JPH02183092A - シールド掘進機のカッタシール給脂方法および給脂装置 - 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、シールド掘進機のシールド本体とカッタホイ
ールとの間に設置されたカッタシールの摺動面を潤滑す
るとともに、シール背圧をシール前面に働く切羽水圧に
対抗させてシール摺動面圧を軽減するためのカッタシー
ル給脂方法および給脂装置に関する。

〔従来の技術〕

従来技術として、カッタシールを備えたシールド掘進機
の例を第３図に示し、そのカッタシール部の詳細構造を
第４図に示す。１はシールド本体、２はカッタホイール
、３はカッタベアリング、４はカッタ駆動装置、５，６
はカッタホイール２に駆動力を伝達するピニオンおよび
旋回ギヤ、７はカッタホイール２の外周部とシールド本
体１のフ−ド部」ａとの間に設置されたカッタシール、
８はカッタホイール２の内周部とシールド本体１の隔壁
１ｂとの間に設置されたカッタシールであり、カッタシ
ール７．８としては、一般に第５図に示すような複数の
リップを持つゴム製シールを用い、複数段のシールをシ
ール押え１２によりシールド本体１側に装着している。

９，１０はカッタシール７゜８の股間に形成されたグリ
ース注入部であり、ここにグ′リースを注入してシール
摺動面の潤滑を行っている。１１は掘削土砂を取り込む
カッタチャンバであり、カッタシール７．８はそれぞれ
切羽側からカッタ駆動部への土砂、地下水の侵入を防止
する土砂シールとして働く。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在、シールド工事において対象とされる切羽土庄なら
びに切羽水圧は、はとんどが５ｋｇｆ／ｆｆｌ以下であ
る。しかし、シールド工事が多様化し、士かぶりの高い
高深度トンネルや海底下トンネル建設の需要が増えるに
従い、シールド工事における土庄、水圧も５ｋｇｆ／ａ
＃を超える高圧となる場合が増えつつある。

カッタシールとして一般に使用されているリップシール
は５ｋｇｆ／ｃｎを超える高士圧、高水圧下では、第６
図に示すようにリップ同士が重なり合った状態に変形し
てシール性能の低下を来たしたり、シール摺動面圧の高
まりによる異状発熱のためシール材質が劣化する等の問
題が生じる。

この問題に対処するため本発明者は１本出願人が先に出
願した実願昭６３−２５９２５号において、カッタシー
ルの最終段にのみリップ厚、リップ間隔を大きくした高
耐圧のシールを用い、シール間のグリース注入圧を切羽
水圧より高い圧力に保持し、そのグリース注入圧でシー
ル背圧を立てることにより、最終段シール以外は比較的
耐圧の低い一般用シールを用いて、小スペースで高士圧
、高水圧下でのシール機能を確保することを提案した。

しかし、グリース注入によるシール背圧の管理は次の点
で難しい。

（１）半固体状のグリースは、注入時に空気の排除が容
易に行えず、グリース間に残留する空気の圧縮性により
、切羽水圧に対抗するシール背圧を立てにくい。また、
空気抜きが十分でないと、潤滑不良の原因にもなる。

（２）一般にグリースポンプは潤滑用として設計されて
おり、吐出量が少ないため、シール前面の切羽水圧が急
激に上昇した場合、それに追従してシール背圧を高める
ことが困難である。

一方、カッタシールの潤滑剤としてグリースが使用され
る理由は次の点にある。

（３）グリースの粘性が高いことから、シール摺動面が
少々損傷しても充填したグリースが抜けることはなく、
またリップ内に土砂、地下水が侵入しにくい。

（１）については、本発明者の実験からグリース間の完
全な空気抜きは実際上不可能であることがわかった。ま
た、潤滑に支障のない程度にグリースをシール間に充填
し空気を排除するのに、通常シールド掘進機に装備され
ているグリースポンプでは数日を要することも確認され
た。

（２）については、シール前面水圧の変化に対するグリ
ース注入圧の追従能力の実験結果を第７図。

第８図に示す。この実験は、シール摺動ｍｉ径３ｍφ、
グリースちょう度番号Ｏ号、グリース注入ｉｔ　０　、
０３７　Ｑ　／　ｆｆ１ｉｎの条件で行ったもので、第
７図はシール前面水圧を３ｋｇｆ／ｄから１０ｋｇｆ／
ａ＋！に急上昇させた場合、第８図は同じ＜６ｋｇｆ／
ｃｄから１０ｋｇｆ／ａｌに急上昇させた場合のグリー
ス注入圧（シール背圧）の立ち上り状況を示している。

これらの事実は、高深度で使用されるシールド掘進機が
発進初期に立坑周辺の薬液注入ゾーンを越えて高水圧を
受けた時のようにシール前面水圧が急激に上昇した場合
、グリース注入圧によりシール背圧を切羽水圧に対抗さ
せてシール機能を確保することが非常に難しいことを示
しており、シール背圧の立ち上り過程で長時間にわたり
過大な摺動１■圧を受けてシールが発熱し劣化する恐れ
がある。

潤滑剤として液状のオイルを使用すれば、注入時の空気
の排除が容易であり、またポンプ容量も大きくできるこ
とから、上記のような問題はないが、オイルはグリース
に比べて粘度が低いため、カッタシールのようにリップ
シールを用いる場合には、シール摺動面の少しの傷でオ
イルが抜け。

シール背圧を維持できなくなる。また、リップ内に土砂
、地下水が侵入しやすい点が劣る。

本発明は上記の点にかんがみなされたもので、その目的
は、空気を完全に排除してシール間にグリースを充填す
ることにより、残留空気による潤滑不良をなくし、かつ
シール前面水圧に対抗するシール背圧を立てやすくする
ことにある。さらに他の目的は、シール前面水圧が急激
に上昇した場合、それに追従してシール背圧を高めるこ
とにより、シールの発熱による劣化を防止し、高土圧。

高水圧下でのシール機能を確保することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、シー
ルド本体とカッタホイールとの間に配置面された複数段
のシール間に潤滑剤としてグリースを注入する際、グリ
ース注入と同時に、またはそれより先にオイルを注入し
てシール間より空気を排除した後、注入したオイルをグ
リースに置換することを特徴とする 請求項２記載の発明は、シールド本体とカッタホイール
との間に配置された複数段のシール間に潤滑剤としてグ
リースとオイルを同時に注入できるように、比較的高圧
小流量のグリース注入装置と比較的低圧大流量のオイル
注入装置をそれぞれの注入口に接続して設けたことを特
徴とする。

さらに請求項３記載の発明は、シール前面に働く切羽水
圧を計測する手段と、該切羽水圧計測手段の出力に対応
して前記オイル注入装置の注入圧力を設定する圧力制御
手段を備えたことを特徴とする。

〔作　用〕

液状のオイルは、シール間に注入した場合、空気を排除
することが容易である。そこで、請求項１記載の発明で
は、シール間へのグリース注入と同時に、またはそれに
先立ってオイルを注入し。

シール間の空気を一旦オイルに置換した後、注入したオ
イルをグリースに置換するものである。この方法によっ
て、シール間に空気を残さずにグリースを充填すること
ができる。注入したグリースの間にオイルが残留しても
シール摺動面の潤滑およびシール背圧の維持という点で
は何ら支障がない。

発進初期にシールド掘進機が地山に貫入し、高水圧を受
けた場合、シール間の空気を排除してグリースを充填し
てあっても、後段シールの変形などによってグリース注
入圧はシール前面水圧の急激な上昇に追従できず、シー
ル前面水圧に対抗するシール背圧が立つまでにかなり時
間がかかる。

しかし、請求項２記載の発明では、グリース注入と同時
に、シール前面水圧の急上昇に対応できるだけの大流量
を持つオイル注入装置からシール間にオイルを注入する
ことで、シール前面水圧の急上昇に追従してシール背圧
を高めることができる。

第９図にグリース注入圧のみでシール前面水圧の急上昇
に対応させた場合のシール背圧の立ち上り状況を示し、
第１０図にグリースとオイルの同時注入でシール前面水
圧の急上昇に対応させた場合のシール背圧の立ち上がり
状況を示す６すなわち、グリースとオイルを同時注入し
た場合は、グリース注入圧が立ち上るまでの間、シール
前面水圧の急上昇に追従して立ち上るオイル注入圧によ
って、前段シールの摺動面圧が過大にならない程度のシ
ール背圧が保持され、グリース注入圧のみでシール前面
水圧の急上昇に対応させた場合のように、グリース注入
圧が立ち上るまでの間、シールが過大な摺動面圧を受け
ることがないので、シールの異常発熱による劣化を防止
し、シール寿命を延ばすことができる。

請求項３’ｉｅ載の発明では、シール前面水圧が急上昇
した場合、圧力制御手段が切羽水圧計測値に対応した設
定圧力までオイル注入圧を自動的に引き上げ、シール前
面水圧の急上昇に追従してシール背圧を高める働きをす
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

カッタシールの構成段数および使用するシールの種類は
任意であるが１本例では、シールド本体１とカッタホイ
ール２の間に配置するカッタシールの前２段に第５図に
示したような複数リップのシール２１．２２を土砂シー
ルとして用い、最終段には潤滑性の良い１枚リップのシ
ール２３を前段シールの背圧を維持するための背圧シー
ルとして配置している。最終段シール２３は、背圧維持
のため必要な耐圧を持ったものとする。

グリース注入装置３０は、グリースタンク３１に叶えら
れたグリースをモータ駆動のグリースポンプ３２により
グリース分配弁３３、逆流防止弁３４．３５を介して各
段シール間のグリース注入口３６．３７へ圧送する。一
方、オイル注入装置４ｏは、オイルタンク４１に貯えら
れた潤滑オイル（例えばギヤオイル）をモータ駆動のオ
イルポンプ４２によりオイル分配弁４３、逆流防止弁４
４．４５を介して各段シール間のオイル注入口４６．４
７へ圧送する。オイルポンプ４２とオイル分配弁４３の
間には、オイル注入圧を設定値に保持するための圧力制
御弁４８と圧力計４９が接続されている。

ここに使用されるグリースポンプ３２は、切羽水圧（例
えば１０ｋｇｆ／ｃｉ）に対抗してシール摺動面の潤滑
に必要な量のグリースを供給できる高圧小容量ポンプ（
例えば、最高吐出圧力１４０ｋｇｆ／Ｊ、吐出量０．０
３７　Ｑ　／ｗｉｎ）であり、オイルポンプ４２は、シ
ール前面水圧の急上昇に対応できる低圧大容量ポンプ（
例えば、最高吐出圧力１０ｋｇｆ／ｃｉ、吐出量４．２
Ｑ／ｍ１ｎ）である。

次に、カッタシール給脂装置としての作用を説明する。

シールド掘進機の現場組立完了後、掘進開始前にグリー
スポンプ３２．オイルポンプ４２を駆動して。

グリースとオイルをシール間に同時注入する。オイルポ
ンプ４２の吐出量はグリースポンプ３２の吐出量より２
桁以上大きいので、最初、シール間の大部分にオイルが
充満し５空気を排除する。その後。

グリース注入が進むにつれて先に注入したオイルはグリ
ースに置換されて流出し、グリース間に空気でなく、オ
イルが残留した状態となる。シール上部からグリースが
溢れるまでグリースを充填したところで掘進を開始し、
その後もグリースとオイルの注入を続ける。

発進初期にシールド掘進機が立坑周辺の薬液注入ゾーン
を越えるまでは、シール前面圧は１ｋｇｆ／ｄ程度であ
り、シール背圧もこれを若干上回る程度の圧力に保たれ
る。シールド掘進機が薬液注入ゾーンを越えて高水圧を
受けると、シール前面水圧の急激な上昇に対応して、圧
力制御弁４８の設定圧力までオイル注入圧が上昇し、オ
イルポンプ４２から吐出されるオイルがシール間に流入
して。

第１０図に示すようにシール背圧を高め、グリース注入
圧が立ち上るまでの間、土砂シール２１．２２の摺動面
圧をシールの異常発熱が生じない程度に抑える。この間
のシール前面水圧とシール背圧（オイル注入圧）との差
が５ｋｇｆ／ｃｄ以内であれば、一般用シールでもシー
ル寿命を著しく縮めることはない。したがって、切羽水
圧をｌｏｋｇｆ／ａ＃とすれば、オイル注入圧は５〜１
０ｋｇｆ／ｃｄの範囲に設定されていればよいことにな
る。

オイル注入圧は、予想される切羽水圧に基づいてあらか
じめ設定しておいてもよいし、あるいは地山貫入時の切
羽水圧計測値に基づいてそれに対応するオイル注入圧を
設定し、それまではオイルの損失を少なくするため、配
管抵抗に打ち勝ってオイルを注入できる程度の低い値に
設定しておいてもよい。

第２図はオイル注入圧の自動設定機能を付加した本発明
の他の実施例を示す。図中、第１図と共通の部分につい
ては同一符号を付して示すのみで説明を省略する。本実
施例では、１段目シール２１に働く切羽水圧の計測手段
として圧力センサ５０を備え、該圧力センサ５０の出力
信号を信号増幅器５１を介して制御演算器５２に入れ、
関数発生器等により切羽水圧の計測値に対応したオイル
注入圧を設定するための制御信号を取り出し、これをパ
ワー増幅器５３で電流に変換し電磁比例圧力制御弁４８
′の入力端子とすることにより、シール前面に切羽水圧
を受けるまでは、オイル注入圧を配管抵抗に打ち勝つ程
度の低い値に抑え、切羽水圧を受けた時点でそれに対応
した値にオイル注入圧を設定する。

このようなオイル注入圧の自動設定機能を持たせること
により、掘進中の予測できない切羽水圧の変化に対して
も、それに追従してオイル注入圧を変化させ、シール背
圧を適切に管理することができる。

〔発明の効果〕

請求項１記載の発明では、グリース注入と同時に、また
はそれに先立って行うオイル注入により、空気を完全に
排除してシール間にグリースを充填できるので、残留空
気による潤滑不良を防止し。

またシール背圧をシール前面水圧に対抗させることが容
易となる。

請求項２記載の発明では、シール間にグリースとオイル
を同時注入できるように、高圧小流鳳のグリース注入装
置と低圧大流量のオイル注入装置を備えたことにより、
空気を排除してグリース充填ができるとともに、発進初
期にシールド掘進機が薬液注入ゾーンを越えて高水圧を
受けた場合。

オイル注入圧によりシール前面水圧の急上昇に追従して
シール背圧を高め、グリース注入圧が立ち上るまでの間
、前段シールが過大な摺動面圧を受けて発熱し劣化する
ことを防止でき、グリース潤滑とオイル潤滑の両方の長
所を生かして高土圧。

高水圧下でのシール機能を確保することができる。

さらに請求項３記載の発明によれば、オイル注入圧をシ
ール前面水圧に対応した値に自動設定できるので、予測
できない切羽水圧の変化に追従してオイル注入によるシ
ール背圧の管理を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の一部断面で示した構成説
明図、第２図は本発明の他の実施例の一部断面で示した
構成説明図、第３図は従来のカッタシールを備えたシー
ルド掘進機の例を示す断面図、第４図はその方ツタシー
ル部詳細図、第５図は一般用力ッタシールの断面図、第
６図はカッタシールの変形状態を示す断面図、第７図、
第８図はシール前面水圧の変化に対するグリース注入圧
の追従能力実開図、第９図はグリース注入のみで切羽水
圧の急上昇に対応させた場合の切羽水圧とシール背圧の
関係図、第１０図はグリースとオイルの同時注入で切羽
水圧の急上昇に対応させた場合の切羽水圧とシール背圧
の関係図である。 １・・・シールド本体、２・・カッタホイール、２１゜
２２・・・土砂シール、２３・・・背圧シール、３０・
・グリース注入装置、３２・・・グリースポンプ、３３
・・・グリース分配弁、　３６．３７グリース注入口、
４０・・・オイル注入装置、４２・・・オイルポンプ、
４３・・オイル分配弁、４６゜４７・・・オイル注入０
．４８・・・圧力制御弁、４８′・・・電磁比例圧力制
御弁、５０・・・羽水圧計１ｉ１１１用圧カセンサ、５
１・・信号増幅器、５２・・・制御演算器、５３・・・
パワー増幅器。 第 １　図 特許出願人　　　日立建機株式会社 代理人弁理士　　秋　本　正　実 （外１名） 土層ケシール ″に三シール グ＋）−又達人装置 ２”リース　オーンクｅ ４２　　　　　第４ル作Ｖ〉ツー ４６．４７：　Ｔ”ル５１パ ４８“　五萌帝噂ｒ弁 第 図 ］　　シールｐ半停 ２　　　勇７タネイー１し ２１．２２　　上方ケヅ刊し ２３　　貨升レール ３０　　　グ°；１−人）１八妓１ ３２　　　　り１１−スホ・〉フ− ３６、３７ ４６，４７ 超 り゛１１−ス逢入０ １づ７し逢入髪岨１ 第４）しか〉フナ −４１ンＬシ１し＼０ 嘴か旬へば〃ｕ五力棉むｔ膚 三７１ｔ＞丈 第４図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シールド本体とカッタホィールとの間に配置された
   複数段のシール間に潤滑剤としてグリースを注入する際
   、グリース注入と同時に、またはそれより先にオイルを
   注入してシール間より空気を排除した後、注入したオイ
   ルをグリースに置換することを特徴とするシールド掘進
   機のカッタシール給脂方法。 ２、シールド本体とカッタホィールとの間に配置された
   複数段のシール間に潤滑剤としてグリースとオイルを同
   時に注入できるように、比較的高圧小流量のグリース注
   入装置と比較的低圧大流量のオイル注入装置とをそれぞ
   れの注入口に接続して設けたことを特徴とするシールド
   掘進機のカッタシール給脂装置。 ３、シール前面に働く切羽水圧の計測手段と、該切羽水
   圧計測手段の出力に対応して前記オイル注入装置の注入
   圧力を設定する圧力制御手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項２記載のシールド掘進機のカッタシール給脂装
   置。