(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前端部にカッタヘッドを配設している筒状のシールド本体を前胴と後胴とに分割し、これらの前胴と後胴とを周方向に所定間隔毎に配設した複数本の中折れジャッキにより互いに左右方向に屈折自在に連結していると共に、前胴と後胴との互いに屈折自在に接合した対向端部にローリング防止機構を設けてなる中折れ式シールド掘削機において、上記ローリング防止機構は、前胴と後胴とのいずれか一方の胴の内周面における上下部に他方の胴の内周面に向かってそれぞれ突設している平面長方形状の平鋼板からなる上下水平固定板と、他方の胴の上下部内周面にこれらの上下水平固定板の先端部両側端面をそれぞれ左右から挟むようにして該両側端面から小間隔を存して固着された左右一対の受座部材とからなり、これらの受座部材の対向端面を平面山形状又は凸円弧状の垂直な端面に形成していることを特徴とする中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構。
【請求項２】
前端部にカッタヘッドを配設している筒状のシールド本体を前胴と後胴とに分割し、これらの前胴と後胴とを周方向に所定間隔毎に配設した複数本の中折れジャッキにより互いに左右方向に屈折自在に連結していると共に、前胴と後胴との互いに屈折自在に接合した対向端部にローリング防止機構を設けてなる中折れ式シールド掘削機において、上記ローリング防止機構は、前胴と後胴とのいずれか一方の胴の内周面における上下部に他方の胴の内周面に向かってそれぞれ突設している上下水平固定板と、他方の胴の上下部内周面にこれらの上下水平固定板の先端部両側端面をそれぞれ左右から挟むようにして該両側端面から小間隔を存して固着された左右一対の受座部材とからなると共に、上記水平固定板を胴の内周面に固着した台座上に、曲線トンネル部の掘削時における後胴に対する前胴の左右方向の所定の屈折角度に応じて、その向きを同一角度だけ変更させた状態で移設、固定するように構成していることを特徴とする中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は曲線トンネルを掘削可能な中折れ式シールド掘削機において、掘進中におけるローリングの発生を防止する機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
曲線トンネルを掘削するシールド掘削機は、前端開口部にカッタヘッドを配設している前胴と、内部にセグメントの組立用エレクタ等を配設している後胴とに二分割されていてこれらの前胴と後胴との対向端部を互いに屈折自在に接合していると共に、前後胴の内周面間を周方向に所定間隔毎に配設している複数本の中折れジャッキにより連結し、上記カッタヘッドを回転させながら後胴の内周面に装着した複数本の推進ジャッキを伸長させることによりトンネルを掘進すると共に、曲線トンネルの掘削時には上記中折れジャッキを作動させて、後胴に対し前胴側を所定角度、その掘進方向に屈折させている。
【０００３】
この際、前後胴との対向端部における上下部を垂直なピンによって互いに左右方向に屈折自在に連結している場合には、このピンによって前胴が後胴に対して周方向ローリングするのを防止することができるが、このように構成すると、曲線トンネルの掘削時に上記ピンを中心として後胴に対し前胴を、例えば機内の左側に配設している中折れジャッキを伸長させて右方向に所定角度、屈折させると、その伸長量に応じて右側に配設している中折れジャッキを同一量だけ収縮させなければならず、従って、急曲線トンネルを掘削する時には、収縮させる側の前胴の後端部を後胴側に向かって大きく後退させことになって、前胴と後胴との間にその後退距離を許容し得る長さの空間部を必要とし、シールド掘削機の全長がその分だけ長く形成しておかねばならないといった問題点がある。
【０００４】
このような問題点を解消するために、前胴と後胴との接合端部における上下部をピンにより屈折自在に連結することなく、例えば、特許文献１に記載されているように、前胴と後胴とを連結している複数本の中折れジャッキにおいて、左右いずれか一方に配している中折れジャッキを伸長させた際に、他方の中折れジャッキの取付部を支点として後胴に対して前胴を屈折させるように構成して、前胴の後端部における他方の中折れジャッキを配設している側が後胴側に向かって後退する距離を短くなるようにしている。
【０００５】
そして、このような作用を奏するようにするには、ローリング防止機構として、上記のような前胴と後胴との接合端部における機軸に直角な垂直線上の上下部をピンにより連結する手段を採用することができないので、前胴と後胴との屈折自在に接合した対向端部における左右両側部において、いずれか一方の胴の内周面両側部に一枚の水平板を突設し、他方の胴の内周面両側部にこの水平板を上下から挟むようにして水平板からなる上下一対の水平受座部材を突設してなるローリング防止機構を採用している。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２４６７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記のようなローリング防止機構によれば、前胴と後胴との内周面における両側部に径方向に向かって一枚の水平板とこの水平板を挟む上下一対の水平受座部材を突設しているので、急曲線トンネルの掘削時に後胴に対して前胴を大きく屈折させると、水平受座部材間に介在させている水平板が水平受座部材に対して機内方向に相対移動して水平受座部材間から少なくともその一部分が機内に向かって突出して機内の設備の障害になるばかりでなく、確実なローリング防止作用を損なう虞れがある。
【０００８】
さらに、ローリングの防止作用は、水平板の平らな板面を水平受座部材に受止させることによって行われるので、互いに当接した際の圧力に対する耐曲げ強度が弱くて水平板が厚み方向に曲げ変形が生じやすくなり、これをなくするには厚くしたり幅広くしなければならず、機構が大型化してコスト高になり、また、作業空間が狭くなるといった問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コンパクトにして機内設備の障害になることはなく、その上、ローリングの発生を確実且つ強固に防止することができる中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構は、請求項１に記載したように、前端部にカッタヘッドを配設している筒状のシールド本体を前胴と後胴とに分割し、これらの前胴と後胴とを周方向に所定間隔毎に配設した複数本の中折れジャッキにより互いに左右方向に屈折自在に連結していると共に、前胴と後胴との互いに屈折自在に接合した対向端部にローリング防止機構を設けてなる中折れ式シールド掘削機において、上記ローリング防止機構は、前胴と後胴とのいずれか一方の胴の内周面における垂直線上の上下部に他方の胴の内周面に向かってそれぞれ突設している平面長方形状の平鋼板からなる上下水平固定板と、他方の胴の上下部内周面にこれらの上下水平固定板の先端部両側端面をそれぞれ左右から挟むようにして該両側端面から小間隔を存して固着された左右一対の受座部材とからなり、これらの受座部材の対向端面を平面山形状又は凸円弧状の垂直な端面に形成していることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前端部にカッタヘッドを配設している筒状のシールド本体を前胴と後胴とに分割し、これらの前胴と後胴とを周方向に所定間隔毎に配設した複数本の中折れジャッキにより互いに左右方向に屈折自在に連結していると共に、前胴と後胴との互いに屈折自在に接合した対向端部にローリング防止機構を設けてなる中折れ式シールド掘削機において、上記ローリング防止機構は、前胴と後胴とのいずれか一方の胴の内周面における上下部に他方の胴の内周面に向かってそれぞれ突設している上下水平固定板と、他方の胴の上下部内周面にこれらの上下水平固定板の先端部両側端面をそれぞれ左右から挟むようにして該両側端面から小間隔を存して固着された左右一対の受座部材とからなると共に、上記水平固定板を胴の内周面に固着した台座上に、曲線トンネル部の掘削時における後胴に対する前胴の左右方向の所定の屈折角度に応じて、その向きを同一角度だけ変更させた状態で移設、固定するように構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構として、互いに左右方向に屈折自在に接続しているシールド本体の前胴と後胴とのいずれか一方の胴の内周面における上下部に他方の胴の内周面に向かってそれぞれ突設している上下水平固定板と、他方の胴の上下部内周面にこれらの上下水平固定板の先端部両側端面をそれぞれ左右から挟むようにして該両側端面から水平固定板の左右方向への傾動を許容可能な小間隔を存して固着された左右一対の受座部材とから構成しているので、曲線トンネルの掘削時に後胴に対して前胴を左右方向に屈折させた際には、水平固定板と左右一対の受座部材とは、互いに周方向に相対的に屈折移動して内径方向には移動することがないから、機内の設備に何等悪影響を及ぼすことがなく曲線トンネルを円滑に掘進することができると共に、左右一対の受座部材の高さは水平固定板の側端面を受止し得る高さに形成しておけばよいから、機内に向かっての突出高さを極めて低くすることができて、装置全体のコンパクト化を図ることができるばかりでなく、機内の作業空間を広くすることができる。
【００１３】
さらに、掘削時の負荷等によって前胴と後胴とがローリングしようとした場合、一方の胴の内周面上下部に他方の胴に向かって突設している上記水平固定板の側端面を他方の胴の内周面上下部に突設している左右一対の受座部材のいずれか一方の垂直面に直ちに当接、受止させてローリングの発生を防止することができる。その際、水平固定板の側端面と受座部材の垂直面との当接によってローリングを抑止するものであるから、水平固定板が曲げ変形などが生じることなく大きな断面二次モーメントでもって確実且つ強固にローリング発生の抑止力を奏することができる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、上記水平固定板の先端部両側端面にそれぞれ小間隔を存して対向した上記左右一対の受座部材の対向端面を平面山形状又は凸円弧状の垂直な端面に形成しているので、前胴と後胴とのいずれか一方の胴に設けている上記水平固定板の先端部における側端面を、該側端面と小間隔を存して対向した他方の胴に設けている受座部材の対向端面に当接、受止させることによってローリングの発生を確実に防止することができるのは勿論、曲線トンネルの施工時に、後胴に対して前胴を左右方向に屈折させると、水平固定板は、その先端部における側端面を対向する受座部材の山形状又は凸円弧状の垂直な端面に沿って受座部材に何等邪魔されることなく左右方向に大きく且つ円滑に傾動させることができ、所定の曲線トンネルを正確に掘進することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明によれば、水平固定板を胴の内周面に固着した台座上に、曲線トンネル部の掘削時における後胴に対する前胴の左右方向の屈折角度に応じて、その向きを同一角度だけ変更させた状態で移設、固定するように構成しているので、後胴に対して前胴を左右方向に屈折させて曲線トンネルを掘削する際に、左右の受座部材間に配設している水平固定板が受座部材に対して左右方向に相対的に傾動してその両側端面が左右の受座部材の対向面に衝突し、それ以上の傾動ができなくなる場合においても、水平固定板を一旦台座から取り外してその向きを掘削方向に向けた状態で再び台座上に固定することにより、簡単に所定の湾曲度を有する曲線トンネルを掘削し得る状態にすることができると共に該水平固定板の移設によってこの水平固定板の先端部両側端面を受座部材の対向端面に平行に配設することができ、水平固定板の側端面をこの側端面に対向する受座部材の面に正確に受止させてローリングの発生も確実且つ強固に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１、図２において、１はシールド掘削機の円筒状シールド本体で、このシールド本体１を前端開口部にカッタヘッド11を回転自在に配設している前胴２と、後端部内に複数本の推進ジャッキ12を周方向に所望間隔毎に配設していると共にセグメント組立用エレクタ13等を配設している後胴３とに分割してあり、後胴３の前端部外周面を凸円弧状曲面４に形成して該凸円弧状曲面４を前胴２の後端部内周面にパッキン14を介して摺接させて前胴２と後胴３とを互いに屈折自在に接合している。なお、後胴３の前端部としては、短筒形状の端部部材3aを後胴３の前端内周面に固着して前方に突出させることにより形成し、この端部部材3aの外周面に上記凸円弧状曲面４を形成している。
【００１７】
さらに、前胴２と後胴３との接合部内において、シールド本体１の中心から同一半径の円上の左右上下部の４箇所に中折れジャッキ５を前後方向に向けて配設し、これらの中折れジャッキ５の前端部を前胴２の内周面に回動自在に枢着している一方、後端部、即ち、該中折れジャッキ５の伸縮ロッドの先端部を後胴３の内周面に回動自在に枢着してこれらの中折れジャッキ５により前胴２と後胴３とを連結している。そして、左側に配設した上下一対の中折れジャッキ５、５と、右側に配設した上下一対の中折れジャッキ５、５とのいずれか一方側の上下一対の中折れジャッキを伸長させると、他方側の上下一対の中折れジャッキにおける前後胴２、３の接合部側の枢着部を支点として前胴２が後胴３に対して左右方向に屈折するように構成している。
【００１８】
また、前胴２の後端部と後胴３の前端部とを互いに屈折自在に接合している接合部における上下部、即ち、機軸に対して直角な垂直線上に位置する部分に、ローリング防止機構を配設している。このローリング防止機構は前胴２側に装着した水平固定板６と、この水平固定板６の先端部を左右両側から挟むように後胴３側に装着した左右一対の受座部材７、７とから構成している。
【００１９】
詳しくは、水平固定板６は図３、図４に示すように、一定幅と一定長さ及び一定厚みを有する平面長方形状の平鋼板からなり、この水平固定板６、６を前胴２の後端部内周面における上下部に配して、その長さ方向をシールド本体１の長さ方向に向け、幅方向をシールド本体１の周方向に向けた状態にして基端部を前胴２の後端部内周面上下部に固着した支持部材26上に固着し、先端部を後胴３の前端部の外周面に上記凸円弧状曲面４を設けている短筒形状の端部部材3aの内周面における上下部にまで突出させてその先端部の外面を端部部材3aの内面に小間隔を存して近接させている。
【００２０】
一方、左右一対の受座部材７、７は、後胴３の上記前端部部材3aの内周面における上下部に固着された鋼製の垂直板材からなり、矩形状鋼板からなる受座部材7A、7Aを平面山形状に屈曲させてその垂直な屈曲頂部7a1 、7a1 を前胴２側に固定している上記水平固定板６の先端部における両側方に小間隔８、８を存して該先端部を挟むように対向した状態で固定し、屈曲頂部7a1 を中央にしてその前後部を水平固定板６から離れる方向に傾斜した傾斜板部7a2 、7a2 に形成してあり、水平固定板６の先端部をこれらの左右の受座部材７、７間で左右方向に所定の角度までの傾動を許容すると共に受座部材７とこの受座部材７の垂直面に対向する水平固定板６の先端部一側端面との当接によってローリングの発生を防止するように構成している。
【００２１】
上記ローリング防止機構を備えているシールド掘削機は、公知のように、前胴２の前端部内に設けている隔壁15の背面に上記カッタヘッド11の回転駆動手段であるモータ16を装着していると共にカッタヘッド11と隔壁15との間に形成されている掘削土砂取込室17内の土砂を送泥管或いはスクリューコンベア等の土砂排出手段18によって機内から後方に排出させるように構成してあり、後胴３内において上記エレクタ13によりセグメント19を組み立てるように構成している。
【００２２】
次に、上記のように構成した中折れ式シールド掘削機におけるローリング防止機構の作用を説明すると、トンネルの掘進中において、カッタヘッド11による掘削負荷等によって後胴３に対して前胴２が機軸回りにローリングしようとすると、前胴２の後端部内周面における上下部に固着している水平固定板６、６が前胴２と一体的に上記小間隔部８の間隔に相当する極く僅かな距離だけ周方向に移動した時に、その移動方向に面している該水平固定板６の側端面が、この側端面と対向する受座部材７の垂直面に当接、受止されてローリングの発生を防止することができる。
【００２３】
さらに、左右いずれかの方向に曲線トンネルを掘削するに際して、左右いずれか一方に配設している上下一対の中折れジャッキ５、５を不作動状態にして他方の上下一対の中折れジャッキ５、５を伸長させると、前胴２は後胴３に対して一方の上下中折れジャッキ５、５における前後胴２、３の接合部側の枢着部を支点として屈折し、水平固定板６も、二点鎖線で示すように、その先端部両側端面を受座部材7A、7Aの屈曲頂部7a1 、7a1 に沿って同一周方向に一体に傾動する。この際、受座部材7A、7Aの前後部を水平固定板６から離れる方向に傾斜した傾斜板部7a2 、7a2 に形成しているので、水平固定板６の先端部両側端面が該傾斜板部7a2 、7a2 に当接することなく、大きく屈折させることができ、所望の急曲線トンネイルを円滑に掘削することができる。
【００２４】
また、後胴３に対する前胴２の屈折角度をさらに大きくして急曲線トンネルの掘削を可能にするには、前胴２の後端部内周面における上下部に図６に示すように、水平固定板６をその向きを変更した状態で移設、固定させることができる台座20を固着しておければよい。この台座20には、水平固定板６を軸方向に向けた状態にしてこの水平固定板６の基部（前部）を固定させる中央固定座部21と、この中央固定座部21の左右両側に後端から前端に向かって中央固定座部21から離間する方向に傾斜した両側傾斜固定座部22、23とを設けている。
【００２５】
詳しくは、水平固定板６の基部に複数個のボルト取付孔24を設けている一方、上記中央固定座部21と両側傾斜固定座部22、23とにこの水平固定板６の複数個のボルト取付孔24に対応する複数個の螺子孔25を設けてあり、直線トンネル掘削時には、水平固定板６を機軸方向に向けてその先端部を後胴３の前端部内周面の上下部に固定している左右一対の受座部材７、７間に介在させた状態にして基部を台座20における上記中央固定座部21上に重ね合わせ、ボルト取付孔24からボルト26を螺子孔25に螺合させることによって固定する。
【００２６】
また、左右いずれかの方向に湾曲した曲線トンネルを掘削する際には、一旦、水平固定板６を中央固定座部21から取り外した状態で上記中折れジャッキ５、５を作動させることにより前胴２を所定方向に所定角度だけ屈折させ、しかるのち、左右一対の受座部材７、７に向いている傾斜固定座部22又は23に水平固定板６を移設して、図７、図８に示すように、その先端部を受座部材７、７間に介在させた状態にしてボルト26により上記同様にして固定し、この状態にしてトンネル掘削機を推進させて急曲線トンネルを掘進するものである。この際、掘進中におけるローリングの発生を受座部材７、７に水平固定板６の側端面を受止させることによって防止することができると共に、受座部材７、７の対向面と水平固定板６の両側端面との間の小間隔部８、８の存在によって急曲線トンネルの湾曲度を調整することができる。
【００２７】
図９は図３に示したローリング防止機構の変形例であって、受座部材7B、7Bは一定高さと一定厚みを有する矩形状の鋼板材からなり、その対向する側端面を平面凸円弧状の垂直な端面7b、7bに形成している。そして、この受座部材7B、7Bを、その表裏面を前後方向に向け、且つ、対向する垂直な円弧状側端面7b、7bを前胴２側に固定している上記水平固定板６の先端部における両側方に小間隔８、８を存して該先端部を挟むように対向した状態で後胴３の前端部内周面における上下部にそれぞれ固定している。
【００２８】
このように構成したので、左右いずれかの方向に曲線トンネルを掘削するに際して、左右いずれか一方に配設している上下一対の中折れジャッキ５、５を不作動状態にして他方の上下一対の中折れジャッキ５、５を伸長させると、前胴２は後胴３に対して一方の上下中折れジャッキ５、５における前後胴２、３の接合部側の枢着部を支点として屈折し、水平固定板６も、二点鎖線で示すように、その先端部両側端面を受座部材7B、7Bの円弧状側端面7b、7bに沿って同一周方向に一体に傾動する。この際、受座部材7B、7Bはその表裏面を前後方向に向けているので、水平固定板６の先端部両側端面が受座部材7B、7Bの板面に当接することなく大きく傾動させることができ、所望の急曲線トンネイルを円滑に掘削することができる。なお、上記図11、図12に示すいずれの機構においても、ローリングの発生は、水平固定板６の先端部における側端面を受座部材7Aの屈曲頂部7a1 や受座部材7Bの円弧状側端面7bに当接、受止させて防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】中折れ式シールド掘削機の簡略縦断側面図。
【図２】ジャッキとローリング防止機構の配置状態を示す簡略縦断正面図。
【図３】ローリング防止機構の簡略平面図。
【図４】その側面図。
【図５】水平固定板の傾動状態を説明するための簡略横断面図。
【図６】水平固定板を移設可能にしたローリング防止機構の簡略平面図。
【図７】水平固定板を左側に移設した状態を示す簡略平面図。
【図８】水平固定板を右側に移設した状態を示す簡略平面図。
【図９】本発明のローリング防止機構の別な実施例を示す簡略平面図。
【符号の説明】
【００３０】
１  シールド本体
２  前胴
３  後胴
４  凸円弧状曲面
５  中折れジャッキ
６  水平固定板
７  受座部材
11  カッタヘッド
12  推進ジャッキ
20  台座
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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