JPH0781495B2 - シールド機およびシールド工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、屈折シールドが可能なシールド機およびシー
ルド工法に関する。

〔従来の技術〕

都市部におけるシールドトンネルの用途は公共下水道・
電力・通信・ガス・地下鉄等の多種多様のものがある
が、主にその建設コストなどの理由により道路下に築造
される場合が多い。この場合比較的大きい曲率半径を必
要とされる地下鉄を除けば、道路交差部ではシールドト
ンネルは直角に曲がらなければならない場合が多い。

一般に、シールド機械が地中地盤の中でその方向を変え
る場合、その機械形状並びに構造上一定に制限された曲
率半径に近似させて曲がらずを得ない。すなわち、シー
ルド機械は固有の直線性を有するために幾何学的寸法、
セグメントの組立、土質、余堀り量、その他の条件によ
ってある程度以上の大きさの曲率半径が必要となる。

近年、シールド機械の本体に中折れ装置を装備させるこ
とにより、機械の形状を変更できるものが開発され、曲
率半径を小さくすることが可能となってきたが、一定の
曲率半径に近似させる曲線施工を行うものに変わりがな
い。従って、トンネルの路線計画時において、路線を直
角又は屈折させる必要がある場合、その屈折点にはあら
かじめ中間立坑を築造して、シールド機械を一度地中地
盤の中から立坑内へ取り出した後に、クレーン又はその
他の手段を用いてシールド機械の向きを変更させた後
に、再び掘進させるという方法が採用された。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、中間立坑を築造する場合、その築造工費が著し
く嵩むとともに、中間立坑の路上交通の妨げになる問題
点を有する。

そこで、本発明の主たる目的は、中間立坑を必要とせず
に屈折掘進が可能であるとともに、屈折角度を大きくで
きるシールド機およびシールド工法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ための本発明シールド機は、先端に
シールド中心線回りに回転するカッターヘッドを有する
カッター装置を備え、後方側に円筒状のテールプレート
を備えたシールド機において、 前記カッター装置は、その全体外形線形状が実質的にほ
ぼ半球状とされ、かつ前記テールプレートとは別に単独
で、カッター装置全体が実質的に既掘削空間内において
カッター装置のほぼ中心点を通るシールド横断中心線回
りに回転可能となっていることを特徴とするものであ
る。

また、その具体的装置としては、シールドフレームの前
部に対して、先端面にカッターを有するほぼ半球形のカ
ッターフレームをシールド中心線回りに回転自在に設け
るとともに、前記シールドフレームを含めた全体形状を
前記カッターフレームの外形線を実質的に延長する半球
状とし、かつ前記シールドフレーム後端に連設される円
筒状のテールプレートを着脱自在としたシールド機であ
って、 前記シールドフレームおよびカッターフレームが一体と
して、カッターフレームおよびシールドフレームによっ
て形成される半球状線のほぼ中心点を通るシールド横断
中心線回りに回転可能となっているシールド機が挙げら
れる。

また、前記シールド機を用いて屈曲する場合には、シー
ルド機が屈折予定位置に達したならば、前記カッター装
置をシールド横断中心線回りに回転屈折したときにカッ
ター装置により覆われない地山を覆うに十分な切欠球面
状のカバープレートをカッター装置に連設して取り付け
た後、前記カッター装置をカバープレートとともに回転
屈折し、 回転屈折終了後、カバープレートを現位置に残した状態
で、カッター装置による切削を行い新たなシールド方向
に掘進する。

また、前記具体的装置の場合には、シールド機が屈折予
定位置に到達したならば、前記円筒状のテールプレート
を切離し、前記シールドフレームおよびカッターフレー
ムを前記シールド横断中心線回りに回転屈折したときに
シールドフレームおよびカッターフレームにより覆われ
ない地山部分を覆うに十分な切欠球面状のカバープレー
トをシールドフレームに連設して取り付けた後、前記シ
ールドフレームおよびカッターフレームを前記カバープ
レートとともに回転屈折し、 回転屈折終了後、前記カバープレートをシールドフレー
ムから切離し現位置に残すとともに、新設のテールプレ
ートをシールドフレーム後端に取り付け、新たなシール
ド方向に掘進する。

なお、本発明にいうほぼ半球形とは、好適には半球もし
くは若干開き角が90度より大きくてもよいものである
が、開き角が80度〜120度程度であっても良いことを含
む意味である。

〔作用〕

本発明のシールド機においては、カッター装置全体が、
テールプレートとは別に単独で、実質的に既掘削範囲内
においてカッター装置のほぼ中心点を通るシールド横断
中心線回りに回転可能となっている。このように、カッ
ター装置自体が現シールド地点で自由に回転できる構成
とすることにより、曲率半径に制約されずに、屈曲する
状態で方向転換することができる。

回転屈折を行うための具体的装置例では、カッターフレ
ームをほぼ半球形にするとともに、シールドフレームを
含めた全体形状を前記カッターフレームの形状線を延長
する半球状とし、これら両フレームが前記半球状線のほ
ぼ中心点を通るシールド横断中心線回りに回転自在とな
っている。しがたって、前記シールド横断中心線回りに
回転させることでシールドフレームおよびカッターフレ
ームを旧シールド方向に対して屈折した新シールド方向
に向けることができる。

この回転屈折の際、シールドフレームおよびカッターフ
レームによって構成される全体形状がほぼ半球状をなし
ているので、ほぼ既掘削形状の範囲内で、つまり地山と
の抵抗がきわめて小さい状態でシールドフレームおよび
カッターフレームを回転させることができる。なお、シ
ールド機には後端に円筒状のテールフレームが連設され
ているが、本シールド機においては、これが着脱自在と
なっているため、回転掘削時に切り離される。

他方、回転掘削に伴って、地山の前面部の一部が露出し
てしまい、地山の崩壊や地下水のシールド内への流入が
懸念される。そこで、回転屈折時にシールドフレームの
後部に直接または次記実施例のようにテールフレームを
介してカバープレートを連設しておくと、その事態を防
止することができる。

また、回転屈折が終了したならば、地山保護のためのカ
バープレートは不要であるため、切り離して現位置に残
し、新シールド方向への掘進のために新設のテールプレ
ートを取り付けた後、通常通りセグメントの組立を行い
地山保護を図りながら新シールド方向への掘進を行う。

〔実施例〕

以下本発明を図面を示す実施例によってさらに詳説す
る。

第１図は旧シールド方向を掘進している状態の立面図
で、同図左方に向っている。

カッター装置は、外シールドフレーム１と、これに一体
化された内シールドフレーム２に対して、それらの間に
カッターヘッドたるカッターフレーム３の軸部が介装さ
れ、スラスト軸受４、５およびラジアル軸受６、６によ
って、外シールドフレーム１および内シールドフレーム
２に軸承されている。また、カッターフレーム３の軸部
3aの端部はフランジ状に張り出しその張り出し端には従
動ギア3bが形成され、この従動ギア3bに対向して周方向
に多数配置された油圧モータ等からなる切削回転駆動手
段７の出力軸に設けられた原動ギア８が噛み合ってい
る。各切削回転駆動手段7,7…は図示されていないが、
シールド機の非回転の本体フレームに固定され、その結
果、駆動手段7,7…を駆動させると、カッターフレーム
３が内シールドフレーム２の周囲をシールド中心線O₁周
りに回転せられ、前記のカッター3cによって地山が切削
される。カッターフレーム３の中心線周りの際、ステー
部3dは案内筒2aによって回転自在に保持されている。

一方、内シールドフレーム２の内面には縦方向に回転軸
９が通っており、この回転軸９は、前記本体フレームに
対して屈折時固定される軸筒10により保持されている。
したがって、軸筒10を対地固定した状態で回転軸９をそ
の軸心（シールド横断面を通る横断中心線O₂）周りに回
転すると、内外シールドフレーム2,1およびカッターフ
レーム３が前記横断中心線周りに回転するようになる。

11はエレクター、12は給泥管、13は非泥管、14は泥水の
アジテータ、15はそのアジテータの回転駆動用モータで
ある。

16はセグメントで、その前端の反力として、シールドジ
ャッキ17およびスプレッター18により内外フレーム2,1
およびカッターフレーム３が推進されるようになってい
る。

また、外シールドフレーム１の外周後部には、外シール
ドフレーム１の一部をなす球殻筒状のテールフレーム19
が強固に溶接され、このテールフレーム19にシールド方
向に沿う円筒状テールプレート20がボルト21等により着
脱自在に取付けられている。

このように構成されたシールド機においては、屈折予定
位置まで、第１図〜第４図の状態を保ちながら、カッタ
ーフレーム３の中心線O₁周りの回転と、シールドジャッ
キ17による推進とによって掘進され、その後順次セグメ
ント16が組み立てられて行く。

次いで、屈折予定位置において屈折、たとえば90度屈折
する場合、次のような操作が行なわれる。

すなわち、第５図（平面図）のように、テールプレート
20を取付ておいたボルト21がテールフレーム19から取り
外され、その代りに、テールフレーム19に平面角度的に
はほぼ1/4球殻状であるがシールド方向については長さ
の短い球殻状のカバープレート22が新たなボルト23およ
び内添筒24によって連結される。また、これとともに、
セグメント16を脚として回転支持脚台25が設けられ、こ
の脚台25に固定用部材26,27が取付けられ、これら固定
用部材26,27によって回転軸９の軸筒10を対地固定す
る。部材25,26,27は前述の本体フレームの一部を構成す
る。次いで、本体フレームに固定された回転ジャッキ28
を伸長し、ジャッキ受22aを介してカバープレート22を
中心線O₂周りに時計方向に回転すると、内外フレーム2,
1およびカッターフレーム３、ならびにテールフレーム1
9等の付属物も同方向に回転する。なお、カッターフレ
ームの形状は半球状であれば、カッターフレーム３を回
転させることなく、カッター装置全体を中心線O₂周りに
回転させることができるが、仮に円錐状であっても、円
錐状カッターフレーム３を回転させながら、カッター装
置を回転させることにより、カッターフレーム３前面部
に存在する、回転に邪魔となる幾分かの土砂を掻き分け
ながら回転することができる。

ジャッキ受22aは回転ジャッキ28のストローク限に達し
たならば、取外し、第６図のように、新たな位置に溶接
し直しながら回転を続行する。その間、固定用部材26,2
7は適宜に位置替えを行う。

第７図は90度の回転が終了した状態である。この状態に
なったならば、ボルト23および内添筒24を取り外し、カ
バープレート22をテールフレーム19から切り離す。

次いで、第７図のように、カバープレート22および左方
壁のセグメント16を利用して、バックアンカー29,30を
組み立てるとともに、外シールドフレーム１に回転防止
材31を設け、シールド機全体のローリング防止を図った
後、第７図右側のテールプレート20およびセグメント16
の一部を仮想線で示すように、解体撤去し、シールド機
全体が右方に掘進するときにおいて支障とならないよう
にする。

その後、第７図から第８図の移行過程で明らかなよう
に、ジャッキ17より右方に推進し、ほぼテールフレーム
19の長さまで推進したならば、テールフレーム19とほぼ
同形のカバープレート31をカバープレート22に溶接固定
し、その後、バックアンカー33,34を組み立て、新たな
テールプレート20′,20′をテールフレーム19にボルト
固定し、新シールド方向に沿って旧シールド方向と同様
な掘進を行う。16′は、新シールド方向に組み立てたセ
グメントである。この段階では、回転防止材31′はテー
ルプレート20′に固定され、さらに段階が進むと除去さ
れる。

上記例においては、90度の屈折であったが、適宜の屈折
角でよいこと、および水平面で沿うことなく、傾斜面に
沿う屈折も可能であることは容易に理解できるであろ
う。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、中間立坑の築造を必要と
することなく大きく屈折シールドが可能であるなどの利
点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は旧シールド方向の掘進状態立縦断面図、第２図
はシールド機内からの視図、第３図はカッタヘッドフレ
ームの地山からの視図、第４図〜第８図は屈折過程を順
に示す水平平面図である。 １…外シールドフレーム、２…内シールドフレーム、３
…カッターフレーム、７…切削回転駆動手段、９…回転
軸、16,16′…セグメント、17…ジャッキ、18…テール
フレーム、19…テールフレーム、20,20′…テールプレ
ート、22…カバープレート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端にシールド中心線回りに回転するカッ
   ターヘッドを有するカッター装置を備え、後方側に円筒
   状のテールプレートを備えたシールド機において、 前記カッター装置は、その全体外形線形状が実質的にほ
   ぼ半球状とされ、かつ前記テールプレートとは別に単独
   で、カッター装置全体が実質的に既掘削空間内において
   カッター装置のほぼ中心点を通るシールド横断中心線回
   りに回転可能となっていることを特徴とするシールド
   機。
2. 【請求項２】シールドフレームの前部に対して、先端面
   にカッターを有するほぼ半球形のカッターフレームをシ
   ールド中心線回りに回転自在に設けるとともに、前記シ
   ールドフレームを含めた全体形状を前記カッターフレー
   ムの外形線を実質的に延長する半球状とし、かつ前記シ
   ールドフレーム後端に連設される円筒状のテールプレー
   トを着脱自在としたシールド機であって、 前記シールドフレームおよびカッターフレームが一体と
   して、カッターフレームおよびシールドフレームによっ
   て形成される半球状線のほぼ中心点を通るシールド横断
   中心線回りに回転可能となっていることを特徴とするシ
   ールド機。
3. 【請求項３】請求項１記載のシールド機が屈折予定位置
   に達したならば、前記カッター装置をシールド横断中心
   線回りに回転屈折したときにカッター装置により覆われ
   ない地山を覆うに十分な切欠球面状のカバープレートを
   カッター装置に連設して取り付けた後、前記カッター装
   置をカバープレートとともに回転屈折し、 回転屈折終了後、カバープレートを現位置に残した状態
   で、カッター装置による切削を行い新たなシールド方向
   に掘進することを特徴とするシールド工法。
4. 【請求項４】請求項３記載のシールド機が屈折予定位置
   に到達したならば、前記円筒状のテールプレートを切離
   し、前記シールドフレームおよびカッターフレームを前
   記シールド横断中心線回りに回転屈折したときにシール
   ドフレームおよびカッターフレームにより覆われない地
   山部分を覆うに十分な切欠球面状のカバープレートをシ
   ールドフレームに連設して取り付けた後、前記シールド
   フレームおよびカッターフレームを前記カバープレート
   とともに回転屈折し、 回転屈折終了後、前記カバープレートをシールドフレー
   ムから切離し現位置に残すとともに、新設のテールプレ
   ートをシールドフレーム後端に取り付け、新たなシール
   ド方向に掘進することを特徴とするシールド工法。