(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体の最前部のカッタヘッドによって地山を掘削するシールド機において、
前記胴体には、掘削孔の内面に接触するローラ部と、このローラ部を回動可能に支持する支持部と、前記ローラ部の前記胴体の外側への突出長さを調整可能な調整手段とを有するローラスペーサが備えられ、
それぞれのローラスペーサの直前部の胴体には、この胴体と掘削孔の内面との隙間の大きさを測定する距離センサが備えられていることを特徴とするシールド機。
【請求項２】
請求項１に記載のシールド機において、
前記距離センサによって測定された検知信号を基に前記調整手段に駆動信号を送信する制御機構が備えられていることを特徴とするシールド機。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシールド機において、
前記ローラスペーサは、前記胴体の周方向に複数設けられていることを特徴とするシールド機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のシールド機において、
前記ローラスペーサは、前記胴体の前後方向に複数設けられていることを特徴とするシールド機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、岩盤等からなる地山を掘削するためのシールド機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルや坑道を構築する方法の一つであるシールド工法は、シールド機を用いて穴を掘進し、さらに、穴の内壁にセグメントリングを設置してトンネルを構築する工法であり、安全かつ確実に作業を行えるという特徴がある。
【０００３】
ところで、シールド機によって岩盤等を掘削する場合においては、カッタヘッドに備えられているディスクカッタ等によって岩盤等を転動しなら載荷することにより、岩盤が剥離してくるような破砕が生じる。このため、掘削孔の径はカッタヘッドの掘削外径よりも１０〜５０ｍｍ程度大きくなる。しかも、岩盤等では掘削後の地山が土圧により変形し、シールド機に外圧をかけるようなこともない。このため、シールド機と掘削孔の内面との間には隙間が生じ、これにより、掘削孔内部においてシールド機が僅かに傾斜してしまう場合がある。すると、掘削精度が確保されないとともに、ディスクカッタ等に偏荷重が生じてカッタヘッドおよびディスクカッタが故障しやすいという問題が生じていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの対策として従来は、固定そりと呼ばれる鋼鈑スペーサをシールド機に溶接することによってシールド機の掘削孔内部における傾斜を低減していたが十分とは言えず、さらに、固定そりと地山との接触によってシールド機の掘進の障害になるという問題が生じていた。
本発明は上記諸事情に鑑みてなされたものであり、岩盤等の地山の掘削時に、掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、掘進の障害を低減することも可能とするシールド機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、
胴体（スキンプレート１１）の最前部のカッタヘッド１２によって地山ａを掘削するシールド機１０において、
前記胴体（スキンプレート１１）には、掘削孔ｂの内面に接触するローラ部１８ａと、このローラ部１８ａを回動可能に支持する支持部１８ｂと、前記ローラ部１８ａの前記胴体（スキンプレート１１）の外側への突出長さを調整可能な調整手段（油圧機構１８ｂ１、油圧ジャッキ１８ｂ２）とを有するローラスペーサ１８が備えられ、
それぞれのローラスペーサ１８の直前部の胴体（スキンプレート１１）には、この胴体と掘削孔ｂの内面との隙間ｃの大きさを測定する距離センサ１９が備えられていることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、請求項１に記載のシールド機１０において、
前記距離センサ１９によって測定された検知信号を基に前記調整手段（油圧機構１８ｂ１、油圧ジャッキ１８ｂ２）に駆動信号を送信する制御機構が備えられていることを特徴としている。
【０００６】
請求項１または２に記載の発明によれば、シールド機によって岩盤等からなる地山を掘削する場合においては、岩盤が剥離することによって胴体と掘削孔の内面との間に隙間が形成されるが、前記ローラスペーサが前記掘削孔の内面に接触するため、シールド機の前記掘削孔の内部における傾斜が防止される。しかも、前記ローラ部は前記支持部に回動可能に支持されているため、地山の掘削時に前記ローラ部が前記掘削孔の内面を走行することによって掘進の障害となることがない。また、カッタヘッドの回転力の反作用によりシールド機本体が逆向きに転動（ローリング）することも防止できる。すなわち、岩盤等の地山の掘削時に、シールド機の掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害も低減できる。
【０００７】
なお、シールド機の掘削孔内部における傾斜が防止されることで、シールド機の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッドの故障を低減できる。
【０００９】
また、地山の性状によって前記掘削孔の内面と前記胴体との間の隙間の大きさが変化するが、前記調整手段によって前記ローラ部の前記胴体の外側への突出長さを調整して、このローラ部を確実に掘削孔の内面に接触させることができる。すなわち、岩盤等の地山の掘削時に、シールド機の掘削孔の内部における傾斜がより確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害がより確実に低減される。
【００１０】
請求項３記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項２に記載のシールド機１０において、
前記ローラスペーサ１８は、前記胴体（スキンプレート１１）の周方向に複数設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記胴体の周方向に複数設けられているローラスペーサが、掘削孔の内面に対して軸と直交方向に複数接触するので、シールド機の掘削孔の内部における横方向の傾斜がさらに確実に防止される。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１〜３のいずれかに記載のシールド機１０において、
前記ローラスペーサ１８は、前記胴体（スキンプレート１１）の前後方向に複数設けられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、前記胴体の前後方向に複数設けられているローラスペーサが、掘削孔の内面に対して軸方向に複数接触するので、シールド機の掘削孔の内部における縦方向の傾斜がさらに確実に防止される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して、本発明であるシールド機の実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明に係るシールド機による地山の掘削状況を示す図であり、符号１０はシールド機を示す。
【００１５】
シールド機１０は、スキンプレート１１、カッタヘッド１２、チャンバ１３、スクリュコンベヤ１４、ベルトコンベヤ１５、シールドジャッキ１６、ステアリングジャッキ１７、ローラスペーサ１８、距離センサ１９、図示しない制御機構等によって概略構成される。
【００１６】
スキンプレート１１は、シールド機１０の外殻となる。
カッタヘッド１２は、ツールビット１２ａやディスクカッタ１２ｂを有し、駆動部１２ｃによって駆動する。
チャンバ１３は、掘削された岩盤等を取り込む。
スクリュコンベヤ１４は、駆動部１４ａによって駆動し、掘削された岩盤等を後方に運搬する。
ベルトコンベヤ１５は、掘削された岩盤等をシールド機１０の後方に排出する。
シールドジャッキ１６は、配設されたセグメントリングｄを反力にシールド機１０を推進させる。
ステアリングジャッキ１７は、シールド機１０を適宜屈曲させる。
【００１７】
ローラスペーサ１８は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、スキンプレート１１の前後方向に２ヶ所、かつ、それぞれ前後２箇所の位置で周方向に４ヶ所、すなわち、計８ヶ所に備えられている。このようにローラスペーサ１８が複数箇所備えられることで、シールド機１０の掘削時の縦方向の傾斜および横方向の傾斜が確実に防止される。なお、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における傾斜が防止されることで、シールド機１０の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッド１２の故障を低減できる。
【００１８】
ローラスペーサ１８は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、掘削孔ｂの内面に接触するローラ部１８ａと、ローラ部１８ａを回動可能に支持する支持部１８ｂとを備えており、この支持部１８ｂが、スキンプレート１１に溶接されたボックス状の外周鋼鈑１８ｃの内部に固定されている。
【００１９】
支持部１８ｂは、油圧機構１８ｂ１および油圧ジャッキ１８ｂ２を備えており、この油圧ジャッキ１８ｂ２は、先端部においてローラ部１８ａを軸支するとともに、このローラ部１８ａをスキンプレート１１に形成された開口部１１ａを挿通させて掘削孔ｂの内面に接触させる。これら油圧機構１８ｂ１と油圧ジャッキ１８ｂ２によって、ローラ部１８ａのスキンプレート１１の外側への突出長さ（例えば、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すｌ１、ｌ２）を調整可能となっている。また、油圧ジャッキ１８ｂ２の先端部にはスキンプレート１１とローラ部１８ａに略当接する蓋部材１８ｂ３が設けられており、これによって、土砂等の外周鋼鈑１８ｃ内部への侵入が防止されている。
なお、ローラ部１８ａは、磨耗した場合等には適宜取り替え可能である。
【００２０】
距離センサ１９は、それぞれのローラスペーサ１８の直前部のスキンプレート１１に備えられており、スキンプレート１１と掘削孔ｂの内面との隙間ｃの大きさを測定する。
【００２１】
制御機構は、シールド機１０の動作を制御する。なお、複数の距離センサ１９によって測定された検知信号は制御機構に送信され、この検知信号を基にローラスペーサ１８の油圧機構１８ｂ１に駆動信号を送信する。
【００２２】
次に、シールド機１０によって岩盤等の地山ａを掘削する場合の動作を説明する。
【００２３】
シールド機１０は、主にディスクカッタ１２ｂによって岩盤等の地山ａを掘削する。掘削されてチャンバ１３内に取り込まれた岩盤は、スクリュコンベヤ１４によって後方に運搬され、さらにベルトコンベヤ１５によってシールド機１０の後方に排出される。また、シールド機１０は、内部で組み立てたセグメントリングｄを掘削孔ｂの内部に配設するとともに、このセグメントリングｄを反力にシールドジャッキ１６によって、さらにステアリングジャッキ１７によって適宜屈曲しながら掘進する。配設されたセグメントリングｄは、このセグメントリングｄと掘削孔ｂの内面との間の隙間ｅに充填される裏込材によって安定する。
【００２４】
ところで、岩盤等の地山ａを掘削する場合には、主にディスクカッタ１２ｂによって岩盤等を転動しながら載荷することにより、ディスクカッタ１２ｂの載荷圧に屈した岩盤が表面から部分的に剥離してくる。このため、掘削孔ｂの径はカッタヘッド１２の掘削外径よりも１０〜５０ｍｍ程度大きくなり、スキンプレート１１と掘削孔ｂの内面との間には隙間ｃが生じる。シールド機１０は、ローラスペーサ１８の直前部に設けられた複数の距離センサ１９それぞれによって、複数箇所における隙間ｃの大きさを測定し、検知信号を制御機構に送信する。
【００２５】
制御機構には複数の距離センサ１９によって測定された検知信号が送信され、この検知信号を基に制御機構は複数の油圧機構１８ｂ１それぞれに駆動信号を送信する。すると、それぞれの油圧機構１８ｂ１は油圧ジャッキ１８ｂ２の伸縮長さを調整して、ローラ部１８ａの最外端を掘削孔ｂの内面に接触させる。
【００２６】
ローラ部１８ａが掘削孔ｂの内面に接触するためシールド機１０が掘削孔ｂの内部において安定し、掘削時の振動、揺動が防止される。また、ローラ部１８ａが掘削孔ｂの内面を走行するため、シールド機１０は安定的に前進する。
【００２７】
本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００２８】
▲１▼シールド機１０によって岩盤等からなる地山ａを掘削する場合においては、岩盤が剥離することによってスキンプレート１１と掘削孔ｂの内面との間に隙間ｃが形成されるが、ローラスペーサ１８が掘削孔ｂの内面に接触するため、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における振動、揺動が防止される。しかも、ローラ部１８ａは支持部１８ｂに回動可能に支持されているため、地山ａの掘削時にシールド機１０は、ローラ部１８ａが掘削孔ｂの内面を走行することによって安定的に前進する。すなわち、岩盤等の地山ａの掘削時に、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における傾斜が防止されるとともに、シールド機１０の掘進の障害も低減できる。なお、シールド機１０の掘削孔内部における傾斜が防止されることで、シールド機１０の掘削精度が確保されるとともに、カッタヘッド１２およびディスクカッタ１２ｂの故障を低減できる。また、カッタヘッド１２の回転力の反作用によりシールド機１０本体が逆向きに転動（ローリング）することも防止できる。
【００２９】
▲２▼地山ａの性状によって掘削孔ｂの内面とスキンプレート１１との間の隙間ｃの大きさが変化するが、油圧機構１８ｂ１および油圧ジャッキ１８ｂ２によってローラ部１８ａのスキンプレート１１の外側への突出長さを調整して、このローラ部１８ａを確実に掘削孔ｂの内面に接触させることができる。すなわち、岩盤等の地山ａの掘削時に、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における傾斜がより確実に防止されるとともに、シールド機１０の掘進の障害がより確実に低減される。
【００３０】
▲３▼スキンプレート１１の周方向に４ヶ所設けられているローラスペーサ１８が、掘削孔ｂの内面に対して軸と直交方向に４ヶ所接触するので、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における横方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【００３１】
▲４▼スキンプレート１１の前後方向に２ヶ所設けられているローラスペーサ１８が、掘削孔ｂの内面に対して軸方向に２ヶ所接触するので、シールド機１０の掘削孔ｂの内部における縦方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【００３２】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意の変更が可能である。
【００３３】
例えば、本実施の形態においては、ローラ部１８ａのスキンプレート１１の外側への突出長さの調整を制御機構を用いて自動で行っているが、距離センサ１９による測定結果をモニタ等に出力し、この出力結果をもとに作業員が手動で行ってもよい。あるいは、ローラ部１８ａのスキンプレート１１の外側への突出長さを固定しておいてもよいことは勿論である。
【００３４】
また、本実施の形態においては、ローラスペーサ１８をスキンプレートの前後方向に２ヶ所、それぞれ前後２箇所の位置で周方向に４ヶ所の、計８ヶ所備えているが、ローラスペーサ１８の取り付け位置および数は限定されるものではない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１または２に記載の発明によれば、岩盤等の地山の掘削時に、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に接触することによって、シールド機の掘削孔の内部における傾斜が確実に防止されるとともに、シールド機の掘進の障害も低減できる。
【００３６】
また、地山の性状によって前記掘削孔の内面と前記胴体との間の隙間の大きさが変化しても、前記調整手段によって前記ローラ部を確実に掘削孔の内面に接触させることができるので、より確実にシールド機の掘削孔の内部における傾斜が防止されるとともに、より確実にシールド機の掘進の障害が低減される。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明と同様の効果を得られることは勿論のこと、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に対して軸と直交方向に複数接触することでシールド機の横方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の効果を得られることは勿論のこと、前記ローラスペーサが掘削孔の内面に対して軸方向に複数接触することでシールド機の縦方向の傾斜をさらに確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明であるシールド機によって地山を掘削している状況を示す、（ａ）は掘削孔の軸方向の断面図、（ｂ）は掘削孔の軸と直交方向の断面図である。
【図２】本発明に係るローラスペーサを示す、（ａ）、（ｂ）ともに互いに直交方向の断面図である。
【符号の説明】
１０          シールド機
１１          スキンプレート（胴体）
１２          カッタヘッド
１８          ローラスペーサ
１８ａ      ローラ部
１８ｂ      支持部
１８ｂ１  油圧機構（調整手段）
１８ｂ２  油圧ジャッキ（調整手段）
ａ            地山
ｂ            掘削孔
ｃ            スキンプレートと掘削孔の内面との間の隙間
【図１】
0003630238.tif 000002
【図２】
0003630238.tif 000003