JPH08210081A - 二段式シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 両シールドが一体のときに両者を効果的、且
つ強固に固定するとともに、分離時にはこれがスムーズ
になされる二段式掘進機の提供。 【構成】 親シールド２と子シールド３とを固定しうる
固定装置を備え、該固定装置が、親シールド内周面に設
けられたボス２９と、子シールド外周面に装着された駆
動手段によって前記ボスに係合されるキー３０とから構
成され、両シールド間の間隙を規制するクランプとスラ
イドレールを有し、前記クランプが、子シールド外周面
に装着された駆動手段によって子シールド外周面に当接
するように進出されうる突起から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二段式シールド掘進機
（以下、単に掘進機という）に関する。さらに詳しく
は、大径のシールド本体内に同軸状に小径のシールド本
体が入れ子式に伸縮しうるように配設されることによ
り、トンネル等の途中からトンネル径を縮小して掘進す
ることができる掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
トンネルや共同溝等の工事はシールド工法によることが
多くなっているが、たとえば都市トンネルの場合その用
途の多様化により、トンネルの口径を途中から変えねば
ならない場合がある。一例では、地下鉄の新線建設工事
等において、大径のトンネルを必要とする駅舎部と、小
径のトンネルでよい線路部とを連続して掘削する場合が
ある。このような場合、掘進途中でトンネルの掘進径を
変更（専ら縮径）しうるいわば二段式掘進機（親子掘進
機ともいわれている）が用いられる。

【０００３】この二段式掘進機は、大径の外シールド本
体（以下、適宜親シールドともいう）内に小径の内シー
ルド本体（以下、適宜子シールドともいう）を同軸状且
つ入れ子式に収容したものであり、大径トンネルから小
径トンネルへ移行するときに親シールドの掘進を停止
し、子シールドを親シールドの先端から発進させて小径
トンネルを掘進していくものである。

【０００４】かかる二段式掘進機は、下記の各文献によ
っても知られている。つまり、特開平１−９４１９３号
公報、特開平３−６６８９７号公報、特開平３−１６１
６９４号公報、特開平３−１９７７９１号公報、特開平
３−２５０１９６号公報、特開平３−１１５６９７号公
報、特開平５−１００８６号公報、実公昭６０−３８７
９４号公報、実開平３−３２６８９号公報、実開平３−
３２６９０号公報、実開平３−３２６９２号公報、特公
平２−４４９９６号公報等である。

【０００５】しかしながら、上記各公報に開示された二
段式掘進機はいずれも、親シールドと子シールドとが一
体化されているときの両シールドの効果的な固定と、親
シールドから子シールドをスムーズに進出させるための
上記固定の解除との現実的な段取りとそのために必要な
現実的な構成とが明らかではない。

【０００６】とくに、掘進機は土の中で周囲から土圧を
うけており、親シールドはかかる土圧によって多少たわ
むのであるが、そのときに子シールドが親シールドの内
径側と大きく干渉することなくスムーズに発進、分離し
うるための具体的な構成の記載がない。分離するときに
はスムーズになしうるということはもちろんのこと、親
シールドと子シールドとが一体のときに両シールドを効
果的、かつ強固に固定するという、相反する機能をも充
分に発揮しうるための具体的な構成が明らかにされてい
ない。すなわち、一体時の親シールドと子シールドとの
不用意な相対変位の防止、およびスムーズに分離するた
めの親シールドと子シールドとの接合方式に対する考え
方が明確ではない。

【０００７】さらに、子シールドが推進ジャッキによっ
て親シールドから発進、分離するときに、上記推進ジャ
ッキの推進反力を受ける反力壁（反力を受けるためのセ
グメント）を、掘進中に組み立て済の大径トンネル用セ
グメントの先端に組み込むことが提案されている（上記
の特開平３−１９７７９１号公報、特開平３−１１５６
９７号公報、特開平５−１００８６号公報、特公平２−
４４９９６号公報参照）。しかし、かかる反力受けセグ
メントは、大径トンネルと小径トンネルとの口径差が大
きい場合でも両トンネルの半径差以上の寸法を必要と
し、しかも全体で子シールドの推進力（数千トン）を受
ける必要があるため、非常に大きく且つ重いものとな
る。したがって、エレクターに大きな負担が加わり、損
傷の恐れもある。しかも、トンネル内でのかかる大型の
セグメントの組み立てはきわめて手間のかかる作業でも
ある。

【０００８】一方、上記反力受けセグメントを用いず
に、親シールドの内径側に円輪状等の反力受けフレーム
を設置したもの（特開平３−６６８９７号公報、特開平
３−１６１６９４号公報）、またはトンネル内に補強柱
や反力受け壁を設けたものものもある（上記特開平１−
９４１９３号公報、特開平３−２５０１９６号公報、実
公昭６０−３８７９４号公報、実開平３−３２６８９号
公報、実開平３−３２６９０号公報、実開平３−３２６
９２号公報）。しかし、トンネル内に補強柱や反力受け
壁を設けたり、これらを撤去する作業はきわめてやっか
いである。

【０００９】さらに、親シールドの内径側に反力受けフ
レームを設置した場合、これに子シールドにテールプレ
ートを設置したまま親シールド内に収容していると、親
シールドの全長を長くせざるをえない。その結果、コス
トの上昇を招き、中折れ式の掘進機では曲進施工半径を
小さくできないという問題も生じる。

【００１０】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、親シールドと子シールドとが一体の
ときに両シールドを効果的、且つ強固に固定するととも
に、分離するときにはこれがスムーズになされる掘進機
の提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の掘進機は、外シ
ールド本体と該外シールド本体内に同軸状且つ入れ子式
に収容された内シールド本体とからなる二段式シールド
掘進機であって、前記外シールド本体と内シールド本体
とのあいだに装備された両シールド本体同士を固定しう
る複数個の固定装置と、外シールド本体前端のカッター
リングと内シールド本体前端のカッターディスクとのあ
いだに装備された両カッター同士を連結しうる連結装置
と、両シールド本体間の間隙を所定寸法に規定しうるク
ランプ部材とを有しており、前記固定装置が、外シール
ド本体および内シールド本体のうちいずれか一方に設け
られた凹所と、他方に装着された駆動手段によって前記
凹所に係合しうるように挿入されるキーとから構成され
ており、前記クランプ装置が、外シールド本体および内
シールド本体のうちいずれか一方に装着された駆動手段
によって他方の表面に当接するように進出されうる突起
から構成されていることを特徴としている。

【００１２】前記外シールド本体の内周面に、前記内シ
ールド本体を摺動自在に支持するための摺動案内部材を
シールドの軸方向に沿って設けるのが、内シールド本体
を外シールド本体からスムーズに発進させうる点で好ま
しい。

【００１３】前記摺動案内部材が、外シールド本体と内
シールド本体とのあいだの間隙を所定寸法に規定しうる
ように、摺動案内部材の高さ寸法を実質的に上記所定寸
法に等しくするのが、外シールド本体の土圧等によるた
わみの内シールド本体に対する影響を低減しうる点で好
ましい。

【００１４】前記複数個の固定装置のうちの一部を、外
シールド本体から内シールド本体へ推進力を伝達するた
めの第一固定装置とし、そのキーの後面および凹所の後
面それぞれに、たがいに当接し合って推進力が伝達され
る斜面を形成するのがキーの操作が容易であり、しかも
内シールド本体の効果的な固定および推進力の伝達が可
能となる点で好ましい。

【００１５】そして、前記複数個の固定装置のうちの一
部を、外シールド本体と内シールド本体との相対回転を
防止するための第二固定装置とし、係合後にそのキーの
周方向面と凹所の周方向面とを当接し合うように構成す
るのが、内シールド本体のカッターによる掘削効率の低
下を防止しうる点で好ましい。

【００１６】前記第二固定装置のうちの一部において、
その凹所を前記摺動案内部材の側方部分から構成し、第
二固定装置のキーとその駆動手段とを内シールド本体に
装着し、該キーを上記摺動案内部材の側部に係止するこ
とによって外シールド本体と内シールド本体との相対回
転が防止されるように構成するのが、内シールド本体の
カッターディスクの回転反力を、内シールド本体の発進
時（両シールド本体の分離時）においても効果的に受け
うる点で好ましい。

【００１７】前記第一固定装置を、係合後にそのキーが
凹所に対して、または凹所がシールド本体に対して、シ
ールド本体の周方向および半径方向に相対移動しうるよ
うに構成することによって両シールド本体間の相対移動
が軸方向にのみ拘束されるものとし、前記第二固定装置
を、係合後にそのキーが凹所に対して、または凹所がシ
ールド本体に対して、シールド本体の軸方向および半径
方向に相対移動しうるように構成することによって両シ
ールド本体間の相対移動が周方向にのみ拘束されるもの
とするのが、固定装置に加わる荷重の想定が容易とな
り、その結果、最良の設計、製造が可能となり、しかも
固定装置の補修も容易となる点で好ましい。

【００１８】外シールド本体内周面に円周方向に沿っ
て、内シールドの外径より大きい内径を有する補強用の
リングガーダを形成し、該リングガーダの内径側に円周
方向に沿って、内シールド本体の推進ジャッキの作動時
の反力を受けるための反力受け部材を形成するのが、反
力受け用の巨大なセグメント組み込みや、反力受け柱の
設置等のやっかいな作業を必要としない点で好ましい。

【００１９】前記反力受け部材を、複数個に分割可能に
構成し且つ前記リングガーダに着脱自在に取り付けられ
うるように構成するのが、搬送および組み立てが容易と
なり、内シールド本体の操作に対する悪影響も低減され
る点で好ましい。

【００２０】前記外シールド本体および内シールド本体
をともに、たがいに屈曲しうる前胴と後胴とから構成し
たいわゆる中折れ式掘進機においては、前記固定装置お
よびクランプ部材をともに、両シールド本体の前胴同士
のあいだおよび後胴同士のあいだそれぞれに装備するの
が、叙上の利点を中折れ式掘進機に備えうる点で好まし
い。

【００２１】前記固定装置における内シールド本体の後
胴の前記凹所またはキーのうちの少なくとも一部を、内
シールド本体が外シールド本体から発進したのちに、外
シールド本体の前胴に装備されたキーまたは凹所のうち
の少なくとも一部に係合しうる円周上の角度位置に装備
するのが、たとえば内シールド本体の発進後に該キーと
凹所との係合によって内シールド本体を保持しうるの
で、たとえば内シールド本体にテールプレートの取り付
けを行う等の諸作業を実施しやすい点で好ましい。

【００２２】前記外シールド本体の内周面に、その円周
方向全周にわたって連続した、内シールド本体の外周面
とのあいだの間隙および小径トンネルの組み立て済セグ
メントの外周面とのあいだの間隙をそれぞれ閉塞するた
めのシール部材を設け、該シール部材を、駆動手段によ
って立ち上げることにより、その先端部分を連続して内
シールド本体の外周面および小径トンネルの組み立て済
セグメントの外周面に弾力的に当接するように構成する
のが効果的なシールがなされる点で好ましい。

【００２３】

【作用】本発明の掘進機によれば、外シールド本体と内
シールド本体とが一体にされているときには、そのクラ
ンプ部材を突出させることによって両シールド本体間の
間隙寸法を確保し、その状態で固定装置によって両シー
ルド本体同士を固定することができる。この固定装置は
一方の凹所に他方のキーを突入させることによってなさ
れるため、両シールド本体間の相対移動、すなわち軸方
向の相対変位も両シールド本体の相対回転も防止され
る。

【００２４】また、内シールド本体が外シールド本体か
ら発進するときには、上記クランプ部材を後退させるこ
とによって両シールド本体間の上記間隙が、内シールド
本体にとっての半径方向の自由な変位空間となる。した
がって内シールド本体は外シールド本体からスムーズに
発進することが可能になる。

【００２５】

【実施例】つぎに、図面を参照しつつ本発明の掘進機の
実施例を説明する。

【００２６】図１は本発明の掘進機の一実施例を示す縦
断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図、図３は図１の
Ｂ部の拡大断面図、図４（ａ）は図３におけるＣ−Ｃ線
断面図であり、図４（ｂ）は図３におけるＤ−Ｄ線断面
図、図５〜１２は図１の掘進機の掘進動作を説明する断
面図、図１３は図１の掘進機における内外カッター同士
の連結装置の配置を示す正面図、図１４は図１の掘進機
における外カッターリングの固定装置の配置を示す正面
図、図１５は図２におけるＨ−Ｈ線断面図、図１６は図
２におけるＩ−Ｉ線断面図、図１７は図１の掘進機にお
ける第一固定装置およびスライドレールの一実施例を示
す縦断面図、図１８は図１７における固定装置の作動を
示す断面図であって、図１８（ａ）は非作動状態、図１
８（ｂ）は作動状態、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）のＥ
−Ｅ線断面図、図１９（ａ）は図１の掘進機における第
二固定装置の他の実施例を示す斜視図であり、図１９
（ｂ）は図１９（ａ）におけるボスの平面図であり、図
１９（ｃ）は該固定装置の係合時の断面図、図２０
（ａ）は図１の掘進機における固定装置のさらに他の実
施例を示す斜視図であり、図２０（ｂ）は図２０（ａ）
におけるボスの平面図であり、図２０（ｃ）は該固定装
置の係合時の断面図、図２１（ａ）は図２におけるエン
トランスシールの一実施例の非作動時を示す断面図であ
り、図２１（ｂ）は該エントランスシールの作動時を示
す断面図である。

【００２７】図１において、１は掘進機であり、２は後
胴４と前胴５とから構成される外側のシールド本体（以
下、適宜親シールドという）であり、３は上記親シール
ド２内に同軸状且つ入れ子式に収容された内側のシール
ド本体（以下、適宜子シールドという）であり、後胴６
と前胴７とから構成されている。なお、本掘進機１の
Ａ、Ｂ各部を拡大して示す図２および図３並びに図３の
Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線の各断面を示す図４を併せて参
照すれば構造がより詳細にわかる。

【００２８】８は親シールド２の後胴４に固定された推
進ジャッキであり、後胴４のスキンプレート４ａの内側
の円周上にほぼ等間隔に複数個（本実施例では２８個）
配設されている。推進ジャッキ８は、組み立て済のセグ
メントＳの先端を押して親シールド２を前進せしめる。
また、親シールド２の後胴４と前胴５とにその端部がそ
れぞれ固定された中折れジャッキ（図４（ａ）および図
１７における符号９）が、推進ジャッキ８の配列円より
小径の円周上且つほぼ推進ジャッキ８同士のあいだに、
ほぼ等間隔に複数個（本実施例では２４個）配設されて
いる（図４も併せて参照）。中折れジャッキ９は、掘進
機１の上下位置に配設された一対の中折れピン１０同士
を結ぶ線を対称軸として、その一方側に配列されたジャ
ッキ群が所定ストロークだけ伸長し、他方側に配列され
たジャッキ群が所定ストロークだけ収縮することによ
り、前胴５と後胴４とを前記中折れピン１０同士を結ぶ
線を軸として互いに傾ける機能を奏する。さらに、中折
れピン１０とともに、上記推進ジャッキ８の推力を後胴
４から前胴５に伝達する機能をも奏する。

【００２９】子シールド３にも同様な配置で１６個の推
進ジャッキ１１と、１２個の中折れジャッキ１２（図４
および図１７も併せて参照）と、２個の中折れピン１３
とが配設されている。親シールド２の中折れピン１０と
子シールド３の中折れピン１３とは掘進機１の同一直径
上に装備されており、それによって掘進機１の中折れ時
には両シールド２、３ともに同一軸線まわりに中折れす
る。

【００３０】なお、推進ジャッキおよび中折れジャッキ
の本数は親シールド２および子シールド３それぞれのサ
イズに応じて選択すればよい。

【００３１】１４は親シールド２のカッターチャンバ１
６内に送水するための第一送水管であり、１５はカッタ
ーチャンバ１６内から排泥するための第一排泥管であ
り、ともにその先端がカッターチャンバ１６内に接続さ
れている。この第一送水管１４および第一排泥管１５を
まとめて、適宜第一送排泥管１４、１５という。また、
１７は子シールド３のカッターチャンバ１９内に送水す
るための第二送水管、１８はカッターチャンバ１９内か
ら排泥するための第二排泥管であり、ともにその先端が
子シールド３のカッターチャンバ１９内に接続されてい
る。この第二送水管１７および第二排泥管１８もまとめ
て、適宜第二送排泥管１７、１８という。

【００３２】親シールド２のカッターチャンバ１６は、
親シールド２のカッターリング２０の後方にあり、切削
された土砂が入り込むスペースである。子シールド３の
カッターチャンバ１９は、子シールド３のカッターディ
スク２１の後方にあり、これも切削された土砂が入り込
むスペースである。第一送水管１４と第一排泥管１５と
はともに子シールド３の前胴７のスキンプレート７ａを
内から外へ貫通しており、該スキンプレート７ａの内外
の二部位において容易に分離しうるようにフランジ２
２、２３で接続されている。

【００３３】この第一送排泥管１４、１５と第二送排泥
管１７、１８とは同時に使用することはない。つまり、
親シールド２と子シールド３とが一体のときには第一送
排泥管１４、１５のみを使用し、第二送排泥管１７、１
８は予備管としている。前記両カッターチャンバ１６、
１９同士は、子シールドのカッターチャンバ１９の全周
を覆うフード１９ａに形成された開口部（図示されてい
ない）によって連通されている。したがって、第一送排
泥管１４、１５を（第二送排泥管１７、１８でもよい）
両カッターチャンバ１６、１９用に兼用しうるのであ
る。そして、子シールド３が親シールド２から離脱して
独自で掘進するときには第二送排泥管１７、１８のみを
使用する。そうすることにより、常に一系統の送排泥管
制御が可能になる。

【００３４】２４はセグメントＳを組み立てるためのエ
レクタであり、２５は組み立て済のセグメントＳの真円
を所定期間保持しておくための真円保持装置である。こ
の両者２４、２５は後述するごとく、それぞれ一台ずつ
で、大径トンネルのセグメントにも小径トンネルのセグ
メントにも対応しうるものである。なお、図３、４に示
す両者２４、２５はともに大径トンネルのセグメントに
対応している。

【００３５】２６はカッターリング２０とカッターディ
スク２１とを連結、且つ分離するための連結装置であ
る。連結装置２６は図１３に示すように円周上に１０個
設けられており、カッターディスク２１に装備された駆
動シリンダ２６ａによってピン２６ｂをカッターリング
２０に装備されたボス２６ｃに係合することにより、カ
ッターリング２０とカッターディスク２１とを連結する
ものである。２７はカッターリング２０を親シールド２
に固定し、且つ分離するための固定装置であり、図１４
に示すように円周上にほぼ等間隔に８個設けられてい
る。

【００３６】図２および図１８における２８は親シール
ド２の前胴５と子シールド３の前胴７とを連結し、且つ
その連結を解くための前胴固定キーであり、子シールド
３に装備された駆動シリンダ２８ａによって半径方向外
向きに進出させられるように構成されている。２９はこ
の前胴固定キー２８が係合しうるボスであり、親シール
ド２の内径側に装備されている。そして、図３における
３０は親シールド２の後胴４と子シールド３の後胴６と
を連結し、且つその連結を解くための後胴固定キーであ
り、子シールド３に装備された駆動シリンダ３０ａによ
って半径方向外向きに進出させられるように構成されて
いる。３１はこの後胴固定キー３０が係合しうるボスで
ある。これらキー２８、３０とボス２９、３０は、特許
請求の範囲でいうシールド本体同士を固定するたの固定
装置である。これらキーとボスのシールド円周方向の配
置は図１５、１６に示されている。前胴用のキー２８と
ボス２９とは等間隔に十六個設けられており（図１
５）、後胴用のキー３０とボス３１とは等間隔に四個設
けられている（図１６）。

【００３７】なお、３２は後述するように後胴のキー３
０が係合しうる前胴のボスであり、３３は後述の子シー
ルド用のスライドレール（図１７も併せて参照）であ
り、３４は後述のクランプであり、３５は後述の子シー
ルド３のトルク受け用のキーであり、３６は該キー３５
が嵌入、係合しうるボスである。３７は後述の子シール
ド３のトルク受けおよびクランプの両機能を備えたキー
であり、３８は該キー３７が嵌入、係合しうるボスであ
る。

【００３８】上記前胴用の各十六個キー２８およびボス
２９は、親シールド２と子シールド３とが一体の状態の
とき両シールド２、３を固定して軸方向の相対移動を防
止するとともに、親シールド２の推進力を子シールド３
に伝達するものである。

【００３９】そのために、これらキー２８およびボス２
９は図１８に示すような形状を呈している。すなわち、
キー２８は四角形断面を有し、その後面（シールドの進
行方向を前とした場合の後ろの面）が斜面にされてお
り、ボス２９内部も四角形の凹所であって、その後内面
は上記キー２８の斜面と一致しうる斜面にされている。

【００４０】したがって、図１８（ａ）に示す非係合状
態から、キー２８を進出させて図１８（ｂ）に示す係合
状態になったときには、キー２８とボス２９とは後面同
士が当接しあう。そうすることによって推進力の伝達が
なされる。図１８（ｃ）に示すように、ボス２９の両内
側面（円周方向の両面）側にはキーとのあいだに若干の
間隙が残されている。これにより、キー２８とボス２９
とを組付けるときに両者の位置合わせを容易にすること
ができ、また、推力以外の方向の力を受けない構造であ
る。なお、とくにボス２９内側面とキーとのあいだに間
隙を設けることなく、たとえば、ボス２９を円周方向に
若干の移動自由度を持たせた状態で保持するように構成
してもよい。

【００４１】後胴固定キー３０およびそれに対応するボ
ス３１は、親シールド２と子シールド３とが一体のまま
中折れするときに、両シールド２、３の後胴４、６同士
の相対位置関係の変化によるピッチングおよびヨーイン
グが生じないように保持する機能を奏する。これらキー
３０およびボス３１も上記前胴用のキー２８およびボス
２９と同様な形状（図１８参照）を呈している。

【００４２】また、親シールド２前胴の内周面における
円周方向に９０°間隔、つまり上記後胴のキー３０に対
応する角度位置にボス３２が設置されている（図１５参
照）。そして、このボス３２は上記ボス２９、３１と同
形状を呈している。そうすることにより、子シールド３
が親シールド２から発進して所定距離移動したとき、ち
ょうど後胴のキー２８が上記前胴のボス３２に係合する
ことができ、子シールド３が親シールド２に再度保持さ
れるので、後述する子シールド３へのテールプレート装
着作業等が安定した状態でなされる。なお、たとえば前
胴の一部のキー２８およびボス２９の角度位置を、後胴
のキー３０およびボス３１の角度位置と一致させておけ
ば上記ボス３２をとくに設ける必要はない。

【００４３】３３は子シールド３が親シールド２から発
進するときにその上を摺動するためのスライドレールで
あり、親シールド２の前胴５のスキンプレート５ａの内
周面における下部分に、シールドの長手方向に沿って形
成されている（図１７）。親シールド２の中心軸に沿っ
て見れば、最下端を中心に約３０°振り分けて装備され
ている（図１５および図１６参照）。

【００４４】そして、このスライドレール３３は、親シ
ールド２の内周面の全周にわたって子シールド３の外周
面とのあいだに僅かな間隙Ｏ（本実施例では約２０ｍ
ｍ）を隔てた状態で子シールド３の前胴７を支持してい
る（図１５参照）。すなわち、スライドレール３３の高
さ寸法がちょうど上記間隙Ｏの寸法に一致させられてい
る。この間隙Ｏは、親シールド２が土圧を受けて撓んだ
としても、子シールド３を圧迫することがないように確
保されているものであり、かかる間隙Ｏを保持するため
のクランプ３４、３７（後述のように３７はキーととも
にクランプの機能を有している）が子シールド３の前胴
７外周に向けて設けられている（図１５参照）。上記ク
ランプ３４、３７は、子シールド３側に設置された駆動
シリンダ３４ａによって半径方向外向きに所定寸法だけ
進出させられ、親シールド２の内周面に当接させられる
突起から構成されている。そうすることによって、後述
のごとく親シールド２の内周面と子シールド３の外周面
とのあいだの間隙を所定寸法に規制することができる。

【００４５】前記スライドレール３３およびクランプ３
４は後胴側にも形成されており（図１６参照）、子シー
ルド３後胴をも、上記間隙Ｏを隔てた状態で親シールド
２の後胴で保持するように構成されている。

【００４６】叙上のごとく、子シールド３はその前胴７
および後胴６を親シールド２のスライドレール３３によ
って、下部における左右の二部位において自重を支持さ
れ、クランプ３４によって保持されている。

【００４７】前述のトルク受け用のキー３５、３７およ
びボス３６、３８は、１８０°方向中心振り分け（本実
施例では鉛直方向直径の上端と下端）位置に装備されて
いる。図１９に示すように、上記下端のキー３５は子シ
ールド３側に設置された駆動シリンダ３５ａによって半
径方向外向きに進出させられ、ボス３６に嵌入、係合さ
れるように構成されている。キー３５の形状は先端側が
縮径したテーパ状を呈し、ボス３６の内周面は上記キー
３５と対応するテーパ状を呈しており、しかもキーとボ
スとの位置合わせ容易のために二分割可能にされている
（図１９（ａ））。さらに、ボス３６のシールド軸方向
両外側には弾性部材３６ａが配設され、シールド周方向
両外側には剛体３６ｂが配設されている（図１９
（ｂ））。それによって、ボス３６に係合したのちは、
キー側（子シールド側）は周方向には移動できない（回
転できない）が、図中矢印Ｆで示すシールド軸方向に若
干移動の自由度がある。この自由度を得るために、とく
に弾性部材を配設することなく、単に間隙を形成してお
くだけでもよい。また、ボス３６の底部外側にも弾性部
材３６ｃが配設されており（図１９（ｃ））、シールド
半径方向にも自由度がある。かかる構成によって、この
キー３５およびボス３６は、両シールド２、３が一体の
ときにそれらの相対回転を防止するものとなる。つま
り、軸方向拘束たる推進力の伝達は、図１８記載のキー
２８（３０）およびボス２９（３１）に委ねている。

【００４８】また、子シールド３の外周面における、ち
ょうど上記スライドレール３３の側方に対応する部位に
小型シリンダによって突出させられる係止部材３３ａが
備えられている。この係止部材３３ａがスライドレール
３３の側部に係止されることとによって、子シールド３
が親シールド２から発進して単独で掘進を開始するとき
には、子シールド３のカッターディスクの回転トルクの
反力を受けることができる。

【００４９】ここで、上記上下のトルク受けのうち、上
部のトルク受けは上述のようにクランプ機能を兼備した
ものである。すなわち、図２０に示すようにそのキー３
７は段付きのテーパ状を呈しており、ボス３８は前記ト
ルク受け用のボスと同形状を呈している。キー３７の段
部３７ａより先端側は上記ボス３８にピッタリと嵌合し
うる形状であり、基端側の外径はボス３８の内径よりも
大きくされており（図２０（ａ））、上記段部３７ａが
ちょうどボス３８の上端外面に当接することで、クラン
プの機能を奏することができる（図２０（ｃ））。な
お、ボス３８が二分割可能にされ、シールド軸方向両外
側に弾性部材３８ａが配設され、シールド周方向両外側
に剛体３８ｂが配設されている（図２０（ｂ））点は前
記ボス３６（図１９）と同様である。しかし、ボス３８
の底部外側に弾性部材は配設されておらず、代わりに剛
体３８ｃが配設されている（図２０（ｃ））。その結
果、シールド半径方向には自由度はない。クランプの機
能を奏する必要があるからである。

【００５０】３９はリングガーダであり、親シールド２
の後胴４のスキンプレート４ａの内周面に沿って角形断
面のドーナツ状に形成されている。リングガーダ３９は
その内径側で子シールド３の後胴６を保持している（図
３）。

【００５１】４０は反力受けであり、子シールド３が親
シールド２から進出するときに子シールド３の伸長する
推進ジャッキ１１が当接する。その反力で子シールド３
が前方へ移動するのである。この反力受け４０はリング
ガーダ３９の内径側に突出した円輪状に形成されている
（図３）。反力受け４０の内径は子シールド３の外径よ
りもおおきくされている。この反力受け４０は複数個の
要素部材がボルト等の公知の連結手段によって連結され
て円輪状にされているのであり、したがって分割するこ
とができる。さらに、各要素部材はリングガーダ３９に
着脱しうる。

【００５２】図２に示すように、親シールド２の内周面
には、親シールド２と子シールド３との前記間隙Ｏをそ
の前後にわたってシールするためのからなるエントラン
スパッキン４１が親シールド２の内周面に円周方向全周
にわたって設けられている（図２）。図２ではエントラ
ンスパッキン４１の先端部が子シールド３のスキンプレ
ートを貫通しているように描いているが、実際は子シー
ルド３のスキンプレートに当接してしまう。図では、作
動時に拘束がなければ立ち上がりうる位置におけるエン
トランスパッキンを示している。

【００５３】このエントランスパッキン４１はその断面
が図２１に示されているように、親シールド２の内周面
に円周方向全周にわたって形成された溝部４１ａを閉塞
するように可撓性の閉止板４１ｂを固着し、この閉止板
４１ｂにその一方の辺のみを固着して可撓性のシール板
４１ｃを重ね合わせている（図２１（ａ））。上記溝４
１ａないへ注水口４１ｄから水を圧入すれば、上記閉止
板４１ｂが子シールド３に向けて膨出し、それに伴って
シール板４１ｃが立ち上がり、全周にわたって子シール
ド３の外周面に当接してシールするというものである
（図２１（ｂ））。なお、矢印Ｍ方向がシールドの前方
である。上記シール板４１ｃはポリウレタン樹脂等の可
撓性材料からなる板４１ｅ内に、その円周方向に多数枚
の短冊状の金属板４１ｆが埋設されたものである。この
金属板４１ｆによってシール板４１ｃに所要の剛性が付
与されている。

【００５４】４２はカッター（カッターリング２０とカ
ッターディスク２１）を回転駆動するためのモータであ
り、減速機４３、ピニオン４４およびシールドと同軸状
のギアリング４５を介してカッターディスク２１を回転
せしめる。カッターリング２０がカッターディスク２１
と連結されているときにはカッターリング２０もカッタ
ーディスク２１と一体に回転する。

【００５５】つぎに、叙上のごとく構成された掘進機１
の作動を図１および図５〜１２を参照しつつ説明する。

【００５６】図１は親シールド２と子シールド３とが一
体になっており、それによって大径トンネルを掘削する
ことができる。すなわち、連結装置２６によってカッタ
ーリング２０とカッターディスク２１とが連結されてお
り、前胴固定キー２８と後胴固定キー３０とによって親
シールド２と子シールド３とが連結されている。そし
て、一体の掘進機１が大径トンネルを掘削しつつエレク
タ２４でセグメントＳを円筒状に組み立てる。真円保持
装置２５は組み立て済の円筒状セグメントＳを内側から
突っ張ってセグメントＳの真円を保持している。４６は
親シールド２のテールプレートであり、テールプレート
４６と組み立て済セグメントＳとの隙間をシールしてト
ンネル内へ土砂や水が流入するのを防止するためのテー
ルグラウトシール４７が備えられている。

【００５７】つぎに、小径トンネル掘削のために子シー
ルドを親シールドから進出させる準備作業に移る。

【００５８】図５に示すように、まず連結装置２６のピ
ン２６ｂをボス２６ｃから抜いてカッターリング２０と
カッターディスク２１との連結を解く。そして、固定装
置２７によってカッターリング２０を親シールド２に固
定する。つぎに第一送水管１４および第一排泥管１５そ
れぞれを、フランジ２２、２３の部分から分離して、ち
ょうど子シールド３の前胴スキンプレート７ａ内側の配
管を取り外し、スキンプレートの配管貫通孔のフランジ
部および子シールド３内部の送排泥管のフランジ部は、
それぞれ閉止板２２ａ、２３ａによって閉止しておく。
さらに、エレクタ２４を小径トンネル用に縮小し、真円
保持装置２５を小径トンネル用に縮小する準備をする。
また、前胴固定キー２８、３５、３７および後胴固定キ
ー３０を、それぞれに対応するボス２９、３６、３８、
３１から抜出する。

【００５９】なお、子シールド３のフード１９ａの開口
（両カッターチャンバ１６、１９同士を連通させるも
の）を閉塞する作業は上記各作業の最中のいずれかの時
点で行う。

【００６０】つぎに、図６に移る。叙上のごとく子シー
ルドの発進準備が完了したあと、クランプ３４（図１５
および図１６参照）を縮小して子シールド３の推進ジャ
ッキ１１を作動させ、親シールド２の反力受け４０を押
してその反力で子シールド３を前進させつつ掘削する。
子シールド３は、軸方向に移動するときにスライドレー
ル３３（図１５および図１６参照）によってその下部を
支持される。このとき、カッターリング２０とカッター
ディスク２１との連結は解かれているので、当然にモー
タ４２の駆動力はカッターディスク２１のみに伝わり、
カッターリング２０は停止している。なお、子シールド
３が発進するときには子シールド３から親シールド２に
向けて係止部材３３ａが突出させられ、スライドレール
３３の側部に係止されるので、子シールド３は移動しな
がらも上記係止部材３３ａによってカッターディスク２
１の回転反力を受け止められるので、スムーズな発進が
可能となる。このあと、親シールド２は一般に土中に放
置される。

【００６１】図７に示すように、子シールド３が所定距
離だけ前進したあと、推進ジャッキ１１と反力受け４０
とのあいだには小径トンネル用のセグメントＳが仮組み
される。これは、子シールド３にテールプレート（図９
における符号４８）を組付けるためのスペースを確保す
るためである。

【００６２】すなわち、図８に示すように、再度推進ジ
ャッキ１１を作動させ、仮組みセグメントＳを押して子
シールド３をさらに前進させ、所定のスペースを確保す
る。

【００６３】このとき、親シールド２において、前胴に
は前記ボス３２が、子シールド３の後胴固定キー３０の
うちの一部のものに対応する位置にも配設されているた
め、後胴固定キー３０をこのボス３２に係合させる。そ
れにより、後工程におけるテールプレート４８の後胴６
への組付け時に、子シールド３を地山の反力に対して固
定し安定させることができる。なお、図８においては上
記ボス３２を前胴ボス２９と同一位置に記載してはいる
が、これは便宜上の作図処置であって、実際は図１５に
示す位置に設置されている。

【００６４】しかるのちに、図９に示すように推進ジャ
ッキ１１のピストンロッドを収縮させるとともに、仮組
みセグメントを除去して前記テールプレート４８を後胴
６の後端に組付ける。テールプレート４８には、テール
プレート４８と組み立て済セグメントＳとの隙間をシー
ルしてトンネル内へ土砂や水が流入するのを防止するた
めのテールグラウトシール４９が備えられている。

【００６５】ついで、図１０に示すように真円保持装置
２５に小径トンネル用のフレーム５０を組付ける。

【００６６】つぎに、図１１に示すように前記後胴固定
キー３０をボス３２から抜取して子シールド３を親シー
ルド２に対して自由にする。

【００６７】そののちは、図１２に示すように従来と同
様に子シールドによって小径トンネルを掘削し、セグメ
ントＳを組み立てて行くのである。

【００６８】叙上のごとく、本掘進機１によれば効率的
に大径トンネルから小径トンネルへの掘削変更が行われ
る。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、親子の両シールドを、
それらのあいだに所定の間隙を保持しつつ効果的に固定
することができるので、子シールドのスムーズな発進も
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機の一実施例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図３】図１のＢ部の拡大断面図である。

【図４】図４（ａ）は図３におけるＣ−Ｃ線断面図であ
り、図４（ｂ）は図３におけるＤ−Ｄ線断面図である。

【図５】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図であ
る。

【図６】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図であ
る。

【図７】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図であ
る。

【図８】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図であ
る。

【図９】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図であ
る。

【図１０】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１１】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１２】図１の掘進機の掘進動作を説明する断面図で
ある。

【図１３】図１の掘進機における内外カッター同士の連
結装置の配置を示す正面図である。

【図１４】図１の掘進機における外カッターリングの固
定装置の配置を示す正面図である。

【図１５】図２におけるＨ−Ｈ線断面図である。

【図１６】図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。

【図１７】図１の掘進機における第一固定装置およびス
ライドレールの一実施例を示す縦断面図である。

【図１８】図１８（ａ）は図１７における固定装置の非
作動状態を示す断面図であり、図１８（ｂ）は作動状態
を示す断面図であり、図１８（ｃ）は図１８（ｂ）のＥ
−Ｅ線断面図である。

【図１９】図１９（ａ）は図１の掘進機における第二固
定装置の他の実施例を示す斜視図であり、図１９（ｂ）
は図１９（ａ）におけるボスの平面図であり、図１９
（ｃ）は該固定装置の係合時の断面図である。

【図２０】図２０（ａ）は図１の掘進機における固定装
置のさらに他の実施例を示す斜視図であり、図２０
（ｂ）は図２０（ａ）におけるボスの平面図であり、図
２０（ｃ）は該固定装置の係合時の断面図である。

【図２１】図２１（ａ）は図２におけるエントランスシ
ールの一実施例の非作動時を示す断面図であり、図２１
（ｂ）は該エントランスシールの作動時を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１・・・掘進機 ２・・・親シールド ３・・・子シールド ４・・・後胴 ５・・・前胴 ６・・・後胴 ７・・・前胴 ８・・・推進ジャッキ ９・・・中折れジャッキ １０・・・中折れピン １３・・・中折れピン ２８・・・前胴固定キー ２９・・・ボス ３０・・・後胴固定キー ３１・・・ボス ３２・・・ボス ３３・・・スライドレール ３４・・・クランプ ３５、３７・・・キー ３６、３８・・・ボス ４０・・・反力受け ４１・・・エントランスパッキン Ｓ・・・セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇賀 克夫 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 坂東 幸次 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内 (72)発明者 池田 毅 兵庫県神戸市中央区東川崎町１丁目１番３ 号 川崎重工業株式会社神戸本社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外シールド本体と該外シールド本体内に
   同軸状且つ入れ子式に収容された内シールド本体とから
   なり、両シールド本体間に所定の間隙が形成されてなる
   二段式シールド掘進機であって、前記外シールド本体と
   内シールド本体とのあいだに装備された両シールド本体
   同士を固定しうる複数個の固定装置と、外シールド本体
   前端のカッターリングと内シールド本体前端のカッター
   ディスクとのあいだに装備された両カッター同士を連結
   しうる連結装置と、両シールド本体間の間隙を所定寸法
   に規定しうるクランプ部材とを有しており、前記固定装
   置が、外シールド本体および内シールド本体のうちいず
   れか一方に設けられた凹所と、他方に装着された駆動手
   段によって前記凹所に係合しうるように挿入されるキー
   とから構成されており、前記クランプ装置が、外シール
   ド本体および内シールド本体のうちいずれか一方に装着
   された駆動手段によって他方の表面に当接するように進
   出されうる突起から構成されてなる二段式シールド掘進
   機。
2. 【請求項２】 前記外シールド本体の内周面に、前記内
   シールド本体を摺動自在に支持するための摺動案内部材
   がシールドの軸方向に沿って設けられてなる請求項１記
   載の二段式シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記摺動案内部材が、外シールド本体と
   内シールド本体とのあいだの間隙を所定寸法に規定しう
   るように、実質的に上記所定寸法に等しい高さを有して
   なる請求項２記載の二段式シールド掘進機。
4. 【請求項４】 前記複数個の固定装置のうちの一部が、
   外シールド本体から内シールド本体へ推進力を伝達する
   ための第一固定装置であって、そのキーの後面と凹所の
   後面とがたがいに当接し合って推進力が伝達される斜面
   を有してなる請求項１記載の二段式シールド掘進機。
5. 【請求項５】 前記複数個の固定装置のうちの一部が、
   外シールド本体と内シールド本体との相対回転を防止す
   るための第二固定装置であり、係合後にそのキーの周方
   向面と凹所の周方向面とが当接し合うように構成されて
   なる請求項１記載の二段式シールド掘進機。
6. 【請求項６】 前記第二固定装置のうちの一部におい
   て、その凹所が前記摺動案内部材の側方部分から構成さ
   れており、第二固定装置のキーとその駆動手段とが内シ
   ールド本体に装着されており、該キーが上記摺動案内部
   材の側部に係止することによって外シールド本体と内シ
   ールド本体との相対回転が防止されるように構成されて
   なる請求項２記載の二段式シールド掘進機。
7. 【請求項７】 前記第一固定装置が、係合後にそのキー
   が凹所に対して、または凹所がシールド本体に対して、
   シールド本体の周方向および半径方向に相対移動しうる
   ように構成されることにより、両シールド本体間の相対
   移動が軸方向にのみ拘束されるものであり、前記第二固
   定装置が、係合後にそのキーが凹所に対して、または凹
   所がシールド本体に対して、シールド本体の軸方向およ
   び半径方向に相対移動しうるように構成されることによ
   り、両シールド本体間の相対移動が周方向にのみ拘束さ
   れるものである請求項１記載の二段式シールド掘進機。
8. 【請求項８】 外シールド本体内周面に円周方向に沿っ
   て、内シールドの外径より大きい内径を有する補強用の
   リングガーダが形成されており、該リングガーダの内径
   側に円周方向に沿って、内シールド本体の推進ジャッキ
   の作動時の反力を受けるための反力受け部材が形成され
   てなる請求項１記載の二段式シールド掘進機。
9. 【請求項９】 前記反力受け部材が、複数個に分割可能
   に構成され且つ前記リングガーダに着脱自在に取り付け
   られてなる請求項８記載の二段式シールド掘進機。
10. 【請求項１０】 前記外シールド本体および内シールド
    本体がともに、たがいに屈曲しうる前胴と後胴とからな
    り、前記固定装置およびクランプ部材がともに、両シー
    ルド本体の前胴同士のあいだおよび後胴同士のあいだそ
    れぞれに装備されてなる請求項１記載の二段式シールド
    掘進機。
11. 【請求項１１】 前記固定装置における内シールド本体
    の後胴の前記凹所またはキーのうちの少なくとも一部
    が、内シールド本体が外シールド本体から発進したのち
    に、外シールド本体の前胴に装備されたキーまたは凹所
    のうちの少なくとも一部に係合しうる円周上の角度位置
    に装備されてなる請求項１０記載の二段式シールド掘進
    機。
12. 【請求項１２】 前記外シールド本体の内周面に、その
    円周方向全周にわたって連続した、内シールド本体の外
    周面とのあいだの間隙および小径トンネルの組み立て済
    セグメントの外周面とのあいだの間隙を、それぞれ閉塞
    するためのシール部材が設けられており、該シール部材
    が、駆動手段によって立ち上げられることにより、その
    先端部分が連続して、内シールド本体の外周面および小
    径トンネルの組み立て済セグメントの外周面に弾力的に
    当接するように構成されてなる請求項１記載の二段式シ
    ールド掘進機。