(57)【要約】【課題】コストの増大を抑えて推力を向上させることができ、大深度を施工する場合でも後戻りを防止することができる大口径シールド掘進機を提供する。【解決手段】筒状のシールドフレーム２内の前部に切羽地山を掘削するカッタ装置３を設けると共に、前記シールドフレーム２内の後部にトンネルの内壁に沿ってセグメント４を組立てるセグメント組立装置５と、組立てられたセグメント４の端面を押圧して前記シールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ６とを設けた大口径シールド掘進機１であって、前記シールドジャッキ６は、シールドフレーム２内の径方向外方側において周方向に並んで配設された外側ジャッキ６ａと、該外側ジャッキ６ａよりも径方向内方側において周方向に並んで配設された内側ジャッキ６ｂとを備え、隣接する複数個の外側ジャッキ６ａと該外側ジャッキ６ｂよりも少ない個数の内側ジャッキ６ｂとがグループ化されて共通のスプレッダシュー２９に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシールドフレーム内の前部に切羽地山を掘削するカッタ装置を設けると共に、前記シールドフレーム内の後部にトンネルの内壁に沿ってセグメントを組立てるセグメント組立装置と、組立てられたセグメントの端面を押圧して前記シールドフレームを前進させるシールドジャッキとを設けた大口径シールド掘進機であって、前記シールドジャッキは、シールドフレーム内の径方向外方側において周方向に並んで配設された外側ジャッキと、該外側ジャッキよりも径方向内方側において周方向に並んで配設された内側ジャッキとを備え、隣接する複数個の外側ジャッキと該外側ジャッキよりも少ない個数の内側ジャッキとがグループ化されて共通のスプレッダシューに接続されていることを特徴とする大口径シールド掘進機。
【請求項２】
前記外側ジャッキ及び内側ジャッキがそれぞれ偏心金物を介して前記スプレッダシューに接続されることにより、該スプレッダシューの中心が押し中心とされていることを特徴とする請求項１記載の大口径シールド掘進機。
【請求項３】
前記シールドフレームが前胴部と後胴部とに分割され、これら前胴部と後胴部とを屈曲可能に連結する中折れジャッキが周方向に適宜間隔で配設されていると共に、前記外側ジャッキと内側ジャッキとが周方向に千鳥に配置されており、隣り合う内側ジャッキ間の間隙部に前記中折れジャッキが配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の大口径シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推力を向上させた大口径シールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、筒状のシールドフレーム内の前部に切羽地山を掘削するカッタ装置を設けると共に、前記シールドフレーム内の後部にトンネルの内壁に沿ってセグメントを組立てるセグメント組立装置と、組立てられたセグメントの端面を押圧して前記シールドフレームを前進させるシールドジャッキとを設けて構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、大断面のトンネルを施工する場合、大口径のシールド掘進機を用いることが好ましい。その場合、推力を向上させるために、例えば図７に示すように大口径のシールドフレーム２の内周に複数のシールドジャッキ６を密に並べて配置することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４６７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、大口径シールド掘進機においては、特に大深度の地層を掘削する場合、前部のカッタ装置に比較的大きな土圧が加わるため、通常のシールドジャッキによる図示例のような配置では、推力の向上に限界があり、シールド掘進機が後戻り（バッキング）を引き起こす虞がある。なお、推力を向上させるために大出力のシールドジャッキを採用することも考えられるが、その場合、コストの大幅な増大を招くという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、コストの増大を抑えて推力を向上させることができ、大深度を施工する場合でも後戻りを防止することができる大口径シールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は、筒状のシールドフレーム内の前部に切羽地山を掘削するカッタ装置を設けると共に、前記シールドフレーム内の後部にトンネルの内壁に沿ってセグメントを組立てるセグメント組立装置と、組立てられたセグメントの端面を押圧して前記シールドフレームを前進させるシールドジャッキとを設けた大口径シールド掘進機であって、前記シールドジャッキは、シールドフレーム内の径方向外方側において周方向に並んで配設された外側ジャッキと、該外側ジャッキよりも径方向内方側において周方向に並んで配設された内側ジャッキとを備え、隣接する複数個の外側ジャッキと該外側ジャッキよりも少ない個数の内側ジャッキとがグループ化されて共通のスプレッダシューに接続されていることを特徴とする。
【０００８】
前記外側ジャッキ及び内側ジャッキがそれぞれ偏心金物を介して前記スプレッダシューに接続されることにより、該スプレッダシューの中心が押し中心とされていることが好ましい。
【０００９】
前記シールドフレームが前胴部と後胴部とに分割され、これら前胴部と後胴部とを屈曲可能に連結する中折れジャッキが周方向に適宜間隔で配設されていると共に、前記外側ジャッキと内側ジャッキとが周方向に千鳥に配置されており、隣り合う内側ジャッキ間の間隙部に前記中折れジャッキが配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コストの増大を抑えて推力を向上させることができ、大深度を施工する場合でも後戻りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る大口径シールド掘進機の縦断図である。
【図２】同大口径シールド掘進機を後方から見たときのシールドジャッキの配置例を概略的に示す図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】シールジャッキの他の配置例を示す拡大図である。
【図６】シールドジャッキの推力とシールドフレームの口径との関係を示すグラフである。
【図７】大口径シールド掘進機に想定されるシールドジャッキの配置例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
【００１３】
図１ないし図２に示すように、本実施形態の大口径シールド掘進機１は、筒状（例えば円筒状）のシールドフレーム２内の前部に切羽地山を掘削するカッタ装置３を設けると共に、前記シールドフレーム２内の後部にトンネルの内壁に沿ってセグメント４を組立てるセグメント組立装置５と、組立てられたセグメント４の端面を押圧して前記シールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ６とを設けて構成されている。
【００１４】
前記シールドフレーム２は、前胴部２ａと後胴部２ｂとに分割され、これら前胴部２ａと後胴部２ｂとを屈曲（中折れ）可能に連結する中折れジャッキ（中折れ操作用のジャッキ）７が周方向に適宜間隔で配設されている。この場合、前胴部２ａにカッタ装置３が設けられ、後胴部２ｂにセグメント組立装置５が設けられている。後胴部２ｂには、リング状に組立てられたセグメント４の内周上下面を押圧してセグメント４の形状を保持する形状保持装置８が設けられていると共に、形状を保持されたセグメント４の外周とトンネルの地山内壁面との間に裏込め材を注入する裏込め材注入装置９が設けられている。なお、前記セグメント組立装置５及び形状保持装置８にあっては、周知のものが用いられるため、説明を省略する。
【００１５】
前記前胴部２ａには内部を前後に仕切る隔壁１０が設けられている。この隔壁１０は、環状の外周隔壁１１とその内側の中央隔壁１２とからなっている。外周隔壁１１は、所定の間隔をもって前後に配設された前隔壁１１ａと後隔壁１１ｂと、これら前隔壁１１ａと後隔壁１１ｂとの間に介設された筒状の内周壁１１ｃとを有している。
【００１６】
前記カッタ装置３は、中央軸１３と中間リング１４の間及び中間リング１４と外周リング１５の間に放射状に設けられたカッタスポーク１６と、これらカッタスポーク１６に取付けられたカッタビット１７とを備えている。カッタ装置３は、その中間リング１４から後方に延びる支持ビーム１８を介して結合された旋回環１９を有し、この旋回環１９が軸受２０を介して前記隔壁１０に支持されている。
【００１７】
前記軸受２０は、前記隔壁１０に設けられた固定側軸受部材２０ａと、旋回環１９に設けられた回転側軸受部材２０ｂとを有し、この回転側軸受部材２０ｂの外周には外歯歯車２１が設けられている。前記隔壁１０にはその外歯歯車２１に噛合するピニオン２２ａを有する駆動モータ２２が設けられている。
【００１８】
前記カッタ装置３には、その外周リング１５よりも外方に突出して地山を掘削（余掘り）するためのコピーカッタ２３、切羽地山に向って薬液（例えば作泥剤）を注入するための図示しない薬液注入ノズル、超音波式地山空洞探査装置、電気式摩耗検知ビット等の各種の機器が設けられている。
【００１９】
前記中央隔壁１２には前記中央軸１３の基端部が軸受２４を介して回転可能に支持されている。中央軸１３の後端部には、カッタ装置３に設けられた各種の機器に中央軸１３の内部を通って油圧、薬剤、電気を固定側から供給するためのロータリジョイント２５が設けられている。
【００２０】
前記カッタ装置３と隔壁１０との間には掘削土砂を取り込むカッタ室２６が形成され、カッタ装置３や隔壁１０にはカッタ室２６内に取り込まれた掘削土砂を攪拌するための攪拌翼２７ａ，２７ｂが適宜配設されている。また、前記隔壁１０の下方にはカッタ室２６内の掘削土砂をシールドフレーム２内の後方に搬出するためのスクリューコンベヤ２８が外周隔壁１１を斜めに貫通するように設けられている。
【００２１】
前記シールドジャッキ６は、シールドフレーム内の径方向外方側において周方向に並んで配設された外側ジャッキ６ａと、該外側ジャッキ６ａよりも径方向内方側において周方向に並んで配設された内側ジャッキ６ｂとを備え、隣接する複数個（図３の図示例では３個）の外側ジャッキ６ａと該外側ジャッキ６ａよりも少ない個数（同、２個）の内側ジャッキ６ｂとがグループ化されて共通のスプレッダシュー２９に接続されている。
【００２２】
外側ジャッキ６ａ、内側ジャッキ６ｂとしては、出力が例えば２１４０ｋＮ（２５０ｔ）の一般的なものが用いられる。シールドフレーム２の内径が例えば１６ｍの場合、一組計５本の内外側ジャッキ６ａ，６ｂが３０組すなわち１５０本用いられるため、全体の推力は、２１４０ｋＮ×１５０本＝３２１０００ｋＮになる。
【００２３】
シールドフレーム２の後胴部２ｂの内周にはリングガーダ３０が設けられ、このリングガーダ３０に外側ジャッキ６ａと内側ジャッキ６ｂがそれぞれ取付フランジ３１ａ，３１ｂを介してボルト締結により取付けられる。この場合、取付フランジ３１ａ，３１ｂは、四角形（正方形）であるが、図３に示すように９０度回転させた菱形の状態で外側ジャッキ６ａ、内側ジャッキ６ｂにそれぞれ取付けが行われる。これにより隣接する外側ジャッキ６ａの両取付フランジ３１ａ，３１ａ間に内側ジャッキ６ｂの取付フランジ３１ｂが係合状態に納まっていると共に、外側ジャッキ６ａと内側ジャッキ６ｂが周方向に千鳥に配置されている。この場合、一つのグループにおいて、外側ジャッキ６ａと内側ジャッキ６ｂがＷ字状（図３では逆Ｗ字状ないしＭ字状）配置されている。
【００２４】
また、前記外側ジャッキ６ａ及び内側ジャッキ６ｂがそれぞれ偏心金物３２ａ，３２ｂを介して前記スプレッダシュー２９に接続されることにより、該スプレッダシュー２９の中心（正面から見た図芯）が押し中心３３となるように設定されている。その場合、例えば中央の外側ジャッキ６ａの偏心金物３２ａのみがスプレッダシュー２９に固定されており、他の４個の内外側ジャッキ６ａ，６ｂの偏心金物３２ａ，３２ｂはスプレッダシュー２９に単に当接されることがジャッキ同士の干渉による損傷を防止する上で好ましい。なお、スプレッダシュー２９は、後胴部２ｂの内周面により回転が規制されている。
【００２５】
前記中折れジャッキ７は、外側ジャッキ６ａ及び内側ジャッキ６ｂと干渉しない位置に配置されるが、この場合、隣り合うグループの内側ジャッキ６ｂ，６ｂ間の間隙部３４に前記中折れジャッキ７が配置されることが好ましい（図２、図３参照）。
【００２６】
以上の構成からなる本実施形態の作用を説明する。本実施形態によれば、前記シールドジャッキ６は、シールドフレーム２内の径方向外方側において周方向に並んで配設された外側ジャッキ６ａと、該外側ジャッキ６ａよりも径方向内方側において周方向に並んで配設された内側ジャッキ６ｂとを備え、隣接する複数個の外側ジャッキ６ａと該外側ジャッキ６ａよりも少ない個数の内側ジャッキ６ｂとがグループ化されて共通のスプレッダシュー２９に接続されているため、高価な大出力のシールドジャッキが不要で、コストの増大を抑えて推力を向上させることができ、大深度で大口径のトンネルを施工する場合でも土圧による大口径シールド掘進機１の後戻りを防止することができる。
【００２７】
また、前記外側ジャッキ６ａ及び内側ジャッキ６ｂがそれぞれ偏心金物３２ａ，３２ｂを介して前記スプレッダシュー２９に接続されることにより、該スプレッダシュー２９の中心が押し中心３３とされているため、複数のジャッキで大きな推力を出力することができる。
【００２８】
前記シールドフレーム２が前胴部２ａと後胴部２ｂとに分割され、これら前胴部２ａと後胴部２ｂとを屈曲可能に連結する中折れジャッキ７が周方向に適宜間隔で配設されていると共に、前記外側ジャッキ６ａと内側ジャッキ６ｂとが周方向に千鳥に配置されており、隣り合う内側ジャッキ６ｂ，６ｂ間の間隙部３４に前記中折れジャッキ７が配置されているため、中折れジャッキ７を複数の外側ジャッキ６ａ及び内側ジャッキ６ｂと干渉することなく好適な位置に容易に配置することができる。
【００２９】
シールドジャッキの推力が追従できなくなるシールドフレームの口径があるかどうかについて検討した。口径Ｄと推力の関係は、単位面積当たりの推力はＤ2に比例し、推力となるシールドジャッキの装備可能本数はＤに比例する。シールド掘進機の口径Ｄにより１本当たりのシールドジャッキの推力の選定に違いはあるものの、ジャッキ間の取付スペースを考慮した上で、口径と単位面積当たりの推力の関係を表すと図６のグラフのようになる。土木条件（水圧、土圧）やセグメントの桁厚により一概に判定はできないが、図６のグラフから口径Ｄは２０ｍ程度までは可能と考えられる。また、大口径（超大口径）となると、セグメントの桁厚も大きくなるため、シールドジャッキを千鳥に配置にすることが可能となり、口径Ｄが１０ｍ〜２０ｍのものと同様の推力の装備が可能となる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。図５は、シールジャッキの他の配置例を示す拡大図であり、この実施形態では、隣接する２個の外側ジャッキ６ａ，６ａに対して１個の内側ジャッキ６ｂを配置することにより、外側ジャッキ６ａと内側ジャッキ６ｂがＶ字状（逆Ｖ字状）に配置されている。また、隣り合う内側ジャッキ６ｂ，６ｂ間の間隙部３４に中折れジャッキ７が配置されている。
【符号の説明】
【００３１】
１  大口径シールド掘進機
２  シールドフレーム
３  カッタ装置
４  セグメント
５  セグメント組立装置
６  シールドジャッキ
７  中折れジャッキ
２９  スプレッダシュー
３２ａ，３２ｂ  偏心金物
３３  押し中心
３４  間隙部
【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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