JPH0768868B2 - 地中掘削機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、地下鉄，道路用トンネルや上下水道等に適用
できる断面の横坑や、橋梁や建物の基礎、立坑を地中に
深く鉛直に沈下させて築造する場合のケーソンや、地下
鉄道の出入口等のための斜坑を構築するのに適した地中
掘削機に関する。

なお、本発明における地中とは地表面を含む地盤を意味
するもので、従って運河や開水路の築造に用いられる地
中掘削機も本発明に含まれる。

（従来の技術） 従来、変形断面の横坑，立坑，斜坑を構築する場合の地
中掘削機の先行例としては、特開昭63-134787号公報が
ある。

第４図（ａ），（ｂ）は係る先行例を示すもので、この
地中掘削機は長円形のシールド筒100内の切羽室Ｂの両
側にそれぞれ回転掘削具101,102が設けられ、かつ上下
部分には平行リンク機構を有する掘削具103,104が設け
られ、また、それらの間の略中央部には小径の回転掘削
具105が設けられた構成とし、種々の形状の掘削断面に
対応できるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の地中掘削機においては、掘削
具103,104を駆動させる駆動機構の主要部であるアーム1
06が隔壁107の前方の切羽室Ｂ内を運動することにな
り、多大な抵抗がアーム106に作用し駆動力が大きくな
る。

また、掘削具103,104と支持軸108との連結部分が切羽室
Ｂ内の土砂中で回転自在に取り付けてあるため、トラブ
ルが発生しやすく、発生した場合には補修が難しいとい
う課題がある。

本発明は上記の点に鑑み提案されたもので、その目的と
するところは、変形断面の横坑，立坑，斜坑を構築する
ために平行リンク機構を用いた掘削機を備えた地中掘削
機において、掘削具の運動抵抗を減少させ、かつ掘削具
の支持軸の破損の可能性を軽減させ、また、トラブル発
生時に補修を容易とした地中掘削機を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 地中を掘削する任意形状の掘削機のシールド筒の前部に
隔壁を設け、 この隔壁に複数の円板筒形状の回転体を回転自在に支持
し、 この回転体の回転中心より偏った位置にこの回転中心と
平行に回転自在な支持軸を設け、 この支持軸の前端に掘削具を配設し、 多数の掘削刃を有する前記掘削具は前記回転体の回転に
より前記支持軸を介して平行リンク機構的に回動し、 所要掘削断面の一部ないしは略全体を掘削するように
し、かつ前記平行リンク機構を有する掘削具の後部、回
転体の前面および隔壁に適数の撹拌機構を設け、 前記撹拌機構は前記掘削具の回動において互いに衝突し
ないように配設されたことに特徴を有している。

（作用） 本発明では、上記のように構成し、要するに、平行リン
ク機構を有する掘削具の駆動機構の主要部である回転体
を隔壁内に収めることにより、切羽室内での運動抵抗を
減少させている。

また、掘削具の支持軸を隔壁に支持された回転体で支持
しているため、破損の可能性を少なくし、トラブルが発
生した場合にも補修を容易とし、その結果、作業性を向
上させ、経済面においても有利としている。

（実施例１） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施例で、掘削断
面が略長方形をなす泥土圧シールドに適用した場合の例
を示す。

図において、１は地中掘削機、２は地中掘削機１の構成
要素であり、かつ断面形状が略長方形のシールド筒で、
その前方にはフード３が形成され、また、前方内は切羽
室を形成するために隔壁４で仕切られている。

５は、第１図（ｂ），（ｄ）から明らかなように上方に
２個、下方に２個づつ配置され、かつ隔壁４に回転自在
に支持された中空短円柱状の回転体で、この回転体５は
第１図（ａ）に示すように、切羽室側に面する前部６
と、円筒部７と、坑内側に位置する後部８とを有してい
る。そして、回転体５全体は円筒部７の外周側と隔壁４
の対向する内周側との間に設けられたシール９によりシ
ールされ、かつ後部８側に設けられた大口径ベアリング
10によって軸支されている。

また、各回転体５はその中心から偏位した位置において
支持軸11が貫通されており、回転体５内であってその外
周側に設けられ、かつ軸受ケース14によって固定された
ラジアルベアリング12-1,12-2やスラストベアリング12-
3等によって支持され、かつ回転体５の前部６の部分に
シール13が設けられている。この支持軸11は後述の掘削
具25に回転体５の運動を伝達するためのもので、掘削断
面の大きさや形状によって取付位置が選定される。

この支持軸11の内部には添加材注入穴15があけられ、こ
の添加材注入穴15の後方は支持軸11の後端に設けられた
スイベルジョイント16を介し添加材注入管17の一端と接
続されている。また、この添加材注入管17の他端は回転
体５に設けてあるスイベルジョイント18に接続されてい
る。このスイベルジョイント18は回転体５の後部８の略
中央部に支持され、かつ前後には添加材注入管19が設け
られ、この添加材注入管19の前方には回転体５の前部の
略中央に突設され、かつ切羽室内に位置するとともに、
内部に添加材注入穴があけられた添加材吐出孔兼撹拌棒
20と連結されている。

なお、回転体５の後部８の外周には回転体５を回転させ
るためのギヤ21が設けられ、このギヤ21は駆動モータ22
の駆動軸に設けられたピニオン23と噛合され、これらの
機構を介し回転するように構成されている。

また、上記において支持軸11内の添加材注入穴15は支持
軸11の前端に設けられた桁材24の内部を通り、ベントナ
イト溶液等の如き添加材を切羽に噴出できるようになっ
ている。

この桁材24はいわゆる平行リンクを形成すべく各支持軸
11と連結され、また、掘削具25を構成している。すなわ
ち、桁材24の前面等には掘削刃26が設けられ、また、切
羽側には添加材吐出孔27が臨み、切羽に添加材を噴出可
能となっている。一方、掘削具25を構成する桁材24の後
面には撹拌羽根28が設けられている。なお、この掘削具
25の形状は掘削断面の形状により決定され、１回転で掘
削断面全体を掘削できるように構成される。

その他、29は回転体５の前面に設けられた撹拌棒、30は
隔壁４の切羽側Ａ表面に設けられた圧力計、31は隔壁４
の下方に前端が連結されたスクリューコンベア等の排土
装置、32は推進用ジャッキであり、隔壁４の後方であっ
てシールド筒２内側に適数配置されている。

次に上記構成の地中掘削機１の動作について説明する。

駆動装置により平行リンク機構を有する掘削具25の駆動
機構の主要部である回転体５を回転させるが、複数の回
転体５は同期制御されていて、同時に同速で同方向に回
転し、この運動を支持軸11を介し掘削具25に伝え運動さ
せる。そして、掘削具25の前面に取付けられている掘削
刃26によって切羽を切削する。

切削された土砂は、切羽室Ａに取込まれ、充満し、推進
用ジャッキ32により切羽室Ａ内を加圧し、撹拌羽根28お
よび撹拌棒29により、必要により注入された添加材と十
分に練り混ぜられ、土砂に不透水性と塑性流動性をもた
せ、この混合体の圧力で切羽を安定させ、圧力計30によ
り一定の圧力を維持しつつ、排土装置31により、適量の
排土をしながら掘進する。

なお、掘削具25に取付けられている掘削刃26の移動範囲
は、ほぼ掘削面全体を切削できる配置となっている。

また、撹拌羽根28や回転体５に付いており切羽室Ａに突
出している撹拌棒29と添加材吐出孔兼撹拌棒20とは互い
に衝突することなく、切羽室Ａ全体を撹拌するように配
置されている。

しかして、この場合、平行リンク機構を有する掘削具25
の駆動機構の主要部である回転体５の本体部分は隔壁４
内に収められ、切羽室Ａ内に位置していないため、掘削
具25の掘削時に、その分運動抵抗が少なくなるものであ
る。

また、切羽室Ａ内に掘削土砂が取り込まれるが、その中
に含まれる礫によって破損を受ける可能性も少なくなる
ものである。

（実施例２） 第２図（ａ），（ｂ）は本発明の第２実施例を示すもの
で、この例では掘削断面が馬締形をなすようシールド筒
２′が形成され、かつその略中央部から下方部分に第１
実施例において説明した４個の回転体５が設けられ、か
つ支持軸11の先端に所望形状の桁材によって組まれた掘
削具25′を構成している。

また、未掘削部分を掘削するために切羽室Ａの略中央部
に回転自在なセンターシャフト33が設けられ、その先端
に回転掘削具35を構成するスポーク36が設けられ、この
スポーク36の前面に掘削刃37,38が設けられ、また、後
面には撹拌羽根39が取付けられ、掘削具25′では掘削不
能な切羽室Ａの上方部分を掘削できるように構成されて
いることに特徴を有している。なお、平行リンク機構を
有する掘削具25′と回転掘削具35とは同時に起動するの
で、互いに衝突しないような位置に設けられることは言
うまでもない。

その他の構成，動作は第１実施例と同様である。

（実施例３） 第３図（ａ）（ｂ）は本発明の第３実施例を示すもので
ある。

この実施例では、掘削断面が楕円形をなすようシールド
筒２″が形成され、任意の個所に第１実施例で説明した
適数の回転体５が装備され、支持軸11の前方に、中央部
が円形に開口された楕円形状の堀削具25″を構成してい
る。

また、中央の未掘削部分を掘削するために切羽室Ａの中
央に回転自在にセンターシャフト33が設けられ、その先
端に回転掘削具35を構成するスポーク36が設けられ、そ
の前面には掘削刃37,38,また後面には、撹拌羽根39が取
付けられている。そして、この回転掘削具35と同一平面
上に上記平行リンク機構を有する掘削具25″が設けら
れ、これらが互いに衝突せず運動するため、略全断面を
掘削することができる。ここで、平行リンク機構を有す
る掘削具25″の中央部開口円の半径は回転掘削具35の回
転半径と支持軸11の回転半径の和とほぼ等しくなってい
る。

なお、前記回転掘削具35は、中央部に位置しているが必
要により、いろいろな位置に設けることができまた、個
数も適数設けられている。さらに、掘削具25″は、面板
だけでなく、桁材で組まれたスリット状構造でも良い。

また、上記第１実施例では掘削断面が略正方形となる場
合、第２実施例では馬締形となる場合、第３実施例では
楕円形となる場合について示したが、掘削具の形状と配
置、その運動範囲によって、円形，楕円形，台形，小判
形，長方形，まゆ形，三角形などあらゆる掘削断面に本
発明を適用できる。

また、回転体の数も強度，動力等から適数が選定でき
る。

さらに、横坑だけでなく、ケーソン等の立坑や斜坑の構
築等、広く活用できる。

また、上記実施例は泥土圧シールドで説明したが、泥水
加圧シールド，気泡シールド，開放型機械シールド，土
圧式シールド等あらゆる工法に採用できるものであり、
撹拌翼の設置および添加材の注入は必要に応じて実施さ
れるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、平行リンク機構を有する
掘削具の駆動機構の主要部である回転体の本体を切羽室
内に位置させることなく隔壁内に収めたため、掘削具を
回動するにあたり、切羽室内での運動抵抗を減少させる
ことができる。

また、駆動機構の主要部が切羽室内に露出してなく、か
つ掘削具の支持軸を隔壁に回転自在に支持された回転体
によって支持しているため、破損の可能性が少なく、ト
ラブルが発生した場合にも補修が容易であり、よって作
業性と経済性が向上する。

さらに、掘削具等に撹拌手段を設けておけば、添加材を
注入した場合、チャンバー内での土砂の固結等を防止で
き、種々の土質に対応でき、スムーズな掘進が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例のシールド掘削機の
縦断面図、（ｂ）は（ａ）図中Ａ矢視図、（ｃ）は
（ａ）図中Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）図中Ｃ断面図、第
２図（ａ）は本発明の第２実施例の正面図であり、
（ｂ）はA-A断面図、第３図（ａ），（ｂ）は本発明の
第３実施例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図、第
４図（ａ）は従来例の地中掘削装置の正面図であり、同
（ｂ）は縦断面図である。 １……シールド掘削機 ２……フード ３……シールド筒 ４……隔壁 ５……回転体 ６……回転体の前面 ７……円筒筒体 ８……回転体の後面 ９……シール 10……大口径ベアリング 11……支持軸 12-1……ラジアルベアリング 12-2……スラストベアリング 12-3……ラジアルベアリング 13……シール 14……軸受ケース 15……添加材注入穴 16……スイベルジョイント 17,19……添加材注入管 18……スイベルジョイント 20……添加材吐出孔兼撹拌棒 21……ギヤ 22……駆動モータ 23……ピニオン 24……桁材 25,25″……掘削具 27……添加材吐出孔 28……撹拌羽根 29……撹拌棒 30……圧力計 31……排土装置 32……推進用ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−192193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134786（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−310091（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地中を掘削する任意形状の掘削機のシール
   ド筒の前部に隔壁を設け、 この隔壁に複数の円板筒形状の回転体を回転自在に支持
   し、 この回転体の回転中心より偏った位置にこの回転中心と
   平行に回転自在な支持軸を設け、 この支持軸の前端に掘削具を配設し、 多数の掘削刃を有する前記掘削具は前記回転体の回転に
   より前記支持軸を介して平行リンク機構的に回動し、 所要掘削断面の一部ないしは略全体を掘削するように
   し、かつ前記平行リンク機構を有する掘削具の後部、回
   転体の前面および隔壁に適数の撹拌機構を設け、 前記撹拌機構は前記掘削具の回動において互いに衝突し
   ないように配設されたことを特徴とする地中掘削機。
2. 【請求項２】撹拌機構を有する１または複数の回転掘削
   具と上記平行リンク機構を有する掘削具を有し、 前記回転掘削具の回転と前記平行リンク機構を有する掘
   削具とはその回動において互いに衝突しないように配設
   したことを特徴とする特特許請求の範囲１記載の地中掘
   削機。