特開 2024-178595 中折れシールド掘削機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178595

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】中折れシールド掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20241218BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096853

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】須貝 文彦

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AA02

2D054AC02

2D054AD02

2D054FA12

2D054GA04

(57)【要約】

【課題】地山との間に作用する摩擦力を低減可能な中折れシールド掘削機を提供する。
【解決手段】前胴２が後胴３に対して屈曲可能である中折れシールド掘削機１において、前胴２の外周部に滑材を供給する滑材供給装置２１と、前胴２のスキンプレート５を貫通する滑材注入口２２と、スキンプレート５の外周面にトンネル軸方向に沿って形成された前胴溝２３と、を備え、滑材注入口２２は、前胴溝２３に連通していることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

前胴が後胴に対して屈曲可能である中折れシールド掘削機において、
前記前胴の外周部に滑材を供給する滑材供給装置と、前記前胴のスキンプレートを貫通する滑材注入口と、前記スキンプレートの外周面にトンネル軸方向に沿って形成された前胴溝と、を備え、
前記滑材注入口は、前記前胴溝に連通している
ことを特徴とする中折れシールド掘削機。

【請求項2】

前記前胴溝の後端部は、前記前胴の前記スキンプレートと前記後胴のスキンプレートとの間に形成された凹部に近接している
ことを特徴とする請求項１に記載の中折れシールド掘削機。

【請求項3】

前記前胴溝は、複数本形成されており、前記前胴溝の前端部には、前記前胴溝に形成された前記滑材注入口と、隣り合う前記前胴溝とを連通する連通溝が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の中折れシールド掘削機。

【請求項4】

前記後胴の前記スキンプレートの外周面にトンネル軸方向に沿って形成された後胴溝をさらに備え、
前記後胴溝の前端部は、前記凹部に繋がっている
ことを特徴とする請求項２に記載の中折れシールド掘削機。

【請求項5】

前記前胴溝および前記後胴溝は、前記スキンプレートの外周面のうち、トンネル横断面視で最下点を含む中心角１２０°の円弧上に形成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の中折れシールド掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中折れシールド掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

急曲線のトンネルを掘削するシールド掘削機として、前胴が後胴に対して屈折する中折れシールド掘削機が知られている。中折れシールド掘削機では、前胴が重く前重心となるため、前端部が下がり易い。このため、地山とシールド掘削機との周面摩擦力が大きくなり、振動が発生するという問題があった。この振動を抑制するために、オーバーカットにより地山との周面摩擦力を低減していたが、オーバーカットがなくなると、地山とシールド掘削機との周面摩擦力が増加してしまう。
推進工法においては、推進管と地山との間に作用する摩擦力を低減する構成として、推進管の管外周部にらせん状溝を形成し、らせん状溝に滑材を流すものが知られている（特許文献１参照）。また、推進管体の外周に周方向に延びる溝を形成し、溝に滑材を流すものもあった（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２０７９号公報

【特許文献2】特開２０１９－６００７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

中折れシールド掘削機においては、胴部の外周に溝を形成してその溝に滑材を流すものはなかった。仮に、特許文献１のらせん状溝や、特許文献２の周方向に延びる溝を、中折れシールド掘削機の胴部の外周に形成したとしても、胴部の重量が大きく、滑材が後方に流れ難いので、地山とシールド掘削機との間に作用する摩擦力が効率的に低減できず、振動が発生する虞がある。
このような観点から、本発明は、地山との間に作用する摩擦力を低減可能な中折れシールド掘削機を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような課題を解決するための本発明は、前胴が後胴に対して屈曲可能である中折れシールド掘削機において、前記前胴の外周部に滑材を供給する滑材供給装置と、前記前胴のスキンプレートを貫通する滑材注入口と、前記スキンプレートの外周面にトンネル軸方向に沿って形成された前胴溝と、を備えている。そして、前記滑材注入口は、前記前胴溝に連通していることを特徴とする。
本発明の中折れシールド掘削機によれば、前胴溝が掘削機の軸方向に沿って形成されているので、滑材が軸方向に沿って後方に流れ易く、地山との摩擦力を低減することができる。

【0006】

そして、本発明の中折れシールド掘削機においては、前記前胴溝の後端部は、前記前胴の前記スキンプレートと前記後胴のスキンプレートとの間に形成された凹部に近接しているものが好ましい。このような構成によれば、前胴溝から流れた滑材が凹部で周方向に広がって、滑材が広い範囲に供給される。
また、本発明の中折れシールド掘削機においては、前記前胴溝は、複数本形成されており、前記前胴溝の前端部には、前記前胴溝に形成された前記滑材注入口と、隣り合う前記前胴溝とを連通する連通溝が形成されているものが好ましい。このような構成によれば、一か所の滑材供給装置と滑材注入口から複数の前胴溝に効率的に滑材を流すことができる。
さらに、本発明の中折れシールド掘削機においては、前記後胴の前記スキンプレートの外周面にトンネル軸方向に沿って形成された後胴溝をさらに備え、前記後胴溝の前端部は、前記凹部に繋がっているものが好ましい。このような構成によれば、後胴溝に沿って滑材が流れるので、前胴だけでなく後胴においても、地山との摩擦力を低減することができる。
また、本発明の中折れシールド掘削機においては、前記前胴溝および前記後胴溝は、前記スキンプレートの外周面のうち、トンネル横断面視で最下点を含む中心角１２０°の円弧上に形成されているものが好ましい。このような構成によれば、地山との摩擦力が大きくなるシールド掘削機の底部に滑材を供給することができる。

【発明の効果】

【0007】

本発明の中折れシールド掘削機によれば、地山との間に作用する摩擦力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機の下半部を示した側面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機を示した底面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機を示した図であって、（ａ）は図１のIIIＡ－IIIＡ線断面図、（ｂ）は図１のIIIＢ－IIIＢ線断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機の前胴溝を示した図であって、図３の（ｂ）のIV部分の拡大図である。

【図5】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機を示した図であって、図１のＶ－Ｖ線断面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機の滑材供給装置と滑材注入口を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は前面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機について、添付した図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る中折れシールド掘削機の下半部を示した側面図、図２は中折れシールド掘削機を示した底面図、図３は中折れシールド掘削機を示した図であって、（ａ）は図１のIIIＡ－IIIＡ線断面図、（ｂ）は図１のIIIＢ－IIIＢ線断面図、図４は前胴溝を示した図であって、図３の（ｂ）のIV部分の拡大図、図５は中折れシールド掘削機を示した図であって、図１のＶ－Ｖ線断面図、図６は滑材供給装置と滑材注入口を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は前面図である。

【0010】

図１および図２に示すように、中折れシールド掘削機１は、前胴２と後胴３とを備えている。前胴２は、シールド本体の前部に配置されており、後胴３に対して屈曲可能に接続されている。前胴２は、外殻を構成するスキンプレート５を備えている。前胴２の前端部には、地山を掘削するカッタヘッド６が回転可能に設けられている。カッタヘッド６で掘削された土砂は、チャンバー７を区画する隔壁８の下端部に開口するスクリュコンベヤ（図示せず）にて後方に排出される。
後胴３は、前胴２の後方に配置されている。後胴３は、外殻を構成するスキンプレート９を備えている。後胴３のスキンプレート９の径は、前胴２のスキンプレート５と同径である。後胴３の前端部の外周面には、凸円弧状曲面部１０が形成されている。凸円弧状曲面部１０の外周面は、球面であり、パッキン（図示せず）を介して前胴２の後端部内周面に摺接している。前胴２と後胴３とは、凸円弧状曲面部１０を介して互いに屈折可能に接続されている。凸円弧状曲面部１０の後端部には、凹部１１が形成されている。凹部１１は、後胴３の周方向に沿って延在する溝形状を呈しており、前胴２が屈曲した際に、スキンプレート５の後端部が入り込むスペースとなる。前胴２と後胴３との接続部内側には、前胴２を後胴３に対して屈曲させるための中折れジャッキ（図示せず）が設けられている。中折れジャッキは、シールド本体の軸方向に沿って延在しており、前端部が前胴２に接続され、後端部が後胴３に接続されている。中折れジャッキは、シールド本体の周方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。中折れジャッキを適宜伸縮させることで、前胴２を所望の方向へ屈曲させる。

【0011】

図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る中折れシールド掘削機１は、滑材供給装置２１と滑材注入口２２と前胴溝２３と後胴溝２４とを備えている。滑材供給装置２１は、シールド本体と地山との間に発生する摩擦力を低減するために、前胴溝２３に滑材を供給する装置である。滑材は、例えば、グリス、オイル、高分子潤滑材等が用いられる。滑材供給装置２１は、滑材を押し出す押出手段２５と押出ノズル２６とを備えている。押出手段２５は、滑材が収容されたシリンダと、シリンダ内に摺動可能に設けられたピストンと、ピストンをシリンダ内で往復移動させる駆動手段とを備えている。ピストンでシリンダ内の滑材を押し出すことで、滑材が供給される。
押出ノズル２６は、基端部が押出手段２５の先端部に接続され、先端部が滑材注入口２２に接続されている。押出ノズル２６は、基端部が先端部よりもシールド本体の前方上側に位置するように傾斜しており、滑材を滑材注入口２２から後方下側に向けて噴射するようになっている。

【0012】

滑材注入口２２は、前胴２の内部の滑材供給装置２１から地山側に向けて滑材を供給するための開口であって、前胴２のスキンプレート５を貫通して形成されている。滑材注入口２２は、前胴２の前端部において、スキンプレート５の下側に形成されている。図３の（ａ）に示すように、滑材注入口２２は、スキンプレート５の外周面のうち、トンネル横断面視で最下点Ｐを含む中心角１２０°の円弧上の範囲で、周方向に沿って間隔をあけて四か所に形成されている。本実施形態の四つの滑材注入口２２は、中心角３０°ピッチで配置されている。具体的には、滑材注入口２２は、最下点Ｐを挟んだ両側にそれぞれ二か所ずつ（円弧の中心と最下点Ｐを結ぶ線に対して±１５°の位置と、±４５°の位置）、すなわち、中心角３０°ピッチで四か所にそれぞれ配置されている。

【0013】

前胴溝２３は、前胴２のスキンプレート５に沿って滑材を流し易くするためのものであって、図１乃至図３に示すように、スキンプレート５の外周面に軸方向（掘進方向）に沿って形成されている。前胴溝２３は、断面台形形状となっている。前胴溝２３の底面部は台形の短辺部であり、外側の開口部が台形の長辺部となる。前胴溝２３の両側壁面は、台形の斜辺となり、シールド本体の径方向に沿って傾斜している。前胴溝２３は、例えばスキンプレート５が厚さ３２ｍｍの鋼板である場合、幅７０ｍｍ、深さ５ｍｍで形成されている（図４参照）。このような寸法にすれば、スキンプレート５の強度低下を最小限に抑えることができる。なお、前胴溝２３の断面形状は、台形形状ではなく単なる矩形形状であってもよい。前胴溝２３は、スキンプレート５の外周面のうち、トンネル横断面視で最下点Ｐを含む中心角１２０°の円弧上に形成されている（図３の（ｂ）参照）。

【0014】

前胴溝２３は、第一前胴溝２３ａと第二前胴溝２３ｂとを備えている。第一前胴溝２３ａは、滑材注入口２２に直通する溝であり、各滑材注入口２２から後方に延在している。第一前胴溝２３ａの前端部には、滑材注入口２２が連通している。第一前胴溝２３ａの後端部は、前胴２の後端部まで延在し、前胴２のスキンプレート５と後胴３のスキンプレート９との間に形成された凹部１１に近接している。第一前胴溝２３ａは、滑材注入口２２と同様に、最下点Ｐを挟んだ両側に二か所ずつ（円弧の中心と最下点Ｐを結ぶ線に対して±１５°の位置と、±４５°の位置）、すなわち、中心角３０°ピッチで四か所にそれぞれ配置されている（図３の（ａ）参照）。

【0015】

第二前胴溝２３ｂは、第一前胴溝２３ａからシールド本体の周方向にオフセットした溝である。第二前胴溝２３ｂは、第一前胴溝２３ａと平行であり、隣り合う第一前胴溝２３ａ，２３ａの間にそれぞれ配置されている。具体的には、本実施形態の第二前胴溝２３ｂは、図３の（ｂ）に示すように、最下点Ｐを含む一か所と、外側の各第一前胴溝２３ａ（最下点Ｐから中心角４５°ずれた第一前胴溝２３ａ）から内側に中心角１０°ずれた二か所の、計三か所にそれぞれ配置されている（図３の（ｂ）参照）。第二前胴溝２３ｂの前端部と、この第二前胴溝２３ｂに隣り合う滑材注入口２２とは、連通溝２７にて連通している。連通溝２７は、第一前胴溝２３ａの前端部と第二前胴溝２３ｂの前端部同士を繋いでおり、シールド本体の軸方向に対して傾斜して形成されている（図１および図２参照）。連通溝２７は、前胴溝２３と同様の断面台形形状である。第二前胴溝２３ｂの後端部は、前胴２の後端部まで延在し、凹部１１に近接している。このように、第一前胴溝２３ａの後端部および第二前胴溝２３ｂの後端部は、ともに凹部１１の近傍まで延在しているので、前胴溝２３内を流れた滑材が凹部１１へ流れ込み易くなっている。

【0016】

後胴溝２４は、後胴３のスキンプレート９に沿って滑材を流し易くするためのものであって、スキンプレート９の外周面に軸方向に沿って形成されている。後胴溝２４は、前胴溝２３と同様の断面台形形状である。後胴溝２４は、スキンプレート９の外周面のうち、トンネル横断面視で最下点Ｐを含む中心角１２０°の円弧上に形成されている（図５参照）。後胴溝２４は、前胴溝２３の後方で、前胴溝２３と同軸に配置されている。後胴溝２４の前端部は、後胴３の前端部まで延在し、前胴２のスキンプレート５と後胴３のスキンプレート９との間に形成された凹部１１に繋がっている。これによって、前胴溝２３から凹部１１に流れ込んだ滑材が、後胴溝２４に流れ込み易くなる。後胴溝２４の後端部は、後胴３の後端部の近傍まで延在している。

【0017】

本実施形態の中折れシールド掘削機１によれば、前胴溝２３が掘削機の軸方向（掘進方向）に沿って形成されているので、滑材が軸方向に沿って後方に流れ易い。すなわち、中折れシールド掘進機１によれば、滑材が前胴２の下面に広がり易いため、前胴２と地山との間に発生する摩擦力を低減することができ、ひいては、前胴２の振動を抑制できる。特にカッタヘッド６を備えて前重心となる前胴２において、大きくなりがちな摩擦力を低減できることの効果は大きい。さらに、本実施形態では後胴溝２４が掘削機の軸方向に沿って形成されているので、滑材が後胴３の下面に広がり易い。すなわち、中折れシールド掘進機１によれば、後胴３と地山との間に発生する摩擦力も滑材によって低減されるので、後胴３の振動も抑制できる。これにより、中折れシールド掘削機１の掘進を円滑に行うことができる。
前胴溝２３の後端部は、前胴２と後胴３との間に形成された凹部１１に近接しているので、前胴溝２３から流れた滑材が凹部１１に流れ込み易い。そして、滑材が凹部１１において周方向に広がって、滑材が凹部１１の下側面において広い範囲に供給される。さらに、後胴溝２４の前端部が凹部１１に繋がっているので、後胴溝２４へ滑材が流れ易くなる。

【0018】

また、本実施形態の前胴溝２３では、第一前胴溝２３ａの隣に、連通溝２７を介して滑材注入口２２に連結された第二前胴溝２３ｂが形成されているので、一か所の滑材供給装置２１と滑材注入口２２から複数の前胴溝２３に効率的に滑材を流すことができる。
さらに、本実施形態では、前胴溝２３および後胴溝２４が、スキンプレート５，９の下部（スキンプレート５，９の外周面のうち、トンネル横断面視で最下点Ｐを含む中心角１２０°の円弧上）に形成されているので、滑材が自重により各前胴溝２３および後胴溝２４に流れ易くなり、効率的に摩擦力を低減することができる。

【0019】

また、前胴溝２３および後胴溝２４は、シールド本体の軸方向に沿って直線状に形成されているので、前胴２および後胴３の直進性を高めることができ、所望の方向に中折れシールド掘削機１を掘進させることができる。

【0020】

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、滑材注入口２２が四か所に形成され、前胴溝２３と後胴溝２４がそれぞれ７本ずつ形成されているが、これに限定されるものではない。シールド本体の径が大きい場合には、滑材注入口を増やして前胴溝と後胴溝をさらに増やしてもよいし、シールド本体の径が小さい場合には、滑材注入口を減らして前胴溝と後胴溝をさらに減らしてもよい。
また、前記実施形態では、前胴溝２３と後胴溝２４の断面形状は、断面台形形状であるがこれに限定されるものではない。溝の底面部の中央部が深くなるように底面を凹状に傾斜させてもよいし、溝の底面部の中央部が浅くなるように凸状に底面を傾斜させてもよい。また、前胴溝２３と後胴溝２４は、シールド本体の軸方向に沿って直線状に延在しているが、これに限定されるものではない。前胴溝２３と後胴溝２４を蛇行させて、滑材の供給幅を大きくするようにしてもよい。

【符号の説明】

【0021】

１ 中折れシールド掘削機
２ 前胴
３ 後胴
５ スキンプレート
９ スキンプレート
１１ 凹部
２１ 滑材供給装置
２２ 滑材注入口
２３ 前胴溝
２４ 後胴溝
２７ 連通溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】