拡幅部掘削用シールド掘進機
【課題】拡幅掘削装置と拡幅胴部との間に空間を形成することなく、拡幅部を安全かつスムーズに掘削する。
【解決手段】シールド本体1のスキンプレート1aに、開閉可能な前部開口部4と後部開口部5とを形成し、シールド本体1内に配置された拡幅部掘削装置2を、掘進方向に直交する旋回軸31を中心に旋回させて前部開口部4からシールド本体1の外側の掘削位置に出退させ、シールド本体1内に配置された拡幅胴部3を、旋回軸31を中心に旋回させて後部開口部5から拡幅部掘削装置2の後部で拡幅部掘削装置2により掘削された拡幅部の空間に突出させて、拡幅部掘削装置2に接続する。
【解決手段】シールド本体1のスキンプレート1aに、開閉可能な前部開口部4と後部開口部5とを形成し、シールド本体1内に配置された拡幅部掘削装置2を、掘進方向に直交する旋回軸31を中心に旋回させて前部開口部4からシールド本体1の外側の掘削位置に出退させ、シールド本体1内に配置された拡幅胴部3を、旋回軸31を中心に旋回させて後部開口部5から拡幅部掘削装置2の後部で拡幅部掘削装置2により掘削された拡幅部の空間に突出させて、拡幅部掘削装置2に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネルの一部を拡張した拡幅部をトンネルの掘削途中で連続して掘削する拡幅部掘削用シールド掘進機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、拡幅部をトンネルの掘削途中に連続して掘削可能なシールド掘進機がたとえば特許文献1に開示されている。
このシールド掘進機は、標準の円形トンネルを掘削するカッタと、シールド本体の胴部から突出される拡幅部カッタと、この拡幅部カッタの後部で前記胴部から拡幅部カッタの後方に突出される拡幅部材とを具備している。
【特許文献1】特開2002−89172
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記従来のシールド掘進機では、拡幅部の掘削時に、拡幅部カッタと拡幅部材の間に生じた空間部を土留めするために、拡幅部カッタと拡幅部材の間に突出して空間部の天面と外側面上部を覆う土留め用のスライドルーフが設けられている。
【0004】
しかし、土留め用のスライドルーフを突出させたとしても、拡幅部カッタと拡幅部材の間の前記空間部は、外側面下部と底面とが開放されていることから、土質によっては地山が崩壊するおそれがあり、崩壊した土砂が拡幅部カッタと拡幅部材の間に流れ込んで推進抵抗となりスムーズに掘削できないという問題が生じる。
【0005】
本発明は上記問題点を解決して、スライドルーフなどを用いることなく、拡幅部掘削装置と拡幅胴部の間の空間部をなくして、拡幅部をより安全かつスムーズに掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1記載の発明は、トンネルの掘削途中で当該トンネルの一部を拡張した拡幅部を掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機であって、シールド本体の外殻に、開閉可能な前部開口部と後部開口部とを形成し、シールド本体内に掘進方向と直交する旋回軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記前部開口部を介してシールド本体外側の掘削位置に出退自在な拡幅部掘削装置を設け、シールド本体内に前記旋回軸心と同一軸心周りに旋回自在に設けられてシールド本体内から前記後部開口部を介して前記拡幅部掘削装置の後部に出退可能で、かつ前記拡幅部掘削装置に接続される拡幅胴部を設けたものである。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前部開口部に開閉ゲート装置が設けられ、後部開口部はシールド本体の外殻の一部が取り外し自在に構成されたものである。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、拡幅胴部は、旋回軸心周りに支持された拡幅前胴と、拡幅部の掘削のためにシールド本体に搬入されて前記拡幅前胴に接続される拡幅後胴からなり、前記拡幅胴部の旋回時に、前記拡幅前胴の前端部が、旋回軸心を中心として円弧状に形成された拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動し拡幅部掘削装置に外嵌するように構成されたものである。
【0009】
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発明において、拡幅胴部内に組み立てられた覆工体を反力受けとして、シールド本体を推進する拡幅部推進ジャッキを前記拡幅胴部内に設けたものである。
【発明の効果】
【0010】
請求項1記載の発明によれば、前部開口部を開放し、収納位置の拡幅部掘削装置を旋回軸心周りに旋回して前部開口部からシールド本体の外側の掘削位置に突出させ、シールド掘進機を掘進して拡幅部掘削装置の後部に拡幅部の空間を形成し、次いで後部開口部を開放し、拡幅胴部を前記旋回軸心周りに旋回して後部開口部から前記拡幅部の掘削空間内に突出させ、拡幅部掘削装置の後部に拡幅胴部を接続する。これにより、従来のように拡幅部掘削装置と拡幅胴部の間に空間部が形成されることなく、拡幅部掘削装置の後部に拡幅胴部を確実に接続することができ、地山の崩壊もなく安全にかつスムーズに拡幅部の掘削を行うことができる。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、前部開口部に設けられた開閉ゲート装置により、拡幅部掘削装置を迅速に出退することができる。またシールド本体の外殻の一部を取り外して後部開口部を開口することで、後部開口部の開放のための装置を簡略化することができる。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、拡幅胴部は、その拡幅後胴を、拡幅部を掘削する前にシールド本体内に搬入し拡幅前胴に接続して形成するので、通常掘削時のシールド本体の内部空間を広く確保できて有効利用することができる。また拡幅胴部の回動時に、その前端部を拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動させることで、拡幅部掘削装置と拡幅胴部との間に必要以上の隙間が生じることなく、拡幅胴部の出退作業を地山が安定した状態で安全に行うことができ、また拡幅胴部の前端部を拡幅部掘削装置に外嵌させることで、拡幅部掘削装置と拡幅胴部との間に空間部が生じることなく、拡幅部掘削装置と拡幅胴部の接続作業を容易に行うことができる。
【0013】
請求項4記載の発明によれば、拡幅胴部内に、覆工体を組み立てるとともに、この覆工体を反力受けとする拡幅部推進ジャッキを設けることにより、拡幅部の掘削時にシールド本体を安定して推進させることができ、シールド本体の姿勢制御が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
本発明に係る拡幅部掘削用シールド掘進機は、図1〜図4に示すように、シールド本体1の前部に円形断面のトンネルを掘削する主掘削装置11を設け、このシールド本体1側部のスキンプレート(外殻)1aに前部開口部4と、この前部開口部4に連続して後方に形成された後部開口部5とをそれぞれ開閉可能に設け、シールド本体1内に、シールド本体1内から前部開口部4を介して出退自在な拡幅部掘削装置2と、シールド本体1内から後部開口部5を介して出退自在でかつ拡幅部掘削装置2の後部に接続される拡幅胴部3とを設けたものである。
【0015】
(シールド掘進機)
円形断面のシールド本体1の前部には圧力隔壁12が配置され、圧力隔壁12の前部に、主掘削装置11により掘削された切羽面の崩壊土圧を支持する圧力室13が形成されるとともに、後部に大気室14が形成されている。前記主掘削装置11は、圧力隔壁12に旋回軸受を介してシールド軸心O周りに回転自在に配置された旋回リング15と、前記旋回リング15に複数の脚部16を介して支持された円盤状のカッタヘッド17と、旋回リング15を介してカッタヘッド17を回転駆動する主カッタ駆動装置18とで構成されている。また圧力隔壁12には、排土装置である送泥管21Aと排泥管21Bとが貫設されている。
【0016】
前記カッタヘッド17は、図6に示す放射方向に形成された複数の土砂取込口17aと、これら土砂取込口17aに沿う位置や中心部、外周部に配置された図1に示す多数の掘削ビット17bおよび余掘り用のコビーカッター17cとを有している。
【0017】
前記主カッタ駆動装置18は、旋回リング15の後端部周囲に設けられたリングギヤ18aと、このリングギヤ18aに噛み合う複数のピニオン18bと、各ピニオン18bをそれぞれ回転駆動する主カッタ駆動モータ18cとで構成されている。
【0018】
シールド本体1の後部には、スキンプレート1aの内面に沿って覆工体であるセグメントSを組み立てるエレクタ装置19が配設され、このエレクタ装置19により組み立てられたセグメントSを反力受けとしてシールド本体1を推進する複数の推進ジャッキ20が周方向に所定間隔ごとに設けられている。また、拡幅部の掘削時には、図7に示すように、このエレクタ装置19により拡幅胴部3内に拡幅部セグメントSwが組み立てられる。
【0019】
(拡幅部掘削装置2および拡幅胴部3)
シールド本体1のスキンプレート1aには、図3に示すように、掘進方向に向かって左側部に前部開口部4と後部開口部5とが連続して形成されている。前記前部開口部4は、大気室14の前部側に形成されて開閉ゲート装置6により開閉自在に構成される。また後部開口部5は、前部開口部4からシールド本体1の後端部にわたって形成され、この後部開口部5はスキンプレート1aの一部を取り外し可能な離脱プレート1bで閉鎖され、前記離脱プレート1bを取り外すことにより後部開口部5を開放することができる。
【0020】
前記ゲート装置6は、図4に示すように、前部開口部4の全面を覆いかつスキンプレート1aの内面に沿って周方向にスライド自在な上下一対のゲート板6a,6aと、各ゲート板6a,6aの両側で内面に取り付けられたラックにそれぞれ噛み合うピニオンを有するラック・ピニオン機構6b,6bと、ラック・ピニオン機構6b,6bを駆動しゲート板6a,6aを上下相対方向にスライドさせて前部開口部4を開閉するゲート開閉モータ6c,6cとで構成されている。
【0021】
シールド本体1内には、前記前部開口部4に対向する位置に、拡幅部掘削装置2がシールド掘進機の掘進方向と直交する垂直方向の旋回軸31を中心に旋回自在に支持されている。そして、この拡幅部掘削装置2を、図1に示すシールド本体1内の収納位置と図5に示すシールド本体1外側の掘削位置との間で、旋回軸31を中心に旋回し前部開口部4を介して出退させる拡幅部出退駆動装置36が設けられている。
【0022】
前記拡幅部掘削装置2は、軸心位置で旋回軸31に旋回自在に支持された縦置きの略1/4円筒体形で、略1/4円形の天板32aおよび底板32bと、略1/4円弧状の外周板32cとからなる拡幅部スキンプレート32を具備している。そして拡幅部スキンプレート32内で外側の開口面に、仕切壁33を介して拡幅部カッタ装置35が配置されている。また前記仕切壁33に拡幅部排土装置を構成する拡幅部排泥管34が貫設されている。
【0023】
前記拡幅部カッタ装置35は上下一対の掘削部を有しており、仕切壁33の上下位置にそれぞれ回転自在に配置された2つの公転体35b,35bと、これら各公転体35b,35bの軸心から所定距離離れた偏心軸心周りにそれぞれ回転自在に支持された自転軸(自転体)35c,35cと、これら各自転軸35c,35cの先端部にそれぞれ取り付けられたスポーク式カッタ35a,35aと、公転体35b,35bの回転速度を自転軸35c,35cの回転速度の3倍で逆方向に回転駆動する遊星ギヤ式のカッタ駆動機構35d,35dとで構成され、前記スポーク式カッタ35a,35aの3本のスポークの先端部がルーロの三角形の頂点に突出されることにより、上部および下部に一部が重なる矩形の掘削面を形成するように構成される。
【0024】
拡幅部出退駆動装置36は、拡幅部掘削装置2の外周部に、拡幅部掘削装置2の旋回方向に沿う円弧状の反力受材36aがシールド本体1に支持され、この反力受材36aに所定間隔ごとに設けられた複数のブラケット36bと拡幅部掘削装置2との間に掘削部出退ジャッキ36cが着脱可能に連結されている。したがって、掘削部出退ジャッキ36cが連結される前記ブラケット36bを前部側から順次後部側に(後部側から順次前部側に)付け替えて掘削部出退ジャッキ36cを進展(収縮)させることにより、拡幅部掘削装置2を収納位置と掘削位置との間で突出(後退)させることができる。
【0025】
拡幅胴部3は、拡幅部掘削装置2に対してその正面視外形より僅かに大きく、拡幅部掘削装置2に外嵌可能な上板と下板と外側板からなるチャンネル形断面に形成され、シールド掘進機の掘進方向に向かって前部右側部が旋回軸31に支持されて旋回軸31側(内側)が開放されている。そして拡幅胴部3は、予め拡幅部掘削装置2と同じ旋回軸31に旋回自在に支持された拡幅部前胴3aと、拡幅部の掘削前にシールド本体1内に搬入されて前記拡幅部前胴3aの後部に接続される拡幅部後胴3bとで構成される。そしてこの拡幅胴部3の出退時には、図示しない胴部出退駆動装置38により旋回されて出退される。この胴部出退駆動装置38は、拡幅部出退駆動装置36と共通の反力受材36aおよびブラケット36bと、前記ブラケット36bと拡幅部前胴3aとの間に連結される胴部出退ジャッキ38aと、図示しない補助装置とで構成され、胴部出退ジャッキ38aが連結される前記ブラケット36bを前部側から順次後部側に(後部側から順次前部側に)付け替えて胴部出退ジャッキ38aを進展(収縮)させ、拡幅胴部3を回動することにより拡幅胴部3を突出(後退)させることができる。
【0026】
また拡幅胴部3の拡幅部後胴3bには、拡幅部セグメントSwを反力受けとしてシールド本体1を推進する拡幅部推進ジャッキ37が取り付けられる。
(拡幅部掘削装置2および拡幅胴部3による拡幅部の掘削動作)
1.シールド掘進機が拡幅部に達すると、掘進を停止し、開閉ゲート装置6を開動して前部開口部4を開放する。必要に応じて開放前に薬剤による地山改良が実施される。
【0027】
2.拡幅部出退駆動装置36により拡幅部掘削装置2を収納位置から旋回軸31を中心に旋回させ、拡幅部カッタ装置35を駆動しつつ拡幅部掘削装置2を前部開口部4から突出させて地山を掘削し、拡幅部カッタ装置35による掘削面がシールド軸心Oに略垂直となる掘削位置まで旋回させて停止し固定する。
【0028】
3.シールド掘進機1を推進させ、主掘削装置11と拡幅部掘削装置2により通常の円形断面のトンネルと拡幅部の掘削空間を掘削しつつ所定距離(拡幅胴部3の長さ分以上)推進させる。
【0029】
4.シールド本体1内に搬入された拡幅部後胴3bを拡幅部前胴3aに接続して拡幅胴部3を組み立てる。これは前記の掘削作業中に行うこともできる。
そして、拡幅胴部3の旋回時に干渉するセグメントSとエレクタ装置19の一部を撤去し、シールド本体1の離脱プレート1b部分に設けられた推進ジャッキ20を取り外し、さらに離脱プレート1bを取り除いて後部開口部5を開放する。この時、拡幅部の掘削空間近傍の地山は、地山改良または地山改良なしで自立されている。
【0030】
5.胴部出退駆動装置38により拡幅胴部3を旋回軸31を中心に外側に旋回させ、後部開口部5から拡幅部の掘削空間に押し出す。この時、拡幅胴部3の前端部は、拡幅部掘削装置2の拡幅部スキンプレート32の天板32aや底板32b、外周板32cに沿ってそれぞれ旋回移動して必要以上の隙間が形成されることがない。そして拡幅胴部3が前端部が拡幅部スキンプレート32の外側に外嵌されて、拡幅部掘削装置2の後部に拡幅胴部3が接続される。(ここで、接続具や溶接により拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3と接続してもよい。)さらに拡幅胴部3の上板および下板を前部開口部4および後部開口部5の上辺部および下辺部のスキンプレート1aに接続固定する。
【0031】
6.シールド掘進機を推進し、主掘削装置11と拡幅部掘削装置2とにより円形のトンネルと拡幅部とを掘進する。そしてシールド本体1の後部では、エレクタ装置19により、シールド本体1の内面に沿ってセグメントSを組み立てると共に、拡幅胴部3の内面に沿って拡幅部セグメントSwを組み立て、さらに推進ジャッキ20と拡幅部推進ジャッキ37とにより、組み立てられたセグメントSおよび拡幅部セグメントSwを反力受けとしてシールド本体1を推進する。
【0032】
7.円形のトンネルと共に拡幅部の掘削空間が、拡幅胴部3を嵌め込み可能な距離だけ掘削されると、シールド掘進機を停止し、まず拡幅胴部3の後退時に干渉する拡幅胴部3内の拡幅部セグメントSwを撤去する。そしてスキンプレート1aと拡幅胴部3とを分離する。
【0033】
8.胴部出退駆動装置38により拡幅胴部3を旋回軸31を中心に内側に旋回させシールド本体1内に引き込む。そして拡幅胴部3と拡幅部推進ジャッキ37などを分解し拡幅部後胴3bを撤去する。さらに離脱プレート1bを後部開口部5に取り付けて閉鎖する。さらに推進ジャッキ20を離脱プレート1b部分に装着して復元する。
【0034】
9.拡幅部出退駆動装置36により拡幅部掘削装置2を掘削位置から内側に旋回して、前部開口部4からシールド本体11内の収納位置に引き込む。さらに開閉ゲート装置6を閉動して前部開口部4を閉鎖する。
【0035】
そして通常の円形トンネルの掘削を再開する。
(実施の形態の効果)
上記構成によれば、前部開口部4を開放し拡幅部掘削装置2を旋回軸31を中心に旋回して前部開口部4からシールド本体1の外側の掘削位置に突出させ、シールド掘進機を掘進して拡幅部掘削装置2により拡幅部の掘削空間を掘削する。次いで後部開口部5を開放し、拡幅胴部3を旋回軸31を中心に旋回して後部開口部5から拡幅部の掘削空間内に突出させ、さらに拡幅部掘削装置2の後部に拡幅胴部3を接続する。これにより、従来のように拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3の間に空間部が形成されることがなく、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3とを容易かつ確実に接続することができ、地山の崩壊もなく、安全にかつスムーズに拡幅部の掘削を行うことができる。
【0036】
また開閉ゲート装置6により前部開口部4を迅速に開放、閉鎖して、拡幅部掘削装置2を短時間で突出、収納することができ、拡幅部の掘削準備や終了のための作業時間を短縮することができる。またスキンプレート1aの一部である離脱プレート1bを取り外して後部開口部5を開放するので、開閉装置を設けるのに比較して、シールド本体1の内部設備類を簡略化することができ、内部空間を有効利用することができる。
【0037】
さらに拡幅胴部3は、拡幅後胴3bを、シールド本体1内に搬入して拡幅前胴3aに接続し拡幅胴部3を形成するので、通常掘削時のシールド本体1の内部空間を広く確保できて有効利用することができる。また拡幅胴部3の出退時に、拡幅胴部3の前端部を、拡幅部掘削装置2の拡幅部スキンプレート32の外周板32cに沿って旋回移動させることで、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3との間に必要以上の隙間ができることがなく、拡幅胴部3の出退作業を地山を安定した状態で安全に行うことができる。また拡幅胴部3の前端部を拡幅部掘削装置2に外嵌させることで、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3の接続を容易かつ確実に行うことができる。
【0038】
さらにまた、拡幅胴部3に拡幅部推進ジャッキ37を設けることにより、拡幅部の掘削時に、シールド本体1を拡幅胴部3と共に安定して推進することができ、シールド本体1の姿勢制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明に係る拡幅部掘削用シールド掘進機の実施の形態を示す平面方向から見た中央断面図である。
【図2】同シールド掘進機の縦断面図である。
【図3】同シールド掘進機の右側面図である。
【図4】図1に示すA−A断面図である。
【図5】同拡幅部の掘削状態のシールド掘進機を示す平面方向から見た中央断面図である。
【図6】同拡幅部の掘削状態のシールド掘進機を示す正面図である。
【図7】図5に示すB−B断面図である。
【図8】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、拡幅部を掘削位置に突出させた状態を示す平面方向から見たシールド掘進機の中央断面図である。
【図9】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、突出前の拡幅胴部の組立状態を示す平面方向から見たシールド掘進機の中央断面図である。
【図10】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、突出前の拡幅胴部の組立状態を示す右後方上方から見たシールド掘進機の概略斜視図である。
【図11】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、拡幅部の掘削状態を示す右後方上方から見たシールド掘進機の概略斜視図である。
【符号の説明】
【0040】
O シールド軸心
S セグメント
Sw 拡幅部セグメント
1 シールド本体
1a スキンプレート
1b 離脱プレート
2 拡幅部掘削装置
3 拡幅胴部
3a 拡幅部前胴
3b 拡幅部後胴
4 前部開口部
5 後部開口部
6 開閉ゲート装置
11 主掘削装置
19 エレクタ装置
20 推進ジャッキ
31 旋回軸
32 拡幅部スキンプレート
32c 外周板
34 拡幅部排泥管
35 拡幅部カッタ装置
36 拡幅部出退駆動装置
37 拡幅部推進ジャッキ
38 胴部出退駆動装置
38a 胴部出退ジャッキ
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネルの一部を拡張した拡幅部をトンネルの掘削途中で連続して掘削する拡幅部掘削用シールド掘進機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、拡幅部をトンネルの掘削途中に連続して掘削可能なシールド掘進機がたとえば特許文献1に開示されている。
このシールド掘進機は、標準の円形トンネルを掘削するカッタと、シールド本体の胴部から突出される拡幅部カッタと、この拡幅部カッタの後部で前記胴部から拡幅部カッタの後方に突出される拡幅部材とを具備している。
【特許文献1】特開2002−89172
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記従来のシールド掘進機では、拡幅部の掘削時に、拡幅部カッタと拡幅部材の間に生じた空間部を土留めするために、拡幅部カッタと拡幅部材の間に突出して空間部の天面と外側面上部を覆う土留め用のスライドルーフが設けられている。
【0004】
しかし、土留め用のスライドルーフを突出させたとしても、拡幅部カッタと拡幅部材の間の前記空間部は、外側面下部と底面とが開放されていることから、土質によっては地山が崩壊するおそれがあり、崩壊した土砂が拡幅部カッタと拡幅部材の間に流れ込んで推進抵抗となりスムーズに掘削できないという問題が生じる。
【0005】
本発明は上記問題点を解決して、スライドルーフなどを用いることなく、拡幅部掘削装置と拡幅胴部の間の空間部をなくして、拡幅部をより安全かつスムーズに掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1記載の発明は、トンネルの掘削途中で当該トンネルの一部を拡張した拡幅部を掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機であって、シールド本体の外殻に、開閉可能な前部開口部と後部開口部とを形成し、シールド本体内に掘進方向と直交する旋回軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記前部開口部を介してシールド本体外側の掘削位置に出退自在な拡幅部掘削装置を設け、シールド本体内に前記旋回軸心と同一軸心周りに旋回自在に設けられてシールド本体内から前記後部開口部を介して前記拡幅部掘削装置の後部に出退可能で、かつ前記拡幅部掘削装置に接続される拡幅胴部を設けたものである。
【0007】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前部開口部に開閉ゲート装置が設けられ、後部開口部はシールド本体の外殻の一部が取り外し自在に構成されたものである。
【0008】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、拡幅胴部は、旋回軸心周りに支持された拡幅前胴と、拡幅部の掘削のためにシールド本体に搬入されて前記拡幅前胴に接続される拡幅後胴からなり、前記拡幅胴部の旋回時に、前記拡幅前胴の前端部が、旋回軸心を中心として円弧状に形成された拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動し拡幅部掘削装置に外嵌するように構成されたものである。
【0009】
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発明において、拡幅胴部内に組み立てられた覆工体を反力受けとして、シールド本体を推進する拡幅部推進ジャッキを前記拡幅胴部内に設けたものである。
【発明の効果】
【0010】
請求項1記載の発明によれば、前部開口部を開放し、収納位置の拡幅部掘削装置を旋回軸心周りに旋回して前部開口部からシールド本体の外側の掘削位置に突出させ、シールド掘進機を掘進して拡幅部掘削装置の後部に拡幅部の空間を形成し、次いで後部開口部を開放し、拡幅胴部を前記旋回軸心周りに旋回して後部開口部から前記拡幅部の掘削空間内に突出させ、拡幅部掘削装置の後部に拡幅胴部を接続する。これにより、従来のように拡幅部掘削装置と拡幅胴部の間に空間部が形成されることなく、拡幅部掘削装置の後部に拡幅胴部を確実に接続することができ、地山の崩壊もなく安全にかつスムーズに拡幅部の掘削を行うことができる。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、前部開口部に設けられた開閉ゲート装置により、拡幅部掘削装置を迅速に出退することができる。またシールド本体の外殻の一部を取り外して後部開口部を開口することで、後部開口部の開放のための装置を簡略化することができる。
【0012】
請求項3記載の発明によれば、拡幅胴部は、その拡幅後胴を、拡幅部を掘削する前にシールド本体内に搬入し拡幅前胴に接続して形成するので、通常掘削時のシールド本体の内部空間を広く確保できて有効利用することができる。また拡幅胴部の回動時に、その前端部を拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動させることで、拡幅部掘削装置と拡幅胴部との間に必要以上の隙間が生じることなく、拡幅胴部の出退作業を地山が安定した状態で安全に行うことができ、また拡幅胴部の前端部を拡幅部掘削装置に外嵌させることで、拡幅部掘削装置と拡幅胴部との間に空間部が生じることなく、拡幅部掘削装置と拡幅胴部の接続作業を容易に行うことができる。
【0013】
請求項4記載の発明によれば、拡幅胴部内に、覆工体を組み立てるとともに、この覆工体を反力受けとする拡幅部推進ジャッキを設けることにより、拡幅部の掘削時にシールド本体を安定して推進させることができ、シールド本体の姿勢制御が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
本発明に係る拡幅部掘削用シールド掘進機は、図1〜図4に示すように、シールド本体1の前部に円形断面のトンネルを掘削する主掘削装置11を設け、このシールド本体1側部のスキンプレート(外殻)1aに前部開口部4と、この前部開口部4に連続して後方に形成された後部開口部5とをそれぞれ開閉可能に設け、シールド本体1内に、シールド本体1内から前部開口部4を介して出退自在な拡幅部掘削装置2と、シールド本体1内から後部開口部5を介して出退自在でかつ拡幅部掘削装置2の後部に接続される拡幅胴部3とを設けたものである。
【0015】
(シールド掘進機)
円形断面のシールド本体1の前部には圧力隔壁12が配置され、圧力隔壁12の前部に、主掘削装置11により掘削された切羽面の崩壊土圧を支持する圧力室13が形成されるとともに、後部に大気室14が形成されている。前記主掘削装置11は、圧力隔壁12に旋回軸受を介してシールド軸心O周りに回転自在に配置された旋回リング15と、前記旋回リング15に複数の脚部16を介して支持された円盤状のカッタヘッド17と、旋回リング15を介してカッタヘッド17を回転駆動する主カッタ駆動装置18とで構成されている。また圧力隔壁12には、排土装置である送泥管21Aと排泥管21Bとが貫設されている。
【0016】
前記カッタヘッド17は、図6に示す放射方向に形成された複数の土砂取込口17aと、これら土砂取込口17aに沿う位置や中心部、外周部に配置された図1に示す多数の掘削ビット17bおよび余掘り用のコビーカッター17cとを有している。
【0017】
前記主カッタ駆動装置18は、旋回リング15の後端部周囲に設けられたリングギヤ18aと、このリングギヤ18aに噛み合う複数のピニオン18bと、各ピニオン18bをそれぞれ回転駆動する主カッタ駆動モータ18cとで構成されている。
【0018】
シールド本体1の後部には、スキンプレート1aの内面に沿って覆工体であるセグメントSを組み立てるエレクタ装置19が配設され、このエレクタ装置19により組み立てられたセグメントSを反力受けとしてシールド本体1を推進する複数の推進ジャッキ20が周方向に所定間隔ごとに設けられている。また、拡幅部の掘削時には、図7に示すように、このエレクタ装置19により拡幅胴部3内に拡幅部セグメントSwが組み立てられる。
【0019】
(拡幅部掘削装置2および拡幅胴部3)
シールド本体1のスキンプレート1aには、図3に示すように、掘進方向に向かって左側部に前部開口部4と後部開口部5とが連続して形成されている。前記前部開口部4は、大気室14の前部側に形成されて開閉ゲート装置6により開閉自在に構成される。また後部開口部5は、前部開口部4からシールド本体1の後端部にわたって形成され、この後部開口部5はスキンプレート1aの一部を取り外し可能な離脱プレート1bで閉鎖され、前記離脱プレート1bを取り外すことにより後部開口部5を開放することができる。
【0020】
前記ゲート装置6は、図4に示すように、前部開口部4の全面を覆いかつスキンプレート1aの内面に沿って周方向にスライド自在な上下一対のゲート板6a,6aと、各ゲート板6a,6aの両側で内面に取り付けられたラックにそれぞれ噛み合うピニオンを有するラック・ピニオン機構6b,6bと、ラック・ピニオン機構6b,6bを駆動しゲート板6a,6aを上下相対方向にスライドさせて前部開口部4を開閉するゲート開閉モータ6c,6cとで構成されている。
【0021】
シールド本体1内には、前記前部開口部4に対向する位置に、拡幅部掘削装置2がシールド掘進機の掘進方向と直交する垂直方向の旋回軸31を中心に旋回自在に支持されている。そして、この拡幅部掘削装置2を、図1に示すシールド本体1内の収納位置と図5に示すシールド本体1外側の掘削位置との間で、旋回軸31を中心に旋回し前部開口部4を介して出退させる拡幅部出退駆動装置36が設けられている。
【0022】
前記拡幅部掘削装置2は、軸心位置で旋回軸31に旋回自在に支持された縦置きの略1/4円筒体形で、略1/4円形の天板32aおよび底板32bと、略1/4円弧状の外周板32cとからなる拡幅部スキンプレート32を具備している。そして拡幅部スキンプレート32内で外側の開口面に、仕切壁33を介して拡幅部カッタ装置35が配置されている。また前記仕切壁33に拡幅部排土装置を構成する拡幅部排泥管34が貫設されている。
【0023】
前記拡幅部カッタ装置35は上下一対の掘削部を有しており、仕切壁33の上下位置にそれぞれ回転自在に配置された2つの公転体35b,35bと、これら各公転体35b,35bの軸心から所定距離離れた偏心軸心周りにそれぞれ回転自在に支持された自転軸(自転体)35c,35cと、これら各自転軸35c,35cの先端部にそれぞれ取り付けられたスポーク式カッタ35a,35aと、公転体35b,35bの回転速度を自転軸35c,35cの回転速度の3倍で逆方向に回転駆動する遊星ギヤ式のカッタ駆動機構35d,35dとで構成され、前記スポーク式カッタ35a,35aの3本のスポークの先端部がルーロの三角形の頂点に突出されることにより、上部および下部に一部が重なる矩形の掘削面を形成するように構成される。
【0024】
拡幅部出退駆動装置36は、拡幅部掘削装置2の外周部に、拡幅部掘削装置2の旋回方向に沿う円弧状の反力受材36aがシールド本体1に支持され、この反力受材36aに所定間隔ごとに設けられた複数のブラケット36bと拡幅部掘削装置2との間に掘削部出退ジャッキ36cが着脱可能に連結されている。したがって、掘削部出退ジャッキ36cが連結される前記ブラケット36bを前部側から順次後部側に(後部側から順次前部側に)付け替えて掘削部出退ジャッキ36cを進展(収縮)させることにより、拡幅部掘削装置2を収納位置と掘削位置との間で突出(後退)させることができる。
【0025】
拡幅胴部3は、拡幅部掘削装置2に対してその正面視外形より僅かに大きく、拡幅部掘削装置2に外嵌可能な上板と下板と外側板からなるチャンネル形断面に形成され、シールド掘進機の掘進方向に向かって前部右側部が旋回軸31に支持されて旋回軸31側(内側)が開放されている。そして拡幅胴部3は、予め拡幅部掘削装置2と同じ旋回軸31に旋回自在に支持された拡幅部前胴3aと、拡幅部の掘削前にシールド本体1内に搬入されて前記拡幅部前胴3aの後部に接続される拡幅部後胴3bとで構成される。そしてこの拡幅胴部3の出退時には、図示しない胴部出退駆動装置38により旋回されて出退される。この胴部出退駆動装置38は、拡幅部出退駆動装置36と共通の反力受材36aおよびブラケット36bと、前記ブラケット36bと拡幅部前胴3aとの間に連結される胴部出退ジャッキ38aと、図示しない補助装置とで構成され、胴部出退ジャッキ38aが連結される前記ブラケット36bを前部側から順次後部側に(後部側から順次前部側に)付け替えて胴部出退ジャッキ38aを進展(収縮)させ、拡幅胴部3を回動することにより拡幅胴部3を突出(後退)させることができる。
【0026】
また拡幅胴部3の拡幅部後胴3bには、拡幅部セグメントSwを反力受けとしてシールド本体1を推進する拡幅部推進ジャッキ37が取り付けられる。
(拡幅部掘削装置2および拡幅胴部3による拡幅部の掘削動作)
1.シールド掘進機が拡幅部に達すると、掘進を停止し、開閉ゲート装置6を開動して前部開口部4を開放する。必要に応じて開放前に薬剤による地山改良が実施される。
【0027】
2.拡幅部出退駆動装置36により拡幅部掘削装置2を収納位置から旋回軸31を中心に旋回させ、拡幅部カッタ装置35を駆動しつつ拡幅部掘削装置2を前部開口部4から突出させて地山を掘削し、拡幅部カッタ装置35による掘削面がシールド軸心Oに略垂直となる掘削位置まで旋回させて停止し固定する。
【0028】
3.シールド掘進機1を推進させ、主掘削装置11と拡幅部掘削装置2により通常の円形断面のトンネルと拡幅部の掘削空間を掘削しつつ所定距離(拡幅胴部3の長さ分以上)推進させる。
【0029】
4.シールド本体1内に搬入された拡幅部後胴3bを拡幅部前胴3aに接続して拡幅胴部3を組み立てる。これは前記の掘削作業中に行うこともできる。
そして、拡幅胴部3の旋回時に干渉するセグメントSとエレクタ装置19の一部を撤去し、シールド本体1の離脱プレート1b部分に設けられた推進ジャッキ20を取り外し、さらに離脱プレート1bを取り除いて後部開口部5を開放する。この時、拡幅部の掘削空間近傍の地山は、地山改良または地山改良なしで自立されている。
【0030】
5.胴部出退駆動装置38により拡幅胴部3を旋回軸31を中心に外側に旋回させ、後部開口部5から拡幅部の掘削空間に押し出す。この時、拡幅胴部3の前端部は、拡幅部掘削装置2の拡幅部スキンプレート32の天板32aや底板32b、外周板32cに沿ってそれぞれ旋回移動して必要以上の隙間が形成されることがない。そして拡幅胴部3が前端部が拡幅部スキンプレート32の外側に外嵌されて、拡幅部掘削装置2の後部に拡幅胴部3が接続される。(ここで、接続具や溶接により拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3と接続してもよい。)さらに拡幅胴部3の上板および下板を前部開口部4および後部開口部5の上辺部および下辺部のスキンプレート1aに接続固定する。
【0031】
6.シールド掘進機を推進し、主掘削装置11と拡幅部掘削装置2とにより円形のトンネルと拡幅部とを掘進する。そしてシールド本体1の後部では、エレクタ装置19により、シールド本体1の内面に沿ってセグメントSを組み立てると共に、拡幅胴部3の内面に沿って拡幅部セグメントSwを組み立て、さらに推進ジャッキ20と拡幅部推進ジャッキ37とにより、組み立てられたセグメントSおよび拡幅部セグメントSwを反力受けとしてシールド本体1を推進する。
【0032】
7.円形のトンネルと共に拡幅部の掘削空間が、拡幅胴部3を嵌め込み可能な距離だけ掘削されると、シールド掘進機を停止し、まず拡幅胴部3の後退時に干渉する拡幅胴部3内の拡幅部セグメントSwを撤去する。そしてスキンプレート1aと拡幅胴部3とを分離する。
【0033】
8.胴部出退駆動装置38により拡幅胴部3を旋回軸31を中心に内側に旋回させシールド本体1内に引き込む。そして拡幅胴部3と拡幅部推進ジャッキ37などを分解し拡幅部後胴3bを撤去する。さらに離脱プレート1bを後部開口部5に取り付けて閉鎖する。さらに推進ジャッキ20を離脱プレート1b部分に装着して復元する。
【0034】
9.拡幅部出退駆動装置36により拡幅部掘削装置2を掘削位置から内側に旋回して、前部開口部4からシールド本体11内の収納位置に引き込む。さらに開閉ゲート装置6を閉動して前部開口部4を閉鎖する。
【0035】
そして通常の円形トンネルの掘削を再開する。
(実施の形態の効果)
上記構成によれば、前部開口部4を開放し拡幅部掘削装置2を旋回軸31を中心に旋回して前部開口部4からシールド本体1の外側の掘削位置に突出させ、シールド掘進機を掘進して拡幅部掘削装置2により拡幅部の掘削空間を掘削する。次いで後部開口部5を開放し、拡幅胴部3を旋回軸31を中心に旋回して後部開口部5から拡幅部の掘削空間内に突出させ、さらに拡幅部掘削装置2の後部に拡幅胴部3を接続する。これにより、従来のように拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3の間に空間部が形成されることがなく、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3とを容易かつ確実に接続することができ、地山の崩壊もなく、安全にかつスムーズに拡幅部の掘削を行うことができる。
【0036】
また開閉ゲート装置6により前部開口部4を迅速に開放、閉鎖して、拡幅部掘削装置2を短時間で突出、収納することができ、拡幅部の掘削準備や終了のための作業時間を短縮することができる。またスキンプレート1aの一部である離脱プレート1bを取り外して後部開口部5を開放するので、開閉装置を設けるのに比較して、シールド本体1の内部設備類を簡略化することができ、内部空間を有効利用することができる。
【0037】
さらに拡幅胴部3は、拡幅後胴3bを、シールド本体1内に搬入して拡幅前胴3aに接続し拡幅胴部3を形成するので、通常掘削時のシールド本体1の内部空間を広く確保できて有効利用することができる。また拡幅胴部3の出退時に、拡幅胴部3の前端部を、拡幅部掘削装置2の拡幅部スキンプレート32の外周板32cに沿って旋回移動させることで、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3との間に必要以上の隙間ができることがなく、拡幅胴部3の出退作業を地山を安定した状態で安全に行うことができる。また拡幅胴部3の前端部を拡幅部掘削装置2に外嵌させることで、拡幅部掘削装置2と拡幅胴部3の接続を容易かつ確実に行うことができる。
【0038】
さらにまた、拡幅胴部3に拡幅部推進ジャッキ37を設けることにより、拡幅部の掘削時に、シールド本体1を拡幅胴部3と共に安定して推進することができ、シールド本体1の姿勢制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明に係る拡幅部掘削用シールド掘進機の実施の形態を示す平面方向から見た中央断面図である。
【図2】同シールド掘進機の縦断面図である。
【図3】同シールド掘進機の右側面図である。
【図4】図1に示すA−A断面図である。
【図5】同拡幅部の掘削状態のシールド掘進機を示す平面方向から見た中央断面図である。
【図6】同拡幅部の掘削状態のシールド掘進機を示す正面図である。
【図7】図5に示すB−B断面図である。
【図8】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、拡幅部を掘削位置に突出させた状態を示す平面方向から見たシールド掘進機の中央断面図である。
【図9】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、突出前の拡幅胴部の組立状態を示す平面方向から見たシールド掘進機の中央断面図である。
【図10】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、突出前の拡幅胴部の組立状態を示す右後方上方から見たシールド掘進機の概略斜視図である。
【図11】拡幅部掘削の準備作業を説明するもので、拡幅部の掘削状態を示す右後方上方から見たシールド掘進機の概略斜視図である。
【符号の説明】
【0040】
O シールド軸心
S セグメント
Sw 拡幅部セグメント
1 シールド本体
1a スキンプレート
1b 離脱プレート
2 拡幅部掘削装置
3 拡幅胴部
3a 拡幅部前胴
3b 拡幅部後胴
4 前部開口部
5 後部開口部
6 開閉ゲート装置
11 主掘削装置
19 エレクタ装置
20 推進ジャッキ
31 旋回軸
32 拡幅部スキンプレート
32c 外周板
34 拡幅部排泥管
35 拡幅部カッタ装置
36 拡幅部出退駆動装置
37 拡幅部推進ジャッキ
38 胴部出退駆動装置
38a 胴部出退ジャッキ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネルの掘削途中で当該トンネルの一部を拡張した拡幅部を掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機であって、
シールド本体の外殻に、開閉可能な前部開口部と後部開口部とを形成し、
シールド本体内に掘進方向と直交する旋回軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記前部開口部を介してシールド本体外側の掘削位置に出退自在な拡幅部掘削装置を設け、
シールド本体内に前記旋回軸心と同一軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記後部開口部を介して前記拡幅部掘削装置の後部に出退可能で、かつ前記拡幅部掘削装置に接続される拡幅胴部を設けた
拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項2】
前部開口部に開閉ゲート装置が設けられ、
後部開口部はシールド本体の外殻の一部が取り外し自在に構成された
請求項1記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項3】
拡幅胴部は、旋回軸心周りに支持された拡幅前胴と、拡幅部の掘削のためにシールド本体に搬入されて前記拡幅前胴に接続される拡幅後胴からなり、
前記拡幅胴部の旋回時に、前記拡幅前胴の前端部が、旋回軸心を中心として円弧状に形成された拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動し拡幅部掘削装置に外嵌するように構成された
請求項1または2記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項4】
拡幅胴部内に組み立てられた覆工体を反力受けとして、シールド本体を推進する拡幅部推進ジャッキを前記拡幅胴部内に設けた
請求項1乃至3のいずれかに記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項1】
トンネルの掘削途中で当該トンネルの一部を拡張した拡幅部を掘削可能な拡幅部掘削用シールド掘進機であって、
シールド本体の外殻に、開閉可能な前部開口部と後部開口部とを形成し、
シールド本体内に掘進方向と直交する旋回軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記前部開口部を介してシールド本体外側の掘削位置に出退自在な拡幅部掘削装置を設け、
シールド本体内に前記旋回軸心と同一軸心周りに旋回自在に支持されてシールド本体内から前記後部開口部を介して前記拡幅部掘削装置の後部に出退可能で、かつ前記拡幅部掘削装置に接続される拡幅胴部を設けた
拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項2】
前部開口部に開閉ゲート装置が設けられ、
後部開口部はシールド本体の外殻の一部が取り外し自在に構成された
請求項1記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項3】
拡幅胴部は、旋回軸心周りに支持された拡幅前胴と、拡幅部の掘削のためにシールド本体に搬入されて前記拡幅前胴に接続される拡幅後胴からなり、
前記拡幅胴部の旋回時に、前記拡幅前胴の前端部が、旋回軸心を中心として円弧状に形成された拡幅部掘削装置の外周板に沿って旋回移動し拡幅部掘削装置に外嵌するように構成された
請求項1または2記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【請求項4】
拡幅胴部内に組み立てられた覆工体を反力受けとして、シールド本体を推進する拡幅部推進ジャッキを前記拡幅胴部内に設けた
請求項1乃至3のいずれかに記載の拡幅部掘削用シールド掘進機。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2007−132145(P2007−132145A)
【公開日】平成19年5月31日(2007.5.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−328219(P2005−328219)
【出願日】平成17年11月14日(2005.11.14)
【出願人】(000140292)株式会社奥村組 (469)
【出願人】(000005119)日立造船株式会社 (764)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年5月31日(2007.5.31)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年11月14日(2005.11.14)
【出願人】(000140292)株式会社奥村組 (469)
【出願人】(000005119)日立造船株式会社 (764)
【Fターム(参考)】
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