(57)【要約】    【課題】  シールド掘進機の中折れ機構のシール部についての安全対策を提供する。    【解決手段】  ラップ部４０は、前胴２の後端部と後胴３の前端部とをラップさせてなる。常用シール４２は、ラップ部４０の隙間に設けられて、この隙間をシールする。非常用シール４４は、前胴２の後端部又は後胴３の前端部のいずれか一方で、常用シール４２より機内側に配置される。非常用シール４４は、常用シール４２の異常を検知して、前胴２と後胴３とを連結する複数の連結ジャッキの全てを縮めたときに、相手方に当接して、ラップ部４０の隙間をシールする。【選択図】  図３
2019143320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端側にカッターヘッドを有する前胴と、
前記前胴の後端部に連結される後胴と、
前記前胴と前記後胴とを折れ曲がり可能に連結する中折れ機構と、
を備える、シールド掘進機であって、
前記中折れ機構は、
前記前胴の後端部と前記後胴の前端部とをラップさせてなるラップ部と、
前記ラップ部の隙間に設けられて、この隙間をシールする常用シールと、
前記前胴及び前記後胴の円周方向に所定の間隔で配置され、それぞれが前記前胴と前記後胴とを軸方向に伸縮可能に連結する複数の連結ジャッキと、を含み、
前記複数の連結ジャッキの伸縮により、前記前胴と前記後胴との中折れを実現するように構成され、
前記中折れ機構は、更に、前記前胴の後端部又は前記後胴の前端部のいずれか一方に設けられ、前記複数の連結ジャッキの全てを縮めたときに、相手方に当接して、前記ラップ部の隙間をシール可能な非常用シールを含む
ことを特徴とする、シールド掘削機。
【請求項２】
前記ラップ部は、前記前胴の後端部と前記後胴の前端部とを前記後胴の前端部を内側にしてラップさせてなることを特徴とする、請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
前記非常用シールは、前記ラップ部の隙間において、前記常用シールより機内側に配置されることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記非常用シールは、円形断面又は山型断面のシール部材であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記中折れ機構は、更に、機内から前記ラップ部の隙間へ充填材を注入可能な充填材注入装置を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のシールド掘進機。
【請求項６】
前記充填材注入装置は、前記ラップ部を構成する前記前胴の後端部と前記後胴の前端部とのうち、前記ラップ部にて内側に配置される方の胴の内外を貫通させて設けた注入通路と、この注入通路を開閉可能なバルブとを含んで構成されることを特徴とする、請求項５記載のシールド掘進機。
【請求項７】
前端側にカッターヘッドを有する前胴と、
前記前胴の後端部に連結される後胴と、
前記前胴と前記後胴とを折れ曲がり可能に連結する中折れ機構と、
を備え、
前記中折れ機構が、前記前胴の後端部と前記後胴の前端部とをラップさせてなるラップ部と、前記ラップ部の隙間に設けられて、この隙間をシールする常用シールと、前記前胴及び前記後胴の円周方向に所定の間隔で配置され、それぞれが前記前胴と前記後胴とを軸方向に伸縮可能に連結する複数の連結ジャッキと、を含み、前記複数の連結ジャッキの伸縮により、前記前胴と前記後胴との中折れを実現するように構成される、
シールド掘進機において、
前記常用シールの異常時に、前記複数の連結ジャッキの全てを縮めることにより、前記前胴の後端部又は前記後胴の前端部のいずれか一方に設けた非常用シールを、相手方に当接させて、前記ラップ部の隙間をシールすることを特徴とする、シールド掘進機の緊急シール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中折れ機構を有するシールド掘進機に関し、特にその中折れ部のシール構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル構築用のシールド掘進機として、特許文献１に示されるように、掘進方向を変えて曲線トンネルを構築できるようにした中折れ式のものがある。
これは、シールド掘進機の本体を前胴と後胴とに分割して、前胴と後胴とを中折れ機構により折れ曲がり可能に連結したものである。
【０００３】
中折れ機構は、前胴の後端部と後胴の前端部とを後胴の前端部を内側にしてラップさせてなるラップ部と、ラップ部の隙間に設けられて、この隙間をシールする常用シールと、前胴及び後胴の円周方向に所定の間隔で配置され、それぞれが前胴と後胴とを軸方向に伸縮可能に連結する複数の連結ジャッキと、を含む。
ここにおいて、複数の連結ジャッキの伸縮により、詳しくは、複数の連結ジャッキのうち、曲がる側の連結ジャッキを縮め、反対側の連結ジャッキを伸ばすことにより、前胴と後胴との中折れを実現するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６３９０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、曲線トンネル対応の中折れ機構付きのシールド掘進機のシール部は、地中を掘進中に劣化や破損等を生じる恐れがある。シール部に劣化や破損を生じると、地中の水が機内（シールド掘進機内）に流入し、大きな事故につながり得る。従って、シール部に異常を生じた場合に、緊急に地下水の流入を遮断できる装置が求められている。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑み、中折れ機構を有するシールド掘進機のより安全なシール構造（及び方法）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るシールド掘進機は、前端側にカッターヘッドを有する前胴と、前記前胴の後端部に連結される後胴と、前記前胴と前記後胴とを折れ曲がり可能に連結する中折れ機構と、を備える。
前記中折れ機構は、前記前胴の後端部と前記後胴の前端部とをラップさせてなるラップ部と、前記ラップ部の隙間に設けられて、この隙間をシールする常用シールと、前記前胴及び前記後胴の円周方向に所定の間隔で配置され、それぞれが前記前胴と前記後胴とを軸方向に伸縮可能に連結する複数の連結ジャッキと、を含み、前記複数の連結ジャッキの伸縮により、前記前胴と前記後胴との中折れを実現するように構成される。
前記中折れ機構は、更に、前記前胴の後端部又は前記後胴の前端部のいずれか一方に設けられ、前記複数の連結ジャッキの全てを縮めたときに、相手方に当接して、前記ラップ部の隙間をシール可能な非常用シールを含む。
前記非常用シールは、望ましくは、前記ラップ部の隙間において、前記常用シールより機内（シールド掘進機内）側に配置される。
【０００８】
本発明はまた、中折れ機構を有するシールド掘進機において、前記常用シールの異常時に、前記複数の連結ジャッキの全てを縮めることにより、前記前胴の後端部又は前記後胴の前端部のいずれか一方に設けた非常用シールを、相手方に当接させて、前記ラップ部の隙間をシールする、シールド掘進機の緊急シール方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、常用シールに劣化や破損を生じても、全ての連結ジャッキを縮める動作により、非常用シールが機能して、中折れの止水機能（中折れ部の水密性）を維持あるいは回復できる。
また、全ての連結ジャッキを縮める動作により、中折れの止水機能を回復できるので、例えば、機内に地下水が流入して、電源を喪失した場合であっても、ジャッキの除荷（油圧ジャッキの場合は油圧を抜くなどで除荷）だけで、前胴にかかる土水圧により、ジャッキが縮み、非常用シールが機能して、止水機能を回復できる。
【００１０】
また、非常用シールについては、常用シールより機内側に配置することで、常用シールが機能している間は、クリーンな環境下に置かれ、劣化等を抑制でき、緊急時に備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示すトンネル構築中のシールド掘進機の断面図
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図に相当する連結ジャッキのレイアウト図
【図３】図１のＢ部（前胴と後胴とのラップ部）の詳細図
【図４】常用シール破損時の緊急止水動作の説明図
【図５】本発明の他の実施形態として示す充填材注入装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシールドトンネル構築中のシールド掘削機の断面図である。
【００１３】
本実施形態のシールド掘削機１は、曲線トンネルの掘削に対応可能とするため、円筒状の本体が前胴２と後胴３とに分割され、前胴２と後胴３とが中折れ機構４を介して連結される。
【００１４】
前胴２は、その前端側（切羽側）にカッターヘッド５を備え、また、カッターヘッド５の後位に隔壁（バルクヘッド）６を備えている。
【００１５】
カッターヘッド５は、前胴２（及び後胴３）の外周面（スキンプレート外周面）より僅かながら大径の円盤状で、前面に多数のカッタービット５ａを有している。カッターヘッド５は、支持アーム７を介して旋回環８に連結されている。旋回環８は、隔壁６を貫通した状態で、隔壁６に旋回可能に支持されている。そして、隔壁６の後方にて、旋回環８に一体的に取付けられたリングギヤ９に、円周方向に複数配置されるモータ１０の出力軸に取付けられたピニオンギヤ１１を噛み合わせてある。従って、カッターヘッド５は、前記モータ１０を駆動源として、旋回し、地山を掘削する。
【００１６】
図中１０１はカッターヘッド５により掘削されたトンネル壁面（地山の壁面）を示す。前胴２（及び後胴３）の外径はカッターヘッド５の外径より小さい。従って、カッターヘッド５により掘削されたトンネル壁面（地山の壁面）１０１と、前胴２（及び後胴３）の外周面との間には、間隙１０２がある。
【００１７】
隔壁６にはまた、カッターヘッド５側の機器と隔壁６後方の機器とを油圧や電線で連係させるためにロータリージョイント１２が設けられる。
【００１８】
カッターヘッド５と隔壁６との間には、チャンバ１３が区画形成される。カッターヘッド５による地山の掘削により、このチャンバ１３には、掘削土砂が滞留し、土圧を生じる。排土機構１４は、チャンバ１３内の掘削土砂を隔壁６の後方へ排出するもので、同時にチャンバ１３内の土圧を制御して、切羽の崩落を防止する。
【００１９】
後胴３は、その内部にてセグメントＳＧを組み立てて覆工するエレクタ１５を備えている。
エレクタ１５は、セグメントＳＧをこれに取付けられる把持金物ＫＭを介して把持する把持部１５ａを有し、セグメントＳＧを把持しつつ、セグメントＳＧをトンネル軸方向、径方向及び周方向に移動させて、所定の位置にセットする。こうして、複数のセグメントＳＧを円周方向に組み立てて、セグメントリングを形成し、形成済みのセグメントリングと連結して、円筒状の覆工体を構築する。
【００２０】
後胴３はまた、シールド掘削機１の本体を掘削と共に前進させる推進機構として、油圧式の推進ジャッキ１６を備えている。
推進ジャッキ１６は、後胴３の内周面に、周方向にほぼ等間隔で複数、配置され、覆工済みのセグメントＳＧの端面を押すことで推力を発生させる。
推進ジャッキ１６の伸長により、１リング分掘削すると、ジャッキを戻して、１リング分覆工する。従って、１リング分ずつ、掘削と覆工とを繰り返す。
【００２１】
後胴３はまた、その後端部内周面にテールシール１７を備えている。
セグメントＳＧは後胴３内で組み立てるので、覆工済みのセグメントＳＧの外径は後胴３の内径より小さくなる。このため、後胴３の後端部内周面と覆工済みのセグメントＳＧとの間には隙間ができる。従って、この隙間から地下水や土砂が機内（シールド掘進機１内）に入らないようにテールシール１７が設けられる。
テールシール１７は、後胴３の後端部内周面に全周にわたって前後２段に取付けられ、覆工済みのセグメントＳＧの外周部に摺接して、前記隙間を塞ぐ。
【００２２】
テールシール１７としては、具体的には、金属製のブラシ（ワイヤブラシ）、あるいは、ワイヤブラシに発砲ウレタンを吹き付けたウレコンシールが用いられる。また、１段目のテールシールと２段目のテールシールとの間には、グリスが充填される。このため、スキンプレートの壁部内に、グリス供給ポンプからのグリス供給管（図示せず）が設けられ、その吐出口がテールシール間に開口している。
【００２３】
尚、カッターヘッド５により掘削されたトンネル壁面（地山の壁面）１０１と、覆工済みのセグメントＳＧとの間は、前記間隙１０２より大きな間隙１０３となる。この間隙１０３には、適宜のタイミングで、裏込め注入材が充填される。
【００２４】
次に、前胴２と後胴３とを折れ曲がり可能に連結する中折れ機構４について、図１〜図３を参照して、説明する。尚、図２は図１のＡ−Ａ矢視図、図３は図１のＢ部の詳細図である。
【００２５】
中折れ機構４は、前胴２の後端部と後胴３の前端部とをラップさせてなるラップ部４０と、前胴２と後胴３とのラップ部４０の隙間に設けられる常用シール４２（図３）と、前胴２と後胴３とをラップ部４０の前後で連結する油圧式の連結ジャッキ４３と、を含んで構成される。
【００２６】
ラップ部４０は、前胴２の後端部を外側、後胴３の前端部を内側にして、ラップさせてある。前胴２の後端部を外側、後胴３の前端部を内側にするのは、掘進に伴って土砂がラップ部４０の隙間へ入るのを抑制するためである。
また、ラップ状態を維持しつつスムーズな折れ曲がりを可能とするために、内側の後胴３の前端部外周面は、前胴２及び後胴３の中心軸線上の点Ｏを中心とする球面４１としてある。外側の前胴２の後端部外周面は、略ストレートな円筒面でよいが、前記球面（凸の球面）４１に対応する凹の球面としてもよい。
【００２７】
常用シール４２は、外側の前胴２の後端部内周面に全周にわたって前後２段に取付けられ、外側の後胴３側の球面４１に摺接して、ラップ部４０の隙間を水密にシールする。
従って、ラップ部４０の隙間は、常用シール４２を境として、機内（シールド掘進機内）側と機外（シールド掘進機外）側とに隔てられる。そして、前胴２の後端部を外側、後胴３の前端部を内側にしてラップさせている場合、常用シール４２より前方が機内側、後方が機外側となる。
【００２８】
常用シール４２としては、具体的には、ゴム又はウレタン製で、リング状の山型断面又は凸断面のシールが用いられる。また、好ましくは、リップシール（図３参照）が用いられる。リップシールは、ベース部とリップ部とからなり、ベース部とリップ部との間の窪みに加わる水圧で止水性を高めることができる。
【００２９】
また、１段目のシールと２段目のシールとの間には、グリスが充填される。このため、前胴２の後端部の壁部内に、グリス供給ポンプからのグリス供給管（図示せず）が設けられ、その吐出口がシール間に開口している。
【００３０】
連結ジャッキ４３は、前胴２及び後胴３の円周方向に所定の間隔で複数配置され、前胴２と後胴３とを軸方向に伸縮可能に連結する。本数は、理論的には４本以上必要で、実際には必要な推力から決定される。図２では８本としている。
【００３１】
シールド掘進機１の直進時には、全ての連結ジャッキ４３を中立位置（最伸長位置と最短縮位置との中間位置）に制御する。
シールド掘進機１の曲進時には、曲がる側の連結ジャッキを中立位置より縮め、反対側の連結ジャッキを中立位置より伸ばすことにより、つまり複数の連結ジャッキの伸縮により、前胴２と後胴３との中折れを実現する。
【００３２】
例えば、図２で進行方向（紙面の奥側）に左側に曲がるときは、図２の左側の連結ジャッキ４３ｃを縮め、右側の連結ジャッキ４３ｇを伸ばす。このとき、上側及び下側の連結ジャッキ４３ａ、４３ｅは中立位置に維持する。左上及び左下の連結ジャッキ４３ｂ、４３ｄは、左側の連結ジャッキ４３ｃの短縮量より少ない量、縮め、逆に、右上及び右下の連結ジャッキ４３ｈ、４３ｆは、右側の連結ジャッキ４３ｇの伸長量より少ない量、伸ばす。
【００３３】
このような制御は、連結ジャッキ４３の油圧制御装置（図示せず）により、予め定めた掘進プログラムにより指示される掘進方向に従って、あるいは作業員により直接指示される掘進方向に従って、各連結ジャッキ４３（４３ａ〜４３ｈ）の伸縮量が算出されることで、自動的に行われる。
【００３４】
本実施形態の中折れ機構４は、更に、常用シール４２の劣化や破損に対処可能とするため、非常用シール４４を含んで構成される。
【００３５】
非常用シール４４は、図３に示すように、前胴２の後端部内周面で、常用シール４２より前方、すなわち常用シール４２より機内側の位置に、全周にわたって取付けられる。
【００３６】
非常用シール４４は、シールド掘進機１の通常の直進時や曲進時に前胴２と後胴３が折れ曲がる範囲内では、後胴３の前端部内周面と当接することはない。
その一方、非常用シール４４は、前記複数の連結ジャッキ４３の全てを縮めたときに、（すなわち、前胴２と後胴３とがストレートになると共に、前胴２が後退して後胴３とのラップ長が長くなったときに、）図４に示すように、相手方である後胴３の前端部内周面に当接して、ラップ部４０の隙間を塞ぐ。
【００３７】
非常用シール４４としては、具体的には、ゴム又はウレタン製で、円形断面又は山型断面のリング状シール部材が用いられる。
【００３８】
次に、常用シール４２に劣化や破損を生じた場合について説明する。
常用シール４２が破損した場合、前胴２及び後胴３の外側（機外）より、地下水がラップ部４０の隙間を通って機内に流入する恐れがある。
【００３９】
この場合、作業員の緊急対応として、あるいは、水の流入等を適宜のセンサで検知した結果として、油圧制御装置により、全ての連結ジャッキ４３を縮めるようにする。
但し、油圧制御装置は、常用シール４２がシール位置からずれないように、全ての連結ジャッキ４３を縮めることはソフト的に禁止（インターロック）されている。従って、緊急対応時にそのインターロックを外せるようにプログラミングしておく必要がある。
【００４０】
全ての連結ジャッキ４３を縮める動作により、前胴２と後胴３とがストレートになると共に、前胴２が後退して後胴３とのラップ長が長くなる。これにより、図４に示すように、前胴２側の非常用シール４４が後胴３の前端部に当接して、ラップ部４０の隙間をシールする。これにより、非常用シール４４を機能させて、止水機能（中折れ部の水密性）を回復させることができる。
【００４１】
また、常用シール４２が破損した場合、機内への水の流入により、電源を喪失することも考えられる。電源を喪失すると、油圧制御装置による連結ジャッキ４３の制御が困難となる。
【００４２】
しかし、電源を喪失した場合であっても、連結ジャッキ４３の油圧ホースを外すなどにより、連結ジャッキ４３から油圧を抜くことは比較的容易である。また、前胴２にはその前端面側から作用する土水圧で後方へ押す力が作用しているのに対し、後胴３は構築中のセグメントＳＧに推進ジャッキ１６を介して保持されている。従って、連結ジャッキ４３の油圧を抜くことで、前胴２が土水圧で後退し、連結ジャッキ４３を縮めることができ、非常用シール４４を機能させることができる。従って、このような場合でも、止水機能を回復させることができる。
【００４３】
本実施形態によれば、複数の連結ジャッキ４３の全てを縮めたときに機能する非常用シール４４を設けることで、常用シール４２の異常時の緊急止水対策が可能となる。
また、前胴２と後胴３とを折れ曲がり可能に連結する連結ジャッキ４３を利用するので、緊急止水用のジャッキを新設する必要がなく、コストアップも抑制できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、非常用シール４４は、ラップ部４０の隙間において、常用シール４２より機内側に配置されるので、常用シール４２が機能している間は、クリーンな環境下に置かれ、劣化等を抑制でき、緊急時に備えることができる。
【００４５】
尚、非常用シール４４は、前胴２の後端部ではなく、後胴３の前端部に設けてもよく、いずれにしても、複数の連結ジャッキ４３の全てを縮めたときに、相手方に当接して、ラップ部４０の隙間をシール可能であればよい。
【００４６】
次に本発明の他の実施形態について図５により説明する。
図５の実施形態は、図４の実施形態に追加して、充填材注入装置を設けたものである。
【００４７】
本実施形態の中折れ機構４は、更に、機内からラップ部４０の隙間へ水中硬化型の充填材を注入可能な充填材注入装置４５を含んで構成される。
【００４８】
充填材注入装置４５は、ラップ部４０の内側の後胴３（ラップ部にて内側に配置される方の胴）の内外を貫通させて常用シール４２より後方の機外側に開口させた注入通路４５ａと、この注入通路４５ａを開閉可能なバルブ４５ｂとを含んで構成される。
【００４９】
本実施形態では、常用シール４２が破損した場合に、全ての連結ジャッキ４３を縮めて、非常用シール４４を機能させた後、機内側において、充填材注入装置４５の常閉のバルブ４５ｂを開き、注入通路４５ａを通じて、機内から機外へ水中硬化型の充填材を供給する。機外へ供給された充填材は、機外の水圧でラップ部４０の隙間へ浸入しようとする水の流れに乗って、ラップ部４０の隙間、特に破損した常用シール４２の部分に注入される。これにより、充填材で破損した常用シール４２の部分を塞ぐことができる。従って、非常用シール４４との組み合わせで、より確実な緊急止水対策となり、安全性を高めることができる。
【００５０】
尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【００５１】
例えば、図示の実施形態では、ラップ部４０は、前胴２の後端部を外側、後胴３の前端部を内側にしてラップさせているが、逆に、前胴２の後端部を内側、後胴３の前端部を外側にしてラップさせることも可能である。逆ラップの場合、常用シールより後方が機内側、前方が機外側となる。このため、非常用シールは、常用シールより後方の機内側に配置することとなる。また、充填材注入装置の注入通路は、ラップ部の内側の前胴（ラップ部にて内側に配置される方の胴）の内外を貫通させて常用シールより前方の機外側に開口させることとなる。
【符号の説明】
【００５２】
１  シールド掘削機
２  前胴
３  後胴
４  中折れ機構
５  カッターヘッド
５ａ  カッタービット
６  隔壁（バルクヘッド）
７  支持アーム
８  旋回環
９  リングギヤ
１０  モータ
１１  ピニオンギヤ
１２  ロータリージョイント
１３  チャンバ
１４  排土機構
１５  エレクタ
１６  推進ジャッキ
１７  テールシール
４０  ラップ部
４１  球面
４２  常用シール（リップシール）
４３（４３ａ〜４３ｈ）  連結ジャッキ
４４  非常用シール
４５  充填材注入装置
４５ａ  注入通路
４５ｂ  バルブ
１０１  トンネル壁面（地山の壁面）
１０２、１０３  間隙
【図１】
2019143320.tif 000003
【図２】
2019143320.tif 000004
【図３】
2019143320.tif 000005
【図４】
2019143320.tif 000006
【図５】
2019143320.tif 000007