JPH1037659A - 親子シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 閉塞することなく掘削土砂を取り込めて土圧
式シールドに適する。 【解決手段】 大径の親シールド本体３１内に小径の子
シールド本体３２が同一シールド軸心上に配設され、大
径トンネルを掘削後、親径シールド本体３１内から子シ
ールド本体３２を発進させて小径トンネルを連続して掘
削可能な親子シールド掘進機において、子シールド本体
３２の前部に、シールド軸心上のセンター部材４１から
一定角度ごとに半径方向に延びシールド軸心回りに回転
自在な６本のスポークフレーム４２を備えた子カッタヘ
ッド３６を設け、スポークフレーム４２に、スポークフ
レーム内先端部から半径方向に出退自在で親シールド本
体３１の前部を掘削可能な外周カッタ４５と、この外周
カッタ４５を出退させるカッタ出退装置とからなる外周
カッタ装置４７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、大口径トンネルか
ら小口径トンネルを連続して掘削できる親子シールド掘
進機の、特にカッタヘッド部分の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大口径トンネルから小口径トンネ
ルを連続して掘削する場合、通常トンネルの接続部に竪
穴を形成し、大径シールド掘進機により大口径トンネル
を掘削して竪穴に到達させ、これを竪穴から取り出した
後、小口径シールド掘進機を竪穴に挿入配置し、次いで
小径シールド掘進機を発進させて小口径トンネルを掘削
するのが通常の工法である。

【０００３】ところがこの工法では 極めて手間と時間
がかかるとともに、コストも高くなるため、大径シール
ド掘進機に小径シールド掘進機を発進可能に内蔵させ、
竪穴を掘らずに大口径トンネルを掘削後、大径シールド
掘進機から直接小径シールド掘進機を発進させるいわゆ
る親子シールド掘進機が提案されている。

【０００４】この親子シールド掘進機は、親シールド本
体と子シールド本体とが同一のシールド軸心上に配置さ
れ、両シールド掘進機の前面にカッタヘッドが位置され
ている。このカッタヘッドは親径シールド本体に対応す
る大口径のトンネルを掘削する状態から部材の着脱によ
り子シールド本体に対応する小口径トンネルを掘削でき
るように構成されている。

【０００５】たとえば、図８に示すものでは、親シール
ド本体１の前面外周部にベヤリング２を介してリング状
で大径の親カッタヘッド３が回転自在に支持され、子シ
ールド本体４に回転自在に支持された子カッタヘッド５
の動力伝達ピン（図示せず）を介して駆動力が伝達され
回転される。

【０００６】また図９に示すものでは、子カッタヘッド
１１の外周部に、リング状の親カッタヘッド１２を着脱
自在に配設したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８のもので
は、土砂取り入れ口６が親カッタヘッド３の所定部分に
形成された部分開口タイプであるとともに、土砂取り入
れ口６内には外周側から内周後方に傾斜するガイド部材
７が配置されて掘削土砂を子シールド本体４内の圧力室
７に案内するように構成されるため、粘土質の土砂が付
着して閉塞しやすく、泥水加圧式シールドや泥しょう加
圧式シールドには適するものの、土圧式シールドには適
さないという問題があった。

【０００８】また図９に示すものも、親カッタヘッド１
２の所定部分に土砂取り入れ口１３が形成された部分開
口タイプであり、粘土質の土砂が付着して閉塞しやす
く、泥水加圧式シールドや泥しょう加圧式シールドには
適するものの、土圧式シールドには適さないという問題
がある。また、親シールド本体１４の前部に、土砂取り
入れ口１３から排出される土砂を子シールド本体１５の
圧力室１６側に案内するためのガイド部材１４ａが配置
されて土砂ガイド通路１７が形成されるため、子シール
ド本体１５のスキンプレート１５ａを子カッタヘッド１
１に接近して配置することができず、子シールド本体１
５の発進時に、仮想線で示すようにスキンプレート１５
ａを土砂ガイド通路１７を閉じるように延長する必要が
あった。

【０００９】本発明のうち請求項１記載の発明は、上記
問題点を解決して親シールド本体前方の掘削土砂閉塞す
ることなく排出することができて特に土圧式シールドに
適し、また発進作業も容易な親子シールド掘進機を提供
することを目的とする。

【００１０】

【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、大径の親シールド本
体内に小径の子シールド本体が同一シールド軸心上に配
設され、大口径トンネルを掘削後、親径シールド本体内
から子シールド本体を発進させて小口径トンネルを連続
して掘削可能な親子シールド掘進機において、子シール
ド本体の前部に、シールド軸心上のセンター部材から一
定角度ごとに半径方向に延びシールド軸心回りに回転自
在な複数のスポークフレームを備えた子カッタヘッドを
設け、前記スポークフレームに、スポークフレームの先
端部から半径方向に出退自在で親シールド本体の前方の
地山を掘削可能な外周カッタと、この外周カッタを出退
させる出退装置とを備えた外周カッタ装置を設けたもの
である。

【００１１】上記構成によれば、子カッタヘッドをスポ
ーク形とすることで土砂の取り込み効率を上げ、さらに
親シールド本体の前方の地山を、スポークフレームから
突出させた外周カッタにより掘削して、外周カッタ間に
形成された外周側に広く開放された土砂取り込み空間か
ら土砂を取り込むので、粘土質の土砂であっても閉塞す
ることなく掘削土砂を良好に取り込むことができ、土圧
シールドに最適となる。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、親シールド
本体の前部に、外周カッタの後方に接近して外周前方か
ら内周後方に傾斜する土砂ガイド板を配設し、子シール
ド本体の外周スキンプレートの前端部を前記土砂ガイド
板の内周部に配置して子カッタヘッドの外周後部に接近
させたものである。

【００１３】上記構成によれば、子シールド本体のスキ
ンプレートを子カッタヘッドに接近して配置できるの
で、子シールド本体の発進時のメンテナンスが容易とな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係る親子シール
ド掘進機の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明す
る。

【００１５】図１に示すように、この親子シールド掘進
機は、大径の親シールド本体３１内に小径の子シールド
本体３２が同一シールド軸心Ｏ上に配設され、大口径ト
ンネルを掘削後、親シールド本体３１内から子シールド
本体３２を発進させて大口径トンネルに連続して小口径
トンネルを掘削可能に構成されている。

【００１６】すなわち、子シールド本体３２の前部に
は、切り羽崩壊土圧を保持する圧力室３３を形成する圧
力隔壁３４が配設され、その軸心部に軸受を介して回転
軸３５が回転自在に支持されている。この回転軸３５は
前部に子シールド本体３２の前部を掘削する子カッタヘ
ッド３６が設けられると共に、後部に子カッタヘッド３
６を回転駆動するカッタ駆動装置３７が設けられてい
る。

【００１７】前記子カッタヘッド３６は、図３に示すよ
うに、センター部材４１から６０°ごとに半径方向に延
びる円筒状のスポークフレーム４２と、これらスポーク
フレーム４２の前面に取り付けられた多数の掘削ビット
４３と、スポークフレーム４２の先端部間を連結する補
強リング４８に設けられた周辺ビット４４とを備え、ス
ポークフレーム４２には、スポークフレーム４２先端部
内から半径方向に出退自在で親シールド本体３１の前部
を掘削可能な外周カッタ４５およびこの外周カッタ４５
を出退させるカッタ出退装置４６とを備えた外周カッタ
装置４７が設けられている。

【００１８】前記外周カッタ装置４７は、図４〜図７に
示すように、スポークフレーム４２に長さ方向にわたっ
て形成された収納孔５１内に、カッタ出退装置４６の出
退シリンダ５２がスライド自在に嵌合され、そのピスト
ンロッド５２ａがセンター部材４１に連結されている。
そして、この出退シリンダ５２の本体５２ｂの外端部に
外周カッタ４５が突設されている。また出退シリンダ５
２の本体５２ｂには、対称位置にスライドガイド溝５３
が出退方向に沿って形成され、スポークフレーム４２に
スライドガイド溝５３に移動自在に嵌合する回り止めキ
ー５４が突設されて、出退シリンダ５２を介して外周カ
ッタ４５が回り止めされている。前記外周カッタ４６
は、カッタフレーム５５とカッタフレーム５５の前面に
取り付けられた外周ビット５６および掘削チップ５７と
で構成され、カッタフレーム５５の後面には先端側前方
から基端側後方に傾斜するテーパ面５５ａが形成されて
いる。

【００１９】したがって、大口径トンネルの掘削時に
は、出退シリンダ５２を進展させて外周カッタ４５を親
シールド本体３１の前部に突出させることにより、親シ
ールド本体３１前方の地山を掘削して、カッタフレーム
５５間で補強リング４８の外周側に形成された土砂取り
込み空間５８から取り込むことができる。また子シール
ド本体３２の発進時には、図４に仮想線で示すように、
出退シリンダ５２を収縮させて外周カッタ４５をスポー
クフレーム４２の収納孔５１内に収容し、子カッタヘッ
ド３６のみで地山を掘削する。また小口径トンネルの掘
削時に場合によっては、外周カッタ５２を突出させて余
掘用のコピーカッタとして使用される。

【００２０】前記親シールド本体３１は、外周スキンプ
レート３１ａと内周スキンプレート３１ｂとこれらを連
結する連結部材３１ｃとを備え、外周スキンプレート３
１ａの前端部は突出位置のカッタフレーム５５のテーパ
面５５ａ上端部後方に所定の隙間をあけて接近され、内
周スキンプレート３１ｂの前端部がスポークフレーム４
２の外端部に所定隙間をあけて接近されている。さらに
これら外周スキンプレート３１ａと内周スキンプレート
３１ｂの前端部間に、土砂取り込み空間５８から取り込
まれる掘削土砂を圧力室３３内に案内する土砂ガイド板
５９が外周前方から内周後方に傾斜して取り付けられ、
この土砂ガイド板５９に所定間隔ごとに加泥材注入管６
０が接続開口されている。そして、内周スキンプレート
３１ｂの内面には、子シールド本体３２の前胴スキンプ
レート３２ａがスライド自在に内嵌され、その前端部は
スポークフレーム４２の外端部に所定隙間をあけて接近
されている。

【００２１】したがって、土砂取り込み空間５８から取
り込まれた掘削土砂は、土砂ガイド板５９により案内さ
れて圧力室３３に搬送される。また子シールド本体３２
の発進時には、子シールド本体３２の前胴スキンプレー
ト３２ａがスポークフレーム４２に接近されていること
から、従来のように子カッタヘッド３６と前胴スキンプ
レート３２ａとの隙間を他の部材で覆う必要はない。

【００２２】図１，図２に示すように、前記カッタ駆動
装置３７は、回転軸３５に取り付けられたリングギヤ６
１と、このリングギヤ６１に噛合する駆動ピニオン６２
と、この駆動ピニオン６２を回転駆動するカッタ駆動モ
ータ６３とで構成されている。

【００２３】前記圧力隔壁３４の下部には、筒状ケーシ
ング６４ａ内に排土用モータ６４ｂにより回転駆動され
る螺旋状スクリュー６４ｃを内蔵した排土用スクリュー
コンベヤ６４が貫設されている。

【００２４】前記子シールド本体３２は、圧力隔壁３４
を設けた前胴部３２Ａと、この前胴部３２Ａに球面接続
部６５を介して接続された後胴部３２Ｂとで構成され、
子シールド本体３２が親シールド本体３１から発進した
時に、中折れジャッキ６６を使用して後胴部３２Ｂに対
して前胴部３２Ａを傾動させることにより、掘削方向お
よび姿勢を制御することができる。

【００２５】後胴部３２Ｂに設けられた架構７１には、
大径セグメント７２を組み立てる親シールド用エレクタ
装置７３が配設されており、子シールド本体３２の発進
に際しては、小径セグメント８１を組み立てる子シール
ド用エレクタ装置８２に取り替えられる。

【００２６】親シールド本体３１内後部には、組み立て
られた大径セグメント７２を反力受けとしてシールド掘
進機を推進させる複数の親シールド推進ジャッキ７４が
周方向一定間隔ごとに配置されている。また親シールド
本体３１の前部には、連結ジャッキにより親シールド本
体３１内から子シールド本体３２の受け部に連結ジャッ
キと一体の連結ピンを突出させて親シールド本体３１と
シールド本体３２とを連結する複数の連結ピン装置７５
が設けられている。また子シールド本体３２内には、小
径セグメント８１を反力受けとして子シールド本体３２
を推進させる子シールド推進ジャッキ８３が周方向一定
間隔ごとに配設されている。

【００２７】上記実施の形態において、大口径トンネル
の掘削時は、カッタ出退装置４６によりスポークフレー
ム４２の先端部から外周カッタ４５が突出され、カッタ
駆動装置３７により子カッタヘッド３６が旋回駆動さ
れ、子カッタヘッド３６により子シールド本体３２の前
方の地山が掘削されるとともに、外周カッタ４５により
親シールド本体３１前方の地山が掘削される。子カッタ
ヘッド３６により掘削された土砂は、スポークフレーム
４２間の空間部から、また外周カッタ４５により掘削さ
れた土砂は、土砂取り込み空間５８からそれぞれ圧力室
３３内に取り込まれ、排土用スクリューコンベヤ６４に
より大気側に排出されて圧力室３３内で切り羽崩壊土圧
が保持される。一方、親シールドエレクタ装置７３によ
り大径セグメント７２が組み立てられ、親シールドジャ
ッキ７４により大径セグメント７２を反力受けとして親
シールド本体３１が推進される。

【００２８】大口径トンネルの掘削が完了すると掘削が
停止され、親シールドエレクタ装置７３を撤去し、代わ
りに子シールドエレクタ装置８２を搬入して装着する。
次いで大径セグメント７２の前端部に接続部材８４を取
り付け、子シールドエレクタ装置８２により小径セグメ
ント８１を組み立てる。同時に、カッタ出退装置４６に
より外周カッタ４５をスポークフレーム４２内に収容
し、子カッタヘッド３６のみで地山を掘削するように操
作し、次いで連結ピン装置７５を操作して親シールド本
体３１と子シールド本体３２とを切り離し、子シールド
推進ジャッキ８３を進展てさせて、後端部が接続部材８
４に保持された小径セグメント８１を反力受けとして子
シールド本体３２を前方に推進させる。これにより、大
径トンネルに連続して小口径トンネルを掘削することが
できる。なお、掘削途中で掘削方向の変更時等に、前記
外周カッタ４５を突出させて掘削しコピーカッタとして
利用することで、外周部を余掘りすることもできる。

【００２９】上記実施の形態によれば、スポークフレー
ム４２内に、カッタ出退装置４６により出退されて親シ
ールド本体３１の前方の地山を掘削する外周カッタ４５
と備えた外周カッタ装置４７を設けたので、土砂の取り
込み空間５８を広く設定することができて、粘土質の閉
塞しやすい掘削土砂であってもスムーズに取り込むこと
ができ、土圧式シールドに最適な機構を提供することが
できる。また外周側に開放された取り込み空間５８によ
り、親シールド本体３１の前端部で土砂を圧力室３３側
に案内する土砂ガイド板５９を接近して配置でき、これ
に内装される子シールド本体３２の前胴スキンプレート
３２ａを子カッタヘッド３６に接近して配置できること
から、従来のように子シールド３２の発進時に補修する
必要がない。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたごとく、請求項１記載の発
明によれば、子カッタヘッドをスポーク形とすることで
土砂の取り込み効率を上げ、さらに親シールド本体の前
方の地山を、スポークフレームから突出させた外周カッ
タにより掘削して、外周カッタ間に形成された外周側に
広く開放された土砂取り込み空間から土砂を取り込むの
で、粘土質の土砂であっても閉塞することなく掘削土砂
を良好に取り込むことができ、土圧シールドに最適とな
る。

【００３１】また請求項２記載の発明によれば、子シー
ルド本体のスキンプレートを子カッタヘッドに接近して
配置できるので、子シールド本体の発進時のメンテナン
スが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る親子シールド掘進機の実施の形態
を示す側面断面図である。

【図２】同親子シールド掘進機の子シールド本体の発進
状態を示す側面断面図である。

【図３】同親子シールド掘進機の正面図である。

【図４】同親子シールド掘進機の外周カッタを示す側面
断面図である。

【図５】図４に示すＡ−Ａ矢視図である。

【図６】同親子シールド掘進機の外周カッタを示す正面
断面図である。

【図７】同親子シールド掘進機の外周カッタの土砂取り
入れ空間を示す側面図である。

【図８】従来の親子シールド掘進機のカッタヘッドを示
す部分拡大説明図である。

【図９】従来の他の親子シールド掘進機のカッタヘッド
を示す部分拡大説明図である。

【符号の説明】

３１ 親シールド本体 ３２ 子シールド本体 ３３ 圧力室 ３５ 回転軸 ３６ 子カッタヘッド ３７ カッタ駆動装置 ４１ センター部材 ４２ スポークフレーム ４５ 外周カッタ ４６ カッタ出退装置 ４７ 外周カッタ装置 ４８ 補強リング ５１ 収納孔 ５２ 出退シリンダ ５４ 回り止めキー ５６ 外周ビット ５７ 掘削チップ ５８ 土砂取り込み空間

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 嘉昌 大阪府大阪市中央区釣鐘町２丁目４番７号 西松建設株式会社関西支店内 (72)発明者 浅田 健次 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大径の親シールド本体内に小径の子シール
   ド本体が同一シールド軸心上に配設され、大口径トンネ
   ルを掘削後、親径シールド本体内から子シールド本体を
   発進させて小口径トンネルを連続して掘削可能な親子シ
   ールド掘進機において、 子シールド本体の前部に、シールド軸心上のセンター部
   材から一定角度ごとに半径方向に延びシールド軸心回り
   に回転自在な複数のスポークフレームを備えた子カッタ
   ヘッドを設け、 前記スポークフレームに、スポークフレームの先端部か
   ら半径方向に出退自在で親シールド本体の前方の地山を
   掘削可能な外周カッタと、この外周カッタを出退させる
   出退装置とを備えた外周カッタ装置を設けたことを特徴
   とする親子シールド掘進機。
2. 【請求項２】親シールド本体の前部に、外周カッタの後
   方に接近して外周前方から内周後方に傾斜する土砂ガイ
   ド板を配設し、 子シールド本体の外周スキンプレートの前端部を前記土
   砂ガイド板の内周部に配置して子カッタヘッドの外周後
   部に接近させたことを特徴とする請求項１記載の親子シ
   ールド掘進機。