JPH10292797A - シールド掘進機のエレクタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削幅に対応してシールド本体の横幅が拡大
するシールド掘進機のセグメントの組立を容易に行う。 【解決手段】 幅方向に沿って配設した上下走行レール
４１，４２を継ぎ足し可能に構成するとともに、これら
に沿って移動自在な走行体４４を配置し、この走行体４
４に、シールド軸心周りに回転自在な回転体４６と、外
周側に出退自在な揺動アーム４８と、セグメントを保持
可能なセグメント保持フレーム５１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、幅の広い矩形断面
のトンネル、矩形を直交状に組み合わせたＬ字形断面、
Ｔ字形断面、十字形断面のトンネルおよび幅が漸次縮小
または拡大される矩形断面トンネルに、一次覆工体であ
るセグメントを組み立てるシールド掘進機のエレクタ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法において、従来のシールド
掘進機は、円形トンネルを掘削するのが一般的である。
この場合、シールド本体の後部で一次覆工体であるセグ
メントを組み立てる際には、エレクタ装置により保持し
たセグメントを周方向に移動して位置決めするだけでよ
い。また掘削したトンネルの空間を有効に利用するため
に繭形断面のトンネルや矩形断面のトンネルの掘削が実
用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トンネルの
空間の有効利用のために幅の広い矩形断面のトンネルを
掘削した場合、従来ではセグメントを組み立てるエレク
タ装置を幅方向に複数基配置する必要があり、設備コス
トが嵩むとともに、シールド本体の後部空間の機器の配
置が複雑になるという問題があった。

【０００４】また、トンネル内に設置する道路の仕様
で、掘削幅が漸次拡張または縮小されるトンネルを掘削
可能なシールド掘進機を採用した場合、従来のエレクタ
装置ではセグメントの搬送ストロークが小さく適用がで
きないという問題があった。

【０００５】本発明のうち請求項１記載の発明は、上記
問題点を解決して、低コストで幅の広いトンネルのセグ
メントの組立に対応できるシールド掘進機のエレクタ装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の発明は、矩形断面単体または
矩形を直交状に組み合わせた断面のシールド本体の後部
に配置されるシールド掘進機のエレクタ装置であって、
シールド軸心と直交する平面上に互いに対向して配置さ
れた一対の走行レールと、前記走行レール間で走行レー
ルに沿って移動自在に配置された走行体と、この走行体
に設けられたセグメント組立機構からなり、このセグメ
ント組立機構は、シールド軸心と平行な軸心周りに回転
自在に配設された回転体と、この回転体の外周部にシー
ルド軸心と平行な支持軸を中心に回動自在に配設されて
作用端部を外周側に出退自在な揺動アームと、この揺動
アームの作用端部に設けられてセグメントを保持可能な
セグメント保持フレームとを具備したものである。

【０００７】上記構成によれば、走行レールに案内され
て移動自在な走行体に、セグメント組立機構を設けたの
で、セグメントの搬送ストロークを大きく確保して組立
範囲を広げることができ、長い断面トンネルでも小数台
で組立が可能となり、設備コストを低減することができ
る。また、回転体に揺動アームを配置することにより、
遠方へのセグメントの位置決めが可能となり、矩形断面
のコーナー部へのセグメントの設置も容易となる。

【０００８】また請求項２記載の発明は、シールド本体
が走行レールの配設方向に拡大縮小可能に構成され、前
記走行レールの端部を継ぎ足し、取り外し可能に構成さ
れたものである。

【０００９】上記構成によれば、横幅が漸次拡大される
トンネルに対するセグメントの組立も、走行レールの増
設によりセグメントの搬送ストロークを増大することで
容易に対応することができる。

【００１０】さらに請求項３記載の発明は、シールド本
体がＬ形断面に構成され、少なくともＬ形の各辺に沿っ
て走行レールがそれぞれ配設され、各走行レールに走行
体とセグメント組立機構がそれぞれ配置されたものであ
る。

【００１１】上記構成によれば、Ｌ形断面に形成された
トンネルのセグメントの複雑な組立も、複数の走行体お
よびセグメント組立機構により容易に実施することがで
きる。

【００１２】また請求項４記載の発明は、シールド本体
とその前部に配置されたカッタヘッドとの間に、前端部
がカッタヘッドに回動自在に連結されるとともに後端部
がシールド本体の固定胴部に回動自在に連結された複数
本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレ
ータを構成するカッタ駆動装置が設けられたものであ
る。

【００１３】上記構成によれば、横幅の広い矩形断面お
よび横幅の漸次変化する矩形断面の変化に容易に対応す
ることができ、掘削を容易に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るシールド掘
進機のエレクタ装置の実施の形態を図１〜図１４に基づ
いて説明する。

【００１５】このシールド掘進機は、横幅が漸次拡大ま
たは縮小される矩形断面のトンネルを掘削するもので、
トンネルの横幅を漸次拡大縮小可能に構成され、シール
ド本体１も掘削幅に合わせて拡大縮小することができ、
このシールド本体１の後部にその内面に沿ってセグメン
トＳを組み立てる本発明に係るエレクタ装置９が配設さ
れている。

【００１６】まずシールド掘進機の構成を図７〜図１４
を参照して説明する。図７〜図９に示すように、矩形断
面のシールド本体１の前部には、左右一対の矩形状カッ
タヘッド２，２が配設されている。前記シールド本体１
は、中央の固定胴部１Ａと、固定胴部１Ａに幅方向に出
退自在に配置された可動胴部１Ｂ，１Ｂとで構成され、
これら可動胴部１Ｂ，１Ｂを出退してシールド本体１の
幅をＬｗとＬｓとの間で変更可能な拡縮駆動装置である
幅拡縮シリンダ３，３が設けられている。

【００１７】前記固定胴部１Ａは、土圧保持用の圧力室
６を形成するセンター隔壁１１と、天壁センタープレー
ト１２および底壁センタープレート１３から構成されて
いる。また可動胴部１Ｂは、センター隔壁１１の背面に
スライド自在に配設されたサイド隔壁１４と、天壁セン
タープレート１２の上面にスライド自在に配置された天
壁サイドプレート１５と、底壁センタープレート１３の
下面にスライド自在に配置された底壁サイドプレート１
６と、側壁スキンプレート１７とで構成されている。そ
して本体が固定胴部１Ａのセンター隔壁１１背面で支持
ブロック２０に連結された幅拡縮シリンダ３，３の出力
端が可動胴部１Ｂの側壁スキンプレート１７に連結され
ている。また、センター隔壁１１とサイド隔壁１４の摺
接部と、天壁センタープレート１２および底壁センター
プレート１３と天壁サイドプレート１５および底壁サイ
ドプレート１６の摺接部には、それぞれシール部材１
８，１９が設けられている。

【００１８】前記カッタヘッド２は、図１０に示すよう
に、矩形の枠フレーム３１内に複数の柱状フレーム３２
が所定間隔ごとに斜め格子状に連結配置されて形成さ
れ、柱状フレーム３２および枠フレーム３１と柱状フレ
ーム３２に囲まれた貫通空間が土砂取り入れ口３３に構
成されている。そして、枠フレーム３１の外周部と柱状
フレーム３２の前面に所定間隔毎に多数のカッタビット
３４，３５が突設されている。

【００１９】前記カッタヘッド２，２のカッタ駆動装置
４，４は、図１１〜図１３に示すように、それぞれ前端
部が前記カッタヘッド２に回動自在に連結されるととも
に後端部がシールド本体１の固定胴部１Ａのセンター隔
壁１１に回動自在に連結された２本１組合計８本４組の
伸縮アクチェータである油圧式カッタ駆動シリンダ５Ａ
〜５Ｈからなるパラレルリンクマニピュレータにより構
成されている。

【００２０】すなわち、カッタヘッド駆動装置４を構成
するパラレルリンクマニピュレータは、８本のカッタ駆
動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部が、プラットホームであ
るセンター隔壁１１に正面視が縦長の長方形Ｒの角部近
傍に回動継手２１を介して連結される。また、カッタ駆
動シリンダ５Ａ〜５Ｈの先端部が、エンドエフェクタで
あるカッタヘッド２の背面に正面視が縦長の菱形Ｄの角
部近傍に回動継手２２を介して連結され、正面視で左右
方向に広い動作範囲を確保している。

【００２１】図７に示すように、前記シールド本体１の
センター隔壁１１には、送泥管７Ａと排泥管７Ｂが貫通
して接続されるとともに、土砂攪拌用のアジテータ８が
設けられている。またシールド本体１の後部には、エレ
クタ装置９により組み立てられた既設セグメントＳを反
力受けとして押圧部材１０ａを介してシールド本体１を
推進させる複数の推進ジャッキ１０が設けられている。
なお、この推進ジャッキ１０は、シールド本体１の拡縮
幅に対応して必要に応じて増設または撤去される。

【００２２】図１〜図６に示すように、本発明に係るエ
レクタ装置９は、シールド軸心Ｏと直交する平面上で互
いに対向して配置された一対の上走行レール４１および
下走行レール４２と、前記走行レール４１，４２間で走
行レール４１，４２に走行車輪４３ａを介して移動自在
に配置された走行体４３と、この走行体４３に設けられ
たセグメント組立機構４４とで構成されている。前記上
下走行レール４１，４２は、シールド本体１の幅Ｌｓ〜
Ｌｗに対応してそれぞれ端部が継ぎ足しまたは取り外し
可能に構成される。前記走行体４３に設けられた走行装
置４５は、下レール４２の前部に継ぎ足しまたは取り外
し可能な走行用ラック４５ａが敷設され、走行体４４に
設けられた走行用モータ４５ｂに駆動ギヤ４５ｃを介し
て駆動される走行用ピニオン４５ｄが噛合されて構成さ
れている。

【００２３】前記セグメント組立機構４４は、走行体４
３に回転体４６がシールド軸心Ｏと平行な軸心周りに回
転自在に配設され、この回転体４６は、回転体４６に取
り付けられた回動ギヤ４７ａと、走行体４３に設けられ
た回動モータ４７ｂと、回動ギヤ４７ａに噛合されて回
動モータ４７ｂにより駆動される回動ピニオン４７ｃか
らなる回転体旋回装置４７により回転駆動される。この
回転体４６の後部外周には、作用端部４８ａを外周側に
出退自在なＬ形の揺動アーム４８が配設されており、揺
動アーム４８の中間部が回転体４６のブラケット４６ａ
にシールド軸心Ｏと平行な支持軸４９を中心に回動自在
に支持されるとともに、受動端４８ｂに回転体４６に設
けられた出退ジャッキ５０の作動ロッドが連結されて揺
動され出退駆動される。

【００２４】前記揺動アーム４９の先端部には、セグメ
ントＳを保持可能なセグメント保持フレーム５１がシー
ルド軸心Ｏに平行なピン５２を中心に回動自在に設けら
れており、揺動アーム４８に設けられた押し込みジャッ
キ５３の作動ロッドがセグメント保持フレーム５１に連
結されてピン５２を中心に回動され姿勢を制御可能に構
成される。このセグメント保持フレーム５１には、図
５，図６に示すように、シフト装置５４を介して一対の
セグメント連結具５５が設けられている。前記シフト装
置５４は、保持フレーム本体５１ａに一対のガイドロッ
ド５４ａを介して可動フレーム５４ｂがシールド軸心Ｏ
方向に所定範囲で移動自在に支持され、可動フレーム５
４ｂに設けられたシフトジャッキ５４ｃの出力ロッドが
保持フレーム本体５１ａに連結されている。またこのシ
フトジャッキ５４ｃの本体は、左右に突設されたガイド
ピン５４ｄがガイドレール５４ｅに案内されて構成され
る。またセグメントＳの凹部Ｓａには一対の保持ブラケ
ットＳｂが突設され、可動フレーム５４ｂの下部に垂下
されたセグメント連結具５５とブラケットＳｂとが手動
によりボルトＢを介して連結されセグメントＳが保持さ
れる。

【００２５】上記構成において、狭い幅から広い幅のト
ンネルを掘削する場合には、図示しないカッタ駆動制御
装置により油圧ポンプから供給排出する圧油が制御され
て各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈが伸縮制御され、カ
ッタヘッド２．２がそれぞれシールド軸心Ｏに直交する
面内で左右方向および上下方向に相対して往復駆動さ
れ、カッタビット３４，３５により地山を掘削する。こ
の時の掘削反力は、カッタヘッド２，２が相対方向に駆
動されることにより、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを
介してシールド本体１で相殺されて減衰される。そし
て、掘削土砂は土砂取り入れ口３３から圧力室６内に取
り込まれ、送泥管７Ａから供給された泥水等と混合され
てアジテータ８により攪拌され、適度な流動性を付与さ
れた後、排泥管７Ｂから排出される。またカッタヘッド
２，２は各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを伸縮制御す
ることにより、土質や掘削状況に応じて前後方向に平行
移動させたり、またシールド軸心Ｏに直交する面に対し
て傾動させる動作を挿入することにより、良好に掘削す
ることができる。

【００２６】そして、カッタヘッド２，２の駆動ストロ
ークを漸次側部外方に広げて幅の広いトンネルを掘進さ
せ、このトンネル幅に合わせて幅拡縮シリンダ３を進展
させ可動胴部１Ｂ，１Ｂをそれぞれ外方に突出移動させ
る。

【００２７】セグメントＳの組立は、まずセグメント保
持フレーム５１に目的のセグメントＳを保持させ、走行
装置４５を駆動して走行体４３を移動して組立位置を決
める。そして、回転体旋回装置４７を駆動して揺動アー
ム４８の出退位置を決め、出退ジャッキ５０を進展して
揺動アーム４８を回動してセグメント保持フレーム５１
を外周側に移動させる。そして、押し込みジャッキ５３
を駆動してセグメント保持フレーム５１の角度を決め、
さらにシフト装置５４によりセグメントＳの位置を調整
して、組立位置にセグメントＳを配置する。そして既設
セグメントＳにこのセグメントＳを締結する。これによ
り、セグメントＳが組み立てられて所定幅に一次覆工さ
れ、組み立てられたセグメントＳを反力受けとして推進
ジャッキ１０を進展させシールド本体１が前進される。
そして、トンネル幅の拡大に応じて上下走行レール４
１，４２および走行ラック４５ａが継ぎ足されて走行体
４３の移動範囲が拡大され、エレクタ装置９によりセグ
メントＳの組立範囲が拡張される。これを繰り返して漸
次幅が広くなるトンネルが掘削される。さらに可動胴部
１Ｂ，１Ｂが所定量突出されると、推進ジャック１０が
新たに組み入れられる。

【００２８】また広い幅から狭い幅のトンネルを掘削す
る場合も上記と逆の手順で掘削することができる。また
途中で掘削幅が広がったり狭まったりするトンネルの場
合にも対応することができ、連続した掘削が可能であ
る。

【００２９】上記実施の形態によれば、固定胴部１Ａと
固定胴部１Ａの両側にスライド自在に外嵌された可動胴
部２Ｂ，２Ｂとで構成されて幅拡縮シリンダ３により幅
を拡張および縮小可能なシールド本体１の前部に、左右
一対のカッタヘッド２，２を配置し、各カッタヘッド２
を８本のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈによりパラレル
リンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置４，４
によりそれぞれ駆動するように構成したので、カッタ駆
動装置４により各カッタヘッド２の駆動ストロークを制
御してトンネルの掘削幅を変更し、掘削幅に合わせて可
動胴１Ｂ，１Ｂを出退させシールド本体１の幅を調整す
ることにより、漸次幅が変化するトンネルを連続して掘
削することができる。

【００３０】また、エレクタ装置９は、上下走行レール
４１，４２を走行する走行体４３にセグメント組立機構
４４を設けたので、上下走行レール４１，４２を増設ま
たは削除することにより、シールド本体１の幅の拡縮に
容易に対応することができ、特にトンネル幅拡大時に
も、セグメントの搬送ストロークを増大できることか
ら、容易に対応することができる。また、回転体４６に
設けた揺動アーム４８により、セグメントの搬送ストロ
ークを拡大できるので、コーナー部へのセグメントの位
置決めも容易に行うことができる。

【００３１】図１４は、矩形を直交状に組み合わせたう
ちのＬ字形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機の
背面図である。このシールド本体６１の後部には、先の
実施の形態と同一構造の３台のエレクタ装置６２Ａ〜６
２Ｃが装備されている。すなわち、コーナー部の第１エ
レクタ装置６２Ａと縦辺部の第２エレクタ装置６２Ｂと
横辺部の第３エレクタ装置６２Ｃからなり、第１エレク
タ装置６２Ａおよび第２エレクタ装置６２Ｂは、共通す
る左走行レール６３と右走行レール６４を走行自在な走
行体６５Ａ，６５Ｂを具備し、また第３エレクタ装置６
２Ｃは、上走行レール６６および下走行レール６７を走
行自在な走行体６５Ｃを具備している。そして各走行体
６５〜６５Ｃにそれぞれセグメント組立機構４４が配設
されている。

【００３２】上記構成によれば、３台のエレクタ装置６
２Ａ〜６２Ｃにより複雑なセグメントＳの組立を能率よ
く行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項１記
載の発明によれば、走行レールに案内されて移動自在な
走行体に、セグメント組立機構を設けたので、セグメン
トの搬送ストロークを大きく確保して組立範囲を広げる
ことができ、長い断面トンネルでも小数台で組立が可能
となり、設備コストを低減することができる。また、回
転体に揺動アームを配置することにより、遠方へのセグ
メントの位置決めが可能となり、矩形断面のコーナー部
へのセグメントの設置も容易となる。

【００３４】また請求項２記載の発明によれば、横幅が
漸次拡大されるトンネルに対するセグメントの組立も、
走行レールの増設によりセグメントの搬送ストロークを
増大することで容易に対応することができる。

【００３５】さらに請求項３記載の発明によれば、Ｌ形
断面に形成されたトンネルのセグメントの複雑な組立
も、複数の走行体およびセグメント組立機構により容易
に実施することができる。

【００３６】また請求項４記載の発明によれば、横幅の
広い矩形断面および横幅の漸次変化する矩形断面の変化
に容易に対応することができ、掘削を容易に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る拡縮式シールド掘進機の実施の形
態を示す拡大時の背面図である。

【図２】同シールド掘進機の縮小時の背面図である。

【図３】同シールド掘進機のエレクタ装置の側面図であ
る。

【図４】同エレクタ装置の拡大正面図である。

【図５】同エレクタ装置のセグメント保持フレームを示
す正面断面図である。

【図６】図５に示すＡ−Ａ断面図である。

【図７】同シールド掘進機の縦断面図である。

【図８】同シールド掘進機の一部切欠き平面図である。

【図９】同シールド掘進機のシールド本体を示す分解斜
視図である。

【図１０】同シールド掘進機のカッタヘッドを示す正面
図である。

【図１１】同シールド掘進機のカッタ駆動装置の構成を
示す概略正面図である。

【図１２】同カッタ駆動装置の縮小時の平面断面図であ
る。

【図１３】同カッタ駆動装置の拡大時の平面断面図であ
る。

【図１４】本発明に係るＬ形断面シールド掘進機の実施
の形態を示す背面図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 １Ａ 固定胴部 １Ｂ 可動胴部 ２ カッタヘッド ３ 幅拡縮シリンダ ４ カッタ駆動装置 ５Ａ〜５Ｈ カッタ駆動シリンダ ９ エレクタ装置 １０ 推進ジャッキ ４１ 上走行レール ４２ 下走行レール ４３ 走行体 ４４ セグメント組立機構 ４５ 走行装置 ４６ 回転体 ４７ 回転体駆動装置 ４８ 揺動アーム ５０ 出退ジャッキ ５１ セグメント保持フレーム ５３ 押し込みジャッキ ５４ シフト装置 ５５ セグメント連結具 Ｏ シールド軸心 Ｓ セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 泰治 神奈川県横浜市神奈川区富家町１番地１ 株式会社熊谷組横浜支店内 (72)発明者 田中 雄次 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 北島 英世 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】矩形断面単体または矩形を直交状に組み合
   わせた断面のシールド本体の後部に配置されるシールド
   掘進機のエレクタ装置であって、 シールド軸心と直交する平面上に互いに対向して配置さ
   れた一対の走行レールと、前記走行レール間で走行レー
   ルに沿って移動自在に配置された走行体と、この走行体
   に設けられたセグメント組立機構からなり、 このセグメント組立機構は、シールド軸心と平行な軸心
   周りに回転自在に配設された回転体と、この回転体の外
   周部にシールド軸心と平行な支持軸を中心に回動自在に
   配設されて作用端部を外周側に出退自在な揺動アーム
   と、この揺動アームの作用端部に設けられてセグメント
   を保持可能なセグメント保持フレームとを具備したこと
   を特徴とするシールド掘進機のエレクタ装置。
2. 【請求項２】シールド本体が走行レールの配設方向に拡
   大縮小可能に構成され、前記走行レールの端部を継ぎ足
   し、取り外し可能に構成されたことを特徴とする請求項
   １記載のシールド掘進機のエレクタ装置。
3. 【請求項３】シールド本体がＬ形断面に構成され、少な
   くともＬ形の各辺に沿って走行レールがそれぞれ配設さ
   れ、各走行レールに走行体とセグメント組立機構がそれ
   ぞれ配置されたことを特徴とする請求項１または２記載
   のシールド掘進機のエレクタ装置。
4. 【請求項４】シールド本体とその前部に配置されたカッ
   タヘッドとの間に、前端部がカッタヘッドに回動自在に
   連結されるとともに後端部がシールド本体の固定胴部に
   回動自在に連結された複数本の伸縮アクチェータにより
   パラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装
   置が設けられたことを特徴とする請求項２または３のい
   ずれかに記載のシールド掘進機のエレクタ装置。