JPS63189596A - シ−ルド型トンネル掘削機 - 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】 （技術分野） 本発明は、複数のカッタビットを備えるカッタ組１１体
をシールド本体に対し偏心回転運動させるシールド型ト
ンネル掘削機に関し、特に管推進工法により管を敷設す
るのに好適なシールド型トンネル掘削機に関する。

（従来技術） シールド型トンネル掘削機の一つとして、特開昭６０−
２０６２７２号公報に記載されているように、複数のカ
ッタヒツトを備えるカッタ組立体をシールド本体に対し
旋回および回転運動させるものがある。

この従来の掘削機はシールド本体内をその１）ｆ「方城
と後方域とに区画する隔壁に回転可能に支承されたクラ
ンク軸を含み、該クランク軸は１Ｙｆ記１前方域にあっ
て回転軸線に関して偏心された偏心部を備える。該クラ
ンク軸の前記偏心部にはロータが回転可能に支承され、
該ロータの前端部には複数のカッタビットを備えるカッ
タ組立体が取り付けられている。６カツタピツトは、そ
の歯先がカッタ組立体の回転軸線と直交する同一の面に
位置しかつ前記偏心部を中心とする放射方向外方へ向く
ように配置されている。また、この掘削機は、前記クラ
ンク軸の回転にともなって前記ロータを６ｊｆ記クラン
ク軸の前記偏心部の周りに強制的に回転させるように、
前記隔壁に固定された内外歯歯車および前記ロータに固
定された外歯歯車を備える。

この掘削機において、クランク軸が回転されると、カッ
タ組立体は、シールド本体の中心ＩＩＩＩｌｌ線に対し
クランク軸の偏心部たけ偏心にして旋回（公転）される
。また、該旋回にともなって、外歯歯車と内歯歯車の咬
み合い部位が順次移動することから、カッタ組立体はク
ランク軸の前端部の周りを回転（自転）される。これに
より、各カッタヒツトは、その歯先が外向きであること
から、カッタビットが外方へ移動されるときに切羽を掘
削する。

しかし、このような掘削機では、カッタ組立体がシール
ド本体に対し自転および公転すること並びに各カッタビ
ットの歯先が外向きであることとに起因して、掘進にと
もなってシールド本体かその姿勢を上向きに変更されて
しまう。

すなわち、カッタ組立体の旋回回転運動にともなって、
カッタ組立体の回転軸線に関し下方に配置されたカッタ
ビットで切羽を掘削するときは、カッタ組立体は上方へ
の力を受け、これによりシールド本体には上向きの力を
その前部に受ける。このような力がシールド本体に作用
すると、軟弱地盤の場合には、シールド本体がその上方
の土砂を押しＬげ、その結果シールド本体の１１１部下
面と地盤との間に空間が形成され、この空間にシールド
本体の周囲の」二砂が入り込み、シールド本体はわずか
にＬ向きの姿勢に維持される。このように、カッタ組立
体の回転軸線に関し下方に配置されたカッタビットによ
る掘削のたびにシールド本体はその姿勢を徐々に上向き
に変更される。

特に、岩石か含まれている軟弱の地盤の掘削時にシール
ド本体に大きな力が作用し、その結果シールド本体の姿
勢が大きく変更される。

これに対し、カッタ組立体の回転軸線に関し上方に配置
されたカッタビットで切羽を掘削するときは、カッタ組
立体は下方への力を受け、これによりシールド本体にも
下方への力が作用する。しかし、この力により、シール
ド本体はその下面をその下側の土砂に押し付けられるだ
けであり、シールド本体の下面とその周囲の地盤との間
に空間が形成されないため、被掘削地盤か軟弱であって
も、シールド本体はその姿勢を変更されない。

（発明の目的） 本発明は、シールド本体にその姿勢を上向きとする力が
作用しても、該シールド本体のＳ　ｇが変更されない、
シールド型トンネル掘削装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明のシールド型チンネル掘削機は、シールド本体と
、該シールド本体内をその前方域と後方域とに区画する
隔壁と、該隔壁に回転可能に支承されたクランク軸であ
ってその偏心部が前記前方域に配置されたクランク軸と
、該クランク軸を回転させる駆動手段と、複数のカッタ
ビットを有するカッタ組立体であって前記シールド本体
の前部に配置され、前記クランク軸の回転にともなって
前記クランク軸の回転軸線の周りを旋回されるとともに
前記偏心部の軸線の周りを回転されて前記カッタビット
により切羽を掘削するカッタ組立体とを含み、各カッタ
ビットは、前記カッタ組立体の旋回および回転にともな
って、前記切羽をカッタ組立体の回転軸線より下方に配
置されて土砂を掘削するときに下向きの反力を前記シー
ルド本体に伝達し、上方に配置されて掘削するときに上
向きの反力を前記シールド本体に伝達する。

（発明の作用効果） 本発明の掘削機によれば、カッタ組立体の旋回および回
転運動にともなって、カッタ組立体の回転軸線に関し下
方に配置されたカッタビットで切羽を掘削するときは、
シールド本体には下向きの力をその前部に受ける。これ
に対し、上方に配置されたカッタビットで切羽を掘削す
るときは、シールド本体には上方への力が作用する。

シールド本体に下向きの力が作用すると、シールド本体
はその下面をその下側の土砂に押し付けらねるだけであ
り、シールド本体の下面とその周囲の地盤との間に空間
が形成されないため、被掘削地盤が軟弱であっても、シ
ールド本体はその姿勢を変更されない。

また、シールド本体に上向きの力が作用すると、このと
きは切羽を掘削された空間内に向けてカッタビットで掻
き下すこととなるため、被掘削地盤が軟弱であればある
程シールド本体に作用する上向きの前記力が小さく、従
ってシールド本体の下方に空間が形成されず、シールド
本体はその姿勢を変更されない。被掘削地盤が硬いと、
シールド本体は硬い地盤によりその姿勢を変更すること
を阻止される。

（実施例） 以下５図面に示す本発明のシールド型トンネル掘削機の
実施例について説明する。

第１図〜第５図に示す、シールド型トンネル掘削機１０
は、相互に突き合わされた第１！５よび第２の本体部１
４．１６を備える筒状のシールド本体１２を含む。

第１図および第２図に示すように、第１の本体部１４は
、内径が後方へ向けて漸次減少する円錐形の破砕室すな
わち第１の空間１８を規定する第１の筒部１４ａと、第
１の空間１８の後部に続き、該第１の空間より広い断面
積を有する泥水室すなわち第２の空間２０を規定する第
２の筒部１４ｂとを備える。第１および第２の筒部１４
ａ、１４ｂは、第１の筒部１４ａの後端と第２の筒部１
４ｂの前端とにおいて複数のボルトにより分離可能に相
互に突き合わせ結合されている。第１の空間１８の内径
はほぼ同じであってもよい。

第２図に示すように、第２の筒部１６ｂの前端部外周お
よび後端部外周には、周方向へ伸びる溝が形成されてい
る。第１の筒部１６ａの前端部の前記溝により前端部外
周に形成されたフランジ部には、第１および第２の筒部
１４ａ、１４ｂを分離可能に連結する複数の前記ボルト
が配置されている。これに対し、第２の筒部１６ｂの後
端部の前記溝により後端部外周に形成されたフランジ部
には、第１および第２の本体部１４．１６を分離可能に
連結する複数のボルトが配置されている。

第２図および第４図に示すように、第１の筒部１４ａの
後端部内側には、第１および第２の空間１８．２０を区
画する内向きの環状の格子２２が設けられている。格子
２２は、第１の筒部１４ａの後端部面に沿って伸び、ま
た、小さな掘削物か第１の空間１８から第２の空間２０
へ移動することは許すが、大きな掘削物が第１の空間１
８から第２の空間２０へ移動することは阻止するように
、シールド本体１２の軸線の周りに等角度間隔に隔てら
れた複数の開口２４を有する。格子２２は、第２の筒部
１４ｂの＠端部内側に取り付けてもよい。第２の筒部１
４ｂには、シールド本体１２内を前方域と後方域とに区
画する隔壁２６が設けられている。

第２図および第４図に示すように、隔壁２６には、隔壁
２６をシールド本体１２の軸線方向へ貫通して伸びる筒
状のスリーブ２８が滑動不能および回転不能に支承さね
ている。隔壁２６の第１の筒部１４ａの側には、スリー
ブ２８の周りを伸びる内歯歯車３０か複数のボルトによ
り固定されている。スリーブ２８には、該スリーブ２８
をシールド本体１２の軸線方向へ目通するクランク軸３
２が複数の軸受３４により回転可能に支承されている。

クランク軸３２は、スリーブ２８に支承された軸部分３
２ａと、該ＩＮ！＋部分から前方へ伸びる偏心部すなわ
ち軸部分３２ｂとを備える。軸部分３２ａの軸線は、シ
ールド本体１２の＋！Ｉ４１線と一致されている。これ
に対し、軸部分３２ｂのＩＩＩＩｌｌ線は、シールド本
体１２および軸部分３２ａの軸線から距離ｅだけ偏心さ
れており、また、第１の空間１８に配置さねている。

第２図に示すように、軸部分３２ｂには、第１の筒部１
４ａとともにクラッシャを構成するロータ３６が複数の
軸受３８により回転可能に支承されている。該ロータ３
６は、直径寸法が後端の側に向けて漸次増大する外表面
を有する円錐形の形状を呈し、また、第１の空間１８内
に配置されている。ロータ３６の後端外面と第１の筒部
１４ａの後端内面との間隔は、シールド本体１２の直径
方向における格子２２の開口２４の寸法より小さい。な
お、第１の空間１８を規定する第１の筒部１４ａの内面
およびロータ３６の外表面に、その周方向へ伸びるＰｉ
数の突出部または溝を設けてもよい。

第２図および第３図に示すように、口〜夕３６の先端部
にはカッタ組立体４０が固定されている。カッタ組立体
４０は、ロータ３６からシールド本体１２の半径方向へ
伸びる複数のアーム４２と、該アーム４２に固定された
複数のカッタビット４４とを備える。アーム４２の最先
端に配置された各カッタビットは、カッタ組立体４０の
回転中心へ向かう内向きの歯先と、これと逆の方向へ向
かう外向きの歯先とを有する。これに対し他の各カッタ
ビットは、その歯先がカッタ組立体４゜の回転中心へ向
かうようにすなわち内向きとなるように配置されている
とともに、前記歯先がそのカッタビットの外側に配置さ
れたカッタビットの歯先より後方となるように配置され
ている。なお、各カッタビットは、その歯先がカッタ組
立体４０の回転軸線と直交する同一面に位置するように
配置してもよい。

第２図および第４図に示すように、ロータ３６の後端面
には、内歯歯車３０と噛合する外歯歯車４６が複数のボ
ルトにより固定されている。歯車４６は、歯１Ｌ３０に
対し、クランク軸３２の１１部分３２ａに対する軸部分
３２ｂの偏心量と同一の距離ｅだけ偏心されている。こ
のため、歯車３０．４６はその直径方向の一方の部位で
相互に噛合し、両者が噛合する部位はクランク軸３２の
回転にともなってスリーブ２８の周りを移動し、その結
果ロータ３６およびカッタ組立体４０はシールド本体１
２の軸線の周りに旋回運動（公転）をするとともに軸部
分３２ｂの周りに回転運動（自転）をする。

第２図および第５図に示すように、ロータ３６と内歯歯
車３０との間には、両者の間を液密的に閉鎖する環状の
メカニカルシール４８が配置されている。メカニカルシ
ール４８は、ロータ３６の後端面に該ロータ３６と同１
１ｉ！ｔＩ的に設けられた環状の満５０と、該溝に嵌合
されかつほぼ均一の外径寸法を有する筒状のリング５２
と、内歯歯車３０の前端面に該内歯歯車と同軸的に固定
された環状の受け５５：、５４と、リング５２を受は座
５４に向けて押圧する複数のばね５６とを備える。溝５
０は、内歯歯車３０の側に開口する。

リング５２は、溝５０にシールド本体１２の軸線方向へ
滑動可能に受は入れられた環状の主体部と、該主体部の
後端外周から後方へ該主体部と同軸的に伸びる突出部と
を備える。リング５２の前記主体部および前記突出部は
、同一の外径寸法を有し、また、ロータ３６と同軸的に
すなわち内歯歯車３０に対し前記圧ｓｅだけ偏心されて
いる。

ばね５６は、圧縮コイルばねであり、また、満５０に連
通ずる穴内に配置されている。

リング５２の前記主体部および１１η記突出部の外径寸
法、特にリング５２の後端面および受は座５４の前端部
すなわちリング５２と受は座５４との接触面（シール面
）の直径は、受は座５４の外径寸法より少なくとも２ｅ
小さい。すなわち、リング５２と受は座５４との接触面
（シール面）の直径は、リング５２の後端面（突出部）
の外周部の直径をり、とし、受は座５４の前端面の外周
部の直径をＤ２とすると、 Ｄ１≦Ｄ２−２ｅ である。

第２図に示すように、隔壁２６はスリーブ２８を巡る環
状の油室５８を有し、該油室５８には潤滑油が収容され
ている。油室５８は、隔壁２６に穿たれた複数の六６０
、スリーブ２８の外周に形成された環状の溝６２および
スリーブ２８に形成された複数の穴６４を経て、クラン
ク軸３２とスリーブ２８との間の空間に連通されている
。このため、クランク軸３２とスリーブ２８との間の空
間、隔壁２６とスリーブ２８との間の隙間は潤滑油で満
たされている。

ロータ３６の前端部とクランク軸３２の先端部との接触
部、ロータ３６とリング５２との接触部、隔壁２６と内
歯歯車３０との接触部およびスリーブ２８と隔壁２６と
の接触部には、それぞれシール用の０リングが配置され
ている。また、スリーブ２８の後端部とクランク軸３２
の後端部との間には、潤滑油の流出を防止するシール材
６６が配置されている。シール材６６は、複数のボルト
によりスリーブ２８に固定されている。

第１図および第２図に示すように、第２の本体部１６は
、第２の筒部１４ｂの後端部に連結される第１の筒部１
６ａと、該第１の筒部の後端部に挿入された第２の筒部
１６ｂと、該第２の筒部の後端部に連結された第３の筒
部１８ｃを備える。

第１の筒部１６ａの前端部にはシールド本体１２の軸線
に対し直角の支持壁６８が設けられており、該支持壁に
はスリーブ２８の後端部を受は入れる穴７０が設けられ
ている。第２の本体部１６の第１の筒部１６ａと第２の
筒部１６ｂと、は、方向修正用の複数のジヤツキ７２に
より相互に連結されている。第２の筒部１６ｂと第３の
筒部１６ｃとに間および第３の筒部１６ｃと敷設すべき
管１００との間には、連結具７４．７６が配置されてい
る。

支持壁６８の後部には、クランク１ｊｄ３２を回転させ
る駆動機構７８が複数のボルトにより固定されている。

駆動機構７８は、電動機と減速機とを備え、また、駆動
機構７８の出力軸８０はクランク軸３２の後端部に設け
られた穴に挿入されている。出力軸８０とクランク軸３
２とは、キー８２により、回転不能に結合されている。

第１図および第２図に示すように、ロータ３６の円錐形
の外表面には、ロータ３６の回転にともなって第１の空
間１８内の掘削物を攪拌し、該掘削物に流動性を与える
複数の羽根８４が取り付けられている。

隔壁２６および支持壁６８は、泥水を掘削機１０の後方
から第２の空間２０へ供給する泥水供給路８６．８８と
、第２の空間２０へ供給された泥水を掘削物とともに掘
削機１０の後方へ排出する泥水排水路（図示せず）とを
備える。支持壁６８には、泥水を供給路８８へ案内する
パイプ９０が取り付は具９２により取り付けられている
。支持壁６８には、また、泥水を前記泥水排水路から掘
削機１０の後方へ案内するパイプ（図示せず）が取り付
は具（図示せず）により取り付けられている。。

第２図に示すように、第２の空間２０の底部には、泥水
供給路８６から供給された泥水が前記泥水排水路へ直接
達することを防止し、かつ、前記泥水が第２の空間２０
を巡る流路を流れるように、第２の空間２０内における
泥水の流路を規定する仕切り９４が設けられている。

第１図、第２図および第３図に示すように、ロータ３６
の前端部には円板状のキャップ９６が複数のねしにより
取り付けられており、該キャップ９６には切羽の中心部
を掘削する複数のカッタビット９８が固定されている。

各カッタビット９８の歯先はロータ３６の回転中心へ向
けられている。

掘削時、掘削機１０の駆動機構７８が作動され、クラン
ク１ｈｂ　３２が回転される。これにより、ロータ３６
およびカッタ組立体４０は、シールド本体１２の軸線に
対しｅだけ偏心してクランク軸３２の周りをクランク軸
３２の回転方向と同一の方向へ旋回（公転）される。ロ
ータ３６に固定された外歯歯車４６と、隔壁２６に固定
された内山爾重３０との噛み合い部位がロータ３６の旋
回運動にともなって順次変位することから、ロータ３６
およびカッタ組立体４０は、また、軸部分３２ｂを中心
としてクランク軸３２の回転方向と反対の方向へ回転（
自転）される。

ロータ３６およびカッタ組立体４０の旋回運動および回
転運動により、カッタビット４４．９８は、シールド本
体１２に対しカッタ組立体″４０とともに旋回運動およ
び回転運動をするのみならず、シールド本体１２に対し
、シールド本体１２の中心へ向かういわゆる内方および
こむと反対の外方へすなわちシールド本体１２の半径方
向への往復運動をする。

掘削機１０には、カッタ組立体４０が上記のように旋回
および回転されている状態で、掘削機１０の後方に配置
された推進機構（図示せず）により管１００を経て推力
が加えられる。これにより、掘削機ｌＯはカッタ組立体
４０で切羽を掘削しつつ前進され、管１００は掘削され
た穴内へ押し込まれる。

各カッタビット４４の歯先か内向きであることおよびカ
ッタビット４４がシールド本体１２に対し該本体１２の
半径方向へ往復運動をすることから、カッタビット４４
は、カッタビット４４がシールド本体１２に対し回転軸
線の方向へすなわち内方へ運動するとき切羽を掘削する
が、前記と反対の方向へ運動するするとき掘削しない。

このため、カッタ組立体４０の旋回および回転運動にと
もなって、カッタ組立体４０の回転軸線に関し下方に配
置されたカッタビット４４で切羽を掘削するときは、シ
ールド本体１２には下向きの力をその前部に受ける。こ
れに対し、上方に配置されたカッタビット４４で切羽を
掘削するときは、シールド本体１２には上方への力が作
用する。

シールド本体１２に上向きの力が作用すると、このとき
は切羽を掘削された空間内に向けてカッタビット４４で
掻き下すこととなるため、被掘削地盤が軟弱であればあ
る程シールド本体１２に作用する北向きの首北方が小さ
く、従ってシールド本体１２の下方に空間が形成されず
、シールド本体１２はその姿勢を変更されない。被掘削
地盤か硬いと、シールド本体１２は硬い地盤によりその
姿勢を変更することを阻ＩＦされる。

シールド本体１２に下向きの力が作用すると、シールド
本体１２はその下面をその下側の土砂に押し付けられる
だけであり、シールド本体１２の下面とその周囲の地盤
との間に空間が形成されないため、被掘削地盤が軟弱で
あっても、シールド本体１２はその姿勢を変更されない
。特に切羽の下部には、切羽の上部に存在していた櫟が
集まり、これを掘削するときにシールド本体１２に下向
きの大きな力が作用するが、この力によりシールド本体
１２はその姿勢を変更されない。

掘削された土砂すなわち掘削物は、第１の空間１８内へ
受は入れられる。第１の空間１８内に受は入れられた前
記掘削物は、ロータ３６の回転にともなって羽根８４に
より攪拌されつつ、第１の空間１８から格子２２の開口
２４を経て第２の空間２０へ流動する。第２の室４０へ
流動した掘削物は第２の室４０内へ供給された泥水と混
合され、その混合物すなわちスラリーは排出機構２６に
より掘削機１０の後方へ排出される。

第１の空間１８に受は入れられた掘削物中の大きな櫟は
、ロータ３６の旋回運動および回転運動にともなフて、
ロータ３６によりシールド本体１２の第１の空間１８を
規定する内面に押圧されて開口２４を通過可能の大きさ
の小片に破砕される。開口２４を通過可能の大きさに破
砕された小片は、開口２４を経て第２の空間２０へ受は
入れられる。このため、礫が排出用の管に詰まることが
ない。

第１および第２の空間１８．２０は、掘削の間、切羽の
崩壊および地盤の隆起が生じない所定の圧力に維持され
る。しかし、第２の空間２０内の圧力は、メカニカルシ
ール４８のリング５２をばね５−６の力に抗して後退さ
せる力としてリング５２に作用することはない。す２な
わち、ロータ３６の旋回運動および回転運動により、タ
カニカルシール４８のリング５２が受は座５４に向けて
押圧されつつ受は座５４に対して旋回運動をしても、リ
ング５２の外径寸法がほぼ均一であることと、リング５
２と受は座５４との接触面（シール面）の直径が、 Ｄ１≦Ｄ２−２ｅ であることとから、リング５２の後端面は常に受は座５
４の前端面に接触され、第２の空間２０に露出しない。

従って、リング５２の後端面には第２の空間２０の圧力
に起因する前記力は作用しない。このため、リング５２
と受は座５４との間の液密性が維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシールド型トンネル掘削機の一実施例
を示す図であって掘削機のシールド本体を断面して示す
図、第２図は第１図の掘削機を示す拡大断面図、第３図
は第２図の左側面図、第４図は第３図の４−４線に沿っ
て得た断面図、第５図はメカニカルシールの部位の拡大
断面図である。 １０：シールド型トンネル掘削機、 １２：シールド本体、 ２６：隔壁、　　　　３２：クランク軸、３〇二内歯歯
車、　　３６：ロータ、 ４０：カッタ組立体、４４カツタビツト、４６：外歯歯
車。 代理人　弁理士　松　永　宣　行 第３図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールド本体と、該シールド本体内をその前方域
   と後方域とに区画する隔壁と、該隔壁に回転可能に支承
   されたクランク軸であってその偏心部が前記前方域に配
   置されたクランク軸と、該クランク軸を回転させる駆動
   手段と、複数のカッタビットを有するカッタ組立体であ
   って前記シールド本体の前部に配置され、前記クランク
   軸の回転にともなって前記クランク軸の回転軸線の周り
   を旋回されるとともに前記偏心部の軸線の周りを回転さ
   れて前記カッタビットにより切羽を掘削するカッタ組立
   体とを含み、各カッタビットは、前記カッタ組立体の旋
   回および回転にともなって、前記切羽をカッタ組立体の
   回転軸線より下方に配置されて土砂を掘削するときに下
   向きの反力を前記シールド本体に伝達し、上方に配置さ
   れて掘削するときに上向きの反力を前記シールド本体に
   伝達する、シールド型トンネル掘削機。
2. （２）各カッタビットは、前記カッタ組立体の回転軸線
   に向けられた歯先を有する、特許請求の範囲第（１）項
   に記載のシールド型トンネル掘削機。
3. （３）前記カッタ組立体の回転中心部に配置されたカッ
   タビットを除く他の各カッタビットは、前記歯先が前記
   中心軸線と直交する同一面に位置するかまたは前記歯先
   がそのカッタビットの位置に対し前記回転中心の側の位
   置に配置されたカッタビットの歯先より前方となるよう
   に配置されている、特許請求の範囲第（２）項に記載の
   シールド型トンネル掘削機。
4. （４）前記掘削機は、前記シールド本体の前記前方域内
   にあって前記クランク軸の前記偏心部に回転可能に支承
   されたロータと、前記シールド本体または前記隔壁と前
   記ロータとの一方に固定された内歯歯車およびその他方
   に固定された外歯歯車を備える歯車機構とをさらに含み
   、前記カッタ組立体は前記ロータの先端部に取り付けら
   れ、それにより前記カッタ組立体は前記クランク軸の回
   転にともなって前記クランク軸の回転軸線の周りを旋回
   されるとともに前記偏心部の周りを回転される、特許請
   求の範囲第（１）項に記載の既設管路のシールド型トン
   ネル掘削機。