(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親シールドの前胴部に子シールドの前胴部を格納すると共に親シールドの後胴部に子シールドの後胴部を格納し、これら親および子シールドの中折れの中心点を同一位置とし、上記親または子シールドの一方または両方に中折れジャッキを設け、上記親シールドの前胴部と後胴部とを球面軸受を介して接続すると共に上記子シールドの前胴部と後胴部とを球面軸受を介して接続し、各球面軸受の曲率半径を上記中折れの中心点からそれぞれ延ばした半径とし、上記子シールドの後胴部に、上記親および子シールドに共用の後方作業台を設けたことを特徴とする中折れ式親子シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大径の親シールドから小径の子シールドが発進する親子シールドに係り、特に、親および子シールドの双方に中折れ機構を備えた中折れ式親子シールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、図３に示すように、大径の親シールド１の内部に小径の子シールド２を格納した親子シールド３が開発されている。この親子シールド３は、親シールド１の外周カッタ４と子シールド２の内周カッタ５とを切り離し、親シールド１から子シールド２を発進させることにより、親シールド１および子シールド２が一体化された状態で構築された大径トンネル６に、子シールド２で構築される小径トンネル７を連続して形成するものである。
【０００３】
図４に、上記親および子シールド１，２の双方に中折れ機構８を備えた中折れ式親子シールド掘進機９を示す。図示するように、この掘進機９は、親シールド１の前胴部１ａの内部に、子シールド２の前胴部２ａおよび後胴部２ｂが収容されている。そして、前胴部１ａと後胴部１ｂとが親側中折れジャッキ１０を介して接続され、前胴部２ａと後胴部２ｂとが子側中折れジャッキ１１を介して接続されている。
【０００４】
この中折れ式親子シールド掘進機９は、親シールド１に子シールド２を格納した状態で曲線線形の大径のトンネル６を構築するときには、親側中折れジャッキ１０を用いて親シールド１の前胴部１ａと後胴部１ｂとを折り曲げる。このとき、子シールド２は、親シールド１の前胴部１ａに収容されているため、折れ曲がることはない。また、親シールド１から子シールド２を発進させた後、子シールド２により曲線線形の小径のトンネル７を構築するときには、子側中折れジャッキ１１を用いて子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとを折り曲げる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の中折れ式親子シールド掘進機９にあっては、親シールド１および子シールド２のそれぞれに中折れジャッキ１０，１１を備えているため、中折れジャッキ１０，１１の本数が多数となり高コスト化してしまう。また、親シールド１の前胴部１ａに子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとを収容しているため、親シールド１の前胴部１ａが軸方向に長くならざるを得ず、掘進機全体の機長Ｌが長くなってしまう。
【０００６】
また、本発明者等は、図４（ｂ）  に示すように子シールド２の後胴部２ｂに後方作業台１２を設け、これを親シールド１と共用させることを案出したが、これは現実には不可能であった。何故なら、かかる後方作業台１２は、子シールド２を介して親シールド１の前胴部１ａと一体化しているため、親シールド１の後胴部１ｂを前胴部１ａに対して折れ曲げても直線状のままであり、折り曲げられた後胴部１ｂと干渉してしまうからである。このため、後方作業台１２は、親シールド１の後胴部１ｂに取り付けられる親シールド用のものと、子シールド２の後胴部２ｂに取り付けられる子シールド用のものとを（共に図示せず）、適宜付け替える必要があった。
【０００７】
また、一般にシールド掘進機には、カッタより掘削された掘孔内周面にセグメントを組み立てるエレクタが備えられている。本発明者等は、このエレクタ１３を子シールド２の後胴部２ｂに設け、これを親および子シールド１，２に共用させることを検討したが、不可能であった。何故なら、親シールド１の後胴部１ｂを前胴部１ａに対して折り曲げると、折り曲げられた後胴部１ｂに対してエレクタ１３が傾斜してしまうからである。このため、エレクタ１３についても、親シールド１の後胴部１ｂに取り付けられる親シールド用のものと、子シールド２の後胴部２ｂに取り付けられる子シールド用のものとを（共に図示せず）、適宜付け替える必要があった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、装備の共用化と機長の短縮化を図った中折れ式親子シールド掘進機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る中折れ式親子シールド掘進機は、次のように構成されている。
【００１０】
親シールドの前胴部に子シールドの前胴部を格納すると共に親シールドの後胴部に子シールドの後胴部を格納し、これら親および子シールドの中折れの中心点を同一位置とし、上記親または子シールドの一方または両方に中折れジャッキを設け、上記親シールドの前胴部と後胴部とを球面軸受を介して接続すると共に上記子シールドの前胴部と後胴部とを球面軸受を介して接続し、各球面軸受の曲率半径を上記中折れの中心点からそれぞれ延ばした半径とし、上記子シールドの後胴部に、上記親および子シールドに共用の後方作業台を設けたものである。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、親および子シールドの中折れの中心点が同一位置となっているため、親または子シールドのいずれか一方または両方に設けられた中折れジャッキを作動させると、その中心点廻りに双方のシールドの前胴部と後胴部とが同期して折れ曲がる。
【００１５】
ここで、親シールドの前胴部に子シールドの前胴部が格納され、親シールドの後胴部に子シールドの後胴部が格納されているため、親シールドの前胴部に子シールドの前胴部と後胴部とを収容していた従来のものと比べると、掘進機の機長を短縮できる。また、上記中折れジャッキを親または子シールドのいずれか一方に設ければ、その中折れジャッキを親および子シールドに共用できる。
【００１６】
また、親子双方のシールドの球面軸受の曲率半径が共通の中折れ中心点からそれぞれ延長された半径となっているため、親子双方のシールドの前胴部と後胴部とを共通の中折れ中心点を中心として屈曲させる際、シール性が悪化することなくスムーズに屈曲する。
【００１７】
また、子シールドの後胴部に設けられた後方作業台は、親シールドの後胴部と同期して屈曲する。よって、この後方作業台は、親シールドの後胴部と干渉することはなく、親および子シールドに共用することができる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図３を用いて親子シールド３の概要を説明する。図示するように、大径の親シールド１の内部に、小径の子シールド２が格納されており、子シールド２用の内周カッタ５の外周に、親シールド１用の外周カッタ４が着脱自在に取り付けられている。これら内周および外周カッタ４，５は、大径のトンネル６を構築するときには一体となっており、それに小径のトンネル７を連続して形成するときには切り離されるようになっている。
【００２１】
親および子シールド１，２を一体化した状態で大径のトンネル６を形成するときに子シールド２に加わる荷重は、子シールド２の内部に設けられた推進ジャッキ１４（ストロークを固定している）を介して、親シールド１の内部に設けられた反力受ブラケット１５に支持される。その後、親シールド１から子シールド２を発進させるときには、上記推進ジャッキ１４を伸長させればよい。なお、子シールド２を発進させた後には、子シールド２のシールドフレームに被嵌されていたフード１６を前方に移動させて、子シールド２のカッタ室１７を区画形成するようにする。
【００２２】
次に、図１および図２を用いて中折れ式親子シールド掘進機１８を説明する。図示するように、親シールド１の前胴部１ａに子シールド２の前胴部２ａが格納されていると共に、親シールド１の後胴部１ｂに子シールド２の後胴部２ｂが格納されており、これら親および子シールド１，２の中折れの中心点Ｃが同一位置となっている。詳しくは、親シールド前胴部１ａの内周面に、子シールド前胴部２ａを同芯的に支持する前胴支持部材１９，２０が設けられ、親シールド後胴部１ｂの内周面に、子シールド後胴部２ｂを同芯的に支持する後胴支持部材２１が設けられている。
【００２３】
第１前胴支持部材１９は、親シールド前胴部１ａの内周面から径方向内方に延出して設けられたリング状の隔壁２２と、その隔壁２２の先端から軸方向後方に延出された円筒状の摺接部２３とから構成されている。摺接部２３の内径は、子シールド前胴部２ａの外形よりも僅かに大きい。上記リング状の隔壁２２は、切羽側と坑内側とを仕切るものであり、子シールド前胴部１ａに設けられた円板状の隔壁２４と面一となっている。すなわち、リング状隔壁２２および円板状隔壁２４は、その前方にカッタ室を区画することになる。
【００２４】
第２前胴支持部材２０は、親シールド前胴部１ａの内周面から径方向内方に延出されたブラケット２５と、そのブラケット２５の先端から軸方向後方に延出された摺接部２６とから構成されている。摺接部２６は、子シールド前胴部２ａが摺接するようになっている。この第２前胴支持部材２０は、親シールド１の周方向に沿って所定間隔を隔てて複数設けられている。なお、上記ブラケット２５をリング状とすると共に摺接部２６を円筒状とし、第２前胴支持部材２０を第１前胴支持部材１９と同様の構成としてもよい。
【００２５】
この構成によれば、子シールド前胴部２ａは、親シールド前胴部１ａに前胴支持部材１９，２０を介して、同芯的に且つスライド自在に支持される。なお、これら前胴支持部材１９，２０は、上述の如く第１および第２前胴支持部材１９，２０の２個に限られず、軸方向に間隔を隔てて第３、第４…と多数設けてもよいことは勿論である。
【００２６】
他方、後胴支持部材２１は、親シールド後胴部１ｂの前端から径方向内方に延出されたリング状のブラケット２７と、そのブラケット２７の先端から軸方向後方に延出された円筒状の摺接部２８とから構成されている。摺接部２８の内径は、子シールド後胴部２ｂの外形よりも僅かに大きい。図中、子シールド後胴部２ｂの長さが短い理由は、その後方に作業スペース（セグメントの組み立て等）を確保するためである。なお、この短い後胴部２ｂの後端には、子シールド２の発進時に図示しないテール部が継ぎ足される。
【００２７】
この構成によれば、子シールド後胴部２ｂは、親シールド後胴部１ｂに後胴支持部材２１を介して、同芯的に且つスライド自在に支持される。なお、子シールド後胴部２ｂの長さおよび摺接部２８の長さは、後方の作業スペースを圧迫しない範囲で長くすることが望ましい。この長さが長い方が、子シールド後胴部２ｂを屈曲させた際に、親シールド後胴部１ｂが追従して屈曲しやすいためである。
【００２８】
上記親シールド１の前胴部１ａと後胴部１ｂとは、親側中折れシール２９を介して接続されており、子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとは、子側中折れシール３０を介して接続されている。各中折れシール２９，３０は、後胴部１ｂ，２ｂの前端から軸方向前方へ延出された筒体部３１，３２と、前胴部１ａ，２ａの後端から径方向内方に延出されて上記筒体部３１，３２に当接するシール部３３，３４とから構成されている。ここで、前胴部１ａ，２ａの後端は面一となっていると共に、後胴部１ｂ，２ｂの前端は面一となっており、親および子シールド１，２の中折れの中心点Ｃが同一位置となっている。
【００２９】
子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとは、中折れジャッキ３５を介して接続されている。中折れジャッキ３５は、その一端が前胴部２ａの内周面に設けられたブラケット３６に固定され、他端が後胴部２ｂの内周面に設けられたブラケット３７に固定されている。この中折れジャッキ３５は、周方向に所定間隔を隔てて複数本設けられている。この構成によれば、上記中折れジャッキ３５を適宜伸縮させて子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとを屈曲させると、その屈曲がそれぞれ前胴支持部材１９，２０と後胴支持部材２１とを介して親シールド１の前胴部１ａと後胴部１ｂとに伝達し、親および子シールド１，２の前胴部１ａ，２ａと後胴部１ｂ，２ｂとが共通の中折れ中心点Ｃを中心として一体的に屈曲する。
【００３０】
子シールド後胴部２ｂには、親および子シールド１，２に共用の後方作業台３８が設けられている。後方作業台３８は、内側部３８ａとそれに被嵌された外側部３８ｂとから構成されている。この後方作業台３８は、図３（ａ）  に示す親および子シールド１，２が一体化しているとき内側部３８ａに外側部３８ｂが被嵌された状態で用いられ、図３（ｂ）  に示す発進した子シールド２に対しては外周部３８ｂを取り外して内周部３８ａのみとなった状態で用いられる。これにより、後方作業台３８における作業スペースを、親または子シールド１，２の各シールド径に合わせている。
【００３１】
また、子シールド後胴部２ｂには、カッタより掘削された掘孔内周面にセグメントを組み立てるエレクタ３９が設けられている。エレクタ３９は、回転ローラ４０に支承された旋回リング４１と、旋回リング４１に取り付けられたアーム部４２と、アーム部４２に昇降自在に取り付けられた昇降フレーム４３と、昇降フレーム４３に取付けられセグメントを把持する把持部４４とから構成されている。かかるエレクタ３９は、把持部４４に把持したセグメントを昇降フレーム４３によって径方向内方に引き上げ、旋回リング４１を回転させて所望の組付位置に移動させ、昇降フレーム４３を径方向外方に移動させて所望の組付位置に嵌め込むものである。
【００３２】
以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。
【００３３】
図１に示す中折れ式親子シールド掘進機１８によれば、子シールド２に設けられた中折れジャッキ３５を作動させると、親および子シールド１，２の中折れの中心点Ｃを中心として、双方のシールド１，２の前胴部１ａ，２ａと後胴部１ｂ，２ｂとが同期して一体的に折れ曲がる。すなわち、上記中折れジャッキ３５を親および子シールド１，２に共用できる。よって、親および子シールド１，２の双方に夫々中折れジャッキを設けていた図４に示す従来のものと比べると、中折れジャッキ３５の本数を略半減できる。
【００３４】
また、親シールド前胴部１ａに子シールド前胴部２ａが格納され、親シールド後胴部１ｂに子シールド後胴部２ｂが格納されているため、親シールド前胴部１ａに子シールド２の前胴部２ａと後胴部２ｂとを収容していた図４に示す従来のものと比べると、掘進機１８の機長Ｌを短縮できる。よって、急カーブ施工上、有利となる。
【００３５】
また、子シールド後胴部２ｂに設けられた後方作業台３８は、親シールド後胴部１ｂと同期して一体的に屈曲する。よって、この後方作業台３８は、図４に示す従来のもののように親シールド後胴部１ｂと干渉することはなく、親および子シールド１，２に共用することができる。
【００３６】
また、子シールド後胴部２ｂに設けられたエレクタ３９は、上述と同じ理由で親シールド後胴部１ｂと同期して一体的に屈曲する。よって、このエレクタ３９は、図４に示す従来のもののように親シールド後胴部１ｂに対して傾斜することはなく、親および子シールド１，２に共用することができる。
【００３７】
中折れシールの変形例を図２に示す。
【００３８】
図示するように、この中折れシール４５は、親および子シールド１，２側とも球面軸受４６，４７により構成されている。この球面軸受４６，４７は、それぞれ前胴部１ａ，２ａ側に形成された凹球部４６ａ，４７ａと後胴部１ｂ，２ｂ側に形成されたと凸球部４６ｂ，４７ｂとから構成されており、各凸球部４６ｂ，４７ｂの曲率半径が上記中折れ中心点Ｃからそれぞれ延ばした半径Ｒ１  ，Ｒ２  となっている。すなわち、親シールド１側の凸球部４６ｂの方が、子シールド２側の凸球部４７ｂよりも緩いカーブとなる。
【００３９】
この構成によれば、親および子シールド１，２の前胴部１ａ，２ａと後胴部１ｂ，２ｂとが一体的に屈曲する際、これらは共通の中折れ中心点Ｃを中心として屈曲するため、各球面軸受４６，４７の凸球部４６ｂ，４７ｂと凹球部４６ａ，４６ａとの接触圧（間隔）が変化することはない、よって、屈曲時に、コジリ等がなくなり良好なシール性を維持できる。また、抵抗が少なくなるため精度の高いスムーズな角度制御が行える。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれは次の如き優れた効果を発揮する。
【００４１】
（１）掘進機全体の機長を短縮化でき、また、親または子シールドの一方に設けられた中折れジャッキを親および子シールドに共用することができる。
【００４２】
（２）シール性が悪化することなくスムーズに屈曲できる。
【００４３】
（３）後方作業台を親および子シールドに共用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す中折れ式親子シールド掘進機の説明図であり、（ａ）  は直進時、（ｂ）  は屈曲時を示す図である。
【図２】上記中折れ式親子シールド掘進機の中折れシールの変形例を示す図である。
【図３】親子シールドの概要を示した図であり、（ａ）  大径トンネル掘進時、（ｂ）  は小径トンネル掘進時を示す図である。
【図４】従来例を示す中折れ式親子シールド掘進機の説明図であり、（ａ）  は直進時、（ｂ）  は屈曲時を示す図である。
【符号の説明】
１  親シールド
１ａ  前胴部
１ｂ  後胴部
２  子シールド
２ａ  前胴部
２ｂ  後胴部
３５  中折れジャッキ
３８  後方作業台
３９  エレクタ
４６  球面軸受
４７  球面軸受
Ｃ  中折れの中心点
Ｒ１    曲率半径
Ｒ２    曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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