(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着された移動カッタと、前記掘削機本体の内側に掘進方向前方に移動自在に設けられた貫入リングと、該貫入リングを前方に移動させる貫入リング移動手段と、前方に移動した前記貫入リングと前記貫入リング移動手段との間に挿入される周方向複数に分割された分割式貫入リングと、前記貫入リングと前記分割式貫入リングとを連結するリング連結部材とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記掘削機本体は所定間隔をもって配設された外筒と内筒との後部が複数の連結部材によって一体に固定されて構成され、前記貫入リングは該外筒と内筒との間に移動自在に支持される一方、前記分割式貫入リングは周方向に隣接する前記複数の連結部材の間から前記外筒と内筒との間に挿入可能であると共に、該外筒と内筒との間に移動自在に支持されることを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に地中に掘削形成された既設トンネルに接続するトンネルを掘削形成するトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来のシールド掘削機の概略断面、図９に図８のIX−IX断面を示す。
【０００３】
従来のシールド掘削機において、図８及び図９に示すように、円筒形状をなすスキンプレート101の前部にはカッタヘッド102が回転自在に装着されており、このカッタヘッド102の前面には多数のカッタビット103が取付けられている。また、このカッタヘッド102には余掘ジャッキ104によって外周部から外方に突出自在な余掘カッタ105が装着されている。そして、カッタヘッド102の後部にはリングギア106が固定される一方、スキンプレート101には駆動モータ107が取付けられ、この駆動モータ107の駆動ギア108がこのリングギア106に噛み合っている。従って、駆動モータ107を駆動して駆動ギア108を回転駆動すると、リングギア106を介してカッタヘッド102を回転することができる。
【０００４】
スキンプレート101の前部にはカッタヘッド102の後方に位置してバルクヘッド109が取付けられており、カッタヘッド102とこのバルクヘッド109との間にチャンバ110が形成されている。そして、このチャンバ110には一端がシールド掘削機の外部に延設された送泥管111及び排泥管112の他端が開口しており、排泥管112の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ113が設置されている。また、スキンプレート101の外周部には所定長さの貫入リング114が移動自在に嵌合する一方、スキンプレート101には周方向に複数の油圧ジャッキ115が並設されており、各油圧ジャッキ115の駆動ロッドの先端部が連結部材116を介して貫入リング114の後部に連結されている。
【０００５】
更に、スキンプレート101の後部外周辺には円周方向に複数のシールドジャッキ117が並設されており、このシールドジャッキ117がシールド掘削機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に組付けられた図示しない既設のセグメントＳに押し付けることで、その反力によりスキンプレート101、即ち、シールド掘削機全体を前進することができる。一方、スキンプレート101の後部中央部にはエレクタ装置118が設けられており、このエレクタ装置118はシールドジャッキ117によって前進したスキンプレート101と既設のセグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することができる。
【０００６】
従って、トンネルを掘削形成するには、まず、駆動モータ107によりカッタヘッド102を回転させながら、複数のシールドジャッキ117を伸長し、既設のセグメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート101を前進させると、カッタヘッド102に取付けられた多数のカッタビット104が前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ110内に取り込まれ、送泥管111から給水されてアジテータ113により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥管112により外部に排出される。次に、シールドジャッキ117の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置118によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成していく。
【０００７】
そして、既設トンネルＴ1 に対してこのシールド掘削機が掘削したトンネルＴ2 をほぼ直交するように地中接合するには、シールド掘削機のカッタヘッド102が既設トンネルＴ1 に到達すると、シールドジャッキ117の駆動を停止してスキンプレート101の前進を停止する。ここで、まず、余掘ジャッキ104を収縮して余掘カッタ105をカッタヘッド102内に収容し、次に、油圧ジャッキ115を伸長することで貫入リング114を前方に移動し、先端部を既設トンネルＴ1 に貫入させる。このように既設トンネルＴ1 とトンネルＴ2 とが地中接合されると、カッタヘッド102などを解体し、エレクタ装置118によってトンネルＴ2 の内壁面にセグメントＳを組付けることで、互いに連通するトンネルＴ1 ，Ｔ2 が完成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のシールド掘削機にあっては、シールド掘削機が掘削したトンネルＴ2 が既設トンネルＴ1 に唐突したときに、油圧ジャッキ115を伸長してスキンプレート101内にある貫入リング114を前方に移動し、先端部を既設トンネルＴ1 に貫入させることで両トンネルＴ1 ，Ｔ2 を接合していた。そのため、スキンプレート101は所定の長さを有する貫入リング114を収納するスペースが必要となり、このスキンプレート101は貫入リング114よりもはるかに長い全長となり、シールド掘削機が大型化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであって、装置の小型軽量化を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着された移動カッタと、前記掘削機本体の内側に掘進方向前方に移動自在に設けられた貫入リングと、該貫入リングを前方に移動させる貫入リング移動手段と、前方に移動した前記貫入リングと前記貫入リング移動手段との間に挿入される周方向複数に分割された分割式貫入リングと、前記貫入リングと前記分割式貫入リングとを連結するリング連結部材とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機において、前記掘削機本体は所定間隔をもって配設された外筒と内筒との後部が複数の連結部材によって一体に固定されて構成され、前記貫入リングは該外筒と内筒との間に移動自在に支持される一方、前記分割式貫入リングは周方向に隣接する前記複数の連結部材の間から前記外筒と内筒との間に挿入可能であると共に、該外筒と内筒との間に移動自在に支持されることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略断面、図２に図１のII−II断面、図３に図２のIII−III断面、図４に図２のIV−IV断面、図５に図２のＶ−Ｖ断面、図６に図２のVI−VI断面、図７に貫入リングと分割式貫入リングとの連結状態を表す概略斜視を示す。
【００１４】
本実施形態のシールド掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と後胴１２とが球面軸受１３及びシール部材１４を介して屈曲自在に連結されて構成されている。そして、前胴１１は、所定間隔をもって配設された外筒１５と内筒１６との後部が、複数の連結部材１７，１８及びライナ１９によって一体に固定されて構成されている。
【００１５】
即ち、図２及び図３に示すように、前胴１１の外筒１５と内筒１６の後部において、周方向上部及び下部には掘進方向前後に対向してブラケット１５ａ，１６ａがそれぞれ固定されており、この各ブラケット１５ａ，１６ａは連結部材１７を介して連結ボルト２０によって連結されている。また、図２及び図４に示すように、前胴１１の外筒１５と内筒１６の後部において、周方向左右側部には掘進方向前後に対向してブラケット１５ｂ，１６ｂがそれぞれ固定されており、この各ブラケット１５ｂ，１６ｂは連結部材１８を介して連結ボルト２１によって連結されている。更に、図２及び図５に示すように、前胴１１の外筒１５と内筒１６の後部において、周方向の連結部材１７，１８の間には掘進方向前後に対向してブラケット１５ｃ，１６ｃがそれぞれ固定されており、この各ブラケット１５ｃ，１６ｃはライナ１９を介して連結ボルト２２によって連結されている。なお、ライナ１９は掘削時は連結されているが、地中トンネル接合時には取り外される。
【００１６】
図１及び図２に示すように、前胴１１の内筒１５の前部にはバルクヘッド２３が形成されており、このバルクヘッド２３の中心部にはカッタヘッド２４の回転軸２５が軸受２６によって回転自在に支持されている。このカッタヘッド２４の前面には放射状をなしてカッタスポーク２７が固定され、このカッタスポーク２７には多数のカッタビット２８が取付けられている。また、このカッタヘッド２４には複数の余掘ジャッキ２９が内蔵され、各余掘ジャッキ２９の駆動ロッドの先端部には移動カッタとしての余掘カッタ３０が連結されている。従って、余掘ジャッキ２９の伸縮駆動によってカッタスポーク２７の外端部から余掘カッタ３０を外方に出没することができる。
【００１７】
そして、カッタヘッド２４の回転軸２５の後部にはリングギア３１が固定される一方、内筒１５にはカッタヘッド駆動手段としてのカッタ旋回モータ（油圧モータまたは電気モータ）３２が取付けられ、このカッタ旋回モータ３２の駆動ギア３３がこのリングギア３１に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ３２を駆動して駆動ギア３３を回転駆動すると、リングギア３１及び回転軸２５を介してカッタヘッド２４を回転することができる。
【００１８】
また、後胴１２の前部にはリング状の支持壁３４が形成され、バルクヘッド２３とこの支持壁３４との間には複数の屈曲ジャッキ３５が架設されており、この屈曲ジャッキ３５の伸縮駆動によって後胴１２に対して前胴１１を屈曲することで、シールド掘削機の掘進方向を変更することができる。更に、後胴１２の後部内周辺には円周方向に沿って推進手段としての複数のシールドジャッキ３６が並設されており、このシールドジャッキ３６が掘進方向後方に伸長してスプレッダ３７を既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により前胴１１及び後胴１２を前進することができる。
【００１９】
更に、前胴１１の外筒１５と内筒１６との隙間にはリング状をなす貫入リング３８が掘進方向前方に移動自在に装着されている。一方、後胴１２の前部には円周方向に沿って貫入リング移動手段としての油圧ジャッキ３９が複数並設されており、この油圧ジャッキ３９の伸長駆動によって貫入リング３８を前方に移動することができる。即ち、図２及び図６(ａ)に示すように、前胴１１の外筒１５と内筒１６の間に挿入された貫入リング３８は後端部に段部３８ａが形成されている。一方、後胴１２の前部には周方向ほぼ均等間隔で複数の油圧ジャッキ３９が並設されており、各油圧ジャッキ３９の掘削方向前方へ伸長する駆動ロッド４０の先端部には押圧部４１が固定され、この押圧部４１には貫入リング３８の段部３８ａに係止する係止部４１ａが形成されている。
【００２０】
従って、油圧ジャッキ３９の駆動ロッドを伸長すると、押圧部４１の係止部４１ａが貫入リング３８の段部３８ａに係止し、前方に押圧することで、貫入リング３８を前方に移動させることができる。このとき、貫入リング３８とカッタヘッド２４の外周部とが干渉しないように、予め余掘ジャッキ２９を収縮駆動してカッタスポーク２７内に余掘カッタ３０を収容しておく。なお、前胴１１における外筒１５の外周部と内筒１６の内周部には、貫入リング３８との間で掘削土砂や泥水などの内部への浸入を防止するシール部材４２，４３がそれぞれ周方向に沿って設けられている。
【００２１】
ところで、本実施形態では、この貫入リング３８の全長Ｓ1 が通常よりも短くなっており、この貫入リング３８の後部に分割式貫入リング４４が連結可能となっている。即ち、この分割式貫入リング４４は周方向で８分割されたものであり、図６(ｂ)に示すように、前方に移動した貫入リング３８と収縮状態にある油圧ジャッキ３９の押圧部４１との間の空所に挿入し、リング連結部材としての連結ボルト４５にて貫入リング３８に連結することができる。この場合、連結ボルト４５による貫入リング３８と分割式貫入リング４４との連結作業を容易とするため、図３乃至図５に示すように、貫入リング３８，４４と連結部材１７，１８及びライナ１９との間には作業空間Ｗが設けられている。従って、図７に示すように、全長Ｓ1 の貫入リング３８の後部に複数の分割式貫入リング４４を長さＳ2 だけ連結することで、必要長さＳの貫入リングとすることができる。
【００２２】
また、図１及び図２に示すように、前胴の前部にはバルクヘッド２３によってカッタヘッド２４の後方にチャンバ４６が形成され、前胴１１及び後胴１２内を斜めに貫通して配設されたスクリューコンベヤ４７の前端部がこのチャンバ４６に侵入しており、チャンバ４６内の掘削土砂をこのスクリューコンベア４７によって外部に搬出することができる。
【００２３】
更に、後胴１２の支持壁３４には旋回リング４８が駆動回転自在に支持されており、この旋回リング４８にはエレクタ装置４９が装着されている。このエレクタ装置４９は既設トンネル内に搬入されたセグメントＳを把持し、シールドジャッキ３６によって前進した後胴１２と既設セグメントＳとの間の空所に、把持した新しいセグメントＳを組み付けることができる。
【００２４】
上述した本実施形態のシールド掘削機によってトンネルを掘削するには、図１に示すように、まず、余掘ジャッキ２９の伸長駆動によってカッタスポーク２７の外端部から余掘カッタ３０を前胴１１の外径とほぼ同位置まで突出した状態で、駆動モータ３２によってカッタヘッド２４を回転させる。そして、複数のシールドジャッキ３６を伸長方向に作動し、既設のセグメントＳへの押し付け反力によって前胴１１及び後胴１２を前進させると、カッタヘッド２４に取付けられた多数のカッタビット２８が前方の地盤を掘削する。このとき、カッタビット２８によって掘削された土砂はチャンバ４６内に取り込まれ、スクリューコンベヤ４７により外部に排出される。次に、シールドジャッキ３６の何れか一つを収縮方向に作動して既設セグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置４９によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルＴ2 を掘削形成することができる。
【００２５】
そして、既に掘削されている既設トンネルＴ1 に対して、このシールド掘削機が掘削したトンネルＴ2 をほぼ直交するように地中接合する場合、シールド掘削機のカッタヘッド２４が既設トンネルＴ1 に到達すると、シールドジャッキ３６の駆動を停止して前胴１１及び後胴１２の前進を停止する。ここで、まず、余掘ジャッキ２９を収縮して余掘カッタ３０をカッタヘッド２４内に収容した状態で、全ての油圧ジャッキ３９の駆動ロッドを伸長し、図６(ａ)に詳細に示すように、押圧部４１の係止部４１ａが貫入リング３８の段部３８ａに係止して押圧することで、この貫入リング３８を所定距離だけ前方に移動させる。次に、図６(ｂ)に詳細に示すように、油圧ジャッキ３９の何れか一つを収縮方向に作動して押圧部４１と貫入リング３８との間に空所を形成し、この空所に分割式貫入リング４４を挿入して連結ボルト４５により貫入リング３８と連結する。
【００２６】
同様にして、各油圧ジャッキ３９を順に収縮して押圧部４１と貫入リング３８との間に分割式貫入リング４４を挿入していき、この分割式貫入リング４４をリング状とする。この状態で、再び全ての油圧ジャッキ３９を伸長して貫入リング３８を所定距離だけ前方に移動させる。このように分割式貫入リング４４を順次連結しながら、貫入リング３８及び分割式貫入リング４４を前進させることで、図１に二点鎖線で示すように、貫入リング３８の先端部を既設トンネルＴ1 に貫入させる。すると、既設トンネルＴ1 とトンネルＴ2 とが地中接合される。
【００２７】
このように既設トンネルＴ1 にトンネルＴ2 が地中接合されると、カッタヘッド２４などを解体して各部材を外部に搬出する。そして、残った掘削土砂をスクリューコンベヤ４７によって外部に排出し、エレクタ装置４９によってトンネルＴ2 の内壁面にセグメントＳを組付け、互いに連通すたトンネルＴ1 ，Ｔ2 を完成させる。
【００２８】
このように本実施形態のシールド掘削機にあっては、前胴１１の内筒１５と外筒１６との間に短い貫入リング３８を移動自在に収容し、所定時に油圧ジャッキ３９を伸長してこの貫入リング３８を前方移動し、更に、この貫入リング３８の後部に分割式貫入リング４４を順次連結して前方移動することで、貫入リング３８の先端部を既設トンネルＴ1 に貫入することができる。従って、貫入リング３８の全長を短縮することで、前胴１１、即ち、シールド掘削機自体の全長を短縮して小型軽量化が図れる。また、貫入リング３８及び分割式貫入リング４４を所定ストロークずつ複数回にわけて前方移動することとなり、油圧ジャッキ３９のストロークを小さく設定することができ、この点からも前胴１１及びシールド掘削機自体の全長を短縮できる。
【００２９】
また、前胴１１及びシールド掘削機自体の全長を短縮することで、屈曲ジャッキ３５の伸縮駆動によって後胴１２に対して前胴１１を屈曲させる曲線掘削作業も容易となる。
【００３０】
なお、上述の実施形態では、本発明のトンネル掘削機をシールド掘削機として説明したが、岩盤を掘削するトンネルボーリングマシンに適用することもできる。また、掘削機本体を屈曲自在に連結した前胴１１及び後胴１２で構成したが、掘削機本体を一つの胴としてもよい。更に、貫入リング３８をリング形状としてが、周方向に複数に分割した貫入リングであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、筒状の掘削機本体を推進手段によって前進可能とし、掘削機本体の前部に装着されたカッタヘッドをカッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能とすると共に、このカッタヘッドの外周部に径方向出没自在な移動カッタを設け、また、掘削機本体の内側に掘進方向前方に移動自在な貫入リングを設けて貫入リング移動手段によって移動可能とし、前方に移動した貫入リングと貫入リング移動手段との間に周方向複数に分割された分割式貫入リングを挿入すると共に、この貫入リングと分割式貫入リングとをリング連結部材によって連結可能としたので、貫入リングを前進しながら分割式貫入リングを連結することで容易に既設トンネルに貫入することができ、貫入リングの全長を短縮すると共に、貫入リング及び分割式貫入リングを前方移動させる貫入リング移動手段の全長を短縮することで、掘削機本体の全長を短縮し、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００３２】
また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体を外筒と内筒との後部が複数の連結部材によって一体に固定されて構成し、貫入リングをこの外筒と内筒との間に移動自在に支持する一方、分割式貫入リングを周方向に隣接する複数の連結部材の間から外筒と内筒との間に挿入して移動可能に支持したので、貫入リング及び分割式貫入リングを適切に前方移動させることができると共に、両者の連結作業を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図２のVI−VI断面図である。
【図７】貫入リングと分割式貫入リングとの連結状態を表す概略斜視図である。
【図８】従来のシールド掘削機の概略断面図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【符号の説明】
１１  前胴（掘削機本体）
１２  後胴（掘削機本体）
１３  球面軸受
１５  外筒
１６  内筒
１７，１８  連結部材
１９  ライナ（連結部材）
２３  バルクヘッド
２４  カッタヘッド
３０  余掘カッタ
３２  カッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段）
３６  シールドジャッキ（推進手段）
３８  貫入リング
３８ａ  段部
３９  油圧ジャッキ（貫入リング移動手段）
４１  押圧部
４１ａ  係止部
４４  分割式貫入リング
４５  連結ボルト（リング連結部材）
４７  スクリューコンベヤ
４９  エレクタ装置
【図１】
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【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】
0003652871.tif 000008
【図８】
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【図９】
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