JPS62133295A - シ−ルド掘進機 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は地中にトンネルの如き横坑を構築する場合に用
いられる大口径のシールド掘進機に関する。

（従来技術およびその問題点） 従来、大口径のシールド掘進機のカッターは、第５図に
示すように、一つの巨大な回転型カッター１００により
構成されていた。しかし、この場合、カッター自体の重
量が大きく、しかもカッターに加わるトルクも大きいた
め、カッターを支える軸受１０１や、カッター自体が巨
大化して製作費が過大となっていた。

また、土圧系の泥土加圧シールドにおいては、掘削土砂
に作泥土材を注入しシールド機内の切羽室１０２内で練
り混ぜることにより掘削土砂を泥土に変換し、この泥土
による圧力で切羽を安定させつつ掘進させるもので、掘
削土砂と作泥土材とを練り混ぜる練り混ぜ機構が掘削土
砂の泥土化にとって重要なこととなる。

しかして、大口径の場合、外周部に比べ内周部はカッタ
ー１００の移動速度が非常に遅くなるので、カッタース
ポーク１０４の後方に設けた練り混ぜ買１０３だけでは
、練り混ぜが不十分となるので、掘削土砂が塑性流動化
されず、掘進に支障をきたすことになる。そこで、カッ
ター１００とは別駆動の中央部練り混ぜ丙などを装備す
ることが必要となって製作費の増大を招く。

（発明の目的） 本発明は上記の京に鑑み提案されたもので、その目的と
するところは複数基のカッターを組合せて一つの大きな
円形の掘削断面を得るようにし、よって個々のカッター
を通常の小、中口径のものと同程度の構造でも良くして
コスト高を抑え、かつビットの摩耗も小なく、しかも練
り混ぜ能力が高いシールド掘進機を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は上記目的を達成するために、大口径
のシールド掘進機において、シールド掘進機の前方部に
設けられ、かつ回転自在な複数種の複数基のカッターに
よって一つの大口径の略円形の掘削断面を得るようにし
たことを要旨としている。

（作用） 本発明においては、小ないし中口径のカッターを複数基
組合せて大口径シールドのカッターとすることにより、
明々の力゛ツタ−にかかるトルクを個々のカッターに分
散させ、個々のカッターは通常の小、中口径シールドの
カッターと構造的に同程度のものでよいようにしている
。

また、カッターは、それぞれの掘削面が重なっているの
で、　ピッ１−の摩耗も少なく、さらに、個々のカッタ
ー径は大口径でないので、カッターの外周部と内周部で
のカッタースポークの移動速度に大きな違いはなく、ま
た、回転方向の異なるカッターの回転円が互いに干渉し
合っているので、練り混ぜ能力が非常に高くなっている
。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の好ましい実施例を説明する
。

第１図は本ｄ明の第１実施例を示すもので、図中１はシ
ールド掘進機Ａを構成する大口径の円筒形を呈し鋼板等
よりなるシールド筒であり、前方部内周面には円板状の
隔壁２が設けられ、これにより切羽室３が形成されてい
る。

４はシールド筒１の隔壁２の前方に突出して設けられい
わゆるカッターとして機能する比較的中口径の中心カッ
ターで、この中心カッター４は、先端にフィッシュテー
ル状のセンタービット５が設けられ、かつ軸方向中心線
上に作泥土材用の注入管６ａが形成され、軸受７を介し
隔壁２中央部にＩＩＩされたセンターシャフト６と、こ
のセンターシャフト６の前端部にボス８を介して取付け
られ、かつ前部に多数のビット９が設けられているとと
もに、後部に後方に向って延びる複数の練り混ぜｌＱ１
０が設けられた略十字状のカッタースポーク１１にて構
成されている。そして、隔壁２の中央部背面には支持部
材１２が設けられ、この支持部材１２に中心カッター用
駆動モータ１３が取付けられ、そのモータ軸に連結され
たビニオン１４が隔壁２の後方に突出したセンターシャ
フト６の１粒部に設けられた歯車１５と噛合し、駆動モ
ータ１３を駆動することにより、中心カッター４が回転
するよう構成されている。

また、１６は中心カッター４に比べやや小口径の中間カ
ッターで、中心カッター４の周辺、すなわち、中心カッ
ター４と隔壁２の外周部に設けられた、詳しくは（夛述
する外周力゛ンター１１との間において互いに離間して
偶数基設けられている。しかして、この中間カッター１
６は中心カッター４の軸心に対し略同心円状に配設され
ており、中心カッター４と略同様先端にフィッシュテー
ル状のセンタービット１８が設けられ、かつ軸方向中心
線上に作泥土材用の注入管１９ａが形成され、軸受２０
を介し隔壁２に貴殿されたセンターシャフト１９と、こ
のセンターシャフト１９の前端部にボス２１を介し取付
けられ略Ｘ字状に延びるスポーク２２ａ、２２ｂおよび
その外周部を弧状に連結する弧状スポーク２２ｃにてな
るＭ形のカッタースポーク２２と、口の扇形カッタース
ポーク２２の前部に設けられた多数のビット２３および
後部に設けられ、かつ後方に向かって延び良さの異なる
練り混ぜｖ１２４ａ、２４ｂとによって構成されている
。なお、扇形カッタースポーク２２はスポーク２２ａ、
　２２＋）、　２２Ｃ構造とせず扇形の面板部材とする
ことも可能である。また、練り混ぜ翼２４ｂは隔壁２近
傍まで延び、かつ軸受２０付近の練り混ぜ内は軸受２０
にぶつからないようその近傍までの短かい長さとなって
いるが、軸受２０の前端が必要以上に隔壁２前方に突出
しないものであれば各線り混ぜ翼２４ａ、２４ｂは同じ
長さでも良いことは勿論である。

また、中間カッター１６のカッタ一部は中心カッター４
より若干前方に突出した位置に設けられ、中心カッター
４の周囲において互いに適間隔をあけ、かつ相互の外周
縁の軌跡が重なるように設けられている。口の場合、各
中間カッター１６は互いに衝突しないよう適度の位相差
を付されて配設され、それぞれ略同−速度で、かつ隣り
合うもの同志が逆方向に回転される。換言すると各中間
カッター１［ｉは一つ置きに同一方向に回転するように
なっている。

次に中間カッター１６の回転機構について説明する。隔
壁２の背面であって中心カッター用回転機構の周囲には
支持部材２５が設けられ、この支持部材２５には中間カ
ッター用駆動モータ２Ｇが設けられている。また、支持
部材２５内には２つの略リング状の第１．第２の歯車２
７．２８が前後して設けられ、かつモータ軸に前後して
設けられた第１．第２のビニオン２９．３０が第１．第
２の歯車２７．２８にそれぞれ噛合され、第１．第２の
歯車２７．２８はそれ老れ逆方向に回転するように構成
されている。そして、一つ置きの各中間カッター１６の
センターシャフト１つの適位置に第１または第２の歯車
２７．２８と噛合する歯車３１．３２が設けられ、これ
によって隣り合う中間カッター１６が互いに逆方向に回
転される。

なお、このとき隣り合うカッターの回転速度が同じにな
るように第１．第２のビニオン２９．３０と第１゜第２
の歯車２７．２８の比を調節しておく必要がある。

また、１７はシールド筒１内であって隔壁２の外周部に
設けられた大口径のリング状の外周カッターで、この外
周カッター１７は、中間カッター１６の扇形カッタース
ポーク２２の後方に位置し、かつ前部に多数のビット３
３が設けられた、例えば略コ字状をなす力゛ンタースポ
ーク３４と、カッタースポーク３４と支持ビーム３５に
よって連絡され、かつシールド筒１内であって隔壁２の
外周部に回転可能に設けられた回転隔壁３６と、この回
転隔壁３６の後方に設けられた歯車部３６ａと噛合する
ビニオン３７を介しそのモータ軸が連結され、かつ支持
部材３８に取付けられた外周カッター用駆動モータ３９
とにて構成されている。

さらに、４０は坑内側に設けられたスクリューコンベア
で、その前端４０ａは隔壁２の下部と接続され、かつ債
端に設けられたスクリュー駆動用モータ４１を駆動する
ことにより切羽室３内の泥土等を内部に取り込み排出す
るものである。なお、図中ではスクリューコンベア４０
は一基であるが、必らずしも一基に限定されるものでは
なく、複数基の設置も可能である。

４２はオイルジヤツキで、前端はシールド筒１の内壁面
に立設された支持部１ａに、また、１１端は反力受（図
示せず）に当接させられている。

しかして、上記オイルジヤツキ４２は、切羽室３に充満
された泥土の圧力を一定に保つため、スクリューコンベ
ア４０の泥土の排出量を考慮しつつ駆動され、シールド
筒１を前進させる。Ｃの場合、切羽室３内の泥土の圧力
は切羽室３に面した隔壁２の適箇所に設けた圧力計（図
示せず）によって検出される。

その他、４３は回転隔壁３６の周囲に設けられたシ−ル
、４４．４５はそれぞれ第１．第２の山車２７．２８を
支持する軸受である。

次に本発明の動作について説明する。

掘削断面が円形のシールド掘進機において、その断面の
半径よりも短かい直径である偶数基の中間カッター１６
をそれぞれのカッターの掘削円が、シールド掘進ＩＡの
掘削断面円の内側に接するように配設してあり、また、
それぞれの隣り合う中間カッター１６の中心を結・ｙと
正多角形を形成するようになっており、かつ多角形の一
辺の長さが中間カッター１６の半径よりも長く直径より
も短かくなっている。ざらに、シールドａ通接への掘削
断面中心にも中心カッター４が配設されていて、前記中
間カッター１Ｇと接触する口とのないようにその後方に
位置している。

また、シールド掘進機外周部には、回転するリング状の
回転隔壁３６に取り付けられ、外周縁に沿って回転する
カッタースポーク３４が、前記の正多角形状に配設され
た中間カッター１６の漬方に位置するように配設されて
いて、これら３種類の中心カッター４、中間カッター１
６、外周カッター１７等を各駆動モータ１３，２６．３
９にて駆動することにより、一つの大きな円形断面を掘
削することができる。

このように、小ないし中、大口径のカッターを複数基組
合せることにより大きな円形断面を掘削するようにして
いるため、個々のカッターは通常の小、中口径シールド
のカッターと構造的に同程度のものでよい。また、各カ
ッター相互は、それぞれの掘削面が重なっているので、
カッターの外周部と内周部でのカッタースポークの移動
速度に大きな違いはなく、また、回転方向の異なるカッ
ターの回転円が互いに干渉し合っているので、練り混ぜ
能力が非常に高い。

しかして、各カッターにより掘削される切羽の銭削土は
、切羽室３に取込まれるが、口の掘削土を切羽の地山と
単位体積重量が略同程度で、塑性流動性、不透水性のあ
る泥土に泥土化するために各センターシャフト６．１９
の俊端部に設けられたスイベルジヨイント４６．４７を
介し外部から作泥土材が注入され、この作泥土材はセン
ターシャフト６．１９の内部の注入管６ａ、　１９ａを
通ってその先端部から外部に注入されるものである。な
お、この種σ）注入管６ａ、１９ａは隔壁２の適宜の箇
所にも設けたり、カッタースポークｉｔ、２２の適箇所
に設けても良い口とは勿論である。

掘削土に対しこのようにして必要に応じ作泥土材を注入
しつつ各カッタースポーク１１，２２ｔ１方の練り混ぜ
買１０．２４ａ、２４ｂで練り混ぜることによりこの土
砂を前述のように泥土に変換する。この泥土を隔壁前８
Ｂの切羽室３とスクリューコンベア４０内に充満し、オ
イルジヤツキ４２により加圧して、泥土に圧力を発生さ
せて、この泥土により、切羽の崩壊を防止しながら、排
土と掘進を行なうものである。

第２図は本発明の第２実施例を示すもので、この実施例
では最外周のリング４８にビット３３を取り付けたもの
を支持ビーム４９で支持し第１実施例の回転隔壁に相当
する部材３６に連結させ回転させるようにしたものであ
る。

この場合、シールド断面内に掘削されない部分ができる
ことがあるので、地山対象としては崩壊性のある砂■や
軟弱な地山でなければならない。

その他の構成、作用は第１実施施例と略同様である。

第３図は本発明の第３実施例を示すもので、この実施例
では第１＊施例における大口径の外周カッターを公転す
るとともに自転装置５０によって自転する複数基の外周
カッター５１にて構成した点に主として特徴を有しとい
る。

すなわち、この外周カッター５１は、先端にビット５２
を有し、かつ外周の軌跡シールド筒径と略接する小径の
円形をなすカッタースポーク５３が設けられたセンター
シャフト５４と、このセンターシャフト５４を回転可能
に支持するとともに、支持部材５５に取付けられた駆動
モータ５Ｇのビニオン５７と噛合する略リング状の歯車
５８と、前記センターシャフト５４の後端に設けられた
ビニオン５９が噛合する、シールド筒１の内側に設けら
れた略リング状の大径の固定歯車６０とによって構成さ
れている。なお、歯車５８の前端は回転隔壁５８ａとな
っている。

したがって、駆動モーター５６により外周カッター５１
をシールド外周部に回転させると外周カッター５１のセ
ンターシャフト５４に固定されたビニオン５９が固定歯
車６０の内側を歯がかみ合ったまま移動するので、外周
カッター５１はセンターシャフト５４を中心として回転
する。つまり、外周カッター５１は自転しながら公転す
ることとなる。

この場合、外周カッター５１は自転と公転をそれぞれ別
のモーターにより行うことにより自転と公転を独立した
動きとすることもできる。よって、効率良く切羽を蝕削
し、かつ掘削土と作泥土材を練りン昆ぜることができる
。

この実施例では中間カッター１６の掘削円がシールド筒
１の外縁と接することなく、内側へよっている。その他
の構成、作用は前述の実施例と略同様である。

なお、上記第１〜第２実施例において中間カッター１６
の隣り合うものどうしを逆方向の同速度で回転させる手
段は実施例に示されるような手段に限らず、電気的方法
などによって駆動モータを制御するようにして行っても
よい。また、各実施例において中間カッター１６は、地
山が軟弱な土質であればそのカッターの掘削円が必ずし
も重なる必要はなく、その場合、中間カッター１６の駆
動はそれぞれ独立させて構成してもよい。

第４図は本発明の第４実施例を示すもので、この実施例
ではカッターは中口径の中心カッター６１と前述の実施
例の中間カッターおよび外周カッターを兼用した自・公
転可能な周辺カッター６２とにて構成されている。

すなわち、この場合、中心カッター６１のカッタースポ
ーク６３は円形スポーク６３ａとそれを支持する支持ス
ポーク６３ｂにて構成されている。その他回転機構は第
１実施例のものと基本的に同様である。

また、個々の周辺カッター６２は比較的に小口径の円形
をなすカッタースポーク６４と、このカッタースポーク
６４が先端に設けられているとともに、さらにその先端
にセンタービット６５が設けられたセンターシャフト６
６と、このセンターシャフト６６を歯ｌ！機構を介し駆
動する自転用駆動モータ６７とを備えている。

そして、口の周辺カッター６２のセンターシャフト６６
および前記中心カッター６１はそれぞれ専用の軸受６９
，６９’を介し回転可能な回転隔ｖ７０に貫設され、駆
動モータ６７を支持するとともに、内部に、センターシ
ャフト６６後端に設けられた歯車７１、これと噛合する
ビニオン１２等の回転機構が収納された支持部材７３が
回転隔壁１０側の外周側後部に設けられている。

また、それらの後方に回転隔壁駆動モータ７４が取付け
られた支持部材乃が設けられている。回転隔壁駆動モー
タ７４のモータ軸にはビニオン１６が設けられ、このビ
ニオン７６は略リング状をなす大歯車７７と噛合してい
る。口の大歯車７１の支持ビーム７７ａの先端は支持部
材７３に連結されている。また、支持ビーム７Ｌ１は、
先端が軸受６９の外周部側に連結され、かつ回転機構お
よび駆動モータ６７が設けられた支持部材７；３等を包
囲し、回転隔壁７０とともに回転する回転ケーシング７
８に連結されている。

なお、回転ケーシング７８の後部は軸受７９を介し支持
部材７５の支持されている。

しかして、駆動モータ７４を駆動するとその回転は、ビ
ニオン７６、大歯車７７、回転ケーシング７８へと伝達
される。このため、シールドｒｓ１内の前方部外周に設
けられたフランジ状の固定隔壁１１）の内面にシール兼
軸受８０を介し回転可能に設けられた回転隔壁７０が回
転し、これにより中心カッター６１の周囲を周辺カッタ
ー６２が回転、つまり公転し個々の周辺カッタ−６２全
体として大口径のカッターの役割りをなすようになって
いる。また、この場合、駆動モータ６７を駆動させれば
その回転がビニオン７２、歯車７１、センターシャフト
６６へと伝達され、周辺カッター６２を自転させること
ができる。

この際各周辺カッター６２の駆動はそれぞれの専用の駆
動モータ６７によって行われ独立している。

なお、中心カッター６１は若干前方へ突出し、かつその
カッタースポーク６３の外周縁とやや内側に位置する周
辺カッター６２のカッタースポーク６４の外周縁は前方
から児て重なっており、また、カツタースポーク６４の
軌跡の外周縁はシールド筒１と重なっている。

そして、図示の状態において周辺カッター６２は中心カ
ッター６１の上下、左右の４ケ所に設けられており、そ
れらの中心、周辺カッター６１．６２を駆動することに
より全体として一つの大きな円形の掘削断面を得ること
ができる。

掘削土を泥土化する場合、スイベルジヨイント８１と接
続された作泥土材注入管８２を介しセンターシャフト６
８の注入管（３８８に注入させる。この作泥土材は、例
えばセンターシャフト６８の先端部から外部に噴出され
るとともに、センターシャフト６８の略中央部に設けら
れたスイベルジヨイント８３を介し各周辺カッター６２
のセンターシャフト６６内にも作泥土材注入管８４およ
びスイベルジヨイント８５を経て作泥土材が供給され、
適箇所から外部に噴出される。

そして、掘削土と作泥土材とを各カッタースポーク（５
３，６４の後方に設けられ、それぞれ適切な長さに設定
されている練り混ぜ＄１８６．８７で練り混ぜることに
より泥土に変換し、これによって切羽を押えつつ眠進を
行−うものである。また、切羽至３内の泥土は固定隔壁
１ｂの下部に前端が接続された適数個のスクリューコン
ベア４０を介し外部に排出される。

なお、上記各実施例において地山にシルト、粘土分等が
多く含まれている場合には、例えばベントナイト溶液、
ＣＭＣなどの作泥土材を注入しなくとも良いことは勿論
である。作泥土材としては掘削土の性状を切羽を好適に
押えるものに変換するものであればよく、他のものであ
っても良いことは勿論である。

また、地山が軟弱であれば第１ないし第３実施例におい
て中間カッター１６を中心に近づけることにより、中心
カッター４を省略することも可能である。

さらに、第１ないし第３実施例において、中心カッター
４は中間カッター１６、の後方に位置するようにしても
良いし、その逆に第４実施例のように前方に位置するよ
うにしても良い。一方、第４実施例においてカッターの
前後関係を第１ないし第３実施例のようにしても良い。

また、上記実施例は、いわゆる泥土加圧シールドに本発
明を適用した場合について説明したが、泥水加圧などの
他のメカニカルシールドに適用することも可能である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、大口径のシールド掘進機
において、シールド掘進機の前方部に設けられ、かつ回
転自在な複数基のカッターによって一つの大口径の略円
形の掘削断面を得るようにし、小、中口径のカッターを
複数基組合せることにより大口径シールドのカッターと
したから、個々のカッターにかかるトルクが小さくなる
ため、個々のカッターは通常の小、中口径シールドのカ
ッターと構造的に同程度のものでよく、そのため製作費
を軽減することができる利点がある。

また、中心カッターおよびその周辺に設けられるカッタ
ーは、それぞれの掘削面が重なっているので、ピットの
摩耗も少なくなる。

さらに、個々のカッター径が大口径でないので、カッタ
ーの外周部でのカッタースポークの移動速度に大きな違
いはなく、また、回転方向の異なるカッターの回転円は
互いに干渉し合っているので、練り混ぜ能力が非常に高
い利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例で、（イ）は正面図、（ロ
）は側面図、第２図は本発明の第２実施例の部分側断面
図、第３図（イ）、（ロ）は本発明の第３実施例、第４
図（イ）、（ロ）は同第４実施例、第５図は従来例であ
る。 １・・・・シールド筒、２・・・・隔壁、４．６１・・
・・中心カッター、１６・・・・中間カッター、１７．
５１・・・・外周カッター、６２・・・・周辺カッター
１ｑ４２ 第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）大口径のシールド掘進機において、シールド掘進
   機の前方部に設けられ、かつ回転自在な複数種の複数基
   のカツターによつて一つの大口径の略円形の掘削断面を
   得ることを特徴としたシールド掘進機。
2. （２）複数種、複数基のカツター相互の軌跡の外周縁が
   相互に重なるよう各カツターを配置した特許請求の範囲
   第１項記載のシールド掘進機。
3. （３）カツターは、中央部に設けられた中心カツターと
   、この中心カツターの周囲に設けられた中間カツターと
   、シールド掘進機の外周部に設けられた外周カツターと
   にて構成した特許請求の範囲第１項記載のシールド掘進
   機。
4. （４）外周カツターは略リング状をなし、その内部に中
   心カツター、中間カツターが設けられそれらの周囲を回
   転する特許請求の範囲第３項記載のシールド掘進機。
5. （５）外周カツターは円形の回転可能なカツタースポー
   クを有し、かつ中心カツターの外周に設けられた中間カ
   ツターの外周に配設された複数基のものからなり、それ
   らの周囲を公転するとともに自転する特許請求の範囲第
   ３項記載のシールド掘進機。
6. （６）カツターは、中央部に設けられた中心カツターと
   、この中心カツターの周囲に設けられた公・自転可能な
   周辺カツターとにて成る特許請求の範囲第１項記載のシ
   ールド掘進機。