JP2862836B2 - 二段式シールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二段式シールド掘進
機（以下、単に掘進機という）に関する。さらに詳しく
は、大径のシールド本体内に同軸状に小径のシールド本
体が入れ子式に伸縮しうるように配設されることによ
り、トンネル等の途中からトンネル径を縮小して掘進す
ることができる掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
トンネルや共同溝等の工事はシールド工法によることが
多くなっているが、たとえば都市トンネルの場合その用
途の多様化により、トンネルの口径を途中から変えねば
ならない場合がある。一例では、地下鉄の新線建設工事
等において、大径のトンネルを必要とする駅舎部と、小
径のトンネルでよい線路部とを連続して掘削する場合が
ある。このような場合、掘進途中でトンネルの掘進径を
変更（専ら縮径）しうるいわば二段式の掘進機（親子掘
進機ともいわれている）が用いられる。

【０００３】この掘進機は、大径の外シールド本体（以
下、適宜親シールドともいう）内に小径の内シールド本
体（以下、適宜子シールドともいう）を同軸状且つ入れ
子式に収容したものであり、大径トンネルから小径トン
ネルへ移行するときに親シールドの掘進を停止し、子シ
ールドを親シールドの先端から発進させて小径トンネル
を掘進していくものである。

【０００４】かかる二段式の掘進機としては、下記の各
文献によって開示されたものが知られている。つまり、
特開平１−９４１９３号公報、特開平３−６６８９７号
公報、特開平３−１６１６９４号公報、特開平３−１９
７７９１号公報、特開平３−２５０１９６号公報、特開
平３−１１５６９７号公報、特開平５−１００８６号公
報、実公昭６０−３８７９４号公報、実開平３−３２６
８９号公報、実開平３−３２６９０号公報、実開平３−
３２６９２号公報、特公平２−４４９９６号公報等であ
る。

【０００５】これらの掘進機には、親シールドおよび子
シールドそれぞれに、掘削土砂を後方へ排出するための
送排泥管やコンベヤが装備されたものがある。しかし、
親シールドにも送排泥管やコンベヤを装備しようとする
と、それ相応のスペースが必要となり、親シールドと子
シールドとの直径差を大きくしなければならない。

【０００６】また、親シールドには親シールドカッター
ディスク（カッターリング）を回転駆動するための独自
の駆動機を備え、子シールドには子シールドカッターデ
ィスクを回転駆動するための独自の駆動機を備えたもの
がある。かかる掘進機にあっても、親シールド内に相応
のスペースを必要とするため、親シールドと子シールド
との直径差が大きくなる。

【０００７】一方、送電線や下水道等のためのトンネル
掘削において口径を徐々に変化させる場合にはシールド
の直径差の大きいものは採用しがたい。

【０００８】そこで、送排泥管やコンベヤを後方から子
シールドのカッターチャンバにのみ延設するとともに、
子シールドにのみカッターディスクの回転駆動機を装備
し且つ親子の両カッターディスクを連結・分離可能とし
て子シールドの回転駆動機によって両カッターディスク
を回転駆動可能とした掘進機が提案されている。

【０００９】かかる掘進機としては図６〜図８に示すよ
うなものがある。

【００１０】図６の掘進機５１は、図示のごとく子シー
ルド５２のカッターチャンバ５２ａと親シールド５３の
カッターチャンバ５３ａとが隔絶された構造になってい
る（図６（ｂ））。すなわち、子シールド５２のカッタ
ーディスク５２ｂの外周には外周リング５４が覆設さ
れ、子シールドのカッターチャンバ５２ａはその外周が
コーンプレート５５によって親シールドのカッターチャ
ンバ５３ａと仕切られている。その結果、両シールド５
２、５３が一体で掘進しているときには、親シールド５
３のカッターディスク（カッターリング）５３ｂによっ
て掘削された土砂が土砂排出設備のある子シールドのカ
ッターチャンバ５２ａには入らず、すぐに親シールドの
カッターチャンバ５３ａ内に詰まってしまい、カッター
リング５３ｂの掘削効率が著しく低下するので掘進機全
体の効率も低下する。

【００１１】また、かかる問題を解消する目的で図７お
よび図８に示す掘進機６１、７１が提案されている。

【００１２】図７の掘進機６１は、その子シールド６２
のカッターチャンバ６２ａと親シールド６３のカッター
チャンバ６３ａとを連通させるために、子シールド６２
のカッターチャンバ６２ａ外周からコーンプレートが取
り除かれている。そうすることにより、親シールドのカ
ッターリング６３ｂによって掘削された土砂はスムーズ
に子シールドのカッターチャンバ６２ａに流れ込み（図
中、矢印Ａ）、図示しない排泥管やコンベヤによって排
出される。言い換えれば、本掘進機６１は親子のシール
ド共通の一個のカッターチャンバを備えていることにな
る。

【００１３】しかしながら本掘進機６１では、図７
（ａ）に示すように子シールドのカッターチャンバ６２
ａの周囲が開放されているため、子シールド６２を親シ
ールド６３から分離させて単独で掘進させるときに周囲
の地盤（主に上部の地盤）がカッターチャンバ６２ａ内
へ崩れ込む（図中、矢印Ｂ）おそれがある。そうなると
掘進機６１の掘削効率が低下するだけでなく、地盤の崩
落によって地上構造物への悪影響を及ぼすおそれもあ
る。

【００１４】図８の掘進機７１は、その親シールド７３
のカッターリング７３ｂと子シールド７２のカッターチ
ャンバ７２ａとを連通させるために、子シールド７２の
カッターディスク７２ｂの外周から外周リングが取り除
かれている。そうすることにより、親シールドのカッタ
ーリング７３ｂによって掘削された土砂はスムーズに子
シールドのカッターチャンバ７２ａに流れ込み（図中、
矢印Ａ）、図示しない排泥管やコンベヤによって排出さ
れる。

【００１５】しかしながら本掘進機７１では、図８
（ａ）に示すように子シールドのカッターディスク７２
ｂの周囲が開放されているため、子シールド７２を親シ
ールド７３から分離させて単独で掘進させるとき、周囲
の地盤（主に上部の地盤）が子シールド７２のカッター
ディスク７２ｂを通してカッターチャンバ７２ａ内へ崩
れ込む（図中、矢印Ｂ）おそれがある。

【００１６】このように、前記掘進機６１、７１では、
親子一体で掘進するときの問題は解消されても、子シー
ルド単独で掘進するときに上述の新たな問題が生じる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するためになされたものであり、その内シールドにお
いて、カッターディスクの外周リングをカッターチャン
バのコーンプレートより実質的に小径に形成することに
より、外周リングより外方にカッターリング側からカッ
ターチャンバへのシールドの軸方向の間隙を確保した。
したがって、内シールドの外周リングおよびコーンプレ
ートを取り外すことなくカッターリング後方と内カッタ
ーチャンバとが連通し得たので、シールドの周囲の地盤
の崩壊を招くことなくカッターリングによる掘削土砂を
内カッターチャンバ内へ送り込むことが可能となった。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の掘進機は、カッターリン
グを有する外シールド本体と、カッターディスクを有し
且つ前記外シールド本体内に同軸状且つ入れ子式に収容
された内シールド本体とからなる二段式シールド掘進機
であって、前記内シールド本体がそのカッターディスク
の後方に掘削土砂を取り入れるカッターチャンバを有し
ており、内シールドのカッターディスクの外周リング
が、カッターチャンバの外周を覆う内シールドコーンプ
レートより実質的に小径に形成されていることを特徴と
している。

【００１９】かかる構成の掘進機においては、前記カッ
ターディスクの外周リングと内シールドコーンプレート
とのあいだに前後方向に連通する間隙が形成されること
となる。その結果、外シールド本体と内シールド本体と
が一体にされているときでも、掘進機の前方からカッタ
ーリングを通し、前記間隙を通してカッターチャンバに
いたる掘削土砂の通路が形成されることになる。したが
って、カッターリングによって掘削された土砂はカッタ
ーチャンバに取り込まれ、カッターディスクによって掘
削された土砂とともに容易に後方へ排出することができ
る。また、内シールドが単独で掘進するときも、カッタ
ーディスクの周縁近傍が外周リングに覆われ、カッター
チャンバの周縁が内シールドコーンプレートに覆われて
いるため、内シールドの周囲の土砂がカッターディスク
およびカッターチャンバの内部に崩落してくることがな
い。ここで、実質的に小径とは、外周リングが円筒状を
呈している場合に、その直径が内シールドコーンプレー
トの直径より小さいことを意味するのみならず、外周リ
ングが後述のごとくテーパ状にされている場合や多角形
状にされている場合のように、外周リングの外方に内シ
ールドコーンプレート部とのあいだで段差ができる結
果、カッターチャンバとカッターリングとが連通する間
隙が生じるような外周リングの形状をも意味する。

【００２０】また、前記カッターディスクの外周リング
を、内シールド本体の後方に向けて実質的に縮径される
ようにテーパー状に形成するのが、前記間隙が確保され
るとともに、内シールドの単独で掘進するときにカッタ
ーディスクおよびカッターチャンバの周縁が閉止されう
る点で好ましい。

【００２１】さらに、前記カッターディスクの外周リン
グを、内シールド本体の軸方向に見て実質的に多角形状
となるように形成するのが、叙上の形状の外周リングを
有する場合と同様の前記作用効果を奏するうえ、補強材
として製作上のコストが前述のリング状のものより低廉
となる。

【００２２】叙上のシールド掘進機において、前記外シ
ールド本体の切羽面を、その位置が前記内シールドコー
ンプレートの前端と同一位置かまたはそれより前方とな
るように構成するのが、カッターリングによる掘削土砂
がカッターリングの後方に堆積して圧密することが防止
される点で好ましい。

【００２３】

【実施例】つぎに、添付図面に示された実施例を参照し
つつ本発明の掘進機を説明する。

【００２４】図１は本発明の掘進機の一実施例を示す正
面図、図２は図１の掘進機のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３
（ａ）は図１の掘進機の子シールドの単独掘進時の機能
を説明する部分断面図であり、図３（ｂ）は親子一体掘
進時の機能を説明する部分断面図、図４（ａ）は本発明
の掘進機の他の実施例を示す正面図であり、図４（ｂ）
は図４（ａ）の掘進機のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５
（ａ）は本発明の掘進機のさらに他の実施例を示す正面
図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の掘進機のＶ−Ｖ線
断面図である。

【００２５】図１および図２において、１は掘進機であ
り、外シールド本体（以下、適宜親シールドという）２
と、親シールド２内に同軸状且つ入れ子式に収容された
内シールド本体（以下、適宜子シールドという）３とか
ら構成されている。親シールド２と子シールド３とは図
示しない連結装置によって着脱自在に連結されており、
子シールド３のみを掘進させるときにはかかる連結装置
を外して両シールド２、３を分離し、親シールド２を放
置して子シールド３を前進させる。

【００２６】親シールド２の前端には円環状のカッター
リング４が配設されており、子シールド３の前端には円
形状のカッターディスク５が配設されている。カッター
リング４およびカッターディスク５には、それぞれ複数
個のカッタービット６が固設されたカッタービーム７、
８が放射状に配設されている。隣接カッタービーム間は
開放スペース９であり、このスペース９を通して掘削土
砂がカッターディスク５後方のカッターチャンバ１０に
流入する。

【００２７】そして、カッターディスク５の内部には、
ディスク連結器１１が内蔵されている。このディスク連
結器１１はカッターリング４とカッターディスク５とを
連結、且つ分離するためのものである。本実施例ではデ
ィスク連結器１１は図１に示すように円周上に３個設け
られている。ディスク連結器１１は、カッターディスク
５のカッタービーム７内に装備された駆動シリンダ１１
ａによってピン１１ｂをカッターリング４に装備された
ボス１１ｃに係合することにより、カッターリング４と
カッターディスク５とを連結するものである。

【００２８】図２における１２はカッターリング４を親
シールド２に固定するための固定装置であり、円周上に
ほぼ等間隔に６個設けられている。この固定装置１２
は、カッターリング４の係止爪１２ａと親シールド２の
係止爪１２ｂとを係止したうえで、親シールド２に固設
されたジャッキ１２ｃによってカッターリング４の係止
爪１２ａを押圧することにより両爪１２ａ、１２ｂをそ
の係止状態に拘束し、カッターリング４を親シールド２
に固定するものである。

【００２９】なお、前記ディスク連結器１１は３個に限
定されることはなく、また、固定装置１２は６個に限定
されることはなく、掘進機のサイズ等に応じて増減すれ
ばよい。

【００３０】１３はカッターリング４とカッターディス
ク５とを回転駆動するための駆動モータであり、減速機
１４、ピニオン１５およびシールドと同軸状のギア１６
を介してカッターディスク５を回転せしめる。カッター
リング４がカッターディスク５と連結されているときに
はカッターリング４もカッターディスク５と一体に回転
する。

【００３１】１７は子シールド３内の円周上にほぼ等間
隔に複数個配設された推進ジャッキである。推進ジャッ
キ１７は組み立て済のセグメントの前端を押して子シー
ルド２を前進せしめる。なお、セグメントは図示しない
エレクタによって円筒状に組み立てる。

【００３２】また、本実施例では、カッターチャンバ１
０内の掘削土砂を排出する装備としてスクリューコンベ
ア１８を用いた土圧式が採用されている。もちろん、本
発明では、土圧式以外にベルトコンベアを用いたオープ
ンメカニカル式または送泥管と排泥管とを用いた泥水式
等の方式を採用することができる。

【００３３】１９はバルクヘッドであり、子シールド３
の本体内部３ａとカッターチャンバ１０とを隔絶する閉
止部材であり、本体内部３ａへの土砂や泥水の流入を防
止している。

【００３４】２０はカッターディスクの外周リングであ
り、カッターディスク５のほぼ外周を覆う短円筒状の部
材である。この外周リング２０を配設することにより、
カッターディスク５内への周囲からの土砂の流入を防い
でいる。２１は子シールド３のカッターチャンバ１０外
周を覆うコーンプレート部であり、本実施例では子シー
ルド３のスキンプレート２２を前方へ延長することによ
ってコーンプレート部２１を構成せしめている。このコ
ーンプレート部２１によって、カッターチャンバ１０内
へその周囲から土砂が流入することを防いでいる。

【００３５】図２に示すように、親シールド２の内周面
の円周方向全周にわたって、親シールド２と子シールド
３とのあいだの狭い間隙Ｔをシールするためのエントラ
ンスパッキン２３が設けられている。

【００３６】また、親シールド２の前端面（親シールド
の切羽面ともいう）２４、つまりカッターリング４の後
端に相当する部分は閉止されており、カッターリング４
による掘削土砂が親シールド２の本体内部２ａへ流入す
ることを防止している。

【００３７】そして、子シールド３の前記外周リング２
０は前記コーンプレート部２１より小さい直径を有して
いる。したがって、掘進機１をその前方から見ると、外
周リング２０とコーンプレート部２１とのあいだに間隙
Ｓ１が形成される。かかる構成により、カッターリング
４によって掘削された土砂はカッターリング内に留まる
ことなく、図３（ｂ）に示すように前記間隙Ｓ１を通っ
て（矢印Ｃ）カッターチャンバ１０内へスムーズに流入
し、スクリューコンベア１８によって排出される。

【００３８】図１において２５で示すのは、子シールド
３が単独で掘進する場合に余掘りを行うためのコピーカ
ッター装置である。

【００３９】つぎに、図３（ａ）に示すように、前記子
シールド３が親シールド２と分離されて単独で掘進する
ときには、前記外周リング２０およびコーンプレート部
２１により、子シールド３の周囲の地盤が子シールド３
のカッターディスク５およびカッターチャンバ１０内へ
崩れ込んで来ることが防止される。

【００４０】図４に示す掘進機３１は、その子シールド
３の外周リング３２が部分円錐状を呈している。すなわ
ち、外周リング３２はシールド後方に向けて縮径される
ようにその断面がテーパにされている。したがって、図
４（ｂ）に示すように、カッターリング４からカッター
チャンバ１０までの間隙Ｓ２が形成され、土砂はカッタ
ーリング内に留まることなく、間隙Ｓ２を通って（矢印
Ｃ）カッターチャンバ１０内へスムーズに流入し、スク
リューコンベア１８によって排出される。

【００４１】図５に示す掘進機４１はその子シールド３
の外周リング４２が円筒状や円錐状ではなく平板を組み
合わせたものであり、図５（ａ）に示すように、掘進機
４１を前方から見たときに六角形状となるように配設さ
れている。したがって、図５（ａ）に示すように、外周
リング４２とコーンプレート部２１とのあいだに間隙Ｓ
３が形成される。そして、掘削時に土砂はカッターリン
グ内に留まることなく、図５（ｂ）に示すように前記間
隙Ｓ３を通って（矢印Ｃ）カッターチャンバ１０内へス
ムーズに流入し、スクリューコンベア１８によって排出
される。また、このように外周リング４２を六角形状に
配設することにより、補強材として前記リング状の外周
リング２０、３２より製作上のコストが低廉となるとい
う効果がある。なお、本発明では六角形状に限定される
ことはなく、前記間隙が形成されうる多角形状であれば
よい。

【００４２】なお、図示してはいないが、多角形を形成
する前記平板を後方に向けて、シールド中心軸側に傾斜
させた外周リングを用いてもよい。

【００４３】前記いずれの子シールド３においても、そ
の単独掘進時にはコーンプレート部と外周リングとによ
って周囲の地盤がカッターチャンバ内に崩落してくるこ
とが防止される。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、外シールド本体と内シ
ールド本体とが一体にされているときは、カッターリン
グによって掘削された土砂はカッターチャンバに取り込
まれ、カッターディスクによって掘削された土砂ととも
に容易に後方へ排出することができる。また、内シール
ドが単独で掘進するときは、内シールドの周囲の土砂が
カッターディスクおよびカッターチャンバの内部に崩落
してくることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機の一実施例を示す正面図であ
る。

【図２】図１の掘進機のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】（ａ）は図１の掘進機の子シールドの単独掘進
時の機能を説明する部分断面図であり、（ｂ）は親子一
体掘進時の機能を説明する部分断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の掘進機の他の実施例を示す正
面図であり、（ｂ）は（ａ）の掘進機のＩＶ−ＩＶ線断
面図である。

【図５】（ａ）は本発明の掘進機のさらに他の実施例を
示す正面図であり、（ｂ）は（ａ）の掘進機のＶ−Ｖ線
断面図である。

【図６】従来の二段式掘進機の一例を示し、（ａ）は子
シールドの単独掘進時の機能を説明する部分断面図であ
り、（ｂ）は親子一体掘進時の機能を説明する部分断面
図である。

【図７】従来の二段式掘進機の他の例を示し、（ａ）は
子シールドの単独掘進時の機能を説明する部分断面図で
あり、（ｂ）は親子一体掘進時の機能を説明する部分断
面図である。

【図８】従来の二段式掘進機のさらに他の例を示し、
（ａ）は子シールドの単独掘進時の機能を説明する部分
断面図であり、（ｂ）は親子一体掘進時の機能を説明す
る部分断面図である。

【符号の説明】

１・・・掘進機 ２・・・親シールド ３・・・子シールド ４・・・カッターリング ５・・・カッターディスク ９・・・スペース １０・・・カッターチャンバ １１・・・ディスク連結器 １８・・・スクリューコンベア ２０・・・外周リング ２１・・・コーンプレート部 ２２・・・スキンプレート ２４・・・切羽面 ２５・・・コピーカッター装置 ３１・・・掘進機 ３２・・・外周リング ４１・・・掘進機 ４２・・・外周リング Ｓ１・・・間隙 Ｓ２・・・間隙 Ｓ３・・・間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−132597（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−189287（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−10597（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターリングを有する外シールド本体
   と、カッターディスクを有し且つ前記外シールド本体内
   に同軸状且つ入れ子式に収容された内シールド本体とか
   らなる二段式シールド掘進機であって、 前記内シールド本体がそのカッターディスクの後方に掘
   削土砂を取り入れるカッターチャンバを有しており、内
   シールドのカッターディスクの外周リングが、カッター
   チャンバの外周を覆う内シールドコーンプレートより実
   質的に小径に形成されていることを特徴とする二段式シ
   ールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記カッターディスクの外周リングが、
   内シールド本体の後方に向けて実質的に縮径されるよう
   にテーパー状に形成されてなる請求項１記載の二段式シ
   ールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記カッターディスクの外周リングが、
   内シールド本体の軸方向に見て実質的に多角形状となる
   ように形成されてなる請求項１または２記載の二段式シ
   ールド掘進機。
4. 【請求項４】 前記外シールド本体の切羽面が、前記内
   シールドコーンプレートの前端と同一位置かまたはそれ
   より前方に位置するように構成されてなる請求項１〜３
   のうちのいずれか一の項に記載の二段式シールド掘進
   機。