JPH10169376A - シールド掘進機の余掘方法、シールド掘進機のコピーカッタ装置及びシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 余掘りの実施過程で急激な地山反力を受けた
ときでも余掘用の機器類に無理な荷重が加わらないシー
ルド掘進機に関する余掘技術を提供する。 【解決手段】 カッタヘッド３に出没可能に設けた余掘
用コピーシャンク８と、同シャンク８を出没駆動するコ
ピージャッキ９と、同ジャッキ９に圧油を供給、排出す
るジャッキ駆動用の油圧回路とを備えたシールド掘進機
のコピーカッタ装置において、コピージャッキ９の押し
側の油圧の値を検出する圧力検出器１７と、その押し側
の圧油を排出するように切り換え得る方向切換弁１５と
をジャッキ駆動用の油圧回路に設け、また、前記押し側
の油圧について許容可能な最高圧力の値を設定する圧力
設定器１９と、圧力検出器１７の検出値を圧力設定器１
９の設定値と比較して前者の値が後者の値を超えた場合
に方向切換弁１５を切り換え制御する比較制御器２０と
を設け、余掘り時に急激な地山反力を受けたときに、方
向切換弁１５を通じて前記押し側の圧油を瞬時に排出で
きるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機の
カッタヘッドに出没可能に設けられた余掘用の掘削手段
をそのカッタヘッド外周より突出させカッタヘッドを回
転させて余掘りを行うシールド掘進機についての余掘技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル等の地下坑を掘削するシールド
掘進機には、曲線施工が行えるようにするため、通常、
コピーカッタ装置と称する余掘装置を設けている。本発
明は、こうした余掘装置を設けたシールド掘進機につい
ての余掘技術を改良しようとするものである。そこで、
本発明の理解を容易にするため、コピーカッタ装置を設
けたシールド掘進機の基本的な技術内容を図３乃至図８
を用いて説明する。図３は、コピーカッタ装置を設けた
シールド掘進機の縦断面図で、本発明及び従来の技術を
説明するための図、図４は、図３のシールド掘進機にお
けるコピーカッタ装置で余掘りをしたときの掘削形状を
示す横断面図、図５は、図４のイ部を拡大して示す説明
図、図６は、図４のロ部を拡大して示す説明図、図７
は、図３のシールド掘進機におけるコピーカッタ装置で
の余掘り時に地中障害物に当たったときの状態を拡大し
て示す説明図、図８は、一部を縦断面で示す従来のシー
ルド掘進機のコピーカッタ装置に関する図である。

【０００３】図３及び図８において、１は円筒状の構造
体としてのシールド本体、２はこのシールド本体１内の
円周上に配置され図示していないセグメントで反力をと
りつつシールド本体１を推進するためのシールドジャッ
キ、３は多数のカッタビットを設けてシールド本体１の
前方に回転可能に取り付けられ切羽を掘削するカッタヘ
ッド、４はこのカッタヘッド３を回転駆動するためのカ
ッタ駆動装置、５は隔壁１ａの開口部に取り付けられカ
ッタヘッド３による掘削土砂を後方に排土するスクリュ
ーコンベア、６はシールド本体１の隔壁１ａに支承され
カッタヘッド３の中心部に一体的に取り付けたセンタシ
ャフト、７は非回転側であるシールド本体１側の各種配
管を回転側であるセンタシャフト側の配管に接続するた
めの継ぎ手であるロータリジョイントである。シールド
掘進機は、シールド本体１をシールドジャッキ２で推進
しながらカッタ駆動装置４でカッタヘッド３を回転駆動
することにより、地山を切削してトンネル等の地下坑を
掘削し、掘削土砂は、スクリューコンベア５によりシー
ルド本体１の後方に送られ、図示しない搬送手段で地上
に搬出される。ここに例示したシールド掘進機は、この
ように掘削土砂をスクリューコンベア５で排土する土圧
式のシールド掘進機である。

【０００４】以上、シールド掘進機の一般的な技術内容
について説明したが、次に、コピーカッタ装置に関する
一般的な技術内容について説明する。８はカッタヘッド
３にその外周より出没可能に設けられた余掘用の掘削手
段としてのコピーシャンク、９はこのコピーシャンク８
をカッタヘッド３の外周より出没させるように駆動する
油圧シリンダによるコピージャッキ、１０はこのコピー
ジャッキ９の引き側（これを縮める側）に圧油を供給す
るコピージャッキ引き配管、１１はコピージャッキ９の
押し側（これを伸ばす側）に圧油を供給するコピージャ
ッキ押し配管である。コピーシャンク８は、カッタヘッ
ド３の設置空間内に、その半径方向に摺動可能にガイド
部材３ａを介して設置される。そして、不使用時に、カ
ッタヘッド３内に納められ、使用時には、カッタヘッド
３の外周より突出させてカッタヘッド３を回転駆動する
ことにより、カッタヘッド３の掘削断面より外周側の地
山を掘削して余掘りを行う。こうしたコピーシャンク８
による余掘りは、冒頭で述べたように、シールド掘進機
を曲進させる際に行われる。

【０００５】この余掘りにつき図を用いて具体的に説明
すると、余掘りをする場合、コピーシャンク８をコピー
ジャッキ９でカッタヘッド３の外周より突出させてカッ
タヘッド３を回転駆動することにより、図４に示すよう
に、カッタヘッド３による掘削外径ａに対して余掘量ｂ
の掘削を行って、シールド掘進機を曲進させる側の地山
を略半周ほど掘削外径ａより大きく掘削する。カッタヘ
ッド３の回転が時計回りの場合には、コピーシャンク８
は、図４のイの個所において図５に鎖線で示すように徐
々に突出させ、ロの個所において図６に鎖線で示すよう
に徐々に没入させる。また、カッタヘッド３の回転が反
時計回りの場合には、コピーシャンク８は、逆に、図４
のロの個所で徐々に突出させ、イの個所で徐々に没入さ
せる。こうしたコピーシャンク８を出没させるためのコ
ピージャッキ９の駆動は、これに圧油を供給、排出する
ことにより行われるが、そのための油圧回路を構成する
コピージャッキ引き配管１０及びコピージャッキ押し配
管１１は、一端がセンタシャフト６及びカッタヘッド３
の内部を経由してコピージャッキ９の引き側及び押し側
にそれぞれ接続され、他端がロータリージョイント７を
介してシールド本体１内の配管に接続される。

【０００６】そこで、こうしたコピージャッキ９に圧油
を供給、排出するためのジャッキ駆動用の油圧回路につ
いて説明する。図８において、１２はコピージャッキ９
等油圧機器を駆動するための作動油を貯溜するオイルタ
ンク、１３は油圧機器駆動用の油圧の発生源としての油
圧ポンプ、１４はこの油圧ポンプ１３の吐出側の圧油を
オイルタンク１２に逃がすバイパス管路に設けられた圧
力設定リリーフ弁、１５は操作手段の操作により所定ポ
ートを開閉して油圧ジャッキを伸縮させたりその伸縮を
停止させたりするように圧油の流れを切り換えることの
できる電磁式の方向切換弁、１６はコピージャッキ９を
縮めるような負荷がかかったときに作動して圧油を逃が
すオーバロードリリーフ弁、１８はコピージャッキ９の
押し側へ供給され、又はその押し側から排出される圧油
の量を計測する油量計である。圧力設定リリーフ弁１４
は、コピーシャンク８をコピージャッキ９で駆動する際
の油圧を所定の値に設定する働きをする。

【０００７】方向切換弁１５には、本具体化例ではスプ
ールの作動位置が三つある４ポート３位置の電磁式の方
向切換弁を採用している。この４ポート３位置の電磁式
の方向切換弁１５は、操作レバー等の操作手段の操作に
より左側及び右側の信号受け部の一方に電気信号が出力
され、左側及び右側の信号受け部に電気信号を出力され
たとき、それぞれ左位置及び右位置に切り換えられ、そ
れ以外のときは中立位置を保持する。そして、中立位置
においては、コピージャッキ引き配管１０及びコピージ
ャッキ押し配管１１を閉鎖状態にして、コピージャッキ
９への圧油の供給及びコピージャッキ９からの圧油の排
出を停止する。また、左位置及び右位置に切り換えられ
たとき、油圧ポンプ１３の圧油を、それぞれコピージャ
ッキ押し配管１１及びコピージャッキ引き配管１０を通
じてコピージャッキ９の押し側及び引き側に供給し、そ
の引き側及び押し側の圧油を、それぞれコピージャッキ
引き配管１０及びコピージャッキ押し配管１１を通じて
オイルタンク１２に排出して、コピージャッキ９を伸縮
するように圧油の流れを制御する。そのため、方向切換
弁１５は、左位置に切り換えられると、コピージャッキ
９を伸ばして、図５に示すようにコピーシャンク８を突
出させ、右位置に切り換えられると、コピージャッキ９
を縮めて、図６に示すようにコピーシャンク８を没入さ
せる。

【０００８】コピージャッキ９の押し側に圧油を供給す
る管路すなわちコピージャッキ押し配管１１に接続され
る管路には、方向切換弁１５の下流側において、その下
流側の圧油をオイルタンク１２に逃がすバイパス管路が
接続されている。オーバロードリリーフ弁１６は、この
バイパス管路に設けられ、コピージャッキ９を縮めるよ
うな負荷がかかって方向切換弁１５の下流側の油圧が設
定値に達したときに作動し、方向切換弁１５の下流側の
油圧が設定値より低くなるまで圧油をオイルタンク１２
に逃がす。オーバロードリリーフ弁１６は、こうして、
コピージャッキ９内にその耐力を超えた負荷が作用する
のを防ぐ働きをする。油量計１８は、オペレータが方向
切換弁１５を操作してコピージャッキ９を伸縮する際に
監視され、これにより、オペレータは、コピージャッキ
９の伸び量や縮み量を把握して、コピージャッキ９の駆
動を停止する位置を判断できる。シールド掘進機のコピ
ーカッタ装置は、大別すると、以上述べたようなコピー
ジャッキ駆動用の油圧回路とコピーシャンク８とコピー
ジャッキ９とで構成される。

【０００９】次に、以上述べた従来のシールド掘進機の
コピーカッタ装置の作用について説明する。シールド掘
進機で曲線施工をしようとする場合、シールド本体１を
曲進させて地山を通過させるようにするには、カッタヘ
ッド３による掘削外径ａの掘削断面だけでは通過空間が
不足するので、シールド本体１を曲進させるに必要な余
掘量ｂだけ外周側の地山を掘削して余掘りを行う。その
ため、方向切換弁１５を切り換えてコピーシャンク８を
カッタヘッド３の外周より突出させるとともに、カッタ
ヘッド３を回転駆動して余掘りを行う。説明の便のた
め、いま、こうた方法で余掘りを行う場合、図４に示す
ようにカッタヘッド３を時計回りに回転させて余掘量ｂ
だけ余掘りを行うものとすると、コピーシャンク８がカ
ッタヘッドの回転に伴って旋回してイの個所に到達した
とき、方向切換弁１５を左位置に切り換えてコピージャ
ッキ９を伸ばす。その場合、オペレータは、油量計１８
を監視し、コピージャッキ９が所定のストロークまで伸
びたことを油量計１８で計測できたら、方向切換弁１５
を中立位置に戻してコピージャッキ９を停止させる。こ
うしてコピーシャンク８を所定量だけ突出させて、カッ
タヘッド３を図４の矢印方向に回転させながら、シール
ド本体１をシールドジャッキ２で推進し、シールド掘進
機を曲進させる側の地山を略半周ほど掘削する。ピーシ
ャンク８がカッタヘッド３の回転に随伴してロの個所に
到達したら、今度は、方向切換弁１５を右位置に切り換
えてコピージャッキ９を縮めることにより、コピーシャ
ンク８をカッタヘッド３内に没入させる。オペレータ
は、その場合も油量計１８でコピージャッキ９の縮み量
を確認しながら、方向切換弁１５を中立位置に戻してコ
ピージャッキ９を停止させる。コピーカッタ装置で余掘
りを行う場合、シールド本体１をシールドジャッキ２で
推進させながら、カッタヘッド３の１回転毎にこうした
操作を繰返し、これらの操作の積み重ねにより、シール
ド掘進機の掘進に伴って所定掘進長の余掘りが達成でき
る。

【００１０】こうしてコピーカッタ装置で余掘りを行う
場合において、地山全体が固くて、コピーシャンク８を
突出させるのにコピージャッキ９の推力以上の力が必要
なときには、コピーシャンク８は、地山に食い込むこと
ができないため、突出しないで停止したままである。こ
うした場合、このままでは曲線施工ができないため、手
掘りで余掘りをしたり掘進経路を修正したりする等何ら
かの手当をする必要があるが、方向切換弁１５は、この
状態では未だ中立位置に戻されておらず、コピージャッ
キ押し配管１１が閉鎖状態にはなっていないので、コピ
ーカッタ装置が破損するようなことはなく、問題はある
にしても大事には至らない。

【００１１】しかるに、コピージャッキ９で掘削する領
域の地山は、必ずしも均質でなく、硬軟入り混じったゾ
ーンや大きな礫を含んだゾーンがある等多種多様であ
る。こうした固さが不均一であったり礫を含んだりする
地山をコピーカッタ装置で余掘りする場合、その余掘の
開始時にコピーシャンク８が突出不能になるとは限らな
いため、余掘りの実施過程でかえって大きな問題が生じ
る。すなわち、コピーシャンク８の突出後、こうした地
山でカッタヘッド３を回転させながら余掘りを行うと、
その余掘りの実施過程で、コピーシャンク８が礫や固い
地山領域に当たることがある。その場合、コピージャッ
キ押し配管１１が閉鎖した状態のもとで、その地山の反
力がコピーシャンク８に作用してこれを引っ込めるよう
な力が働くため、配管１１内の油圧が大きく上昇し、そ
の圧力がコピージャッキ９の耐力を超えると、コピージ
ャッキ９が破損してしまう。こうしたことから、従来の
技術では、前述したオーバロードリリーフ弁１６を設け
ることにより、コピージャッキ９の伸長時にこれを縮め
るような過大な負荷がかかって方向切換弁１５の下流側
の油圧が設定値より上昇したときに、方向切換弁１５の
下流側の圧油すなわちコピージャッキ９の押し側の圧油
をバイパス管路を通じてオイルタンク１２に逃がすよう
にして、余掘用の機器類に無理な力が働かないように対
応している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、発明者は、
こうしたオーバロードリリーフ弁１６の働きについて調
査研究を進めたところ、図７に示すように、地山中に大
きな礫や極端に固い部分があり、余掘りの実施過程で、
コピーシャンク８がこうした地山領域に当たった場合、
オーバロードリリーフ弁１６では、コピーカッタ装置に
無理な力が働くのを防止できないという新事実を発見し
た。すなわち、余掘りを行うため、コピーシャンク８を
突出させてカッタヘッド３を回転させている過程におい
て、コピーシャンク８がこうした地山領域に当たった場
合、コピーシャンク８がカッタヘッド３の回転に伴って
急激な反力を受けて、コピージャッキ９が大きなストロ
ークで急激に縮められることとなる。このように、コピ
ージャッキ９が大きなストロークで急激に縮められた場
合、コピージャッキ９の押し側の油圧をオーバロードリ
リーフ弁１６の設定値以下に押さえてコピージャッキ９
の耐力を超えないようにするためには、多量の圧油をオ
ーバロードリリーフ弁１６で瞬時に逃がしてやる必要が
あるが、オーバロードリリーフ弁１６によっては、こう
した多量の圧油を瞬時には逃しきれず、コピージャッキ
９の押し側の油圧は急激に上昇することとなる。その結
果、コピージャッキ９やコピージャッキ押し配管１１が
その急上昇した油圧をまともに受けてパンクしたり、コ
ピーシャンク８が過大な地山反力を受けて変形し、又は
ガイド部材３ａと激しく接触してカジリを起こしたりす
る等、余掘用の機器類に無理な荷重が加わって、余掘用
の掘削手段であるコピーシャンク８が使用不能になって
しまう危惧がある。オーバロードリリーフ弁１６を用い
たコピーカッタ装置による従来のシールド掘進機に関す
る余掘技術には、従来認識されていなかった以上のよう
な問題があることを見出した。

【００１３】本発明は、こうした従来知られていなかっ
た新しい知見に基づいて創作されたものであって、その
技術課題は、余掘りの実施過程で急激な地山反力を受け
たときでも余掘用の機器類に無理な荷重が加わらないシ
ールド掘進機に関する余掘技術を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、 １）シールド掘進機のカッタヘッドに出没可能に設けら
れた余掘用の掘削手段をそのカッタヘッド外周より突出
させカッタヘッドを回転させて余掘りを行うシールド掘
進機の余掘方法において、「余掘用の掘削手段への押し
力の付与により余掘用の掘削手段をカッタヘッド外周よ
り突出させ、カッタヘッドを回転させて余掘りを進める
第１の工程と、この第１の工程で余掘を進めている過程
において余掘用の掘削手段が受ける地山の反力を検出す
る第２の工程と、この第２の工程で検出した地山の反力
の値が予め設定した所定の設定値を超えたときに、余掘
用の掘削手段への押し力の付与を解除する第３の工程と
により、余掘を進める過程で余掘用の掘削手段が急激な
地山の反力を受けたときに、余掘用の掘削手段をその反
力に逆らわずにカッタヘッドに没入できるようにした」
こと、 ２）シールド掘進機のカッタヘッドに出没可能に設けら
れカッタヘッドの外周より突出させてカッタヘッドを所
定角度回転させることにより余掘りを行う余掘用の掘削
手段と、圧油を押し側及び引き側の一方に供給し他方か
ら排出して伸縮し余掘用の掘削手段をカッタヘッドの外
周より出没させるように駆動する油圧ジャッキと、油圧
ジャッキに圧油を供給、排出してこれを駆動するための
ジャッキ駆動用の油圧回路とを備えたシールド掘進機の
コピーカッタ装置において、「油圧ジャッキの押し側の
油圧の値を検出する圧力検出手段と、油圧ジャッキの押
し側の圧油を排出するように切り換えることのできる切
換弁とをジャッキ駆動用の油圧回路に設けるとともに、
圧力検出手段で検出した油圧ジャッキの押し側の油圧の
値が予め設定した所定の設定値を超えたときに切換弁を
切り換えて油圧ジャッキの押し側の圧油を排出するよう
に制御する弁制御手段を設け、余掘り時に急激な地山の
反力を受けたときに、切換弁を通じて油圧ジャッキの押
し側の圧油を瞬時に排出できるようにした」こと、 ３）シールド本体と、このシールド本体を推進するため
のシールドジャッキと、シールド本体に取り付けられて
回転駆動され切羽を掘削するカッタヘッドと、このカッ
タヘッドに出没可能に設けられカッタヘッドの外周より
突出させてカッタヘッドを所定角度回転させることによ
り余掘りを行う余掘用の掘削手段と、圧油を押し側及び
引き側の一方に供給し他方から排出して伸縮し余掘用の
掘削手段をカッタヘッドの外周より出没させるように駆
動する油圧ジャッキと、油圧ジャッキに圧油を供給、排
出してこれを駆動するためのジャッキ駆動用の油圧回路
とを備えたシールド掘進機において、「油圧ジャッキの
押し側の油圧の値を検出する圧力検出手段と、油圧ジャ
ッキの押し側の圧油を排出するように切り換えることの
できる切換弁とをジャッキ駆動用の油圧回路に設けると
ともに、圧力検出手段で検出した油圧ジャッキの押し側
の油圧の値が予め設定した所定の設定値を超えたときに
切換弁を切り換えて油圧ジャッキの押し側の圧油を排出
するように制御する弁制御手段を設け、余掘り時に急激
な地山の反力を受けたときに、切換弁を通じて油圧ジャ
ッキの押し側の圧油を瞬時に排出できるようにした」こ
との何れの事項によっても達成される。

【００１５】前記１）のシールド掘進機の余掘方法に関
するこの出願の第１番目の発明は、第１の工程乃至第３
の工程を経てシールド掘進機で余掘を行い、特に第３の
工程において、第２の工程で検出した地山の反力の値が
予め設定した所定の設定値を超えたときに、余掘用の掘
削手段への押し力の付与を解除するようにしているの
で、余掘を進める過程で余掘用の掘削手段が急激な地山
の反力を受けたときに、余掘用の掘削手段をその反力に
逆らわずにカッタヘッドに没入させて、余掘用の機器類
に作用する地山の反力を減らすことができる。前記２）
のシールド掘進機のコピーカッタ装置に関するこの出願
の第２番目の発明は、２）に示した技術手段を採用して
いるので、余掘用の掘削手段を突出させカッタヘッドを
回転させながら余掘りを行う過程において、余掘用の掘
削手段が地山中の大きな礫や極端に固い部分に当たる
と、その地山の反力が余掘用の掘削手段に作用して油圧
ジャッキの押し側の油圧が上昇するが、その上昇する油
圧の値は、圧力検出手段で検出される。そして、この圧
力検出手段で検出された油圧ジャッキの押し側の油圧の
値が予め設定した所定の設定値を超えたときに、弁制御
手段により切換弁を切り換えて油圧ジャッキの押し側の
圧油を排出するように制御し、もし、余掘り時に急激な
地山の反力を受けたなら、切換弁を通じて油圧ジャッキ
の押し側の圧油を瞬時に排出する。したがって、本発明
のシールド掘進機のコピーカッタ装置は、余掘りを行う
過程で急激な地山の反力を受けても、余掘用の掘削手段
をその反力に逆らわずにカッタヘッドに没入させて、余
掘用の機器類に作用する地山の反力を減らすことができ
る。本発明を具体化する場合に特に特許請求の範囲の請
求項４に記載の構成を採用すれば、こうした急激な地山
の反力を受けたときに、油圧ジャッキを強制的に縮め
て、余掘用の掘削手段をカッタヘッドに直ちに没入させ
ることができる。前記３）のシールド掘進機に関するこ
の出願の第３番目の発明は、シールド掘進機に施してい
て、前記第２番目の発明とは発明の対象物が異なるが、
３）に示した技術手段を採用しているため、第２番目の
発明と同様の圧力検出手段や切換弁をジャッキ駆動用の
油圧回路に設けるとともに、第２番目の発明と同様の弁
制御手段を設けているので、第２番目の発明と同様の作
用を奏することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】前記したシールド掘進機の余掘方
法に関するこの出願の第１番目の発明、シールド掘進機
のコピーカッタ装置に関するこの出願の第２番目の発明
及びシールド掘進機に関するこの出願の第３番目の発明
は、共に、産業上の利用分野及び解決しようとする課題
が同一である発明であって、根底をなす技術的発想も軌
を一にするものである。そこで、以下に、この出願のシ
ールド掘進機のコピーカッタ装置に関する発明が実際上
どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１及び
図２に基づいて説明することにより、この出願の各発明
の実施の形態を明らかにする。図１は、一部を縦断面で
示す本発明の具体化例のシールド掘進機のコピーカッタ
装置に関する図、図２は、図１のコピーカッタ装置にお
ける方向切換弁の制御機構に関するブロック図である。
これら図１及び図２において図３及び図８と同一符号を
付けた部分は、両図と同等の部分を表しているので、説
明の重複を避けるため詳述しない。

【００１７】本発明の具体化例のシールド掘進機のコピ
ーカッタ装置は、図３及び図８に示した従来のコピーカ
ッタ装置と同様、シールド掘進機のカッタヘッド３に出
没可能に設けられカッタヘッド３の外周より突出させて
カッタヘッド３を所定角度回転させることにより余掘り
を行う余掘用の掘削手段としてのコピーシャンク８と、
圧油を押し側及び引き側の一方に供給し他方から排出し
て伸縮しコピーシャンク８をカッタヘッド３の外周より
出没させるように駆動する油圧ジャッキとしてのコピー
ジャッキ９と、コピージャッキ９に圧油を供給、排出し
てこれを駆動するための油圧ポンプ１３、圧力設定リリ
ーフ弁１４、方向切換弁１５等を有するジャッキ駆動用
の油圧回路とを備えており、こうした点では従来のもの
と変わらない。また、本発明の具体化例では、従来のも
のと同様、ジャッキ駆動用の油圧回路にオーバロードリ
リーフ弁１６も設けている。

【００１８】図１及び図２において、１７はコピージャ
ッキ９の押し側の油圧である方向切換弁１５の下流側の
油圧の値を検出する圧力検出器、１９はコピージャッキ
９の押し側の油圧について許容可能な最高圧力を設定す
る圧力設定器、２０は圧力検出器１７で検出されたコピ
ージャッキ９の押し側の油圧の値を圧力設定器１９で設
定された最高圧力の値と比較して前者の値が後者の値を
超えた場合に方向切換弁１５を切り換えるための電気信
号を出力する比較制御器である。圧力設定器１９で設定
する油圧の最高圧力は、コピージャッキ９を縮めるよう
な負荷がかかったときにコピージャッキ９の押し側にも
たらされる油圧の圧力値の中から、コピーカッタ装置の
耐力上許容できる適宜の値が選択され設定される。すな
わち、圧力設定器１９の設定値は、こうした油圧の圧力
値の中から、コピーシャンク８やコピージャッキ９の耐
力を超えないように適宜安全率を見込んで設定される。
この圧力設定器で設定する油圧の最高圧力は、オーバロ
ードリリーフ弁１６で圧油をリリーフさせる際の圧油の
圧力すなわちオーバロードリリーフ弁１６の設定圧力よ
りも小さくなるようにする。比較制御器２０は、圧力検
出器１７の検出値を圧力設定器１９の設定値と比較する
ための演算を行う演算装置を有し、その演算結果に基づ
いて出力される電気信号が方向切換弁１５の右側の信号
受け部に送られるようになっている。方向切換弁１５
は、圧力設定器１９及び比較制御器２０により、圧力検
出器１７で検出したコピージャッキ９の押し側の油圧の
値が予め設定した所定の設定値を超えたときに切り換え
られてコピージャッキ９の押し側の圧油を排出するよう
に制御される。こうした方向切換弁１５を制御するため
の弁制御手段は、本具体化例では圧力設定器１９及び比
較制御器２０とを有するコントローラで構成されてい
る。

【００１９】本具体化例のシールド掘進機のコピーカッ
タ装置は、以上のような技術手段を採用しているので、
コピーシャンク８を突出させカッタヘッド３を回転させ
ながら余掘りを行う過程において、図７に示すようにコ
ピーシャンク８が地山中の大きな礫に当たると、その地
山の反力がコピーシャンク８に作用してコピージャッキ
９の押し側の油圧が上昇するが、その上昇する油圧の値
は圧力検出器１７で検出される。ここで、このコピージ
ャッキ９の押し側の油圧が上昇しようとするメカニズム
を再確認すると、大きな礫による地山の反力がコピーシ
ャンク８に作用したとき、コピージャッキ９にこれを縮
めるような荷重が作用するが、コピーシャンク８を突出
させて余掘りを開始したときは、すでに、方向切換弁１
５が中立位置を保持していて、コピージャッキ押し配管
１１が閉じられた回路となっているため、そのコピージ
ャッキ押し配管１１の油圧は、前記荷重により上昇す
る。その上昇する油圧の値は、前記したように圧力検出
器１７で検出され、その圧力検出器１７での検出値は、
圧力設定器１９の設定値と比較される。そして、圧力検
出器１７の検出値が圧力設定器１９の設定値を超えた場
合に、方向切換弁１５を切り換えるための電気信号が方
向切換弁１５の右側の信号受け部に出力され、方向切換
弁１５は、中立位置から右位置に切り換えられる。

【００２０】そうすると、方向切換弁１５は、油圧ポン
プ１３の圧油をコピージャッキ引き配管１０を通じてコ
ピージャッキ９の引き側に供給するとともに、コピージ
ャッキ９の押し側の圧油をコピージャッキ押し配管１１
を通じてオイルタンク１２に排出するように圧油の流れ
を切り換える。その結果、方向切換弁１５を通じてコピ
ージャッキ９の押し側の油圧を瞬時に排出し、しかも、
コピージャッキ９の引き側に圧油を供給してコピージャ
ッキ９を強制的に縮め、図６に示すようにコピーシャン
ク８を直ちに没入させる。そのため、地山中の大きな礫
等の地山の反力によりコピージャッキ９の押し側の油圧
が上昇してオーバロードリリーフ弁１６が作動する前
に、コピーシャンク８やコピージャッキ９等コピーカッ
タ装置が地山から受ける反力を瞬時に減らすことができ
る。一方、オーバロードリリーフ弁１６は、本具体化例
では、従来の装置とは異なり通常は働かず、方向切換弁
１５や弁制御手段が故障する等の異常事態が発生したと
きにだけ、二重安全装置として補助的に機能することと
なる。

【００２１】したがって、本具体化例によれば、余掘り
の実施過程で急激な地山反力を受けたときでも無理な荷
重が加わらないシールド掘進機のコピーカッタ装置が得
られる。その結果、コピージャッキ９やコピージャッキ
押し配管１１等その押し側の油圧配管が破損したり、コ
ピーシャンク８が過大な地山反力を受けて変形し、又は
ガイド部材３ａと激しく接触してその接触部でカジリを
起こしたりして、コピーカッタ装置が使用不能になって
しまうような恐れはない。本具体化例では、切換弁に、
特に、コピージャッキ９を伸縮させたりその伸縮を停止
させたりするように圧油の流れを切り換えることのでき
る４ポート３位置の方向切換弁１５を用いることによ
り、余掘り時に急激な地山の反力を受けたときに、方向
切換弁１５を通じてコピージャッキ９の押し側の圧油を
排出してその反力に逆らわないようにしているだけでは
なく、その引き側に圧油を供給してコピージャッキ９を
強制的に縮めるようにしているので、余掘り時に急激な
地山の反力を受けたときに、コピーシャンク８をカッタ
ヘッド３に直ちに没入させることができて、前記した効
果を一層確実に発揮させることができる。

【００２２】本具体化例では、切換弁として、こうした
４ポート３位置の電磁式の方向切換弁１５を用いてコピ
ージャッキ９を強制的に縮め得るようにしているが、
「一方側にだけ信号受け部を有して通常は他方の位置を
保持し、電気信号がその信号受け部へ出力されたときに
だけ一方の位置に切り換えられてコピージャッキ９の押
し側の圧油を排出する」開閉弁のような機能をもった電
磁式の２ポート２位置の方向切換弁を用いてもよい。す
なわち、こうした方向切換弁を用いた場合でも、余掘り
時に急激な地山の反力を受けたときに切り換えられて、
少なくともコピージャッキ９の押し側の油圧が瞬時に排
出されるので、コピーシャンク８は、その地山の反力が
作用しても、その反力に逆らわずにカッタヘッド３に没
入させることができ、地山の反力を減らすことができ
て、本発明の技術課題を達成することができる。したが
って、切換弁は、要は、コピージャッキ９の押し側の圧
油を排出するように切り換えることのできる切換弁であ
ればよい。また、切換弁は、電磁式のものに限らず、弁
制御手段からの油圧パイロット圧の制御信号により切り
換えられてコピージャッキ９の押し側の圧油を排出する
油圧パイロット圧式の切換弁やさらには電磁パイロット
式の切換弁を用いてもよい。したがって、弁制御手段も
また、切換弁の信号受け部に電気信号ではなくて油圧パ
イロット圧を出力するものを用いて、この油圧パイロッ
ト圧により、圧力検出手段で検出したコピージャッキ９
の押し側の油圧の値が予め設定した所定の設定値を超え
たときに切換弁を切り換えてコピージャッキ９の押し側
の圧油を排出するように制御する手段であってもよい。
本具体化例では、弁駆動用の油圧回路にオーバーロード
リリーフ弁１６を設けているが、オーバーロードリリー
フ弁１６は、地山から受ける反力を低減させる上での補
助的な手段として設けたものであるから、本発明にとっ
て不可欠の技術手段ではない。本具体化例では、本発明
を土圧式のシールド掘進機に適用した例を示したが、本
発明は、泥水式のシールド掘進機に適用することもで
き、シールド掘進機の種類を問わず適用することができ
る。

【００２３】以上述べた具体化例のシールド掘進機のコ
ピーカッタ装置は、「シールド掘進機のカッタヘッドに
出没可能に設けられた余掘用の掘削手段をそのカッタヘ
ッド外周より突出させカッタヘッドを回転させて余掘り
を行う」シールド掘進機の余掘方法の実施に使用する装
置であって、余掘りの実施過程で急激な地山反力を受け
たときでも故障が生じないようにしたものであるが、こ
うしたコピーカッタ装置により実施するシールド掘進機
の余掘方法の本質は次の点にある。「余掘用の掘削手段
への押し力の付与により余掘用の掘削手段をカッタヘッ
ド外周より突出させ、カッタヘッドを回転させて余掘り
を進める第１の工程と、この第１の工程で余掘を進めて
いる過程において余掘用の掘削手段が受ける地山の反力
を検出する第２の工程と、この第２の工程で検出した地
山の反力の値が予め設定した所定の設定値を超えたとき
に、余掘用の掘削手段への押し力の付与を解除する第３
の工程とにより、余掘を進める過程で余掘用の掘削手段
が急激な地山の反力を受けたときに、余掘用の掘削手段
をその反力に逆らわずにカッタヘッドに没入できるよう
にした」点。この出願のシールド掘進機の余掘方法に関
する第１番目の発明は、こうした事項を発明の要旨とす
るものである。また、シールド掘進機に関するこの出願
の第３番目の発明は、以上に具体化例を示したこの出願
の第２番目の発明における技術手段をシールド掘進機に
採用した点を発明の要旨とするものであり、採用してい
る技術手段それ自体は第２番目の発明と基本的に差はな
い。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願のシールド掘進機の余掘方法に関する第１番目の発
明、シールド掘進機のコピーカッタ装置に関する第２番
目の発明及びシールド掘進機に関する第３番目の発明
は、それぞれ、「課題を解決する手段」の項の１）、
２）及び３）に示した技術手段を採用しているので、こ
れらの各発明によれば、余掘りの実施過程で急激な地山
反力を受けたときでも余掘用の機器類に無理な荷重が加
わらないシールド掘進機に関する余掘技術が得られる。
その結果、例えば、油圧ジャッキやその押し側の油圧配
管が破損したり、余掘用の掘削手段が変形やカッタヘッ
ドとの接触部でカジリを起こしたりする等余掘用の機器
類に無理な荷重が加わって、余掘用の掘削手段が使用不
能になってしまうような恐れはない。この出願のシール
ド掘進機のコピーカッタ装置に関する第２番目の発明を
具体化する場合に特に特許請求の範囲の請求項４に記載
の技術手段を採用すれば、余掘りを行う過程で急激な地
山の反力を受けたときに、油圧ジャッキを強制的に縮め
て、余掘用の掘削手段をカッタヘッドに直ちに没入させ
ることができるため、こうした効果を一層確実に発揮さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一部を縦断面で示す本発明の具体化例のシール
ド掘進機のコピーカッタ装置に関する図である。

【図２】図１のコピーカッタ装置における方向切換弁の
制御機構に関するブロック図である。

【図３】コピーカッタ装置を設けたシールド掘進機の縦
断面図で、本発明及び従来の技術を説明するための図で
ある。

【図４】図３のシールド掘進機におけるコピーカッタ装
置で余掘りをしたときの掘削形状を示す横断面図であ
る。

【図５】図４のイ部を拡大して示す説明図である。

【図６】図４のロ部を拡大して示す説明図である。

【図７】図３のシールド掘進機におけるコピーカッタ装
置での余掘り時に地中障害物に当たったときの状態を拡
大して示す説明図である。

【図８】一部を縦断面で示す従来のシールド掘進機のコ
ピーカッタ装置に関する図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ シールドジャッキ ３ カッタヘッド ６ センタシャフト ７ ロータリジョイント ８ コピーシャンク ９ コピージャッキ １０ コピージャッキ引き配管 １１ コピージャッキ押し配管 １２ オイルタンク １３ 油圧ポンプ １４ 圧力設定リリーフ弁 １５ 方向切換弁 １６ オーバロードリリーフ弁 １７ 圧力検出器 １８ 流量計 １９ 圧力設定器 ２０ 比較制御器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 徹 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 佐藤 治郎 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 鳥嶋 建三 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機のカッタヘッドに出没可
   能に設けられた余掘用の掘削手段をそのカッタヘッド外
   周より突出させカッタヘッドを回転させて余掘りを行う
   シールド掘進機の余掘方法において、余掘用の掘削手段
   への押し力の付与により余掘用の掘削手段をカッタヘッ
   ド外周より突出させ、カッタヘッドを回転させて余掘り
   を進める第１の工程と、この第１の工程で余掘を進めて
   いる過程において余掘用の掘削手段が受ける地山の反力
   を検出する第２の工程と、この第２の工程で検出した地
   山の反力の値が予め設定した所定の設定値を超えたとき
   に、余掘用の掘削手段への押し力の付与を解除する第３
   の工程とにより、余掘を進める過程で余掘用の掘削手段
   が急激な地山の反力を受けたときに、余掘用の掘削手段
   をその反力に逆らわずにカッタヘッドに没入できるよう
   にしたことを特徴とするシールド掘進機の余掘方法。
2. 【請求項２】 シールド掘進機のカッタヘッドに出没可
   能に設けられカッタヘッドの外周より突出させてカッタ
   ヘッドを所定角度回転させることにより余掘りを行う余
   掘用の掘削手段と、圧油を押し側及び引き側の一方に供
   給し他方から排出して伸縮し余掘用の掘削手段をカッタ
   ヘッドの外周より出没させるように駆動する油圧ジャッ
   キと、油圧ジャッキに圧油を供給、排出してこれを駆動
   するためのジャッキ駆動用の油圧回路とを備えたシール
   ド掘進機のコピーカッタ装置において、油圧ジャッキの
   押し側の油圧の値を検出する圧力検出手段と、油圧ジャ
   ッキの押し側の圧油を排出するように切り換えることの
   できる切換弁とをジャッキ駆動用の油圧回路に設けると
   ともに、圧力検出手段で検出した油圧ジャッキの押し側
   の油圧の値が予め設定した所定の設定値を超えたときに
   切換弁を切り換えて油圧ジャッキの押し側の圧油を排出
   するように制御する弁制御手段を設け、余掘り時に急激
   な地山の反力を受けたときに、切換弁を通じて油圧ジャ
   ッキの押し側の圧油を瞬時に排出できるようにしたこと
   を特徴とするシールド掘進機のコピーカッタ装置。
3. 【請求項３】 弁制御手段が、油圧ジャッキの押し側の
   油圧について許容可能な最高圧力の値を設定する圧力設
   定器と、圧力検出手段で検出された油圧ジャッキの押し
   側の油圧の値を圧力設定器で設定された最高圧力の値と
   比較して前者の値が後者の値を超えた場合に切換弁を切
   り換えるための電気信号を出力する比較制御器とを有す
   るコントローラで構成されており、切換弁がその電気信
   号により切り換え可能な電磁式の切換弁であることを特
   徴とする請求項２のシールド掘進機のコピーカッタ装
   置。
4. 【請求項４】 切換弁が、操作手段の操作により油圧ジ
   ャッキを伸縮させたりその伸縮を停止させたりするよう
   に圧油の流れを切り換えることのできる方向切換弁であ
   ることを特徴とする請求項２又は請求項３のシールド掘
   進機のコピーカッタ装置。
5. 【請求項５】 シールド本体と、このシールド本体を推
   進するためのシールドジャッキと、シールド本体に取り
   付けられて回転駆動され切羽を掘削するカッタヘッド
   と、このカッタヘッドに出没可能に設けられカッタヘッ
   ドの外周より突出させてカッタヘッドを所定角度回転さ
   せることにより余掘りを行う余掘用の掘削手段と、圧油
   を押し側及び引き側の一方に供給し他方から排出して伸
   縮し余掘用の掘削手段をカッタヘッドの外周より出没さ
   せるように駆動する油圧ジャッキと、油圧ジャッキに圧
   油を供給、排出してこれを駆動するためのジャッキ駆動
   用の油圧回路とを備えたシールド掘進機において、油圧
   ジャッキの押し側の油圧の値を検出する圧力検出手段
   と、油圧ジャッキの押し側の圧油を排出するように切り
   換えることのできる切換弁とをジャッキ駆動用の油圧回
   路に設けるとともに、圧力検出手段で検出した油圧ジャ
   ッキの押し側の油圧の値が予め設定した所定の設定値を
   超えたときに切換弁を切り換えて油圧ジャッキの押し側
   の圧油を排出するように制御する弁制御手段を設け、余
   掘り時に急激な地山の反力を受けたときに、切換弁を通
   じて油圧ジャッキの押し側の圧油を瞬時に排出できるよ
   うにしたことを特徴とするシールド掘進機。