(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントリングにより覆工されるトンネルを掘削するためのシールド掘進機であって、シールド本体と、該シールド本体の前部に回転可能に支持されたカッタヘッドと、前記シールド本体に支持されその後方へ伸びる支持部材と、前記シールド本体の外部に配置されかつ前記支持部材に支持された複数のシールドジャッキであって前記トンネル内に配置されかつ前記セグメントリングにその周面で支持された物体を反力支承体とする複数のシールドジャッキとを含み、前記支持部材は、前部と、該前部に対して揺動可能に接続された後部とからなる、シールド掘進機。
【請求項２】
前記支持部材が前記シールド本体の軸線上または該軸線と平行に伸びる管状体からなる、請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
さらに、前記シールド本体の方向を制御するための複数のジャッキであって前記支持部材に支持され前記セグメントリングの周面に向けて伸長動作可能である複数の方向制御ジャッキを含む、請求項１または２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
前記反力支承体が前記セグメントリングの底部上に載置されるインバートの一部からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載のシールド掘進機。
【請求項５】
前記反力支承体が、前記支持部材の少なくとも一部を取り巻く筒状体と、該筒状体と前記セグメントリングとの間に配置され、前記筒状体を前記セグメントリングの周面に支持する複数のジャッキとからなる、請求項１ないし３のいずれかに記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削に用いられるシールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は地中を推進される筒状のシールド本体と、該シールド本体の前部に支持され、推進の間に地山に掘削作用を及ぼすためのカッタヘッドと、前記シールド本体を推進するための複数のシールドジャッキとを備える。
【０００３】
前記シールドジャッキは、前記シールド本体の内部に収容されかつこれに支持されている。また、前記シールドジャッキは、前記シールド掘進機により掘削されたトンネルを覆工するためにその壁面に沿って巻き立てられた複数のセグメントからなるセグメントリングの前端面に当たるように配置されている。
【０００４】
これによれば、前記シールド本体は、前記シールドジャッキの伸長動作により、前記セグメントリングを反力支承体として推進され、また、その推進方向を制御される。
【０００５】
ところで、シールド本体は、その推進上またはその推進方向の制御上、その長さ寸法が短いことが望ましい。長さ寸法が短いほうが、長いものと比べて、推進時の摩擦抵抗が少なく、また、地中でのシールド本体の方向変換が容易であるからである。
【０００６】
しかし、シールドジャッキは、シールド本体に対し、前記セグメントリングの軸線方向長さを上回る推進距離を付与し得る比較的長いストロークを有する。このため、このようなシールドジャッキを収容し得る比較的長いシールド本体の使用を余儀なくされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、シールド本体の長さ寸法の低減が可能であるシールド掘進機の構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のセグメントリングで覆工されるトンネルを掘削するためのシールド掘進機に関し、シールド本体と、該シールド本体の前部に回転可能に支持されたカッタヘッドと、前記シールド本体に支持されその後方へ伸びる支持部材と、前記シールド本体の外部に配置されかつ前記支持部材に支持された複数のシールドジャッキであって前記トンネル内に配置されかつ前記セグメントリングにその周面で支持された物体を反力支承体とする複数のシールドジャッキとを含み、前記支持部材は、前部と、該前部に対して揺動可能に接続された後部とからなる。
【０００９】
前記支持部材は前記シールド本体の軸線上または該軸線と平行に伸びる管状体からなるものとすることができる。
【００１０】
前記シールド掘進機は、さらに、前記シールド本体の方向を制御するための複数のジャッキであって前記支持部材に支持され前記セグメントリングの周面に向けて伸長動作可能である複数の方向制御ジャッキを含むものとすることができる。
【００１１】
前記反力支承体は、前記セグメントリングの底部上に載置されるインバートの一部、あるいは、前記支持部材の少なくとも一部を取り巻く筒状体と、該筒状体と前記セグメントリングとの間に配置され、前記筒状体を前記セグメントリングの周面に支持する複数のジャッキとからなる。
【００１２】
【発明の作用および効果】
本発明によれば、複数のシールドジャッキについて、これらをシールド本体の外部に配置しかつ該シールド本体からその後方へ伸びる支持部材で支持することから、従来のシールド掘進機における、シールド本体内へのシールドジャッキの収容に伴うシールド本体の長さ寸法設定上の制約を受けず、このため、前記従来のシールド掘進機と比べて長さ寸法の短いシールド本体とすることができる。したがって、推進時におけるシールド本体の摩擦抵抗の低減とこれに伴う推進動力を低減を図ることができ、また、その方向変換操作を容易にすることができる。
【００１３】
本発明のシールド掘進機にあっては、トンネルを覆工するセグメントリングにその周面で支持された物体を反力支承体とすることから、前記シールドジャッキを伸長動作させるとき、その反力を前記物体に担わせて前記シールド本体を推進させることができる。
【００１４】
前記シールドジャッキの反力を担う物体は、セグメントリングの下部上に載置され、後にトンネルの一部をなすインバートの一部、あるいは、前記トンネル内に一時的に配置される前記筒状体およびこれを保持するための複数のジャッキをもって構成することができる。
【００１５】
前記シールドジャッキの支持部材を前記シールド本体の軸線と平行に伸びる管状体とすることにより、前記管状体内にずりのための搬出路を確保することができる。また、前記シールド本体の方向制御については、前記支持部材に支持された複数の方向制御ジャッキを伸縮動作させることにより、行うことができる。さらに、前記支持部材を前部と、該前部に対して揺動可能に接続された後部とからなるものとするときは、前記支持部材を、真っ直ぐに伸びた状態から、前記前部に対して前記後部を揺動させて折れ曲がった状態とすることができる。これによれば、前記支持部材が真っ直ぐに伸びた状態ではその後部がトンネルの壁面に当り、前記シールド掘進機の進行を困難にする比較的急カーブでの推進について、これを容易にしまたは可能とすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明に係るシールド掘進機の一例が全体に符号１０で示されている。このシールド掘進機１０の使用により地中１２にトンネル１４が形成され、また、トンネル１４がその掘削壁面に沿って巻き立てられた例えばコンクリート製の複数のセグメントからなる、軸線方向に関して互いに突き合わされた複数のセグメントリング１６により覆工されている。
【００１７】
本発明は、いわゆる泥水式シールド、土圧式シールド等、その掘削方式を問わず適用可能である。
【００１８】
シールド掘進機１０は、筒状のシールド本体１８と、シールド本体１８の前部に回転可能に支持されたカッタヘッド２０と、シールド本体１８の後部に取り付けられその後方へ伸びる支持部材２２と、シールド本体１８の外部に配置されかつ支持部材２２に支持された複数のシールドジャッキ２４とを備える。
【００１９】
カッタヘッド２０はシールド本体１８内に配置された駆動源、例えばモータ（図示せず）によりその回転軸線の周りに回転駆動される。
【００２０】
シールド本体１８内には、従来のシールド掘進機におけると同様、カッタヘッド２０の作動により生じた掘削土砂であるずりを取り入れるための空間、ずりの搬送設備の一部（図示せず）、セグメントリング１６を構成するセグメントを所定位置に配置するためのエレクタ（図示せず）等の設備が設けられている。
【００２１】
支持部材２２は、好ましくは、シールド本体１８からその軸線上をその後方へ伸びる管状体からなる。この例に代えて、前記管状体はシールド本体１８の軸線と平行に伸びるものとすることができる。前記管状体は、図示の例のように矩形の横断面形状のものとするほか、例えば円形や他の多角形の横断面形状を有するもの、あるいは、また中実のものであってもよい。
【００２２】
前記管状体の内部には、ずりをシールド本体１８内からトンネル１４の後方へ搬送するために用いられる、送・排泥管、ベルトコンベヤ等からなるずり搬送設備（図示せず）を配置することができる。
【００２３】
支持部材２２は、その前端において、シールド本体２２のガーダー部とテール部との境界に配置されかつ固定された支柱２６（図２）に固定されている。支柱２６には、前記ずり搬送設備を通すための、前記管状体に連通する矩形の孔２８が設けられている。
【００２４】
前記管状体は、その前端より後方の部位、好ましくはその後端部において、後記方向制御ジャッキの一つ３８により支持され、これにより水平状態を維持されている。支持部材２２である前記管状体の長さ寸法は任意に定めることができる。
【００２５】
複数のシールドジャッキ２４は、複数のリブ２９で補強されたブラケット３０（図３）を介して、支持部材２２に支持されている。
【００２６】
ブラケット３０は、シールド本体１８からその後方へ間隔をおいた位置において、前記管状体の平坦な底面に固定され垂下している。
【００２７】
各シールドジャッキ２４は、その一端においてブラケット３０に固定または枢着され、その他端が後方に向けて前記管状体と平行に伸びている。各シールドジャッキ２４の他端にはスプレッダ３２が取り付けられている。
【００２８】
これらのシールドジャッキ２４のスプレッダ３２は、インバート３４の一部の前端面３６に対向している。インバート３４は、トンネル１４の一部として設けられ、セグメントリング１６の底部上に載置され、例えばトンネル１４内における鉄道や道路のための路床を規定する。インバート３４は、例えば鉄筋コンクリート製のブロックをトンネル１４の軸線方向へ順次に継ぎ足していくことにより形成される。
【００２９】
シールドジャッキ２４を伸長動作させることによりこれらのスプレッダ３２がインバート３４の一部の前端面に当接し、インバート３４の一部を反力支承体として、シールド本体１８が前方へ推進される。
【００３０】
シールドジャッキ２４の反力は、インバート３４を介して、セグメントリング１６にその周面から伝達され、分散される。これは、セグメントリング１６がその前端面において前記反力を承けることおよびこれに伴うセグメントリング１６の構成セグメントについての厚さ寸法を大きいものに設定することを不要とし、土水圧等の地盤条件に適合する厚さの薄いセグメントの使用を可能とする。
【００３１】
シールド掘進機１０は、さらに、シールド本体１８の推進方向を制御するための複数の方向制御ジャッキ３８，４０を備える。これらのジャッキ３８，４０は、支持部材２２である前記管状体に支持され、セグメントリング１６の周面に向けて伸長動作可能である（図４）。
【００３２】
図示の例では、シールド本体１８の上下方向に関する複数の方向制御ジャッキ３８が、前記管状体の平坦な上面および下面からそれぞれ上方および下方に向けて伸びている。また、シールド本体１８の水平方向に関する一対の方向制御ジャッキ４０が前記管状体の平坦な両側面からそれぞれ水平に伸びている。
【００３３】
上下方向に関する方向制御ジャッキ３８のうちの下方に伸びる２つのジャッキは、その下端に複数の車輪４２を有する。車輪４２はインバート３４の一部上をその伸長方向へ転動可能である。
【００３４】
また、他の方向制御ジャッキ３８および４０はそれぞれの先端に取り付けられたスプレッダ４４を有する。これらのスプレッダ４４は、セグメントリング１６の周面に相対する、該周面の曲率半径にほぼ等しい曲面を有し、また、セグメントリング１６の周面をその軸線方向へ転動可能であるローラ（図示せず）を有する。
【００３５】
したがって、これらのジャッキ３８，４０をそれぞれ伸縮動作させることにより、前記管状体を介して、水平面および鉛直面に対するシールド本体１８の軸線の交差角度をそれぞれ変化させることができ、これにより、シールド本体１８の上下および左右に関する方向制御を行うことができる。また、車輪４２および前記ローラが転動可能であることから、これらのジャッキ３８，４０はシールド本体１８と共に移動可能であり、シールド本体１８の推進の間における該シールド本体の方向制御が可能である。
【００３６】
これらの方向制御ジャッキ３８，４０は、好ましくは、前記管状体の後端部に配置する。これにより、前記方向制御ジャッキとシールド本体１８との間により大きい距離を確保し、てこの原理の基づく前記方向制御ジャッキの動作力をより小さいものとすることができる。
【００３７】
また、前記管状体からその下方へ伸びるジャッキ３８は前記管状体の重量を支える働きをなすことから、該ジャッキのみにより前記管状体の端部の上下方向位置を設定することが可能である。このことから、前記管状体からその上方へ伸びるジャッキ３８の配置を省略してもよい。
【００３８】
次に、図５に示すように、本発明のシールド掘進機１０は他の反力支承体を利用して推進することができる。すなわち、本発明のシールド掘進機１０は、インバート３４のようなトンネル１４内への設置を予定するものがない場合にも、トンネル１４内に前記反力支承体を仮設することにより、推進することができる。
【００３９】
図５に示す反力支承体は、シールドジャッキ２４の支持体２２の一例である前記管状体の少なくとも一部を取り巻く筒状体４６と、筒状体４６をトンネル内に支持する複数のジャッキ４８とからなる。
【００４０】
筒状体４６は前記管状体より大きい矩形の横断面形状を有し、前記管状体と同軸的に配置され、筒状体４６と前記管状体との間に隙間が存する。したがって、この隙間の大きさの範囲内において、前記管状体の後端部を上下および水平方向に変位させることができ、これにより、シールド本体１８の方向制御を行うことができる。
【００４１】
複数のジャッキ４８は、筒状体４６とセグメントリング１６との間に該セグメントリングの軸線方向へ互いに間隔をおいて配置され、上下方向へ伸びている。より詳細には、筒状体４６の平坦な上面および下面上のそれぞれに複数のジャッキ４８が上下方向に向けて２列に配置され、これらの一端部が筒状体４６に固定されている（図７）。
【００４２】
トンネル１４の横断方向に関して互いに相対する各対のジャッキ４８の他端に共通のスプレッダ５０が取り付けられている。各スプレッダ５０は、セグメントリング１６の周面に当接する、該周面の曲率にほぼ等しい曲面を有する。
【００４３】
筒状体４６は、これらのジャッキ４８を伸長動作させ、これを維持することにより、セグメントリング１６の周面に支持することができる。
【００４４】
図５に示す例では、複数のシールドジャッキ２４が、支持部材２２である前記管状体の両側方に配置されかつ前記管状体の両側面に支持されている（図６）。
【００４５】
複数のシールドジャッキ２４を前記管状体の各側面に支持するため、各側面にこれと直交する板状のブラケット３０が固定されている。各シールドジャッキ２４はその一端部においてブラケット３０に固定または枢着され、前記管状体の軸線方向へ伸びている。
【００４６】
この例においても、同様に、シールドジャッキ２４を伸長動作させ、これらの他端部のスプレッダ３２を筒状体４６の前端面に押し当てることにより、前記管状体を介してシールド本体１８に推力を伝達し、該シールド本体を推進することができる。
【００４７】
シールドジャッキ２４の１ストロークの伸長動作を終了した後は、シールドジャッキ２４を収縮させ、この状態を維持する間に、筒状体４６およびジャッキ４８を前方へ移動する。移動位置に筒状体４６を保持した後、シールドジャッキ２４を再び伸長動作させることにより、シールド本体１８をさらに推進することができる。
【００４８】
また、図５に示す方向制御ジャッキ３８は、前記管状体から下方へ伸びるジャッキを除き、図１に示す方向制御ジャッキと同様である（図８）。前記管状体から下方へ伸びるジャッキ３８は、前記管状体から上方へ伸びるジャッキ３８と同様の構成を有し、前記管状体の重量を支えている。この例においても、同様に、前記管状体から上方へ伸びるジャッキ３８の配置を省略することが可能である。
【００４９】
図１および図５に示すいずれのシールド掘進機においても、最先端のセグメントリング１６とシールド本体１８との間には従来のようなシールドジャッキが存在しないため、シールド本体１８の推進（したがってカッタヘッド２０による掘削作業）と、セグメントリング１６の組立とを独立して行うことができる。これらを同時進行的に行うことにより、トンネルの掘削および覆工の形成をより迅速に行うことができる。
【００５０】
また、従来のようにシールド本体１８にシールドジャッキを収容する必要がないため、従来と比べて、シールド本体の長さ寸法を小さいものに設定することができる。その結果、推進時にシールド本体１８と地盤との間に生じる摩擦抵抗を小さいものとし、これにより推進動力を低減することができる。また、長さ寸法の小さいシールド本体１８は、その方向を変える際の回転運動が容易である。
【００５１】
なお、図２に示す符号５２は、組み立てられたセグメントリング１６に押圧力を及ぼしてこれをその後方のセグメントリング１６に密接させるために用いられる複数のジャッキを示す。これらのジャッキ５２は、シールド本体１８内にその周方向に互いに間隔をおいて配置されかつシールド本体１８の軸線方向へ伸びている。しかし、これらのジャッキ５２は比較的ストロークおよび容量が小さいことから、シールド本体１８内へのジャッキ５２の配置がシールド本体１８の長さ寸法の低減の妨げとはならない。
【００５２】
図９〜図１２に示すように、支持部材２２は、２つの部分、すなわち、シールド本体１８に固定された前部５４と、該前部に対して揺動可能に接続された後部５６とからなるものとすることができる。
【００５３】
これによれば、シールド掘進機１０を直線的にまたは比較的緩やかなカーブに沿って推進させるときは、支持部材２２を真っ直ぐな状態（図９および図１０）に維持し、また、比較的急なカーブに沿って推進させるときは、支持部材２２を前記真っ直ぐな状態から前記カーブに沿って折れ曲がった状態（図１１）に変化させることができ、これにより、支持部材２２の後端がトンネルの壁面に当たらないようにしてシールド掘進機を比較的急なカーブに沿って推進することができる。
【００５４】
図示の例では、後部５６は前部５４に対して水平方向へ揺動可能とされているが、必要に応じて、鉛直方向へ揺動可能とし、または、水平および鉛直の両方向へ選択的に揺動可能のものとすることができる。揺動可能角度は、例えば水平方向の一方および他方に関して、それぞれ、約７度とすることができる。
【００５５】
前部５４と後部５６との境界位置は、支持部材２２の前後方向（長手方向）に関して任意の位置に定めることができる。図示の例では、前記反力支承体の配置領域を確保するため、前後両部５４，５６の境界位置がシールドジャッキ２４の配置位置の前方に定められている。
【００５６】
前部５４に対する後部５６の揺動運動は、適当な揺動機構５８を用いて生じさせることができる。
【００５７】
図示の揺動機構５８は、支持部材２２の軸線方向へ互いに間隔を置いて配置された前部５４と後部５６との間に配置され支持部材２２の両側面をそれぞれ規定する二対の部材６０，６２を含む。支持部材２２の頂面および底面における前部５４および後部５６間の隙間は、取り外し可能の適当な板部材６３で覆うことができる。
【００５８】
互いに間隔を置いて配置された各対の部材６０，６２は、それぞれ、前部５４および後部５６に固定され、互いに他の一方に向けて伸びかつ部分的に重なり合っている。両部材６０，６２は、それぞれ、上下方向へ伸びる凹状の円筒面６４および凸状の円筒面６６を有する。両円筒面６４，６６は共通の軸線６８を有し、互いに接している。また、一方の一対の部材における円筒面６４，６６の軸線６８は、他方の一対の部材６０，６２における両円筒面の軸線と共通である。すなわち、両軸線は一致する。
【００５９】
このことから、後部５６に水平方向外力を加えることによって両部材の円筒面６４，６６相互間に滑りを生じさせることができ、これにより、一方の両部材６０に連なる前部５４に対し、他方の両部材６２に連なる後部５６を軸線６８の周りに揺動させることができる。
【００６０】
前記カーブにおける推進に際しては、後部５６を前記カーブの内側（中心側）へ向けて該カーブの曲率に応じた適宜の角度を揺動させる。これにより、支持部材の前部５４と後部５６とを真っ直ぐに伸びる状態から「く」の字形の折れ曲がり状態とし、前記カーブに沿っての支持部材２２の移動を容易または可能とすることができる。
【００６１】
前部５４に対する後部５６の揺動は、例えば、前部５４の両側方および後部５６の両側方にそれぞれ配置されこれらの軸線方向へ伸びる複数の液圧ジャッキ７０の駆動力をもって行うことができる。
【００６２】
各液圧ジャッキ７０は、前部５４の各側面に取り付けられたブラケット７２および後部５６の各側面に取り付けられたブラケット７４にそれぞれ枢着された両端部を有する。これによれば、前後両部５４，５６の一方の側面側の液圧ジャッキ７０を伸長動作させかつ他方の側面側の液圧ジャッキ７０を収縮動作させることにより、前部５４に対する後部５６の揺動運動を生じさせることができる。
【００６３】
なお、好ましくは、カーブに沿っての推進機会よりも多い直線に沿っての推進のため、前後両部５４，５６の側面間の隙間を適当な板部材７６を用いて覆い、該板部材を例えば複数のボルト７８で前後両部５４，５６にそれぞれ固定しておくことが望ましい。いうまでもなく、シールド掘進機１０をカーブに沿って推進するときは、ボルト７８を緩めて板部材７６を取り外し、また、頂底両面における板部材６３を取り外す。
【００６４】
揺動機構５８は、図１に示すシールド掘進機１０の支持部材２２についても同様に適用することができる。適用に際しては、ブラケット３０の配置位置よりも後方の位置に前記前部および後部の境界を定めることが望ましい。これによれば、シールドジャッキ２４の推力を、曲がりの生じない前記前部に付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機の概略的な側面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って得た横断面図である。
【図３】図１の線３−３に沿って得た横断面図である。
【図４】図１の線４−４に沿って得た横断面図である。
【図５】本発明の他の例のシールド掘進機の概略的な側面図である。
【図６】図５の線６−６に沿って得た横断面図である。
【図７】図５の線７−７に沿って得た横断面図である。
【図８】図５の線８−８に沿って得た横断面図である。
【図９】他の例に係るシールド掘進機の概略的な部分側面図である。
【図１０】図９の線１０−１０に沿って得た、揺動前における前部および後部の部分断面図である。
【図１１】揺動後における前部および後部の部分断面図である。
【図１２】図９の線１２−１２に沿って得た切断部端面図である。
【符号の説明】
１０  シールド掘進機
１４  トンネル
１６  セグメントリング
１８  シールド本体
２０  カッタヘッド
２２  支持部材（管状体）
２４  シールドジャッキ
３４  インバート
３８，４０  方向制御ジャッキ
４６，４８  筒状体およびこれを支持するためのジャッキ
５４，５６  支持部材の前部および後部
５８  揺動機構
６４，６６  円筒面
【図１】
0004283969.tif 000002
【図２】
0004283969.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004283969.tif 000008
【図８】
0004283969.tif 000009
【図９】
0004283969.tif 000010
【図１０】
0004283969.tif 000011
【図１１】
0004283969.tif 000012
【図１２】
0004283969.tif 000013