(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面にカッタを有する前胴フレームと、前方側を該前胴フレームの内側に前後方向に摺動可能に嵌合した中胴フレームと、前方側を該中胴フレームの内側に、接合面が球面状に摺動可能に嵌合した後胴フレームと、前胴フレームと後胴フレームとの間を折れ曲がり自在に連結する中折れ用ジャッキと、セグメントに反力を取るように後胴フレームに取り付けた推進用ジャッキとを備えたシールド掘進機であって、前記後胴フレームと中胴フレームとは自在接手を介して屈曲可能に連結されており、該自在接手は、円環状のガーダと、上記後胴フレームから前方に突出して設けられ、上記ガーダとガーダ円周上１８０°離れた位置でピン結合された１対の第１ブラケットと、上記中胴フレームから後方に突出して設けられ、上記後胴フレームに設けられた第１ブラケットとはガーダ円周上９０°ずれた位置でピン結合された１対の第２ブラケットとからなることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
中折れ用ジャッキは、前胴フレームの推進用としても使用可能な請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
自在接手は、円環状のガーダに代えて多角形のガーダを備えている請求項１または請求項２記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法に使用されるシールド掘進機にかかるもので、特に中折れによる曲線掘進が全方向に可能であり、かつ、トンネル構築物の組立作業中においても前胴フレームの前進による同時掘進作業により連続掘進可能なシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法とは、特に軟弱な土質におけるトンネル掘削を行うにあたって、崩壊、流動しようとする土砂内にトンネル外径よりも多少大きめなシールドフレームを入れ、その内部で崩壊を防ぎながら安全に掘削作業およびトンネル構築材の組立て作業を行い、軟弱土質内に容易にトンネルを構築する工法である。
【０００３】
そのトンネルを構築する工法には、一般にシールド掘進機が使用されている。シールド掘進機は、前面にカッタを支持するシールドフレームを、シールドフレーム後方内で組み立てられたセグメントに反力をとってシールドジャッキの伸長により前進させて掘削を行い、セグメントの１リング分掘進が行われたらシールドジャッキを縮小してその後方に新たなセグメントを搬入してトンネルを構築するようにしている。
【０００４】
しかしながら、上記従来のシールド掘進機は、セグメントを１リング組み立てては掘進するという間欠掘削となるため、掘削速度を向上することができなかった。
【０００５】
このような問題を解決するため、本願出願人は、特願昭６３−３０４６７５（特開平２−１５３１９２）に示すような、セグメントの組み立てと掘削とを同時に行うことができ、しかも、シールドフレームの中折れにより曲線掘進もできるシールド掘進機の提案を行った。
【０００６】
図８はこの中折れによる曲線掘進が可能なシールド掘進機を示している。図において、ａはシールドフレームで、カッタｅを支持する前胴フレームｂと、中折れのための中胴フレームｃと、セグメントｆの組み立てを行う後胴フレームｄとに３分割している。前記中胴フレームｃは、後胴フレームｄの内周に一体に固着した環状のジャッキ取付板ｏから掘進方向前方に固着した所要長さの中胴案内筒ｄ１  の外側に重合されて、中折れ重合部ｈを形成している。前胴フレームｂは、中胴フレームｃの内周に一体に固着した環状の連結板ｉから掘進方向前方に固着した所要長さの前胴案内筒ｃ１  の外側に重合されて、掘進重合部ｊを形成している。中胴案内筒ｄ１  は、その外面に中折れ曲面ｋを有しており、案内突部ｌを介して中胴フレームｃが前記中折れ曲面ｋに沿って変位（中折れ）できるようになっている。また、中胴案内筒ｄ１  と中胴フレームｃとの間および前胴フレームｂと前胴案内筒ｃ１  との間にはシールｖが介在されている。中胴案内筒ｄ１  の前端は、連結具ｍにより中胴フレームｃの連結板ｉに対して連結、切り離しが自在であり、これにより中胴フレームｃと後胴フレームｄは一体に移動したり、個別に単独で移動できるようにしている。前胴案内筒ｃ１  の前端は、連結具ｎにより前胴フレームｂの内側に環状に設けられたジャッキ取付板ｇに対して連結、切り離しが自在であり、これにより前胴フレームｂと中胴フレームｃは一体に移動したり、個別に単独で移動できるようにしている。前胴フレームｂのジャッキ取付板ｇと後胴フレームｄのジャッキ取付板ｏとを、推進・中折れ用ジャッキｐによりピンｑ，ｒを介して折れ曲がり自在に連結している。後胴フレームｄのジャッキ取付板ｏには、セグメントｆの前端面にシューｓを介して反力を取るようにした推進用ジャッキｔが設けてあり、この推進用ジャッキｔと前記推進・中折れ用ジャッキｐは円周上に交互に配置してある。なお、ｕは後胴フレームｄの後方に配設したテールシールである。
【０００７】
そして、直線掘進時は、中胴フレームｃと中胴案内筒ｄ１  を一体に連結し、前胴フレームｂと前胴案内筒ｃ１  とを切り離した状態において、推進・中折れ用ジャッキｐと推進用ジャッキｔの伸縮作用により、掘進作業とセグメントｆの組み立て作業とを並行して行うことにより連続掘進を行うようにしている。また、曲線施工時は、中胴フレームｃと中胴案内筒ｄ１  を切り離し、前胴フレームｂと前胴案内筒ｃ１  とを一体に連結した状態において、推進・中折れ用ジャッキｐにより前胴フレームｂと中胴フレームｃに、後胴フレームｄに対し中折れ角を与えた後、推進用ジャッキｔの伸長による掘進、推進用ジャッキｔを縮小することによりセグメントｆの組み立てを行って、間欠的な掘進作業により曲線施工を行うようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したシールド掘進機では、特に、前胴フレームを前進しながら中折れを同時に行うことはできず、また、前進や中折れ作業を行う時は、その都度、連結具を接続したり、切り離したりしなければならない。さらに、中折れはＶ字状に行われるため、中折れ曲面は非球体的となり、高角度中折れなどで問題があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするもので、連続掘進と中折れによる全方向への曲線掘進とを可能にしたシールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の第１発明のシールド掘進機では、前面にカッタを有する前胴フレームと、前方側を該前胴フレームの内側に前後方向に摺動可能に嵌合した中胴フレームと、前方側を該中胴フレームの内側に、接合面が球面状に摺動可能に嵌合した後胴フレームと、前胴フレームと後胴フレームとの間を折れ曲がり自在に連結する中折れ用ジャッキと、セグメントに反力を取るように後胴フレームに取り付けた推進用ジャッキとを備えたシールド掘進機であって、前記後胴フレームと中胴フレームとは自在接手を介して屈曲可能に連結されており、該自在接手は、円環状のガーダと、上記後胴フレームから前方に突出して設けられ、上記ガーダとガーダ円周上１８０°離れた位置でピン結合された１対の第１ブラケットと、上記中胴フレームから後方に突出して設けられ、上記後胴フレームに設けられた第１ブラケットとはガーダ円周上９０°ずれた位置でピン結合された１対の第２ブラケットとからなるものである。
【００１１】
第２の発明では、中折れ用ジャッキは、前胴フレームの推進用としても使用可能である。
【００１２】
第３の発明では、自在接手は、円環状のガーダに代えて多角形のガーダを備えているものである。
【００１３】
上述した本発明の構造によれば、後胴フレームと中胴フレームとが自在接手を介して屈曲可能に連結されており、直線掘進時はもちろんのこと曲線施工時も中折れ用ジャッキと後胴フレームに取り付けた推進用ジャッキを操作するだけで全方向に屈曲することができる。また、中折れ用ジャッキを推進用にも使用すれば、セグメントなどのトンネル構築物の組立作業を行いながら前胴フレームを前進させて同時に掘進作業を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１ないし図４は、本発明の一実施の形態を示すもので、図１は側面断面図，図２は図１の部分拡大図，図３は図１のＡーＡ断面図，図４は中折れジャッキ後端の拡大図，図５は図３のＢーＢ断面図である。図において、１はシールドフレームである。このシールドフレーム１は、前胴フレーム２と、中胴フレーム３と、後胴フレーム４とに３分割されて構成されている。
【００１５】
前記前胴フレーム２は、図１に示すように、前面に切羽を掘削するカッタ１６を支持している。
【００１６】
前記中胴フレーム３は、前方側の前胴案内筒３ａを前記前胴フレーム２の内側に嵌合して中胴フレーム３と前胴フレーム２を前後方向に摺動可能にしている。また、前胴フレーム２と前胴案内筒３ａとの嵌合部は、図２に示すように、前胴フレーム２の内周面に配設したシール２２および前胴案内筒３ａの外周面に配設したシール２１によりシールされている。
【００１７】
前記後胴フレーム４は、エレクタ１７を支持し、セグメント９の組み立てを行う。また、後胴フレーム４の前方側の中胴案内筒５を中胴フレーム３の内側に嵌合して摺動可能にしている。中胴フレーム３と中胴案内筒５とが嵌合されている接合面６は、図２に示すように、球面状になっている。すなわち、接合面６は、中胴フレーム３の後方内面に設けた凹状球面６ａと中胴案内筒５の外面に設けた凸状球面６ｂとにより屈曲可能に構成されている。
【００１８】
７は中折れ用ジャッキで、図２および図４に示すように、前端は前胴フレーム２に設けられたジャッキ取付部材２４の球面座２６にピン７ａを介して摺動可能に取り付けられている。中折れ用ジャッキ７の前端とピン７ａとの嵌合部には遊びをもたせている。後端は後胴フレーム４にピン７ｂの球面ブッシュ７ｃを介して摺動可能に枢着されている。８は後胴フレーム４に取り付けた推進用ジャッキで、推進の際、セグメント９に反力を受けるようになっている。これら中折れ用ジャッキ７と推進用ジャッキ８とは、図３に示すように、円周上に交互に配設されている。なお、中折れ用ジャッキ７は、前胴フレーム２の推進用に使用することも可能である。
【００１９】
１０は自在接手で、中胴案内筒５の内側に位置し、かつ、中胴案内筒５の接合面６の球中心Ｏに、その円中心が一致するように設けられた円環状のガーダ１１と、後胴フレーム４から前方に突出して設けられ、このガーダ１１とガーダ円周上１８０°離れた位置でピン１３で結合された２組で１対の第１ブラケット１２と、中胴フレーム３から後方に突出して設けられ、後胴フレーム４に設けられた第１ブラケット１２とはガーダ円周上にそれぞれ９０°ずれた位置でピン１５で結合された２組で１対の第２ブラケット１４とから構成されている。そして、この自在接手１０は、中胴フレーム３と後胴フレーム４との間の前後方向への動きについては拘束しつつ、中胴フレーム３が後胴フレーム４に対して全方向に屈曲可能にしている。なお、Ｒは球中心Ｏから凸状球面６ｂまでの半径である。
【００２０】
１８は掘削した土砂をアジテータ２５により泥水と攪拌して排出する排泥水管であり、１９は送泥水管である。なお、２０は後胴フレーム４の後端に設けられたテールシールで、後胴フレーム４の内側の周方向に沿ってリング状に組み立てられ、セグメント９との間からの泥水等の侵入を防止している。
【００２１】
次に本実施の形態の作用について述べる。
本発明におけるシールド掘進機において、通常の直線掘進を行う時は、まず、中折れ用ジャッキ７を停止する一方、カッタ１６で回転掘削するとともに推進ジャッキ８を伸長し、前胴フレーム２，中胴フレーム３および後胴フレーム４を一定姿勢で保持しながら３フレーム共に同速で前進させる。そして、セグメント９の１リング分推進を行うと、前胴フレーム２，中胴フレーム３および後胴フレーム４を停止したままセグメント９の組み立て作業を行う。すなわち、推進用ジャッキ８は前胴フレーム２からの反力を支持するとともにセグメント組み込み個所のジャッキを順次縮小してセグメント組み立て分の間隔を空け、その個所でセグメント９の組み立て作業を行う。
【００２２】
次に、セグメント９の１リング分の組み立てが完了すると、カッタ１６で回転掘削するとともにセグメント９に前胴フレーム２からの反力を支持しながら推進用ジャッキ８を伸長し、前胴フレーム２，中胴フレーム３および後胴フレーム４を一定姿勢で保持しながら３フレーム共に同速で前進させる。そして、セグメント９の１リング分推進を行うと、再び前胴フレーム２，中胴フレーム３および後胴フレーム４を停止したままセグメント９の組み立て作業を行う。このようにして、これら一連の作業を繰り返しながら連続掘進を行う。
【００２３】
また、曲線施工を行う時は、曲線個所で、まず、中胴フレーム３と後胴フレーム４を停止する一方、カッタ１６で回転掘削しながら曲線個所の内側と外側で中折れ用ジャッキ７に伸縮差をつけ、前胴フレーム２を前進して掘進を行う。すなわち、推進方向左側に曲がる時は、左側に配設した中折れ用ジャッキ７を適宜制御して縮小する一方、右側に配設した中折れ用ジャッキ７を適宜制御して伸長し、前胴フレーム２を左側に曲げるようにして前進する。なお、これらの作業を行う時は、中折れ用ジャッキ７と推進用ジャッキ８とは、互いに油圧を調整しながら制御することが望ましい。また、他の方向に曲線施工する時は、上記左側に曲がる時と同様にして行う。
【００２４】
なお、中折れ用ジャッキ７を前胴フレーム２の推進用に使用する時は、セグメント９の組み立て作業を行っている間も前胴フレーム２をカッタ１６で回転掘削し、中折れ用ジャッキ７を伸長して前進を行う。そして、セグメント９の１リング分の組み立てが完了すると、セグメント９に前胴フレーム２からの反力を支持しながら推進用ジャッキ８を伸長する一方、中折れ用ジャッキ７を推進用ジャッキ８の推進力により強制的に縮小するようにして中胴フレーム３および後胴フレーム４を前胴フレーム２に追いつくように前進させる。この間、前胴フレーム２は停止することなくカッタ１６で回転掘削しながら前進を続ける。そして、再び中胴フレーム３と後胴フレーム４を停止したままセグメント９の組み立て作業を行う。このようにして、これら一連の作業を繰り返しながら連続掘進を行う。
【００２５】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
図６および図７は本発明の他の実施の形態のガーダ１１の正面図である。図６および図７では、図３で円環状ガーダ１１を設けているのに代えて多角形状の環状ガーダ１１ａまたは１１ｂを設けている。なお、Ｏは球中心である。
【００２６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシールド掘進機によれば、全方向への曲線施工が可能であり、しかも、中折れ用ジャッキの操作により直線掘進時も曲線施工時も、連続して掘進作業が可能であり、水止シール性もさらに向上するなど優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機の側面断面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】図１のＡーＡ断面図である。
【図４】中折れジャッキ後端の一部拡大図である。
【図５】図３のＢーＢ断面図である。
【図６】本発明のシールド掘進機の他の実施の形態のガーダの正面図である。
【図７】本発明のシールド掘進機の他の実施の形態のガーダの正面図である。
【図８】従来のシールド掘進機の側面断面図である。
【符号の説明】
１  シールドフレーム
２  前胴フレーム
３  中胴フレーム
３ａ  前胴案内筒
４  後胴フレーム
５  中胴案内筒
６  接合面
６ａ  中胴フレーム内面の凹状球面
６ｂ  中胴案内筒上面の凸状球面
７  中折れ用ジャッキ
７ａ  ピン
７ｂ  ピン
７ｃ  球面ブッシュ
８  推進用ジャッキ
９  セグメント
１０  自在接手
１１  ガーダ
１１ａ  ガーダ
１１ｂ  ガーダ
１２  第１ブラケット
１３  ピン
１４  第２ブラケット
１５  ピン
１６  カッタ
１７  エレクタ
１８  排泥水管
１９  送泥水管
２０  テールシール
２１，２２，２３  シール
２４  ジャッキ取付部材
２５  アジテータ
２６  球面座
Ｏ  球中心
Ｒ  球中心から凸状球面まての半径
【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】
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【図８】
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