JPH1018759A - シールド掘進機 - Google Patents

シールド掘進機

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JPH1018759A
JPH1018759A JP17126196A JP17126196A JPH1018759A JP H1018759 A JPH1018759 A JP H1018759A JP 17126196 A JP17126196 A JP 17126196A JP 17126196 A JP17126196 A JP 17126196A JP H1018759 A JPH1018759 A JP H1018759A
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克美 門田
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俊彦 別所
Toshimi Ino
敏美 伊野
Osamu Watanabe
治 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 あらゆる形状の偏平穴を簡単なカッタ駆動方
式で掘削できるようにする。 【解決手段】 本発明は、断面偏平の偏平穴H2 を掘削
するためのシールド掘進機であって、上記偏平穴H2
中心Oから短径部分19aに至る長さL1 を有し、上記
中心O回りの揺動或いは回転により円形穴H1 を掘削す
る短カッタ22と、上記偏平穴H2 の中心Oから長径部
分19bに至る長さL2 を有し、上記中心O回りの揺動
により、上記円形穴H1 の外側部分を掘削する長カッタ
23とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に、断面長方形
等の偏平穴を掘削するためのシールド掘進機に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、円形以外の異形断面を有するトン
ネルのニーズが増加しており、これに伴い、そのような
異形断面の穴を掘削できるシールド掘進機が開発される
に至っている。このようなシールド掘進機としては代表
的なものに任意断面・矩形断面シールド(DPLEX ・ボッ
クスシールド等)があり、これは二つ以上の回転軸をカ
ッタに連結し、平行リンク運動をさせる、又は、ドラム
形状カッタを回転させ長方形断面の穴を掘削していくも
のである。この異形断面シールドによって、断面偏平の
偏平穴のニーズがあった場合それに対応することが可能
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この異形断面
シールドは、カッタ回転軸が複数あったり、カッタ駆動
手段が複雑となる欠点がある。従って、あらゆる形状の
偏平穴に簡単なカッタ駆動方式で対応することができる
シールド掘進機の出現が待ち望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、断面偏平の偏
平穴を掘削するためのシールド掘進機であって、上記偏
平穴の中心から短径部分に至る長さを有し、上記中心回
りの揺動或いは回転により円形穴を掘削する短カッタ
と、上記偏平穴の中心から長径部分に至る長さを有し、
上記中心回りの揺動により、上記円形穴の外側部分を掘
削する長カッタとを備えたものである。
【0005】これによれば、短カッタと長カッタとが同
一の回転中心を有し、この中心回りに短カッタで円形穴
を、長カッタで残りの外側部分を掘削する。特に、これ
らカッタを同一中心回りに駆動するため、同一の駆動手
段で駆動可能となり、駆動方式を簡単にすることができ
る。そして短カッタと長カッタとの長さの比は、偏平穴
の直径比に合わせていかようにも変更できる。このた
め、あらゆる形状の偏平穴に好適に対応することができ
るようになる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
【0007】図2は本発明に係るシールド掘進機の全体
を示す断面図である。図示するように、かかるシールド
掘進機は、立坑を造成すべく地下に進行して、直径比が
比較的小さい偏平穴、ここでは断面長方形の矩形穴を掘
削するためのものである。
【0008】シールドフレーム1は、矩形断面の筒部2
を、その進行方向前方の端部で隔壁3で仕切って主に構
成されている。隔壁3の前方にはカッタ部4が露出して
設けられ、カッタ部4で掘削された土砂は隔壁3との間
で一対のスクリュコンベヤ5に送られ、圧送ポンプ6、
排土管7を経て外部に排出されるようになっている。ス
クリュコンベヤ5の内部においては、一対のスクリュが
重なるように並列されて土砂を閉塞なく送れるようにし
ている。かかるシールド掘進機は土圧式で、即ち、土圧
計8で隔壁3前方の土圧が計測され、スライドゲート機
構9で排土量が適宜調節されることにより土圧管理がな
される。
【0009】シールドフレーム1の内部では、掘削の進
行につれエレクタ11がセグメント10を順次組み立て
る。エレクタ11は環状ビーム12に支持され、環状ビ
ーム12はモータ13に駆動されることにより、シール
ドフレーム1に一体的に設けられたリング状の支持台1
a上を走行し、筒部2の内周に沿って回転移動すること
ができる。14はセグメント10に摺接するテールシー
ルである。
【0010】また、支持台12の外周側のジャッキフレ
ーム15には、筒部2の内周に沿って複数のシールドジ
ャッキ16が取り付けられている(図3参照)。シール
ドジャッキ16は、その伸長によりシュー16aをセグ
メント10に押し当てて推進反力をとるものである。シ
ールドジャッキ16の前方には、隔壁3に平行の支持壁
17が設けられ、これら隔壁3及び支持壁17に支持さ
れて、前記カッタ部4を駆動するための駆動装置18が
設けられている。
【0011】図1は、かかるシールド掘進機を前方から
見たときの図である。図示するように、シールドフレー
ム1は、筒部2の進行方向前端に全周に亘る周壁19を
一体的に有し、この周壁19の形状が実質的な矩形穴H
2 の断面形状となる。そして、周壁19に囲まれる領域
の中心は矩形穴H2 の中心Oに一致し、その領域内に前
記カッタ部4が設けられる。
【0012】図において、周壁19は横長の断面略長方
形であり、その上下辺が中心Oから短く離間された短径
部19aによって形成され、左右辺が中心Oから長く離
間された長径部19bによって形成される。これら短径
部19aと長径部19bとを結ぶ四隅のコーナー部19
cはアール状とされ、長径部19bの中央部にはアール
状の膨出部19dが形成されている。特にこの膨出部1
9dは、その進行方向後方で裏込剤の注入を行うスペー
スを確保するためのものである。そしてこのように形成
された周壁19は、中心Oから短径部19aまでの距離
がL1 、中心Oから長径部19bまでの距離がL2 とさ
れる。
【0013】なお、周壁19の短径部19a及び長径部
19bが矩形穴H2 の短径部分及び長径部分を区画す
る。
【0014】カッタ部4は、中央部に位置するメインカ
ッタ20と、四隅のコーナー部にそれぞれ位置するコー
ナーカッタ21とから主に構成される。
【0015】メインカッタ20は、中心Oから径方向外
側に放射状に延出する短カッタ22及び長カッタ23か
ら一体的に構成される。これら短カッタ22及び長カッ
タ23は、それら基端部に共通の円形フレーム24を有
し、円形フレーム24には進行方向前方に突出するフィ
ッシュテールビット25が設けられる。また短カッタ2
2及び長カッタ23は、円形フレーム24から延出する
短カッタスポーク26及び長カッタスポーク27を有
し、各カッタスポーク26,27の両側縁部には多数の
カッタビット28が配列されている。
【0016】図示状態において、短カッタ22は4本が
X字状に配設され、つまり長径C2 の上部と下部とで、
一対が短径C1 に対し対称的に所定角度離間されてい
る。短カッタ22はL1 の長さを有している。
【0017】長カッタ23は、長さL2 を有する2本が
長径C2 に沿ってそれぞれ反対方向に延出されている。
そして中心Oから距離L1 までの間の短径部分23aに
上記カッタビット28が配設されている。距離L1 の位
置から先端までの間の部分には、長カッタスポーク27
の前面に多数の前面カッタビット29が配設される。そ
して長カッタ23の先端には、径方向に出没自在なコピ
ーカッタ30が設けられる。
【0018】特に、長カッタ23の先端部には一対の傾
斜カッタ31が設けられる。傾斜カッタ31は、長カッ
タスポーク27から一体的に延出された傾斜カッタフレ
ーム32と、傾斜カッタフレーム32の外側端縁に隙間
なく配設された多数のカッタビット33と、傾斜カッタ
フレーム32の先端から延出されて長カッタスポーク2
7に垂直に接続する連結フレーム34とから主に構成さ
れる。傾斜カッタフレーム32は、長カッタスポーク2
7に対し対称的に所定角度αをなして傾斜され、中心
O、半径L1 の円軌跡Rに届く長さL3 をそれぞれ有し
ている。
【0019】このように構成されるメインカッタ20
は、ここでは全体が中心O回りに揺動されるようになっ
ている。即ち、図2に示すように、各カッタスポーク2
6,27の中心Oより等距離の位置からは中間ビーム3
5が後方に延出され、これら中間ビーム35は、中心O
回りにリング状に形成されたリングフレーム55に結合
される。
【0020】リングフレーム55は、隔壁3に一体に形
成されたリング状のボックスフレーム56内に、中心O
回りを回転可能に収容されている。なおリングフレーム
55とボックスフレーム56との隙間はシール部材57
でシールされる。そしてリングフレーム55は、やはり
中心O回りにリング状に形成されたベアリング36の可
動側部材58に結合される。一方、ベアリング36の固
定側部材59は、ボックスフレーム56と支持壁17と
を結ぶベアリング用ボックスフレーム60の内壁に固定
される。可動側部材58からは後方に向けて揺動ピン3
7が一体的に突出され、揺動ピン37は支持壁17の円
弧状案内穴61(図3参照)を挿通して支持壁17の後
側に突出される。この揺動ピン37が揺動ジャッキ38
で揺動されることにより、メインカッタ20は中心O回
りを揺動することになる。
【0021】図3は、かかるシールド掘進機を進行方向
後方(図2の上方)から見た図である。図示するよう
に、揺動ジャッキ38は、長径C2 の上部と下部とに二
つずつ対称的に設けられている。揺動ジャッキ38は長
径C2 方向に沿って相対向するように設けられ、シリン
ダ39の基端がジャッキフレーム15にピン40を介し
て支持され、ロッド40の先端がピン41及びブラケッ
ト42を介して揺動ピン37に接続されている。
【0022】図はメインカッタ20が図1の基準位置に
あるときの状態を示し、このとき各揺動ジャッキ38の
ロッド40は略半分長さだけシリンダ39から突出さ
れ、各揺動ピン37は短径C1 上に位置されている(図
2は便宜上位置を異ならせてある)。この位置から、共
通の揺動ピン37に接続する揺動ジャッキ38の一方を
伸長し、他方を収縮させることにより、揺動ピン37即
ちメインカッタ20を角度αだけ、短径C1 中心に揺動
或いは往復回動させることができる。
【0023】なお図3において、短径C1 及び長径C2
付近に位置するシュー16aにはハッチングを施してあ
るが、これらシュー16aを押すシールドジャッキ16
はシールドフレーム1のローリング修正機能をも備え
る。
【0024】次に、図1に戻って、各コーナーカッタ2
1は回転中心O1 回りを回転するようになっている。そ
してそのカッタスポーク43は、円軌跡Rとコーナー部
19cとの両方に同時に届く長さL4 を有している。カ
ッタスポーク43の前面にはカッタビット44が連続的
に設けられ、カッタスポーク43の一端には出没自在な
コピーカッタ45が設けられる。
【0025】図2に示すように、コーナーカッタ21
は、メインカッタ20の後方に位置されると共に、隔壁
3に支持されてモータ46で連続的に回転されるように
なっている。そして各カッタ20,21のカッタスポー
ク26,27,43には、複数の混練翼47が後方に突
出して設けられる。また隔壁3の中心部には攪拌装置4
8が設けられ、これはメインカッタ20と隔壁3間の土
砂を攪拌する攪拌翼49と、これを回転駆動するモータ
50とから主に構成される。攪拌装置48の回転軸51
は円形フレーム24に相対回転自在に支持される。長カ
ッタ23のコピーカッタ30はコピーカッタジャッキ5
2によって出没される。図中、コピーカッタ30は収納
状態にある。
【0026】次に、かかる形態の作用について説明す
る。
【0027】上記構成においては、揺動ジャッキ38の
伸縮動作により、メインカッタ20が基準位置を境に角
度αだけ揺動される。またモータ50により、コーナー
カッタ21がメインカッタ20との干渉なく回転され
る。
【0028】図4は、これらカッタ20,21の掘削領
域を示す概略図である。実線で示すのは、メインカッタ
20が反時計回りに角度αだけ回動したときの短カッタ
及び長カッタ22,23の位置である。また一点鎖線で
は、メインカッタ20が時計回りに回動したときの短カ
ッタ及び長カッタ22,23の位置を示す。
【0029】これから分かるように、短カッタ22(長
カッタ23の短径部分23aを含む)は、互いの周方向
間隔が角度αより少ないため、円軌跡Rの領域内を全部
網羅して掘削を行い、これにより断面円形の円形穴H1
を掘削する。そして、残りの両側部分は、長カッタ23
の傾斜カッタ31及び前面カッタビット29(図示せ
ず)とコーナーカッタ21(図示せず)とが掘削を行
う。特に、長カッタ23とコーナーカッタ21とはコピ
ーカッタ30,45を備えており、これらコピーカッタ
30,45は、二点鎖線で示すように周壁19の外側を
食み出して掘削する。
【0030】こうして、メインカッタ20とコーナーカ
ッタ21とにより、周壁19で区画される所望の矩形穴
2 より若干横長の穴が掘削され、詳しくは、周壁19
のコーナー部19c及び膨出部19dに沿う二点鎖線
と、周壁19の短径部19aとで区画される穴が掘削さ
れることになる。一方、矩形穴H2 の領域のうち、黒塗
りで示される部分は未掘削部分となるが、この部分の面
積が十分小さく無視できる程度であるから、結局、矩形
穴H2 の領域はほぼ完全に掘削されることになる。な
お、コピーカッタ30,45のみで掘削される部分をハ
ッチングで示している。
【0031】上記によれば、メインカッタ20を中心O
回りで揺動させて矩形穴H2 の大部分を掘削している。
そして特に、短カッタ22(長カッタ23の短径部分2
3aを含む)で円形穴H1 を掘削し、長カッタ23特に
その傾斜カッタ31及び前面カッタビット29で円形穴
1 の外側部分を掘削している。こうすることにより、
一つの駆動手段で、円形穴H1 及びその外側部分の二箇
所を同時掘削することが可能となり、従来装置に比べ駆
動方式を大巾に簡単化することができる。そして、短カ
ッタ22と長カッタ23との長さL1 ,L2 の比を、偏
平穴の直径比に合わせて変更することにより、あらゆる
形状の偏平穴に好適に対応でき、あらゆる偏平穴を掘削
することができる。
【0032】特に、長カッタ23は傾斜カッタ31を有
しており、この傾斜カッタ31は、メインカッタ20が
角度αだけ回動したとき(最大揺動時)周壁19の短径
部19aに倣い、矩形穴H2 の短径部分と円形穴H1
の間の略三角状の領域を掘削する。これにより、前面カ
ッタビット29が届かない領域も掘削が可能となり、掘
削領域を拡大し、未掘削領域を減らすことができる。
【0033】また、上記構成においては、短カッタ22
と長カッタ23とを一体化して同時に揺動させるため、
これらカッタ22,23間に連動機構等を必要とせず、
構成をより簡単化することができる。
【0034】また他の特徴としては、隣接する短カッタ
22と長カッタ23とに対し、カッタビット28の中心
Oからの距離を交互にずらせたため(図1の28a,2
8b,28c参照)、両カッタ22,23の揺動時に各
カッタビット28で円形穴H1 の全領域を隙間なく掘削
でき、掘削効率を高めることができる。また、傾斜カッ
タ31についても同様にカッタビット33を隙間なく配
設したため掘削効率を高められる。なお、軟弱地盤等の
掘削に際しては隙間を設けることもできる。
【0035】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明してきたが、本発明は上記形態に限定されず、他の
様々な形態を採ることが可能である。例えば、短カッタ
と長カッタとを一体とせず前後にずらせて配設し、長カ
ッタのみ揺動させ、短カッタを連続回転させるようにし
ても構わない。なおこのときには、カッタ駆動手段が個
別に必要となるか、或いはカッタ駆動手段が共通でもカ
ッタ間に連動機構が必要となる。しかしながら、こうし
ても、従来装置よりは駆動方式を大巾に簡単化すること
ができる。そしてこのときには、短カッタの数を減らす
こともできるし、長カッタにおいて前記短径部分23a
を省略してもよい。
【0036】また他の形態として、短カッタ、長カッタ
の数や揺動角は増減が可能である。カッタの駆動手段と
しては、前記油圧ジャッキ以外にモータ等も可能であ
る。前記では土圧式シールドの例を示したが、これは泥
水式等に変更も可能である。穴形状も上記矩形のほか、
楕円、長円等の様々な偏平形状が可能である。そして立
坑に限らず、横坑等あらゆる方向のトンネル造成に利用
できる。
【0037】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
【0038】(1) あらゆる形状の偏平穴に簡単なカ
ッタ駆動方式で対応できるようになる。
【0039】(2) 短カッタと長カッタとを一体化し
て揺動させれば、カッタ間に連動機構が必要なくなり、
構成をより簡単化することができる。
【0040】(3) 傾斜カッタを設けることで、掘削
領域を拡大し、未掘削領域を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシールド掘進機を前方から見たと
きの図である。
【図2】本発明に係るシールド掘進機の断面図である。
【図3】本発明に係るシールド掘進機を後方から見たと
きの図である。
【図4】メインカッタ及びコーナーカッタの掘削領域を
示す概略図である。
【符号の説明】
19a 短径部(偏平穴の短径部分) 19b 長径部(偏平穴の長径部分) 22 短カッタ 23 長カッタ 31 傾斜カッタ H1 円形穴 H2 矩形穴(偏平穴) L1 短カッタの長さ L2 長カッタの長さ O 矩形穴の中心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊野 敏美 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 渡辺 治 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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面偏平の偏平穴を掘削するためのシー
    ルド掘進機であって、上記偏平穴の中心から短径部分に
    至る長さを有し、上記中心回りの揺動或いは回転により
    円形穴を掘削する短カッタと、上記偏平穴の中心から長
    径部分に至る長さを有し、上記中心回りの揺動により、
    上記円形穴の外側部分を掘削する長カッタとを備えたこ
    とを特徴とするシールド掘進機。
  2. 【請求項2】 上記短カッタと上記長カッタとが一体化
    されて揺動される請求項1記載のシールド掘進機。
  3. 【請求項3】 上記長カッタが、その最大揺動時に上記
    短径部分に倣って上記円形穴と上記短径部分との間を掘
    削する傾斜カッタを有する請求項1又は2記載のシール
    ド掘進機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002174093A (ja) * 2000-12-07 2002-06-21 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 特殊断面シールド掘進機
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JP2010084396A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Ihi Corp シールド掘進機

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