(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一のシールド掘進機と他のシールド掘進機とを対向して掘進させ、一の掘進機のシールドフレームに他の掘進機のシールドフレームを嵌入して接合する地中接合用シールド掘進機において、一の掘進機のシールドフレームを、中折継手を介して接続された前胴および後胴から構成し、その前胴の外周部に軸方向にスライド自在のスライドフードを設け、そのスライドフード及び上記前胴の内部に軸方向に移動自在のカッタ支持部を設け、上記スライドフードの内周部前端部に、後方から上記カッタ支持部の前端を係合させて上記カッタ支持部によって上記スライドフードを前方に押し出すための段差部を設けたことを特徴とする地中接合用シールド掘進機。
【請求項２】
上記カッタ支持部が、中折れジャッキまたはシールドジャッキによって軸方向に移動される請求項１記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項３】
上記カッタ支持部に支持されたカッタ装置の前面に、地山との間に固化剤を注入してその圧力によってカッタ支持部を後退させるための固化剤注入口を設けた請求項１または２いずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【請求項４】
上記カッタ支持部に支持されたカッタ装置は、径方向に出没自在の伸縮カッタを有する請求項１から３いずれかに記載の地中接合用シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２台のシールド掘進機を対向して掘進させ、これらを突き合わせて双方のシールドフレームを接合して連続したトンネルを構築する地中接合用シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に示すように、一のシールド掘進機５１と他のシールド掘進機５２とを対向して掘進させ、一の掘進機５１のシールドフレーム５３に他の掘進機５２のシールドフレーム５４を嵌入させて接合する地中接合用シールド掘進機が知られている。
【０００３】
例えば、特開平１１−１２５０８９号公報に開示されたシールド掘進機５１は、図１１（ａ）に示すように、筒状のシールドフレーム５３内に、軸方向にスライド可能な内筒５５が設けられている。この内筒５５は通常掘進時には、シールドフレーム５３に固定されている。図１１（ｂ）に示すように、シールド掘進機５１が、地中接合地点に到着したら内筒５５とシールドフレーム５３を切り離す。その後、図１１（ｃ）に示すように、他のシールド掘進機５２を掘進させてカッタ５６を介して内筒５５を押圧すると共に、シールドフレーム５４先端の小径部分５７がシールドフレーム５３に嵌合するようになっている。
【０００４】
その後、ラップ部分にシール剤を充填して接合し、双方の掘進機５１，５２の隔壁５８，５９およびカッタ６１，５６を取り外して連続したトンネルを構築する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のシールド掘進機５１では、地中接合地点に到着したときに、他のシールド掘進機５３の先端を嵌合させながら、シールドフレーム５３内の内筒５５が後退するようになっている。すなわち、シールド掘進機５１では、内筒５５が予め先端に位置した状態で通常掘進を行うこととなる。そのため、通常のシールド掘進機と比較して、他のシールド掘進機５３との重合部分６３の長さだけ、機長が長くなってしまい、その分急カーブ施工が難しくなるといった問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題を解決するために案出されたものであって、その目的は、機長を短縮できる地中接合用シールド掘進機を提供することにある。
【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本発明は、一のシールド掘進機と他のシールド掘進機とを対向して掘進させ、一の掘進機のシールドフレームに他の掘進機のシールドフレームを嵌入して接合する地中接合用シールド掘進機において、一の掘進機のシールドフレームを、中折継手を介して接続された前胴および後胴から構成し、その前胴の外周部に軸方向にスライド自在のスライドフードを設け、そのスライドフード及び上記前胴の内部に軸方向に移動自在のカッタ支持部を設け、上記スライドフードの内周部前端部に、後方から上記カッタ支持部の前端を係合させて上記カッタ支持部によって上記スライドフードを前方に押し出すための段差部を設けたものである。
【０００８】
上記構成によれば、前胴の外周部に軸方向にスライド自在のスライドフードを設けたことによって、機長を短縮でき、スライドフードを後退させた短い状態で通常掘削が行える。また、スライドフードと共に前進するカッタ支持部を設けたので、カッタで掘削しながらシールドフレームが前方にスライドでき、その移動が円滑に行われると共に、地中接合時には、カッタ支持部がスライドフードから切り離されて後退するので、他のシールド掘進機のシールドフレームの先端部が、一のシールド掘進機のシールドフレーム内に嵌合できる。
【０００９】
そして、上記カッタ支持部が、中折れジャッキまたはシールドジャッキによって軸方向に移動されるものが好ましい。
【００１１】
また、上記カッタ支持部に支持されたカッタ装置の前面に、地山との間に固化剤を注入してその圧力によってカッタ支持部を後退させるための固化剤注入口を設けたものが好ましい。
さらに、上記カッタ支持部に支持されたカッタ装置は、径方向に出没自在の伸縮カッタを有するのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る地中接合用シールド掘進機の実施の形態を示した概略側断面図、本発明に係る地中接合用シールド掘進機の実施の形態を示した正面図、図３から図８は地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態の地中接合用シールド掘進機１は、筒状のシールドフレーム２を前後に前胴３と後胴４とに分割し、それら前胴３と後胴４とを中折継手５を介して屈曲自在に接続したいわゆる中折れシールドとなっており、図８に示した他のシールド掘進機６のシールドフレームの嵌入を許容するものである。
【００１５】
中折継手５は、前胴３の後端部に設けられた凹球状の軸受座１１と、この軸受座１１の内側にラップするように後胴４の前端部に設けられた凸球状の軸受座１２とからなっている。各軸受座１１，１２の曲率は、シールドフレーム２の断面中心からの半径に一致している。また、軸受座１２と前胴３の間には、地中接合地点に到達後、止水シール１４が介設される。
【００１６】
前胴３の外周部には、軸方向にスライド自在のスライドフード７が設けられている。スライドフード７及び前胴３の内部には、カッタ装置１５を支持するカッタ支持部８が設けられている。
【００１７】
カッタ装置１５は、カッタを駆動させる駆動モータ１６と、この駆動モータ１６にて回転するカッタ回転軸１７と、カッタ回転軸１７の先端に設けられたカッタスポーク１８とを有している。カッタスポーク１８の前面には、複数のカッタビット１９が設けられている。カッタスポーク１８の外周側端部には、径方向外側に延びる伸縮カッタ２１が設けられている。カッタ回転軸１７及びカッタスポーク１８の前面には、前方の地山との間に固化剤を注入する固化剤注入口３５が複数設けられている。
【００１８】
カッタ支持部８は、前胴３より小径の円筒部材１０と、その内部に配置され地中接合用シールド掘進機１の内外を区画するバルクヘッド９とを有している。
【００１９】
円筒部材１０の後端には、フレーム２２が形成されており、このフレーム２２と、前胴３に設けられたブラケット２３とをボルト等で固定することによって、カッタ支持部８と前胴３とが固定されている。フレーム２２の後方には、後胴４に固定された中折れジャッキ２４のロッド２５が固定されている。
【００２０】
円筒部材１０には、その内部から、径方向外方に伸縮して、前胴３或いはシールドフレーム２に当接する保持ジャッキ２７が設けられている。この保持ジャッキ２７は、上下２カ所ずつ対角線上に配置されており、カッタ支持部８の軸心位置を保持するようになっている。
【００２１】
バルクヘッド９の前面には、地中接合用シールド掘進機１の前方の地山との間に固化剤を注入する固化剤注入口２６が設けられている。この固化剤注入口２６は、図２に示すように、バルクヘッド９の全面に亘ってバランス良く９カ所に形成されている。バルクヘッド９の下部には、掘削土砂を後方に排出するためのスクリュコンベア３３が開口して取り付けられている。
【００２２】
スライドフード７は、円筒状に形成されており、その内周部前端には、カッタ支持部８の前端を係合させるための段差部２８が設けられている。この段差部２８の後方から、カッタ支持部８の前端が係合するようになっている。
【００２３】
カッタ支持部８の外周部前端には、スライドフード７との間を止水するリング状のシール２９が設けられている。
【００２４】
前胴３の前端にも、スライドフード７との間を止水するリング状のシール３１が設けられている。前胴３の外周面後端は、スライドフード７の外周面と面一とするために、径方向外側に厚くなった厚板状に形成されている。
【００２５】
次に、上記構成による地中接合用シールド掘進機１の作動を説明しながら、その作用を説明する。
【００２６】
図３に示すように、まず、地中接合地点よりも所定距離、例えば１７００ｍｍ手前で、シールド掘進機１を停止させる。この所定距離は、スライドフード７のスライド量に相当している。そして、前胴３と軸受座１２とを溶接して、前胴３と後胴４とを固定する。その後、フレーム２２とブラケット２３とを固定しているボルトを取り外して、カッタ支持部８と前胴３とを切り離す。
【００２７】
次に、図４に示すように、カッタ装置１５を駆動させながら、中折れジャッキ２４を伸長させて、カッタ支持部８、カッタ装置１５、スクリュコンベア３３  （以下カッタ装置１５等と称する）及びスライドフード７等を前方に押し出す。このとき、地山を掘削しながらスライドフード７を前方に押し出すこととなるので、地山が固い場合でも、その作動が円滑に行われる。
【００２８】
このスライドフード７及びカッタ装置１５等の押し出しの際、中折れジャッキ２４は、スペーサ３２を使用して、複数回（本実施の形態では、３回）に分けて伸縮する。すなわち、中折れジャッキ２４が１ストローク分伸長したところで、ロッド２５をフレーム２２から一旦切離し、中折れジャッキ２４を縮退させる。そして、ロッド２５とフレーム２２との間に、円柱状のスペーサ３２を挿入して固定し、再度中折れジャッキ２４を伸長させる。スペーサ３２の長さは、中折れジャッキ２４のストローク長さと略同等である。この作動を複数回繰り返して、スライドフード７及びカッタ装置１５等の押し出しを行う。
【００２９】
このように、スペーサ３２を介して、中折れジャッキ２４の伸縮を複数に分けたことによって、中折れジャッキ２４を、カーブ施工時の中折れに必要な長さ以上にしなくてよい。
【００３０】
次に、スライドフード７及びカッタ装置１５等の押し出しが終了したならば、図５に示すように、前胴３の先端とスライドフード７の後端とを溶接にて固定すると共に、伸縮カッタ２１を縮退させて、スライドフード２の内径内に、カッタを収める。
【００３１】
その後、カッタスポーク１８に設けられた固化剤注入口３５やバルクヘッド９に設けられた固化剤注入口２６から固化剤を注入しながら、カッタ装置１５を駆動させると共に、スクリュコンベア３３を駆動させる。これによって、カッタスポーク１８が回転し、カッタスポーク１８とバルクヘッド９との間の土砂が撹拌翼３４で撹拌されてスクリュコンベア３３にて排出される。
【００３２】
スクリュコンベア３３は、固化剤が後方に排出されるのが確認されるまで駆動させる。これによって、カッタスポーク１８とバルクヘッド９との間の空間が、掘削土砂から固化剤に置換されて、固化剤のみで充填されることとなり、固化状態が良好となる。
【００３３】
その後、図６に示すように、カッタ回転軸１７及びカッタスポーク１８の前面に設けられた固化剤注入口３５から固化剤を注入して、その圧力でカッタ装置１５等を後退させる。この固化剤注入圧は、中折れジャッキ２４の推力より若干大きくなるように調整されており、安定した速度で、カッタ装置１５等を後退させることができる。
【００３４】
このとき、カッタ支持部８は、その前端がスライドフード７の前端の段差部２８に係合しているだけなので、特に切離しの作業は行わなくてもよい。また、前胴３とスライドフード７とが溶接固定されているので、スライドフード７を前方に残しつつ、カッタ装置１５等を後退させることができる。
【００３５】
さらに、カッタ支持部８の上下から保持ジャッキ２７がスライドフード７に延びて、強すぎない適度な力で押圧しているので、保持ジャッキ２７はスライドフード７に対して摺動しながら、カッタ支持部８の軸心位置を保持することができる。
【００３６】
そして、中折れジャッキ２４が１ストローク分縮退したところで、固化剤の注入を一旦停止させ、スペーサ３２を一つ取り外して、中折れジャッキ２４を伸長させて、フレーム２２に固定した後、再度中折れジャッキ２４を縮退させる。この作業を繰り返して行うことによって、カッタ装置１５等を後退させる。
【００３７】
カッタ装置１５等が１７００ｍｍ後退して、元の位置に戻ったなら、図７に示すように、フレーム２２とブラケット２３とを溶接固定して、前胴３とカッタ支持部８とを固定すると共に、後胴４とセグメント３６とを固定する。
【００３８】
その後、スクリュコンベア３３の後部、中折れジャッキ、シールドジャッキ、駆動モータ１６、ロータリジョイント、エレクタ等の後方に設けられた各種機器を撤去する。
【００３９】
これで、地中接合用シールド掘進機１の地中接合点での作動が終了する。
【００４０】
このように、地中接合用シールド掘進機１の前面に固化剤が充填されているので、他のシールド掘進機６が到着するまでの間、待機することができる。すなわち、万一、他のシールド掘進機６の地中接合点への到着時期がずれる場合であっても、地中接合用シールド掘進機１の作業は先に終了させることができるので、後方の各種機器の撤去等にかかる時間分の工期短縮を図ることができる。
【００４１】
本発明によれば、前胴３の外周部にスライドフード７を設けたことによって、そのスライドの距離分、機長を短縮でき、スライドフード７を後退させた短い状態で通常掘削が行えるので急カーブ施工に対応することができる。
【００４２】
また、元々ある中折れジャッキ２４を利用して、スライドフード７の押し出しを行っているので、そのための装置を別体で設ける必要がなく、装置の複雑化及び重量化を防止することができる。
【００４３】
他のシールド掘進機６が到着したら、図８に示すように、互いのカッタ装置１５，３８の先端が当接するところまで、他のシールド掘進機６で固化剤を掘削する。シールド掘進機６の前胴（シールドフレーム）３９は、スライドフード７の内部に収まる外形に形成されている。前胴３９の外周前端には、固化剤注入装置４１が開口しており、掘進しながら、シールド掘進機６の前胴３９と、地中接合用シールド掘進機１のスライドフード７との隙間に固化剤を充填するようになっている。
【００４４】
上述の地中接合用シールド掘進機１では、スライドフード７が前方に移動した状態で、他のシールド掘進機６と接合されるので、シールド掘進機６には、フードを設けることなく、その前胴３９の先端部を、スライドフード７内に直接嵌合させることができる。
【００４５】
シールド掘進機６の前胴３９と、地中接合用シールド掘進機１のスライドフード７との重合部４７は、略５００ｍｍラップするようになっている。これによって、その隙間の止水効果が確保される。よって、内部の各種機器及び固化剤を撤去することができると共に、内側から前胴３９とスライドフード７とを固定できる。
【００４６】
なお、図８のシールド掘進機６の前胴３９は、全長に亘ってスライドフード７より小径に形成されているが、先端の一部分のみが縮径して、小径に形成されるものであってもよい。
【００４７】
図９及び図１０は本発明に係る地中接合用シールド掘進機の他の実施の形態を示した概略側断面図である。
【００４８】
この地中接合用シールド掘進機１´は、図１の地中接合用シールド掘進機１が中折れジャッキ２４を用いて、スライドフード７及びカッタ装置１５等を移動させたのに対して、シールドジャッキ３７を用いて、スライドフード７及びカッタ装置１５等を移動させるものである。
【００４９】
この他の実施の形態の地中接合用シールド掘進機１´では、カッタ支持部８の円筒部材１０の内部に、シールドジャッキ３７に連結される固定ブラケット４３が設けられている。固定ブラケット４３は、各シールドジャッキ３７の前方にそれぞれ配置されている。なお、その他の構成については、図１の地中接合用シールド掘進機１と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
次に、地中接合用シールド掘進機１´の作動を説明する。
【００５１】
まず、地中接合地点よりも所定距離（１７００ｍｍ）手前で、シールド掘進機１´を停止させる。そして、前胴３と軸受座１２とを溶接して、前胴３と後胴４とを固定すると共に、シールドジャッキ３７先端のジャッキシュー４４をセグメント３６に固定して、シールドジャッキ３７を後胴４の取付ブラケット４５から切り離す。
【００５２】
その後、図１０に示すように、シールドジャッキ３７を縮退させる。このとき、ジャッキシュー４４がセグメント３６に固定されているので、シールドジャッキ３７の本体側が後方に引き寄せられる。そして、シールドジャッキ３７の前端と固定ブラケット４３との間にスペーサ４６を取り付ける。なお、上述の作業は、各シールドジャッキ３７一本ずつ順次行っていく。この作業が終了したら、中折れジャッキ２４を全数撤去する。
【００５３】
次に、カッタ装置１５を駆動させながら、シールドジャッキ３７を伸長させて、スライドフード７及びカッタ装置１５等を前方に押し出す。シールドジャッキ３７が一旦伸長したところで、スペーサ４６をシールドジャッキ３７から切離し、シールドジャッキ３７を縮退させる。そして、シールドジャッキ３７とスペーサ４６との間に、新たなスペーサ４６を挿入して固定し、再度シールドジャッキ３７を伸長させる。
【００５４】
この様にして、シールドジャッキ３７を用いて、スライドフード７及びカッタ装置１５等を移動させる作動以外は、上述の地中接合用シールド掘進機１の作動と同様であるのでその説明を省略する。
【００５５】
本実施の形態の地中接合用シールド掘進機１´によれば、シールドジャッキ３７のストロークが、中折れジャッキ２４のストロークよりも長いので、スペーサの挿入回数を減らすことができ、作業時間を短縮することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る地中接合用シールド掘進機によれば、前胴の外周部に軸方向にスライド自在のスライドフードを設けたことによって、機長を短縮でき、スライドフードを後退させた短い状態で通常掘削が行える。また、スライドフードと共に前進するカッタ支持部を設けたので、カッタで掘削しながらシールドフレームが前方にスライドでき、その移動が円滑に行われると共に、地中接合時には、カッタ支持部がスライドフードから切り離されて後退するので、他のシールド掘進機のシールドフレームの先端部が、一のシールド掘進機のシールドフレーム内に嵌合できるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地中接合用シールド掘進機の実施の形態を示した概略側断面図である。
【図２】本発明に係る地中接合用シールド掘進機の実施の形態を示した正面図である。
【図３】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図４】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図５】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図６】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図７】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図８】地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図９】本発明に係る地中接合用シールド掘進機の他の実施の形態を示した概略側断面図である。
【図１０】他の実施の形態の地中接合用シールド掘進機の作動を説明するための図である。
【図１１】従来の地中接合用シールド掘進機を示した概略側断面図及びその作動を説明するための図である。
【符号の説明】
１  一のシールド掘進機
２  （一のシールド掘進機の）シールドフレーム
３  前胴
４  後胴
５  中折継手
６  他のシールド掘進機
７  スライドフード
８  カッタ支持部
１５  カッタ装置
２４  中折れジャッキ
２６  固化剤注入口
２８  段差部
３５  固化剤注入口
３７  シールドジャッキ
３９  （他のシールド掘進機の）シールドフレーム
【図１】
0003911385.tif 000002
【図２】
0003911385.tif 000003
【図３】
0003911385.tif 000004
【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】
0003911385.tif 000009
【図９】
0003911385.tif 000010
【図１０】
0003911385.tif 000011
【図１１】
0003911385.tif 000012