特開 2024-30408 掘進機と滑材注入方法

(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】P2024030408

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】掘進機と滑材注入方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20240229BHJP

   E21D 9/087 20060101ALI20240229BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301L

E21D9/087 F

E21D9/093 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022133285

(22)【出願日】2022-08-24

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】竹中 計行

(72)【発明者】

【氏名】磯部 将吾

(72)【発明者】

【氏名】田中 ひかり

(72)【発明者】

【氏名】安本 宣興

(72)【発明者】

【氏名】山田 紀之

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 功輔

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC02

2D054BA07

2D054BB05

2D054FA12

2D054GA06

2D054GA08

2D054GA25

2D054GA32

2D054GA42

2D054GA44

2D054GA62

2D054GA63

2D054GA72

2D054GA87

(57)【要約】

【課題】掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができ、掘進機を構成するカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して滑材が掘進機の内部のチャンバ内に引き込まれることを防止できる、掘進機と滑材注入方法を提供する。
【解決手段】スキンプレート２０とカッタヘッド１０とを有し、カッタヘッド１０の前面には掘削ビット１２が設けられ、前面の外周には外周掘削ビット１４が設けられ、外周掘削ビット１４によりカッタヘッド１０とスキンプレート２０の外周面１１，２１の外側にオーバーカット領域ＣＡを形成する掘進機１００であり、外周面１１から外側へ延びて、スキンプレート２０よりも外側へ張り出して滑材を注入する、第１注入管４０の張り出し部４１の端部にある第１注入口４２が、カッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０の外側に位置合わせされ、掘進方向後方に配向している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド工法もしくは推進工法において適用され、筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの掘進方向前方に回転自在に設けられているカッタヘッドとを有し、該カッタヘッドの前面には掘削ビットが設けられ、該前面の外周には外周掘削ビットが設けられ、該外周掘削ビットにより該カッタヘッドと該スキンプレートの外周面の外側にオーバーカット領域を形成する、掘進機であって、
前記カッタヘッドの前記外周面から外側へ延びて、前記スキンプレートよりも外側へ張り出し、滑材を前記オーバーカット領域に注入する、第１注入管の張り出し部の端部にある第１注入口が、前記カッタヘッドと前記スキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせされ、掘進方向後方に配向していることを特徴とする、掘進機。

【請求項2】

前記張り出し部が、該カッタヘッドの外周面に設けられている姿勢保持部材により保持されていることを特徴とする、請求項１に記載の掘進機。

【請求項3】

前記カッタヘッドの前記外周面には、コピーカッタが出入り自在に装着されており、
前記第１注入管の前記張り出し部は、前記コピーカッタよりも掘進方向後方に配設され、かつ、前記カッタヘッドの正面視において該外周掘削ビットよりも外側へ張り出していないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の掘進機。

【請求項4】

滑材を前記オーバーカット領域に注入する複数の第２注入管の第２注入口が、前記スキンプレートに開設されている複数の開口にそれぞれ位置合わせされ、該スキンプレートの外周面から外側へ滑材が注入されるようになっていることを特徴とする、請求項２に記載の掘進機。

【請求項5】

前記スキンプレートの前記隙間に対向する外側の隅角部が面取りされ、前記姿勢保持部材の前記隙間に対向する隅角部が面取りされており、
双方の前記面取りが、前記カッタヘッドが撓んだ際に前記スキンプレートと前記姿勢保持部材が干渉するのを防止する干渉防止手段を形成していることを特徴とする、請求項４に記載の掘進機。

【請求項6】

前記カッタヘッドの背面にチャンバを備え、該チャンバには計測器に含まれる加速度計が装着され、
前記スキンプレートの内部に推進ジャッキを備え、該推進ジャッキには前記計測器に含まれる前記加速度計と油圧計とストローク計が装着され、該スキンプレートの内部には前記計測器に含まれる傾斜計がさらに装着されており、
前記掘進機には特定装置が搭載され、複数の前記計測器による計測データが該特定装置に取得され、該掘進機における振動発生位置と発生する振動の定量値が特定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の掘進機。

【請求項7】

シールド工法もしくは推進工法に適用され、筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの掘進方向前方に回転自在に設けられているカッタヘッドとを有し、該カッタヘッドの前面には掘削ビットが設けられ、該前面の外周には外周掘削ビットが設けられ、該外周掘削ビットにより該カッタヘッドと該スキンプレートの外周面の外側にオーバーカット領域を形成する、掘進機を用いて、該掘進機から前記オーバーカット領域に滑材を注入する、滑材注入方法であって、
前記カッタヘッドの前記外周面から第１注入管を外側へ張り出させ、該第１注入管の端部にある第１注入口を、前記カッタヘッドと前記スキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせして、掘進方向後方に配向させておき、
前記カッタヘッドの回転の際の前記外周掘削ビットにより前記オーバーカット領域を形成しながら、前記第１注入口を介して該オーバーカット領域に滑材を注入することを特徴とする、滑材注入方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘進機と滑材注入方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法や推進工法においては、掘進機を掘進させながら地山を切削し、掘進機の後方においてセグメントトンネルや推進トンネルが施工される。推進工法では、掘進機による掘進に加えて、後方から元押しジャッキや中押しジャッキによるジャッキ推力により複数の推進函が推進されることになる。
シールド工法と推進工法のいずれの工法でも、掘進機の掘進においては、掘進機の外周面と周辺地山との摩擦を低減するべく、掘進機の例えば円筒状のスキンプレートの掘進方向前方にあるカッタヘッドの前面に取り付けられている多数の掘削ビットとは別に、掘進機の前面の外周に、径方向外側へ張り出す外周掘削ビットが取り付けられている。
カッタヘッドの回転による外周掘削ビットの回転掘削により、カッタヘッドとスキンプレートの外周面の外側にオーバーカット領域が形成され、掘進機の内部からオーバーカット領域に対して滑材を注入することにより、掘進機の外周面と地山との摩擦の低減もしくは解消が図られている。

【0003】

ここで、特許文献１には、スキンプレートと掘削孔の内壁面との間におけるスキンプレートの全周に亘って滑材を注入する、掘削機が提案されている。具体的には、円筒状のスキンプレートと、スキンプレートの先端に回転自在に設けられているカッター装置とを有し、カッター装置により地山を掘進するシールド機において、カッター装置の外周部分におけるスキンプレートよりも外方側でかつ後方側に向いている部位に開口部が設けられ、開口部を介してスキンプレートと掘削孔の内壁面との間に後方に向けて滑材が注入される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－８９１６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の掘削機（掘進機）によれば、カッター装置の外周部分におけるスキンプレートよりも外方側の後方側に向いた部位にある開口部を介して、スキンプレートと掘削孔の内壁面との間に後方に向けて滑材を注入することにより、スキンプレートと掘削孔の内壁面との間に生じる摩擦力を十分に低減できるとしている。
確かに、掘進機の前方にあるカッタヘッド（ここではカッタ装置）から滑材を注入することにより、例えば、従来の掘進機のようにスキンプレートの途中位置から滑材を注入する場合と比べて、掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができて好ましい。

【0006】

しかしながら、カッター装置の外周部分に滑材を注入する開口部を設けた場合、スキンプレートと掘削孔の内壁面との間に注入された滑材は、カッター装置（カッタヘッド）とスキンプレートの間の隙間を介して掘進機の内部のチャンバ内に入り込んでしまう（引き込まれてしまう）恐れがある。
具体的には、取り込んだ土砂を回転しながら撹拌しているチャンバの内部は数気圧程度の高圧雰囲気となっており、スクリューコンベアに撹拌土を搬出する過程でチャンバ内の一部領域が負圧になり得ることから、掘進機の外側に注入された滑材は、カッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して、チャンバ内の負圧領域に流れ込んでしまう可能性が高くなる。

【0007】

本発明は、掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができ、かつ、掘進機を構成するカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して滑材が掘進機の内部のチャンバ内に引き込まれることを防止できる、掘進機と滑材注入方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記目的を達成すべく、本発明による掘進機の一態様は、
シールド工法もしくは推進工法において適用され、筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの掘進方向前方に回転自在に設けられているカッタヘッドとを有し、該カッタヘッドの前面には掘削ビットが設けられ、該前面の外周には外周掘削ビットが設けられ、該外周掘削ビットにより該カッタヘッドと該スキンプレートの外周面の外側にオーバーカット領域を形成する、掘進機であって、
前記カッタヘッドの前記外周面から外側へ延びて、前記スキンプレートよりも外側へ張り出し、滑材を前記オーバーカット領域に注入する、第１注入管の張り出し部の端部にある第１注入口が、前記カッタヘッドと前記スキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせされ、掘進方向後方に配向していることを特徴とする。

【0009】

本態様によれば、カッタヘッドの外周面から外側へ延びてスキンプレートよりも外側へ張り出し、滑材をオーバーカット領域に注入する第１注入管の張り出し部の端部にある第１注入口が、カッタヘッドとスキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせされ、かつ掘進方向後方に配向していることにより、掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができ、かつ、掘進機を構成するカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して、滑材が掘進機の内部のチャンバ内に引き込まれることを防止できる。
第１注入管はカッタヘッドの内部から延びてカッタヘッドの外周面を介して外部へ張り出し、張り出している張り出し部は例えば斜め後方に延びて、その先端にある第１注入口がカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせされる。斜め後方に延びる張り出し部の端部にある第１注入口は、掘進方向後方で斜め外側に配向することになる。

【0010】

ここで、「カッタヘッドの外周面から外側へ延びて」とは、第１注入管が文字通りカッタヘッドの外周面から外側へ張り出す形態の他にも、カッタヘッドの外周面とチャンバに対向する背面との隅角部もしくは隅角部近傍の背面側から張り出す形態も含まれるものとする。
いずれの張り出し形態であっても、カッタヘッドとスキンプレートの間の隙間の外側に第１注入口が位置合わせされることにより、この位置にある第１注入口から例えば高圧にてオーバーカット領域に注入された滑材が、隙間を介してチャンバ内に引き込まれる恐れは無くなる。また、第１注入口が掘進機の前方にあるカッタヘッドの外周に位置していることにより、掘進機の前方位置から後方に造成済みのオーバーカット領域の全域に滑材を注入することができるため、掘進機と地山との間に生じ得る摩擦力を効果的に抑制もしくは解消することが可能になる。
尚、第１注入管は、カッタヘッドの外周面の１箇所に設けられていてもよいし、周方向の複数箇所に設けられてもよいが、第１注入管の閉塞可能性を勘案すると、カッタヘッドの外周面の複数箇所に設けられている形態が好ましい。

【0011】

また、本発明による掘進機の他の態様において、
前記張り出し部が、該カッタヘッドの外周面に設けられている姿勢保持部材により保持されていることを特徴とする。

【0012】

本態様によれば、カッタヘッドの外周面から外側へ張り出す第１注入管の張り出し部が姿勢保持部材にて保持されていることにより、第１注入管の張り出し姿勢を保持することができる。例えば、張り出し部の全域が姿勢保持部材によって包囲される形態では、軸状の第１注入管の張り出し部がその周囲を完全に防護されることから、張り出し部の姿勢変更や破損の可能性を低減できて好ましい。また、第１注入管の張り出し部を保持する姿勢保持部材の幅が、カッタヘッドとスキンプレートの間の隙間の幅を狭くすることに繋がり、このことによって注入された滑材のチャンバ内への引き込まれを効果的に防止することが可能になる。

【0013】

また、本発明による掘進機の他の態様において、
前記カッタヘッドの前記外周面には、コピーカッタが出入り自在に装着されており、
前記第１注入管の前記張り出し部は、前記コピーカッタよりも掘進方向後方に配設され、かつ、前記カッタヘッドの正面視において該外周掘削ビットよりも外側へ張り出していないことを特徴とする。

【0014】

本態様によれば、カッタヘッドの外周面からコピーカッタが出入りする形態において、第１注入管の張り出し部がコピーカッタよりも掘進方向後方に配設されていることにより、張り出し部とコピーカッタの干渉を抑止できる。さらに、張り出し部がカッタヘッドの正面視において外周掘削ビットよりも外側へ張り出していないことにより、張り出し部の先端にある第１注入口をオーバーカット領域の内部に位置させることができる。コピーカッタは、例えば掘進機の方向制御の際に掘進機を移動させたい方向の地山を掘削し、オーバーカット領域よりも大きな余掘部を形成する際に適用される。尚、この余掘部に対しても滑材が注入されることになる。

【0015】

また、本発明による掘進機の他の態様において、
滑材を前記オーバーカット領域に注入する複数の第２注入管の第２注入口が、前記スキンプレートに開設されている複数の開口にそれぞれ位置合わせされ、該スキンプレートの外周面から外側へ滑材が注入されるようになっていることを特徴とする。

【0016】

本態様によれば、複数の第２注入管の第２注入口を介して、スキンプレートの外周面からも滑材を注入することにより、カッタヘッドの回転に応じて回転する第１注入口から滑材を注入する回転注入形態と、非回転のスキンプレートにおける複数の固定位置にある複数の第２注入口（が通じる開口）から滑材を注入する固定注入形態の２種類の注入形態により、オーバーカット領域に対してより一層効率的かつ可及的速やかに滑材を注入することが可能になる。

【0017】

また、本発明による掘進機の他の態様において、
前記スキンプレートの前記隙間に対向する外側の隅角部が面取りされ、前記姿勢保持部材の前記隙間に対向する隅角部が面取りされており、
双方の前記面取りが、前記カッタヘッドが撓んだ際に前記スキンプレートと前記姿勢保持部材が干渉するのを防止する干渉防止手段を形成していることを特徴とする。

【0018】

本態様によれば、スキンプレートにおける隙間に対向する外側の隅角部が面取りされ、姿勢保持部材の隙間に対向する隅角部も同様に面取りされていて、双方の面取りが干渉防止手段を形成していることにより、仮にカッタヘッドの外周側が後方へ撓んだ場合でも、スキンプレートと姿勢保持部材との干渉を防止することができる。

【0019】

また、本発明による掘進機の他の態様は、
前記カッタヘッドの背面にチャンバを備え、該チャンバには計測器に含まれる加速度計が装着され、
前記スキンプレートの内部に推進ジャッキを備え、該推進ジャッキには前記計測器に含まれる前記加速度計と油圧計とストローク計が装着され、該スキンプレートの内部には前記計測器に含まれる傾斜計がさらに装着されており、
前記掘進機には特定装置が搭載され、複数の前記計測器による計測データが該特定装置に取得され、該掘進機における振動発生位置と発生する振動の定量値が特定されることを特徴とする。

【0020】

本態様によれば、掘進機の内部に特定装置が設置され、掘進機の内部の各所に設置されている複数の計測器による計測データが特定装置に取得され、特定装置にて掘進機における振動発生位置と発生する振動の定量値が特定されることにより、様々な振動の発生原因の特定や掘進機における振動発生位置の特定を高い精度で行うことができ、振動原因や振動発生位置に応じた対策を可及的速やかに実行することができる。
ここで、「掘進機に特定装置が搭載される」に関し、文字通り、掘進機に特定装置が搭載される形態の他に、例えば地上にある管理施設等に特定装置が設置され、掘進機の内部にある各種の計測器による計測データが特定装置に送信される、所謂特定システムもここに含まれるものとする。尚、「振動」には、掘進機が任意の周波数で揺れる文字通りの振動の他に、騒音（空気の振動によって発生）も含まれる。掘進機の振動が周辺の地盤に伝播され、地盤を介して地上等の周辺環境に影響を与える場合があり、同様に、掘進機から振動として地盤内に伝搬された騒音が、周辺環境に影響を与え得る。

【0021】

一例として、砂地盤等では、砂の粒子のかみ合わせが緩んで体積膨張することにより掘進機が締付けられる、所謂ジャーミングが生じ得る。このジャーミングが生じた際に、掘進機が摩擦力に抗して掘進しようとする過程で振動が発生し得る。
その他、硬質な礫地盤等では、カッタヘッドによる切削抵抗が大きくなり、カッタヘッドの回転時に振動が発生し得る。各種の計測器による計測データに基づき、特定装置が振動発生位置と振動の定量値を特定して振動原因を特定する。
ここで、「振動の定量値」とは、振動周波数や振動加速度等を含んでいる。

【0022】

特定装置により、トンネルの軸方向（Ｘ方向）とトンネルの軸方向に対して水平な軸直角方向（Ｙ方向）、及び鉛直方向（Ｚ方向）のうち、振動周波数とどの方向の振動が卓越しているかが特定された後に、その原因（摩擦切れ、切削振動等）がさらに特定され、原因に応じた対策がさらに自動的に提示されるようになっている。この構成により、高精度に特定された振動原因に応じて、最適な対策を可及的速やかに講じることが可能になる。対策の一例としては、例えば１つの第１注入口と複数の第２注入口の全てから滑材をオーバーカット領域に注入して、摩擦力の低減効果を最大限発揮しながら、さらに掘進機の速度を減速する等の複合的な対策を挙げることができる。

【0023】

また、本発明による滑材注入方法の一態様は、
シールド工法もしくは推進工法に適用され、筒状のスキンプレートと、該スキンプレートの掘進方向前方に回転自在に設けられているカッタヘッドとを有し、該カッタヘッドの前面には掘削ビットが設けられ、該前面の外周には外周掘削ビットが設けられ、該外周掘削ビットにより該カッタヘッドと該スキンプレートの外周面の外側にオーバーカット領域を形成する、掘進機を用いて、該掘進機から前記オーバーカット領域に滑材を注入する、滑材注入方法であって、
前記カッタヘッドの前記外周面から第１注入管を外側へ張り出させ、該第１注入管の端部にある第１注入口を、前記カッタヘッドと前記スキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせして、掘進方向後方に配向させておき、
前記カッタヘッドの回転の際の前記外周掘削ビットにより前記オーバーカット領域を形成しながら、前記第１注入口を介して該オーバーカット領域に滑材を注入することを特徴とする。

【0024】

本態様によれば、カッタヘッドの外周面から外側へ延びてスキンプレートよりも外側へ張り出し、滑材をオーバーカット領域に注入する第１注入管の張り出し部の端部にある第１注入口を、カッタヘッドとスキンプレートの間の隙間の外側に位置合わせし、かつ掘進方向後方（例えば、斜め後方）に配向させることにより、掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができ、かつ、掘進機を構成するカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して、滑材が掘進機の内部のチャンバ内に引き込まれることを防止できる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の掘進機と滑材注入方法によれば、掘進機の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせることができ、かつ、掘進機を構成するカッタヘッドとスキンプレートの間の隙間を介して滑材が掘進機の内部のチャンバ内に引き込まれることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係る掘進機の一例の縦断面図である。

【図2】図１のII方向の矢視図であって、掘進機の正面図である。

【図3】掘進機の内部における各計測器の設置位置を示す正面図である。

【図4】図１のIV部の拡大図である。

【図5】図１のV部の拡大図である。

【図6】図５のVI方向の矢視図である。

【図7】特定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図8】特定装置の機能構成の一例を示す図である。

【図9】特定装置の表示画面の一例を示す図であって、各計測器の計測データの一例を示す図である。

【図10】計測データの一例の拡大図である。

【図11】特定装置における表示画面の他の例を示す図であって、対策方法を示す図である。

【図12】特定装置の記憶部に記憶されている、特定結果に応じた対策フローの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、実施形態に係る掘進機と滑材注入方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

【0028】

［実施形態に係る掘進機と滑材注入方法］
図１乃至図１２を参照して、実施形態に係る掘進機と滑材注入方法の一例について説明する。
ここで、図１は、実施形態に係る実施形態に係る掘進機の一例の縦断面図である。また、図２は、図１のII方向の矢視図であって、掘進機の正面図であり、図３は、掘進機の内部における各計測器の設置位置を示す正面図である。さらに、図４は、図１のIV部の拡大図であり、図５は、図１のV部の拡大図であり、図６は、図５のVI方向の矢視図である。ここで、図示例の掘進機１００は、シールド工法に適用される掘進機を示しているが、実施形態に係る掘進機は推進工法に適用される掘進機であってもよい。

【0029】

掘進機１００は、土圧式のシールド掘進機であり、筒状のスキンプレート２０（鋼殻）と、スキンプレート２０の掘進方向前方において回転自在に設けられているカッタヘッド１０とを有する。

【0030】

カッタヘッド１０は、その前面に多数の掘削ビット１２を備えるとともに、前面の外周には複数の外周掘削ビット１４を備えている。さらに、カッタヘッド１０の外周面１１の複数箇所には、コピーカッタ１６が外周面１１からＸ２方向に出入り自在に設けられている。

【0031】

外周掘削ビット１４は、カッタヘッド１０の外周面１１やスキンプレート２０の外周面２１よりも地山Ｇ側へ所定長さだけ張り出している。油圧駆動モータ１９によるカッタヘッド１０のＸ１方向への回転の際に複数の外周掘削ビット１４が回転することにより、カッタヘッド１０の外周面１１とスキンプレート２０の外周面２１の外側にオーバーカット領域ＣＡを形成する。

【0032】

また、コピーカッタ１６は、掘進機１００の方向制御の際に掘進機１００を移動させたい方向の地山Ｇを掘削し、オーバーカット領域ＣＡよりも大きな余掘部（図示せず）を形成する際に適用される。

【0033】

カッタヘッド１０のうち、後方にあるチャンバ２５に対向する背面には、複数の撹拌翼１８が設けられている。一方、スキンプレート２０の前方には、カッタヘッド１０の背面とともにチャンバ２５を形成するバルクヘッド２２が設けられている。バルクヘッド２２のうち、前方にあるチャンバ２５に対向する前面には、複数の固定翼２３が設けられている。複数の固定翼２３と、バルクヘッド２２の回転によって移動する複数の撹拌翼１８は、相互に干渉しない位置で、かつ、チャンバ２５内に取り込まれた掘削土を効果的に撹拌できる位置に設けられている。

【0034】

スキンプレート２０の掘進方向後方の周方向には、地山Ｇ内に設置される複数のセグメントＳからなるセグメントリングとの間のテールボイドを閉塞して止水を図るべく、テールブラシ２６が設けられている。

【0035】

また、スキンプレート２０の内部には、その周方向に複数のシールドジャッキ２８が設けられており、各シールドジャッキ２８が後方へＸ３方向に摺動して、後方に設置されているセグメントＳ（セグメントリング）に反力を取ることにより、掘進機１００が掘進方向前方へ掘進するようになっている。バルクヘッド２２には、カッタヘッド１０を介してチャンバ２５に取り込まれた掘削土を、掘進方向後方へＸ４方向に搬送するスクリューコンベア２９がさらに設けられている。

【0036】

図１、図３及び図４に示すように、掘進機１００の内部の複数箇所には、種々の計測器６０が設置されている。図３は、掘進機１００を正面から見た際に、各計測器６０の設置位置を示しており、掘進機１００の奥行き方向における各計測器６０の位置関係は、図１と図４に示している。

【0037】

図１と図３に示すように、バルクヘッド２２の正面視における１時の方向、３時の方向、５時の方向、７時の方向、９時の方向、及び１１時の方向には、複数の加速度計６１が設置され、各方向に位置するシールドジャッキ２８の位置には油圧計６２とストローク計６３がさらに設置されている。

【0038】

また、図１と図４に示すように、任意のシールドジャッキ２８の近傍位置には、傾斜計６４がさらに設置されている。

【0039】

掘進機１００では、バルクヘッド２２の周辺において奥行き方向の２断面以上に複数の計測器６０を設置し、さらには、外周のシールドジャッキ２８付近において周方向の４箇所以上の位置に複数の計測器６０が設置される。このような複数の計測器６０の設置態様により、掘進機１００のどの位置でどの程度の大きさ（加速度）の振動が発生しているかを特定することが可能になる。尚、全ての計測器６０は、１００Ｈｚ以上（例えば、２００Ｈｚ乃至５００Ｈｚ）のサンプリング周波数で計測データを取得し、全チャンネルを時刻同期させてデータ取得する。

【0040】

加速度計６１は、バルクヘッド２２とシールドジャッキ２８の近傍において、トンネルの軸方向（Ｘ方向）とトンネルの軸方向に対して水平な軸直角方向（Ｙ方向）、及び鉛直方向（Ｚ方向）に設置する。尚、トンネルの軸方向（Ｘ方向）のみに設置する設置態様であってもよい。

【0041】

スキンプレート２０の内部には、架台に対して特定装置５０が搭載されている。各計測器６０により得られた計測データは、特定装置５０に有線もしくは無線により送信されるようになっており、特定装置５０は、取得した各計測データに基づいて、掘進機１００における振動発生位置と発生する振動の定量値を特定する。この振動には、掘進機１００の揺れの他に騒音も含まれる。特定装置５０は、特定された振動発生位置と発生する振動の定量値に基づき、振動を抑制もしくは解消するための対策をさらに特定する。ここで、特定装置５０による機能構成等に関しては以下で詳説する。

【0042】

このように、各所に設置されている計測器６０は、特定装置５０にて振動特定を実行するための計測データを取得する計器である。尚、シールドジャッキ２８には、固有のストローク計や油圧計等が予め装備されているが、掘進機１００では特定装置５０にて振動特定するための専用の複数の計測器６０を各所に設置する。

【0043】

図１のIV部を拡大した図４に示すように、スキンプレート２０には、その周方向に間隔を置いて複数の開口２４が設けられており、各開口２４に対応する位置には、第２注入管３０の第２注入口３２が位置合わせされている。掘進機１００のスキンプレート２０の内部から第２注入口３２を介し、開口２４を介してオーバーカット領域ＣＡに滑材がＹ２方向に注入されるようになっている。第２注入管３０には不図示の逆止弁が装備されており、その閉塞が防止されるようになっている。スキンプレート２０の複数の開口２４を介した滑材の注入は、非回転のスキンプレート２０における複数の固定位置にある複数の第２注入口３２が通じる開口２４から滑材を注入する固定注入形態となる。

【0044】

一方、図１のV部を拡大した図５とそのVI方向矢視図である図６に示すように、カッタヘッド１０には、その内部から外周面１１を経て地山Ｇ側（外側）へ延びて、スキンプレート２０の外周面２１よりも外側へ張り出す第１注入管４０が設けられている。

【0045】

第１注入管４０の張り出し部４１の端部には第１注入口４２があり、第１注入口４２は、カッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０の外側に位置合わせされている。また、張り出し部４１が斜め後方に延びていることにより、その端部にある第１注入口４２も斜め後方（掘進方向斜め後方）に配向している。ここで、第１注入口４２は、掘進方向の後方に配向していてもよい。

【0046】

また、張り出し部４１は、カッタヘッド１０の外周面１１から背面にかけて設けられている、姿勢保持部材４５によって周囲を防護され、張り出し部４１の斜め後方への姿勢を安定的に保持できるようになっている。また、張り出し部４１を保持する姿勢保持部材４５の幅の分だけ隙間７０の幅が狭くなることから、注入された滑材のチャンバ２５内への引き込まれを効果的に防止することできる。

【0047】

第１注入管４０は、カッタヘッド１０の回転に応じて回転しながら第１注入口４２から滑材をオーバーカット領域ＣＡに対して斜め後方へＹ１方向に注入する注入管であり、非回転の複数の第２注入口３２による固定注入形態に対して、回転注入形態となる。

【0048】

すなわち、第２注入管３０と異なり、１本の第１注入管４０がカッタヘッド１０の外周面１１の一箇所に設置されている場合でも、カッタヘッド１０の回転によって、第１注入管４０は場所を随時変更しながら第１注入口４２を介してオーバーカット領域ＣＡの異なる領域に連続的に滑材を注入できる。そのため、第１注入管４０は１本で十分であるが、第１注入管４０の閉塞を勘案すると、複数の第１注入管４０（予備の第１注入管）が設けられているのがよい。

【0049】

掘進機１００によれば、複数の第２注入管３０の第２注入口３２を介して、スキンプレート２０の外周面２１から滑材を注入する固定注入形態と、カッタヘッド１０の回転に応じて回転する第１注入管４０の第１注入口４２から滑材を注入する回転注入形態の２種類の注入形態により、オーバーカット領域ＣＡに対して効率的かつ可及的速やかに滑材を注入することが可能になる。

【0050】

図５に示すように、張り出し部４１を含む第１注入管４０は、コピーカッタ１６の後方に設置されることにより、カッタヘッド１０の外周面１１から出入りするコピーカッタ１６と張り出し部４１の干渉を防止できる。

【0051】

さらに、カッタヘッド１０に装着されている外周掘削ビット１４よりも、張り出し部４１（の先端の第１注入口４２）が地山Ｇ側へ張り出していないこと（図５は縦断面視であるが、カッタヘッド１０の正面から見た際の正面視において外側へ張り出していないこと）により、張り出し部４１が地山Ｇと干渉して破損することを抑止できる。

【0052】

また、スキンプレート２０のうち、隙間７０に対向する外側の隅角部には面取り２７が施されており、姿勢保持部材４５の端部にも面取り４６が施されており、これらの面取り２７，４６は、カッタヘッド１０の端部が後方へＹ３方向に撓んだ際に姿勢保持部材４５とスキンプレート２０とが干渉するのを防止する、干渉防止手段を形成している。

【0053】

掘進機１００の前方から後方に亘るオーバーカット領域の全域に滑材を行き渡らせるためには、スキンプレート２０の途中位置にある第２注入口３２から滑材をオーバーカット領域ＣＡに注入するだけでなく、掘進方向前方にあるカッタヘッド１０の外周面１１等からも滑材を注入するのが望ましい。ここで、掘進機１００のチャンバ２５の内部は、取り込んだ掘削土を回転しながら撹拌している過程で数気圧程度の高圧雰囲気となっており、スクリューコンベア２９を介して撹拌土を搬出する過程でチャンバ２５内の一部領域が負圧になり得る。この負圧により、例えばカッタヘッド１０の外周面１１からオーバーカット領域ＣＡに滑材を注入すると、注入された滑材は、その後方にあるカッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０を介して、チャンバ２５内の負圧領域に流れ込んでしまう恐れがある。

【0054】

この課題に対して、掘進機１００では、滑材をオーバーカット領域ＣＡに注入する第１注入管４０の張り出し部４１の端部にある第１注入口４２が、カッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０の外側に位置合わせされ、かつ掘進方向後方に配向していることにより、第１注入口４２から例えば高圧にて注入された滑材を、掘進機１００の前方から後方に亘るオーバーカット領域ＣＡの全域に行き渡らせることができる。また、姿勢保持部材４５の幅の分だけ隙間７０の幅が狭くなることから、隙間７０を介して滑材が掘進機１００の内部のチャンバ２５内に引き込まれることを防止できる。

【0055】

掘進機１００の前方位置から後方に造成済みのオーバーカット領域ＣＡの全域に滑材を注入することにより、掘進機１００と地山Ｇとの間に生じ得る摩擦力を効果的に抑制もしくは解消することが可能になる。

【0056】

また、実施形態に係る滑材注入方法は、掘進機１００を用いた滑材注入方法となる。具体的には、カッタヘッド１０の外周面１１から第１注入管４０を外側へ張り出させ、第１注入管４０の端部にある第１注入口４２を、カッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０の外側に位置合わせして、掘進方向後方に配向させておき、カッタヘッド１０の回転の際の外周掘削ビット１４によりオーバーカット領域ＣＡを形成しながら、第１注入口４２を介してオーバーカット領域ＣＡに滑材を注入する。この際、スキンプレート２０に設けられている開口２４を介して第２注入管３０の第２注入口３２からもオーバーカット領域ＣＡに滑材を注入する。

【0057】

実施形態に係る滑材注入方法によれば、掘進機１００の前方から後方に亘るオーバーカット領域ＣＡの全域に滑材を効率的に行き渡らせることができ、かつ、掘進機１００を構成するカッタヘッド１０とスキンプレート２０の間の隙間７０を介して、滑材が掘進機１００の内部のチャンバ２５内に引き込まれることを防止できる。

【0058】

次に、図７乃至図１２を参照して、特定装置５０による振動特定と対策特定に関して詳説する。ここで、図７は、特定装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、図８は、特定装置の機能構成の一例を示す図である。

【0059】

図７に示すように、特定装置５０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）等の情報処理装置（コンピュータ）により構成される。特定装置５０を構成するコンピュータは、接続バス５６により相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３、通信ＩＦ５４，及び入出力ＩＦ（interface）５５を備えている。主記憶装置５２と補助記憶装置５３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。

【0060】

ＣＰＵ５１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ５１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ５１は、コンピュータからなる特定装置５０の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ５１は、例えば、補助記憶装置５３に記憶されたプログラムを主記憶装置５２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。

【0061】

主記憶装置５２は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置５２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置５３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置５３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ５４を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、各種の計測器６０、掘進機１００が内部に備えるジャイロ等の位置センサ（図示せず）の他、ネットワークに接続する管理棟にある施工管理用のパーソナルコンピュータ（図示せず）等が含まれる。

【0062】

補助記憶装置５３は、例えば、主記憶装置５２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ５１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置５３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置５３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。

【0063】

入出力ＩＦ５５は、特定装置５０に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ５５には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。特定装置５０は、入出力ＩＦ５５を介して、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。

【0064】

また、入出力ＩＦ５５には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。以下の図９乃至図１２に示すような、計測データ画面や対策画面、対策フロー画面等が表示されるようになっている。

【0065】

通信ＩＦ５４は、特定装置５０が接続するネットワークとのインターフェイスである。通信ＩＦ５４は、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）等、様々なネットワークを介して、各種の計測器６０からの計測データを受信し、この計測データや、計測データに基づいて特定装置５０にて特定された、掘進機１００における振動発生位置と発生する振動の定量値、特定された対策等に関するデータを管理棟等におけるパーソナルコンピュータに送信する。尚、各計測器６０と特定装置５０は、有線にてデータ送受信可能に接続されていてもよい。

【0066】

図８に示すように、特定装置５０は、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行により、少なくとも、取得部１０２、振動特定部１０４、対策特定部１０６、表示部１０８、及び記憶部１１０の各種機能を提供する。ここで、上記処理機能の少なくとも一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって提供されてもよく、同様に、上記処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、数値演算プロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用ＬＳＩ（large scale integration）やその他のデジタル回路等であってもよい。

【0067】

取得部１０２には、各種の計測器６０により計測された、各位置における加速度（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の加速度）、シールドジャッキ２８の油圧量とストローク量、掘進機１００の傾斜量等に関する計測データが随時受信され、記憶部１１０に随時記憶（格納）される。尚、上記するように、全ての計測器６０は時刻同期されている。

【0068】

振動特定部１０４では、各種の計測器６０による計測データに基づいて、掘進機１００における振動発生位置と、発生する振動の定量値（振動周波数や振動加速度等）を特定する。

【0069】

例えば、シールドジャッキ２８のジャッキ推力の変化を計測するための油圧計６２は、スキンプレート２０の外周近傍において周方向に４断面以上設置し、ストローク計６３も油圧計６２の近傍に設置し、シールドジャッキ２８の挙動を細かく計測することにより、どのシールドジャッキ２８がどのような原因で振動を発生させているか、すなわち、振動発生位置と発生原因を特定する。例えば、摩擦切れの場合は、振動が発生すると同時にジャッキストロークが伸びて、油圧が下がる現象が見られる。

【0070】

また、掘進機１００の全体の傾きの変化を計測するための傾斜計６４は、掘進機１００の１カ所以上に設置する。掘進機１００の全体の挙動から、振動原因が掘進機１００の姿勢によるものか否かが特定される。例えば、掘進機１００の傾斜による振動の場合は、振動が発生すると同時に、傾斜計６４が上下に動く現象が見られる。

【0071】

表示部１０８には、図９乃至図１２に示すような様々な画面が表示される。ここで、図９は、各計測器の計測データの一例を示す図であり、図１０は、計測データの一例の拡大図であり、図１１は、特定装置における表示画面の他の例を示す図であって、対策方法を示す図である。さらに、図１２は、記憶部１１０に記憶されている、特定結果に応じた対策フローの一例を示す図である。

【0072】

図９に示すように、表示部１０８に表示された計測データ画面では、全ての計測器６０による計測データの経時変化が一画面上で視認できることが好ましい。

【0073】

図１０に示すように、加速度計６１による計測データに関しては、どの位置で、どの方向の振動加速度が卓越しているかが分かるように表示し、振動発生時にどの計測器６０が同調しているかを確認して振動原因を特定する。例えば、掘削ビット１２による掘削時の振動の場合は、振動の発生周期が短く、チャンバ２５の振動が他に比べて大きくなり、シールドジャッキ２８の加速度計のＸ方向が伸びない現象が見られる。

【0074】

対策特定部１０６は、記憶部１１０に記憶されている、図１２に示すような事象ごとに予め対策が設定されている対策フローに即して、特定された振動事象に対して対策を特定する。対策特定部１０６にて特定された対策は、図１１に示すように表示部１０８に表示する。

【0075】

図１１に示すように、対策画面では、滑剤の注入位置や、シールドジャッキ速度やカッタヘッド回転速度の制御定量値等を表示する。ここで、図１１に示す対策画面と図９に示す計測データ画面を一画面上に並べて表示することにより、対策の効果が確認できて好ましい。

【0076】

掘進機１００によれば、特定装置５０にて発生する振動（騒音を含む）の発生位置と定量値を特定し、振動発生原因を特定するとともに、振動発生原因に応じた対策を速やかに講じることができるため、掘進機１００の掘進の際に生じ得る振動が周辺環境へ与える影響を抑制もしくは解消することが可能になる。

【0077】

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【符号の説明】

【0078】

１０：カッタヘッド
１１：外周面
１２：掘削ビット
１４：外周掘削ビット
１６：コピーカッタ
１８：撹拌翼
１９：油圧駆動モータ
２０：スキンプレート（鋼殻）
２１：外周面
２２：バルクヘッド
２３：固定翼
２４：開口
２５：チャンバ
２６：テールブラシ
２７：面取り（干渉防止手段）
２８：ジャッキ（シールドジャッキ）
２９：スクリューコンベア
３０：第２注入管
３２：第２注入口
４０：第１注入管
４１：張り出し部
４２：第１注入口
４５：姿勢保持部材
４６：面取り（干渉防止手段）
５０：特定装置
６０：計測器
６１：加速度計（計測器）
６２：油圧計（計測器）
６３：ストローク計（計測器）
６４：傾斜計（計測器）
７０：隙間
１００：掘進機
１０２：取得部
１０４：振動特定部
１０６：対策特定部
１０８：表示部
１１０：記憶部
Ｇ：地盤（地山）
ＣＡ：オーバーカット領域
Ｓ：セグメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】