(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部カッタと、中心部から外周に至る一半径方向に開口部を有する外周環部カッタとからなるカッタヘッドを前端部に備え、かつ、シールド前方に出現した支障物を該カッタヘッド背面に位置するチャンバの後方へ撤去する装置を、前記開口部を介して切羽側とチャンバ側とに移動自在に備えた密閉型シールド掘進機であって、前記開口部内において、前記中央部カッタを前記撤去装置から離間する方向に移動自在とするとともに、該撤去装置をカッタヘッドの中心部に移動自在としてなる密閉型シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド前方に出現した支障物を撤去する装置を装備した密閉型シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人口集中の著しい主要都市部においては、シールド工法により地下空間に構造物を構築する場合、地上および地下構造物の輻輳によって、既設構造物やその基礎がシールド計画線上に出現し、シールド掘進の支障物となる事例が増加している。近年、シールド工事は周辺への影響等を考慮し、密閉型シールド工法が主流となっており、この密閉型シールド掘進機ではその構造上、施工中に切羽前方の状況を直接確認することは不可能である。
【０００３】
そこで、密閉型シールド工法で切羽前面に支障物が出現した場合には、従来、薬液注入等により支障物周辺の地盤改良を実施したり、チャンバ内に限定圧気をかける等の切羽安定対策を施した後、作業員が切羽へ出て支障物を撤去する方法が一般的に採用されている。また、工事計画段階から支障物が存在することが明らかな場合には、支障物を撤去し易いように開放型シールドを採用したり、途中の立坑で密閉型シールドから開放型シールドへ改造するといった方法が採用されることもある。
【０００４】
しかしながら、これらの方法では、切羽の安定を薬液注入等の地盤改良や圧気工法等の補助工法に依存せざるを得ず、切羽の安定性に問題がある。また、このような状況下で、作業員が狭い切羽空間に出て作業を行わなければならないことから、安全性や作業性、施工性の点においても改善策が期待されている。
【０００５】
シールドトンネルの計画線上に出現する支障物の種類としては、杭および土留めがあり、これらの材質としては、Ｈ形鋼、鋼管、鋼矢板等の鋼材やＲＣ、木材等が挙げられる。この中で、木材については、シールドマシンに取り付けられる通常のカッタービットで切削が可能であり、シールド掘進上特に大きな問題とはならない。鋼材やＲＣについては、単独で出現した場合には特殊な対策を施していない通常のシールドマシンで切削した事例もあるが、このような場合には切削によりカッタービットが損傷し、直後にビット交換を実施する等の対策が必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今後、都市の地下空間は増々輻輳化が予想され、トンネル計画線に支障物が出現する可能性も更に増大するものと考えられる。従って、密閉型シールドで作業員が切羽へ出ることなく支障物をスムーズに撤去することができるシールド掘進機の開発が要請されている。
【０００７】
而して、本発明の目的は、シールド前方に出現した支障物を作業員が切羽に出ることなく撤去回収する装置を装備した密閉型シールド掘進機を提供するものであって、特に、シールド掘進機の中心位置付近に出現した支障物に対しても、カッタヘッドの所謂センターカッタ（中央部カッタ）に邪魔されることなく支障物を撤去することのできる密閉型シールド掘進機を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る密閉型シールド掘進機は、中央部カッタと、中心部から外周に至る一半径方向に開口部を有する外周環部カッタとからなるカッタヘッドを前端部に備え、かつ、シールド前方に出現した支障物を該カッタヘッド背面に位置するチャンバの後方へ撤去する装置を、前記開口部を介して切羽側とチャンバ側とに移動自在に備えた密閉型シールド掘進機であって、前記開口部内において、前記中央部カッタを前記撤去装置から離間する方向に移動自在とするとともに、該撤去装置をカッタヘッドの中心部に移動自在とすることにより、前記した課題を解決するものである。
【０００９】
【作用】
前記撤去装置は、シールドの半径方向と円周方向の移動動作を組み合わせることにより、シールド断面の殆ど全ての位置に移動させることができる。
【００１０】
特に、支障物がシールド掘進機の中心付近前方に出現した場合には、前記撤去装置から離間させるようにして、前記中央部カッタを半径方向外側に移動させた後、該撤去装置をカッタヘッドの中心部に移動させれば、支障物がどのような位置に出現してもこれを撤去することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、泥水式シールド掘進機による好適な実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【００１２】
図１は、密閉型シールド掘進機１０の要部を縦断して示す側面図であり、図２はその正面図である。
シールド掘進機１０は、シールド１１の前面に設けられたカッタヘッド１２を駆動モータＭにより回転させて切羽を掘削し、かつ、隔壁１４と切羽の間のチャンバ１５を加圧した泥水で満たすことにより、切羽の安定を図るとともに、掘削した土砂を泥水中に取り込み、排泥水として流体輸送を行う、通常の泥水式シールドタイプのものである。なお、図１において、符号１６はシールドジャッキであり、符号１７はセグメント組立用のエレクタである。
【００１３】
図２に示すように、カッタヘッド１２は小面積の中央部カッタ１２Ａと大面積の外周環部カッタ１２Ｂからなっている。本実施形態において、中央部カッタ１２Ａの正面形状は略円形の中間部を挟んで両端に方形部が連なった形状となっているが、このような形状に限らず、中央部カッタ１２Ａの前面に複数のカッタービット１３、１３・・を取着可能な形状であれば、格別の制限はない。
本実施形態では、カッタービット１３、１３・・は、前記略円形の中間部において十字状に配列され、また、方形部では対向する二辺に配列されている。
【００１４】
一方、カッタヘッド１２を構成する外周環部カッタ１２Ｂの正面外郭形状は円形であって、カッタヘッド１２の中心部から外周に至る一半径方向には一定幅の開口部１８が設けられている。そして、この開口部１８には前記中央部カッタ１２Ａが収容され、該中央部カッタ１２Ａは、外周環部カッタ１２Ｂの裏面に取り付けられた油圧ジャッキ１９の自由端に接続されており、この油圧ジャッキ１９によって、カッタヘッド１２の中心Ｃから最長Ｌ1 の距離を、後述する切断装置２０から離間する方向へ移動することができるようになっている。
【００１５】
外周環部カッタ１２Ｂのスポーク部１２Ｃには、多数のカッタービット１３、１３・・が放射状に配列、取着されるとともに、スポーク部１２Ｃの長手方向端縁に沿ってスリット１２Ｄが設けられている。従って、カッタービット１３、１３・・により掘削された土砂はスリット１２Ｄよりカッタヘッド１２の背面部のチャンバ１５内に取り込まれる。
【００１６】
続いて、本実施形態における支障物の撤去装置について、これを構成する切断装置２０と回収装置５０とに分けて説明する。
【００１７】
図１において、切断装置２０はカッタヘッド１２の開口部１８から切羽前方へ突出した状態であって、カッタヘッド１２の中心部と外周部寄りの両方に位置する場合が図示されている。しかしながら、通常掘進時には、切断装置２０は９０度角度を振って、チャンバ１５内に格納され、開口部１８は鉄板等（図示せず。）により閉塞されており、磨耗等による損傷から保護される。
【００１８】
図３は、支障物切断時における切断装置２０の側面図である。切断装置２０は、支障物の把持手段２２と切断手段３０とを備えており、本実施形態では、支障物を挟持可能な一対の鼓型ハンド２４、２４からなる把持手段２２と、この把持手段２２の両側、即ち、カッタヘッド１２の外周側と内周側に、支障物を高速回転運動により切削する各一対の鼓型カッタ３２ｏ、３２ｏおよび３２ｉ、３２ｉからなる切断手段３０とを備えている。なお、この切断装置２０によれば、鼓型ハンド２４、２４で挟持可能な、直径または横幅が数百ｍｍ程度の鋼材またはＲＣであって、杭や土留め等の長尺形状のものまでが支障物の対象となる。
【００１９】
次に、図３と、そのＩＶ−ＩＶ線における切断平面図である図４およびＶ−Ｖ線における切断平面図である図５を参照しながら、切断装置２０の構成を説明する。
【００２０】
鼓型カッタ３２ｏ、３２ｉは、図３に示すように鼓型のカッタ本体にチップ３３を埋め込んだり、あるいはローラビットのような形状やヤスリ状とし、挟削ジャッキ３４を作動させて、一対の鼓型カッタ３２ｏ、３２ｏまたは３２ｉ、３２ｉで支障物Ｈを挟み込み、カッタモータ３６により駆動されるカッタ３２ｏ、３２ｉを高速回転させ、図４に示すように水平揺動運動させながら支障物Ｈを切断することができるようになっている。
【００２１】
鼓型ハンド２４は、図５に示すように、把持ジャッキ２６を操作して支障物Ｈを両側から挟み込むことができるようになっている。本実施形態においてカッタ３２ｏ、３２ｉおよびハンド２４の形状を鼓型としたのは、支障物Ｈを確実に挟持するためである。
【００２２】
上記把持手段２２と切断手段３０とは、断面コ字形の主フレーム４０に取着され、カッタヘッド１２の開口部１８に沿って設けられたガイド４１に案内され、図１に示すように、半径方向移動ジャッキ４２の作動によりカッタヘッド１２の中心Ｃから最外周部までの任意の長さＬ2 だけ、開口部１８内を半径方向に移動させることが可能である。
【００２３】
また、符号４４は、俯仰ジャッキであり、ピン４５を中心として切断装置２０を９０度回転させることができる。符号４６は、装置回転モータであり、切断装置２０本体を３６０度回転させることができる。
【００２４】
次に、回収装置５０は回収手段５５とコンベア６０とから構成され、両者は隔壁１４の後方機内中央に設置された搬出ロック５１内に設けられる。搬出ロック５１には、チャンバ１５と流通可能な切羽側ゲート５２と、機内と流通可能な機内側ゲート５３が設けられている。回収手段５５はテレスコピックアーム５６の俯仰動作と前後・上下移動動作を組み合わせることにより、テレスコピックアーム５６に連結されたハンド５８にて支障物Ｈの切断片を掴み、コンベア６０に受け渡すことができるようになっている。
【００２５】
続いて、上記シールド掘進機１０による支障物Ｈの撤去方法を説明する。
【００２６】
（１）シールド前方にＨ形鋼等の支障物Ｈが出現したら、その位置を前方探査またはボーリング等により把握し、支障物Ｈの直前位置までシールド掘進機１０で前進し、シールド断面内の支障物Ｈの位置を再確認する。
【００２７】
（２）切断装置２０を支障物Ｈの切断位置まで移動する。切断装置２０は次の３動作を適宜組み合わせることにより、シールド断面の殆ど全ての位置に移動させることができる。従って、支障物Ｈがシールド掘進機１０の中心位置を除くいずれの位置に出現しても、切断装置２０を支障物Ｈに対向させることができる。
【００２８】
▲１▼装置回転モータ４６による、切断装置２０本体の３６０度回転動作。
▲２▼ジャッキ４２による、切断装置２０のシールド半径方向の移動動作。
▲３▼カッタヘッド１２の回転による、切断装置２０のシールド円周方向の移動動作。
【００２９】
（３）図１に示すように、切断装置２０をカッタヘッド１２の開口部１８から切羽前方に突き出した姿勢とする。次いで、鼓型ハンド２４、２４で支障物Ｈを把持し、鼓型カッタ３２ｏ、３２ｏおよび／または３２ｉ、３２ｉで支障物Ｈを挟み込みながら切断する。
【００３０】
（４）鼓型ハンド２４、２４で支障物Ｈの切断片を把持した状態で、カッタヘッド１２をいずれかの方向に若干回転させ、支障物Ｈから切断片を完全に切り離す。なお、この支障物Ｈからの切断片の分離動作は、前記▲１▼切断装置２０本体の３６０度回転動作や、▲２▼切断装置２０のシールド半径方向の移動動作と組み合わせてもよい。
【００３１】
（５）俯仰ジャッキ４４を作動して切断装置２０を９０度逆回転し、チャンバ１５内に引き込める。このようにして、切断片はチャンバ１５内に取り込まれる。
【００３２】
（６）カッタヘッド１２を回転させ（▲３▼動作）、また、切断装置２０を半径方向に移動することにより（▲２▼動作）、切断装置２０の鼓型カッタ３２ｉ、３２ｉを搬出ロック５１の切羽側ゲート５２と対向する位置に合わせる。
搬出ロック５１の切羽側ゲート５２を開放した後、切断片を挟持している把持ハンド２４、２４を若干緩め、かつ、鼓型カッタ３２ｏ、３２ｏおよび／または３２ｉ、３２ｉを低速で回転させることにより、切断片を搬出ロック５１側へ後退させる。
【００３３】
（７）後退した切断片を切羽側ゲート５２付近で回収手段５５のハンド５８により掴んだ後、切断片を搬出ロック５１内のコンベア６０上に載置する。
切羽側ゲート５２を閉め、搬出ロック５１内の泥水を抜いた後、機内側ゲート５３を開けてコンベア６０により切断片を機内へ搬出する。
最後に、機内側ゲート５３を閉め、搬出ロック５１内を泥水で加圧し、ロック内圧を切羽圧と一致させる。以下、上記一連の切断作業を繰り返すことによりシールド断面内の支障物Ｈを完全に撤去することができる。
【００３４】
上記切断作業において、カッタヘッド１２の中央部カッタ１２Ａは、掘進時における定常位置であるカッタヘッド１２の中心Ｃに位置しているが、支障物Ｈが中心Ｃ付近に出現した場合には、この中央部カッタ１２Ａが切断作業の妨げになる。そこで、図２に示すように、切断装置２０から離間させるように中央部カッタ１２Ａを半径方向外側に距離Ｌ1 だけ移動させる。その後、切断装置２０をカッタヘッド１２の中心Ｃに移動させれば、支障物Ｈがどのような位置に出現してもこれを撤去することができる。
【００３５】
以上、鼓型のカッタを採用した支障物の切断撤去装置における実施形態を説明したが、本発明は、これ以外にも、鋼管の前端部にダイヤモンドチップを固着してなるコアカッタあるいはウォータージェットを利用したカッタ、その他、あらゆる種類の切断装置に適用することができる。
また、切断片の回収装置５０についても、図１で説明した以外の公知の態様を採用することができる。
【００３６】
更に、本発明は密閉型のシールド掘進機であればいずれの形式であっても適用可能であり、土圧シールドあるいは泥土圧シールド掘進機のいずれにも適用可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る密閉型シールド掘進機によれば、作業員が切羽へ出ることなく支障物をスムーズに切断、撤去することができ、特に、シールド掘進機の中心位置付近に出現した支障物に対しても、カッタヘッドのセンターカッタ（中央部カッタ）に妨げられることなく支障物を撤去することができるという優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉型シールド掘進機の要部を縦断して示す側面図である。
【図２】図１に示す密閉型シールド掘進機の正面図である。
【図３】支障物切断時における切断装置２０の側面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線切断平面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ線切断平面図である。
【符号の説明】
１０    シールド掘進機
１２    カッタヘッド
１２Ａ  中央部カッタ
１２Ｂ  外周環部カッタ
１５    チャンバ
１８    開口部
１９    油圧ジャッキ
２０    切断装置
４２    移動ジャッキ
５０    回収装置
Ｃ      カッタヘッドの中心
Ｈ      支障物
【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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