JPH053594Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案は、礫を破砕するロータをシールド本体
内の隔壁の前方に配置したシールド型トンネル堀
削機に関し、特にロータと該ロータを偏心運動可
能に支持する手段との間にシール手段を配置した
シールド型トンネル堀削機に関する。

（従来技術） 地中に管を推進して管路を敷設する管推進工法
では、推進される複数の管の最前部にシールド型
トンネル堀削機が配置される。切羽は堀削機に設
けられたカツタヘツドにより堀削され、その間前
記管および堀削機は最後部の管を押す推進ジヤツ
キによる推力を受け、これにより管および堀削機
は堀削された地盤中を移動される。カツタヘツド
は、シールド本体を横切る隔壁の前方に該隔壁か
ら間隔をおいて配置されている。

堀削機および管の前進の間、切羽での堀削物す
なわち堀削土砂はカツタヘツドを経て該カツタヘ
ツドと隔壁との間の圧力室すなわち隔壁前方域に
入り、該隔壁前方域を満たす。隔壁前方域を満た
した堀削土砂は、切羽の土圧をシールド本体の隔
壁に伝え、また隔壁による反力を切羽に伝える。
切羽は、切羽の土圧と隔壁による反力との均衡に
より、崩壊または隆起なしに安定に維持される。

この種のシールド型トンネル堀削機の一つとし
て、堀削土砂の排出を容易にすべく、堀削土砂に
混入する礫を破砕するロータを隔壁前方域に配置
した堀削機がある（例えば、特開昭61−102999号
公報、特開昭60−242295号公報参照）。この堀削
機において、ロータは、駆動機構によりシールド
本体の中心軸線の周りに回転されて偏心運動、す
なわち中心軸線の周りの旋回運動と、中心軸線か
ら偏心された軸線の周りの回転運動とをすること
により、礫をシールド本体の内面に押圧し、破砕
する。破砕された礫は、隔壁前方域の圧力を低下
させないように、排出機構により堀削土砂ととも
に隔壁後方域へ排出される。

この堀削機には、また、ロータの回転およびロ
ータを支承する軸の回転を円滑にしかつ軸受部を
保護すべく、潤滑油が軸受部に充満され、ロータ
と隔壁との間にシール手段が配置される。このシ
ール手段により、軸受部は、隔壁前方域から区画
され、水および堀削土砂の侵入を防止される。

従来のシール手段は、特開昭61−102999号公報
の第１図および特開昭60−242295号公報の第１，
２，４図に示されているように、隔壁およびロー
タの一方にシールド本体の軸線と同軸的に設けら
れた環状の凹所であつてその開口が隔壁およびロ
ータの他方と対面する凹所と、該凹所に前記軸線
の方向へ移動可能に配置されたリングと、該リン
グを隔壁およびロータの他方に向けて押圧するば
ねと、隔壁およびロータの他方に設けられた、前
記リングを受ける環状の受け座とを備えるメカニ
カルシールから成る。シール機能は、リングがば
ねにより受け座に押圧されている間、維持され
る。

しかし、これらの公開公報に示されているよう
に、従来の堀削機に用いられているメカニカルシ
ールでは、リングの外径が受け座の外径とほぼ等
しいかこれより大であるため、受け座と接触する
リングのシール面の一部がロータの偏心運動中隔
壁前方域に露出し、該リングが隔壁前方域内の圧
力によりばねの力に抗して凹所内に押され、シー
ル機能が低下する。

隔壁前方域、特にシール手段の周りの空間は、
一般に、切羽の崩壊を防止する目的で、前記軸受
部より高い圧力に維持される。しかし、従来のメ
カニカルシールでは、リングのシール面の一部が
隔壁前方域に露出すると、隔壁前方域の圧力が露
出したシール面に作用する。この圧力は、リング
を受け座から離すようにリングをばねの力に抗し
て凹所内に後退させる力として、リングに作用す
る。このため、従来のメカニカルシールでは、リ
ングのシール面の一部が隔壁前方域に露出する
と、リングの一部が受け座から離され、シール機
能が低下する。

（考案の目的） 本考案は、隔壁前方域の圧力がシール機能を低
下させるようにリングに作用することのない、シ
ールド型トンネル堀削機を提供することを目的と
する。

（考案の構成） 本考案のシールド型トンネル堀削機は、リング
の外径をD₁、受け座の外径をD₂、ロータの偏心
運動の偏心量をｅとしたとき、 D₁≦D₂−2e であることを特徴とする。

（考案の作用、効果） リングおよび受け座の外径が、 D₁≦D₂−2e であるから、ロータの旋回運動および回転運動に
より、相対的な偏心運動がリングと受け座との間
に生じても、リングのシール面が隔壁前方域に露
出することはない。従つて、リングを隔壁前方域
の圧力によりばねの力に抗して後退させる力は、
リングに作用しない。

（実施例） 以下、図面に示す本考案の実施例について説明
する。

第１図〜第５図に示す、シールド型トンネル堀
削機１０は、筒状のシールド本体１２を含む。シ
ールド本体１２は、相互に突合せ結合された第１
および第２の本体部１４，１６を備える。

第１図および第２図に示すように、第１の本体
部１４は、内径が前方の側から後方の側に向けて
漸次減少する円錐形の破砕室すなわち第１の空間
１８を規定する第１の筒部１４ａと、第１の空間
１８の後部に続き、該第１の空間の後端部の断面
積より広い断面積を有する泥水室すなわち第２の
空間２０を規定する第２の筒部１４ｂとを備え
る。第１および第２の筒部１４ａ，１４ｂは、第
１の筒部１４ａの後端と第２の筒部１４ｂの前端
とにおいて分離可能に相互に突き合わせ結合され
ている。第１の空間１８の内径はほぼ同じであつ
てもよい。

第２図に示すように、第２の筒部１４ｂの前端
部外周および後端部外周には、周方向へ伸びる溝
が形成されている。第２の筒部１４ｂの前端部の
前記溝により前端部外周に形成されたフランジ部
には、第１および第２の筒部１４ａ，１４ｂを分
離可能に連結する複数のボルトが配置されてい
る。これに対し、第２の筒部１４ｂの後端部の前
記溝により後端部外周に形成されたフランジ部に
は、第１および第２の本体部１４，１６を分離可
能に連結する複数のボルトが配置されている。

第２図および第４図に示すように、第１の筒部
１４ａの後端面には、第１および第２の空間１
８，２０を区画する環状の格子２２が設けられて
いる。格子２２は、第１の筒部１４ａの後端面に
沿つて伸びており、また小さな堀削土砂が第１の
空間１８から第２の空間２０へ移動することは許
すが、大きな堀削土砂が第１の空間１８から第２
の空間２０へ移動することは阻止するように、シ
ールド本体１２の軸線の周りに等角度間隔に隔て
られた複数の開口２４を有する。格子２２は、第
２の筒部１４ｂの前端部内側に取り付けてもよ
い。第２の筒部１４ｂには、シールド本体１２内
を前方域と後方域とに区画する隔壁２６が設けら
れている。

第２図および第４図に示すように、隔壁２６に
は、隔壁２６をシールド本体１２の軸線方向へ貫
通して伸びる筒状のスリーブ２８が滑動不能およ
び回転不能に支承されている。隔壁２６の第１の
筒部１４ａの側には、スリーブ２８の周りを伸び
る内歯歯車３０が複数のボルトにより取り付けら
れている。スリーブ２８には、該スリーブをシー
ルド本体１２の軸線方向へ貫通するクランク軸３
２が複数の軸受３４により回転可能に支承されて
いる。

クランク軸３２は、スリーブ２８に支承された
軸部分３２ａと、該軸部分から前方へ伸びる偏心
部すなわち軸部分３２ｂとを備える。軸部分３２
ａの軸線は、シールド本体１２の軸線と一致され
ている。これに対し、軸部分３２ｂの軸線は、シ
ールド本体１２および軸部分３２ａの軸線から距
離ｅだけ偏心されている。クランク軸３２は、軸
部分３２ｂが第１の空間１８内を伸びるように、
スリーブ２８に支承されている。

第２図に示すように、軸部分３２ｂには、第１
の筒部１４ａとともにクラツシヤを構成するロー
タ３６が複数の軸受３８により回転可能に支承さ
れている。ロータ３６は、直径寸法が前端の側か
ら後端の側に向けて漸次増大する外表面を有する
円錐形の形状を有しており、また第１の空間１８
内に配置されている。ロータ３６の後端外面と第
１の筒部１４ａの後端内面との間隔は、シールド
本体１２の直径方向における格子２２の開口２４
の寸法より小さい。第１の空間１８を規定する第
１の筒部１４ａの内面およびロータ３６の外表面
に、その周方向へ伸びる複数の突出部または溝を
設けてもよい。

第２図および第３図に示すように、ロータ３６
の先端部には、カツタ組立体４０が取り付けられ
ている。カツタ組立体４０は、ロータ３６から斜
め前方に傾斜してシールド本体１２の半径方向へ
伸びる複数のアーム４２と、該アームに取り付け
られた複数のカツタビツト４４とを備える。アー
ム４２の最先端に配置された各カツタビツトは、
カツタ組立体４０の回転中心へ向けられた内向き
の刃先と、これと逆の方向に向けられた外向きの
刃先とを有する。これに対し、他の各カツタビツ
トは、その刃先がカツタ組立体４０の回転中心に
向くようにすなわち内向きとなるように配置され
ているとともに、前記刃先がそのカツタビツトの
外側に配置されたカツタビツトの刃先より後方と
なるように配置されている。なお、各カツタビツ
トは、その刃先がカツタ組立体４０の回転軸線と
直交する同一面に位置するように配置してもよ
い。

第２図および第４図に示すように、ロータ３６
の後端面には、内歯歯車３０と噛合する外歯歯車
４６が複数のボルトにより取り付けられている。
外歯歯車４６は、内歯歯車３０に対し、クランク
軸３２の軸部分３２ａに対する軸部分３２ｂの偏
心量と同一の距離ｅだけ偏心されている。このた
め、歯車３０，４６はその直径方向の一方の部位
で相互に噛合しており、両歯車が噛合する部位は
クランク軸３２の回転にともなつて周方向に順次
変化し、その結果ロータ３６およびカツタ組立体
４０はシールド本体１２の軸線の周りの旋回運動
（公転運動）をするとともに軸部分３２ｂの周り
の回転運動（自転運動）をする。

第２図および第５図に示すように、ロータ３６
と内歯歯車３０との間には、両者の間を液密的に
閉鎖する環状のメカニカルシール４８が配置され
ている。メカニカルシール４８は、ロータ３６の
後端面に該ロータと同軸的に形成された環状の溝
すなわち凹所５０と、該凹所に嵌合された筒状の
リング５２と、内歯歯車３０の前端面に該内歯歯
車と同軸的に取り付けられた環状の受け座５４
と、リング５２を受け座５４に向けて押圧する複
数のばね５６とを備える。凹所５０は、内歯歯車
３０の側に開口する。

リング５２は、凹所５０にシールド本体１２の
軸線方向へ滑動可能に受け入れられた環状の主体
部５２ａと、該主体部の後端外周から後方へ同軸
的に伸びる突出部５２ｂとを備える。リング５２
の主体部５２ａおよび突出部５２ｂは、ほぼ一定
の外径寸法を有しており、またロータ３６と同軸
的にすなわち内歯歯車３０に対し前記距離ｅだけ
偏心されている。各ばね５６は、圧縮コイルばね
であり、また凹所５０に連通する穴内に配置され
ている。

リング５２の主体部５２ａおよび突出部５２ｂ
の外径寸法、特にリング５２の後端面および受け
座５４の前端面、すなわちリング５２と受け座５
４との接触面（シール面）の直径は、受け座５４
の外径寸法より少なくとも2e小さい。すなわち、
リング５２と受け座５４との接触面の直径は、リ
ング５２の後端面（突出部）の外周部の直径を
D₁とし、受け座５４の前端面の外周部の直径を
D₂とすると、 D₁≦D₂−2e である。

第２図に示すように、隔壁２６はスリーブ２８
の周りを伸びる環状の油室５８を有する。油室５
８には、潤滑油が収容されている。油室５８は、
隔壁２６に穿たれた複数の穴６０、スリーブ２８
の外周に形成された環状の凹所６２およびスリー
ブ２８に形成された複数の穴６４を経て、クラン
ク軸３２とスリーブ２８との間の空間に連通され
ている。このため、クランク軸３２とスリーブ２
８との間の空間、隔壁２６とスリーブ２８との間
の隙間は潤滑油で満たされている。

ロータ３６の前端部とクランク軸３２の先端部
との接触部、ロータ３６とリング５２との接触
部、隔壁２６と内歯歯車３０との接触部およびス
リーブ２８と隔壁２６との接触部には、それぞれ
シール用のＯリングが配置されている。また、ス
リーブ２８の後端部とクランク軸３２の後端部と
の間には、潤滑油の流出を防止するシール材６６
が配置されている。シール材６６は、複数のボル
トによりスリーブ２８に固定されている。

第１図および第２図に示すように、第２の本体
部１６は、第１の本体部１４の第２の筒部１４ｂ
の後端部に連結される第１の筒部１６ａと、第１
の筒部１６ａの後端部に挿入された第２の筒部１
６ｂと、第２の筒部１６ｂの後端部に連結された
第３の筒部１６ｃとを備える。第１の筒部１６ａ
の前端部にはシールド本体１２の軸線に対し直角
の支持壁６８が設けられており、支持壁６８には
スリーブ２８の後端部を受け入れる穴７０が設け
られている。第２の本体部１６の第１の筒部１６
ａと第２の筒部１６ｂとは、方向修正用の複数の
ジヤツキ７２により相互に連結されている。第２
の筒部１６ｂと第３の筒部１６ｃとの間および第
３の筒部１６ｃと敷設すべき管１００との間に
は、連結具７４，７６が配置されている。

支持壁６８の後部には、クランク軸３２を回転
させる駆動機構７８が複数のボルトにより固定さ
れている。駆動機構７８は電動機と減速機とを備
えており、駆動機構７８の出力軸８０はクランク
軸３２の後端部に設けられた穴に挿入されてい
る。出力軸８０とクランク軸３２とは、キー８２
により、相対的に回転が不能に結合されている。

第１図および第２図に示すように、ロータ３６
の円錐形の外表面には、ロータ３６の回転にとも
なつて第１の空間１８内の堀削土砂を撹拌し、該
堀削土砂に流動性を与える複数の羽根８４が取り
付けられている。

隔壁２６および支持壁６８は、泥水を堀削機１
０の後方から第２の空間２０へ供給する泥水供給
路８６，８８と、第２の空間２０へ供給された泥
水を堀削土砂とともに堀削機１０の後方へ排出す
る泥水排水路（図示せず）とを備える。支持壁６
８には、泥水を泥水供給路８８へ案内するパイプ
９０が取付具９２により取り付けられている。支
持壁６８には、また、泥水を前記泥水排水路から
堀削機１０の後方へ案内するパイプ（図示せず）
が取付具（図示せず）により取り付けられてい
る。

第２図に示すように、第２の空間２０の底部に
は、泥水供給路８６から供給された泥水が前記泥
水排水路へ直接達することを防止し、かつ前記泥
水が第２の空間２０内を周方向へ流れるように、
第２の空間２０内における泥水の流路を規定する
仕切り９４が設けられている。

第１図、第２図および第３図に示すように、ロ
ータ３６の前端部には円板状のキヤツプ９６が複
数のねじにより取り付けられており、キヤツプ９
６には切羽の中心部を堀削する複数のカツタビツ
ト９８が固定されている。各カツタビツト９８の
刃先はロータ３６の回転中心へ向けられている。

堀削時、堀削機１０の駆動機構７８が作動さ
れ、クランク軸３２が回転される。これにより、
ロータ３６およびカツタ組立体４０は、これらが
シールド本体１２の軸線に対しｅだけ偏心してク
ランク軸３２の周りをクランク軸３２の回転方向
と同一の方向へ旋回される旋回運動（公転運動）
をする。また、ロータ３６に取り付けられた外歯
歯車４６と、隔壁２６に取り付けられた内歯歯車
３０との噛み合い部位がロータ３６の旋回運動に
ともなつて順次変位するから、ロータ３６および
カツタ組立体４０は、これらが軸部分３２ｂを中
心としてクランク軸３２の回転方向と反対の方向
へ回転される回転運動（自転運動）をする。

ロータ３６およびカツタ組立体４０の旋回運動
および回転運動により、カツタビツト４４，９８
は、シールド本体１２に対しカツタ組立体４０と
ともに旋回運動および回転運動をするのみなら
ず、シールド本体１２に対し、シールド本体１２
の中心に向かういわゆる内方およびこれと反対の
外方への往復運動すなわちシールド本体１２の半
径方向への往復運動をする。

堀削機１０は、カツタ組立体４０が上記のよう
に旋回および回転されている状態で、堀削機１０
の後方に配置された推進機構（図示せず）により
管１００を経て推力を受ける。これにより、堀削
機１０はカツタ組立体４０で切羽を堀削しつつ前
進し、管１００は堀削された穴内へ押し込まれ
る。

各カツタビツト４４の刃先が内向きでありかつ
カツタビツト４４がシールド本体１２に対し該シ
ールド本体の半径方向へ往復運動をするから、各
カツタビツト４４は、これがシールド本体１２に
対し回転軸線の方向へすなわち内方へ移動される
ときは切羽を堀削するが、前記と反対の方向へす
なわち外方へ移動されるときは堀削しない。

このため、カツタ組立体４０の旋回運動および
回転運動にともなつて、カツタ組立体４０の回転
軸線に関し下方に配置されたカツタビツト４４で
切羽を堀削するときは、下向きの力がシールド本
体１２に作用する。これに対し、上方に配置され
たカツタビツト４４で切羽を堀削するときは、上
向きの力がシールド本体１２に作用する。

上向きの力がシールド本体１２に作用すると、
このときは切羽を堀削された空間内に向けてカツ
タビツト４４で掻き下すことになり、シールド本
体１２に作用する上向きの力は小さい。このた
め、堀削機１０では、被堀削地盤が軟弱であれば
ある程シールド本体１２に作用する上向きの力が
小さく、シールド本体１２とその下側の地盤との
間に空間が形成されず、シールド本体１２はその
姿勢を変更されない。また、被堀削地盤が硬い
と、シールド本体１２は、姿勢を変更することを
硬い地盤自体により防止される。

シールド本体１２に下向きの力が作用すると、
シールド本体１２はその下面をその下側の地盤に
押し付けられるだけであり、シールド本体１２の
下面とその下側の地盤との間に空間が形成されな
いから、被堀削地盤が軟弱であつても、シールド
本体１２はその姿勢を変更されない。特に切羽の
下部には、切羽の上部に存在していた礫が集ま
り、これを切羽とともに堀削するときにシールド
本体１２に下向きの大きな力が作用する。しか
し、このような力により、シールド本体１２の姿
勢が変更されることはない。

堀削された土砂すなわち堀削物は、第１の空間
１８内へ受け入れられる。第１の空間１８内に受
け入れられた前記堀削物は、ロータ３６の回転に
ともなつて羽根８４により撹拌されつつ、第１の
空間１８から格子２２の開口２４を経て第２の空
間２０へ流動する。第２の空間２０へ流動した堀
削物は第２の空間２０内に供給された泥水と混合
され、その混合物すなわちスラリーは図示しない
排出機構により堀削機１０の後方へ排出される。

第１の空間１８に受け入れられた堀削物中の大
きな礫は、ロータ３６の旋回運動および回転運動
にともなつて、ロータ３６によりシールド本体１
２の第１の空間１８を規定する内面に押圧されて
開口２４を通過可能の大きさの小片に破砕され
る。開口２４を通過可能の大きさに破砕された小
片は、開口２４を経て第２の空間２０へ受け入れ
られる。このため、礫が排出用の管に詰まること
はない。

第１および第２の空間１８，２０は、堀削の
間、切羽の崩壊および地盤の隆起が生じない所定
の圧力に維持される。しかし、第２の空間２０内
の圧力は、メカニカルシール４８のリング５２を
ばね５６の力に抗して後退させる力としてリング
５２に作用することはない。

すなわち、ロータ３６の旋回運動および回転運
動により、メカニカルシール４８のリング５２が
受け座５４に向けて押圧されつつ受け座５４に対
して偏心運動をしても、リング５２と受け座５４
との接触面（シール面）の直径が、 D₁≦D₂−2e であることから、リング５２の後端面は常に受け
座５４の前端面に接触され、第２の空間２０に露
出せず、隔壁前方域の圧力は、リング５２の外周
面に作用するのみで、リング５２の後端面（シー
ル面）に作用しない。このため、リング５２は受
け座５４から離されず、リング５２と受け座５４
との間の液密性が維持される。

なお、凹所５０、リング５２およびばね５６
を、隔壁２６、スリーブ２８、内歯歯車３０等か
ら成る支持手段の側に配置し、受け座５４をロー
タ３０の側に配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のシールド型トンネル堀削機の
一実施例を示す図であつて堀削機のシールド本体
を断面して示す図、第２図は第１図の堀削機の拡
大断面図、第３図は第２図の拡大左側面図、第４
図は第２図の４−４線に沿つて得た拡大断面図、
第５図はメカニカルシールの部位の拡大断面図で
ある。 １０……シールド型トンネル堀削機、１２……
シールド本体、２６……隔壁、２８……スリー
ブ、３０……内歯歯車、３２……クランク軸、３
６……ロータ、４０……カツタ組立体、４６……
外歯歯車、４８……メカニカルシール、５０……
凹所、５２……リング、５２ａ……リングの主体
部、５２ｂ……リングの突出部、５４……受け
座、５６……ばね、５８……油室、７８……駆動
機構。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) シールド本体と、該シールド本体内の隔壁前
   方域に配置されたロータと、前記シールド本体
   内にあつて前記ロータの後方に設けられ、前記
   ロータを前記シールド本体の中心軸線の周りに
   偏心運動可能に支持する手段と、前記ロータを
   偏心運動させる駆動手段と、前記支持手段と前
   記ロータとの間に配置されたシール手段とを含
   み、前記シール手段は、前記支持手段および前
   記ロータの一方に前記中心軸線と同軸的に設け
   られた環状の凹所と、該凹所に前記中心軸線の
   方向へ移動可能に配置されたリングと、前記支
   持手段および前記ロータの他方に前記リングに
   対向して配置された環状の受け座と、前記リン
   グを前記受け座に向けて押圧するばねとを備
   え、前記リングの外径をD₁、前記受け座の外
   径をD₂、前記偏心運動の偏心量をｅとしたと
   き、 D₁≦D₂−2e である、シールド型トンネル掘削機。 (2) 前記リングは、主体部と、該主体部の外周か
   ら前記受け座に向けて伸びる環状の突出部とを
   有する、実用新案登録請求の範囲第１項に記載
   のシールド型トンネル掘削機。