JPH02217593A - シールド掘進機 - 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】 ｒ産業上の利用分野１ 本発明はシールド掘進機に関するもので、さらに詳しく
は既設埋設管を順次削除しながら新なトンネルを掘削す
るように、地下に鉄筋コンクリートまたは鉄骨コンクリ
ート構築物（以下、単に鉄筋構造物という）が連続して
存在する地山を、この地下鉄筋構造物を順次除去しつつ
掘進するに通したシールド掘進機に関するものである。

ｒ従来の技術１ 従来の機械掘り式シールド掘進機でトンネルを掘削する
際に、地下に鉄筋構造物が存在する場合は、この部位で
ｍ械掘りを中断して、作業者がスキンプレートの隔壁の
前方、または、カッターディスクの前方に入り、手掘り
によって鉄筋構造物を除去している。

また、従来、切削刃として、岩盤等の硬い地山を順次所
定の深さまで圧壊するに適したロータリカッタ（ディス
クカッタともいう、）が知られている。

さらに、別の従来例として、シールド掘進機の切削方式
にプラネット切削方式というものがあり、カッターディ
スクに遊星回転するフライス切削歯を使用するものが有
る。

ｒ発明が解決しようとする問題点１ しかし、近時、下水道の更新のように既設埋設管を順次
削除しながら新設の埋設管を構築するような、地下に鉄
筋構造物が連続して存在する条件での地山を掘削すると
いう新たな要望が生じ、これらを従来の掘進機および切
削刃で掘進することは不可能である。

すなわち、従来のシールド掘進機で上記のごとき条件の
地山を掘削するには、鉄筋構造物の主な構成材であるコ
ンクリート部を掘進するには、切削刃にロータリーカッ
タを使用するのが最も確実で信頼性があることは容易に
推定できるが、このロータリーカッタは靭性の大きい鉄
筋または鉄骨（以下、単に鉄筋等という）を切削または
圧壊することは全く期待できない。

そこで、切削歯を最も切削が困難な鉄筋等を切削するに
適した性状のものとして、強硬性の切削歯で鉄筋等を切
削するに適した高速回転が可能なプラネット切削方式で
実験したところでは、切削は可能であったが、切削歯の
摩耗が大変激しく実用に供することかで幹ないとういう
ことが判明した。

すなわち、この方式は、掘進する地山全体を鉄筋等のみ
からなる強靭性構造物と見たてて、切削歯の移動速度を
高めて薄く切削していこうというものであるから、切削
歯とコンクリート及び鉄筋等との接触頻度が大変高く、
それだけ摩耗するのも速いということになる。

なお、従来量も一般的なカッターディスクにトウースカ
ッタと称される切削歯を車に突設・固定したシールド掘
進機、または前述したローラカッタを有したシールド掘
進機でこの様な条件の地山を無理に掘進すると、鉄筋構
造物のコンクリート部は切削または圧壊して切削できる
が、鉄筋等は切削歯に絡むように折れ曲フたり、カッタ
ーディスクの前方に堆積し、これを定期的に人手で除去
しなくては、掘進が不能となったり、ズリ搬出装置の閉
塞事故が発生するのは従来よりよく知られていることで
ある。

ｒ目的１ そこで本発明は上記に鑑みなされたもので、鉄筋構造物
を比較的遅い従来公知なロータリーカッタで圧壊すると
、コンクリート部は順次所定の深さまで圧壊され、鉄筋
等はコンクリートの切削面より突出して残り、鉄筋等が
突出した切削面をロータリカッタが通過する際は、鉄筋
等は押し潰されたり押し込まれるように曲ってその上を
ロータリーカッタが通過することに着目し、一つのカッ
ターディスクにコンクリートを圧壊するロータリーカッ
タと、切削面に突出した鉄筋等を薄く細かく切削するに
適した動きの速い切削歯を共に設けて、両切創面の分担
によって、切削歯の摩耗が少なく連続して鉄筋構造物を
確実に切削できる機械掘りのシールド掘進機を提供する
ことを目的としたものである。

ｒ問題点を解決するための手段１ 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、シールド掘
進機本体Ａのスキンプレート１の前端部位に、駆動源２
により回転するカッターディスク３を、このスキンプレ
ートＩの後部内には推進ジヤツキ５を設け、また、該カ
ッターディスク３の前面部３ｃには地山圧壊用ロータリ
ーカッタ３１を突設してなるシールド掘進機において、
上記カッターディスク３の前面部３ｃの偏心位置の空部
３ｄには、該カッターディスク３と一体部位に固定され
たフライス駆動源３４によって回転するフライス切削盤
３３を設け、 上記フライス切削盤３３の切削歯３３ａの歯先を上記地
山圧壊用ロータリーカッタ３１の歯先より後方に位置せ
しめてな・ることを特徴とした技術的手段を講じたもの
である。

ｒ作用ｊ それ故、本発明シールド掘進機により鉄筋構造物が埋設
された場所を掘進すると、先ず、最も前方に突出する地
山圧壊用ロータリーカッタ３１が地山を圧壊する。

上記地山圧壊用ロータリーカッタ３１は鉄筋構造物の表
面に推進ジヤツキによる押圧力で圧接され、カッターデ
ィスク３を回転させると自ら回転しながら該カッターデ
ィスク３の回転にともなフて回転して、コンクリート部
を所定の深さまで圧壊する。

そして、鉄筋等が表面に露出し始めた時点まで掘削が進
行すると、次にコンクリート部はある深さまで圧壊され
るので、第３図に示すごとく鉄筋部Ｔ１”は切削された
コンクリート部Ｔ１°の表面面に突出した状態に残るこ
とになる。

次ぎに、シールド掘進機が、推進ジヤツキで押し進めら
れて、上記鉄筋部Ｔ１”が突出した切削面さらに掘削す
る際は、地山圧壊用ロータリーカッタ３１はさらに鉄筋
構造物のコンクリート部り１′所定の深さまで圧壊する
が、突出した鉄筋部ＴＩ”部では局所的に押し潰したり
押し込むよるように曲ってその上を通過する。

そして、上記の状態時には地山圧壊用ロータリーカッタ
３１より後方に位置したフライス切削盤３３の刃先が、
突出した鉄筋部Ｔ１”に接触するので、このフライス切
削盤３３によって突出した鉄筋部Ｔ１”が細かく切削さ
れ、このような作用が継続されて、順次鉄筋構造物を除
去しつつ掘削が行なわれるものである。

ｒ実施例１ 次に、本発明の実施例を１Ｊ１図乃至第３図に従って説
明すれば以下の通りである。

図示例は下水道等の既設埋設管を下流側から上流側に向
けて順次除去しながら地下を掘削し、新たに掘削したト
ンネル内に新設埋設管を構築するために使用されるもの
で、図中、Ｔ１が既設埋設管、Ｔ２が本発明シールド掘
進機によフて掘削されたトンネル内に構築された新設埋
設管である。

また、図中、Ａはシールド掘進機本体、Ｂは該シールド
掘進機本体Ａの前方の既設埋設管Ｔ１内に収納されシー
ルド掘進機本体Ａの掘進に伴なって該既設埋設管Ｔ１内
を押し進められる先行隔壁体である。

上記、シールド掘進機本体Ａのスキンプレート１の前端
部位に、駆動源２により回転するカッタ−ディスク３を
、このスキンプレート１の後部内には推進ジヤツキ５を
設け、また、該カッターディスク３の前面部３ｃには地
山圧壊用ロータリーカッタ３１を突設してなるのは従来
のシールド掘進機と同じである。

すなわち、上記シールド掘進機本体Ａは、スキンプレー
ト１の後部内にセグメントを組み立てる等して新設埋設
管Ｔ２を形成しこの新設埋設管Ｔ２を反力受けとして推
進ジヤツキ５を伸張させて推進力を得つつカッターディ
スク３を回転せしめて掘進を行ない、シールド掘進機本
体Ａが所定の距ｍｓ道すると、推進ジヤツキ５を復帰さ
せて、推進ジヤツキ５と前工程で形成した新設埋設管Ｔ
２との間に新たなセグメントを組み立てて、新設埋設管
Ｔ２を延設するという工程を繰返すものである。

図示例の本実施例において、上記カッターディスク３は
、そのカッターディスクドラム３ａの外周を支持する、
所謂、周囲支持方式（正確には中心軸６を隔壁４の中心
部位に固定した軸受７に回転可能に支承する中央支持方
式との混合方式）を使用している。そして、このカッタ
ーディスク３の後方にはカッターディスクドラム３ａを
介して内歯歯車８が固着され、スキンプレート１内には
駆動源２が固定（この駆動源２は通常複数固定される。

）され、この駆動源２の駆動軸に配したビニオン９が上
記内歯歯車８に噛合するようになし、この駆動源２によ
り内歯歯車８乃至カッターディスク３が回転するように
なしであるが、このカッターディスク３の支持方式、及
び該カッターディスク３の駆動方式、さらには隔壁４に
より閉塞式となすか否かに関しては、図示例に限定され
ることなく、従来公知な別の方式を使用してもよいまた
、本発明に使用される前記地山圧壊用ロータリーカッタ
３１も従来公知なものが使用され、該前記地山圧壊用ロ
ータリーカッタ３１は、カッターディスク３の前面部３
ｃと略平行で、該カッターディスク３の放射方向に向い
た支承軸３１ａに、刃盤３１ｂ、３１ｂ、３１ｂ・・・
を回転自在に装着してなる。なお、この地山圧壊用ロー
タリーカッタ３１の歯先はカッターディスク３の前面部
３ｃに突出するようになすことは無論であるそして、本
発明シールド掘進機は上記カッターディスク３の前面部
３ｃの偏心位置の空部３ｄに、該カッターディスク３と
一体部位に固定されたフライス駆動源３４によりて回転
するフライス切削盤３３を設けである。

上記したカッターディスク３と一体部位とは、図示例に
おいては、カッターディスクドラム３ａの内面部位のこ
とで、このカッターディスクドラム３ａにフライス駆動
源３４を固定しているが、その他、中心軸６や、前面部
３ｃ（この前面部３ｃは、図示例のような放射アーム状
のもののほかに、盤状のものも使用できる。）の裏面に
フライス駆動源３４を固定してもよい。

そして、上記フライス切削盤３３の切削歯３３ａの歯先
を上記地山圧壊用ロータリーカッタ３１の歯先より３〜
２０ｍｍ後方に位置せしめてなる、このフライス切削盤
３３の切削歯３３ａの歯先と地山圧壊用ロータリーカッ
タ３１の歯先との距離は第３図に符号りで示しであるが
、余りこの距離を大きく設定すると鉄筋部ＴＩ”が完全
にコンクリート部ＴＩ’から突出した後に、フライス切
削盤３３で切削することになり、この状態であると該鉄
筋部Ｔ１″はコンクリート部ＴＩ’から遊離して切削し
ずらくなるので、鉄筋径よりは大きくしないようになす
ことが望ましい、また、逆にこの距離りを余りに小さく
設定すると、コンクリート部Ｔ１°の表面が平滑でない
ため、フライス切削盤３３とコンクリート部Ｔ１°との
接触頻度が高まり該フライス切削盤３３の摩耗が大きく
なり、さらには、このフライス切削盤３３と突出鉄筋部
Ｔ１°　との圧接で地山圧壊用ロータリーカッタ３１の
圧壊力が小さく規制されるため、実験の結果では３ｍｍ
以上となすのが最も効果的であった。

そして、本実施例では、上記カッターディスク３の中心
部位を貫通して筒体１０を配設し、この筒体１０の先端
には、既設埋設管Ｔ１内に収納されシールド掘進機本体
Ａの掘進にともなって該既設埋設管Ｔｌ内を押し進めら
れる先行隔壁体Ｂを回転継手５３を介して連結しである
。

上記先行隔壁体Ｂは、既設埋設管Ｔ１の断面形状より一
回り小さい断面形状に形成され、この先行隔壁体Ｂの外
周面には既設埋設管Ｔ１との間隙を密閉するバッキング
５２，５２．５２・・・が装着しである。なお、このバ
ッキング５２は既設埋設管Ｔｌ内を流れて来る下水等を
確実に遮断し、シールド掘進機本体Ａの掘進によって該
先行隔壁体Ｂが筒体１０で押され既設埋設管Ｔｌ内を押
し進められる強さに設定される。

そして、この先行隔壁体Ｂと筒体１０との連結部は、筒
体１０が回転しても先行隔壁体Ｂは回転しないように回
転継手５３を介して連結しであるそして、該先行隔壁体
Ｂには上記筒体１０とこの先行隔壁体Ｂの先方側とを連
通ずる連通孔５１を設けである。すなわち、この先行隔
壁体Ｂは既設埋設管Ｔ１を仕切るが、この連通孔５１に
より筒体１０に連通ずるようになしである。なお、この
連通孔５１は先行隔壁体Ｂを貫通するものであれば、筒
体１０の先端部が先行隔壁体Ｂを貫通するようになして
もよく、この場合は回転継手５３は筒体１０の外周面と
先行隔壁体Ｂの連通孔５１の内周面との間に配するか、
先行隔壁体Ｂに気密を保って回転する水平・回転筒を挿
通させて該筒体１０の先端部はこの水平回転筒内に嵌入
させる等すればよい。

また、該筒体１０の後端は上記ｇｋ壁４を貫通せしめて
該隔壁４の後方部位で構築した新設埋設管Ｔ２内まで連
通してなる。

上記筒体１０は、カッターディスク３または隔壁４に固
定して配設してもよいが、図示実施例においては、この
筒体１０がズリ搬送用のスクリューコンベヤ１１の駆動
軸を兼ねる構成となっている。したがって、先ず、隔壁
４を貫通してスクリューコンベヤ１１のシリンダ１２が
固定され、上記筒体１０はこのシリンダ１２内に同心状
に収納され、さらにこの筒体１０はシリンダ１２に固定
されたコンベヤ駆動源１３により回転せしめられるよう
になしである。そして、このシリンダ１２の先端は隔壁
４を貫通した後、カッターディスク３の中心軸６内に挿
入され、カッターディスク３の後方部位で開口している
。すなわち、上記カッターディスク３の中心軸６は筒状
に構成され、その外周面が軸受フの内周面によって軸承
されている。

そして、上記中心軸６の一部にはズリ流人口６ａが開口
され、カッターディスク３により掘削されたズリ（プラ
イスカッタ３３により切削された筋材を含む）はこの流
入口６ａから中心軸６内に入り、さらにシリンダ１２内
を通ってスクリューコンベヤ１１で排出されるようにな
っている。なお、本実施例は土圧式シールド（実際には
土圧式限定泥水シールドであるが、その他の土圧式シー
ルドを利用してもよい、）を使用しており、上記ズリは
、図示しない送泥管より隔壁４の先方チャンバ内に圧送
された泥土とともにスクリューコンベヤ１１で排出され
るが、該スクリューコンベヤ１１のシリンダ１２の後端
に設けた排出口１４には排出調整装置１５が設けられ、
泥土の圧送量と該排土調整装置１５よりの排出量とを調
整して隔壁４より前方が一定の加圧状態を侃ち地山を保
護するようになしである。

また、この筒体１０（スクリューコンベヤ１１）はカッ
ターディスク３に固着し、カッターディスク３の回転に
よって、すなわち駆動源２によって回転するようになし
てもよいが、カッターディスク３は他山の性状によって
回転速度や回転方向を変更したりする場合が有り、一方
スクリユーコンベヤ！貫も地山の性状によって別途回転
数乃至ズリ搬出量を調整する必要性が有るので、このス
クリューコンベヤ１１は別個のコンベヤ駆動源１３によ
り回転せしめることが望ましく、本実施例では該筒体１
０の先端がカッターディスク３を貫通する際は、遊びを
有して該カッターディスク３を貫通するようになしてい
る。

また、この筒体１０の後端は隔ｇ１４を貫通せしめた後
、適宜下流側（ｆ！！進方向とは逆側）まで、排水バイ
ブで案内して放流すればよいが、本実施例では、この筒
体１０の後端はシリンダ１２の後端より気密を保つて賞
出され回転継手１６を介して排水バイブ１７が連結され
ている。なお、この排水バイブ１７の途中には図示しな
い排水ポンプを介在せしめて排水量を調整可能となして
おくことが望ましい。

なお、前述フライス駆動源３４は本実施例では油圧モー
タが使用され、このフライス駆動源３４への送油管３５
、排油管３６は、夫々中心軸６に埋設した流路３５ａ、
３６ａに連結し、この流路３５ａ、３６ａの一端は夫々
軸受７の内面に向けて開口させ、さらに、この軸受７の
内面には両流路３５ａ、３６ａの各開口から、軸受７の
外面に設けた注油口３５ｃ及び排油口３８ｃに連通する
溝状流路３Ｓｂ、３６ｂを設けてなり、固定部である注
油口３５ｃ及び排油口３６ｃと、回転部であるフライス
駆動源３４とを連通してなる。

なお、図中、５４は壁面保護シュー　ｂはベアリング、
ｐはバッキング、Ｐｌはテールシールを示すものである
。

ｒ発明の効果Ｊ 本発明シールド掘進機は上記のごときで、コンクリート
部ＴＩ’　を圧壊する地山圧壊用ロータリーカッタ３１
と、鉄筋部Ｔ１”を切削するフライス切削盤３３とを有
してなるため、このコンクリート部Ｔ１゛は地山圧壊用
ロータリーカッタ３１で圧壊され、鉄筋部Ｔ１″はフラ
イス切削盤３３で圧壊され、この分担で連続する鉄筋構
造物を順次継続して除去するシールド掘進機を提供する
ことができるものである。

そして、本発明は上記地山圧壊用ロータリーカッタ３１
は従来と同様にカッターディスク３に配設してこのカッ
ターディスク３とともに回転するようになしたため、こ
の動きは比較的遅く、コンクリート部ＴＩ’を圧壊する
に適し、フライス切削盤３３はカッターディスク３の前
面部３ｃの偏心位置の空部３ｄに配してなるためプラネ
ット回転するため該フライス切削盤３３の回転とカッタ
ーディスク３の回転とが総合され比較的速く動き鉄筋部
Ｔｌ“を切削するのに適し、両者が夫々に効率的に地山
を圧壊・切削するシールド掘進機をｔ是供することがで
きるものである。

さらに、本発明の最も重要な効果は、上記フライス切削
盤３３の切削歯３３ａの歯先を上記地山圧壊用ロータリ
ーカッタ３１の歯先より後方に位置せしめてなるため、
先ず、地山圧壊用ロータリーカッタ３１でコンクリート
部ＴＩ’　を所定の深さまで圧壊し、このコンクリート
部ＴＩ’の表面に突出した鉄筋部Ｔ１”をフライス切削
盤３３で切削するため、このフライス切削盤３３が切削
のために接触するのほの鉄筋部Ｔ１″のみであるため、
その摩耗が最も効率的に防止されたシールド掘進機を提
供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明シールド掘進機の一実施例を示す縦断面
図、第２図は本発明に使用されるカッターディスクの右
半分正面図、第３図は切削作用を説明する切削即断面図
である。 Ａ〜シールド掘進機本体　　　１〜スキンプレート　　
　２〜駆動源　　　３〜カツターデイスク　　　３ｃ〜
前面部　　　３ｄ〜空部　　　５〜推進ジ筆ツキ　　　
３１〜地山圧壊用ロータリーカツタ ａ〜切削歯 ３３〜フライス切削盤 ３４〜フライス駆動源 １＝２ｆｊＪ 代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シールド掘進機本体Ａのスキンプレート１の前端部位に
   、駆動源２により回転するカッターディスク３を、この
   スキンプレート１の後部内には推進ジャッキ５を設け、
   また、該カッターディスク３の前面部３ｃには地山圧壊
   用ロータリーカッタ３１を突設してなるシールド掘進機
   において、上記カッターディスク３の前面部３ｃの偏心
   位置の空部３ｄには、該カッターディスク３と一体部位
   に固定されたフライス駆動源３４によって回転するフラ
   イス切削盤３３を設け、 上記フライス切削盤３３の切削歯３３ａの歯先を上記地
   山圧壊用ロータリーカッタ３１の歯先より後方に位置せ
   しめてなることを特徴としたシールド掘進機。