JPH11200770A

JPH11200770A - 密閉型シールド掘進機の支障物切断装置

Info

Publication number: JPH11200770A
Application number: JP2042298A
Authority: JP
Inventors: Makoto Koda; 信甲田; Kazuhiro Naozuka; 一博直塚
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1998-01-17
Filing date: 1998-01-17
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】作業員が切羽に出ることなく支障物を切
断する。【解決手段】切断装置２０は、支障物の把持手段２２
と切断手段３０とを備えており、把持手段２２は支障物
を挟持可能な一対の半割り鼓型ハンド２４、２４を２基
備え、この把持手段２２、２２と並列させて高速回転式
の切断手段３０が設置されている。切断手段３０は、超
硬ビットを表面に埋め込んだ鼓型のカッタ３２を高速回
転させ、これを支障物に当接させて該支障物を切断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シールド前面に
出現した支障物を撤去するために、密閉型シールド掘進
機に装備される支障物切断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人口集中の著しい主要都市部において
は、シールド工法により地下空間に構造物を構築する場
合、地上および地下構造物の輻輳によって、既設構造物
やその基礎がシールド計画線上に出現し、シールド掘進
の支障物となる事例が増加している。近年、シールド工
事は周辺への影響等を考慮し、密閉型シールド工法が主
流となっており、この密閉型シールド掘進機ではその構
造上、施工中に切羽前方の状況を直接確認することは不
可能である。

【０００３】そこで、密閉型シールド工法で切羽前面に
支障物が出現した場合には、従来、薬液注入等により支
障物周辺の地盤改良を実施したり、チャンバ内に限定圧
気をかける等の切羽安定対策を施した後、作業員が切羽
へ出て支障物を撤去する方法が一般的に採用されてい
る。また、工事計画段階から支障物が存在することが明
らかな場合には、支障物を撤去し易いように開放型シー
ルドを採用したり、途中の立坑で密閉型シールドから開
放型シールドへ改造するといった方法が採用されること
もある。

【０００４】しかしながら、これらの方法では、切羽の
安定を薬液注入等の地盤改良や圧気工法等の補助工法に
依存せざるを得ず、切羽の安定性に問題がある。また、
このような状況下で、作業員が狭い切羽空間に出て作業
を行わなければならないことから、安全性や作業性、施
工性の点においても改善策が期待されている。

【０００５】シールドトンネルの計画線上に出現する支
障物の種類としては、杭および土留めがあり、これらの
材質としては、Ｈ形鋼、鋼管、鋼矢板等の鋼材やＲＣ、
木材等が挙げられる。この中で、木材については、シー
ルドマシンに取り付けられる通常のカッタービットで切
削が可能であり、シールド掘進上特に大きな問題とはな
らない。鋼材やＲＣについては、単独で出現した場合に
は特殊な対策を施していない通常のシールドマシンで切
削した事例もあるが、このような場合には切削によりカ
ッタービットが損傷し、直後にビット交換を実施する等
の対策が必要となる。

【０００６】特開平７−３２４５８９号公報には、土砂
を掘削するシールド掘進機のカッターヘッドで鉄筋や鋼
管杭などの障害物も切削破砕することのできるシールド
掘進機として、カッターヘッドの外周に設けられカッタ
ービットが取り付けられたスライドフードと、このスラ
イドフードの前後移動手段と、スライドフードの揺動手
段と、カッターヘッドに取り付けられ障害物を挟んで切
削破砕する固定ビットおよび可動ビットとからなるシー
ルド掘進機が開示されている。

【０００７】しかし、上記公報記載のシールド掘進機
は、障害物を細かく切削破砕した後、これを通常の掘進
によりチャンバー内に取り込み排出するものであるか
ら、障害物の切削破砕に長時間を要するとともに、障害
物の出現位置や角度によっては切削破砕が困難となる場
合がある。また、障害物が長尺に破砕された場合には、
スムーズに排出することができないという問題点を有し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】今後、都市の地下空間
は増々輻輳化が予想され、トンネル計画線に支障物が出
現する可能性も更に増大するものと考えられる。従っ
て、密閉型シールドで作業員が切羽へ出ることなく支障
物をスムーズに撤去することができる工法を確立するこ
とが要請されている。

【０００９】本発明者等は、先に、作業員が切羽に出る
ことなく支障物を切断することのできる密閉型シールド
掘進機の切断装置に関する発明をなし、特願平８−１９
８３８２号として特許出願を行った。本発明はこの改良
に係る密閉型シールド掘進機の切断装置を提供すること
を発明の解決課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る密閉型シー
ルド掘進機の支障物切断装置は、支障物の把持手段と切
断手段を併設した切断装置であって、該切断装置がカッ
タヘッドの開口部から切羽側とチャンバ内に前進・後退
自在に、かつ、カッタヘッドの半径方向に移動自在に装
備されており、前記切断手段は、超硬ビットを表面に埋
め込んだカッタを前記カッタヘッドと平行に設けた高速
回転軸の周りに形成するとともに、該回転軸を切羽前方
に伸縮自在としてなることを特徴とするものである。

【００１１】前記カッタの形状は、円柱状、鼓状、ラグ
ビーボール状または球状であることが好ましい。また、
前記把持手段は、支障物を挟持可能な少なくとも一対の
鼓型ハンドを有することが好ましい。

【００１２】前記切断装置が一対の伸縮ジャッキを備
え、該伸縮ジャッキの自由端部を前記回転軸の両端部に
接続する構造とすることが好ましい。

【００１３】

【作用】カッタヘッドの開口部から上記切断装置を切羽
側に前進させ、把持手段で支障物を把持した後、伸縮ジ
ャッキ等を作動させて、前記高速回転軸、即ち、カッタ
をシールド前方に進出させる。次いで、カッタを高速回
転させながら、これを支障物に当接させて支障物を切断
する。支障物がシールド断面に対して傾斜していても、
伸縮ジャッキ等を適宜伸縮させることにより、カッタの
全面を支障物の側面に的確に当接させて支障物を切断す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、泥水式シールド掘進機に本
発明の支障物切断装置を適用した好適な実施形態につい
て、図面を参照しながら詳述する。

【００１５】図１は、密閉型シールド掘進機１０の要部
を縦断して示す側面図であり、図２はその正面図であ
る。シールド掘進機１０は、シールド１１の前面に設け
られたカッタヘッド１２を駆動モータＭにより回転させ
て切羽を掘削し、かつ、隔壁１４と切羽の間のチャンバ
１５を加圧した泥水で満たすことにより、切羽の安定を
図るとともに、掘削した土砂を泥水中に取り込み、排泥
水として流体輸送を行う、通常の泥水式シールドタイプ
のものである。なお、図１において、符号１６はシール
ドジャッキであり、符号１７はセグメント組立用のエレ
クタである。

【００１６】カッタヘッド１２は中央部カッタ１２Ａと
外周環部カッタ１２Ｂとからなり、中央部カッタ１２Ａ
および、外周環部カッタ１２Ｂのスポーク部１２Ｃに
は、多数のカッタービット１３、１３・・が取着されて
いる。また、スポーク部１２Ｃの長手方向端縁に沿って
スリット１２Ｄが設けられており、カッタービット１
３、１３・・により掘削された土砂はスリット１２Ｄを
経てカッタヘッド１２の背面部のチャンバ１５内に取り
込まれるようになっている。

【００１７】外周環部カッタ１２Ｂの中心部から外周に
至る一半径方向には一定幅の開口部１８が設けられてい
る。そして、この開口部１８には前記中央部カッタ１２
Ａが収容され、該中央部カッタ１２Ａは、外周環部カッ
タ１２Ｂの裏面に取り付けられた油圧ジャッキ１９の自
由端に接続されており、この油圧ジャッキ１９によっ
て、カッタヘッド１２の中心Ｃから後述する切断装置２
０より離間する方向へ移動することができるようになっ
ている。

【００１８】図１および図２には、本発明に係る支障物
切断装置２０がカッタヘッド１２の開口部１８から切羽
前方へ突出した状態で示されている。しかしながら、通
常掘進時には、切断装置２０は９０度角度を振って、チ
ャンバ１５内に格納されるとともに、開口部１８が鉄板
等（図示せず。）により閉塞されるので、磨耗等による
損傷から保護される。

【００１９】切断装置２０は、支障物の把持手段２２と
切断手段３０とを備えており、本実施形態では、支障物
を挟持可能な一対の半割り鼓型ハンド２４、２４からな
る把持手段２２を２基備え、この把持手段２２、２２と
並列させて高速回転式の切断手段３０が設置されてい
る。なお、本実施形態では、ハンド２４、２４で挟持可
能な、直径または横幅が数百ｍｍ程度の鋼材またはＲＣ
であって、杭や土留め等の長尺形状のものを支障物の対
象としている。

【００２０】次に、切断装置２０の平面図である図３
と、切断装置２０の正面図である図５を参照しながら、
切断装置２０の構成を説明する。

【００２１】切断手段３０は、超硬ビット３１を表面に
埋め込んだ鼓型のカッタ３２を、カッタモータ３３によ
りその回転軸３４の周りに高速回転させ、これを支障物
に当接させて該支障物を切削切断するものである。

【００２２】切断手段３０の側面図である図４に示すよ
うに、回転軸３４の両端部は一対のスライドアーム３
６、３６の一端に接続するとともに、一対の伸縮ジャッ
キ３８、３８をスライドアーム３６、３６の伸縮方向に
沿って設置する。既述したように、本発明の切断装置２
０ではカッタ３２を切羽側に前進させることが必要なの
であるから、上記スライドアーム３６、３６を省略し
て、伸縮ジャッキ３８、３８の自由端部に回転軸３４の
両端部を直接接続しても差し支えない。

【００２３】本発明においてカッタ３２の形状は前記し
た鼓型の他、図６に示すように、円柱状、ラグビーボー
ル状、球状とすることができる。

【００２４】前記した半割り鼓型ハンド２４、２４は、
把持ジャッキ２６を操作して支障物Ｈを両側から挟み込
むことができるようになっている。本実施形態において
ハンド２４の形状を半割り鼓型としたのは、支障物Ｈを
確実に挟持するためである。従って、ハンド２４、２４
の形状は、半割り鼓型の他、完全な鼓型としてもよい。

【００２５】上記切断手段３０は、図５に示すように水
平支持フレーム３９Ａに固定され、また、把持手段２２
は水平支持フレーム３９Ａと一体の垂直支持フレーム３
９Ｂに固定され、これら両フレーム３９Ａ、３９Ｂが断
面コ字形の主フレーム４０に回転自在に取着され、カッ
タヘッド１２の開口部１８に沿って設けられたガイド４
１に案内され、図１、図２に示すように、半径方向移動
ジャッキ４２の作動によりシールド中央部から最外周部
までの任意位置へカッタヘッド１２の半径方向に移動さ
せることができるようになっている。

【００２６】また、図３において符号４４は、切断装置
２０のための俯仰ジャッキであり、ピン４５を中心とし
て切断装置２０を９０度回転させることができる。さら
に、符号４６は、切断装置２０のための回転モータであ
り、切断装置２０本体を主フレーム４０に対して３６０
度回転させることができる。

【００２７】本発明のシールド掘進機１０は切断片の回
収装置５０を装備している。この回収装置５０は回収手
段５５とコンベア６０とから構成され、両者は隔壁１４
の後方機内中央に設置された搬出ロック５１内に設けら
れる。搬出ロック５１には、チャンバ１５と流通可能な
切羽側ゲート５２と、機内と流通可能な機内側ゲート５
３が設けられている。回収手段５５はテレスコピックア
ーム５６の俯仰動作と前後・上下移動動作を組み合わせ
ることにより、テレスコピックアーム５６に連結された
ハンド５８にて支障物Ｈの切断片を掴み、コンベア６０
に受け渡すことができるようになっている。

【００２８】続いて、上記切断装置２０による支障物Ｈ
の切断、撤去方法を説明する。

【００２９】（１）シールド前方にＨ形鋼等の支障物Ｈ
が出現したら、その位置を前方探査ロッドまたは電磁波
等により把握し、支障物Ｈの直前位置までシールド掘進
機１０で前進し、シールド断面内の支障物Ｈの位置を再
確認する。

【００３０】（２）切断装置２０を支障物Ｈの切断位置
まで移動する。切断装置２０は、次の３動作を適宜組み
合わせることにより、図７に示すように、シールド断面
のあらゆる位置に出現する支障物Ｈと対向する位置まで
移動し、これを切断することができる。

【００３１】装置回転モータ４６による、切断装置２０本体の３６
０度回転動作。ジャッキ４２による、切断装置２０のシールド半径方
向の移動動作。カッタヘッド１２の回転による、切断装置２０のシー
ルド円周方向の移動動作。

【００３２】（３）図１に示すように、切断装置２０を
カッタヘッド１２の開口部１８から切羽前方に突き出し
た姿勢とする。次いで、半割り鼓型ハンド２４、２４で
支障物Ｈを把持した後、伸縮ジャッキ３８、３８を作動
させて、図３において破線で示すように、スライドアー
ム３６、３６をシールド前方（図３において左方）に伸
長させる。次いで、カッタ３２を高速回転させながら、
これを支障物Ｈに当接させて支障物Ｈを切削切断する。

【００３３】本発明によれば、支障物Ｈがシールド断面
に対して平行に現れた場合は勿論のこと、シールド断面
に対して傾斜している場合であっても、スライドアーム
３６、３６を適宜伸縮させることにより、カッタ３２の
全面を支障物Ｈの側面に的確に当接させて支障物Ｈを切
断することができる。

【００３４】（４）鼓型ハンド２４、２４で支障物Ｈの
切断片を把持した状態で、カッタヘッド１２をいずれか
の方向に若干回転または移動させ、支障物Ｈから切断片
を完全に切り離す。なお、この支障物Ｈからの切断片の
分離動作は、前記切断装置２０本体の３６０度回転動
作や、切断装置２０のシールド半径方向の移動動作と
組み合わせてもよい。

【００３５】（５）俯仰ジャッキ４４を作動して切断装
置２０を９０度逆回転し、チャンバ１５内に引き込め
る。このようにして、切断片はチャンバ１５内に取り込
まれる。

【００３６】（６）カッタヘッド１２を回転させ（動
作）、また、切断装置２０を半径方向に移動することに
より（動作）、切断装置２０のハンド２４、２４を搬
出ロック５１の切羽側ゲート５２と対向する位置に合わ
せる。

【００３７】搬出ロック５１の切羽側ゲート５２を開放
したまま、切断片を挟持している把持ハンド２４、２４
を若干緩めて、切断片を切羽側ゲート５２付近で回収手
段５５のハンド５８により掴んだ後、切断片を搬出ロッ
ク５１内のコンベア６０上に載置する。

【００３８】（７）上記一連の切断作業を繰り返すこと
によりシールド断面内の支障物Ｈを多数の切断片として
回収したら、切羽側ゲート５２を閉め、搬出ロック５１
内の泥水を抜いた後、機内側ゲート５３を開けてコンベ
ア６０上の切断片を機内へ搬出する。

【００３９】最後に、機内側ゲート５３を閉め、搬出ロ
ック５１内を泥水で加圧し、ロック内圧を切羽圧と一致
させる。上記切断、回収作業によりシールド断面内の支
障物Ｈを完全に撤去することができる。

【００４０】本発明の切断装置２０は密閉型のシールド
掘進機であればいずれの形式であっても適用可能であ
り、土圧シールドあるいは泥土圧シールド掘進機のいず
れにも適用可能である。また、切断片の回収装置５０に
ついても、図１で説明した以外の公知の態様を採用する
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、作業員が
切羽へ出ることなく支障物をスムーズに切断、撤去する
ことができる。特に、支障物がシールド断面に対して傾
斜して出現した場合であっても、カッタの全面を支障物
の側面に的確に当接させて切断することができる。ま
た、シールド掘進時には、該切断装置をチャンバ内に格
納可能であり、装置を磨耗等による損傷から保護するこ
とができる。

【００４２】請求項２記載の発明によれば、支障物切断
装置をコンパクトな構造とすることができるため、掘削
外径も小さくすることができる。

【００４３】請求項３記載の発明によれば、ハンドの形
状を鼓型としたので、前記効果に加えて、支障物を確実
に挟持しながら切断することができるようになってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】密閉型シールド掘進機の要部を縦断して示す側
面図である。

【図２】図１に示す密閉型シールド掘進機の正面図であ
る。

【図３】切断装置２０の平面図である。

【図４】切断手段３０の側面図である。

【図５】切断装置２０の正面図である。

【図６】カッタ３２の形状の変形例を示す。

【図７】支障物Ｈの出現箇所に対応する切断装置２０の
位置関係図である。

【符号の説明】

１０シールド掘進機１２カッタヘッド１５チャンバ１８カッタヘッドの開口部２０切断装置２２支障物把持手段２４鼓型ハンド２６把持ジャッキ３０支障物切断手段３２カッタ３４回転軸３６スライドアーム３８伸縮ジャッキ４２半径方向移動ジャッキ４４俯仰ジャッキ４６装置回転モータＨ支障物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支障物の把持手段と切断手段を併設した
切断装置であって、該切断装置がカッタヘッドの開口部
から切羽側とチャンバ内に前進・後退自在に、かつ、カ
ッタヘッドの半径方向に移動自在に装備されており、前
記切断手段は、超硬ビットを表面に埋め込んだカッタを
前記カッタヘッドと平行に設けた高速回転軸の周りに形
成するとともに、該回転軸を切羽前方に伸縮自在として
なることを特徴とする密閉型シールド掘進機の支障物切
断装置。
【請求項２】前記カッタの形状が円柱状、鼓状、ラグ
ビーボール状または球状である請求項１記載の支障物切
断装置。
【請求項３】前記把持手段が支障物を挟持可能な少な
くとも一対の鼓型ハンドを有する請求項１記載の支障物
切断装置。