(57)【要約】【課題】  少数の注入口によって、シールド掘進機の掘進方向前方の地山に対してカッタヘッドの全断面から薬液を注入することができるシールド掘進機の薬液注入装置を提供する。【解決手段】  回転自在に装着されたカッタヘッドを前部に備えるシールド掘進機から前方の地山に薬液を注入するための薬液注入装置であって、前記カッタヘッドから地山に対して薬液を注入するための注入口と、前記注入口を前記カッタヘッドの周縁部と中心部との間において移動可能に設けるための注入口移動機構とを備え、前記カッタヘッドを回転させるとともに前記注入口移動機構によって前記注入口を移動させながら薬液を注入することを特徴とするシールド掘進機の薬液注入装置である。【選択図】図１
2006028979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に装着されたカッタヘッドを前部に備えるシールド掘進機から前方の地山に薬液を注入するための薬液注入装置であって、前記カッタヘッドから地山に対して薬液を注入するための注入口と、前記注入口を前記カッタヘッドの周縁部と中心部との間において移動可能に設けるための注入口移動機構とを備え、前記カッタヘッドを回転させるとともに前記注入口移動機構によって前記注入口を移動させながら薬液を注入することを特徴とするシールド掘進機の薬液注入装置。
【請求項２】
回転自在に装着されたカッタヘッドを前部に備えるシールド掘進機から前方の地山に薬液を注入するための薬液注入装置であって、前記カッタヘッドから地山に対して薬液を注入するための注入口と、前記カッタヘッドに設けられた回転自在のドラムとを備え、かつ、前記注入口は前記ドラムの周縁部に取付けられて前記ドラムの回転とともに移動自在となっており、前記カッタヘッドを回転させるとともに前記ドラムを回転させながら前記注入口から薬液を注入することを特徴とするシールド掘進機の薬液注入装置。
【請求項３】
注入口の移動範囲がカッタヘッドの周縁部から中心部までの全範囲に及ぶように、前記注入口が取付けられたドラムが、前記カッタヘッドの周辺部側および中心部側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機の薬液注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機の掘進方向の前方に薬液を注入する薬液注入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法によりトンネルを構築する際に使用されるシールド掘進機が知られている。図７は従来のシールド掘進機の一例を示す側断面図である。この例では、トンネル中心２となる掘進機本体１の中心線上においてバルクヘッド３に軸受４を備え、バルクヘッド３の前方にチャンバ５を隔ててトンネル中心２と直交するカッタヘッド６を配置し、カッタヘッド６の中心後面に後方に向けて突設したセンタシャフト７を軸受４により回転可能に支持し、センタシャフト７の後端に駆動歯車８を固定し、駆動歯車８を駆動モータ９の駆動ピニオン１０を介して回転駆動するように構成されている。１１は掘進機本体１の外周に一体に備えられたスキンプレート、１２はスクリューコンベアからなる排土装置である。そして、この掘進機は、バルクヘッド３における駆動歯車８よりも径方向外側位置に配置した注入管１４によりカッタヘッド６の前方の切羽に薬液を注入する注入口１３を備えている。このシールド掘進機において掘進方向前方の切羽側に地盤改良材等の薬液を注入する場合には、前部のカッタヘッド６やその内側のバルクヘッド３に設けられた注入口１３から、特定の範囲に対して薬液注入を実施している。しかしながら、薬液の注入口が固定されているため、注入された薬液の到達範囲は狭く限られている。
【０００３】
このようなシールド掘進機において薬液を広範囲に注入する装置として、図８、図９に示すシールド掘進機の薬液注入装置が開発されている。図８に示すように、掘進方向の前部に回転自在に装着されたカッタヘッド２１は、その径方向に伸びるスポーク２３と、スポーク前面のカッタヘッド面板２４とからなる。カッタヘッド面板２４には、最上部（周縁部）に注入口２２ａが、中央部（カッタヘッド２１の中心部）に注入口２２ｂが、そして中央部よりも下部の中間部に注入口２２ｃが、それぞれ設けられている。シールド掘進機の前進を停止した後、カッタヘッド２１を回転させながら３箇所の注入口２２ａ〜２２ｃから薬液を注入すると、注入口２２ａ〜２２ｃがカッタヘッド２１とともに回転するため、図９の斜線部Ａ、Ｂ、Ｃに示すように、注入口２２ａからの薬液は、前方の地山に対して、カッタヘッド２１の円形断面の周縁部に所定幅の円輪状に、注入口２２ｂからの薬液は円形断面の中心部に、そして注入口２２ｃからの薬液は円形断面の中ほどに所定幅の円輪状の範囲内において、それぞれ注入される（以上を「先行技術１」という）。
【０００４】
特許文献１には、シールド掘進機のカッタヘッドの、径方向に伸びる複数のスポークのうち、１つのスポークの前面板に、径方向にわたり薬注装置（薬液の注入口）を複数並設し、さらに、カッタヘッドの中心部にも薬注装置を複数設け、この複数の薬注装置より薬液を注入して土質を改良するトンネル掘進機の薬液注入装置が開示されている。特許文献１では、掘進機１の掘進方向前方の地山に対して広範囲に薬液を注入するために、薬注装置８が多数設けられている。
【特許文献１】特開平０９−１８４３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の先行技術１では、図９に示すように、斜線部Ａ、Ｂ、Ｃ以外の部分に薬液が注入されない。このため、シールド掘進機の掘進方向前方の地山に対して、カッタヘッドの円形断面の全域に万遍なく薬液を注入するには、注入口の数をもっと増やさねばならない。
【０００６】
前述の特許文献１では、広範囲に注入をするために多数の薬注装置を設けているが、このように多数の薬注装置を設けることは、機械の空間的な制約上困難なことが多い。また、薬注装置の数を増やすと薬液供給系も複雑になる。したがって、必要十分な数量の注入口を設置することは実際には困難である。
【０００７】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、少数の注入口によって、シールド掘進機の掘進方向前方の地山に対してカッタヘッドの全断面から薬液を注入することができるシールド掘進機の薬液注入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するため、本発明は次のような構成を有している。
【０００９】
［１］回転自在に装着されたカッタヘッドを前部に備えるシールド掘進機から前方の地山に薬液を注入するための薬液注入装置であって、前記カッタヘッドから地山に対して薬液を注入するための注入口と、前記注入口を前記カッタヘッドの周縁部と中心部との間において移動可能に設けるための注入口移動機構とを備え、前記カッタヘッドを回転させるとともに前記注入口移動機構によって前記注入口を移動させながら薬液を注入することを特徴とするシールド掘進機の薬液注入装置。
【００１０】
［２］回転自在に装着されたカッタヘッドを前部に備えるシールド掘進機から前方の地山に薬液を注入するための薬液注入装置であって、前記カッタヘッドから地山に対して薬液を注入するための注入口と、前記カッタヘッドに設けられた回転自在のドラムとを備え、かつ、前記注入口は前記ドラムの周縁部に取付けられて前記ドラムの回転とともに移動自在となっており、前記カッタヘッドを回転させるとともに前記ドラムを回転させながら前記注入口から薬液を注入することを特徴とするシールド掘進機の薬液注入装置。
【００１１】
［３］注入口の移動範囲がカッタヘッドの周縁部から中心部までの全範囲に及ぶように、前記注入口が取付けられたドラムが、前記カッタヘッドの周辺部側および中心部側に設けられていることを特徴とする前項［２］に記載のシールド掘進機の薬液注入装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次のような効果が得られる。即ち、薬液の注入口を、円形のカッタヘッドの周縁部と中心部との間において移動可能としたため、カッタヘッドを回転しながら注入口を移動することにより、シールド掘進機の掘進方向前方の地山に対して、カッタヘッドの全断面から薬液注入可能である。
【００１３】
また、注入口を回転ドラムの回転（自転）により移動可能とし、カッタヘッドの回転（公転）と組合せることによって、少数の注入口からなる簡易な構成とすることができ、カッタヘッド内にコンパクトに設置することができる。
【００１４】
なお、カッタヘッドの全断面に対して薬液を注入することが可能となることから、任意の所望位置に薬液を注入することも勿論可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１〜図６は本発明の一実施形態に係る図面であり、図１はシールド掘進機の薬液注入装置を示す正面図、図２は薬液注入範囲を示す正面図、図３は注入口およびドラムを示す正面図、図４は図３の側断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面図、図６は注入口および配管を説明する断面図である。
【００１７】
図１に示すように、シールド掘進機の前部に装着された円形のカッタヘッド３１は、その径方向に伸びるスポーク３３、３４と、スポーク３３、３４の前面に設けられたカッタヘッド面板３５とからなり、スポーク３３と３４とは互いに直交して配されている。
【００１８】
スポーク３３には、カッタヘッド３１の周辺部側においてカッタヘッド面板３５を切除して設けた空間に、円筒形のドラム３６が設けられている。ドラム３６は、ドラム３６の周縁部３６ａとカッタヘッド３１の周縁部３１ａとが接するように配置されている。さらに、スポーク３３には、カッタヘッド３１の中心を隔ててドラム３６と反対側に、円筒形のドラム３７が、カッタヘッド面板３５を切除して設けた空間に設けられている。ドラム３７は、カッタヘッド３１の中心部側寄りに設けられている。
【００１９】
図４に示すように、円筒形のドラム３６の中心後面には後方に向けて突設されたロータリージョイント３８が軸受により回転可能に支持されている。また、ドラム３７も同様の構成により回転可能となっている（図示せず）。そして、ロータリージョイント３８の回転側にはドラム回転用のピニオン４０が設けられている。ドラム３７にも同様にピニオンが設けられている（図示せず）。
【００２０】
図５に示すように、スポーク３３には、両側にロッド３９ａおよび３９ｂを有するシリンダ機構からなるジャッキ３９を備える回転駆動アクチュエータが設置されている。ジャッキ３９のロッド３９ａの先端部には、ドラム３６のピニオン４０と噛合うラック４１が設けられている。ロッド３９ｂにもドラム３７に設けたピニオンと噛合うラックが設けられている（図示せず）。このようにして、ロッド３９ａおよび３９ｂを往復駆動することにより、ドラム３６および３７が少なくとも半回転できるように構成されている。
【００２１】
円筒形のドラム３６の周縁部には、薬液の注入口４２が取付けられている。図４において、３２は薬液を示す。注入口４２には、薬液を供給するための供給機構として、ドラム３６内に注入口４２に接続されたドラム内配管４４が設けられ、さらに、ロータリージョイント３８内には、前記のドラム内配管４４に接続されたロータリージョイント内配管４５が設けられている。さらに、ロータリージョイント内配管４５は直角に折れて、シール４６を有する外筒４７の内側に設けられた溝４８に接続され、溝４８を介して連絡配管４９によって薬液供給源と連絡する配管（図示せず）に接続されている。このような薬液供給機構によって、注入口４２からシールド掘進機の前方の地山に薬液を注入可能である。ドラム３７の周縁部にも注入口４３が取り付けられ、注入口４２と同様の機構により薬液を注入可能である。
【００２２】
なお、上述の薬液供給機構は１例であって、ドラムを回転させながら注入口から薬液を注入できるものであれば他の駆動手段を用いてもよい。
【００２３】
また、本実施形態では２つのドラム３６、３７を用いたが、１つのドラム、または３つ以上のドラムを設けることもできる。
【００２４】
次に、本発明装置による薬液注入工程を説明する。
【００２５】
図１、図２に示すように、ドラム３６はカッタヘッド３１の周辺部側に、一方ドラム３７はカッタヘッド３１の中心部側に設けられている。シールド掘進機の前進を停止した後、ドラム３６をカッタヘッド３１の周辺部側において回転させ（ドラムの回転を「自転」という）、ドラム３７をカッタヘッド３１の中心部側において自転させ、かつカッタヘッド３１を回転（カッタヘッドの回転を「公転」という）させながら、ドラム３６に設けた注入口４２およびドラム３７に設けた注入口４３から薬液を注入する。これにより、例えばカッタヘッド３１が半周回転（公転）すると、図２に斜線部Ｄ、Ｅで示すような薬液注入範囲が得られる。図２の斜線部Ｄ、Ｅは、カッタヘッド３１の半周分の公転を示しているが、カッタヘッド３１の公転とドラム３６、３７の自転とを続けることにより、カッタヘッド３１の円形断面のほぼ全域に薬液を注入することができる。
【００２６】
本発明においては、回転ドラムを用いない装置構成も可能である。図示はしないが、注入口をカッタヘッドの半径方向に直線状に移動可能に設けてカッタヘッドの回転と組合せてもよい。この場合は、カッタヘッドの半径方向に向けてカッタヘッド面板に長孔を設け、この長孔内を移動可能な移動体を設け、該移動体に薬液の注入口を設け、駆動機構により注入口がカッタヘッドの半径方向に移動するように構成すればよい。
【００２７】
なお、本発明装置は、シールド掘進機の切羽の地山に対して地盤改良材等の薬液を注入するための装置であるが、薬液に限らず水や空気等の一般流体を適用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の薬液注入装置を示す正面図
【図２】本発明の一実施形態に係る薬液注入範囲を示す正面図
【図３】本発明の一実施形態に係る注入口およびドラムを示す正面図
【図４】図３の側断面図
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図
【図６】本発明の一実施形態に係る注入口および配管を説明する断面図
【図７】従来のシールド掘進機を示す側断面図
【図８】従来のシールド掘進機の薬液注入装置を示す正面図
【図９】従来のシールド掘進機の薬液注入範囲を示す正面図
【符号の説明】
【００２９】
１    掘進機本体
２    トンネル中心
３    バルクヘッド
４    軸受
５    チャンバ
６    カッタヘッド
７    センタシャフト
８    駆動歯車
９    駆動モータ
１０    駆動ピニオン
１１    スキンプレート
１２    排土装置
１３    注入口
１４    注入管
２１    カッタヘッド
２２ａ  注入口
２２ｂ  注入口
２２ｃ  注入口
２３    スポーク
２４    カッタヘッド面板
３１    カッタヘッド
３１ａ  カッタヘッド周縁部
３２    薬液
３３、３４    スポーク
３５    カッタヘッド面板
３６    ドラム
３６ａ  ドラム周縁部
３７    ドラム
３８    ロータリージョイント
３９    ジャッキ
３９ａ、３９ｂ  ロッド
４０    ピニオン
４１    ラック
４２    注入口
４３    注入口
４４    ドラム内配管
４５    ロータリージョイント内配管
４６    シール
４７    外筒
４８    溝
４９    連絡配管
【図１】
2006028979.tif 000003
【図２】
2006028979.tif 000004
【図３】
2006028979.tif 000005
【図４】
2006028979.tif 000006
【図５】
2006028979.tif 000007
【図６】
2006028979.tif 000008
【図７】
2006028979.tif 000009
【図８】
2006028979.tif 000010
【図９】
2006028979.tif 000011