JPH07150886A - 中折式シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中折操作を繰り返しても、中折シールがシー
ルドのシール取付部から抜け出ることのない中折式シー
ルド掘進機を提供する。 【構成】 背部６ａと腹部６ｂとからなり中空部６ｃを
有する可撓性の中空体で形成され、腹部６ｂ中央に突起
部６ｄを有する中折シール６をシール取付部７の環状溝
７ａに取り付ける、センターピンのない方式の中折機構
を用いた中折式シールド掘進機において、中折シール６
の背部６ａの両端に張出し部２１を設けるとともに、シ
ール取付部７の隔壁７ｂに、この張出し部２１の一方を
嵌合するためのシール張出し部嵌合溝２２を形成すると
ともに、その他方を固定するためのシール押さえ２３を
設けて、中折シール６をシール取付部７底面に対して押
さえるように固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド本体を複数個
のシールドに分割して各シールドの隣接端部同士を嵌合
して回動できるようにすることにより中折れ可能に構成
した中折式シールド掘進機に関するもので、特に、複数
個のシールドの隣接端部間の間隙を密封状態に保持する
ための中折シールについて、シールドへの取付手段を改
善したものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル等の地下坑を掘進するシールド
掘進機においては、例えば、カーブするトンネルを掘進
する場合のように、掘進方向を変えて曲進することが必
要となる場合が生じる。特に、最近では、シールド掘進
機による地下坑の掘進工事が都市部に集中していて、地
下坑を掘進するにしても各種の制約があることから、曲
進できるシールド掘進機の需要が急速に増大している。
こうしたニーズに応えられるシールド掘進機として、シ
ールド本体を複数個のシールドに分割して各シールドの
隣接端部同士を嵌合し、水平方向等に回動できるように
することによりシールド本体を中折れ可能に構成した、
いわゆる中折式シールド掘進機が従来から一般に知られ
ている。この中折式シールド掘進機においては、互いに
嵌合したシールドの隣接端部間の間隙を密封状態に保持
して、掘削土砂や泥水等の侵入を防止するため、その隣
接端部間に中折シールが設けられている。この中折シー
ルには、シールドにより押しつぶすような荷重が作用す
ることに加え、シールドがシールド本体の中折れ時に回
動動作をすることに伴って、水平方向に回動する場合に
は水平力が作用するというように、シールドの回動動作
に沿うような力も作用する。また、この中折シールに作
用する力は、中折機構の中折方式が異なれば異なったも
のとなり、必ずしも画一的なものではない。中折シール
は、このように、一般のシールとは異なり、中折式シー
ルド掘進機特有の複雑な力が作用するため、こうした力
に対応して良好な密封効果を保持できるようにすること
が必要であると同時に、その取付も、こうした力に耐え
得るように適切に行わなければならない。こうした中折
シールに働く力に配慮してその密封効果を高めるように
する工夫は、これまでも各種試みられており、その密封
効果の点で実用上優れた効果を発揮するものも開発され
ている。本発明は、この種の中折シールを取り付けた中
折式シールド掘進機において、その中折シールの取付手
段を改善しようとするものである。

【０００３】そこで、この種の中折シールを取り付けた
中折式シールド掘進機で現在実用に供されているものを
以下に説明する。図４は、中折シールを設けた通常の中
折式シールド掘進機の要部の断面図、図５は、従来使用
していた中折式シールド掘進機の要部を拡大した断面図
で、中折シールが押しつぶされていない状態を示す図、
図６は、中折シールがシールドにより押しつぶされた状
態を示す図５と同様の中折式シールド掘進機の断面図で
ある。

【０００４】まず、図４に基づいて通常の中折式シール
ド掘進機の要部の概要を説明すると、図４において、
１，２はシールド本体を中折れできるように前後に分割
したシールドで、１は前部シールド、２は後部シール
ド、３はセグメント４で反力をとりつつ後部シールド２
を推進するための推進ジャッキである。前部シールド１
は、後端部を後部シールド２の前端部外面に対して嵌合
し、水平方向に回動できるようにすることにより、シー
ルド本体を中折部５で中折れできるように構成してい
る。そして、図には示されていないが、シールド本体を
中折れさせるように駆動するため、中折ジャッキが前部
シールド１と後部シールド２との間に揺動できるよう枢
着されて、シールド１，２の垂直方向の中心線に対して
対称的に複数個設置されている。前部シールド１の後端
部内面には、その回動時に後部シールド２の前端部外面
との間を密封状態に保持して、掘削土砂や泥水等の侵入
を防止するため、中折部５にシール取付部７を設けて中
折シール６を取り付けている。また、後部シールド２の
前端部外面には、この前部シールド１の中折シール６が
その後部シールド２の前端部外面に対して摺動しながら
回動できるように、曲面加工を施してシール摺動面８を
形成している。

【０００５】次ぎに、図５及び図６に基づいて、シール
ド本体の中折部５における中折シール６やシール取付部
７の詳細を説明する。これらの図において図４と同一符
号を付けた部分は、同図と同一の部分を表す。中折部５
に設けられるシールは、通常中実のＯリング形シールか
中空体のシールであるが、この従来例の中折式シールド
掘進機における中折シール６は、図５から明らかなよう
に中空体のシールである。すなわち、中折シール６は、
底面平面状の壁体で形成された背部６ａと表面が略円弧
状の曲面をなす凸状の壁体で形成された腹部６ｂとから
なり断面楕円状中空部６ｃを有する可撓性の中空体で、
腹部６ｂ中央に突起部６ｄが形成されている。腹部６ｂ
の片側には、密封効果を一層高めるため、シール摺動面
８に潤滑剤として供給されるグリースや作動油等の加圧
流動体１１を注入するための加圧流体注入口６ｅが付加
的構成として設けられている。この中折シール６の背部
６ａ底面から突起部６ｄ頂点までの高さは、約２００ｍ
ｍである。一方、前部シールド１には、その後端部にシ
ール取付部７が設けられ、このシール取付部７には、そ
の内周面に沿って中折シール６を嵌入して取り付けるた
めの環状溝７ａが間隔おいて前後２個所に形成されてい
る。また、シール取付部７には、前後２個所に形成され
た環状溝７ａ間に、隔壁７ｂが立設されており、加圧流
体供給孔９がその環状溝７ａのポケット部１０に通じる
ように穿設されている。中折シール６は、その背部６ａ
の底面に接着剤を塗布後、シール取付部７の環状溝７ａ
に嵌入し、底面同士を接着することにより前部シールド
１に取り付けられる。シール取付部７の環状溝７ａは、
段差を付けて底部側よりも開口部側が広くなるように形
成されているため、こうして環状溝７ａに取り付けられ
た中折シール６は、押しつぶすような力を受けたとき
に、図６に示すように横方向に広がるように変形するこ
とができる。

【０００６】中折シールを取り付けた従来の中折式シー
ルド掘進機は、このような構成を備えているので、中折
れ時にシールドの回動動作に沿うような力が作用して
も、中折シール６の中空部６ｃによる良好なたわみ性に
よりその力に自在に追従して変形することができる。ま
た、中折シール６に押しつぶすような力が作用しても、
中折シール６は、図６に示すように横方向に広がるよう
に変形しつつ、腹部６ｂ中央の突起部６ｄがシール摺動
面８に強く接触して外圧に対抗する高い面圧力をその接
触部に保持して、外部からの掘削土砂や泥水等の侵入を
確実に阻止することができる。その結果、中折シール６
は、Ｏリング形シール及び中空体のシールの両者の特長
を兼備したものとなる。さらに、シール取付部７の加圧
流体供給孔９からポケット部１０を通じて供給された加
圧流体１１を中折シール６の加圧流体注入口６ｅから中
空部６ｃに充填すれば、前記面圧力は、一層高まり、中
折シール６の密封効果を更に高めることができる。この
ように、従来の中折式シールド掘進機では、中折シール
６がシールドから受ける各種の力に対応して良好な密封
効果を保持できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、可撓性の
中空体をなす中折シール６を取り付けた従来例の中折式
シールド掘進機は、密封効果の点で実用上優れた効果を
発揮するが、シールド本体の中折動作を繰返し行ってい
ると、中折シール６がシール取付部７から随所で抜け出
るという問題が発生した。その原因を究明したところ、
こうした問題が中折式シールド掘進機における中折機構
の中折方式と関連して発生することを見出した。

【０００８】このことを容易に理解できるようにするた
め、まず、各シールドの隣接端部同士を回動可能に連結
するための中折機構について述べると、従来の中折機構
には、大別すると、センターピン付き方式及びピンなし
方式と呼ばれている二つの方式がある。これらの中折方
式について、シールド本体を水平方向に中折れさせる場
合を例にとり詳述すると、センターピン付き方式とは、
シールド１，２の嵌合する端部を、中折部５における鉛
直中心線上の上下二個所でセンターピンと呼ばれるピン
により枢着して、センターピンを軸にして前部シールド
１を回動するようにした方式である。したがって、セン
ターピン付き方式では、前部シールド１の後端部が後部
シールド２の前端部外面に摺動しながら回動できるよう
に、この前端部外面に、前記鉛直中心線の中心点を中心
とする球面で球面加工を施している。センターピン付き
方式の中折機構では、後部シールド２の前端部外面にこ
うした球面加工が施され、前部シールド１がセンターピ
ンを中心にして回動動作をするため、シールド１，２の
嵌合部の間隙は、その回動動作の過程で上下左右の何れ
の区域においても常に一定であって変化しない。一方、
ピンなし方式とは、前部シールド１の後端部と後部シー
ルド２の前端部とをセンターピンのようなもので連結し
ないで中折ジャッキで直接連結し、前者を後者に対して
両者の左右の接触部のうちの一方の側の接点を支点にし
て回動するようにした方式である。したがって、このピ
ンなし方式では、前部シールド１の後端部が後部シール
ド２の前端部外面に摺動しながらその一方の接点を中心
に回動できるように、この接点と相対向する側の後部シ
ールド２の前端部外面に、その接点を中心として円弧が
形成されるように曲面加工を施している。その結果、前
部シールド１を後部シールド２に対してその一方の接点
を支点として回動させた場合に、シールド１，２の嵌合
部の間隙は、それと相対向する側に関する限り、その回
動動作の過程で変化しない。しかしながら、このピンな
し方式の中折機構では、前部シールド１の回動軸をセン
ターピン付き方式のもののようにシールド１，２の鉛直
中心線上に設定してはいないため、その回動動作の過程
において、シールド１，２の嵌合部の間隙を上下左右の
全ての区域で変化しないようにすることは不可能であ
り、その間隙は、特に上下側の区域で大きく変化する。

【０００９】そこで、前記問題の発生原因について究明
した結果を以下に明らかにする。ピンなし方式の中折機
構を採用した中折式シールド掘進機では、シールド１，
２の嵌合部の間隙がこのように前部シールド１の回動動
作の過程で大きく変化することから、その間隙の変化に
対応できるように、中折シール６のシールしろを十分に
とるようにしている。そのため、中折シール６をこのよ
うなタイプの中折式シールド掘進機に用いると、中折シ
ール６には、前部シールド１の回動動作の過程で随所に
押しつぶそうとする大きな垂直力Ｐが図４や図６に示す
ように作用することとなる。同時に、その回動動作の過
程において、前部シールド１及び後部シールド２が図４
に示すようにＺ₁ 方向及びＺ₂ 方向に互いに相対運動を
するため、中折シール６には、そのような大きな垂直力
Ｐのほか、その回動動作に沿うような力すなわち図４や
図６に示すような水平力Ｆも後部シールド２から受ける
こととなるが、中折シール６に作用する水平力Ｆは、そ
の垂直力Ｐが大きければ当然大きくなる。そして、中折
シール６は、大きな垂直力Ｐを受けると、図６に示すよ
うに後部シールド２で押し付けられて扁平に広がるとと
もに、大きな押し付け力を、専ら、腹部６ａと背部６ｂ
の交差部である中折シール６の両隅角部に受けてこの部
分が強く圧縮される。一方、中折シール６の背部６ｂの
中央部には、こうした押し付け力がほとんど作用しな
い。このように、大きな押し付け力が中折シール６の両
隅角部にだけ作用してこれを強く圧縮し、背部６ｂの中
央にほとんど作用しないとなると、この中央部に、図６
で誇張して示すように浮き上がらせるような力をもたら
すこととなる。その結果、シールド本体の中折動作を繰
返し行うと、その背部６ｂ中央の接着力が次第に低減
し、同時に、このような現象がもたらされる中で、中折
シール６に前記したような大きな水平力Ｆが繰返し作用
するから、シール取付部７の環状溝７ａに沿って取り付
けられた中折シール６は、随所で剥離してその部分が環
状溝７ａから抜け出でる。このことは、模型を用いた実
験によっても確認できた。

【００１０】本発明は、こうした新たな知見を出発点に
して、従来の技術にみられる問題を解決しようとするも
ので、ピンなし方式の中折機構が用いられ可撓性の中空
体からなる従来例のような中折シールを取り付けた中折
式シールド掘進機において、中折操作を繰り返しても、
その中折シールがシールドのシール取付部から抜け出る
ことのない中折式シールド掘進機を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、「複数個のシールドの隣接する端部同士を嵌合し、
隣接する端部のうちの前方の端部を後方の端部に対して
両者の接触部の一点を支点にして回動できるようにする
ことにより中折れ可能に構成したシールド本体と、隣接
するシールド間に設けられ、シールド本体を中折れさせ
るように駆動する複数の中折ジャッキとを備え、底面平
面状の壁体で形成された背部と凸状の壁体で形成された
腹部とからなる可撓性の中空体をなし、複数個のシール
ドの隣接する端部間の隙間を密封状態に保持する中折シ
ールを、シールド端部のシール取付部に取り付けるよう
にした中折式シールド掘進機において、中折シールの背
部の両端に張出し部を設けるとともに、これら各張出し
部を覆った状態でシールド端部のシール取付部底面に対
して押さえるように固定するシール固定手段を設けるよ
うにした」ことを特徴とする特許請求の範囲の請求項１
に記載されているとおりの中折式シールド掘進機により
達成される。

【００１２】

【作用】本発明の中折式シールド掘進機はこのような構
成を備えているので、中折シール６は、シール固定手段
により、中折シールの張出し部の一方及び他方を覆った
状態でシール取付部の底面に対して押さえるようにして
固定される。その結果、センタピンのな中折機構を用い
た中折式シールド掘進機において、その中折操作の過程
で、シールドから大きな押しつぶし力やシールドの回動
動作に沿うような力を繰返し受けても、少なくとも、そ
の両端部だけは確実に固定されて、シール取付部から抜
け出るようなことはない。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図１乃至図３に基づいて説
明する。図１は、本発明の第１の実施例の中折式シール
ド掘進機の要部を拡大した縦断面図、図２は、図１のII
−II線断面図、図３は、本発明の第２の実施例の中折式
シールド掘進機の要部を拡大した縦断面図である。図１
乃至図３において、図４乃至図６と同一の符号を付けた
部分は、これらの図面と同等の部分を表しているので、
説明の重複を避けるため詳述しない。

【００１４】本発明の第１の実施例、第２の実施例の中
折式シールド掘進機は、従来例のものと同様、前部シー
ルド１の後端部を後部シールド２の前端部外面に対して
嵌合し、水平方向に回動できるようにすることにより、
中折部５で中折れ可能に構成したシールド本体と、シー
ルド本体を中折れさせるように駆動する図示されていな
い複数の中折ジャッキとを備え、底面平面状の壁体で形
成された背部６ａと中央に突起部６ｄ設けた凸状の壁体
で形成された腹部６ｂと中空部６ｃとからなる可撓性の
中空体をなし、シールド１，２の後端部、前端部間の隙
間を密封状態に保持する中折シール６を、前部シールド
１の後端部のシール取付部７に取り付けるようにしてお
り、基本的な構成においては従来の中折式シールド掘進
機と差異がない。これらの実施例の中折式シールド掘進
機は、このような中折式シールド掘進機のうち、前部シ
ールド１の後端部を後部シールド２の前端部に対して両
者の接触部の一点を支点にして回動することによりシー
ルド本体を中折れさせるいわゆるピンなし方式の中折機
構を有するタイプのものについて、中折シール６の取付
手段を改良するようにしたものである。なお、これらの
実施例の中折式シールド掘進機は、従来例のものと同
様、付加的構成として、シール取付部７に加圧流体供給
孔９、中折シール６に中空部６ｃ及び加圧流体注入口６
ｅを設け、加圧流体供給孔９からシール取付部７の環状
溝７ａにおけるポケット部１０を通じて供給された加圧
流体１１を中折シール６の加圧流体注入口６ｅから中空
部６ｃに充填できるようになっている。

【００１５】そこで、まず、第１の実施例の中折式シー
ルド掘進機の特徴的な構成を説明すると、図１及び図２
において、２１は中折シール６の背部６ａの両端に設け
た張出し部、２２はこの中折シール６の張出し部２１の
一方を嵌合するための、隔壁７ｂの底部を切り欠いて形
成したシール張出し部嵌合溝、２３は底部を切り欠いて
シール張出し部嵌合溝２２と同様の形状のシール張出し
部固定溝２３ａを形成したシール押さえである。このシ
ール押さえ２３は、図２をみれば明らかなように複数個
に分割して形成され、シール取付部７の環状溝７ａ内に
挿入して取り付けられる。シール張出し部嵌合溝２２及
びシール張出し部固定溝２３ａは、何れも、その環状溝
７ａの底部に沿うように円弧状に形成されている。シー
ル取付部７の隔壁７ｂ及びシール押さえ２３には、従来
例のものとは異なり、中折シール６が後部シールド２に
より押しつぶされたときに無理なく水平方向に広がるこ
とのできるようにするためのテーパー２４及びテーパー
２３ｂが形成されている。２５はシール押さえ２３をシ
ール取付部７に取り付けるための取付ボルト、２６は中
折シール６の背部６ａ底面とシール取付部７の環状溝７
ａ底面との間をシールする、環状溝７ａ底面の凹溝に嵌
着されるＯリングである。本実施例において、中折シー
ル６を前部シールド１のシール取付部７に取り付ける場
合には、背部６ａに設けた張出し部２１の一方をシール
取付部７の隔壁７ｂのシール張出し部嵌合溝２２に嵌合
して、同取付部７の環状溝７ａ内に位置決めした後、シ
ール押さえ２３を、シール取付部７の環状溝７ａの残存
空間に挿入して張出し部２１の他方に押し当てつつ、こ
の張出し部２１をシール押さえ２３のシール張出し部固
定溝２３ａに入れ込むようにし、しかる後、シール押さ
え２３をシール取付部７に取付ボルト２６で取り付け
る。その結果、シール取付部７の隔壁７ｂ及びシール押
さえ２３は、それぞれ、中折シール６の張出し部２１の
一方及び他方を覆った状態でシール取付部７の底面に対
して押さえるように固定することとなり、中折シール６
がシール取付部７の環状溝７ａから抜け出るようなこと
はない。また、こうして中折シール６をシール取付部７
に取り付けた状態では、中折シール６とシール押さえ２
３とが一体となってシール取付部７の環状溝７ａに密に
嵌合し、不動の状態になる。

【００１６】本実施例によれば、このように、シール取
付部７の環状溝７ａとシール押さえ２３とがシール固定
手段をなし、中折シール６の張出し部２１の一方及び他
方を覆った状態でシール取付部７の底面に対して押さえ
るようにして固定するので、中折シール６は、ピンなし
方式の中折機構を用いた中折式シールド掘進機の中折操
作の際、後部シールド２から大きな垂直力Ｐや水平力Ｆ
を受けても、少なくとも、その両端部だけは確実に固定
されて、従来の技術のようにシール取付部７の環状溝７
ａから抜け出るようなことはない。

【００１７】図３に示されている本発明の第２の実施例
のものは、第１の実施例で設けられていたＯリング２６
に相当するものを、中折シール６の背部６ａの底面に突
起２６ａを形成して一体的に設けるように改変したもの
で、その他の構成については、第１の実施例のものと実
質上差異はない。したがって、第２の実施例のものは、
前記した第１の実施例と同様の効果を奏し得るほか、中
折シール６をシール取付部７に取り付ける場合、中折シ
ール６に一体的に設けられた突起２６ａを環状溝７ａ底
面の凹溝に嵌着して取り付けことができ、その取付の際
の位置決めを確実に行えるという効果も奏する。また、
このような構成を採ることにより部品点数や組立工程も
少なくすることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、底面平面状の壁体で形成された背部と凸状の壁体で
形成された腹部とからなる可撓性の中空体をなす中折シ
ールを、シールド端部のシール取付部に取り付けるよう
にした、ピンなし方式の中折機構を用いた中折式シール
ド掘進機において、特に、「中折シールの背部の両端に
張出し部を設けるとともに、これら各張出し部を覆った
状態でシールド端部のシール取付部底面に対して押さえ
るように固定するシール固定手段を設け」て中折シール
を取り付けるようにしたので、従来の中折式シールド掘
進機におけると同様の中折シールを、中折機構がピンな
し方式の中折式シールド掘進機に用い、中折操作を繰り
返した場合でも、従来の技術のように、中折シールがシ
ールドのシール取付部から抜け出るようなことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の中折式シールド掘進機
の要部を拡大した縦断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例の中折式シールド掘進機
の要部を拡大した縦断面図である。

【図４】中折シールを設けた通常の中折式シールド掘進
機の要部の断面図である。

【図５】従来使用していた中折式シールド掘進機の要部
を拡大した断面図で、中折シールが押しつぶされていな
い状態を示す図である。

【図６】中折シールがシールドにより押しつぶされた状
態を示す図５と同様の中折式シールド掘進機の断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 前部シールド ２ 後部シールド ５ 中折部 ６ 中折シール ６ａ 背部 ６ｂ 腹部 ６ｃ 中空部 ６ｄ 突起部 ７ シール取付部 ７ａ 環状溝 ７ｂ 隔壁 ８ シール摺動面 ２１ 張出し部 ２２ 張出し部嵌合溝 ２３ シール押さえ ２３ａ 張出し部固定溝 ２５ 取付ボルト ２６ａ 突起

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のシールドの隣接する端部同士を
   嵌合し、隣接する端部のうちの前方の端部を後方の端部
   に対して両者の接触部の一点を支点にして回動できるよ
   うにすることにより中折れ可能に構成したシールド本体
   と、隣接するシールド間に設けられ、シールド本体を中
   折れさせるように駆動する複数の中折ジャッキとを備
   え、底面平面状の壁体で形成された背部と凸状の壁体で
   形成された腹部とからなる可撓性の中空体をなし、複数
   個のシールドの隣接する端部間の隙間を密封状態に保持
   する中折シールを、シールド端部のシール取付部に取り
   付けるようにした中折式シールド掘進機において、中折
   シールの背部の両端に張出し部を設けるとともに、これ
   ら各張出し部を覆った状態でシールド端部のシール取付
   部底面に対して押さえるように固定するシール固定手段
   を設けるようにしたことを特徴とする中折式シールド掘
   進機。
2. 【請求項２】 シール固定手段がシール取付部の壁部に
   形成したシール張出し部の一方を嵌合するためのシール
   張出し部嵌合溝と、シール張出し部固定溝を形成したシ
   ール押さえとからなることを特徴とする請求項１の中折
   式シールド掘進機。