JPH02266093A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は密閉形機械式シールド掘進機に係り、特に大口
径シールド掘進機および異形断面掘削用シールド掘進機
に関する。

（従来の技術］ 従来、一般のシールド工事に用いられる密閉形機械式シ
ールド掘進機では、シールド前面にトンネル径と同じ掘
削外径を持つ一体形の回転カッタを装備し、これを機内
に設けた１組の駆動装置で駆動していた。第５図、第６
図に示したものはその代表的な例で、第５図には、円形
の回転カッタ５０をセンタシャフト５１で支持し、機内
中央部に配置したカッタ駆動装置５２により駆動する例
を示し、第６図には、へケッＩ・状の回転カッタ６０の
周辺部を大口径ベアリング６１で支持し、機内周辺部に
配置したカッタ駆動装置６２により駆動する例を示す。

また、第７図、第８図は、上下水道や電力通信ケーブル
埋設用のトンネルの掘進途中において、新たに立坑を構
築することな（トンネル径を変え、それまでより縮小し
た断面のトンネルを連続して築造することを意図した異
径断面掘削用シールド掘進機の概要を示したものである
が、本例においても、第７図に示すよ・うに大径シール
ド７０の前面にセンタシャフト７１で支持した一体形の
回転カッタ７２を装備し、これを機内中央部に配置した
カッタ駆動装置７３により駆動して大径掘進を行い、予
定区間の大径掘進完了後、第８図に示すようにカッタス
ポーク７４を切断してカッタ掘削外径を小径掘進用に縮
小し、カッタ駆動装置７３は大径掘進時と同じものを用
い、あらかじめ大径シールド７０内に設けた小径シール
ド用フード部７５とバルクヘッド７６にスキンプレート
７７を接続して組立てた小径シールド７８を大径シール
ド７０の内部から再発進させるようにしている。なお、
この異径断面掘削用シールド掘進機に関連する公知技術
としては、例えば特開昭５９−４８５９５号公報に記載
されたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

」−述した従来のシールド掘進機には次に述べるような
問題点があった。

（１）カッタ支持方式として第５図に示すセンタシャフ
ト支持方式を用いたものは、カッタの全トルク負荷がセ
ンタシャツＩ・に集中し、また駆動装置のギヤ比を大き
くとれないことなどから、装備駆動トルクに限界があり
、大口径シールドへの適用が困難である。

（２）カッタ支持方式として第６図に示す周辺支持方式
を用いたものは、カッタトルク負荷を分散できるととも
に、駆動装置のギヤ比を大きくとれるため、センタシャ
ツＩ・支持方式に比べ装備駆動トルクを大きくとる点で
は有利であるが、カッタがパケット状であるため、泥土
加圧式シールド掘進機に適用した場合、カッタチャンバ
内の土砂が共まわりして、土砂を泥土化するだめの撹拌
、練り混ぜが十分にできない。

（３）大口径の泥土加圧式シールド掘進機では、カッタ
週辺部での切削抵抗の増加やカッタビットの摩耗を抑え
るためにカッタ回転数が制限されることから、カッタチ
ャンバ中心近傍での土砂の撹拌が不十分となる傾向があ
り、撹拌効果をあげるため、カッタチャンバ中心部に別
の撹拌装置を設けることが必要となる （４）一体形のカッタでは、大断面の互層掘削を行う場
合、硬質土層に対して部分的にカッタ回転速度を速くす
るなどの対応ができず、またシールドが大口径になるほ
ど、カッタ切削トルクによるローリングが生じやすくな
る。

（５）異径断面掘削用シールド掘進機では、カッタの全
駆動トルクを機内中央部に配置した駆動装置からとって
いるため、装備駆動トルクに限界があるばかりでなく駆
動部の占有スペースが大きくなり、排土用スクリューコ
ンベアなどの機内配置がむつかしくなる。特に小径シー
ルドに改造後は、カッタ駆動装置が大径掘進用の装備駆
動トルク分まで含む余分なスペースをとるため、機内の
余裕スペースがなく、使いづらい機械となる。

（６）また、小径シールドに改造する際、カッタの掘削
外径を縮小するため作業員が切羽に出てカッタ切断作業
を行う必要があり、安全上好ましくない。

本発明の目的は、大口径シールド掘進機における上記（
１）〜（４）の問題点を解決することにある。他の目的
は、異径断面掘削用シールド掘進機における上記（５）
、　（６）の問題点を解決することにある。

〔課題を解決するための手段〕

」−記目的を達成するために本発明は、密閉形機械式シ
ールド掘進機において、シールド前面の回転カッタを円
形の中心側カッタとリング形の外周形カッタとに分割し
、その各カッタを独立した駆動装置により別駆動するよ
うにしたことを特徴とする。

ここで、中心側と外周側の各カッタは同期回転させるこ
ともできるし、互いに異なる回転数（逆転も含む）で回
転させることもできる。カッタチャンバ内の土砂の撹拌
効果をあげるためには、各カッタを互いに異なる回転数
で回転させることができるようにし、かつ中心側カッタ
から外周側カッタチャンバ内に撹拌棒を突出させた構造
にするとよい。

また、上記他の目的を達成するために本発明は、掘進途
中でトンネル径を変えるため大径シールドの内部から小
径シールドの発進を可能とした密閉形機械式の異径断面
掘削用シールド掘進機において、シールド前面の回転カ
ッタを小径掘進用の掘削外径を持つ円形の中心側カッタ
と大径掘進用の掘削外径を持つリング形の外周側カッタ
とに分割し、その各カッタを独立した駆動装置により別
駆動するようにしたことを特徴とする。

ここで、中心側カッタと外周側カッタとの間のクリアラ
ンス部の掘削は、小径シールドの発進を考慮し、中心側
カッタからクリアランス部の前方に突出させたカッタビ
ットにより行うようにするとよい。

〔作用〕

上記のように構成された本発明のシールド掘進機におい
ては、中心側カッタと外周側カッタを独立した駆動装置
により別駆動することで、他山の掘削は一体形のカッタ
と同様に行いながら、カッタ駆動トルクを各カッタの駆
動装置に分担させることができる。

中心側カッタと外周側カッタの回転数は任意にとること
が可能で、各カッタを同期回転させるようにカッタ駆動
モータを制御することにより、各カッタを一体形のカッ
タと同一条件で駆動することもできるし、あるいはチャ
ンバ内土砂の撹拌等を考慮して各カッタを適宜具なる回
転数（逆転も含む）で回転させることもできる。すなわ
ち、中心側カッタから外周側カッタチャンバ内に撹拌棒
を突き出して各カッタを異なる回転数で回転させれば、
外周側カッタチャンバ内の土砂の撹拌効果をあげること
ができ、また中心側カッタを外周側カッタより速く回転
させて、中心側カッタ後方の撹拌翼によるカッタチャン
バ中心近傍の土砂の撹拌効果をあげることもできる。

さらに、大断面シールドで互層掘削を行う場合、各カッ
タの駆動トルク負荷からカッタのどの部分で高トルクを
必要としているかを判断し外周側なら、外周側のカッタ
回転速度を速くすることで硬質土層に対応したり、両力
ツタを逆回転させることで切削トルクによるローリング
の抑制を図ることも可能である。

また、本発明の異径断面掘削用シールド掘進機において
は、小径掘進用の掘削外径を持つ中心側カッタと大径掘
進用の掘削外径を持つ外周側カッタとを独立した駆動装
置により別駆動して大径掘進を行い、小径シールドに改
造後は、中心側力ツクの必要とする駆動トルクだけを小
径シールドに装備して中心側カッタを単独駆動し、小径
掘進を行うことができる。

また、小径掘進用の掘削外径を持つ中心側カッタと大径
掘進用の掘削外径を持つ外周側カッタとが最初から分か
れているので、改造時にカッタ切断作業を必要としない
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第４図により説明する
。

第１図は、本発明を密閉形機械式シールド掘進機の一種
である泥土加圧式の大口径シールド掘進機に適用した一
実施例を示す。

同図において、１は円筒状のシールドハルでその前面に
円形の中心側カッタ２とリング形の外周側カッタ３が配
置されている。

中心側カッタ２は、カッタポス４と外周リング５の間に
スポーク６をラジアル方向に配列し、その前面にカッタ
ピット７．８を設け、後方に撹拌翼９と撹拌棒１０を設
けたもので、カッタボス４ばセンタシャフトＩＩに取り
付けられている。センタシャフト１１はバルクヘッド１
２を貫通し、バルクヘッド１２と中心側カッタ２との間
には中心側カシタチャンハ１３が形成されている。中心
側力・ツタ駆動装置１４は、機内中央部にセンタシャフ
ト１１を囲んで配置されたカッタ駆動モータ１５と、カ
ッタ駆動トルクをセンタシャフト１１に伝達するギヤ１
．６．１７およびセンタシャフト１１を支持するブレー
ンへアリング１８、ラジアル・スラストベアリング１９
からなっている。

外周側カッタ３は、内周リング２０と外周リング２１の
間にスポーク２２をラジアル方向に配列し、その前面に
カッタビット２３を設け、後方に接続したバケット状ド
ラム２４との間に外周側カッタチャンバ２５を形成した
もので、バラケラト状ドラム２４の周辺部で大口径ヘア
リング２６により支持されている。外周側カッタ駆動装
置２７は、機内周辺部に配置されたカッタ駆動モータ２
８と、カッタ駆動ｌ・ルクを外周側カッタ３に伝達する
ギヤ２９．３０からなり、バケット状ドラム２４の周辺
部にはカッタシール３１が配置されている。

中心側カッタ２と外周側カッタ３の間には両力ツタの接
触を防止するためのクリアランス３２を設けである。本
実施例では、このクリアランス部の掘削を中心側カッタ
２からクリアランス部の前方に突き出したカッタビット
８により行うようにしているが、後述の異径断面掘削用
シールド掘進機とは異なり、クリアランス部を掘削する
カッタビットは外周側カッタ３に設けてもよい。

３３は排土用スクリューコンヘアで、その泥土取入口は
バルクヘッド１２に設けられている。３４ばシールドジ
ヤツキ、３５はセグメント組立用エレクタ、３６はセグ
メント、３７はテールシールである。

掘進時には、中心側カッタ２と外周側カッタ３を独立し
た駆動装置１４．２７により別駆動し、各カッタの前面
の地山を同時に掘削する。掘削土砂は中心側力シタチャ
ンバ１３と外周側カシタチャンハ２５に取り入れ、撹拌
翼９と撹拌棒１０により撹拌する。本実施例ではチャン
バ内土砂の撹拌を考慮して中心側力ツク２を外周（ｉｊ
ｌｌカッタ３より速く回転させ、中心側カッタ２の後方
に突き出した撹拌翼９による中心側カッタチャツバ１３
内の土砂の撹拌効果をあげるとともに、両力ツタの回転
速度の差を利用して中心側カッタ２から外周側力・ツタ
チャンバ２５内に突き出した撹拌棒１０により外周側力
・ツタチャンバ２５内の土砂の撹拌を行う。両刃・ツタ
を逆方向に回転させれば、相対速度が大きくなり、撹拌
効果はさらに増大する。このようにして、図示しない作
泥土材注入口から注入された作泥土材と掘削土砂を十分
に撹拌し練り混ぜて泥土化し、スクリューコンベア３３
によりチャンバ内土圧と切羽土庄のバランスをとりなが
ら排土する。

本実施例のように中心側カッタ２と外周側力・ツタ３を
別駆動し、カッタ駆動トルクを各力・ツタの駆動装置１
．４．２７に分担させることにより、スクリューコンヘ
ア３３、シールドジヤツキ３４等の機内配置に必要なス
ペースを十分確保しながら装備駆動トルクをより大きく
とれることは図から明らかである。

本実施例では、チャンバ内土砂の撹拌を考慮して中心側
と外周側の各カッタを異なる回転数で回転させるように
しているが、前述したように、シールドの種類や使用条
件に応じて各カッタを同期回転させることも、適宜異な
る回転数で回転させることもできる。

第２図〜第４図は本発明を泥土加圧式の異径断面掘削用
シールド掘進機に適用した他の実施例を示す図で、第２
図は大径掘進時の状態図、第３図は小径シールドに改造
後の状態図、第４図は小径シールドの単体図であり、第
１図と機能的に同時の部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。

４０は大径シールドで、その前面に小径掘進用の掘削外
径を持つ円形の中心側カッタ２と、大径掘進用の掘削外
径を持つリング形の外周側カッタ３が配置されている。

中心側カッタ２は、第１図の中心側カッタ２とほぼ同一
構造で、センタシャフト１１に取り付けられている。中
心側カッタ２の後方には中心側カッタチャンバ１３内に
突出する撹拌翼９だけが設けられており、第１図に示し
たような外周側カッタチャンバ２５内に突出する撹拌棒
１０はない。中心側カッタ駆動装置１４は第１図の中心
側カッタ駆動装置１４と同様に構成され、小径シールド
構成部材であるバルクヘッド１２に取付けられている。

外周側カッタ３ば、第１図の外周側カッタ３と同一構造
で、大口径ベアリング２６により周辺支持されている。

外周側カッタ駆動装置２７も第１図の外周側カッタ駆動
装置２７と同様に構成され、大径シールド４０の周辺部
に装備されている。

中心側カッタ２と外周側カッタ３の間には、後述する小
径シールド４１の発進に備えて余裕を持たせたクリアラ
ンス（５０ｍｍ程度）３２が設けられており、このクリ
アランス部の掘削は、中心側カッタ２からクリアランス
部の前方に突き出したカッタピント８により行う。

この異径断面掘削用シールド掘進機では、第２図に示す
ように、あらかじめ小径シールド用フート部４２を、そ
の先端部がバルクヘラＦ１２と大径シールド側支持部材
４３の間に位置するように機内側に引っ込めて配置し、
大径掘進時に中心側カッタ２の受けるスラスト荷重およ
び回転反力を大径シールド側支持部組４３に伝達させる
ため、フート部４２をバルクヘッド１２と支持部材４３
に溶接等により接合しておく。そして、大径掘進時には
、中心側カッタ２と外周側カッタ３を独立した駆動装置
１４２７により別駆動して、各カッタの前面の地山を同
時に掘削する。この時、中心側カッタ２を外周側カッタ
３より速く回転させることにより、第１図の実施例と同
様に撹拌翼９による中心側カッタチャンバ１３内の土砂
の撹拌効果を高めることができる。

予定区間の大径掘進完了後、薬液注入等による切羽安定
化処理を行い、チャンバ内土砂を取り除いた後、フード
部４２をバルクヘッド１２と支持部材４３から切り離し
、第３図に示すようにフード部４２を前方へ押し出して
バルクヘッド１２に接合するとともに、フード部４２の
後方に小径シールド用スキンプレート４４を接続し、シ
ールドジヤツキ４５、エレクタ４６等の機内配置を行っ
て、大径シールド４０内に設けた発進架台４７上に小径
シールド４１を組立てる。そして、再発進用の反力受４
８の構築、小径シールド用セグメント４９の組立を行っ
た後、小径シールドに組み込まれた中心側カッタ駆動装
置１４により中心側カッタ２を駆動して小径シールド４
１を大径シールド４０の内部から発進させ、縮小断面の
トンネルを連続して築造する。

このように異径断面掘削用シールド掘進機において、大
径シールドに装備する回転カッタを、事前に小径掘進用
の掘削外径を持つ中心側カッタと大径掘進用の掘削外径
を持つ外周側カッタとに分割し、各カッタの駆動を独立
した駆動装置により行なえば、回転カッタを一体形とし
た場合に比べ、大形掘進時の装備駆動ｌ・クルが大きく
とれ、かつ小径シールド内でのカッタ駆動装置の占める
スペースを小さくでき、スクリューコンベア３３などの
機内配置にａ・要なスペースを十分確保できることは図
から明らかである。また、改造時に切羽に出てカッタ切
断作業を行う必要がなく、改造作業を安全に行うことが
できる。

〔発明の効果］ 本発明によれば、次に述べるような効果がある。

（ｉ）中心側カッタと外周側力ツクの駆動トルクをそれ
ぞれの独立した駆動装置に分担させることができるため
、機内スペースに余裕をもたせながら大口径シールドに
必要な駆動トルクを装備できる。

（ｉｉ　）中心側カッタと外周側カッタを同期回転させ
ることにより、一体形のカッタと同一条件で掘削ができ
、各カッタの間のクリアランス部で土砂との摩擦により
生じるカッタの摩耗、クリアランスの拡大を防止できる
。

（ｉｉｉ　）中心側カッタと外周側カッタを互いに異な
る回転数（逆転も含む）で回転させることができるよう
にし、中心側カッタから外周側カッタチャンバ内に突出
する撹拌棒を設けることにより、外周側カッタチャンバ
内の土砂の撹拌効果をあげることができる。また、掘削
外径の小さい中心側カッタは外周側力・ツタより速く回
転させることができるので、中心側カッタ後方の撹拌翼
によるカックチャンハ中心近傍の土砂の撹拌効果を高め
ることもできる。

（ｉｖ）大断面シールドで互層掘削を行う場合、高トル
クを必要としている部分のカッタ回転速度を速くして硬
質土層に対応することができ、また両力ツタを逆回転さ
せて切削トルクによるローリングの抑制を図ることも可
能である。

（ｖ）異径断面掘削用シールド掘進機においては、中心
側カッタと外周側力ツクを別駆動して大径掘進を行い、
小径シールドに改造後は、中心側カッタだけを単独駆動
して小径掘進を行うことにより、大径掘進時の装備駆動
トルクが大きくとれ、かつ小径シールドには小径掘進用
の駆動トルクだけを装備すればよいので、小径シールド
の駆動部スペースを小さくでき、スペースに余裕のある
使いやすい機械とすることができる。また、改造時に切
羽でのカッタ切断作業が不要となり、改造作業が完全に
行なえるようになる。

（ｖｉ）異径断面掘削用シールド掘進機において、中心
側カッタと外周側カッタとの間のクリアランス部の掘削
を、中心側カッタからクリアランス部の前方に突き出し
た力・シタピッＩ・で行うようにすれば、小径シールド
の発進の妨げにならずにクリアランス部の掘り残しをな
くすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である大口径シールド掘進機
の側断面図、第２図〜第４図は本発明の他の実施例であ
る異径断面掘削用シールド掘進機を示す図で、第２図は
大径掘進時の側断面図、第３図は小径シールドに改造後
の側断面図、第４図は小径シールド単体の側断面図、第
５図、第６図は従来の密閉形機械式シールド掘進機を例
示した側断面図、第７図、第８図は従来技術による異径
断面掘削用シールド掘進機の概要説明図である。 Ｉ・・・シールドハル、２・・・中心（Ｒ１１カツタ、
３・・・外周側カッタ、８・・・クリアランス部掘削用
ビット、１０・・・撹拌棒、１４・・・中心側カッタ駆
動装置、２５・・・外周側カッタチャンバ、２７・・・
外周側カッタ駆動装置、３２・・・クリアランス、４０
・・・大径シールド、４１・・・小径シールド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、密閉形機械式シールド掘進機において、シールド前
   面の回転カッタを円形の中心側カッタとリング形の外周
   側カッタとに分割し、その各カッタを独立した駆動装置
   により別駆動するようにしたことを特徴とするシールド
   掘進機。 ２、中心側と外周側の各カッタを独立した駆動装置によ
   り同期回転させることができるようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のシールド掘進機。 ３、中心側と外周側の各カッタを独立した駆動装置によ
   り互いに異なる回転数（逆転も含む）で回転させること
   ができるようにし、かつ中心側カッタから外周側カッタ
   チャンバ内に突出する撹拌棒を設けたことを特徴とする
   請求項１記載のシールド掘進機。 ４、掘進途中でトンネル径を変えるため大径シールドの
   内部から小径シールドの発進を可能とした密閉形機械式
   の異径断面掘削用シールド掘進機において、シールド前
   面の回転カッタを小径掘進用の掘削外径を持つ円形の中
   心側カッタと大径掘進用の掘削外径を持つリング形の外
   周側カッタとに分割し、その各カッタを独立した駆動装
   置により別駆動するようにしたことを特徴とする異径断
   面掘削用シールド掘進機。 ５、中心側カッタと外周側カッタとの間のクリアランス
   部の掘削を、中心側カッタからクリアランス部の前方に
   突出させて設けたカッタビットにより行うようにしたこ
   とを特徴とする請求項４記載の異径断面掘削用シールド
   掘進機。