(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形断面単体または矩形を直交状に組み合わせた断面のシールド本体の後部に配置されるシールド掘進機のエレクタ装置であって、
シールド軸心と直交する平面上に互いに対向して配置された一対の走行レールと、前記走行レール間で走行レールに沿って移動自在に配置された走行体と、この走行体に設けられたセグメント組立機構からなり、
このセグメント組立機構は、シールド軸心と平行な軸心周りに回転自在に配設された回転体と、この回転体の外周部に作用端部と受動端部の間の中間部が、シールド軸心と平行な支持軸を中心に回動自在に支持された揺動アームと、この揺動アームの作用端部にシールド軸心と平行なピンを介して回動自在に設けられたセグメント保持フレームと、このセグメント保持フレームに設けられてセグメントを保持可能なセグメント連結具と、回転体の外周部に揺動自在に設けられて作動ロッドが揺動アームの受動端に連結され揺動アームを揺動して作用端部を出退させる出退ジャッキとを具備した
ことを特徴とするシールド掘進機のエレクタ装置。
【請求項２】
揺動アームに、セグメント保持フレームをピンを中心に回動させる押し込みジャッキを設けた
ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のエレクタ装置。
【請求項３】
シールド本体がＬ形断面に構成され、少なくとも前記Ｌ形断面の各辺に沿って走行レールがそれぞれシールド本体に配設され、各走行レールに走行体とセグメント組立機構がそれぞれ配置された
ことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機のエレクタ装置。
【請求項４】
シールド本体は、固定胴部とこの固定胴部にシールド軸心と直交する方向に出退自在に配置された可動胴部とで拡縮自在に構成されるとともに、このシールド本体の前部にトンネルを拡縮可能に掘削するカッタヘッドを設け、
走行レールを、シールド本体の拡縮に対応してその端部に継ぎ足し、取り外し可能に構成し、
走行体を走行レールに沿って移動させる走行装置を、シールド本体に継ぎ足し、取り外し可能に設けられた走行用ラックと、走行体に設けられて走行用モータにより回転駆動され前記走行用ラックに噛合される走行用ピニオンとで構成した
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機のエレクタ装置。
【請求項５】
トンネルを掘削するカッタヘッドとシールド本体との間に、前端部が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が設けられた
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシールド掘進機のエレクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、幅の広い矩形断面のトンネル、矩形を直交状に組み合わせたＬ字形断面、Ｔ字形断面、十字形断面のトンネルおよび幅が漸次縮小または拡大される矩形断面トンネルに、一次覆工体であるセグメントを組み立てるシールド掘進機のエレクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド工法において、従来のシールド掘進機は、円形トンネルを掘削するのが一般的である。この場合、シールド本体の後部で一次覆工体であるセグメントを組み立てる際には、エレクタ装置により保持したセグメントを周方向に移動して位置決めするだけでよい。また掘削したトンネルの空間を有効に利用するために繭形断面のトンネルや矩形断面のトンネルの掘削が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネルの空間の有効利用のために幅の広い矩形断面のトンネルを掘削した場合、従来ではセグメントを組み立てるエレクタ装置を幅方向に複数基配置する必要があり、設備コストが嵩むとともに、シールド本体の後部空間の機器の配置が複雑になるという問題があった。
【０００４】
また、トンネル内に設置する道路の仕様で、掘削幅が漸次拡張または縮小されるトンネルを掘削可能なシールド掘進機を採用した場合、従来のエレクタ装置ではセグメントの搬送ストロークが小さく適用ができない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、低コストで幅の広いトンネルのセグメントの組立に対応できるシールド掘進機のエレクタ装置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請求項１記載の発明は、矩形断面単体または矩形を直交状に組み合わせた断面のシールド本体の後部に配置されるシールド掘進機のエレクタ装置であって、シールド軸心と直交する平面上に互いに対向して配置された一対の走行レールと、前記走行レール間で走行レールに沿って移動自在に配置された走行体と、この走行体に設けられたセグメント組立機構からなり、このセグメント組立機構は、シールド軸心と平行な軸心周りに回転自在に配設された回転体と、この回転体の外周部に作用端部と受動端部の間の中間部が、シールド軸心と平行な支持軸を中心に回動自在に支持された揺動アームと、この揺動アームの作用端部にシールド軸心と平行なピンを介して回動自在に設けられたセグメント保持フレームと、このセグメント保持フレームに設けられてセグメントを保持可能なセグメント連結具と、回転体の外周部に揺動自在に設けられて作動ロッドが揺動アームの受動端に連結され揺動アームを揺動して作用端部を出退させる出退ジャッキとを具備したものである。
【０００７】
上記構成によれば、走行レールに案内されて移動自在な走行体に、セグメント組立機構を設けたので、セグメントの搬送ストロークを大きく確保して組立範囲を広げることができ、長い断面トンネルでも小数台で組立が可能となり、設備コストを低減することができる。また、回転体に揺動アームを配置することにより、遠方へのセグメントの位置決めが可能となり、矩形断面のコーナー部へのセグメントの設置も容易となる。
【０００８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、揺動アームに、セグメント保持フレームをピンを中心に回動させる押し込みジャッキを設けたものである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、シールド本体がＬ形断面に構成され、少なくとも前記Ｌ形断面の各辺に沿って走行レールがそれぞれシールド本体に配設され、各走行レールに走行体とセグメント組立機構がそれぞれ配置されたものである。
【００１０】
上記構成によれば、Ｌ形断面に形成されたトンネルのセグメントの複雑な組立も、複数の走行体およびセグメント組立機構により容易に実施することができる。
【００１１】
さらに請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、シールド本体は、固定胴部とこの固定胴部にシールド軸心と直交する方向に出退自在に配置された可動胴部とで拡縮自在に構成されるとともに、このシールド本体の前部にトンネルを拡縮可能に掘削するカッタヘッドを設け、走行レールを、シールド本体の拡縮に対応してその端部に継ぎ足し、取り外し可能に構成し、走行体を走行レールに沿って移動させる走行装置を、シールド本体に継ぎ足し、取り外し可能に設けられた走行用ラックと、走行体に設けられて走行用モータにより回転駆動され前記走行用ラックに噛合される走行用ピニオンとで構成した
ものである。
上記構成によればカッタヘッドにより掘削されるトンネルの幅に対応して、固定胴部に対して可動胴部を拡縮するシールド本体の後部で、漸次拡大されるトンネルに対するセグメントの組立も、走行レールと走行用ラックの増設によりセグメントの搬送ストロークを増大することで容易に対応することができる。
【００１２】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の構成において、トンネルを掘削するカッタヘッドとシールド本体との間に、前端部が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が設けられたものである。
【００１３】
上記構成によれば、横幅の広い矩形断面および横幅の漸次変化する矩形断面の変化に容易に対応することができ、掘削を容易に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るシールド掘進機のエレクタ装置の実施の形態を図１〜図１３に基づいて説明する。
【００１５】
このシールド掘進機は、横幅が漸次拡大または縮小される矩形断面のトンネルを掘削するもので、トンネルの横幅を漸次拡大縮小可能に構成され、シールド本体１も掘削幅に合わせて拡大縮小することができ、このシールド本体１の後部にその内面に沿ってセグメントＳを組み立てる本発明に係るエレクタ装置９が配設されている。
【００１６】
まずシールド掘進機の構成を図７〜図１３を参照して説明する。図７〜図９に示すように、矩形断面のシールド本体１の前部には、横幅が漸次拡大または縮小される矩形断面のトンネルを掘削する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。
【００１７】
前記固定胴部１Ａは、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。また、センター隔壁１１とサイド隔壁１４の摺接部と、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の摺接部には、それぞれシール部材１８，１９が設けられている。
【００１８】
前記カッタヘッド２は、図１０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。
【００１９】
前記カッタヘッド２，２のカッタ駆動装置４，４は、図１１〜図１３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。
【００２０】
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、正面視で左右方向に広い動作範囲を確保している。
【００２１】
図７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を反力受けとして押圧部材１０ａを介してシールド本体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】
図１〜図６に示すように、本発明に係るエレクタ装置９は、シールド軸心Ｏと直交する平面上で互いに対向して配置された一対の上走行レール４１および下走行レール４２と、前記走行レール４１，４２間で走行レール４１，４２に走行車輪４３ａを介して移動自在に配置された走行体４３と、この走行体４３に設けられたセグメント組立機構４４とで構成されている。前記上下走行レール４１，４２は、シールド本体１の幅Ｌｓ〜Ｌｗに対応してそれぞれ端部が継ぎ足しまたは取り外し可能に構成される。前記走行体４３に設けられた走行装置４５は、下レール４２の前部に継ぎ足しまたは取り外し可能な走行用ラック４５ａが敷設され、走行体４４に設けられた走行用モータ４５ｂに駆動ギヤ４５ｃを介して駆動される走行用ピニオン４５ｄが噛合されて構成されている。
【００２３】
前記セグメント組立機構４４は、走行体４３に回転体４６がシールド軸心Ｏと平行な軸心周りに回転自在に配設され、この回転体４６は、回転体４６に取り付けられた回動ギヤ４７ａと、走行体４３に設けられた回動モータ４７ｂと、回動ギヤ４７ａに噛合されて回動モータ４７ｂにより駆動される回動ピニオン４７ｃからなる回転体旋回装置４７により回転駆動される。この回転体４６の後部外周には、作用端部４８ａを外周側に出退自在なＬ形の揺動アーム４８が配設されており、揺動アーム４８の中間部が回転体４６の外周部に設けられたブラケット４６ａにシールド軸心Ｏと平行な支持軸４９を中心に回動自在に支持されるとともに、受動端４８ｂに回転体４６に設けられた出退ジャッキ５０の作動ロッドが連結されて揺動され出退駆動される。
【００２４】
前記揺動アーム４８の作動端部４８ａには、セグメントＳを保持可能なセグメント保持フレーム５１がシールド軸心Ｏに平行なピン５２を中心に回動自在に設けられており、揺動アーム４８に設けられた押し込みジャッキ５３の作動ロッドがセグメント保持フレーム５１に連結されてピン５２を中心に回動され姿勢を制御可能に構成される。このセグメント保持フレーム５１には、図５，図６に示すように、シフト装置５４を介して一対のセグメント連結具５５が設けられている。前記シフト装置５４は、保持フレーム本体５１ａに一対のガイドロッド５４ａを介して可動フレーム５４ｂがシールド軸心Ｏ方向に所定範囲で移動自在に支持され、可動フレーム５４ｂに設けられたシフトジャッキ５４ｃの出力ロッドが保持フレーム本体５１ａに連結されている。またこのシフトジャッキ５４ｃの本体は、左右に突設されたガイドピン５４ｄがガイドレール５４ｅに案内されて構成される。またセグメントＳの凹部Ｓａには一対の保持ブラケットＳｂが突設され、可動フレーム５４ｂの下部に垂下されたセグメント連結具５５とブラケットＳｂとが手動によりボルトＢを介して連結されセグメントＳが保持される。
【００２５】
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Ｏ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された後、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Ｏ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。
【００２６】
そして、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３を進展させ可動胴部１Ｂ，１Ｂをそれぞれ外方に突出移動させる。
【００２７】
セグメントＳの組立は、まずセグメント保持フレーム５１に目的のセグメントＳを保持させ、走行装置４５を駆動して走行体４３を移動して組立位置を決める。そして、回転体旋回装置４７を駆動して揺動アーム４８の出退位置を決め、出退ジャッキ５０を進展して揺動アーム４８を回動してセグメント保持フレーム５１を外周側に移動させる。そして、押し込みジャッキ５３を駆動してセグメント保持フレーム５１の角度を決め、さらにシフト装置５４によりセグメントＳの位置を調整して、組立位置にセグメントＳを配置する。そして既設セグメントＳにこのセグメントＳを締結する。これにより、セグメントＳが組み立てられて所定幅に一次覆工され、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が前進される。そして、トンネル幅の拡大に応じて上下走行レール４１，４２および走行ラック４５ａが継ぎ足されて走行体４３の移動範囲が拡大され、エレクタ装置９によりセグメントＳの組立範囲が拡張される。これを繰り返して漸次幅が広くなるトンネルが掘削される。さらに可動胴部１Ｂ，１Ｂが所定量突出されると、推進ジャッキ１０が新たに組み入れられる。
【００２８】
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対応することができ、連続した掘削が可能である。
【００２９】
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。
【００３０】
また、エレクタ装置９は、上下走行レール４１，４２を走行する走行体４３にセグメント組立機構４４を設けたので、上下走行レール４１，４２を増設または削除することにより、シールド本体１の幅の拡縮に容易に対応することができ、特にトンネル幅拡大時にも、セグメントの搬送ストロークを増大できることから、容易に対応することができる。また、回転体４６に設けた揺動アーム４８により、セグメントの搬送ストロークを拡大できるので、コーナー部へのセグメントの位置決めも容易に行うことができる。
【００３１】
図１４は、矩形を直交状に組み合わせたうちのＬ字形断面のトンネルを掘削するシールド掘進機の背面図である。このシールド本体６１の後部には、先の実施の形態と同一構造の３台のエレクタ装置６２Ａ〜６２Ｃが装備されている。すなわち、コーナー部の第１エレクタ装置６２Ａと縦辺部の第２エレクタ装置６２Ｂと横辺部の第３エレクタ装置６２Ｃからなり、第１エレクタ装置６２Ａおよび第２エレクタ装置６２Ｂは、共通する左走行レール６３と右走行レール６４を走行自在な走行体６５Ａ，６５Ｂを具備し、また第３エレクタ装置６２Ｃは、上走行レール６６および下走行レール６７を走行自在な走行体６５Ｃを具備している。そして各走行体６５Ａ〜６５Ｃにそれぞれセグメント組立機構４４が配設されている。
【００３２】
上記構成によれば、３台のエレクタ装置６２Ａ〜６２Ｃにより複雑なセグメントＳの組立を能率よく行うことができる。
【００３３】
【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、走行レールに案内されて移動自在な走行体に、セグメント組立機構を設けたので、セグメントの搬送ストロークを大きく確保して組立範囲を広げることができ、長い断面トンネルでも小数台で組立が可能となり、設備コストを低減することができる。また、回転体に揺動アームを配置することにより、遠方へのセグメントの位置決めが可能となり、矩形断面のコーナー部へのセグメントの設置も容易となる。
【００３４】
また請求項３記載の発明によれば、Ｌ形断面に形成されたトンネルのセグメントの複雑な組立も、複数の走行体およびセグメント組立機構により容易に実施することができる。
【００３５】
また請求項４記載の発明によれば、カッタヘッドにより掘削されるトンネルの幅に対応して、固定胴部に対して可動胴部を拡縮するシールド本体の後部で、漸次拡大されるトンネルに対するセグメントの組立も、走行レールと走行用ラックの増設によりセグメントの搬送ストロークを増大することで容易に対応することができる。
【００３６】
さらに請求項５記載の発明によれば、横幅の広い矩形断面および横幅の漸次変化する矩形断面の変化に容易に対応することができ、掘削を容易に行うことができる。
【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拡大時の背面図である。
【図２】同シールド掘進機の縮小時の背面図である。
【図３】同シールド掘進機のエレクタ装置の側面図である。
【図４】同エレクタ装置の拡大正面図である。
【図５】同エレクタ装置のセグメント保持フレームを示す正面断面図である。
【図６】図５に示すＡ−Ａ断面図である。
【図７】同シールド掘進機の縦断面図である。
【図８】同シールド掘進機の一部切欠き平面図である。
【図９】同シールド掘進機のシールド本体を示す分解斜視図である。
【図１０】同シールド掘進機のカッタヘッドを示す正面図である。
【図１１】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１２】同カッタ駆動装置の縮小時の平面断面図である。
【図１３】同カッタ駆動装置の拡大時の平面断面図である。
【図１４】本発明に係るＬ形断面シールド掘進機の実施の形態を示す背面図である。
【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
９    エレクタ装置
１０    推進ジャッキ
４１    上走行レール
４２    下走行レール
４３    走行体
４４    セグメント組立機構
４５    走行装置
４６    回転体
４７    回転体駆動装置
４８    揺動アーム
５０    出退ジャッキ
５１    セグメント保持フレーム
５３    押し込みジャッキ
５４    シフト装置
５５    セグメント連結具
Ｏ    シールド軸心
Ｓ    セグメント
【図１】
0003859300.tif 000002
【図２】
0003859300.tif 000003
【図３】
0003859300.tif 000004
【図４】
0003859300.tif 000005
【図５】
0003859300.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003859300.tif 000008
【図８】
0003859300.tif 000009
【図９】
0003859300.tif 000010
【図１０】
0003859300.tif 000011
【図１１】
0003859300.tif 000012
【図１２】
0003859300.tif 000013
【図１３】
0003859300.tif 000014
【図１４】
0003859300.tif 000015