JPH1162467A - 地中ドッキング用シールド掘進機のカッタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】貫入リングの貫入に支障を来たす恐れのあるカ
ッタリングのトンネル外周部への残留をなくす。 【解決手段】伸縮自在なサポートスポーク２３の取付け
部でカッタリング２４を周方向に複数に着脱自在に分割
するとともに、各分割リング２４ａを伸縮自在な主スポ
ーク２２に固定し、隣接する主スポーク２２と時間をず
らして収縮させることにより、隣接する分割リング２４
ａとの干渉を避けてシールド軸心側に縮径させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの立坑から対
向して掘進する２台のシールド掘進機を地中でドッキン
グさせてトンネルを接続するための地中ドッキング用シ
ールド掘進機のカッタヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大都市圏を中心に掘削される地下
トンネルの構築にはシールド工法が重要視されている
が、シールド掘進機を投入する発進用立坑やシールド掘
進機を撤去するための到達用立坑の確保が困難になりつ
つあり、このような都市部や掘削距離の長い海底下で
は、途中でシールド掘進機をドッキングさせてトンネル
を接続する地中接合工法が採用されつつある。この地中
接合工法では、長い工期と地盤の隆起沈下に伴う地盤改
良が必要な凍結工法に代えて、シールド掘進機同士を機
械的に接合するメカニカル・シールド・ドッキング工法
（ＭＳＤ工法）が開発されている。

【０００３】このＭＳＤ工法は、図９に示すように、両
側から掘進してきた２台のシールド掘進機５１Ａ，５１
Ｂを、カッタヘッド５２Ａ，５２Ｂが接触する直前で停
止する。そして、各カッタヘッド５２Ａ，５２Ｂを縮径
した後、一方のシールド本体５１ａ先端部外周に内蔵さ
れた貫入リング５３を突出させて他方のシールド本体５
１ｂの先端部外周の貫入室５４に到達させる。さらに、
この接合部および外周スキンプレートを残してシールド
掘進機５１Ａ，５１Ｂを解体撤去した後、コンクリート
を打設して二次覆工を行うものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、縮径可能な
カッタヘッド５２Ａ，５２Ｂには、スポーク５２ａ，５
２ａの先端部外周に、切羽崩壊防止を目的としてカッタ
リング（またはカッタ外周板）５２ｂ，５２ｂが装着さ
れており、縮径時にこのカッタリング５２ｂ，５２ｂは
スポーク５２ａ，５２ａから切り離されて外周部に残さ
れ、貫入リング５３はこのカッタリング５２ｂ，５２ｂ
内を通過して突出される。このため、スポークの収縮時
にカッタリングが位置ずれすると、このカッタリング５
２ｂ，５２ｂに貫入リング５３が接触して突出できない
おそれがあった。

【０００５】本発明のうち請求項１記載の発明は、上記
問題点を解決して、貫入リングの貫入に支障のない構造
の地中ドッキング用シールド掘進機のカッタヘッドを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の請求項１記載の発明は、両側から互いに対向
して掘進する２台のシールド掘進機をカッタヘッドが接
触する手前位置で停止させ、両シールド掘進機のカッタ
ヘッドを縮径後、一方のシールド本体の前部外周に内蔵
された貫入リングを突出させて、その先端部を他方のシ
ールド掘進機のシールド本体に形成された貫入室に到達
させ、２台のシールド掘進機をドッキングしてトンネル
を接続する地中ドッキング用シールド掘進機のカッタヘ
ッドであって、カッタヘッドにシールド軸心から一定角
度ごとに伸びる複数のスポークを設けるとともに、各ス
ポークをそれぞれ長さ方向に伸縮させるスポーク伸縮装
置を設け、前記スポークの先端部に全周にわたるカッタ
リングを配設するとともに、このカッタリングを連結分
離自在でかつそれぞれ１本のスポークに固定された複数
の分割リングにより構成し、スポークに追従する分割リ
ングが干渉しないように、分割リングが固定されて隣接
するスポークのスポーク伸縮装置を時間をずらして伸縮
駆動するように構成したものである。

【０００７】上記構成によれば、カッタリングを複数に
分割してスポークの後退に追従させ、カッタヘッドを縮
径するように構成したので、従来のように接続時に貫入
リングが外周部に残されることがない。したがって、貫
入リングの突出時に障害となることがなく、またカッタ
リングによりカッタヘッドのスポークに大きい強度を付
加できて効率のよい掘削が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るドッキング
用シールド掘進機の実施の形態を図１〜図７に基づいて
説明する。

【０００９】２台のシールド掘進機１Ａ，１Ｂは、２つ
の発進用立坑から互いに対向して掘進させ地中でドッキ
ングさせてトンネルを接続するメカニカル・シールド・
ドッキング工法を実施するもので、両シールド掘進機１
Ａ，１Ｂを接続する貫入リング２およびその貫入装置を
有する第１シールド掘進機１Ａと、貫入リング２の先端
部を受ける貫入室３を有する第２シールド掘進機１Ｂと
が装備される。

【００１０】両シールド掘進機１Ａ，１Ｂは、貫入リン
グ２，貫入装置と貫入室３以外は同一構成であり、同一
部材は同一符号を付して説明は省略する。円筒形シール
ド本体１１の前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力隔
壁１２が形成され、圧力隔壁１２の軸心部には軸受１３
を介してカッタ駆動軸１４がシールド軸心Ｏ上に回転自
在に支持されている。このカッタ駆動軸１４の前端部に
は、地盤を掘削するカッタヘッド１５が設けられるとと
もに、圧力隔壁１２の後端部にカッタ駆動モータ１６ａ
により複数のギヤ１６ｂ，１６ｃを介してカッタ駆動軸
１４を回転させるカッタ駆動装置１６が設けられてい
る。なお。図示しないが、これらシールド掘進機１Ａ，
１Ｂは、圧力隔壁１２に送泥管および排泥管が接続され
る泥水式シールド、または掘削土砂した土砂を圧力を保
持しつつ排出するスクリューコンベヤが接続された土圧
式シールドに構成されている。

【００１１】カッタヘッド１５は、図１，図２に示すよ
うに、カッタ駆動軸１４に取付けられた中心部材２１
に、シールド軸心Ｏを中心として４本の主スポーク２２
が９０°ごとに設けられるとともに、主スポーク２２間
で４５°隔てた位置にそれぞれサポートスポーク２３が
設けられ、これら主スポーク２２およびサポートスポー
ク２３の外周部にカッタリング２４が設けられている。

【００１２】主スポーク２２およびサポートスポーク２
３には、図４〜図６に示すように、スポーク伸縮装置で
あるスポーク伸縮シリンダ２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ内
蔵されて所定範囲で伸縮自在に構成されている。すなわ
ち、主スポーク２２およびサポートスポーク２３は、中
心部材２１に固定されたガイド筒２２ａ，２３ａと、こ
のガイド筒２２ａ，２３ａにスライド自在に嵌合される
スポーク伸縮シリンダ２５Ａ，２５Ｂのシリンダチュー
ブ２２ｂ，２３ｂと、先端部がガイド筒２２ａ，２３ａ
の中心固定部材２２ｃ，２３ｃに固定されたピストンロ
ッド２２ｄ，２３ｄとで構成されている。またガイド筒
２３ａに取付けられた面板２９とスポーク２２，２３に
はそれぞれ多数のカッタビット（図示せず）が取付けら
れている。

【００１３】前記カッタリング２４は、サポートスポー
ク２３の対応位置で分割可能な４個の分割リング２４ａ
により構成されており、主スポーク２２のシリンダチュ
ーブ２５ａ外端部に設けられたリング固定部材２６に、
分割リング２４ａの中央部が固定されている。さらにサ
ポートスポーク２３のシリンダチューブ２３ｂ外端部に
設けられたリング連結部材２７に連結手段２８を介して
連結される。この連結手段２８は、周方向および前進方
向からの負荷を支持でき、かつ半径方向に離脱が容易な
ものであればよく、たとえば図７に示すように、正面視
がＴ字形溝状の刑事部である係止凹部２８ａを形成し、
分割リング２４の端部に取付凹部２８ａに嵌合可能な正
面視Ｔ字形の嵌合部２８ｂを形成して、スポーク伸縮シ
リンダ２５Ｂを収縮することにより、嵌合部２８ｂから
係止凹部２８ａを離脱させることができる。

【００１４】図３に示すように、前記第１シールド掘進
機１Ａのシールド本体２の先端側内周部には、スキンプ
レート２ａに所定の空間をあけて内周板３１が取付けら
れ貫入リング２を収納する収納室３２が形成されてい
る。この収納室３２の前部には、貫入リング２の突出口
３２ａが形成され、収納室３２の後部には、周方向所定
間隔毎に貫入装置である貫入ジャッキ３３が配設され、
これら貫入ジャッキ３３に対応して押出しロッド３３ａ
の挿入口３２ｂが形成される。さらに収容室３２内に
は、押出しロッド３３ａと貫入リング２の後端部の間に
挿入される補助ロッド３４のガイド部材３５が位置さ
れ、内周板３１に補助ロッド３４の装填口３２ｃが形成
されている。

【００１５】また、第２シールド掘進機１Ｂのシールド
本体１１の先端部には、スキンプレート１１ａに所定の
空間をあけて内周板４１が取付けられて前面が開放され
た受圧室４２が形成され、受圧室４２内に貫入リング２
の先端部を受ける受圧ゴムリング４３とばね４４に付勢
された受圧ピストン４５とが設けられている。

【００１６】上記構成において、掘削中のトンネルを接
続する場合には、２台のシールド掘進機１Ａ，１Ｂを、
カッタヘッド１５が接触する直前で停止する。まず、図
５に示すように、サポートスポーク２３のスポーク伸縮
シリンダ２５Ｂを収縮させてリング連結部材２７をシー
ルド軸心Ｏ側に後退させ、分割リング２４ａの嵌合部２
８ｂから係止凹部２８ａを離脱させ、サポートスポーク
２３とカッタリング２４とを離間させ、カッタリング２
４を４枚の分割リング２４ａに分離する。

【００１７】次いで、両シールド掘進機１Ａ，１Ｂのカ
ッタヘッド１５，１５を縮径する。すなわち、図２，図
６に示すように、まず１本置き（図示では左右）の主ス
ポーク２２のスポーク伸縮シリンダ２５Ａを収縮して、
１つ置きの分割リング２４ａをまず所定ストロークＳ１
だけ後退させ、次いで残り（図示では上下）の主スポー
ク２２のスポーク伸縮シリンダ２５Ａを収縮して、残り
の分割リング２４ａをＳ１より少ないストロークＳ２後
退させてカッタヘッド１５を縮径する。この時、各分割
リング２４ａは、１つ置きに後退移動されることから他
の分割リング２４ａに接触することなくカッタヘッド１
５をスムーズに縮径させることができる。

【００１８】次に第１シールド掘進機１Ａの貫入ジャッ
キ３３をそれぞれ同期駆動して貫入リング２を突出さ
せ、貫入リング２の先端部を第２シールド掘進機１Ｂの
受圧室４２に到達させる。この時には貫入ジャッキ３３
は出退され、後退時に補助ロッド３４が貫入リング２の
後端部（既に装填された補助ロッド３４）と押出ロッド
３３ａとの間に順次装填される。

【００１９】さらに、第１，第２シールド掘進機１Ａ，
１Ｂの各スキンプレート１１ａと収容室３２、貫入リン
グ２、受圧室４２を除く構成部材、たとえばセグメント
組立装置や圧力隔壁１２、カッタヘッド１５などが解体
撤去されてコンクリートが打設され、二次覆工が実施さ
れ、第１，第２シールド掘進機１Ａ，１Ｂにより掘削さ
れた両トンネルが接続される。

【００２０】上記実施の形態によれば、カッタヘッド１
５のスポーク２２，２３に設けられたカッタリング２４
を分割化して主スポーク２２の収縮に追従して後退しカ
ッタヘッド１５を縮径するように構成したので、カッタ
リング２４によりカッタヘッド１５のスポーク２２，２
３に十分な強度を持たせることができるとともに、縮径
時に従来のようにカッタヘッド１５から切り離して残す
ことがないので、貫入リング２の突出時にずれて接触し
障害となることがない。またカッタリング２４を再利用
することもできる。

【００２１】上記実施の形態では、４本の主スポーク２
２と４本のサポートスポーク２３に、４枚の分割リング
２４ａを設けてカッタリング２４を構成したが、５本の
主スポークと５本のサポートスポークに、５枚の分割リ
ングを設けてカッタリングを構成してもよく、もちろん
６枚以上の分割リングを配設することもできる。

【００２２】また、図８に示すように、分割リング２４
ａの両端部に，手動または自動にり連結離脱自在な連結
部材５０を設けてサポートスポークを削除することもで
きる。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項１記
載の発明によれば、カッタリングを複数に分割してスポ
ークの後退に追従させ、カッタヘッドを縮径するように
構成したので、従来のように接続時に貫入リングの外周
部に残されることがないので、貫入リングの突出時に障
害となるものがなく、またスポークは外周端がカッタリ
ングで接続されるので、スポークに大きい強度を付加で
きて効率のよい掘削が可能となる。

【００２４】また請求項２記載の発明によれば、カッタ
リングの分割部分をサポートスポークにより連結するの
で、分割部分の強度を高めることができ、カッタヘッド
縮径時の分離を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールド掘進機のカッタヘッドの
実施の形態を示す正面図である。

【図２】同カッタヘッドの縮径時の正面図である。

【図３】同シールド掘進機のドッキング時を示す縦断面
図である。

【図４】同カッタヘッドの拡径時の部分正面断面図であ
る。

【図５】同カッタヘッドの縮径手順を示す部分正面断面
図である。

【図６】同カッタヘッドの縮径時の部分正面断面図であ
る。

【図７】同カッタヘッドのリング連結部材の正面図であ
る。

【図８】他の実施の形態を示すカッタヘッドの縮径時の
正面図である。

【図９】従来のシールド掘進機のドッキング時を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１Ａ 第１シールド掘進機 １Ｂ 第２シールド掘進機 ２ 貫入リング ３ 貫入室 １５ カッタヘッド ２１ 中心部材 ２２ 主スポーク ２３ サポートスポーク ２４ カッタリング ２４ａ 分割リング ２５Ａ，２５Ｂ スポーク伸縮シリンダ ２６ リング固定部材 ２７ リング連結部材 ２８ 連結手段 ２８ａ 係止凹部 ２８ｂ 嵌合部 ３２ 収納室 ３３ 貫入ジャッキ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両側から互いに対向して掘進する２台のシ
   ールド掘進機をカッタヘッドが接触する手前位置で停止
   させ、両シールド掘進機のカッタヘッドを縮径後、一方
   のシールド本体の前部外周に内蔵された貫入リングを突
   出させて、その先端部を他方のシールド掘進機のシール
   ド本体に形成された貫入室に到達させ、２台のシールド
   掘進機をドッキングしてトンネルを接続する地中ドッキ
   ング用シールド掘進機のカッタヘッドであって、 カッタヘッドにシールド軸心から一定角度ごとに伸びる
   複数のスポークを設けるとともに、各スポークをそれぞ
   れ長さ方向に伸縮させるスポーク伸縮装置を設け、 前記スポークの先端部に全周にわたるカッタリングを配
   設するとともに、このカッタリングを連結分離自在でか
   つそれぞれ１本のスポークに固定された複数の分割リン
   グにより構成し、 スポークに追従する分割リングが干渉しないように、分
   割リングが固定されて隣接するスポークのスポーク伸縮
   装置を時間をずらして伸縮駆動するように構成したこと
   を特徴とする地中ドッキング用シールド掘進機のカッタ
   ヘッド。
2. 【請求項２】スポークは、分割リングが固定された主ス
   ポークと、主スポーク間に配設されたサポートスポーク
   とで構成され、 前記サポートスポークの先端部に、サポートスポークの
   収縮により両分割リングの端部から離脱されてカッタリ
   ングを分離する係止部を有するリング連結部材を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の地中ドッキング用シー
   ルド掘進機のカッタヘッド。