JPH10220177A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、
カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発
進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレーム
に設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止し得るよ
うにする。 【解決手段】 シールドフレーム１０における外方への
突起物１６の前方に対し、回転駆動式切削装置３０を設
けるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機に
関するものであり、より詳しくは、立坑土留壁に新素材
コンクリート壁を用い、カッターで新素材コンクリート
壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるようにする
際に、シールドフレームに設けられた突起物の坑口に対
する干渉を防止し得るようにしたシールド掘進機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】土中にトンネルを掘るために、従来よ
り、シールド掘進機が使われている。

【０００３】上記シールド掘進機は、筒形のシールドフ
レームの先端面にカッターを回転自在に取付けて、カッ
ターを回転させることにより、土砂を掘削するように
し、シールドフレームの内部に設けたセグメント組立装
置により、カッターで掘削した掘削坑内に円弧状をした
セグメントと呼ばれるコンクリート製などのブロックを
円形などに組立てて、コンクリート製のトンネルを構築
させるようにし、更に、シールドフレームの内部に設け
たシールドジャッキにより、トンネルの既設部分の先端
に反力を支持させて、シールドフレームを推進させるよ
うにしたものである。

【０００４】上記シールド掘進機は、図８に示すよう
に、発進用立坑１と到達用立坑２を設けて、発進用立坑
１から到達用立坑２へと向けて掘進させて行くようにし
ている。

【０００５】そして、従来は、シールド掘進機３の発進
や到達のために、防護工事として発進用立坑１と到達用
立坑２の坑口４，５となる部分の周辺の地盤改良を行っ
た上で（地盤改良部６，７）、人力により立坑土留壁
８，９を取壊して坑口４，５を形成するようにしてい
た。

【０００６】尚、図中、１０はシールド掘進機３のシー
ルドフレーム、１１はシールド掘進機３のカッター、１
２は掘削坑内にセグメント１３を組み立てて構築された
トンネルである。

【０００７】しかし、防護工事としての発進用立坑１と
到達用立坑２の坑口４，５となる部分の周辺に対する地
盤改良作業は、地上の交通規制などを伴った大掛りな工
事となるという問題がある。又、人力による立坑土留壁
８，９の取壊し作業は、作業自体が困難で時間が掛り、
且つ、作業に伴って塵埃なども多量に発生するので好ま
しくないという問題がある。

【０００８】そこで、近年、図９に示すように、高強度
コンクリートと炭素繊維などの高強度補強材を使った、
良好な切削性と土留機能と施工性と止水性を有する新素
材コンクリート壁１４，１５を用いて立坑土留壁８，９
の坑口４，５周辺部分を形成し、シールド掘進機３のカ
ッター１１で直接新素材コンクリート壁１４，１５を掘
削させることにより坑口４，５を形成させるようにする
ことが検討されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記新
素材コンクリート壁を用いたシールド掘進機の発進・到
達手段には、以下のような問題があった。

【００１０】即ち、シールド掘進機３のカッター１１で
は、シールドフレーム１０の外径に相当する大きさの坑
口４，５しか新素材コンクリート壁１４，１５に形成す
ることができないのに対し、シールド掘進機３のシール
ドフレーム１０には、外径よりも外側へ突出する、図１
０・図１１に示すような同時裏込剤注入装置などの突起
物１６が取付けられているため、シールド掘進機３が自
分で掘削した坑口４，５を通る時に、同時裏込剤注入装
置などの突起物１６が坑口４，５に干渉して、坑口４，
５を破損したり、反対に、同時裏込剤注入装置などの突
起物１６が破損されたりするおそれがある。

【００１１】尚、同時裏込剤注入装置とは、シールド掘
進機３による地山の掘削とほぼ同時に掘削坑へ裏込剤を
注入することにより地盤の沈下を防止させるようにする
装置である。又、同時裏込剤注入装置などの突起物１６
は、発進・到達以外の通常掘削中には、地山に食い込ま
せつつ掘進させて行くようにすることができるので、突
出していても障害となるようなことは無い。

【００１２】本発明は、上述の実情に鑑み、立坑土留壁
に新素材コンクリート壁を用い、カッターで新素材コン
クリート壁に坑口を掘削させて発進・到達を行わせるよ
うにする際に、シールドフレームに設けられた突起物の
坑口に対する干渉を防止し得るようにしたシールド掘進
機を提供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、シールドフレ
ーム１０における外方への突起物１６の前方に対し、回
転駆動式切削装置３０を設けたことを特徴とするシール
ド掘進機にかかるものである。

【００１４】この場合において、回転駆動式切削装置３
０のカッタービット部３７を、シールドフレーム１０に
対して突出収納自在に設けるようにしても良い。

【００１５】又、回転駆動式切削装置３０のカッタービ
ット部３７を、シールドフレーム１０の内方から交換可
能に設けるようにしても良い。

【００１６】具体的には、回転駆動式切削装置３０が、
先端にカッタービット部３７を備えた切削用回転内筒３
６と、切削用回転内筒３６を回転及び抜き差し可能に支
持する外筒ケーシング３９とを備え、外筒ケーシング３
９に、切削用回転内筒３６を引き抜いた時に外筒ケーシ
ング３９を締め切り可能な締切機構３８を備えるように
しても良い。

【００１７】更に、回転駆動式切削装置３０による切削
屑４８を、カッターチャンバー２１へ案内する切削屑排
出路５０を設けるようにしても良い。

【００１８】具体的には、切削用回転内筒３６の先端に
切削屑流入室４９を設け、切削屑流入室４９の側部に切
削屑排出孔５１を形成し、切削用回転内筒３６の先端を
支持する切削装置支持部材３２に、切削屑排出孔５１を
介して切削屑流入室４９とカッターチャンバー２１とを
連通する切削屑排出路５０を形成しても良い。

【００１９】上記手段によれば、以下のような作用が得
られる。

【００２０】シールドフレーム１０における外方への突
起物１６の前方に対して設けた、回転駆動式切削装置３
０により、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を用い、
カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削させて発
進・到達を行わせるようにする際に、シールドフレーム
１０に設けられた突起物の坑口に対する干渉部分を掘削
することができ、よって、シールドフレーム１０に設け
られた突起物の坑口に対する干渉を防止することができ
る。

【００２１】この場合において、回転駆動式切削装置３
０のカッタービット部３７を、シールドフレーム１０に
対して突出収納自在とすることにより、通常掘削中に、
カッタービット部３７を収納状態として、カッタービッ
ト部３７の摩耗を防止することができる。

【００２２】又、回転駆動式切削装置３０のカッタービ
ット部３７を、シールドフレーム１０の内方から交換可
能に設けることにより、万一、カッタービット部３７が
摩耗した場合でも、容易に、回転駆動式切削装置３０の
機能を復活させることが可能となる。

【００２３】具体的には、外筒ケーシング３９から切削
用回転内筒３６を引き抜いて切削用回転内筒３６に取付
けられたカッタービット部３７をシールドフレーム１０
の内方から交換させるようにする。この際、外筒ケーシ
ング３９は、締切機構３８を用いて締め切らせるように
する。

【００２４】更に、回転駆動式切削装置３０による切削
屑４８を、切削屑排出路５０を介して、カッターチャン
バー２１へ排出することができる。

【００２５】具体的には、回転駆動式切削装置３０によ
る切削屑４８は、切削用回転内筒３６の先端に設けられ
た切削屑流入室４９へ入り、切削屑流入室４９から切削
屑排出孔５１と切削屑排出路５０を通してカッターチャ
ンバー２１へ排出される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２７】図１〜図７は、本発明の実施の形態の一例
である。

【００２８】新素材コンクリート壁を用いたシールド掘
進機の発進・到達のための基本的な構成については、図
９と同様であるため、同一の部分については同一の符号
を付すことにより説明を省略し、且つ、必要な場合に
は、図９を参照する。

【００２９】尚、本実施の形態では、いわゆる泥水式の
シールド掘進機３に適用する例を説明しているが、特
に、泥水式のシールド掘進機３に限るものではない。

【００３０】又、１７はシールドフレーム１０の先端部
に形成された隔壁、１８は隔壁１７に枢支されたカッタ
ー１１の回転軸、１９は駆動力伝達機構２０を介してカ
ッター１１を回転させるためのモータ、２１は隔壁１７
とカッター１１との間に形成されるカッターチャンバ
ー、２２はカッターチャンバー２１へ泥水を送給するた
めの送泥管、２３はカッターチャンバー２１から泥水を
排出するための排泥管、２４は排泥管２３から送泥管２
２へ泥水の一部を循環利用させるための泥水環流管、２
５は排泥管２３入口の詰まりを防止するために設けられ
たアジテーターと呼ばれる羽根状体、２６はアジテータ
ー２５を回転させるためのモータなどのアジテーター駆
動装置、２７はシールドフレーム１０の後端側に取付け
られたテールシール、２８はシールド掘進機３を推進さ
せるためのシールドジャッキ、２９はシールド掘進機３
で掘削した掘削坑である。

【００３１】そして、本発明では、シールドフレーム１
０における同時裏込剤注入装置などの突起物１６の前方
に対し、ドリル装置などの回転駆動式切削装置３０を設
ける。尚、突起物１６が複数ある場合には、各突起物１
６に対して回転駆動式切削装置３０をそれぞれ個別に設
けるようにする。

【００３２】より具体的には、先ず、シールドフレーム
１０の隔壁１７が接続された部分における、対象とする
突起物１６と対応する位置に、外面がシールドフレーム
１０の外径とほぼ同一の曲率を有し、外面の後部に、突
起物１６と同じ程度か或いは突起物１６よりも僅かに大
きく外方へ突出する突起物保護用突出部３１を有し、且
つ、全体が側方から見てほぼ三角形状をして、シールド
フレーム１０の内方へ張出すブロック状の切削装置支持
部材３２を取付ける。

【００３３】そして、切削装置支持部材３２に、前方へ
進むに従い外方へと向かい、シールドフレーム１０の内
外間を貫通する傾斜した貫通孔３５を形成する。この
際、切削装置支持部材３２における突起物保護用突出部
３１よりも前方の位置に、貫通孔３５の外側開口３３を
形成し、且つ、切削装置支持部材３２における隔壁１７
よりも後方の位置に、貫通孔３５の内側開口３４を形成
するようにする。

【００３４】更に、傾斜した貫通孔３５に、貫通孔３５
と同芯状となるよう傾斜配置された回転駆動式切削装置
３０の切削用回転内筒３６を回転自在で且つ抜き差し可
能に挿通配置し、貫通孔３５の外側開口３３から切削用
回転内筒３６の先端を一部出させた時に、切削用回転内
筒３６先端に設けられたカッタービット部３７が、同時
裏込剤注入装置などの突起物１６や切削装置支持部材３
２よりも大きくシールドフレーム１０の外方へ突出され
得るようにする。

【００３５】そして、上記回転駆動式切削装置３０は、
中間部にボールバルブなどの締切機構３８を有し、切削
装置支持部材３２の内側開口３４部分に先端部を固定さ
れる外筒ケーシング３９と、外筒ケーシング３９の内部
に回転自在で且つ抜き差し可能に挿通された前記切削用
回転内筒３６と、切削用回転内筒３６を回転駆動するモ
ータなどの回転駆動装置４０と、モータなどの回転駆動
装置４０を支持するスライド体４１及び外筒ケーシング
３９に固定され外筒ケーシング３９の軸線方向へ延びて
スライド体４１の移動を案内するスライドガイド４２か
ら成るスライド機構４３と、スライド体４１及び外筒ケ
ーシング３９間に介装された、外筒ケーシング３９の軸
線方向へ延びるシリンダなどのスライド駆動装置４４と
で主に構成されている。

【００３６】又、前記切削用回転内筒３６は、図３・図
５に示すように、先端に十文字状のスポーク４５が取付
けられ、該スポーク４５に複数のビット４６が取付けら
れて前記カッタービット部３７を構成している。そし
て、切削用回転内筒３６の内部には、仕切板４７が取付
けられて、カッタービット部３７で切削した新素材コン
クリート壁１４，１５の切削屑４８を収容可能とする切
削屑流入室４９を構成している。

【００３７】更に、切削装置支持部材３２の貫通孔３５
とカッターチャンバー２１との間に切削屑排出路５０を
形成すると共に、切削用回転内筒３６の切削屑流入室４
９の側部に切削屑排出路５０と連通可能な切削屑排出孔
５１を設ける。

【００３８】そして、切削装置支持部材３２の貫通孔３
５における隔壁１７よりも後方の位置に、切削用回転内
筒３６に対するシール５２を設けると共に、外筒ケーシ
ング３９におけるボールバルブなどの締切機構３８の取
付フランジ５３の部分や外筒ケーシング３９の後端部５
４に、図７に示すような切削用回転内筒３６に対するシ
ール５５を設ける。尚、外筒ケーシング３９は、先端部
以外にも、中間部などを、シールドフレーム１０に対し
て支持させるようにしても良い。

【００３９】次に、作動について説明する。

【００４０】上記した泥水式のシールド掘進機３は、送
泥管２２からカッターチャンバー２１内へ泥水を送り、
泥水の特性と泥水圧を利用して切羽に作用する土圧と水
圧に対抗させることにより、切羽地盤の安定化を図りつ
つ、切羽をカッター１１で掘削し、掘削した土砂を泥水
と共に排泥管２３を介して地上まで流体移送させ、泥水
中の土砂などの固形物２１を回収させるようにしたもの
である。

【００４１】そして、本発明では、高強度コンクリート
と炭素繊維などの高強度補強材を使った、良好な切削性
と土留機能と施工性と止水性を有する新素材コンクリー
ト壁１４，１５を用いて発進用立坑１と到達用立坑２の
立坑土留壁８，９の坑口４，５周辺部分を形成し、シー
ルド掘進機３のシールドフレーム１０先端のカッター１
１で直接新素材コンクリート壁１４，１５を掘削させる
ことにより坑口４，５を形成させるようにする場合に
は、同時に、シリンダなどのスライド駆動装置４４を伸
長動させることにより、スライドガイド４２、スライド
体４１、モータなどの回転駆動装置４０を介して、切削
用回転内筒３６を、外筒ケーシング３９に対して切削装
置支持部材３２の側へ押し、貫通孔３５の外側開口３３
から切削用回転内筒３６の先端を一部出させて、切削用
回転内筒３６先端に設けられたカッタービット部３７
を、同時裏込剤注入装置などの突起物１６や切削装置支
持部材３２よりも大きくシールドフレーム１０の外方へ
突出させるようにする。

【００４２】そして、モータなどの回転駆動装置４０を
駆動して、外筒ケーシング３９に対し、切削用回転内筒
３６を回転させることにより、切削用回転内筒３６の先
端に取付けられた、十文字状のスポーク４５に複数のビ
ット４６を取付けたカッタービット部３７で、発進用立
坑１や到達用立坑２の立坑土留壁８，９の坑口４，５周
辺部分を形成する新素材コンクリート壁１４，１５の同
時裏込剤注入装置などの突起物１６に相当する位置を切
削させる。

【００４３】これにより、シールド掘進機３が自分のカ
ッター１１で掘削した坑口４，５を通る時に、同時裏込
剤注入装置などの突起物１６は、回転駆動式切削装置３
０で切削した部分を通ることとなるので、同時裏込剤注
入装置などの突起物１６が坑口４，５に干渉して、坑口
４，５を破損したり、反対に、同時裏込剤注入装置など
の突起物１６が破損されたりすることを防止することが
できる。

【００４４】そして、カッタービット部３７で切削した
新素材コンクリート壁１４，１５の切削屑４８は、切削
用回転内筒３６先端の十文字状のスポーク４５の間か
ら、切削用回転内筒３６先端内の仕切板４７よりも上側
に形成された切削屑流入室４９へと収容され、切削屑４
８がシールドフレーム１０と坑口４，５との間に詰まっ
てしまうようなことが防止される。

【００４５】或いは更に、切削屑流入室４９へ収容され
た切削屑４８は、切削用回転内筒３６の切削屑流入室４
９の側部に形成された切削屑排出孔５１から、切削装置
支持部材３２に形成された切削屑排出路５０を通って、
カッターチャンバー２１内へと排出され、カッターチャ
ンバー２１から、排泥管２３を介して掘削した土砂と共
に泥水により地上まで流体移送され、回収される。

【００４６】そして、回転駆動式切削装置３０をシール
ドフレーム１０に対して斜めの配置とすることにより、
余分な空間のないシールド掘進機３の内部に対して回転
駆動式切削装置３０をうまく据え付けることが可能とな
ると共に、切削用回転内筒３６の先端部を同時裏込剤注
入装置などの突起物１６に合わせた形状に突出させるこ
とが可能となり、更に、切削用回転内筒３６を隔壁１７
よりも前方に位置させて、切削屑４８をカッターチャン
バー２１内へと排出させることが可能となる。

【００４７】次に、シールド掘進機３の通常掘削時に
は、モータなどの回転駆動装置４０による切削用回転内
筒３６の回転を停止させた状態で、シリンダなどのスラ
イド駆動装置４４を収縮動させることにより、スライド
ガイド４２、スライド体４１、モータなどの回転駆動装
置４０を介して、切削用回転内筒３６を、外筒ケーシン
グ３９に対し切削装置支持部材３２の側へ、図２・図３
に仮想線で示す位置まで引き戻し、貫通孔３５の外側開
口３３から切削用回転内筒３６の先端が出ないようにす
る。

【００４８】これにより、シールド掘進機３の通常掘削
時に、切削用回転内筒３６のカッタービット部３７を保
護して、ビット４６が無駄に摩耗してしまうのを防止す
ることができる。

【００４９】この際、切削屑排出路５０と貫通孔３５を
介してカッターチャンバー２１とシールドフレーム１０
先端側部との間が連通状態となってしまうが、このよう
な状態となっても特に支障はない。

【００５０】そして、万一、切削用回転内筒３６のビッ
ト４６が摩耗した場合には、シリンダなどのスライド駆
動装置４４を取外し、スライドガイド４２からスライド
体４１を引き抜き、更に、外筒ケーシング３９から切削
用回転内筒３６を引き抜くことにより、シールドフレー
ム１０内で、ビット４６を交換することが可能である。

【００５１】この際、外筒ケーシング３９の中間部に設
けられたボールバルブなどの締切機構３８を締めること
により、貫通孔３５及び外筒ケーシング３９を介して、
シールドフレーム１０の内外間が連通状態となるのを防
止する。

【００５２】又、切削装置支持部材３２の貫通孔３５に
おける隔壁１７よりも後方の位置に設けたシール５２
や、外筒ケーシング３９におけるボールバルブなどの締
切機構３８の取付フランジ５３の部分や外筒ケーシング
３９の後端部５４に設けたシール５５により、貫通孔３
５や外筒ケーシング３９と切削用回転内筒３６との間か
ら土砂などがシールドフレーム１０の内部へ入り込むこ
とを確実に防止することができる。

【００５３】尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシールド
掘進機によれば、立坑土留壁に新素材コンクリート壁を
用い、カッターで新素材コンクリート壁に坑口を掘削さ
せて発進・到達を行わせるようにする際に、シールドフ
レームに設けられた突起物の坑口に対する干渉を防止す
ることができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の全体概略側方断面
図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ矢視図である。

【図６】図３のＶＩ−ＶＩ矢視図である。

【図７】図３のＶＩＩ部分拡大断面図である。

【図８】従来におけるシールド掘進機の発進・到達の状
態を示す図である。

【図９】新素材コンクリート壁を用いたシールド掘進機
の発進・到達の状態を示す図である。

【図１０】シールドフレームに取付けられた突起物の状
態を示す概略正面図である。

【図１１】図１０のＸＩ部分拡大図である。

【符号の説明】 １０ シールドフレーム １６ 突起物 ２１ カッターチャンバー ３０ 回転駆動式切削装置 ３２ 切削装置支持部材 ３６ 切削用回転内筒 ３７ カッタービット部 ３８ 締切機構 ３９ 外筒ケーシング ４８ 切削屑 ４９ 切削屑流入室 ５０ 切削屑排出路 ５１ 切削屑排出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安井 猛 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドフレーム（１０）における外方
   への突起物（１６）の前方に対し、回転駆動式切削装置
   （３０）を設けたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 回転駆動式切削装置（３０）のカッター
   ビット部（３７）を、シールドフレーム（１０）に対し
   て突出収納自在に設けた請求項１記載のシールド掘進
   機。
3. 【請求項３】 回転駆動式切削装置（３０）のカッター
   ビット部（３７）を、シールドフレーム（１０）の内方
   から交換可能に設けた請求項１又は２記載のシールド掘
   進機。
4. 【請求項４】 回転駆動式切削装置（３０）が、先端に
   カッタービット部（３７）を備えた切削用回転内筒（３
   ６）と、切削用回転内筒（３６）を回転及び抜き差し可
   能に支持する外筒ケーシング（３９）とを備え、外筒ケ
   ーシング（３９）に切削用回転内筒（３６）を引き抜い
   た時に外筒ケーシング（３９）を締め切り可能な締切機
   構（３８）を備えた請求項３記載のシールド掘進機。
5. 【請求項５】 回転駆動式切削装置（３０）による切削
   屑（４８）を、カッターチャンバー（２１）へ案内する
   切削屑排出路（５０）を設けた請求項１乃至４いずれか
   記載のシールド掘進機。
6. 【請求項６】 切削用回転内筒（３６）の先端に切削屑
   流入室（４９）を設け、切削屑流入室（４９）の側部に
   切削屑排出孔（５１）を形成し、切削用回転内筒（３
   ６）の先端を支持する切削装置支持部材（３２）に、切
   削屑排出孔（５１）を介して切削屑流入室（４９）とカ
   ッターチャンバー（２１）とを連通する切削屑排出路
   （５０）を形成した請求項５記載のシールド掘進機。