(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部にカッタ駆動装置により駆動されるカッタヘッドを設け、
シールド本体を、固定胴部と、この固定胴部の両側に出退自在に配置された可動胴部とで構成するとともに、これら可動胴部を出退してシールド本体の幅を変更可能な拡縮駆動装置を設け、
前記固定胴部と可動胴部との間に形成された摺接部にプレートシール装置を設け、
このプレートシール装置を、固定胴部および可動胴部の一方に一定間隔ごとに植設され、ウェーブをかけた多数の金属線材が束ねられて先端部が他方に当接する多数の縦形ブラシと、固定胴部および可動胴部の一方に一定間隔ごとに形成され前記縦形ブラシ間に油剤を充填するグリス供給穴とで構成された
ことを特徴とする拡縮式シールド掘進機。
【請求項２】
シールド本体を矩形断面に形成し、
固定胴部が、圧力室を形成するセンター隔壁、一対の天壁センタープレートおよび一対の底壁センタープレートにより形成され、
可動胴部が、前記センター隔壁の背面にスライド自在に配設されたサイド隔壁、天壁センタープレートの上面にスライド自在に配置された天壁サイドプレートと、底壁センタープレートの下面にスライド自在に配置された底壁サイドプレートおよび側壁スキンプレートにより形成され、
センター隔壁とサイド隔壁の摺接部と、天壁センタープレートと天壁サイドプレートの摺接部と、底壁センタープレートと底壁サイドプレートの摺接部に、プレートシール装置が配設された
ことを特徴とする請求項１記載の拡縮式シールド掘進機。
【請求項３】
カッタヘッドにシールド本体より小さい掘削面を形成し、
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の固定胴部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カッタ駆動装置を設け、
このカッタ駆動装置により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、シールド本体の幅に対応した断面のトンネルを掘削するように構成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の拡縮式シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削するトンネル幅を変更自在な拡縮式シールド掘進機の、特に拡縮される胴部のシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば道路や線路が分岐、合流するようなランプやプラットホームなどの出入口の地下道を構築する場合、トンネルの幅を順次拡張または縮小しつつ掘削する必要がある。しかし従来のシールド掘進機では、このようにトンネル幅を掘削途中に漸次変更できるものは無く、複数台のシールド掘進機を使用して広い幅のトンネルを掘削しておき、必要な空間のみを使用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、広い幅のトンネルを掘削するために、経済コストも高くつき、長い作業時間も必要で、無駄が多いというという問題があった。
【０００４】
そのため本発明者等は、胴部をスライドして幅を拡大、または縮小する拡縮式シールド掘進機を提案した。
ところで従来の拡縮しないシールド掘進機では、部分的にスライドや旋回摺動部分を設けることもあるが、これらは平均的にシール面積も小さく、外部から受ける土圧、水圧も比較的小さい。しかし、分割された胴部をスライドする場合、スライド面積も大きく、土砂や泥水などの圧力も高い。
【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、複数の胴部を拡縮する摺接部にシール性の優れたシール装置を有する拡縮式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、シールド本体の前部にカッタ駆動装置により駆動されるカッタヘッドを設け、シールド本体を、固定胴部と、この固定胴部の両側に出退自在に配置された可動胴部とで構成するとともに、これら可動胴部を出退してシールド本体の幅を変更可能な拡縮駆動装置を設け、前記固定胴部と可動胴部との間に形成された摺接部にプレートシール装置を設け、このプレートシール装置を、固定胴部および可動胴部の一方に一定間隔ごとに植設され、ウェーブをかけた多数の金属線材が束ねられて先端部が他方に当接する多数の縦形ブラシと、固定胴部および可動胴部の一方に一定間隔ごとに形成され前記縦形ブラシ間に油剤を充填するグリス供給穴とで構成されたものである。
【０００７】
上記構成によれば、固定胴部と可動胴部との広い摺接部であっても、縦形ブラシと充填油剤からなるプレートシール装置により、外部からの土砂や泥水の侵入を効果的に防止することができる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、上記構成において、シールド本体を矩形断面に形成し、固定胴部が、圧力室を形成するセンター隔壁、一対の天壁センタープレートおよび一対の底壁センタープレートにより形成され、可動胴部が、前記センター隔壁の背面にスライド自在に配設されたサイド隔壁、天壁センタープレートの上面にスライド自在に配置された天壁サイドプレートと、底壁センタープレートの下面にスライド自在に配置された底壁サイドプレートおよび側壁スキンプレートにより形成され、センター隔壁とサイド隔壁の摺接部と、天壁センタープレートと天壁サイドプレートの摺接部と、底壁センタープレートと底壁サイドプレートの摺接部に、プレートシール装置が配設されたものである。
【０００９】
上記構成によれば、広い平面同志の摺接面や大きい圧力がかかる摺接面であっても、効果的にシールすることができる。
さらに請求項３記載の発明は、上記各構成において、カッタヘッドにシールド本体より小さい掘削面を形成し、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の固定胴部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カッタ駆動装置を設け、このカッタ駆動装置により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、シールド本体の幅に対応した断面のトンネルを掘削するように構成したものである。
【００１０】
上記構成によれば、伸縮アクチェータによるカッタヘッドの動作ストロークを変更して、地山の掘削幅を拡張または縮小するとともに、この掘削幅に対応して、拡縮駆動装置により可動胴部を出退させシールド本体の幅を拡張または縮小することで、漸次幅の広くなるトンネルまたは漸次幅の狭くなるトンネルを掘削することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る拡縮式シールド掘進機実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００１２】
図４〜図８に示すように、矩形断面のシールド本体１の前部には、左右一対の矩形状カッタヘッド２，２が配設されている。前記シールド本体１は、中央の固定胴部１Ａと、固定胴部１Ａの左右両側に幅方向に出退自在に配置された可動胴部１Ｂ，１Ｂとで構成され、これら可動胴部１Ｂ，１Ｂを出退してシールド本体１の幅をＬｗとＬｓとの間で変更可能な拡縮駆動装置である幅拡縮シリンダ３，３が設けられている。
【００１３】
すなわち、固定胴部１Ａは、図１に明瞭に示すように、土圧保持用の圧力室６を形成するセンター隔壁１１と、天壁センタープレート１２および底壁センタープレート１３から構成されている。また可動胴部１Ｂは、センター隔壁１１の背面にスライド自在に配設されたサイド隔壁１４と、天壁センタープレート１２の上面にスライド自在に配置された天壁サイドプレート１５と、底壁センタープレート１３の下面にスライド自在に配置された底壁サイドプレート１６と、側壁スキンプレート１７とで構成されている。そして本体が固定胴部１Ａのセンター隔壁１１背面で支持ブロック２０に連結された幅拡縮シリンダ３，３の出力端が可動胴部１Ｂの側壁スキンプレート１７に連結されている。
【００１４】
またセンター隔壁１１とサイド隔壁１４の摺接部には、隔壁シール装置５１Ａが設けられると共に、天壁センタープレート１２と天壁サイドプレート１５の摺接部に第１プレートシール装置５１Ｂが、底壁センタープレート１３と底壁サイドプレート１６の摺接部に第２プレートシール装置５１Ｃがそれぞれ配設されている。また固定胴部１Ａの後端部内周面には、セグメントと摺接する従来と同一の第１テールシール装置５２Ａが設けられ、可動胴部１Ｂの後端部内周面には、セグメントＳと固定胴部１Ａに摺接する第２テールシール装置５２Ｂが設けられている。
【００１５】
この隔壁シール装置５１Ａと第１，第２プレートシール装置５１Ｂ，５１Ｃとは同一構成で、図２，図３に示すように、センター隔壁１１の左右側部外面と、天壁サイドプレート１５および底壁サイドプレート１６の内面に、それぞれ矩形状のシール取付板５３が取付ボルト５４によりシール部前面にわたって装着されている。これらシール取付板５３には、一定間隔ごと植設孔５３ａが形成されており、これら植設孔５３ａにウェーブをかけた多数の金属線材が束ねられた金属ブラシである縦形ブラシ５５がそれぞれ植設され、先端部がそれぞれサイド隔壁１４、天壁センタープレート１２、底壁センタープレート１３にそれぞれ摺接されている。また、サイド隔壁１４、天壁センタープレート１２、底壁センタープレート１３には、一定間隔ごとにグリス供給孔５６が形成されて、グリス供給装置５７に接続されたグリス供給管５８が接続されており、縦形ブラシ５５間および金属線材内にパテグリス（油剤）を充填するように構成される。なお、縦形ブラシ５５をサイド隔壁１４、天壁センタープレート１２、底壁センタープレート１３側に配設してもよい。また前記パテグリスの供給は、図２に仮想線で示すようにセンター隔壁１１、天壁サイドプレート１５、底壁サイドプレート１６側に設けてもよい。
【００１６】
したがって、これら摺接部に圧力室６または外部地山から高圧の土砂や泥水が侵入してきても、広い面にわたって多数植設された縦形ブラシ５５により圧力を保持できると共にパテグリスにより泥水の侵入を確実に防止することができ、シールド本体１の内部に泥水などの浸入を未然に防止することができる。
【００１７】
前記テールシール装置５２Ａ，５２Ｂは、ワイヤブラシ５２ａが周方向に複数列配設され、パテグリスが充填されている。
前記カッタヘッド２，２のカッタ駆動装置４，４は、図１，図９，図１０に示すように、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の固定胴部１Ａのセンター隔壁１１に回動自在に連結された２本１組合計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。
【００１８】
すなわち、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、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センター隔壁１１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２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。
【００１９】
このカッタ駆動装置４により、カッタヘッド２をシールド軸心と直交する平面内で上下左右方向に直線往復移動または旋回移動をさせて地山を掘削することができ、特に正面視で左右方向に広い動作範囲を確保できる。また、カッタヘッド２を前後方向に駆動してその衝撃力で硬い岩盤などを効果的に掘削することができる。
【００２０】
前記カッタヘッド２は、図６に示すように、矩形の枠フレーム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。
【００２１】
図４に示すように、前記シールド本体１のセンター隔壁１１には、送泥管７Ａと排泥管７Ｂが貫通して接続されるとともに、土砂攪拌用のアジテータ８が設けられている。また図７に示すように、シールド本体の後部にはセグメントＳを組み立てるエレクタ装置９が配設されている。このエレクタ装置９は、上下レール４１に案内されてシフト自在な可動フレーム４２に、シールド軸心周りに旋回自在な旋回フレーム４３が配置され、この旋回フレーム４３に回動リンクアーム４４を介してセグメント保持装置４５が外周側に出退自在に設けられている。そして、拡縮されるシールド本体１の幅に対応して複数種類のセグメントＳを組み合わせて漸次拡幅または縮幅する一次覆工体を構築することができる。またシールド本体１の後部には、エレクタ装置９により組み立てられた既設セグメントＳ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１０が設けられている。なお、この推進ジャッキ１０は、シールド本体１の拡縮幅に対応して必要に応じて増設または撤去される。
【００２２】
上記構成において、狭い幅から広い幅の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供給排出す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２．２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相対して往復駆動され、カッタビット３４，３５により地山を掘削する。この時の掘削反力は、カッタヘッド２，２が相対方向に駆動されることにより、カッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈを介してシールド本体１で相殺されて減衰される。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、適度な流動性を付与した後、排泥管７Ｂから排出される。またカッタヘッド２，２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る。
【００２３】
そして拡大部になると、カッタヘッド２，２の駆動ストロークを漸次側部外方に広げて幅の広いトンネルを掘進させ、このトンネル幅に合わせて幅拡縮シリンダを進展させ可動胴部１Ｂ，１Ｂをそれぞれ外方に突出させる。そしてエレクタ装置９により、トンネル幅に合わせてセグメントＳを組み立てて一次覆工し、組み立てられたセグメントＳを反力受けとして推進ジャッキ１０を進展させシールド本体１を前進させる。これを繰り返して漸次幅が広くなるトンネルを掘削する。さらに可動胴部１Ｂ，１Ｂが所定量突出されると、推進ジャック１０が新たに組み入れられる。
【００２４】
また広い幅から狭い幅のトンネルを掘削する場合も上記と逆の手順で掘削することができる。また途中で掘削幅が広がったり狭まったりするトンネルの場合にも容易に対応することができ、連続した掘削が可能である。
【００２５】
上記実施の形態によれば、固定胴部１Ａと固定胴部１Ａの両側にスライド自在に外嵌された可動胴部２Ｂ，２Ｂとで構成されて幅拡縮シリンダ３により幅を拡張および縮小可能なシールド本体１の前部に、左右一対のカッタヘッド２，２を配置し、各カッタヘッド２を８本のカッタ駆動シリンダ５Ａ〜５Ｈによりパラレルリンクマニピュレータを構成するカッタ駆動装置４，４によりそれぞれ駆動するように構成したので、カッタ駆動装置４により各カッタヘッド２の駆動ストロークを制御してトンネルの掘削幅を変更し、掘削幅に合わせて可動胴１Ｂ，１Ｂを出退させシールド本体１の幅を調整することにより、漸次幅が変化するトンネルを連続して掘削することができる。
【００２６】
また、固定胴部１Ａと可動胴部１Ｂとの摺接部は、隔壁シール装置５１Ａおよび第１，第２プレートシール装置５１Ｂ，５１Ｃにより、広い面にわたって多数植設された縦形ブラシ５５により浸入する土砂や泥水の圧力を保持できると共にパテグリスにより泥水の浸入を確実に防止することができ、シールド本体１の内部に泥水などの浸入を確実に防止することができる。またテール部でも第１，第２テールシール装置５２Ａ，５２Ｂによりシールすることができる。
【００２７】
図１１〜図１４は、複数のトンネルを並べて掘削し、それぞれの覆工体を連結して１つの超大口径トンネルを形成する場合に、両側に既にトンネルが掘削されて一次覆工体が形成された間の地山を掘削するためのシールド掘進機である。
【００２８】
このシールド掘進機は先の実施の形態のシールド掘進機とほぼ同一構造であるが、組み立てられたセグメントからなる先行覆工体Ｆ，Ｇをガイドとして掘進するため、カッタヘッド２の形状と可動胴部１Ｂの形状が異なっている。すなわちカッタヘッド２，２は、それぞれ先行覆工体Ｆ，Ｇの上辺上部および下辺下部を掘削するためのカッタビット６１ａを有するビームカッタ６１，６１を具備している。また可動胴部１Ｂは、ビームカッタ６１，６１の後方で先行覆工体Ｆ，Ｇに案内される被ガイドフレーム６２がそれぞれ取り付けられている。
【００２９】
先の実施の形態で説明した隔壁シール装置５１Ａ、第１，第２プレートシール装置５１Ｂ，５１Ｃおよび第１，第２テールシール装置５２Ａ，５２Ｂについては同様であるが、先行覆工体Ｆ，Ｇに摺接する被ガイドフレーム６２およびサイドスキンプレート１７の外面に、それぞれ図１２に示す加圧膨張シール装置６３が設けられている。この加圧膨張シール装置６３は、先行覆工体Ｆ，Ｇに摺接する止水シール板６３ａと、加圧流体により拡縮されて止水シール板６３ａを揺動して出退させる膨張シール６３ｂと、膨張摺接シール２１内に流体注入孔６３ｃおよび加圧配管６３ｄを介して加圧流体を供給する加圧流体供給装置６３ｅとで構成される。これにより、シールド掘進機の変位に伴う先行覆工体Ｆ，Ｇと被ガイドフレーム６２，６２との隙間の変動を所定範囲で吸収することができる。
【００３０】
【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、固定胴部と可動胴部との広い摺接部であっても、縦形ブラシと充填油剤からなるプレートシール装置により、外部からの土砂や泥水の侵入を効果的に防止することができる。
【００３１】
また請求項２記載の発明によれば、広い平面同志の摺接面や大きい圧力がかかる摺接面であっても、効果的にシールすることができる。
さらに請求項３記載の発明によれば、伸縮アクチェータによるカッタヘッドの動作ストロークを変更して、地山の掘削幅を拡張または縮小するとともに、この掘削幅に対応して、拡縮駆動装置により可動胴部を出退させシールド本体の幅を拡張または縮小することで、漸次幅の広くなるトンネルまたは漸次幅の狭くなるトンネルを掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る拡縮式シールド掘進機の実施の形態を示す、シールド本体の分解斜視図である。
【図２】同シールド掘進機の隔壁シール装置およびプレートシール装置を示す部分断面図である。
【図３】同隔壁シール装置およびプレートシール装置を示す部分正面図である。
【図４】同シールド掘進機の縦断面図である。
【図５】同シールド掘進機の一部切欠き平面図である。
【図６】同シールド掘進機の正面図である。
【図７】同シールド掘進機の背面図である。
【図８】同シールド掘進機の幅拡大時の背面図である。
【図９】同シールド掘進機のカッタ駆動装置の構成を示す概略正面図である。
【図１０】同シールド掘進機のカッタ駆動装置を示す平面断面図である。
【図１１】本発明に係る他の実施の形態を示す、シールド本体の分解斜視図である。
【図１２】同シールド掘進機の膨張加圧シール装置を示す横断面図である。
【図１３】同シールド掘進機の正面図である。
【図１４】同シールド掘進機の幅拡大時の背面図である。
【符号の説明】
１    シールド本体
１Ａ  固定胴部
１Ｂ  可動胴部
２    カッタヘッド
３    幅拡縮シリンダ
４    カッタ駆動装置
５Ａ〜５Ｈ  カッタ駆動シリンダ
６    圧力室
９    エレクタ装置
１０    推進ジャッキ
１１    センター隔壁
１２    天壁センタープレート
１３    底壁センタープレート
１４    サイド隔壁
１５    天壁サイドプレート
１６    底壁サイドプレート
１７    側壁スキンプレート
５１Ａ  隔壁シール装置
５１Ｂ，５１Ｃ  プレートシール装置
５２Ａ，５２Ｂ  テールシール装置
５３    シール取付板
５５    縦形ブラシ
５７    グリス供給装置
６３    加圧膨張シール装置
【図１】
0003807811.tif 000002
【図２】
0003807811.tif 000003
【図３】
0003807811.tif 000004
【図４】
0003807811.tif 000005
【図５】
0003807811.tif 000006
【図６】
0003807811.tif 000007
【図７】
0003807811.tif 000008
【図８】
0003807811.tif 000009
【図９】
0003807811.tif 000010
【図１０】
0003807811.tif 000011
【図１１】
0003807811.tif 000012
【図１２】
0003807811.tif 000013
【図１３】
0003807811.tif 000014
【図１４】
0003807811.tif 000015