(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の胴部と、この第１の胴部の内側に嵌り込むとともにその第１の胴部と相対的に摺動可能な第２の胴部と、前記第１の胴部と第２の胴部とを互いに摺動させる摺動ジャッキと、前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止する摺動部シールを備えるトンネル掘削機において、
前記第２の胴部の一部を着脱自在な構造にするとともに、流体圧注入による膨張時に前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止する流体圧注入式シールを前記摺動部シールよりも土砂侵入側に設け、前記摺動部シールの交換時に、前記流体圧注入式シールにて前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止した後、前記第２の胴部の一部を分離することによりその摺動部シールの交換が行えるように構成することを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記第１の胴部は、通常掘進時には前記流体圧注入式シールの外周側を覆わない位置で摺動し、前記摺動部シールの交換時には前記流体圧注入式シールの外周側を覆う位置まで摺動するように構成され、この第１の胴部を、前記流体圧注入式シールの外周側を覆わない位置と外周側を覆う位置との間で摺動させる摺動手段が設けられる請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記第１の胴部が前胴であり、前記第２の胴部が、アーティキュレートジャッキの操作により互いに屈曲自在な中胴と後胴であり、前記摺動手段が前記前胴と後胴とを互いに摺動させる摺動ジャッキを兼ねている請求項２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記摺動部シールの交換時に、分離された前記第２の胴部の一部を取り外すことにより前記摺動部シールがトンネル掘削機の内部空間に露出される請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記摺動部シールの交換時に、分離された前記第２の胴部の一部を前方へ摺動させることにより前記摺動部シールがトンネル掘削機の内部空間に露出される請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機に関し、詳しくはトンネル掘削機の胴部における摺動部シールの交換構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機における胴部を前胴および後胴の二重構造にし、前胴および後胴の相互間を前後に摺動（スライド）可能に構成することによって、セグメント組立と掘進の同時施工を行えるようにしたトンネル掘削機が知られている。また、前記胴部を前胴、中胴および後胴の三重構造にして、スライド動作のほか、中胴および後胴間をアーティキュレートジャッキにより屈曲自在に連結して曲線施工を行えるようにしたものも知られている。
【０００３】
この種のトンネル掘削機においては、前胴と後胴（もしくは中胴）との間の摺動部（テレスコピック部）に土砂および地下水の侵入を阻止するための摺動部シールが設けられているが、長距離施工を行うとその摺動部シールが損傷することから、この摺動部シールの交換作業を行うことが必要となる。従来、このシール交換に際しては、周辺の地山の地盤改良もしくは地下水の浸入防止処置等の補助工法を用いて実施されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような補助工法を用いた場合には、コスト高であるだけでなく、河川や海底下で実施する場合は不測の事態の場合は危険を伴うことや、工期の長期化が避けられないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、地盤改良等の補助工法なしで、高水圧条件下でも容易に摺動部シールを交換することのできるトンネル掘削機を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるトンネル掘削機は、
第１の胴部と、この第１の胴部の内側に嵌り込むとともにその第１の胴部と相対的に摺動可能な第２の胴部と、前記第１の胴部と第２の胴部とを互いに摺動させる摺動ジャッキと、前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止する摺動部シールを備えるトンネル掘削機において、
前記第２の胴部の一部を着脱自在な構造にするとともに、流体圧注入による膨張時に前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止する流体圧注入式シールを前記摺動部シールよりも土砂侵入側に設け、前記摺動部シールの交換時に、前記流体圧注入式シールにて前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止した後、前記第２の胴部の一部を分離することによりその摺動部シールの交換が行えるように構成することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明において、摺動部シールの交換時には、流体圧注入式シールの外周部を覆う位置まで第１の胴部を摺動させてその流体圧注入式シールにて前記第１の胴部と第２の胴部との間を封止した後、第２の胴部の一部を分離することにより前記摺動部シールをトンネル掘削機の内部空間に露出させてその摺動部シールの交換が行われる。このように本発明によれば、地盤改良等の補助工法なしで、高水圧条件下でも容易に摺動部シールを交換することができるので、高水圧や土圧が作用する長距離施工トンネル掘削機を提供することができる。
【０００８】
本発明において、前記第１の胴部は、通常掘進時には前記流体圧注入式シールの外周側を覆わない位置で摺動し、前記摺動部シールの交換時には前記流体圧注入式シールの外周側を覆う位置まで摺動するように構成され、この第１の胴部を、前記流体圧注入式シールの外周側を覆わない位置と外周側を覆う位置との間で摺動させる摺動手段が設けられるのが好ましい。こうすることで、通常掘進時においても、流体圧注入式シールが損傷する恐れは少なく、しかも摺動部シールの交換時にその流体圧注入式シールによって第１の胴部と第２の胴部との間へ地下水や土砂侵入に対する封止を確実に行うことができる。
【０００９】
本発明において、前記第１の胴部が前胴であり、前記第２の胴部が、アーティキュレートジャッキの操作により互いに屈曲自在な中胴と後胴であり、前記摺動手段が前記前胴と後胴とを互いに摺動させる摺動ジャッキを兼ねているのが好ましい。これによって、胴部が前胴、中胴、後胴の３分割構造のものにも本発明を適用することができ、この場合、摺動ジャッキを摺動手段としても用いることができるので、専用の摺動手段を設ける必要がない。
【００１０】
本発明において、前記摺動部シールの交換時に、分離された前記第２の胴部の一部を取り外すことにより前記摺動部シールがトンネル掘削機の内部空間に露出される構成とすることもできるし、あるいは前記摺動部シールの交換時に、分離された前記第２の胴部の一部を前方へ摺動させることにより前記摺動部シールがトンネル掘削機の内部空間に露出される構成とすることもできる。ここで、前者の構成を採用する方が、トンネル掘削機の機長を短くすることができる利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるトンネル掘削機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１には、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の縦断面図が示されている。また、図２には、図１のＡ部拡大図（ａ）およびその部分断面図（ｂ）が示されている。
【００１３】
本実施形態のシールド掘進機１においては、胴部が、前胴２と、この前胴２の後部内側に嵌り込むとともにその前胴２と相対的に摺動可能な中胴３と、この中胴３の後部内側に嵌り込むとともにその中胴３と相対的に屈曲可能な後胴４とよりなる３分割構造とされている。こうして、前胴２と中胴３との嵌合部が摺動部を構成し、かつ中胴３と後胴４との嵌合部が屈曲部を構成している。また、前胴２および後胴４はいずれもトンネル掘削径とほぼ等しい外径、または若干後胴４が小さな外径を有してシールドの外殻を形成している。
【００１４】
前記前胴２の前部には、前面に多数個のディスクカッタ５を有するカッタヘッド６が装着されている。このカッタヘッド６は、カッタヘッド駆動用モータからの動力をピニオン，リングギヤを介して伝達することにより駆動される。また、前胴２にはバルクヘッド７によってチャンバー８が画成され、このチャンバー８内に先端部が開口するように土砂搬出用のスクリューコンベア９が配されている。
【００１５】
前記前胴２と後胴４とは、複数本のジャッキをラチス状に組み合わせてなるパラレルリンクシリンダ１０によって互いに連結されている。また、前記中胴３と後胴４との間にはアーティキュレートジャッキ１１が設けられている。さらに、後胴４の前端部内周面には複数本のシールドジャッキ１２が配され、これらシールドジャッキ１２のロッド先端部をセグメント１３の前端面に押し当てることによりそのセグメント１３から掘進反力を得るようにされている。なお、図１中、符号１４にて示されるのはセグメントエレクタである。
【００１６】
図２に示されているように、前胴２と中胴３との嵌合部（摺動部）には、前胴２の内周面側に摺動用の軸受（ブッシュ）１５が円周方向に所要個数配されるとともに、この軸受１５の後方に、それら前胴２と中胴３との間を封止する摺動部シールとしての止水シール１６およびダストシール１７がそれぞれ配されている。
【００１７】
また、前記中胴３の後端部外周面には、通常掘進時には筒状の収縮姿勢にあり、流体圧注入時に膨張される流体圧注入式シール１８が装着されている。さらに、この流体圧注入式シール１８の後方であって、前記中胴３と後胴４との嵌合部（屈曲部）にはダストシール１９が装着されている。
【００１８】
前記流体圧注入式シール１８は、図３に示されているように、中胴３の後端部外周面に形成された凹所２０に嵌め込まれるように配され、最内周側に設けられるリング状の可撓性部材２１と、この可撓性部材２１の外周側に設けられるリング状のシール部材２２を備え、これら可撓性部材２１とシール部材２２の前端部が当て板２３およびボルト２４によって中胴３本体に共締めされ、可撓性部材２１の後端部が当て板２５およびボルト２６によって中胴３本体に共締めされて構成されている。ここで、前記シール部材２２は、可撓性のシール材２２ａの外周面に多数の短冊状の芯金２２ｂを加硫接着してなる構造とされている。こうして、図３（ａ）に示される収縮姿勢において、流体注入口３ｃから可撓性部材２１の内周面側に圧力流体（圧力水等）が供給されると、この可撓性部材２１が径方向外側へ膨らみ、図３（ｂ）に示されるようにシール部材２２がその前端部を支点として径方向の外側へ変位して前胴２の内周面に押し付けられ、前胴２と中胴３との間が封止される。
【００１９】
一方、前記中胴３は長手方向に３分割構造とされて相互間がボルト締結され、この３分割の中央部分３ａは図２（ｂ）に示されるように円周方向にも複数（本実施形態では５つ）のピースに分割形成されている。ここで、これら各ピースのうちの１個のピース（キーピース３ｂ）は、他のピースに比べて小さめにされるとともに，矢印Ｂにて示されるように内側に容易に抜くことができる形状とされている。なお、前記中央部分３ａの位置およびその長手方向の長さは、前胴２を、その前胴２の後端部が流体圧注入式シール１８の外周面を覆う位置（図３（ｂ）に示される位置）まで摺動させた状態で、軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７がその中央部分３ａに対向する位置となるように設定されている。
【００２０】
本実施形態のシールド掘進機１においては、パラレルリンクシリンダ１０の作動によって前胴２と中胴３とを相対的に摺動させることにより胴部を伸縮させるとともに、シールドジャッキ１２を作動させ、掘進とセグメント１３の組立の同時施工が行われる。この場合、通常掘進時における胴部の全縮時に、前胴２と中胴３との相対位置関係は、図２（ａ）、図３（ａ）に示されるように前胴２の後端部によって流体圧注入式シール１８の外周部が覆われないような位置関係にある。
【００２１】
長距離掘進等によって軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７を交換する必要が生じた際には、パラレルリンクシリンダ１０を収縮操作して、前胴２を図２（ａ）に示される位置から更に収縮させ、図４（または図３（ｂ））に示されているように、この前胴２の後端部によって流体圧注入式シール１８の外周部が覆われる位置までその前胴２を摺動させる。これと同時に、流体圧注入式シール１８の内周面側に圧力流体を供給してその可撓性部材２１を径方向外側へ膨らませて前胴２と中胴３との間を封止する（図３（ｂ）参照）。この後、中胴３の中央部分３ａを取り外すことにより前記軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７をシールド掘進機１の内部空間に露出させ（図４参照）、この状態でそれら軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７の交換を行う。なお、中胴３の中央部分３ａを取り外す際には、キーピース３ｂを最初に矢印Ｂ方向に抜き出した後に他のピースを取り外すようにすることで、各ピースが容易に分解可能である（図２参照）。
【００２２】
また、軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７の交換後は、前述とは逆の手順によって中胴３の中央部分３ａを組み付け、流体圧注入式シール１８を元の位置に復帰させるとともに、前胴２を通常掘進時の全縮状態に戻した後、通常掘進に戻る。
【００２３】
本実施形態によれば、地盤改良等の補助工法なしに、高水圧条件下でも流体圧注入式シール１８によって前胴２と中胴３との間の封止を確実に行って、摺動部シール１６，１７および軸受１５を容易に交換することができるという効果がある。この場合、中胴３に対して前胴２の引き寄せ操作を行う手段を別途設けなくても、パラレルリンクシリンダ１０を利用してその引き寄せ操作を行うことができるという利点がある。
【００２４】
図５（ａ）（ｂ）および図６（ａ）（ｂ）には、本発明の他の実施形態に係るシールド掘進機における摺動部シールおよび軸受の交換手順が示されている。なお、本実施形態において、先の実施形態と共通する部分には図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとする。
【００２５】
本実施形態においては、中胴３Ａが中央部分３ｄと前端部分３ｅと後端部分３ｆとの３分割構造とされ、通常掘進時には、図５（ａ）（ｂ）に示されるようにそれら３つの部分が一体となって、前胴２と中胴３Ａとの相対的摺動時に伸縮される。なお、図５（ａ）に示されるのは掘削全縮時の状態、図５（ｂ）に示されるのは掘削全伸時の状態である。
【００２６】
この状態において、軸受１５、止水シール１６およびダストシール１７を交換する必要が生じた際には、図６（ａ）に示されるように、パラレルリンクシリンダ１０（図６には図示せず）を収縮操作して、前胴２を図５（ａ）に示される位置から更に収縮させ、この前胴２の後端部によって流体圧注入式シール１８の外周部が覆われる位置までその前胴２を摺動させる。これと同時に、流体圧注入式シール１８の内周面側に圧力流体を供給してその可撓性部材２１を径方向外側へ膨らませて前胴２と中胴３Ａとの間を封止する。次いで、中胴３Ａの中央部分３ｄと後端部分３ｆとを連結しているボルトを外してそれら中央部分３ｄと後端部分３ｆとを分離し、中胴３Ａと後胴４との間に介挿されているアーティキュレートジャッキ１１（図６には図示せず）の伸張操作により、中胴３Ａの中央部分３ｄと前端部分３ｅとを前方（矢印Ｃ方向）へ摺動させて止水シール１６およびダストシール１７をシールド掘進機１の内部空間に露出させる。そして、この状態でそれら止水シール１６およびダストシール１７の交換を行う。
【００２７】
この交換作業の後、図６（ｂ）に示されているように、中胴３Ａの中央部分３ｄと前端部分３ｅとを連結しているボルトを外してそれら中央部分３ｄと前端部分３ｅとを分離し、前記アーティキュレートジャッキ１１の収縮操作により、中胴３Ａの中央部分３ｄを後方（矢印Ｄ方向）へ摺動させ、次いでその中央部分３ｄと後端部分３ｆとをボルト締結により固定する。続いて、流体圧注入式シール１８を元の位置に復帰させるとともに、前胴２を通常掘進時の全伸状態にした後、中胴３Ａの前端部分３ｅを中央部分３ｄから分離し、この前端部分３ｅを前方（矢印Ｅ方向）へ摺動させて軸受１５をシールド掘進機の内部空間に露出させ、この状態で軸受１５の交換を行う。こうして、摺動部シール（止水シール１６、ダストシール１７）および軸受１５の交換が終了すると、中胴３Ａの前端部分３ｅを元の状態に戻して通常掘進に戻る。
【００２８】
なお、本実施形態の交換手順において、図６（ａ）に示される中胴３Ａの中央部分３ｄと後端部分３ｆとを分離する際に、この後端部分３ｆの位置保持を確実に行えるようにするために、この分離前にその後端部分３ｆと後胴４との間を固定棒によって固定するのが好ましい。
【００２９】
前記各実施形態においては、摺動部シール（止水シール１６、ダストシール１７）を前胴側に設けるものとしたが、この摺動部シールは中胴側に設けることもできる。また、流体圧注入式シール１８を中胴側に設けるものとしたが、この流体圧注入式シール１８は前胴側に設けても良い。
【００３０】
また、前記各実施形態においては、通常掘進時における胴部の全縮時に、前胴２の後端部によって流体圧注入式シール１８の外周部が覆われないようにしたが、この流体圧注入式シール１８の外周部を覆う位置まで摺動できるようにする実施形態も可能である。このようにすれば、シールド掘進機の機長の短縮化を図ることができる。
【００３１】
前記各実施形態においては、摺動部シールの交換時に前胴を後胴側に引き寄せる手段（摺動手段）としてパラレルリンクシリンダを共用するものとしたが、この摺動手段をパラレルリンクシリンダとは別個の手段を設けるようにしても良い。また、前記他の実施形態において、中胴３Ａの中央部分３ｄおよび前端部分３ｅを前方へ摺動させる手段としてアーティキュレートジャッキを共用するものとしたが、この摺動手段としてもアーティキュレートジャッキとは別個の手段を設けるようにしても良い。
【００３２】
前記各実施形態では、前胴、中胴および後胴の３分割構造の胴部を有するシールド掘進機について説明したが、本発明は、前胴と後胴の２分割構造の胴部を有するシールド掘進機に対しても適用することができる。
【００３３】
また、本発明は、各実施形態において説明した泥土圧式シールド掘進機に限らず、泥水加圧式シールド掘進機やＴＢＭのような他のトンネル掘削機に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部拡大図（ａ）およびその部分断面図（ｂ）である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、流体圧注入式シールの詳細図である。
【図４】図４は、摺動部シールおよび軸受の交換時の態様を示す図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）は、他の実施形態に係るシールド掘進機の摺動部シール交換手順（１）を示す図である。
【図６】図６（ａ）（ｂ）は、他の実施形態に係るシールド掘進機の摺動部シール交換手順（２）を示す図である。
【符号の説明】
１          シールド掘進機
２          前胴
３，３Ａ    中胴
４          後胴
１０        パラレルリンクシリンダ
１１        アーティキュレートジャッキ
１５        軸受
１６        止水シール（摺動部シール）
１７        ダストシール（摺動部シール）
１８        流体圧注入式シール
【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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