JPH10317876A - 異形親子シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造によって、例えば地下鉄の駅舎部
と駅舎間トンネルの掘削を、必要最小限の掘削断面で構
築することのできる異形親子シールド掘進機を提供す
る。 【解決手段】 略矩形断面のスキンプレート２を有する
親シールド機３内に円形のスキンプレート４を有する子
シールド機５を内蔵し、子シールド機５は、矩形断面を
掘削可能なオーバーカッタ３４を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断面が略矩形の親
シールド機の内部に断面が例えば円形の子シールド機を
内蔵した異形親子シールド掘進機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、断面円形で大径の親シールド機の
内部にやはり断面円形で小径の子シールド機を配し、親
シールド機による掘削に連続して子シールド機による掘
削を行うようにした親子シールド掘進機が知られてい
る。

【０００３】ところで、例えば下水道のように流体を流
すトンネルの場合には、前述のような円形同士の組み合
わせよりなる親子シールド掘進機によって所要断面のト
ンネルを掘削することができる。しかし、例えば地下鉄
道の駅舎と駅舎間トンネルとを同時に親子シールド掘進
機で掘削する場合に前述のような親子シールド掘進機を
用いると、以下に説明するように不都合を生じることに
なる。すなわち、駅舎は人の乗降に支障がないように横
幅の広い断面が必要であるのに対して、駅舎間のトンネ
ルは列車が通過できるだけの最小の円形断面が確保され
れば良い。ところが、前述のような従来の親子シールド
掘進機では、図７に示されるように、円形同士の組み合
わせにより掘削されるため、駅舎間のトンネル部分５１
のみならず駅舎部５２も円形断面となって、この駅舎部
５２の上下に不要な空間５３が生じてしまう。

【０００４】なお、親シールド機により円形断面以外の
異形断面を掘削するようにしたものとしては、例えば特
開平２−２１０１８９号公報もしくは特開平４−２９３
８９７号公報に記載されたものがある。このうち前者
（特開平２−２１０１８９号公報）のものでは、図８に
示されているように、断面円形の多数の子シールド機５
４ａ，５４ｂ，５４ｃ・・・により異形断面のトンネル
を掘削し、このトンネルに連続して複数の小径のトンネ
ルを掘削するように構成されている。また、後者（特開
平４−２９３８９７号公報）のものでは、図９に示され
ているように、複数基の回転カッタ５５ａ，５５ｂを有
するシールド機の背後に、これら回転カッタ５５ａ，５
５ｂで掘削された残りの部分の地山を掘削する揺動アー
ムカッタ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄを配し、これ
ら回転カッタおよび揺動アームカッタにより略楕円形状
の断面を掘削するように構成されている。

【０００５】一方、略矩形断面を掘削可能な異形断面シ
ールド掘進機としては、本出願人の提案になる特願平８
−２９６４８９号のものがある。この提案による異形断
面シールド掘進機では、互いの掘削範囲が一部重複する
ように複数個のカッタヘッドを配し、隣接するカッタヘ
ッド同士が互いに干渉しないようにカッタヘッドを揺動
させ、かつ各カッタヘッドに半径方向に伸縮可能なオー
バーカッタを取り付けるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
公報に開示されているような異形断面を掘削可能な親子
シールド機においては、矩形断面の掘削を行うことが困
難であったり、あるいは矩形に近い断面の掘削を行おう
とした場合に、多数の小径の子シールド機を配すること
が必要となって構造が複雑化するとともに、装置全体が
大型化してしまうという問題点がある。

【０００７】一方、前述された本出願人の提案になる先
願のものでは、略矩形断面の掘削を行うことが可能では
あるが、この先願のものは親子シールド掘進機ではない
ために、前述されたような駅舎部と駅舎間トンネルとを
同時に掘削するような用途には使用することができな
い。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、簡単な構造によって、例えば地下鉄の駅舎
部と駅舎間トンネルの掘削を、必要最小限の掘削断面で
構築することのできる異形親子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。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述の
目的を達成するために、本発明による異形親子シールド
掘進機は、親シールド機内に子シールド機を内蔵し、か
つそれら親シールド機と子シールド機とがカッタヘッド
およびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共用する
異形親子シールド掘進機であって、前記親シールド機は
略矩形断面のスキンプレートを有し、この親シールド機
の機内には、略矩形断面を掘削可能な矩形断面掘削手段
を有することを特徴とするものである。

【００１０】本発明によれば、親子の各シールド機を一
体で掘進させることにより略矩形断面の大口径トンネル
を掘削し、この掘削の終了後に子シールド機単独で例え
ば円形断面等の小口径トンネルを掘削することができ
る。すなわち、１台のシールド掘進機により、矩形断面
とその矩形に対して口径の小さな例えば円形断面のトン
ネルを連続して掘削することができる。したがって、例
えば地下鉄の駅舎部とその駅舎部間の鉄道トンネルもし
くは道路トンネルのジャンクション部等のトンネルを、
必要最小限の掘削断面で構築することができる。また、
本発明では、親シールド機と子シールド機とがカッタヘ
ッドおよびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共用
する構造とされているので、全体として構造の簡素化を
図ることができる。この場合、親シールド機と子シール
ド機との組み合わせ、言い換えれば親シールド機内に配
する子シールド機の個数もしくは配設位置等については
工事条件毎に任意に設定することができる。なお、子シ
ールド機を円形断面としたときには、この子シールド機
が親シールド機から離脱発進する際の止水が容易とな
り、安全確実に止水して離脱発進させることが可能とな
る。

【００１１】本発明において、前記矩形断面掘削手段
は、少なくとも前記子シールド機の機内に配されるのが
好ましい。また、この矩形断面掘削手段は、カッタヘッ
ドの半径方向に伸縮可能な複数個のオーバーカッタであ
るのが良い。このようなオーバカッタを設けると、この
オーバカッタを所要位置で伸長させることで、単に円形
を並列に重ねた形状のみならず、更に広範囲な矩形断面
等の異形断面を掘削することが可能となる。また、隣接
するカッタヘッドの中心間距離の変更もしくはオーバー
カッタの伸長長さの変更によって工事条件毎に最適な矩
形断面を設定することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明による異形親子シー
ルド掘進機の具体的な実施の形態につき、図面を参照し
つつ説明する。

【００１３】本発明の一実施の形態に係る異形親子シー
ルド掘進機の正面図（図３のＣ矢視図）が図１に、同シ
ールド掘進機のカッタヘッド駆動機構（図３のＢ−Ｂ線
断面図）が図２に、同シールド掘進機の縦断面図（図１
のＡ−Ａ線断面図）が図３にそれぞれ示されている。

【００１４】本実施の形態の異形親子シールド掘進機１
は、泥水式のシールド掘進機に適用したものであって、
断面略矩形形状のスキンプレート２を有する親シールド
機３と、この親シールド機３の機内の一側寄りに収納さ
れた断面円形のスキンプレート４を有する子シールド機
５とを備える構成とされている。

【００１５】前記親シールド機３のスキンプレート２の
前方には、親シールド機３用の第１のカッタヘッド６
と、親シールド機３と子シールド機５とで兼用する第２
のカッタヘッド７とが左右に並列状に配設されている。
また、これらカッタヘッド６，７の後方にはチャンバー
部９，４２が区画形成され、これらチャンバー部内に先
端部が開口するように送泥管１０および排泥管１１が設
けられている。また、前記スキンプレート２の内壁面に
はリングガーダ１２が固定され、このリングガーダ１２
に装着されるフランジ部には多数本の親シールドジャッ
キ１３が固定されている。親シールド機３は、これら親
シールドジャッキ１３によりセグメント１４に反力を得
つつ地中を掘進するようにされている。なお、図３にお
いて符号１５で示されるのはデッキ、符号１６で示され
るのはエレクタである。

【００１６】この親シールド機３に設けられる第１のカ
ッタヘッド６は、スポーク式カッタヘッドであって、４
本のスポーク１７，１８，１９，２０が、互いに隣接す
るスポーク同士のなす角度が９０°になるように配置さ
れるとともに、内側の１本のスポーク２０の長さが他の
３本のスポーク１７〜１９の長さより短く形成され、か
つそれら長さの短いスポーク２０の先端部が第２のカッ
タヘッド７に干渉しないように配置されてなるものであ
る。

【００１７】各スポーク１７〜２０には、中央部に先行
ビット２１が、両側部にツールビット２２がそれぞれ設
けられ、これら各ビット２１，２２により切羽が掘削さ
れるようになっている。また、内側のスポーク２０を除
く他の３本のスポーク１７〜１９にはオーバカッタ装置
が内蔵され、このオーバカッタ装置の先端部に設けられ
るオーバーカッタ２３がそれらスポーク１７〜１９の先
端部から外方へ突出することで、外周部の地山が掘削で
きるようにされている。

【００１８】前記第１のカッタヘッド６の主軸２４は、
前部がブッシュにより、後部がベアリングによりそれぞ
れ軸芯回りに回動自在に支持されている。また、この主
軸２４には中央部の外周面に４個のブラケット２５ａ，
２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが固着され、これら各ブラケッ
ト２５ａ〜２５ｄとスキンプレート２の内壁面に固着さ
れる各ブラケット２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄとの
間にはそれぞれ揺動ジャッキ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，
２７ｄが装着されている。こうして、互いに対角線の位
置にある一対の揺動ジャッキ２７ａ，２７ｃを伸長方向
に作動させると同時に、他の一対の揺動ジャッキ２７
ｂ，２７ｄを収縮方向に作動させることで、第１のカッ
タヘッド６を所定角度回動させ、この回動の後に、前記
一対の揺動ジャッキ２７ａ，２７ｃを収縮方向に作動さ
せると同時に、他の一対の揺動ジャッキ２７ｂ，２７ｄ
を伸長方向に作動させることで、第１のカッタヘッド６
を逆方向に所定角度回動させ、これら各作動を交互に繰
り返し行うことで前記カッタヘッド６に所定の角度範囲
（本実施の形態の場合１００°）内での揺動運動を行わ
せるようにされている。

【００１９】一方、子シールド機５に設けられる第２の
カッタヘッド７は、第１のカッタヘッド６と同様スポー
ク式カッタヘッドであって、４本のスポーク２８，２
９，３０，３１が、互いに隣接するスポーク同士のなす
角度が９０°になるように配置されるとともに、各スポ
ーク２８〜３１の長さが同じ長さとされてなるものであ
る。また、第１のカッタヘッド６と同様、各スポーク２
８〜３１には、中央部に先行ビット３２が、両側部にツ
ールビット３３がそれぞれ設けられ、これら各ビット３
２，３３により切羽が掘削されるようになっている。ま
た、内側のスポーク２９を除く他の３本のスポーク２
８，３０，３１にはオーバカッタ装置が内蔵され、この
オーバカッタ装置の先端部に設けられるオーバーカッタ
３４がそれらスポーク２８，３０，３１の先端部から外
方へ突出することで、外周部の地山が掘削できるように
されている。

【００２０】子シールド機５においては、油圧モータ３
５を含むカッタヘッド駆動部を支持するフレーム部３６
が設けられ、このフレーム部３６の外周側に前記スキン
プレート４が設けられている。このスキンプレート４
は、ガータ部３７とそのガータ部３７の前部に一体形成
されるフード部３８とを備えてなり、このスキンプレー
ト４が、親シールド機３の内周面もしくはその内周面に
配されるガイド筒３９の内周面と前記フレーム部３６の
外周面とに沿って前方へ摺動できるようにされている。
前記ガータ部３７は、親子一体での掘進時には後端部が
親シールド機本体にボルト締結されている。また、前記
ガータ部３７と前記フレーム部３６との間にはスペーサ
４０が取り外し可能に設けられている。このスペーサ４
０は、親子一体での掘進時には、前部がフレーム部３６
に後部がガータ部３７にそれぞれボルト締結され、それ
によってフード部３８の先端が親シールド機３の隔壁４
１とほぼ同一面状に位置するようにされている。一方、
子シールド機５の単独掘進時には、前記スペーサ４０が
取り去られてスキンプレート４が前方へ（図３の二点鎖
線位置まで）摺動され、それによって親シールド機３の
チャンバー部４２と子シールド機５のチャンバー部９と
が区画される。

【００２１】前記第２のカッタヘッド７の主軸４３は、
前部がブッシュ４４により、後部がベアリング４５によ
りそれぞれ軸芯回りに回動自在に支持されている。この
主軸４３は、親シールド機３と子シールド機５とを一体
で掘進させる際には、前記油圧モータ３５を正逆切り換
え駆動することにより、第２のカッタヘッド７に所定の
角度範囲（本実施の形態の場合１００°）内での揺動運
動を行わせ、子シールド機５を単独で掘進させる際に
は、前記油圧モータ３５を一定方向に駆動することによ
り、第２のカッタヘッド７に回転運動を行わせる。な
お、前記各カッタヘッド６，７の揺動運動は、一方のカ
ッタヘッド６が図１において左方へ揺動している時には
他方のカッタヘッド７も左方へ揺動するというように、
左右のカッタヘッド６，７の揺動方向が一致するように
それらカッタヘッド６，７が同期駆動され、これによっ
て互いのスポークもしくはオーバーカッタ同士が干渉し
ないようにされている。

【００２２】また、本実施の形態においては、スポーク
１７〜２０，２８〜３１の揺動半径の外側領域である隅
部近傍領域Ｄおよび両カッタヘッド６，７間の上部およ
び下部領域Ｅを掘削するために、これら領域Ｄ，Ｅにお
いては、スキンプレート２の前端面形状に沿うようにオ
ーバーカッタ２３，３４がそれらスポーク１７〜２０，
２８〜３１の先端部から外方へ突出するようにされてい
る。これによって、単に円形を並列に重ねた形状だけで
なく、矩形形状を初めとする広範囲な異形断面を掘削す
ることができるようになっている。

【００２３】このように構成されている異形親子シール
ド掘進機において、親子一体での掘進時には、図４
（ａ）に示されるように、第１のカッタヘッド６および
第２のカッタヘッド７を揺動させるとともに、親シール
ドジャッキ１３によりセグメント１４に反力を得つつ掘
進が行われる。このとき、各カッタヘッド６，７のオー
バーカッタ２３，３４を適宜伸縮作動することにより、
例えば地下鉄の駅舎部に相当する略矩形断面トンネルの
掘削が行われる。

【００２４】この矩形断面トンネルの掘削に連続して小
口径の円形断面トンネルを掘削する際には、親シールド
機３のエレクタ１６および付帯設備が取り外されるとと
もに、子シールド機５側にテール部，エレクタおよび付
帯設備などが取り付けられ、さらに子シールド機５のス
キンプレート４を前進させるために、次の手順が採られ
る。 （１）第２のカッタヘッド７とフレーム部３６とを子シ
ールド機本体に固定する。 （２）スペーサ４０をフレーム部３６およびガータ部３
７にそれぞれ固定しているボルトを外してそれらスペー
サ４０を取り去る。 （３）スキンプレート４と親シールド機本体との締結を
解除する。 （４）スキンプレート４を前方へ摺動させる。 （５）フレーム部３６とスキンプレート４とをボルト締
結する。

【００２５】こうして、図４（ｂ）に示されているよう
に、子シールド機３のスキンプレート４が前進されて、
フード部３８が親シールド機３のチャンバー部４２と子
シールド機５のチャンバー部９とを区画する位置まで前
進されると、子シールド機５の油圧モータ３５が正逆駆
動から回転駆動に切り換えられる。これによって、子シ
ールド機５は、第２のカッタヘッド７を回転させなが
ら、子シールド機５の後方に組み立てられる子シールド
機用のセグメント（図示せず）を反力受けにしつつ子シ
ールドジャッキ４７により掘進され、これによって例え
ば駅舎間トンネルのような円形断面トンネルが掘削され
る。なお、この掘進時にはチャンバー部９はフード部３
８により覆われているので、上方の地山が崩落するのを
防いで土砂がそのチャンバー部９内に過剰流入するのを
確実に防ぐことができる。

【００２６】本実施の形態においては、親シールド機内
に配設される２基のカッタヘッドの回転（もしくは揺
動）中心間の距離またはオーバーカッタの伸縮長さを変
更することにより、図５に示されているように、工事条
件毎に最適な矩形断面を設定することが可能である。

【００２７】本実施の形態においては、親シールド機３
内に２基のカッタヘッドを内蔵させ、そのうちの１基の
カッタヘッドが発進していくものを説明したが、矩形断
面トンネルを掘削可能な親シールド機（矩形シールド）
の機内に、円形断面トンネルを掘削可能な１基の子シー
ルド機（円形シールド）を内蔵させる実施の形態も可能
である。この場合、図６（ａ）に示されるように、円形
シールド４８の配設位置は、矩形シールド４９の一側寄
りであっても良いし、勿論矩形シールド４９の中央部で
あっても良い。また、図６（ｂ）に示されるように、矩
形シールド４９’に対して円形シールド４８’を２基も
しくは３基以上設けるようにすることができる。さら
に、２個のカッタヘッドは縦に並べて配置するようにし
ても良い。

【００２８】本実施の形態においては、子シールド機の
発進後においては円形断面を掘削するものとしたが、こ
の子シールド機においても、オーバーカッタを適宜伸縮
させるとともに、スキンプレートを矩形又は異形とする
ことにより矩形断面その他の異形断面を掘削するように
することもできる。

【００２９】本実施の形態においては、スポーク式のカ
ッタヘッドを例示して説明したが、このカッタヘッドの
形式としては、面板式であっても良い。ただし、この面
板式とする場合には、隣接するカッタヘッド間において
面板同士の干渉を避けるために、その面板の一部を切り
欠くことが必要となる。

【００３０】また、本実施の形態においては、カッタヘ
ッドを揺動機構により揺動させる際伸長側揺動ジャッキ
と収縮側揺動ジャッキとを同期駆動させるものとした
が、例えば伸長側のみを作動させて他の一対のジャッキ
をフリー状態にする等の変形も可能である。また、これ
ら揺動ジャッキの本数は４本に限定されることはない。

【００３１】本実施の形態においては、泥水式シールド
について説明したが、本発明は、土圧式シールドに対し
ても適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、一実施の形態に係る異形親子シールド
掘進機の正面図（図３のＣ矢視図）である。

【図２】図２は、異形親子シールド掘進機のカッタヘッ
ド駆動機構（図３のＢ−Ｂ線断面図）を示す図である。

【図３】図３は、異形親子シールド掘進機の縦断面図
（図１のＡ−Ａ線断面図）である。

【図４】図４（ａ）は、親子一体での掘進時の態様を示
す斜視図、図４（ｂ）は子シールド機単独掘進時の態様
を示す斜視図である。

【図５】図５は、矩形断面の形状例を示す図である。

【図６】図６（ａ）（ｂ）は、矩形シールドに対する円
形シールドの配設例を示す図である。

【図７】図７は、従来例における鉄道トンネルの掘削態
様を説明する図である。

【図８】図８は、従来の異形断面掘削用のトンネル掘進
機の一例を示す説明図である。

【図９】図９は、従来の異形断面掘削用のトンネル掘進
機の他の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 異形親子シールド掘進機 ２ スキンプレート ３ 親シールド機 ４ スキンプレート ５ 子シールド機 ６ 第１のカッタヘッド ７ 第２のカッタヘッド ９ チャンバー部 １３ 親シールドジャッキ １４ セグメント １７，１８，１９，２０ スポーク ２３ オーバーカッタ ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 揺動ジャッキ ２８，２９，３０，３１ スポーク ３４ オーバーカッタ ３５ 油圧モータ ３６ フレーム部 ３７ ガータ部 ３８ フード部 ３９ ガイド筒 ４０ スペーサ ４１ 隔壁 ４２ チャンバー部 ４７ 子シールドジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池添 勝次 東京都港区元赤坂１−１−５ 富士陰ビル 鹿島建設株式会社機械部内 (72)発明者 三谷 典夫 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内 (72)発明者 今村 剛士 大阪府枚方市上野３−１−１ 株式会社小 松製作所大阪工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 親シールド機内に子シールド機を内蔵
   し、かつそれら親シールド機と子シールド機とがカッタ
   ヘッドおよびカッタヘッド駆動部の少なくとも一部を共
   用する異形親子シールド掘進機であって、 前記親シールド機は略矩形断面のスキンプレートを有
   し、この親シールド機の機内には、略矩形断面を掘削可
   能な矩形断面掘削手段を有することを特徴とする異形親
   子シールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記矩形断面掘削手段は、少なくとも前
   記子シールド機の機内に配される請求項１に記載の異形
   親子シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記矩形断面掘削手段は、カッタヘッド
   の半径方向に伸縮可能な複数個のオーバーカッタである
   請求項１または２に記載の異形親子シールド掘進機。