(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機本体のテールプレート内でリング状に組立てられるセグメントの組立位置におけるテールプレートの内周面に、周方向に所定間隔毎に各セグメントの外周面に対向する流体バッグ収納凹所を形成し、これらの収納凹所に流体圧によって膨脹する流体バッグを配設し、この流体バッグの膨脹圧によってセグメントを組立位置に拘束するように構成していると共に、上記収納凹所の開口端に可撓性を有する押圧蓋板を配設してこの押圧蓋板により上記流体バッグを収納凹所内に収縮状態で保持してあり、さらに、押圧蓋板の前端縁部を収納凹所の開口端における前端面に回動自在に取り付けると共に後端部と収納凹所の内底面間を引張りスプリングにより連結して、この引張りスプリングの引張力により押圧蓋板を収納凹所の開口端に閉止させていることを特徴とするシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はテールプレート内でセグメントを組み立て、このセグメントに反力をとってトンネルを掘進するシールド掘削機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘削機によってトンネルを掘削する場合、一旦シールド掘削機の掘進を停止して、シールド掘削機のテールプレート内でエレクタにより複数個のセグメントをトンネル周方向に互いにボルトにより連結しながらリング状に組立て、このセグメントの前端面に図６に示すように、推進ジャッキ４のロッド4aの先端（後端）に取り付けているスプレッダ4bを当接させて推進ジャッキ４を伸長させることによりセグメントＳに推進反力を支持させながらシールド掘削機を掘進させているが、複数個のセグメントをリング状に組み立てたのち、シールド掘削機を掘進させると作業能率が低下するので、トンネルの高速施工を可能にすることができない。
【０００３】
このため、複数個のセグメントＳをリング状に組立てる際にはシールド掘削機の掘進を停止することなく新設セグメント１個分だけ推進ジャッキ４を収縮し、この収縮した推進ジャッキ４と既設セグメントとの間の空間内に新設セグメントを配設して既設セグメントに対してトンネル長さ方向の連結をなし、その状態で収縮させておいた上記推進ジャッキ４を伸長して新設セグメントの前端面に押し当て、続いて、この新設セグメントに対して周方向に隣接する次の新設セグメント１個分だけ推進ジャッキ４を収縮してその空間部内に２個目の新設セグメントを配設して先の新設セグメントとリング方向の連結及び既設セグメントとトンネル長さ方向の連結をなし、その状態で収縮させておいた推進ジャッキを該２個目の新設セグメントの前端面に押し当てる。これを繰り返し行うことによりシールド掘削機の掘進を停止させることなく、複数個の新設セグメントをリング状に組み立てることが行われている。即ち、シールド掘削機の掘進は既設のセグメントと新設のセグメントとの両方に反力をとって、シールド掘削機の推進を停止させることなく、掘進させる方法が実施されている。
【０００４】
この場合、テールプレートの内周面に沿って順次配設される新設セグメントＳ、Ｓ同士は、複数個のセグメントＳによりリングが完成するまではボルトによりリング状に連結されていないから、該新設セグメントＳの前端面で推進ジャッキ４の反力を支持すると、推進ジャッキ４の伸長方向がセグメントＳのトンネル長さ方向に一致していない場合には、該セグメントＳは既設セグメントの前端面に当接している後端面を支点として推進ジャッキ４の伸長方向に対し外方に拡がる方向に傾動し、次に組み立てる新設セグメントとのボルトによる締結作業が行えなくなる事態が発生する。
【０００５】
このため、特開平１０−８２２７６号公報に記載しているように、推進ジャッキのロッドをテールプレートの内周面に設けた案内機構によって常にシールド掘削機の機軸に平行する方向に伸縮させるように構成したシールド掘削機が開発された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、推進ジャッキ４のロッド端には上述したようにスプレッダ4bが取付けられており、しかも、このスプレッダ4bは推進ジャッキのロッド中心に対して外方に偏心した位置に球継手4cを介して屈折自在に取付けられているため、推進ジャッキ４のロッド4aを機軸に平行する方向に伸縮自在に構成しておいても、セグメントＳの前端面に当接させるスプレッダ4bが傾動してセグメントＳを外方に反らせ、周方向に隣接する新設セグメントＳ、Ｓ同士をボルトにより順次、連結することが困難となる。
【０００７】
また、スプレッダ4bを推進ジャッキ４のロッド4aと一体に前後動させるように構成したとしても、シールド掘削機の方向制御時や曲線トンネル施工時においては推進ジャッキ４のロッド4aの伸長方向がセグメントＳのトンネル長さ方向に対して傾斜した状態となって推進ジャッキ４による推進力の分力がセグメントＳを外方に傾動させる方向に作用し、隣接するセグメントＳ、Ｓ同士のボルトによる締結位置にずれが発生して上記同様にセグメントの組立作業が困難になるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、推進ジャッキの推進力の分力がその推進反力を支持するセグメントに既設のセグメントを支点として外方向に傾動させようとする方向に作用しても、その傾動を確実に防止して該セグメントを常に正確な組立姿勢に保持し、新設セグメントの組立作業が正確且つ能率よく行えるようにしたシールト掘削機を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のシールド掘削機は、請求項１に記載したように、シールド掘削機本体のテールプレート内でリング状に組立てられるセグメントの組立位置におけるテールプレートの内周面に、周方向に所定間隔毎に各セグメントの外周面に対向する流体バッグ収納凹所を形成し、これらの収納凹所に流体圧によって膨脹する流体バッグを配設し、この流体バッグの膨脹圧によってセグメントを組立位置に拘束するように構成していると共に、上記収納凹所の開口端に可撓性を有する押圧蓋板を配設してこの押圧蓋板により上記流体バッグを収納凹所内に収縮状態で保持してあり、さらに、押圧蓋板の前端縁部を収納凹所の開口端における前端面に回動自在に取り付けると共に後端部と収納凹所の内底面間を引張りスプリングにより連結して、この引張りスプリングの引張力により押圧蓋板を収納凹所の開口端に閉止させていることを特徴としている。
【００１０】
【作用】
シールド掘削機本体のテールプレート内で、先に複数個のセグメントによってリング状に組立てたセグメント（既設セグメント）の前端面に次に組立てるべきセグメント（新設セグメント）をテールプレートの内周面に沿って周方向に順次接合しながらリング状に組み立てていく。この際、これらの新設セグメントの外周面に、テールプレートの内周面に装着している流体圧によって膨脹する流体バッグを押接させて該新設セグメントが外方に妄動するのを阻止した状態にする。このように新設セグメントを流体バッグによって所定の組立位置に拘束すると共に、複数個の新設セグメントによって完全に１リングに組み立てる前に、周方向に順次、組み立てられる新設セグメントの前端面に推進ジャッキのロッド端に装着しているスプレッダを当接、受止させ、該新設セグメントにも推進反力をとって推進ジャッキを伸長させることによりシールド掘削機本体を掘進させてトンネルを掘削する。
【００１１】
トンネルの掘進時において、トンネル軸方向とシールド掘削機の機軸方向とが同一方向に向いていない場合、例えば、方向制御時や曲線トンネル施工時等においては、推進ジャッキの推進力の一部が該推進ジャッキのロッド端のスプレッダを受止している新設セグメントの前端面に対してこのセグメントを既設のセグメントの前端面を支点として外方に傾動させようとする方向に作用するが、新設セグメントは上述したようにテールプレートの内周面に装着している流体バッグによって拘束されているので、外方に傾動することなく常に正確な組立姿勢を保持し、トンネル掘削中におけるセグメント同士の締結作業が正確且つ能率よく行えてセグメントの組立精度を向上させることができると共にトンネルの高速施工が可能となる。
【００１２】
セグメントを正確な組立姿勢に保持するための上記流体バッグは、該流体バッグに圧力流体を供給することによって膨脹させ、その膨脹圧をセグメントの外周面に作用させてセグメントをトンネル内径方向に押圧することにより、推進ジャッキの伸長によるトンネル掘進時においても周方向に隣接するセグメントとの対向端面同士を正確に接合させた状態に保持する。
【００１３】
さらに、上記流体バッグをシールド掘削機本体のテールプレートの内周面に複数個、周方向に所定間隔毎に装着しているので、複数個のセグメントによって完全に１リングを形成する前のセグメントをこれらの流体バッグによって内径方向に押圧してセグメント同士の接合面を正確に合致させた状態を保持し、トンネル掘進中における隣接するセグメント同士のボルトによる締結作業が能率よく行えると共に精度のよい組立てが可能となるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１において、１はシールド掘削機本体で、円筒形状のスキンプレート２の前端にカッタヘッド３を回転自在に設けていると共にスキンプレート２の内周面に、周方向に所定間隔毎に複数本の推進ジャッキ４、４・・・を取付けてあり、後方に向かって伸縮自在に伸長するこれらの推進ジャッキ４のロッド4aの先端（後端）にセグメントＳの前端面に当接させるスプレッダ4bを取付けている。さらに、シールド掘削機本体１はそのスキンプレート２の前部内に公知のように、上記カッタヘッド３の回転駆動機構（図示せず）を配設していると共にカッタヘッド３によって掘削された土砂を後方に搬出する土砂搬出手段（図示せず）を配設し、且つ、スキンプレート２の後部内にセグメントの組立機構であるエレクタ（図示せず）を配設してなるものである。
【００１５】
このように構成しているシールド掘削機本体１において、上記スキンプレート２の後端部によって形成されているテールプレート2Aの内周面に、図２〜図４に示すように、テールプレート2A内でリング状に組立てられるセグメントＳの外周面に圧着させて該セグメントＳの組立位置を所定位置拘束するための流体バッグ５からなる複数個のパッド体をテールプレート2Aの周方向に所定間隔毎に且つ各セグメントＳの外周面に２〜３個、対向させて装着している。パッド体を形成している上記流体バッグ５はゴム製バッグであって、その内部にエアや水等の流体を供給することによって膨脹し、セグメントＳの外周面にその膨脹圧でもって圧着するように構成している。
【００１６】
流体バッグ５を装着している上記テールプレート2Aの内周面には、流体バッグ５の収納凹所６がテールプレート2Aの周方向に所定間隔毎に形成されていると共に、テールプレート2Aの壁内に各収納凹所６の周壁前端面から機内に連通するホース挿通孔７を設けてあり、各収納凹所６に配設した流体バッグ５に連結、連通している圧力流体供給ホース８を該挿通孔７を通じてシールド掘削機本体１内の適所に設置している圧力流体供給源（図示せず）に接続している。さらに、テールプレート2Aの内周面に開口する収納凹所６の開口端に板バネ等よりなる可撓性を有する押圧蓋板９を配設してこの押圧蓋板９により流体バッグ５を収納凹所６内に保持した構造としている。
【００１７】
即ち、収納凹所６の開口端における周壁前端面に押圧蓋板９の前端縁部を回動自在に取付けると共に該押圧蓋板９の自由端部である後端縁部を収納凹所６の周壁後端面側の開口端縁に形成した段部6aに受止させるようにし、さらに、押圧蓋板９の後端部と収納凹所６の後端部内底面間を引張りスプリング10によって連結して常態においては該引張りスプリング10の引張力により押圧蓋板９を収納凹所６の開口端側に引き寄せてその後端縁部を収納凹所６の上記段部6aに当接、受止させ、該押圧蓋板９によって収納凹所６を閉止していると共に収納凹所６内に流体バッグ５を収縮状態で保持させている。この状態においては、押圧蓋板９の外面はテールプレート2Aの内周面と面一状態になっている。
【００１８】
このように構成した実施例におけるシールド掘削機の作用を述べると、シールド掘削機本体１は、そのテールプレート2A内でエレクタによりテールプレート2Aの内周面に沿って順次周方向に組み立てられるセグメントＳの前端面に推進ジャッキ４のロッド4a端に装着しているスプレッダ4bを押接させ、推進ジャッキ４のロッド4aを伸長させることによってセグメントＳに反力をとって前進し、カッタヘッド３により切羽地盤を掘削しながらトンネルを掘進する。
【００１９】
シールド掘削機本体１のテールプレート2A内でセグメントＳをリング状に組み立てていく場合、エレクタによって組み込まれるセグメントＳ（新設セグメントＳ）の組立個所に対応した推進ジャッキ４を収縮させて組立空間部を形成したのち、この組立空間部内にエレクタを使用してテールプレート2Aの内周面に沿って新設セグメントＳを配設し、このセグメントＳを先に組み込んだ既設セグメントＳにその対向側端面を接合させて対向側端面に設けているボルト連結孔を合致させてこの既設セグメントＳと共にボルトで連結し、この状態にして該新設セグメントＳの外周面に対向してテールプレート2Aの内周面に装着している流体バッグ５を膨脹させ、その膨脹圧により新設セグメントＳをその配設位置に拘束する。
【００２０】
この作業中においても、先に組み込んだ隣接する既設セグメントＳの前端面に対しては推進ジャッキ４の推進反力を受止させて該推進ジャッキ４を伸長させることによりシールド掘削機本体１を掘進させている。そして、上記のように組み込んだ新設セグメントＳを流体バッグ５の膨脹圧によって拘束したのち、収縮させておいた上記推進ジャッキ４を伸長させてそのロッド端に装着しているスプレッダ4bを該セグメントＳの前端面に当接させ、その状態からさらに伸長させて他の既設セグメントＳの前端面に推進反力を支持させている推進ジャッキ４と共にシールド掘削機本体１の掘進に供する。このように、掘進中においてトンネル周方向に組み立てられる複数個のセグメントＳによってリングを形成したのち、セグメントＳの外周面を押圧している流体バッグ５を収縮させて該セグメントＳの拘束を解く。
【００２１】
上述したように、テールプレート2Aの内周面に沿って周方向に組立られたセグメントＳの前端面に推進ジャッキ４の推進反力をとりながらシールド掘削機本体１を掘進させると共にその掘進中に次の新設セグメントＳを組み込んで該セグメントＳを流体バッグ５の膨脹圧により先に組み込んだセグメントＳに対して正確な位置に接合させた状態で互いにボルトで連結し、この新設セグメントＳに推進ジャッキ４の推進反力を支持させてトンネルの掘進を続行し、このセグメントＳ、Ｓ同士の組立作業を順次行ってリング状に組み立てた後、流体バッグ５を収縮させる作業を繰り返し行ってトンネルを掘進しながら複数個のセグメントＳを順次リング状に組立てるものである。
【００２２】
上記各流体バッグ５は、機内から供給ホース８を通じて圧縮空気等の圧力流体を該流体バッグ５内に供給することによって膨脹し、その膨脹により流体バッグ５の収納凹所６の開口端を閉止していた押圧蓋板９が図５に示すように、引張りスプリング10の引張力に抗して内径方向に回動し、その後部を対向するセグメントＳの外周面に押圧させてセグメントＳが外方に移動するのを拘束すると共にセグメントがその押圧力によってシールド掘削機本体１の内径方向に力を受けて隣接するセグメントＳ、Ｓの対向端面同士を強固に圧接させ、該対向端面に設けているボルト連結孔を正確に合致させて互いのセグメントをボルトで締結する。
【００２３】
このように、周方向に隣接するセグメントＳ、Ｓの対向端面同士を接合させてボルトで締結した状態で上述したように該セグメントＳの前端面に推進ジャッキ４の推進反力をとって推進ジャッキ４のロッド4aを伸長させることによりシールド掘削機本体１を掘進させる。
【００２４】
この時、流体バッグ５を直接セグメントＳの外周面に圧着させることなく、後方に向かって斜め内方に傾斜している押圧蓋板９の後部を流体バッグ５の膨脹圧によってセグメントＳの外周面に圧接させているので、流体バッグ５を破損させることなく押圧蓋板９の後部をセグメントＳの外周面に摺動させながらシールド掘削機本体１を円滑に掘進させることができる。
【００２５】
この掘進時や掘進中において、トンネル軸方向とシールド掘削機の機軸方向とが同一方向に指向していない場合、例えば、方向制御時や曲線トンネル施工時等においては、推進ジャッキ４の推進力の一部が該推進ジャッキ４のロッド端のスプレッダ4bを受止している新設セグメントＳの前端面に対してこのセグメントＳを既設のセグメントの前端面を支点として外方に傾動、即ち、反りを生じさせようとする方向に作用するが、該新設セグメントＳはその作用力に抵抗する方向に外周面を流体バッグ５の膨脹圧によって押圧されているので、この新設セグメントＳは外方に傾動することなく周方向に隣接するセグメントＳ、Ｓ同士が互いにその接合面に設けているボルト連結孔を合致させた状態となり、セグメント同士のボルト締結作業が正確且つ能率よく行えるものである。
【００２６】
なお、以上の説明では矩形セグメントを組み立てる場合を対象にして説明したが、組み立てるセグメントが完全にリングを形成する前に推進反力を支持するとそのセグメントが外側に変位する現象はセグメントの形状が六角形セグメントであっても同様であるので、この六角形セグメントを組み立てる場合においても上記流体バッグからなる拘束手段を採用することができる。即ち、六角形セグメントは千鳥状に組み立てるもので、その前端は凹凸状になるからセグメントは完全なリングを形成することがなく、常に凸部が存在し、その凸部の前端面にシールド掘削機の推進ジャッキによる推進力を支持させると六角形セグメントは外側に変位する。この変位を防止するために、六角形セグメントとテールプレートとの間に上記流体バッグを装着するのである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に係るシールド掘削機によれば、シールド掘削機本体のテールプレート内でリング状に組立てられるセグメントの組立位置におけるテールプレートの内周面に、周方向に所定間隔毎に各セグメントの外周面に対向する流体バッグ収納凹所を形成し、これらの収納凹所に流体圧によって膨脹する流体バッグを配設し、この流体バッグの膨脹圧によってセグメントを組立位置に拘束するように構成しているので、シールド掘削機本体のテールプレート内で複数個のセグメントを周方向に順次接合しながらリング状に組立てていく際に、該セグメントの外周面に流体バッグを押接させることによって、セグメントが外方に妄動するのを確実に拘束することができると共に隣接するセグメントの接合面を正確に合致させた形態を維持することができ、従って、これらのセグメントの前端面に推進ジャッキのロッド端に装着しているスプレッダを当接、受止させて該セグメントに推進反力をとってシールド掘削機本体を掘進させる際に、トンネル軸方向とシールド掘削機の機軸方向とが同一方向に向いていない場合であっても、セグメントが外方に傾動することなく常に正確な組立姿勢を保持しながらシールド掘削機を掘進させることができる。
【００２８】
このように、複数個のセグメントによって周方向に完全なリング状に組み立てる前にセグメントの前端面に推進反力をとってシールド掘削機による掘進を行えるので、トンネルの高速施工が可能となるものであり、その上、上述したように掘進時においてもセグメントが流体バッグの膨脹圧によって所定の正確な組立姿勢に拘束されているので、セグメント同士の締結作業が正確且つ能率よく行えてセグメントの組立精度を向上させることができる。
【００２９】
このように、流体バッグに圧力流体を供給することによって膨脹させ、その膨脹圧をセグメントの外周面に作用させてセグメントをトンネル内径方向に押圧することにより周方向に隣接するセグメントとの対向端面同士を正確に接合させることができ、ボルトの締結を容易にすることができる。
【００３０】
さらに、上記流体バッグをシールド掘削機本体のテールプレートの内周面に複数個、周方向に所定間隔毎に装着しているので、リング状に組み立てられる全てのセグメントにパッド体を対向させることができ、従って、テールプレートの内周面に沿って周方向に組み込むセグメントを順次所定の組立位置に確実に保持してトンネルの掘進中におけるセグメント同士のボルトによる締結作業が能率よく行えると共に精度のよい組立てが可能となるものである。
【００３１】
また、上記収納凹所の開口端に可撓性を有する押圧蓋板を配設してこの押圧蓋板により流体バッグを収納凹所内に収縮状態で保持してあり、さらに、押圧蓋板の前端縁部を収納凹所の開口端における前端面に回動自在に取り付けると共に後端部と収納凹所の内底面間を引張りスプリングにより連結して、この引張りスプリングの引張力により押圧蓋板を収納凹所の開口端に閉止させているので、流体バッグを直接セグメントの外周面に圧着させることなく、後方に向かって斜め内方に傾斜している押圧蓋板の後部を流体バッグの膨脹圧によってセグメントの外周面に圧接させて、流体バッグを破損させることなく押圧蓋板の後部をセグメントの外周面に摺動させながらシールド掘削機本体を円滑に掘進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シールド掘削機の簡略縦断側面図、
【図２】  テールプレート部分の縦断正面図、
【図３】  流体バッグを配設した部分の拡大縦断正面図、
【図４】  その縦断側面図、
【図５】  流体バッグを膨脹させた状態の縦断側面図、
【図６】  従来例を示す縦断側面図。
【符号の説明】
１  シールド掘削機本体
２  スキンプレート
2A  テールプレート
４  推進ジャッキ
５  流体バッグ
６  収納凹所
９  押圧蓋板
10  引張りスプリング
【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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