JPS62129499A - シ−ルド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はシールド工事において用いられるいわゆる土圧
バランス型のシールド掘進機に関するものである。

狐漣ヱυ丸黴 土圧バランス型のシールド掘進機は、一般に、その前面
に回動可能に配設されたカッターヘッドと、その後方に
配設されたバルクヘッドとの間に圧力室を形成し、この
圧力室内の土圧を切羽土圧とバランスさせている。さら
に、切羽土圧とバランスさせるべき圧力室内の土圧を一
定に保持しつつカンタ−ヘッドにより掘削された土砂を
外部に排出する目的で、シールド掘進機には通常はスク
リューコンベヤ部材を有する排土装置が設けられている
。そして、圧力室内における土圧を一定に保持するため
にはシールドジヤツキの推進速度と、排土装置による排
土量、すなわちスクリューコンベヤ部材の回転速度とを
それぞれ適宜調整する必要がある。しかるに上記のごと
き調整操作によって圧力室内の土圧を一定に保つことは
困難である。

かかる困難性の解消を意図するものとして特開昭５８−
１７３２９８号公報には、バルクヘッド自体を回動可能
とすると共に前後方向にも移動可能とし、さらに排土装
置としてのスクリューコンベヤ装置をバルクヘッドの中
心部に挿通したシールド掘進機が開示されている。この
既知のシールド掘進機は、地盤の性情が全施工区間にわ
たってほぼ一様とみなせる施工条件下では圧力室内の土
圧を比較的容易にほぼ一定に保持して切羽土圧に対する
望ましいバランス状態を達成しうる利点を有する反面、
その構成に由来する下記のごとき問題点を有するため実
用に供しうるものとは言いがたい。

明が解決しようとする問題寺 上述した既知のシールド掘進機においては、先ず、バル
クヘッド自体が回動可能であり、しかも前後方向にも移
動可能であるため、バルクヘッドの駆動装置の構成が大
がかりなものとなり、掘進機内の有効利用スペースが著
しく減少する。しかも、土圧作用面積の大きなバルクヘ
ッドを前後方向に移動させるためには大出力の駆動装置
が必要とされる。さらに、圧力室内の土砂の排出に供す
るスクリューコンベヤ装置は、バルクヘッドが回動可能
であることに伴なって必然的にバルクヘッドの中心部に
配置せざるを得す、これによっても掘進機内のスペース
の有効利用がはかれないことは勿論、スクリューコンベ
ヤ装置の先端部を圧力室内における最高排土効率の得ら
れる領域に配置することが困難となる。

なお従来の土圧バランス型シールド掘進機においては施
工途中での地盤の性状の変化に際して地盤改良工事のみ
では対処しえず、計画どおりの施工が困難となり、最悪
の場合には工事の中止すら検討せざるを得ないことがあ
る。これは、もっばら切羽土圧と圧力室内の土圧とを地
盤の性状の変化に際して適切にバランスさせることの困
難性に起因するものである。

本発明は、従来技術における上記のごとき諸欠点を一挙
に解決することのできる改良された土圧バランス型のシ
ールド掘進機を提案することを目的としている。

、ｊＩ題点を′Ａｒ′決するための　段この目的を達成
するため、本発明によるシールド掘進機は、その前面に
回動可能に配設されたカッターヘッドと、このカッター
ヘッドの後方に固設されたバルクヘッドとを具え、前記
カッターヘッドおよびバルクヘッドの間に圧力室が形成
され、さらに、前記カッターヘッドにより掘削された土
砂を前記バルクヘッドに形成された排土開口を通して前
記圧力室内から排出するための排土装置をシールド掘進
機の内部に具えるものにおいて、前記排土装置として、
前端部が前記バルクヘッドに固定された管状ケーシング
と、この管状ケーシング内に回動可能に配置されたスク
リューコンベヤ部材と、このスクリューコンベヤ部材を
前記管状ケーシングに対しその軸線方向に変位させるた
めの駆動手段とを具えるスクリューコンベヤ装置を設け
、前記駆動手段により前記スクリューコンベヤ部材を、
その全体が前記管状ケーシング内に収められる第１の作
動位置と、その先端部のみが前記圧力室内に突出する第
２の作動位置との間で軸線方向に変位可能としたことを
特徴とするものである。

作　　　用 本発明の上記構成によれば、排土装置のスクリューコン
ベヤ部材のみをその先端部が圧力室内に突出する作動位
置と全体が管状ケーシング内に収められる作動位置との
間で軸線方向に変位させて圧力室内の土圧を地盤の性状
の変化に起因する切羽土圧の変動に対して適切に制御す
ることが可能となる。なお、土圧作用面積の比較的小さ
な排土装置のスクリューコンベヤ部材のみを軸線方向に
変位させるため、その駆動手段は比較的小出力のもので
良いことは勿？　　　　更に、前述の従来技術における
ごとく　　　　、ドを回動可能とする必要がないため、
排土装置のスクリューコンベヤ部材をシールド掘進機内
のスペースの有効利用がはかれ、しかも圧力室内におけ
る最高排土効率の得られる領域に配置することが可能と
なる。

実施例 以下、本発明を図示の実施例について一層具体的に説明
する。

第１図および第２図は本発明の一実施例によるシールド
掘進機の要部を示すものである。この掘進機は円筒形状
のシールドスキン１を具え、その前端部にはカッターヘ
ッド２が回動可能に配設されている。カッターヘッド２
の後方でシールド掘進機にはバルクヘッド３を固定し、
このバルクヘッド３とカッターヘッド２との間に画成さ
れるスペースを圧力室４とする。カッターヘッド２の駆
動軸５はバルクヘッド３の中央を貫通させて掘進機内ま
で延在させる。バルクヘッド３の中央には駆動軸５の軸
受６を配置する。バルクヘッド３に台座７を設け、この
台座には複数の油圧モータ８を駆動軸５を中心として例
えば等角度間隔に配置する。油圧モータ８と駆動軸５と
は駆動歯車機構９を介して連結する。図面には更にシー
ルドジヤツキ１０およびセグメント１１の組立てに供す
るエレクタの一部１２が示されているが、これらはいず
れも既知の構成に係るものであるため、説明を省略する
。

本実施例においては、バルクヘッド３の底部に圧力室４
に通じる排土開口１３を形成し、さらに、図示しない駆
動装置により駆動されて排土開口１３を開放または閉鎖
することにより開度を例えば連続的に設定することので
きるゲート部材１４を排土開口１３に関連させて配置す
る。カンタ−ヘッド２により掘削されて圧力室４内に送
込まれた土砂を外部に排出するための排土装置は、スク
リューコンベヤ装置１５により構成する。スクリューコ
ンベヤ装置１５は、前端部が排土開口１３に隣接する位
置でバルクヘッド３に固定され、後端側がブラケット１
６を介してシールドスキン１の内周において支持されて
いる管状ケーシング１７を有する。管状ケーシング１７
内にスクリューコンベヤ部材１８を回動可能に配置する
。管状ケーシング１７の後端にはスクリューコンベヤ部
材１８を回動させるための油圧モータ１９を配置する。

管状ケーシング１７の後端と油圧モータ１９との間に油
圧ジヤツキ２０Ａ　、　２０Ｂを配置し、これら油圧ジ
ヤツキを作動させることにより管状ケーシング１７に対
して油圧モータ１９をスクリューコンベヤ１８と一体的
に軸線方向に変）古させうる構成とする。なお管状ケー
シング１７の後端部側面には排土開口２１を形成し、こ
の排土開口２１を油圧ジヤツキ２２により作動させるこ
とのできるゲート部材２３によって開閉可能とする。さ
らに、本実施例においてはバルクヘッド３の適宜の部位
に圧力室４内の土圧を計測するための土圧計２４を配置
する。この土圧計に加えて、カッターヘッドの駆動トル
ク、シールドジヤツキ推力、シールド掘進機の推進速度
、スクリューコンベヤ部材の回転速度および駆動トルク
、切羽水圧等の各種パラメータに対応する検出機を適宜
配設し、これら検出典の出力信号を土圧計２４の出力信
号と共に適当な制御回路に供給し、この制御回路によっ
て例えば後述のごとく排土装置の作動を制御する構成と
することができる。

上述の構成に係るシールド掘進機において、圧力室４内
の土圧を切羽土圧とバランスさせると共に掘削された土
砂を圧力室４内より外部に排出するに際しては、スクリ
ューコンベヤ装置１５を下記の態様をもって作動させる
。

先ず、切羽が適度に細粒分を含有し、または加泥された
土砂、したがって流動性の良好な砂礫層などよりなる場
合、バルクヘッド３に設けたゲート部材１４を開放位置
に保持して排土開口１３を開放状態としておき、さらに
スクリューコンベヤ部材１８はその全体を管状ケーシン
グ１７内に収めた状態で油圧モータ１９によりスクリュ
ーコンベヤ部材１８を駆動する。カッターヘッド２によ
り切羽から掘削された土砂は、カッターヘッド２により
圧力室４内に送込まれ、切羽の土砂とバランスさせる圧
力を圧力室４内に生じる。圧力室４内の圧力を土圧計２
４により検出し、各施工工区ごとに予め設定されている
切羽の管理土圧との差が減少するようにスクリューコン
ベヤ部材１８の回転速度を制御する。スクリューコンベ
ヤ部材１８の作動により、圧力室４内の土砂がバルクヘ
ッド３の排土開口１３および管状ケーシング１７を経て
排土開口２１からシールド掘進機内に送込まれ、これよ
り適宜の搬送手段によって外部に排出されることは勿論
である。

切羽が水分を過剰に含有する滞水砂層などよりなる場合
には、圧力室４内の土砂がスクリューコンベヤ装置によ
って過剰に排出され、切羽土圧とバランスさせるべき圧
力を圧力室４内で維持することが困難となる。このこと
は、スクリューコンベヤ装置の排土開口２１から排出さ
れる土砂の性情を観察することにより、また土圧計２４
で検出する圧力室４内の圧力低下によっても確認するこ
とができる。かかる場合には、バルクヘッド３の排土開
口１３の開度をゲート部材１４によって変化させると共
にスクリューコンベヤ部材１８の駆動を中断する。かく
して圧力室４内の圧力は所要レベルに維持することが可
能となるものである。

切羽が流動性の悪い粘土層などよりなる場合には、バル
クヘッド３に設けたゲート部材１４を開放位置に保持し
て排土開口１３を開放状態としておき、さらに、第２図
に示すごとく油圧ジヤツキ２０Ａ　。

２０Ｂによりスクリューコンベヤ部材１８をその先端部
が圧力室４内に突出する作動位置まで軸線方向に変位さ
せる。これにより、切羽から掘削されて圧力室４内に押
込まれている土砂をスクリューコンベヤ部材１８によっ
て積極的に排土装置内に取込んで外部に排出することが
可能とする。

本発明によるシールド掘進機を用いてシールド工事を遂
行するにあたっては、各施工工区について望ましくは施
工の直前に切羽の管理土圧を設定し、この管理土圧と圧
力室内の土圧との差を減少させるようにシールド掘進機
の作動を制御する。

その管理土圧の設定に際しては、圧力室内の土圧および
／または水圧の変動、シールドジヤツキの所要推力の変
動、排出される土砂の性状の変化等の各パラメータをシ
ールド掘進機の後方に配置した台車の監視盤により監視
し、地盤の性状の変化に起因する切羽土圧の変動を経験
則に基いて予測する。さらに、管理土圧と圧力室内の土
圧との差を減少させるための一手段として、排土装置の
スクリューコンベヤ部材の第１図および第２図に示す作
動位置間での軸線方向変位、スクリューコンベヤ部材の
回転速度、ならびにスクリューコンベヤ部材が第１図に
示す作動位置にあるときのバルクヘッドにおける排土開
口の開度設定の少なくとも１つを例えば適当な判別機能
を有する制御回路によって自動的に制御可能とするのが
望ましい。

上述したごとく、本発明によれば、地盤の性状の変化に
対応して排土装置のスクリューコンベヤ部材を圧力室に
対して軸線方向に適宜進退させうる構成としたことによ
り、圧力室内の圧力を切羽の管理土圧に対して正確にバ
ランスさせることが可能となり、圧力室内の土圧値の変
動幅を減少させることができるため切羽の崩壊を防止し
うると共にカッターヘッドに異常な負荷が作用する事態
を効果的に回避することが可能となる。また、従来のシ
ールド掘進機では例えば砂礫地盤の掘進時に排土開口か
らの出水に伴なう細粒分流出によってスクリューコンベ
ヤ部材が回転不能となったり、粘土質の地盤では圧力室
内に土塊が残り、排土装置に詰まりが生じて土砂の移送
能力が実質的になくなる等の不都合が生じていたが、本
発明のシールド掘進機では上記のごとき事態に際してス
クリューコンベヤ部材を軸線方向に変位させることによ
って直ちに初期性能を回復することが可能となるもので
ある。さらに、地盤の性状の変化に対応して軸線方向に
変位可能とする部材が排土装置のスクリューコンベヤ部
材であるため、スクリューコンベヤ部材をシールド掘進
機内における最高排土効率の得られる領域、特に圧力室
内の下側領域に対応する部位に配置することも可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例によるシール
ド掘進機を異なる作動位置で示す縦断面図である。 １・・・シールドスキン　　２・・・カンタ−へソド３
・・・バルクヘッド　　　４・・・圧力室１３・・・排
土開口　　　　　１４・・・ゲート部材１５・・・排土
装置　　　　　１７・・・管状ケーシング１８・・・ス
クリューコンベヤ部材 １９・・・油圧モータ　　　　２ＯＡ、　２０Ｂ・・・
油圧ジヤツキ２４・・・土圧計

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールド掘進機の前面に回動可能に配設されたカッ
   ターヘッドと、このカッターヘッドの後方に固設された
   バルクヘッドとを具え、前記カッターヘッドおよびバル
   クヘッドの間に圧力室が形成され、さらに、前記カッタ
   ーヘッドにより掘削された土砂を前記バルクヘッドに形
   成された排土開口を通して前記圧力室内から排出するた
   めの排土装置をシールド掘進機の内部に具えるものにお
   いて、前記排土装置として、前端部が前記バルクヘッド
   に固定された管状ケーシングと、この管状ケーシング内
   に回動可能に配置されたスクリューコンベヤ部材と、こ
   のスクリューコンベヤ部材を前記管状ケーシングに対し
   その軸線方向に変位させるための駆動手段とを具えるス
   クリューコンベヤ装置を設け、前記駆動手段により前記
   スクリューコンベヤ部材を、その全体が前記管状ケーシ
   ング内に収められる第１の作動位置と、その先端部のみ
   が前記圧力室内に突出する第２の作動位置との間で軸線
   方向に変位可能としたことを特徴とするシールド掘進機
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載のシールド掘進機におい
   て、前記スクリューコンベヤ部材が前記第１の作動位置
   にあるときに前記バルクヘッドの開口部の開度を変化さ
   せることのできるゲート部材およびその駆動手段を設け
   たことを特徴とするシールド掘進機。 ３、特許請求の範囲第２項記載のシールド掘進機におい
   て、前記圧力室内における土圧を検出するための検出手
   段を具え、この検出手段により検出した前記圧力室内の
   土圧と各施工工区ごとに予め設定される管理土圧との差
   に基いて前記第１および第２の位置間での前記スクリュ
   ーコンベヤ部材の軸線方向変位、前記スクリューコンベ
   ヤ部材の回転速度、ならびに前記スクリューコンベヤ部
   材が前記第１の位置にある場合には前記バルクヘッドの
   開口部の前記ゲート部材による開度設定の少なくとも１
   つを、前記圧力室内の土圧と前記管理土圧との差を減少
   する方向に制御する制御装置を設けたことを特徴とする
   シールド掘進機。