JPH1088973A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非鋼製の補強材とコンクリートとからなる側
壁を有した立坑から発進させるシールド掘削機が、スキ
ンプレートから突出する裏込注入管を備えている場合で
あっても、止水性を十分に確保することのできるシール
ド掘削機を提供することを課題とする。 【解決手段】 非鋼製の補強材とコンクリートとからな
る側壁を有した立坑から発進させるシールド掘削機１０
を、スキンプレート４の外周面に裏込材注入管３を突出
して設けるとともに、切削機構１４をシールド掘削機１
０の外周側に向けて出没自在に設ける構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルを掘削す
るときに用いて好適なシールド掘削機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにシールド掘削機は、その外
殻をなす円筒状のスキンプレートと、地山を掘削するた
めのカッタを備えた円盤状のカッタヘッドと、カッタヘ
ッドを回転駆動させる駆動機構と、掘削機を掘進させる
ための推進機構とが備えられた構成となっている。そし
て、駆動機構でカッタヘッドを回転駆動させつつ、推進
機構で掘削機自体を前進させることによって、地山を掘
削してトンネルを掘進していくようになっている。

【０００３】このようなシールド掘削機は、掘削すべき
トンネルの発進地点では、発進立坑の側壁に穴をあけ、
この穴を通って立坑から地山内に掘進していくようにな
っている。このときに、発進立坑の側壁は通常鉄筋コン
クリート造で形成されており、シールド掘削機のカッタ
ヘッドでは鉄筋を削り取ることができないため、シール
ド掘削機の発進に先立って、他の機器で側壁にシールド
掘削機の外径に合わせた穴を形成する必要がある。しか
しながら、発進立坑の側壁に穴をあけた後に、この穴か
らシールド掘削機を発進させていたのでは、止水性が確
保できないという問題がある。なお、この問題は、到達
立坑がある場合には、到達立坑側においても共通するも
のである。

【０００４】このような問題を解決するため、近年、発
進立坑や到達立坑の側壁を、鉄筋に代えて非鋼製の材料
を補強材としたコンクリートで形成する技術が開発され
ている。この非鋼製の材料としては、例えば炭素繊維
等、高強度を有しながら切断が容易であるものが用いら
れ、これによってシールド掘削機のカッタヘッドで発進
立坑や到達立坑の側壁を直接削り取ることが可能とな
り、発進時または到達時の止水性を確保することができ
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のシールド掘削機には、以下のような問題
が存在する。図４に示すように、シールド掘削機１に
は、カッタヘッド２で掘削して形成した孔Ｈの内周面
と、後方で組み立てるセグメントＳ，Ｓ，…との間に、
モルタル等の裏込材Ｊを充填するための裏込材注入管３
が設けられた構成のものがある。この裏込材注入管３
は、スキンプレート４の外周側に突出して設けられてい
るため、前記非鋼製の材料を用いて形成した発進立坑の
側壁をカッタヘッド２で削ったとしても、裏込材注入管
３が引っかかってしまうという問題がある。このため、
このような裏込注入管３を備えたシールド掘削機１を用
いる場合には、前記非鋼製の材料を用いて発進立坑の側
壁を形成することができなくなってしまう。

【０００６】これに対応するため、発進立坑の側壁の、
裏込材注入管３に対応した位置をコアカッタ等で先行し
て削孔することも考えられるが、これでは止水性を十分
に確保することができない。

【０００７】さらに他の方法として、スキンプレート４
の裏込材注入管３よりも前方側の位置に鋸歯状の切削部
材５を設け、シールド掘削機１を掘進させつつ切削部材
５で発進立坑の側壁を削ることも考えられるが、発進立
坑の側壁の貫入部に設けるゴム製のエントランスパッキ
ンを切削部材５で損傷させてしまい、止水性が確保でき
なくなる可能性もある。

【０００８】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、非鋼製の補強材とコンクリートとからなる
側壁を有した立坑から発進させるシールド掘削機が、ス
キンプレートから突出する裏込注入管を備えている場合
であっても、止水性を十分に確保することのできるシー
ルド掘削機を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
非鋼製の補強材とコンクリートとからなる側壁を有した
立坑から発進させるシールド掘削機であって、該シール
ド掘削機の外殻をなす円筒状のスキンプレートの外周面
に、裏込材を充填するための裏込材充填機構が突出して
設けられるとともに、前記側壁を切削するための切削機
構が、前記裏込材充填機構の前方側に備えられて、前記
シールド掘削機の外周側に向けて出没自在とされている
ことを特徴としている。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１記載のシ
ールド掘削機において、前記切削機構が、地山を掘削す
るため前記スキンプレートの前方に備えられたカッタヘ
ッドに設けられて、該カッタヘッドと一体に前記シール
ド掘削機の軸線周りに回転駆動する構成とされているこ
とを特徴としている。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載のシールド掘削機において、前記切削機構が、前記
シールド掘削機の掘進方向前方に向けて前記側壁を切削
するよう駆動される構成となっていることを特徴として
いる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るシールド掘削
機の第一および第二の実施の形態について、図１ないし
図３を参照して説明する。以下の説明において、従来例
として示した図４と共通する部分については同符号を付
してある。

【００１３】［第一の実施の形態］図１に示すシールド
掘削機１０は、その外殻をなす円筒状のスキンプレート
４と、このスキンプレート４の前方に備えられて、地山
を掘削するためのカッタビット１１を備えたカッタヘッ
ド１２とから概略構成されている。このようなシールド
掘削機１０は、側壁を非鋼製の補強材とコンクリートと
で形成した発進立坑（場合によっては到達立坑）から発
進させるものである。ここで、非鋼製の補強材として
は、炭素繊維等、高強度を有しながらもカッタヘッド１
２で切断が容易であるものが用いられる。

【００１４】スキンプレート４内には、いずれも図示し
ないが、通常のシールド掘削機と同様に、カッタヘッド
１２を回転駆動させるための駆動機構，掘削した土砂を
後方に排出する排泥管，セグメントＳを所定形状に組み
上げるセグメント組立装置，組み上げたセグメントＳ，
Ｓ，…に反力を得てシールド掘削機１０を前進させるた
めの推進ジャッキ等が備えられている。そして、スキン
プレート４の後方側の外周面には、カッタヘッド１２で
掘削した孔Ｈの内周面と、組み上げたセグメントＳ，
Ｓ，…の外周面との間に、モルタル等の裏込材Ｊを充填
するための裏込材注入管（裏込材充填機構）３が設けら
れている。この裏込材注入管３は、スキンプレート４の
外周側に突出して設けられている。

【００１５】このようなシールド掘削機１０のカッタヘ
ッド１２には、切削機構１４が備えられている。切削機
構１４は、カッタヘッド１２のカッタ面１２ａの裏側に
設けられており、カッタヘッド１２の径方向に向けて伸
縮駆動自在な伸縮ジャッキ１５と、伸縮ジャッキ１５の
先端部に取り付けられた支持ブラケット１６と、支持ブ
ラケット１６に回転自在に支持された切削ローラ１７と
から構成されている。切削ローラ１７は、カッタヘッド
１２のカッタ面１２ａと直交する方向に延在する回転軸
（図示なし）に支持されており、コンクリート側壁に押
し付けられて回転するようになっている。そして、切削
ローラ１７は、その径が前方から後方に行くに従い漸次
拡大する形状とされている。

【００１６】図２に示すように、切削機構１４は、伸縮
ジャッキ１５を縮めた状態では、切削ローラ１７がカッ
タヘッド１２の外周部の内側に収納されるようになって
いる。また、図１に示したように、伸縮ジャッキ１５を
延ばした状態では切削ローラ１７の一部がカッタヘッド
１２の外周部よりも外側に突出するようになっている。
そして、切削ローラ１７をカッタヘッド１２の外周側に
突出させ、これを回転させた状態で、カッタヘッド１２
を回転駆動させることによって、カッタヘッド１２の外
周側の立坑の側壁や地山を掘削できるようになってい
る。

【００１７】このようなシールド掘削機１０でトンネル
を掘削するには、まず、図示しない発進立坑内にシール
ド掘削機１０を降ろした後、カッタヘッド１２を回転駆
動させつつこれを発進立坑の側壁に向けて発進させる。
このとき、発進立坑の側壁が炭素繊維等の高強度を有し
かつ切断の容易な非鋼製の材料を用いて形成されている
ので、カッタヘッド１２で発進立坑の側壁を容易に貫通
して地盤内に掘進していくことができる。

【００１８】そして、切削機構１４がエントランスパッ
キンを通過して発進立坑の側壁に達した時点で、カッタ
ヘッド１２を回転させて裏込材注入管３に対応した位置
に切削機構１４を移動させるとともに、伸縮ジャッキ１
５を伸ばして切削ローラ１７を外周側に突出させる。次
いで、切削ローラ１７を回転駆動させることによって、
裏込材注入管３を通す部分の側壁を切削する。切削機構
１４が発進立坑の側壁を通過して地中に到達した後に
は、図２に示したように、伸縮ジャッキ１５を縮めて、
切削ローラ１７をカッタヘッド１２内に収める。

【００１９】この後、シールド掘削機１０を掘進させて
いくと、裏込材注入管３が発進立坑の側壁を通るときに
はその部分の側壁が既に切削機構１４によって切削され
ているので、引っかかることなくスムーズに通過でき
る。

【００２０】また、掘削すべき地盤が硬質地盤である場
合には、図１に示したように、掘進中も切削機構１４に
よって、裏込材注入管３が通る部分を切削するようにす
る。さらに、構築すべきトンネルに到達立坑がある場合
には、到達立坑側においても、前記と同様にして、カッ
タヘッド１２で側壁を削るとともに、切削機構１４で側
壁を切削する。

【００２１】上述したシールド掘削機１０は、非鋼製の
補強材とコンクリートとからなる側壁を有した立坑から
発進させるものであって、スキンプレート４の外周面に
裏込材注入管３が突出して設けられるとともに、切削機
構１４がシールド掘削機１０の外周側に向けて出没自在
に設けられた構成となっている。これにより、立坑の側
壁を通過するときに、切削機構１４を突出させて側壁を
切削することによって、裏込注入管３を引っかけること
なく通すことができる。また、シールド掘削機１０を立
坑の側壁に貫通させるときに切削機構１４による切削を
行うので、高い止水性を確保することができる。さら
に、発進立坑にエントランスパッキンがある場合にも、
このエントランスパッキンを通過した後に切削機構１４
を突出させることによって、これを何ら傷つけることは
ない。このようにして、シールド掘削機１０を非鋼製の
補強材とコンクリートとからなる側壁を有した立坑から
発進させるに際して、このシールド掘削機１０に外周側
に突出する裏込材注入管３がある場合にも、止水性を十
分に確保したうえで立坑の側壁を発進・通過・到達させ
ることができる。

【００２２】また、切削機構１４がカッタヘッド１２に
備えられて、カッタヘッド１２と一体に回転駆動される
構成となっている。これにより、切削機構１４自体に
は、これをシールド掘削機１０の軸線周りに回動させる
ための機構を備える必要がなく、機構の簡略化およびそ
れによるコスト低減を図ることができる。

【００２３】［第二の実施の形態］次に、本発明に係る
シールド掘削機の第二の実施の形態について説明する。
ここでは、例えば切削機構をスキンプレート内に設ける
場合の例を用いて説明する。以下に説明する第二の実施
の形態において、前記第一の実施の形態と共通する構成
については同符号を付し、その説明を省略する。

【００２４】図３に示すように、シールド掘削機２０
は、円筒状のスキンプレート２１と、カッタヘッド２と
から概略構成され、スキンプレート２１には、裏込材注
入管３が外周側に突出して設けられている。このような
シールド掘削機２０は、側壁を例えば炭素繊維等の非鋼
製の補強材とコンクリートとで形成した発進立坑（場合
によっては到達立坑）から発進させるものである。

【００２５】スキンプレート２１内には、いずれも図示
しないが、カッタヘッド２を回転駆動させるための駆動
機構，掘削した土砂を後方に排出する排泥管，セグメン
トＳを所定形状に組み上げるセグメント組立装置，組み
上げたセグメントＳ，Ｓ，…に反力を得てシールド掘削
機２０を前進させるための推進ジャッキ等が備えられて
いる。

【００２６】さらに、スキンプレート２１内には切削機
構２４が備えられている。切削機構２４は、バルクヘッ
ド２５の前方に、カッタヘッド２の駆動軸２６に一体に
取り付けられており、カッタヘッド２の径方向に向けて
伸縮駆動自在な伸縮ジャッキ２７と、伸縮ジャッキ２７
の先端部に取り付けられた駆動モータ２８と、図示しな
い支持ブラケットによって回転自在に支持されるととも
に、スプロケット・チェーン等の伝達機構２９を介して
駆動モータ２８に回転駆動される切削ローラ３０とから
構成されている。

【００２７】切削ローラ３０の外周面には、多数の切削
用のビット３１，３１，…が埋め込まれている。この切
削ローラ３０は、シールド掘削機２０の軸線と直交する
軸線周りに回転自在とされている。このような切削ロー
ラ３０は、駆動モータ２８によって、図中矢印の方向に
回転駆動されるようになっている。これにより、切削ロ
ーラ３０では、切削する対象物を、掘進方向と同じ方向
に切削する構成となっている。

【００２８】この切削機構２４は、伸縮ジャッキ２７を
縮めた状態では、切削ローラ３０がスキンプレート２１
の内側に収納され、伸縮ジャッキ２７を延ばした状態で
は切削ローラ３０の一部がスキンプレート２１よりも外
側に突出するようになっている。

【００２９】このようなシールド掘削機２０でトンネル
を掘削するには、前記第一の実施の形態で示したシール
ド掘削機１０（図１参照）と同様、炭素繊維等の高強度
を有しかつ切断の容易な非鋼製の材料を用いて形成され
た図示しない発進立坑の側壁を、カッタヘッド２で掘削
して地中に掘進していく。そして、切削機構２４が、エ
ントランスパッキンを通過し、発進立坑の側壁に達した
時点で、カッタヘッド２を回転させることによって裏込
材注入管３に対応した位置に切削機構２４を移動させる
とともに、伸縮ジャッキ２７を伸ばして切削ローラ３０
を突出させる。次いで、切削ローラ３０を回転駆動させ
ることによって、裏込材注入管３を通す部分の側壁を切
削する。そして、切削機構２４が発進立坑の側壁を通過
した後には、伸縮ジャッキ２７を縮めて、切削ローラ３
０をスキンプレート２１内に収める。

【００３０】この後、シールド掘削機２０を掘進させて
いくと、裏込材注入管３が発進立坑の側壁を通るときに
はその部分の側壁が既に切削されているので、引っかか
ることなくスムーズに通過できる。

【００３１】また、掘削すべき地盤が硬質地盤である場
合には、掘進中も切削機構２４によって裏込材注入管３
が通る部分を切削するようにする。さらに、構築すべき
トンネルに到達立坑がある場合には、到達立坑側におい
ても、前記と同様にして、カッタヘッド２で側壁を削る
とともに、切削機構２４で側壁を切削する。

【００３２】上述したシールド掘削機２０によっても、
前記第一の実施の形態で示したシールド掘削機１０（図
１参照）と同様の効果を奏することが可能である。しか
も、切削機構２４の切削ローラ３０が掘削方向前方に向
けて切削するよう回転駆動される構成となっている。こ
れにより、シールド掘削機２０を掘進させつつ、切削機
構２４で立坑の側壁や地山を掘削するときに、切削方向
と掘進方向とが同一であるので、切削を効率よく行うこ
とができる。

【００３３】なお、上記第二の実施の形態において、切
削機構２４をバルクヘッド２５の前方に設置する構成と
したが、裏込材注入管３の前方であればその設置場所を
問うものではない。また、切削機構２４を駆動軸２６と
一体に設けてシールド掘削機２０の軸線周りに回動自在
とする構成としたが、裏込材注入管３の前方位置に設け
るのであれば、回動できない構成としてもよい。

【００３４】また、切削ローラ３０を掘進方向前方に向
けて回転駆動させる構成としたが、もちろん、これを反
対方向に回転駆動させる構成としてもよい。さらに、切
削ローラ３０を回転駆動させるための駆動機構について
は、例えばカッタヘッド１２の回転駆動力を歯車等を介
して伝達する構成等、他の構造を採用することも可能で
ある。

【００３５】また、上記第一および第二の実施の形態に
おいて、切削ローラ１７，３０の形状や備えるビットの
種類等についても、立坑の側壁等を効率よく切削できる
ものであればよい。

【００３６】これ以外にも、シールド掘削機１０，２０
の他の部分の構成については何ら問うものではなく、例
えば裏込注入管３の構造等は、いかなる構成であって
も、上記と同様の効果を奏することが可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るシ
ールド掘削機によれば、非鋼製の補強材とコンクリート
とからなる側壁を有した立坑から発進させるシールド掘
削機であって、スキンプレートの外周面に裏込材充填機
構が突出して設けられるとともに、切削機構がシールド
掘削機の外周側に向けて出没自在に設けられた構成とな
っている。これにより、立坑の側壁を通過するときに、
切削機構をシールド掘削機の外周側に突出させて側壁を
切削することによって、裏込充填機構を引っかかること
なく通すことができる。また、シールド掘削機を立坑の
側壁に貫通させるときに切削機構による切削を行うの
で、従来のようにシールド掘削機の発進に先立って削孔
する場合等に比較して、高い止水性を確保することがで
きる。さらに、発進側の立坑にエントランスパッキンが
ある場合にも、このエントランスパッキンを通過した後
に切削機構を突出させることによって、これを何ら傷つ
けることはない。このようにして、シールド掘削機を、
非鋼製の補強材とコンクリートとからなる側壁を有した
立坑から発進させるに際して、このシールド掘削機に外
周側に突出する裏込材充填機構がある場合にも、止水性
を十分に確保したうえで立坑の側壁を発進・通過・到達
させることができる。

【００３８】請求項２に係るシールド掘削機によれば、
切削機構がカッタヘッドに備えられて、該カッタヘッド
と一体に回転駆動する構成となっている。これにより、
切削機構自体には、これをシールド掘削機の軸線周りに
回動させるための機構を備える必要がなく、機構の簡略
化およびそれによるコスト低減を図ることができる。

【００３９】請求項３に係るシールド掘削機によれば、
切削機構が、掘削方向前方に向けて切削するよう駆動さ
れる構成となっている。これにより、シールド掘削機を
掘進させつつ、切削機構で立坑の側壁や地山を掘削する
ときに、切削方向と掘進方向とが同一であるので、切削
を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るシールド掘削機の第一の実施の
形態を示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）側面図で
ある。

【図２】 前記シールド掘削機に備えた切削機構を収納
した状態を示す正面図である。

【図３】 本発明に係るシールド掘削機の第二の実施の
形態を示す図であって、（ａ）正面図、（ｂ）側面図で
ある。

【図４】 従来のシールド掘削機の一例を示す図であっ
て、（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。

【符号の説明】

２，１２ カッタヘッド ３ 裏込材注入管（裏込材充填機構） ４，２１ スキンプレート １０，２０ シールド掘削機 １４，２４ 切削機構 Ｊ 裏込材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非鋼製の補強材とコンクリートとからな
   る側壁を有した立坑から発進させるシールド掘削機であ
   って、該シールド掘削機の外殻をなす円筒状のスキンプ
   レートの外周面に、裏込材を充填するための裏込材充填
   機構が突出して設けられるとともに、前記側壁を切削す
   るための切削機構が、前記裏込材充填機構の前方側に備
   えられて、前記シールド掘削機の外周側に向けて出没自
   在とされていることを特徴とするシールド掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘削機におい
   て、前記切削機構が、地山を掘削するため前記スキンプ
   レートの前方に備えられたカッタヘッドに設けられて、
   該カッタヘッドと一体に前記シールド掘削機の軸線周り
   に回転駆動する構成とされていることを特徴とするシー
   ルド掘削機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のシールド掘削機
   において、前記切削機構が、前記シールド掘削機の掘進
   方向前方に向けて前記側壁を切削するよう駆動される構
   成となっていることを特徴とするシールド掘削機。