JPH0288885A - シールド堀削機 - 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〉 この発明は、特に礫地盤の掘進に好適なシールド掘削機
に関する。

〈従来の技術〉 従来、埋設管の推進工法などに用いられるシールド掘削
機としては、例えば特願昭６２−８２０００号公報に記
載のものが知られている。このシールド掘削機は、第４
図に示すように、シールド殻５１内の隔壁５２に、この
隔壁５２の後方に設けた駆動装置５３によって回転せし
められる回転軸５４を支承し、この回転軸５４の前端に
カッター５５を有する。そして、上記隔壁５２の前方の
回転軸５４に、隔壁５２に向かって次第に大径となる截
頭円錐形状のコーン部材５６を取り付ける一方、このコ
ーン部材５６の外周面５６ａに対向するシールド殻５１
のフード部５７に、隔壁５２に向かって次第に小径とな
る截頭円錐形状の内周板５７ａを設けると共に、上記コ
ーン部材５６の外周面５６ａに、羽根板５８をこの外周
面５６ａの母線に略沿って固定している。上記カッター
５５は、回転軸５４の前端に一文字状に設けられた２本
のアーム５５ａ、５５ａ（第５図参照）と、そのアーム
５５ａ５５ａに設けた掘削刃５５ｂ、５５ｂとからなり
、フード部５７よりもｉｉ？■方に突出している。

そして、上記カッター５５により掘削された大粒径の礫
を、上記回転するコーン部材５Ｇの外周面５６ａとこれ
に対向するフード部５７の内周板５７ａとの間の前端に
向かって拡がる断面Ｖ字状の環状空間５９に導き、この
礫をコーン部材５ｂと羽根板５８との作用により旋回さ
せつつ、上記コン部材５６と内周板５７ａとの間に挟ん
で、確実かつ効率良く礫を細かく破砕するようにしてい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来のノールド掘削機は、カッター
５５がンールド殻５１のフート部５７の萌端面５７１〕
よりら１１７■方に犬さく突出しており、かっ、上記ア
ーム５５ａ、５５ａか、第５図に示すように、直径方向
に延びる一文字状の形状をしているため、礫地盤を掘削
する場合、アーム５５ａ５５ａの側面６０の外端部６０
ａに、径方向外側に連なる大きな礫や岩が当たると、大
きな反力がアーム５５ａを介してノールド掘削機に作用
して、ノールト掘削機その乙のがアーム５５ａの外端部
を支点として持ち上げられる等して動いてしまって、ノ
ールト掘削機の掘削方向か変化してしまい、極端な場合
、地表を盛り上げてしまうという問題かあった。

また、上記カッター５５は一文字状のアーム５５ａ、５
５ａを切羽に押し付けて掘削するため、アーム５５ａ、
５５ａの前面の切羽には、圧縮力をか上ることかできる
が、それ以外の箇所は圧縮力かかからなく、したがって
切羽の周辺部の土砂が崩れやずいという問題があった。

崩れた礫は、切羽の下方に落下して、下方での掘削が多
くなってカッター５５の下方向における掘削負荷か増大
し、これにより生ずる上下方向の負荷のアンバランスに
より、ノールト’Ｓ削機が上方に持ち上げられ、掘進方
向が上方に曲がるという問題があった。このような問題
は、地盤反力の小さい小口径のノールド掘進機では特に
著しかった。

そこで、この発明の目的は、礫地盤を掘削してら、カッ
ターのアーム側面に地盤に固定された犬きな礫が当たっ
て掘進方向が変わったりすることがなく、また、掘進に
際し、切羽の周囲がくずれたりすることがないノールド
掘削機を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明は、ンールド殻内の
隔壁に、この隔壁の後方に設けた駆動装置によって回転
せしめられる回転軸を支承し、この回転軸の前端にカッ
ターを宵するンールト原則機において、上記カッターは
、上記回転軸の前端に設けられ、径方向に延びる少なく
とも２本のアームと、上記アームの外端部を互いに連結
するリング部材と；上記アームおよびリング部材前面に
適宜間隔をあけて設けた掘削刃とからなることを特徴と
している。

また、この発明のノールト掘削機は、カッターのリンク
部材をノールト殻内に配置している。

また、この発明のンールド掘削機は、リング部（オをア
ームの前面に取り付けて、上記リング部（オ上の掘削刃
を上記アーム上の掘削刃よりも面方に突出させている。

く作用〉 上記回転軸が駆動装置により回転せしめられると、その
回転軸の前端に設けられ、径方向に延びる少なくと６２
本のアームと、上記アームの外端部を互いに連結ずろリ
ング部材と、上記アームおよびリング部材の前面に適宜
間隔をあけて設けた掘削刃とからなるカッターは、切羽
に押し付けられつつ回転し、上記掘削刃により地盤を掘
削してゆく。このとき、上記アームの外端部に取り付け
られたリング部材により、カッターのアームの（同面に
、径方向外側に連なる礫や岩等が当たるのが防止され、
ノールド掘削機か持ち上げられたり］−ルド掘削機の掘
進方向がずれたりするのが防止される。またこのとき、
切羽の周辺部は、リング部材により全周にわたって圧縮
がかけられ、崩れるのが防止される。

またカッターのリング部材をシールド殻内に配置するこ
とにより、カッターの回転時に、カッターのリング部材
の外周に地盤から回転を妨げる大きな摩擦力が作用する
のが防がれ、掘削時の回転軸の回転トルクが低く押さえ
られる。

また、上記リング部材をアーム前面に取り付けて、上記
リング部材上の掘削刃か上記アーム上の掘削よりら前方
に突出しているから、掘削に際し、切羽の周辺部が中心
部よりも先に掘削され、その掘削され、た箇所にリング
部材が位置して、切羽の周辺部が支持されるか呟その後
、切羽の中央部を掘削しても、切羽における土砂の崩壊
が防止されろ。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明のシールド掘削機の一実施例の軸方−
同断面図てあり、ｌは先導管１ａと後続管ｌｂとを備え
、先導管１ａと後続管１ｂを連結してなるノールド殻、
２は上記先導管１ａの前端のフランツ３０に内嵌、固定
した隔壁、３はこの隔壁２の中央に固定した軸受、４は
この軸受３に支承され、上記隔壁２の後方のシールド殻
１内に設置した減速機５を介して駆動電動機６で回転せ
しめられる回転軸、７はこの回転軸４の前端に同軸をな
して取り付けられ、隔壁２に向かって次第に大径となる
略截頭円錐形状のコーン、８．８はこのコーン７の外周
面７ａの径方向対称位置に母線に沿って突出するように
固定され、先端に向かって′ｒ字状断面を有する羽根板
である。また、９はこの羽根板８．８の前端面８ａ、８
ａに固定され、第２図（ａ）に示すように、１８０°隔
たった径方向に延びる略扇形の板状で、互いに連なる２
本のアーム１０．１０と、このアーム１０．１０の外端
部１０ａ１０ａを周方向に連結するように上記アーム１
０゜ｌＯの外端部１０ａ、ｌｏａの前面１０ｂ、　ｌ　
Ｏｂ（第１図参照）に固定され、上記回転軸４と同軸を
なす断面略矩形のリング部材＋１と、上記アーム１０　
１０およびリング部材１１の夫々に適宜間隔をあけて軸
方向前方に向かって突設され（第１図参照）、地盤を掘
削する掘削刃１２ａ、１２ａ、・・および＋２ｂ１２ｂ
、・・とからなるカッター９、である。まｆコ、１３は
上記先導管１ａと同一外径を有し、コーン７および羽根
板８を覆うように上記フランジ３０に固定したフード、
１４はこのフード１３の内周に上記羽根板８およびコー
ン７から隙間り、、Ｄ、をあけて形成され、隔壁２に向
かって次第に小径となる截頭円錐形状の内周板、１５は
上記先導管１ａ、後続管１ｂおよびフード１３と共に上
記ンールド殻ｌを構成し、上記先導管１ａと同一外径を
有すると共に、上記フード１３の前端面に同軸に固定さ
れて、上記カッター９のアームｌＯおよびリング部材１
１を軸方向に完全に収納するフードリング１５である。

また、１６はロッド先端１６ａを補強材１７を介して上
記先導管１ａに連結し、基部１６ｂを後続管１ｂの内周
に固定して周方向に等間隔をおいて３台配置した方向修
正ジヤツキ、１８は上記内周！！￥１４の後端と隔壁２
で囲まれる環状空間１９に水を供給ずろ送水管、２０は
上記環状空間１９の内の掘削土を含む泥水を排出する排
泥管、２１は回転軸４に取り付けられ、上記扉状空間１
９内の泥水を撹拌する撹拌羽根である。

第３図は、上記実施例の先端部の詳細を示す軸方向断面
図（第２図（ａ）のＩＩＩ−ｍ線断面図）である。

上記コーン７は、截頭頂部７ｂに軸方向に設けたボルト
穴２２に挿入した４本のボルト２３，２３゜（第２図参
照）で回転軸４に固定されており、外周面７ａに母線方
向に伸びる線状の突起２４．２４゜・が周方向に適宜間
隔をおいて肉盛溶接で形成されている。上記コーン７は
その軸に直角な横断面が楕円形状をしている（第２図参
照）。このため、コーン７と内周板１４の間の上記隙間
り、は周方向に図示のように広狭の差を生じる。これに
より、後述する礫破砕に際し、礫を加速力によって効果
的に破砕することができる。羽根板８は、コーン７の外
周面７ａの両側から夫々略法線方向に突出し、かつ端に
向かって拡大する四角錐形状部８ｂを有しており、四角
錐形状部８ｂの表面に、法線方向に伸びる線状の突起２
５．２５．　　が適宜間隔をおいて肉盛溶接で形成され
ている。

上記羽根板８，８の前端面８　ａ、　８　ａには、カッ
ター９の２本の略扇形の板状のアームＩ　Ｏ，１０を、
Ｔ字状をなして固定している（第１図参照）。そして、
このアーム１０．１０に、第２図（ａ）に示すように、
２つのアームＩ　Ｏ，１０の連続部に３つの掘削刃＋　
２ａ、　ｌ　２ａ、　ｌ　２ａを、また各アーム１０１
０の側面１０ｃ、　Ｉ　Ｏｃ、・近傍の径方向所定の位
置に、２つて一組の掘削刃１２ａ、１２ａを一組ずつ、
計７つの掘削刃１２ａ、　Ｉ　２ａ、・を突没している
。上記アーム１０．１０の外端部１０ａ、ｌｏａの前面
１０ｂ、ＩＯｂには、上記リング部材１１を、夫々のア
ームＩ　Ｏ９１０の外端部１０ａ、ｌｏａを周方向に連
結するように回転軸４と同軸に固定している。そして、
このリング部材１１の前面１１ａの周方向所定の位置に
設けた８つの四部１１ｂ、ＩＩｂ（第２図（ｂ）参照）
に夫々、掘削刃＋２ｂ、＋２ｂ・を突没している。この
リング部材１１の前面１１ａに突設された計８つの掘削
刃１２ｂ、　ｌ　２ｂ。

は、第３図に示すように、前方に突出すると共に、その
外端部１２ｂ−１，１２ｂ−１，・が上記フードリング
１５の前端面１５ａと僅かの隙間を保った状態で径方向
にも所定の寸法突出しており、前面側だけでなく周方向
外側も掘削可能なように設けられている。この掘削刃１
２ｂ、１２ｂ、・による掘削径は、上記フードリング１
５の前端面に設けられた大径部＋５ｂの径に一致してい
る。このリング部材１１に突設した掘削刃１２ｂ、１２
ｂ、・は上記アーム１０．１０に突設した上記掘削刃＋
２ａ１２ａ、・よりも軸方向前方に突出している。これ
により、切羽の周辺部か中心部よりら先に掘削される。

上記アームｔｏ、１０およびリング部材１１はシールド
殻ｌのフードリング１５に完全に収納されるように配置
されている。上記リング部材１１のアームＩ　Ｏ，１０
に固定されていない弧状の部分は、第２図（ｃ）に示す
ように、内周に前方に向かって「ハＪの字状に広がる傾
斜面１１ｃが設すられているため、掘削に際し、土砂等
がスムーズに後述する環状空間Ｃ内に導かれる。また、
上３己り／゛り部材１１のアーム１０．１０に固定され
ていない弧状の部分は、その後端面に断面矩形の弧状の
補強部財２６を溶接等により固定ずろことによりｈｌｉ
強されている。

上記白眉板Ｉ４には、その表面に母線方向に伸びる線状
の突起２７，２７．−を周方向に適宜間隔をおいて肉盛
溶接で形成する一方、後端に図示しない導管を経て上記
環状空間１９に連なる複数の給水口（図示を省略）を設
けるとともに、先端付近に複数の噴水口２８を設けてい
る。

」二足構成の礫破砕用のノールド掘削機の動作について
次に述べる。

発進立坑側からシールド殻ｌに後続する管体２９（第１
図参照）を押圧して、シールド殻１を地盤中１１１ｊ方
へ推進させると共に、駆動電動機６を駆動してカッター
９を回転させろ。すると、カックー９のリング部（オ１
１に適宜間隔をあけて突設され、アーム１０．１０に突
設された掘削刃１２ａ、Ｉ２ａよりも前方に位置する８
つの掘削刃１２ｂ、＋２ｂかまず地盤の掘削断面、すな
わち切羽の周辺部を、次いで、アームＩ　Ｏ，１０に突
設された上記掘削刃１２ａ、　ｌ　２ａ、・が切羽の上
記周辺部以外の内部を掘削してゆく。このとき、上記回
転するアーム１０．１０およびリング部材１１がフード
リング１５内に、つまりシールド殻１内に収納され配置
されており、シールド殻ｌからはリング部材１１に突設
された上記掘削刃１２ｂ１２ｂ　　およびアームＩ　Ｏ
，１０に突設された掘削刃１２ａ、１２ａ、・・の先端
部か軸方向に突出しているだけであるので、上記抑圧に
際し、常に掘削作用を行う掘削刃１２ａ、　ｌ　２ａ、
　　およびｌ　２ｂ　Ｉ　２ｂ、中のみが切羽に正面か
ら押し付けられ、従来のノールド掘削機のようにアーム
１０．１０の側面１０ｃｌｏｃ・・に径方向外側から地
盤に含まれる礫等が当たったりして大きな反力が作用す
るのが完全に防がれると共に、上記リング部材１１の外
周面およびアームＩ　Ｏ，１０の径方向外側の端面に地
盤からカソター９の回転を妨げる摩擦反力が作用するの
が完全に防がれる。このため、このシールド掘削機は、
大きな礫等を含む地盤を掘削しても、大きな反力が作用
して、シールド掘削機自身の掘進方向が曲がったり、極
端な場合シールド掘削機が地表を盛り上げたりすること
がない。また、カッター９の回転トルクを低く押さえる
ことができる。また、上記カッター９がアーム１０．１
０の外端部１０ａ。

１０ａの前面１０ｂにリング部材１１を備えており、か
つ、このリング部材１１が、アームｔ　ｏ、ｔ　。

の外端部１０ａ、１０ａの前面１０ｂ、ＩＯｂに固定さ
れてアームｔ　ｏ、ｔ　ｏより軸方向前方に突出してお
り、さらに、このリング部材１１に周方向に適宜間隔を
あけて８つの掘削刃１２ｂ、　１２ｂ、・・が突設しで
あるため、このシールド掘削機は、まず、切羽の外周部
のみを掘削し、その掘削した箇所にリング部材１１が位
置し、その後中央部を掘削する。したがって、切羽の中
央部を、掘削中に切羽の周辺部が崩れるのを防止しつつ
掘削することができる。また、このため、このシールド
掘削機は、掘削時に切羽の上部と下部に地盤から受ける
反力のアンバランスが生じて、掘進方向が上に曲がった
りすることがない。

上記カッター９の回転による掘削と共に、送水管１８を
経て（矢印Ａ参照）前方の環状空間１９および内周板１
４内の空間３１に水を供給する。すると、上述のように
カッター９のリング部材１１およびアーム１０．１０に
突設された掘削刃１２ｂ１２ｂ・・・および１２ａ、　
ｌ　２ａ、・・・により掘削され、シールド殻ｌの前進
で略扇状の２つの開口３２３２よりシールド殻１内に取
り込まれた土砂は、回転するコーン７の外周面７ａとフ
ード１３の内周板１４との間の先細りのＶ字断面の環状
空間Ｃ（第３図参照）に入り込む。入り込んだ土砂中の
礫は、コーン７に突設した羽根板８．８で旋回させられ
て外側の内周板１４に移動し、このとき大粒径の礫は羽
根板８と内周板１４およびコーン７の外周面７ａ間に挾
まれて小粒径の礫に破砕され、次いで土砂と共に内周板
１４に沿って後方へ送られ、コーン７と内周板１４間の
隙間り、を通過するとき小粒径の礫の全部が細かく破砕
される。このとき、コーン７の外周部７ａと内周板１４
には母線方向に伸びる硬質の多数本の突起２４．２４・
・および２７，２７．・・が、また羽根板８にはコーン
７の法線方向に伸びる同様の突起２５，２５．・・が夫
々形成されているので、礫の破砕が容易かつ迅速に行な
われる。また、羽根板８．８の四角錐形状部８ｂ、８ｂ
が前方に向かって拡大し、その前端にＴ字状をなすよう
にカッタ９のアームｌ０１１０が固定されているので、
上記環状空間Ｃに入り込んだ土砂は、これらに遮ぎられ
て、シールド殻ｌを常に前方へ押圧せずとも前方へ飛び
出すことがない。また、四角錐形状部８ｂが傾斜してお
り、コーン７が回転することによって隔壁３０方向へ礫
を送り込むので、礫が環状空間Ｃ内に充満することがな
い。こうして、細かく破砕された礫を含む土砂は、環状
空間１９に流入し、撹拌羽根２１によって供給水と混合
・撹拌された後、排泥管２０を経て（矢印Ｂ参照）坑外
へ排出される。また、内周板１４の噴水口２８から噴射
される供給水は、粘土層などを掘削する際、羽根板８．
８と内周板１４間の隙間り、に固着する粘土を溶かして
流動化し、掘削トルクの軽減と固着粘土の除去に貢献す
る。

このように、このシールド掘削機は、礫地盤を掘削して
ら、カッター９のアームＩ　Ｏ，１０の側面１０ｃ、　
ｌ　Ｏｃ、・・・に礫等が径方向外側から当たったりし
て大きな反力か作用したり、また、掘削に際し切羽の周
囲が崩れることにより反力にアンバランスが生じたりし
て、掘進方向が曲がったり地表を持ち上げたりすること
がないため、礫地盤を掘進計画路線に沿って正確に掘削
することができる。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明のシールド掘削機は
、シールド殻内の隔壁に支承され、この隔壁の後方に設
けた駆動装置によって回転せしめられる回転軸の前端に
、この回転軸の前端に設けられ、径方向に延びる少なく
とも２本のアームと、上記アームの外端部を互いに連結
するリング部材と、上記アームおよびリンク部材前面に
適宜間隔をあけて設けた掘削刃とからなるカックーを備
えているので、礫地盤を掘削してら、１リング部材によ
ってアームの側面に大きな礫等や地盤に固定された礫が
径方向外側から当たるのを防止でき、したかって、掘進
方向が曲がったりずろことがない。

また、掘削に際し、リング部材によって、切羽の周辺部
が崩れるのを防止でき、したがって、切羽の上下におけ
るシールド掘削機が受ける反力にアンバランスが生しる
ことがなく、掘進方向が曲かったり地表を盛り上げたり
することがなく、礫地盤を掘進計画路線に沿って正確に
掘削ずろことができる。

また、この発明のシールド掘削機は、カッターのりツタ
部材をノールト殻内に配置しているので、リング部材の
外周面やアームの径方向外側の端面に地盤からカッター
の回転を妨げる大きな摩凛力か作用するの防ぐことがで
き、カッターの回転トルクを低く押さえることができる
。

また、この発明のシールド掘削機は、リング部を才をア
ーム前面に取り付けて、」二足リング部材上の掘削刃を
上記アーム上の掘削刃よりも前方に突出させ−で、掘削
に際し、切羽の周辺部をまず掘削し、その掘削した切羽
の周辺部にリング部材を位置させ、その後切羽の中央部
を掘削するようにしているので、切羽の周囲か崩れるを
防止ずろことがてき、かつ、切羽の周囲が崩れることに
より切羽の上下の負荷のアンバランスを防止して、シー
ルド掘削機の掘進方向がずれるのを防１トすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシールド掘削機の一実施例の軸方向断
面図、第２図（ａ）　、　（ｈ）　、　（ｃ）は夫々第
１図の正面図、第２図（ａ）のｂ矢視図、第２図（ａ）
のｃ−ｃ線断面図、第３図は上記実施例の先端部の詳細
断面図（第２図のＩ］’Ｊ−１ｎ線断面図）、第４図、
第５図は夫々従来のシールド掘削機の軸方向断面図およ
び正面図である。 １・・ノールド殻、２　隔壁、３　・軸受、１１・回転
軸、６　駆動電動機、８　羽根仮、９　・カッター　１
０・・アーム、ＩＯａ・・外端部、１月）アーム前面、
１１・・リング部キオ、ｌ　ａ−前面、＋２ａ、ｌ２ｂ
−掘削刃。 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールド殻内の隔壁に、この隔壁の後方に設けた
   駆動装置によって回転せしめられる回転軸を、支承し、
   この回転軸の前端にカッターを有するシールド掘削機に
   おいて、 上記カッターは、上記回転軸の前端に設けられ、径方向
   に延びる少なくとも２本のアームと、上記アームの外端
   部を互いに連結するリング部材と、上記アームおよびリ
   ング部材前面に適宜間隔をあけて設けた掘削刃とからな
   ることを特徴とするシールド掘削機。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のシールド掘削機に
   おいて、 上記カッターのリング部材を上記シールド殻内に配置し
   たシールド掘削機。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載のシー
   ルド掘削機において、 上記リング部材をアーム前面に取り付けて、上記リング
   部材上の掘削刃を上記アーム上の掘削刃よりも前方に突
   出させたシールド掘削機。