JP3145901B2 - 断面可変シールド掘削機 - Google Patents
断面可変シールド掘削機Info
- Publication number
- JP3145901B2 JP3145901B2 JP20645895A JP20645895A JP3145901B2 JP 3145901 B2 JP3145901 B2 JP 3145901B2 JP 20645895 A JP20645895 A JP 20645895A JP 20645895 A JP20645895 A JP 20645895A JP 3145901 B2 JP3145901 B2 JP 3145901B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diameter
- outer shell
- section
- plate
- tunnel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
削機に係り、特に掘削断面直径を漸増あるいは漸減させ
ながら地中を掘進し、断面積の異なるトンネルを連続し
て構築できるようにした断面可変シールド掘削機に関す
る。
点から、下水排水のため、また電力供給線、通信線等を
敷設するために地下トンネルが広く掘削されている。こ
のうち下水道では、経済性、排水効率の面から排水計画
等に基づいて、下水幹線の管きょ径を変化させることが
好ましい。このため敷設される管きょの方向、勾配、管
径を変化させる場合には図33に示したように所定箇所
に中間立坑500を構築し、この中間立坑位置で管きょ
501、502、…の方向や管径等を変化させている。
ところで、このような下水幹線では管きょの断面形状が
円形であることからシールド掘削機等の掘削機により連
続的なトンネル掘削が行われるのが一般的である。しか
し、通常のシールド掘削機はあらかじめ掘削径が決まっ
ているため、トンネル径を途中で変更したいような場合
には、中間立坑の位置でシールド掘削機を交換したり、
部分的な範囲での拡幅掘削が可能なオーバーカッターを
装備したシールド掘削機を使用したりしている。
たシールド掘削機510の一例を示した部分断面図であ
る(特開平4−31595公報参照)。同図には既に中
間立坑500に到達し、シールド掘削機510の進行方
向の土留壁520の一部が撤去された状態が示されてい
る。このときシールド掘削機510のカッターフェース
511の外周縁の一部からはオーバーカッター512が
外方に伸長しており、その背後には拡幅トンネルの掘削
径に合う外形寸法の刃口部513及び推進ジャッキ51
4から構成された拡幅用掘削機515がシールド掘削機
510の外周に沿って装着されている。この状態からシ
ールド掘削機510のカッターフェース511を回転さ
せ、通常のトンネル断面の外周位置の地山を所定幅に拡
幅掘削する。これにより中間立坑500を挟んで通常の
掘削径のトンネルから同心円状の拡幅トンネルを掘削す
ることが可能である。
線等の収容物の占有断面が敷設延長に応じて連続的に変
化するので、経済設計のために一定の区間ごとに標準ト
ンネル断面を細かく設定したい。このような場合、採用
されるトンネル構造形式としては開削トンネルによるボ
ックスカルバートが一般的である。
バーカッターを備えたシールド掘削機では、拡幅用掘削
機をシールド掘削機の外周に装着するために、中間立坑
を構築しなければならない。ところが都市部では中間立
坑を構築するための建設用地の確保が困難である上、立
坑の掘削と構築には多額の費用がかかり、全体として工
事コストの大幅なアップにつながるという問題がある。
のような拡幅径を確保するための拡幅用掘削機を別途製
造して中間立坑内に搬入しなければならない。このよう
に前述のシールド掘削機では掘削設備を重複配置する必
要があり、設備コストのアップにつながるという問題が
ある。
って複数の設計断面を設定することが可能であるが、開
削工事となるため、線形計画における制約が多い上、路
面覆工上の道路の通行が制限されるとともに、工費が膨
大になるという問題もある。そこで、本発明の目的は上
述した従来の技術が有する問題点を解消し、シールド掘
削機の掘進に伴い、連続的に掘削断面を漸増あるいは漸
減することのできる断面可変シールド掘削機を提供する
ことにある。
に、請求項1に記載の発明は、カッターヘッドの外周面
から所定拡径量だけ突出可能なオーバーカッターで掘削
機周辺地山を拡幅するとともに、該掘削機内部のバルク
ヘッドに前端が固着された内筒に支持された複数の断面
可変手段を作動させて、胴殻部を構成する複数の外殻プ
レートの一部を前記掘削機の内方から押し広げ、該押し
広げ動作により生じた前記外殻プレート間の隙間と、前
記バルクヘッドの周縁部に生じた隙間とを閉塞しながら
してトンネルの拡径を行う一方、前記複数の断面可変手
段を作動させて、前記押し広げ動作により生じた前記外
殻プレート間の隙間を狭めるようにしてトンネル縮径を
行い、連続的に変化するトンネル径からなるトンネルの
掘進を行うことを特徴とするものである。すなわち、具
体的には、複数の断面可変手段を作動させて、胴殻部を
構成する複数の外殻プレートの一部を前記掘削機の内方
から押し広げるには、あらかじめ複数に分割された外殻
プレートの一部に、ジャッキ等の断面可変手段を複数装
備し、掘削機内部に設置された内筒に支持させた状態で
作動させ、前記外殻プレートが押し広げられた際に生じ
た隙間を、前記外殻プレートに一体的に形成された拡径
プレートや、前記外殻プレートの内面位置に接するよう
に設けられた裏当てプレートにより閉塞するとともに、
前記バルクヘッドの周縁に生じた隙間を、前記外殻プレ
ートあるいは裏当てプレートの内周面に形成された拡径
フランジと前記バルクヘッドとで閉塞しながら、トンネ
ル拡径を行う一方、所定の掘削段階で前記拡径されたト
ンネルを所定のトンネル径まで縮径できるようにしたも
のである。
だけ突出可能なオーバーカッタが設けられたカッターヘ
ッドと、トンネル縦断方向に沿って分割された複数の外
殻プレートからなり、該外殻プレートの長手方向の縁端
の一方に外胴の一部となる拡径プレートが形成され、該
外殻プレートの他の縁端に前記拡径プレートを収容可能
なスリットが形成され、前端近傍の内周面に拡径フラン
ジが形成された胴殻部と、周縁部が前記拡径フランジと
水密性を保持して摺接可能に前記胴殻部内に設けられ、
前記胴殻前面を水密性を保持して閉塞するバルクヘッド
と、該バルクヘッドに前端が固着され、前記胴殻部とほ
ぼ同心円状をなして前記胴殻部内に延設され、後方位置
に前記胴殻部に対する同心位置を保持するグリッパを有
する内筒と、一端が前記外殻プレートの一部に連結さ
れ、他端が前記内筒に支持された第1の断面可変手段
と、少なくとも前記内筒に一端が支持され、他端で前記
外殻プレートを内方から押圧可能な第2の断面可変手段
とを備え、前記拡径プレートが前記スリット内に収容さ
れた縮径状態から、前記オーバーカッターで地山を拡幅
するとともに、前記第1の断面可変手段と第2の断面可
変手段とを作動させて、前記外殻プレートを外方に押し
広げ、前記外殻プレートと前記スリット内から露出した
前記拡径プレートとにより拡径された掘削機の外胴を構
成するとともに、前記バルクヘッドと該バルクヘッドの
周縁部に摺接している前記拡径フランジとにより前記外
胴の前面を閉塞するようにしてトンネル拡径を行う一
方、所定の掘進段階で前記第1の断面可変手段と第2の
断面可変手段とを作動させて前記拡径されたトンネル径
を、所定のトンネル径まで縮径できるようにしたことを
特徴とするものである。
だけ突出可能なオーバーカッタが設けられたカッターヘ
ッドと、トンネル縦断方向に沿って分割された複数の外
殻プレートと、隣接した外殻プレートの隣接する縁端位
置の内周面に接して配置された裏当てプレートからな
り、該裏当てプレートの前端の内周面に拡径フランジが
形成された胴殻部と、周縁部が前記拡径フランジと水密
性を保持して摺接可能に前記胴殻部内に設けられ、前記
胴殻部の前面を水密性を保持して閉塞するバルクヘッド
と、該バルクヘッドに前端が固着され、前記胴殻部とほ
ぼ同心円状をなして前記胴殻部内に延設された内筒と、
一端が前記内筒に支持され、他端が前記裏当てプレート
を押圧可能な断面可変手段と、一端が前記内筒に支持さ
れ、他端が前記外殻プレートを押圧可能な断面可変手段
とからなる第1の断面可変手段と、前記内筒の後端に連
結可能な支持体に一端が支持され、他端で前記外殻プレ
ートを内方から押圧可能な第2の断面可変手段とを備
え、前記裏当てプレートが前記外殻プレートの隣接する
縁端位置の内周面に接した縮径状態から、前記オーバー
カッターで地山を拡幅するとともに、前記第1の断面可
変手段と第2の断面可変手段とを作動させて、前記裏当
てプレートと前記外殻プレートとを密着させて外方に押
し広げ、前記外殻プレートと隣接した外殻プレート間に
露出した前記裏当てプレートとにより拡径された掘削機
の外胴を構成するとともに、前記バルクヘッドと該バル
クヘッドの周縁部に摺接している前記拡径フランジとに
より、前記外胴の前面を閉塞するようにしてトンネル拡
径を行う一方、所定の掘進段階で前記第1の断面可変手
段と第2の断面可変手段とを作動させて前記拡径された
トンネル径を、所定のトンネル径まで縮径できるように
したことを特徴とするものである。
は、請求項2の発明において、前記第1の断面可変手段
は、少なくとも前記胴殻部の内周面に形成されたフラン
ジに配設支持された周方向ジャッキと、前記内筒に支持
され、前記外殻プレートを押し広げる半径方向ジャッキ
とからなることが好ましい。
可変手段は、前記内筒の外周面に沿ってトンネル軸線方
向に摺動可能な台座上に配設支持された半径方向ジャッ
キであることが好ましい。
可変手段は、一端が前記内筒に支持され、他端が前記裏
当てプレートに連結された半径方向ジャッキと、一端が
前記内筒に支持され、他端が前記外殻プレートに連結さ
れた半径方向ジャッキとからなることが好ましい。
可変手段は、前記内筒の後端に連結可能なパイプレール
に沿ってトンネル軸線方向に走行可能なリング状台車上
に配設支持された半径方向ジャッキであることが好まし
い。
前記分割された各外殻プレートの後部開放端にテールシ
ールが設けられ、前記拡径プレートの所定位置に、拡径
時に前記テールシールと重なる他のテールシールが設け
られることが好ましい。
前記分割された外殻プレートと裏当てプレートの後部開
放端に、それぞれテールシールが設けられるようにする
ことが好ましい。
り部で摺動して伸縮可能な入子構造の二重筒状構造から
なることが好ましい。
おいて、前記胴殻部及び前記内筒は、所定中間位置に設
けられた中折れ機構により前胴部と後胴部とに分離さ
れ、該分離位置で所定角度に屈曲して掘進可能であるこ
とが好ましい。
分離された分離位置に泥水チャンバーが設けられるよう
にすることが好ましい。
シールド掘削機(以下、単にシールド掘削機と記す。)
の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。図1
は、本発明のシールド掘削機の内部構造を示すため、各
部の断面を模式的に示した斜視図である。本発明のシー
ルド掘削機は、図1に示したように、概略、オーバーカ
ッターを有するカッターヘッド、カッターヘッドを支持
するバルクヘッド、拡径時に胴殻の一部となる拡径プレ
ートを有する胴殻、胴殻の内周位置に設置され後端にグ
リッパを有する内筒、内筒に支持され胴殻の縮径、拡径
を実現する第1の断面可変手段としての複数の拡径ジャ
ッキ、胴殻の後端を拡径する第2の断面可変手段として
の複数のテール拡径ジャッキとから構成されている。
ーカッターによる先行掘進を行うとともに、引き続いて
第1の断面可変手段により胴殻の均等な拡径が可能にな
るとともに、このときの前記第1の断面可変手段を支持
する前記内筒が均等に反力を負担することができるとと
もに、内筒を所定位置に保持することにより前記第1の
断面可変手段のスムースな拡径、縮径動作が可能にな
り、さらに第2の断面可変手段により前記胴殻の後部開
放端の均等な拡径、縮径を実現でき、さらに該第2の断
面可変手段を前記内筒に沿ってスライドさせることによ
りセグメント組み立ての効率化を図ることができる。
うに、面板11を略十字形状に仕切るように4本のスポ
ーク12が設けられている。このカッターヘッド10部
分は、本実施の形態では、後方のバルクヘッド20を貫
通して配置されているセンターシャフト61により回転
駆動可能に支持されている。各スポーク12の両側部に
は、所定間隔をあけて複数個のカッタービット13が配
設されている。カッタービット13は、超硬合金製の切
削チップからなり、シャンク等の公知の固定方法でスポ
ーク12に堅固に固着されている。
の土砂をカッターチャンバ21内に取り込むために、ス
ポーク12の両側に沿って所定幅のスリット14が形成
されている。さらに、カッターフェースの中央位置に
は、矢先端のようなセンターカッター15が形成されて
いる。このセンターカッター15により、シールド掘削
機1が拡径動作、縮径動作を行うときにシールド掘削機
1の先端部分を切羽の地山側に支持することができる。
このセンターカッター15は公知構造、形状からなる。
台のオーバーカッター16が収容されている。この各オ
ーバーカッター16は、本実施の形態では、不作動時に
カッターヘッド10部分内に収容される略箱状をなし、
それぞれ2本の油圧ジャッキ18で支持されている。油
圧シリンダジャッキ18のロッドを伸長させることによ
り、オーバーカッター16を、カッターヘッド10の外
周面からシールド掘削機1の半径方向に所定量だけ突出
させることができる(図3(b)、図4参照)。このと
き、オーバーカッター16の外周面及び前面には、所定
数のカッタービット17が配設されている。これによ
り、オーバーカッター16が突出した状態でカッタービ
ット17により地山に対して所定幅の同心円部分の掘削
が可能になる。図3(a)は、オーバーカッター16を
突出させない通常のトンネル径掘削状態を示した図であ
る。図3(b)は、オーバーカッター16の油圧ジャッ
キ18のロッド18aを伸長させ、拡径断面を掘削して
いる状態を示した図である。本実施の形態では、油圧ジ
ャッキ18の1回のロッド伸長量は、50mmに設定さ
れている。この伸長量は、テールシールの構造等を考慮
して適宜設定することができる。
トンネル軸線方向に等分割された複数枚の帯状をなす外
殻プレート22Aに分割されている。以下、本明細書で
は掘削機の外胴を構成するスキンプレート等と称される
鋼製円筒を胴殻22と記す。さらに各外殻プレート22
Aのトンネル長手方向の縁端部の一方には、拡径プレー
ト23が一体的に形成されている。また、他方の縁端部
には、拡径プレート23を収容可能なスリット24が形
成されている。縮径時には、拡径プレート23はこのス
リット内に収容されている。一方、シールド掘削機1の
拡径時に隣接する外殻プレート22A同士の間に生じる
隙間をこの拡径プレート23で閉塞することができる
(図5(b)参照、拡径動作の詳細は後述する)。
たように、シールド掘削機1の外殻を構成する胴殻22
の前端近傍でカッターヘッド10の後方位置に設けられ
ている。そして、掘削泥水を貯留するカッターチャンバ
21の仕切壁として機能する。また、バルクヘッド20
は、図5(a)、(b)に示したように、中央位置でセ
ンターシャフト61を回転可能に支持している。
カッターチャンバ21との仕切壁としての機能を果たす
ために、外殻プレート22A及び拡径プレート23の内
周面側にT字形をなす拡径フランジ25、26が一体的
に形成されている。
のトンネル径)には、図6に示したように、2枚のフラ
ンジ25間にフランジ26が挟在した状態でバルクヘッ
ド20の外周部に形成された凹所28内に収容されてい
る。そして、拡径時には、この凹所28からスライドし
て引き出されて、フランジ26がフランジ25内の重な
り部分から露出し、バルクヘッド20の一部を構成す
る。このとき仕切壁としての水密性を保持するために、
凹所24内の各摺動面、外殻プレート22A及び拡径プ
レート23の摺動部には、複数本のシール材27が介装
されている。このシール材27は、摺動部に使用される
ため、耐摩耗性に富んだ材質であることが好ましい。
された各種シールド設備について簡単に説明する。内筒
C1、C2は、図1及び図2に示したように、シールド
掘削機の胴殻22の内部に収容されている。これら内筒
C1、C2は、所定直径をなす鋼製筒状体である。この
うち内筒C1の先端はバルクヘッド20に固着され、後
端はシールド掘削機後端からさらに延出し、セグメント
組立位置まで延設されている。そして、この内筒C1の
後端位置に、内筒C2が摺動可能に入子構造をなす二重
筒状構造として外嵌されている。なお、両者の重なり量
は、セグメント1リング分以上に設定されている。内筒
C1と内筒C2との間の重なり部の境には、スライドジ
ャッキ80が装備されている。スライドジャッキ80の
先端80aは、内筒C1の後端位置に固着され、ジャッ
キ本体及び後端80bは、内筒C2側に固着されてい
る。
る。内筒C1の内部には、先端位置にセンターシャフト
61の後端が突出している。このセンターシャフト61
には、所定のギヤ列からなる駆動力伝達部62を介して
複数台のカッタ旋回用モータ63からの回転駆動力が伝
達されるようになっている。カッタ旋回用モータ63
は、内筒C1の内周の所定位置に固定手段(図示せず)
により固定保持されている。
機1の掘削機構は、泥水加圧式である。このため、切羽
に泥水を供給する送泥管64およびカッターチャンバ2
1内の掘削泥水を回収する排泥管65が、内筒C1内に
組み込まれている。送泥管64及び排泥管65の管後端
64a、65aは、シールド掘削機後方の泥水処理部
(図示せず)まで延設されている。さらに、シールド掘
削機1のテール部に相当する内筒C1の一部には、セグ
メント搬入用の開口66が形成されている。この開口6
6までセグメント70を搬入するために、セグメント搬
入装置67が装備されている。このセグメント搬入装置
67は、搬入レール68と、セグメント70を吊持して
搬入レール68上を走行する搬送ホイスト69とからな
る。この搬送ホイスト69により、内筒C1の開口66
まで搬入されたセグメント70は、エレクタ装置71に
積み替えれ、順次筒状のトンネル覆工72として組み立
てられる。なお、真円保持装置等の設備は、公知構造の
ものを使用することができる。
沿ってシールド掘削機1を推進させるシールドジャッキ
73が配設されている。このシールドジャッキ73は、
前端73aが胴殻22の内周面に固着されるとともに、
ロッド74先端には押圧プレート75が装着され、ロッ
ド74を伸長して先端の押圧プレート75で組み立てが
完了したセグメント70の端面を押圧してシールド掘削
機全体を切羽方向に推進させることができる。
径動作について図面を参照して説明する。第1の断面可
変手段としての第1及び第2の拡径ジャッキ30は、と
もに同一動作を行うジャッキ群から構成されている。各
拡径ジャッキ30は、トンネル軸線方向に長いシールド
掘削機1の外殻プレート22Aを均等な拡径量(縮径
量)で拡径(縮径)するために、図2に示したように、
トンネル軸線方向に所定間隔をあけて内筒C1に支持さ
れている。以下、VII-VII断面線に沿って配設されてい
る第2拡径ジャッキ30を例に第1の断面可変手段につ
いて説明する。
(a)に示したように、放射状に配設された8本の半径
方向ジャッキ32と、各外殻プレート22Aの内周位置
に形成された取付フランジ33に取着された8本の周方
向ジャッキ34とから構成されている。このうち半径方
向ジャッキ32は、等角度間隔をあけて下端が内筒C1
の外周面に固着される一方、ロッド先端が取付フランジ
33のほぼ中央位置にピン接合されている。これに対し
て周方向ジャッキ34は、その両端が隣接する外殻プレ
ート22Aの取付フランジ33にそれぞれピン接合さ
れ、半径方向ジャッキのロッド伸長に同期してロッド伸
長させることができる。これにより、両拡径ジャッキ3
2、34の動作によって、図7(b)に示したように、
胴殻22部分の拡径動作をスムースに行うことができ
る。このとき、半径方向ジャッキ32のロッド伸長量と
周方向ジャッキ34のロッド伸長量とは、ジャッキ制御
部(図示せず)により制御され、設定された拡径量、縮
径量に応じた動作量が与えられるようになっている。
拡径ジャッキ40について図1、2及び図8(a)〜
(c)を参照して説明する。テール拡径ジャッキ40
は、本実施の形態では、内筒C1にスライド可能に外嵌
されたスライド台座41上に配設された半径方向ジャッ
キ42からなる。この半径方向ジャッキ42のロッド先
端には、外殻プレート22Aを内方から押圧可能な押圧
プレート43が固着されている。スライド台座41は、
内筒C1の所定位置に形成されたスライド溝44に沿っ
て摺動可能なスライダ(図示せず)を備えている。この
ため、所定タイミングで外殻プレート22Aの押圧位置
とリング状に組み立てが完了したセグメント70の内側
位置との間をスライドすることができる。拡径時には、
胴殻22のテール部において、外殻プレート22Aを均
等に拡径することができるとともに、セグメント70の
組み立て時には、スライド台座41の後退によりセグメ
ント70の組み立てスペースを確保することができる。
ド先端は、外殻プレート22Aの内周面に固着されてい
ない。このため、第1、第2拡径ジャッキ30と異な
り、ロッド伸長状態を保持することで胴殻22の拡径状
態を保持できない。そこで、テール拡径ジャッキ40位
置では、図8(b)に示したように、拡径プレート23
部分にスペーサ45を挟在させて、外殻プレート22A
の拡径状態を保持させている。同図(b)では、コマ状
のスペーサ45を装着するようになっているが、この所
定寸法の間詰めをできる部材であれば、種々の形状のも
のを適用できることはいうまでもない。このように拡径
状態を保持したまま、図9に示したように、半径方向ジ
ャッキ42のロッドを縮退することができる。そしてセ
グメント組み立て時にはロッド縮退状態のまま切羽後方
のセグメント組み立て完了位置までスライド台座41を
後退させれば良い。
により、外殻プレート22Aは1枚1枚が確実に間隔を
あけるように広がり、この結果、トンネルの拡径を実現
することができる。このとき、各周方向ジャッキの作用
反力は、内筒C1で支持されるが、周方向ジャッキの伸
長量が均等になるように内筒C1の中心位置とトンネル
中心軸位置とを一致させることも重要である。そこで、
第1の発明では、内筒C2の後端位置にセグメントグリ
ッパ46を設けた。このセグメントグリッパ46は、ロ
ッド伸長時にロッド先端でセグメント内面を押圧可能な
油圧ジャッキである。そして、図1、図2に示したよう
に、ロッドストロークに対して押圧部面積が大きい偏平
な円筒形状をなしている。本実施の形態では、3本のセ
グメントグリッパ46が内筒C2の周方向に等角度間隔
をあけて内筒C2に固定されている。したがって、内筒
C2はセグメントグリッパ46を均等にセグメント側に
伸長させることで、セグメントに対して同心円位置を保
持できる。そして、第1、第2拡径ジャッキ30とテー
ル拡径ジャッキ40のロッドが伸長した状態(胴殻22
の拡径状態)でシールドジャッキ73を推進させると、
スライドジャッキ80のロッドをフリーにしてやること
により、内筒C1のみがシールド掘削機1の胴殻22と
ともに前進する。このとき内筒C2の軸線は、トンネル
軸線と一致している。このため、内筒C1すなわちシー
ルド掘削機1は、シールド機械中心とトンネル軸線を一
致させながら、推進することができる。そしてシールド
掘削機1のセグメント1リング当たりの推進が完了した
ら、セグメントグリッパ46のロッドを縮退させてスラ
イドジャッキ80のロッド81を縮退させることで次回
の推進に備えることができる。なお、カッターフェース
のほぼ中央位置に設けられているセンターカッター15
によりシールド掘削機前端部分の安定が確保されるよう
になっている。
部分に取り付けられたテールシール50の構造について
図10を参照して説明する。通常のシールド掘削機のテ
ールシールでは、胴殻後端の全周にわたり同図(a)に
示したタイプのワイヤブラシ型テールシールが取り付け
られていることが多い。このワイヤブラシ型テールシー
ルは多数のワイヤを束ねて構成したブラシを保護プレー
トで挟持し、胴殻後端に周状に取り付けるようになって
いる。また、テール部に確実な止水性を実現するために
複数段にわたり、テールシールを配置する場合もある。
ところで、本発明のように拡径動作により胴殻22の外
周長が大きくなるような場合には固定タイプのテールシ
ールでは対応することができない。そこで、本発明で
は、拡径動作により段差が生じたセグメント70の外周
と胴殻22の内周との間に位置し、全体形状がセグメン
トを囲むリング状をなす円環状のエアシール51を装着
している。このエアシール51は図10に示したように
接続されているエア供給ホース52から空気を供給する
ことにより膨張し、胴殻22の内周面と組み立てが完了
したセグメント70との間を閉塞し、地下水圧、裏込め
注入圧に抵抗可能なシール部材として機能することがで
きる。
型テールシール53が各外殻プレート22Aの内周面に
取り付けられている。そして、拡径時に対応するために
同図(b)に示したように胴殻22の一部に切欠部24
が設けられ、この切欠部24から露出した拡径プレート
23に拡径テールシール55が設けられている。これに
より、拡径時にテールシール53が離れて隙間が生じた
部分は、拡径テールシール55でカバーすることができ
る。また、止水性を高めるために、テールシール50を
胴殻22の内面に複数段設けたり、公知技術からなるグ
リース供給装置を併設しても良いことは言うまでもな
い。
組み立てるセグメント70の寸法を変化させる必要があ
るが、本実施の形態では組み立て後のトンネル径の違い
を吸収可能な特殊セグメントを使用している。この特殊
セグメントは鋼製セグメントからなり、トンネル縦断方
向に隣合うセグメントの継手フランジ74同士が締め付
けボルト75により確実に接合できるようにボルト孔位
置等が設定されている。また、拡径により生じた地山と
の間の空隙を閉塞するために本実施の形態ではセグメン
トの背面に注入袋73を有する注入袋付きセグメントが
使用されている。これによりセグメント背面への裏込め
注入がテールシールに与える影響を小さくすることがで
きる。
機1の掘進に伴う拡径動作及び掘進に伴う縮径動作につ
いて図11〜図14のフローチャート、図15、図16
の動作状態図を参照して説明する。まず、通常径トンネ
ルでセグメント70を組み上げた位置でのシールド掘削
機1の先端を拡径開始点として拡径掘進区間に入る。ま
ず、図15(a)に示した初期状態からカッターヘッド
10に収容されているオーバーカッター16を拡径量d
=50mmだけ突出させ、カッターヘッド10とオーバ
ーカッター16による掘削によりシールド掘削機1機長
だけ掘進する。((ステップ100,110)、図15
(b)参照)。この掘進作業によりトンネル径は2×d
分増加する。
量d=50mmだけ突出させるとともに、胴殻22の拡
径動作を行う(ステップ120、130)。この胴殻2
2の拡径動作は前述した第1の断面可変手段たる第1、
第2拡径ジャッキ30及び第2の断面可変手段たるテー
ル拡径ジャッキ40のロッド伸長動作により実現する。
このときの胴殻22の拡径寸法はd1=25mmとし、
特殊セグメントを組み立てた後、さらに1リング分掘進
し、この段階で2回目の胴殻22拡径を行う((ステッ
プ120〜140)、図15(c)参照)。このように
胴殻22部分の拡径動作を2回に分けて行うことにより
胴殻22後端のテールシール部分への負担を軽減するこ
とができる。その後、拡径された直径のトンネル径(D
0+2d)の普通セグメントを組立ながらシールド掘削
機1機長分の掘進を行う(ステップ150、160)。
以後、ステップ120〜170の掘進、拡径動作を行
い、所定の拡径寸法となるまで掘進拡径動作を繰り返し
て行う。図15(d)はオーバーカッター16伸長によ
る2回(2×2d)の掘進拡径を行い、併せて胴殻22
の拡径動作を完了した状態を作業状態図である。
拡径されたトンネル径(DE)寸法まで拡径を行うのに
必要な掘進距離Lは以下のように求めることができる。 シールド掘削機長S=5000mm、 拡径量 ΔD=(DE−D0)=1000mmのと
き、 拡径動作回数 N=ΔD/(2d)=1000/(2×
50)=10 掘進距離 L=S×N=5000×10/1000
=50m
動作における各拡径ジャッキ30、40のロッド伸長動
作について説明する。まず、オーバーカッター16を突
出させた状態でシールド掘削機を1機長分掘進させる。
オーバーカッター16部分での地山掘削によりシールド
掘削機1の胴殻22と周囲の地山との間に幅dのクリア
ランスが形成される(図15(b)参照)。次いでシー
ルド掘削機1を前進させたシールドジャッキのロッドを
引き込み(ステップ121)、同時に後退位置に位置す
るテール拡径ジャッキ40を胴殻22の後端位置まで移
動するために、スライド台座41を前進移動しておく
(ステップ122)。この状態で第1、第2拡径ジャッ
キ30の半径方向ジャッキ32、周方向ジャッキ34及
びテール拡径ジャッキ40のロッドを同時に伸長させる
(ステップ123)。各ジャッキのロッド伸長のタイミ
ング及び伸長量はジャッキ制御装置(図示せず)により
コントロールできるようになっている。本実施の形態で
は各ロッドの1回の伸長量を25mmに設定している。
したがってトンネル径(胴殻22)の拡大量(直径増
分)としては50mmとなる。
胴殻22の開放端であるテールシール50部分の水密性
を保持するためにエアシール(図10参照)を拡径動作
に追従するように膨張展開する(ステップ124)。こ
れにより拡径時の地下水圧や裏込め圧に対処することが
できる。さらに外殻プレート22A間に露出した拡径プ
レート23部分にスペーサ45を装着し、胴殻22後端
部の拡径状態を保持する(ステップ125)。さらにこ
の状態からテール拡径ジャッキ40のロッドを縮退さ
せ、セグメント組立位置との干渉を避けるように、スラ
イド台座41を内筒C1に沿ってトンネルの後方位置に
後退させる(ステップ126)。なお、胴殻22拡径動
作において、各半径方向ジャッキが反力をとるために内
筒C1は、その断面中心位置がトンネル断面中心に一致
するようにセグメントグリッパにより位置保持されてい
る。また、切羽圧による胴殻22のバックリングも内筒
C1とセグメントグリッパ46とで対応することができ
る。
通常トンネル径(D0)まで縮径しながら掘進する動作
について図12、図16を参照して説明する。まず、縮
径開始点において、所定拡径量だけ伸長したオーバーカ
ッター16の伸長ジャッキのロッドをカッター縮径量が
d=25mmとなるように縮退させると同時に胴殻22
もd2=25mmだけ縮径する(ステップ200、21
0)。この状態でシールド掘削機をセグメント1リング
分だけ掘進させ、縮径寸法に合致した特殊セグメントを
掘進に合わせて組み立てていくようになっている(ステ
ップ230)。ステップ200〜230の縮径動作を繰
り返しながら、掘進することで縮径掘進動作を完了する
ことができる。
れたトンネル径(D0)まで縮径するのに必要な掘進距
離Lは以下のように求めることができる。 シールドセグメント幅B=1m、 縮径量 ΔD=(DE−D0)=1000mmのと
き、 縮径動作回数 N=ΔD/(2d)=1000/(2×
25)=20 掘進距離 L=B×N=1×20=20m
は図2参照)を参照して胴殻22の縮径動作における各
拡径ジャッキ30、40の縮退動作について説明する。
まず、シールド掘削機1が1リング分前進した状態での
シールドジャッキ(図示せず)のロッドを引き込む(ス
テップ211、図16(a)参照)。この状態から縮径
動作を開始する。セグメント組み立て時に後退していた
テール拡径ジャッキ40をスライド台座41を内筒C1
のスライドレールに沿って移動させることで胴殻22後
端の所定位置にセットする(ステップ212)。
を伸長して外殻プレート22A間の拡径プレート23の
露出位置に装着されていたスペーサ45が緩む程度に外
殻プレート22Aを内側から押圧し、スペーサ45を抜
き取り、さらに幅の狭いスペーサ45に交換しておく
(ステップ213、214)。その後、第1、第2拡径
ジャッキ及びテール拡径ジャッキ40のロッドを同時に
縮退させるとともに、エアシール51の空気を抜いて収
縮させ、外殻プレート22A間の拡径プレート23を互
いに隣接する外殻プレート22Aの凹所に収容させるよ
うにして胴殻22全体を縮径する(ステップ215、2
16)。縮径動作が完了した段階で、テール拡径ジャッ
キ40を支持しているスライド台座41をトンネル後方
へ後退させる(ステップ217)。
の実施の形態における構成について、図17〜図27を
参照して説明する。図17は、第2の発明のシールド掘
削機の胴殻の一部を切り欠き、内部構造を示した概略斜
視図である。本図において、シールド掘削機の概略構成
について説明する。そして、図18〜図21の各横断面
図を参照してシールド掘削機の胴殻縮径時(通常のトン
ネル径)及び拡径時における各部位の動作状態、位置関
係について説明する。なお、この発明の実施の形態で
は、シールド掘削機の胴殻の中間位置に中折れ機構が設
けられている。この中折れ機構によれば、シールド掘削
機の胴殻を、この中間位置で屈曲させることができる。
この中折れ機構についても併せて説明を加える。
掘削機は、概略、オーバーカッターを有するカッターヘ
ッド、カッターヘッドを支持するバルクヘッド、2重構
造の胴殻、胴殻の内周位置に設置された内筒、内筒に支
持され胴殻の縮径、拡径を実現する第1の断面可変手段
としての複数の拡径ジャッキ、胴殻の後端を拡径する第
2の断面可変手段としての複数のテール拡径ジャッキと
から構成されている。
1の先端に位置する。このカッターヘッド110には、
センターカッター115位置から放射状に延在する6本
のスポーク112が設けられている。なお、図17では
説明のために、1本のスポークを取り除いた状態が示さ
れている。各スポーク112の前面の両側部には所定間
隔あけて複数個のカッタービット113が配設されてい
る。カッタービット113は、超硬合金製の切削チップ
であり、公知の固定方法でスポーク112の所定位置に
堅固に固着されている。
れた油圧シリンダジャッキの伸長により半径方向に伸縮
可能なロッドが設けられている。このロッド先端には、
オーバーカッター116が固着されている。オーバーカ
ッター116は、略直方体状をなし、常時にはカッター
ヘッド110の凹所内に収容されている。拡径時には内
蔵の油圧シリンダジャッキのロッド伸長により、カッタ
ーヘッド110の外周面からシールド掘削機1の半径方
向に所定量だけ突出させることができる(図19参
照)。オーバーカッター116の機能は、第1の発明と
同様であり、オーバーカッター116が突出した状態で
カッターヘッド110を回転することにより、掘削機周
辺の地山を、所定幅の同心円状に掘削できる。
10は、センターシャフト161により回転駆動可能に
支持されている。後述するバルクヘッド120に取り付
けられたカッタ旋回用モータ163の回転力を、図示し
ない減速ギヤトレインを介してセンターシャフト161
に伝達し、カッターヘッド110を回転するようになっ
ている。なお、公知の中間支持方式によりカッターヘッ
ド110を回転させる駆動機構を備えるようにしても良
いことは言うまでもない。
10の背面に位置する。カッターヘッド110とバルク
ヘッド120とで区画された空間には、カッターチャン
バ121が形成されている。すなわち、バルクヘッド1
20は、カッターチャンバ121とシールド掘削機1の
推進機構部分とを区画する隔壁となっている。カッター
チャンバ121内に取り込まれた切羽の土砂は、バルク
ヘッド120上部に連結された送泥管164からの泥水
の循環に伴い、排泥管165によりシールド掘削機1の
後方に搬出されるようになっている。バルクヘッド12
0の周縁部は、図25(a)、25(b)に示したよう
に、後述する胴殻先端部の内面に所定の離れをあけて固
着された拡径フランジ125a、125b間に摺動可能
に挿入されるようになっている。また、シールパッキン
128が拡径フランジ125とバルクヘッド120との
間に装着され、水密性が保持されている。これにより、
カッターチャンバ121内を循環する泥水は、カッター
チャンバ121外に漏出しない。なお、拡径フランジ1
25とバルクヘッド120周縁部との重なり部分は、最
大拡径時にも両者の間に重なり部分ができるような寸法
に設定されている。なお、拡径時に生じた拡径フランジ
125a、125b間の空間位置には充填材としてグリ
ース等を圧入し、作用土圧に抵抗できるようにすること
が好ましい。
は、図17、図20及び図21に示したように、内外周
に2重構造をなす複数枚の円弧状プレートに分割されて
いる。これらの円弧状プレートは、外周位置に配置され
た外殻プレート123と、この外殻プレート123同士
が周方向に隣接する辺部分の内周位置に配置された裏当
てプレート124とから構成されている。このうち外殻
プレート123は、本実施の形態では、外胴122を周
方向に12分割した12枚のプレートで構成されてい
る。裏当てプレート124は、外殻プレート123の隣
接辺部の内側に位置し、常に外殻プレート123の内面
に接した状態が保持されている。このため、拡径時にす
べての外殻プレート123が一様に半径方向外方にスラ
イドし、外殻プレート123同士の隣接辺部に隙間が生
じた際にも、裏当てプレート124の表面の一部が胴殻
122の外周面に露出して外殻プレート123と一体的
に外胴の一部を構成するようになっている。裏当てプレ
ート124の周方向の幅は、外殻プレート123の幅よ
り狭く、図20(b)、図21(b)に示したように、
拡径時に胴殻122に生じる隙間幅よりも広い幅に設定
されている。また、外殻プレート123及び裏当てプレ
ート124は、胴殻122の長手方向に関して中折れ機
構200位置で前胴部Aと後胴部Bとに分割されてい
る。(以下、外殻プレート123、裏当てプレート12
4、内筒100において、前胴部Aと後胴部Bとの区別
をつける場合には、たとえば符号123A等として表
す。) 後胴部Bの後端は図18、19に示したように、エレク
ター171の設置位置の後方のセグメント170組立完
了位置まで延設されている。この後胴部Bの後端には、
第1の発明と同様に、公知のテールシール150が取り
付けられている。このテールシール150は、外殻プレ
ート123の後端と裏当てプレート124の後端とにそ
れぞれ独立して取り付けられている。このため、拡径時
に外殻プレート123の端面が離れた場合にも、裏当て
プレート124に取り付けられたテールシール150に
よりテール部分の閉塞を図ることができる。
20の切羽背面側に、胴殻122と同心円状に固着され
た鋼製円筒からなる。後端位置にはセグメントエレクタ
171が設置されており、内筒100の内周面をガイド
としてセグメントエレクタ171のラジアルローラーが
走行できるようになっている。そして、この中間位置に
中折れ機構200が設けられ、この中折れ機構200で
前胴部100Aと後胴部100Bとに分割されている。
前胴部100Aの前端部は、バルクヘッド120の切羽
背面に固着され、後端部は中折れ機構200を構成する
泥水チャンバー204の前隔壁101に固着されてい
る。また、後胴部100Bは、泥水チャンバー204の
後隔壁102位置からエレクター171設置位置まで延
設され、後端部は開放端となっている。
0は、実施の一形態として、すべてトンネル半径方向に
配置され、内筒100に支持された油圧シリンダジャッ
キから構成されている。油圧シリンダジャッキの構造
は、複動式シリンダタイプであり、図示しない油圧制御
部からの指令により伸長ストロークを変位制御すること
ができる。拡径ジャッキ130の配列例としては、図1
8、図20及び図21に示したように、トンネル軸線方
向に沿って前胴部100Aに3列、後胴部100Bに3
列が支持され、トンネル周方向に沿って10基ないし1
2基が等間隔に配置されている。拡径ジャッキ130
は、図20に示したように、シリンダカバーの固定側1
30aが内筒100の貫通部に堅固に支持されている。
また、作動部としてのシリンダ先端部130bは、配置
列ごとに、外殻プレート123の内面と裏当てプレート
124の内面とそれぞれ固着されている。なお、図17
では、図の簡単化のために、拡径ジャッキ130の図示
を一部省略している。
30では、各列において、周方向のすべてのシリンダロ
ッドは、伸長動作の指令を受けて同一ストローク量で伸
長できるようになっている。このため、シールド掘削機
1の胴殻122の拡径を行うには、図20に例示した前
胴部A第1列の拡径ジャッキ(左半図)、後胴部B第1
列の拡径ジャッキ(右半図)のように、すべての拡径ジ
ャッキ130のシリンダロッドを伸長させる。このと
き、外殻プレート123を押圧する拡径ジャッキ130
に対して裏当てプレート124を押圧する拡径ジャッキ
130をわずかに先行させて伸長させることが好まし
い。これにより、伸長時に常に裏当てプレート124の
外面を外殻プレート123の内面に常に密着させること
ができる。これにより、外殻プレート123と裏当てプ
レート124とが確実に摺接しながら、拡径できる。ま
た、同時にトンネル軸線方向に沿って配設された各拡径
ジャッキ130のシリンダロッド伸長量も同時に制御さ
れているので、トンネル軸線方向においても、一様な拡
径速度および拡径量を確保することができる。
8に示したように、各外殻プレート123の内面に沿っ
て固定されている。この状態でシールドジャッキ173
の前端は、外殻プレート後胴部第1列の拡径ジャッキ1
30Bに連結され、後端の作動部には、図21(a)、
(b)の右半図に示したように、組み立て完了したセグ
メント端面を押圧するためのスプレッダー175が取り
付けられている。ところで、内筒100に支持された多
数の拡径ジャッキ130のうち、外殻プレート123の
後胴部123B第1列に固着された拡径ジャッキ130
Bのシリンダ本体には、この外殻プレート後胴部123
Bの内面に取り付けられたシールドジャッキ173の一
端が連結されている。これにより、シールドジャッキ1
73から伝達されるシールド掘削機1の推力は、拡径ジ
ャッキ130を介して内筒100に伝達される。推力を
確実に伝達するために、この後胴部第1列の拡径ジャッ
キ130Bは、他の拡径ジャッキ130に比し、シリン
ダ径が太く設定されている。
ャッキ140は、図23に示したように、シリンダ軸が
トンネル中心軸から放射状に配置されるように、リング
状台車141の外周位置に取り付けられた油圧シリンダ
ジャッキである。リング状台車141は、図23に示し
たように、台車内周部分に車輪146を有し、この車輪
146を介してパイプレール142に嵌合されている。
これにより、リング状台車141は、このパイプレール
142の外周に沿ってトンネル軸線方向を走行すること
ができる(図22(a)、(b)参照)。パイプレール
142の前端には、内筒支持フレーム143が固着され
ている。この内筒支持フレーム143は、内筒100の
直径に等しい外径を有し、エレクター171を撤去した
状態で内筒100の後端部に連結することができる。こ
れにより、トンネル中心軸とパイプレール中心軸とが一
致するように合わせてパイプレール142の前端を内筒
100に支持させることができる。拡径時には、パイプ
レール142前端の内筒支持フレーム143を内筒10
0に固定し、パイプレール142の所定位置とセグメン
トの定着端との間に、タイロッドからなるパイプレール
支持具144を架設する。そして、リング状台車141
をパイプレール142前端まで移動させる。さらに、リ
ング状台車141に搭載されたテール拡径ジャッキ14
0のシリンダロッドを伸長させて胴殻122のテール部
を所定量だけ拡径する。縮径時には、テール拡径ジャッ
キ140のシリンダロッドを伸長させてテール部を僅か
に拡径し、後述するスペーサ部材145を所定の大きさ
のものに交換する。また、その後、図22(a)、図2
3(a)に示したように、リング状台車141をセグメ
ント組み立て完了位置まで後退させる。そして、リング
状台車141のテール拡径ジャッキ140のシリンダロ
ッド先端でセグメント170を押圧してパイプレール1
42を所定位置に固定させておくことができる。なお、
本発明のパイプレール142は、機能的には第1の発明
の内筒C2に相当し、リング状台車141がスライド台
座41に相当する。
るために、すべての拡径ジャッキに作用する油圧を負荷
状態にホールドさせておくのでは、機器への負担が大き
くなる。そこで、第1の断面可変手段としての拡径ジャ
ッキ130では、伸長状態にあるシリンダロッド部分に
半割りリングからなるロッド長保持具131を装着する
ことが好ましい。また、テール部の拡径時の真円形状を
保持するために保形治具たるスペーサ部材145を使用
することが好ましい。スペーサ部材145の構成につい
ては、図27を参照して後述する。
A、後胴部Bに分割している中折れ機構200につい
て、図24を参照して説明する。図24(a)に示した
ように、内筒100の前胴部100Aの後端と後胴部1
00B前端には、それぞれ前隔壁101及び後隔壁10
2が固着されている。また、外殻プレート123A、1
23B及び裏当てプレート124A、124Bの端部か
らは、それぞれ内筒100に向かって拡径フランジ12
5、126が固着されている。これら拡径フランジ12
5、126間には、前隔壁101及び後隔壁102をそ
れぞれ収容可能なスリット127が設けられている。拡
径フランジ125、126とスリット127との摺接面
の所定位置にはシール部材128が装着されており、後
述する泥水チャンバー204内に満たされた泥水の漏出
を防止することができる。
部123Bとの間には、合成ゴム製ベローズ201が装
着されている。この合成ゴム製ベローズ201は断面形
が略L字形をなすリング状体で、外胴を構成する胴殻1
22の全周を覆うように装着されている。すなわち、前
胴部A及び後胴部Bを屈曲自在に連結している。また、
内筒100部分には球面座部202が設けられている。
この球面座部202は外周面が所定の曲率の凸状面に仕
上げられたリング状体で、トンネル切羽に向かって後端
は内筒後胴部100Bに固着され、前端は内筒前胴部1
00Aの内周位置にもぐり込むように延設されている。
このとき前胴部100Aの後端には、合成ゴム製シール
材203が装着されており、前胴部100Aが後述する
中折れジャッキ210の動作によりトンネル軸線に対し
て屈曲した場合に、前胴部100Aの後端部が球面座部
202に沿ってスライドできるようになっている。この
ように前後の隔壁101、102と合成ゴム製ベローズ
201と球面座部202とに囲まれた部分が泥水チャン
バー204を構成する。この泥水チャンバー内204に
は、送泥管205から土圧バランス用の泥水が供給され
る。
ム206が全周にわたり、固着されている。この補剛フ
レーム206は、球面座部202を所定間隔で支持する
フランジ207と、中折れジャッキ210のロッド端を
回転自在に支持する定着部208とを有する。中折れジ
ャッキ210の前端は、内筒前胴部100Aの所定位置
に定着されている。この中折れジャッキ210は一例と
して、周方向に沿って10本が配設されているが、これ
ら10本のジャッキ210は独立してあるいは同期をと
りながら、図示しない制御部によりシリンダロッド伸長
量が制御できる。これにより、各ジャッキに所定の伸長
量、伸長タイミングを設定することにより、シールド掘
削機1の前胴部Aを、トンネル軸線から所定の方向に任
意の角度で屈曲させることができる。これにより、本発
明のシールド掘削機1では、線形が所定の曲率の曲線を
なすトンネルの施工を容易に行える。中折れジャッキ2
10は、内筒後胴部100Bと前胴部100Aとに跨っ
て支持されているため、シールドジャッキ173から内
筒後胴部100Bに伝達されたシールド掘削機1の推力
は、この中折れジャッキ210を介して内筒前胴部10
0Aに伝達される。この中折れ機構は、図24(b)に
示したように、拡径時にも有効に機能し、泥水チャンバ
ー204も拡径に合わせて容積が大きくなるが、泥水を
追加供給することで、確実に外圧に抵抗することができ
る。
シールド掘削機1の詳細構造について簡単に説明する。
図25(a)は、バルクヘッド120前方位置の保護プ
レート129の構成を示した正面図である。バルクヘッ
ド120前方位置には、外殻プレート123の内面位置
に裏当てプレート124が設けられていない。このた
め、拡径時に外殻プレート123間の隙間から崩壊土砂
が入り込まないように、保護プレート129が設けられ
ている。この保護プレート129は、外殻プレート12
3内面に固着された拡径フランジ125前面位置から外
殻プレート123先端位置まで延設され、図25(a)
に示したように、外殻プレート123の内面に溶接され
ている。この保護プレート129の外面と外殻プレート
123の内面とは、拡径、縮径時に摺接する。この摺接
面には、シールパッキン128が装着されている。ま
た、縮径時にこの摺接面の間に土砂が侵入しないよう
に、外殻プレートの端部にスクレーパーを設けることも
好ましい。スクレーパーの構造としては、公知のプレー
トタイプ、ワイヤタイプ等、種々のタイプが適用でき、
使用材質としてもスチール、合成樹脂、合成ゴム、各種
複合材を使用することができる。
0の取り付け状態を示した部分図である。シール部材2
30、240は、外殻プレート123と裏当てプレート
124との摺接面に設けられている。シール部材230
は、外殻プレート123が隣接する側面にトンネル軸線
方向に沿って止めネジ231及び押さえプレート232
を介して固着されている。このシール部材230は板状
をなし、先端が裏当てプレート124の外周面を押圧す
るように外殻プレート123に固定されている。裏当て
プレート124に取り付けられたシール部材240は、
図26(a)に示したように、裏当てプレート124の
外周面の周縁部に形成された切欠部241に装着されて
いる。そして、切欠部241をカバープレート242で
覆うようにしてシール部材240が外部に露出しないよ
うにしている。シール部材240の断面形状は、略L字
形をなし、L字形を僅かに屈曲するようにして外殻プレ
ート123の内周面に押圧させて切欠部241に収容さ
れている(図26(c)参照)。シール部材の材質とし
ては、耐油性に富むNBR(アクリロニトリルブタジエ
ンゴム)が用いられているが、仕様が適合すれば、ネオ
プレンゴム、多硫化ゴム等、種々の合成ゴム材料を使用
することができる。
保持するために使用した保形治具たるスペーサ部材14
5の一例を示した部分断面図である。同図に示したよう
に、外殻プレート123の内周面位置に、隣接する裏当
てプレート124間にわたってスペーサ部材145をは
め込むようになっている。このスペーサ部材145は、
外殻プレート123の内周面の曲率に等しく湾曲加工さ
れた円弧部材で、胴殻122を拡径した際に、外殻プレ
ート123の内周面に沿ってこのスペーサ部材145を
装着することにより、外殻プレート123後端の開放端
の真円形状を保持することができる。なお、このスペー
サ部材145は、第1の発明のシールド掘削機1のスペ
ーサ45(図8参照)と同等の機能を有するものであ
る。
本発明による拡径機構を適用した実施の形態について、
図28〜図32を参照して説明する。図28に示したよ
うに、本実施の形態によるシールド掘削機は、概略、オ
ーバーカッターを有するカッターヘッド、カッターヘッ
ドを支持するバルクヘッド、2重構造の胴殻、胴殻の内
周位置に設置された内筒、内筒に支持され胴殻の縮径、
拡径を実現する第1の断面可変手段としての複数の拡径
ジャッキ、胴殻の後端を拡径する第2の断面可変手段と
しての複数のテール拡径ジャッキとから構成されてい
る。なお、符号は、図17に示したシールド掘削機1に
示した構成と同一構成については、同一符号を付して説
明する。
30(a)に示したように、3本のスポーク112が設
けられており、各スポーク112の先端には、半径方向
に伸縮自在なオーバーカッター116が取り付けられい
る。また、カッターヘッド110の周縁部の所定位置に
はコピーカッターも併せて装備されている。拡径時に
は、図30(b)に示したように、オーバーカッター1
16部分を地山側に伸長させ、掘進するようになってい
る。第1の断面可変手段としての拡径ジャッキ130
は、図29に示したように、シールドジャッキ173の
推力を内筒100に伝達する第1列の太径拡径ジャッキ
130と、胴殻122を半径方向に押し広げるために寄
与する2列の拡径ジャッキ130とから構成されてい
る。本実施の形態では、第1列の太径拡径ジャッキ13
0は、図31に示したように内筒100に支持され、ロ
ッド作動部が、外殻プレート123を外方に押し広げる
ようになっている。また、図32には、裏当てプレート
124を外方に押し広げる拡径ジャッキ130が示され
ている。また、同図右半図に示したように、シールドジ
ャッキ173のスプレッダーは、外殻プレート123の
内周部分に沿ってセグメントを押圧することができる。
なお、テール拡径ジャッキ140は図示を省略してい
る。
ルド掘削機1におけるトンネル径としての拡径量は、最
大300mm程度に設定することができ、図29に示し
たシールド掘削機1では、拡径量75mmに規定されて
いる。掘進に伴う拡径動作、縮径動作の動作フローは、
第1の発明のシールド掘削機1の拡径動作、縮径動作と
同様に行うことができる。このとき、第2の発明では、
内筒支持フレーム143とパイプレール支持具144と
により、パイプレール142の中心軸をトンネル中心軸
と一致させ保持することができる。この点、第1の発明
では、内筒C2は、前端が内筒C1に外嵌しており、後
端がセグメントグリッパ46で支持される点で異なる。
なお、上述の各拡径ジャッキ130のシリンダロッドの
伸長、縮退動作及びシールド掘削機1の推進動作は、シ
ールド掘削機1の後方に位置する運転指令室からの遠隔
操作により実施できる。また、各拡径ジャッキ130の
動作タイミング、動作量は公知の制御手段により実現す
ることができ、部分的な位置の拡径ジャッキのみの単独
操作を行ったりすることも可能であることは言うまでも
ない。
ロッド伸長動作により胴殻プレートを外方に押し広げる
ようにして所定距離を掘進しながら設定されたトンネル
径まで連続的に拡径することができる一方、各拡径ジャ
ッキのロッド縮退動作により広げられた状態にある胴殻
プレートをシールド掘削機の径を狭めるようにして所定
距離を掘進しながら設定されたトンネル径まで連続的に
縮径することができ、効率よく断面可変手段のトンネル
を容易に構築でき、中間立坑等の付帯構造物や重複した
掘削設備を用いずに、経済的なトンネル掘削を実現でき
るという効果を奏する。
実施の形態を、所定断面を示して説明した部分断面斜視
図。
図。
I端面線によるカッターヘッドの端面を示した正面図。
を示した部分側面図。
面線によるバルクヘッドの端面を示した正面図。
ジ部分との摺動部分の断面形状を示した部分断面図。
I断面線による第1の断面可変手段の配置及び動作状態
を示した横断面図。
線による第2の断面可変手段の配置及び動作状態を示し
た横断面図。
線による第2の断面可変手段固定構造及び動作状態を示
した横断面図。
示した部分拡大断面図。
順序を示したフローチャート。
順序を示したフローチャート。
の拡径時のジャッキ動作順序を示したフローチャート。
の縮径時のジャッキ動作順序を示したフローチャート。
した動作状態図。
した動作状態図。
一実施の形態を、所定断面を示して説明した部分断面斜
視図。
径時の縦断面図。
径時の縦断面図。
よる断面図。
線による断面図。
示した部分縦断面図。
線による断面図。
図。
面図。
ル部材の実施の一形態を示した部分断面図。
されるスペーサ部材の実施の一形態を示した部分断面
図。
他の実施の形態を示した部分縦断面図(縮径時)。
径時の縦断面図。
線による断面図。
断面線による断面図。
XIIb断面線による断面図。
うにした従来のトンネル構築例の一例を示したトンネル
概略配置断面図。
の一例を示した部分断面図。
Claims (12)
- 【請求項1】カッターヘッドの外周面から所定拡径量だ
け突出可能なオーバーカッターで掘削機周辺地山を拡幅
するとともに、該掘削機内部のバルクヘッドに前端が固
着された内筒に支持された複数の断面可変手段を作動さ
せて、胴殻部を構成する複数の外殻プレートの一部を前
記掘削機の内方から押し広げ、該押し広げ動作により生
じた前記外殻プレート間の隙間と、前記バルクヘッドの
周縁部に生じた隙間とを閉塞しながらトンネル拡径を行
う一方、前記複数の断面可変手段を作動させて、前記押
し広げ動作により生じた前記外殻プレート間の隙間を狭
めるようにしてトンネル縮径を行い、連続的に変化する
トンネル径からなるトンネルの掘進を行うことを特徴と
する断面可変シールド掘削機。 - 【請求項2】外周面から所定拡径量だけ突出可能なオー
バーカッタが設けられたカッターヘッドと、 トンネル縦断方向に沿って分割された複数の外殻プレー
トからなり、該外殻プレートの長手方向の縁端の一方に
外胴の一部となる拡径プレートが形成され、該外殻プレ
ートの他の縁端に前記拡径プレートを収容可能なスリッ
トが形成され、前端近傍の内周面に拡径フランジが形成
された胴殻部と、 周縁部が前記拡径フランジと水密性を保持して摺接可能
に前記胴殻部内に設けられ、前記胴殻前面を水密性を保
持して閉塞するバルクヘッドと、 該バルクヘッドに前端が固着され、前記胴殻部とほぼ同
心円状をなして前記胴殻部内に延設され、後方位置に前
記胴殻部に対する同心位置を保持するグリッパを有する
内筒と、 一端が前記外殻プレートの一部に連結され、他端が前記
内筒に支持された第1の断面可変手段と、 少なくとも前記内筒に一端が支持され、他端で前記外殻
プレートを内方から押圧可能な第2の断面可変手段とを
備え、 前記拡径プレートが前記スリット内に収容された縮径状
態から、前記オーバーカッターで地山を拡幅するととも
に、前記第1の断面可変手段と第2の断面可変手段とを
作動させて、前記外殻プレートを外方に押し広げ、前記
外殻プレートと前記スリット内から露出した前記拡径プ
レートとにより拡径された掘削機の外胴を構成するとと
もに、前記バルクヘッドと該バルクヘッドの周縁部に摺
接している前記拡径フランジとにより前記外胴の前面を
閉塞するようにして所定トンネル径まで拡径を行う一
方、所定の掘進段階で前記第1の断面可変手段と第2の
断面可変手段とを作動させて前記拡径されたトンネル径
を、所定のトンネル径まで縮径できるようにしたことを
特徴とする断面可変シールド掘削機。 - 【請求項3】外周面から所定拡径量だけ突出可能なオー
バーカッタが設けられたカッターヘッドと、 トンネル縦断方向に沿って分割された複数の外殻プレー
トと、隣接した外殻プレートの隣接する縁端位置の内周
面に接して配置された裏当てプレートからなり、該裏当
てプレートの前端の内周面に拡径フランジが形成された
胴殻部と、 周縁部が前記拡径フランジと水密性を保持して摺接可能
に前記胴殻部内に設けられ、前記胴殻部の前面を水密性
を保持して閉塞するバルクヘッドと、 該バルクヘッドに前端が固着され、前記胴殻部とほぼ同
心円状をなして前記胴殻部内に延設された内筒と、 一端が前記内筒に支持され、他端が前記裏当てプレート
を押圧可能な断面可変手段と、一端が前記内筒に支持さ
れ、他端が前記外殻プレートを押圧可能な断面可変手段
とからなる第1の断面可変手段と、 前記内筒の後端に連結可能な支持体に一端が支持され、
他端で前記外殻プレートを内方から押圧可能な第2の断
面可変手段とを備え、 前記裏当てプレートが前記外殻プレートの隣接する縁端
位置の内周面に接した縮径状態から、前記オーバーカッ
ターで地山を拡幅するとともに、前記第1の断面可変手
段と第2の断面可変手段とを作動させて、前記裏当てプ
レートと前記外殻プレートとを密着させながら外方に押
し広げ、前記外殻プレートと隣接した外殻プレート間に
露出した前記裏当てプレートとにより拡径された掘削機
の外胴を構成するとともに、前記バルクヘッドと該バル
クヘッドの周縁部に摺接している前記拡径フランジとに
より前記外胴の前面を閉塞するようにして所定トンネル
径まで拡径を行う一方、所定の掘進段階で前記第1の断
面可変手段と第2の断面可変手段とを作動させて前記拡
径されたトンネル径を、所定のトンネル径まで縮径でき
るようにしたことを特徴とする断面可変シールド掘削
機。 - 【請求項4】前記第1の断面可変手段は、少なくとも前
記胴殻部の内周面に形成されたフランジに配設支持され
た周方向ジャッキと、前記内筒に支持され、前記外殻プ
レートを押し広げる半径方向ジャッキとからなることを
特徴とする請求項2記載の断面可変シールド掘削機。 - 【請求項5】前記第2の断面可変手段は、前記内筒の外
周面に沿ってトンネル軸線方向に摺動可能な台座上に配
設支持された半径方向ジャッキであることを特徴とする
請求項2記載の断面可変シールド掘削機。 - 【請求項6】前記第1の断面可変手段は、一端が前記内
筒に支持され、他端が前記裏当てプレートに連結された
半径方向ジャッキと、一端が前記内筒に支持され、他端
が前記外殻プレートに連結された半径方向ジャッキとか
らなることを特徴とする請求項3記載の断面可変シール
ド掘削機。 - 【請求項7】前記第2の断面可変手段は、前記内筒の後
端に連結可能なパイプレールに沿ってトンネル軸線方向
に走行可能なリング状台車上に配設支持された半径方向
ジャッキであることを特徴とする請求項3記載の断面可
変シールド掘削機。 - 【請求項8】前記胴殻部は、前記分割された各外殻プレ
ートの後部開放端にテールシールが設けられ、前記拡径
プレートの所定位置に、拡径時に前記テールシールと重
なる他のテールシールが設けられたことを特徴とする請
求項2記載の断面可変シールド掘削機。 - 【請求項9】前記胴殻部は、前記分割された外殻プレー
トと裏当てプレートの後部開放端にそれぞれテールシー
ルが設けられたことを特徴とする請求項3記載の断面可
変シールド掘削機。 - 【請求項10】前記内筒は重なり部で摺動して伸縮可能
な入子構造の二重筒状構造からなることを特徴とする請
求項2記載の断面可変シールド掘削機。 - 【請求項11】前記胴殻部及び前記内筒は、所定中間位
置に設けられた中折れ機構により前胴部と後胴部とに分
離され、該分離位置で所定角度に屈曲して掘進可能であ
ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1
項記載の断面可変シールド掘削機。 - 【請求項12】前記中折れ機構により前胴部と後胴部と
に分離された分離位置に泥水チャンバーが設けられたこ
とを特徴とする請求項11記載の断面可変シールド掘削
機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20645895A JP3145901B2 (ja) | 1994-07-25 | 1995-07-20 | 断面可変シールド掘削機 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19291894 | 1994-07-25 | ||
JP6-192918 | 1994-07-25 | ||
JP20645895A JP3145901B2 (ja) | 1994-07-25 | 1995-07-20 | 断面可変シールド掘削機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0893381A JPH0893381A (ja) | 1996-04-09 |
JP3145901B2 true JP3145901B2 (ja) | 2001-03-12 |
Family
ID=26507597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20645895A Expired - Fee Related JP3145901B2 (ja) | 1994-07-25 | 1995-07-20 | 断面可変シールド掘削機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3145901B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3081909A1 (fr) * | 2018-05-29 | 2019-12-06 | Nfm Technologies | Tunnelier, ainsi que methode pour creuser un second tunnel depuis un premier tunnel en utilisant un tel tunnelier |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6399577B2 (ja) * | 2014-04-15 | 2018-10-03 | 川崎重工業株式会社 | トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 |
JP6615034B2 (ja) * | 2015-10-09 | 2019-12-04 | 川崎重工業株式会社 | トンネル掘削機及びトンネル掘削方法 |
JP6692172B2 (ja) * | 2016-02-08 | 2020-05-13 | 日本シビックコンサルタント株式会社 | 可変径掘進機 |
KR102072632B1 (ko) * | 2018-12-05 | 2020-02-03 | 주식회사 그린개발 | 지하관로 구축시스템과 이것을 이용한 이종실드공법 |
JP7159029B2 (ja) * | 2018-12-14 | 2022-10-24 | 東急建設株式会社 | 切削用回転体、及び、掘削機 |
JP7194003B2 (ja) * | 2018-12-14 | 2022-12-21 | 東急建設株式会社 | 掘削機の鋼殻、及び、掘削機 |
JP7194002B2 (ja) * | 2018-12-14 | 2022-12-21 | 東急建設株式会社 | 掘削機 |
JP7159032B2 (ja) * | 2018-12-21 | 2022-10-24 | 東急建設株式会社 | 掘削機の隔壁、及び、掘削機 |
CN109538225A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-29 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种竖井掘进机的稳定支撑装置 |
CN109736821B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-02-02 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种小直径常压换刀刀盘 |
CN109812275A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-05-28 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种旋转刀梁的刀盘结构 |
KR102036103B1 (ko) * | 2019-04-08 | 2019-10-25 | 삼보굴착(주) | 선단 조정이 가능한 굴착기 |
JP7183129B2 (ja) * | 2019-08-23 | 2022-12-05 | 東急建設株式会社 | 断面縮小セグメント、及び、断面縮小システム |
JP7232154B2 (ja) * | 2019-08-23 | 2023-03-02 | 東急建設株式会社 | 断面拡大セグメント、及び、断面拡大システム |
CN112211642A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-01-12 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种可变径盾体及变径方法 |
CN112922621B (zh) * | 2021-03-09 | 2022-03-11 | 山东大学 | 一种可变直径的盾构机刀盘及其用法 |
CN113338981B (zh) * | 2021-07-14 | 2024-04-05 | 成都未来智隧科技有限公司 | 掘进机开挖刀盘和掘进机 |
CN113638740B (zh) * | 2021-08-27 | 2024-04-19 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种盾体直径可变的盾构机 |
CN114293999B (zh) * | 2021-12-28 | 2023-05-26 | 北京市政建设集团有限责任公司 | 一种膨胀性泥岩刀盘刮刀外插角的计算方法 |
CN114183154A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-03-15 | 中建三局集团有限公司 | 一种能够以任意比例变开挖直径的盾构机及变径方法 |
CN114635701A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-06-17 | 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司 | 一种全断面隧道掘进机的可伸缩盾尾、施工方法及掘进机 |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP20645895A patent/JP3145901B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3081909A1 (fr) * | 2018-05-29 | 2019-12-06 | Nfm Technologies | Tunnelier, ainsi que methode pour creuser un second tunnel depuis un premier tunnel en utilisant un tel tunnelier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0893381A (ja) | 1996-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3145901B2 (ja) | 断面可変シールド掘削機 | |
JP2021031942A (ja) | 断面拡大セグメント、及び、断面拡大システム | |
JPH0462292A (ja) | トンネルの拡径方法および縮径方法 | |
WO2017159605A1 (ja) | 大断面地下空間の施工方法、及び外殻シールド発進基地 | |
JPH03180690A (ja) | トンネル掘削機 | |
JPH11336472A (ja) | 地中接合式トンネル掘削機及び掘削方法 | |
JP3950315B2 (ja) | 多段式トンネル掘削機 | |
JP2693730B2 (ja) | 二段式シールド掘進機 | |
JP3416758B2 (ja) | シールド掘進機 | |
JP4172020B2 (ja) | シールド掘削機、シールドトンネルの拡大構築方法及びシールドトンネルの縮小築造方法 | |
JP2757980B2 (ja) | 矩形シールド掘進機およびトンネル掘削方法 | |
JP2023106012A (ja) | トンネル掘削機及びトンネル掘削方法 | |
JP3499990B2 (ja) | トンネル掘削機及び掘削方法 | |
JPS5915188A (ja) | 中折れ式シ−ルド掘進機 | |
JPH042240Y2 (ja) | ||
JPH03281898A (ja) | シールドトンネルと構造物又はシールドトンネル間の接合方法およびその装置 | |
JPH11294069A (ja) | 地中接合型シールド掘進機 | |
JP3161890B2 (ja) | 多機能シールド掘進機 | |
JP2003293683A (ja) | 掘進装置 | |
JPS60238599A (ja) | 拡大シ−ルド掘進機 | |
JP2005188260A (ja) | シールドトンネル構築方法 | |
JPH0224997B2 (ja) | ||
JPS6216312B2 (ja) | ||
JPH06229191A (ja) | 非開削掘進機 | |
JPS6217069B2 (ja) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090105 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090105 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100105 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100105 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110105 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110105 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120105 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130105 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140105 Year of fee payment: 13 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |