(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設地下構造物に到達合流するトンネルを掘削するドッキング用シールド掘進機であって、
シールド本体の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力室と地上側に連通する大気室とを区画する圧力隔壁を設置するとともに、前記圧力室の前部に切羽を掘削するカッタヘッドを配置し、
前記シールド本体から前方に出退自在に外嵌されて、突出時に土砂や地下水の流入を防止可能なフードを設け、
前記圧力室に対応するシールド本体のスキンプレートに、前記フードの出退方向に沿って複数のガイド用スリットを形成し、
前記フードに連結されるとともにガイド用スリットに案内され、圧力隔壁に形成された貫通孔に嵌脱自在に嵌入された連結部材を設け、
到達時に大気室側に設置され作動ロッドを前記連結部材に連結して貫通孔から圧力室前方に突出可能なフード伸縮用ジャッキを設けた
ことを特徴とするドッキング用シールド掘進機。
【請求項２】
カッタヘッドに、中心部材から放射方向に伸びる複数のカッタスポークを設け、
これらカッタスポークの一部を、フード外周位置からフードが通過可能な後退位置まで出退可能な伸縮スポークとするとともに、残りのカッタスポークの外周を前記フードが突出可能な長さの固定スポークに構成した
ことを特徴とする請求項１記載のドッキング用シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削したトンネルを既設トンネルや立坑などの既設地中構造物に接続するためのドッキング用シールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削したトンネルを立坑に接続する時に、地下水や土砂の流入を防止するフード(シールドフレーム)を具備したシールド掘進機が従来例１(特公平６−８４７１６号公報)に開示されている。この従来例１では、フードを押出すためのジャッキをシールド本体内に配置し、ジャッキの出力端とフードを連結するスリットをスキンプレートに形成している。このため、スリットの止水構造が難しいという問題がある。
【０００３】
このため、これを解決するものとして、従来例２(実公平６−２４４７３公報)が提案されており、この従来例２は、シールド本体の外面に、フードの連結部材が移動自在に嵌合される案内溝を形成し、シールド本体内に設置したジャッキのピストンロッドを前記案内溝に挿入して、連結部材に連結したものである。
【０００４】
また従来例３(特開平９−１６５９９４号公報)にも同様な構成が見られ、これは、シールド本体の外面に圧力室から大気室側に圧力隔壁を貫通してフードの連結部材が移動自在に嵌合される案内溝を形成し、シールド本体内に設置したジャッキのピストンロッドを前記案内溝に挿入して、連結部材に連結したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例２，３によれば、従来例１の問題は解決できるものの、シールを目的として、案内溝をそれぞれカバー部材で覆う必要がある。このため、スリットに沿ってカバー部材を取付ける作業が必要で工程数や必要部品が増加して製造コストが嵩み、また張り出すカバー部材により、シールド本体内での機器の設置空間が狭められて設計の自由度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決して、地下水や土砂の流入を良好に防止できるとともに、無駄な工程や部材を無くして製造コストの低減を図れ、シールド本体内の設計の自由度を妨げる程度が少ないドッキング用シールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、既設地下構造物に到達合流するトンネルを掘削するドッキング用シールド掘進機であって、シールド本体の前部に、切羽崩壊土圧を保持する圧力室と地上側に連通する大気室とを区画する圧力隔壁を設置するとともに、前記圧力室の前部に切羽を掘削するカッタヘッドを配置し、前記シールド本体から前方に出退自在に外嵌されて、突出時に土砂や地下水の流入を防止可能なフードを設け、前記圧力室に対応するシールド本体のスキンプレートに、前記フードの出退方向に沿って複数のガイド用スリットを形成し、前記フードに連結されるとともにガイド用スリットに案内され、圧力隔壁に形成された貫通孔に嵌脱自在に嵌入された連結部材を設け、到達時に大気室側に設置され作動ロッドを前記連結部材に連結して貫通孔から圧力室前方に突出可能なフード伸縮用ジャッキを設けたものである。
【０００８】
上記構成によれば、連結部材を介してフードを前方に押出すためのガイド用スリットを、シールド本体の圧力室に対応するスキンプレートに形成したので、ガイド用スリットから流入した地下水や土砂は圧力室で保持される。また圧力隔壁に形成された貫通孔には連結部材が嵌合されてシールされ、またフードと共に連結部材が前方に離脱した後も、フード伸縮用ジャッキの作動ロッドが嵌合されてシールされる。したがって、シールする部位も極めて少なくて済み、無駄な工程や部材を無くして製造コストの低減が図れ、シール用部材によりシールド本体内の設計の自由度が低下することもない。
【０００９】
また請求項２記載の構成は、請求項１記載の構成において、カッタヘッドに、中心部材から放射方向に伸びる複数のカッタスポークを設け、
これらカッタスポークの一部を、フード外周位置からフードが通過可能な後退位置まで出退可能な伸縮スポークとするとともに、残りのカッタスポークの外周を前記フードが突出可能な長さの固定スポークに構成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、カッタヘッドをスポーク式として、一部を伸縮式に構成したので、トンネル外周部の掘削も良好に行えるとともに、到達時のフードの押出しも容易に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るドッキング用シールド掘進機の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１２】
このシールド本体１は、図１，図２に示すように、球面軸受８および屈曲ピン９を介してジャッキ(図示せず)により所定角度範囲で折り曲げ自在に連結された前胴１ａと後胴１ｂからなり、前胴１ａの前部に圧力隔壁２が設置されて、前部に切羽崩壊土圧を支持する圧力室３が形成され、後部に地上側に連通される大気室４が形成されている。
【００１３】
前記圧力隔壁２の軸心部には、旋回軸受５を介してカッタ駆動軸６が回転自在に貫設され、その前部に切羽を掘削するカッタヘッド７が取付けられている。このカッタヘッド７は、たとえば中心部材７ａから放射方向に複数本のカッタスポーク７ｂ，７ｃを設けたスポーク式カッタヘッドで構成されている。
【００１４】
大気室４内には、カッタ駆動軸６の後部に、カッタヘッド７を回転駆動するカッタ駆動装置１１と、カッタヘッド７に油圧、電源などの駆動源や検出信号などを供給、送受するロータリジョイント１２やスリップリングなどが装着されている。前記カッタ駆動装置１１は、カッタ駆動軸６に固定された受動ギヤ１１ａと、この受動ギヤ１１ａに噛合する複数のピニオン１１ｂと、ピニオン１１ｂをそれぞれ回転駆動する複数の駆動モータ１１ｃとで構成されている。また圧力隔壁２の下部には、貫通して大気室４側に伸びるスクリュー式排土装置１３が設けられており、このスクリュー式排土装置１３により圧力室３の切羽崩壊土圧を保持しつつ圧力室３に取り込まれた掘削土砂を大気室４側に排出することができる。
【００１５】
また大気室４には、覆工用セグメント１５を組み立てるエレクタ装置１４と、組み立てられたセグメント１５を反力受けとしてシールド掘進機を推進する複数の推進ジャッキ１６が設けられてる。
【００１６】
前胴１ａのスキンプレート２１は、後胴１ｂと同径の後部に段部２１ａを介して僅かに小径に形成され、この小径部２１ｂに前方にスライド自在に外嵌される円筒状のフード２２が設けられている。このフード２２は、トンネルの到達位置で、地下構造物であるたとえば既設トンネル(既設地下構造物)２３との接続掘削時に前方に突出されて先端部を既設トンネル２３の覆工体２３ａに接触させ、土砂や地下水の流入を防止するもので、フード２２の接続用前端面２２ａは、覆工体２３ａの接続部の表面に合致するたとえば円弧形凹状に形成されている。
【００１７】
このフード２２は、到達時に複数のフード伸縮用ジャッキ２４により連結部材２５を介して前方に押出されるもので、前胴１ａ内には、フード伸縮用ジャッキ２４の装着空間２６が形成されている。前記連結部材２５は、図３，図４に示すように、フード２２の内面に取付けられたブラケット２５ａと、このブラケット２５ａに連結ピン２５ｂを介して連結されたロッド状の連結金物２５ｃからなる。そして、圧力室３に対応する前胴１ａのスキンプレート２１には、フード伸縮用ジャッキ２４に対応してブラケット２５ａがスライド可能な複数本のガイド用スリット２７がフード２２の出退方向に沿って形成され、スキンプレート２１の前端に開口されている。また圧力隔壁２には、ガイド筒２８によりシール材２８ａが介装された貫通孔２９が形成されており、貫通孔２９に連結金物２５ｃが嵌脱自在に挿入され止水されている。この連結金物２５ｃは、フード伸縮用ジャッキ２４の作動ロッド２４ａに連結可能に形成されるとともに、連結金物２５ｃと同一外径で、貫通孔２９をシール材２８ａにより止水しつつ貫通孔２９から圧力室３を通って前方に突出し連結部材２５を介してフード２２を前方に押出し可能に形成されている。
【００１８】
前記カッタヘッド７は、複数本のカッタスポーク７ｂ，７ｃのうち、半数が前記フード２２が通過可能な短尺の固定スポーク７ｂに形成され、固定スポーク７ｂには、図示しない多数のカッタビットが取付けられるとともに、伸縮ジャッキ７ｄにより外周側に突出自在なコピーカッタ７ｅが設けられている。また残りの半数は、フード２２の外周位置からフード２２が通過可能な外径まで収縮可能な伸縮スポーク７ｃに構成されており、固定フレーム７ｆに出退自在に装着された伸縮フレーム７ｇに外周端カッタビット７ｈが取付けられ、スポーク伸縮ジャッキ７ｉにより伸縮フレーム７ｇが出退駆動されて伸縮される。
【００１９】
上記構成において、図１に示すように、シールド掘進機が既に掘削された既設トンネル２３の覆工体２３ａに到達すると、スポーク伸縮ジャッキ７ｉにより伸縮スポーク７ｃが収縮される。さらにフード伸縮ジャッキ２４が前胴１ａ内に搬入されて装着空間２６に装着され、作動ロッド２４ａが連結金物２５ｃの後端部に連結される。そして、フード伸縮ジャッキ２４が伸展されてフード２２が前方に押出され、既設トンネル２３に到達される。この時、複数本のガイド用スリット２８から流入される地下水や土砂は圧力室３内で保持され、また圧力隔壁２に形成された貫通孔２９には、作動ロッド２４ａが嵌合されてシールされている。したがって、シールド本体１のシールも良好に行うことができる。そして、既設トンネル２３の覆工体２３ａが除去されてトンネルが接続される。
【００２０】
上記構成によれば、トンネルの接続作業時に、フード２２により地下水や土砂の流入を防止できるので、土質の凍結改良処理が不要になる。
またシールド本体１では、フード２２を駆動するためのガイド用スリット２８が圧力室３に臨んで形成されるので、シールする必要がなくなり、またシール構造としては、貫通孔だけになるが、ここにも連結金物２５ｃが嵌合されて良好にシールされ、またフード２２の突出移動中も作動ロッド２４ａが嵌合されてシールされるので、到達前および到達後も良好にシールすることができる。
【００２１】
さらにカッタヘッド７をスポーク式として、一部を伸縮スポーク７ａに構成したので、トンネル外周部の掘削も良好に行えるとともに、到達時のフード２２の押出しも容易に行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、連結部材を介してフードを前方に押出すためのガイド用スリットを、シールド本体の圧力室に対応するスキンプレートに形成したので、ガイド用スリットから流入した地下水や土砂は圧力室で保持される。また圧力隔壁に形成された貫通孔には連結部材が嵌合されてシールされ、またフードと共に連結部材が前方に離脱した後も、フード伸縮用ジャッキの作動ロッドが嵌合されてシールされる。したがって、シールする部位も極めて少なくて済み、無駄な工程や部材を無くして製造コストの低減が図れ、シール用部材によりシールド本体内の設計の自由度が低下することもない。
【００２３】
また請求項２記載の構成によれば、カッタヘッドをスポーク式として、一部を伸縮式に構成したので、トンネル外周部の掘削も良好に行えるとともに、到達時のフードの押出しも容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るドッキング用シールド掘進機の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示すＢ部拡大図である。
【図４】同Ｂ部の拡大側面図である。
【図５】同シールド掘進機のフード押出し時を示す縱断面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
１ａ  前胴
１ｂ  後胴
２    圧力隔壁
３    圧力室
４    大気室
７    カッタヘッド
７ｂ  固定スポーク
７ｃ  伸縮スポーク
１１    カッタ駆動装置
１３    スクリュー式排土装置
２１    スキンプレート
２２    フード
２２ａ  接続用前端面
２３    既設トンネル
２４    フード伸縮用ジャッキ
２５    連結部材
２５ａ  ブラケット
２５ｂ  連結ピン
２５ｃ  連結金物
２６    装着空間
２７    ガイド用スリット
２８    ガイド筒
２９    貫通孔
【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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