JPH09158669A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全方向への曲線施工が可能であり、かつ、直
線掘進時も曲線施工時も、連続して掘進作業を行うこと
が可能である。 【解決手段】 前胴フレームと、中胴フレームと、後胴
フレームとを備えたシールド掘進機であって、前記中胴
フレームと後胴フレームとを、円または多辺形状の環状
のガーダとピン結合したブラケットとで構成した自在接
手により屈曲可能に連結した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工法に使
用されるシールド掘進機にかかるもので、特に中折れに
よる曲線掘進が全方向に可能であり、かつ、トンネル構
築物の組立作業中においても前胴フレームの前進による
同時掘進作業により連続掘進可能なシールド掘進機に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法とは、特に軟弱な土質にお
けるトンネル掘削を行うにあたって、崩壊、流動しよう
とする土砂内にトンネル外径よりも多少大きめなシール
ドフレームを入れ、その内部で崩壊を防ぎながら安全に
掘削作業およびトンネル構築材の組立て作業を行い、軟
弱土質内に容易にトンネルを構築する工法である。

【０００３】そのトンネルを構築する工法には、一般に
シールド掘進機が使用されている。シールド掘進機は、
前面にカッタを支持するシールドフレームを、シールド
フレーム後方内で組み立てられたセグメントに反力をと
ってシールドジャッキの伸長により前進させて掘削を行
い、セグメントの１リング分掘進が行われたらシールド
ジャッキを縮小してその後方に新たなセグメントを搬入
してトンネルを構築するようにしている。

【０００４】しかしながら、上記従来のシールド掘進機
は、セグメントを１リング組み立てては掘進するという
間欠掘削となるため、掘削速度を向上することができな
かった。

【０００５】このような問題を解決するため、本願出願
人は、特願昭６３−３０４６７５（特開平２−１５３１
９２）に示すような、セグメントの組み立てと掘削とを
同時に行うことができ、しかも、シールドフレームの中
折れにより曲線掘進もできるシールド掘進機の提案を行
った。

【０００６】図８はこの中折れによる曲線掘進が可能な
シールド掘進機を示している。図において、ａはシール
ドフレームで、カッタｅを支持する前胴フレームｂと、
中折れのための中胴フレームｃと、セグメントｆの組み
立てを行う後胴フレームｄとに３分割している。前記中
胴フレームｃは、後胴フレームｄの内周に一体に固着し
た環状のジャッキ取付板ｏから掘進方向前方に固着した
所要長さの中胴案内筒ｄ1 の外側に重合されて、中折れ
重合部ｈを形成している。前胴フレームｂは、中胴フレ
ームｃの内周に一体に固着した環状の連結板ｉから掘進
方向前方に固着した所要長さの前胴案内筒ｃ1 の外側に
重合されて、掘進重合部ｊを形成している。中胴案内筒
ｄ1 は、その外面に中折れ曲面ｋを有しており、案内突
部ｌを介して中胴フレームｃが前記中折れ曲面ｋに沿っ
て変位（中折れ）できるようになっている。また、中胴
案内筒ｄ1 と中胴フレームｃとの間および前胴フレーム
ｂと前胴案内筒ｃ1 との間にはシールｖが介在されてい
る。中胴案内筒ｄ1 の前端は、連結具ｍにより中胴フレ
ームｃの連結板ｉに対して連結、切り離しが自在であ
り、これにより中胴フレームｃと後胴フレームｄは一体
に移動したり、個別に単独で移動できるようにしてい
る。前胴案内筒ｃ1 の前端は、連結具ｎにより前胴フレ
ームｂの内側に環状に設けられたジャッキ取付板ｇに対
して連結、切り離しが自在であり、これにより前胴フレ
ームｂと中胴フレームｃは一体に移動したり、個別に単
独で移動できるようにしている。前胴フレームｂのジャ
ッキ取付板ｇと後胴フレームｄのジャッキ取付板ｏと
を、推進・中折れ用ジャッキｐによりピンｑ，ｒを介し
て折れ曲がり自在に連結している。後胴フレームｄのジ
ャッキ取付板ｏには、セグメントｆの前端面にシューｓ
を介して反力を取るようにした推進用ジャッキｔが設け
てあり、この推進用ジャッキｔと前記推進・中折れ用ジ
ャッキｐは円周上に交互に配置してある。なお、ｕは後
胴フレームｄの後方に配設したテールシールである。

【０００７】そして、直線掘進時は、中胴フレームｃと
中胴案内筒ｄ1 を一体に連結し、前胴フレームｂと前胴
案内筒ｃ1 とを切り離した状態において、推進・中折れ
用ジャッキｐと推進用ジャッキｔの伸縮作用により、掘
進作業とセグメントｆの組み立て作業とを並行して行う
ことにより連続掘進を行うようにしている。また、曲線
施工時は、中胴フレームｃと中胴案内筒ｄ1 を切り離
し、前胴フレームｂと前胴案内筒ｃ1 とを一体に連結し
た状態において、推進・中折れ用ジャッキｐにより前胴
フレームｂと中胴フレームｃに、後胴フレームｄに対し
中折れ角を与えた後、推進用ジャッキｔの伸長による掘
進、推進用ジャッキｔを縮小することによりセグメント
ｆの組み立てを行って、間欠的な掘進作業により曲線施
工を行うようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たシールド掘進機では、特に、前胴フレームを前進しな
がら中折れを同時に行うことはできず、また、前進や中
折れ作業を行う時は、その都度、連結具を接続したり、
切り離したりしなければならない。さらに、中折れはＶ
字状に行われるため、中折れ曲面は非球体的となり、高
角度中折れなどで問題があった。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解決しよ
うとするもので、連続掘進と中折れによる全方向への曲
線掘進とを可能にしたシールド掘進機を提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の第１発明のシールド掘進機では、前面にカッ
タを有する前胴フレームと、前方側を該前胴フレームの
内側に前後方向に摺動可能に嵌合した中胴フレームと、
前方側を該中胴フレームの内側に、接合面が球面状に摺
動可能に嵌合した後胴フレームと、前胴フレームと後胴
フレームとの間を折れ曲がり自在に連結する中折れ用ジ
ャッキと、セグメントに反力を取るように後胴フレーム
に取り付けた推進用ジャッキとを備えたシールド掘進機
であって、前記後胴フレームと中胴フレームとは自在接
手を介して屈曲可能に連結されており、該自在接手は、
円環状のガーダと、上記後胴フレームから前方に突出し
て設けられ、上記ガーダとガーダ円周上１８０°離れた
位置でピン結合された１対のブラケットと、上記中胴フ
レームから後方に突出して設けられ、上記後胴フレーム
に設けられたブラケットとはガーダ円周上９０°ずれた
位置でピン結合された１対のブラケットとからなるもの
である。

【００１１】第２の発明では、中折れ用ジャッキは、前
胴フレームの推進用としても使用可能である。

【００１２】第３の発明では、自在接手は、円環状のガ
ーダに代えて多角形のガーダを備えているものである。

【００１３】上述した本発明の構造によれば、後胴フレ
ームと中胴フレームとが自在接手を介して屈曲可能に連
結されており、直線掘進時はもちろんのこと曲線施工時
も中折れ用ジャッキと後胴フレームに取り付けた推進用
ジャッキを操作するだけで全方向に屈曲することができ
る。また、中折れ用ジャッキを推進用にも使用すれば、
セグメントなどのトンネル構築物の組立作業を行いなが
ら前胴フレームを前進させて同時に掘進作業を行うこと
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を参照して説明する。図１ないし図４は、本発
明の一実施の形態を示すもので、図１は側面断面図，図
２は図１の部分拡大図，図３は図１のＡーＡ断面図，図
４は中折れジャッキ後端の拡大図，図５は図３のＢーＢ
断面図である。図において、１はシールドフレームであ
る。このシールドフレーム１は、前胴フレーム２と、中
胴フレーム３と、後胴フレーム４とに３分割されて構成
されている。

【００１５】前記前胴フレーム２は、図１に示すよう
に、前面に切羽を掘削するカッタ１６を支持している。

【００１６】前記中胴フレーム３は、前方側の前胴案内
筒３ａを前記前胴フレーム２の内側に嵌合して中胴フレ
ーム３と前胴フレーム２を前後方向に摺動可能にしてい
る。また、前胴フレーム２と前胴案内筒３ａとの嵌合部
は、図２に示すように、前胴フレーム２の内周面に配設
したシール２２および前胴案内筒３ａの外周面に配設し
たシール２１によりシールされている。

【００１７】前記後胴フレーム４は、エレクタ１７を支
持し、セグメント９の組み立てを行う。また、後胴フレ
ーム４の前方側の中胴案内筒５を中胴フレーム３の内側
に嵌合して摺動可能にしている。中胴フレーム３と中胴
案内筒５とが嵌合されている接合面６は、図２に示すよ
うに、球面状になっている。すなわち、接合面６は、中
胴フレーム３の後方内面に設けた凹状球面６ａと中胴案
内筒５の外面に設けた凸状球面６ｂとにより屈曲可能に
構成されている。

【００１８】７は中折れ用ジャッキで、図２および図４
に示すように、前端は前胴フレーム２に設けられたジャ
ッキ取付部材２４の球面座２６にピン７ａを介して摺動
可能に取り付けられている。中折れ用ジャッキ７の前端
とピン７ａとの嵌合部には遊びをもたせている。後端は
後胴フレーム４にピン７ｂの球面ブッシュ７ｃを介して
摺動可能に枢着されている。８は後胴フレーム４に取り
付けた推進用ジャッキで、推進の際、セグメント９に反
力を受けるようになっている。これら中折れ用ジャッキ
７と推進用ジャッキ８とは、図３に示すように、円周上
に交互に配設されている。なお、中折れ用ジャッキ７
は、前胴フレーム２の推進用に使用することも可能であ
る。

【００１９】１０は自在接手で、中胴案内筒５の内側に
位置し、かつ、中胴案内筒５の接合面６の球中心Ｏに、
その円中心が一致するように設けられた円環状のガーダ
１１と、後胴フレーム４から前方に突出して設けられ、
このガーダ１１とガーダ円周上１８０°離れた位置でピ
ン１３で結合された２組で１対のブラケット１２と、中
胴フレーム３から後方に突出して設けられ、後胴フレー
ム４に設けられたブラケット１２とはガーダ円周上にそ
れぞれ９０°ずれた位置でピン１５で結合された２組で
１対のブラケット１４とから構成されている。そして、
この自在接手１０は、中胴フレーム３と後胴フレーム４
との間の前後方向への動きについては拘束しつつ、中胴
フレーム３が後胴フレーム４に対して全方向に屈曲可能
にしている。なお、Ｒは球中心Ｏから凸状球面６ｂまで
の半径である。

【００２０】１８は掘削した土砂をアジテータ２５によ
り泥水と攪拌して排出する排泥水管であり、１９は送泥
水管である。なお、２０は後胴フレーム４の後端に設け
られたテールシールで、後胴フレーム４の内側の周方向
に沿ってリング状に組み立てられ、セグメント９との間
からの泥水等の侵入を防止している。

【００２１】次に本実施の形態の作用について述べる。
本発明におけるシールド掘進機において、通常の直線掘
進を行う時は、まず、中折れ用ジャッキ７を停止する一
方、カッタ１６で回転掘削するとともに推進ジャッキ８
を伸長し、前胴フレーム２，中胴フレーム３および後胴
フレーム４を一定姿勢で保持しながら３フレーム共に同
速で前進させる。そして、セグメント９の１リング分推
進を行うと、前胴フレーム２，中胴フレーム３および後
胴フレーム４を停止したままセグメント９の組み立て作
業を行う。すなわち、推進用ジャッキ８は前胴フレーム
２からの反力を支持するとともにセグメント組み込み個
所のジャッキを順次縮小してセグメント組み立て分の間
隔を空け、その個所でセグメント９の組み立て作業を行
う。

【００２２】次に、セグメント９の１リング分の組み立
てが完了すると、カッタ１６で回転掘削するとともにセ
グメント９に前胴フレーム２からの反力を支持しながら
推進用ジャッキ８を伸長し、前胴フレーム２，中胴フレ
ーム３および後胴フレーム４を一定姿勢で保持しながら
３フレーム共に同速で前進させる。そして、セグメント
９の１リング分推進を行うと、再び前胴フレーム２，中
胴フレーム３および後胴フレーム４を停止したままセグ
メント９の組み立て作業を行う。このようにして、これ
ら一連の作業を繰り返しながら連続掘進を行う。

【００２３】また、曲線施工を行う時は、曲線個所で、
まず、中胴フレーム３と後胴フレーム４を停止する一
方、カッタ１６で回転掘削しながら曲線個所の内側と外
側で中折れ用ジャッキ７に伸縮差をつけ、前胴フレーム
２を前進して掘進を行う。すなわち、推進方向左側に曲
がる時は、左側に配設した中折れ用ジャッキ７を適宜制
御して縮小する一方、右側に配設した中折れ用ジャッキ
７を適宜制御して伸長し、前胴フレーム２を左側に曲げ
るようにして前進する。なお、これらの作業を行う時
は、中折れ用ジャッキ７と推進用ジャッキ８とは、互い
に油圧を調整しながら制御することが望ましい。また、
他の方向に曲線施工する時は、上記左側に曲がる時と同
様にして行う。

【００２４】なお、中折れ用ジャッキ７を前胴フレーム
２の推進用に使用する時は、セグメント９の組み立て作
業を行っている間も前胴フレーム２をカッタ１６で回転
掘削し、中折れ用ジャッキ７を伸長して前進を行う。そ
して、セグメント９の１リング分の組み立てが完了する
と、セグメント９に前胴フレーム２からの反力を支持し
ながら推進用ジャッキ８を伸長する一方、中折れ用ジャ
ッキ７を推進用ジャッキ８の推進力により強制的に縮小
するようにして中胴フレーム３および後胴フレーム４を
前胴フレーム２に追いつくように前進させる。この間、
前胴フレーム２は停止することなくカッタ１６で回転掘
削しながら前進を続ける。そして、再び中胴フレーム３
と後胴フレーム４を停止したままセグメント９の組み立
て作業を行う。このようにして、これら一連の作業を繰
り返しながら連続掘進を行う。

【００２５】次に、本発明の他の実施の形態について説
明する。図６および図７は本発明の他の実施の形態のガ
ーダ１１の正面図である。図６および図７では、図３で
円環状ガーダ１１を設けているのに代えて多角形状の環
状ガーダ１１ａまたは１１ｂを設けている。なお、Ｏは
球中心である。

【００２６】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載されている技術思想を
逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシールド
掘進機によれば、全方向への曲線施工が可能であり、し
かも、中折れ用ジャッキの操作により直線掘進時も曲線
施工時も、連続して掘進作業が可能であり、水止シール
性もさらに向上するなど優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド掘進機の側面断面図である。

【図２】図１の一部拡大図である。

【図３】図１のＡーＡ断面図である。

【図４】中折れジャッキ後端の一部拡大図である。

【図５】図３のＢーＢ断面図である。

【図６】本発明のシールド掘進機の他の実施の形態のガ
ーダの正面図である。

【図７】本発明のシールド掘進機の他の実施の形態のガ
ーダの正面図である。

【図８】従来のシールド掘進機の側面断面図である。

【符号の説明】

１ シールドフレーム ２ 前胴フレーム ３ 中胴フレーム ３ａ 前胴案内筒 ４ 後胴フレーム ５ 中胴案内筒 ６ 接合面 ６ａ 中胴フレーム内面の凹状球面 ６ｂ 中胴案内筒上面の凸状球面 ７ 中折れ用ジャッキ ７ａ ピン ７ｂ ピン ７ｃ 球面ブッシュ ８ 推進用ジャッキ ９ セグメント １０ 自在接手 １１ ガーダ １１ａ ガーダ １１ｂ ガーダ １２ ブラケット １３ ピン １４ ブラケット １５ ピン １６ カッタ １７ エレクタ １８ 排泥水管 １９ 送泥水管 ２０ テールシール ２１，２２，２３ シール ２４ ジャッキ取付部材 ２５ アジテータ ２６ 球面座 Ｏ 球中心 Ｒ 球中心から凸状球面まての半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 茂弘 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前面にカッタを有する前胴フレームと、
   前方側を該前胴フレームの内側に前後方向に摺動可能に
   嵌合した中胴フレームと、前方側を該中胴フレームの内
   側に、接合面が球面状に摺動可能に嵌合した後胴フレー
   ムと、前胴フレームと後胴フレームとの間を折れ曲がり
   自在に連結する中折れ用ジャッキと、セグメントに反力
   を取るように後胴フレームに取り付けた推進用ジャッキ
   とを備えたシールド掘進機であって、前記後胴フレーム
   と中胴フレームとは自在接手を介して屈曲可能に連結さ
   れており、該自在接手は、円環状のガーダと、上記後胴
   フレームから前方に突出して設けられ、上記ガーダとガ
   ーダ円周上１８０°離れた位置でピン結合された１対の
   ブラケットと、上記中胴フレームから後方に突出して設
   けられ、上記後胴フレームに設けられたブラケットとは
   ガーダ円周上９０°ずれた位置でピン結合された１対の
   ブラケットとからなることを特徴とするシールド掘進
   機。
2. 【請求項２】 中折れ用ジャッキは、前胴フレームの推
   進用としても使用可能な請求項１記載のシールド掘進
   機。
3. 【請求項３】 自在接手は、円環状のガーダに代えて多
   角形のガーダを備えている請求項１または請求項２記載
   のシールド掘進機。