(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
障害物が存在する地山内を掘進可能な矩形シールド機であって、
前記矩形シールド機の上縁部に沿って移動しつつ、前記障害物を切断するための切断装置を備え、当該切断装置は、前記矩形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ていることを特徴とする矩形シールド機。
【請求項２】
前記矩形シールド機の下縁部に沿って移動しつつ、前記障害物を切断する他の切断装置を更に備え、当該他の切断装置は、前記矩形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ていることを特徴とする請求項１に記載の矩形シールド機。
【請求項３】
前記シールド機の上縁部及び下縁部に設けられた前記切断装置は、互いに独立して駆動可能であることを特徴とする請求項２に記載の矩形シールド機。
【請求項４】
前記切断装置は、前記矩形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項に記載の矩形シールド機。
【請求項５】
前記切断装置は、チェーンカッター又はワイヤーソーからなることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の矩形シールド機。
【請求項６】
前記チェーンカッター又はワイヤーソーを収納する収納室の前記チェーンカッター又はワイヤーソーが出入りする出入口に、前記チェーンカッター又はワイヤーソーを挟み込むことで前記出入口を閉じることが可能な開閉装置を備えることを特徴とする請求項５に記載の矩形シールド機。
【請求項７】
地山内に存在する障害物を切断するための切断装置を上縁部に備えた矩形シールド機を用いて、その障害物が存在する地山内を掘削する掘進工法において、
前記切断装置を前記矩形シールド機の前部に設けられたカッターヘッドに先行させて駆動させることにより前記障害物を切断し、その後に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ことを特徴とする矩形シールド機の掘進工法。
【請求項８】
地山内に存在する障害物を切断可能で、互いに独立して駆動可能な複数の切断装置が上縁部及び下縁部にそれぞれ設置された矩形シールド機を用いて、その障害物が存在する地山内を掘削する掘進工法において、
上縁部及び下縁部の前記切断装置の少なくともいずれかを前記矩形シールド機の前部に設けられたカッターヘッドに先行させて駆動させることにより前記障害物を切断し、その後に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ことを特徴とする矩形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切断するための切断装置を備えた矩形シールド機及びその矩形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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−９３３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１には、円形シールド機にドレーン材用カッターを設けた場合について説明されているが、矩形シールド機への設置方法については何ら言及されていない。そして、この特許文献１に記載のドレーン材用カッターは、円形カッターの外周を回転するように構成されているため、この構成を矩形シールド機に適用することは、シールド機の形状が異なるので困難である。
【０００６】
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、矩形シールド機の場合に、掘削予定箇所にドレーン材等の障害物が存在してもその障害物を効率良く切断できるように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】
【０００７】
本発明は、障害物が存在する地山内を掘進可能な矩形シールド機であって、
前記矩形シールド機の上縁部に沿って移動しつつ、前記障害物を切断するための切断装置を備え、当該切断装置は、前記矩形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ていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、障害物を切断するための切断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、障害物を切断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。また、切断装置は、矩形シールド機の上縁部に設けられているので、掘削予定箇所に存在する障害物の上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に存在する障害物を引き込んで地盤沈下を起こすことがない。
【０００９】
本発明において、前記矩形シールド機の下縁部に沿って移動しつつ、障害物を切断する他の切断装置を更に備え、当該他の切断装置は、前記矩形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ていることとすれば、切断装置で掘削予定箇所に存在する障害物の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。
【００１０】
本発明において、前記シールド機の上縁部及び下縁部に設けられた前記切断装置は、互いに独立して駆動可能であることとすれば、障害物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、矩形シールド機の上縁部の切断装置のみを駆動させるだけでよい。
【００１１】
本発明において、前記切断装置は、前記矩形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、切断装置を矩形シールド機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。
【００１２】
本発明において、前記切断装置は、チェーンカッター又はワイヤーソーからなることとすれば、障害物を容易に切断することができる。
【００１３】
本発明において、前記チェーンカッター又はワイヤーソーを収納する収納室の前記チェーンカッター又はワイヤーソーが出入りする出入口に、前記チェーンカッター又はワイヤーソーを挟み込むことで前記出入口を閉じることが可能な開閉装置を備えることとすれば、収納室内への土砂の流入を防止することができる。したがって、安全にチェーンカッター又はワイヤーソーをメンテナンスすることができる。
【００１４】
また、本発明は、地山内に存在する障害物を切断するための切断装置を上縁部に備えた矩形シールド機を用いて、その障害物が存在する地山内を掘削する掘進工法において、
前記切断装置を前記矩形シールド機の前部に設けられたカッターヘッドに先行させて駆動させることにより前記障害物を切断し、その後に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ことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、障害物を切断するための切断装置をカッターヘッドに先行させて駆動させるので、障害物を切断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。そして、切断装置は、矩形シールド機の上縁部に設けられているので、掘削予定箇所に存在する障害物の上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に存在する障害物を引き込んで地盤沈下を起こすことがない。
【００１６】
また、本発明は、地山内に存在する障害物を切断可能で、互いに独立して駆動可能な複数の切断装置が上縁部及び下縁部にそれぞれ設置された矩形シールド機を用いて、その障害物が存在する地山内を掘削する掘進工法において、
上縁部及び下縁部の前記切断装置の少なくともいずれかを前記矩形シールド機の前部に設けられたカッターヘッドに先行させて駆動させることにより前記障害物を切断し、その後に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ことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、障害物を切断するための切断装置をカッターヘッドに先行させて駆動させるので、障害物を切断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。そして、切断装置は、矩形シールド機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障害物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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、掘削予定箇所に障害物が存在してもその障害物を矩形シールド機で効率良く切断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】切断装置の内部構造を示す平面図である。
【図４】（Ａ）は、チェーンカッターの正面図である。（Ｂ）は、チェーンカッターの平面図である。（Ｃ）は、チェーンカッターの側面図である。
【図５】開閉装置の平面図であり、開閉装置が閉じた状態を示している。
【図６】開閉装置の正面図であり、開閉装置が閉じた状態を示している。
【図７】開閉装置の開いた状態を示す正面図である。
【図８】（Ａ）は、図３のＡ矢視図である。（Ｂ）は、図３のＢ矢視図である。
【図９】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１０】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１１】切断装置の内部構造を示す平面図である。
【図１２】開閉装置の閉じた状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、地山内に存在する材木、松杭、鋼管杭、セメント杭、岩石、岩盤等の障害物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。
【００２１】
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。
【００２２】
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切断装置８を備える。切断装置８は、主シールド３と外殻２との間に設けられ、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駆動可能である。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台の切断装置８を設置している。なお、切断装置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。
【００２３】
図３は、切断装置８の内部構造を示す平面図である。図３に示すように、切断装置８は、地山内のドレーン材を切断するためのチェーンカッター９と、箱状で、内方にチェーンカッター９を収納可能な収納室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（図２参照）とを備える。なお、チェーンカッター９は、その一部が収納室１０から切羽側に突出するように設置される。本実施形態におけるチェーンカッター９の回転方向を図３中に矢印で示す。
【００２４】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）は、それぞれチェーンカッター９の正面図、平面図及び側面図である。
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、チェーンカッター９は、ドレーン材を切断するための複数のビット１２と、ビット１２同士を連結するためのチェーンリンク１３と、チェーンリンク１３同士を縦方向に連結するためのビット取り付け座１４と、からなる２連のエンドレスチェーンカッターとして構成されている。チェーンカッター９を縦方向に２本連結して２連にしているので、１連（すなわち、１本）のチェーンカッター９で切断する場合よりも、ドレーン材をより確実に切断することができる。なお、本実施形態においては、チェーンカッター９を２連にしているが、この数に限定されるものではなく、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。
【００２５】
また、図３に示すように、収納室１０は、チェーンカッター９を回転させるためのモーター１５と、チェーンカッター９が掛け渡される複数のスプロケット１６と、チェーンの張力を調整するための張力調整ジャッキ１７と、収納室１０内を切羽側１０ａと機内側１０ｂとに分離するためのゲート部１８と、ゲート部１８に設けられた開口１９を開閉するための複数の開閉装置２０と、を備えている。ゲート部１８の開口１９は２箇所に設けられ、これらの開口１９をチェーンカッター９が通過可能である。
【００２６】
図５及び図６は、それぞれ開閉装置２０の平面図及び正面図であり、開閉装置２０が閉じた状態を示している。
図５及び図６に示すように、開閉装置２０は、チェーンカッター９のチェーンリンク１３を両側から挟み込み、開口１９を閉止するためのゲート２１と、ゲート２１を移動させるためのゲート用ジャッキ２２とから構成される。
【００２７】
チェーンカッター９を回転させないとき、例えば、地山掘削時やビット１２交換時等は、ゲート用ジャッキ２２を伸張させて開口１９を閉止する向きにゲート２１を移動させてチェーンリンク１３を両側から挟んで、開閉装置２０を閉じる。チェーンリンク１３に接するゲート２１の側面は、チェーンリンク１３の形状に沿うように形成されているので、チェーンリンク１３に密着可能である。チェーンカッター９をゲート２１で挟むことにより、収納室１０の切羽側１０ａから機内側１０ｂへの掘削土砂や地下水の流入を防止するとともに、メンテナンス時におけるチェーンカッター９の回転を防止する。さらに、開閉装置２０を各開口１９にそれぞれ複数台設けることにより、掘削土砂や地下水の流入を確実に防止する。
【００２８】
図７は、開閉装置２０の開いた状態を示す正面図である。ドレーン材を切断するときは、図７に示すように、ゲート用ジャッキ２２を収縮させて開口１９を開放する向きにゲート２１を移動させて、チェーンカッター９が開口１９を通って移動可能な状態にする。
【００２９】
また、図３に示すように、収納室１０の坑口側の側面は、跳ね上げ式で開閉可能なハッチ２３が設けられている。ビット１２の交換作業は、ハッチ２３を開いて、人が作業可能な広さを有する矩形シールド機１本体内から行うことができる。すなわち、ハッチ２３を開いた状態で、機内側１０ｂに配置されたスプロケット１６ａ、１６ｂ間のビット１２を交換する。
【００３０】
また、張力調整ジャッキ１７は、両端が切羽側１０ａに配置されたスプロケット１６ｃ、１６ｄの中心軸にそれぞれ接続されていて、張力調整ジャッキ１７を伸縮して、スプロケット１６ｃ、１６ｄを摺動させることによりチェーンカッター９の張力を調整する。なお、本実施形態においては、切羽側１０ａのスプロケット１６ｃ、１６ｄ間に張力調整ジャッキ１７を取り付けたが、これらのスプロケット１６ｃ、１６ｄ間に限定されるものではなく、他のスプロケット１６間に取り付けてもよい。
【００３１】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ図３のＡ矢視図及びＢ矢視図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、チェーンカッター９が収納室１０内から出入りする出入口２５、２６には、チェーンカッター９の形状に沿うように形成されたスクレーパ２４がそれぞれ設置されている。収納室１０の出口２５（本実施形態においては出口となるが、チェーンカッター９を図３中に記載の矢印と反対方向に回転させる際には、入口となる）に設けられたスクレーパ２４は、地山からの土砂の流入を防止する。また、収納室１０の入口２６（本実施形態においては入口となるが、チェーンカッター９を図３中に記載の矢印と反対方向に回転させる際には、出口となる）に設けられたスクレーパ２４は、地山からの土砂の流入を防止するとともに、チェーンカッター９に付着した掘削土砂を除去する。
【００３２】
以上の構成を有する切断装置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、押出用ジャッキ１１を伸張させて上縁部及び下縁部の切断装置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る。これにより、矩形シールド機１の前方に存在するドレーン材を切断する。
【００３３】
ドレーン材を切断したら押出用ジャッキ１１を収縮させて両端部の切断装置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。
【００３４】
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。第二実施形態は、第一実施形態のチェーンカッター９の代わりにワイヤーソー２９を用いたものである。
【００３５】
図９及び図１０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３１の正面図及び側断面図である。
図９及び図１０に示すように、矩形シールド機３１には、第一実施形態と同様に、切断装置２８が上縁部及び下縁部にそれぞれ左右に２台、設置されている。そして、各切断装置２８は、それぞれが独立して出没可能、かつ、それぞれが独立して駆動可能である。
【００３６】
図１１は、切断装置２８の内部構造を示す平面図である。図１１に示すように、切断装置２８は、ドレーン材を切断するためのワイヤーソー２９と、収納室１０と、押出用ジャッキ１１とを備える。
【００３７】
ワイヤーソー２９は、ダイヤモンドビーズをはめ込んだ鋼製のワイヤーロープからなり、このワイヤーソー２９の張力を保ちながら水平方向に回転させて、収納室１０から切羽側に突出した部分のワイヤーソー２９にてドレーン材を切断する。
【００３８】
本実施形態においては、各切断装置２８内に４本のワイヤーソー２９を設ける。具体的には、ワイヤーソー２９を縦（鉛直）方向×横（水平）方向＝２（層）×２（列）で、かつ、格子状に配列した。ワイヤーソー２９を縦方向に２層にしているので、１層のワイヤーソー２９で切断する場合よりも、ドレーン材をより確実に切断することができる。なお、ワイヤーソー２９の配列は、これに限定されるものではなく、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。図１１には、上層のワイヤーソー２９を実線で、下層のワイヤーソー２９を点線で示す。
【００３９】
収納室１０は、各ワイヤーソー２９を回転させるためのモーター１５と、各ワイヤーソー２９が掛け渡される複数のスプロケット１６と、各ワイヤーソー２９の張力を調整するための張力調整ジャッキ１７と、ゲート部１８と、ゲート部１８に設けられた開口１９を開閉するための開閉装置３０と、を備えている。
【００４０】
図１２は、開閉装置３０の閉じた状態を示す正面図である。図１２に示すように、開閉装置３０は、ワイヤーソー２９を両側から挟み込むゲート３２と、ゲート３２を移動させるためのゲート用ジャッキ２２とから構成される。開閉装置３０は、各開口１９にそれぞれ１台設けられる。
【００４１】
ワイヤーソー２９を回転させないとき、例えば、地山掘削時やワイヤーソー２９の交換時等は、ゲート用ジャッキ２２を伸張させて開口１９を閉止する向きにゲート３２を移動させてワイヤーソー２９を両側から挟んで、開閉装置３０を閉じる。
【００４２】
ドレーン材を切断するときは、ゲート用ジャッキ２２を収縮させて開口１９を開放する向きにゲート３２を移動させて、ワイヤーソー２９が開口１９を通って移動可能な状態にする。
【００４３】
上述した各実施形態によれば、切断装置８、２８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、切断装置８、２８は、矩形シールド機１、３１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。
【００４４】
また、上述した各実施形態によれば、切断装置８、２８は、矩形シールド機１、３１本体から出没可能に構成され、駆動時にカッターヘッド６よりも進行方向前方に突出し、非駆動時に矩形シールド機１、３１本体内に没入するように構成されているので、切断装置８、２８を矩形シールド機１、３１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。
【００４５】
なお、上述した各実施形態において、上縁部及び下縁部の切断装置８、２８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、切断装置８、２８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、３１の上縁部の切断装置８、２８のみを突出させるようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した各実施形態において、切断装置８、２８は、矩形シールド機１、３１本体から出没可能に構成された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、切断装置８、２８を矩形シールド機１、３１本体から進行方向前方に突出した状態で固定し、常時、進行方向前方に突出した構成としてもよい。この場合、矩形シールド機１、３１の前進に伴って、切断装置８、２８によりドレーン材が切断されることになる。
【００４７】
さらに、上述した各実施形態においては、切断が容易なドレーン材を切断する場合について説明したが、鋼管杭、セメント杭、岩石、岩盤等の硬いものを切断する場合には、ビット１２を硬いものに交換したり、チェーンカッター９やワイヤーソー２９の回転速度を高速にすることにより、切断が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
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
７  コンベア
８  切断装置
９  チェーンカッター
１０  収納室
１０ａ  切羽側
１０ｂ  機内側
１１  押出用ジャッキ
１２  ビット
１３  チェーンリンク
１４  ビット取り付け座
１５  モーター
１６  スプロケット
１６ａ、１６ｂ  機内側に配置されたスプロケット
１６ｃ、１６ｄ  切羽側に配置されたスプロケット
１７  張力調整ジャッキ
１８  ゲート部
１９  開口
２０  開閉装置
２１  ゲート
２２  ゲート用ジャッキ
２３  ハッチ
２４  スクレーパ
２５  出口
２６  入口
２８  切断装置
２９  ワイヤーソー
３０  開閉装置
３１  矩形シールド機
３２  ゲート
【図１】
0005427518.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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【図８】
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【図９】
0005427518.tif 000010
【図１０】
0005427518.tif 000011
【図１１】
0005427518.tif 000012
【図１２】
0005427518.tif 000013