JPH0941873A - 上向きシールド掘進機の推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セグメント組立時に機体バランスを良好に維
持でき、セグメントに加わる負荷荷重を低減できる上向
きシールド掘進機の推進装置を提供する。 【解決手段】 上向きシールド掘進機Ｓのシールドフレ
ーム１内に、上向きに形成された掘削坑２９の内面に組
み立てられたセグメント１８に反力をとる第１推進ジャ
ッキ３５と、下方の基盤２８から上記掘削坑２９を通っ
て上方へ延長された反力受け部材１０に反力をとる第２
推進ジャッキ２１とを設けて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下から地上へ向
けて掘削を行う上向きシールド掘進機の推進装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、既設のトンネル内に掘進機本体を
上向きに配置し、この掘進機本体を上方へ発進させて地
下から地上へ向けて縦穴の掘削を行う上向きシールド掘
進機が開発されている。

【０００３】この種の上向きシールド掘進機は、当該掘
進機により上向きに形成された掘削坑（縦穴）の内面に
セグメントを組み立て、そのセグメントに反力をとって
上方へ推進するようにしていた。すなわち、従来の上向
きシールド掘進機は、シールドフレーム内に周設された
推進ジャッキを伸長させ、その先端を既設セグメントに
当接させて反力をとり、上方に推進するようにしてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように既
存の横向きシールド掘進機を、単に縦向きに配置しただ
けであると、次のような問題が生じる。

【０００５】上向き掘進では反重力方向に推力をかける
ため、セグメントの組立時に該当する推進ジャッキを収
縮させて荷重を抜くと、上向きに配置されたシールド掘
進機の機体のバランスが崩れやすい。よって、真っ直ぐ
掘ることが困難であり、安全性上も問題がある。

【０００６】また、反重力方向に進むため、上記推進ジ
ャッキに大きな推力が必要となる。よって、その反力を
セグメントだけで受けると、セグメントに過大な負荷荷
重がかかって破損する虞もある。

【０００７】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、セグメント組立時に機体バランスを良好に維持
でき、セグメントに加わる負荷荷重を低減できる上向き
シールド掘進機の推進装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、上向きシールド掘進機のシールドフレーム
内に、上向きに形成された掘削坑の内面に組み立てられ
たセグメントに反力をとる第１推進ジャッキと、下方の
基盤から上記掘削坑を通って上方へ延長された反力受け
部材に反力をとる第２推進ジャッキとを設けて構成され
ている。

【０００９】また、上記第１推進ジャッキと第２推進ジ
ャッキとを同期して伸長させる同期装置を備えてもよ
い。

【００１０】上記構成の推進装置は、第１推進ジャッキ
→セグメントの経路と、第２推進ジャッキ→反力受け部
材の経路との２系統によって推力を取る。よって、セグ
メントに加わる負荷荷重が低減する。

【００１１】また、セグメント１リング分掘進終了後、
セグメント組立箇所にあたる第１推進ジャッキを抜き、
セグメント１リングを順に組み立てるが、このとき、シ
ールド掘進機にかかる荷重は、抜いてない部分の第１推
進ジャッキと第２推進ジャッキとで、バランスよく支持
される。

【００１２】また、同期装置によって、第１推進ジャッ
キと第２推進ジャッキとを同期して伸長させることによ
り、鉛直に真っ直ぐ掘ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて説明する。

【００１４】図１は、本実施形態に係る推進装置を備え
た上向きシールド掘進機の側断面図を示すものである。
図示するように、上方に掘進すべく鉛直に配置された円
筒状のシールドフレーム１の頂部に、切羽２と坑内３と
を仕切るすり鉢状の隔壁４が設けられている。隔壁４に
よって仕切られたカッタ室５には、モータ６により回転
駆動されるカッタ７によって、掘削土砂が取り込まれ
る。

【００１５】このようにして取り込まれたカッタ室５内
の土砂は、排土装置８によって排土され、土砂移送管９
および反力受けケーシング１０（特許請求の範囲の反力
受け部材に相当する）を通して下方に搬送される。排土
装置８は、一端がカッタ室５に接続され他端が下方に延
出された排土管１１と、排土管１１内に収容されモータ
１２によって回転駆動される回転軸１３と、回転軸１３
に取り付けられ排土間１１内の土砂を攪拌して流動化さ
せるパドル１４と、回転軸１３の上部に取り付けられ土
砂取込室５内の土砂を攪拌する混練翼１５とから構成さ
れている。

【００１６】この構成によれば、回転軸１３が回転する
と、混練翼１５が土砂取込室５内の土砂を攪拌すると共
に、パドル１４が上下方向に形成された排土管１１内の
土砂を攪拌するため、カッタ室５内および排土管１１内
の土砂が流動化する。すると、流動化された土砂が、重
力の作用および切羽２の土圧によって排土管１１内を重
力方向下方に落下し、土砂移送管９および反力受けケー
シング１０を通して下方に排土されるのである。

【００１７】排土量は、排土管１１の中央部１１ａに設
けられたゲート１６によって調節される。ゲート１６
は、水平方向の左右に近接離間移動する一組の板体１７
からなり、各板体１７に回転軸１３を避ける半円状の逃
げ部が形成されて構成されている。これらの板体１７
は、図示しない油圧ジャッキ等で近接離間移動され、排
土管１１の通過面積を全閉から前開まで可変とする（図
５参照）。かかるゲート１６は、排土量を調節するのみ
ならず、切羽２の土圧を所望の圧力に保つ機能をも発揮
する。このゲート１６を通過した土砂は、土砂移送管９
に導かれる。

【００１８】土砂移送管９は、排土管１１の下端部に接
続された内管９ａと、その内管９ａの外周にスライド自
在に被嵌された外管９ｂとから構成されている（図５参
照）。内管９ａと外管９ｂとの重合長さは、少なくとも
セグメント１８の１リング分以上の長さとなっている。
外管９ｂには、反力受けブラケット１９が設けられてお
り、この反力受けブラケット１９と隔壁２０との間に
は、第２推進ジャッキ２１が介設されている。第２推進
ジャッキ２１は、図２に示すように周方向に所定間隔を
隔てて複数配置されており、少なくともセグメント１８
の１リング分以上の伸長ストロークを有している。

【００１９】土砂移送管９の外管９ｂの外周には、鍔状
の凸部２２が形成されており、この凸部２２には、セグ
メント組立装置としてのエレクタ２３が、スラストおよ
びラジアル軸受２４を介して回転自在に取り付けられて
いる。エレクタ２３は、その外歯ギヤ２５が上記反力受
けブラケット１９に設けられたモータ２６のピニオン２
７に噛合され、回転駆動されるようになっている。この
構成によれば、エレクタ２３は、外管９ｂ、反力受けブ
ラケット１９および第２推進ジャッキ２１を介して隔壁
２０に吊下支持される。

【００２０】外管９ｂの下端部には、パイプ状の反力受
けケーシング１０が着脱自在に接続されている。反力受
けケーシング１０は、その１単位がセグメント１８の長
さと等しい長さに形成されており、それらが軸方向に積
層されボルトナット等（図示せず）により締結されて構
成されている。両者の長さが等しくないと、長さの違い
分が次第に積み重なり、不都合が生じるからである。こ
の反力受けケーシング１０は、図３に示すように下方の
既設トンネル２８（特許請求の範囲の基盤に相当する）
から掘削坑２９（縦穴）を通って、上方へ延長して形成
されている。

【００２１】すなわち、反力受けケーシング１０は、既
設トンネル２８内に構築された支持架台３０の水平梁３
１に、支持台３２を介して支持されている。この構成に
よれば、第２推進ジャッキ２１の反力は、反力受けブラ
ケット１９→土砂移送管９の外管９ｂ→反力受けケーシ
ング１０と伝達され、最終的に既設トンネル２８の支持
架台３０に支持される。また、反力受けケーシング１０
の根元部１０ａには、排土ゲート３３が設けられてい
る。排土ゲート３３は、反力受けケーシング１０内の土
砂を間欠的に排土し、排土を一定量ずつ下方のコンベヤ
３４に供給するものである。

【００２２】他方、シールドフレーム１の内周面には、
図１に示すように、掘削坑２９（縦穴）の内面に組み立
てられたセグメント１８に反力をとる第１推進ジャッキ
３５が設けられている。第１推進ジャッキ３５は、図２
に示すように周方向に所定間隔を隔てて複数配置されて
おり、少なくともセグメント１８の１リング分以上の伸
長ストロークを有している。セグメント１８は、前述の
エレクタ２３によって組み立てられ、縦穴２９の実質的
なトンネル壁をなすと共に、第１推進ジャッキ１８の反
力受け部材をも兼ねる。

【００２３】かかるセグメント１８の下端部は、図３に
示すように既設トンネル２８の支持架台３０の水平梁３
６に、支持台３７を介して支持されている。この構成に
よれば、第１推進ジャッキ３５の反力は、縦穴２９の実
質的なトンネル壁をなす既設セグメント１８を伝達し、
その反力の一部または全部が既設セグメント１８と周囲
の地盤との側部摩擦により相殺される。そして、その摩
擦で受けきれない反力がある場合には、最終的により下
方の既設トンネル２８の支持架台３０に支持される。な
お、図３中、３８は、既設トンネル２８内から上向きシ
ールド掘進機を発進させる際、土砂が既設トンネル２８
内に侵入するのを防止するエントランスシールである。
また、図１中、３９は作業員が乗る作業台である。

【００２４】上記第１推進ジャッキ３５および第２推進
ジャッキ２１は、図４に示す油圧回路４０によって作動
される。図示するように、第１および第２推進ジャッキ
３５，２１の各伸長室４１と収縮室４２とには、それぞ
れ油圧配管４３，４４が接続されている。収縮室４２側
の油圧配管４４には、可変式の流量制御弁４５が介設さ
れ、これと併行に逆止弁４６が設けられている。上記双
方の油圧配管４３，４４には、それぞれ電磁切換弁４
７，４８を介して導油管４９と排油管５０とが接続され
ている。

【００２５】導油管４９は、電動モータ５１により駆動
される油圧ポンプ５２によって、油槽５３内のオイルを
フィルタ５４から吸い込み、そのオイルを逆止弁５５を
介して上記第１および第２推進ジャッキ３５，２１へと
導くものである。他方、排油管５０は、第１および第２
推進ジャッキ３５，２１内のオイルを油槽５３内に返流
するものである。これら導油管４９と排油管５０とは、
バイパス管５６を介して短絡されている。バイパス管５
６には、リリーフ弁５７が介設されている。

【００２６】リリーフ弁５７は、油圧回路４０内の油圧
が設定圧（リリーフ圧）以上に上昇すると、開弁される
ようになっている。リリーフ弁５７のリリーフ圧は、電
磁ソレノイド５７ａによって可変とできる。また、各電
磁切換弁４７，４８は、その左側電磁ソレノイド４７
ａ，４８ａ同志または右側電磁ソレノイド４７ｂ，４８
ｂ同志が、コントローラ５８（特許請求の範囲の同期装
置に相当する）によって同期して又は別個に通電される
ようになっている。

【００２７】なお、図４には、簡略化のため推進１系統
に対して１本のジャッキのみを表した回路を示したが、
実際には推進１系統に対して図２に示す如き複数のジャ
ッキが並列に設けられている。

【００２８】以上の構成からなる本実施形態の作用につ
いて述べる。

【００２９】上向きに推進するときには、図４のコント
ローラ５８によって双方の電磁切換弁４７，４８の左側
電磁ソレノイド４７ａ，４８ａを同時に通電する。する
と、第１および第２推進ジャッキ３５，２１の各伸長室
４１，４１内にそれぞれオイルが流入し、図５に示すよ
うに各ジャッキ３５，２１のロッド部３５ａ，２１ａが
伸長する。

【００３０】このとき、各推進ジャッキ３５，２１の収
縮室４２，４２から排油されるオイル量を流量制御弁４
５，４５で調節することにより、各ロッド部３５ａ，２
１ａの伸長速度が調節される。従って、各流量制御弁４
５，４５を適切に設定することにより、各ロッド部３５
ａ，２１ａの伸長速度の同調がとれ、鉛直に真っ直ぐに
掘ることができる。なお、各ジャッキ３５，２１の伸長
に伴って、土砂移送管９の内管９ａが、外管９ｂに対し
て上方に引き上げられる。

【００３１】第１推進ジャッキ３５のロッド部３５ａ
は、既設セグメント１８に反力をとって掘進機Ｓを上方
に押上げ、第２推進ジャッキ２１のロッド部２１ａは、
反力受けケーシング１０に反力をとって掘進機Ｓを上方
に押上げる。このとき、上向きの推力は、第１推進ジャ
ッキ３５→セグメント１８→既設セグメント１８の周囲
の地盤との側部摩擦→支持架台３０（図３参照）の経路
と、第２推進ジャッキ２１→反力受けブラケット１９→
土砂移送管９の外管９ｂ→反力受けケーシング１０→支
持架台３０の経路との２系統に分けられる。

【００３２】このため、セグメント１８にのみ反力をと
っていた従来のものと比べると、セグメント１８に加わ
る負荷荷重が大幅に低減する。よって、セグメント１８
の破損を防止できる。また、上向きの推力は、第１推進
ジャッキ３５による外周部分（セグメント１８）と第２
推進ジャッキ２１による中心部分（反力受けケーシング
１０）とにバランスよく振り分けられる。このように、
推力をかける場所がバランスよく配置されるため、掘進
中に機体Ｓのバランスを崩しにくく、真っ直ぐに掘れ
る。

【００３３】また、上向きの推力を第１推進ジャッキ３
５と第２推進ジャッキ２１との２系統に分けたので、各
ジャッキ３５，２１の必要推力すなわち直径を小さくで
きると共に、各ジャッキ３５，２１の必要本数を少なく
できる。よって、第１および第２推進ジャッキ３５，２
１の設置スペースが小さくなり、これらジャッキ３５，
２１を狭隘なシールドフレーム１内に無理なく収容でき
る。特に、図２に示すように第１推進ジャッキ３５と第
２推進ジャッキ２１とを周方向に沿って交互に配置すれ
ば、よりコンパクトに構成できる。

【００３４】このようにしてセグメント１８の１リング
分の組み立てが可能になる長さ（すなわちセグメント１
リング分の長さ＋セグメント組立てに必要な間隙）の掘
進が終了後したならば、各推進ジャッキ３５，２１の電
磁切換弁４７，４８への通電をカットして中立位置に
し、その伸長を停止させる。そして、第２推進ジャッキ
２１の電磁切換弁４８の右側電磁ソレノイド４８ｂのみ
を通電し、図６に示すように第２推進ジャッキ２１のロ
ッド部２１ａを収縮させる。このとき、掘進機Ｓに加わ
る荷重は第１推進ジャッキ３５のみでセグメント１８に
支持されるが、この荷重は掘進機Ｓの自重および掘進機
Ｓ上方の土砂の重量のみであり、推進反力を含まない。
よって、セグメント１８が破損することはない。

【００３５】その後、図６に示すように、エレクタ２３
に設けられたウインチ５９によって、反力受けケーシン
グ１０の１単位を図３に示す既設トンネル２８から吊り
上げ、それを作業台２９上の作業員が既設の反力受けケ
ーシング１０の上端部１０ｘにボルト止めする。反力受
けケーシング１０は、パイプ状のもの又はそれを半割り
にしたもの等が用いられる。新たにボルト止めされた反
力受けケーシング１０の上端部１０ｙは、外管９ｂの下
端部９ｙとの間に僅かな隙間を形成する。この隙間は、
反力受けケーシング１０の１単位の長さとセグメント１
８の１ピースの長さが等しいため、第１推進ジャッキ３
５を適宜伸長させることによって確保できる。

【００３６】その後、第２推進ジャッキ２１を上記隙間
分だけ伸長させて外管９ｂの下端部９ｙを下降させ、新
たにボルト止めされた反力受けケーシング１０の上端部
１０ｙに当接させる。外管９ｂの下端部９ｙが反力受け
ケーシング１０の上端部１０ｙに当接すると、図４の油
圧回路４０内の油圧が高まるため、リリーフ弁５７が開
いて過剰な油圧を逃がす。よって、過剰な力が反力受け
ケーシング１０に加わることはない。また、第１推進ジ
ャッキ３５のロッド部３５ａがセグメント１８から浮き
上がることもない。こうして、外管９ｂの下端部９ｙが
反力受けケーシング１０の上端部１０ｙに当接したなら
ば、これらをボルト止めする。

【００３７】次に、図７に示すように、セグメント組立
箇所にあたる第１推進ジャッキ３５のロッド部３５ａを
縮め、セグメント１８を１リング分順に組み立てる。こ
れは、該当する第１推進ジャッキ３５の電磁切換弁４７
の右側電磁ソレノイド４７ｂを通電し、該当外の第１推
進ジャッキ３５の電磁切換弁４７および第２推進ジャッ
キ２１の電磁切換弁４８を、中立状態または左側電磁ソ
レノイド４７ａ，４８ａ通電状態として行われる。

【００３８】このとき、掘進機Ｓにかかる荷重は、縮め
てない部分の第１推進ジャッキ３５と第２推進ジャッキ
２１とで支持される。これら第１および第２推進ジャッ
キ３５，２１は、掘進機Ｓにかかる荷重をバランスよく
支持する。何故なら、第１推進ジャッキ３５は外周部分
（セグメント１８）を周方向に沿って支持し、第２推進
ジャッキ２１は中心部分（反力受けケーシング１０）を
支持するからである。よって、セグメント組立時に、機
体Ｓのバランスを良好に維持でき、真っ直ぐに掘ること
ができる。

【００３９】なお、既設の反力受けケーシング１０を全
て繋いだ状態で第２推進ジャッキを縮め、図３に示す既
設ケーシング１０を仕切弁３３のある最下端のものを除
いて全て引上げて、下方の既設トンネル２８内でケーシ
ング１０を継ぎ足す方法をとってもよい。

【００４０】セグメント１８は、図８に示すように、隣
接するセグメント１８同志を締結するためのボルト穴６
０に、ウインチ５９のワイヤ６１の先端の設けられたフ
ック部６２が索６０ａを介して係合され、巻き上げられ
る。そして、図９に示すように、セグメント１８の端部
１８ｘがエレクタ２３の当接部６３に当接したならば、
セグメント１８の中央部に螺合されたピン６４を、エレ
クタ２３の係合ブラケット６５にボルト等で結合する。
これにより、セグメント１８は、高い支持剛性でエレク
タ２３に支持される。

【００４１】エレクタ２３に支持されたセグメント１８
は、モータ２６によって周方向に移動され、ジャッキ６
６によって径方向（水平方向）に移動され、ジャッキ６
７によって軸方向（上下方向）に移動されて、所望の組
付位置に移動される。そして、図１０に示すように既設
のセグメント１８にボルトナットによって組み付けられ
るのである。

【００４２】セグメント組付後は、それまで縮められて
いた組付位置に該当する第１推進ジャッキ３５の電磁切
換弁４７の左側電磁ソレノイド４７ａを通電し、そのジ
ャッキ３５のロッド部３５ａを新たに組み付けられたセ
グメント１８に当接するまで伸長させる。ロッド部３５
ａがセグメント１８に当接すると、図４において油圧回
路４０内の油圧が高まるため、リリーフ弁５７が開いて
過剰な油圧を逃がす。よって、セグメント１８に過剰が
荷重が加わることはなく、セグメント１８の破損が防止
される。

【００４３】なお、各推進ジャッキ３５，２１にストロ
ークセンサを取り付けて、ストローク制御するようにし
てもよい。この場合、各ジャッキ３５，２１のストロー
ク量を調節することにより、容易に方向制御（斜め掘
進）を行うことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる上向
きシールド掘進機の推進装置によれば、次にような優れ
た効果を発揮できる。

【００４５】(1)セグメント組立時および上向き掘進時
に、シールド掘進機の機体バランスを良好に維持でき
る。

【００４６】(2)セグメントに加わる負荷荷重を低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る推進装置を備えた上向
きシールド掘進機の側断面図である。

【図２】図１の II-II線断面図である。

【図３】上記上向きシールド掘進機の発進部分を示す図
である。

【図４】上記推進装置を構成する第１推進ジャッキと第
２推進ジャッキとの油圧回路を示す図である。

【図５】上記推進装置を作動させて上向きシールド掘進
機を推進させる様子を示す図である。

【図６】上記推進装置を作動させて上向きシールド掘進
機を推進させる様子を示す図である。

【図７】上記推進装置を作動させて上向きシールド掘進
機を推進させる様子を示す図である。

【図８】エレクタによってセグメントを組み付ける様子
を示す図である。

【図９】エレクタによってセグメントを組み付ける様子
を示す図である。

【図１０】エレクタによってセグメントを組み付ける様
子を示す図である。

【符号の説明】

１ シールドフレーム １０ 反力受け部としての反力受けケーシング １８ セグメント ２１ 第２推進ジャッキ ２８ 基盤としての既設トンネル ２９ 掘削坑 ３５ 第１推進ジャッキ ５８ 同期装置としてのコントローラ Ｓ シールド掘進機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 輪違 隆志 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内 (72)発明者 金子 研一 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 高島 良 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 西田 義則 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 原 修一 東京都文京区後楽二丁目２番８号 五洋建 設株式会社内 (72)発明者 田中 潔 東京都文京区後楽二丁目２番８号 五洋建 設株式会社内 (72)発明者 佐藤 慎 東京都文京区後楽二丁目２番８号 五洋建 設株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上向きシールド掘進機のシールドフレー
   ム内に、上向きに形成された掘削坑の内面に組み立てら
   れたセグメントに反力をとる第１推進ジャッキと、下方
   の基盤から上記掘削坑を通って上方へ延長された反力受
   け部材に反力をとる第２推進ジャッキとを設けたことを
   特徴とする上向きシールド掘進機の推進装置。
2. 【請求項２】 上記第１推進ジャッキと第２推進ジャッ
   キとを同期して伸長させる同期装置を備えた請求項１記
   載の上向きシールド掘進機の推進装置。