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JP2844449B2 - 一体型セグメント用シールド掘進機 - Google Patents
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JP2844449B2 - 一体型セグメント用シールド掘進機 - Google Patents

一体型セグメント用シールド掘進機

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JP2844449B2
JP2844449B2 JP8172088A JP17208896A JP2844449B2 JP 2844449 B2 JP2844449 B2 JP 2844449B2 JP 8172088 A JP8172088 A JP 8172088A JP 17208896 A JP17208896 A JP 17208896A JP 2844449 B2 JP2844449 B2 JP 2844449B2
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Japan
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excavator
shield
jack
shield excavator
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清秋 田中
修 吉野
保之 坂井
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定幅(例え
ば、350〜700mm)を有し、円周方向に連続した一体型の
弾性変形可能なリング状セグメントを使用してセグメン
ト壁を構築可能なシールド掘進機に関する。なお、リン
グ状セグメントは主として鋼管などから形成され楕円形
に偏平した状態で掘進機内に搬入されたのち、真円形に
復帰させて掘進方向に沿って連接され、セグメント壁が
構築される。
【0002】
【従来の技術】シールド掘進機は後方にセグメント壁を
構築し、構築したセグメント壁に対しシールドジャッキ
を押し付けて推進力を得ることにより、掘削作業を行っ
ているが、従来、セグメント壁は円周方向に分離された
複数のセグメントピースを、円周方向に接続してリング
状にするとともに、リング状にしたセグメントを掘進方
向にも接続することによってセグメント壁を構築するの
が一般的である。こうした構造のセグメントを使用する
シールド掘進機(のエレクタ装置)に、例えば実開昭6
3−121700号公報に記載のものがある。この種の
シールド掘進機では、通常、掘進機内にはカッターディ
スク駆動装置やシールドジャッキが搭載されている程度
で、たとえばシールド操作盤、ポンプユニットおよび油
タンクユニットは、既設セグメント内に敷設したレール
上を走行する後方台車に搭載されている。
【0003】そのほか、楕円形状の一体型セグメントを
使用する掘進機(のセグメント運搬反転装置)として、
特公平8−19836号公報に記載のものがある。ただ
し、同公報に記載のセグメントは、非変形のものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のシール
ド掘進機では、一体型の弾性変形可能なリング状セグメ
ントを使用する場合などに、次のような不都合がある。
【0005】(1) リング状セグメントを楕円形に偏平し
た状態で掘進機内に搬入するのに、後方台車が邪魔にな
って搬入が困難である。
【0006】(2) 仮に掘進機内にリング状セグメントを
搬入できたとしても、そのセグメントを既設のセグメン
トに連結する際に、全てのシールドジャッキを収縮させ
て引き込む必要があるため、切羽側から土圧や泥水圧を
受けて掘進機が後退するおそれがある。
【0007】(3) 円周方向に分割されたセグメントピー
スを使用してセグメント壁を構築するものと比べた場
合、セグメントピースをボルトで締結するのに多大な時
間がかかるほか、締結不良等により分割部分から漏水が
生じることがある。
【0008】(4) 後者(特公平8−19836号)は掘
削装置が掘進機とは別体で、掘削時にも掘進機に対して
土圧や泥水圧が作用しないので、本発明が解決しようと
する課題の対象(の掘進機)とはならない。また同掘進
機は楕円形の一体型セグメントを使用するが、セグメン
トが変形するものではなく、使用するセグメントの種類
が異なっている。
【0009】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、円周方向に連続した一体型の弾性変形可能なリング
状セグメントを使用してセグメント壁を構築しながら、
円形トンネルを効率よくかつ安全に掘削することができ
るシールド掘進機を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ためにこの発明のシールド掘進機は、a)シールド掘進機
の円筒状シールドシェル内の後部に円周方向に間隔をあ
けて複数のシールドジャッキを配設するとともに、b)こ
れらのシールドジャッキのうちの一部のジャッキを、楕
円形の偏平状態から復元した円形のセグメントの内径よ
り半径方向の内側に配置して、該ジャッキ後端で前記セ
グメントの内周壁より内向きに突設される当接片を押圧
可能に構成し、c)残りのジャッキは、その後端から前記
シールドシェルの内周面に沿って前記円形のセグメント
の外側を通過するアタッチメントバーを後方に向けて延
設し、該バーの後端に、前記セグメントの端面を押圧可
能な押圧具の一端を半径方向の内向きの直角屈折位置と
前記バーの延長線方向の後方展開位置との間で旋回可能
に枢支し、前記押圧具を半径方向の内向きに屈折するよ
うに(押圧具の自重やスプリングにより)付勢してい
る。なお、上記構成b)において「ジャッキを、円形のセ
グメントの内径より半径方向の内側に配置して」とは、
ジャッキのピストンロッドが円形のセグメントの内側を
通過可能に配置するということを意味する。
【0011】上記の構成を有するこの発明のシールド掘
進機によれば、セグメントを掘進機内に搬入する際に、
当接片を押圧するためのジャッキを掘進機側へ引き込ん
で搬入の邪魔にならないようにする一方、残りのジャッ
キのアタッチメントバーの押圧具で既設セグメントの前
端面を押圧することにより、掘進機が土圧や泥水圧を受
けて後退するのを阻止できる。またセグメントの搬入後
は、アタッチメントバーを備えたジャッキを引き込み、
押圧具でセグメントの前端面を既設セグメント側へ押し
付けることができるが、引き込みの際には押圧具が上方
に旋回して逃げるので、セグメントとの干渉が避けられ
る。そして、掘削作業時には、当接片を押圧するための
ジャッキとセグメントの端面を押圧具で押圧するジャッ
キを同時に伸長し、掘進機を徐々に前進させることがで
きる。
【0012】請求項2記載のように、d)前記掘進機内
に、カッターディスク駆動装置、油タンク、操作盤など
の起動機器を配備するのが好ましい。
【0013】請求項2記載のシールド掘進機によれば、
起動機器を搭載する後方台車が不要になるため、楕円形
に偏平した状態でセグメントを掘進機内に搬入する際
に、円滑にかつ短時間でセグメントを搬入できる。
【0014】請求項3記載のように、e)前記掘進機の後
部をその前方の本体部分と分割し、該本体部分に対し前
記分割後部を水平方向に揺動自在に連結し、前記各シー
ルドジャッキは前記本体部分から前記分割後部内を通し
て後方へ配設してもよい。
【0015】請求項3記載のシールド掘進機によれば、
トンネルが水平方向に屈曲している場合にも、掘進機の
後部を本体部分に対しトンネルの屈曲方向に屈折してお
き、その後部内にセグメントを搬入することにより搬入
作業が容易になるとともに、既設セグメントに対する搬
入したセグメントの連接作業も円滑に行い得る。
【0016】請求項4記載のように、f)自走可能な台車
の前端から前方へ向けてセグメント支持台を張出させ、
該セグメント支持台の前端部上に楕円形に偏平させた前
記セグメントを旋回可能に支持する支持部を設けたセグ
メント搬入台車を、備えるとよい。
【0017】請求項4記載のセグメント搬入台車を使用
することにより、偏平状態にしたセグメントを容易かつ
円滑に掘進機内に搬入することができるとともに、搬入
したのちにセグメントを簡単に所定の方向に旋回し、既
設セグメントと連接できる状態に配置することができ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるシールド
掘進機の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0019】図1はシールド掘進機の実施例を示す中央
縦断面図、図2はシールド掘進機の実施例を示す平面視
断面図、図3(a)は図1のA−A断面図、図3(b)は図
1のB−B断面図、図3(c)は図1のC−C断面図であ
る。
【0020】図1・図2に示すように、本例のシールド
掘進機1は前部(本体)2と後部3に分割され、後部3
は本体2に対し中央部上下の枢支連結ピン機構4・4に
より水平方向に揺動自在に連結されている。本体2は円
筒状シールドシェル2aを、後部3は円筒状シールドシ
ェル3aをそれぞれ備えている。本体2の前端には、カ
ッターディスク5が軸受6aおよび支軸6bにより回動
自在にセンター支持されている。カッターディスク5の
周縁部から後方に円筒状フレーム5aが延設され、後端
部にリングギヤ7aが固設され、複数の駆動モータ7の
駆動ギヤ7bがそれぞれリングギヤ7aに噛合し、各駆
動モータ7の一斉回転によりカッターディスク5が回転
する。バルクヘッド5cを貫通してスクリューコンベヤ
装置8の前端開口部が、カッターチャンバー5b内に臨
ませてあり、一方、スクリューコンベヤ装置8の後端は
やや上向きに後部3内まで延びている。そのスクリュー
コンベヤ装置8の後端部の下面には土砂の搬出口8aが
開設され、この搬出口8aにはゲート8bが開閉自在に
装着されている。
【0021】本体2内の後端部から複数本(本例では8
本)のシールドジャッキ9が、図3(a)のように円周方
向に間隔をあけて後部3内の後端に向けて配設されてい
る。
【0022】また、本体2内には、パワーユニットとし
ての油タンク11、操作盤12などの全ての起動機器1
0が搭載されている。さらに、シールド掘進機1(後部
3)の後方には、リング状セグメントSを順次連接して
なる既設セグメントS’が構築されているが、その既設
セグメントS’の下面中央部上を図3(c)に示すように
セグメント搬入(・組立)台車15が走行する。この搬
入台車15は自走式で、搬入台車15の前端から前方へ
張り出すセグメント支持台15aを突設し、支持台15
aの前端部上に支持部15bを立設し、支持部15bの
上端にセグメントSを垂直方向に旋回可能に支持してい
る。セグメントSは、搬入の際にチェーンブロック等に
より引っ張って楕円形の偏平状態にし、セグメントSの
短径位置間にシャフト(図示せず)を取り付け、このシ
ャフト(図示せず)を介して支持部15bの上端に支持
させる。本例で使用するセグメントSは外径2m前後、
板幅が700mmm程度、板厚12mm程度である。ま
た、既設セグメントS’の最前位置のセグメントS’の
内周面には、その前端寄りに図3(b)のように円周方向
に間隔をあけて当接片Saを内向けに着脱自在に突設す
る。これらの当接片Saの数および位置は、シールドジ
ャッキ9の数および位置に対応する。なお、セグメント
S’の内周面に対する当接片Saの固定は、当接片Sa
の下端を直角に後方に屈折し、その屈折部分を係止片に
形成するとともに、この係止片の係合溝をセグメントS
の内周面に設けておくことによって行ったり、あるいは
磁力を利用して着脱できるようにしてもよい。そのほ
か、各セグメントSの内周面に当接片Saを設けてお
き、必要に応じてセグメントSを円周方向にわずかに回
転させるようにしてもよい。
【0023】また、図3(c)に示すように、搬入台車1
5の搬送路に隣接して平行にローラコンベヤ装置16が
配備されている。このローラコンベヤ装置16の前部は
伸縮構造になっており、搬入台車15の支持部15bで
支持しているセグメントSの位置から前方へかけて出入
りし、伸長状態でローラコンベヤ装置16の前端がスク
リューコンベヤ8の搬出口8aの真下に達する。このた
め、セグメントSの搬入や旋回作業の邪魔にならない。
なお、掘進機1内の駆動モータ7などに電力を供給する
必要があるが、これは電力ケーブル(図示せず)を既設
セグメントS’の内周面からシールドシェル3a・2a
の内周面に添って掘進機1内に導入するので、ローラコ
ンベヤ装置16と同様にセグメントSの搬入や旋回作業
の邪魔にはならない。
【0024】さて、本発明のシールド掘進機1において
リング状セグメントSを使用するために、最も工夫した
ところは次の点である。すなわち、セグメントSをチェ
ーンブロック等を取り外してその弾性力により円形に復
元させた後、支持部15bの上端を中心に垂直方向に略
90°旋回させて起立させるが、この状態、つまりシー
ルドシェル3a内の中心部に円形のセグメントSを配置
した状態で、図2に示すように、シールドジャッキ9の
ピストンロッド9aがセグメントSの内側を通過するよ
うに、各シールドジャッキ9を掘進機1の本体2内に配
置している。そして、各ピストンロッド9aの先端部
で、上記したセグメントS内の当接片Saを押圧できる
ように構成している。また、円周方向に一つおきにシー
ルドジャッキ9(以下、ジャッキ9Aという)のピスト
ンロッド9a先端に、アタッチメントバー17の一端を
アタッチメントバー17がセグメントSの外側を通過で
きるように固設し、アタッチメントバー17の他端を後
方に向け延設している。なお、アタッチメントバー17
を装着していないシールドジャッキ9を以下、ジャッキ
9Bという。
【0025】アタッチメントバー17の後端には、本例
では図4に示すように略L形の押圧具18の基端を、そ
の先端側が垂直方向に旋回可能に枢支具19により枢着
するとともに、押圧具18が自重によって時計方向(前
方・下方)に回転した状態で、押圧具18が半径方向の
内向きの直角屈折位置よりも前方へは回転しないように
ストッパー部材20をアタッチメントバー17の後端部
下面に直角に下向きに突設している。そして、その直角
屈折位置において押圧具18の内側屈曲部が、図4のよ
うにセグメントSの端面に当接しこれを押圧できるよう
にしている。一方、シールドジャッキ9を収縮して引き
込むと、押圧具18はセグメントSの外端に接触し、そ
の自重に抗して反時計方向(上方・後方)に旋回してセ
グメントSとの干渉が避けられ、セグメントSの外側を
通過して前方へ移動する。なお、押圧具18は自重によ
らず、スプリングを用いて積極的に時計方向に付勢して
もよい。
【0026】次に、上記のように構成した本実施例にか
かるシールド掘進機1について掘進動作を説明する。な
お、ここでは、幅の狭い(350mm)セグメントSを
使用する場合を例にとる。図5・図6は掘進およびセグ
メント構築の工程を順に示す部分正面図である。
【0027】 複数本(8本)のシールドジャッキ9
のうち、円周方向に一つおきに配置されたジャッキ9B
にピストンロッド9aの先端部を、既設セグメントS’
に連設したセグメントSに仮設した当接片Saに当接さ
せるとともに、残りのジャッキ9Aのアタッチメントバ
ー17の後端の押圧具18をセグメントSの前端面に当
接させる。この状態で、各シールドジャッキ9A・9B
を一斉に伸長しながら掘進機1を徐々に前進させ、カッ
ターディスク5を回転させて掘削作業を行う(図5
(a))。
【0028】 各ジャッキ9Aのアタッチメントバー
17の押圧具18をセグメントSの前端面に当接させた
状態で、残りのジャッキ9Bを収縮し、セグメントSの
当接片Saからピストンロッド9aを離間する。
【0029】それから、既設セグメントS’内を走行さ
せ、セグメント搬入台車15の支持台15a上にチェー
ンブロック等により引っ張って楕円形の偏平状態にした
セグメントSを水平に載置し、後部3のシールドシェル
3a内に搬入する。そして、セグメントSのチェーンブ
ロック等を取り外して真円形にしたのち、90°垂直方
向に旋回して起立させる。この間、シールド掘進機1
は、ジャッキ9Aおよびアタッチメントバー17・押圧
具18を介して既設セグメントS’により後退が阻止さ
れる(図5(b))。
【0030】 ジャッキ9Bを伸長しそのピストンロ
ッド9aを、搬入したセグメントSの内側を貫通し、既
設セグメントS’に仮設した当接片Saに当接させる。
なお、搬入セグメントSは、円周方向にわずかに回転さ
せてピストンロッド9aがその当接片Saに当たらない
ようにしておく。続いてジャッキ9Aを収縮し、アタッ
チメントバー17の押圧具18を搬入セグメントSの前
方へ移動させるが、搬入セグメントSの外端と接触する
と、押圧具18が反時計方向に回転して逃げるので、ア
タッチメントバー17の前方への移動が妨げられること
はない。また、この間、シールド掘進機1は、ジャッキ
9Bのピストンロッド9aを介して既設セグメントS’
により後退が阻止される(図6(c))。
【0031】 ジャッキ9Aを伸長し、アタッチメン
トバー17の押圧具18で搬入セグメントSの前端面を
押し付け、搬入セグメントSを既設セグメントS’に緩
く嵌め込む。この後、ジャッキ9Bのピストンロッド9
aを収縮して前方へ引き込み、搬入セグメントSを円周
方向にわずかに回転させ、ジャッキ9Bのピストンロッ
ド9aを伸長し、搬入セグメントSに仮設した当接片S
aに押し当て搬入セグメントSを既設セグメントS’に
堅固に嵌め込む。この結果、搬入セグメントSが既設セ
グメントS’に連接される(図6(d))。
【0032】以降は、上記〜の工程を順に繰り返す
ことにより、掘進機1が掘進してトンネルが掘削される
と同時に、掘進機1の後方にセグメント壁’が構築され
る。
【0033】図7はシールド掘進機の他の実施例を示す
もので、本例ではセグメントSを起立した状態で搬入す
る。このため、セグメント搬入台車15の幅をセグメン
トSに対応して広げている。また、支持台15aの前端
部の支持部15bは、セグメントSの短径間に取り付け
たシャフト(図示せず)を上下方向に支持するととも
に、シャフト(図示せず)を中心に水平に略90°旋回
できるようにしている。したがって、本例では、セグメ
ントSを上下間で引っ張って楕円形の偏平状態にし、セ
グメント搬入台車15で後部3のシールドシェル3a内
に搬入したのち、真円形に復元させ、それから水平方向
にほぼ90°旋回させる。このあとの作業は、上記実施
例と共通するので説明を省略する。
【0034】上記に本発明のシールド掘進機の実施例を
示したが、次のように実施することもできる。
【0035】A) 本体2に対し後部3を水平方向に揺動
自在に接続せず、単一の胴体で掘進機を構成し、その後
部にシールドジャッキ9を後方に向けて配設する。
【0036】B) 泥土圧式に代えて泥水式のシールド掘
進機にする。この場合、送泥管の端部をカッターチャン
バー5a内に臨ませバルクヘッド5bに接続するととも
に、排泥管の端部を同様にカッターチャンバー5b内に
臨ませバルクヘッド5cに接続する。送泥管および排泥
管の途中にはそれぞれ開閉弁を介設しておき、セグメン
トSの搬入時に、搬入の支障になる位置の送泥管および
排泥管を取り外して分離し、セグメントSの搬入後に送
泥管および排泥管を接続できるようにする。
【0037】C) セグメントSの連接構造としては、例
えば一方の端部に半径方向に段差を設けた小径部を形成
し、他方の端部にその小径部を嵌入可能な大径口部を形
成する。あるいは、一重のセグメントSの一端部内周面
に狭い幅の連接リングを一方へ突出して溶接しておき、
別の一重のセグメントSの端部を連接リングの周囲に嵌
め込んで連接する。
【0038】D) 複数本のシールドジャッキ9のうち、
セグメントSの当接片Saを押圧するジャッキ9Bをそ
のピストンロッド9aがセグメントSの内側を通過する
位置に配置し、セグメントSの前端面を押圧するジャッ
キ9Aをジャッキ9Bより外側の位置に配設する。
【0039】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明にかかるシールド掘進機には、以下のような優れ
た効果がある。
【0040】(1) セグメントの搬入の邪魔にならないよ
うにしながら、掘進機が土圧や泥水圧を受けて後退する
のを阻止できるので、一体型の弾性変形可能なリング状
セグメントを使用してセグメント壁を構築しながら、円
形トンネルを掘削することができる。また一体型セグメ
ントを使用するので、従来と違って分割されたセグメン
トピース間をボルトで締結する手間が要らずセグメント
の構築作業が簡単なうえに、締結不良等により漏水の生
じるおそれもない。
【0041】(2) 請求項2記載のシールド掘進機では、
起動機器を搭載する後方台車が不要になるので、セグメ
ントを円滑にかつ短時間で掘進機内に搬入できる。
【0042】(3) 請求項3記載のシールド掘進機では、
トンネルが水平方向に屈曲している場合に掘進機の後部
内にセグメントを搬入する作業が容易になるとともに、
既設セグメントに対する搬入セグメントの連接作業も円
滑に行い得る。
【0043】(4) 請求項4記載のシールド掘進機では、
偏平状態にしたセグメントを容易かつ円滑に掘進機内に
搬入することができるとともに、搬入したのちにセグメ
ントを簡単に所定の方向に旋回し、既設セグメントと連
接できる状態に短時間で準備できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシールド掘進機の実施例を示す中央縦
断面図である。
【図2】図1のシールド掘進機を示す平面視断面図であ
る。
【図3】図3(a)は図1のA−A断面図、図3(b)は図
1のB−B断面図、図3(c)は図1のC−C断面図であ
る。
【図4】図1のA部分を拡大して示す部分断面図であ
る。
【図5】図5(a)・(b)は図1のシールド掘進機による
掘進およびセグメント構築の工程を順に示す部分正面図
である。
【図6】図6(c)・(d)は図5(a)(b)に続く図1のシ
ールド掘進機による掘進およびセグメント構築の工程を
順に示す部分正面図である。
【図7】シールド掘進機の他の実施例を示す、図3(c)
に対応する断面図である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機 2 本体(前部) 2a・3a シールドシェル 3 後部 5 カッターディスク 8 スクリューコンベヤ装置 9・9A・9B シールドジャッキ 9a ピストンロッド 10 起動機器 15 セグメント搬入台車 16 ローラコンベヤ装置 17 アタッチメントバー 18 押圧具 S・S' セグメント Sa 当接片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−191899(JP,A) 特開 昭54−58920(JP,A) 特公 平8−19836(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21D 11/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定幅を有し円周方向に連続した一体型
    の弾性変形可能なリング状セグメントを楕円形に偏平し
    た状態で掘進機内に搬入したのち、前記セグメントを円
    形に復元させ掘進方向に連接してセグメント壁を構築し
    ながら掘進するシールド掘進機であって、 該掘進機の円筒状シールドシェル内の後部に円周方向に
    間隔をあけて複数のシールドジャッキを配設するととも
    に、 これらのシールドジャッキのうちの一部のジャッキを、
    前記円形のセグメントの内径より半径方向の内側に配置
    して、該ジャッキ後端で前記セグメントの内周壁より内
    向きに突設される当接片を押圧可能に構成し、 残りのジャッキは、その後端から前記シールドシェルの
    内周面に沿って前記円形のセグメントの外側を通過する
    アタッチメントバーを後方に向けて延設し、該バーの後
    端に、前記セグメントの端面を押圧可能な押圧具の一端
    を半径方向の内向きの直角屈折位置と前記バーの延長線
    方向の後方展開位置との間で旋回可能に枢支し、前記押
    圧具を半径方向の内向きに屈折するように付勢したこと
    を特徴とする一体型セグメント用シールド掘進機。
  2. 【請求項2】 前記掘進機内に、カッターディスク駆動
    装置、油タンク、操作盤などの起動機器を配備した請求
    項1記載の一体型セグメント用シールド掘進機。
  3. 【請求項3】 前記掘進機の後部をその前方の本体部分
    と分割し、該本体部分に対し前記分割後部を水平方向に
    揺動自在に連結し、前記各シールドジャッキは前記本体
    部分から前記分割後部内を通して後方へ配設した請求項
    1又は2記載の一体型セグメント用シールド掘進機。
  4. 【請求項4】 自走可能な台車の前端から前方へ向けて
    セグメント支持台を張出させ、該セグメント支持台の前
    端部上に楕円形に偏平させた前記セグメントを旋回可能
    に支持する支持部を設けたセグメント搬入台車を、備え
    た請求項1〜3のいずれかに記載の一体型セグメント用
    シールド掘進機。
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