JPS62133296A - 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） 本発明は地中にトンネルの如き横坑を構築する場合に用
いられる大口径のシールド掘進機に関する。

（従来技術およびその問題点） 従来、大口径のシールド掘進機のカッターは、第２図に
示すように、一つの巨大な回転型カッター１００により
構成されていた。しかし、この場合、カッター自体の重
量が大きく、しかもカッターに加わるトルクも大きいた
め、カッターを支える軸受１０１や、カッター自体が巨
大化して製作費が過大となっていた。

また、土圧系の泥土加圧シールドにおいては、掘削土砂
に作泥土材を注入しシールド機内の切羽室１０２内で練
り混ぜることにより掘削土砂を泥土に変換し、この泥土
による圧力で切羽を安定させつつ掘進させるもので、掘
削土砂と作泥土材とを練り混ぜる練り混ぜ機構が掘削土
砂の泥土化にとって重要なこととなる。

しかして、大口径の場合、外周部に比べ内周部はカッタ
ー１００の移動速度が非常に遅くなるので、カッタース
ポーク１０４の漬方に設けた練り混ぜ買１（）３だけで
は、練り混ぜが不十分となるので、掘削土砂が塑性流動
化されず、掘進に支障をきたすことになる。そこで、カ
ッター１００とは別駆動の中央部練り混ぜ舅などを装備
することが必要となって製作費の増大を沼く。

（発明の目的） 本発明は上記の点に鑑み提案されたもので、その目的と
するところは、複数基のカッターと土砂押し分け装置と
を組合せて一つの大きな円形の掘削断面を得るようにし
、よって個々のカッターを通常の小ないし中口径のもの
と同程度の構造でも良くしてコスト高を抑え、かつビッ
トの摩耗も小なく、しがも練り混ぜ能力が高く、また、
カッターによって掘削されない部分も容易に掘削するこ
とのできるシールド掘進機を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は上記目的を達成するために、大口径
のシールド掘進機において、シールド掘進機の前方部に
設けられ、かつ回転自在な複数種の複数基のカッターと
、これらのカッターの非掘削部を前後動して押し分ける
土砂押し分け装置とを備え、一つの大口径の略円形の掘
削断面を得るようにしたことを要旨としている。

（作用） 複数基のカッターにより大口径の掘削断面を得るように
し、各カッター構成を通常の小、中口径のものと同程度
でも良いようにし、かつその場合、ビットの耐久性、掘
削土と作泥土材との練り混ぜ能力をも向上せしめるよう
にしたが、外周縁に内接するように配設されている複数
基の周辺カッターの外周縁とシールド外周縁により囲ま
れた略三角形の部分け周辺カッターでは掘削ができず、
シールド掘進機を掘進させると、周辺カッターでは掘削
されない地山部分が切羽面から隔壁２方向へ突き出した
状態で残ることになる。

そこで、本発明ではその部分を掘削する土砂押し分け装
置を設け、掘削されずに残っていた地山部分を押し分け
、周辺カッターのスポーク漬方に取り付けられた練り混
ぜ興により、切羽室中の泥土の中に取り込み泥土化する
ようにしたものである。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の好ましい実施例を説明する
。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、図中１はシ
ールド掘進機Ａを構成する大口径の円筒形を呈し鋼板等
よりなるシールド筒であり、前方部内周面には円板状の
隔壁２が設けられ、これにより切羽室３が形成されてい
る。

４はシールド筒１の隔壁２の前方に突出して設けられい
わゆるカッターとして機能する比較的中口径の中心カッ
ターで、この中心カッター４は、先端にフィッシュテー
ル状のセンタービット５が設けられ、かつ軸方向中心線
上に作泥土材用の注入管６ａが形成され、隔壁２中央部
に軸受７を介し置設されたセンターシャフト６と、この
センターシャフト６の前端部にボス８を介して取付けら
れ、かつ前部に多数のビット９が設けられているととも
に、後部に後方に向って延びる復数の練り混ぜ買１０が
設けられた略十字状のカッタースポーク１１にて構成さ
れている。そして、隔壁２の中央部背面には支持部材１
２が設けられ、口の支持部材１２に中心カッター用駆動
モータ１３が取付けられ、そのモータ軸に連結さ机たビ
ニオン１４が隔壁２の後方に突出したセンターシャフト
６の後部に設けられた歯巾１５と噛合し、駆動モータ１
３を駆動することにより、中心カッター４が回転するよ
う構成されている。

また、１６は中心カッター４に比べやや小口径の周辺カ
ッターで、中心カッター４の周辺に互いに離間して偶数
基設けられている。しかして、この周辺カッター１６は
中心カッター４の軸心に対し略同心円状に配設されてお
り、中心カッター４と略同様先端にフィッシュテール状
のセンターピッ１〜１７が設けられ、かつ内部の軸方向
中心線上に作泥土材用の注入管が形成され、軸受１９を
介し隔壁２に貫設されたセンターシャフト１８と、この
センターシャフト１８の前端部にボス２０を介し取付け
られＸ字状に延びるスポーク２１ａ、２１ｂおよびその
外周部を弧状に連結する弧状スポーク２１ｃにてなる扇
形のカッタースポーク２１と、このｍ形カッタースポー
ク２１の前部に設けられた多数のビット２２および後部
に設けられ、かつ後方に向かって延び長さの異なる練り
混ぜ１２３ａ、２３ｂとによって構成されている。なお
、ｍ形カッタースポークク２１はスポーク２１ａ、　２
１ｂ、　２１ｃ構造とせず扇形の面板部材とすることも
可能である。また、練り混ぜｍ２３ｂは隔壁２近傍まで
延び、かつ軸受１９付近の練り混ぜ買は軸受１９に・Ｓ
つがらないようその近傍までの短かい長さとなっている
が、軸受１９の前端が必要以上に隔壁２前方に突出しな
いものであれば各線り混ぜｖＡ２３ａ、２３ｂは同じ長
さでも良いことは勿論である。

なお、周辺カッター１６のカッタ一部は中心カッター４
より若干漬方位置に設けられ、中心カッター４の周囲に
おいて互いに適間隔をあけ、かつ相互の外周縁の軌跡が
重なるように設けられている。

この場合、各周辺カッター１６は互いに衝突しないよう
適度の位相差を付されて配設され、それぞれ略同−速度
で、かつ隣り合うもの同志が逆方向に回転される。換言
すると各周辺カッター１６は一つ置きに同一方向に回転
するようになっている。

次に周辺カッター１６の回転機構について説明する。隔
壁２の背面であって中心カッター用回転機構の周囲には
支持部材２４が設けられ、この支持部材２４には周辺カ
ッター用駆動モータ２５が設けられている。また、支持
部材２４内には２つの略リング状の第１．第２の歯車２
（ｉ、２７が前後して設けられ、かつモータ軸に前後し
て設けられた第１．第２のピニオン２８．２９が第１．
第２の歯車２６．２７にそれぞれ噛合され、第１．第２
の歯車２６．２７はそれぞれ逆方向に回転するように構
成されている。そして、一つ置きの各周辺カッター１６
のセンターシャフト１８の適位置に第１または第２の歯
車２６．２７と噛合する歯車３０．３１が設けられ、こ
れによって隣り合う周辺カッター１６が互いに逆方向に
回転される。

なお、このとき隣り合うカッターの回転速度が同じにな
るように第１．第２のビニオン２８．２９と第１゜第２
の歯車２６．２７の比を調節しておく必要がある。

また、３１は土砂押し分け装置である。すなわち、大口
径の掘削断面の外周縁に内接するように配設されている
複数基の周辺カッター１６の外周縁とシールド外周縁に
より囲まれた略三角形の部分け、周辺カッター１６のカ
ッタースポーク２１は円形をなし、周辺カッタ−１６自
体は中心カッター４の周囲を公転しないため、掘削する
ことができない。口のため、その部分を掘削すべくこの
土砂押し分け装置３１が設けられている。

この土砂押し分け装置３１は、前方に突出自在に設けら
れた土砂押し分け部３２、その背面に一端が当接され、
かつ基部３３ａが後方の反力受部３４側に設けられた土
砂押し分け装置駆動用ジヤツキ３３とを備え、土砂押し
分け部３２、ジヤツキ３３等はシールド筒１内であって
隔壁２の外周の一部において後方に向かって形成された
室３５内に収納されている。また、土砂押し分け部３２
の先端部分け略三角錐の形状をなし、シールド筒１の前
方部内周壁と離間・対向する外周壁３２ａと、この外周
壁３２ａの中央部を頂部に向かって左右から盛り上がっ
ていく凹状の弧面なす三角形３２ｂ、　３２ｃとにて形
成されている。

ざらに、３６は坑内側に設けられたスクリューコンベア
で、その前端３６ａは隔壁２の下部と接続され、かつ後
端に設けられたスクリュー駆動用モータ３７を駆動する
ことにより切羽室３内の泥土等を内部に取り込み排出す
るものである。なお、図中ではスクリューコンベア３６
は一基であるが、必らずしも一基に限定されるものでは
なく、複数基の設置も可能である。

３８はオイルジヤツキで、前端はシールド筒１の内壁面
に立設された反力受部３４側に、また、俄端は後方の反
力受３９に当接させられている。

しかして、上記オイルジヤツキ３８は、切羽室３に充満
された泥土の圧力を一定に保つため、スクリューコンベ
ア３Ｇの泥土の排出倦を考慮しつつ駆動され、シールド
筒１を前進させる。この場合、切羽室３内の泥土の圧力
は、切羽室３に面した隔壁２の適箇所に設けた圧力計（
図示せず）によって検出される。

その他、４０は土砂押し分け部３２の周囲に設けられた
シール、４１．４２はそれぞれ第１．第２の歯車２６゜
２７を支持する軸受である。

次に本発明の動作について説明する。

掘削断面が円形のシールド掘進機において、その断面の
半径よりも短かい直径である偶数基の周辺カッター１６
をそれぞれのカッターの掘削円がシールド飄進ｔｊｌＡ
の庇削断面円の内側に接するように配設してあり、また
、それぞれの隣り合う周辺カッター１６の中心を結ぶと
正多角形を形成するようになっており、かつ多角形の一
辺の長さが周辺カッター１６の半径よりも長く直径より
も短か（なっている。さらに、シールド掘進機Ａの掘削
断面中心にも中心カッター４が配設されていて、前記周
辺カッター１６と接触することのないようにそれらの前
方に位置している。

そして、いま、土砂押し分け装Ｖ１３１の土砂押し分け
部３２を縮めた状態でシールドを掘進させる場合、略中
口径の中心１周辺カッター４．１６を複数基組合せるこ
とにより大きな円形断面を掘削するようにしているため
、個々のカッターは通常の小ないし中口径シールドのカ
ッターと構造的に同程度のものでよい。また、各カッタ
ー相互は、それぞれの掘削面が重なっているので、ピッ
トの摩耗も少なく、さらに個々の中間カッター径が比較
的小さいので、カッターの外周部と内周部でのカッター
スポークの移動速度に大きな違いはなく、また、回転方
向の異なるカッターの回転円が互いに干渉し合っている
ので、練り混ぜ能力が非常に高い状態で掘進を行うこと
ができる。

なお、この場合において、カッターでは掘削されない地
山部分が切羽面から隔壁方向へ突き出した状態で残るこ
とになる。この時、土砂押し分け装置３１をジヤツキ３
３により駆動し土砂押し分け部３２を前方へ押し出すと
、掘削されずに残っていた地山部分が土砂押し分け部３
２の三角部３２ｂ、　３２ｃを介し両側へ押し分けられ
て周辺カッター１６のスポーク後方に取り付けられた練
り混ぜｉｌｌ　２３ｂにより、切羽室３中の泥土の中に
取り込まれ泥土化される。

すなわち、各カッター４．１６により掘削される切羽の
掘削土は、切羽室３に取込まれるが、この掘削土を切羽
の地山と同程度の中位体積重用と含水比を有し、かつ塑
性″ｌ動性と不透水性のある泥土に変換するために各セ
ンターシャフト６．１８の後端部に設けられたスイベル
ジヨイント４３°、４４を介し外部から作泥土材が注入
され、この作泥土材はセンターシャフト６．１８の内部
の注入管６８等を通ってその先端部から外部に注入され
、かつ掘削土と作泥土材は練り混ぜｖｌＪ　１０．２３
ａ、　２３ｂ等によって練り混ぜられ泥土化される。

したがって、土砂押し分け装＠３１によって未掘削の地
山部分を押し分けるとき未掘削の地山部分の両側は、塑
性流動化した泥土なので押し分けが容易に行なわれる。

なお、泥土は隔壁２前部の切羽室３とスクリューコンベ
ア３６内に充満し、オイルジヤツキ３８により加圧して
、泥土に圧力を発生させて、この泥土により切羽の崩壊
を防止しながら、排土と掘進を行なうものである。

上記実施例において注入管６ａヤセンターシヤフト１８
の注入管はセンターシャフトの先端にその噴出口が形成
されているが、隔壁２やカッタースポーク１１．２１等
さらには練り混ぜ３５１１１１．２３ａ、　２３１適箇
所に設けても良い。なお、地山にシルト、粘土弁などが
多く含まれている場合は、例えばベントナイト溶液、Ｃ
ＭＣなどの作泥土材を注入しなくても良い。

また、周辺カッター１６の回転機構は駆動モータを制御
するなどして電気的方法によって行うようにしても良い
。

ざらに、中間カッターは地山が軟弱な土質であればその
カッターの掘削内が必ずしも重なる必要はなく、その場
合、周辺カッター１６の駆動はそれぞれ独立させて構成
することも可能である。

また、カッターの配置関係は中心カッター４を後退させ
、周辺カッター１６を前方へ突出させても良い。

また、上記において泥土加圧シールドに本発明を適用し
た場合について説明したが、泥水加圧などの他のメカニ
カルシールドに適用することも可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、大口径のシールド掘削機
において、シールド掘進機の前方部に設けられ、かつ回
転自在な複数種の複数基のカッターと、これらのカッタ
ーの非掘削部を前後動して押し分ける土砂押し分け装置
とを備え、一つの大口径の略円形の掘削断面を得るよう
にし、小ないし中口径のカッターを複数基組合せること
により大口径シールドのカッターとしたから、個々のカ
ッターにかかるトルクが小さくなるため、個々のカッタ
ーは通常の小、中口径シールドのカッターと構造的に同
程度のものでよく、そのため製作費を軽減することがで
きる利点がある。

また、中心カッターおよびその周辺に設けられるカッタ
ーは、それぞれの掘削面が重なっているので、ビットの
摩耗も少なくなる。

さらに、個々のカッター径が大口径でないので、カッタ
ーの外周部でのカッタースポークの移動速度に大きな違
いはなく、また、回転方向の異なるカッターの回転円は
互いに干渉し合っているので、練り混ぜ能力が非常に高
い利点がある。

また、カッターによる非掘削部分け土砂押し分け装置に
よって掘削することができ、全体として一つの大口径の
略円形をなす掘削断面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例で、（イ）は正面図、（ロ）
は側断面図、第２図は従来例である。 Ａ・・・・シールド掘進機、４・・・・中心カッター、
１Ｇ・・・・周辺カッター、３１・・・・土砂押し分け
装置は７７する−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 大口径のシールド掘進機において、シールド掘進機の前
   方部に設けられ、かつ回転自在な複数種の複数基のカツ
   ターと、これらのカツターの非掘削部を前後動して押し
   分ける土砂押し分け装置とを備え、一つの大口径の略円
   形の掘削断面を得ることを特徴としたシールド掘進機。