JPH08326466A - 立坑シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大口径の立坑を掘進する立坑シールド掘進機に
おいて、機長を短縮できる構成を提供する。 【構成】立坑シールド掘進機１００は、円筒状のシール
ド本体４１と、シールド本体４１の下方に設けられ切羽
７を掘削するカッター１と、カッター１を駆動するカッ
ター駆動部２と、シールドジャッキ２０を備えシールド
本体４１を掘進方向へ推進させるシールド推進部３と、
エレクター２１を備えたセグメント組立部４とを有す
る。シールド推進部３及びセグメント組立部４は、カッ
ター駆動部２から径方向外側で、カッター駆動部２の上
下方向高さ範囲の中に収まるように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド工法によって
下方へと掘進する立坑シールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によって下方へと掘進する
この種の立坑シールド掘進機に関する公知技術として
は、例えば、以下のものがある。 特開平４−２７２３８７号公報 この公知技術は、主軸に連結された主カッターと主軸か
ら放射状に延びる伸縮アームに連結された周辺カッター
とをシールド機本体下端部に設け、また径方向内方に移
設可能なシールドジャッキをこれらの上方に設け、カッ
ターとシールドジャッキを支持する内部フレームを外胴
に着脱自在に取り付けることにより、カッター等を容易
に回収可能な構成とするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、工事の大規模化
に伴い、立坑の大口径化が進んでいる。このような大口
径の立坑をシールド工法により掘削する場合の１つとし
て、例えば図６に示す地下駅の工事を行う場合がある
が、このような場合、地表及び地表付近の構造物との関
係上、立坑８への投入孔２８下部における掘進機組立ス
ペース２９の高さＬに制限があることが多いことから、
立坑シールドの機長の短縮化を図る必要がある。しかし
ながら、上記公知技術においては、主カッター及び周辺
カッターを駆動するカッター駆動部と、シールドジャッ
キを備えシールド本体を掘進方向へ推進させるシールド
推進部と、セグメントを組み立てるエレクターを備えた
セグメント組立部との配置において、機長の短縮化に配
慮されておらず機長が長いので、上記のような高さ制限
のある立坑では使用できなかった。

【０００４】本発明の目的は、大口径の立坑を掘進する
立坑シールド掘進機において、機長を短縮できる構成を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、立坑内に配置されるシールド本体
と、このシールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を
掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本
体に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部
と、前記シールド本体に設けられ、前記シールド本体を
下方へ押圧するシールドジャッキを備え、シールド本体
を掘進方向へ推進させるシールド推進部とを有する立坑
シールド掘進機において、前記シールド推進部は、前記
シールド本体における前記カッター駆動部から径方向外
側に配置されており、かつ、高さ方向上端が前記カッタ
ー駆動部のうちシールド本体内にある部分の高さ方向上
端以下に位置し、高さ方向下端が前記カッター駆動部の
うちシールド本体内にある部分の高さ方向下端以上に位
置するように配置されていることを特徴とする立坑シー
ルド掘進機が提供される。

【０００６】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、立坑内に配置されるシールド本体と、このシー
ルド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削するカッ
ターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設けられ
前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シール
ド本体に設けられるとともに前記シールド本体を下方へ
押圧するシールドジャッキを備え、シールド本体を掘進
方向へ推進させるシールド推進部と、前記シールド本体
に設けられ、前記シールドジャッキが下方へ押圧力を作
用させるための反力を与えるセグメントを組み立てるエ
レクターを備えたセグメント組立部とを有する立坑シー
ルド掘進機において、前記シールド推進部及びセグメン
ト組立部は、前記シールド本体における前記カッター駆
動部から径方向外側に配置されており、かつ、該シール
ド推進部及びセグメント組立部の高さ方向最上端が前記
カッター駆動部のうちシールド本体内にある部分の高さ
方向上端以下に位置し、該シールド推進部及びセグメン
ト組立部の高さ方向最下端が前記カッター駆動部のうち
シールド本体内にある部分の高さ方向下端以上に位置す
るように配置されていることを特徴とする立坑シールド
掘進機が提供される。

【０００７】好ましくは、前記立坑シールド掘進機にお
いて、前記セグメント組立部に備えられたエレクター
は、前記カッター駆動部の外周壁に装着されていること
を特徴とする立坑シールド掘進機が提供される。

【０００８】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記カッターは、径方向中心に向かって下方
に傾斜する形状を備えており、かつ、径方向最外周のう
ち少なくとも最上端部の高さ方向位置が、前記シールド
本体の最下端の高さ方向位置よりも高くなるように配置
されていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供
される。

【０００９】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記カッター駆動部は、前記カッターを回転
させる回転力を発生する回転駆動機構と、前記カッター
の径方向中心部と外周部との間の中間部に接続される支
持部材を備え前記回転駆動機構からの回転力を前記カッ
ターへ伝達する回転伝達機構と、少なくとも前記回転伝
達機構の支持部材を上下動させる上下駆動機構とを備え
ていることを特徴とする立坑シールド掘進機が提供され
る。

【００１０】また好ましくは、前記立坑シールド掘進機
において、前記カッターの中心軸近傍に設けられた回転
継手を介し、前記カッターにより掘削された切羽土砂を
排出する排泥管をさらに有することを特徴とする立坑シ
ールド掘進機が提供される。

【００１１】

【作用】一般に、従来の立坑シールド掘進機では、シー
ルド本体内において、シールド推進部の上端がカッター
駆動部のうちシールド本体内にある部分の上端よりも高
い位置にあったり、シールド推進部の下端がカッター駆
動部の下端よりも低い位置にあったりして、シールド推
進部が高さ方向においてカッター駆動部のうちシールド
本体内にある部分の高さ範囲内に収まっていない。例え
ばシールド推進部の上端がカッター駆動部のうちシール
ド本体内にある部分の上端よりも高い位置に位置する場
合には、このシールド推進部の上端からカッター駆動部
のうちシールド本体内にある部分の上端までの距離をΔ
ｈ₁とすると、カッター駆動部のうちシールド本体内に
ある部分とシールド推進部を配置するために必要な高さ
方向の距離は、カッター駆動部のうちシールド本体内に
ある部分の高さ＋Δｈ₁となる。ここで、本発明におい
ては、シールド本体内において、シールド推進部はカッ
ター駆動部より径方向外側に配置されるとともに、その
上端がカッター駆動部のうちシールド本体内にある部分
の上端と同じ位置か低い位置に位置し、その下端がカッ
ター駆動部のうちシールド本体内にある部分の下端と同
じ位置か高い位置に位置することにより、シールド推進
部が高さ方向においてカッター駆動部のうちシールド本
体内にある部分の高さ範囲内に収まることになる。すな
わち、カッター駆動部のうちシールド本体内にある部分
とシールド推進部を配置するために必要な高さ方向の距
離は、カッター駆動部のうちシールド本体内にある部分
の高さのみで足り、上記よりもΔｈ₁だけ機長を短くす
ることができる。

【００１２】また一般に、従来の立坑シールド掘進機で
は、シールド本体内において、シールド推進部及びセグ
メント組立部の最上端がカッター駆動部のうちシールド
本体内にある部分の上端よりも高い位置にあったり、シ
ールド推進部及びセグメント組立部の最下端がカッター
駆動部のうちシールド本体内にある部分の下端よりも低
い位置にあったりして、シールド推進部及びセグメント
組立部が高さ方向においてカッター駆動部のうちシール
ド本体内にある部分の高さ範囲内に収まっていなかっ
た。例えばシールド推進部及びセグメント組立部の最上
端がカッター駆動部のうちシールド本体内にある部分の
上端よりも高い位置に位置する場合には、このシールド
推進部及びセグメント組立部の最上端からカッター駆動
部のうちシールド本体内にある部分の上端までの距離を
Δｈ₂とすると、カッター駆動部のうちシールド本体内
にある部分とシールド推進部及びセグメント組立部を配
置するために必要な高さ方向の距離は、カッター駆動部
のうちシールド本体内にある部分の高さ＋Δｈ₂とな
る。ここで、本発明においては、シールド本体内におい
て、シールド推進部及びセグメント組立部はカッター駆
動部より径方向外側に配置されるとともに、その最上端
がカッター駆動部のうちシールド本体内にある部分の上
端と同じ位置か低い位置に位置し、その最下端がカッタ
ー駆動部のうちシールド本体内にある部分の下端と同じ
位置か高い位置に位置することにより、シールド推進部
及びセグメント組立部が高さ方向においてカッター駆動
部のうちシールド本体内にある部分の高さ範囲内に収ま
ることになる。すなわち、カッター駆動部のうちシール
ド本体内にある部分とシールド推進部及びセグメント組
立部を配置するために必要な高さ方向の距離は、カッタ
ー駆動部のうちシールド本体内にある部分の高さのみで
足りる。したがって、上記の場合よりもΔｈ₂だけ機長
を短くすることができる。

【００１３】さらに、セグメント組立部に備えられたエ
レクターは、カッター駆動部の外周壁に装着されている
ことにより、セグメント組立部の高さ方向最上端がカッ
ター駆動部のうちシールド本体内にある部分の高さ方向
上端以下に位置するような配置の一例を実現することが
できる。また、エレクターを固定するエレクターリング
を簡略化することができる。また、カッターは、径方向
中心に向かって下方に傾斜する形状を備えており、か
つ、径方向最外周のうち少なくとも最上端部の高さ方向
位置がシールド本体の最下端の高さ方向位置よりも高く
なるように配置されていることにより、シールド本体下
部とカッター上部とが、高さ方向において一部ラップす
ることとなり、さらなる機長の短縮を図ることができ
る。さらに、カッター駆動部が、回転駆動機構から発生
した回転力を、カッターの中間部に接続された支持部材
を備えた回転駆動機構を介してカッターへ伝達し、その
回転伝達機構の少なくとも支持部材を上下駆動機構で上
下動させる構造である場合には、カッター駆動部のうち
シールド本体内にある部分の長さが上下方向に長くなっ
て機長が延びる傾向にある。そこで、シールド推進部及
びセグメント組立部を、カッター駆動部のうちシールド
本体内にある部分の高さ範囲内に収めることによって、
機長が延びるのを低減することができる。また、カッタ
ーの中心軸近傍に設けられた回転継手を介し、カッター
により掘削された切羽土砂を排出する排泥管をさらに有
することにより、排土をカッターの外周付近で行う水平
シールド掘進機と異なり、排土をカッター中心付近から
行うことができる。よって、シールド本体の外周側にシ
ールド推進部又はセグメント組立部を配置する構成を容
易に実現することができ、機長内ギリギリまで有効にス
ペースを利用して機長短縮を図ることができる。また回
転継手を介して排泥管を配置する構成では、回転継手の
高さによって機長が延びる傾向にあるが、シールド推進
部及びセグメント組立部を、カッター駆動部のうちシー
ルド本体内にある部分の高さ範囲内に収めることによっ
て、機長が延びるのを低減することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図７により
説明する。本実施例による立坑シールド掘進機の全体構
造を表す側断面図を図１に示す。図１において、本実施
例による立坑シールド掘進機１００は、図示しない吊架
手段（例えばワイヤ、ジャッキ等）を介して立坑８の上
部より全体が吊り下げられており、概略的に言うと、立
坑８内に配置された円筒状のシールド本体４１と、この
シールド本体４１の下方すなわち立坑シールド掘進機１
００の最下部に設けられ立坑８内の切羽７を掘削するカ
ッター１と、大部分がシールド本体４１に設けられカッ
ター１を駆動するカッター駆動部２と、シールド本体４
１における外周部分に設けられるとともにシールド本体
４１を下方へ押圧するシールドジャッキ２０を備え、シ
ールド本体４１を掘進方向（図示下方）へ推進させるシ
ールド推進部３と、シールド本体４１に設けられ、シー
ルドジャッキ２０が下方へ押圧力を作用させるための反
力を与えるセグメント５を組み立てるエレクター２１を
備えたセグメント組立部４とを有する。

【００１５】シールド本体４１は、シールド本体４１内
部を周囲水から隔離する隔壁９−ａ,９−ｂ,９−ｃを備
えており、言い換えれば、これら隔壁９−ａ,９−ｂ,９
−ｃにより、立坑８の坑内と切羽７とが隔離されること
となる。エレクター２１は、カッター駆動部２の外壁部
にあたる構成部材２Ａに装着されており、これによって
エレクターリング等の構造に関して通常より簡易化が図
られている。

【００１６】また、立坑シールド掘進機１００は、カッ
ター１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排
出する３本の土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃを備え
ている。これら土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃは、
一端がカッタースポーク１Ｂの下面近傍に開口して吸込
口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃを形成している。これら
吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃを含むカッター１の
下面図を図２に示す。図２において、吸込口１９−ａ,
１９−ｂ,１９−ｃは、カッター１のカッタースポーク
１Ｂの下面（斜面）近傍において、半径方向にほぼ等間
隔となるように配置されており、掘削された土砂の各吸
込口位置までの移動距離が等しくなり、円滑に土砂を排
土できるように配慮されている。またカッター１は、各
吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの径方向位置に対応
して設けられ、各吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの
径方向位置近傍に土砂を導く複数の円弧状の集土板２４
を備えており、これによって掘削土砂を強制的に吸込口
１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃに導き、確実に土砂を取り
込むことができる。

【００１７】図１に戻り、土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃの中間部は、カッター１の中心軸近傍のセンター
シャフト内２２に集められて束ねられ、そして隔壁９−
ｂの中心近傍を貫通するように配置されている。センタ
ーシャフト２２の図１中Ｐ−Ｑ断面における水平断面図
を図３に示す。３本の土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６
−ｃは、センターシャフト２２内に配置され、隔壁を貫
通する部分でセンターシャフト２２の外周部分（円形
状）をシールしているので、土砂吸込配管６−ａ，６−
ｂ，６−ｃを１本毎にシールする必要はない。このよう
な構造によって、土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃ
は、隔壁９−ｂのこの部分で容易にシールを行うことが
できる。

【００１８】再び図１に戻り、隔壁９−ｂの高さは、径
方向外側に隣接する隔壁９−ａの高さよりも高くなって
おり、これにより、径方向に吸込口１９−ｂ,１９−ｃ
をもつ曲管である土砂吸込配管６−ｂ,６−ｃの曲率を
その分大きくすることができ、土砂吸込配管６−ａ,６
−ｂ,６−ｃにおいて礫がひっかかり閉塞するのをその
分低減することができる。

【００１９】この土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃを
含む送排泥システムの全体構成を表す概念図を図４に示
す。図４及び図１において、立坑８上部に設けた水タン
ク２６から送水管１６を介して切羽７に水が送られ、こ
のとき切羽７が地下水位に０．２ｋｇｆ／ｃｍ²を加え
た水圧となるように水タンク２６の上下位置を決定す
る。これは、地下水位よりやや高い水圧を切羽に加える
ことにより、切羽部での湧水による土砂の湧き上がりを
抑え、切羽の側壁及び底板の土砂崩壊を防止するためで
ある。切羽７からの掘削土砂を含む泥水は、土砂吸込配
管６−ａ,６−ｂ,６−ｃの一端に設けた吸込口１９−
ａ,１９−ｂ,１９−ｃから土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃ内へと吸引される。土砂吸込配管６−ａ,６−ｂ,
６−ｃの他端はスイベルジョイント２３を介して対応す
る上部配管５６−ａ,５６−ｂ,５６−ｃに接続されてお
り、さらにそれぞれ別個独立して立坑８上に設置された
サクションポンプ２５−ａ,２５−ｂ,２５−ｃに接続さ
れている。スイベルジョイント２３は回転継手の一種で
あり、自ら回転しながら、カッター１とともに回転する
土砂吸込配管６−ａ,ｂ,ｃからの泥水を、構造物に固定
されている上部配管５６−ａ,ｂ,ｃにそれぞれ円滑に導
く機能を備えている。サクションポンプ２５−ａ,２５
−ｂ,２５−ｃにより吸い上げられた泥水は、最終的
に、立坑８上に設けられた泥水処理設備２７で処理され
た後、配管５７を介して水タンク２６へ導かれ、再び送
水管１６によって切羽７へと還流させられる。サクショ
ンポンプ２５−ａ,２５−ｂ,２５−ｃは、３本の土砂吸
込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃ及びこれに対応する上部配
管５６−ａ,５６−ｂ,５６−ｃに対してそれぞれ１台ず
つ別個独立して装備されており、掘削土砂の処理量が大
きい外周側の土砂吸込配管６−ｃ,６−ｂ,６−ａから順
に、その必要処理量に見合った容量を装備している。す
なわち、容量が大きいものから順に、（サクションポン
プ２５−ｃ）＞（サクションポンプ２５−ｂ）＞（サク
ションポンプ２５−ａ）となっている。これにより、必
要処理量に応じて能率よく排土を行うことができる。ま
た、すべての土砂吸込配管を１つのサクションポンプに
接続した場合のように負荷の軽い吸込配管に泥水が集中
することなく、全ての吸込配管６−ａ,６−ｂ,６−ｃか
ら万遍なく排土を行うことができる。

【００２０】再び図１に戻り、カッター１は、径方向中
心に向かって下方に傾斜する形状のカッタースポーク１
Ｂにカッタービット１７,１８が設けられている構造と
なっており、これによってカッタービット１７,１８で
掘削された土砂が土砂吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−
ｃに向かって落ちて行きやすくなっている。また、大径
立坑シールドであることから、掘削土量の多い外周側カ
ッタースポーク１Ｂの傾斜角度を内周側カッタースポー
ク１Ｂの傾斜角度より急角度にしてある。さらにこのと
き、土砂吸込口１９−ａ,１９−ｂ,１９−ｃの付近のカ
ッタービット１８は、周辺のカッタービット１７より下
方に深く掘削できるように、カッタースポーク１Ｂから
より長く下方へ飛び出している。これにより、掘削面に
溝をつくり切羽７から掘削された土砂が切羽７の外周部
から内側へ向かって傾斜面を落ちてきたときに、カッタ
ー１の回転と共に回転する土砂吸込口１９−ａ,１９−
ｂ,１９−ｃがちょうどその位置にくるまでの一定の間
だけその土砂を滞留させることができる。このような形
状になっていないと、掘削土砂は所定の吸込口から吸い
込まれず斜面を更に下方へと転げ落ちて、それより内周
側の吸込口に吸い込まれてしまこととなり、その内周側
の吸込口のサクション能力が不足することとなるからで
ある。ここでこの実施例では、土砂吸込口１９−ａ，１
９−ｂ，１９−ｃの付近のカッタービット１８を周辺の
カッタービット１７より下方に深く掘削できるようにカ
ッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出させてい
るが、これに限らず、土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，
１９−ｃの半径方向位置付近にあるその他のカッタース
ポークに装着したカッタービットを下方に深く掘削でき
るようにカッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び
出させても同様の溝を掘ることができる。すなわち、地
山が砂層の場合は本実施例のようにしても櫛の刃状に地
山が残ることはないが、粘性土の場合は櫛の刃状に地山
が残る場合がある。したがって地山が粘性土の場合は、
半径方向位置付近にあるその他のカッタースポーク上に
装着されているカッタービットを同じように下方に深く
掘削できるようにカッタースポーク１Ｂからより長く下
方へ飛び出させて平坦な溝をつくれるようにする。

【００２１】前述した集土板２４は、飛び出したカッタ
ービット１８によって形成された溝より径方向外側の掘
削土砂を、その溝の近傍に導く働きをする。なお、この
とき、集土板の両端が吸込口の径方向位置にある必要は
必ずしもなく、集土板の中間に少なくとも１つの吸込口
が存在するように配置すればよい。そうすれば、集土板
に沿って傾斜面を下方に流れてきた土砂は、吸込口の径
方向位置にある溝で自然に集土板から離れ、溝内で滞留
することになるからである。また集土板は、必ずしも複
数個設けられる必要もなく、少なくとも１つ設けられれ
ば足りる。またカッター１は、径方向最外周１Ａの高さ
方向位置が、シールド本体４１の最下端、すなわち隔壁
９−ａの高さ方向位置よりも高くなるように配置されて
いる。したがって、カッター１のカッタースポーク１Ｂ
の一部とシールド本体４１の一部とが径方向において重
なるように配置されることとなり、その結果、シールド
本体４１内側に設置してあるカッター駆動部２をカッタ
ー中心部近傍のデッドスペースにくい込ませて配置する
ことができる。これにより、カッター駆動部２のうちシ
ールド本体４１内の部分２Ｂの上下方向高さが若干延び
たとしても、カッター駆動部２の上端がシールド本体４
１のテール端から上方へ飛び出ることがなくなり、機長
の短縮化が可能となっている。さらにカッター１は、カ
ッター駆動部２に備えられたカッター上下ジャッキ３０
により上下自在に吊り下げられるとともに、カッター駆
動モータ１２の回転力で駆動される。このようなカッタ
ー駆動部２の詳細構造を表す側断面図を図５に示す。図
５及び図１において、カッター１は、径方向中心部と外
周部との間の中間部１Ｃにおいて６本のカッターアーム
１０により中間支持され、略円環状のカッターリング４
０を介してベアリング１３に装着されている。ベアリン
グ１３の外周側にはギア１５が切ってあり、このギア１
５にカッター駆動モータ１２に装着されたピニオン１４
が噛合している。カッターリング４０、ベアリング１
３、カッター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１
（図５中網かけ部で示す）に設置されており、カッター
上下ジャッキ３０により上下に摺動する。また、カッタ
ー摺動部材１１の外周部には、シールド本体４１側の出
っ張り４２とかみ合う溝４３が切ってあり、カッター１
の回転による反力をシールド本体４１に伝えている（出
っ張り４２とかみ合う溝４３は全周に４箇所ある）。さ
らに、カッターリング４０のカッターアーム１０側には
カッターリング４０と摺動部材１１との間のシールを行
うカッター１回転用のシール３２が取り付けてあり、カ
ッター摺動部材１１の切羽７側にはカッター摺動部材１
１とシールド本体４１間のシールを行うシール３１が取
り付けられている。なお、上記構成において、ピニオン
１４、ギア１５、ベアリング１３、カッターリング４
０、及びカッターアーム１０が回転伝達機構を構成す
る。

【００２２】カッター駆動部２は、上記のように摺動す
る構造であることから通常より上下方向に若干長くな
る。一方で、シールド推進部３及びセグメント組立部４
は、シールド本体４１におけるカッター駆動部２から径
方向外側に配置され、またシールド推進部３の上方にセ
グメント組立部４が配置されている。そしてこのとき、
セグメント組立部４の上端がカッター駆動部２の上端よ
り低い位置にあり、シールド推進部３の下端がカッター
駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの下端よ
り高い位置にある。すなわち、長くなったカッター駆動
部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの上下方向高
さ範囲の中に、セグメント組立部４及びシールド推進部
３を収めている。

【００２３】上記構成において、立坑シールド掘進機１
００全体に関し上下方向に加わる力として、前述した図
示しない吊架手段を介し立坑８の上部より全体が吊り下
げられ、上方への吊架力が加えられている。また、シー
ルド断面積に相当する部分の水圧力が上方へかかってい
る。また、立坑シールドの全体重量が下方にかかってい
る。一方、カッター１の上下動に関し加わる力として
は、カッター摺動部材１１下部のドーナツ状の水平断面
積Ｓ（図５参照）分の水圧揚力が、上方へ向かって作用
している。したがって、まず、上記したカッター１にか
かる上方への水圧揚力が小さい地表付近において、カッ
ター上下ジャッキ３０でカッター１の自重を緩和して自
重の一部のみを加え、カッターの地山への押し付け力が
掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター
１を回転しながら下方へ向かって掘削する。このように
してカッター上下ジャッキ３０でカッター１を吊り下ろ
しながら、カッター１である距離を掘削後、カッター１
をカッター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッターで掘
り下げた分、シールドを吊り下げている吊架手段を延ば
し、全体の自重でシールド本体４１を推進させる。そし
て、シールド本体４１が所定距離推進したところでセグ
メント５をエレクター２１により組み立てる。

【００２４】上記手順を繰り返して掘進していくが、下
方より隔壁９−ａ,９−ｂ,９−ｃにかかる水圧力が、掘
進していくにしたがい地下水圧が大きくなるため増大
し、シールド自重で下部へ推進できなくなる。その時点
で、シールドジャッキ２０による推進を行う。すなわ
ち、カッター１である距離を掘削後、カッター１をカッ
ター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッター１で掘り下
げた分シールドジャッキ２０でシールド本体４１を推進
させる。そしてシールド本体４１が所定距離推進したと
ころでセグメント５をエレクター２１により組み立て
る。

【００２５】また、一定の深度まで達して、上記したカ
ッター１にかかる水圧揚力が、カッター自重より大きく
なった場合は、掘削時に、（水圧揚力）−（カッター自
重）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等し
い推力でカッター上下ジャッキ３０でカッター１を切羽
７の前面に押し付けつつ、カッター１を回転させて掘削
を行う。つまり、水圧揚力がカッター自重より大きくな
りカッターが浮いた状況となるのでカッター上下ジャッ
キ３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘
削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能
率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。この
とき、カッター１のトルクはカッター１の切羽７への押
付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター
１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター
上下ジャッキ３０のストローク量を調整する。

【００２６】次に、本実施例の作用効果を説明する。な
お、以下、従来技術に関する記述中であっても、本実施
例の立坑シールド掘進機１００と同等の部材には同等の
符号を付す。一般に、従来の立坑シールド掘進機では、
シールド本体４１内において、シールド推進部３及びセ
グメント組立部４の最上端がカッター駆動部２の上端よ
りも高い位置にあったり、シールド推進部３及びセグメ
ント組立部４の最下端がカッター駆動部２のうちシール
ド本体４１内の部分２Ｂの下端よりも低い位置にあった
りして、シールド推進部３及びセグメント組立部４が高
さ方向においてカッター駆動部２のうちシールド本体４
１内の部分２Ｂの高さ範囲内に収まっていなかった。例
えばシールド推進部３の上方に設けられたセグメント組
立部４の上端がカッター駆動部２の上端よりも高い位置
に位置する場合には、このセグメント組立部４の上端か
らカッター駆動部２の上端までの距離をΔｈとすると、
カッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２
Ｂ、シールド推進部３、セグメント組立部４を配置する
ために必要な高さ方向の距離は、カッター駆動部２のう
ちシールド本体４１内の部分２Ｂの高さ＋Δｈとなる。
これに対して、本実施例による立坑シールド掘進機１０
０においては、シールド本体４１内において、シールド
推進部３及びセグメント組立部４はカッター駆動部２よ
り径方向外側に配置されるとともに、その最上端である
セグメント組立部４の上端がカッター駆動部２の上端よ
り低い位置に位置し、その最下端であるシールド推進部
３の下端がカッター駆動部２のうちシールド本体４１内
の部分２Ｂの下端より高い位置に位置している。これに
より、シールド推進部３及びセグメント組立部４が高さ
方向においてカッター駆動部２のうちシールド本体４１
内の部分２Ｂの高さ範囲内に収まることになるので、カ
ッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂ、
シールド推進部３、セグメント組立部４を配置するため
に必要な高さ方向の距離は、カッター駆動部２のうちシ
ールド本体４１内の部分２Ｂの高さのみで足りる。した
がって、上記従来の場合よりもΔｈだけ機長を短くする
ことができる。よって、図６に示すように、地下駅の工
事を行う場合等、立坑８への導入坑２９への高さＬに制
限がある現場であっても、使用することができる。

【００２７】また、カッター駆動部２において、モータ
１２から発生した回転力を、カッター１の中間部１Ｃに
連結されたカッターアーム１０を介してカッター１へ伝
達し、そのカッターアーム１０をカッター上下ジャッキ
３０で上下動させる構造であるので、従来のシールド掘
進機に比し、カッター駆動部２のうちシールド本体４１
内にある部分２Ｂの長さが上下方向に長くなって機長が
延びる傾向にある。そこで、シールド推進部３及びセグ
メント組立部４を、カッター駆動部２のうちシールド本
体４１内にある部分の高さ範囲内に収めることによっ
て、機長が延びるのを少しでも低減することができる。
さらに、カッター１の中心軸近傍に設けられたスイベル
ジョイント２３を介し、土砂吸込配管６−ａ,ｂ,ｃ及び
上部配管５６−ａ,ｂ,ｃによって掘削された切羽土砂を
排出することにより、排土をカッターの外周付近で行う
水平シールド掘進機と異なり、排土をカッター１中心付
近から行うことができる。よって、シールド本体４１の
外周側にシールド推進部３又はセグメント組立部４を配
置する構成を容易に実現することができ、機長内ギリギ
リまで有効にスペースを利用して機長短縮を図ることが
できる。またスイベルジョイントを配置することからそ
の高さによって機長が延びる傾向となるが、シールド推
進部３及びセグメント組立部４を、カッター駆動部２の
うちシールド本体内にある部分２Ｂの高さ範囲内に収め
ることによって、機長が延びるのを低減することができ
る。

【００２８】なお、上記実施例においては、セグメント
組立部４の上端がカッター駆動部２の上端より低い位置
にあり、シールド推進部３の下端がカッター駆動部２の
うちシールド本体４１内の部分２Ｂの下端より高い位置
にあったが、これに限られず、それぞれ同じ位置にあっ
てもよい。すなわち、シールド推進部３及びセグメント
組立部４の最上端がカッター駆動部２の上端以下の位置
にあり、シールド推進部３及びセグメント組立部４の最
下端がカッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部
分２Ｂの下端以上の位置にあれば足り、この場合も同様
の効果を得る。

【００２９】また、上記実施例においては、図５に示し
たように、カッターリング４０、ベアリング１３、カッ
ター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１内に設置さ
れており、カッター上下ジャッキ３０により上下動する
構成であったが、これに限られず、カッター上下ジャッ
キを他の場所へ設ける変形例もある。これを図７に示
す。図７において、図５に示した前述した構成と異なる
点は、カッターリング４０は下方に開口する略円筒状部
分が複数箇所に設けられており、その略円筒状部分に対
して摺動可能に摺動円筒部材１３１が配設されており、
その摺動円筒部材１３１内に上端がカッターリング４０
に固定され下端がカッターアーム１０の上端に固定され
たカッター上下ジャッキ１３０が配置されており、カッ
ター駆動モータ１２、ピニオン１４、ギア１５、及びベ
アリング１３の固定側（図示左側）はシールド本体４１
に固定され、ベアリング１３の回転側（図示右側）及び
カッターリング４０は回転のみを行い上下動は行わず、
摺動円筒部材１３１及びカッターアーム１０のみがカッ
ター上下ジャッキ１３０によって上下動するようになっ
ていることである。その他の構造はほぼ同様である。こ
の構造によると前実施例で説明した水圧揚力を受ける原
因となる面積Ｓ（図５参照）が非常に小さくて済む。す
なわち、カッター１の上下動に関しカッター上下ジャッ
キ１３０に加わる水圧揚力を、複数の摺動円筒部材１３
１の横断面積（複数個の円）にかかる分だけとし極めて
小さくすることができる。よって、カッター上下ジャッ
キ１３０の容量及びベアリング１３の容量を小さくする
ことができ、またカッター１の地山押し付け力の制御を
さらに容易に高精度に行うことができる。

【００３０】なお、摺動円筒部材１３１は、図７に示す
ようにカッターリング４０に形成された筒状の穴に直接
挿入配置される構成のほか、カッターリング４０内に別
途筒状部材を複数個固定し、その筒状部材に摺動円筒部
材１３１を挿入配置する構成でもよく、これらの場合も
同様の効果を得る。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、シールド推進部の上端
がカッター駆動部の上端と同じ位置か低い位置に位置
し、下端がカッター駆動部の下端と同じ位置か高い位置
に位置するので、シールド推進部が高さ方向においてカ
ッター駆動部の高さ範囲内に収まる。よって、地下駅の
工事を行う場合等、立坑への投入孔下部における掘進機
組立スペースの高さに制限がある現場であっても使用す
ることができる。

【００３２】また本発明によれば、シールド推進部及び
セグメント組立部の最上端がカッター駆動部の上端と同
じ位置か低い位置に位置し、最下端がカッター駆動部の
下端と同じ位置か高い位置に位置するので、、シールド
推進部及びセグメント組立部が高さ方向においてカッタ
ー駆動部の高さ範囲内に収まる。よって、地下駅の工事
を行う場合等、立坑への投入孔下部における掘進機組立
スペースの高さに制限がある現場であっても使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による立坑シールド掘進
機の全体構造を表す側断面図である。

【図２】図１に示されたカッターの下面図である。

【図３】図１に示されたセンターシャフトの図１中Ｐ−
Ｑ断面における水平断面図である。

【図４】図１に示された土砂吸込配管を含む送排泥シス
テムの全体構成を表す概念図である。

【図５】図１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表
す側断面図である。

【図６】大口径の立坑をシールド工法により掘削する場
合の一例である、地下駅の工事現場を示す概念図であ
る。

【図７】カッター駆動部の変形例の詳細構造を表す側断
面図である。

【符号の説明】

１ カッター １Ｂ カッタースポーク １Ｃ 中間部 ２ カッター駆動部 ２Ａ カッター駆動部の構成部材（外周壁） ３ シールド推進部 ４ セグメント組立部 ６−ａ 土砂吸込配管 ６−ｂ 土砂吸込配管 ６−ｃ 土砂吸込配管 ７ 切羽 ８ 立坑 ９−ａ 隔壁 ９−ｂ 隔壁 ９−ｃ 隔壁 １０ カッターアーム １１ カッター摺動部材 １２ カッター駆動モータ １３ ベアリング １４ ピニオン １５ ギア １６ 送水管 １７ カッタービット １８ カッタービット １９−ａ 吸込口 １９−ｂ 吸込口 １９−ｃ 吸込口 ２０ シールドジャッキ ２１ エレクター ２２ センターシャフト ２３ スイベルジョイント ２４ 集土板 ２５−ａ サクションポンプ ２５−ｂ サクションポンプ ２５−ｃ サクションポンプ ２６ 水タンク ２７ 泥水処理設備 ３０ カッター上下ジャッキ（上下駆動機
構） ４０ カッターリング ４１ シールド本体 ５６−ａ 上部配管 ５６−ｂ 上部配管 ５６−ｃ 上部配管 ６０ カッターのうちカッターアームで支持
される水平断面積 １００ 立坑シールド掘進機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川濱 隆司 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 西岡 巌 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 新井 立夫 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 小田 尚和 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立坑内に配置されるシールド本体と、こ
   のシールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削す
   るカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設
   けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記
   シールド本体に設けられ、前記シールド本体を下方へ押
   圧するシールドジャッキを備え、シールド本体を掘進方
   向へ推進させるシールド推進部とを有する立坑シールド
   掘進機において、 前記シールド推進部は、前記シールド本体における前記
   カッター駆動部から径方向外側に配置されており、か
   つ、高さ方向上端が前記カッター駆動部のうちシールド
   本体内にある部分の高さ方向上端以下に位置し、高さ方
   向下端が前記カッター駆動部のうちシールド本体内にあ
   る部分の高さ方向下端以上に位置するように配置されて
   いることを特徴とする立坑シールド掘進機。
2. 【請求項２】 立坑内に配置されるシールド本体と、こ
   のシールド本体の下方に設けられ立坑内の切羽を掘削す
   るカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体に設
   けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記
   シールド本体に設けられるとともに前記シールド本体を
   下方へ押圧するシールドジャッキを備え、シールド本体
   を掘進方向へ推進させるシールド推進部と、前記シール
   ド本体に設けられ、前記シールドジャッキが下方へ押圧
   力を作用させるための反力を与えるセグメントを組み立
   てるエレクターを備えたセグメント組立部とを有する立
   坑シールド掘進機において、 前記シールド推進部及びセグメント組立部は、前記シー
   ルド本体における前記カッター駆動部から径方向外側に
   配置されており、かつ、該シールド推進部及びセグメン
   ト組立部の高さ方向最上端が前記カッター駆動部のうち
   シールド本体内にある部分の高さ方向上端以下に位置
   し、該シールド推進部及びセグメント組立部の高さ方向
   最下端が前記カッター駆動部のうちシールド本体内にあ
   る部分の高さ方向下端以上に位置するように配置されて
   いることを特徴とする立坑シールド掘進機。
3. 【請求項３】 請求項２記載の立坑シールド掘進機にお
   いて、前記セグメント組立部に備えられたエレクター
   は、前記カッター駆動部の外周壁に装着されていること
   を特徴とする立坑シールド掘進機。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の立坑シールド掘進
   機において、前記カッターは、径方向中心に向かって下
   方に傾斜する形状を備えており、かつ、径方向最外周の
   うち少なくとも最上端部の高さ方向位置が、前記シール
   ド本体の最下端の高さ方向位置よりも高くなるように配
   置されていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の立坑シールド掘進
   機において、前記カッター駆動部は、前記カッターを回
   転させる回転力を発生する回転駆動機構と、前記カッタ
   ーの径方向中心部と外周部との間の中間部に接続される
   支持部材を備え前記回転駆動機構からの回転力を前記カ
   ッターへ伝達する回転伝達機構と、少なくとも前記回転
   伝達機構の支持部材を上下動させる上下駆動機構とを備
   えていることを特徴とする立坑シールド掘進機。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載の立坑シールド掘進
   機において、前記カッターの中心軸近傍に設けられた回
   転継手を介し、前記カッターにより掘削された切羽土砂
   を排出する排泥管をさらに有することを特徴とする立坑
   シールド掘進機。