ジェームズ・ヘンリー・グレートヘッド

ジェームズ・ヘンリー・グレートヘッド
ジェームズ・ヘンリー・グレートヘッド
生まれる	( 1844-08-06 )1844年8月6日 グラハムズタウン、南アフリカ
死亡	1896年10月21日（1896-10-21）（52歳） ストリーサム、ロンドン
国籍	英国海外国民（ケープ植民地）
教育	南アフリカ、ケープタウン、グラハムズタウンのセント・アンドリュース・カレッジ、ディオセサン・カレッジを経て、1859年にロンドンのキングス・カレッジの一部であるウェストボーン・コリージエイトに入学した。
職業	エンジニア
配偶者	ブランシュ・エミリー・カルデコット・コリンドン
子供たち	ジョン・コリンドン、ジェームズ・ヘンリー、ナンシー、メアリー・コリンドン
両親）	ジェームズ・ヘンリー・グレートヘッドとエリザ・ジュリア・ライト
エンジニアとしてのキャリア
規律	機械工学、土木工学
機関	機械工学会、土木工学会
診療所名	シティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道の主任技師
プロジェクト	タワー地下鉄 ブラックウォールトンネル ウォータールー＆シティライン リバプールオーバーヘッド鉄道
重要なデザイン	グレートヘッドシールド、グレートヘッドグラウトマシン、インジェクター消火栓、その他の特許取得済み設計
受賞歴	1884年、土木技術者協会の評議員に選出

ジェームズ・ヘンリー・グレートヘッド（1844年8月6日 - 1896年10月21日）^[1]は、イギリスの機械・土木技術者で、ロンドン地下鉄、ウィンチェスター大聖堂、リバプール高架鉄道の建設で有名であり、イギリス海峡、アイリッシュ海、ブリストル海峡のトンネルの初期の提唱者の一人でもある。彼の発明は、ロンドン地下鉄が俗に「チューブ」と呼ばれる理由でもある。

グレートヘッドは南アフリカのグラハムズタウンで生まれた。^[2]祖父は1820年に南アフリカに移住したイギリス人の血を引く。彼はグラハムズタウンのセント・アンドリュース・カレッジ[ ^3]とケープタウンの私立学校ディオセサン・カレッジで教育を受けた。1859年にイギリスに移住した後^{[2] 、1859年から1863年までウェストボーン・}グローブのウェストボーン・コレッジエイト・スクールで教育を修了した。^[4]

彼は短期間南アフリカに戻った後、1864年にロンドンに移り、土木技師ピーター・W・バーロウの下で3年間の見習いとして働き、そこでバーロウからトンネル工事の矩形シールドシステムについて学んだ。^{[2]グレートヘッドは、}ベッドフォードとロンドン間のミッドランド鉄道で助手技師としてしばらく（1867年頃）働いた（バーロウの兄弟ウィリアム・ヘンリー・バーロウと共に働いた）。

その後すぐに、1869年に彼はバーロウと再び合流し、ロンドン中心部のテムズ川の下に掘られる2番目のトンネルとなるタワー地下鉄^[5]の設計に着手した。バーロウはトンネルの技術者で、グレートヘッドは実際の掘削を担当した。

グレートヘッドはバーロウの下でタワー地下鉄の主契約者となった。ウィリアム・コッパースウェイトは、バーロウがトンネルシールドのアイデアの特許を取っていたのに対し、グレートヘッドは別のタイプのシールドを設計しただけでなく、特許を取ってその契約に使用したと主張している。^{[6]バーロウは2番目のアイデアで暫定特許を与えられたが、グレートヘッドは数年後までこれを知らなかった（1896年1月に発行された}土木技術者協会（ICE）の会議の議事録で議論されている）。^[要出典]

グレートヘッドはブラックウォールトンネルのコンサルタントエンジニアであり、その設計と建設を監督した。^[7]

1873年、グレートヘッドはハマースミス延伸鉄道とディストリクト鉄道のリッチモンド延伸の常駐技師となり、4年間その職を務めた。その後、リージェンツ運河鉄道（1880年）、メトロポリタン・アウター・サークル鉄道（1881年）、ロンドン・イーストボーン間の新線（1883年）、アイルランドのさまざまな軽便鉄道（1884年）の準備に協力した。^[要出典]

1884年、グレートヘッドは再びトンネル工事に関わり、ロンドン（シティ）＆サザーク地下鉄、後のシティ＆サウスロンドン鉄道^[2]（現在はノーザン線の一部）の技術者として従事した。この鉄道は1890年に開通した当時、世界初の地下鉄電化鉄道であった。1888年、彼はダグラス・フォックス卿とともにリバプール・オーバーヘッド鉄道^[2]の共同技術者となり、またWRガルブレイスとともにウォータールー＆シティ鉄道で働いた。彼の最後の仕事は、ジョン・ファウラー卿やベンジャミン・ベイカー卿とともにセントラル・ロンドン鉄道で働いたことである^[8]。

これはおそらく、マーク・イザムバード・ブルネルが1818年に特許を取得したアイデア^[9]から派生したもので、ロバート・フォーゲルは、バーロウの1864年の特許に触発されて1868年にバーロウの暫定特許を取得したと誤って主張した。^[10]しかし、グレートヘッドの特許取得済みデザインとブルネルの暫定特許アイデアを区別できる大きな設計上の違いがあり、グレートヘッドのデザインの特許出願が可能となった。^[6]

ブルネルのシールドは長方形で、12 個の独立して可動するフレームで構成されていた。グレートヘッドの解決策は円筒形で、「ブルネルのシールドの多数の部品を 1 つの剛性ユニットに減らしたことは、非常に有利で、トンネル掘削のシールド概念自体に匹敵する進歩であった」^[10]。ただし、切羽は当初は手作業で掘削されていた。グレートヘッドの特許取得済み軟弱地盤用トンネル掘削シールドは、特許に記載されているように、軟弱地盤の掘削を支援するために、圧力をかけた水ジェットをトンネル切羽に使用した。空気圧によるトンネル加圧は、トンネル内部の圧力を水中の推定外部地下圧力と等しくすることで、作業員の安全性を高めるために使用された。

彼のシールドの「第 2 版」は、切羽での水圧作用と切削歯を使用してスラリーを作成しました (このスラリーは乾燥すると硬化し、次の発明であるグレートヘッドグラウトマシンにつながりました)。シールドを使用するというアイデアはブルネルの功績であるかもしれませんが、グレートヘッドは、独自の設計でシールドを製作し、一体型の円筒形シールドの特許を取得したアフリカの技術者として最初に認識されました。グレートヘッドは、他の技術者の進歩と一般的なシールド設計の技術的改善により、それ以来ほとんどのトンネル工事で使用されているプロトタイプの円形シールドを設計しました。グレートヘッドの下で弟子として働いたコッパースウェイト^{[11]は、著書}「トンネルシールドと水中作業での圧縮空気の使用」で次のように述べています。

1864年にバーロウが最初に特許を取得した人物であることは間違いない。それは、一体型で可動式であり、薄い鉄の円筒で囲まれている盾で、連続したリングで鋳鉄のトンネルを建設するというものだった。これは1864年のことで、1868年にバーロウは盾の仮特許を取得した。しかし、どちらの設計も実用化には至らず、1869年にイギリスのグレートヘッドとニューヨークのビーチが、バーロウの特許と多くの共通点を持つものの細部が異なる盾を実際に製作し使用した。^[12]

コッパースウェイトはまた、バーロウ、グレートヘッド、ビーチの 3 人がそれぞれ独立してトンネル シールドを設計したと主張している (p. 20)。グレートヘッドは 1895 年までバーロウの 1868 年の暫定特許を知らなかったという証拠がある。彼のシールドはこれに最も似ていたが、ビーチのシールドはバーロウの 1864 年の特許によく似ていた。コッパースウェイトは次のように付け加えている。「この 2 人の発明の功績の正確な配分は、各読者が、発明者、新しいメカニズムの発明者、またはそれを実用化した人物のいずれがより功績に値すると考えるかによって決定されるだろう。」^[12]バーロウは 1864 年にアイデアの特許を取得しましたが、1869 年にはイギリスのグレートヘッドとニューヨークのビーチの両社が、類似しているが互いに独立している独自のシールドをほぼ同時に構築しました。グレートヘッドの功績は、1738（1874年）、5665（1884年）、そして1886年に圧縮空気によるグラウト充填に関する特許第5221号を取得したことにより、他のどのトンネル技術者の業績よりもさらに進んだものとなった。^[12]

コッパースウェイトは、長方形のトンネルシールドからグレートヘッドが最初に構築した円筒形のカッティングシールドへの考え方の転換の起源を明らかにしている。ICE図書館の議事録によると、バーロウは円筒形のカッティングシールドのアイデアをひそかに特許取得したが、構築することはなかった。グレートヘッドは、バーロウの最初の特許とそれに続く暫定特許を知らずに、歴史上初とされる円筒形のトンネルシールドの設計、特許取得、構築を進めた。同時に、アルフレッド・エリー・ビーチはニューヨークで円筒形のトンネルシールドを構築し、グレートヘッドと同時期にバーロウの特許取得済みアイデアに非常によく似たシールドを設計した。2017年にロード・メア教授がICEのために行ったビデオ講義によると、ブルネル夫妻のシールドのアイデアは米国と英国の両方でよく知られていた。バーロウはブルネルの生徒だったので、長方形のトンネルシールドの設計に精通していた可能性が高い。

円筒形の方がはるかに適していて安定していることは明らかだったに違いなく、そのため 3 人の有名な人物が数年のうちにそれぞれ独自のトンネルシールドを設計しました。ポートランドセメントは 1824 年にリーズのジョセフ・アスプディンによって発明されたばかりだったので、建設業界では長年十分に評価されていませんでした。ポートランドセメントの水硬性と湿った環境でも固まる能力があったからこそ、テムズ川の下で最初のトンネル工事が実現したのです。^[13]ビーチはバーロウの特許とその後の暫定特許について知るためにイギリスに来ることはなく、グレートヘッドはバーロウの暫定特許のアイデアについて、バーロウの死後間もなく、そして自身の死の直前にグレートヘッドが出席した土木技術者協会の会議で議論された 1895 年まで知りませんでした。さらに詳しく知りたい場合は、図書館にリクエストすれば PDF 形式で文書を入手できます。^[14]

グレートヘッド・シールドは、直径7フィート3インチ（2.21メートル）の鉄製シリンダーで構成され、スクリュージャッキが取り付けられており、前方にジャッキで移動できる。使用中は、作業面を掘削するにつれてシールドが少しずつ前進し、その背後に鋳鉄セグメントの恒久的なトンネルライニングが取り付けられたが、それ自体が重要な技術革新であった。^[15]グレートヘッドは、圧縮空気の使用や油圧ジャッキによる前進推進など、多くのアイデアの特許を取得しており、どちらも現在ではトンネル建設の標準機能となっている。グレートヘッドによるもう1つの特許は、天井の高さにグラウトパンを追加したことで、これにより、巨大な鋳鉄製シールドの背後に油圧でセメントグラウトを塗布し、シールドセクションの外側のトンネル壁を安定させることができた。3つ目のトンネル掘削シールドは、グレートヘッドによって特許が取得され、トンネルの切羽に油圧ノズルを導入して軟らかい土を吹き飛ばすある時点で、グレートヘッドは、コンクリートを土の表面に吹き付けると安定することを発見し、建設業で広く使用されているショットコンクリートとスプレーセメントの父となった。^[要出典]

この消火栓は、建設中に恒久的な位置でトンネル壁のライニングを強化するために、鋳鉄製のトンネルシールド空洞の後ろにグラウトを注入するための発明でした。^[16]

これはウィンチェスター大聖堂とリンカーン大聖堂の修復に関連して言及されている。^[17]「彼の圧縮空気によるグラウトシステムは、おそらく他のどの発明よりも最近のすべてのトンネル工事に不可欠であることが証明されている。」^[12]

• 1874年の1738 JHグレートヘッドは、シールド面が閉じており、シールド前面の土壌は水噴射と突き出した工具で砕かれる。トンネルは鋳鉄または成形された人工ブロックでライニングされる。トンネルライニングの後ろにグラウトを注入する。^[18]
• 1884年のJHグレートヘッドの5665は同じ盾だが改良が加えられている。^[19]
• 1886年の5221 JH Greatheadグラウトパン。特許1738（1874）および5665（1884）のシールドと同様のシールド^[19]
• 1886年の13215 JHグレートヘッド 中央に回転式カッターを備えたシールド。面を削り落とすためのくさび、パイプの洗浄、くさびのみなど。^[19]
• 195 of 1889 JH Greathead回転カッター付きの盾。^[19]
• 1894 年の 9263 JH Greathead と Basil Mottによる鉄道車両の台車の改良。

• ロンドン南西部バーンズ、セント・メアリーズ・グローブ3番地にある彼の家には、イングリッシュ・ヘリテージの青い銘板が掲げられており、彼は1885年から1889年までそこに住んでいた。彼の2番目の住居はイングリッシュ・ヘリテージの銘板が設置される前に取り壊されていたため、ここは彼にとって3番目の住居であった。
• 1994 年 1 月、ロンドン市内のロイヤル エクスチェンジに隣接するバンク駅の外にグレートヘッドの像が建てられました。この像はロンドン市長によって除幕され、地下鉄の換気口を隠す台座の上に設置されました。
• バンク駅の改修工事中に、地下鉄とウォータールー・アンド・シティ鉄道の間の通路でグレートヘッドの盾の一部が発見されました。その部分は赤く塗装され、彼の功績をさらに記念する真鍮のプレートが建てられました。

• ロンドン交通ポータル

• ウィキメディア・コモンズのジェームズ・ヘンリー・グレートヘッドに関連するメディア