(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトンネルを並べて掘削しその覆工体を連結することにより大口径で矩形断面のトンネルの外周壁を構築する時に、この外周壁のコーナー部を掘削するコーナー部掘削用シールド掘進機であって、
Ｌ形断面のシールド本体と、このシールド本体の前部に配置された複数のカッタヘッドと、前端部が前記カッタヘッドに回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体に回動自在に連結された複数本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレータを構成する複数のカッタ駆動装置と、シールド本体の後部に配置されてＬ形断面に沿って一次覆工用セグメントを組み立てるエレクタ装置とを具備し、
前記カッタ駆動装置により各カッタヘッドをシールド軸心と直交する面を含む空間内で往復移動させることによりシールド本体前方の地山を掘削するように構成したことを特徴とするコーナー部掘削用シールド掘進機。
【請求項２】
各カッタヘッドは、柱状フレームが格子形に組み合わされて形成されたカッタ面板と、柱状フレーム間の空間に形成された土砂取り入れ口と、前記柱状フレームに突設された多数のカッタビットとを具備したことを特徴とする請求項１記載のコーナー部掘削用シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のトンネルを並べて掘削してその覆工体を連結することにより大口径で矩形断面のトンネルの外周壁を構築する時に、外周壁のコーナー部を掘削するコーナー部掘削用シールド掘進機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の（超）大口径のトンネルを掘削する場合、その崩壊土圧を確実に保持するため、大口径トンネルの周囲に外周壁を構築することは、従来から提案されている。この外周壁は、小口径トンネルの一次覆工体たとえば組み立てられたセグメントを互いに連結して外周壁を構築することになるが、掘削する小口径のトンネルが円形断面のトンネルであった場合には、覆工体の連結に余分な土砂を取り除く必要があるため、矩形断面のトンネルが望ましい。また矩形断面の小口径トンネルの一次覆工体を連結する場合には、矩形断面の大口径トンネルが形成容易である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、小口径の矩形断面トンネルの覆工体を並べて矩形断面の大口径トンネルの外周壁を構築する場合、特に手間のかかるのは、四隅コーナー部であリ、通常２台のシールド掘進機によって形成された矩形小口径トンネルを形成してその一次覆工体を連結することになる。
【０００４】
しかし、コーナー部を２台のシールド掘進機を掘削してその覆工体を連結するのに時間がかかるとともに、高精度も要求されてコストがかかるという問題があった。
【０００５】
本発明のうち請求項１記載の発明は、上記問題点を解決して、大口径矩形断面トンネルの外周壁の構築の際に、短時間で精度よくかつ低コストでコーナー部を掘削して覆工体を形成できるコーナー部掘削用シールド掘進機を提供することを目的とする。
【０００６】
【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の請求項１記載の発明は、複数のトンネルを並べて掘削しその覆工体を連結することにより大口径で矩形断面のトンネルの外周壁を構築する時に、この外周壁のコーナー部を掘削するコーナー部掘削用シールド掘進機であって、Ｌ形断面のシールド本体と、このシールド本体の前部に配置された複数のカッタヘッドと、前端部が前記カッタヘッドに回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体に回動自在に連結された複数本の伸縮アクチェータによりパラレルリンクマニピュレータを構成する複数のカッタ駆動装置と、シールド本体の後部に配置されてＬ形断面に沿って一次覆工用セグメントを組み立てるエレクタ装置とを具備し、前記カッタ駆動装置により各カッタヘッドをシールド軸心と直交する面を含む空間内で往復移動させることによりシールド本体前方の地山を掘削するように構成したものである。
【０００７】
上記構成によれば、各カッタ駆動装置により複数のカッタヘッドをシールド軸心と直交する面内で干渉しない範囲に往復駆動することにより、前方の地山にＬ形断面のトンネルを掘削し、Ｌ形断面のセグメントを組み立てることができる。したがって、短時間でコーナー部を効率良く掘削してセグメントを高精度で組み立てることができる。
【０００８】
また請求項２の発明は、上記構成の各カッタヘッドに、柱状フレームが格子形に組み合わされて形成されたカッタ面板と、柱状フレーム間の空間に形成された土砂取り入れ口と、前記柱状フレームに突設された多数のカッタビットとを具備したものである。
【０００９】
上記構成によれば、カッタヘッドを簡単な構造で全面にわたって必要な強度を確保できて、閉鎖面を広く確保して効果的に崩壊土圧を支持することができるとともに、掘削土砂の取り入れ口を全面にわたって均一に配置することができ、効率よく掘削土砂を取り込んで排出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るコーナー部掘削用シールド掘進機の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１１】
まず、このシールド掘進機により掘削される大口径矩形断面のトンネルの概要を図６，図７を参照して説明する。たとえば図６に示すように、大口径トンネルが矩形断面で、その大口径トンネル覆工体Ａの内部に２本の道路空間Ｂ，Ｃが形成され、通常幅員Ｗａの道路空間Ｂ，Ｃが形成される幅Ｗ１の一端側から、ランプや料金ゲートなど幅員Ｗｂの広い道路空間Ｂ，Ｃが形成される幅Ｗ２の他端側に、大口径トンネル覆工体Ａが幅Ｗ１からＷ２に漸次拡張されるように形成されている。
【００１２】
この大口径トンネル覆工体Ａは、図７（ａ）（ｂ）に示すように、四隅コーナー部で本発明のシールド掘進機により掘削されるＬ形断面トンネルに形成されたＬ形断面トンネル覆工体Ｆと、中央のセンター矩形トンネル覆工体Ｇと、Ｌ形断面トンネル覆工体Ｆとセンター矩形トンネル覆工体Ｇとを接続する連結用矩形トンネル覆工体Ｈとにより構成される。
【００１３】
次いでＬ形断面トンネルを掘削する本発明のシールド掘進機を説明する。
図１〜図５において、１はＬ形断面のシールド本体で、その前部には、シールド本体１の断面より小さくかつコーナー部を結ぶ対角線上で２分割された２つのカッタヘッド２Ａ，２Ｂが配置されている。シールド本体１の前部には、圧力隔壁３が配置されて崩壊土圧を保持する圧力室６が形成されており、この圧力隔壁３にカッタヘッド２Ａ，２Ｂをそれぞれ駆動する２基のカッタ駆動装置４，４が配設されている。このカッタ駆動装置４，４は、それぞれ前端部が前記カッタヘッド２に回動自在に連結されるとともに後端部がシールド本体１の圧力隔壁３に回動自在に連結された２本１組で合計８本４組の伸縮アクチェータである油圧式カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈからなるパラレルリンクマニピュレータにより構成されている。
【００１４】
またカッタヘッド２Ａ，２Ｂは、シールド本体１の断面より幾分小さいＬ形形状を、その対角線に沿って２分割した五角形にそれぞれ形成されており、五角形の枠フレーム３１内に複数の柱状フレーム３２が所定間隔ごとに斜め格子状に連結配置されてカッタ面板３０が形成され、柱状フレーム３２および枠フレーム３１と柱状フレーム３２に囲まれた貫通空間が土砂取り入れ口３３に構成されている。そして、枠フレーム３１の外周部と柱状フレーム３２の前面に所定間隔毎に多数のカッタビット３４，３５が突設されている。
【００１５】
前記カッタヘッド駆動装置４を構成するパラレルリンクマニピュレータは、図３に示すように、８本のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部が、プラットホームである圧力隔壁３に正面視が縦長の長方形Ｒの角部近傍に回動継手２１を介して連結される。また、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの先端部が、エンドエフェクタであるカッタヘッド２Ａ，２Ｂの背面に正面視が縦長の菱形Ｄの角部近傍に回動継手２２を介して連結される。
【００１６】
前記カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの回動継手２１，２２は、球面継手や自在継手でもよいが、この実施の形態では駆動方向に回動範囲が広く回動方向に直角な方向には狭いため、図４に示すように、球面ブッシュ仕様の継手が使用される。すなわち、圧力隔壁３またはカッタヘッド２の取付部材２３に一対の固定ブラケット２４が突設され、またカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈには固定ブラケット２４間に遊嵌される可動ブラケット２５が突設されている。そして可動ブラケット２５に形成された球面凹部２５ａ内に球面ブッシュ２６が回動自在に嵌合され、この球面ブッシュ２６にピン孔２６ａが形成されている。そして固定ブラケット２４のピン孔と球面ブッシュ２６のピン孔２６ａに支持ピン２７が貫通されて圧力隔壁４またはカッタヘッド２とカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈとが連結されている。したがって、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈは支持ピン２７を中心に広い範囲で回動できるとともに、球面ブッシュ２６により支持ピン２７の軸心を含む面内で狭い範囲で回動することができる。
【００１７】
図２に示すように、前記圧力隔壁３には、送泥管７Ａが上部に貫通して圧力室６に接続されるとともに、排泥管７Ｂが下部を貫通して圧力室６に接続されて排土装置が構成されている。また圧力隔壁３には、攪拌翼を回転させて掘削土砂を攪拌し流動化させるアジテータ８が配設されている。
【００１８】
シールド本体１の後部には、一次覆工体であるセグメントＦを組み立てる３台のエレクタ装置１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが配設されている。このエレクタ装置１１Ａ〜１１Ｃは、図５に示すように、それぞれガイドレール１２に案内されて上下方向または左右方向にシフト自在な可動フレーム１３と、この可動フレーム１３にシールド軸心に平行な軸心周りに旋回自在に設けられた旋回フレーム１４と、この旋回フレーム１４に回動リンクアーム１５を介して外周側に出退自在に設けられたセグメント保持装置１６とで構成され、シールド本体１の内面に沿ってセグメントＦをＬ形断面に組み立てることができる。
【００１９】
またシールド本体１の後部には、前記エレクタ装置１１Ａ〜１１Ｃにより組み立てられたセグメントＦを反力受けとしてシールド本体１を推進させる複数の推進ジャッキ１７が設けられている。
【００２０】
上記構成において、トンネルを掘削する場合には、図示しないカッタ駆動制御装置により油圧ポンプからカッタヘッド駆動装置４に供給排出される圧油が制御されて各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈが伸縮制御され、カッタヘッド２Ａ，２Ｂがそれぞれシールド軸心に直交する面内で左右方向および上下方向に往復駆動されて、カッタビット３４，３５により地山が掘削される。そして、掘削土砂は土砂取り入れ口３３から圧力室６内に取り込まれ、送泥管７Ａから供給された泥水等と混合されてアジテータ８により攪拌され、適度な流動性が付与された後、排泥管７Ｂから排出される。またカッタヘッド２Ａ，２Ｂは各カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを伸縮制御することにより、土質や掘削状況に応じて前後方向に平行移動させたり、またシールド軸心に直交する面に対して傾動させる動作を挿入することにより、良好に掘削することができ、余掘りやシールド本体１の姿勢制御も容易に行うことができる。
【００２１】
上記実施の形態によれば、Ｌ形断面のシールド本体１の前部に、パラレルリンクマニピュレータからなるカッタ駆動装置４，４により、シールド軸心と直交する平面近傍で往復駆動される２つのカッタヘッド５Ａ，５Ｂを配置したので、一度にシールド本体１の前方にＬ形断面のトンネルを掘削して、エレクタ装置１１Ａ〜１１ＣによりセグメントＦをＬ形断面状に組み立てることができる。したがって、１台のシールド掘進機で大口径矩形トンネルの外周壁Ａのコーナー部を一度の掘削で短時間に精度よく構築することができ、建設コストを低減できる。
【００２２】
またカッタ駆動装置４を８本４組のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈからなるパラレルリンクマニピュレータにより構成したので、カッタヘッド２を４箇所で安定して支持できるとともに動力伝達することができ、またカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈの基端部の取付位置内で圧力隔壁３の空間を大きくとることができ、送排泥管７Ａ，７Ｂやアジテータ８などの設置の自由度を広げることができる。
【００２３】
さらに、カッタヘッド２Ａ，２Ｂを、矩形枠フレーム３１と格子状に組み合わされた柱状フレーム３２とでカッタ面板３０を形成し、土砂取り入れ口３３をカッタ面板３０に均一に配置したので、簡単な構造で全面にわたって必要な強度を確保できるとともに、掘削した土砂を均一に圧力室６内に取り込むことができ、安定した掘削が可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、各カッタ駆動装置により複数のカッタヘッドをシールド軸心と直交する面内で干渉しない範囲に往復駆動することにより、前方の地山にＬ形断面のトンネルを掘削し、Ｌ形断面のセグメントを組み立てることができる。したがって、短時間でコーナー部を効率良く掘削してセグメントを高精度で組み立てることができる。
【００２５】
また請求項２の発明によれば、カッタヘッドを簡単な構造で全面にわたって必要な強度を確保できて、閉鎖面を広く確保して効果的に崩壊土圧を指示することができるとともに、掘削土砂の取り入れ口を全面にわたって均一に配置することができ、効率よく掘削土砂を取り込んで排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコーナー部掘削用シールド掘進機の実施の形態を示す正面図である。
【図２】同シールド掘進機の側面断面図である。
【図３】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す概略正面図である。
【図４】同カッタ駆動装置の回動継手を示す断面図である。
【図５】同シールド掘進機の背面図である。
【図６】同シールド掘進機を使用して掘削する大口径矩形トンネルの概要を示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は同大口径矩形トンネルの掘削手順を示す断面図で、（ａ）は狭幅位置の横断面図、（ｂ）は広幅位置の横断面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
２Ａ，２Ｂ  カッタヘッド
３    圧力隔壁
４    カッタ駆動装置
５Ａ〜５Ｈ  カッタ駆動シリンダ
７Ａ  送泥管
７Ｂ  排泥管
１１Ａ〜１１Ｂ  エレクタ装置
１７    推進ジャッキ
３０    カッタ面板
３１    枠フレーム
３２    柱状フレーム
３３    土砂取り入れ口
３４，３４  カッタビット
Ｆ    セグメント（Ｌ形断面トンネル覆工体）
Ａ    大口径矩形トンネル覆工体
【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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