(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山内を掘進するシールド機であって、
前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも進行方向前方に突出するように設置され、所定の温度に発熱する発熱装置を備えることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記発熱装置は、前記シールド機の外周縁部に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項３】
前記発熱装置は、前記シールド機の外殻と隔壁との間に配置された収納室内に収納されており、前記収納室と前記外殻との間及び前記収納室と前記隔壁との間には、止水材がそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記発熱装置は、前記シールド機本体から出没可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のシールド機。
【請求項５】
前記発熱装置は、前記カッターヘッドに設置されるカッタービットに取り付けられていること特徴とする請求項１に記載のシールド機。
【請求項６】
所定の温度に発熱する発熱装置を備えたシールド機を用いて地山を掘削する掘進工法において、
発熱された前記発熱装置を前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも先行させることにより、地山内に存在する障害物を前記発熱装置の熱で溶融して切断する切断工程と、
前記障害物を切断した後に、前記発熱装置を前記シールド機内に没入させる没入工程と、
前記カッターヘッドを駆動させることにより地山を掘削する掘削工程と、を備えることを特徴とするシールド機の掘進工法。
【請求項７】
所定の温度に発熱する発熱装置を備えたシールド機を用いて地山を掘削する掘進工法において、
前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも進行方向前方に突出するように設けられた前記発熱装置を所定の温度に発熱させながら、前記カッターヘッドを回転させることにより、地山内に存在する障害物を前記発熱装置の熱で溶融して切断しつつ、地山を掘削することを特徴とするシールド機の掘進工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山内に存在するドレーン材等の障害物を加熱して溶融させることにより、当該障害物を切断するための発熱装置を備えたシールド機及びそのシールド機の掘進工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工法の一つとして、ドレーン材を地山に挿入して地下水を排水する工法が用いられている。このような工法で地盤改良された地山内をシールド機で掘進する際は、切羽面に露出して掘進の障害となるドレーン材を切断しなければならない。
【０００３】
そのドレーン材を切断する方法として、例えば、特許文献１には、カッターヘッドの外周にリング状に設けられたドレーン材用カッターで、カッターヘッドによる地山の掘削よりも先行してドレーン材を切断することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、カッターヘッドの外周側端部及び中央部付近に、そのカッターヘッドの前面よりも進行方向前方に突出するように設けられた円盤状の丸刃カッターを水平に回転させながら、カッターヘッドによる地山の掘削よりも先行してドレーン材を切断することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、カッターヘッドの外周側端部及び中央部付近に、そのカッターヘッドの前面よりも進行方向前方に突出するように設けられたドレーン材用ブレードと、このドレーン材用ブレードをメンテナンスするために、隔壁を貫通するとともに、シールド機本体内側に突出するように設けられた交換室と、を備えたシールド機で、カッターヘッドによる地山の掘削よりも先行してドレーン材を切断することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−９３３８４号公報
【特許文献２】特開平６−１６７１９２号公報
【特許文献３】特開平７−４１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の切断装置では、ドレーン材切断用のカッターやブレードが摩耗あるいは破損した際の交換に手間と時間がかかるという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、地山内に存在するドレーン材等の障害物を加熱して溶融させることにより、当該障害物を切断するための発熱装置を備え、この発熱装置の耐久性に優れたシールド機及びそのシールド機を用いた掘進工法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、地山内を掘進するシールド機であって、
前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも進行方向前方に突出するように設置され、所定の温度に発熱する発熱装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、所定の温度に発熱する発熱装置を備えているので、障害物を溶融して切断することができる。また、発熱装置がカッターヘッドよりも進行方向前方に突出するように設けられているので、障害物を発熱装置で切断した後にその障害物の周囲の地山をカッターヘッドで掘削することができる。
【００１１】
また、発熱装置は、機械的に障害物を切断するものではないため、破損しにくく、耐久性に優れている。
【００１２】
本発明において、前記発熱装置は、前記シールド機の外周縁部に沿って配置されていることとすれば、掘削予定箇所に存在する障害物の上端及び下端を発熱装置で切断することができる。したがって、地山掘削時に、掘削予定箇所の上方及び下方に存在する障害物を引き込むことなく、掘削予定箇所に存在する障害物のみを撤去することができる。
【００１３】
本発明において、前記発熱装置は、前記シールド機の外殻と隔壁との間に配置された収納室内に収納されており、前記収納室と前記外殻との間及び前記収納室と前記隔壁との間には、止水材がそれぞれ設置されていることとすれば、外殻と収納室との間及び隔壁と収納室との間を水や土砂が通過してシールド機本体内に流入することを防止できる。したがって、シールド機本体内で、安全に発熱装置をメンテナンスすることができる。
【００１４】
本発明において、前記発熱装置は、前記シールド機本体から出没可能に構成されていることとすれば、発熱装置をシールド機本体内に没入させた状態でメンテナンスすることができる。したがって、効率良く、かつ、安全に発熱装置をメンテナンスすることができる。
【００１５】
本発明において、前記発熱装置は、前記カッターヘッドに設置されるカッタービットに取り付けられていることとすれば、カッタービットを交換する際に、カッターヘッド内で発熱装置をメンテナンスすることができる。したがって、効率良く、かつ、安全に発熱装置をメンテナンスすることができる。
【００１６】
本発明は、所定の温度に発熱する発熱装置を備えたシールド機を用いて地山を掘削する掘進工法において、
発熱された前記発熱装置を前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも先行させることにより、地山内に存在する障害物を前記発熱装置の熱で溶融して切断する切断工程と、
前記障害物を切断した後に、前記発熱装置を前記シールド機内に没入させる没入工程と、
前記カッターヘッドを駆動させることにより地山を掘削する掘削工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、発熱装置をカッターヘッドよりも先行させて駆動させるので、障害物を発熱装置で切断した後にその障害物の周囲の地山をカッターヘッドで掘削することとなる。したがって、地山掘削時に、掘削予定箇所の上方に存在する障害物を引き込んで地盤沈下等を起こすことがない。また、発熱装置は、機械的に障害物を切断するものではないため、破損しにくく、耐久性に優れている。
【００１８】
また、本発明は、所定の温度に発熱する発熱装置を備えたシールド機を用いて地山を掘削する掘進工法において、
前記シールド機の前部に設けられたカッターヘッドよりも進行方向前方に突出するように設けられた前記発熱装置を所定の温度に発熱させながら、前記カッターヘッドを回転させることにより、地山内に存在する障害物を前記発熱装置の熱で溶融して切断しつつ、地山を掘削することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、発熱装置をカッターヘッドよりも先行させて駆動させるので、障害物を発熱装置で切断した後にその障害物の周囲の地山をカッターヘッドで掘削することとなる。したがって、地山掘削時に、掘削予定箇所の上方及び下方に存在する障害物を引き込むことなく、掘削予定箇所に存在する障害物のみを撤去することができる。また、発熱装置は、機械的に障害物を切断するものではないため、破損しにくく、耐久性に優れている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、破損が少なく、長期間連続して障害物を切断可能な発熱装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る矩形シールド機の正面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る矩形シールド機の側断面図である。
【図３】発熱装置を収納した収納室の内部構造を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る矩形シールド機の正面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る矩形シールド機の側断面図である。
【図７】カッターヘッドの回転による発熱体の移動の軌跡を点線で示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態においては、地山内をシールド機で掘進する際に、切羽面に露出して掘進の障害物となる地盤改良用のドレーン材を切断する場合について説明するが、これに限定されるものではなく、溶融可能な障害物、例えば、不織布、凍土等を切断する場合にも適用可能である。
図１及び図２は、それぞれ本発明の第一実施形態に係る矩形シールド機１の正面図及び側断面図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、矩形シールド機１は、外殻２内に縦横に所定の組み合せで配列されるとともに、それぞれが独立して推進可能、かつ、それぞれが独立して駆動可能な複数の矩形状の主シールド３と、各主シールド３を進退させるためのシールドジャッキ５と、各主シールド３の前面側に回転可能に設けられたカッターヘッド６と、掘削土砂を排出するためのコンベア７と、を備えている。
【００２４】
カッターヘッド６は、回転の中心となる回転軸部６ａと、等角度おきに回転軸部６ａから放射状に延設された３本のアーム状カッター部６ｂとを備える。
【００２５】
また、矩形シールド機１は、その上縁部及び下縁部にドレーン材を切断するための複数の発熱装置８と、矩形シールド機１の外殻２と隔壁２０との間に配置され、発熱装置８を収納するための箱状の収納室１０と、収納室１０を前後進させて矩形シールド機１本体から出没させるための押出用ジャッキ１１と、を備えている。
【００２６】
発熱装置８は、それぞれが独立して外殻２に対して出没可能、かつ、それぞれが独立して発熱可能である。本実施形態においては、上縁部及び下縁部にそれぞれ左右に２台の発熱装置８を設置している。なお、発熱装置８の配列は、構築するトンネルの掘削断面の大きさ等に応じて適宜の組み合せとすることができる。要するに、矩形シールド機１の幅方向のほぼ全体をカバーできるように設けられていればよい。
【００２７】
図３は、発熱装置８を収納した収納室１０の内部構造を示す平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
図３及び図４に示すように、発熱装置８は、発熱体９と、発熱体９を収納室１０内の所定の設置場所へ押し込むための押し込み治具１２と、発熱体９を発熱させるために発熱体９に通電する駆動源２２（図２参照）と、を備える。
【００２８】
収納室１０の切羽側の側面１０ａは、収納室１０が地山内を推進する際の抵抗を低減するために、凸状に形成されている。また、収納室１０の坑口側の側面には、開閉可能なハッチ１５が設けられている。発熱体９の交換作業は、ハッチ１５を開いて、矩形シールド機１本体内から行うことができる。
【００２９】
収納室１０と外殻２との間及び収納室１０と隔壁２０との間には、収納室１０を支持するとともに、土砂や水の流入を防止するための環状のシール材１７が設置されている。本実施形態においては、摩擦抵抗の小さいテフロン（商標登録：イー・アイ・デユポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー社）を用いた。
【００３０】
発熱体９は、通電されることにより、ドレーン材を切断可能な温度まで発熱することができるものであればよく、本実施形態においては、プラスチックからなるドレーン材を切断するために３００℃まで発熱することが可能なカートリッジヒーターを用いたが、これに限定されるものではなく、ドレーン材を溶融させる温度まで発熱できるものであればよい。すなわち、発熱温度は、ドレーン材の溶融温度に応じて適宜、決定される。
【００３１】
押し込み治具１２は、発熱体９を収納室１０の切羽側所定の位置に固定するための固定具１３と、一端が固定具１３に接続された棒状の押し込み棒１４と、から構成される。
【００３２】
固定具１３の切羽側の側面１３ａは、収納室１０の切羽側の側面１０ａに密着できるように、切羽に向かって凸状に形成され、さらに、その凸状部の先端には凹部１３ｂが設けられていて、凹部１３ｂには発熱体９がその一部が突出した状態で着脱可能に収容されている。このように、発熱体９は凹部１３ｂに脱着可能であるため、発熱体９が故障した場合には容易に交換することができる。なお、固定具１３は、発熱体９の熱を収納室１０全体や矩形シールド機１本体に伝達しないように断熱材からなる。
【００３３】
発熱体９は、固定具１３に収容された状態で、固定具１３から突出している部位が収納室１０の切羽側の側面１０ａに密着し、かつ、その側面１０ａの全幅にわたって設置されるので、発熱体９を発熱させると、切羽側の側面１０ａは一様に加熱される。
【００３４】
発熱体９が故障した場合は、ハッチ１５を開いた状態で、押し込み棒１４を介して固定具１３及び発熱体９を収納室１０内から矩形シールド機１本体内へ引き出して、発熱体９を交換する。
【００３５】
以上のように構成された発熱装置８を備えた矩形シールド機１を用いてドレーン材が存在する地山を掘削する際は、まず、発熱体９に通電して所定の温度まで加熱する。そして、加熱状態を維持したまま、押出用ジャッキ１１を伸張させて上縁部及び下縁部の発熱装置８を主シールド３のカッターヘッド６よりも進行方向前方に突出させながら、前方に存在するドレーン材を熱で溶融して切断する。
【００３６】
ドレーン材を切断したら押出用ジャッキ１１を収縮させて発熱装置８を矩形シールド機１本体内に格納する。その後、カッターヘッド６を回転させて主シールド３を前進させて地山を掘削するとともに、ドレーン材を細かく切断し、掘削土砂とともに排出する。
【００３７】
上述した本実施形態によれば、発熱装置８がカッターヘッド６よりも進行方向前方に突出するように設けられるので、ドレーン材を切断した後にそのドレーン材の周囲の地山を掘削することができる。また、発熱装置８は、矩形シールド機１の上縁部及び下縁部に設けられているので、掘削予定箇所に存在するドレーン材の上端及び下端を切断することができる。したがって、地山掘削時に、掘削予定箇所の上方及び下方に存在するドレーン材を引き込むことがなく、掘削予定箇所に存在するドレーン材のみを撤去することができる。
【００３８】
また、発熱装置８は、矩形シールド機１本体から出没可能に構成され、ドレーン材の切断時にカッターヘッド６よりも進行方向前方に突出し、切断終了後に矩形シールド機１本体内に没入するように構成されているので、発熱装置８を矩形シールド機１本体内に没入させた状態で、効率良く、かつ、安全にメンテナンスすることができる。
【００３９】
また、発熱体９は、外殻２と隔壁２０との間に配置された収納室１０内に収納されており、外殻２と収納室１０との間及び隔壁２０と収納室１０との間には、水や土砂の流入を防止するためのシール材１７がそれぞれ設置されており、これらのシール材１７により水や土砂が通過して矩形シールド機１本体内に流入することを防止できるので、安全に発熱装置８をメンテナンスすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態において、上縁部及び下縁部の発熱装置８を同時に進行方向側に突出させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発熱装置８を互いに独立して駆動して、例えば、ドレーン材の設置深度が掘削予定箇所の下端深度よりも浅い場合は、矩形シールド機１の上縁部の発熱装置８のみを突出させるようにしてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００４２】
図５及び図６は、それぞれ本発明の第二実施形態に係る矩形シールド機２１の正面図及び側断面図である。
図５及び図６に示すように、発熱装置１８は、発熱体１９と、駆動源２２と、を備える。
【００４３】
発熱体１９は、複数のアーム状カッター部６ｂのうち、１本のアーム状カッター部６ｂの外周縁部に設けられた発熱用カッタービット１６の側面に着脱可能に貼り付けられている。発熱用カッタービット１６は、アーム状カッター部６ｂの前面に取り付けられている地山掘削用カッタービット２３よりも進行方向前方に突出するように設けられている。
このとき、発熱体１９は、掘削時にカッターヘッド６を回転させる向きと反対側の発熱用カッタービット１６の側面に貼り付けられているので、地山を掘削する力が発熱体１９に直接作用することがない。これにより、発熱体１９は破損し難くなっている。
【００４４】
発熱体１９は発熱用カッタービット１６に対して着脱可能なので、発熱用カッタービット１６の交換時に、古い発熱用カッタービット１６から取り外して、新たな発熱用カッタービット１６に貼り付けることができる。また、発熱体９が破損した場合は、まず、発熱用カッタービット１６を取り外し、次に、破損した発熱体９を取り外して、新しい発熱体９を発熱用カッタービット１６に貼り付け、最後に、発熱用カッタービット１６をカッターヘッド６に取り付けることにより、発熱体９を交換する。これらの作業は、カッターヘッド６内で行うことができる。
【００４５】
以上のように構成された発熱装置１８を備えた矩形シールド機２１を用いてドレーン材が存在する地山を掘削する際は、まず、発熱体１９に通電して所定の温度まで加熱する。次に、加熱状態を維持したまま、カッターヘッド６を低速で回転させながら、前方に存在するドレーン材を熱で溶融して切断する。
【００４６】
図７は、カッターヘッド６の回転による発熱体１９の移動の軌跡を点線で示す正面図である。
発熱体１９は、各アーム状カッター部６ｂの外周縁部に設けられているので、図７に示すように、アーム状カッター部６ｂが回転する際に、当該アーム状カッター部６ｂによる掘削箇所に存在するドレーン材の上端部及び下端部をそれぞれ切断する。そして、発熱体１９は、各カッターヘッド６に設けられているので、すべてのカッターヘッド６を回転させることにより、掘削予定箇所に存在するドレーン材の上端及び下端を切断する。
【００４７】
上述した本実施形態によれば、発熱装置１８がカッターヘッド６の外周縁部に設けられるので、ドレーン材を切断しながら地山を掘削することができる。また、掘削予定箇所に存在するドレーン材の上端及び下端を切断し、掘削予定箇所の上方及び下方に存在するドレーン材を引き込むことがなく、掘削予定箇所に存在するドレーン材のみを撤去することができる。
【００４８】
また、発熱体１９のメンテナンスは、カッターヘッド６内で行うことができるので、効率良く、かつ、安全に実施することができる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、発熱体１９を１本のアーム状カッター部６ｂに取り付けたが、これに限定されるものではなく、複数のアーム状カッター部６ｂに取り付けてもよい。
【００５０】
また、本実施形態においては、発熱体１９を発熱用カッタービット１６の側面に貼り付ける方法について説明したが、これに限定されるものではなく、発熱用カッタービット１６内に埋め込んでもよい。
【００５１】
また、上述した各実施形態において、矩形シールド機１に発熱装置８、１８を適用した場合について説明したが、この形状に限定されるものでなく、円形、楕円形等のシールド機にも発熱装置８、１８を適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  矩形シールド機
２  外殻
３  主シールド
５  シールドジャッキ
６  カッターヘッド
６ａ  回転軸部
６ｂ  アーム状カッター部
７  コンベア
８  発熱装置
９  発熱体
１０  収納室
１０ａ  切羽側の側面
１１  押出用ジャッキ
１２  押し込み治具
１３  固定具
１３ａ  切羽側の側面
１３ｂ  凹部
１４  押し込み棒
１５  ハッチ
１６  発熱用カッタービット
１７  シール材
１８  発熱装置
１９  発熱体
２０  隔壁
２１  矩形シールド機
２２  駆動源
２３  地山掘削用カッタービット
【図１】
0005486876.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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