(57)【要約】【課題】  シールド掘進中に、切羽崩壊の危険性がある場合や、カッタの偏りの位置をシールド機断面の下端部に移動させた状態でカッタを止めた場合においても、切羽の崩壊を的確に防止し得る泥水シールド機を提供することにある。【解決手段】  カッタ８と平行に設けられた崩壊防止壁２１と、シールド機１のフード４と平行に設けられた周壁崩壊防止庇２２とをほぼ直角に結合してなる崩壊防止体２０を、前記フード４の内側に、少なくとも切羽１７の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わせて設置し、各崩壊防止体２０を、シールド機１の隔壁３の前面側とカッタ８の直背面との間に往復移動操作可能に移動操作用ジャッキ２３に連結し、この移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４の内部を通じて、切羽１７と崩壊防止壁２１に囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入する注入管２８を設けて構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏心多軸機構によりカッタ（８）を回動させて地山を掘削し、シールド機（１）を推進させ、泥水圧により切羽（１７）の崩壊を防止する型式の泥水シールド機において、
カッタ（８）と平行に設けられた崩壊防止壁（２１）と、シールド機（１）のフード（４）と平行に設けられた周壁崩壊防止庇（２２）とをほぼ直角に結合してなる崩壊防止体（２０）を、前記フード（４）の内側に、少なくとも切羽（１７）の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わせて設置し、
各崩壊防止体（２０）を、シールド機（１）の隔壁（３）の前面側とカッタ（８）の直背面との間に往復移動操作可能に移動操作用ジャッキ（２３）に連結し、
この移動操作用ジャッキ（２３）に嵌挿されたロッド（２４）の内部を通じて、切羽（１７）と崩壊防止壁（２１）に囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入する注入管（２８）を設けた、
ことを特徴とする泥水シールド機。
【請求項２】
偏心多軸機構によりカッタ（８）を回動させて地山を掘削し、シールド機（１）を推進させ、泥水圧により切羽（１７）の崩壊を防止する型式の泥水シールド機において、
カッタ（８）と平行に設けられた崩壊防止壁（２１）と、シールド機（１）のフード（４）と平行に設けられた周壁崩壊防止庇（２２）とをほぼ直角に結合してなる崩壊防止体（２０）を、前記フード（４）の内側に、少なくとも切羽（１７）の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わせて設置し、
円周方向に隣合う崩壊防止体（２０），（２０）の合わせ面近傍に、可撓壁を設け、
各崩壊防止体（２０）を、シールド機（１）の隔壁（３）の前面側とカッタ（８）の直背面との間に往復移動操作可能に移動操作用ジャッキ（２３）に連結し、
この移動操作用ジャッキ（２３）に嵌挿されたロッド（２４）の内部を通じて、切羽（１７）と崩壊防止壁（２１）に囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入する注入管（２８）を設けた、
ことを特徴とする泥水シールド機。
【請求項３】
前記可撓壁に加え、周壁崩壊防止庇（２２）の内面で切羽面側の円周方向に可撓性のワイヤブラシ（２９）あるいはゴム板（３０）等を取り付けて構成した、
ことを特徴とする請求項２記載の泥水シールド機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心多軸機構によりカッタを回動させて地山を掘削し、シールド機を推進させ、泥水圧により切羽の崩壊を防止する、いわゆる偏心多軸カッタ回動方式の泥水シールド機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種、偏心多軸カッタ回動方式の泥水シールド機では、切羽の安定化方法として泥水圧を使用している。しかし、切羽面に泥水圧を作用させても、自立性に乏しい均質な砂地盤（均等係数１０以下、特に４以下）においては、切羽の安定性を保つことが難しい。
【０００３】
切羽の崩壊は、多くの場合、図７および図８の模式図に示すように、切羽の天端部付近から発生することが多いと考えられている。なお、図７および図８中、符号３３は切羽崩壊の核部分を示し、符号３３〜３４へと切羽崩壊の範囲が拡大した場合の概要を示す。
【０００４】
偏心多軸カッタ回動方式におけるカッタの形状は、シールド外径に比べ、カッタ回転半径の２倍の長さだけ、小口径となる。前記カッタの形状とシールド外径の大きさの差分だけ、カッタは偏りながら回動する。
【０００５】
カッタが偏った反対側の切羽面に、カッタのない開口部が発生する。カッタの偏りの位置がシールド機の断面形状の下端部に移動して停止した場合、切羽の天端部に開口部が発生し、最も切羽の崩壊が発生しやすい状態となる。シールド掘進を停止する際、偏心回転トルクが発生しない状態、つまりシールド機の断面形状の下端部にカッタを止めて置くことが多くなる。
【０００６】
従来、泥水シールド機のカッタの形状は、面板タイプとなっている。かかる面板の一部にスリットを設け、そこから掘削土砂を取り込んでいる。切羽の安定性には、泥水圧を作用させて安定させることを主体とし、面板でも補助的に切羽を抑えているとしている。
【０００７】
近年、泥水材の改良が進み、地山への浸透性および逸泥防止効果が改善され、面板に期待しなくても切羽の安定性が増大してきている。そのため、カッタの掘削停止時に、切羽の安定性を高めるために行っていたスリットの閉塞に関しても、その必要性が殆どなくなっている。
【０００８】
このようなことから、地下水圧を抑えることで、切羽の自立性を期待できる土質条件においては、いままで泥水シールド機に必要とされてきた面板が必ずしも必要としない、と考えられるようになった。ただし、土質変化などの土中の不確定要素や安定性を考慮し、カッタの面板形状がそのまま採用されているのが現状である。
【０００９】
ところで、シールド掘進が勤務の形態上の制約を受け、数日の停止期間を余儀無くされることがある。この停止期間においても切羽の安定性を確保する必要性がある。
【００１０】
泥水シールド機において、全断面が面板形状となっているカッタであれば、最も崩壊しやすい切羽の天端部にカッタを接触させており、泥水効果とともに長期間にわたって切羽を安定的に抑えておくことができる。
【００１１】
ところが、偏心多軸カッタ回動方式のシールド機では、前述のごとく、シールド外径に比べカッタ形状が小さくなっている。したがって、カッタをシールド機の断面形状の下端部に偏心させて停止させた場合に、切羽面を抑えることができるカッタが存在していない。
【００１２】
また、泥水材の改善によって、シールド掘進時の切羽の安定性を確保できるようになっているが、シールド掘進を長期間にわたって停止する場合、特に切羽の天端部の崩壊を抑える手段が必要となる。
【００１３】
なお、切羽の崩壊を防止する機能を持った泥水シールド機の先行技術としては、次の特許文献がある。
【特許文献１】特許第３１００９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、シールド掘進中に、切羽崩壊の危険性がある場合、およびカッタの偏りの位置をシールド機の断面形状の下端部に移動させた状態でカッタを止め、切羽の天端部に開口部が発生している状態で長期間停止する場合においても、切羽の崩壊を的確に防止し得る泥水シールド機を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、切羽の崩壊をより一層的確に防止し得る泥水シールド機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、カッタ８と平行に設けられた崩壊防止壁２１と、シールド機１のフード４と平行に設けられた周壁崩壊防止庇２２とをほぼ直角に結合してなる崩壊防止体２０を、前記フード４の内側に、少なくとも切羽１７の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わせて設置し、各崩壊防止体２０を、シールド機１の隔壁３の前面側とカッタ８の直背面との間に往復移動操作可能に移動操作用ジャッキ２３に連結し、この移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４の内部を通じて、切羽１７と崩壊防止壁２１に囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入する注入管２８を設けている。
【００１７】
請求項２記載の本発明は、カッタ８と平行に設けられた崩壊防止壁２１と、シールド機１のフード４と平行に設けられた周壁崩壊防止庇２２とをほぼ直角に結合してなる崩壊防止体２０を、前記フード４の内側に、少なくとも切羽１７の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わせて設置し、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面近傍に、可撓壁を設け、各崩壊防止体２０を、シールド機１の隔壁３の前面側とカッタ８の直背面との間に往復移動操作可能に移動操作用ジャッキ２３に連結し、この移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４の内部を通じて、切羽１７と崩壊防止壁２１に囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入する注入管２８を設けている。
【００１８】
請求項３記載の本発明は、前記可撓壁に加え、周壁崩壊防止庇２２の内面で切羽面側の円周方向に可撓性のワイヤブラシ２９あるいはゴム板３０等を取り付けて構成している。
【００１９】
なお、前記可撓壁を、周壁崩壊防止庇２２の内側に取り付け、切羽面に接して切羽を積極的に抑える機能と崩壊防止助剤の希釈、拡散を防止する機能を持たせたゴム板３０、あるいはゴム板に替え、同様の形態に取り付けたワイヤブラシとにより構成しても良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、シールド掘進中に切羽崩壊の危険性がある場合、およびカッタ８の偏りの位置をシールド機の断面形状の下端部に移動させた状態でカッタ８を停止させたとき、シールド機１のフード４の内側に、少なくとも切羽１７の上半部をカバーし得る円弧状または円環状に組み合わされた各崩壊防止体２０を、移動操作用ジャッキ２３により、シールド機１の隔壁３の前面側からカッタ８の直背面まで移動させ、定置する。かかるカッタ８の直背面に定置された円弧状または円環状の崩壊防止体２０により、切羽１７に作用する泥水圧の逸失を防ぎ、切羽１７を安定させる。ついで、注入管２８から、移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４の内部を通って、切羽１７と崩壊防止壁２１で囲まれた区域に、崩壊防止助剤を注入し、切羽１７の崩壊を防止する。このように、本発明によれば、前記カッタ８の直背面に定置された崩壊防止体２０により切羽１７を安定化させることと、切羽１７と崩壊防止壁２１で囲まれた区域に注入された崩壊防止助剤により切羽１７の崩壊を防止することとが相俟ち、シールド掘進中に切羽崩壊の危険性がある場合、およびカッタ８の偏りの位置をシールド機の断面形状の下端部に移動させた状態でカッタ８を停止させた場合のいずれにおいても、切羽１７の崩壊を的確に防止し得る効果がある。
【００２１】
また、本発明では円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面近傍に、可撓壁を設け、カッタ８の直背面に崩壊防止体２０を円弧状または円環状に定置し、切羽１７に作用する泥水圧の逸失を防ぐとき、前記可撓壁により、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面からの泥水の流失を防止できるので、切羽１７の崩壊をより一層的確に防止し得る効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１〜図５は本発明の実施例１を示すもので、図１は崩壊防止体をシールド機の隔壁の前面側に停止させた状態におけるシールド機の一部分の縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は崩壊防止体の拡大縦断側面図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視図、図５は崩壊防止体をカッタの直背面の作用位置に定置した状態の縦断側面図である。
【００２４】
その図１および図２に示すシールド機１は、シールド外筒２と、隔壁３と、フード４と、この実施例では４台のカッタ駆動装置５と、各カッタ駆動装置５に駆動連結された４個のクランク部６と、各クランク部６に設けられたクランク軸７を介して４個のクランク部６に共通に取り付けられたカッタ８と、隔壁３とフード４とカッタ８とで囲まれた切羽室１１と、この切羽室１１に配置されかつ回転軸１３を介してアジテータ駆動モータ１２に駆動連結されたアジテータ１４と、入口を切羽室１１に臨ませて設置された排泥水管１５と、先端部をエルボ型に曲げて切羽室１１に泥水を供給可能に設置された給泥水管１６とを備えている。このシールド機１は、他にはシールドジャッキと、裏込め材注入手段と、テールシール等を備えているが、これらの部材は図面では省略されている。
【００２５】
前記カッタ８は、図１から分かるように、フード４の内径よりも小さい外径に形成されている。また、カッタ８の前面には多数のカッタビット９が設けられており、背面には複数の攪拌板１０が設けられている。そして、カッタ８は矩形軌跡の隅角部に設けられた４個のクランク部６に、偏心距離ｅをおいて設けられた４本のクランク軸７に共通に取り付けられていて、４台のカッタ駆動装置５を同一方向に駆動するに伴い、前記４個のクランク部６による平行リンク運動を介して回動し、多数のカッタビット９により地山をシールド外筒２やフード４の断面形状とほぼ同じ形状に掘削し、その掘削土砂と泥水を複数の攪拌板１０により攪拌するようにしている。
【００２６】
前記地山の掘進中、切羽面に泥水圧を作用させ、切羽１７の安定性を保つようにしている。
【００２７】
ところで、この偏心多軸カッタ回動方式の泥水シールド機におけるカッタ８の形状は、前述のごとく、シールド外径に比べてカッタ回転半径の２倍の長さだけ、小口径に形成されている。したがって、フード４の断面形状とほぼ同じ形状に掘削されたシールドの外周１８とカッタ８の外周間に、開口部１９が発生する。また、切羽１７の崩壊は多くの場合、切羽１７の天端部付近で発生する。しかも、シールド掘進を長期間にわたって停止させる際、偏心回転トルクが発生しないように、カッタ８をシールド機１の断面形状の下端部に止めて置くため、最も切羽１７の崩壊が発生しやすい天端部に開口部１９が発生することになる。
【００２８】
これらの事情に鑑み、この実施例１ではシールド機１のフード４の内側に、切羽用の崩壊防止体２０を設置している。
【００２９】
前記崩壊防止体２０は、カッタ８と平行に設けられた崩壊防止壁２１と、前記フード４と平行に設けられた周壁崩壊防止庇２２とをほぼ直角に、溶接などの手段で結合して形成されている。そして、複数の崩壊防止体２０が少なくとも切羽１７の上半部をカバーし得る円弧状に組み合わされていて、前記フード４の内側に設置されている。なお、複数の崩壊防止体２０を円環状に組み合わせてもよい。
【００３０】
各崩壊防止体２０は、ロッド２４を介して移動操作用ジャッキ２３に連結されている。この移動操作用ジャッキ２３は、図１に示すように、シールド外筒２の内部に固定されたブラケット２５にピン２６を介して揺動可能に取り付けられている。そして、この移動操作用ジャッキ２３は当該崩壊防止体２０を、隔壁３の前面側とカッタ８の直背面との間に、前記ロッド２４を介して往復移動操作するようになっている。
【００３１】
前記移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４の内部には、崩壊防止助剤の注入通路２７が形成されている。この注入通路２７には、崩壊防止助剤の注入管２８が接続されていて、崩壊防止体２０の作用時に、切羽１７と崩壊防止壁２１に囲まれた区域に、前記ロッド２４の内部に形成された注入通路２７を通じて崩壊防止助剤を注入するようになっている。
【００３２】
前記複数の崩壊防止体２０を円弧状または円環状に組み合わせた列の、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面の近傍には、可撓壁が設けられている。かかる可撓壁は、この実施例１では周壁崩壊防止庇２２の内面に、ワイヤブラシ２９を取り付けて構成されている。このワイヤブラシ２９は、基材２９′に植え込み、この基材２９′を周壁崩壊防止庇２２の内面に接着または溶接することによって取り付けられている。そして、可撓壁である前記ワイヤブラシ２９は崩壊防体庇２０の作用時に、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面からの泥水の流出を防ぐようになっている。
【００３３】
以上のように構成した泥水シールド機では、通常のシールド掘進時には崩壊防止体２０は図１に示すように、シールド機１の隔壁３の前面側の位置で停止している。
【００３４】
そこで、シールド掘進中に切羽崩壊の危険性が発生した場合や、カッタ８の偏りの位置をシールド機１の断面形状の下端部に移動させた状態でカッタ８を停止させた場合には、各崩壊防止体２０を移動操作用ジャッキ２３により、前述の隔壁３の前面側から図５に示すように、カッタ８の直背面まで移動させ、その位置に定置する。このように、各崩壊防止体２０をカッタ８の直背面に移動させることによって形成された円弧状または円環状の崩壊防止体２０により、切羽１７に作用する泥水圧が逸失しないようにカバーし、切羽１７を安定化させる。
【００３５】
また、前述のごとく、各崩壊防止体２０をカッタ８の直背面に定置させた状態で、注入管２８から、移動操作用ジャッキ２３に嵌挿されたロッド２４に接続された管状体に形成された注入通路２７を通って、切羽１７と崩壊防止壁２１で囲まれた区域に崩壊防止助剤を注入することによって、切羽１７の崩壊を防止する。この崩壊防止助剤には、例えば高密度泥水を用いる。なお、掘進時の泥水比重は概ね１．０５〜１．２０となっており、高密度泥水の比重はこれを約０．２上回る概ね１．２０以上で１．４０未満程度を言う。
【００３６】
以上により、シールド掘進中に切羽崩壊の危険性がある場合、およびシールド掘進を長期間にわたって停止させるため、カッタ８をシールド機１の断面形状の下端部に移動させた状態で止めた場合であっても、切羽１７を安定化させ、崩壊を的確に防止することができる。
【００３７】
さらに、この実施例では円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面近傍に、周壁崩壊防止庇２２の内面にワイヤブラシ２９を取り付けて構成した可撓壁を設けており、各崩壊防止体２０をカッタ８の直背面に定置した状態で、前記ワイヤブラシ２９により、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面からの泥水の流失を防ぐことができるので、切羽１７の崩壊をより一層確実に防止することができる。なお、停止時から掘進の再開に先立って、移動操作用ジャッキ２３によって崩壊防止体２０を隔壁３の前面に引き戻す。これによってカッタは旋回することが可能となる。崩壊防止剤（高濃度泥水）は、カッタの回転でチャンバ内の泥水と混合し薄められ、循環している泥水と共に図示していない地上の泥水処理設備で泥水濃度を調整され、掘削用の泥水として再循環利用される。
【実施例２】
【００３８】
図６は本発明の実施例２を示すもので、崩壊防止体をカッタの直背面の作用位置に定置した状態の縦断側面図である。
【００３９】
この図６に示す実施例２では、可撓壁のゴム板３０が切羽面に接する位置で円周方向に設置されて構成されている。ゴム板に替えて同形態のワイヤブラシ（図示せず）も使用できる。また、ゴム板とワイヤブラシを層状に重ね合わせることも好適である。この実施例２では、実施例１の場合の崩壊防止助剤（高濃度泥水）が切羽部に直接触れ、希釈されて拡散し、崩壊防止剤効果が低下する場合に、これを防止できる効果がある。
【００４０】
前記ゴム板３０は、可撓性を有しており、移動操作用ジャッキに押されてカッタに当たることでフィン型に形成される。
【００４１】
この実施例の可撓壁では、図６から分かるように、崩壊防止体２０をカッタ８の直背面に定置させた作用時に、ゴム板３０がカッタ８の端面に面接触するので、円周方向に隣合う崩壊防止体２０，２０の合わせ面からの泥水の流失をよりよく防ぐことができ、したがって切羽１７の崩壊をより一層良好に防止することができる。
【００４２】
この実施例２の他の構成，作用については、前記実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１を示すもので、崩壊防止体をシールド機の隔壁の前面側に停止させた状態におけるシールド機の一部分の縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施例１における崩壊防止体の拡大縦断側面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】実施例１における崩壊防止体をカッタの直背面の作用位置に定置した状態の縦断側面図である。
【図６】本発明の実施例２を示すもので、崩壊防止体をカッタの直背面の作用位置に定置した状態の縦断側面図である。
【図７】泥水シールド機において切羽の崩壊をシールド機の側面がわから見た模式図である。
【図８】同切羽の崩壊をシールド機の正面側から見た模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    シールド機
２    シールド外筒
３    隔壁
４    フード
５    カッタ駆動装置
６    クランク部
７    クランク軸
８    カッタ
１７  切羽
２０  切羽用の崩壊防止体
２１  崩壊防止壁
２２  周壁崩壊防止庇
２３  崩壊防止体の移動操作用ジャッキ
２４  移動操作用ジャッキに嵌挿されたロッド
２７  崩壊防止助剤の注入通路
２８  同注入管
２９  可撓壁としてのワイヤブラシ
３０  可撓壁を構成しているゴム板
【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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【図８】
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