(57)【要約】【課題】両側からシールド掘進機を掘進させてトンネルを掘削する際に、両シールド掘進機の接続作業を容易に行い得るシールド掘進機を提供する。【解決手段】カッタヘッド23を構成するカッタスポーク16の固定側スポーク部21から出退自在にされた可動側スポーク部22の先端部に円弧状の外周保護部材26を設けるとともに、両可動スポーク部22間に設けられた円弧状の外周取付部材27に収縮状態から膨張状態にし得る袋状体28を配置して、これら外周保護部材26および袋状体28により、カッタヘッド23の外周を保護する外周保護部材を構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に設けられた隔壁に回転自在に設けられたカッタヘッドを、当該隔壁に回転自在に支持された回転軸体と、この回転軸体から放射状に突設されて固定側スポーク部および当該固定側スポーク部から出退自在にされた可動側スポーク部からなる複数のカッタスポークと、上記固定側スポーク部の先端部同士間に設けられるとともに外周面が開放された溝部を有する円弧状の外周取付部材とから構成し、
上記外周取付部材の溝部に、収縮状態から膨張状態にし得る袋状体または膨張状態から収縮状態にし得る袋状体を配置し、
且つ上記可動側スポーク部を突出させて掘削を行う際に、上記袋状体を膨張状態にさせて、可動側スポーク部の外周部と当該袋状体とによりカッタヘッドの外周を保護するようにしたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
収縮状態から膨張状態にし得る袋状体としてゴム製のものを用いるとともに、内部に流体を供給することにより膨張状態にするようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
膨張状態から収縮状態にし得る袋状体として形状記憶樹脂製のものを用いるとともに、熱を与えることにより、形状が記憶された膨張状態から形状記憶が解放された収縮状態にされるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機を２台用いてトンネルを掘削する際に、両シールド掘進機同士を接続する方法であって、
シールド本体の前部に貫入リングが出退自在に設けられた一方のシールド掘進機を、上記一方のシールド掘進機における貫入リングの先端部に当接する環状当接部材が設けられた他方のシールド掘進機に接続する際に、
両シールド掘進機におけるカッタスポークの可動側スポーク部を退入させるとともに両袋状体を収縮させた状態で、一方のシールド本体に設けられた貫入リングを他方のシールド本体に設けられた環状当接部材に押し当てることを特徴とするシールド掘進機同士の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば２台のシールド掘進機を両側から掘進させて所定のトンネルを掘削する際に用いられるシールド掘進機および両シールド掘進機の接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルを掘削する際に、２台のシールド掘進機を用いる場合があり、この場合、最終的には、２台のシールド掘進機が接続（ドッキングであり、接合ともいえる）されて、所定のトンネルが掘削されることになる。
【０００３】
ところで、２台のシールド掘進機を接続させる場合、両シールド掘進機をできるだけ近づけて停止させ、互いのカッタヘッドの面板同士の隙間部分の周囲を、一方のシールド掘進機から他方のシールド掘進機に向かって貫入リングを突出させることにより保護する。この状態で、隙間部分内の土砂を排出した後、シールド本体を残した状態で、カッタヘッドおよび内部の装置類を解体し外部に搬出していた。
【０００４】
そして、上記従来の接続方法に用いられるシールド掘進機のシールド本体内にはカッタヘッドが回転自在に設けられているとともに、このカッタヘッドには、伸縮式のカッタスポークが設けられており、両シールド掘進機同士を接続する際には、カッタスポークを縮めておき、縮めたことによりカッタヘッドとシールド本体との間に形成される環状空間部から、カッタヘッド同士間の隙間部分を保護する（外周の地山から保護する）ための貫入リングが突出するように構成されていた。
【０００５】
さらに、このようなシールド掘進機においては、カッタスポーク同士間の外周部分を塞いでカッタヘッドの外周を保護する（つまり、地山から土砂が落下するのを防止する）ために、カッタスポークの先端部に外周リングが取り付けられていた。この外周リングの取付方法は、カッタスポークの先端に設けられた取付板と外周リングとに貫通穴が形成され、そしてこれら両貫通穴に固定ピンが挿通された後、溶接により互いに固定されていた。
【０００６】
上記構成において、シールド掘進機同士を接続する際には、貫入リングを一方のシールド掘進機から他方のシールド掘進機に突出させる必要があるが、外周リングが邪魔になり、したがってカッタスポークから外周リングを取り外す必要があるため、固定ピンが切断されていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０４−１２４３９６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、上記従来のシールド掘進機の構成によると、シールド掘進機同士を接続する際に、外周リングを外すために固定ピンを切断しなければならず、その作業が非常に面倒であるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、両側からシールド掘進機を掘進させてトンネルを掘削する際に、両シールド掘進機の接続作業を容易に行い得るシールド掘進機およびシールド掘進機同士の接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のシールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた隔壁に回転自在に設けられたカッタヘッドを、当該隔壁に回転自在に支持された回転軸体と、この回転軸体から放射状に突設されて固定側スポーク部および当該固定側スポーク部から出退自在にされた可動側スポーク部からなる複数のカッタスポークと、上記固定側スポーク部の先端部同士間に設けられるとともに外周面が開放された溝部を有する円弧状の外周取付部材とから構成し、
上記外周取付部材の溝部に、収縮状態から膨張状態にし得る袋状体または膨張状態から収縮状態にし得る袋状体を配置し、
且つ上記可動側スポーク部を突出させて掘削を行う際に、上記袋状体を膨張状態にさせて、可動側スポーク部の外周部と当該袋状体とによりカッタヘッドの外周を保護するようにしたものである。
【００１０】
また、上記構成における収縮状態から膨張状態にし得る袋状体として、ゴム製のものを用いるとともに、内部に流体を供給することにより膨張状態にするようにしたものであり、さらに上記構成における膨張状態から収縮状態にし得る袋状体として、形状記憶樹脂製のものを用いるとともに、熱を与えることにより、形状が記憶された膨張状態から形状記憶が解放された収縮状態にされるようにしたものである。
【００１１】
さらに、上記課題を解決するため、本発明のシールド掘進機による接続方法は、上述したシールド掘進機を２台用いてトンネルを掘削する際に、両シールド掘進機同士を接続する方法であって、
シールド本体の前部に貫入リングが出退自在に設けられた一方のシールド掘進機を、上記一方のシールド掘進機における貫入リングの先端部に当接する環状当接部材が設けられた他方のシールド掘進機に接続する際に、
両シールド掘進機におけるカッタスポークの可動側スポーク部を退入させるとともに両袋状体を収縮させた状態で、一方のシールド本体に設けられた貫入リングを他方のシールド本体に設けられた環状当接部材に押し当てる方法である。
【発明の効果】
【００１２】
上記シールド掘進機およびシールド掘進機同士の接続方法によると、シールド掘進機に設けられる外周保護部材を、可動側スポーク部とこれら両可動スポーク部同士間に配置される袋状体とにより構成したので、この袋状体を膨張状態にすることにより、外周保護機能を発揮させ得るとともに、例えば外周リングに相当する外周保護機能を必要としない場合には、袋状体を収縮状態にすることにより、カッタヘッドの外径を縮めることができ、例えば貫入リングなどを通過させ得る環状空間を形成することができる。すなわち、従来のように、カッタスポーク側に固定された外周リングを、カッタスポーク側から切断する必要がなくなるとともに、シールド掘進機同士の接続に際し、その接続作業を非常に容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係るシールド掘進機およびシールド掘進機における接続方法を図面に基づき説明する。
【００１４】
本発明に係るシールド掘進機は、２台の掘進機を両側から掘進させて所定のトンネルを掘削する際に用いられるもので、その接続箇所においては、両シールド掘進機同士を互いに近づける接続作業が行われるが、この接続作業に際して、両シールド掘進機同士つまり両カッタヘッド同士間の空間部（以下、隙間部分という）の保護が行われる。具体的にいえば、周囲地山の崩壊、言い換えれば、落下する土砂から保護されている。
【００１５】
すなわち、一方のシールド掘進機には、他方のシールド掘進機側に突出されて、両カッタヘッド同士間の隙間部分の周囲を保護するための貫入リングが設けられるとともに、他方のシールド掘進機には、この貫入リングを受け入れてその先端に当接する環状当接部材（環状受圧部材ともいえる）が設けられている。以下、これらのシールド掘進機を説明するに際し、貫入リングが具備されているシールド掘進機を第１シールド掘進機と称し、また環状当接部材が具備されているシールド掘進機を第２シールド掘進機と称して説明する。
【００１６】
まず、第１シールド掘進機を、図１〜図６に基づき説明する。
この第１シールド掘進機１の基本的な構成としては、円筒状のシールド本体１１と、このシールド本体１１内の前部に設けられた隔壁１２と、この隔壁１２の中心部に、内部に軸受が設けられた軸受体１３を介して水平軸心回りで回転自在に支持された回転軸体１４と、この回転軸体１４を回転させる回転駆動装置（例えば、油圧モータなどを有している）１５と、上記回転軸体１４の外周に等角度おきに例えば１２０度おきに３箇所（勿論、３箇所に限定されるものではない）で放射状に（半径方向で）突設されたカッタスポーク１６と、これら各カッタスポーク１６同士間に設けられた（全面に亘って設けられたものでもよい）面板１７と、シールド本体１１の内側に形成された環状空間室１８に配置されるとともにその前端から前方に出退自在に設けられた環状の貫入リング１９と、この貫入リング１９を出退させる出退装置（例えば、出退用油圧シリンダなどが用いられる）２０とが具備されている。
【００１７】
そして、また上記カッタスポーク１６は、回転軸体１４に固定された固定側スポーク部２１と、この固定側スポーク部２１にその先端から出退自在に設けられた可動側スポーク部２２と、固定側スポーク部２１内に配置されて上記可動側スポーク部２２を出退させる出退装置（図示しないが、例えば出退用油圧シリンダなどが用いられる）とから構成されている。なお、回転軸体１４、この回転軸体１４の先端に固定されたカッタスポーク１６および面板１７によりカッタヘッド２３が構成されており、またカッタスポーク１６および面板１７には、カッタビット２４が多数取り付けられている。
【００１８】
さらに、上記可動側スポーク部２２の外周端には、円弧状にされて外周リングとしての機能を果たす外周部すなわち円弧状の外周保護部材（例えば、円弧状の板材である）２６が取り付けられており、また上記各固定側スポーク部２１同士間の円弧部分には外面が開放された断面溝型状つまり円弧状の溝部２７ａを有する外周取付部材２７が設けられるとともに、この円弧状の溝部２７ａ内には袋状体２８が配置されている。なお、この袋状体２８の取り付けは、図６に示すように、その外側の両端部が取付用ボルト２９により、可動側スポーク部２２の外周保護部材２６に取り付けられている（固定されている）。
【００１９】
この袋状体２８としては、伸縮自在な材料、例えば合成ゴム製（天然ゴム製でもよい）のものが用いられており、内部に流体、例えばエアの供給・排出により膨張・収縮自在となるようにされている。この意味で膨張体と呼ぶことができる。
【００２０】
このため、この第１シールド掘進機１には、図示しないが、袋状体２８にエア（圧縮空気）を供給するためのエア供給配管（流体供給配管）およびエアボンベ、コンプレッサなどのエア供給源（流体供給源）が具備されている。なお、流体として、エアの他に、水、油圧などを用いることができる。
【００２１】
したがって、可動側スポーク部２２の外周保護部材２６とこれら可動側スポーク部２２同士間に配置される袋状体２８とにより、カッタヘッド２３の外周を保護する機能、つまり従来の外周リングとしての機能が発揮され、以下、外周リングに対応するものとして、外周保護部材２６と袋状体２８とを併せて、外周保護体３０と呼ぶことこできる。
【００２２】
ここで、上記袋状体２８の寸法などについて説明しておく。
この袋状体２８は、外周取付部材２７の溝部２７ａと略同一長さで且つ円弧状に形成されるとともに、その膨らみ高さ（半径方向での高さ、言い換えれば、膨らみ変形量である）については、１５０〜３００ｍｍの範囲（好ましくは３００ｍｍ程度）にされている。３００ｍｍを超えると、製作が困難となり、掘削時に破れたり、外周取付部材２７から脱落する惧れがある。
【００２３】
また、袋状体２８の肉厚については、５〜２０ｍｍの範囲にされる。２０ｍｍを超えると、膨らみ高さが小さくなり、また５ｍｍ未満であると、土砂との摩擦により摩耗して破れる惧れがある。
【００２４】
次に、袋状体２８をカッタヘッド２３に取り付けた際の寸法関係について説明すると、可動側スポーク部２２の出退ストロークを例えば１５０ｍｍに設定した場合、当然、袋状体２８の収縮状態では、その外周面が可動側スポーク部２２に略等しくなるように、当該袋状体２８が外周取付部材２７に取り付けられる。したがって、この場合の外周取付部材２７の溝部２７ａの深さは、１５０ｍｍ程度にされている。
【００２５】
なお、袋状体２８の膨張・収縮は可動側スポーク部２２の出退動作に併せて行われる。図２および図３に突出した状態（通常の掘削時の状態）を示し、図４および図５に収縮した状態（シールド掘進機の接続時の状態）を示している。
【００２６】
勿論、可動側スポーク部２２が突出した状態では、袋状体２８の外周面が、当該可動側スポーク部２２の外周保護部材２６と同じ位置となるように膨張される。
これに対し、エアを抜いて袋状体２８を収縮させると、掘削中における掘削外周面との間に、半径方向で１５０ｍｍ程度の隙間が形成されるため、全外周に形成される環状隙間（図４の寸法線で示すが、空間部を示している）Ｋを介して貫入リング１９を出退させることができる。
【００２７】
この第１シールド掘進機１の構成によると、掘削時に、可動側スポーク部２２を突出させるとともに袋状体２８を膨張させて外周の保護機能を働かせることにより、安全に掘削作業を行うことができる。
【００２８】
次に、第２シールド掘進機について説明する。
この第２シールド掘進機は、上述したように、第１シールド掘進機に設けられた貫入リングの先端を支持する環状当接部材を設けただけであり、したがってここでは、この部分に着目して説明するとともに、第１シールド掘進機の構成部材と同一の構成部材については、同一の部材番号を付して、その説明を省略する。
【００２９】
すなわち、図１に示すように、第２シールド掘進機２のシールド本体１１の隔壁１２より前側の内面には、貫入リング１９の先端に当接して支持するための環状当接部材（環状受圧部材ともいえる）３１が具備されている。この環状当接部材３１としては、弾性材料、例えば合成ゴム製（天然ゴム製でもよい）のものが用いられている。
【００３０】
次に、所定区間のトンネルを掘削する際に、両シールド掘進機の接続方法について簡単に説明する。
図１に示すように、所定の経路に沿ってトンネルを掘削してきた第１シールド掘進機１と第２シールド掘進機２とが互いに対向する位置に到達すると、掘削を停止する。勿論、単独でトンネルを掘削しているときには、上述したように、カッタスポーク１６の可動側スポーク部２２が突出されるとともに、袋状体２８にエアが供給されて膨張状態にされている。
【００３１】
そして、両シールド掘進機１，２が停止されると、それぞれの可動側スポーク部２２を縮めるとともに袋状体２８を収縮させた後、第１シールド掘進機１側から貫入リング１９を突出させ、その先端を第２シールド掘進機２のシールド本体１１の前端に設けられた環状当接部材３１に当接させる。
【００３２】
この動作により、両シールド掘進機１，２のシールド本体１１同士間の隙間部分Ｓが保護されたことになる（具体的には、地山の崩壊から保護される）。この保護された状態下で、土砂排出作業およびカッタヘッドなどの解体作業を行えばよい。
【００３３】
上述したように、２台のシールド掘進機により、所定の単独掘削区間を掘削する際には、両シールド掘進機１，２においては、袋状体２８内にエアを供給して膨張させることにより、可動側スポーク部２２の先端の外周保護部材２６と協働して、その外周を保護することができる。つまり、貫入リング１９により周囲地山の崩壊すなわち土砂などの落下から保護する際に、従来のように、カッタスポーク側に固定された外周リングを、カッタスポーク側から切断する必要がなくなり、したがってシールド掘進機同士の接続作業が非常に容易となる。
【００３４】
一方、シールド掘進機同士の接続区間（トンネル接続区間でもある）においては、両シールド掘進機１，２の可動側スポーク部２２を退入させるとともにエアを抜き袋状体２８を収縮させることにより、カッタヘッド２３とシールド本体１１との間に環状空間Ｋを形成し、そして第１シールド掘進機１側から貫入リング１９を環状空間Ｋに突出させるとともにその先端を第２シールド掘進機２の環状当接部材３１に当接させれば、隙間部分Ｓの保護を図ることができる。
【００３５】
ところで、上記実施の形態においては、袋状体として、収縮した状態のものに、エアを供給することにより膨張させるように説明したが、逆に、膨張した状態、つまり外周面が突出した状態のものに、外部から熱を付与することにより、収縮した状態にさせ得るようにしたものを用いることができる。
【００３６】
このような袋状体（収縮体と呼ぶことができる）としては、予め、膨張した状態でその形状が記憶された形状記憶樹脂を、具体的には、硬質塩化ビニル製のものを用いることもできる。
【００３７】
寸法的なものとしては、以下の通りである。
すなわち、膨らみ高さ（勿論、半径方向である）については、１５０〜３００ｍｍ（好ましくは、３００ｍｍ程度）の範囲にされる。３００ｍｍを超えると、製作が困難となり、掘削時に破れたり、外周取付部材から脱落する場合も考えられる。
【００３８】
また、袋状体の肉厚については、５〜２０ｍｍの範囲にされる。２０ｍｍを超えると、膨らみ高さが小さくなり、また５ｍｍ未満であると、土砂との摩擦により、摩耗して破れる惧れがある。
【００３９】
膨張状態にある袋状体を収縮させる場合、内部に熱流体として、例えば蒸気、熱風、温水などを供給することによりその形状記憶を解除すればよい。なお、元の膨張状態に戻す場合には、やはり、内部に熱流体を供給すればよい。
【００４０】
さらに、上記実施の形態においては、両側からトンネルを掘削して最終的に接続するシールド掘進機について説明したが、例えば両側からトンネルを掘削するものだけではなく、例えば図７に示すように、既設のトンネルＴ１の側面に別のトンネルＴ２を接続する場合のシールド掘進機３にも適用することができる（この工法をＴ−ＢＯＳＳ工法ともいう）。
【００４１】
すなわち、このシールド掘進機３には、シールド本体１１の前部に、既設のトンネルＴ１に穴を形成するための貫入リング（この場合は、切断リングともいえる）１９が出退自在に設けられたもので、当然に、カッタスポーク１６の外周に外周リングが設けられていると、貫入リング１９を突出させることができないが、本発明のシールド掘進機のような構成とすることにより、簡単に、外周保護部材を除去した状態にすることができる。
【００４２】
また、例えば図８に示すように、トンネルを掘削した後に、例えばシールド本体１１を残し、カッタヘッド２３および内部の装置類を回収し得るシールド掘進機４にも適用することができる。
【００４３】
すなわち、シールド掘進機を解体するとき、外周リングが存在すると、カッタヘッド２３をシールド本体１１内に取り込むことが困難となり、解体作業を容易に行うことができないが、本発明のシールド掘進機のような構成とすることにより、簡単に、解体作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係るシールド掘進機およびその接続状態を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】図４のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】同シールド掘進機の要部正面図である。
【図７】本発明のシールド掘進機の他の使用例を示す全体断面図である。
【図８】本発明のシールド掘進機の他の使用例を示す全体断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      第１シールド掘進機
２      第２シールド掘進機
３      シールド掘進機
４      シールド掘進機
１１      シールド本体
１６      カッタスポーク
１７      面板
１８      環状空間室
１９      貫入リング
２０      出退装置
２１      固定側スポーク部
２２      可動側スポーク部
２３      カッタヘッド
２６      外周保護部材
２７      外周取付部材
２７ａ    溝部
２８      袋状体
２９      取付用ボルト
３０      外周保護体
３１      環状当接部材
【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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