JPH03221699A - シールド掘進装置 - 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〕 この発明は、シールド掘進装置に関し、詳しく；よ、ト
ンネルや下水道の掘削施工に用いられ、地盤を切削して
孔を掘削しながら、孔の後方に順次孔壁構造すなわちシ
ールドを構築していく、シールド工法に用いる掘削推進
のための装置、ずなわちシールド掘進装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、比較的軟弱な地盤における推進工法あるいはシー
ルド工法には、カッタが固定された面板を前面に装備し
た掘進装置を用いる泥水加圧工法や土庄式セミシールド
工法が採用されている。

泥水加圧工法は、シールド掘進装置の面板後方に隔壁を
設けて、隔壁と面板の間に圧力室を構成し、この圧力室
に加圧泥水を送り込んで、一定の泥水圧力を維持しなが
ら、回転する面板に固定されたカッタで切羽面を切削す
ることによって、切羽の安定を図っている。カッタで切
削された土砂は、泥水に混しって坑外に流体輸送された
後、沈澱槽等で土砂と泥水が分離される。土砂が分離さ
れた泥水は、再び送泥ポンプにより切羽へ送り込まれる
。このように、泥水を循環させて地盤を掘削しながら、
シールド掘進装置全体を推進させていくことになる。

土庄式セミシールド工法は、面板のカッタで切削した土
砂を、面板の後方に設けた掘削室内に充満させ、その上
圧によって切羽の安定を図っている。また、掘削室の後
方隔壁を貫通してスクリュウコンベア等の排土機構が設
けられており、シールド掘進装置の推進に伴う掘削土量
と排土量とを平衡させることによって、掘削室内の圧力
を調整しながら、シールド掘進装置を推進させていく方
法である。

上記した何れの工法でも、掘進装置の前面に面板を設け
ていることにより、面板の後方に設けられる掘削室（ま
たは加圧室）の圧力維持を確実に行えるようになる。す
なわち、面板がなく、掘削室の前面が開放されていると
、地盤の土質によっては、掘削室に送り込んだ土砂や加
圧泥水の圧力が周囲の地盤に逃げて、掘削室内の圧力を
充分に維持することができない場合がある。しかし、面
板が設けられていれば、掘削室には、土砂取込口を除い
てほぼ密閉された空間が構成されるので、掘削室内を充
分に加圧維持することができるのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のような従来技術では、地盤の土質が均
一でない、いわゆる互層の場合には、充分な掘削性能が
発揮できないという問題があった。通常の地盤は、土質
が全スパンにわたって均一な場合は少なく、多くの場合
は互層になっているため、上記問題は重大である。

例えば、互層地盤を掘削しているときに、洪質粘土層に
遭遇すると、この地盤は切羽部が自立していて容易に崩
れないため、切羽の崩壊による掘削の促進は期待できず
、面板に固定されたカッタによる切削のみで地盤を掘削
しなければならない。その結果、地盤の切削能率が低下
し、推進速度が著しく低下する。そこで、シールド掘進
装置を無理に前方に押して切削能率の向上を図ろうとす
ると、回転する面板に加わる抵抗トルクが上昇して、掘
削不能になったり、土砂取込口（スリット）への土砂の
圧密か起こり閉塞を起こして土砂の取り込み不能を招来
したりするという問題があるこのような問題があるため
、粘土地盤に遭遇した場合には、面板に加わる抵抗トル
クを監視しながら、極めて低速度で掘削推進を行ってお
り、作業能率が低下し、生産性を大きく損なっているの
が現状である。

また、粘性土からなる地盤では、面板の前面に粘土が付
着し、面板の切削カッタにも粘土が付着して切削刃部分
が埋まってしまい、地盤の切羽面と面板が単に擦り合う
だけで、カッタによる切削が全く行われず、地盤の切削
が不可能になるということが、再々発生していた。

そこで、この発明の課題は、上記のような面板を用いた
シールド掘進装置において、洪質粘土層のような地盤に
遭遇しても、何ら支障なく地盤を切削して掘削推進する
ことができ、いかなる地盤でも安定した推進速度を確保
することのできるシールド掘進装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する、この発明にかかるシールド掘進装
置は、面板の前面に取り付けられたカッタで地盤を切削
し、切削された土砂を、面板に形成された土砂取込口か
ら後方の掘削室に送り込み、掘削室内を加圧して切羽の
安定を図りながらシールドを構築していくシールド掘進
装置において、面板全体が切羽面に対して回転自在に設
けられているとともに、面板前面の円周位置に切羽面に
沿って回転自在な回転カッタが設けられている。

シールド掘進装置の基本的な構造は、通常の装置と同様
のものが用いられ、前記した従来の加圧泥水工法や土圧
式セミシールド工法等に用いられていたものと同様の構
造でよい。但し、この発明では、面板と面板の後方に構
成される掘削室を備えた装置を用いる。

面板は、後方に設けられたモータ等の駆動機構により、
切羽面に対して回転するように設けられている。面板の
前面には、切羽を切削するカッタもしくはビット（以下
、カッタと総称する）が設けられ、面板の一部には、土
砂を後方の掘削室に送り込むための土砂取込口が設けら
れる。

従来のカッタは、面板０こ固定されていたが、この発明
では、面板の前面の円周位置で、切羽面に沿って回転す
る回転カッタが設けられる。この回転カッタの構造およ
び形状は、切羽を良好に切削できれば任意の構造および
形状のものが用いられる。回転カッタは、面板に対して
１個もしくは複数個が設けられる。回転カッタは、面板
の回転とともに、切羽面の全体を回転力フタが通過しな
がら切削できるような形状および配置に設けるのが好ま
しい。回転カッタの具体的形状は、例えば、回転中心に
対して直径方向に延びる棒状のもの、放射線状に複数方
向に延びる棒状のもの、円環状のもの、扇形のもの等が
挙げられる。

回転カッタの回転機構としては、各回転カッタ毎にモー
タ等の駆動機構を設けていてもよいが、前記した面板の
駆動力の一部を、遊星ギア機構等で分配して、回転カッ
タを回転させるようにすれば、回転カッタ毎に駆動機構
を設けなくてもよくなり、装置の構造が簡単になる。

上記した以外の、シールド掘進装置の細部構造は、通常
のシールド掘進装置と同様でよい。

〔作　　用〕

全体が回転する面板の円周位置に、切羽面に沿って回転
する回転カッタを設けておけば、この回転カッタは、面
板の回転による公転と、回転カッタ自身の自転の２種類
の運動が複合された複雑な運動を行いながら、地盤の切
羽を切削していくことになる。その結果、粘土質等の切
削が難しい地盤に対しても、効率良く切削することが可
能になり、切削の困難な地盤に対処するために推進速度
を低下させる必要がなくなり、どのような地盤に対して
も安定した掘進速度を維持することが可能になる。勿論
、通常の地盤に対しては、より効率的に切削でき、掘進
速度を向上させることができる。

また、面板全体が同じ方向に運動するのではなく、面板
全体の運動に回転カッタの部分的な運動が組み合わせら
れているので、面板の一部に粘土等が付着しようとして
も、付着した粘土等は回転カッタにより速やかに除去さ
れる。また、回転カッタ自体は、一定方向へ自転しなが
ら、面板とともに全体が公転するので、回転カッタの同
し位置に粘土等が付着する心配はない。その結果、面板
または回転カッタに粘土が付着して切削不能になるとい
う問題が生じない。

〔実　施　例〕

ついで、この発明の実施例について、図を参照しながら
以下に説明する。

第１図にシールド掘進装置の全体構造を示しており、筒
枠状をなすシールド本体ｌＯの前面に面板２０が設けら
れており、面板２０の背面には駆動軸２２を経て駆動モ
ータ２４が連結され、面板２０がシールド本体１０の前
面で、地盤の切羽面に対して回転するようになっている
。第２図に平面構造を示すように、円板状の面板２０の
前面で、円周上で対向する２個所に回転カッタ３０，３
０が設けられている。回転カッタ３０は、背面中心に回
転軸３１が設けられ、この回転軸３１を中心にして、面
板２０の前面で直径方向に延びる角棒状をなしている。

回転カッタ３０は外周側に向けて少し細くなるようにテ
ーパが形成されている。回転カッタ３０の回転範囲は、
面板２０の外周近くから中心近くまでをカバーしている
。面板２０のうち、前記回転カッタ３０の回転範囲の外
に、放射方向につづく細い扇形の土砂取込口２８が貫通
形成されている。土砂取込口２８は、左右対象位置に２
本づつ形成されている。

第１図において、回転カッタ３０の回転軸３１は、面板
２０に軸受部３２で回転可能に支持されている。軸受部
３２は、ダストシールおよびメタル軸受で構成されてお
り、メタル軸受は、スラスト、ラジアルの両方向の荷重
を支持できるようになっている。但し、メタル軸受に代
えて、ボールヘアリング等のベアリングを用いることも
できる。面板２０の背面で回転軸３１にはピニオン歯車
４０が取り付けられている。第３図にも示すように、ピ
ニオン歯車４０は、面板２０の回転中心と中心を一致さ
せた固定歯車４２に噛み合わせられている。固定歯車４
２は、前記同様の軸受部４１．４３を介して、面板２０
の駆動軸２２に摺動回転可能に支持されているとともに
、固定歯車４２の後端が、中空円盤状の固定板４４を介
して隔壁１２にボルト４６で固定されている。隔壁１２
は、前方の面板２０との間に掘削室１６を構成するため
のものであり、外周がシールド本体１０の内周に固定さ
れている。したがって、固定歯車４２は、固定板４４お
よび隔壁１２を介してシールド本体１０に固定されてい
ることになり、この固定歯車４２の中心を面板２０の駆
動軸２２が摺動回転可能に貫通していることになる。

固定歯車４２とビニオン歯車４０の歯部分を覆ってハウ
ジング４８が設けられており、ハウジング４８は面板２
０に取付固定されている。したがって、固定歯車４２と
ビニオン歯車４０の噛み合い部分に土砂等が侵入する心
配はない。ハウジング４８は面板２０とともに回転する
ので、固定歯車４２とハウジング４８の摺動部分には、
摺動シール部４７が設けられている。隔壁１２の下部に
はスクリュウコンヘア機構５０が取り付けられ、スクリ
ュウコンベア機構５０の内部には、掘削室１６内の土砂
を排出するスクリュウ５２が設けられている。面板２０
の前面中心には固定ビット２６が設けられている。

上記のような構造のシールド掘進装置の作動について説
明する。

駆動モータ２４を回転駆動させると、駆動軸２２が回転
して面板２０全体が回転する。第３図に示すように、面
板２０が回転すると、回転カッタ３０の背面のビニオン
歯車４０も円周上を移動する。ビニオン歯車４０は、固
定歯車４２と噛み合いながら円周上を移動するので、ビ
ニオン歯車４０は、面板２０全体の回転方向と同し方向
に回転することになる。すなわち、第３図において、面
板２０全体が時計回りに回転すれば、ビニオン歯車４０
も時計回りに回転する。これは、いわゆる遊星歯車機構
の原理である。その結果、第２図に示す面板２０の前面
では、面板２０が反時計回りに回転すれば、回転カッタ
３０も反時計回りに１回転することになる。すなわち、
回転力、り３０は、面板２０とともに公転すると同時に
、回転力ツタ３０自体が自転するのである。回転力、夕
３０の面板２０に列する回転数ｎは、固定吊車４２の歯
数Ｚｌとビニオン歯車４０の歯数２２から、面板２０が
１回転する毎に、ｎ−２，／Ｚ＋回転する。また、回転
カッタ３０の自転回転数Ｎは、Ｎ−（Ｚ＋　／　Ｚ２　
＋　１　）となる。

上記のような運動を行いながら、回転カッタ３０が地盤
の切羽を切削していく。回転カッタ３０は、切羽面の全
体を移動しながら切削していくとともに、面板２０に付
着しようとする粘土等を除去する。回転カッタ３０で切
削された切羽の土砂は、土砂取込口２８から、掘削室１
６の内部に送り込まれる。掘削室１６の内部に土砂を充
満させて、所定の土圧を発生させた状態で、スクリュウ
コンヘア機構５０から土砂を排出する。掘削室１６内に
、回転自在な攪拌羽根等を設けておき、土砂を攪拌して
泥水や掘削用薬剤等との混合を良好にすることもできる
。このような掘削作業を行いながら、シールド掘進装置
を前進させて孔を掘り進み、孔の後方では、順次シール
ドすなわち孔壁構造を構築していくのは、通常のシール
ド本体法と同じであり、詳しい説明は省略する。

つぎに、第４図および第５図に示す実施例は、回転力・
７タ３０の回転機構が前記実施例と一部異なる場合であ
る。

この実施例では、回転カッタ３０のビニオン歯車６０を
、シールド本体１０の内周に固定された内歯固定歯車６
２と噛み合わせている。第５図に示すように、内歯固定
歯車６２とビニオン歯車６０は、面板２０に固定された
ハウジング７０．７１に収容されており、ハウジング７
０．７１とシールド本体１０の摺動部分にも、前記同様
の摺動シール部７２．７３が設けられている。このよう
な、ビニオン歯車６０と内歯固定歯車６２の組み合わせ
による″Ｍ星歯車機構でも、前記実施例と同様に、ビニ
オン歯車６０の公転および自転が行われる。但し、この
場合には、ビニオン歯車６０の自転方向は、面板２０全
体の公転方向と逆方向に回転することになる。

こ発明の効果〕 以上に述べたとおり、この発明にかかるシールド掘進装
置によれば、面板の前面に取り付けられて面板の回転と
ともに公転しながら、それ自身が自転する回転カッタを
設けたことにより、切羽面に対する切削能率を大幅に向
上させることができた。その結果、従来の装置では切削
能率が極めて低くなっていた洪質粘土層のような地盤を
含む互層に対しても何ら支障なく、良好で安定した掘進
速度を確保することができ、作業能率の向上に大きく貢
献することできる。

しかも、面板の前面に付着する粘土等を回転カッタの回
転によって除去することができるとともに、回転カッタ
自体も公転と自転を組み合わせた複雑な運動をすること
で、粘土等の付着を防いでいるので、従来の装置のよう
に、切削不可能になる心配はなく、長期間にわたって、
安定した掘進作業を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２図は正面
図、第３図は遊星歯車機構部分の背面図、第４図は別の
実施例を示すＭ星由車機構部分の背面図、第５図は回転
カッタの回転機構を示す要部の断面図である。 ０・・・シールド本体 ２・・・隔壁 ０・・・面板 ０・・・回転カッタ Ｏ・・・ピニオン歯車 ２ ・・・固定歯車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　面板の前面に取り付けられたカッタで地盤を切削し
   、切削された土砂を、面板に形成された土砂取込口から
   後方の掘削室に送り込み、掘削室内を加圧して切羽の安
   定を図りながらシールドを構築していくシールド掘進装
   置において、面板全体が切羽面に対して回転自在に設け
   られているとともに、面板前面の円周位置に切羽面に沿
   って回転自在な回転カッタが設けられていることを特徴
   とするシールド掘進装置。