(57)【要約】【課題】保守点検やカッタビット交換の際、交換に要する作業時間を短縮し作業員の労力を軽減することができるシールド掘進機のスクリュコンベア装置を提供する。【解決手段】シールド掘進機の隔壁１０に接続されるケーシング２８と、このケーシング２８内に設けられる螺旋状のスクリュ２９とを備えるシールド掘進機のスクリュコンベア装置において、ケーシング２８の外周側にスクリュ２９を駆動するスクリュ駆動装置３１を設けると共に、スクリュ２９の外周に設けたリングギアとスクリュ駆動装置３１に設けたピニオンとを覆うギアケース３０を分割可能に構成した。【選択図】  図１
2004332260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機の隔壁に接続されるケーシングと、このケーシング内に設けられる螺旋状のスクリュとを備えるシールド掘進機のスクリュコンベア装置において、
前記ケーシングの外周側に前記スクリュを駆動するスクリュ駆動装置を設けると共に、前記スクリュの外周に設けたリングギアと前記スクリュ駆動装置に設けたピニオンとを覆うギアケースを分割可能に構成したことを特徴とするシールド掘進機のスクリュコンベア装置。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘進機のスクリュコンベア装置において、前記ギアケースは、前記リングギアを包囲する下部ピースと、前記ピニオンを包囲する上部ピースとに分割可能なことを特徴とするシールド掘進機のスクリュコンベア装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機に設けられるスクリュコンベア装置に関し、さらに詳しくは、小口径シールド掘進機に設けられるスクリュコンベア装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土圧式のシールド掘進機では、掘削した土砂を搬出する手段としてスクリュコンベアが用いられている。このスクリュコンベアは、排土口がスクリュケーシングの後方下部に設けられるタイプと、排土口がスクリュケーシング後端部に設けられるタイプの２つに大別されるが、前者のスクリュコンベアの場合、ホッパやベルトコンベア等の土砂受けをスクリュケーシングの下部に設置する必要があるため、設置空間を確保しづらい小口径のシールド掘進機においては、排土口がスクリュケーシング後端部に設けられる後者のスクリュコンベアを用いる場合が多い。そして、この後者のスクリュコンベアにおいては、スクリュ（スクリュ羽根）の外周側に駆動ギヤを取り付ける、いわゆる外周駆動方式とよばれる駆動方式を採用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６４−２１１２８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下のような問題点がある。
すなわち、外周駆動方式の場合、スクリュの外周に駆動ギア（回転リング）が取り付けられ、さらにこの駆動ギアの外側となるスクリュケーシングの外周に、駆動ギアに噛合するピニオンと、このピニオンを回転駆動する駆動モータとが取り付けられることとなる。そして、この従来技術では、ピニオンと駆動モータとをカバーする補助ケーシングがスクリュケーシングに突出して設けられているため、元々機内空間が狭隘な小口径のシールド掘進機においては、スクリュケーシングに突設した補助ケーシングがさらにその機内空間を圧迫することとなる。そのため、作業員が機内前方側に設置した機器の保守点検やカッタビット交換等のために機内前方に進入しようとしても補助ケーシングが邪魔してそのままでは作業員が機内前方に進入することが出来ず、進入する際には、スクリュコンベアを取り外して機外へ搬送する作業を行わなければならない。しかしながら、外周駆動方式のスクリュコンベアは補助ケーシング部（駆動モータ部）が突出するため、機外へ搬送する際にスクリュコンベアより後方側に設置した周辺機器（例えば、油圧パワーユニットや動力盤、制御盤等）と干渉しないように、スクリュコンベアを取り外す前にこれらの機器を取外し、機外へ搬送する作業を行わなければならず、その結果、大掛かりな作業（油圧パワーユニット、動力盤、スクリュコンベア等の取外し、及び搬送作業）が必要となり、作業時間が増大すると共に、作業員に大きな労力を強いることとなっていた。
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は保守点検やカッタビット交換の際に要する作業時間を短縮し、作業員の労力を軽減することができるシールド掘進機のスクリュコンベア装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機の隔壁に接続されるケーシングと、このケーシング内に設けられる螺旋状のスクリュとを備えるシールド掘進機のスクリュコンベア装置において、前記ケーシングの外周側に前記スクリュを駆動するスクリュ駆動装置を設けると共に、前記スクリュの外周側に設けられたリングギアと前記スクリュ駆動装置に設けられたピニオンとを覆うギアケースを分割可能に構成したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、例えば掘削径が２〜３ｍ以下の小さいトンネルを掘削するいわゆる小口径シールド掘進機に本発明を適用した場合の実施の形態である。
【０００８】
図１は本実施の形態によるシールド掘進機の全体構造を表す側断面図、図２は図１中ＩＩ−ＩＩ断面による横断面図、図３は図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ断面による横断面図、図４はスクリュコンベアとスクリュ駆動装置の連結部の詳細構造を表す断面図である。
【０００９】
これら図１乃至図４において、このシールド掘進機は、シールド掘進機の胴体であり、かつ後述する中折れ動作を可能とするために第１胴（前胴）部１、第２胴部２、第３胴部３、及び第４胴（後胴）部４を折り曲げ（屈曲）可能に連結した３節構造となっているシールド本体５と、第１胴部１内に回転可能に支持され地山６を掘削するカッタヘッド７と、カッタヘッド７のすぐ後方のカッタチャンバ８内に取り込まれた掘削土砂をシールド本体５の掘進方向後方側に排出するスクリュコンベア９と、第１胴部１内におけるカッタチャンバ８より後方位置に設けられ、第１胴部１の後方側部分をカッタチャンバ８内の掘削土砂から隔離する隔壁（バルクヘッド）１０と、カッタヘッド７を回転駆動するカッタ駆動装置（例えば油圧モータや電動モータ）１１と、隔壁１０に取り付けられ、カッタヘッド７を支持するとともにカッタヘッド７にカッタ駆動装置１１からの駆動力を伝達するカッタヘッド支持機構（ギヤボックスを含む）１２とを有している。
【００１０】
第２胴部２は、互いに軸方向に摺動可能な内筒２Ａ及び外筒２Ｂからなる二重筒構造となっており、これら内筒２Ａ及び外筒２Ｂの間に推進ジャッキ３６（後述の図７参照）が設けられている。そして、推進する場合には、内筒２Ａに対し外筒２Ｂを摺動させ推進するようになっている。
【００１１】
そして、第１胴部１の後端部と第２胴部２の外筒２Ｂの前端部との間には、それらを互いに回動可能に連結する中折れ機構１３が設けられている。この中折れ機構１３は、第２胴部２の外筒２Ｂの前端部に設けられ、外周面がほぼ球面状の摺動部１３ａと、第１胴部１後端部に設けられ、摺動部１３ａに摺接しこれらの間をシールする（土砂、地下水の浸入を防止する）略リング状のシール部材を備えたシール部１３ｂとから構成されている。
【００１２】
また、第１胴部１の後方側に上下ブラケット１５が固定されており、これらの上下ブラケット１５と、第２胴部２の外筒２Ｂ前端部に固定された上下ブラケット１４とが、複数本（例えば左・右２対計４本）の中折れジャッキ（図示せず）を介して互いに回動可能に接続されている。これら左・右中折れジャッキの伸縮動作により（左・右でストローク差をつけることにより）中折れ機構１３を介して第１胴部１と第２胴部２とを折り曲げ、それらのなす角度を変化させて掘進方向を変えられるようになっている。
【００１３】
また、第２胴部２の内筒２Ａと第３胴部３との間にも、前述の中折れ機構１３と同様の中折れ機構１６が設けられている。この中折れ機構１６も、第３胴部３の前端部に設けた摺動部１６ａと、第２胴部２後端部に設けられ、摺動部１６ａに摺接しこれらの間をシールするシール部材を備えたシール部１６ｂとから構成されている。また、第３胴部３に固定された上下ブラケット１７と、第２胴部２の内筒２Ａの後方側に設けた上下ブラケット１８とが中折れジャッキ（図示せず）によって互いに回動可能に接続されている。この中折れジャッキも、左・右中折れジャッキにおいて左・右でストローク差をつけることにより第２胴部２と第３胴部３とを折り曲げられるようになっている。
【００１４】
さらに第３胴部３と第４胴部４の間にも、同様の中折れ機構１９が設けられ、この中折れ機構１９も、第４胴部４の前端部に設けた摺動部１９ａと、第３胴部３後端部に設けられ、摺動部１９ａに摺接しこれらの間をシールするシール部材を備えたシール部１９ｂとから構成されている。また、第４胴部４側の上下ブラケット２０と第３胴部３側の上下ブラケット２１とが中折れジャッキ（図示せず）によって互いに回動可能に接続され、左・右中折れジャッキにおいて左・右でストローク差をつけることにより第３胴部３と第４胴部４とを折り曲げられるようになっている。
【００１５】
以上のように第１胴部１と第２胴部２、第２胴部２と第３胴部３、第３胴部３と第４胴部４とがいずれも中折れ機構１３，１６，１９を介し屈曲可能であることにより、後述する機器配置上の制約により比較的長い機長となっても、確実に曲線施工に対応可能としているものである。
【００１６】
また第４胴部４において、上下ブラケット２０とは異なる周方向複数位置にシールドジャッキブラケット（図示せず）が設けられており、このシールドジャッキブラケットに複数本のシールドジャッキ２２が取り付けられている。そして、これらシールドジャッキ２２は、特に詳細図示を省略するが、例えば、ほぼ等間隔に環状に配置されており、それらを伸長させてシールドジャッキ２２の掘進方向後端部に接続されたプレスリング２３を既設のセグメント２４に押し付けることにより、その押し付け反力が、第４胴部４、中折れジャッキ、第３胴部３、中折れジャッキ、第２胴内筒２Ａ、推進ジャッキ３６、第２胴外筒２Ｂ、中折れジャッキ、第１胴部１及び隔壁１０を介し、カッタヘッド７に掘進方向前方側への推進力として与えられる。これにより、掘進中においてカッタヘッド７を地山６の切羽に押し付けるようになっている。
【００１７】
なお、図１中、２５は裏込材を充填する裏込ジャッキ、２６は裏込材が機内に流入することを防止するための裏込めシールである。
【００１８】
カッタヘッド７は、正面から見て土砂取り込み口以外は隙間の無い面板型であり、地山の掘削を行う複数のローラビット２７を備えている。また、カッタヘッド７は径方向外周部でカッタヘッド支持機構１２により支持される、いわゆる外周支持方式となっている。そして、シールドジャッキ２２の推力によりシールド本体５を推進させつつカッタヘッド７を回転させることで各ローラビット２７により地山６を掘削し、この掘削した土砂を土砂取り込み口（図示せず）を介しカッタヘッド７後方のカッタチャンバ８内に取り込むようになっている。
【００１９】
スクリュコンベア９は、掘削土砂の排土経路を内部に形成するケーシング２８と、このケーシング２８内に軸方向に配置された螺旋状のスクリュ（スクリュ羽根）２９とを備えており、その吸い込み口はカッタチャンバ８に臨むように隔壁１０の下部に接続されている。
【００２０】
このケーシング２８の軸方向中間部には略８の字型（縦繭型、自立ダルマ型）のギヤケース部（スクリュギヤケース）３０が備えられている。そして、図４に詳細構造を示すように、このギヤケース部３０内において、スクリュ２９の外周側にリングギア４０（回転リング）が固着され、また、このリングギア４０がケーシング２８軸方向中間部の外周側に設けたスクリュ駆動装置３１（電動モータまたは油圧モータ、図示せず）に取り付けられたピニオン４１に噛合している。
【００２１】
すなわち、上述のリングギア４０及びピニオン４１の噛合体が全体としてギヤケース部３０内に収納されており、このギヤケース部３０はスクリュ駆動装置３１の取付座の役割を兼ねている。このような一体構造を採用しているのは、リングギア４０とピニオン４１との位置精度を容易に確保できるとともに、加工も容易であるためである。そして、スクリュ駆動装置３１のモータが回転すると、その駆動力が、ピニオン４１、リングギア４０を介しスクリュ２９に伝達され、スクリュ２９が回転する。これにより、カッタチャンバ８内の掘削土砂を取り込み、後方側に搬送するようになっている。
【００２２】
なお、このような小口径のシールド掘進機ではスペースの関係上、ケーシング２８下部に土砂受けを設置することができないため、スクリュコンベア９の排土口はケーシング２８の後端面に設けている（図示省略）。
【００２３】
また、このギヤケース部３０は、図４に示すように、ピニオン４１外周側を包囲する上部ピース３０ａとリングギア４０外周側を包囲する下部ピース３０ｂとに分割可能な構造となっている。
【００２４】
また、３２は、各駆動機器（中折れジャッキ、シールドジャッキ等）に圧油を供給するための油圧ポンプ等を収納した油圧パワーユニットである。また、シールド掘進機に動力を供給したり制御を行うための動力盤や制御盤を本体後部に設けている（図示せず）。これらがシールド本体５内に配置されているのは、以下の理由による。
【００２５】
すなわち、小口径のシールド掘進機においては、構築されるトンネルの内径が小さいため、掘削土砂の搬出やセグメントの搬入空間を確保するためには、通常のシールド掘進機のように、運転操作するための操作盤、駆動源をシールド掘進機に供給する動力盤、及び油圧パワーユニット等を搭載する後続台車を設置することができない。仮に後続台車を設置すると、掘削土砂の搬出やセグメントの搬入を行なう台車がシールド掘進機まで進入することができなくなる。そこで、本実施の形態では、上記動力盤や油圧パワーユニット３２、さらには通常のシールド掘進機において後続台車に設置している他の機器も含め、シールド本体５内に設置して対応している。このため、元来シールド径が小さいこととあいまって、機長を長くし、機器の設置空間を確保しているものである。
【００２６】
次に、本発明のシールド掘進機の一実施の形態の動作及び作用を説明する。
上記構成のシールド掘進機において、カッタ駆動装置１１の駆動力でカッタヘッド７を回転駆動させ、カッタヘッド７に設けたローラビット２７により地山６を掘削する。このときのカッタヘッド７への推進力は、前述したように、既設のセグメント２４を反力受けとしてシールドジャッキ２２を伸張させることにより与えられる。
【００２７】
掘削された土砂は、カッタヘッド７に接続する作泥材注入手段３３から掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入され、カッタチャンバ８内で撹拌されて塑性流動化される。そして、このカッタチャンバ８内の土砂により、地山の崩壊防止・止水が図られている。カッタチャンバ８内の土砂は、スクリュコンベア９に取り込まれて排土される。このスクリュコンベア９によって排土された土砂は、土砂受け（図示せず）で受けた後、ずり台車（図示せず）に積み込み、坑外に搬出する。
【００２８】
このようにして所定距離（セグメント幅）だけ掘進を行った後、シールドジャッキ２２を縮め、プレスリング２３と既設のセグメント２４との間に生じたスペースに、たとえばエレクタ装置（図示せず）で新たなセグメント２４を配置した後、既設のセグメント２４とボルト連結する。その後、セグメントが組み上がった段階でセグメント２４外径と地山の間に生じる空隙（空洞部分）に裏込めジャッキ２５で裏込め材が注入され、これによりこの空洞部分を埋めて地山６の保持、及び止水を行う。
【００２９】
そして、新たに組み立てたセグメント２４を反力受けとしてシールドジャッキ２２を伸張させ、シールド本体５を前方へ推進させつつカッタヘッド７を回転させて再び地山の掘削を行っていく。曲線施工時には、必要に応じて、中折ジャッキを操作し中折機構１３，１６，１９を屈曲させて対応する。
【００３０】
以上のようにして掘進を進めて行くが、小口径の機内が狭隘な上、スクリュコンベア９が上述のように外周駆動方式を採用しているため、保守点検時に作業員がスクリュ駆動装置３１よりシールド本体５の前方（図１中左側）に設置した機器のメンテナンスはそのままでは非常に困難となる。
【００３１】
本実施の形態では、前述のように予めスクリュコンベアケーシング２８のギヤケース部３０を上部ピース３０ａと下部ピース３０ｂとに分割可能に構成してある。これにより、例えば機器のメンテナンスの必要が生じた場合、ギヤケース部３０を上部ピース３０ａと下部ピース３０ｂとに分割し、一体物であるスクリュ駆動装置３１及びギヤケース部上部ピース３０ａを、スクリュコンベア９本体及びギヤケース部下部ピース３０ｂ側から分解して取り外すことができる。これにより、シールド本体５内前方側上方（ケーシング２８の上方）に空間を形成することができる（後述の図５も参照）ので、シールド本体５内前方に設置した機器のメンテナンスが容易になる。
【００３２】
また、機内側からビットを交換する場合は、スクリュコンベア９を機内より撤去して隔壁１０を開放し、作業員の出入り、資機材の搬出入空間を確保する必要があるが、この場合も、分割構造としたギヤケース部上部ピース３０ａ及びスクリュ駆動装置３１をギヤケース部下部ピース３０ｂから取り外して搬送することができる。以下、その手順を図５、図６、及び図７により説明する。
【００３３】
スクリュコンベア９取り外し作業は、以下の手順で行う。まず、準備手順として、地山６のうちカッタヘッド７正面の切羽に薬注を行って崩壊防止を図った後、カッタチャンバ８内の土砂をスクリュコンベア９で後方へ排出し、カッタチャンバ８内を空の状態とする。
【００３４】
次に、スクリュコンベア９のうち排土口より後方側の部分を切り離し、第２胴部２内上部に運搬用に配設したレール３４（図１も参照）に連続するように第３胴部３内上部にレール３５を継ぎ足して設け（後述の図５参照）、これを利用して切り離したスクリュコンベア９後方側部分を吊上げた状態で後方側へと運搬する。そして、坑内運搬台車にその搬送してきたスクリュコンベア９後方側部分を積載し、発進立坑までさらに運搬する。
【００３５】
その後、前述のように、ギヤケース部３０を上部ピース３０ａと下部ピース３０ｂとに分割し、一体物であるスクリュ駆動装置３１及びギヤケース部上部ピース３０ａを、スクリュコンベア９本体及びギヤケース部下部ピース３０ｂ側から分解して取り外し、上記同様、レール３４及びレール３５を利用して吊上げた状態で後方側へと運搬する。図５はこのときの運搬途中の状態を表す側断面図である。そして、同様に運搬台車に積載し、発進立坑までさらに運搬する。
【００３６】
そして、残ったスクリュコンベア９本体及びギヤケース部下部ピース３０ｂを隔壁１０から取り外し、上記同様、レール３４及びレール３５を利用して吊上げた状態で後方側へと運搬する。図６はこのときの運搬途中の状態を表す側断面図である。そして、同様に運搬台車に積載し、発進立坑までさらに運搬する。
【００３７】
図７は、図６に示すようにして運搬しているときに図６中ＩＩＶ−ＩＩＶ断面にさしかかったときの断面図である。この図７に示すように、前述のように先にスクリュ駆動装置３１及びギヤケース部上部ピース３０ａを取り外すことでスクリュコンベア９本体及びギヤケース部下部ピース３０ｂの断面寸法が大きく低減されているので、図７に示すように途中吊上げた状態のまま多少傾けたりする程度で、従来のようにシールド本体５内に設置した油圧パワーユニットや動力盤等の周囲機器を取り外すことなくスクリュコンベア９のシールド本体５内での搬送が可能となる。したがって、ビット交換作業に要する時間を短縮し、作業労力を軽減することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、ケーシングの外周側にスクリュを駆動するスクリュ駆動装置を設けると共に、スクリュの外周側に設けられたリングギアとスクリュ駆動装置に設けられたピニオンとを覆うギアケースを分割可能に構成したので、容易にスクリュ駆動装置を取り外すことが出来る。その結果、スクリュコンベアを機外へ搬送する際に油圧パワーユニットや動力盤等の周囲機器の取外し作業、及び機外への搬送作業を行わなくて良いので、ビット交換作業に要する時間を短縮し、作業員の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態によるシールド掘進機の全体構造を表す側断面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ断面による横断面図である。
【図３】図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ断面による横断面図である。
【図４】スクリュコンベアとスクリュ駆動装置の連結部の詳細構造を表す断面図である。
【図５】スクリュ駆動装置及びギヤケース部上部ピース運搬途中の状態を表す側断面図である。
【図６】スクリュコンベア本体及びギヤケース部下部ピースの運搬途中の状態を表す側断面図である。
【図７】図６のＩＩＶ−ＩＩＶ断面図である。
【符号の説明】
１０      隔壁
２８      ケーシング
２９      スクリュ
３０      ギアケース
３０ａ    上部ピース
３０ｂ    下部ピース
３１      スクリュ駆動装置
４０      リングギア
４１      ピニオン
【図１】
2004332260.tif 000003
【図２】
2004332260.tif 000004
【図３】
2004332260.tif 000005
【図４】
2004332260.tif 000006
【図５】
2004332260.tif 000007
【図６】
2004332260.tif 000008
【図７】
2004332260.tif 000009