(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前方部分にカッタヘッドを回転自在に設け、前記シールド本体の前部の周縁部に沿って環状空間室を形成し、この環状空間室内に、前記カッタヘッドに連結する保持部材と、前縁部の複数箇所に切断ビットが突設されたカッタリングとを設け、このカッタリングを前記保持部材により、前後方向で摺動自在にかつ旋回トルクを受け止めて支持することによって、カッタリングをカッタヘッドと一体状に回転自在に構成するとともに、前後摺動させる作動装置を、環状空間室内でカッタヘッド側とカッタリング側との間に配置したことを特徴とする既設トンネル接続施工用のシールド掘進機。
【請求項２】
作動装置は、ピストンロッドを前後方向において逆方向として一体化した一対のシリンダー装置からなり、前側をカッタヘッド側に連結するとともに、後側をカッタリング側に連結した状態で、カッタリングの周方向の複数箇所に設けたことを特徴とする請求項１記載の既設トンネル接続施工用のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば既設トンネルの側壁部に別の新しいトンネルをドッキングさせるための既設トンネル接続施工用のシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシールド掘進機としては、たとえば特開平１０−２８０８６７号公報に見られる構成が提供されている。
すなわち、この従来構成においてシールド掘進機は、シールド本体の前部の周縁部に沿って環状空間室を形成し、この環状空間室を構成する内側環状板部の内方に、カッタヘッドを回転自在に支持し、環状空間室内に、前縁部の複数箇所に切断ビットが突設されたカッタリングを、シールド本体の周縁部に沿って旋回自在にかつ前後方向で摺動自在に配置し、このカッタリングの周方向の所定位置において、カッタヘッドに設けられたコピーカッタ装置の出退自在なカッタ部に係脱自在な係合穴を形成して構成している。
【０００３】
そして、カッタリングのカッタヘッドへの接続は、シリンダー装置により押出部材を作動させ、複数の押出伝達部材を介してカッタリングを間欠的に押出したのちボルトにより固定することで行われ、または、カッタリングの係合穴にカッタヘッド周辺部のシリンダー装置およびノブが間欠的に係合されることで行われる。これらによりカッタリングは、カッタヘッドに固定されてこのカッタヘッドとともに回転し、以て既設トンネル外周部のセグメントの切削が行われる。
【０００４】
これにより、既設トンネルの側壁部に対して、枝線として別の新しいトンネルのドッキングを、容易に、かつ既設トンネルに損傷を与えずに構築し得る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のシールド掘進機によると、カッタリングのカッタヘッドへの接続は、カッタリングを間欠的に押出したり、カッタリングの係合穴にカッタヘッド周辺部のシリンダー装置およびノブを間欠的に係合させたりして行うため、すなわち尺取り状に行うため、カッタリングの広範囲にわたる連続的な進退ができず、効率の悪いものになる。さらに後者では、カッタヘッド駆動部分（特にスライド機構）が複雑となっていた。
【０００６】
そこで本発明のうち請求項１記載の発明は、カッタリングの広範囲にわたる連続的な進退を可能とし得、しかもカッタヘッド駆動部分を簡略化し得る既設トンネル接続施工用のシールド掘進機を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の既設トンネル接続施工用のシールド掘進機は、シールド本体の前方部分にカッタヘッドを回転自在に設け、前記シールド本体の前部の周縁部に沿って環状空間室を形成し、この環状空間室内に、前記カッタヘッドに連結する保持部材と、前縁部の複数箇所に切断ビットが突設されたカッタリングとを設け、このカッタリングを前記保持部材により、前後方向で摺動自在にかつ旋回トルクを受け止めて支持することによって、カッタリングをカッタヘッドと一体状に回転自在に構成するとともに、前後摺動させる作動装置を、環状空間室内でカッタヘッド側とカッタリング側との間に配置したことを特徴としたものである。
【０００８】
したがって請求項１の発明によると、カッタヘッドを回転させて、このカッタヘッドに保持部材を介して一体状とされたカッタリングを回転させた状態で、作動装置によりカッタリングを前方に突出させることで、カッタリングを、回転させながら前方へ突出させることになり、以てカッタリングを既設トンネル側に押し付けて、既設トンネルの側壁部の掘削を開始し得る。その際にカッタリング側の旋回トルクをカッタヘッド側で好適に受け止め得る。このようにカッタリングをカッタヘッドに初めから設置したことにより、作動装置の作動によって、カッタリングの広範囲に亘る連続的な進退が可能となる。
また本発明の請求項２記載の既設トンネル接続施工用のシールド掘進機は、上記した請求項１記載の構成において、作動装置は、ピストンロッドを前後方向において逆方向として一体化した一対のシリンダー装置からなり、前側をカッタヘッド側に連結するとともに、後側をカッタリング側に連結した状態で、カッタリングの周方向の複数箇所に設けたことを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項２の発明によると、伸展状態にある両シリンダー装置群のうち、前後における一方のシリンダー装置群を同期して収縮させてカッタリングを前方に突出させ、引き続いて他方のシリンダー装置群を同期して収縮させてカッタリングをさらに前方に突出させるることで、カッタリングを回転させながら前方へ突出させ得る。このようにカッタリングの押し出しは、一対のシリンダー装置により２段階で行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図１０に基づいて説明する。
図１〜図３において、１はシールド掘進機における屈折式のシールド本体で、その前方部分には、カッタヘッド２が回転自在に設けられている。前記シールド本体１の前部の周縁部（外周部）に沿っては、外側のスキンプレート３と内側の環状板４とにより環状空間室５が形成されている。そして、前記環状板４の内側には、カッタヘッド２を回転させるための回転駆動装置６が設けられている。
【００１１】
この回転駆動装置６は、前記環状板４の内方に配置された支持部７に旋回軸受８を介して旋回自在に配置された回転部９と、前記支持部７側に取り付けられ歯車伝動装置１０を介して前記回転部９を回転させる回転駆動部（例えば、油圧モータ）１１などから構成されている。そして、前記回転部９の先端部に前記カッタヘッド２が連結されている。
【００１２】
このカッタヘッド２は、放射状に設けられるとともに両側縁部に多数のカッタビット２１がそれぞれ設けられた複数個のスポーク体２２と、これら各スポーク体２２の内部に配置された出退用シリンダー装置（出退装置の一例）２３によりその先端面から出退自在にされたコピーカッタ２４やオーバカッタ２５などから構成されている。
【００１３】
前記環状空間室５内には、シールド本体１のスキンプレート（外周面）３に沿って環状に形成されたカッタリング３１が配置され、このカッタリング３１には、その前縁部の複数箇所に切断ビット３２が突設されている。そしてカッタリング３１は、カッタヘッド２と一体状で回転自在にかつカッタヘッド２に対して前後方向で摺動自在（出退自在）に構成されている。
【００１４】
すなわち、図１〜図６に示すように、環状空間室５内の周方向における三箇所（複数箇所）には保持部材３３が配設され、この保持部材３３は、内側板部３３Ａと、左右の側板部３３Ｂと、外側板部３３Ｃと、後板部３３Ｄなどにより、前面開放の箱状に形成されるとともに、その前端面が前記カッタヘッド２側に連結されている。
【００１５】
そしてカッタリング３１は、スキンプレート３と外側板部３３Ｃとの間に位置され、その際にカッタリング３１の外周面側は、スキンプレート３の内周面側に設けられた軸受装置３４を介して旋回自在にかつ摺動自在に支持されるとともに、カッタリング３１の内周面側は、外側板部３３Ｃの外周面側に設けられた支持装置３５を介して摺動自在に支持されている。
【００１６】
前記環状空間室５内でかつ各保持部材３３の部分（カッタリング３１の周方向の複数箇所）には、前記カッタリング３１を前後摺動させる作動装置４１が配置されている。ここで作動装置４１は、ピストンロッド４２Ａ，４３Ａを前後方向において逆方向とした一対のシリンダー装置４２，４３からなり、そのシリンダー本体４２Ｂ，４３Ｂは、平行され連結部材４４を介して一体化されている。
【００１７】
そして、第１のシリンダー装置４２における前向きのピストンロッド４２Ａが横ピン４５を介して前記カッタヘッド２側に連結され、また、第２のシリンダー装置４３における後向きのピストンロッド４３Ａが、横ピン４６やブラケット４７を介して前記カッタリング３１側に連結されている。ここでブラケット４７は、外側板部３３Ｃに形成された前後方向の長穴３６を貫通して位置されている。ここで第１のシリンダー装置４２群は同期して作動され、また第２のシリンダー装置４３群も同期して作動されるように構成されている。
【００１８】
そして両シリンダー装置４２，４３群が伸展動されることで、カッタリング３１は図３の実線に示すように、切断ビット３２がカッタヘッド２の後方となるような退入位置となり、また両シリンダー装置４２，４３群が収縮動されることで、カッタリング３１は図３の仮想線に示すように、切断ビット３２がカッタヘッド２より所定距離だけ突出した切断位置（突出位置）となるように、出退可能に構成されている。
【００１９】
またカッタリング３１の出退動と、旋回トルクの受け止めとを円滑に行わせるために、カッタリング３１の内周面側には凹状のキー溝３８が形成され、そしてキー溝３８に係合される凸状のキー体３９が、外側板部３３Ｃの外周面側に形成されている。なお、前記カッタリング３１の前縁部に設けられる切断ビット３２は、鉄筋コンクリート製やスチールセグメント製の既設トンネルＴの側壁部を掘削し得るものである。
【００２０】
以下に、上記したようにカッタヘッド２の外側にカッタリング３１を回転自在に有するシールド掘進機を使用して、既設トンネルＴに、枝線として小径の新しいトンネルを接続構築する工法を、図７〜図１０に基づいて説明する。
カッタリング３１により既設トンネルＴの側壁部に貫通穴を形成するに際し、まず図７に示すように、既設トンネルＴに小径トンネル掘削用のシールド掘進機が近づくと、このシールド掘進機の掘進（前進）を所定の位置（既設トンネルＴへの最接近位置）で停止させる。次いで、カッタヘッド２の外周面からコピーカッタ２４やオーバカッタ２５を引っ込める（退入させる）。このとき、側面地中接合切削用に、推進用ポンプユニット及びカッタ用ポンプユニットが切り換えセットされる。そして、シールド掘進機による貫通穴の形成が行われる。
【００２１】
すなわち、回転駆動装置６によりカッタヘッド２を高速で回転させ、このカッタヘッド２に保持部材３３やキー体３９などを介して一体状とされているカッタリング３１を高速で回転させる。この状態で、伸展状態にある両シリンダー装置４２，４３群のうち、たとえば第１のシリンダー装置４２群を同期して収縮させてカッタリング３１を前方に突出させ、引き続いて第２のシリンダー装置４３群を同期して収縮させてカッタリング３１をさらに前方に突出させる。
【００２２】
このようにカッタリング３１を、高速回転させながら低速で前方へ突出させることにより、カッタリング３１を既設トンネルＴ側に押し付けて、既設トンネルＴの側壁部の掘削を開始する。その際にカッタリング３１側のキー溝３８に外側板部３３Ｃ側のキー体３９が係合されていることで、カッタリング３１の突出動は円滑に行われ、またカッタリング３１側の旋回トルクをカッタヘッド２側で好適に受け止め得る。
【００２３】
このような既設トンネルＴの掘削により、図８に示すように貫通穴形成相当部が貫通して貫通穴Ｈが形成されたのち、止水を確認した状態で、図９に示すように既設トンネルＴ内から、カッタリング３１内に位置されている既設トンネルＴの掘削除去部（切断セグメント部分）の撤去を行う。
このようにして既設トンネルＴの側壁部の掘削が終了することで、シールド本体１と既設トンネルＴとは、カッタリング３１により接続された状態となっている。次いで、カッタリング３１やスキンプレート３などを残した状態でシールド掘進機を解体し撤去したのち、図１０に示すように、これらカッタリング３１やスキンプレート３などの内側にコンクリートを打設して２次巻コンクリート層５３を形成し、以てトンネル内壁面に覆工を施こす。これにより、既設トンネルＴの所望する箇所に、容易にかつ既設トンネルＴに損傷を与えることなく、枝線として小径の新しいトンネルＴ１を接続構築することができる。
【００２４】
なお、既設トンネルＴの掘削時において、たとえばカッタリング３１の前縁部の水噴出口から水が噴出されるように構成されているときには、掘削屑（切削屑）が水とともに外部に排出され、また同時に、カッタリング３１の掘削部の冷却も行える。
次に、本発明の第２の実施の形態におけるシールド掘進機を、図１１、図１２に基づいて説明する。
【００２５】
カッタリング３１は前後方向において長尺に形成されるとともに、その前後方向の中間部にブラケット４７が設けられている。そして、スキンプレート３と環状板４の後端とを連結する後端壁部６１の部分から後方へ後部収納部材６２が設けられ、この後部収納部材６２の前端部分に、カッタリング３１を内外から挟持して、このカッタリング３１の旋回と摺動との支持を行う軸受装置６３が設けられている。
【００２６】
この第２の実施の形態によると、カッタリング３１を高速回転させながら低速で前方へ突出させる際に、このカッタリング３１は、軸受装置３４と支持装置３５による前部支持と、内外の軸受装置６３による後部支持とが行われることで、その突出動は、より円滑にかつ安定して行われることになる。
次に、本発明の第３の実施の形態におけるシールド掘進機を、図１３、図１４に基づいて説明する。
【００２７】
すなわち、ブラケット（クレビス）４７と長穴３６とにより、カッタリング３１の突出動を円滑に行わせる構成と、カッタリング３１側の旋回トルクをカッタヘッド２側で好適に受け止めさせる構成とを兼用させており、これによると、第１の実施の形態で採用したキー溝３８とキー体３９との構成を省略し得る。
【００２８】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、カッタヘッドを回転させて、このカッタヘッドに保持部材を介して一体状とされたカッタリングを回転させた状態で、作動装置によりカッタリングを前方に突出させることで、カッタリングを、回転させながら前方へ突出させることになり、以てカッタリングを既設トンネル側に押し付けて、既設トンネルの側壁部の掘削を開始できる。その際にカッタリング側の旋回トルクをカッタヘッド側で好適に受け止めることができる。このようにカッタリングをカッタヘッドに初めから設置したことにより、作動装置の作動によって、カッタリングの広範囲に亘る連続的な進退を可能にでき、以て接続構築を効率よく行うことができるとともに、カッタヘッド駆動部の構造を簡素化できる。
【００２９】
また上記した本発明の請求項２によると、伸展状態にある両シリンダー装置群のうち、前後における一方のシリンダー装置群を同期して収縮させてカッタリングを前方に突出させ、引き続いて他方のシリンダー装置群を同期して収縮させてカッタリングをさらに前方に突出させるることで、カッタリングを回転させながら前方へ突出できる。このようにカッタリングの押し出しは、一対のシリンダー装置により２段階で行うことができ、以て強度を保たすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、既設トンネル接続施工用のシールド掘進機の縦断側面図である。
【図２】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機の正面図である。
【図３】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の縦断側面図である。
【図４】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の縦断正面図である。
【図５】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の平面図である。
【図６】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の横断平面図である。
【図７】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機を使用した既設トンネルへのシールド接続工法における掘進停止時の縦断側面図である。
【図８】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機を使用した既設トンネルへのシールド接続工法における切削時の縦断側面図である。
【図９】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機を使用した既設トンネルへのシールド接続工法における撤去時の縦断側面図である。
【図１０】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機を使用した既設トンネルへのシールド接続工法における接合完了時の縦断側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態を示し、既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の縦断側面図である。
【図１２】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を示し、既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の縦断側面図である。
【図１４】同既設トンネル接続施工用のシールド掘進機における作動装置配設部分の平面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
２    カッタヘッド
３    スキンプレート
４    環状板
５    環状空間室
６    回転駆動装置
２１    カッタビット
２４    コピーカッタ
２５    オーバカッタ
３１    カッタリング
３２    切断ビット
３３    保持部材
３３Ａ  内側板部
３３Ｃ  外側板部
３４    軸受装置
３５    支持装置
３６    長穴
３８    キー溝
３９    キー体
４１    作動装置
４２    第１のシリンダー装置
４２Ａ  ピストンロッド
４３    第２のシリンダー装置
４３Ａ  ピストンロッド
４７    ブラケット
５３    ２次巻コンクリート層
６２    後部収納部材
６３    軸受装置
Ｔ    既設トンネル
Ｔ１  新しいトンネル
Ｈ    貫通穴
【図１】
0004036574.tif 000002
【図２】
0004036574.tif 000003
【図３】
0004036574.tif 000004
【図４】
0004036574.tif 000005
【図５】
0004036574.tif 000006
【図６】
0004036574.tif 000007
【図７】
0004036574.tif 000008
【図８】
0004036574.tif 000009
【図９】
0004036574.tif 000010
【図１０】
0004036574.tif 000011
【図１１】
0004036574.tif 000012
【図１２】
0004036574.tif 000013
【図１３】
0004036574.tif 000014
【図１４】
0004036574.tif 000015