JP4094517B2 - 親子シールド機 - Google Patents

Description

本発明は、大径トンネルに繋げて小径トンネルを構築する親子シールド機に係り、特に、大径トンネルに偏芯させて小径トンネルを構築できる親子シールド機に関する。

大径トンネルに偏芯させて小径トンネルを構築する親子シールド機として、特許文献１又は２に記載されたものが知られている。従来、この種の親子シールド機は、親シールド機の内部に偏芯させて回転可能に設けられた回転ドラムと、回転ドラムに偏芯させて軸方向に発進可能に取り付けられた子シールド機と、子シールド機のカッタに着脱可能に取り付けられた親シールド機用の外周カッタとを備えている。

かかる親子シールド機によれば、回転ドラムの回転角度を調節して子シールド機を親シールド機に対して同芯位置とし、子シールド機のカッタに外周カッタを取り付けた状態で掘進して大径トンネルを構築し、その後、回転ドラムを所定角度回動させて子シールド機を親シールド機に対して所望の偏芯位置に移動させ、子シールド機のカッタから外周カッタを切り離し、子シールド機を親シールド機から発進させることで、大径トンネルに小径トンネルを偏芯して繋げて構築することができる。

特開平１０−３７６６０号公報 特開平１０−３７６６２号公報

しかし、上述した親子シールド機においては、親シールド機内に子シールド機を偏芯回転させる回転ドラムを設置する必要があるため、構造が複雑化しコストアップの原因となる。特に、親シールド機と子シールド機との外径差が小さい場合、回転ドラムの設置が困難となり、仮に設置できたとしても偏芯量が制限されてしまう。

なお、上記回転ドラムを用いることなく、子シールド機自体を親シールド機内にて同芯位置から偏芯位置まで径方向にスライドさせる方式も考えられるが、非常に複雑なスライド機構となり、実現性が低い。また、子シールド機自体をスライドさせる機構のスペースが親シールド機内に確保できず、十分な偏芯量を確保できない。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、簡単な構成で子シールド機を親シールド機に対して偏芯させて発進できる親子シールド機を提供することにある。

上記課題を解決するために創案された本発明に係る親子シールド機は、親シールド機の親シールドフレームの内方に子シールド機の子シールドフレームを偏芯させて軸方向にスライド可能に収容し、該子シールドフレームに子シールド機用の内周カッタを上記両フレームの偏芯方向に移動可能に設けたものである。

また、上記内周カッタは、子シールドフレームに対する同芯位置と親シールドフレームに対する同芯位置との間を移動可能に設けられることが好ましい。また、上記内周カッタに、親シールド機用の外周カッタを着脱自在に設け、該外周カッタと内周カッタとの間に、これらを連結切離する断接手段を設けることが好ましい。

また、上記外周カッタは、親シールドフレームに対する同芯位置に移動された内周カッタに装着したとき、親シールドフレームの外径に合わせて形成されることが好ましい。また、上記外周カッタは、内周カッタが親シールドフレームに対する同芯位置から子シールドフレームに対する同芯位置に移動することを許容する空隙部を有することが好ましい。

本発明によれば、子シールドフレームを親シールドフレーム内に予め偏芯して収容し、子シールド機の内周カッタを偏芯方向に移動させることで、親シールド機用の外周カッタの駆動部と兼用させているので、簡単な構成で子シールド機を親シールド機に対して偏芯させて発進できる。

本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に本実施形態に係る親子シールド機の平断面図を示し、図６に図１のVI−VI線矢視面図（正面図）を示す。図示するように、この親子シールド機１は、親シールド機２（以下親機という）の親シールドフレーム３（円筒）の内方に、子シールド機４（以下子機という）の子シールドフレーム５（円筒）が、偏芯されて軸方向にスライド可能に収容されている。

詳しくは、親シールドフレーム３の内部には、切羽側と坑内側とを仕切るように子機４の発進ブロック６が取り付けられている。発進ブロック６は、切羽側と坑内側とを仕切る隔壁の一部としても機能する。発進ブロック６には、子シールドフレーム５の外径よりも僅かに大きく形成された発進穴７が、親シールドフレーム３に対して偏芯されて軸方向に沿って形成されている。

発進穴７の内周面には、子シールドフレーム５との間を止水すべくリング状に形成されたシール８が、軸方向に間隔を隔てて多段に取り付けられている。発進穴７には、子シールドフレーム５が軸方向にスライド可能に装着される。子シールドフレーム５と発進穴７との間には、これらを係脱する係脱機構９（ボルト・ナット等の締結具や溶接・切断等）が介設されている。

発進穴７に装着された子シールドフレーム５には、子機４用の内周カッタ１０が、親シールドフレーム３の中心線Ｌ１に対する子シールドフレーム５の中心線Ｌ２の偏芯方向に移動可能に取り付けられている。詳しくは、子シールドフレーム５の内部には、切羽側と坑内側とを仕切る隔壁１１が設けられており、隔壁１１には、上記偏芯方向に沿って形成された長穴１２が、開口されている。

長穴１２には、内周カッタ１０の回転軸１３を軸支するカラー１４が挿通されている。長穴１２の長さは、カラー１４が図１に示す親シールドフレーム３の中心線Ｌ１に同芯位置から図３に示す子シールドフレーム５の中心線Ｌ２に同芯位置まで移動できる長さに設定されている。カラー１４には、長穴１２を覆う長円状のカバー１５が取り付けられており、カバー１５には、隔壁１１との間を止水するリング状のシール１６が、長穴１２を囲繞するように取り付けられている。

カラー１４には、図１に示すように、内周カッタ１０を回転駆動する駆動部の収容ユニット１７が取り付けられている。収容ユニット１７は、カラー１４の坑内側の端部に被嵌固定された取付部１８と、回転軸１３に設けられた外歯ギヤ１９及びそれに噛合するピニオン２０を収容するギヤボックス２１とを有する。ピニオン２０は、ギヤボックス２１に装着されたモータ２２で駆動される。これらモータ２２、ピニオン２０及び外歯ギヤ１９が、駆動部を構成する。

子シールドフレーム５の内周面には、径方向内方に延出されたマシン側推力伝達部材２３が設けられ、収納ユニット１７の取付部１８には、径方向外方に延出されたカッタ側推力伝達部材２４が設けられている。そして、カッタ側推力伝達部材２４が、マシン側推力伝達部２３に対して、上記偏芯方向に相対移動可能となっており、その移動範囲は、少なくとも回転軸１３の中心が親シールドフレーム３の中心線Ｌ１から子シールドフレーム５の中心線Ｌ２に移動できる範囲に設定されている。

図例では、マシン側推力伝達部材２３は、子シールドフレーム５の内周面に取り付けられた隔壁からなり、その隔壁に収納ユニット取付部１８が挿通される長穴２５が開口されている。また、カッタ側推力伝達部材２４は、その長穴２５を覆うように収納ユニット取付部１８に取り付けられた長円状のフランジからなる。但し、各推力伝達部材２３、２４は、この構成に限られず、夫々柱体等から構成されてもよい。

両推力伝達部材２３、２４の重合部には、マシン側推力伝達部材２３に対するカッタ側推力伝達部材２４の偏芯方向への移動を案内するためのガイド部材２６（凹部及び／又は凸部）が、上記偏芯方向と平行に形成されている。ガイド部材２６は、蟻溝状（断面鳩尾状）及びこれに係合する凸状に形成されており、収納ユニット１７を倒れないように保持する。

収納ユニット取付部１８と、子シールドフレーム５の内周面との間には、収納ユニット１７を上記偏芯方向に移動させるためのアクチュエータとしてジャッキ２７が介設されている。ジャッキ２７は、上記偏芯方向に沿って収納ユニット取付部１８を挟むように配置されている。偏芯方向前方のジャッキ２７は、偏芯量に相当する厚さのスペーサ２８を介して子シールドフレーム５の内周面に取り付けられており、各ジャッキ２７の寸法の共通化が図られている。なお、アクチュエータは、ジャッキ２７に限られず、ラックピニオンやチェーンスプロケット等でもよい。

上記内周カッタ１０は、図６にも示すように、回転軸１３に接続された中央部２９と、中央部２９に放射状に取り付けられたカッタスポーク３０と、カッタスポーク３０に取り付けられたビット３１と、カッタスポーク３０の外周端を囲繞するように嵌め込まれたリング３２とからなる。なお、リング３２は省略できる。また、内周カッタ１０は、スポークタイプではなく面板タイプでもよい。

内周カッタ１０の外周部には、親機２用の外周カッタ３３が着脱自在に設けられている。外周カッタ３３は、図１及び図６に示すように、親シールドフレーム３に対する同芯位置に移動した内周カッタ１０に装着したとき、親シールドフレーム３の外径に合わせて形成されたリング３４と、リング３４の内周面に取り付けられたカッタスポーク３５と、カッタスポーク３５に取り付けられたビット３６とを有する。なお、リング３４は省略できる。

カッタスポーク３５は、内周カッタ１０の直径の移動方向中心線Ｘ１上の移動方向後方の位置と、それを挟んで９０度ずつ位相をずらした位置とに、合計三個配置されており、上記移動方向中心線Ｘ１上の移動方向前方側には配置されていない。これは、内周カッタ１０の偏芯方向への移動を許容するためである。なお、カッタスポーク３５は、図６にて上下方向の中心線Ｘ２（中心線Ｘ１と直交する直径）より左側であれば、多数配置してもよい。

また、上下のカッタスポーク３５の内周カッタ１０のリング３２が当接する部分は、図６に示すように親シールドフレーム３と同芯状態の内周カッタ１０を、図７に示すように子シールドフレーム５と同芯状態に移動させる際、内周カッタ１０のリング３２が引っ掛からないようにするため、上記中心線Ｘ２よりも右側に、内周カッタ１０の移動方向に沿って形成された直線部３７を有する。

すなわち、外周カッタ３３は、内周カッタ１０が図６の位置から図７の位置に移動することを許容する空隙部３８を有する。空隙部３８は、図例では、上述した直線部３７およびカッタスポーク３５を内周カッタ１０の移動方向前方に配置しないという構成からなる。なお、外周カッタ３３を面板タイプとしたときには、空隙部３８は、上記中心線Ｘ２よりも右側に円弧帯状に切り欠かれて形成される。

外周カッタ３３と内周カッタ１０との間には、これらを連結切離する断接手段３９が設けられている。断接手段３９は、内周カッタ１０のスポーク３０内に収容されその外周端から径方向に出没するジャッキ４０と、外周カッタ３３のスポーク３５の内周面に径方向に沿って形成され上記ジャッキ４０が挿抜される係合穴４１とを有する。なお、ジャッキ４０は、子機４を親機２から発進させた後には、コピーカッタとしても機能する。

図１に示すように、親シールドフレーム３の内周面には、推進ジャッキ４２が周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。推進ジャッキ４２は、親シールドフレーム３の内方でリング状に組み立てられた既設セグメント（図示でず）に反力を取り、親シールドフレーム３を前進させる。また、推進ジャッキ４２の内方には、セグメントを組み立てるエレクタ（図示せず）が設けられている。

以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。

親機２によって、大径トンネルを構築するときには、発進立坑において予め図１及び図６に示す構成とする。

すなわち、子シールドフレーム５を親シールドフレーム３内の発進穴７に装着して係脱機構９（ボルトナット等）で固定する。そして、子シールドフレーム５内のジャッキ２７を伸縮させて、内周カッタ１０を親シールドフレーム３と同芯状態とする。そして、図示しないロック機構で、マシン側推力伝達部材２３とカッタ側推力伝達部材２４との相対移動をロックする。そして、内周カッタ１０に外周カッタ３３を装着し、断接手段３９のジャッキ４０を伸長させてそれらを連結する。

この状態で内周カッタ１０を回転駆動し、推進ジャッキ４２を伸長させることで、親シールドフレーム３の前方の切羽を内周カッタ１０と外周カッタ３３とで切削し、掘削土砂を隔壁１１の下部中央に設けられた排土口４３に接続されたスクリューコンベヤによって排土し、エレクタによって親シールドフレーム３の内方にセグメントをリング状に組み立て、大径トンネルを構築する。このとき、推進ジャッキ４２の推進力は、係脱機構９とマシン側推力伝達部材２３とカッタ側推力伝達部材２４とを介し、カッタ１０、３３に伝達される。

このように、親機２によって構築した大径トンネルに、偏芯させて連続的に小径トンネルを構築するときには、図２以降の手順を行う。

先ず、図２に示すように、断接手段３９のジャッキ４０を収縮させ、外周カッタ３３を内周カッタ１０から切り離す。そして、マシン側推力伝達部材２３とカッタ側推力伝達部材２４との相対移動をロックしていたロック機構を解除する。そして、図３に示すように、子シールドフレーム５内のジャッキ２７を伸縮させて、内周カッタ１０をガイド部材２６に案内させて偏芯方向に移動させ、子シールドフレーム５と同芯状態とする。

これにより、図７に示すように、内周カッタ１０は、外周カッタ３３に対して偏芯移動する。このとき、外周カッタ３３には、空隙部３８が形成されているので、内周カッタ１０が親シールドフレーム３に対する同芯位置から子シールドフレーム５に対する同芯位置に移動することが許容される。そして、マシン側推力伝達部材２３とカッタ側推力伝達部材２４との相対移動を図示しないロック機構で再びロックする。

そして、図４に示すように、子シールドフレーム５の後端に同径の筒体４４（延長子シールドフレーム）を溶接し、その筒体４４の内周面に、親シールドフレーム３に取り付けられていた推進ジャッキ４２を移設する。また、親シールドフレーム３に取り付けられていたエレクタを、子シールドフレーム５、４４の内周面に移設する。

そして、図５に示すように、子シールドフレーム５の前部に収容されていたフード４５を、図示しないジャッキによって前方へ突出させ、子機４用の土砂取込室４６を形成する。そして、内周カッタ１０を回転駆動し、推進ジャッキ４２を伸長させ、エレクタを作動させる。

これにより、子シールドフレーム５の前方の切羽を内周カッタ１０で切削し、掘削土砂を排土口４３に接続されたスクリューコンベヤによって排土し、エレクタによって子シールドフレーム４４の内方にセグメントをリング状に組み立て、小径トンネルを大径トンネルに対して偏芯させて構築する。このとき、推進ジャッキ４２の推進力は、マシン側推力伝達部材２３とカッタ側推力伝達部材２４とを介し、カッタ１０に伝達される。

以上説明したように本実施形態によれば、内周カッタ１０を親シールドフレーム３に同芯となる位置に移動させ、その内周カッタ１０に外周カッタ３３を連結し、その状態で掘進することで、大径トンネルを構築できる。そして、外周カッタ３３を内周カッタ１０から切り離し、内周カッタ１０を子シールドフレーム５に同芯となる位置に移動させ、子機４を親機２から発進させることで、大径トンネルに繋げて小径トンネルを偏芯させて構築できる。

ここで、本実施形態によれば、子シールドフレーム５を親シールドフレーム３内に予め偏芯して収容しているので、子シールドフレーム５自体を親シールドフレーム２に対して偏芯方向に移動させる機構は不要であり、構造の簡素化・低コスト化を推進できる。他方、本実施形態では、内周カッタ１０を子シールドフレーム５に対して偏芯方向に移動する機構が必要となるが、この機構は、子シールドフレーム５自体を移動する機構に比べれば簡素な機構となるため、大きなコストアップとはならない。

また、本実施形態によれば、図１に示すように、子シールドフレーム５をシール８の設置スペース（極く僅かなスペース）を隔てて親シールドフレーム３に近づけて偏芯配置できるので、親シールドフレーム３と子シールドフレーム５との外径差が小さい場合であっても、大きな偏芯量を確保できる。すなわち、親シールドフレーム３と子シールドフレーム５との間に介設されたシール８のみが偏芯量の制約となるに過ぎない。

このように、本実施形態によれば、子シールドフレーム５を親シールドフレーム３内に予め偏芯して収容し、子機４の内周カッタ１０を偏芯方向に移動させることで、親機２用の外周カッタ３３の駆動部と兼用しているので、簡単な構成で子機４を親機２に対して偏芯させて発進できる。また、子シールドフレーム５と親シールドフレーム３との外径差が小さい場合でも偏芯量を大きくできる。

図例においては、例えば、親機２で構築される大径トンネルを地下鉄の駅舎部とし、子機４で構築される小径トンネルを線路部とすることで、駅舎部に対して線路部を水平方向に大きく偏芯配置できる。これにより、駅舎部にプラットホーム等を設置するための大きな有効利用スペースを確保できる。

また、子機４の偏芯方向は水平方向に限られず、上下方向や斜め方向であってもよい。例えば、子機４を親機２の最上端又は最下端に偏芯させるようにすれば、下水道における大径管（大径トンネル）から小径管（小径トンネル）への管頂接合又は管底接合が容易に実現できる。

なお、内周カッタ１０内に収容されたジャッキ４０の径をより太くし、内周カッタ１０の外周端からの突出ストロークをより伸ばし、ジャッキ４０にビットを装着すれば、外周カッタ３３を省略することも可能である。この場合、図６のように内周カッタ１０を親シールドフレーム３と同芯としたとき、ジャッキ４０を親シールドフレーム３の外径まで伸長させることで、親機２用のカッタとする。

この状態で大径トンネルを掘削構築した後、ジャッキ４０を縮めて内周カッタ１０の外周端に没入させ、既述のように内周カッタ１０を子シールドフレーム５と同芯位置に移動させ、子機４を発進させることになる。また、大径トンネル掘削後、ジャッキ４０を内周カッタ１０の外周端から押し出して捨てるようにしてもよい。

本発明の好適実施形態に係る親子シールド機の平断面図である。 上記親子シールド機の作動を示す説明図である。 上記親子シールド機の作動を示す説明図である。 上記親子シールド機の作動を示す説明図である。 上記親子シールド機の作動を示す説明図である。 図１のVI−VI線矢視図である。 図３のVII−VII線矢視図である。

符号の説明

１ 親子シールド機
２ 親シールド機
３ 親シールドフレーム
４ 子シールド機
５ 子シールドフレーム
１０ 内周カッタ
３３ 外周カッタ
３８ 空隙部
３９ 断接手段

Claims (5)

1. 親シールド機の親シールドフレームの内方に子シールド機の子シールドフレームを偏芯させて軸方向にスライド可能に収容し、該子シールドフレームに子シールド機用の内周カッタを上記両フレームの偏芯方向に移動可能に設けたことを特徴とする親子シールド機。
2. 上記内周カッタは、子シールドフレームに対する同芯位置と親シールドフレームに対する同芯位置との間を移動可能に設けられた請求項１記載の親子シールド機。
3. 上記内周カッタに、親シールド機用の外周カッタを着脱自在に設け、該外周カッタと内周カッタとの間に、これらを連結切離する断接手段を設けた請求項１又は２記載の親子シールド機。
4. 上記外周カッタは、親シールドフレームに対する同芯位置に移動された内周カッタに装着したとき、親シールドフレームの外径に合わせて形成された請求項３記載の親子シールド機。
5. 上記外周カッタは、内周カッタが親シールドフレームに対する同芯位置から子シールドフレームに対する同芯位置に移動することを許容する空隙部を有する請求項３又は４記載の親子シールド機。
   

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