(57)【要約】【課題】シールド掘進機１によって深度の浅い地山Ｇから大深度の地山Ｇにかけて連続して掘削すること。【解決手段】  シールドフレーム３の前側に切羽Ｆとの間にチャンバー１１を区画する隔壁フレーム１３が設けられ、隔壁フレーム１３にリング状のカッタ軸１５が回転・揺動可能に設けられ、カッタ軸の前側に筒状の中間支持部材２５が一体的に設けられ、中間支持部材２５は、チャンバー１１をインナーチャンバー２７と該インナーチャンバー２７を囲むアウターチャンバー２９とに分割するように構成され、中間支持部材２５の内側面にインナーカッタヘッド２７が一体的に設けられ、中間支持部材２５の外側面にインナーカッタヘッド２７と協働して地山Ｇを掘削する環状のアウターカッタヘッド２９が一体的に設けられたこと。【選択図】    図１
2006312851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを構築するために用いられるシールド掘進機において、
筒状のシールドフレームと、
前記シールドフレームの前側に設けられ、切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームと、
前記隔壁フレームに回転・揺動可能又は回転可能に設けられたカッタ軸と、
前記カッタ軸の前側に一体的に設けられ、前記チャンバーをインナーチャンバーと該インナーチャンバーを囲むアウターチャンバーとに分割するように構成された中間支持部材と、
前記中間支持部材の内側面に一体的に設けられたインナーカッタヘッドと、
前記中間支持部材の外側面に一体的に設けられたアウターカッタヘッドと、
を具備したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記隔壁フレームに前後方向へ移動可能に設けられ、自身の前後方向の移動によって、前記隔壁フレームから押し出て前記アウターチャンバーを上下に仕切る押出状態と、前記隔壁フレームに収納される収納状態とに切替可能に構成された仕切部材と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記インナーチャンバーが前記アウターチャンバーに対して前方向へ突出するように構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを構築するために用いられるシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機については、特許文献１、特許文献２、特許文献３等に示すように種々なものがあり、一般的なシールド掘進機の構成について簡単に説明すると、次のようになる。
【０００３】
即ち、前記シールド掘進機は、筒状のシールドフレームを掘進機本体として具備しており、このシールドフレームの内側には、掘削した壁面にセグメントをリング状に組み付けるエレクタ装置が設けられている。また、前記シールドフレームの内側には、既設の前記セグメントからの反力によって前記シールドフレーム（換言すれば、前記シールド掘進機全体）を前進させる複数のシールドジャッキが配設されている。更に、前記シールドフレームの前側には、切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームが設けられており、この隔壁フレームには、リング状のカッタ軸が回転可能に設けられている。そして、前記カッタ軸の前側には、地山を掘削するカッタヘッドが複数の中間支持バーを介して一体的に設けられており、このカッタヘッドは、前記シールドフレームに対して前方向へ突出してある。
【０００４】
続いて、前記シールド掘進機を用いて、トンネルの構築する作業について説明する。
【０００５】
即ち、まず、地山に前記トンネルの深度に応じた立坑を施工する。次に、前記シールド掘進機を前記立坑の底部まで搬送して、前記シールド掘進機による掘削の準備を行う。そして、前記カッタヘッドを前記カッタ軸と一体的に回転させた状態の下で、前記チャンバー内の掘削土砂等の圧力と切羽の土圧をバランスさせつつ、複数の前記シールドジャッキの作動により既設のセグメントからの反力によって前記シールド掘進機全体を前進させることにより、切羽の安定を図りつつ、前記カッタヘッドにより地山を掘削する。また、地山の掘削と並行して、前記エレクタ装置によって掘削した壁面に前記セグメントをリング状に組み付ける。更に、前述のような地山の掘削と前記セグメントの組付を連続して行うことにより、前記トンネルを構築することができる。
【特許文献１】特開平３−６３３９３号公報
【特許文献２】特開２００３−３５０８８号公報
【特許文献３】特開平４−２８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記トンネルを構築するには、前述のように、前記トンネルの深度に応じた前記立坑を施工する必要があって、特に大深度の場合は、前記立坑の施工が大掛かりなものになる。そのため、前記立坑の施工期間を含めた前記トンネルの工期が長くなると共に、前記立坑の施工費を含めた前記トンネルの工費が高くなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴は、トンネルを構築するために用いられるシールド掘進機において、
筒状のシールドフレームと、
前記シールドフレームの前側に設けられ、切羽との間にチャンバーを区画する隔壁フレームと、
前記隔壁フレームに回転・揺動可能又は回転可能に設けられたカッタ軸と、
前記カッタ軸の前側に一体的に設けられ、前記チャンバーをインナーチャンバーと該インナーチャンバーを囲むアウターチャンバーとに分割するように構成された中間支持部材と、
前記中間支持部材の内側面に一体的に設けられたインナーカッタヘッドと、
前記中間支持部材の外側面に一体的に設けられたアウターカッタヘッドと、
を具備したことである。
【０００８】
ここで、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別の部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「回転・揺動可能」とは、回転可能及び揺動可能であることをいい、「揺動可能」とは、所定の範囲内で正逆方向へ回転可能であることをいう。 
本発明の特徴によると、前記カッタ軸を回転させて、前記中間支持部材、前記インナーカッタヘッド、及び前記アウターカッタヘッドを一体的に回転させる。そして、既設のセグメントから反力によって前記シールド掘進機全体を前進させる。これによって、切羽の安定を図りつつ、前記インナーカッタヘッドと前記アウターカッタヘッドの協働により地山を掘削することができる。なお、深度の浅い地山を掘削する場合には、前記カッタ軸を揺動させて、前記中間支持部材、前記インナーカッタヘッド、及び前記アウターカッタヘッドを一体的に揺動させることが望ましい。
【０００９】
ここで、前記中間支持部材は、前記チャンバーを前記インナーチャンバーと前記アウターチャンバーとに分割するように構成されているため、前記チャンバーが高さ方向に分割されて、切羽の安定性を高めることができる。また、同じ理由により、地山の深度等の掘削状況に応じて、前記インナーチャンバー内のシールド工法、及び前記アウターチャンバー内のシールド工法を個別に選択することができる。これによって、前記シールド掘進機によって深度の浅い地山から大深度の地山にかけて連続して掘削することができる。
【００１０】
更に、前記中間支持部材の内側面に前記インナーカッタヘッドが一体的に設けられ、前記中間支持部材の外側面に前記アウターカッタヘッドが一体的に設けられているため、共通のモータの駆動によって前記インナーカッタヘッド及び前記アウターカッタヘッドを回転・揺動又は回転させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の如き、本発明によれば、前記シールド掘進機によって深度の浅い地山から大深度の地山にかけて連続して掘削し、大深度・長距離の前記トンネルを構築することができる。よって、前記トンネルの工期を短縮することができると共に、前記トンネルの工費を低減することができる。
【００１２】
また、共通のモータの駆動によって前記インナーカッタヘッド及び前記アウターカッタヘッドを回転・揺動又は回転させることができるため、前記シールド掘進機の構成要素を減らして、前記シールド掘進機の構成の簡略化を図ることできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。
【００１４】
ここで、図１は、本発明の実施形態に係わるシールド掘進機の断面図であって、
図２は、図４におけるII-II線に沿った図であって、図３は、図１におけるIII-III線に沿った図であって、図４は、図１におけるIV-IV線に沿った図である。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を指してあって、「ＦＲ」は、後方向を指してあって、「Ｌ」は、左を示してあって、「Ｒ」は、右を示してある。
【００１５】
図１、図３、及び図４に示すように、本発明の実施形態に係わるシールド掘進機１は、大深度・長距離のトンネルを構築するために用いられるものであって、筒状のシールドフレーム３を掘進機本体として具備している。なお、シールドフレーム３は、筒状の前胴と筒状の後胴が屈曲可能に連結してなる中折れ式であっても差し支えない。
【００１６】
シールドフレーム３の内側には、掘削した壁面にセグメント５をリング状に組み付けるエレクタ装置７が設けられている。また、シールドフレーム３の内側には、既設のセグメント５からの反力によってシールドフレーム３（換言すれば、シールド掘進機１全体）を前進させる複数のシールドジャッキ９が周方向に等間隔に配設されている。
【００１７】
シールドフレーム３の前側には、切羽Ｆとの間にチャンバー１１を区画する隔壁フレーム１３が設けられており、この隔壁フレーム１３は、壁面の中央部が前方向へ突出するように構成されている。なお、隔壁フレーム１３の壁面は、同一平面であっても差し支えない。
【００１８】
隔壁フレーム１３の取付部１３ａには、リング状のカッタ軸１５がベアリング１７を介して回転可能及び揺動可能（所定の範囲内で正逆方向へ回転可能）に設けられている。そして、隔壁フレーム１３の取付部１３ａには、カッタ軸１５を回転及び揺動させる複数のカッタモータ１９が周方向に間隔を置いて配設されており、複数のカッタモータ１９の出力軸には、主動ピニオン２１がそれぞれ一体的に設けられてあって、カッタ軸１５には、複数の主動ピニオン２１に噛合したリング状の従動ギア２３が一体的に設けられている。
【００１９】
隔壁フレーム１３の前側には、筒状の中間支持部材２５が一体的に設けられており、この中間支持部材２５は、シールドフレーム３に対して前方向へ突出してある。また、中間支持部材２５は、チャンバー１１をインナーチャンバー２７と該インナーチャンバー２７を囲むアウターチャンバー２９とに分割するように構成されている。
【００２０】
中間支持部材２５の内側面には、円形状のインナーカッタヘッド３１が一体的に設けられており、中間支持部材２５の外側面には、インナーカッタヘッド３１と協働して地山Ｇを掘削する環状のアウターカッタヘッド３３が一体的に設けられている。また、インナーカッタヘッド３１及びアウターカッタヘッド３３は、放射状に延びた複数本のスポーク３５と、複数本のスポーク３５に設けられた多数のカッタビッド３７とをそれぞれ備えている。
【００２１】
ここで、インナーカッタヘッド３１は、アウターカッタヘッド３３に対して前方向へ突出するように構成されてあって、アウターカッタヘッド３３は、隔壁フレーム１３の壁面の中央部に対して後方向へ没入するように構成してある。換言すれば、シールド掘進機１は、インナーチャンバー２７全体がアウターチャンバー２９に対して前方向へ突出するように構成されている。
【００２２】
図２及び図４に示すように、隔壁フレーム１３の左右両側には、一対の仕切部材３９が前後方向へ移動可能に設けられており、一対の仕切部材３９は、それぞれ左右方向へ延びている。また、一対の仕切部材３９は、自身の前後方向の移動（仕切部材３９の前後方向の移動）によって、隔壁フレーム１３から押し出てアウターチャンバー２９を上下（アウターチャンバー２９の上部とアウターチャンバー２９の下部）に仕切る押出状態（図２において実線で示す状態）と、隔壁フレーム１３に収納される収納状態（図２において仮想線で示す状態）とに切替可能に構成されている。そして、シールドフレーム３の内側には、各仕切部材３９を前後方向へ移動させる仕切ジャッキ４１が設けられており、各仕切ジャッキ４１における可動ロッド部４１ｒが対応する仕切部材３９の連結部３９ａに連結されている。
【００２３】
シールドフレーム３内には、インナーチャンバー２７から切削土砂を後方へ搬送するインナー用スクリューコンベア４３が配設されており、インナーカッタヘッドの前側には、地山改良用の薬剤を地山に注入する注入ノズル４５が設けられている。また、シールドフレーム３内には、アウターチャンバー２９の上部から掘削土砂を後方向へ搬送する一対のアウター用スクリューコンベア４７が配設されている。なお、一対のインナー用スクリューコンベア４３及びアウター用スクリューコンベア４７によって搬送された掘削土砂は、ベルトコンベア（図示省略）等によって地上に搬送されるものである。
【００２４】
隔壁フレーム１３の上部には、アウターチャンバー２９の上部へ泥水を送る送泥管４９（一部のみ図示）の一端部がアウターチャンバー２９の上部に連通するように接続されており、隔壁フレーム１３の下部には、アウターチャンバー２９の下部へ泥水を送る送泥管５１（一部のみ図示）の一端部がアウターチャンバー２９の下部に連通するように接続されている。また、隔壁フレーム１３の下部には、アウターチャンバー２９から掘削土砂を含む泥水を排出する排泥管５３（一部のみ図示）の一端部がアウターチャンバー２９の下部に連通するように接続されている。なお、泥水は、送泥管４９，５１とアウターチャンバー２９と排泥管５３との間で循環使用されるものである。
【００２５】
シールドフレーム３の後端部には、既設のセグメント５の外周面からシールドフレーム３内に地下水、土砂等の侵入を防ぐテールシール部材５５が設けられている。なお、詳細は省略するが、隔壁フレーム１３、カッタ軸１５、中間支持部材２５等からシールドフレーム３内に地下水、土砂等が侵入しないようになっている。
【００２６】
続いて、本発明の実施形態の作用について説明する。
【００２７】
シールド掘進機１によって深度の浅い地山Ｇを掘削する場合には、次のように行う。
【００２８】
即ち、一対の仕切ジャッキ４１の作動により一対の仕切部材３９を前方向へ移動させて、前記収納状態から前記押出状態に切替える。次に、複数のカッタモータ１９の駆動によりカッタ軸１５を揺動させて、中間支持部材２５、インナーカッタヘッド３１、及びアウターカッタヘッド３３を一体的に揺動させる。そして、複数のシールドジャッキ９の作動により既設のセグメント５からの反力によってシールド掘進機１全体を前進させる。これによって、切羽Ｆの安定を図りつつ、インナーカッタヘッド３１とアウターカッタヘッド３３の協働により深度の浅い地山Ｇを掘削することができる。
【００２９】
深度の浅い地山Ｇを掘削中において、インナーチャンバー２７内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法を選択してあって、注入ノズル４５によって地山改良用の薬剤を地山Ｇに注入すると共に、インナー用スクリューコンベア４３によって薬剤を含んだ泥土状態の掘削土砂を後方向へ搬送することにより、インナーチャンバー２７内の掘削土砂等の圧力と切羽の土圧をバランスさせることができる。また、アウターチャンバー２９の上部内のシールド工法としてオープンメカ形式によるシールド工法を選択してあって、アウター用スクリューコンベア４７によって掘削土砂を後方へ搬送している。更に、アウターチャンバー２９の下部内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法を選択してあって、送泥管５１によってアウターチャンバー２９の下部へ泥水を送ると共に、排泥管５３によってアウターチャンバー２９の下部から掘削土砂を含む泥水を排出することにより、アウターチャンバー２９の下部内における泥水等の圧力と切羽の土圧をバランスさせることができる。
【００３０】
なお、インナーチャンバー２７内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法の代わりに、オープンメカ形式によるシールド工法を選択してもよく、アウターチャンバー２９の下部内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法の代わりに、土圧式によるシールド工法を選択してもよい。
【００３１】
シールド掘進機１によって深度の深い地山Ｇを掘削する場合には、次のように行う。
【００３２】
即ち、一対の仕切ジャッキ４１の作動により一対の仕切部材３９を後方向へ移動させて、前記押出状態から前記収納状態に切替える。次に、複数のカッタモータ１９の駆動によりカッタ軸１５を回転させて、中間支持部材２５、インナーカッタヘッド３１、及びアウターカッタヘッド３３を一体的に回転させる。そして、複数のシールドジャッキ９の作動により既設のセグメント５からの反力によってシールド掘進機１全体を前進させる。これによって、切羽Ｆの安定を図りつつ、インナーカッタヘッド３１とアウターカッタヘッド３３の協働により深度の深い地山Ｇを掘削することができる。
【００３３】
深度の深い地山Ｇを掘削中において、インナーチャンバー２７内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法を選択してあって、注入ノズル４５によって地山改良用の薬剤を地山Ｇに注入する共に、インナー用スクリューコンベア４３によって薬剤を含んだ泥土状態の掘削土砂を後方向へ搬送することにより、インナーチャンバー２７内の掘削土砂等の圧力と切羽Ｆの土圧をバランスさせることができる。また、アウターチャンバー２９内のシールド工法として泥水式によるシールド工法を選択してあって、送泥管４９，５１によってアウターチャンバー２９の上部及び下部へ泥水を送ると共に、排泥管５３によってアウターチャンバー２９の下部から掘削土砂を含む泥水を排出することにより、アウターチャンバー２９内における泥水等の圧力と切羽Ｆの土圧をバランスさせることができる。
【００３４】
なお、インナーチャンバー２７のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法の代わりに、泥水式によるシールド工法を選択してもよい。但し、この場合には、インナーチャンバー２７へ泥水を送る送泥管、及びインナーチャンバー２７から掘削土砂を含む泥水を排出する排泥管を用いる必要がある。
【００３５】
また、中間支持部材２５は、チャンバー１１をインナーチャンバー２７とアウターチャンバー２９とに分割するように構成されてあって、一対の仕切部材３９は、自身（仕切部材３９）の前後方向の移動によって前記押出状態と前記収納状態とに切替可能に構成されているため、チャンバー１１が高さ方向に分割されて、切羽Ｆの安定性を高めることができる。更に、同じ理由により、地山Ｇの深度等の掘削状況に応じて、インナーチャンバー２７内のシールド工法、アウターチャンバー２９の上部内のシールド工法、及びアウターチャンバー２９の下部内のシールド工法を個別に選択することができる。これによって、前述のように、シールド掘進機１によって深度の浅い地山Ｇから大深度の地山Ｇにかけて連続して掘削することができる。
【００３６】
更に、シールド掘進機１は、インナーチャンバー２７全体がアウターチャンバー２９に対して前方向へ突出するように構成されているため、例えば、インナーチャンバー２７内のシールド工法として泥土圧式によるシールド工法を選択し、アウターチャンバー２９内のシールド工法として泥水式によるシールド工法を選択した場合に、泥水がアウターチャンバー２９内から切羽Ｆを介してインナーチャンバー２７内へ侵入することが抑えられる。これによって、インナーチャンバー２７内のシールド工法とアウターチャンバー２９内のシールド工法が異なっても、インナーチャンバー２７内のシールド工法とアウターチャンバー２９内のシールド工法の相互の影響が少なくなる。
【００３７】
また、中間支持部材２５の内側面にインナーカッタヘッド３１が一体的に設けられ、中間支持部材２５の外側面にアウターカッタヘッド３３が一体的に設けられているため、共通のカッタモータ１９の駆動によってインナーカッタヘッド３１及びアウターカッタヘッド３３を回転及び揺動させることができる。
【００３８】
従って、本発明の実施形態によれば、シールド掘進機１によって深度の浅い地山Ｇから大深度の地山Ｇにかけて連続して掘削し、大深度・長距離のトンネルを構築することができる。よって、前記トンネルの工期を短縮することができると共に、前記トンネルの工費を低減することができる。
【００３９】
また、共通のカッタモータ１９の駆動によってインナーカッタヘッド３１及びアウターカッタヘッド３３を回転及び揺動させることができるため、シールド掘進機１の構成要素を減らして、シールド掘進機１の構成の簡略化を図ることできる。
【００４０】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものではなく、例えば、カッタ軸１５を回転・揺動可能にする代わりに、回転可能にする等、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係わるシールド掘進機の断面図である。
【図２】図４におけるII-II線に沿った図である。
【図３】図１におけるIII-III線に沿った図である。
【図４】図１におけるIV-IV線に沿った図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｆ          切羽
Ｇ          地山
１          シールド掘進機
３          シールドフレーム
９          シールドジャッキ
１１          チャンバー
１３          隔壁フレーム
１５          カッタ軸
２５          中間支持部材
２７          インナーチャンバー
２９          アウターチャンバー
３１          インナーカッタヘッド
３３          アウターカッタヘッド
３９          仕切部材
【図１】
2006312851.tif 000003
【図２】
2006312851.tif 000004
【図３】
2006312851.tif 000005
【図４】
2006312851.tif 000006