(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、
前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記カッターリングを前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリング前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、
前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリングに前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシールド掘進機において、立坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のシールド掘進機において、横坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法によって下方・横方へと掘進するシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法によって下方・横方へと掘進するこの種のシールド掘進機に関する公知技術の中で、まず、立坑シールド掘進機の例としては、例えば、以下のものがある。
▲１▼特開平４−２７２３８７号公報
この公知技術は、主軸に連結された主カッターと主軸から放射状に延びる伸縮アームに連結された周辺カッターとをシールド機本体下端部に設け、また径方向内方に移設可能なシールドジャッキをこれらの上方に設け、カッターとシールドジャッキを支持する内部フレームを外胴に着脱自在に取り付けることにより、カッター等を容易に回収可能な構成とするものである。
【０００３】
▲２▼特開平６−２９４２７８号公報
この公知技術は、いわゆる中間支持方式で中央カッターを支持する駆動モータを備え、グリッパーを介して立坑の坑壁に支承された立坑シールド掘進機において、掘進機がローリングしたときに、中央カッターの支持スポークに設けた伸縮ジャッキを延ばして外周カッターを地盤から切り離して回転させることにより、容易にローリングを修正するものである。
【０００４】
▲３▼特開平６−３０７１８６号公報
この公知技術は、通常時においては、２分割されたシールド本体を連結する摺動ジャッキを延ばして掘削を行い、カッタートルクが過大となったときには、摺動ジャッキを縮めてカッターを浮上させてカッタートルクを減少させることにより、掘進を再開可能な構成を提供するものである。
【０００５】
次に、横坑シールド掘進機の例としては、例えば、以下のものがある。
▲４▼実公平５−２７５９４号公報
この公知技術は、いわゆる泥水シールド掘進機であり、シールドの前部開口部に設けたカッターで地山を掘削してその土砂をカッター背面のカッターチャンバーに取り込み、これと同時にカッターチャンバー上部に接続された送泥管から泥水等を注入し、掘削土砂と混合してカッターチャンバー下部に接続された排泥管で外部に排出するものである。
【０００６】
▲５▼特開平６−２１２８８４号公報
この公知技術は、いわゆる球体シールド掘進機であり、シールドの先端に略球体の作業室を回動自在に支持しておき、この作業室の外部に出没自在に設けた掘削装置を、作業室の回動によってシールド内に収容することにより、カッタービットの交換を容易に行えるように構成したものである。そして、この回動時には、カッター引き込みジャッキを用いてカッター及びその駆動機構を作業室内に後退させるようになっている。
【０００７】
(6)特公平６−５８０３５号公報
この公知技術では、いわゆる地中ドッキングシールド工法で用いられる掘進機が開示されており、２つのシールド掘進機を対向するように掘進させ横坑どうしを接合するものである。そして、この接合時には、一方の掘進機を先に接合位置に到達させて停止状態にした後、他方の掘進機との接合に備え、カッター引き込みジャッキを用いてカッター及びその駆動機構をシールド内に後退させるようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の立坑シールド掘進機及び横坑シールド掘進機に関する公知技術には、それぞれ、以下の課題が存在する。
【０００９】
まず立坑シールド掘進機においては、近年、工事の大規模化に伴い、立坑の大口径化が進んでいる。このような大口径の立坑をシールド工法により掘削する場合に、上記公知技術▲１▼〜▲３▼を適用すると、以下のような課題が生じる。
すなわち、上記公知技術▲１▼においては、カッターがシールド本体に固定されているのでカッターの地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であり、カッターにかかる前面荷重が比較的大荷重となる。よって、その大荷重に打ち勝つためにカッターの装備トルクを大きくする必要が生じ、マシン重量が重くなると共にカッタートルク反力によるシールドのローリングが発生しやすくなる。
【００１０】
また公知技術▲２▼においては、隔壁が設けられていないことから、地下水圧を含めた上下動微調整を行う隔壁式の掘進機の構成には適用できない。すなわち、隔壁式においては、地表付近では水圧がほとんどないので、掘削に必要な荷重（例えば約５０ｔ）よりはるかに重いカッター自重（例えば８００ｔ）を低減するように上方へ荷重を加えて掘削負荷をコントロールする必要があるが、大深度にあっては水圧が大きくなってカッター自重だけでは掘削に必要な荷重を得ることができないので、カッターを下方へ押し下げるように荷重を加えて掘削負荷をコントロールする必要がある。公知技術▲２▼の構成では、このようなコントロールを行うことができない。
【００１１】
さらに公知技術▲３▼においては、中間支持方式かつ隔壁式であるが、カッターを推進する場合にシールド全断面にはたらく全水圧力・前胴外周部の地山との摺動抵抗力が摺動ジャッキに加わる。そして、これら全水圧力・前胴外周部の摺動抵抗力は、カッターの押し付け力（＝掘削に必要な力）に比較して非常に大きくなることから、カッターの押し付け力の制御が困難となり、かつ摺動抵抗力の変動により制御精度が低くなる。また大口径になると摺動ジャッキに加わる水圧力が過大となるので、これに対抗するために摺動ジャッキを極めて強固なものにする必要があり、摺動ジャッキが大型化するという課題があった。
【００１２】
次に、横坑シールド掘進機に関し、公知技術▲４▼〜▲６▼においては、いずれも、カッターの切羽への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。
すなわち、公知技術▲４▼においては、上記▲１▼同様カッターがシールド本体に固定されていることから、カッターの地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。また、カッターを切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなりカッターが回転困難となった場合、シールドをバックさせればカッターを通常の回転状態に復帰可能であるが、テールシールの反転によってシール漏洩の恐れがあることからこれを行うことができず、カッターの反転の繰り返しやカッタートルクを限界まで上げることを行って非常に苦労して復帰させていた。また、セグメント側より裏込注入液が切羽側に回り込み、カッターと切羽の付着力が大きくなって回転困難となった場合も同様の問題があった。
【００１３】
また、公知技術▲５▼においては、カッター引き込みジャッキで、押し付け力を制御しまたカッター回転困難時の脱出を図ることは可能である。しかしながらこのとき、カッター引き込みジャッキはバルクヘッドと作業室との間に装着されており、カッターを引き込む場合にバルクヘッド全体を後部に引き込む構造となっている。よって、バルクヘッドにかかる切羽の土圧または水圧をカッター引き込みジャッキで支えなければならず、非常に大きな推力が必要となる。したがってジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして高精度のストローク制御は困難であった。
【００１４】
また、公知技術▲６▼においても、カッター引き込みジャッキで、押し付け力の制御・カッター脱出を図ることは可能であるが、上記▲５▼と同様、バルクヘッド全体を後部に引き込む構造となっていることから、ジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして高精度のストローク制御が困難であった。
【００１５】
本発明の第１の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式のシールド掘進機において、中間支持部分を掘進方向に進退させてカッターの進退運動を行い、カッターの押し付け力を容易かつ高精度に制御することある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式の大口径立坑シールド掘進機において、中間支持部分を上下動させてカッターの上下動を行い、カッターの押し付け力を容易かつ高精度に制御し掘削効率を上げるとともに、押し付け力を制御することでカッター装備トルクを小さくすることである。また、摺動ジャッキを小型化できる構成を提供することである。
【００１７】
本発明の第３の目的は、カッターを中間支持方式で支持する隔壁式の横坑シールド掘進機において、中間支持部分を前後動させてカッターの前進・後退を行うことにより、小さいジャッキ推力で前後動を行わせ、カッターの推力制御を容易かつ高精度に行うことである。
【００１８】
本発明は上記の目的を達成するために、第１の発明は、坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記カッターリングを前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリング前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機にある。
【００１９】
また、第２の発明は、坑内に配置されるシールド本体と、このシールド本体の掘進方向に設けられ坑内の切羽を掘削するカッターと、少なくとも一部が前記シールド本体内に設けられ前記カッターを駆動するカッター駆動部と、前記シールド本体内に設けられ該シールド本体内部を周囲水から隔離する隔壁と、前記隔壁と前記カッターの掘削面との間に形成された掘削室内に生成された掘削土砂の排出手段とを有し、前記カッターは、前記カッターの径方向中心部と外周との間の中間部において前記カッター駆動部に支持されて、該カッター駆動部に駆動されると共に、前記掘削室内に水を送り前記切羽の圧力が地下水位より高い圧力となるように制御する泥水式のシールド掘進機において、前記カッターの径方向中間部に前記シールド本体の軸線方向に設けたカッターアームと、前記カッターアームに連結し前記隔壁に対して進退可能な摺動部材と、前記摺動部材に連結し前記隔壁に対して回転可能なカッターリングと、前記摺動部材に連結し前記摺動部材を前記隔壁に対して進退運動させる進退駆動機構と、前記カッターリングにギアを介して連結し前記カッターリングに前記隔壁に対して回転力を伝達する回転伝達機構とを備えたことを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２０】
さらに、第３の発明は、第１又は第２の発明に記載のシールド掘進機において、立坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２１】
また、第４の発明は、第１又は第２の発明に記載のシールド掘進機において、横坑内に配置されることを特徴とするシールド掘進機にある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１４により説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図７により説明する。本実施形態は、本発明を立坑シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による立坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１に示す。
図１において、本実施形態による立坑シールド掘進機１００は、図示しない吊架手段（例えばワイヤ、ジャッキ等）を介して立坑８の上部より全体が吊り下げられており、概略的に言うと、立坑８内に配置された円筒状のシールド本体４１と、このシールド本体４１の下方すなわち立坑シールド掘進機１００の最下部に設けられ立坑８内の切羽７を掘削するカッター１と、大部分がシールド本体４１に設けられカッター１を駆動するカッター駆動部２と、シールド本体４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体４１を下方へ押圧するシールドジャッキ２０を備え、シールド本体４１を掘進方向（図示下方）へ推進させるシールド推進部３と、シールド本体４１に設けられ、シールドジャッキ２０が下方へ押圧力を作用させるための反力を与えるセグメント５を組み立てるエレクター２１を備えたセグメント組立部４とを有する。
【００２７】
シールド本体４１は、シールド本体４１内部を周囲水から隔離する隔壁９−ａ，９−ｂ，９−ｃを備えており、言い換えれば、これら隔壁９−ａ，９−ｂ，９−ｃにより、立坑８の坑内と切羽７とが隔離されることとなる。
エレクター２１は、カッター駆動部２の外壁部にあたる構成部材２Ａに装着されており、これによってエレクターリング等の構造に関して通常より簡易化が図られている。
【００２８】
また、立坑シールド掘進機１００は、カッター１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排出する３本の土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃを備えている。これら土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃは、一端がカッタースポーク１Ｂの下面近傍に開口して吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃを形成している。これら吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃを含むカッター１の下面図を図２に示す。図２において、吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃは、カッター１のカッタースポーク１Ｂの下面（斜面）近傍において、半径方向にほぼ等間隔となるように配置されており、掘削された土砂の各吸込口位置までの移動距離が等しくなり、円滑に土砂を排土できるように配慮されている。またカッター１は、各吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃの径方向位置に対応して設けられ、各吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃの径方向位置近傍に土砂を導く複数の円弧状の集土板２４を備えており、これによって掘削土砂を強制的に吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃに導き、確実に土砂を取り込むことができる。
【００２９】
図１に戻り、土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃの中間部は、カッター１の中心軸近傍のセンターシャフト内２２に集められて束ねられ、そして隔壁９−ｂの中心近傍を貫通するように配置されている。センターシャフト２２の図１中Ｐ−Ｑ断面における水平断面図を図３に示す。３本の土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃは、センターシャフト２２内に配置され、隔壁を貫通する部分でセンターシャフト２２の外周部分（円形状）をシールしているので、土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃを１本毎にシールする必要はない。このような構造によって、土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃは、隔壁９−ｂのこの部分で容易にシールを行うことができる。
【００３０】
再び図１に戻り、隔壁９−ｂの高さは、径方向外側に隣接する隔壁９−ａの高さよりも高くなっており、これにより、径方向に吸込口１９−ｂ，１９−ｃをもつ曲管である土砂吸込配管６−ｂ，６−ｃの曲率をその分大きくすることができ、土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃにおいて礫がひっかかり閉塞するのをその分低減することができる。
【００３１】
この土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃを含む送排泥システムの全体構成を表す概念図を図４に示す。
図４及び図１において、立坑８上部に設けた水タンク２６から送水管１６を介して切羽７に水が送られ、このとき切羽７が地下水位に０．２ｋｇｆ／ｃｍ２を加えた水圧となるように水タンク２６の上下位置を決定する。これは、地下水位よりやや高い水圧を切羽に加えることにより、切羽部での湧水による土砂の湧き上がりを抑え、切羽の側壁及び底板の土砂崩壊を防止するためである。切羽７からの掘削土砂を含む泥水は、土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃの一端に設けた吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃから土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃ内へと吸引される。
土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃの他端はスイベルジョイント２３を介して対応する上部配管５６−ａ，５６−ｂ，５６−ｃに接続されており、さらにそれぞれ別個独立して立坑８上に設置されたサクションポンプ２５−ａ，２５−ｂ，２５−ｃに接続されている。スイベルジョイント２３は回転継手の一種であり、自ら回転しながら、カッター１とともに回転する土砂吸込配管６−ａ，ｂ，ｃからの泥水を、構造物に固定されている上部配管５６−ａ，ｂ，ｃにそれぞれ円滑に導く機能を備えている。サクションポンプ２５−ａ，２５−ｂ，２５−ｃにより吸い上げられた泥水は、最終的に、立坑８上に設けられた泥水処理設備２７で処理された後、配管５７を介して水タンク２６へ導かれ、再び送水管１６によって切羽７へと還流させられる。
サクションポンプ２５−ａ，２５−ｂ，２５−ｃは、３本の土砂吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃ及びこれに対応する上部配管５６−ａ，５６−ｂ，５６−ｃに対してそれぞれ１台ずつ別個独立して装備されており、掘削土砂の処理量が大きい外周側の土砂吸込配管６−ｃ，６−ｂ，６−ａから順に、その必要処理量に見合った容量を装備している。すなわち、容量が大きいものから順に、（サクションポンプ２５−ｃ）＞（サクションポンプ２５−ｂ）＞（サクションポンプ２５−ａ）となっている。これにより、必要処理量に応じて能率よく排土を行うことができる。また、すべての土砂吸込配管を１つのサクションポンプに接続した場合のように負荷の軽い吸込配管に泥水が集中することなく、全ての吸込配管６−ａ，６−ｂ，６−ｃから万遍なく排土を行うことができる。
【００３２】
再び図１に戻り、カッター１は、径方向中心に向かって下方に傾斜する形状のカッタースポーク１Ｂにカッタービット１７，１８が設けられている構造となっており、これによってカッタービット１７，１８で掘削された土砂が土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃに向かって落ちて行きやすくなっている。また、大径立坑シールドであることから、掘削土量の多い外周側カッタースポーク１Ｂの傾斜角度を内周側カッタースポーク１Ｂの傾斜角度より急角度にしてある。
さらにこのとき、土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃの付近のカッタービット１８は、周辺のカッタービット１７より下方に深く掘削できるように、カッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出している。これにより、掘削面に溝をつくり切羽７から掘削された土砂が切羽７の外周部から内側へ向かって傾斜面を落ちてきたときに、カッター１の回転と共に回転する土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃがちょうどその位置にくるまでの一定の間だけその土砂を滞留させることができる。このような形状になっていないと、掘削土砂は所定の吸込口から吸い込まれず斜面を更に下方へと転げ落ちて、それより内周側の吸込口に吸い込まれてしまこととなり、その内周側の吸込口のサクション能力が不足することとなるからである。
ここでこの実施形態では、土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃの付近のカッタービット１８を周辺のカッタービット１７より下方に深く掘削できるようにカッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出させているが、これに限らず、土砂吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃの半径方向位置付近にあるその他のカッタースポークに装着したカッタービットを下方に深く掘削できるようにカッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出させても同様の溝を掘ることができる。すなわち、地山が砂層の場合は本実施形態のようにしても櫛の刃状に地山が残ることは少ないが、粘性土の場合は櫛の刃状に地山が残る場合が多い。したがって地山が粘性土の場合は、半径方向位置付近にあるその他のカッタースポーク上に装着されているカッタービットを同じように下方に深く掘削できるようにカッタースポーク１Ｂからより長く下方へ飛び出させて平坦な溝をつくれるようにする。
【００３３】
前述した集土板２４は、飛び出したカッタービット１８によって形成された溝より径方向外側の掘削土砂を、その溝の近傍に導く働きをする。なお、このとき、集土板の両端が吸込口の径方向位置にある必要は必ずしもなく、集土板の中間に少なくとも１つの吸込口が存在するように配置すればよい。そうすれば、集土板に沿って傾斜面を下方に流れてきた土砂は、吸込口の径方向位置にある溝で自然に集土板から離れ、溝内で滞留することになるからである。また集土板は、必ずしも複数個設けられる必要もなく、少なくとも１つ設けられれば足りる。
またカッター１は、径方向最外周１Ａの高さ方向位置が、シールド本体４１の最下端、すなわち隔壁９−ａの高さ方向位置よりも高くなるように配置されている。したがって、カッター１のカッタースポーク１Ｂの一部とシールド本体４１の一部とが径方向において重なるように配置されることとなり、その結果、シールド本体４１内側に設置してあるカッター駆動部２をカッター中心部近傍のデッドスペースにくい込ませて配置することができる。これにより、カッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの上下方向高さが若干延びたとしても、カッター駆動部２の上端がシールド本体４１のテール端から上方へ飛び出ることがなくなり、機長の短縮化が可能となっている。
さらにカッター１は、カッター駆動部２に備えられたカッター上下ジャッキ３０により上下自在に吊り下げられるとともに、カッター駆動モータ１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部２の詳細構造を表す縦断面図を図５に示す。
図５及び図１において、カッター１は、径方向中心部と外周部との間の中間部１Ｃにおいて６本のカッターアーム１０により中間支持され、略円環状のカッターリング４０を介してベアリング１３に装着されている。ベアリング１３の外周側にはギア１５が切ってあり、このギア１５にカッター駆動モータ１２に装着されたピニオン１４が噛合している。カッターリング４０、ベアリング１３、カッター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１（図５中網かけ部で示す）に設置されており、カッター上下ジャッキ３０により上下に摺動する。
また、カッター摺動部材１１の外周部には、シールド本体４１側の出っ張り４２とかみ合う溝４３が切ってあり、カッター１の回転による反力をシールド本体４１に伝えている（出っ張り４２とかみ合う溝４３は全周に４箇所ある）。さらに、カッターリング４０のカッターアーム１０側にはカッターリング４０と摺動部材１１との間のシールを行うカッター１回転用のシール３２が取り付けてあり、カッター摺動部材１１の切羽７側にはカッター摺動部材１１とシールド本体４１間のシールを行うシール３１が取り付けられている。
なお、上記構成において、ピニオン１４、ギア１５、ベアリング１３、カッターリング４０、及びカッターアーム１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材１１がカッターリング４０を収納するケースを構成する。
【００３４】
カッター駆動部２は、上記のように摺動する構造であることから通常より上下方向に若干長くなる。一方で、シールド推進部３及びセグメント組立部４は、シールド本体４１におけるカッター駆動部２から径方向外側に配置され、またシールド推進部３の上方にセグメント組立部４が配置されている。そしてこのとき、セグメント組立部４の上端がカッター駆動部２の上端より低い位置にあり、シールド推進部３の下端がカッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの下端より高い位置にある。すなわち、長くなったカッター駆動部２のうちシールド本体４１内の部分２Ｂの上下方向高さ範囲の中に、セグメント組立部４及びシールド推進部３を収めている。
【００３５】
上記構成において、立坑シールド掘進機１００全体に関し上下方向に加わる力として、前述した図示しない吊架手段を介し立坑８の上部より全体が吊り下げられ、上方への吊架力が加えられている。また、シールド断面積に相当する部分の水圧力が上方へかかっている。また、立坑シールドの全体重量が下方にかかっている。一方、カッター１の上下動に関し加わる力としては、カッター摺動部材１１下部のドーナツ状の水平断面積Ｓ（図５参照）分の水圧揚力が、上方へ向かって作用している。
したがって、まず、上記したカッター１にかかる上方への水圧揚力が小さい地表付近において、カッター上下ジャッキ３０でカッター１の自重を緩和して自重の一部のみを加え、カッターの地山への押し付け力が掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター１を回転しながら下方へ向かって掘削する。
このようにしてカッター上下ジャッキ３０でカッター１を吊り下ろしながら、カッター１である距離を掘削後、カッター１をカッター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッターで掘り下げた分、シールドを吊り下げている吊架手段を延ばし、全体の自重でシールド本体４１を推進させる。
そして、シールド本体４１が所定距離推進したところでセグメント５をエレクター２１により組み立てる。
【００３６】
上記手順を繰り返して掘進していくが、下方より隔壁９−ａ，９−ｂ，９−ｃにかかる水圧力が、掘進していくにしたがい地下水圧が大きくなるため増大し、シールド自重で下部へ推進できなくなる。その時点で、シールドジャッキ２０による推進を行う。
すなわち、カッター１である距離を掘削後、カッター１をカッター上下ジャッキ３０で引き上げ、カッター１で掘り下げた分シールドジャッキ２０でシールド本体４１を推進させる。そしてシールド本体４１が所定距離推進したところでセグメント５をエレクター２１により組み立てる。
【００３７】
また、一定の深度まで達して、上記したカッター１にかかる水圧揚力が、カッター自重より大きくなった場合は、掘削時に、（水圧揚力）−（カッター自重）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等しい推力でカッター上下ジャッキ３０でカッター１を切羽７の前面に押し付けつつ、カッター１を回転させて掘削を行う。つまり、水圧揚力がカッター自重より大きくなりカッターが浮いた状況となるのでカッター上下ジャッキ３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。このとき、カッター１のトルクはカッター１の切羽７への押付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター上下ジャッキ３０のストローク量を調整する。
【００３８】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。なお、以下、従来技術に関する記述中であっても、本実施形態の立坑シールド掘進機１００と同等の部材には同等の符号を付す。
カッター１が径方向中心部と外周部との間の中間部１Ｃにおいてカッター駆動部２のカッターアーム１０に支持される、いわゆる中間支持方式であることにより、大口径においては、カッター１中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター１外周部で支持する外周支持方式よりもカッター１のたわみが生じにくく、強度的に有利である。
また、カッター駆動部２に備えられたカッター上下ジャッキ３０で、カッター駆動モータ１２、伝達機構をなすピニオン１４・ギア１５・ベアリング１３、及びカッターリング４０を収納するカッター摺動部材１１を上下方向に摺動させて、切羽を掘削する方式としていることにより、隔壁９−ａ，９−ｂ，９−ｃに加わる水圧の大小に応じてカッター上下ジャッキ３０押力・引力を自在に変えるか、又はカッター上下ジャッキストロークを調整してカッター１を切羽面に最も掘削に適した推力で押し付けることができる。またカッター１の掘削スピード（カッターの下方への下げスピード）もカッタートルクを監視しながらトルクが過大にかからないようにしてカッター上下ジャッキの伸びスピードで自在に制御できる。さらに、吸込口１９−ａ，１９−ｂ，１９−ｃ付近で排土が閉塞気味の場合、カッターの下方への下げスピードを遅くしたり停止したり逆に上部へカッター１を引き上げ閉塞を解消することができる。
そしてこのとき、カッター１の上下動に関し加わる水圧揚力は、カッター摺動部材１１下部の水平断面積Ｓ（図５参照）分の水圧揚力であり、外周支持方式の場合よりも径方向中心側に寄っている分小さくなるので、カッター上下ジャッキ３０の容量を小さくすることができる。また水圧揚力が小さいことによりカッター１を切羽７への押し付ける推力の制御を容易に行うことができる。よって常に最適な推力を加えた状態で掘削を行うことができるので、カッター１の装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。
さらにこのとき、２分割シールド本体を連結する摺動ジャッキで下部シールド及びそれと上下方向では一体となったカッターを上下させる従来技術よりも、上下駆動機構としてのカッター上下ジャッキ３０に加わる推力を小さくすることができ、かつシールドの地山との摩擦による摺動抵抗を考えなくてよいので、カッターの切羽への押し付け力を制御しやすく、推力過大でカッターを破損させることがない。そして、上記のようにカッター１の装備トルクが軽減されることから、カッター１が軽量かつ安価となる効果があるとともに、シールド機長を短くしてもカッタートルクによりローリングが発生しないという効果がある。また、水圧揚力が小さいので、カッターベアリング１３の容量を小さくて済み軽量かつ安価となる効果がある。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、図５に示したように、カッターリング４０、ベアリング１３、カッター駆動モータ１２はカッター摺動部材１１内に設置されており、カッター上下ジャッキ３０により上下動する構成であったが、これに限られず、カッター上下ジャッキを他の場所へ設ける変形例もある。これを図７に示す。
図７において、図５に示した前述した構成と異なる点は、カッターリング４０は下方に開口する略円筒状部分が複数箇所に設けられており、その略円筒状部分に対して摺動可能に摺動円筒部材１３１が配設されており、その摺動円筒部材１３１内に上端がカッターリング４０に固定され下端がカッターアーム１０の上端に固定されたカッター上下ジャッキ１３０が配置されており、カッター駆動モータ１２、ピニオン１４、ギア１５、及びベアリング１３の固定側（図示左側）はシールド本体４１に固定され、ベアリング１３の回転側（図示右側）及びカッターリング４０は回転のみを行い上下動は行わず、摺動円筒部材１３１及びカッターアーム１０のみがカッター上下ジャッキ１３０によって上下動するようになっていることである。その他の構造はほぼ同様である。
この構造によると前実施形態で説明した水圧揚力を受ける原因となる面積Ｓ（図５参照）が非常に小さくて済む。すなわち、カッター１の上下動に関しカッター上下ジャッキ１３０に加わる水圧揚力を、複数の摺動円筒部材１３１の横断面積（複数個の円）にかかる分だけとし極めて小さくすることができる。よって、カッター上下ジャッキ１３０の容量及びベアリング１３の容量を小さくすることができ、またカッター１の地山押し付け力の制御をさらに容易に高精度に行うことができる。
【００４０】
なお、摺動円筒部材１３１は、図７に示すようにカッターリング４０に形成された筒状の穴に直接挿入配置される構成のほか、カッターリング４０内に別途筒状部材を複数個固定し、その筒状部材に摺動円筒部材１３１を挿入配置する構成でもよく、これらの場合も同様の効果を得る。
【００４１】
本発明の第２の実施形態を図８〜図１０により説明する。本実施形態は、本発明を横坑泥水シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図８に示す。
【００４２】
図８において、本実施形態による横坑シールド掘進機２００は、概略的に言うと、図示しない横坑内に配置される円筒状のシールド本体２４１と、このシールド本体２４１の掘進方向前方（図８中左方）すなわち横坑シールド掘進機２００の最前部に設けられ横坑内の切羽を掘削するカッター２０１と、大部分がシールド本体２４１に設けられカッター２０１を駆動するカッター駆動部２０２と、シールド本体２４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体２４１を前方へ押圧するシールドジャッキ２２０を備え、シールド本体２４１を前方へ推進させるシールド推進部２０３と、シールド本体２４１に設けられ、シールドジャッキ２２０が前方へ押圧する力を作用させるための反力を与えるセグメント２０５を組み立てるエレクター２２１を備えたセグメント組立部２０４とを有する。
【００４３】
シールド本体２４１は、シールド本体２４１内部を周囲水から隔離する隔壁２０９を備えており、言い換えれば、これら隔壁２０９により、横坑の坑内と切羽とが隔離されることとなる。
また、横坑シールド掘進機２００は、カッター２０１の背面に設けられたカッターチャンバー２４４と、カッター２０１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排出する土砂吸込配管２０６とを備えており、土砂吸込配管２０６の先端部分に設けられた吸込口２０６ａはカッターチャンバー２４４内に開口している。なお、カッターチャンバー２４４内における吸込口２０６ａの上部には、吸込口２０６ａが閉塞等した場合に使用する予備吸込口２０６ｂが設けられている。また土砂吸込配管２０６の後端はサクションポンプ（図示せず）に接続されている。このサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、最終的に、横坑の外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で処理された後、送水管２１６を介し、送水管２１６の先端に設けられた送水口２１６ａから再びカッターチャンバー２４４内へと還流させられる。
【００４４】
さらにカッター２０１は、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０により前後運動自在に支持されるとともに、カッター駆動モータ２１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部２０２の詳細構造を表す縦断面図を図９に示す。
図９及び図８において、カッター２０１は、径方向中心部と外周部との間の中間部２０１Ｃにおいて複数本（例えば６本）のカッターアーム２１０により中間支持されている。これにより、大口径においては特に、カッター中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター外周部で支持する外周支持方式よりもカッター２０１のたわみが生じにくく、強度的に有利となっている。そしてまたカッター２０１は、略円環状のカッターリング２４０を介してベアリング２１３に装着されている。ベアリング２１３の外周側にはギア２１５が切ってあり、このギア２１５にカッター駆動モータ２１２に装着されたピニオン２１４が噛合している。カッターリング２４０、ベアリング２１３、カッター駆動モータ２１２はカッター摺動部材２１１（図９中網かけ部で示す）に設置されており、カッター前後ジャッキ２３０により前後に摺動する。
また、カッター摺動部材２１１の外周部には、シールド本体２４１側の出っ張り２４２とかみ合う溝２４３が切ってあり、カッター２０１の回転による反力をシールド本体２４１に伝えている（出っ張り２４２とかみ合う溝２４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング２４０のカッターアーム２１０側にはカッターリング２４０と摺動部材２１１との間のシールを行うカッター２０１回転用のシール２３２が取り付けてあり、カッター摺動部材２１１の切羽側（図９中左側）にはカッター摺動部材２１１とシールド本体２４１間のシールを行うシール２３１が取り付けられている。
なお、上記構成において、ピニオン２１４、ギア２１５、ベアリング２１３、カッターリング２４０、及びカッターアーム２１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材２１１がカッターリング２４０を収納するケースを構成する。
【００４５】
上記構成において、横坑シールド掘進機２００全体に関し前後方向（図８中の左右方向）に加わる力として、シールド断面積に相当する部分の水圧力が後方へかかっている。一方、カッター２０１の前後動に関し加わる力としては、カッター摺動部材２１１前部のドーナツ状の鉛直断面積Ｓ（図９参照）分の水圧力が、後方へ向かって作用している。
そこでまず、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１の地山への押し付け力が掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター２０１を回転しながら前方へ向かって掘削する。すなわち、（水圧力）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等しい推力でカッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を切羽の前面に押し付けつつ、カッター２０１を回転させて掘削を行う。つまり、カッター前後ジャッキ２３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。このとき、カッター２０１のトルクはカッター２０１の切羽への押付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター２０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター前後ジャッキ２３０のストローク量を調整する。
このようにしてカッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を前方へ進行させながら、カッター２０１である距離を掘削後、カッター２０１をカッター前後ジャッキ２３０で後退させ、カッター２０１で掘り進んだ分、シールドジャッキ２２０でシールド本体２４１を推進させる。
そして、シールド本体２４１が所定距離推進したところでセグメント２０５をエレクター２２１により組み立てる。
上記のような手順を繰り返し、順次掘進していく。
【００４６】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、本実施形態の比較形態として、従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１０に示す。第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００と同等の部材には同一の符号を付す。
図１０において、本比較形態による横坑シールド掘進機２５０は、前述した実公平５−２７５９４号公報記載の泥水シールド掘進機と類似の構造であり、第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００と異なる主要な点は、カッター駆動モータ２１２やベアリング２１３等が前後に摺動せず、シールド本体２４１に固定される構造となっていることである。その他の構造は第２の実施形態の横坑シールド掘進機２００とほぼ同様である。
【００４７】
しかしながら、上記横坑シールド掘進機２５０においては、カッター２０１がシールド本体２４１に固定されていることから、カッター２０１の地山への押し付け力を高精度に制御するのが困難であった。また、カッター２０１を切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなりカッター２０１が回転困難となった場合、シールド本体２４１をバックさせればカッター２０１を通常の回転状態に復帰可能であるが、テールシール２４５の反転によってシール漏洩の恐れがあることからこれを行うことができず、カッター２０１の反転を繰り返したりカッタートルクを限界まで上げたりして非常に苦労して復帰させていた。また、セグメント２０５側より裏込注入液が切羽側に回り込み、カッター２０１と切羽の付着力が大きくなって回転困難となった場合も同様の問題があった。
【００４８】
これに対して、本実施形態による横坑シールド掘進機２００においては、カッター駆動部２０２に備えられたカッター前後ジャッキ２３０でカッター駆動モータ２１２やベアリング２１３等を隔壁２０９に対して掘進方向に前後動させ、カッター２０１で切羽を掘削することにより、隔壁２０９に加わる水圧の大小に応じてカッター前後ジャッキ２３０の押力・引力を自在に変えたり、カッター２０１の前方進み量を調整したりして、カッター２０１の押し付け力を切羽面に最も掘削に適した推力に容易かつ高精度に制御することができる。またカッター２０１を切羽に押し付けすぎて摩擦力が大きくなったり裏込注入液が切羽側に回り込んだりして、カッター２０１が回転困難となった場合には、カッター前後ジャッキ２３０でカッター２０１を隔壁２０９に対し後退させることで、容易にカッター２０１を通常の回転状態に復帰させることができる。
また、上記のようにカッター２０１の切羽への押し付け力をカッター前後ジャッキ２３０で容易かつ高精度に制御できることから、カッター２０１の装備トルクを小さくでき、地山に合った押し付け力で能率よく掘削できる効果がある。
また、第２の実施形態の横坑シールド掘進機において、掘進方法を図１０に示す従来の横坑シールド掘進機と同様にしても良い。この場合は、前後ジャッキストロークが短く済み、かつ推進方法は従来と同じであるので単純なものとなる。ただし、カッター引き込みストロークを前後ジャッキにもたせることにより、カッターを容易に後退させることができるので、上述したような原因でカッターが回転困難となった場合に容易に脱出することができる。
【００４９】
本発明の第３の実施形態を図１１〜図１４により説明する。本実施形態は、本発明を横坑球体シールド掘進機に適用した実施形態である。
本実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１１に示す。
【００５０】
図１１において、本実施形態による横坑シールド掘進機３００は、概略的に言うと、図示しない横坑内に配置される円筒状のシールド本体３４１と、このシールド本体３４１の掘進方向前方（図１１中左方）すなわち横坑シールド掘進機３００の最前部に設けられ横坑内の切羽を掘削するカッター３０１と、大部分がシールド本体３４１に設けられカッター３０１を駆動するカッター駆動部３０２と、シールド本体３４１における外周部分に設けられるとともにシールド本体３４１を前方へ押圧するシールドジャッキ３２０を備え、シールド本体３４１を前方へ推進させるシールド推進部３０３と、シールド本体３４１に設けられ、シールドジャッキ３２０が前方へ押圧する力を作用させるための反力を与えるセグメント３０５を組み立てるエレクター３２１を備えたセグメント組立部３０４とを有する。
【００５１】
シールド本体３４１の先端には、中空で略球体形状の作業室３４６が図示しない支持手段を介し回転自在に支持されている。作業室３４６は、作業室３４６内及びシールド本体３４１内部を周囲水から隔離する隔壁３０９を備えており、言い換えれば、これら隔壁３０９により、横坑の坑内と切羽とが隔離されることとなる。
また、横坑シールド掘進機３００は、カッター３０１の背面に設けられたカッターチャンバー３４４と、カッター３０１により掘削された土砂を吸い込んで泥水として排出する土砂吸込配管３０６とを備えており、土砂吸込配管３０６の先端部分に設けられた吸込口３０６ａはカッターチャンバー３４４内に開口している。また土砂吸込配管３０６の後端はサクションポンプ（図示せず）に接続されており、このサクションポンプにより吸い上げられた泥水は、最終的に、横坑の外に設けられた泥水処理設備（図示せず）で処理された後、送水管３１６を介し、送水管３１６の先端に設けられた送水口３１６ａから再びカッターチャンバー３４４内へと還流させられる。
【００５２】
さらにカッター３０１は、カッター駆動部３０２に備えられたカッター前後ジャッキ３３０により前後運動自在に支持されるとともに、カッター駆動モータ３１２の回転力で駆動される。このようなカッター駆動部３０２の詳細構造を表す縦断面図を図１２に示す。
図１２及び図１１において、カッター３０１は、前面の全範囲にカッタービット（図示せず）が設けられたカッタースポーク３０１Ｄを備えており、カッタースポーク３０１Ｄは、径方向中心部と外周部との間の中間部３０１Ｄｃにおいて複数本（例えば６本）のカッターアーム３１０により中間支持されている。これにより、大口径においては特に、カッター中心部で支持するセンターシャフト方式やカッター外周部で支持する外周支持方式よりもカッター３０１のたわみが生じにくく、強度的に有利となっている。また、カッタースポーク３０１Ｄは、シールド本体３４１内から突出した状態（例えば図１１に示す状態）において、径方向に伸縮可能となっている。また、カッターアーム３１０の後端には１つのカッターシールリング３５１が挿通された形状で固定されており、このカッターシールリング３５１は略円環状に製作され、その外径は後述するカッター摺動部材３１１のシール部分の外径とほぼ同じに加工されている。
またカッター３０１は、略円環状のカッターリング３４０を介してベアリング３１３に装着されている。ベアリング３１３の外周側にはギア３１５が切ってあり、このギア３１５にカッター駆動モータ３１２に装着されたピニオン３１４が噛合している。カッターリング３４０、ベアリング３１３、カッター駆動モータ３１２はカッター摺動部材３１１（図１２中網かけ部で示す）に設置されており、カッター前後ジャッキ３３０により前後に摺動する。
また、カッター摺動部材３１１の外周部には、作業室３４６側の出っ張り３４２とかみ合う溝３４３が切ってあり、カッター３０１の回転による反力を最終的にシールド本体３４１に伝えている（出っ張り３４２とかみ合う溝３４３は全周に複数箇所、例えば４箇所ある）。さらに、カッターリング３４０のカッターアーム３１０側にはカッターリング３４０と摺動部材３１１との間のシールを行うカッター３０１回転用のシール３３２が取り付けてあり、カッター摺動部材３１１の切羽側（図１１中左側）にはカッター摺動部材３１１とシールド本体３４１間のシールを行うシール３３１が取り付けられている。
なお、上記構成において、ピニオン３１４、ギア３１５、ベアリング３１３、カッターリング３４０、及びカッターアーム３１０が回転伝達機構を構成し、カッター摺動部材３１１がカッターリング３４０を収納するケースを構成する。
【００５３】
上記構成において、横坑シールド掘進機３００全体に関し前後方向（図１１中の左右方向）に加わる力として、シールド断面積に相当する部分の水圧力が後方へかかっている。一方、カッター３０１の前後動に関し加わる力としては、カッター摺動部材３１１前部のドーナツ状の鉛直断面積Ｓ（図１２参照）分の水圧力が、後方へ向かって作用している。そこでまず、カッター前後ジャッキ３３０でカッター３０１の地山への押し付け力が掘削に最適な大きさになるように調整しつつ、カッター３０１を回転しながら前方へ向かって掘削する。すなわち、（水圧力）＋（カッターの摺動抵抗力）＋（最適荷重）に等しい推力でカッター前後ジャッキ３３０でカッター３０１を切羽の前面に押し付けつつ、カッター３０１を回転させて掘削を行う。つまり、カッター前後ジャッキ３３０でカッターを最適荷重で地山に押し付けながら掘削するのである。ここで、最適荷重とは、カッターが能率よく掘削するのに最も適した荷重のことである。このとき、カッター３０１のトルクはカッター３０１の切羽への押付力や排土状況によって細かく変化するので、カッター３０１推力の変化のみでなくトルク変化を見ながらカッター前後ジャッキ３３０のストローク量を調整する。このようにしてカッター前後ジャッキ３３０でカッター３０１を前方へ進行させながら、カッター３０１である距離を掘削後、カッター３０１をカッター前後ジャッキ３３０で後退させ、カッター３０１で掘り進んだ分、シールドジャッキ３２０でシールド本体３４１を推進させる。そして、シールド本体３４１が所定距離推進したところでセグメント３０５をエレクター３２１により組み立てる。上記のような手順を繰り返し、順次掘進していく。
【００５４】
ここにおいて、比較的長大な横坑を掘進する場合は特に、カッタースポーク３０１Ｄに取り付けられたカッタービットが摩耗するので、適宜交換する必要がある。この場合には、カッタースポーク３０１Ｄを径方向中心に向かって縮めるとともに、カッター前後ジャッキ３３０を縮み動作させて、カッタースポーク３０１Ｄを作業室３４６内、すなわち略球体状の回転範囲に引き込む。この状態を図１３に示す。図１３に示すように、このとき、カッターシールリング３５１が作業室３４６の貫通孔３４７に貫入してシールを行うようになっている。
この状態において、略球体状の作業室３４６を徐々に回動させつつ、最終的にカッター３０１がシールド本体３４１内側（＝図１３中右側）にくるように反転させ、シールド本体３４１内からカッタービットの交換等を行う。
【００５５】
次に、本実施形態の作用効果を説明する。
まず、本実施形態の比較形態として、従来技術による横坑球体シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図を図１４に示す。第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００と同等の部材には同一の符号を付す。
図１４において、本比較形態による横坑シールド掘進機３５０は、前述した特開平６−２１２８８４号公報記載の球体シールド掘進機と類似の構造であり、第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００と異なる主要な点は、カッター前後ジャッキ３３０でカッター駆動モータ３１２やベアリング３１３等を前後に摺動するのではなく、バルクヘッド部Ｈと作業室３４６壁面との間に装着された多数のカッター引き込みジャッキ３４８で、バルクヘッド部Ｈ全体を後方へ下げて引き込む構造となっていることである。その他の構造は第３の実施形態の横坑シールド掘進機３００とほぼ同様である。
【００５６】
しかしながら、上記横坑球体シールド掘進機３５０においては、カッター引き込みジャッキ３４８がバルクヘッド部Ｈと作業室３４６との間に装着され、カッター３０１を引き込む場合バルクヘッド部Ｈ全体を後部に引き込む構造となっている。よって、バルクヘッド部Ｈにかかる切羽の土圧または水圧をカッター引き込みジャッキ３４８で支えなければならず、非常に大きな推力が必要となる。したがってジャッキが大型化したりあるいはジャッキの本数が増加したりして推力制御は困難であった。
【００５７】
これに対して、本実施形態による横坑球体シールド掘進機３００においては、カッター駆動部３０２に備えられたカッター前後ジャッキ３３０によって、カッター３０１とカッター駆動部２０２が前後摺動できることから、切羽土圧・水圧はカッター摺動部材３１１前部の水平断面積Ｓ（図１２参照）分しか加わらない。よって、カッター前後ジャッキ３２０に加わる推力を小さくすることができるので、従来のカッター引き込みジャッキ３４８で必要とされる推力よりも小さくすることができる。よって、カッター３０１を切羽へ押し付ける推力の制御を容易にかつ高精度に行うことができる。またこのようにして常に最適な推力を加えた状態で掘削を行うことができることから、カッター３０１の装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。また均等にカッター３０１を引き込むためのジャッキストローク制御が容易となるとともに、製造コストも低減できる。
【００５８】
なお、上記第３の実施形態は、本発明を球体シールド掘進機へ適用した場合を例に取って説明したが、これに限られない。すなわち、同様にカッターを引き込むための構造が備えられている、特開平６−５８０３５号公報で示されるようないわゆる地中ドッキングシールド工法で用いられる横坑シールド掘進機に適用することもでき、この場合も同様の効果を得る。
【００５９】
また、第３の実施形態の横坑シールド掘進機において、掘進方法を図１４に示す従来の横坑シールド掘進機と同様にしても良い、この場合は、前後ジャッキのストロークがカッターを後方へ引き込む分だけで済むので、前後ジャッキが小さくなり作業室３４６内に納まりやすくなる。また、掘進方法も従来と同じになるので単純なものとなる。ただし、上述のようにカッターに働く水圧力が小さくてよいことから、それに対抗するジャッキの容量及び本数が少なくて済み、占有スペースを小さくすることができるとともに安価となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、カッター駆動部に備えられた上下駆動機構で少なくとも回転伝達機構の支持部材を隔壁に対し上下動させるので、隔壁に加わる水圧の大小に応じカッターを切羽面に最も掘削に適した推力で押し付けることができる。よってカッターの装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。またこのようにカッター装備トルクが軽減されるので、カッターが軽量かつ安価となる効果があるとともに、シールド機長を短くしてもカッタートルクによりローリングが発生しないという効果がある。さらにこのとき推力過大でカッターを破損することがない。
【００６１】
また本発明によれば、カッター駆動部に備えられた前後駆動機構で少なくとも回転伝達機構の支持部材を隔壁に対し前後動させるので、前後駆動機構により発生させる推力を小さくし、高精度の推力制御を行うことができる。よって前後駆動機構を安価に製造することができる。また、カッターの装備トルクを掘削に最低限必要なものだけに軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による立坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図２】図１に示されたカッターの下面図である。
【図３】図１に示されたセンターシャフトの図１中Ｐ−Ｑ断面における水平断面図である。
【図４】図１に示された土砂吸込配管を含む送排泥システムの全体構成を表す概念図である。
【図５】図１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図６】大口径の立坑をシールド工法により掘削する場合の一例である、地下駅の工事現場を示す概念図である。
【図７】カッター駆動部の変形例の詳細構造を表す縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図９】図８に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図１０】従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【図１２】図１１に示されたカッター駆動部の詳細構造を表す縦断面図である。
【図１３】図１１に示されたカッタースポークが作業室内に引き込まれた状態を表す図である。
【図１４】従来技術による横坑シールド掘進機の全体構造を表す縦断面図である。
【符号の説明】
１              カッター
１Ｂ            カッタースポーク
１Ｃ            中間部
２              カッター駆動部
２Ａ            カッター駆動部の構成部材
３              シールド推進部
４              セグメント組立部
６−ａ          土砂吸込配管
６−ｂ          土砂吸込配管
６−ｃ          土砂吸込配管
７              切羽
８              立坑
９−ａ          隔壁
９−ｂ                    隔壁
９−ｃ                    隔壁
１０            カッターアーム
１１            カッター摺動部材（ケース）
１２            カッター駆動モータ
１３            ベアリング
１４                        ピニオン
１５                        ギア
１６            送水管
１７            カッタービット
１８            カッタービット
１９−ａ        吸込口
１９−ｂ        吸込口
１９−ｃ        吸込口
２０            シールドジャッキ
２１            エレクター
２２            センターシャフト
２３            スイベルジョイント
２４            集土板
２５−ａ        サクションポンプ
２５−ｂ        サクションポンプ
２５−ｃ        サクションポンプ
２６            水タンク
２７            泥水処理設備
３０            カッター上下ジャッキ（上下駆動機構）
４０            カッターリング
４１            シールド本体
５６−ａ        上部配管
５６−ｂ        上部配管
５６−ｃ        上部配管
１００          立坑シールド掘進機
２００          横坑シールド掘進機
２０１          カッター
２０１Ｃ        中間部
２０２          カッター駆動部
２０３          シールド推進部
２０４          セグメント組立部
２０６          土砂吸込配管
２０９          隔壁
２１０          カッターアーム
２１１          カッター摺動部材（ケース）
２１２          カッター駆動モータ
２１３          ベアリング
２１４                    ピニオン
２１５                    ギア
２１６          送水管
２２０          シールドジャッキ
２２１          エレクター
２３０          カッター前後ジャッキ（前後駆動機構）
２４０          カッターリング
２４１          シールド本体
２４４                    カッターチャンバー
２４５                    テールシール
３００          横坑シールド掘進機
３０１          カッター
３０１Ｄ        カッタースポーク
３０１Ｄｃ        中間部
３０２          カッター駆動部
３０３          シールド推進部
３０４          セグメント組立部
３０６          土砂吸込配管
３０９          隔壁
３１０          カッターアーム
３１１          カッター摺動部材（ケース）
３１２          カッター駆動モータ
３１３          ベアリング
３１４                    ピニオン
３１５                    ギア
３１６          送水管
３２０          シールドジャッキ
３２１          エレクター
３３０          カッター前後ジャッキ（前後駆動機構）
３４０          カッターリング
３４１          シールド本体
３４４                    カッターチャンバー
３４５                    テールシール
３４６          作業室
３４８          カッター引き込みジャッキ
３５１          カッターシールリング
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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