑を掘削する場合、地表にやぐらを組み、資材
置場を確保し、路下室を造作って地表より掘削すること
は、他人の土地を利用しなければならない場合多々あ
り、その土地の所有権、地上権等の諸権利関係、また、
地上での作業時に発する騒音等から地上での作業が極端
に制限され能率良く作業することが甚だ困難を極めるに
至っている。

そこで、近年、新設又は既設のシールド坑に立坑を掘削
する場合、シールド坑から地表に向って竪坑を掘削する
方法が嘱望されている。

［発明が解決しようとする課題］ 立坑を掘削する地層は、例えば、地表から表土（約３
ｍ）、粘土層（約９ｍ）、滞水砂礫層（約２０ｍ）、土
丹層（約５ｍ）となっている。この地層中、シールド坑
（横坑）は、土丹層中に形成されている。この土丹層中
を横方向に掘削するには、従来よりシールドマシンが使
用されている。このシールド坑掘削用のシールドマシン
をシールド坑内より垂直に立てて上方向に掘削しようと
すると、掘刃によって掘削した土砂等は、下に落下する
わけであるが、従来のシールドマシンは、上方向より落
下してくる土砂を受け止める構造とはなっておらず、こ
のままでは作業をすることができない。また、従来のシ
ールドマシンを垂直に立てて、土丹層中を掘削する場
合、土砂の落下を問題にしなければ何とか掘削できる
が、地層は、前述の如く、土丹層の上に、水分が多く含
んだ滞水砂礫層があり、この滞水砂礫層にシールドマシ
ンが進んだ場合に問題がある。すなわち、この滞水砂礫
層は脆い層で、崩れ落る性質を有しており、溢水層でも
ある。このため何の手当てもしないで単に下から掘削し
ても崩れ落ちるもので、特にシールドマシンが仮に滞水
砂礫層内に入った場合には、シールドマシンを滞水砂礫
層で支えることができず、セグメントの組み立てができ
ず、上部周囲の土層の崩落を防止することができずに地
表陥没を起す危険がある。

また、滞水砂礫層で出る水を従来のシールドマシンは処
理することができず、シールドマシン内はもとより、シ
ールドマシンの下で人間が作業することができない。

このように従来のシールドマシンによったのではシール
ド坑から地表に向って上方向に立坑を掘削することがで
きないという問題点を有している。

本発明は、シールド坑より地表に向って垂直に上方向に
掘削することのできるアップワードシールドマシンを提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のアップワードシー
ルドマシンは、円筒状に形成される胴体と、該胴体先端
部に土砂等を掘削するカッタービットと、該カッタービ
ットに隣接して前記胴体先端部を塞ぐ面板と、該面板と
前記カッタービットとの間に該カッタービットによって
掘削された土砂等を落下させるスリットとを設け、さら
に前記スリット後方にロート状に形成され前記スリット
から落下してくる土砂等を受け止めるチャンバを設け、
該チャンバのロート状先端にゲートバルブを介して接続
し土砂等を排出するロータリーフィーダーを設けると共
に、前記胴体の内壁に該胴体を前方に推進するジャッキ
を設け、前記カッタービットと面板とを回転させる駆動
手段を備えて構成したものである。

そして、上記カッタービットは、回転可能な円筒の外周
に複数個の掘刃を相背向せしめ２列に配設するのが好ま
しい。

さらに、上記カッタービットは、円筒を回転させること
によって該カッタービットの刃先の角度が可変できるよ
うに構成するのが好ましい。

また、本発明のアップワードシールドマシンは、上記カ
ッタービットの略中央に、２つに分割される円錐体の間
に、複数個の掘刃を一列に、かつ胴体前方に向って山型
に配設するセンタービットを該カッタービットの刃先よ
りも突出させて設けたものである。

そして、上記センタービットは、刃の出具合が調整でき
るようにするのが好ましい。

また、本発明のアップワードシールドマシンは、上記チ
ャンバの前方で２枚の面板の後方にスリットの長手に対
して凹曲面に形成される掻き板をチャンバ床面方向に突
出するように設け、該掻き板の先端が前記カッタービッ
トの回転に伴って前記チャンバ床面上を摺接し、前記チ
ャンバ床面上に落下した土砂等を前記チャンバ中央に掻
き集めるようにしたものである。

さらに、上記チャンバの適宜数箇所に掘削された土砂等
を強制的に送出するようにするのが好ましい。

そして、上記ロータリーフィーダーに、内部にスパイラ
ルシュートが形成された筒体を設けることもできる。

また、面板の下面を摺動する摺動板を面板の下面に設
け、スリットの開口面積を変えられるようにすることも
できる。

［作用］ 上記のように構成されたアップワードシールドマシンを
シールド坑内に垂直に立てて掘削を開始すると、カッタ
ービットによって掘削された土砂等は、スリットを通り
チャンバ内に落下し、このチャンバによって受け止めら
れる。このチャンバ内に落下した土砂は、ロータリーフ
ィーダーによって順次下方に排出されていく。

一方、アップワードシールドマシンの推進は、ジャッキ
によって行われ、胴体内で立坑の壁面であるセグメント
の組み立てを行い、このセグメントと胴体の下胴とをオ
ーバーラップさせながら掘進していくため、土質に関係
なく確実に掘削することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図には、本発明に係るアップワードシールドマシン
１の全体が示されている。

図において、アップワードシールドマシン１は、筒状に
形成される胴体２を有している。この胴体２は、上胴３
と、中胴４と、下胴５とによって構成されており、この
上胴３と中胴４と下胴５とは分割可能に構成されてい
る。

上胴の先端部には、回転可能に構成される掘削部６が取
り付けられている。この掘削部６は、ターンテーブル７
の内歯ギヤ８に噛合するピニオン９を回転駆動する油圧
モータ１０によって回転するようになっている。また、
この掘削部６の先端には、シャフト１１が渡されてお
り、このシャフト１１には、円筒１２，１３が回転自在
に嵌合されている。この円筒１２及び円筒１３には、第
２図に示す如く、カッタービット１４，１５が相背向し
て２列設けられている。この円筒１２，１３は、第３
図、第４図に示す如く、ジャッキ１６，１７を駆動する
ことによりリンク機構１８，１９（図示されていない）
によって所定角度回動するように構成されている。第４
図に示す如く、ジャッキ１６のピストンロッドを矢印Ａ
に示す如く、突出させると、円筒１２は矢印Ｂに示す方
向に回動し、カッタービット１４Ａが引っ込み、カッタ
ービット１４Ｂが突出する。このカッタービット１４
Ａ，１４Ｂの使い分けは、例えば、カッタービット１４
Ａは右回転用に、カッタービット１４Ｂは左回転用に用
いる場合である。

また、掘削部６の先端には、第２図に示す如くカッター
ビット１４，１５を挟んで面板２０，２１が設けられて
いる。この面板２０をカッタービット１４，１５との間
には、カッタービット１４，１５によって掘削された土
砂等を排出（落下）するためのスリット２２が、また、
面板２１とカッタービット１４，１５との間には、スリ
ット２３が設けられている。このスリット２２，２３
は、第３図に示す如くジャッキ８０，８１，８２，８３
によって摺動する第２図図示摺動板８４，８５，８６，
８７により、開口面積を可変できるようになっている。

また、円筒１２と円筒１３との間、略中央には、円錐体
２４が設けられており、この円錐体２４は、中央で２つ
に分割され、溝２５が形成されている。この溝２５に
は、センタービット２６が嵌合されている。このセンタ
ービット２６は、第１図に示す如く、複数の掘刃が所定
間隔をおいて一列に、しかも山型に配列されている。こ
のセンタービット２６は、油圧ジャッキ２７によって円
錐体２４からに刃の突出具合を調整できるようになって
いる。

面板２０の下方及び面板２１の下方の掘削部６の最下部
に、第３図、第４図に示す如く、スリット２２に対して
凹曲面を形成して掻き板７０が、また、スリット２３に
対して凹曲面を形成して掻き板７５がそれぞれ面板２
０，２１に対して垂直方向に設けられている。この掻き
板７０，７５は、相対向した状態に設けられている。そ
して、この掻き板７０，７５の先端は、チャンバ２８の
床面に接触した状態に設けられている。

このように掘削部６は、下面でチャンバ２８に接してい
る。チャンバ２８は、ロート状に形成されており、チャ
ンバ２８内に落下した土砂等を一か所の出口から排出で
きるようにしたものである。このチャンバ２８内には、
適宜箇所（本実施例においては、図示されていないが等
間隔で３箇所）にスクレーパー２９が設けられている。
このクレーパー２９は、スリット２２，２３から落下し
てチャンバ２８内に溜った土砂等を強制的にチャンバ２
８下方の排出口に送り出す作用を有している。すなわ
ち、スクレーパー２９は、複数本のアーム３０に回転羽
根３１を設け、この回転羽根３１をアーム３０によって
ロータリージョイント３２を介して掘削部６の回転を利
用して回転させて土砂等をチャンバ２８下方の排出口に
送り出すものである。このスクレーパー２９の回転速度
は、ロータリージョイント３２内のギヤ比によって設定
されるものであるが、ギヤ比は、１：２（掘削部６の２
倍の速さ）又は１：３（同じく３倍の速さ）にするのが
適当である。

また、チャンバ２８の下端部には、ゲートバルブ３３を
介してロータリフィーダー３４が接続されている。この
ゲートバルブ３３は、チャンバ２８に溜った土砂等の排
出量を制御する作用を有するもので、ゲート板３３Ａを
ゲートジャッキ３３Ｂによって開閉するように構成され
ている。このゲートバルブ３３には、ロータリフィーダ
ー３４のケーシング３５が接続されている。このケーシ
ング３５内には回転軸３６を中心に放射状に羽根３７
Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄがそれぞれ取付けられてお
りケーシング３５の内壁を密に摺動して回転するように
構成されている。このケーシング３５の下部は排出口３
８が形成されており、この排出口３８の下方には円筒状
の筒体３９が接続されている。この筒体３９は、上部筒
体４０と下部筒体４１を有している。上部筒体４０の外
周面には、外周面に沿って移動可能にアーム４２が取り
付けられている。このアーム４２の先端部には、吊り上
げ具４３が取り付けられている。この吊り上げ具４３
は、ワイヤロープ４４を巻き取り、ワイヤロープ４４の
先端に固着されているフック４５に引っ掛けたセグメン
ト１００を吊り上げる作用を有している。また、下部筒
体４１の外周面には、筒４６が回転自在に嵌合されてい
る。この筒４６の外周面にジャッキ４７の本体が固着さ
れており、このジャッキ４７のピストンロッドの先端に
は、セグメント１００を取り付けるタッグ４８が固着さ
れている。このジャッキ４７は、筒４６に固着されるジ
ャッキ４９によって上下方向に摺動できるうに構成され
ている。また、この筒４６は、油圧モータ５０によって
回転できるようになっている。

また、アップワードシールドマシン１の中胴４の上端部
に第５図に示す如くアップワードシールドマシン１を推
進するためのジャッキ５１，５２，５３，５４，５６の
ピストンロッドの先端が固着されている。このジャッキ
５１，５２，５３，５４，５５，５６の本体は、組み上
げられたセグメント１０１の最上端部に載置され、胴体
２をセグメント１０１を足場にして推進する作用を有し
ている。この胴体２は、中胴４の外周に設けられた爪５
７によって、掘削部６が回転し、カッタービット１４，
１５によって掘削する際に自転してしまうことがないよ
うになっている。

また、筒体３９内は、スパイラルシュートに構成されて
いる。

この筒体３９の最下端部には、土砂等排出用の円筒５８
が接続されている。この円筒５８の最上部には、セグメ
ント組立デッキ５９が取り付けられている。

なお、第１図における６０，６１はセグメント１０１に
かけられた梯子を示している。この梯子６０と梯子６１
とは第６図に示す如く、多少ずれた位置にかけられてい
る。これは、万一梯子６０から落下しても、一番下まで
落ることがないよう安全上からの設計である。

次に本実施例の動作について説明する。

まず、シールド坑（図示されていない）内において、立
坑を掘削する所にアップワードシールドマシン１をセッ
トする。次に掘削部６の先端のセンタービット２２を掘
削する土質に合せて刃の出し具合を調整する。また、カ
ッタービット１４，１５についても掘削部６の回転方向
に合せて調整する。その後、立坑の壁になるセグメント
の上にジャッキ５１，５２，５３，５４，５５，５６を
載置し、このジャッキ５１，５２，５３，５４，５５，
５６を駆動させながら油圧モータ１０を駆動して掘削部
６を回転する。この掘削部６の回転によってセンタービ
ット２２及びカッタービット１４，１５によって掘削さ
れた土砂等スリット２２，２３を通ってチャンバ２５内
に落下する。この土砂等は、掻き板７０，７５によって
中央に掻き寄せられ、スクレーバー２９によって、ゲー
トバルブ３３を通りロータリーフィーダー３４に送られ
る。このゲートバルブ３３は、土質が滞水砂礫層のよう
に崩落しやすい土質の場合にゲート板３３Ａによって土
砂等の通過面積を可変する。また、土質が著しく柔らか
く掘削部６で掘削するまでもなく多量に土砂が落下して
くるような場合、排出作業が土砂等の排出速度に追いつ
かないようなときに、一時土砂等の排出を停止するため
ゲート板３３Ａを閉じるといった作業効率や安全性をも
考慮したものである。

このようにロータリーフィーダー３４に送られた土砂等
は、ロータリーフィーダー３４の羽根３７によって筒体
３９に送られる。この筒体３９ではスパイラルシュート
の作用により、土砂等は直接最下点まで落下せず、スパ
イラル状に廻りながら落下していく。

このようにして掘削部６が、マシン推進用のジャッキ５
１，５２，５３，５４，５５，５６の推進距離（ピスト
ンロッドが伸びる距離）いっぱいまで掘り進むと、アー
ム４２の先端に取り付けられた吊り上げ具４３によって
セグメント１００を吊り上げ、ジャッキ５１，５２，５
３，５４，５５，５６の足場としているセグメント１０
０上の位置まで吊り上げる。次にこのジャッキ５１，５
２，５３，５４，５５，５６の中のいずれか１個、例え
ばジャッキ５１を縮小させる。すると、ジャッキ５１は
中胴の先端側に引き寄せられ足場としていたセグメント
１０１の上が開く。この開いたところに先に吊り上げら
れていたセグメント１００をタッグ４８に固定した後ジ
ャッキ４７で外周側に押圧し、ジャッキ４９で高さを調
整する。次に押されてセットされたセグメント１００と
セグメント１０１とをボルト等で固定する。次にジャッ
キ５２を同様に縮小し、ジャッキ５２の足場としていた
セグメント１０１と吊り上げたセグメント１００とを固
着する。同様にしてジャッキ５３，５４，５５，５６に
ついても行い、一周にわたってセグメント組立を行う。
次に、いま組上げたセグメント１００を足場にして前記
同様掘削部６を回転させながら掘進する。このセグメン
トを数個組み上げたところで筒体３９の下端部に円筒５
８をつぎ足す。

このように順次セグメントを組み立て、円筒５８をつぎ
足していき立坑を掘り上げていく。

本実施例では、セグメントの組立は、胴体２内、すなわ
ち、中胴４と下胴５の内部で行われる点に特徴がある。
すなわち、第１図でセグメント１０１Ａ，１０１Ｂの外
側に下胴５が嵌合しており、この状態で次のセグメント
が組み立てられる。したがって、セグメント１０１Ａ，
１０１Ｂと共に胴体２がセグメント１０１同様立坑の壁
面の働きをしており、この状態で掘進しし胴体２が前進
してセグメント１０１Ａ，１０１Ｂが外部の土質と接
し、はじめて実質的な立坑の壁面を構成することにな
る。このため、土質が脆い滞水砂礫層の場合でも、上部
周囲の土層が落下するようなことを防いでいる。また、
アップワードシールドマシン１に横方向からかかる圧力
は胴体２の下胴とセグメント１０１Ａ，１０１Ｂとの間
との嵌合部で支えることになる。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

円筒状に形成される胴体と、該胴体先端部に土砂等を掘
削するカッタービットと、該カッタービットに隣接して
前記胴体先端部を塞ぐ面板と、該面板と前記カッタービ
ットとの間に該カッタービットによって掘削された土砂
等を落下させるスリットとを設け、さらに前記スリット
後方にロート状に形成され前記スリットから落下してく
る土砂等を受け止めるチャンバを設け、該チャンバのロ
ート状先端にゲートバルブを介して接続し土砂等を排出
するロータリーフィーダーを設けると共に、前記胴体の
内壁に胴体を前方に推進するジャッキを設け、前記カッ
タービットと面板とを回転させる駆動手段を備えている
ので、新設又は既設シールド坑より地表に向って垂直に
上方向に、土砂等の崩落の危険を招くことなく掘削して
立坑を形成することができる。

そして、カッタービットを回転可能な円筒の外周に複数
個の掘刃を相背向せしめ２列に配設し、該円筒を回転さ
せることによってカッタービットの刃先の角度が可変で
きるようにしてあるため、土層の土質の変化、あるい
は、同じ層でも内容物の変化に十分に対応することがで
き、いかなる層の掘削も可能にできる。

また、カッタービットの略中央部に円錐体を設け、この
円錐体を２つに分割し、この分割した部分に複数個の掘
刃を一列に、かつ胴体前方に向って山型に配設するセン
タービットを該カッタービットの刃先よりも突出させて
設け、刃の出具合が調整できるようにしてあるため、カ
ッタービットだけでは掘削できないような堅い岩盤層の
ような部分の掘削を容易に行うことができる。

また、チャンバの前方で２枚の面板の後方にスリットの
長手に対して凹曲面に形成される掻き板をチャンバ床面
方向に突出するように設け、該掻き板の先端が前記カッ
タービットの回転に伴って前記チャンバ床面上を摺接
し、前記チャンバ床面上に落下した土砂等を前記チャン
バ中央に掻き集めるようにしてあるため、掘削した土砂
等を掘削部を回転させる毎に中央に掻き集めることがで
き、土砂等の排出を容易にすることができる。

さらに、チャンバの適宜数箇所に掘削された土砂等を強
制的に送出するスクレーパーを設けてあるため、掻き板
によって中央に掻き集められた土砂等の排出を強制的に
ロータリーフィーダーへ送り出すことができる。

また、ロータリーフィーダーの下側に、内部にスパイラ
ルシュートが形成された筒体を設けてあるため、ロータ
リフィーダーから排出された土砂等が周辺に広がらずに
纒まって、しかも一気に最下端に落下するのではなく徐
々に落下させることができる。

また、面板の下面を摺動する摺動板を面板の下面に設
け、スリットの開口面積を変えられるようにしてあるた
め、滞水砂礫層内の掘進する際、掘削によって生じる土
砂等のチャンバ内への落下が土砂等の排出作業速度に比
して多い場合に、掘削によって生じる土砂等のチャンバ
内への落下量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアップワードシールドマシンの実
施例を示すアップワードシールドマシンの全体構成図、
第２図は第１図図示アップワードシールドマシンの平面
図、第３図は第１図の面板を取り払った状態での平面
図、第４図は第３図図示Ａ−Ａ断面図、第５図は第１図
図示Ａ−Ａ断面図、第６図は第１図図示Ｂ−Ｂ断面図で
ある。 １……アップワードシールドマシン １４，１５……カッタービット ２０，２１……面板 ２２，２３……スリット ２８……チャンバ ５１，５２，５３，５４，５５，５６……ジャッキ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−55397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−26196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−128127（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−84096（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−56888（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−16840（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状に形成される胴体と、該胴体先端部
   に土砂等を掘削するカッタービットと、該カッタービッ
   トに隣接して前記胴体先端部を塞ぐ面板と、該面板と前
   記カッタービットとの間に該カッタービットによって掘
   削された土砂等を落下させるスリットとを設け、さらに
   前記スリット後方にロート状に形成され前記スリットか
   ら落下してくる土砂等を受け止めるチャンバを設け、該
   チャンバのロート状先端にゲートバルブを介して接続し
   土砂等を排出するロータリーフィーダーを設けると共
   に、前記胴体の内壁に該胴体を前方に推進するジャッキ
   を設け、前記カッタービットと面板とを回転させる駆動
   手段を備えたことを特徴とするアップワードシールドマ
   シン。
2. 【請求項２】上記カッタービットは、回転可能な円筒の
   外周に複数個の掘刃を相背向せしめ２列に配設したもの
   である請求項１記載のアップワードシールドマシン。
3. 【請求項３】上記カッタービットは、円筒を回転させる
   ことによって該カッタービットの刃先の角度が可変でき
   るように構成したものである請求項２記載のアップワー
   ドシールドマシン。
4. 【請求項４】上記カッタービットの略中央に、２つに分
   割される円錐体の間に、複数個の掘刃を一列に、かつ胴
   体前方に向って山型に配設するセンタービットを該カッ
   タービットの刃先よりも突出させて設けたものである請
   求項１、２又は３記載のアップワードシールドマシン。
5. 【請求項５】上記センタービットは、刃の出具合が調整
   できるようにしたものである請求項４記載のアップワー
   ドシールドマシン。
6. 【請求項６】上記チャンバの前方で２枚の面板の後方に
   スリットの長手に対して凹曲面に形成される掻き板をチ
   ャンバ床面方向に突出せしめ、該掻き板の先端が前記カ
   ッタービットの回転に伴って前記チャンバ床面上を摺接
   し、前記チャンバ床面上に落下した土砂等を前記チャン
   バ中央に掻き集めるようにしたものである請求項１、
   ２、３、４又は５記載のアップワードシールドマシン。
7. 【請求項７】上記チャンバの適宜数箇所に掘削された土
   砂等を強制的に送出するスクレーパーを設けたものであ
   る請求項１、２、３、４、５又は６記載のアップワード
   シールドマシン。
8. 【請求項８】上記ロータリフィーダーに、内部にスパイ
   ラルシュートが形成された筒体を設けたものである請求
   項１、２、３、４、５、６又は７記載のアップワードシ
   ールドマシン。
9. 【請求項９】面板の下面を摺動する摺動板を面板の下面
   に設け、スリットの開口面積を変えられるようにした請
   求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のアップワ
   ードシールドマシン。