特許 6789087 シールド機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789087

(24)【登録日】2020年11月5日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】シールド機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20201116BHJP

   E21D 13/04 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/06 301Z

   E21D13/04

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-237472(P2016-237472)

(22)【出願日】2016年12月7日

(65)【公開番号】特開2018-91101(P2018-91101A)

(43)【公開日】2018年6月14日

【審査請求日】2019年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(73)【特許権者】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】宮元 克洋

(72)【発明者】

【氏名】足立 邦靖

(72)【発明者】

【氏名】屋代 勉

(72)【発明者】

【氏名】磐田 吾郎

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 直弘

(72)【発明者】

【氏名】内村 裕之

(72)【発明者】

【氏名】杉山 雅彦

【審査官】 松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２０１９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０６５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２７７２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０１４２９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００１−３３６３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４６９５９７５（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７４０９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０６

Ｅ２１Ｄ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非円形トンネルを掘削するシールド機であって、
前記非円形トンネルと略同一の断面形状を有する筒状の前胴部スキンプレートを備え、前部先端に配置されたカッタードラムで切羽の掘削を行う前胴部と、
前記前胴部スキンプレートの断面を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状とした複数のテール部スキンプレートを備えたテール部と、
複数の前記テール部スキンプレートのそれぞれの内周にセグメントを組み立てて内壁体を構築するエレクターと、
前記前胴部スキンプレートと同じ断面形状を有する中胴部スキンプレートを備え、前記前胴部と前記テール部とを接続する中胴部と、を具備することを特徴とするシールド機。

【請求項2】

前記前胴部スキンプレートの断面は、長方形状であり、
複数の前記テール部スキンプレートは、前記前胴部スキンプレートの断面の長手方向を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状としていることを特徴とする請求項１記載のシールド機。

【請求項3】

前記中胴部スキンプレートの内周には、推進時に既設の前記セグメントから反力を得る複数のシールドジャッキが取付けられていると共に、前記中胴部スキンプレートの内部に架け渡された柱には、推進時に既設のセグメントを押さえるセグメント押さえ用ジャッキが取付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のシールド機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非円形トンネルを掘削するシールド機に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、シールド機は、進行方向前部で切羽の掘削を行う前胴部と、後部でセグメントの組み立てによって覆工を行うテール部と、前胴部及びテール部を結ぶと共に推進設備であるシールドジャッキ等を内方に装備する中胴部とからなる。このようなシールド機で大断面のトンネルを非開削で構築する場合、シールド機によって複数回掘削し、それらを相互に連結する工法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。シールド機による掘削回数は、少ないほど工期が短縮されることになる。従って、シールド機を大きくして、１度に掘削するトンネルの断面積を大きくすることで、掘削回数を減らすことが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−７３６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、シールド機を大きくした場合は、外部から作用する荷重が大きくなるため、外殻部であるスキンプレートの強度を大きくする必要がある。この場合、前胴部及び中胴部では、鋼製のリング状部材であるリングガータ等によってスキンプレートの強度を補強することができるが、テール部では、スキンプレートの内壁にセグメントを組み立てる必要があるため、スキンプレート自体の厚みによって強度を大きくしなければならない。特に、矩形等の非円形のシールド機は、円形のシールド機に比べて発生する応力及びたわみ量が大きくなり、テール部におけるスキンプレートの厚みが増大する。そのため、テールボイドが大きくなり、裏込注入量が多くなってしまうという問題点があった。なお、高水圧化で施工する場合にも、スキンプレートの強度を確保する必要があるため、同様の問題点があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、テールボイドを小さくすることができ、裏込注入量を少なくすることができるシールド機を提供することを目的とする。

【0006】

上記目的を達成するため、本発明は、非円形トンネルを掘削するシールド機であって、前記非円形トンネルと略同一の断面形状を有する筒状の前胴部スキンプレートを備え、前部先端に配置されたカッタードラムで切羽の掘削を行う前胴部と、前記前胴部スキンプレートの断面を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状とした複数のテール部スキンプレートを備えたテール部と、複数の前記テール部スキンプレートのそれぞれの内周にセグメントを組み立てて内壁体を構築するエレクターと、前記前胴部スキンプレートと同じ断面形状を有する中胴部スキンプレートを備え、前記前胴部と前記テール部とを接続する中胴部と、を具備することを特徴とする。
さらに、本発明において、前記前胴部スキンプレートの断面は、長方形状であり、複数の前記テール部スキンプレートは、前記前胴部スキンプレートの断面の長手方向を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状としても良い。
さらに、本発明において、前記中胴部スキンプレートの内周には、推進時に既設の前記セグメントから反力を得る複数のシールドジャッキが取付けられていると共に、前記中胴部スキンプレートの内部に架け渡された柱には、推進時に既設のセグメントを押さえるセグメント押さえ用ジャッキが取付けられても良い。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、テール部を分割することにより、前胴部と同じ断面形状で構成した場合に比べて、スキンプレートの厚さを薄くすることができる。これにより、シールド機を大きくして、１度に掘削するトンネルの断面積を大きくしても、テールボイドを小さくすることができ、裏込注入量を少なくすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るシールド機の実施形態の構成を示す図である。

【図2】図１に示すテール部を後方側から見た図である。

【図3】図１に示す前胴部とテール部との幅方向のスパンを示す図である。

【図4】図１に示す中胴部を後方側から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明に係るシールド機の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

【0010】

本実施形態は、断面が幅方向（水平方向）に長くされた矩形状（長方形状）の非円形トンネルを掘削し、その内壁体をセグメントＳによって構築するシールド機１である。シールド機１は、図１を参照すると、前部で切羽の掘削を行う前胴部２と、後部でセグメントＳによる覆工を行うテール部３と、前胴部２とテール部３とを結ぶと共に、推進設備を内方に装備する中胴部４とからなる。

【0011】

前胴部２は、掘削する非円形トンネルと略同一の断面形状を有する、断面が幅方向で長くされた矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート２１を備えている。そして、前胴部２の前部先端には、複数のディスクカッターに備えた４台のカッタードラム２２が幅方向に並んでそれぞれ回転可能に配置されている。カッタードラム２２は、例えば、放射状に突設された３本のアームを偏芯回転させることで、ルーロの三角形の動作原理を利用して、断面が正方形状のトンネルを掘削する。

【0012】

カッタードラム２２の後部側に位置するスキンプレート２１の内部には、隔壁２３によって仕切られたチャンバ２４が形成されている。チャンバ２４内には、カッタードラム２２の回転に伴って掘削ズリが取込まれる。掘削ズリは、図示しないスクリュコンベア等によりチャンバ２４から取り出され、後方に排出される。

【0013】

テール部３は、図１及び図２を参照すると、第１分割テール部３ａと第２分割テール部３ｂとに分割されている。第１分割テール部３ａ及び第２分割テール部３ｂは、矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート３１をそれぞれ備えている。第１分割テール部３ａと第２分割テール部３ｂのそれぞれのスキンプレート３１は、前胴部２のスキンプレート２１の断面を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状としている。本実施形態において、スキンプレート３１は、前胴部２のスキンプレート２１を左右に２分割（長手方向である幅方向を２分割）した断面形状を有している。そして、第１分割テール部３ａのスキンプレート３１と第２分割テール部３ｂのスキンプレート３１とは、幅方向に並んで配置され、相対する面が溶接等によって接合され、一体化されている。

【0014】

図３（ａ）に示すように、スキンプレート２１（前胴部２）の幅方向のスパンをＷとすると、第１分割テール部３ａ及び第２分割テール部３ｂ（スキンプレート３１）のスパンは、図３（ｂ）に示すように、Ｗ／２となる。従って、図３（ｃ）に示すように、テール部３を分割することなく、スキンプレート２１（前胴部２）と同じスパンＷでスキンプレート３１ａを構成した場合に比べて、第１分割テール部３ａ及び第２分割テール部３ｂに作用する外力が小さくなる。これにより、第１分割テール部３ａ及び第２分割テール部３ｂにおけるスキンプレート３１の厚さＴ１は、スパンＷのスキンプレート３１の厚さＴ０に比べて薄くすることができ、テールボイドを小さくすることができる。

【0015】

なお、本実施形態において、スキンプレート３１の断面形状は、セグメントＳの組み立てを考慮して角丸矩形になっている。従って、第１分割テール部３ａと第２分割テール部３ｂとの接合部において角丸部が対向する箇所に、前後方向に延びる凹部３２が形成される。そこで、この凹部３２への土砂の侵入を防止する板状部材３３が設けられている。板状部材３３は、例えば、溶接によってスキンプレート３１の角丸部に接合される。

【0016】

中胴部４は、図１及び図４を参照すると、前胴部２のスキンプレート２１と同じ断面形状を有する矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート４１を備えている。スキンプレート４１の内周には、全周に亘ってリングガータ４２が設けられている。リングガータ４２は、鋼製のリング状部材であり、スキンプレート２１の強度を補強する補強部材として機能する。リングガータ４２には、複数の小室が設けられ、この小室内に推進設備であるシールドジャッキ４３が収容されている。シールドジャッキ４３は、既設のセグメントＳから反力を得て、収縮状態から伸長することでシールド機１を推進させる。また、シールドジャッキ４３は、セグメントＳからの反力がスキンプレート４１全周に均等に作用するように、スキンプレート４１の内周に等間隔に複数個が取付けられている。

【0017】

リングガータ４２の内周側空間には、第１分割テール部３ａの内周にセグメントＳを組み立てて内壁体を構築するエレクター４４ａと、第２分割テール部３ｂの内周にセグメントＳを組み立てて内壁体を構築するエレクター４４ｂとが設けられている。エレクター４４ａ及びエレクター４４ｂは、設置前のセグメントＳを把持し、所定の角度位置まで移送する機構である。

【0018】

また、スキンプレート４１（リングガータ４２）の幅方向略中央には、スキンプレート４１（リングガータ４２）の強度を補強する鋼製の補強柱４５が上下方向に架け渡されている。補強柱４５には、シールド機１の推進時に、既設のセグメントＳのズレを防止するセグメント押さえ用ジャッキ４６ａ、４６ｂが取付けられている。

【0019】

本実施形態では、シールド機１の推進に必要な力は、複数のシールドジャッキ４３によって得られるように構成されている。このシールドジャッキ４３は、スキンプレート４１の内周に等間隔に取付けられているため、第１分割テール部３ａ及び第２分割テール部３ｂの内周にそれぞれ組み立てられたセグメントＳの３辺のみから反力を得ることになり、既設のセグメントＳには、不均一に力が作用することになる。そこで、セグメント押さえ用ジャッキ４６ａ、４６ｂは、収縮状態から伸長することで、既設のセグメントＳのシールドジャッキ４３の力が作用しない１辺を押さえる。これにより、シールド機１の推進時に、既設のセグメントＳのズレを防止することができる。

【0020】

なお、セグメント押さえ用ジャッキ４６ａ、４６ｂの押圧力は、シールドジャッキ４３の押圧力に比べて小さくなるように設定されている。これは、セグメント押さえ用ジャッキ４６ａ、４６ｂの押圧力は、セグメントＳからの反力として補強柱４５に作用することに起因する。すなわち、補強柱４５は、上下方向に架け渡され、前後方向に加わる力に対して弱い構造になっているため、補強柱４５に対して過大な反力が作用しないようにしてある。

【0021】

また、本実施形態では、前胴部２に４台のカッタードラム２２を設ける例について説明したが、前胴部２に設けるカッタードラム２２の形式及び台数は適宜設定することができる。さらに、本実施形態では、テール部３を２つに分割する例について説明したが、テール部３の分割数は適宜設定することができる。さらに、本実施形態では、前胴部２のスキンプレート２１と、中胴部４のスキンプレート３１とを別構成としたが、スキンプレート２１とスキンプレート３１とを一体化しても良い。

【0022】

以上説明したように、本実施形態は、非円形トンネルを掘削するシールド機１であって、前記非円形トンネルと略同一の断面形状を有する筒状のスキンプレート２１（前胴部スキンプレート）を備え、前部先端に配置されたカッタードラム２２で切羽の掘削を行う前胴部２と、スキンプレート２１の断面を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状とした複数のスキンプレート３１（テール部スキンプレート）を備えたテール部３と、複数のスキンプレート３１のそれぞれの内周にセグメントＳを組み立てて内壁体を構築するエレクター４４ａ、４４ｂと、スキンプレート２１と同じ断面形状を有するスキンプレート４１（中胴部スキンプレート）を備え、前胴部２とテール部３とを接続する中胴部４と、を具備する。
この構成により、テール部３を分割することにより、前胴部２と同じ断面形状で構成した場合に比べて、スキンプレート３１の厚さを薄くすることができる。これにより、シールド機１を大きくして、１度に掘削する非円形トンネルの断面積を大きくしても、テールボイドを小さくすることができ、裏込注入量を少なくすることができる。

【0023】

さらに、本実施形態は、スキンプレート２１の断面は、長方形状であり、複数のスキンプレート３１は、スキンプレート２１の断面の長手方向を分割した複数の分割領域をそれぞれの断面形状としている。
この構成により、外力によるスキンプレート３１の応力及びたわみ量を小さくすることができる。

【0024】

さらに、本実施形態は、スキンプレート４１の内周には、推進時に既設のセグメントＳから反力を得る複数のシールドジャッキ４３が取付けられていると共に、スキンプレート４１の内部に架け渡された補強柱４５には、推進時に既設のセグメントＳを押さえるセグメント押さえ用ジャッキ４６ａ、４６ｂが取付けられている。
この構成により、推進時における既設のセグメントＳのズレを防止することができる。

【0025】

なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。

【符号の説明】

【0026】

１ シールド機
２ 前胴部
３ テール部
４ 中胴部
２１ スキンプレート
２２ カッタードラム
２３ 隔壁
２４ チャンバ
３ａ 第１分割テール部
３ｂ 第２分割テール部
３１ スキンプレート
３２ 凹部
３３ 板状部材
４１ スキンプレート
４２ リングガータ
４３ シールドジャッキ
４４ａ、４４ｂ エレクター
４５ 補強柱
４６ａ、４６ｂ セグメント押さえ用ジャッキ
Ｓ セグメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】