JP2860047B2 - 矩形シールド掘削機のカッタ首振り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、矩形シールド掘削機に
関し、特に急カーブ施工が容易な矩形シールド掘削機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鉄道、地下道、共同溝等のトン
ネルを構築するシールド工法として、円形シールド工法
および矩形シールド工法が知られている。

【０００３】円形シールド工法にあっては、円形のシー
ルド掘削機本体の先端に、円盤状のカッタを配した円形
シールド掘削機を用い、前記円盤状のカッタにて地盤を
円形状に掘削して円形のトンネルを形成するようにして
いる。この円形シールド掘削機によりカーブ施工を行な
う場合、前記円盤状のカッタに放射方向に組込んだコピ
ーカッタを曲ろうとする曲線に見合う範囲で円盤状のカ
ッタ側方に突出させ、曲ろうとする方向の地盤側面を曲
線に見合うだけ余掘りし、シールドジャッキにより片押
しすることにより、シールド掘削機本体をカーブ曲線に
沿って曲げるようにしている。また、急カーブ施工を行
なう場合、コピーカッタのみによると、余掘り量が大き
くなって、切羽の崩壊による地盤沈下を招きやすく、こ
のためシールド掘削機本体に中折れ機構を設け、シール
ド掘削機本体を途中で屈曲可能にすることにより、コピ
ーカッタによる余掘り量を最小限に留めるようにしてい
る。

【０００４】これに対し、矩形シールド工法は、円形シ
ールド工法に比し、トンネル断面の有利性が高いトンネ
ル工法であることが認められている。この矩形シールド
工法においては、矩形状のシールド掘削機本体の先端部
に円柱状のドラムカッタを有するカッタユニットからな
るカッタを配設した矩形シールド掘削機を用い、前記カ
ッタにて地盤を矩形状に掘削しつつ、矩形状のトンネル
を掘削していくようにしている。この矩形シールド掘削
機により、方向制御を行なう場合、シールドジャッキに
より、シールド掘削機本体の方向を制御しつつ掘削する
ようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のドラムカッ
タを用いた矩形シールド掘削機においては、円柱状のド
ラムカッタを横方向に配設して掘削を行うため、上下方
向の方向制御を行う場合には、シールドジャッキにより
シールド掘削機本体を上下方向に傾けてやれば、ドラム
カッタにて直接上下方向の地盤を掘削することが可能で
あるが、左右方向においてカーブ施工を行う場合、ドラ
ムカッタによって左右方向の地盤を直接掘削するのが困
難であるという問題があった。

【０００６】また、前記矩形シールド掘削機において、
円形シールド掘削機と同様に、余掘り用のカッタやシー
ルド掘削機本体の中折れ機構を設けてカーブ施工を行な
うようにすることも考えられるが、円形シールド掘削機
の場合と異なり、矩形シールド掘削機の場合には、カッ
タが円盤状ではなく、ドラム状になっており、それだけ
カッタがシールド掘削機本体前方に突出しているため、
急カーブ施工には十分に対応しきれないという問題があ
った。

【０００７】更に、シールド掘削機本体を中折れさせる
場合には、その中折れ形式によってはシールドジャッキ
が偏心した状態でセグメントに反力をもたせる状態とな
る場合があるため、セグメントの損傷や変形が生じやす
いという問題もあった。

【０００８】本発明は、前記従来の課題を解決するため
になされたもので、その目的は、矩形シールド掘削機に
おいて、セグメント損傷や変形を生じさせることなく、
急カーブ施工を容易に行うことができる矩形シールド掘
削機を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明にあっては、
カッタチャンバとの間を隔壁にて仕切った矩形状のシー
ルド掘削機本体と、左右一対のドラムカッタ間に上下一
対のリングカッタを配した単数又は複数のカッタユニッ
トにて構成され、前記シールド掘削機本体先端のカッタ
チャンバ内に配設されたカッタと、前記隔壁を貫通して
前記カッタと一体にされ、カッタ駆動源及びカッタ駆動
源より前記カッタユニットに動力を伝達する複数のギア
を収納するギアケースと、を備え、矩形状のトンネルを
掘削する矩形シールド掘削機において、前記カッタユニ
ットを構成するドラムカッタ側面外縁に、側方に突出可
能な余掘り用のオーバーカッタを設けると共に、前記ギ
アケースを前記隔壁に対して少なくとも左右方向に回転
可能に支持させ、かつ前記ギアケースのシールド掘削機
本体内側に前記カッタを少なくとも左右方向に移動させ
る移動手段を設けたことを特徴としている。

【００１０】第２の発明にあっては、前記ギアケース
は、前記隔壁貫通部分に形成した球面部を介して前記隔
壁に対して回転可能に支持され、かつ前記移動手段によ
り左右及び上下方向に回転可能にされていることを特徴
としている。

【００１１】

【００１２】

【作用】第１の発明にあっては、ギアケース内のカッタ
駆動源を作動させ、複数のギアを介してカッタユニット
を回転させ、このカッタユニットのドラムカッタ及びリ
ングカッタにより地山を矩形状に掘削して推進する。

【００１３】そして、左右方向のカーブ施工を行う場合
には、ギアケースのシールド掘削機本体内側に設けた移
動手段により、ギアケースを左右に移動させる。する
と、このギアケースと一体のカッタユニットが左右に移
動して左又は右側の地山を掘削することとなる。

【００１４】このように、カッタそのものが左右に首振
りを行なうことにより、カーブ施工の曲線に沿って、し
かも少ない余掘り量でカーブ施工を行なうことが可能と
なり、切羽の崩壊や地盤沈下等の発生を防止することが
可能となる。

【００１５】また、カッタユニットは、シールド掘削機
本体前端位置の隔壁を中心にして回転するため、比較的
小さな回転角で曲線施工ができ、その結果、中折れ機構
を用いることなく、急曲線のカーブ施工が可能となる。

【００１６】更に、カッタユニットの回転と、シールド
ジャッキによるシールド掘削機本体の推進とは別個に行
なわれるため、シールドジャッキがセグメントに対して
偏心することなく、常に垂直に当接することとなり、そ
の結果、シールドジャッキによってセグメントの損傷や
変形を防止することが可能となる。そしてさらに、カッ
タユニットによる左右方向の掘削に加えて、カッタユニ
ットを構成するドラムカッタ側面外周に設けたオーバー
カッタにより、左右方向の余掘りを行なうことによっ
て、より一層、急曲線のカーブ施工が容易となる。

【００１７】第２の発明にあっては、移動手段によっ
て、ギアケースの隔壁貫通部分に形成した球面部を中心
にカッタユニットを左右方向及び上下方向に回転させる
ことによって、左右方向のカーブ施工のみならず、上下
方向の方向調整も容易になしうることとなる。

【００１８】

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について、図面
を参照しつつ詳細に説明する。

【００２０】図１〜図５は、本発明の一実施例に係る矩
形シールド掘削機を示す図である。

【００２１】この矩形シールド掘削機は、図１及び図２
に示すように、シールド掘削機本体１０と、このシール
ド掘削機１０の先端部に配設されたカッタ１２とから構
成されている。

【００２２】シールド掘削機本体１０は、矩形状のトン
ネルを構成する矩形状のセグメント１４と略同形の矩形
状に形成され、このセグメント１４の先端側に位置され
ている。このシールド掘削機本体１０の後部では、テー
ルシール１６を介し、セグメント１４との間がシールさ
れるようになっている。

【００２３】また、シールド掘削機本体１０の先端部に
は、フード１８が張り出され、このフード１８によって
シールド掘削機本体１０の先端部にカッタチャンバ２０
が画成されるようになっている。

【００２４】更に、フード１８によって画成されたカッ
タチャンバ２０とその後方側のガーダ部２２とを隔壁２
４にて仕切り、この隔壁２４とカッタ１２との間のカッ
タチャンバ２０をシールド掘削機本体１０に設けた送泥
管２６より加圧した泥水で満たし、カッタ１２の前面地
山の安定を図るとともに、掘削した土砂を泥水中に取り
込み排泥管２８より排泥水として流体輸送するようにな
っている。

【００２５】また、シールド掘削機本体１０内には、複
数のシールドジャッキ３０が配設され、このシールドジ
ャッキ３０をセグメント１４の先端に当接させてシール
ド掘削機本体１０を推進させるようにしている。なお、
セグメント１４は、シールド掘削機本体１０内に配設し
たエレクタ３２をエレクタ旋回用油圧モータ３４により
作動させて組み立てられるようになっている。

【００２６】カッタ１２は、上下２段左右両側の４つの
カッタユニット４０より構成されている。

【００２７】各カッタユニット４０は、図２に示すよう
に、左右両側に配設された２つのドラムカッタ４２と、
このドラムカッタ４２間に配設された上下２つのリング
カッタ４４とから構成されている。

【００２８】ドラムカッタ４２は、シャフト４６を中心
に、またリングカッタ４４はシャフト４８を中心に回転
するようになっている。

【００２９】各カッタユニット４０のドラムカッタ４２
及びリングカッタ４４は、シールド掘削機本体１０内よ
り隔壁２４を貫通してカッタチャンバ２０側に突出する
各ギアケース３８に支持されて一体的にされている。

【００３０】各ギアケース３８内には、カッタ駆動源と
してのカッタ駆動用電動機３６及びこのカッタ駆動用電
動機３６より各カッタユニット４０のドラムカッタ４２
及びリングカッタ４４に動力を伝達する複数のギア（図
示せず）が収納され、カッタ駆動用電動機３６より図示
せぬギアを介して、ドラムカッタ４２及びリングカッタ
４４が回転するようになっている。

【００３１】また、これらギアケース３８は、シールド
掘削機本体１０の隔壁２４に対して左右方向に回転可能
に支持されるようになっている。具体的には、隔壁２４
には、上下一対のギアケース３８の貫通部間にわたる長
さの回転軸５０が、左右に一対回転可能に取付けられて
おり、これら各回転軸５０に上下一対のギアケース３８
が一体に取付けられ、この上下一対のギアケース３８が
各回転軸５０を介して左右方向に一体に回転可能にされ
ている。なお、各回転軸５０と隔壁２４との間には、止
水用パッキン５２が取付けられ、カッタチャンバ２０内
の加圧泥水がシールド掘削機本体１０内に浸入するのを
防止するようになっている。

【００３２】そして、前記各ギアケース３８のシールド
掘削機本体１０内側端部と、シールド掘削機本体１０内
側面との間に、図３に示すように、それぞれカッタユニ
ット４０の首振り用の油圧ジャッキ５４を取付け、この
油圧ジャッキ５４を伸縮作動させることにより、各カッ
タユニット４０を左右のカーブ施工方向に回転させるよ
うにしている。

【００３３】また、ドラムカッタ４２の側面外縁部に
は、図２に示すように、側方に進退可能なカーブ施工時
の左右余掘り用のオーバーカッタ５６が配設されるよう
になっている。

【００３４】具体的には、各ドラムカッタ４２は、外周
面内側に側面間にわたる複数の補強用のスポーク５８を
それぞれ備えており、このうちの１本のスポーク５８
に、油圧シリンダ６０および余掘り用のオーバーカッタ
５６を収納し、この油圧シリンダ６０によりドラムカッ
タ４２の側面外周縁よりオーバーカッタ５６を側方に進
退可能にしている。即ち、各カッタユニット４０のドラ
ムカッタ４２にそれぞれ１つのオーバーカッタ５６が設
けられ、カッタ１２全体で合計４つのオーバーカッタ５
６が設けられるようになっている。

【００３５】次に、本実施例における矩形シールド掘削
機を用いて掘削を行なう状態について説明する。

【００３６】まず、送泥管２６から泥水をカッタチャン
バ２０内に供給すると共に、４つのカッタ駆動用原動機
３６をそれぞれ作動させる。すると、ギアケース３８内
のギアを介して、ドラムカッタ４２のシャフト４６およ
びリングカッタ４４のシャフト４８が回転し、これによ
って上側および下側の各カッタユニット４０のドラムカ
ッタ４２およびリングカッタ４４が回転して、地盤を矩
形に掘削する。この場合、カッタチャンバ２０内への泥
水加圧により、カッタ１２による安定した掘削が行なえ
ることとなる。また、掘削により生じたズリは、泥水と
共に排泥管２８から排出される。

【００３７】この状態で、シールドジャッキ３０を伸張
させ、先端のセグメント１４に反力をもたせて、シール
ド掘削機本体１０を所定距離推進させる。この場合、複
数のシールドジャッキ３０の伸張度を調節して、シール
ド掘削機本体１０を直進させたり、あるいは上下方向に
方向変換して推進する。また、上下方向に方向変換して
推進する場合には、上側および下側のカッタユニット４
０を構成するドラムカッタ４２およびリングカッタ４４
が前方に向いているため、シールドジャッキ３０によ
り、シールド掘削機本体１０の向きを上下方向に変えて
やるだけで、進行方向前面の地盤を掘削して推進するこ
とが可能である。

【００３８】また、左右方向へのカーブ施工を行なう場
合には、図５に示すように、ギアケース３８に取付けた
各油圧ジャッキ５４を作動させて、カッタユニット４０
を回転軸５０を中心に左又は右のカーブ施工方向に回転
させ、カッタユニット４０によりカーブ施工方向前面の
地盤を掘削していけば容易にカーブ施工を行なうことが
できる。

【００３９】このように、カッタユニット４０を左右に
首振りさせることにより、複雑な機構の中折れ機構を用
いることなく、カーブ施工の曲線に沿って、しかも少な
い余掘り量でカーブ施工を行なうことが可能となり、切
羽の崩壊や地盤沈下等の発生を防止することが可能とな
る。

【００４０】また、カッタユニット４０は、シールド掘
削機本体１０前端位置の隔壁２４を中心にして回転する
ため、比較的小さな回転角で曲線施工ができ、急曲線の
カーブ施工が可能となる。

【００４１】更に、カッタユニット４０の回転にシール
ドジャッキ３０を用いていないため、シールドジャッキ
３０を常にセグメント１４に対して垂直に当接させるこ
とができ、その結果、セグメント１４の損傷や変形を防
止することが可能となる。

【００４２】そして更に、より急曲線のカーブ施工を行
なう場合には、カーブ施工を行なう左又は右側に位置す
るドラムカッタ４２の側面外縁部に配したオーバーカッ
タ５６を油圧シリンダ６０により側方に突出させ、左又
は右側の地盤の余掘りを行なえば、急曲線のカーブ施工
を容易に行なうことが可能であるそして、カッタ１２に
より所定距離矩形状に掘削した後、エレクタ旋回用油圧
モータ３４によりエレクタ３２を作動させて矩形状のセ
グメント１４を組立てていけば、容易に左右方向のカー
ブを有する矩形状のトンネルを構築することが可能であ
る。

【００４３】本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施
が可能である。

【００４４】例えば、前記実施例においては、泥水加圧
式のシールド工法について説明したが、この例に限ら
ず、土圧系シールド工法、推進工法、あるいは山岳トン
ネル工法にも適用し得るものである。

【００４５】また、前記実施例では、左右及び上下２段
の４つのカッタユニットを有するカッタ並びに上下２段
の２つのカッタユニットを有するカッタについて説明し
たが、この例に限らず、１つのカッタユニットでカッタ
を構成する場合のほか、前記以外の複数のカッタユニッ
トを種々に組合せてカッタを構成する場合にも適用し得
るものである。

【００４６】更に、カッタ首振り用の移動手段として、
油圧ジャッキを用いているが、この例に限らず、モータ
及びギアを用いてもよく、あるいは空気圧を用いるよう
にすることも可能である。

【００４７】そして更に、前記各実施例においては、カ
ッタを左右方向に首振りさせる場合について説明した
が、前述の例に限らず、例えば、ギアケースの隔壁貫通
部分に形成した球面部を介して、ギアケースを隔壁に対
して回転可能に支持させ、移動手段により、左右あるい
は左右及び上下に回転可能にすることにより、左右のカ
ーブ施工に加えて、上下方向の掘削をも行なえるように
することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明にあっ
ては、カッタそのものが左右に首振りを行なうことによ
り、カーブ施工の曲線に沿って、しかも少ない余掘り量
でカーブ施工を行なうことができ、切羽の崩壊や地盤沈
下等の発生を防止することができるという効果がある。

【００４９】また、カッタユニットは、シールド掘削機
本体前端位置の隔壁を中心にして回転するため、比較的
小さな回転角で曲線施工ができ、その結果、中折れ機構
を用いることなく、急曲線のカーブ施工ができるという
効果がある。さらに、カッタユニットによる左右方向の
掘削に加えて、カッタユニットを構成するドラムカッタ
側面外周に設けたオーバーカッタにより、左右方向の余
掘りを行なうことによって、より一層、急曲線のカーブ
施工が容易となるという効果がある。

【００５０】更に、カッタユニットの回転と、シールド
ジャッキによるシールド掘削機本体の推進とは別個に行
なわれるため、シールドジャッキがセグメントに対して
偏心することなく、常に垂直に当接することとなり、そ
の結果、シールドジャッキによってセグメントの損傷や
変形を防止することができるという効果がある。

【００５１】第２の発明にあっては、移動手段によっ
て、ギアケースの隔壁貫通部分に形成した球面部を中心
にカッタユニットを左右方向及び上下方向に回転させる
ことによって、左右方向のカーブ施工のみならず、上下
方向の方向調整も容易に行なうことができるという効果
がある。

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る矩形シールド掘削機の
断面図である。

【図２】図１の矩形シールド掘削機を右側のカッタユニ
ットを省略してカッタユニット側から見た断面図であ
る。

【図３】ギアケース部分をシールド掘削機本体内から見
た断面図である。

【図４】本実施例における直線施工時の状態を示す横断
面図である。

【図５】本実施例におけるカーブ施工時の状態を示す横
断面図である。

【符号の説明】

１０ シールド掘削機本体 １２、６２ カッタ ２０ カッタチャンバ ２４ 隔壁 ３６ カッタ駆動用電動機 ３８、６４ ギアケース ４０ カッタユニット ４２ ドラムカッタ ４４ リングカッタ ５４ 油圧ジャッキ ５６ オーバーカッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 徹 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 中川 雅弘 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 舘川 裕次 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 請川 誠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 土居 好明 千葉県市原市八幡海岸通１番地 三井造 船株式会社 千葉事業所内 (56)参考文献 特開 平２−66295（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131494（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタチャンバとの間を隔壁にて仕切っ
   た矩形状のシールド掘削機本体と、 左右一対のドラムカッタ間に上下一対のリングカッタを
   配した単数又は複数のカッタユニットにて構成され、前
   記シールド掘削機本体先端のカッタチャンバ内に配設さ
   れたカッタと、 前記隔壁を貫通して前記カッタと一体にされ、カッタ駆
   動源及びカッタ駆動源より前記カッタユニットに動力を
   伝達する複数のギアを収納するギアケースと、 を備え、矩形状のトンネルを掘削する矩形シールド掘削
   機において、前記カッタユニットを構成するドラムカッタ側面外縁
   に、側方に突出可能な余掘り用のオーバーカッタを設け
   ると共に、 前記ギアケースを前記隔壁に対して少なくとも左右方向
   に回転可能に支持させ、かつ前記ギアケースのシールド
   掘削機本体内側に前記カッタを少なくとも左右方向に移
   動させる移動手段を設けことを特徴とする矩形シールド
   掘削機のカッタ首振り装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記ギアケースは、前記隔壁貫通部分に形成した球面部
   を介して前記隔壁に対して回転可能に支持され、かつ前
   記移動手段により左右及び上下方向に回転可能にされて
   いることを特徴とする矩形シールド掘削機のカッタ首振
   り装置。