(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
面板の前面に取り付けられたカッターで地盤を切削し、切削された土砂を、面板に形成された土砂取込口から後方の掘削室に送り込み、掘削室内を加圧して切羽の安定を図りながらトンネル孔を構築していくシールド掘進機において、
シールド掘進機本体を覆う外殻に内接して内殻が前後に摺動可能な２重構造とした外筒と、シールド掘進機の前面に内殻の外径とほぼ同じ大きさで回転自在に設けた円形状の面板と、面板前面の円周位置に面板との間に間隔をあけずに面板の中心に対して対向する位置に回転自在に設けた一対の棒状の回転カッターと、前記一対の回転カッターの長軸は、面板の中心から外殻の外径とほぼ同じとなる大きさに製作されるとともに、対向する回転カッターの長軸の向きは互いに直交する方向に設置されていることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記面板と、面板の後方へ一定の間隔をおいて設けた隔壁の円周方向に円形または矩形の点検孔を設けた請求項１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、推進工法に用いられるシールド掘進機に関するものであり、詳しくは、地盤を切削してトンネル孔を形成しながら、孔の後方に推進管を敷設していく推進工法に用いるシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
推進工法は、埋設する推進管の先端に設置したシールド掘進機の面板前面に固定したカッターによって、発進立坑側から地山を掘削しながら推進管を地中に推進埋設していく方法である。シールド掘進機は、到達立坑内に取り込み、立坑外に吊り上げることによって回収される。土圧式推進工法は、面板のカッターで切削した土砂を、面板の後方から一定の間隔を置いて設けた隔壁とにより形成された掘削室に充満させ、その土圧によって切羽の安定を図っている。また、掘削室後方の隔壁を貫通してスクリュウコンベア等の排土機構が設けられており、シールド掘進機の推進に伴う掘削土量と排土量とを平衡させることによって、掘削室内の圧力を調整しながらシールド掘進機を推進させていく方法である。泥水式推進工法は、掘削室に加圧泥水を送り込んで、一定の泥水圧力を維持しながら、面板に固定されたカッターで切羽面を切削することによって切羽の安定を図る。カッターで切削された土砂は、泥水に混じって坑外に流体輸送され、沈殿槽等で土砂と泥水に分離される。土砂と分離された泥水は、再び送泥ポンプにより切羽へ送り込まれる。このように、泥水を循環させて地盤をシールド掘進機で切削しながら推進させていく方法である。
【０００３】
上記のような従来技術では、地盤の土質が均一でない、いわゆる互層の場合には、充分な掘削能力が発揮できないという問題があった。例えば、互層地盤を掘削しているときに、硬質粘土層に遭遇すると、切羽部が自立していて容易に崩れないため、切羽の崩壊による掘削の促進が期待できず、面板に固定されたカッターによる切削のみで地盤を切削しなければならない。その結果、地盤の切削能力が低下し、推進速度が著しく低下する。そこでシールド掘進機を無理に前方に押して切削能率を向上しようとすると、回転する面板に加わる抵抗トルクが上昇して掘削不能になったり、土砂取込口への土砂の圧密が起こり閉塞して土砂の取り込み不能を招来するという問題がある。
また、粘性土からなる地盤では、面板の前面に粘土が付着し、面板の切削カッターにも粘土が付着してカッター部分が埋まってしまい、地盤の切羽面と面板が単に擦り合うだけで、カッターによる切削が全く行われず推進施工が不可能になるということが、再々発生している。
【０００４】
このため、上記のような面板を用いたシールド掘進機において、硬質粘土層のような地盤に遭遇しても、何ら支障なく地盤を切削して効率の良い推進施工できるシールド掘進機が、特開平３−２２１６９９号に提案されている。この技術は、面板の円周位置に面板との間に間隔をあけずに切羽面に沿って回転自在で回転中心から半径方向に伸びる棒状の回転カッターが設けられているシールド掘進機である。回転カッターの回転範囲は、面板の外周近くから中心近くまでをカバーできるように、棒状の回転カッターの長さが決められている。回転カッターの回転機構としては、各回転カッター毎にモータ等の駆動機構を設けても良いが、面板の駆動力の一部を遊星ギア機構で分配して、回転カッターを回転させるようにすれば、回転カッター毎に駆動機構を設けなくてもよくなり、シールド掘進機の構造が簡単にできる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したシールド掘進機により、面板の回転による公転と、回転カッター自身の回転の２種類の運動が複合された複雑な運動を行いながら、地盤の切羽の切削を行っていく。面板全体の運動に回転カッターの部分的な運動が組み合わせられているので、面板の一部に粘土等が付着しようとしても、付着した粘土等は回転カッターにより速やかに除去され、面板または回転カッターに粘土が付着して切削不能となることはなくなった。しかし、地盤が玉石や巨礫および障害物に遭遇したときは、面板前面での破砕や取込口からの取り込みができなく、面板の前部に留まった状態となって面板や回転カッターに噛み込み、面板や回転カッター部の破損や回転停止を招来し、その対策として地上より中間立坑を掘削して補修、撤去しているのが現状である。また、シールド掘進機の到達が狭い作業空間しかない既設人孔等の場合には、シールド掘進機の内部機構を細かく解体して撤去しなくてはならなく、解体作業に多くの時間を要するとともに、シールド掘進機の再利用が困難になるという問題がある。
【０００６】
このため、本発明は、玉石や巨礫の地盤に遭遇したり、既設人孔等に到達する推進施工においても、シールド掘進機の面板や回転カッターを破損したり、シールド掘進機の機構を解体することなく、推進施工ができるシールド掘進機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、面板の前面に取り付けられたカッターで地盤を切削し、切削された土砂を、面板に形成された土砂取込口から後方の掘削室に送り込み、掘削室内を加圧して切羽の安定を図りながらトンネル孔を構築していくシールド掘進機において、
シールド掘進機本体を覆う外殻に内接して内殻が前後に摺動可能な２重構造とした外筒と、シールド掘進機の前面に内殻の外径とほぼ同じ大きさで回転自在に設けた円形状の面板と、面板前面の円周位置に面板との間に間隔をあけずに面板の中心に対して対向する位置に回転自在に設けた一対の棒状の回転カッターと、前記一対の回転カッターの長軸は、面板の中心から外殻の外径とほぼ同じとなる大きさに製作されるとともに、対向する回転カッターの長軸の向きは互いに直交する方向に設置されているシールド掘進機である。
また、前記面板と、面板の後方へ一定の間隔をおいて設けた隔壁の円周方向に円形または矩形の点検孔を設けたシールド掘進機である。
【０００８】
シールド掘進機を覆う外筒は、外殻内面に内殻が内接して摺動可能な２重管構造となっている。通常は、先端面が一致するようにシールド掘進機の内部より固定手段により固定されている。シールド掘進機の前面に設けられる面板は、内殻外径とほぼ同じ大きさの円形状で製作されている。面板の後方には、モータ等の駆動機構により、切羽面に対して回転するように設けられている。面板の前面には、切羽を切削するカッターもしくはビットが設けられている。面板の一部には、土砂を面板と後方の隔壁とで形成した掘削室に送り込むための土砂取込口が設けられている。
【０００９】
一対の棒状の回転カッターの長さは、面板の中心から外殻の外径と同じかやや大きくなるように製作されている。回転カッターの長軸は、一対の回転カッターが面板の中心部で噛み合わないように、互いに直交する方向で設置されている。回転カッターの回転機構としては、各回転カッター毎にモータ等の駆動機構を設けてもよいが、従来技術のように面板の駆動力の一部を遊星ギア機構で分配して回転カッターを回転させるようにすれば、回転カッター毎に駆動機構を設ける必要がなくなり、シールド掘進機の構造が簡単となる。
【００１０】
面板および隔壁に設けられる点検孔としては、一対の回転カッターが支障とならない円周位置に設けられている。点検孔の大きさは、人が出入りできる大きさが必要で、円形または矩形の形状で開口されている。通常の推進時には、点検孔には蓋が従来技術であるボルトナット等の連結手段によって取り付けられている。
【００１１】
シールド掘進機による推進方法としては、通常の推進時はシールド掘進機の面板の回転による公転と、回転カッター自身の回転の２種類の運動によって、地盤の切羽の切削を効率よく行っていく。シールド掘進機が玉石や巨礫等に遭遇して面板の前面に留まった場合は、推進施工を中止して外筒の固定手段を解除し、内殻を所定の距離だけ後方に移動させる。内殻の後退により、外殻の内部には所定の空間が形成される。そして、隔壁および面板に設けた点検孔の蓋を取り外し、作業員が外殻内の空間に入り、玉石や巨礫等を破砕したりして撤去する。撤去が完了すると、点検孔に蓋をして内殻を前方に移動させて外殻先端面と合致させて固定手段により固定する。その後面板と回転カッターを駆動させて推進施工を再開する。この時、地盤が軟弱等室や地下水の多い土質では、作業中に切羽が安定しないため、薬液注入による地盤改良や外殻内の空間に圧縮空気を供給して切羽を安定させる圧気工法が採用される。また、既設人孔等に到達させる場合にも、前記と同様に外筒の固定手段を解除し、内殻を推進管内を通して後方に引き抜くことにより、発進立坑側から、原形のままで撤去できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を基に説明する。図１は、本発明のシールド掘進機を説明する縦断面図である。シールド掘進機１本体を覆うように外筒２が設けられている。外筒２は、外殻３の内面に内殻４が内接して摺動可能な２重管構造となっている。通常は、先端面が一致するようにシールド掘進機１内で固定手段（図示省略）により固定されている。シールド掘進機１の前面に設けられる面板５は、内殻４とほぼ同じ大きさの円形状で製作されている。面板５背面の中央には、回転軸８が固設されて後方に延長してモータ等の駆動機構１１により、回転力が面板５に伝達される。面板５の前面の円周位置には、面板５との間に間隔をあけずに、面板５の中心に対して対向する位置に一対の棒状の回転カッター６が装備されている。回転カッター６の回転範囲は、外殻２の外径よりやや大きな位置から面板５の中心までがカバーできるように、棒状の長さが決められている。一対の回転カッター６の長軸同士が当たらないように、一対の回転カッター６の長軸は直交する方向に設置されている。回転カッター６の回転機構は、面板５の回転軸８からの駆動力を遊星ギア機構１０によって回転カッター軸９に分配して伝達される。
【００１３】
面板５および回転カッター６の前面には、切羽を切削するためのビット等が複数個所に設けられている。面板５の一部には、切削した土砂を面板５と後方の隔壁１２で形成した掘削室７に送り込むための土砂取込口１４が設けられている。
【００１４】
面板５および隔壁１２には、面板５の遊星ギア機構１０等の支障とならない円周位置に円形の点検孔１３が設けられている。点検孔１３は、人が出入りできる大きさを有しており、通常は蓋により閉じられている。
【００１５】
図２は、内殻を後退させた状態を説明する縦断面図である。面板５の前面が、玉石または巨礫１５に遭遇した時は、面板５前面の一対の回転カッター６をシールド掘進機１の内殻４の外径より出ない位置で回転を停止させ、シールド掘進機１内の外殻３と内殻４の固定手段（図示省略）を解除し、内殻４を所定の距離だけ後方に移動させる。内殻４の後退により、外殻３の内部には所定の空間が形成される。そして、シールド掘進機１前面の切羽が自立できるように、薬液注入等による地盤改良を行う。切羽の自立が確認されたら、隔壁１２の点検孔１３の蓋を開け、作業員が点検孔１３から掘削室７内に入る。次に、面板５の点検孔１３の蓋を開け、外殻３が形成する空間に入る。そして、破砕器具等で玉石または巨礫を破砕し撤去する。撤去が完了すると、各点検孔１３に蓋をし、内殻４を前進させて外殻３の先端面に合わせて、外殻３と内殻４とを固定手段により固定する。その後、面板４と回転カッター６を駆動させて推進施工を再開する。
【００１６】
上記作業は、推進施工中に面板５の前方に玉石等が出た場合の撤去方法を説明したが、シールド掘進機１が既設人孔等に到達した場合にも、内殻４を外殻３内および推進管列内を通して発進立坑側に引き抜くことによって、シールド掘進機１を原形まま撤去することが可能となった。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明のシールド掘進機により、互層地盤の推進施工においても玉石や巨礫に遭遇しても、確実に撤去対策が行えるようになり、従来技術のように中間に立坑を掘削する必要もなくなり、工事費用の低減や迅速な推進施工が行えるようになった。また、既設人孔等に到達する推進施工でも、シールド掘進機を解体することなく、原形のままで撤去することが可能となり、狭いシールド掘進機内の解体作業はなくなり、解体したシールド掘進機の再組立ての必要もなくなった。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシールド掘進機を説明する縦断面図である。
【図２】内殻を後退させた状態を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
１              シールド掘進機
２              外筒
３              外殻
４              内殻
５              面板
６              回転カッター
７              掘削室
８              回転軸
９              回転カッター軸
１０            遊星ギア機構
１１            駆動機構
１２            隔壁
１３            点検孔
１４            土砂取込口
１５            玉石または巨礫
【図１】
0003776815.tif 000002
【図２】
0003776815.tif 000003