JPS5847898A - シ−ルド掘進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトンネル構築用のシールド掘進装置く関するも
のである。

シールド工法は、軟弱地盤にトンネルを構築する場合、
最も安全かつｔｉ＠率的に施工できる工法として上下水
道、地下鉄、電話−など主として都市トンネルの分野に
広く採用されている。この工法は、構築しようとするト
ンネルの内径とはソ同径の円管状シールド本体をシール
ドジヤツキで推進させながらその前面に設は九カッタホ
イールを回転させて切羽面を掘削し、掘削後の坑内面に
コンクリートまたは鉄製のセグメントを組立てて覆工を
行なうことによってトンネルを構築するものである。

このシールド工法に用いられるシールド掘進装置として
は、カッタホイルのスリットから掘削土砂を泥水室内へ
導入してこれを坑外へ排出し、この排土量で掘進速度を
制御することにより泥水圧で地山を安定させながら掘進
するようにし九泥水加圧シールドが従来から広く採用さ
れている。

しかしながら、この種の泥水加圧シールドは、地山の密
度中坑外へ排出される泥土の比重、１量等Ｏ１ｔ測値を
コンピュータへ導入して排土量を算出しこの排土量に応
じて掘進速度を制御するも６であろから、計算値に、地
質調査結果の仮定値が投入された９針側時の韻差が加算
されたシして排出量に大きな娯差が生じることが多く、
この結果掘削出量と掘削速度との不均衡によ〉地山の安
定を確保することができなくてこれが地盤沈下中隆起の
原因となってい丸。

そこで、このような欠点を除去するものとして特ＩＩ昭
５４−２２９３３によシ液体加圧式のシールドトンネル
掘進装置が提案された。この装置においては、円管状シ
ールド本体の前端開口部近傍に隔―が設けられていて、
この隔壁の中心軸受１ｓＫ摺勅自在に軸支された主軸の
前端部には、カッタホイルが、シールド本体の前端開口
部を閉塵するように固定して設けられて−るとともに、
主軸の他端には、主軸を進退させる油圧ジヤツキが設け
られている＠壜た、カッタホイルには複数個のカッタス
リットが穿設されていて、各カッタスリットには、主軸
上を摺動するカッタディスクに設けられたカッタビット
が係入されておシ、カッタディスクを摺動させることに
より、カッタビットが進退してカッタスリットの開度を
変化させるように構成されている。また、主軸の内端ｆ
４πには、主軸の進退運動量の検出器が設けられており
、さらに前記隔壁とカッタホイルとで隔成され九泥水室
内へは所定圧力の泥水が、送入されて他方の排出口から
排出されている。

このように構成されていることにより、泥水室内は、送
入され九泥水によりて切羽における地下用水の圧力とは
譬等しい圧力を保持してお９、また、カッタホイルに作
用する切羽土庄は、油圧ジヤツキに設定され九圧力によ
って一定圧力を保持している。そして、カッタホイルの
カッタビットで切羽面を掘削しながらシールド本体を推
進させると、カッタホイルの切羽地盤に対する押圧力が
、切羽地盤からの反力としてカッタホイルに作用し、　
　　　−この反力が検出器に作用して信号が発せられる
ので、この信号によってカッタホイルの回転、シールド
本体の推進速度およびカツタスリツ）ＯＩｉｉ＊Ｏうち
のいずれかｌりが制御される。これによってシールド本
体の推進速度とカッタオイルの掘削速度との関係が常に
一定となり１カツタホイルはシールド本体に対して所定
の位置関係を保持する。

しかしながら、このような従来のシールド掘進装置にお
いては、カッタホイルが、シールド本体内を進退して切
羽土庄を保持するように構成されていることによシ、泥
水室の容積が絶えず変化するので、カッタスリットから
泥水室内へ流入する土砂の制御が正確に行なえないばか
りでなく、設定され九土圧がカッタホイルの進退運動量
を越える場合には、手動で土圧の設定をやや直さなけれ
ばならないという不具合があった。まえ、カッタスリッ
トからの土砂の流入量が、カッタビットをカッタスリッ
トに対し進退させてスリ′／）開度、を変化させること
によって制御されるように構成されているので、長距離
の掘進を行なつ九シ、土砂中に礫が混在し九すすると、
カッタビットが摩耗し九り折損したりしてスリットとし
ての耐用度が〜 低下するという欠点があり、また、礫がカッタビットと
カッタスリットとの間に挾まってスリットの全閉が不可
能となることがあった。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもので、シール
ド本体の隔壁中心部に軸支された主軸の先端部に固定さ
れ隔壁との間で泥水室を隔成するカッタホイルに、複数
個の固定屋カッタビットとこれに隣接するカッタスリッ
トとを設け、カッタスリットに対向する制御部材と主軸
上で摺動するボスとを備えた土砂流入制御板を、主軸軸
受に装着した流体シリンダで進退させてカッタスリット
からの土砂流入量を制御させるとともに、主軸端面と主
軸軸受底面との間にスラスト軸受を介して検出器を介装
しカッタホイルの前面上圧による主軸の移動量を検出さ
せるように構成することにより、泥水室の容積を一定に
して土砂流入量の制御を確実にし、カッタスリットから
の大径礫の取込みを容易にして地山の安定を計ることを
、土圧検出動作を妨げることなくして可能ならしめたシ
ールド掘進装置を提供するものである。以下、本発明の
一実施例を図面に基いてｌ＄綱に説明する。

第１図ないし第４図線本＠明に係るシールド掘進装置の
一実施例を示し、’４１図はその縦断面図、第２図はカ
ッタホイル要部の正面図、第３図は制御装置のフローシ
ート、第４図は第１図のＡＡ断面で示す土砂流入制御動
作の説明図である。図において、トンネルの既掘削部は
、円弧状のセグメント１によって内周面を覆工されてお
シ、全体を符号２で示すシールド掘進装置は、先頭のセ
グメント１と未掘削切羽面３との間に位置して設置され
ている。シールド掘進装置２は、セグメント１による覆
工前Ｏトンネル内径とはソ同径の円管状に形成され九シ
ールド本体４を備えており、その内１１Ｋは、ピストン
ロッド５の作用端でセグメント１の端面な押すことによ
って発生する推力でシールド本体４を推進させる複数個
の油圧ジヤツキ６が、シールド本体４０内局面に沿って
その円周等分位置に固定されて配設されている。１は、
シールド本体４内で回―して覆工時のセグメントを保持
するエレクタである。

シールド本体４の前端開口部近傍においてその内周面に
突設された複数個のブラケット８には、シールド本体４
内部を前後に仕切る円錐形傘状の隔１１９が固定されて
お９、その中心部には、後方へ延びる軸受部材１０が、
一体的に設けられている。軸受部材１０は、前部軸受１
１と後部軸受１２およびその中間のギヤボックス１３と
で一体形成されており、その内部には、前方への突出部
を有する主軸１４が、前部軸受１１に軸支されて回転自
在に設けられている。ま九、ギヤボックス１３には、油
圧モータ１５が取付けられており、そのモータ軸に軸着
されたギヤ１６は、主軸１４上にキーとナツト１７とで
固定されたギヤ１８と噛合されている。

１９は、薄形有底円筒状に形成されたカッタホイルであ
りて、その中心部に一体形成された円筒状のカッタホイ
ルボス２０を主軸１４の前端段部に嵌装固定されており
、前記隔壁９との間で泥水室２１を隔成するようにシー
ルド本体４の開口部會閉塵して設けられている。このカ
ッタホイル１ＳＯ前画には、その回転とともに切羽面を
掘削する複数個の固定型★ツクビット２２が放射方向に
並列して突設されており、このカッタビット２２の隣接
箇所には、放射方向に長手であるカッタスリット２３が
穿設されている。また、カッタホイルボス２００Ｍｔｌ
端開口部は、カッタビット２４を備えたセンタカッタ２
５によりパツキン２＠を介し・て閉塞されている。さら
に、後部軸受１２の開口端は、底板２Ｔによって閉塞さ
れており、この底−板２７と主軸１４０端面との間には
、主軸１４側から順にスラスト軸受２８．軸受ホルダｚ
９および検出器としてのロードセル３０が介装されてい
る。このうちのスラスト軸受２Ｂは前記油圧ジヤツキｉ
の切羽面３への推力の反力で移動する主軸１４０推力を
その回転を許しながら支承しており、また、ロードセル
３０はこの主軸１４の推力すなわち切羽面３の土庄を検
出するように構成されている。

一方、底板２７の端面には、油圧シリンダ３１が装着さ
れており、そのピストンロッドには、センタロッド３２
がカップリング３３によって接合されている。このセン
タロッド３２は、主軸１４の全長を貫通するロッド孔３
４内に進退自在に挿通されており、その主軸１４前端か
らの突出部には、連結板３５がスラスト軸受３６を介し
回転自在かつ軸方向への移動を規制されて遊装されてい
る。こうすることにより、主軸１４および連結板３５が
非回転のセンタロッド３２に対して回転自在であるとと
もに、センタロッド３２と連結板３５が主軸１４に対し
軸方向へ進退し得るように構成されている。

全体を符号３７で示すものは、土砂流入制御板であって
、ボス３８とこれから放射方向へ突出する複数個の制御
部材３９とで一体形成されている。

ボス３８は、有底円筒状であって主軸１４およびカッタ
ホイルボス２０に対して摺動自在に形成されているとと
もに、カッタホイルボス２０を貫通して設けた引張りロ
ッド４０によって連結板３５と連結されている。また、
制御部材３９は、アーム４１に支持されカッタホイル１
９のカッタスリット２３に対向してこれよシもや＼広幅
の制御板４２を備えている。こうすることにより、油圧
シＶンダ３１で駆動されてセンタロッド３２が進退する
と土砂流入制御板３７が一体となって進退し１、制御板
４２が泥水室２１内でカッタスリット２３に対して進退
するように構成されている。

さらに、第３図に示すように、前記ロードセル３０は、
アンプ４３を介して演算器４４に接続されており、ｔた
アンプ４３と演算器４４には土圧計４５と土庄設定！４
６とがそれぞれ付設されている。さらに、演算１ｉＩ４
４は、前記シールド本体４推進用の油圧ジヤツキ６への
油圧流量を制御する流量制御弁４７Ｋｍ！続されている
。こうすることによ・）、土圧設定器４６で設定され九
演算器４４への入力値とロードセＡ−３０からの土圧入
力値とが比較演算されてその信□号が流量制御弁４１へ
送られることにより、その開度が変化して油圧ジヤツキ
６の速度が制御されるとともに、切羽土庄は土庄針４５
に表示される。さらに、第１図に示すように、後部軸受
１２の近傍には、前記流量制御弁４１の開度を表示する
開度計４８が、ワイヤ４９によってカップリング３３に
接続されて設けられている。

なお、図示を省略返れているが、泥水室２１には、所定
圧力の泥水が送入口から送入されて排出口から排出され
ており、泥水室２１内が地下用水とはソ等しい圧力を保
持するように構成されている。

以上のように構成されたシールド掘進装置の動作を説明
する。油圧モータ１５を始動すると、ギア１６．１８の
噛合によって主軸１４が回転し、その前端役部に固定さ
れ九カッタホイル１９およびセン、タカツタ２５が回転
する。この場合後部軸受１２に固定され九油圧シリンダ
３１のピストンロントド一体のセンタロッド３２は静止
していて主軸１４のみが回転する。そして、流量制御弁
４７　・が開かれて油圧ジヤツキ６へ送油されることに
より、ピストンロッド５が伸長してその作用端でセグメ
ン）ＩＯ端面を押すので、推力が発生してシールド本体
４が前進する。このようにカッタホイル１９が回転しシ
ールド本体４が前進することＫより、カッタビット２２
による切羽面１）ｍ削が行なわれ、掘削され九土砂は、
カッタスリット２３から泥水室２１へ入〉、排出口から
排出されて排泥ポンプで坑外へ排出される。

、　　　　そして、掘進中例えばカッタホイル１９０１
回転当〉掘削量に対して油圧ジヤツキ６によるシールド
本体４０前進速直が連す「ると、切羽土庄が増し、シー
ルド本体４とカッタホイル１９との相対位置すなわちこ
れらと一体の主軸１４と後部軸受１２との相対位置が変
化するので、ロードセル３０が圧縮される。これによっ
て発せられ良信号がアンプ４３を介して演算器４４へ入
力されると、演算−４４には土庄設定器４６によって予
め設定され九億が入力されているので、これら両人力値
によって演算が行なわれ、その発する信号で流量制御弁
４７の開度が小さくなって油圧ジヤツキ６の速度が遅く
なる。したがって、シールド本体４の前進速度が遅くな
〉、切羽土圧は設定土圧まで下がって一定圧力を保持す
る。この場合、主軸１４はスラスト軸受２８で推力を支
承されているので、主軸１４０回転すなわちカッタホイ
ル１９による掘削のための回転によってロードセル３０
の感度が妨げられることがない。

また、土砂流入制御板３１は、地山の土質によってその
位置が設定されカツタスリツ）２３０開度が設定される
。そして、掘進中、掘削量の割に・カッタスリット２３
からの土砂の流入量が少なくて、油圧ジヤツキ６の速度
が速いと、前記同様に切羽土圧が増すので、ロードセル
３０が圧縮され油圧ジヤツキ６が減速されて切羽土圧が
一定圧力を保持する。

さらに、第４図に示すような礫５０の多い地盤において
、図（ａ）に示すように制御板４２がカッタスリット２
３に近接していて土砂５１が泥水室２１へ流入すると、
礫５０はカッタホイル１９と切羽面との間に溜り始める
。そして図（ｂ）に示すように礫５０が充分に溜り九と
ころで油圧シリンダ３１を作動させてセンタロッド３２
を進退させると、これと一体の制御板４２がカッタホイ
ル１９から遠ざかってカッタスリット２３が全開とな抄
、礫５０が泥水室２１内へ取込まれる。取込み後は図（
Ｃ）に示すように制御板４２によるカッタスリット２３
０開度を元に戻す。そして、前記制御板４２０設定位置
ならびに礫取込み動作位置におけるカッタスリット２３
の開度がセンタロッド３２用のカップリング３３にワイ
ヤ４９で接続された開度計４８によって表示されるので
、常に開度を確認することができる。まえ、土砂流入制
御板３Ｔと油圧シリンダ３１とが同軸線上で直結されて
おり、油圧シリンダ３１のスト四−りがそのま一カツタ
スリツ）２３０開度を示すので、制御、計測がきわめて
容易である。さらに、カッタスリット２３の開直を調節
する土砂流入制御板３７がカッタホイル１９と隔壁９と
無関係に移動するので、開度調節のたびにカッタホイル
が移動していた従来の装置と異なって泥水室２１６容積
が変化せず、土砂の流入制御を正確に行なうことができ
る。

以上の説明によシ明らかなように、本発明によれば、シ
ールド掘進装置において、シールド本体の隔壁中心部に
軸支された主軸の先端部く固定され隔壁との間で泥水室
を隔成するカッタホイルに、複数個の固定臘カッタピッ
トとこれに隣接するカッタスリットとを設け、カッタス
リットに対向する制御部材と主軸上で摺動するボスとを
備えた土砂流入制御板を、主軸軸受に装着し九流体シリ
ンダで進退させてカッタスリットからの土砂流入量を制
御させるとともに、主軸端面と主軸軸受底面との間にス
ラスト軸受を介して検出器を介装し、カッタホイルの前
面上圧による主軸の移動量を検出させるように構成する
ことにより、カッタホイルを進退させる油圧シリンダを
別に設は九従来Ｏ装置と比較して構造が簡素化され設備
費、運転費の節減を計ることができるとともに３切羽土
庄の制御ならびに泥水室への土砂流入量の制御を行なっ
ても泥水室の容積が変化しないので、これらの□１ 制御を龜わめて正確に行なうことが＋睡る。また、カッ
タビットを固定型にし、土砂流入量を制御板で制御する
ことにより、長距離掘進の場合や土砂に礫が混入してい
る場合でもカッタビットが摩耗したヤ折損したシしても
、スリットとしての機能を保つとともに、大径の礫が混
入していてもこれを泥水室内へ容易に取込むことかで自
、カッタスリットが全開不能となることがない。さらに
、礫取込み時以外は、土砂流入面積を最小限に押えるこ
とができるので、地山がきわめて安定する。まえ、スリ
ット開度制御用Ｏ制御板が駆動用の流体シリンダと同軸
線上で直結されており、これをカッタホイルの回転中に
しかも泥水案外で操作することがで亀るので、構造が簡
単で制御と計測が容易かつ確実であるとともに流体シリ
ンダの保守。

点検が容易である。さらに、土圧を設定すれば、あとは
カッタトルクやシールド推進用ジヤツキの速度を管理す
る必要がなく、運転者の操作が容易になるとともに、土
圧自動制御に、土砂流入制御装置を組合わせることによ
り、崩壊性礫層ヤ細砂層掘進において運転者は龜めＯ細
かい土砂流入制御に専念することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明に係るシールド掘進装置の
一実施例を示し、第１図はその縦断面図、第２図はカッ
タホイル要部の正面図、第３図は制御装置のフローシー
ト、第４図は第１図のＡ入断面で示す土砂流入制御動作
の説明図である。 ２・・・・シールド掘進装置、４・・・・シールド本体
、９・・・・隔壁、１０・・・・軸受部材、１４・・・
・主軸、１８・・・・カッタホイル、２１・・・・泥水
室、２２・・・・カッタピッＹ１２３・・・・カッタス
リット、２７・・・・底板、２８・・・・スラスト軸受
、３０・・・・ロードセル、３１・・・・油圧シリンダ
、３２・・・・センタロッド、３７・・・・土砂流入制
御Ｌ３８・・・・ボス、４２・・・・制御板。 特許出願人　三井造船株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シールド本体の内部を仕切る隔壁の中心軸受部材Ｋｆｇ
   １転自在に軸支され丸主軸と、複数個の固定型カッタビ
   ットおよびこれに隣接するカッタスリットを備え前記シ
   ールド本体の前端開口部を閉塞するように＃１起主軸の
   ―端部に固定され九カッタホイルと、前記主軸の端面と
   前記軸受部材の底面との関にスラスト軸受を介して介装
   さね一前記カツタホイルの前面土圧による前記主軸の移
   動量を検出する検出器と、前記主軸を貫通するピストン
   ロンドを備え前記軸受部材に固定された流体シ、リング
   と、前記ビズトンロツドの作用端部に支持されて前記主
   軸上で摺動するボスと前記カッタスリットに対向する制
   御部材とを備え前記減俸シリンダで駆ＩＩＩＩされて前
   記隔壁・カッタホイル間の泥水室内をカッタホイルに対
   して進退する土砂流入制御板とを設は九ことを特徴とす
   るシールド掘進装置。