JP5011245B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、セグメント組立装置を備えたシールド掘進機に関する。

図１６に示すように、セグメント組立装置５０には、異なる形状の複数種類のセグメントを組み立てるために２つのセグメント保持機構５１、５２を具備したものが知られている。具体的には、このセグメント組立装置５０は、旋回リング５３から後方に延びる支持フレーム５４に、直径方向の一方に延びる第一吊りビーム５５と、直径方向の他方に延びる第二吊りビーム５６とを前後に並べて設け、これら吊りビーム５５、５６の先端にセグメントを保持するセグメント保持機構５１、５２を設けて構成されている。

また、大口径のシールド掘進機にあっては一般的にセグメント組立装置の後方に、セグメント組立装置で組み立てたセグメントをボルト締めするための足場装置が配置されると共に、セグメントを組み立ててなるトンネル壁の形状を保持するための形状保持装置が配置される。

特開平９−１８９２００号公報 特開平１０−８８９９０号公報

ところで、形状保持装置は、トンネル壁を内側から上下に突っ張って保持するものであり、万一トンネル壁が変形してしまった場合、形状を元に戻す機能までは有しないため、可能な限りセグメント組立位置に近接させ、土圧を受ける前のトンネル壁に設置することが好ましい。

しかしながら、上述のように直径方向の一端側にセグメント保持機構５１が設けられる第一吊りビーム５５と、他端側にセグメント保持機構５２が設けられる第二吊りビーム５６とを備えたセグメント組立装置５０の場合、セグメント組立位置の内周側が全周に亘ってセグメント組立装置５０で占められてしまうため、足場装置をセグメント組立位置まで前進させることができず、形状保持装置をセグメント組立位置に十分近接させることができず、セグメントの組立作業が容易でないという課題があった。

また、セグメント組立装置５０にセグメントをホイストを用いて受け渡す場合、セグメント組立位置と同一リング上でセグメントを一旦載置するが、上述と同様の理由によりホイストをセグメント組立位置まで前進させられないという課題もあった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、異なる形状の複数種類のセグメントを容易に組み立てることができるシールド掘進機を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、シールドフレーム内に同軸上で回転する旋回フレームを設け、該旋回フレームに掘進方向後方に延びる支持フレームを設け、該支持フレームに、直径方向の一方に延びる第一吊りビームを径方向に移動可能に設け、該第一吊りビームの後方の支持フレームに直径方向の他方に延びる第二吊りビームを径方向に移動可能に設け、上記第一吊りビームの先端に、セグメントを保持する第一セグメント保持機構を配設すると共に、上記第二吊りビームの先端に、上記セグメントとは形状が異なる他の種類のセグメントを保持する第二セグメント保持機構を配設してセグメント組立装置を構成したシールド掘進機において、上記第一セグメント保持機構と第二セグメント保持機構の少なくとも一方が、後方に延びる摺動フレームを介して後方に突出した作業位置と前方の退避位置とに移動可能に設けられたものである。

上記セグメント組立装置の後方には、セグメント組立装置で組み立てたセグメントをボルト締めするための足場装置が前方に移動可能に設けられ、該足場装置の後方には、セグメントを組み立ててなるトンネル壁の形状を保持するための形状保持装置が前方に移動可能に設けられ、上記足場装置が前方に移動されたとき上記摺動フレームを前方に移動させて上記セグメント保持機構を足場装置から退避させるとよい。

また、上記セグメント組立装置にセグメントを受け渡すべくセグメント組立位置と同一リング上の既設セグメントにセグメントを載置するホイストを備え、該ホイストが上記既設セグメントにセグメントを載置するとき上記摺動フレームを前方に移動させて上記セグメント保持機構をホイストから退避させるとよい。

上記セグメント保持機構が、保持したセグメントを所定の組立位置に合わせるべく前後に移動可能に形成されると共にセグメントを保持するセグメント保持部を備えるとよい。

本発明によれば、異なる形状の複数種類のセグメントを容易に組み立てることができる。

本発明の好適実施の形態を添付図面を用いて説明する。

図１に示すように、シールド掘進機１は、セグメント２を組み立てるセグメント組立装置３と、セグメント組立装置３の後方位置に前方に移動可能に設けられセグメント組立装置３で組み立てたセグメント２をボルト締めするための足場装置４と、足場装置４の後方位置に前方に移動可能に設けられセグメント２を組み立てて成るトンネル壁５の形状を保持するための形状保持装置６とを備える。

セグメント組立装置３は、シールドフレーム７内に設けられ同軸上で回転する旋回フレーム８と、旋回フレーム８に掘進方向後方に延びて設けられた支持フレーム９と、支持フレーム９に径方向に移動可能に設けられ直径方向の一方に延びる第一吊りビーム１０と、第一吊りビーム１０の後方の支持フレーム９に径方向に移動可能に設けられ直径方向の他方に延びる第二吊りビーム１１と、第一吊りビーム１０の先端に設けられセグメント２を保持する第一セグメント保持機構５７と、第二吊りビーム１１の先端に設けられセグメント２を保持する第二セグメント保持機構５８とを備えて構成されている。

旋回フレーム８は、円環状に形成され、シールドフレーム７の内周面に設けられたリングガーダー１４に支持ローラ１５を介して回転可能に支持されている。旋回フレーム８は、軸方向の前部に駆動ギヤ１６を有し、その駆動ギヤ１６に図示しないモータのピニオンが噛合されて回転駆動される。なお、リングガーダー１４には、リング状に組み立てられた後のセグメント２に反力を取ってシールドフレーム７を前進させるシールドジャッキ１７が設けられている。

支持フレーム９は、旋回フレーム８の後部に周方向に１８０度の間隔で一対設けられている。

図２に示すように、第一吊りビーム１０は、それぞれの支持フレーム９にシールドフレーム７の直径方向に摺動可能に挿通されるガイド柱部１８と、これらガイド柱部１８の一端間に掛け渡して設けられる連結フレーム部１９とからＵ字状に形成されており、連結フレーム部１９と支持フレーム９との間に介設されたジャッキ２０によってトンネル径方向に移動されるようになっている。

第一吊りビーム１０の連結フレーム部１９には、バキューム式の第一セグメント保持部１２を備えた第一セグメント保持機構５７が設けられている。第一セグメント保持機構５７は、連結フレーム部１９に前後方向に延びて設けられたガイドロッド２１と、ガイドロッド２１に前後スライド可能に挿通された第一セグメント保持部１２と、ガイドロッド２１と第一セグメント保持部１２との間に介設されたジャッキ２２とを備える。第一セグメント保持部１２は、ジャッキ２２によって前後方向に移動されるようになっている。第一セグメント保持部１２は、内周面に凹凸の無い平面状（平滑）の部分を有するセグメント（所謂平板形セグメント）２を保持、解放するものであり、セグメント２を吸着、解放するバキュームパッド２３を有する。

図３に示すように、第二吊りビーム１１は、それぞれの支持フレーム９にシールドフレーム７の直径方向に摺動可能に挿通されるガイド柱部２４と、これらガイド柱部２４の他端（第一吊りビーム１０の一端とは反対側の端部）に設けられ、互いに近接する方向に延びる片持ちフレーム部２５とを備える。それぞれの片持ちフレーム部２５と支持フレーム９との間には、ジャッキ２６が介設されており、ジャッキ２６が伸縮することで第二吊りビーム１１がトンネル径方向に移動されるようになっている。図５に示すように、一対の片持ちフレーム部２５の先端間には、吊りビーム連結材２７が掛け渡して設けられており、片持ちフレーム部２５を補強するようになっている。

図５及び図６に示すように、第二吊りビーム１１の一対の片持ちフレーム部２５間には、第二吊りビーム１１より後方に延びると共に、前方に退避可能な摺動フレーム２８が設けられている。具体的には、摺動フレーム２８は、それぞれの片持ちフレーム部２５に前後摺動可能に挿通されるスライドロッド部２９と、スライドロッド部２９の後端部間に掛け渡すように設けられた後部フレーム部３０とからなる。後部フレーム部３０と片持ちフレーム部２５との間には、収納ジャッキ３１が介設されており、収納ジャッキ３１が伸縮することで摺動フレーム２８が前後方向に移動されるようになっている。

第二セグメント保持機構５８は、内面凹型のセグメント２を把持する第二セグメント保持部１３を有する。第二セグメント保持機構５８は、第二吊りビーム１１に摺動フレーム２８を介して前後に移動可能に設けられており、後方に移動されて第二吊りビーム１１の後方に突出したときの位置がセグメントを組み立てる作業位置とされ、前方に移動されたときの位置が足場装置４やホイスト４３から退避する退避位置となっている。第二セグメント保持機構５８は、後部フレーム部３０に前方に延びて設けられた一対のガイドロッド３２と、ガイドロッド３２に前後スライド可能に挿通されセグメント２を保持する第二セグメント保持部１３と、ガイドロッド３２と第二セグメント保持部１３との間に介設された調整用ジャッキ３３とを備える。第二セグメント保持部１３は、調整用ジャッキ３３によって前後方向に移動されるようになっており、保持したセグメント２を所定の組立位置に合わせられるようになっている。

図４及び図７に示すように、第二セグメント保持部１３は、内面凹型セグメント２の内周面に形成された補強リブ（図示せず）をトンネル軸方向から挟んでボルト等によって連結される連結部３４と、連結部３４の両側に配設され連結部３４に連結されたセグメント２の内周面を押圧することでセグメント２を保持するためのサポートジャッキ３５とを備える。

図１及び図８に示すように、足場装置４は、シールド掘進機本体の後方から前方に延出された後方デッキ３６上に走行自在に設けられた走行部３７と、走行部３７に設けられトンネル壁５の上部内周面に沿って延びる弧状レール部３８と、弧状レール部３８に沿って走行して昇降するバケット部３９とを備えて構成される昇降足場装置からなる。バケット部３９は、弧状レール部３８に沿って走行する基部（図示せず）に搭乗バケット４０を前後に延びる軸回り回転可能に設けると共に、搭乗バケット４０を常に水平にするように回転させる水平維持機構（図示せず）を設けてなる。また、バケット部３９は、弧状レール部３８に前側に突出して設けられており、搭乗バケット４０に搭乗した作業員の手がセグメント組立位置に容易に届くようになっている。

図１に示すように、形状保持装置６は、上下方向に拡張する上下フレーム４１、４２間に上下フレーム４１、４２を拡縮するジャッキ（図示せず）を設けて構成されており、セグメント組立完了後のセグメント組立位置に走行したのち、上記ジャッキを伸張させて上下フレーム４１、４２でトンネル壁５の形状を確保するようになっている。また、上部フレーム４１には、上記ジャッキを縮退させて上部フレーム４１を下降させたとき後方デッキ３６上に載置される車輪（図示せず）が設けられており、形状保持装置６は、上下フレーム４１、４２がトンネル壁５から離間したとき後方デッキ３６上で走行するようになっている。

また、後方デッキ３６の下端部には、第二セグメント保持部１３にセグメント２を受け渡すためのホイスト４３が前後走行自在に設けられている。

次に本実施の形態の作用を述べる。

図９に示すように、内面凹型のセグメント２を組み立てる場合、第二セグメント保持部１３を用いて１リング分のセグメント２を組み立てる。このとき、形状保持装置６は、セグメント組立位置からセグメント２リング分後方のトンネル壁５の形状を保持しており、足場装置４は、セグメント組立位置から１リング分後方の位置に待機されているためセグメント組立作業の邪魔になることはない。

また、第二セグメント保持部１３に組み立てるべきセグメント２を受け渡す作業は、ホイスト４３でセグメント組立位置の既設セグメント４４上にセグメント２を一旦載置し、このセグメント２を第二セグメント保持部１３で把持することで行う。このとき、第二吊りビーム１１は第二セグメント保持部１３の前方に位置されているため、第二セグメント保持部１３又は第一セグメント保持部１２がトンネル下部になくトンネル下部が空いているとき、既設セグメント４４上にセグメント２を載置する。これにより、ホイスト４３が第二吊りビーム１１、第二セグメント保持部１３及び第一セグメント保持部１２に干渉することはなく、第二セグメント保持部１３にセグメント２を安定して受け渡すことができる。

なお、第二セグメント保持機構５８は、セグメント２を保持するとき後方に延出し、セグメント２を組み立てたとき前方に退避するものとしてもよい。セグメント組立位置にホイスト４３を留め置くことができる時間を長くでき、ホイスト４３から第二セグメント保持部１３にセグメント２を受け渡す作業をより簡単にすることができる。

図１０に示すように、１リング分のセグメント２が全て組み立てられたら、形状保持装置６の上下フレーム４１、４２を上下に縮退させて形状保持装置６をトンネル壁５から離間させると共に、セグメント組立装置３の摺動フレーム２８を前方に移動させて第二セグメント保持機構５８を前方に退避させる。この後、図１１に示すように、足場装置４と形状保持装置６を１リング分前進させて形状保持装置６をシールド掘進機１内のトンネル壁５の位置に配置する。このとき、第二吊りビーム１１はボルト締結位置よりも十分前方に位置されると共に、第二セグメント保持機構５８が第二吊りビーム１１の位置まで前方に退避されているため、足場装置４のバケット部３９が第二吊りビーム１１や第二セグメント保持機構５８に干渉することはない。なお、足場装置４の走行部３７は弧状レール部３８よりも前方に突出しており、側面図では第二吊りビーム１１に干渉するようにも見えるが、トンネルの略中央に位置されているため第二吊りビーム１１に干渉することはない。

形状保持装置６と足場装置４がそれぞれ所定の位置に到達したら、形状保持装置６の上下フレーム４１、４２を上下に拡張させてトンネル壁５を保持し、足場装置４を用いてセグメント２同士のボルト締め作業を開始する。バケット部３９を所定のボルト締結位置に十分近接させることができるため、ボルト締結作業を効率よく安全に行うことができる。

この後、シールド掘進機１をセグメント１リング分掘進させ、セグメント組立装置３で１リング分のセグメント２を組み立て、形状保持装置６と足場装置４を１リング分前進させ、形状保持装置６でトンネル壁５を保持し、足場装置４でボルト締めするという一連の作業を繰り返してトンネルを順次構築して行く。

図１２に示すように、第一セグメント保持部１２を用いてセグメント２を組み立てる場合、第二セグメント保持機構５８は常に前方に退避させておく。これにより、第二セグメント保持機構５８が足場装置４やホイスト４３に干渉するのを確実に防ぐことができる。

このように、第二セグメント保持機構５８が、後方に延びる摺動フレーム２８を介して後方に突出した作業位置と前方の退避位置とに移動可能に設けられるものとしたため、第二セグメント保持機構５８や第二吊りビーム１１が足場装置４のバケット部３９やホイスト４３に干渉するのを防ぐことができる。これにより、異なる形状の複数種類のセグメント２を組み立てることができると共に、セグメント組立位置まで足場装置４やホイスト４３などの装置を前進させることができ、セグメント２を容易に組み立てることができる。

また、セグメント組立装置３の後方には、セグメント組立装置３で組み立てたセグメント２をボルト締めするための足場装置４が前方に移動可能に設けられ、足場装置４の後方には、セグメント２を組み立ててなるトンネル壁５の形状を保持するための形状保持装置６が前方に移動可能に設けられ、足場装置４が前方に移動されたとき摺動フレーム２８を前方に移動させて第二セグメント保持機構５８を足場装置４から退避させるものとしたため、足場装置４を所定のボルト締結位置まで前進させることができ、ボルト締結作業を容易になし得ると共に、形状保持装置６をセグメント組立位置に十分近接させることができ、トンネル壁５の形状を確実に保持することができる。

セグメント組立装置３にセグメント２を受け渡すべくセグメント組立位置と同一リング上の既設セグメント４４にセグメント２を載置するホイスト４３を備え、ホイスト４３が既設セグメント４４にセグメント２を載置するとき摺動フレーム２８を前方に移動させて第二セグメント保持機構５８をホイスト４３から退避させるものとしたため、ホイスト４３から第二セグメント保持部１３にセグメント２を容易に受け渡すことができる。

第二セグメント保持機構５８は、保持したセグメント２を所定の組立位置に合わせるべく前後に移動可能に形成されると共にセグメントを保持する第二セグメント保持部１３を備えるものとしたため、位置合わせ等のために第二セグメント保持部１３を前後方向に微小移動させるとき、位置合わせの精度や操作性が悪化するのを防ぐことができる。

なお、第二セグメント保持機構５８が前方に退避されるものとしたが、第一セグメント保持機構５７が前方に退避されるものとしてもよく、第二セグメント保持機構５８と第一セグメント保持機構５７の両方が前方に退避されるものとしてもよい。

第一セグメント保持機構５７が前方に退避可能な他の実施の形態について述べる。第一セグメント保持機構５７の支持構造以外の構成は上述と同様である。上述と同様の構成については同符号を付す。

図１３に示すように、第一吊りビーム６０は、それぞれの支持フレーム９にシールドフレーム７の直径方向に摺動可能に挿通されるガイド柱部１８と、これらガイド柱部１８の一端に設けられ互いに近接する方向に延びる片持ちフレーム部６１とを備える。それぞれの片持ちフレーム部６１と支持フレーム９との間には、ジャッキ２０が介設されている。図１４に示すように、一対の片持ちフレーム部６１の先端間には、吊りビーム連結材６２が掛け渡して設けられており、片持ちフレーム部６１を補強するようになっている。

図１４及び図１５に示すように、片持ちフレーム部６１間には、第一吊りビーム６０より後方に延びると共に、前方に退避可能な摺動フレーム６３が設けられている。摺動フレーム６３は、それぞれの片持ちフレーム部６１に前後摺動可能に挿通されるスライドロッド部６４と、スライドロッド部６４の後端部間に掛け渡すように設けられた後部フレーム部６５とからなる。後部フレーム部６５と片持ちフレーム部６１との間には、収納ジャッキ６６が介設されており、収納ジャッキ６６が伸縮することで摺動フレーム６３が前後方向に移動されるようになっている。

摺動フレーム６３には、第一セグメント保持機構５７が設けられている。第一セグメント保持機構５７は、摺動フレーム６３が後方に移動したときセグメントを組み立てる作業位置に移動され、摺動フレーム６３が前方に移動したとき足場装置４やホイスト４３から退避する退避位置に移動されるようになっている。第一セグメント保持機構５７は、後部フレーム部６５に前方に延びて設けられた一対のガイドロッド２１と、ガイドロッド２１に前後スライド可能に挿通されセグメント２を保持する第一セグメント保持部１２と、ガイドロッド２１と第一セグメント保持部１２との間に介設されたジャッキ２２とを備える。

第一セグメント保持部は、ガイドロッド２１に摺動可能に係合される移動台６７と、移動台６７に姿勢調節部６８を介して装着された保持部本体６９と、保持部本体６９のトンネル外周側の面に装着されたバキュームパッド２３と、保持部本体６９にトンネル軸方向に移動自在に装着されセグメント２の前側端面に形成されたズレ防止穴（図示せず）に係合するズレ防止ピン７０とを有する。

姿勢調節部６８は、移動台６７と保持部本体６９との間に介設され保持部本体６９を移動台６７に対して全方向傾動可能に吊り下げる吊下ロッド７１と、移動台６７と保持部本体６９との間にトンネル幅方向、軸方向に間隔を隔てて配置された４本の姿勢制御ジャッキ７２とを有し、各姿勢制御ジャッキ７２の伸縮量を調節することで、保持部本体６９の姿勢を変更できるようになっている。

バキュームパッド２３は、ゴム等の可撓性材料からリング状（高さの低い筒状）に形成されており、その一端が保持部本体６９に接着等によって固定され、他端がセグメント２に当接されようになっている。保持部本体２１には、バキュームパッド２３内で開口する排気口が形成されており、バキュームパッド２３がセグメント２の上面に当接された状態で、バキュームパッド２３内の空気は、排気口からバキュームポンプによって排気されるようになっている。この排気により、バキュームパッド２３内が負圧となり、セグメント２が吸着されるようになっている。

このように、第一セグメント保持機構５７が、後方に延びる摺動フレーム６３を介して後方に突出した作業位置と前方の退避位置とに移動可能に設けられるものにすると、第一セグメント保持機構５７が足場装置４のバケット部３９やホイスト４３に干渉するのを防ぐことができる。

なお、第一セグメント保持部１２がバキューム式であり、第二セグメント保持部１３が内面凹型のセグメント２を把持するものについて説明したが、これに限るものではない。第一セグメント保持部１２と第二セグメント保持部１３のタイプは組み立てるセグメント２に応じて自由に決定してよい。

またさらに、足場装置４が前方に移動されたとき摺動フレーム２８を前方に移動させて第二セグメント保持機構５８を足場装置４から退避させる制御装置（図示せず）を備えてもよく、ホイスト４３が既設セグメント４４にセグメント２を載置するとき摺動フレーム２８を前方に移動させて第二セグメント保持機構５８をホイスト４３から退避させる制御装置（図示せず）を備えてもよい。

本発明の好適実施の形態を示すシールド掘進機の要部側面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ線矢視図である。 図３の要部拡大図である。 図３のＣ−Ｃ線矢視断面図である。 図５の第二セグメント保持部を前方に退避させた動作説明図である。 図４のＤ−Ｄ線矢視断面図である。 足場装置の正面図である。 セグメント組立開始時のシールド掘進機の要部側面図である。 １リング分のセグメントが組み立て終わるシールド掘進機の要部側面図である。 足場装置と形状保持装置を前進させたシールド掘進機の要部側面図である。 第一セグメント保持部でセグメントを組み立てるシールド掘進機の要部側面図である。 他の実施の形態を示す第一吊りビームの背面図である。 他の実施の形態を示す図１３の平面図である。 他の実施の形態を示す図１４の側断面図である。 従来のシールド掘進機の要部側面図である。

符号の説明

１ シールド掘進機
２ セグメント
３ セグメント組立装置
４ 足場装置
５ トンネル壁
６ 形状保持装置
７ シールドフレーム
８ 旋回フレーム
９ 支持フレーム
１０ 第一吊りビーム
１１ 第二吊りビーム
１２ 第一セグメント保持部
１３ 第二セグメント保持部
２８ 摺動フレーム
４３ ホイスト
４４ 既設セグメント
５７ 第一セグメント保持機構
５８ 第二セグメント保持機構

Claims (4)

1. シールドフレーム内に同軸上で回転する旋回フレームを設け、該旋回フレームに掘進方向後方に延びる支持フレームを設け、該支持フレームに、直径方向の一方に延びる第一吊りビームを径方向に移動可能に設け、該第一吊りビームの後方の支持フレームに直径方向の他方に延びる第二吊りビームを径方向に移動可能に設け、上記第一吊りビームの先端に、セグメントを保持する第一セグメント保持機構を配設すると共に、上記第二吊りビームの先端に、上記セグメントとは形状が異なる他の種類のセグメントを保持する第二セグメント保持機構を配設してセグメント組立装置を構成したシールド掘進機において、上記第一セグメント保持機構と第二セグメント保持機構の少なくとも一方が、後方に延びる摺動フレームを介して後方に突出した作業位置と前方の退避位置とに移動可能に設けられたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 上記セグメント組立装置の後方には、セグメント組立装置で組み立てたセグメントをボルト締めするための足場装置が前方に移動可能に設けられ、該足場装置の後方には、セグメントを組み立ててなるトンネル壁の形状を保持するための形状保持装置が前方に移動可能に設けられ、上記足場装置が前方に移動されたとき上記摺動フレームを前方に移動させて上記セグメント保持機構を足場装置から退避させる請求項１記載のシールド掘進機。
3. 上記セグメント組立装置にセグメントを受け渡すべくセグメント組立位置と同一リング上の既設セグメントにセグメントを載置するホイストを備え、該ホイストが上記既設セグメントにセグメントを載置するとき上記摺動フレームを前方に移動させて上記セグメント保持機構をホイストから退避させる請求項１記載のシールド掘進機。
4. 上記セグメント保持機構が、保持したセグメントを所定の組立位置に合わせるべく前後に移動可能に形成されると共にセグメントを保持するセグメント保持部を備えた請求項１〜３のいずれかに記載のシールド掘進機。

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