JPH0781502B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明はシールド掘進機に関するもので、さらに詳しく
は既設埋設管を順次削除しながら新たなトンネルを掘削
するように、地下に鉄筋コンクリート構築物が存在する
地山を、この地下鉄筋コンクリート構築物を順次除去し
つつ掘進するに適したシールド掘進機に関するものであ
る。

『従来の技術』 従来の機械掘り式シールド掘進機でトンネルを掘削する
際に、地下に鉄筋構築物が存在する場合は、この部位で
機械掘りを中断して、作業者がスキンプレートの隔壁の
前方、または、カッターディスクの前方に入り、手掘り
によって鉄筋構築物を除去している。

また、従来、切削刃として、岩盤等の硬い地山を順次所
定の深さまで圧壊するに適したロータリーカッタ（ディ
スクカッタともいう。）が知られている。

さらに、別の従来例として、シールド掘進機の切削方式
にプラネット切削方式というものがあり、カッターディ
スクに遊星回転するフライス切削歯を使用するものが有
る。

『発明が解決しようとする問題点』 しかし、最近下水道の更新のように既設埋設管を順次削
除しながら新設の埋設管を構築するような、地下に鉄筋
構築物が連続して存在する条件での地山を掘削するとい
う新たな要望が生じ、これらを従来の掘進機および切削
刃で掘進することは不可能である。

すなわち、従来のシールド掘進機で上記のごとき条件の
地山を掘削するには、鉄筋構築物の主な構成材であるコ
ンクリート部を掘進するには、切削刃にロータリーカッ
タを使用するのが最も確実で信頼性があることは容易に
推定できるが、このロータリーカッタは靱性の大きい鉄
筋または鉄骨（以下、単に鉄筋等という）を切削または
圧壊することは全く期待できない。

そこで、切削歯を最も切削が困難な鉄筋等を切削するに
適した性状のものとして、強硬性の切削歯で鉄筋等を切
削するに適した高速回転が可能なプラネット切削方式で
実験したところでは、切削は可能であったが、切削歯の
摩耗が大変激しく実用に供することができないとういう
ことが判明した。

すなわち、この方式は、掘進する地山全体を鉄筋等のみ
からなる強靱性構築物と見たてて、切削歯の移動速度を
高めて薄く切削していこうというものであるから、切削
歯とコンクリート及び鉄筋等との接触頻度が大変高く、
それだけ摩耗するのも速いということになる。

なお、従来最も一般的なカッターディスクにトゥースカ
ッタと称される切削歯を単に突設・固定したシールド掘
進機、または前述したローラカッタを有したシールド掘
進機でこの様な条件の地山を無理に掘進すると、鉄筋構
築物のコンクリート部は切削または圧壊して切削できる
が、鉄筋等は切削歯に絡むように折れ曲ったり、カッタ
ーディスクの前方に堆積し、これを定期的に人手で除去
しなくては、掘進が不能となったり、ズリ搬出装置の閉
塞事故が発生するのは従来よりよく知られていることで
ある。

『目的』 そこで本発明は上記に鑑みなされたもので、鉄筋構築物
を比較的遅い従来公知なロータリーカッタで圧壊する
と、コンクリート部は順次所定の深さまで圧壊され、鉄
筋等はコンクリートの切削面より突出して残り、鉄筋等
が突出した切削面をロータリーカッタが通過する際は、
鉄筋等は押し潰されたり押し込まれるように曲ってその
上をロータリーカッタが通過することに着目し、一つの
カッターディスクにコンクリートを圧壊するロータリー
カッタと、切削面に突出した鉄筋等を薄く細かく切削す
るに適した動きの速い切削歯を共に設けて、両切削歯の
分担によって、切削歯の摩耗が少なく連続して鉄筋構築
物を確実に切削できる機械掘りのシールド掘進機を提供
することを目的としたものである。

『問題点を解決するための手段』 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、シールド掘
進機本体Ａのスキンプレート１の前端部位に、駆動源２
により回転するカッターディスク３を設け、このスキン
プレート１の後部内には推進ジャッキ５を設け、また、
該カッターディスク３の前面部3cには地山圧壊用ロータ
リーカッタ31を突設してなるシールド掘進機において、 上記カッターディスク３の前面部3cの偏心位置の空部3d
には、該カッターディスク３と一体部位に固定されたフ
ライス駆動源34によって回転するスライス切削盤33を設
け、 上記フライス切削盤33の切削歯33aの歯先を上記地山圧
壊用ロータリーカッタ31の歯先より、地山とともに掘削
する鉄筋コンクリート構築物の鉄筋の径以内の寸法で後
方に位置せしめてなることを特徴とした技術的手段を講
じたものである。

『作用』 それ故、本発明シールド掘進機により鉄筋構築物が埋設
された場所に掘進すると、先ず、最も前方に突出する地
山圧壊用ロータリーカッタ31が地山を圧壊する。

上記地山圧壊用ロータリーカッタ31は鉄筋構築物の表面
に推進ジャッキによる押圧力で圧接され、カッターディ
スク３を回転させると自ら回転しながら該カッターディ
スク３の回転にともなって回転して、コンクリート部を
所定の深さまで圧壊する。

そして、鉄筋等が表面に露出し始めた時点まで掘削が進
行すると、次にコンクリート部はある深さまで圧壊され
るので、第３図に示すごとく鉄筋部T1″は切削されたコ
ンクリート部T1′の表面に突出した状態に残ることにな
る。

次ぎに、シールド掘進機が、推進ジャッキで押し進めら
れて、上記鉄筋部T1″が突出した切削面さらに掘削する
際は、地山圧壊用ロータリーカッタ31はさらに鉄筋構築
物のコンクリート部T1′の所定の深さまで圧壊するが、
突出した鉄筋部T1″部では局所的に押し潰したり押し込
むよるように曲ってその上を通過する。

そして、上記の状態時には地山圧壊用ロータリーカッタ
31より後方に位置したフライス切削盤33の刃先が、突出
した鉄筋部T1″に接触するので、このフライス切削盤33
によって突出した鉄筋部T1″が細かく切削され、このよ
うな作用が継続されて、順次鉄筋構築物を除去しつつ掘
削が行なわれるものである。

『実施例』 次に、本発明の実施例を第１図乃至第３図に従って説明
すれば以下の通りである。

図示例は下水道等の既設埋設管を下流側から上流側に向
けて順次除去しながら地下を掘削し、新たに掘削したト
ンネル内に新設埋設管を構築するために使用されるもの
で、図中、T1が既設埋設管、T2が本発明シールド掘進機
によって掘削されたトンネル内に構築された新設埋設管
である。

また、図中、Ａはシールド掘進機本体、Ｂは該シールド
掘進機本体Ａの前方の既設埋設管T1内に収納されシール
ド掘進機本体Ａの掘進に伴なって該既設埋設管T1内を押
し進められる先行隔壁体である。

上記、シールド掘進機本体Ａのスキンプレート１の前端
部位に、駆動源２により回転するカッターディスク３
を、このスキンプレート１の後部内には推進ジャッキ５
を設け、また、該カッターディスク３の前面部3cには地
山圧壊用ロータリーカッタ31を突設してなるのは従来の
シールド掘進機と同じである。

すなわち、上記シールド掘進機本体Ａは、スキンプレー
ト１の後部内にセグメントを組み立てる等して新設埋設
管T2を形成しこの新設埋設管T2を反力受けとして推進ジ
ャッキ５を伸張させて推進力を得つつカッターディスク
３を回転せしめて掘進を行ない、シールド掘進機本体Ａ
が所定の距離掘進すると、推進ジャッキ５を復帰させ
て、推進ジャッキ５と前工程で形成した新設埋設管T2と
の間に新たなセグメントを組み立てて、新設埋設管T2を
延設するという工程を繰返すものである。

図示例の本実施例において、上記カッターディスク３
は、そのカッターディスクドラム3aの外周を支持する、
所謂、周囲支持方式（正確には中心軸６を隔壁４の中心
部位に固定した軸受７に回転可能に支承する中央支持方
式との混合方式）を使用している。そして、このカッタ
ーディスク３の後方にはカッターディスクドラム3aを介
して内歯歯車８が固着され、スキンプレート１内には駆
動源２が固定（この駆動源２は通常複数固定される。）
され、この駆動源２の駆動軸に配したピニオン９が上記
内歯歯車８に噛合するようになし、この駆動源２により
内歯歯車８乃至カッターディスク３が回転するようにな
してあるが、このカッターディスク３の支持方式、及び
該カッターディスク３の駆動方式、さらには隔壁４によ
り閉塞式となすか否かに関しては、図示例に限定される
ことなく、従来公知な別の方式を使用してもよい。

また、本発明に使用される前記地山圧壊用ロータリーカ
ッタ31も従来公知なものが使用され、該前記地山圧壊用
ロータリーカッタ31は、カッターディスク３の前面部3c
と略平行で、該カッターディスク３の放射方向に向いた
支承軸31aに、刃盤31b,31b,31b・・・を回転自在に装着
してなる。なお、この地山圧壊用ロータリーカッタ31の
歯先はカッターディスク３の前面部3cに突出するように
なすことは無論である。

そして、本発明シールド掘進機は上記カッターディスク
３の前面部3cの偏心位置の空部3dに、該カッターディス
ク３と一体部位に固定されたフライス駆動源34によって
回転するフライス切削盤33を設けてある。

上記したカッターディスク３と一体部位とは、図示例に
おいては、カッターディスクドラム3aの内面部位のこと
で、このカッターディスクドラム3aにフライス駆動源34
を固定しているが、その他、中心軸６や、前面部3c（こ
の前面部3cは、図示例のような放射アーム状のもののほ
かに、盤状のものも使用できる。）の裏面にフライス駆
動源34を固定してもよい。

そして、上記フライス切削盤33の切削歯33aの歯先を上
記地山圧壊用ロータリーカッタ31の歯先より、地山とと
もに掘削する鉄筋コンクリート構築物の鉄筋の径以内の
寸法で後方に位置せしめてなる。このフライス切削盤33
の切削歯33aの歯先と地山圧壊用ロータリーカッタ31の
歯先との距離は第３図に符号Ｌで示してあるが、余りこ
の距離を大きく設定すると鉄筋部T1″が完全にコンクリ
ート部T1′から突出した後に、フライス切削盤33で切削
することになり、この状態であると該鉄筋部T1″はコン
クリート部T1′から遊離して切削しずらくなるので、鉄
筋径よりは大きくしないようになすことが望ましい。ま
た、逆にこの距離Ｌを余りに小さく設定すると、コンク
リート部T1′の表面が平滑でないため、フライス切削盤
33とコンクリート部T1′との接触頻度が高まり該フライ
ス切削盤33の摩耗が大きくなり、さらには、このフライ
ス切削盤33と突出鉄筋部T1′との圧接で地山圧壊用ロー
タリーカッタ31の圧壊力が小さく規制されるため、実験
の結果では3mm以上となすのが最も効果的であった。

そして、本実施例では、上記カッターディスク３の中心
部位を貫通して筒体10を配設し、この筒体10の先端に
は、既設埋設管T1内に収納されシールド掘進機本体Ａの
掘進にともなって該既設埋設管T1内に押し進められる先
行隔壁体Ｂを回転継手53を介して連結してある。

上記先行隔壁体Ｂは、既設埋設管T1の断面形状より一回
り小さい断面形状に形成され、この先行隔壁体Ｂの外周
面には既設埋設管T1との間隙を密閉するパッキング52,5
2,52・・・が装着してある。なお、このパッキング52は
既設埋設管T1内を流れて来る下水等を確実に遮断し、シ
ールド掘進機本体Ａの掘進によって該先行隔壁体Ｂが筒
体10で押され既設埋設管T1内を押し進められる強さに設
定される。

そして、この先行隔壁体Ｂと筒体10との連結部は、筒体
10が回転しても先行隔壁体Ｂは回転しないように回転継
手53を介して連結してある。

そして、該先行隔壁体Ｂには上記筒体10とこの先行隔壁
体Ｂの先方側とを連通する連通孔51を設けてある。すな
わち、この先行隔壁体Ｂは既設埋設管T1を仕切るが、こ
の連通孔51により筒体10に連通するようになしてある。
なお、この連通孔51は先行隔壁体Ｂを貫通するものであ
れば、筒体10の先端部が先行隔壁体Ｂを貫通するように
なしてもよく、この場合は回転継手53は筒体10の外周面
と先行隔壁体Ｂの連通孔51の内周面との間に配するか、
先行隔壁体Ｂに気密を保って回転する水平回転筒を挿通
させて該筒体10の先端部はこの水平回転筒内に嵌入させ
る等すればよい。

また、該筒体10の後端は上記隔壁４を貫通せしめて該隔
壁４の後方部位で構築した新設埋設管T2内まで連通して
なる。

上記筒体10は、カッターディスク３または隔壁４に固定
して配設してもよいが、図示実施例においては、この筒
体10がズリ搬送用のスクリューコンベヤ11の駆動軸を兼
ねる構成となっている。したがって、先ず、隔壁４を貫
通してスクリューコンベヤ11のシリンダ12が固定され、
上記筒体10はこのシリンダ12内に同心状に収納され、さ
らにこの筒体10はシリンダ12に固定されたコンベヤ駆動
源13により回転せしめられるようになしてある。そし
て、このシリンダ12の先端は隔壁４を貫通した後、カッ
ターディスク３の中心軸６内に挿入され、カッターディ
スク３の後方部位で開口している。すなわち、上記カッ
ターディスク３の中心軸６は筒状に構成され、その外周
面が軸受７の内周面によって軸承されている。

そして、上記中心軸６の一部にはズリ流入口6aが開口さ
れ、カッターディスク３により掘削されたズリ（フライ
スカッタ33により切削された筋材を含む）はこの流入口
6aから中心軸６内に入り、さらにシリンダ12内を通って
スクリューコンベヤ11で排出されるようになっている。
なお、本実施例は土圧式シールド（実際には土圧式限定
泥水シールドであるが、その他の土圧式シールドを利用
してもよい。）を使用しており、上記ズリは、図示しな
い送泥管より隔壁４の先方チャンバ内に圧送された泥土
とともにスクリューコンベヤ11で排出されるが、該スク
リューコンベヤ11のシリンダ12の後端に設けた排出口14
には排土調整装置15が設けられ、泥土の圧送量と該排土
調整装置15よりの排出量とを調整して隔壁４より前方が
一定の加圧状態を保ち地山を保護するようになしてあ
る。

また、この筒体10（スクリューコンベヤ11）はカッター
ディスク３に固着し、カッターディスク３の回転によっ
て、すなわち駆動源２によって回転するようになしても
よいが、カッターディスク３は地山の性状によって回転
速度や回転方向を変更したりする場合が有り、一方スク
リューコンベヤ11も地山の性状によって別途回転数乃至
ズリ搬出量を調整する必要性が有るので、このスクリュ
ーコンベヤ11は別個のコンベヤ駆動源13により回転せし
めることが望ましく、本実施例では該筒体10の先端がカ
ッターディスク３を貫通する際は、遊びを有して該カッ
ターディスク３を貫通するようになしている。

また、この筒体10の後端は隔壁４を貫通せしめた後、適
宜下流側（掘進方向とは逆側）まで、排水パイプで案内
して放流すればよいが、本実施例では、この筒体10の後
端はシリンダ12の後端より気密を保って貫出され回転継
手16を介して排水パイプ17が連結されている。なお、こ
の排水パイプ17の途中には図示しない排水ポンプを介在
せしめて排水量を調整可能となしておくことが望まし
い。

なお、前述フライス駆動源34は本実施例では油圧モータ
が使用され、このフライス駆動源34への送油管35、排油
管36は、夫々中心軸６に埋設した流路35a,36aに連結
し、この流路35a,36aの一端は夫々軸受７の内面に向け
て開口させ、さらに、この軸受７の内面には両流路35a,
36aの各開口から、軸受７の外面に設けた注油口35c及び
排油口36cに連通する溝状流路35b,36bを設けてなり、固
定部である注油口35c及び排油口36cと、回転部であるフ
ライス駆動源34とを連通してなる。

なお、図中、54は壁面保護シュー、ｂはベアリング、ｐ
はパッキング、P1はテールシールを示すものである。

『発明の効果』 本発明シールド掘進機は上記のごときで、コンクリート
部T1′を圧壊する地山圧壊用ロータリーカッタ31と、鉄
筋部T1″を切削するフライス切削盤33とを有してなるた
め、このコンクリート部T1′は地山圧壊用ロータリーカ
ッタ31で圧壊され、鉄筋部T1″はフライス切削盤33で圧
壊され、この分担で連続する鉄筋構築物を順次継続して
除去するシールド掘進機を提供することができるもので
ある。

そして、本発明は上記地山圧壊用ロータリーカッタ31は
従来と同様にカッターディスク３に配設してこのカッタ
ーディスク３とともに回転するようになしたため、この
動きは比較的遅く、コンクリート部T1′を圧壊するに適
し、フライス切削盤33はカッターディスク３の前面部3c
の偏心位置の空部3dに配してなるためプラネット回転す
るため該フライス切削盤33の回転とカッターディスク３
の回転とが総合され比較的速く動き鉄筋部T1″を切削す
るのに適し、両者が夫々に効率的に地山を圧壊・切削す
るシールド掘進機を提供することができるものである。

さらに、本発明の最も重要な効果は、上記フライス切削
盤33の切削歯33aの歯先を上記地山圧壊用ロータリーカ
ッタ31の歯先より後方に位置せしめてなるため、先ず、
地山圧壊用ロータリーカッタ31でコンクリート部T1′を
所定の深さまで圧壊し、このコンクリート部T1′の表面
に突出した鉄筋部T1″をフライス切削盤33で切削するた
め、このフライス切削盤33が切削のために接触するのは
の鉄筋部T1″のみであるため、その摩耗が最も効率的に
防止されたシールド掘進機を提供することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明シールド掘進機の一実施例を示す縦断面
図、第２図は本発明に使用されるカッターディスクの右
半分正面図、第３図は切削作用を説明する切削部断面図
である。 Ａ〜シールド掘進機本体、１〜スキンプレート、２〜駆
動源、３〜カッターディスク、3c〜前面部、3d〜空部、
５〜推進ジャッキ、31〜地山圧壊用ロータリーカッタ、
33〜フライス切削盤、33a〜切削歯、34〜フライス駆動
源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 康 神奈川県平塚市大神3072 西松建設平塚寮 (56)参考文献 特開 昭60−112995（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32092（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−39914（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−2024（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機本体Ａのスキンプレート１
   の前端部位に、駆動源２により回転するカッターディス
   ク３を設け、このスキンプレート１の後部内には推進ジ
   ャッキ５を設け、また、該カッターディスク３の前面部
   3cには地山圧壊用ロータリーカッタ31を突設してなるシ
   ールド掘進機において、 上記カッターディスク３の前面部3cの偏心位置の空部3d
   には、該カッターディスク３と一体部位に固定されたフ
   ライス駆動源34によって回転するフライス切削盤33を設
   け、 上記フライス切削盤33の切削歯33aの歯先を上記地山圧
   壊用ロータリーカッタ31の歯先より、地山とともに掘削
   する鉄筋コンクリート構築物の鉄筋の径以内の寸法で後
   方に位置せしめてなることを特徴としたシールド掘進
   機。