JP2000257386A - Cutter head, shield machine and method for excavation - Google Patents

Cutter head, shield machine and method for excavation

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Publication number
JP2000257386A
JP2000257386A JP6320599A JP6320599A JP2000257386A JP 2000257386 A JP2000257386 A JP 2000257386A JP 6320599 A JP6320599 A JP 6320599A JP 6320599 A JP6320599 A JP 6320599A JP 2000257386 A JP2000257386 A JP 2000257386A
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JP
Japan
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bit
cutter head
excavation
bits
roller
Prior art date
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Pending
Application number
JP6320599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatake Yasumoto
匡剛 安本
Konosuke Nakamura
幸之助 中村
Yoshio Iwai
義雄 岩井
Yasuhiko Asai
康彦 浅井
Yoshiharu Shimizu
義治 清水
Suguru Yoshida
英 吉田
Norio Mitani
典夫 三谷
Michiyuki Iwakiri
満行 岩切
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Toda Corp
Original Assignee
Komatsu Ltd
Toda Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd, Toda Corp filed Critical Komatsu Ltd
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Publication of JP2000257386A publication Critical patent/JP2000257386A/en
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutter head which can excavate the ground wherein rocks, conglomerate layers, cohesive soil layers and others appear, without producing an adverse effect on bits other than ones being used, and moreover can reduce the amount of secondary treatment by collecting the soil of the cohesive soil layers and the like as clods in solid states with the skeletal strength of the natural ground maintained. SOLUTION: These cutter head and shield machine have preceding bits 34 in a pair at least which form streak-like preceding excavated grooves in a facing at prescribed intervals, following bits 34 which dig up, in a solid state, the natural ground left to be dug between the preceding excavated grooves formed by the preceding bits 34, and cut them, and roller bits 44 for excavating the natural ground of rocks, conglomerates, etc. The preceding bits 34 and the roller bits 44, at least, are driven to move forward and backward longitudinally according to the conditions of the natural ground to be excavated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カッタヘッド、シ
ールド掘進機及び掘削方法に関し、特に、岩、礫層及び
粘性土層等の掘削に適し、かつ、掘削土を固形回収可能
なカッタヘッド、シールド掘進機及び掘削方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cutter head, a shield machine and an excavation method, and more particularly to a cutter head suitable for excavation of rocks, gravel layers, clay soil layers, and the like, and capable of collecting excavated soil as solids. The present invention relates to a shield machine and an excavation method.

【0002】[0002]

【背景技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、シールド掘進機によるトンネル掘削においては、カ
ッタヘッドを回転させて切羽を掘削するようにしてお
り、このカッタヘッドには切羽の土質に合わせたビット
を取り付けるようにしている。
2. Description of the Related Art Generally, in tunnel excavation using a shield machine, a cutter head is rotated to excavate a face, and a bit corresponding to the soil characteristics of the face is provided on the cutter head. Is to be attached.

【0003】例えば、粘性土等の柔らかい土質に対して
は、切削用刃を有するカッタビットを取り付けて掘削
し、岩、礫等の土質に対しては、破砕用のローラビット
を取り付けて掘削するようにしている。
For example, a soft bit such as a cohesive soil is excavated by attaching a cutter bit having a cutting blade, and a soil bit such as rock or gravel is excavated by attaching a roller bit for crushing. Like that.

【0004】また、粘性土層や、岩、礫層等の異なる種
類の土質がひとつの掘削工事区間に出現するような場合
には、予め切削用のカッタビット及び破砕用のローラビ
ットの双方をひとつのカッタヘッドに設けて掘削を行う
ようにしている。
In the case where different types of soils such as a viscous soil layer, rocks and gravel layers appear in one excavation section, both a cutter bit for cutting and a roller bit for crushing are previously provided. It is installed on one cutter head for excavation.

【0005】しかし、このようにひとつのカッタヘッド
に予めカッタビット及びローラビットを取り付けた状態
にしておくと、カッタビットによる粘性土層の掘削時に
ローラビットがめり込んで、切削抵抗が増大し、掘進の
障害となったり、粘土が付着してローラビットが回転不
能となったりすることとなり、逆に、ローラビットによ
る岩、礫層の掘削時にカッタビットが岩、礫等の衝撃に
より欠損や破損が生じたり、岩、礫等によって磨耗して
しまうという問題がある。
However, if a cutter bit and a roller bit are attached to one cutter head in advance in this way, the roller bit is digged in when the clay bit is excavated by the cutter bit, so that the cutting resistance increases and the excavation proceeds. The roller bit may not be able to rotate due to the adhesion of the clay, and the cutter bit may be damaged or damaged by the impact of the rock or gravel when excavating the rock or gravel layer with the roller bit. There is a problem that they are generated or worn by rocks, gravel or the like.

【0006】また、近年では、産業廃棄物の取り扱いに
関する法規制が厳しくなってきており、特に、「汚泥」
として発生する掘削残土の処理に多大な労力及び費用を
要すると共に、それを処分する場所も限定されている。
In recent years, laws and regulations regarding the handling of industrial waste have become strict, and in particular, "sludge"
A great deal of labor and cost is required for the treatment of the excavated residual soil generated as a result, and the place where the waste is disposed is limited.

【0007】したがって、シールド掘進に伴って発生す
る掘削残土については、振動ふるい等を用いた1次処理
による固液分離量をできるだけ多くし、2次処理で発生
する「汚泥」を減量化することが重要な課題となってい
る。
[0007] Accordingly, as for the excavated soil generated due to shield excavation, the amount of solid-liquid separation by the primary treatment using a vibrating sieve or the like is increased as much as possible, and the "sludge" generated in the secondary treatment is reduced. Is an important issue.

【0008】特に、細粒分(粒径74μm以下)を含む
粘性土層の掘削方法や処理方法に関して、多方面で技術
開発が進められている。
[0008] In particular, technological development is being carried out in various fields with respect to a method of excavating and treating a viscous soil layer containing fine particles (particle diameter of 74 μm or less).

【0009】一方、砂層や礫層などの粗粒土が掘削対象
である場合には、振動ふるいで容易に固液分離が可能で
あり、岩盤の掘削においても、切削・破砕された掘削土
砂は礫と同様の取り扱いが可能である。
[0009] On the other hand, when coarse-grained soil such as a sand layer or a gravel layer is to be excavated, solid-liquid separation can be easily performed using a vibrating sieve. The same handling as gravel is possible.

【0010】このようなことから、本発明では、主とし
て粘性土層、特に、ある程度の骨格強さを有する粘性土
層を掘削する場合に、地山状態での骨格強さを保持した
固形状態の土塊として切削(以下、「切り出し掘削」と
いう。)し、トンネル坑外へ搬出することによって、2
次処理量を大幅に低減しようとするものである。
Therefore, in the present invention, when excavating a cohesive soil layer, particularly a cohesive soil layer having a certain skeletal strength, the solid state in which the skeletal strength in the ground state is maintained is maintained. It is cut (hereinafter, referred to as “cutting excavation”) as a block of earth,
It is intended to greatly reduce the amount of subsequent processing.

【0011】さらに、本発明は、岩盤や礫層と粘性土層
が交互に出現するような地盤条件や、これらが互層とな
っている地盤条件においても、地盤特性に応じたカッタ
ビットの適宜な選択を可能とし、かつ、上記課題を解決
するためのカッタヘッド、シールド掘進機及び掘削方法
を提供することを目的としている。
Further, the present invention provides a method for properly setting a cutter bit according to the ground characteristics even in a ground condition in which a rock or a gravel layer and a cohesive soil layer appear alternately or in a ground condition in which these layers are alternated. An object of the present invention is to provide a cutter head, a shield excavator, and an excavation method that enable selection and solve the above-described problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のカッタヘッドは、切羽に筋状の先行掘削溝
を所定間隔で形成する少なくとも一対の先行ビットと、
前記先行ビットにより形成した先行掘削溝間の掘り残さ
れた地山を固形状態で掘り起こし切削する後行ビット
と、岩、礫等の地山を掘削するためのローラビットとを
有し、少なくとも前記先行ビット及び前記ローラビット
は、掘削する地山の状況に応じて掘進方向に進退駆動さ
れることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a cutter head according to the present invention comprises at least a pair of leading bits for forming streak-like leading digging grooves on a face at predetermined intervals;
A trailing bit that digs up and cuts the remaining ground between the preceding digging trenches formed by the preceding bit in a solid state, and a roller bit for digging the ground such as rocks and gravel, and at least the The leading bit and the roller bit are driven forward and backward in the direction of excavation according to the condition of the ground to be excavated.

【0013】本発明によれば、岩、礫等の地山を掘削す
る際には、少なくとも先行ビットをカッタヘッド前面よ
り後退させ、ローラビットをカッタヘッド前面より突出
させた状態とすることで、比較的破損の生じやすい先行
ビットを岩、礫等から保護した状態でローラビットによ
る岩、礫等の破砕を確実に行うことができ、かつ、先行
ビットの破損、欠損、あるいは磨耗を防止することがで
きる。
According to the present invention, at the time of excavating the ground such as rocks and gravel, at least the leading bit is retracted from the front surface of the cutter head, and the roller bit is projected from the front surface of the cutter head. The rock bit, gravels, etc. can be reliably crushed by the roller bit while protecting the relatively fragile preceding bits from rocks, gravel, etc., and the preceding bits are prevented from being damaged, chipped, or worn. Can be.

【0014】また、粘性土等の地山を掘削する際には、
ローラビットをカッタヘッド前面より後退させ、先行ビ
ットをカッタヘッド前面より突出させた状態とすること
で、ローラビットを保護した状態で先行ビット及び後行
ビットによる掘削を確実に行うことができ、かつ、ロー
ラビットが地山にめり込んで切削抵抗が増大し、掘進の
支障となったり、粘土の付着により回転不能になったり
するのを防止することができる。
When excavating ground such as clayey soil,
The roller bit is retracted from the front surface of the cutter head, and the leading bit is made to protrude from the front surface of the cutter head, so that the excavation by the leading bit and the trailing bit can be reliably performed while the roller bit is protected, and In addition, it is possible to prevent the roller bit from sinking into the ground to increase the cutting resistance, thereby hindering digging, and preventing rotation due to adhesion of clay.

【0015】さらに、粘性土等の切羽に先行ビットによ
り所定間隔の筋状の先行掘削溝を形成し、この先行掘削
溝間の掘り残された地山を後行ビットにより地山状態の
骨格強さを保持した固形状態の土塊として切り出し掘削
してトンネル坑外へ搬出することができ、掘削土砂の2
次処理量を大幅に減量化することができる。
Further, a streak-shaped leading excavation groove at a predetermined interval is formed on the face of the cohesive soil or the like by a preceding bit, and the remaining ground excavated between the preceding excavation grooves is skeletal strength in the ground state by a following bit. It can be cut out and excavated as a solid mass of soil that retains its height, and carried out of the tunnel pit.
The amount of subsequent processing can be greatly reduced.

【0016】本発明においては、前記先行掘削溝を複数
形成するための複数の先行ビットが配置され、前記複数
の先行掘削溝間の掘り残された地山を切り出し掘削する
複数の後行ビットが配置されることが好ましい。
In the present invention, a plurality of preceding bits for forming the plurality of preceding excavation grooves are arranged, and a plurality of succeeding bits for cutting out and excavating the remaining ground between the plurality of preceding excavation grooves are provided. Preferably, they are arranged.

【0017】このように、先行ビットおよび後行ビット
を複数設けることにより、切羽全体を効率よく掘削で
き、大口径のシールドトンネルの掘削に際しても、地山
を固形状態のまま切り出し掘削することができる。
By providing a plurality of leading bits and trailing bits in this way, the entire face can be efficiently excavated, and even when excavating a large-diameter shield tunnel, the ground can be cut out and excavated in a solid state. .

【0018】この場合、前記複数の後行ビットは、正転
掘削用の後行ビットと、逆転掘削用の後行ビットとを含
み、前記正転掘削用の後行ビット及び逆転掘削用の後行
ビットは、それぞれ前後方向に進退駆動可能にされてい
ることが好ましい。
In this case, the plurality of trailing bits include a trailing bit for forward excavation and a trailing bit for reverse drilling, and the trailing bit for forward drilling and the trailing bit for reverse drilling are provided. It is preferable that the row bits can be driven forward and backward respectively.

【0019】このようにすることで、正転時または逆転
時には、一方の後行ビットのみカッタヘッド前面より突
出させ、他方はカッタヘッド前面より後退させた状態で
掘削を行うことができ、正逆転に対応できると同時に、
後行ビットの耐久性を向上させることができる。
In this way, during forward rotation or reverse rotation, excavation can be performed with only one trailing bit protruding from the front surface of the cutter head and the other retracted from the front surface of the cutter head. And at the same time,
The durability of the following bit can be improved.

【0020】特に、シールド掘進機の位置、姿勢を制御
する場合には、カッタヘッドを正逆転させることがあ
り、このような場合にも対応することができる。
In particular, when controlling the position and attitude of the shield machine, the cutter head may be rotated forward and backward, and such a case can be dealt with.

【0021】また、ローラビット使用時に双方の後行ビ
ットを後退させておくこともでき、これによって後行ビ
ットの破損、欠損、磨耗等を防止して、耐久性を向上さ
せることができる。
Further, when the roller bit is used, both trailing bits can be retracted, so that the trailing bit can be prevented from being damaged, lost, worn, etc., and the durability can be improved.

【0022】また、本発明では、前記ローラビットは、
複数設けられ、各ローラビットは個別に進退駆動可能に
されていることが好ましい。
In the present invention, the roller bit is
It is preferable that a plurality of roller bits are provided and each roller bit can be individually driven forward and backward.

【0023】このようにすることで、例えば、切羽が互
層状態であるときに、ローラビットを個別に進退制御す
ることで、岩、礫等を確実に破砕できると共に、ローラ
ビットの機能が損なわれたり、掘進に支障がでるのを確
実に防止することができる。
By doing so, for example, when the cutting faces are in alternating layers, by independently controlling the roller bits to advance and retreat, rocks, gravel, etc. can be reliably crushed and the function of the roller bits is impaired. Or hindrance to excavation can be reliably prevented.

【0024】なお、ローラビットを複数設けることによ
り、掘削予定の全断面をローラビットのみで掘削できる
ようなビット配置が可能となる。
By providing a plurality of roller bits, it is possible to arrange the bits so that the entire section to be excavated can be excavated with only the roller bits.

【0025】さらに本発明では、前記複数の先行ビット
は、複数の先行ビット群にて構成され、各先行ビット群
は、それぞれ一体的に進退駆動可能にされていることが
好ましい。
Further, in the present invention, it is preferable that the plurality of preceding bits are constituted by a plurality of preceding bit groups, and that each of the preceding bit groups can be integrally driven.

【0026】この場合、カッタヘッドの回転によって生
じる軌跡が異なる複数の先行ビットを先行ビット群とし
て一体に構成することが好ましい。
In this case, it is preferable that a plurality of preceding bits having different trajectories generated by the rotation of the cutter head are integrally formed as a preceding bit group.

【0027】このように、複数の先行ビット群をそれぞ
れ進退駆動させることで、例えば、切羽が互層状態であ
るときに、粘性土層が出現する地山位置で確実に先行掘
削溝を形成することができ、しかも、岩、礫等の地山位
置での先行ビット群の破損、欠損、磨耗等を確実に防止
することができる。
As described above, by driving the plurality of leading bit groups forward and backward, for example, when the cutting faces are in the alternate layer state, the leading excavation groove is reliably formed at the ground position where the cohesive soil layer appears. In addition, it is possible to reliably prevent breakage, loss, abrasion, and the like of the preceding bit group at the ground position such as rocks and gravel.

【0028】また、先行ビット群ごとに進退駆動させる
ため、駆動手段のスペースを少なくして、限られたスペ
ース内でより多くの各種ビットを取り付けることが可能
となる。
Further, since the advance / retreat driving is performed for each preceding bit group, the space for the driving means can be reduced, and more various bits can be mounted within the limited space.

【0029】本発明のシールド掘進機は、前述のいずれ
かのカッタヘッドと、切羽前方の土質を探査する前方探
査手段と、前記前方探査手段による探査結果に基づき前
記先行ビットと前記ローラビットの進退駆動制御を行う
制御手段とを有することを特徴とする。
The shield machine according to the present invention includes any one of the cutter heads described above, a forward exploring means for exploring the soil in front of the face, and an advance / retreat of the preceding bit and the roller bit based on the exploration result by the forward exploring means. Control means for performing drive control.

【0030】本発明によれば、前方探査手段により切羽
前方の土質を探査し、その結果に基づいて制御手段によ
り先行ビットとローラビットの進退駆動制御を行うこと
で、切羽の状況に応じた掘削を確実に行うことができ
る。
According to the present invention, the soil in front of the face is searched by the front searching means, and the control means controls the advance / retreat driving of the preceding bit and the roller bit based on the result, thereby excavating according to the situation of the face. Can be performed reliably.

【0031】特に、互層状態の切羽においても、岩、礫
層部分ではローラビットを用い、粘性土層では先行ビッ
トを用いることにより、容易に切羽の状況に応じた掘削
を行うことができる。
In particular, even in a face in an alternate layer, excavation according to the face condition can be easily performed by using a roller bit in a rock or gravel layer portion and using a preceding bit in a cohesive soil layer.

【0032】本発明の掘削方法は、少なくとも一対の先
行ビット、後行ビット及びローラビットを有するカッタ
ヘッドの回転によって、岩、礫層や粘性土層等の土層構
成が変化する掘削対象の地山を切削しつつ掘進し、トン
ネルを構築するための掘削方法であって、前記岩、礫層
掘削時に、前記先行ビットを前記カッタヘッド前面より
後退させ、かつ、前記ローラビットを前記カッタヘッド
前面より突出させ、前記ローラビットにより岩、礫等を
破砕する工程と、前記粘性土層掘削時に、前記ローラビ
ットを前記カッタヘッド前面より後退させ、かつ、前記
先行ビットを前記カッタヘッド前面より突出させ、少な
くとも一対の前記先行ビットにより、前記地山にほぼ等
間隔の先行掘削溝を筋状に形成する先行掘削溝形成工程
と、前記後行ビットにより、前記先行掘削溝間の掘り残
された地山を掘り起こし、固形状態を保持した掘削土砂
として切り出し掘削する切り出し掘削工程と、を含むこ
とを特徴とする。
[0032] The excavation method of the present invention is a method of excavating a rock, a gravel layer, a cohesive soil layer, or the like, in which a soil layer configuration is changed by rotation of a cutter head having at least a pair of a leading bit, a trailing bit, and a roller bit. An excavation method for digging while cutting a mountain and constructing a tunnel, wherein the rock and the gravel layer are excavated, the preceding bit is retracted from the front of the cutter head, and the roller bit is moved to the front of the cutter head. A step of crushing rocks, gravel, etc. by the roller bit, and during the excavation of the cohesive soil layer, the roller bit is retracted from the front of the cutter head, and the preceding bit is projected from the front of the cutter head. A preceding excavation groove forming step of forming streak-like excavation grooves at substantially equal intervals in the ground by at least a pair of the preceding bits; Accordingly, dig digging remaining natural ground between the preceding excavation, characterized in that it comprises a cut-out excavation process, the drilling cut as drilling soil holding the solid state.

【0033】本発明によれば、岩、礫等の地山を掘削す
る際には、比較的破損の生じやすい先行ビットを岩、礫
等から保護した状態でローラビットによる岩、礫等の破
砕を確実に行うことができ、かつ、先行ビットの破損、
欠損、あるいは磨耗を防止することができる。
According to the present invention, when excavating rocks, gravel, etc., the rocks, gravel, etc., are crushed by the roller bit while the relatively easily damaged preceding bits are protected from the rocks, gravel, etc. And the leading bit is damaged,
Loss or wear can be prevented.

【0034】また、粘性土等の地山を掘削する際には、
ローラビットを保護した状態で先行ビット及び後行ビッ
トによる掘削を確実に行うことができ、かつ、ローラビ
ットが地山にめり込んで切削抵抗が増大し、掘進の支障
となったり、粘土の付着により回転不能になったりする
のを防止することができる。
When excavating ground such as clayey soil,
Excavation by the leading bit and the following bit can be performed reliably while the roller bit is protected, and the roller bit sinks into the ground, increasing the cutting resistance, hindering the excavation, and causing adhesion of clay. It is possible to prevent the rotation from becoming impossible.

【0035】さらに、粘性土等の土質の切羽を地山状態
の骨格強さを保持した固形状態の土塊として切り出し掘
削してトンネル坑外へ搬出することができ、掘削土砂の
2次処理量を大幅に減量化することができる。
Further, the face of soil such as cohesive soil can be cut out as a solid mass of soil having a skeletal strength in the ground state, excavated and carried out of the tunnel pit, and the secondary throughput of excavated earth and sand can be reduced. The weight can be significantly reduced.

【0036】本発明においては、前記カッタヘッドに設
けた前方探査手段により切羽前方の土質を探査する工程
と、前記前方探査手段による探査結果に基づき前記先行
ビット及びローラビットを前記岩、礫層及び粘性土層に
応じて進退駆動させる工程とを含むことが好ましい。
In the present invention, the step of exploring the soil in front of the face by the front exploring means provided on the cutter head, and the step of exchanging the preceding bit and the roller bit with the rock, gravel layer and And a step of driving forward and backward according to the viscous soil layer.

【0037】このようにすることで、切羽の状況に応じ
た掘削を確実に行うことができる。
By doing so, excavation according to the condition of the face can be reliably performed.

【0038】また、本発明においては、前記先行ビット
及びローラビットを前記岩、礫層及び粘性土層に応じて
進退駆動させる工程は、互層区間において前記カッタヘ
ッドが1回転する間に行われることが好ましい。
Further, in the present invention, the step of driving the preceding bit and the roller bit forward and backward in accordance with the rock, the gravel layer and the cohesive soil layer is performed during one rotation of the cutter head in the alternate layer section. Is preferred.

【0039】このようにすることで、互層区間において
カッタヘッドが1回転する間に、岩、礫層部分ではロー
ラビットを用い、粘性土層では先行ビットを用いること
により、容易に各土層に応じた掘削を行うことができ
る。
In this way, while the cutter head makes one rotation in the alternate layer section, a roller bit is used in a rock or gravel layer portion, and a preceding bit is used in a cohesive soil layer. Excavation can be performed accordingly.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0041】図1〜9は、本発明の一実施の形態に係る
泥水式のシールド掘進機を示す図である。
FIGS. 1 to 9 show a muddy shield excavator according to an embodiment of the present invention.

【0042】図2には泥水式のシールド掘進機の概略断
面図を示しており、このシールド掘進機10は、曲線施
工用の中折れ式のものとなっており、前胴部12と後胴
部14とが中折れジャッキ16によって曲折可能にされ
ている。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a muddy type shield machine. The shield machine 10 is a bent type for curved construction, and includes a front body 12 and a rear body. The part 14 and the center bendable jack 16 can be bent.

【0043】前胴部12の先端側には、隔壁18とカッ
タヘッド20によりチャンバ22が画成され、このチャ
ンバ22内に送泥管21より泥水を供給して切羽24の
安定を図りながら、カッタヘッド20を回転させること
により、地山を掘削し、切羽24の安定に用いられた泥
水は、チャンバ22内で掘削土砂と撹拌混合され、排泥
管23を介して地上へと排出されるようになっている。
A chamber 22 is defined on the front end side of the front body 12 by the partition wall 18 and the cutter head 20, and muddy water is supplied from the mud pipe 21 into the chamber 22 to stabilize the cutting face 24. By rotating the cutter head 20, the ground is excavated and the mud used for stabilizing the face 24 is stirred and mixed with the excavated earth and sand in the chamber 22 and discharged to the ground via the mud drain pipe 23. It has become.

【0044】なお、カッタヘッド20は、駆動モータ2
6によって回転駆動されるようになっている。
The cutter head 20 is provided with a drive motor 2
6 is driven to rotate.

【0045】また、後胴部14には、シールドジャッキ
28及びエレクタ30が配設され、カッタヘッド20の
掘削に伴ってシールドジャッキ28にて所定距離、例え
ばセグメント32の1リング分の距離前進し、エレクタ
30によりセグメント32を組み立て、さらにこの組み
立てたセグメント32を反力受けにしてシールドジャッ
キ28により前進しながらトンネルを構築していくよう
になっている。
Further, a shield jack 28 and an erector 30 are disposed on the rear body portion 14, and the shield jack 28 advances by a predetermined distance, for example, a distance of one ring of the segment 32 as the cutter head 20 is excavated. The segment 32 is assembled by the erector 30, and the assembled segment 32 is subjected to a reaction force to construct a tunnel while being advanced by the shield jack 28.

【0046】図1は、シールド掘進機10のカッタヘッ
ド20を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing the cutter head 20 of the shield machine 10.

【0047】このカッタヘッド20には、先行ビット3
4、後行ビット36、最外周ビット38、センタービッ
ト40、図2に示すコピーカッタ42等のスポーク(図
示せず)に取り付けられた各種の切羽切削用のカッタビ
ットと、切羽破砕用のローラビット44とが配設され、
岩、礫層や粘性土層等が出現する地盤の掘削を可能にし
ている。
This cutter head 20 has a leading bit 3
4. Cutter bits for cutting various face attached to spokes (not shown) such as trailing bit 36, outermost bit 38, center bit 40, copy cutter 42 shown in FIG. 2, and rollers for crushing face And a bit 44 is provided,
Excavation of the ground where rocks, gravel layers, clayey layers, etc. appear.

【0048】先行ビット34は、カッタヘッド20の中
心を通る線上に複数、例えば9個配置され、図6(A)
に示すように、切羽24に所定間隔で筋状の先行掘削溝
46を形成するようになっている。
A plurality of, for example, nine leading bits 34 are arranged on a line passing through the center of the cutter head 20, and FIG.
As shown in FIG. 5, the leading excavation groove 46 having a streak shape is formed on the face 24 at predetermined intervals.

【0049】また、これら複数の先行ビット34は、図
1におけるセンタービット40の上方に位置する5つの
先行ビット34を含む先行ビット群35aと、下方に位
置する4つの先行ビット34を含む先行ビット群35b
とから構成されている。
The plurality of leading bits 34 are a leading bit group 35a including five leading bits 34 located above center bit 40 in FIG. 1 and a leading bit group including four leading bits 34 located below. Group 35b
It is composed of

【0050】各先行ビット群35a、35bは、各先行
ビット34が相隣り合う先行掘削溝46を同時に形成し
ないよう、少なくとも1条おきに配置され、地山52の
骨格強さを損なわず所定形状の先行掘削溝46を形成す
るようにしている。
The preceding bit groups 35a and 35b are arranged at least every other row so that the preceding bits 34 do not form adjacent preceding excavation grooves 46 at the same time, and have a predetermined shape without impairing the skeletal strength of the ground 52. Is formed.

【0051】従来の方式では、先行ビットのカッタヘッ
ドからの突出量をほぼ同一にして、相互に隣接する先行
掘削溝を形成するが、この方式では先行ビットが地山を
切削するときに与える地山への攪乱により、地山状態に
おける骨格強さを保持することができず、固形状態の掘
削土砂として切り出し掘削することは困難である。
In the conventional method, the leading bits protrude from the cutter head with substantially the same amount to form leading digging grooves adjacent to each other. In this method, however, the leading bits give the ground given when cutting the ground. Due to the disturbance to the mountains, the skeletal strength in the mountainous state cannot be maintained, and it is difficult to cut and excavate as solid excavated soil.

【0052】このような先行ビットの相互作用的な先行
掘削溝形成時の悪影響を抑えるために、本実施の形態で
は、カッタヘッド20の回転に伴って先行ビット34の
配置位置に応じた位相角のずれが生じることを利用し
て、隣接する先行掘削溝46を同時に切削しないような
先行ビット34の配置を採用する。
In this embodiment, in order to suppress such an adverse effect when the preceding bit is interactively formed in the preceding digging groove, the phase angle corresponding to the position of the preceding bit 34 in accordance with the rotation of the cutter head 20 in the present embodiment. By utilizing the occurrence of the deviation, the arrangement of the preceding bit 34 is adopted so that adjacent preceding excavation grooves 46 are not cut at the same time.

【0053】すなわち、カッタヘッド20の回転によっ
て生じる位相角が同一の線分上(カッタヘッド20の回
転中心から円周上の1点に至る断面)に配置される先行
ビット34は、少なくとも1条の隣接する先行掘削溝4
6を挟んだ位置の先行掘削溝34を形成するように配置
する。
That is, at least one leading bit 34 arranged on the same line segment (cross section from the center of rotation of the cutter head 20 to one point on the circumference) having a phase angle generated by the rotation of the cutter head 20 is provided. Adjacent excavation ditch 4
6 is arranged so as to form the preceding excavation groove 34 at the position.

【0054】すなわち、隣接する先行掘削溝46を形成
する先行ビット34同士は、カッタヘッド20の回転に
伴って異なる位相角となるように、カッタヘッド20に
配置する。
That is, the preceding bits 34 forming the adjacent preceding excavation grooves 46 are arranged on the cutter head 20 so that the preceding bits 34 have different phase angles as the cutter head 20 rotates.

【0055】このように先行ビット34をカッタヘッド
20に配置することにより、先行掘削溝46の形成時に
地山の骨格強さを損なうことなく、固形状態の掘削土砂
として切り出し掘削することができる。
By arranging the preceding bit 34 in the cutter head 20 in this manner, it is possible to cut and excavate as solid excavated soil in a solid state without impairing the skeletal strength of the ground when the preceding excavation groove 46 is formed.

【0056】具体的には、各先行ビット34が図1の波
線で示す等間隔の円形の軌跡に沿って切羽24に複数の
筋状の先行掘削溝46を形成し得るようになっている。
More specifically, each leading bit 34 can form a plurality of streak-like leading digging grooves 46 on the face 24 along a equally-spaced circular trajectory shown by a wavy line in FIG.

【0057】また、これら先行ビット群35a、35b
の各先行ビット34は、図3に示すように、それぞれ取
付台座48に取り付けられ、この取付台座48を先行ビ
ットジャッキ50にて駆動することで、各先行ビット群
35a、35bを個別に前後方向に進退可能にしてい
る。
The preceding bit groups 35a, 35b
As shown in FIG. 3, each preceding bit 34 is attached to a mounting pedestal 48, and by driving this mounting pedestal 48 with a leading bit jack 50, each preceding bit group 35a, 35b is individually moved in the front-rear direction. It is possible to go back and forth.

【0058】なお、先行ビット34は、カッタヘッド2
0の正転方向(図1の矢印C方向)及び逆転方向(図1
の矢印D方向)に切削用の刃を有し、正逆転両方向で切
羽24の切削が可能にされている。
Note that the leading bit 34 is
0 forward direction (arrow C direction in FIG. 1) and reverse direction (FIG.
(In the direction of arrow D in FIG. 3), the cutting blade 24 can be cut in both forward and reverse directions.

【0059】後行ビット36は、図6(B)、(C)に
示すように、複数の先行ビット34によって形成される
所定間隔の先行掘削溝46間の複数の掘り残された地山
52を、地山52の骨格強さを保持した直方体形状、好
ましくは立方体に近い形状の固形状態の土塊として切り
出し掘削するもので、各先行ビット34の軌跡間に対応
して複数配設されている。
As shown in FIGS. 6 (B) and 6 (C), the trailing bit 36 is formed of a plurality of undigged grounds 52 between the preceding digging grooves 46 formed at predetermined intervals and formed by the plurality of preceding bits 34. Is cut and excavated as a solid block of solid state having a cuboid shape, preferably a shape close to a cubic shape, which retains the skeletal strength of the ground pile 52, and a plurality of such blocks are arranged corresponding to the trajectories of the preceding bits 34. .

【0060】この後行ビット36は、カッタヘッド20
の回転方向の一方にのみ切削用の刃を有するもので、先
行ビット群35a、35bの一方の片側に正転方向(図
1の矢印C方向)に刃を向けて配置した正転掘削用の後
行ビット36aを有する後行ビット群54a、54b
と、先行ビット群35a、35bの他方の片側に逆転方
向(図1の矢印D方向)に刃を向けて配置した逆転掘削
用の後行ビット36bを有する後行ビット群56a、5
6bとから構成されている。
The succeeding bit 36 indicates that the cutter head 20
Has a blade for cutting only in one of the rotation directions of the above, and has a blade for normal rotation excavation in which the blade is oriented in one of the forward bit groups 35a and 35b in the normal rotation direction (the direction of arrow C in FIG. 1). Subsequent bit group 54a, 54b having subsequent bit 36a
And a following bit group 56a, 5b having a reverse bit 36b for reverse excavation arranged with the blade facing in the reverse direction (direction of arrow D in FIG. 1) on the other side of the preceding bit groups 35a, 35b.
6b.

【0061】各後行ビット群54a、54b、56a、
56bは、各後行ビット37a、37bが相隣り合う先
行掘削溝46間の地山52を同時に掘削することがない
よう1条おきに配置され、それぞれ交互に先行掘削溝4
6間の地山52を掘削して、最外周位置の先行掘削溝4
6間の地山52を残して、全ての先行掘削溝46間の地
山52を掘削し得るようになっている。
Each of the following bit groups 54a, 54b, 56a,
56b are arranged alternately so that the trailing bits 37a, 37b do not simultaneously excavate the ground 52 between the adjacent preceding excavation grooves 46, and are alternately arranged.
Excavation of the ground 52 between 6 and the leading excavation groove 4 at the outermost peripheral position
The ground 52 between all the preceding excavation trenches 46 can be excavated, leaving the ground 52 between six.

【0062】また、これら後行ビット群54a、54
b、56a、56bの各後行ビット37a、37bは、
図4に示すように、それぞれ取付台座58に取り付けら
れ、この取付台座58を後行ビットジャッキ60にて駆
動することで、各後行ビット群54a、54b、56
a、56bを個別に前後方向に進退可能にしている。
The following bit groups 54a, 54
The following bits 37a, 37b of b, 56a, 56b are
As shown in FIG. 4, each of the following bit groups 54a, 54b, 56 is attached to the mounting base 58, and the mounting base 58 is driven by the following bit jack 60.
a and 56b can be individually moved forward and backward.

【0063】なお、後行ビット36として機能させるも
のとしては、通常のシールド掘進機におけるメインビッ
トを利用できる。
The main bit in a normal shield machine can be used as the one that functions as the following bit 36.

【0064】最外周ビット38は、後行ビット36の一
部として用いられるもので、カッタヘッド20の最外周
位置4箇所で取付台座58にそれぞれ取り付けられて、
各後行ビット群54a、54b、56a、56bと共に
進退駆動可能にされている。
The outermost peripheral bit 38 is used as a part of the following bit 36, and is attached to the mounting base 58 at four outermost peripheral positions of the cutter head 20, respectively.
Each of the following bit groups 54a, 54b, 56a, 56b can be driven forward and backward.

【0065】この最外周ビット38は、後行ビット37
a、37bと同様に片側にのみ切削用の刃を有し、各取
付台座58上の後行ビット37a、37bと同様の刃の
向きに配置されている。
The outermost bits 38 are the following bits 37
Similar to a and 37b, it has a cutting blade on one side only, and is arranged in the same blade direction as the following bits 37a and 37b on each mounting base 58.

【0066】そして、この最外周ビット38により、最
外周位置の先行掘削溝46間の地山52及びその外側の
地山を掘削するように、後行ビット36の掘削幅よりも
最外周ビット38の掘削幅を大きく形成している。
Then, the outermost bit 38 is larger than the excavation width of the trailing bit 36 by the outermost bit 38 so that the ground 52 between the preceding excavation groove 46 at the outermost position and the ground outside thereof are excavated. Excavation width is made large.

【0067】なお、この最外周ビット38によって切削
された最外周位置の先行掘削溝46間の地山52は、地
山52の骨格強さを保持した固形状態の土塊として回収
されるようになっている。
The ground 52 between the preceding excavation grooves 46 at the outermost position, which has been cut by the outermost bit 38, is recovered as a solid state solid mass maintaining the skeletal strength of the ground 52. ing.

【0068】センタービット40は、カッタヘッド20
の中央位置に先行ビット34及び後行ビット37a、3
7bによって掘削されない切羽24の中央部前面を掘削
可能に複数個一列に配置されている。
The center bit 40 is
The leading bit 34 and the following bit 37a, 3
A plurality of facers 24 which are not excavated by 7b are arranged in a row so as to be able to excavate the front surface of the central part.

【0069】また、このセンタービット40の内、最も
外側に位置するセンタービット40は、最も内側の先行
ビット34のさらに内側の先行ビットの役割をも果たす
ようになっており、最も内側に位置する後行ビット37
a、37bは、最も内側の先行ビット34が形成する先
行掘削溝46と最も外側に位置するセンタービット40
が形成する掘削部分との間の地山52を、地山の骨格強
さを保持した固形状態の土塊として掘削するようになっ
ている。
The outermost center bit 40 of the center bits 40 also plays the role of the innermost preceding bit of the innermost preceding bit 34, and is located at the innermost side. Trailing bit 37
a and 37b are a leading excavation groove 46 formed by the innermost preceding bit 34 and a center bit 40 located at the outermost position.
The excavated portion 52 formed between the excavated portion and the excavated portion is excavated as a solid state solid mass that maintains the skeletal strength of the excavated portion.

【0070】コピーカッタ42は、図2に示すように、
先行ビット群35a、35bの背面側に取り付けられ、
コピーカッタジャッキ62によりカッタヘッド20の外
方に突出可能にされ、曲線施工時の余掘りを行えるよう
になっている。
The copy cutter 42, as shown in FIG.
Attached to the back side of the preceding bit groups 35a, 35b,
The copy cutter jack 62 enables the cutter head 20 to protrude outward from the cutter head 20, so that extra cutting can be performed during curve construction.

【0071】このように、コピーカッタ42を先行ビッ
ト群35a、35bの背面側に取り付けることで、カッ
タヘッド20の前面に多数のビットを取り付けることが
可能となる。
As described above, by attaching the copy cutter 42 to the rear side of the preceding bit groups 35a and 35b, it is possible to attach a large number of bits to the front of the cutter head 20.

【0072】ローラビット44は、図1に示すように、
各種カッタビットの周囲に複数、例えば6個取り付けら
れて、岩、礫等の切羽24に対応可能にされている。
The roller bit 44 is, as shown in FIG.
A plurality of, for example, six pieces are attached around various cutter bits so as to be able to cope with the face 24 such as rocks and gravel.

【0073】また、これらローラビット44は、切羽2
4の正面に向いて取り付けられたものだけでなく、斜め
外方に向いた状態で取り付けられたものをも有し、岩、
礫層においても余掘りを行うことが可能になっている。
The roller bit 44 is used for the face 2
4, not only the ones that are mounted facing the front, but also those that are mounted diagonally outward,
Excavation is also possible in the gravel layer.

【0074】さらに、各ローラビット44は、図5に示
すように、筒状の台座64の取付座66に取り付けら
れ、この台座64がカッタヘッド20と一体にされた筒
状の外ケース68内に一体的に設けられた内ケース70
内に摺動可能に取り付けられている。
Further, as shown in FIG. 5, each roller bit 44 is mounted on a mounting seat 66 of a cylindrical pedestal 64, and this pedestal 64 is formed in a cylindrical outer case 68 integrated with the cutter head 20. Inner case 70 provided integrally with
It is slidably mounted within.

【0075】また、内ケース70と台座64との間に
は、その軸方向前後位置にシール72が設けられると共
に、このシール72間には、2系統のオイル通路74
a、74bと接続した油圧チャンバ76a、76bが設
けられ、この油圧チャンバ76a、76bに圧油を供給
することで、台座64ごとローラビット44が外ケース
68から出没できるように前後方向に進退駆動可能にさ
れている。
A seal 72 is provided between the inner case 70 and the pedestal 64 at the front and rear positions in the axial direction, and a two-system oil passage 74 is provided between the seals 72.
hydraulic chambers 76a and 76b connected to the hydraulic chambers a and 74b are provided. By supplying pressure oil to the hydraulic chambers 76a and 76b, the roller bits 44 together with the pedestal 64 are driven forward and backward so as to be able to protrude and retract from the outer case 68. Has been enabled.

【0076】このように、ローラビット44を台座64
ごと一体に出没可能とすることにより、ローラビット4
4を単体で出没させる場合に比し、強度や剛性を確保し
易くなり、高荷重に耐えられる耐久性の高い出没構造と
することができ、しかも油圧駆動とすることで小型で高
出力にすることが可能である。
In this way, the roller bit 44 is
The roller bit 4
Compared to the case where the 4 is retracted by itself, strength and rigidity can be easily secured, and a durable retracting structure capable of withstanding a high load can be obtained. In addition, by using a hydraulic drive, small size and high output can be achieved. It is possible.

【0077】さらに、カッタヘッド20には、前述のよ
うな各種ビットの他に、図1に示すように、切羽24の
前方の土質を探査する前方探査手段78を構成する送信
レーダ78a及び受信レーダ78bを外周部に配設し、
この前方探査手段78による探査結果に基づいて、先行
ビット34やローラビット44等の進退駆動を制御する
ようにしている。
Further, in addition to the various bits described above, the cutter head 20 has a transmission radar 78a and a reception radar 78 which constitute a forward search means 78 for searching for soil in front of the face 24 as shown in FIG. 78b is arranged on the outer periphery,
The advance / retreat driving of the preceding bit 34, the roller bit 44, and the like is controlled based on the search result by the front search means 78.

【0078】この前方探査手段78としては、例えば、
既知の地中探知レーダ装置を用いることができる。
As the forward search means 78, for example,
Known underground radar devices can be used.

【0079】次に、前述のシールド掘進機10を用いた
掘削方法について、図7を参照して説明する。
Next, a method of excavating using the shield machine 10 will be described with reference to FIG.

【0080】まず、カッタヘッド20を回転させながら
前方探査手段78の送信アンテナ78aから切羽24の
前方に向けて、例えば高周波のパルス状電波を送信し、
その表面伝播波及び反射波を受信アンテナ78bにて受
信する。
First, for example, a high-frequency pulsed radio wave is transmitted from the transmission antenna 78a of the forward search means 78 toward the front of the face 24 while rotating the cutter head 20.
The surface propagation wave and the reflected wave are received by the receiving antenna 78b.

【0081】この受信アンテナ78bに受信された表面
伝播波の伝播時間や減衰量などから切羽24の前方の土
質、例えば種類や含水量を判別してその土質データを記
憶部80に記憶させる。
Based on the propagation time and attenuation of the surface propagating wave received by the receiving antenna 78b, the soil, for example, the type and the water content in front of the face 24 are determined, and the soil data is stored in the storage unit 80.

【0082】また、反射波により切羽前方の障害物探知
を行う。
Further, an obstacle ahead of the face is detected by the reflected wave.

【0083】この前方探査手段78による切羽24の前
方の探査と平行して、回転角検出部82が探査位置に対
応したカッタヘッド20の回転角度を検出し、この回転
角度データを記憶部80に記憶させる。
In parallel with the search ahead of the face 24 by the front search means 78, the rotation angle detection unit 82 detects the rotation angle of the cutter head 20 corresponding to the search position, and stores the rotation angle data in the storage unit 80. Remember.

【0084】このようにしてカッタヘッド20が1回転
すると、切羽24の外周位置の土質が検出され、これに
よって切羽24全体の土質が、岩、礫層なのか、粘性土
層なのか、あるいはこれらが混在する互層状態なのかが
判別されることとなる。
When the cutter head 20 makes one rotation in this way, the soil quality at the outer peripheral position of the face 24 is detected, and accordingly, whether the soil quality of the entire face 24 is a rock, a gravel layer, a cohesive soil layer, or the like. Are determined to be in an alternate layer state in which are mixed.

【0085】カッタヘッド20が次の回転を開始する
と、制御部84が記憶部80から土質データ及び回転角
度データを読み出し、探査結果に基づいて、先行ビット
駆動部83及びローラビット駆動部85等を制御し、先
行ビット34及びローラビット44等を土質に応じて進
退駆動させる。
When the cutter head 20 starts the next rotation, the control unit 84 reads the soil data and the rotation angle data from the storage unit 80, and controls the leading bit driving unit 83, the roller bit driving unit 85, etc. based on the search result. Then, the leading bit 34 and the roller bit 44 are driven forward and backward according to the soil.

【0086】すなわち、探査結果が岩、礫層のみからな
る切羽24である場合には、先行ビットジャッキ50に
よりカッタヘッド20に設けた先行ビット群35a、3
5bをカッタヘッド20の前面より突出しないように後
退させると共に、各ローラビット44の内ケース70に
形成した油圧チャンバ76a、76b内の油圧を調整し
て台座64ごとローラビット44を外ケース68より前
方に突出させた状態とする。
That is, when the result of the search is a face 24 consisting only of a rock and a gravel layer, the leading bit group 35a, 3
5b is retracted so as not to protrude from the front surface of the cutter head 20, and the oil pressure in the hydraulic chambers 76a and 76b formed in the inner case 70 of each roller bit 44 is adjusted to move the roller bit 44 together with the pedestal 64 from the outer case 68. It is in a state of being projected forward.

【0087】この場合、後行ビットジャッキ60により
各後行ビット群54a、54b、56a、56bもカッ
タヘッド20の前面より後退させて、後行ビット36を
使用しないようにすることも可能である。
In this case, the trailing bit jacks 60 can also retract the trailing bit groups 54a, 54b, 56a, 56b from the front surface of the cutter head 20 so that the trailing bit 36 is not used. .

【0088】この状態で、ローラビット44を切羽24
に当ててカッタヘッド20を回転させることにより、
岩、礫層を破砕しながら掘進をすることができる。
In this state, the roller bit 44 is
By rotating the cutter head 20 against
You can excavate while crushing rocks and gravel layers.

【0089】この場合、破砕された岩、礫等は、振動ふ
るいで容易に固液分離ができ、2次処理を省略すること
ができる。
In this case, the crushed rock, gravels and the like can be easily separated into solid and liquid by a vibrating sieve, and the secondary treatment can be omitted.

【0090】また、ローラビット44による掘削時に
は、先行ビット34及び後行ビット36は、ローラビッ
ト44よりも後退した状態となっているため、岩、礫等
による衝撃によって破損、欠損、磨耗することがなく、
耐久性が向上することとなる。
When the roller bit 44 excavates, the leading bit 34 and the trailing bit 36 are retracted from the roller bit 44. Without
The durability will be improved.

【0091】次に、探査結果が比較的硬い粘性土層の切
羽24である場合には、ローラビット44を油圧により
台座64ごと外ケース68内に後退させて外ケース68
内に格納した状態とすると共に、先行ビットジャッキ5
0により先行ビット群35a、35bをカッタヘッド2
0の前面より前方に突出させた状態とする。
Next, when the result of the search is a face 24 of a relatively hard clay layer, the roller bit 44 is retracted together with the pedestal 64 into the outer case 68 by hydraulic pressure, and the outer case 68 is retracted.
And the leading bit jack 5
0 causes the leading bit groups 35a and 35b to be
0 protrudes forward from the front surface.

【0092】また、後行ビット36は、カッタヘッド2
0の回転方向に対応させて、正転掘削用の後行ビット3
7aを有する後行ビット群54a、54bまたは逆転掘
削用の後行ビット37bを有する後行ビット群56a、
56bのいずれかを後行ビットジャッキ60により前進
させカッタヘッド20の前面より突出させた状態とす
る。
The trailing bit 36 indicates that the cutter head 2
The following bit 3 for forward excavation corresponding to the rotation direction of 0
7a or a subsequent bit group 56a having a backward bit 37b for reverse drilling,
One of 56b is advanced by the trailing bit jack 60 and is projected from the front surface of the cutter head 20.

【0093】この状態で、カッタヘッド20を回転させ
ながら、先行ビット群35a、35bと、後行ビット群
54a、54bまたは56a、56bを用いて粘性土層
からなる切羽24を掘削する。
In this state, while the cutter head 20 is being rotated, the cutting face 24 made of a viscous soil layer is excavated by using the preceding bit groups 35a and 35b and the following bit groups 54a and 54b or 56a and 56b.

【0094】この場合、先行ビット群35a、35bに
より、切羽24の表面に複数の筋状の先行掘削溝46が
ほぼ等間隔で切削され、この先行ビット群35a、35
bによって切削されなかった先行掘削溝46間の掘り残
された地山52が後行ビット群54a、54bまたは5
6a、56bにより、地山52の骨格強さを保持した固
形状態の土塊として切り出し掘削される。
In this case, a plurality of streak-like leading excavation grooves 46 are cut at substantially equal intervals on the surface of the face 24 by the leading bit groups 35a and 35b.
b, the remaining ground 52 between the preceding excavation grooves 46 that has not been cut by the b bits 54a, 54b or 5
6a and 56b cut and excavate as a solid state mass of soil that retains the skeletal strength of the ground 52.

【0095】このような掘削を行うことによって、固形
状態で切り出し掘削された掘削物が、流体(泥水)輸送
中に泥水中に溶解することなく、そのままの状態で坑外
へ搬出され、掘削土砂を固形状態の塊として1次処理で
容易に固液分離でき、2次処理を大幅に減量することが
できる。
By performing such excavation, the excavated material cut out and excavated in the solid state is carried out of the mine as it is without being dissolved in the muddy water during transportation of the fluid (muddy water), and excavated sediment. Can be easily solid-liquid separated in the first treatment as a solid state mass, and the amount of the second treatment can be greatly reduced.

【0096】このように掘削土砂を固形状態で回収する
ことにより、例えば、標準貫入試験におけるN値が10
以上の土質の切羽24から10〜80%程度の割合で、
2次処理の不要な地山52の骨格強さを保持した固形状
態の土塊として回収することができる。
By recovering the excavated earth and sand in a solid state in this way, for example, the N value in the standard penetration test is 10
At a rate of about 10 to 80% from the above soil face 24,
It can be recovered as a solid mass of solid which retains the skeletal strength of the ground 52 that does not require secondary treatment.

【0097】これにより、2次処理設備を含む立坑用地
を省面積化し、環境への影響や処理費用を抑えることが
できる。
Thus, it is possible to reduce the area of the shaft site including the secondary processing equipment, and to reduce the influence on the environment and the processing cost.

【0098】また、この掘削に際しては、後行ビット3
6は、後行ビット群54a、54bまたは56a、56
bの一方のみを使用しているため、この使用している後
行ビット36が磨耗した場合やシールド掘進機の位置・
姿勢を制御する場合には、カッタヘッド20を逆回転さ
せることにより、後行ビット36を交換することなく掘
削を継続することができる。
In this excavation, the following bit 3
6 is the following bit group 54a, 54b or 56a, 56
Since only one of the following bits b is used, when the following bit 36 used is worn or when the position of the shield
In the case of controlling the attitude, the excavation can be continued without changing the trailing bit 36 by rotating the cutter head 20 in the reverse direction.

【0099】さらに、ローラビット44は、外ケース6
8内に格納された状態となっているため、ローラビット
44が地山にめり込んで切削抵抗が増大して掘進の支障
となったり、粘土の付着により回転不能になったりする
のを防止することができる。
Further, the roller bit 44 is attached to the outer case 6
Since the roller bit 44 is stored in the roller 8, it is possible to prevent the roller bit 44 from digging into the ground and increasing the cutting resistance to hinder the excavation or prevent the roller bit 44 from rotating due to the adhesion of clay. Can be.

【0100】なお、軟弱粘性土層の切羽24である場合
には、後行ビット36のみをカッタヘッド20の前面よ
り突出させ、先行ビット34はカッタヘッド20の前面
より後退させた状態として掘削することができる。
When the face 24 is made of a soft clay soil layer, only the trailing bit 36 is projected from the front surface of the cutter head 20, and the leading bit 34 is excavated in a state of being retracted from the front surface of the cutter head 20. be able to.

【0101】次に、探査結果が、図8に示すように、上
層の粘性土層86と下層の岩、礫層88の2層からなる
互層状態である場合には、カッタヘッド20が1回転す
る間に、粘性土層86に相当する回転範囲Aにおいては
先行ビット34及び後行ビット36を前進させ、ローラ
ビット44を後退させて掘削を行い、岩、礫層88に相
当するカッタヘッド20の回転範囲Bにおいては、先行
ビット34及び後行ビット36を後退させ、ローラビッ
ト44を前進させて掘削を行うように制御することで、
互層状態に対応し、かつ、掘削土砂の固形回収を行うよ
うにしている。
Next, as shown in FIG. 8, when the exploration result shows an alternate layer consisting of the upper clay layer 86 and the lower rock and gravel layer 88, the cutter head 20 is rotated once. In the meantime, in the rotation range A corresponding to the clay layer 86, the leading bit 34 and the trailing bit 36 are advanced and the roller bit 44 is retracted to perform excavation, and the cutter head 20 corresponding to the rock and gravel layer 88 is excavated. In the rotation range B, the leading bit 34 and the trailing bit 36 are retracted, and the roller bit 44 is moved forward to perform excavation.
The system is designed to cope with alternating layers and to collect solids from excavated earth and sand.

【0102】さらに、探査結果が、図9に示すように、
上層の軟弱粘性土層86aと、中間層の岩、礫層88
と、下層の比較的硬い粘性土層86bとの3層からなる
互層状態である場合には、カッタヘッド20が1回転す
る間に、上層の軟弱粘性土層86aに相当するカッタヘ
ッド20の回転範囲A1においては、先行ビット34及
びローラビット44を後退させ、後行ビット36のみ前
進させて掘削を行い、中間層の岩、礫層88に相当する
カッタヘッド20の回転範囲Bにおいては、先行ビット
34及び後行ビット36を後退させ、ローラビット44
を前進させて掘削を行い、下層の比較的硬い粘性土層8
6bに相当する回転範囲A2においては先行ビット34
及び後行ビット36を前進させ、ローラビット44を後
退させて掘削を行うように制御することで、3層の互層
状態に対応し、かつ、掘削土砂の固形回収を行うように
している。
Further, as shown in FIG.
Upper layer soft clay layer 86a and middle layer rock and gravel layer 88
When the cutter head 20 makes one rotation, the rotation of the cutter head 20 corresponding to the upper soft clay layer 86a is performed when the cutter head 20 makes one rotation. In the range A1, the leading bit 34 and the roller bit 44 are retracted, and only the trailing bit 36 is advanced to perform excavation. In the rotation range B of the cutter head 20 corresponding to the intermediate rock and the gravel layer 88, the leading bit 34 and the roller bit 44 are moved forward. The bit 34 and the following bit 36 are retracted, and the roller bit 44
The excavation is carried out by moving
In the rotation range A2 corresponding to 6b, the leading bit 34
The excavation is controlled by moving the trailing bit 36 forward and retreating the roller bit 44 to cope with the three-layer alternating state and to collect the excavated soil.

【0103】なお、上層の軟弱粘性土層86aのように
層が薄い場合には、後行ビット群54a、54b、56
a、56bを径方向で分割して進退駆動を個別に制御す
るようにすることが好ましい。
When the layer is thin like the upper soft clay layer 86a, the following bit groups 54a, 54b, 56
Preferably, a and 56b are divided in the radial direction to control the forward and backward driving individually.

【0104】本発明は、前記実施の形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の形態
に変形可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified into various forms within the scope of the present invention.

【0105】例えば、前記実施の形態では、先行ビット
は9つ設けられているが、少なくとも一対あればよい。
For example, in the above embodiment, nine leading bits are provided, but at least one pair is sufficient.

【0106】また、本発明の適用は、泥水式のシールド
工法に限定されず、例えば、地中連続壁工法やリバース
工法等における泥水を用いた掘削工法にも適用できる。
The application of the present invention is not limited to the muddy shield method, but may be applied to, for example, an excavation method using muddy water in an underground continuous wall method, a reverse method, or the like.

【0107】さらに、カッタヘッドとしては、上述した
円盤状のカッタヘッドだけでなく、矩形断面シールド掘
進機に用いられるドラムカッタ等に適用することも効果
的である。
Further, as the cutter head, it is effective to apply the present invention not only to the disk-shaped cutter head described above but also to a drum cutter used for a shield excavator having a rectangular cross section.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図2に示す泥水式のシールド掘進機のカッタヘ
ッドを示す拡大正面図である。
FIG. 1 is an enlarged front view showing a cutter head of the muddy shield excavator shown in FIG. 2;

【図2】本発明の一実施の形態にかかるシールド掘進機
の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a shield machine according to one embodiment of the present invention.

【図3】先行ビットの取付状態を示す拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a mounting state of a preceding bit.

【図4】後行ビットの取付状態を示す拡大断面図であ
る。
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a mounting state of a succeeding bit.

【図5】ローラビットの取付状態を示す拡大断面図であ
る。
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a mounted state of a roller bit.

【図6】先行ビットと後行ビットの進退による地山の掘
削状態を平面的に示す概略図であり、(A)〜(C)は
先行ビットと後行ビットによる地山の掘削状態を示す図
である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a ground excavation state due to advance and retreat of a leading bit and a following bit, and FIGS. 6A to 6C show the ground excavation state of a leading bit and a following bit. FIG.

【図7】前方探査手段と先行ビット及びローラビットの
制御状態を示す機能ブロック図である。
FIG. 7 is a functional block diagram showing a control state of forward search means and a preceding bit and a roller bit.

【図8】2層の互層状態における切羽の掘削制御を示す
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing excavation control of a face in a two-layer alternating state.

【図9】3層の互層状態における切羽の掘削制御を示す
説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing excavation control of a face in a three-layer alternating state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シールド掘進機 20 カッタヘッド 24 切羽 34 先行ビット 35a、35b 先行ビット群 36 後行ビット 37a 正転掘削用の後行ビット 37b 逆転掘削用の後行ビット 44 ローラビット 46 先行掘削溝 52 掘り残された地山 54a、54b、56a、56b 後行ビット群 64 台座 78 前方探査手段 84 制御部 86 粘性土層 88 岩、礫層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shield machine 20 Cutter head 24 Face 34 Leading bit 35a, 35b Leading bit group 36 Trailing bit 37a Trailing bit for forward drilling 37b Trailing bit for reverse drilling 44 Roller bit 46 Prior drilling groove 52 Excavation remains Tajiki 54a, 54b, 56a, 56b Trailing bit group 64 Pedestal 78 Forward exploration means 84 Control unit 86 Cohesive soil layer 88 Rock, gravel layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 幸之助 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 岩井 義雄 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 浅井 康彦 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 清水 義治 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 吉田 英 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 三谷 典夫 東京都港区赤坂2丁目3番6号 株式会社 小松製作所内 (72)発明者 岩切 満行 東京都港区赤坂2丁目3番6号 株式会社 小松製作所内 Fターム(参考) 2D054 BA04 BA06 BA07 BB04  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kounosuke Nakamura 1-7-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Toda Ken Construction Co., Ltd. (72) Yoshio Iwai 1-1-7-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Toda (72) Inventor Yasuhiko Asai 1-7-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Toda-ken Incorporated Corporation (72) Inventor Yoshiharu Shimizu 1-7-1 Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Toda Ken (72) Inventor: Ei Yoshida, 1-7-1, Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo Toda Kensetsu Construction Co., Ltd. (72) Inventor: Norio Mitani 2-3-6, Akasaka, Minato-ku, Tokyo Komatsu Ltd (72) Inventor Mitsuyuki Iwakiri 2-3-6 Akasaka, Minato-ku, Tokyo F-term in Komatsu Ltd. (reference) 2D054 BA04 BA06 BA07 BB04

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 切羽に筋状の先行掘削溝を所定間隔で形
成する少なくとも一対の先行ビットと、前記先行ビット
により形成した先行掘削溝間の掘り残された地山を固形
状態で掘り起こし切削する後行ビットと、岩、礫等の地
山を掘削するためのローラビットとを有し、 少なくとも前記先行ビット及び前記ローラビットは、掘
削する地山の状況に応じて掘進方向に進退駆動されるこ
とを特徴とするカッタヘッド。
At least one pair of leading bits forming streak-shaped leading excavation grooves at predetermined intervals on a face, and the remaining ground between the leading excavation grooves formed by the preceding bits is excavated in a solid state and cut. It has a trailing bit and a roller bit for excavating the ground such as rocks and gravel, and at least the preceding bit and the roller bit are driven forward and backward in the excavation direction according to the situation of the ground to be excavated. A cutter head characterized in that:
【請求項2】 請求項1において、 前記先行掘削溝を複数形成するための複数の先行ビット
が配置され、前記複数の先行掘削溝間の掘り残された地
山を切り出し掘削する複数の後行ビットが配置されるこ
とを特徴とするカッタヘッド。
2. The plurality of trailing bits according to claim 1, wherein a plurality of leading bits for forming the plurality of leading digging grooves are arranged, and the remaining ground between the plurality of leading digging grooves is cut out and drilled. A cutter head in which bits are arranged.
【請求項3】 請求項2において、 前記複数の後行ビットは、正転掘削用の後行ビットと、
逆転掘削用の後行ビットとを含み、 前記正転掘削用の後行ビット及び逆転掘削用の後行ビッ
トは、それぞれ前後方向に進退駆動可能にされているこ
とを特徴とするカッタヘッド。
3. The method according to claim 2, wherein the plurality of trailing bits include a trailing bit for forward excavation;
And a trailing bit for reverse excavation, wherein the trailing bit for forward excavation and the trailing bit for reverse drilling are each capable of being driven forward and backward.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記ローラビットは、複数設けられ、各ローラビットは
個別に進退駆動可能にされていることを特徴とするカッ
タヘッド。
4. The cutter head according to claim 1, wherein a plurality of the roller bits are provided, and each of the roller bits is individually drivable.
【請求項5】 請求項2〜4のいずれかにおいて、 前記複数の先行ビットは、複数の先行ビット群にて構成
され、 各先行ビット群は、それぞれ一体的に進退駆動可能にさ
れていることを特徴とするカッタヘッド。
5. The plurality of preceding bits according to claim 2, wherein the plurality of preceding bits are constituted by a plurality of preceding bit groups, and each of the preceding bit groups is integrally driven forward and backward. A cutter head characterized by the following.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかのカッタヘッド
と、 切羽前方の土質を探査する前方探査手段と、 前記前方探査手段による探査結果に基づき前記先行ビッ
トとローラビットの進退駆動制御を行う制御手段とを有
することを特徴とするシールド掘進機。
6. A cutter head according to any one of claims 1 to 5, a forward exploring means for exploring soil in front of a face, and a forward / backward drive control of the preceding bit and the roller bit based on a result of the exploration by the forward exploring means. And a control unit for performing the operation.
【請求項7】 少なくとも一対の先行ビット、後行ビッ
ト及びローラビットを有するカッタヘッドの回転によっ
て、岩、礫層や粘性土層等の土層構成が変化する掘削対
象の地山を切削しつつ掘進し、トンネルを構築するため
の掘削方法であって、 前記岩、礫層掘削時に、前記先行ビットを前記カッタヘ
ッド前面より後退させ、かつ、前記ローラビットを前記
カッタヘッド前面より突出させ、前記ローラビットによ
り岩、礫等を破砕する工程と、 前記粘性土層掘削時に、前記ローラビットを前記カッタ
ヘッド前面より後退させ、かつ、前記先行ビットを前記
カッタヘッド前面より突出させ、少なくとも一対の前記
先行ビットにより、前記地山にほぼ等間隔の先行掘削溝
を筋状に形成する先行掘削溝形成工程と、 前記後行ビットにより、前記先行掘削溝間の掘り残され
た地山を掘り起こし、固形状態を保持した掘削土砂とし
て切り出し掘削する切り出し掘削工程と、 を含むことを特徴とする掘削方法。
7. The excavation ground whose rock layer structure such as rock, gravel layer and cohesive soil layer is changed by rotation of a cutter head having at least one pair of leading bit, trailing bit and roller bit. Digging, a digging method for constructing a tunnel, wherein the rock, at the time of excavating a gravel layer, the preceding bit is retracted from the front of the cutter head, and the roller bit is projected from the front of the cutter head, A step of crushing rocks, gravel, etc. by a roller bit, during the excavation of the viscous soil layer, the roller bit is retracted from the front of the cutter head, and the preceding bit is projected from the front of the cutter head, and at least one pair of the A preceding excavation groove forming step of forming streak-like excavation grooves at substantially equal intervals in the ground by the preceding bit, and the preceding bit by the following bit An excavation method, comprising: excavating the remaining ground between excavation trenches, excavating and excavating as excavated earth and sand in a solid state.
【請求項8】 請求項7において、 前記カッタヘッドに設けた前方探査手段により切羽前方
の土質を探査する工程と、 前記前方探査手段による探査結果に基づき前記先行ビッ
ト及びローラビットを前記岩、礫層及び粘性土層に応じ
て進退駆動させる工程と、 を含むことを特徴とする掘削方法。
8. The method according to claim 7, further comprising the steps of: exploring soil in front of the face by a front exploring means provided on the cutter head; and estimating the leading bit and the roller bit based on a result of the exploration by the front exploring means. A step of driving forward and backward according to the layer and the clay soil layer.
【請求項9】 請求項8において、 前記先行ビット及びローラビットを前記岩、礫層及び粘
性土層に応じて進退駆動させる工程は、互層区間におい
て前記カッタヘッドが1回転する間に行われることを特
徴とする掘削方法。
9. The method according to claim 8, wherein the step of driving the leading bit and the roller bit forward and backward according to the rock, the gravel layer and the clay layer is performed during one rotation of the cutter head in the alternate layer section. A drilling method characterized by the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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