(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定外殻に対し可動外殻の一部をトンネル径拡大方向へ摺動可能に重合させてなる掘削機本体と、前記可動外殻を摺動させる拡幅ジャッキと、前記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、同掘削機本体の前部に回転可能に支持されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを回転駆動する駆動手段と、前記固定外殻及び可動外殻の後端部に装備されてブラシ先端が固定外殻に対応する本線セグメント及び可動外殻に対応する拡幅セグメントの外面に摺接するテールシール装置と、を備えたトンネル掘削機において、
前記テールシール装置は、前記固定外殻の内面に前後方向複数段に亙って設置された帯状の第１テールシールブラシと、前記可動外殻の内面に前後方向複数段に亙って設置された帯状の第２テールシールブラシとを備えると共に、前記最後段を除く複数段の第１テールシールブラシの端部を連結する第１端面シールブラシと前記最後段を除く複数段の第２テールシールブラシの端部を連結する第２端面シールブラシとを備え、前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシのいずれか一方を平面視でＬ字状に形成し、そのトンネル径方向延出部にいずれか他方のトンネル径方向延出部を各々の最後段のテールシールブラシとその直前のテールシールブラシとの間隙に位置してトンネル径方向に摺接させる一方、前記最後段の第１テールシールブラシと第２テールシールブラシとは、その端部同士が直接トンネル径方向に摺接されていることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシは、その幅方向に複数列のワイヤブラシ列を有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの少なくともトンネル径方向に隣接するワイヤブラシは前後方向に１列宛ずらして設けられると共に、第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの摺接部におけるワイヤブラシ列間の隙間をシールするための止水補助ブラシを設けたことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの各ワイヤブラシ列間にメッシュを介装したことを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを部分拡幅するための拡幅機能を有するトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法の道路トンネル築造時において、非常駐車帯や分岐合流部などを部分拡幅する場合は、地盤改良を行い坑内から人力で切り拡げる方法やコピーカッタ等の拡幅機能を持ったシールド掘削機を用いる工法が採用されていた。
【０００３】
また、近年では、シールドマシーンの外筒部の一部をラップさせておき、掘削中にこのラップ部を伸縮させることで掘削断面の拡大・縮小を連続的に（マシン・セグメント共）行う工法が特許文献１等で開示されている。
【０００４】
そして、上記特許文献１では、互いに重合する外殻のうち内側に配置された外殻内面に前後方向複数段に設置された帯状の第１テールシールブラシと、互いに重合する外殻のうち外側に配置された外殻内面に前記第１テールシールブラシと摺動可能な位置に複数段に設置された帯状の第２テールシールブラシとを備え、外側に配置された外殻の内面と第２テールシールブラシ設置部との間に内側に配置された外殻の端部が挿入できる隙間を設けると共に、該隙間を塞ぐ止水板を内側に配置された外殻に設けて、機長を長くすることなくテールシールを複数段で行えるようにしたテールシール装置を開示している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたテールシール装置にあっては、第１テールシールブラシと第２テールシールブラシとが単に相対的に摺動する構造であるため、第１テールシールブラシと第２テールシールブラシとの密着性を長期に亙って良好に保持することが難しいという虞があった。
【０００７】
本発明は、高水圧止水に十分対応することができる一方で、機長の増加を伴うことなく、止水システムを効果的に形成することができるテールシール装置を備えたトンネル掘削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】
【０００８】
斯かる目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機は、固定外殻に対し可動外殻の一部をトンネル径拡大方向へ摺動可能に重合させてなる掘削機本体と、前記可動外殻を摺動させる拡幅ジャッキと、前記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、同掘削機本体の前部に回転可能に支持されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを回転駆動する駆動手段と、前記固定外殻及び可動外殻の後端部に装備されてブラシ先端が固定外殻に対応する本線セグメント及び可動外殻に対応する拡幅セグメントの外面に摺接するテールシール装置と、を備えたトンネル掘削機において、
前記テールシール装置は、前記固定外殻の内面に前後方向複数段に亙って設置された帯状の第１テールシールブラシと、前記可動外殻の内面に前後方向複数段に亙って設置された帯状の第２テールシールブラシとを備えると共に、前記最後段を除く複数段の第１テールシールブラシの端部を連結する第１端面シールブラシと前記最後段を除く複数段の第２テールシールブラシの端部を連結する第２端面シールブラシとを備え、前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシのいずれか一方を平面視でＬ字状に形成し、そのトンネル径方向延出部にいずれか他方のトンネル径方向延出部を各々の最後段のテールシールブラシとその直前のテールシールブラシとの間隙に位置してトンネル径方向に摺接させる一方、前記最後段の第１テールシールブラシと第２テールシールブラシとは、その端部同士が直接トンネル径方向に摺接されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシは、その幅方向に複数列のワイヤブラシ列を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの少なくともトンネル径方向に隣接するワイヤブラシは前後方向に１列宛ずらして設けられると共に、第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの摺接部におけるワイヤブラシ列間の隙間をシールするための止水補助ブラシを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記第１端面シールブラシと第２端面シールブラシの各ワイヤブラシ列間にメッシュを介装したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のトンネル掘削機によれば、第１及び第２テールシールブラシの多段配置により高水圧止水に十分対応することができる一方で、第１端面シールブラシと第２端面シールブラシをトンネル径方向にブラシ側面で摺接させたことにより、機長の増加を伴うことなく、止水システムを効果的に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るトンネル掘削機を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明の一実施例を示すテールシール装置の異なった作用状態のブラシ配置図、図２は図１（ａ）のＤ−Ｄ線断面図、図３は図１（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図、図４は図１（ａ）のＣ部拡大図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線断面図、図７は図１のＩ−Ｉ線断面図、図８は図１のＪ−Ｊ線断面図、図９は泥水式シールド掘削機の側断面図、図１０は図９のＧ−Ｇ線及びＨ−Ｈ線断面図である。
【００１７】
本実施例で説明するトンネル掘削機は、切羽及びチャンバ内に泥水を供給し、泥水圧で土圧及び水圧に対向しながら掘削土砂を泥水と共に排泥することで、切羽の安定化を図りながらトンネルを構築する泥水式シールド掘削機である。
【００１８】
この泥水式シールド掘削機において、図７及び図８に示すように、掘削機本体１は、上下に設けられた固定外殻２とこの固定外殻２に一部を重合させてトンネル径拡大方向に摺動可能な左右一対の半円状の可動外殻３とで筒状に形成される。尚、可動外殻３は左右のいずれか一方にのみ設けて固定外殻２を半筒状に形成しても良い。
【００１９】
上下の固定外殻２間に縦設された支持壁４の側面と可動外殻３の後半部内面に付設した上下一対の支持ブロック５ａ，５ｂとの間には縦横に複数の拡幅ジャッキ６Ａが横架されると共に、上下の固定外殻２にそれぞれ付設した支持ブロック７ａ，７ｂと可動外殻３の前半部内面に付設した上下一対の支持ブロック８ａ，８ｂとの間には横一列に複数の拡幅ジャッキ６Ｂが横架される。
【００２０】
従って、図示の状態から全ての拡幅ジャッキ６Ａ，６Ｂが同期して伸長することで、固定外殻２に対し可動外殻３がトンネル径の拡大方向に摺動し、これによって掘削機本体１がその後端部（テール部）の既設セグメントＳと共に拡幅することになる。
【００２１】
掘削機本体１（固定外殻２）の前部にはカッタヘッド１０が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１０の前面には多数のカッタビット１１が固定されている。そして、カッタヘッド１０の後部にはリングギヤ１２が固定される一方、固定外殻２には駆動モータ１３が取付けられ、この駆動モータ１３の駆動ギヤ１４が前記リングギヤ１２に噛み合っている。
【００２２】
従って、駆動モータ１３を駆動して駆動ギヤ１４を回転駆動すると、リングギヤ１２を介してカッタヘッド１０を回転することができる。
【００２３】
掘削機本体１（固定外殻２）にはカッタヘッド１０の後方に位置してバルクヘッド１５が取付けられており、カッタヘッド１０とこのバルクヘッド１５との間にチャンバ１６が形成されている。そして、このチャンバ１６には一端が泥水式シールド掘削機の外部に延設された送泥管１７及び排泥管１８の他端が開口しており、排泥管１８の開口部分の近傍には掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ１９が設置されている。なお、カッタヘッド１０の外周部にはコピーカッタ２０が設けられると共にスポーク内にはスポーク伸縮ジャッキ２１が設けられている。
【００２４】
掘削機本体１（固定外殻２及び可動外殻３）の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ２２が並設されており、このシールドジャッキ２２が掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１即ち、泥水式シールド掘削機全体を前進することができる。
【００２５】
また、掘削機本体１（固定外殻２）の後部には左右一対の縦梁２３を介してエレクタ装置２４が装着されている。このエレクタ装置２４はシールドジャッキ２２によって前進した掘削機本体１（固定外殻２及び可動外殻３）と既設セグメントＳとの間の空所に新しいセグメントＳを装着してリング状に組み付けることができる。
【００２６】
また、掘削機本体１（固定外殻２及び可動外殻３）の後端部（テール部）にはテールシール装置２６が設けられる。
【００２７】
テールシール装置２６を図１乃至図８を用いて説明する。固定外殻２の側縁部に前後方向（掘進方向）に長い嵌合溝２７が形成されると共に、この嵌合溝２７の後端部は切欠き２８により下方に開放される。一方、可動外殻３の側縁部には前記嵌合溝２７にトンネル径方向に摺動可能な嵌合板２９が一体形成されると共に、この嵌合板２９の後端部には前記切欠き２８内をトンネル径方向に摺動可能なスライドブロック３０が一体形成される。
【００２８】
また、固定外殻２の切欠き２８と可動外殻３のスライドブロック３０との摺動面間の内、後述する第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８とが摺接する側には、固定外殻２側に鉄板３１により支持された止水ゴム板３２が介装される（図４〜図６参照）。
【００２９】
そして、固定外殻２の内面には、前後方向複数段（図示例では４段）に亙って帯状の第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄが設置されると共に、可動外殻３の内面に、前後方向複数段（図示例では４段）に亙って帯状の第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄが設置される（図１及び図８参照）。
【００３０】
前記第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄの内、最後段を除く第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｃは、各々の端部が所定距離離間して９０°後方へ曲げられた後、トンネル径方向に延びる第１端面シールブラシ（トンネル径方向延出部）３７で連結される。一方、前記第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄの内、最後段を除く第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｃは、各々の端部が前後方向に延びる第２端面シールブラシ３８の一半部３８ａで連結されると共に、この第２端面シールブラシ３８の他半部（トンネル径方向延出部）３８ｂは９０°トンネル径方向に曲げられて前記第１端面シールブラシ３７とワイヤブラシの側面で摺接するようになっている。
【００３１】
また、第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄは縦向きに取着される（図８参照）一方、第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄは横向きに取着され（図７参照）、その内の最後段の第１テールシールブラシ３３ｄと第２テールシールブラシ３４ｄとは、所謂背中合わせでトンネル径方向に直接摺接し、異物、礫等の侵入を防止し得るようになっている。さらに、最後段の第１テールシールブラシ３３ｄと第２テールシールブラシ３４ｄとは、固定外殻２側に取着した第１エアチューブ３５と可動外殻３側に取着した第２エアチューブ３６とで相互の密着性が高められるようにもなっている（図７参照）。
【００３２】
前記第１端面シールブラシ３７は、第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄとは異なり、そのブラシ先端がトンネル径方向に傾くように取り付けられている（図２及び図３参照）。一方、第２端面シールブラシ３８の他半部３８ｂも、第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄと異なり、そのブラシ先端が、トンネル径方向に（第１端面シールブラシ３７と同方向に）傾くように取り付けられている（図２及び図３参照）。
【００３３】
前記第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８は、図５及び図６に示すように、ワイヤブラシの基端側をプレート３７ａ，３８ｃで挾むと共にスペーサ３７ｂ，３８ｄを挾んで長手方向に複数段状に束ねて帯状（ワイヤブラシ列）にしたものが、幅方向に複数列（図示例では５列）設けられる。
【００３４】
そして、第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８の少なくともトンネル径方向に隣接するワイヤブラシは前後方向に１列宛ずらして設けられると共に、第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８の摺接部におけるワイヤブラシ列間の隙間イ（図５参照）をシールするための止水補助ブラシ３９，４０が第１端面シールブラシ３７のスペーサ３７ｂと第２端面シールブラシ３８（３８ｂ）のスペーサ３８ｄにそれぞれ設けられる。
【００３５】
尚、前記第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８の各ワイヤブラシ列間に適宜メッシュ４１を介装して（図５及び図６参照）、各ワイヤブラシ列間のワイヤブラシの絡み合いを防止するようにしても良い。また、前記第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄと第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄ及び前記第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８の各ワイヤブラシ列には適宜グリースが供給され、ワイヤブラシの側面における摺接やブラシ先端の本線セグメントＳ１及び拡幅セグメントＳ２に対する摺接が円滑に行われるようになっている。
【００３６】
このように構成されるため、カッタヘッド１０を回転させながら既設セグメントＳに反力をとってシールドジャッキ２２を伸長させると、掘削機本体１が前進し、切羽が掘削される。
【００３７】
この際、切羽及びチャンバ１６内には送泥管１７より泥水が供給され、アジテータ１９により掘削土砂と混合・攪拌されて排泥管１８より泥水式シールド掘削機の外部に排出される。
【００３８】
この後、シールドジャッキ２２を縮めることで形成された空所にエレクタ装置２４によって新しいセグメントＳを装着してリング状に組み付ける。以後、これを繰り返すことで所定の長さのトンネルが構築される。
【００３９】
そして、泥水式シールド掘削機がトンネルの拡幅位置に到達したら、コピーカッタ２０及び／又はスポーク伸縮ジャッキ２１を適宜作動させて余堀りを行うと共に、掘削機本体１における全ての拡幅ジャッキ６Ａ，６Ｂを同期して（同時に）伸長し、固定外殻２に対し可動外殻３をトンネル径の拡大方向に摺動させる（図２，図３参照）。
【００４０】
これにより、掘削機本体１がその後端部（テール部）の既設セグメントＳと共に拡幅し、トンネルが部分拡幅される。尚、トンネルを所定距離部分拡幅した後、縮幅する場合は、上述の反対の動作が行われるのは自明であるので説明は省略する。
【００４１】
上述した拡幅動作の際、テールシール装置２６においては、固定外殻２の第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄと可動外殻３の第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄとが、前後方向へ４段に亙って配置されると共に、第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８とが互いにトンネル径方向にワイヤブラシの側面で摺接しているので、高水圧止水に十分対応することができる。
【００４２】
この際、第１端面シールブラシ３７とこれに摺接する第２端面シールブラシ３８（他半部３８ｂ）においては、各ワイヤブラシ列間の隙間（摺動隙間部イも含む）が、互いにトンネル径方向に隣接しかつ前後方向に１列宛ずれたワイヤブラシと止水補助ブラシ３９，４０により完全にシールされ、止水される。
【００４３】
そして、図外の加圧エア供給源から供給される加圧エアにより膨張した第１エアチューブ３５及び第２エアチューブ３６の付勢力により、最後段の第１及び第２テールシールブラシ３３ｄ，３４ｄ間の密着性が高められると共に本線セグメントＳ１及び拡幅セグメントＳ２の外面との密着性が高められるので、十分なシール性能が得られる。
【００４４】
また、最後段の第１及び第２テールシールブラシ３３ｄ，３４ｄ間では縦向きのものと横向きのものとが組になって摺接するので、第１テールシールブラシ３３ｄと第２テールシールブラシ３４ｄとが所謂、背中合わせに組み付けられて、相互の密着性が高まり、より一層シール性能が高められる。
【００４５】
そして、本実施例では、第２端面シールブラシ３８を平面視でＬ字状に曲げてその他半部３８ｂにトンネル径方向に延出した第１端面シールブラシ３７をその各々のブラシ側面で摺接させるようにしたので、第１テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄ及び第２テールシールブラシ３４ａ〜３４ｄが前後方向に４段に亙って配置されるにもかかわらず、機長の増大を最小限に抑えて、高水圧止水に十分対応することができる止水システムを形成することができる。
【００４６】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、第１及び第２テールシールブラシ３３ａ〜３３ｄ，３４ａ〜３４ｄの段数変更や取付構造変更を行っても良いし、固定外殻２と可動外殻３の摺動（スライド）構造変更を行っても良い。また、第１端面シールブラシ３７と第２端面シールブラシ３８の関係（取り合い構造）は、固定外殻２と可動外殻３とで逆に設けても良い。また、本発明は、泥水式シールド掘削機を用いる例を示したが、土圧式シールド掘削機を用いて良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例を示すテールシール装置の異なった作用状態のブラシ配置図である。
【図２】図１（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図３】図１（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図４】図１（ａ）のＣ部拡大図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図８】図１のＪ−Ｊ線断面図である。
【図９】泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図１０】図９のＧ−Ｇ線及びＨ−Ｈ線断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  掘削機本体
２  固定外殻
３  可動外殻
４  支持壁
５ａ，５ｂ  支持ブロック
６Ａ，６Ｂ  拡幅ジャッキ
７ａ，７ｂ  支持ブロック
８ａ，８ｂ  支持ブロック
１０  カッタヘッド
１１  カッタビット
１２  リングギヤ
１３  駆動モータ
１４  駆動ギヤ
１５  バルクヘッド
１６  チャンバ
１７  送泥管
１８  排泥管
１９  アジテータ
２０  コピーカッタ
２１  スポーク伸縮ジャッキ
２２  シールドジャッキ
２３  縦梁
２４  エレクタ装置
２６  テールシール装置
２７  嵌合溝
２８  切欠き
２９  嵌合板
３０  スライドブロック
３１  鉄板
３２  止水ゴム板
３３ａ〜３３ｄ  第１テールシールブラシ
３４ａ〜３４ｄ  第２テールシールブラシ
３５  第１エアチューブ
３６  第２エアチューブ
３７  第１端面シールブラシ
３８  第２端面シールブラシ
３９  第１止水補助ブラシ
４０  第２止水補助ブラシ
Ｓ  既設セグメント
Ｓ１  本線セグメント
Ｓ２  拡幅セグメント
【図１】
0004413178.tif 000002
【図２】
0004413178.tif 000003
【図３】
0004413178.tif 000004
【図４】
0004413178.tif 000005
【図５】
0004413178.tif 000006
【図６】
0004413178.tif 000007
【図７】
0004413178.tif 000008
【図８】
0004413178.tif 000009
【図９】
0004413178.tif 000010
【図１０】
0004413178.tif 000011