JPH07331987A - シールド掘進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急曲線の造成ができるとともに構造が簡単な
シールド掘進装置を提供する。 【構成】 装置本体Ａの外殻を複数のシールド筒体１０
ａ〜１０ｃで構成する。シールド筒体１０ａ〜１０ｃ
は、互いに屈曲可能に前後に連結され、隣接する端部同
士が半径方向に間隔をあけて対向する。中間筒体４０
が、シールド筒体の対向する端部の中間に両側のシール
ド筒体に対して遊動可能に配置されている。Ｏリング５
０などからなるシール手段が、中間筒体４０と前記両側
のシールド筒体の端部との間にそれぞれ配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進装置に関
し、特に、装置本体の先端で地盤を掘ってトンネルを形
成しつつ、形成されたトンネル内を推進していくシール
ド掘進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進装置は、各種トンネル工事
に利用されている。また、シールド掘進装置の後部に埋
設管を順次連結しておき、シールド掘進装置の推進と同
時に埋設管を地中に埋設していく推進工法が、下水道や
ガス配管、地中電気配管などの施工に利用されている。

【０００３】シールド掘進装置で、曲線状のトンネルを
掘ったり、埋設管を曲線に沿って推進埋設したりするこ
とがある。この場合、シールド掘進装置の装置本体を前
部と後部に分割して互いに屈曲可能に連結しておき、ジ
ャッキなどで前部と後部の屈曲角度を変える。屈曲した
シールド掘進装置を推進させれば、その屈曲角度に対応
する曲線を描いて推進されるので、曲線状のトンネルが
施工できる。

【０００４】このようなシールド掘進装置では、装置本
体の前後の外殻の間に、屈曲角度にしたがって拡がった
り狭くなったりする隙間が生じる。このような隙間があ
ると、地盤から土砂や地下水が流入してくるので、隙間
を塞ぐシール構造が必要である。シール構造は、前記の
ような屈曲角度の変更に対応できなければならない。従
来、上記のようなシールド掘進装置の屈曲個所に対する
シール構造が種々提案されている。例えば、実開平３−
８６１９３号公報には、前後の外殻の端部同士を間隔を
あけて重ねて、その対向面にＯリングを配置してシール
する技術が開示されている。特開平４−１５５０９８号
公報には、前後の外殻のうち、一方の外殻の端部外周面
を球面状にし、この球面状の端部に他方の外殻の円筒状
の端部を嵌め合わせておく技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、急曲線状のトン
ネルを形成することや、急曲線状の経路に沿って埋設管
を推進埋設することが要望されている。このような急曲
線をシールド掘進装置で造成するには、シールド掘進装
置の屈曲角度を大きくすればよい。しかし、従来のシー
ルド掘進装置は、屈曲角度をあまり大きくできず、急曲
線の造成が困難であった。特に、前記したシール機能を
損なわずに急曲線を造成することが難しかった。

【０００６】例えば、前記したように、Ｏリングで前後
の外殻の端部同士の隙間を塞ぐ構造では、前後の外殻の
屈曲角度が大きくなると、一方の外殻の端縁が他方の外
殻に接触し、それ以上は屈曲できなくなる。また、Ｏリ
ングの一部が対向面に十分に当接できなくなって、シー
ル機能が発揮できなくなる。シールド掘進装置の屈曲個
所を軸方向に多く設けておけば、１個所当たりの屈曲角
度が小さくてもシールド掘進装置の全体では大きな屈曲
角度が達成できる。しかし、シールド掘進装置の長さは
決まっているので、あまり多くの屈曲個所を設けること
はできない。屈曲個所を増やすほど、屈曲動作に要する
機構構造が増え、装置全体が複雑になって製造コストも
増大する。屈曲機構が場所を取ると、掘削機構や土砂の
排出などの作業に必要なスペースが狭くなる。

【０００７】前記した球面状の端部形状を採用すれば、
１個所の屈曲個所でもかなり大きな屈曲角度を達成する
ことができる。しかし、外殻の端部を正確な球面に加工
するのは難しい。使用時に球面が汚れたり傷ついたりす
れば、球面の再加工が必要になる。また、球面の中心と
屈曲作動の中心が正確に一致していないとスムーズな屈
曲が行えないので、装置の組立製造に手間と技術を要す
る。その結果、装置コストが高くつき、維持管理も難し
いという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、急曲線の造成ができると
ともに構造が簡単なシールド掘進装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるシールド
掘進装置は、装置本体の先端で地盤を掘ってトンネルを
形成しつつ、形成されたトンネル内を推進していくシー
ルド掘進装置であって、シールド筒体と中間筒体とシー
ル手段とを備えている。シールド筒体は、前記装置本体
の外殻を構成し、互いに屈曲可能に前後に連結され、隣
接する端部同士が半径方向に間隔をあけて対向する複数
のシールド筒体である。中間筒体は、前記シールド筒体
の対向する端部の中間に両側のシールド筒体に対して遊
動可能に配置されている。シール手段は、前記中間筒体
と前記内外のシールド筒体の端部との間にそれぞれ配置
されている。

【００１０】なお、前記両側のシールド筒体に対する前
記中間筒体の軸方向の移動範囲を規制する規制手段をさ
らに備えているのが好ましい。前記シール手段が、シー
ル手段の内側に配置された中間筒体またはシールド筒体
の端部の外周に設けられたＯリング保持部と前記Ｏリン
グ保持部に保持されたＯリングとを備えているのが好ま
しい。

【００１１】前記Ｏリング保持部が、装置本体の軸方向
で中央側よりも両端側が低くなっているのが好ましい。
前記中間筒体が、同心状で半径方向に間隔をあけて複数
個配置され、各中間筒体同士の間にも前記シール手段が
配置されているのが好ましい。

【００１２】

【作用】本発明に係るシールド掘進装置では、装置本体
の外殻を構成し、互いに屈曲可能に前後に連結され、隣
接する端部同士が半径方向に間隔をあけて対向する複数
のシールド筒体を備えている。前後のシールド筒体を屈
曲させれば、装置本体の外殻形状を造成すべき曲線に合
わせて屈曲させることができる。

【００１３】シールド筒体の対向する端部の中間に両側
のシールド筒体に対して遊動可能に配置された中間筒体
と、前記中間筒体と前記両側のシールド筒体の端部との
間にそれぞれ配置されたシール手段とを備えているの
で、前後のシールド筒体同士を大きく屈曲させることが
でき、しかもその場合でもシール機能は良好に発揮でき
る。

【００１４】すなわち、前後のシールド筒体を屈曲させ
れば、両側のシールド筒体に対して遊動可能に配置され
た中間筒体は、両側のシールド筒体のほぼ中間の姿勢を
とるように自動的に移動する。そして、中間筒体とその
内側に端部が配置されたシールド筒体との間の屈曲角度
と、中間筒体とその外側に端部が配置されたシールド筒
体との間の屈曲角度とを合わせた角度が、シールド筒体
同士の屈曲角度となる。

【００１５】中間筒体とその両側のシールド筒体との間
の屈曲角度を、互いに屈曲が可能であり、その間に配置
されたシール手段で十分なシール機能が発揮できる程度
に設定しておいても、両側のシールド筒体同士の屈曲角
度は、前記両方の屈曲角度を合わせた程度の大きな屈曲
角度になる。シールド筒体同士の屈曲角度が大きくなっ
ても、シール手段で隙間を塞ぐシールド筒体と中間筒体
との間の屈曲角度は小さいので、シール機能が損なわれ
ることはないのである。

【００１６】中間筒体は比較的単純な構造の筒体である
から、製造は簡単でコストもかからない。中間筒体は、
シールド筒体の対向する端部の間に配置しておくだけで
あるから、組み立てや使用時の維持管理も容易である。
シール手段で隙間を塞ぐシールド筒体と中間筒体との屈
曲角度は小さいので、シール手段には、通常のシール部
材やシール機構が採用でき、シール手段の構造も簡単で
コストも安価になり維持管理の手間もかからない。

【００１７】中間筒体の軸方向の移動範囲を規制する規
制手段をさらに備えていれば、中間筒体の動作が確実に
行える。両側のシールド筒体に対して遊動可能に配置さ
れている中間筒体が軸方向に位置ずれを起こすと、前記
した屈曲動作がスムーズに行えなくなったり、シール手
段によるシール機能が損なわれたりする問題がある。そ
こで、規制手段によって中間筒体の移動範囲を規制して
おけば、そのような問題は解消されるのである。

【００１８】シール手段が、シール手段の内側に配置さ
れた中間筒体またはシールド筒体の端部の外周に設けら
れたＯリング保持部と前記Ｏリング保持部に保持された
Ｏリングとを備えていれば、シール手段の両側に配置さ
れた部材が屈曲しても、確実なシール機能を発揮させる
ことができる。ＯリングやＯリング保持部の構造は比較
的簡単で製造コストも安価であり、Ｏリングの交換も比
較的容易に行える。

【００１９】Ｏリング保持部が、装置本体の軸方向で中
央側よりも両端側が低くなっていれば、Ｏリング保持部
とＯリングが当接する相手側の部材との屈曲角度が大き
くなっても、Ｏリング保持部が相手側の部材に当たり難
い。その結果、Ｏリング保持部側の部材と相手側の部材
との屈曲角度を大きくとれることになる。また、Ｏリン
グ保持部および相手側の部材が接触して損傷することも
防げる。

【００２０】中間筒体が、同心状で半径方向に間隔をあ
けて複数配置され、各中間筒体同士の間にも前記シール
手段が配置されていれば、両側のシールド筒体と中間筒
体との間の屈曲角度に加えて、中間筒体同士の間の屈曲
角度を合わせた角度が、シールド筒体同士の屈曲角度に
なる。したがって、個々の部材同士の屈曲角度が同じで
あれば、中間筒体の数が増えるほど、最終的なシールド
筒体同士の屈曲角度を大きくすることができる。逆に、
シールド筒体同士の屈曲角度が同じであれば、個々の部
材同士の屈曲角度を小さくできるので、シール機能を高
めることができたり、シール手段の構造を簡単にしたり
できる。

【００２１】

【実施例】図１に示すシールド掘進装置は、円筒状をな
す装置本体Ａが、互いに屈曲可能に連結された前部ａ、
中部ｂおよび後部ｃの３部分で構成されている。各部
ａ、ｂ、ｃには、それぞれ外殻構造として円筒状のシー
ルド筒体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えている。各シー
ルド筒体１０ａ〜１０ｃの内部に、掘進装置の稼働に必
要な機構構造が収容されている。

【００２２】前部ａには、先端にカッタディスク１が配
置され、カッタディスク１の後方には破砕用コーン２を
備えている。カッタディスク１および破砕用コーン２の
後方にはモータおよび減速機からなる駆動機構３が取り
付けられている。駆動機構３の後端は、中部ｂから後部
ｃの内部空間まで延びている。前部ａの内部空間には可
撓性のある送排泥ホース４の先端が開口し、送排泥ホー
ス４の後端は、中部ｂから後部ｃに延びている。後部ｃ
の後端には推進埋設する埋設管Ｐが順次連結される。

【００２３】前部ａと中部ｂは、シールド筒体１０ａと
１０ｂの内側で周方向に等間隔で３個所に配置された方
向修正ジャッキ２０により屈曲自在に連結されている。
方向修正ジャッキ２０は、後部ｃに設置された油圧ユニ
ット５から供給される油圧で駆動される。中部ｂと後部
ｃとも、前記同様の方向修正ジャッキ３０で屈曲自在に
連結されている。

【００２４】前部ａと中部ｂとの屈曲個所で、後方側に
なるシールド筒体１０ｂの端部が、前方側のシールド筒
体１０ａの端部よりも径が小さくなるように狭められて
狭径端部１２となっている。狭径端部１２の先端には、
シール保持部６０が設けられている。シール保持部６０
は、前方側のシールド筒体１０ａの内側に挿入されてい
る。このシール保持部６０と前方側のシールド筒体１０
ａの端部とが、半径方向に間隔をあけて対向している。

【００２５】シールド筒体１０ｂのシール保持部６０と
シールド筒体１０ａの端部との間には、中間筒体４０が
配置されている。中間筒体４０は、シールド筒体１０ｂ
およびシールド筒体１０ａの何れに対しても固定されて
おらず、軸方向に移動したり傾いたりする運動が自由に
できるようになっている。すなわち、遊動可能に配置さ
れている。

【００２６】図２に詳しく示すように、中間筒体４０
は、外周に３本の突条４６、４４、４６を有している。
各突条４６と４４の間に形成される２本の溝にそれぞれ
Ｏリング５０が装着されており、各突条４４、４６がＯ
リング保持部となる。中央の突条４４は上端面が平坦で
あり、両側の突条４６は上端面が中央側よりも両端側に
向けて低くなっている。シールド筒体１０ａの内面には
Ｏリング５０の先端が当接しており、中間筒体４０の各
突条４４、４６はシールド筒体１０ａには当接しないよ
うになっている。

【００２７】シールド筒体１０ｂのシール保持部６０に
も、中間筒体４０と同様の構造からなる３本の突条６
６、６４、６６を有し、各突条６６、６４の間の溝にＯ
リング５０が装着されている。Ｏリング５０の先端が中
間筒体４０の内面に当接している。中間筒体４０の両端
には中心側に向けて突出する円環状のストッパ４２、４
２が設けられている。シールド筒体１０ｂに対して中間
筒体４０が軸方向に移動しても、ストッパ４２、４２が
シールド筒体１０ｂのシール保持部６０の突条６６に当
たると、それ以上は移動できなくなる。したがって、ス
トッパ４２、４２は、中間筒体４０の軸方向への移動範
囲を規制することになる。

【００２８】なお、シールド筒体１０ｂとシールド筒体
１０ｃとの連結個所にも、上記したシールド筒体１０ａ
とシールド筒体１０ｂとの連結個所と同様の構造が設け
られている。上記シールド掘進装置の作動について説明
する。シールド掘進装置を用いて埋設管を推進埋設する
には、地盤に掘削された立坑の側壁からシールド掘進装
置で地盤を堀り進みトンネルを形成する。具体的には、
装置本体Ａのカッタディスク１および破砕用コーン２を
駆動機構３で回転させて地盤を掘削していく。掘削され
た土砂は送排泥ホース４を経て後方に排出される。装置
本体Ａの後端には埋設管Ｐが連結され、シールド掘進装
置の推進に伴って、形成されたトンネルの内部に推進埋
設されていく。装置本体Ａおよび埋設管Ｐからなる列の
後端に、立坑内に設置された元押しジャッキなどで推力
を加えて、装置本体Ａおよび埋設管Ｐの列を推進させ
る。

【００２９】図２に示すように、シールド筒体１０ａと
シールド筒体１０ｂの連結個所では、シールド筒体１０
ａと中間筒体４０の間、および、中間筒体４０とシール
ド筒体１０ｂの間をＯリング５０でシールしているの
で、地盤側から土砂や水が装置本体Ａ内に流入すること
はない。シールド筒体１０ｂとシールド筒体１０ｃとの
連結個所でも、Ｏリング５０によるシールが行われてい
る。

【００３０】埋設管Ｐを曲線状に推進埋設するには、方
向修正ジャッキ２０、３０を作動させて、装置本体Ａの
前部ａと中部ｂおよび中部ｂと後部ｃとを所望の角度ま
で屈曲させる。図３に示すように、シールド筒体１０ａ
とシールド筒体１０ｂの連結個所では、所定の角度で屈
曲したシールド筒体１０ａとシールド筒体１０ｂの間を
丁度塞ぐように中間筒体４０が移動する。すなわち、シ
ールド筒体１０ａと中間筒体４０とが一定の角度で屈曲
した状態になり、中間筒体４０とシールド筒体１０ｂと
も一定の角度で屈曲した状態になっている。中間筒体４
０は遊動状態になっているので、シールド筒体１０ａと
シールド筒体１０ｂのほぼ中間の位置および屈曲角度に
なるように自動的に動く。但し、中間筒体４０のストッ
パ４２がシール保持部６０の突条６６に当たれば、それ
以上は中間筒体４０は移動できない。中間筒体４０のス
トッパ４２が、シールド筒体１０ｂの狭径端部１２から
径が拡がる部分に当たったときにも、中間筒体４０の移
動は規制される。

【００３１】シールド筒体１０ｂのシール保持部６０に
保持されたＯリング５０が中間筒体４０の内面に当接
し、中間筒体４０に保持されたＯリング５０がシールド
筒体１０ａの内面に当接しているので、連結個所でのシ
ール機能は良好である。シールド筒体１０ｂとシールド
筒体１０ｃとの連結個所でも、同様の作用が生じる。上
記したシールド掘進装置では、前部ａと中部ｂとの連結
個所および中部ｂと後部ｃとの連結個所の２個所で装置
本体Ａを屈曲させるので、屈曲個所が１個所である場合
に比べて、装置本体Ａの全体の屈曲角度を大きくするこ
とができる。

【００３２】前後のシールド筒体１０ａ、１０ｂのう
ち、後方側のシールド筒体１０ｂに狭径端部１２を設け
て、前方側のシールド筒体１０ａの内側に配置されるよ
うにしており、シールド筒体１０ａ、１０ｂの連結構造
がシールド筒体１０ａの内側に隠れるので、シールド掘
進装置を推進させたときに、シールド筒体１０ａと１０
ｂの連結個所には大きな抵抗が生じない。また、地盤の
圧力や推進抵抗が、中間筒体４０の部分には加わり難
い。シールド筒体１０ｂと１０ｃの連結個所でも同様の
作用が果たせる。 〔他の実施例〕 (a) シールド掘進装置の内部機構や収容装置は、図示し
た実施例に限定されない。例えば、カッタやコーンなど
の具体的構造その他の掘削機構の構造、土砂の排出機構
などは、通常のシールド掘進装置と同様の構造を任意に
組み合わせることができる。掘削した土砂を排出せず、
土砂を周辺の地盤に圧密してトンネルを形成する構造の
掘進装置にも適用できる。装置本体内部に、測量用のタ
ーゲットや傾斜計などを設けておくこともできる。

【００３３】(b) 装置本体は、図示したように３個のシ
ールド筒体を互いに屈曲可能に連結しておくほか、２個
のシールド筒体だけを連結するようにしてもよいし、４
個以上のシールド筒体を連結するようにしてもよい。 (c) 装置本体の屈曲機構としては、図示した方向修正ジ
ャッキによる屈曲機構のほか、通常のシールド掘進装置
で用いられている各種の屈曲機構が採用できる。

【００３４】(d) シール手段は、図示したＯリングのほ
か、各種のパッキンやシール機構を用いることができ
る。Ｏリングと他のシール機構を組み合わせることもで
きる。Ｏリング５０は、中間筒体４０やシール保持部６
０に２本を並べて配置しておくほか、１本のみを配置し
ておいたり、３本以上を配置しておくこともできる。

【００３５】

【発明の効果】以上に述べた本発明は、前記のような中
間筒体とシール手段とを備えていることにより、前後の
シールド筒体同士を大きく屈曲させることができ、しか
もその場合でもシール機能は良好に発揮できる。その結
果、シールド掘進装置による急曲線の造成が可能にな
る。

【００３６】しかも、中間筒体は、比較的簡単な構造で
あり、高い加工精度も要求されない。シール手段も、Ｏ
リングなどの通常のシール手段が利用できるので、構造
は簡単で維持管理も容易である。したがって、シールド
掘進装置の構造が簡単で製造コストも安価であり、維持
管理の手間もかからない。なお、前記中間筒体の軸方向
の移動範囲を規制する規制手段をさらに備えていれば、
中間筒体の動作が確実に行える。

【００３７】シール手段が、Ｏリング保持部とＯリング
を備えていれば、確実なシール機能を発揮させることが
できるとともに、シール手段の構造が簡単かつ安価で維
持管理も容易になる。Ｏリング保持部が、装置本体の軸
方向で中央側よりも両端側が低くなっていれば、屈曲角
度を大きくとれるとともに、Ｏリング保持部および相手
側の部材の損傷も防げる。

【００３８】中間筒体が、前記したように複数段に設け
られていれば、屈曲角度をさらに大きくすることができ
る。また、シール機能を良好に発揮させたりシール手段
の構造を簡単にしたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を表すシールド掘進装置の断
面図

【図２】シールド筒体の連結個所を表す要部拡大断面図

【図３】シールド筒体の屈曲状態を表す概略断面図

【符号の説明】

１０ａ〜１０ｃ シールド筒体 ２０、３０ 方向修正ジャッキ ４０ 中間筒体 ４２ ストッパ ４４、４６ 突条 ５０ Ｏリング ６０ シール保持部 ６４、６６ 突条 Ａ 装置本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】装置本体の先端で地盤を掘ってトンネルを
   形成しつつ、形成されたトンネル内を推進していくシー
   ルド掘進装置であって、 前記装置本体の外殻を構成し、互いに屈曲可能に前後に
   連結され、隣接する端部同士が半径方向に間隔をあけて
   対向する複数のシールド筒体と、 前記シールド筒体の対向する端部の中間に両側のシール
   ド筒体に対して遊動可能に配置された中間筒体と、 前記中間筒体と前記両側のシールド筒体の端部との間に
   それぞれ配置されたシール手段と、を備えたシールド掘
   進装置。
2. 【請求項２】前記シールド筒体に対する前記中間筒体の
   軸方向の移動範囲を規制する規制手段をさらに備えてい
   る、請求項１記載のシールド掘進装置。
3. 【請求項３】前記シール手段が、シール手段の内側に配
   置された中間筒体またはシールド筒体の端部の外周に設
   けられたＯリング保持部と前記Ｏリング保持部に保持さ
   れたＯリングとを備えている、請求項１または２に記載
   のシールド掘進装置。
4. 【請求項４】前記Ｏリング保持部が、前記装置本体の軸
   方向で中央側よりも両端側が低くなっている、請求項１
   から３のいずれかに記載のシールド掘進装置。
5. 【請求項５】前記中間筒体が、同心状で半径方向に間隔
   をあけて複数配置され、各中間筒体同士の間にも前記シ
   ール手段が配置されている、請求項１から４のいずれか
   に記載のシールド掘進装置。