JP2000274185A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 岩盤に対する貫入性に優れ、しかも、掘削盤
の回転負荷を増大させることなく岩盤の切削性能を高く
できるシールド掘進機を提供する。 【解決手段】 先行刃１２，１３は楔型削刃(I) の先行
刃１２の先端部の主掘削刃１１の前端面からの高さＸ１
は平型削刃(II)の先行刃１３の先端部の主掘削刃１１の
前端面からの高さＸ２より所定の長さだけ高くなるよう
に支持腕１０にそれぞれ植設し、楔型削刃(I) の先行刃
１２が平型削刃(II)の先行刃１３に先行して初めて岩盤
面に摺接して切削軌跡を形成し、その後、後続の平型削
刃(II)の先行刃１３が岩盤面に形成された切削軌跡を擦
って岩盤面に摺接して凹溝を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は支持腕の前面に植設
された多数の主掘削刃と、該主掘削刃よりも前方に突出
するように設けられた多数の先行刃とを具えた円盤状の
掘削盤を回転させることにより地山を掘削するようにし
たシールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は前面に多数の掘削刃が
植設された支持腕が放射状に設けられた掘削盤を地山に
圧接しながら回転させることにより地中に横穴を掘削す
るようになっている。地山が岩盤層でできている場合
は、上記掘削刃に代えて回転自在な回転刃が取り付けら
れる。この外に、掘削の途中で土質が硬軟何れかに変化
したり、木材が埋設された地山や礫を多く含んだ地山を
掘削する場合には、主掘削刃の他に細長い先行刃が植設
された掘削盤が用いられる。この先行刃は主掘削刃に先
行して硬い地山を破砕したり、滑り易い木材を切削する
役割を果たす。特に、最近はコンクリートで支持壁が形
成された立坑の内部に設置されたシールド掘進機によ
り、上記支持壁を貫通して地山に横穴を掘削する工法が
開発されたため、コンクリートをより効率良く掘削でき
るシールド掘進機が開発されるようになった。

【０００３】図９は従来例に係るシールド掘進機の縦断
面図、図１０はその正面図である。シールド掘進機本体
は掘削盤１の駆動部を具えた筐体を構成する前胴２
₁ と、掘進時に坑道内に固定されてシールド掘削機を坑
道壁に支持する後胴２₂ とが摺動屈曲部２０で、中折ジ
ャッキ５により所定角度まで屈曲し得る構成になってい
て、所定の角度範囲で進路を変更できるようになってい
る。掘削盤１は掘削盤駆動モーター４により回転駆動さ
れ、前隔壁３の中央部に取り付けられた軸受部に回転自
在に取り付けられている。回転する掘削盤１の４本の支
持腕１０の前面に植設された多数の主掘削刃１１とそれ
らの間に植設された多数の先行刃１２が圧接摺動するこ
とにより地山が掘削される。掘削された土砂は泥水と共
にスクリュー搬送装置７により図示しない排土管を経て
坑道外へ排出される。地山の掘削に連れてシールドジャ
ッキ６は坑道壁に固定された支持板に反力を取って伸長
してシールド掘削機全体を前進させる。シールド掘削機
が前進してシールドジャッキ６が伸長し切ると、支持板
取付装置８が既に坑道壁に取り付けられた支持板の先端
部に新たな支持板を取り付ける。

【０００４】上述のように、例えば、立坑のコンクリー
ト支持壁を貫通して地山に横穴を掘削する場合には、コ
ンクリートを破砕する役割を主として先行刃１２が担う
ため、その切削性能は上記工法を採用した掘削工事を遂
行する上でシールド掘進機の掘削能力を実質的に左右す
る。そこで、この先行刃１２の形状や構造等の研究開発
が行われてきた。その結果、従来は２種類の形状の先行
刃が用いられている。図１１は楔型削刃の先行刃１２の
（ａ）正面図、（ｂ）平面図および（ｃ）側面図、図１
２は平型削刃の先行刃１３の（ａ）正面図、（ｂ）平面
図および（ｃ）側面図である。

【０００５】これらの図に示すように、何れの型式の先
行刃１２，１３の超硬合金から成る削刃部１２ａ，１３
ａも前面側端面（縁）は切羽との摺接方向Ａと逃げ角α
をもって先端部が突出し、推進方向Ｂと掬い角βをもっ
て先端部が突出している。削刃部１２ａ，１３ａは耐磨
耗性に優れた肉盛部１２ｂ，１３ｂにより固定支持され
ている。このように、先行刃１２，１３の削刃部１２
ａ，１３ａの先端部が摺接方向Ａと逃げ角α、推進方向
Ｂと掬い角βをもって鋭角的に突出形成されているの
は、先行刃１２，１３の削刃部１２ａ，１３ａの先端部
が地山に容易に食い込めるようにするためである。上記
２種類の型式の先行刃１２，１３はそれぞれに特徴を有
しているため、地山の土質やコンクリートの状態等を考
慮して何れの型式のものを使うかを選択する。

【０００６】図１３および図１４は上記２種類の型式の
先行刃１２，１３の地山の掘削状態を示す（ａ）正面側
および（ｂ）側面側から見た説明図である。これらの図
から判るように、楔型削刃の先行刃１２は先端部が鋭く
尖っているので、地山に対して点接触状態になるから、
食込み性に優れていて岩盤面に筋状の切削軌跡を残す
が、岩盤自体を切削する能力が低いという弱点がある。
一方、平型削刃の先行刃１３は先端部が地山に対して掘
削盤１の支持腕１０の径方向に平行に線接触状態になる
から、食込み性に劣るものの、食い込んだ後は岩盤の切
削性能が高いという利点がある。特に、図１４（ｂ）に
示すように、支持腕１０の径方向に沿って配列された平
型削刃の先行刃１３により、岩盤面に溝状の切削軌跡が
形成され、それらの間に取り残された岩盤凸条Ｒl は脆
弱になって隣接する凹溝との間の歪みにより生じる隣接
破砕が起こり易くなり、主掘削刃１１により容易に切削
できるようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１５は楔型削刃(I)
および平型削刃(II)の先行刃１２，１３の（ａ）推進方
向の推力に対する岩盤の貫入量と、（ｂ）掘進速度に対
する掘削盤１の回転負荷の関係を示すグラフである。こ
れらのグラフから明らかなように、楔型削刃(I)の先行
刃１２は局部的に強い接触面圧が得られるから、低い推
力でも容易に岩盤に貫入できるが、岩盤の切削能力が低
いため、掘進速度が大きくなると掘削盤１の回転負荷が
急激に増大するという欠点がある。また、平型削刃(II)
の先行刃１３では隣接破砕が起こり易いため、掘進速度
が大きくなっても掘削盤１の回転負荷はさ程増大しない
という利点を有しているが、推力が大きくなっても岩盤
の貫入量はあまり増大せず、特に、硬い岩盤を切削する
場合には滑って中々貫入できないという欠点がある。本
発明は従来技術の２種類の型式の先行刃がそれぞれ有す
る欠点を克服して、岩盤に対する貫入性に優れ、しか
も、掘削盤の回転負荷を増大させることなく岩盤の切削
性能を高くできるシールド掘進機を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、先行刃は地山と摺接する方向と垂直な方向
に線接触する先端部の切削幅が主掘削刃の切削幅より狭
い平型削刃を有した先行刃と、先端部が該平型削刃を有
した先行刃の先端部よりも前方に突出すると共に、先が
尖った尖鋭形状を成して地山と点接触する楔型削刃を有
した先行刃、若しくは平型削刃を有した先行刃の切削幅
よりさらに狭い切削幅の幅狭平型削刃を有した先行刃か
ら成り、平型削刃を有した先行刃は楔型削刃を有した先
行刃若しくは幅狭平型削刃を有した先行刃が地山に摺接
して形成した筋状の切削軌跡を擦るような位置に設けら
れているようにしたものであり、好ましくは、楔型削刃
を有した先行刃、若しくは幅狭平型削刃を有した先行刃
と、平型削刃を有した先行刃とは異なる支持腕上に植設
され、あるいは、平型削刃を有した先行刃と、楔型削刃
を有した先行刃、若しくは幅狭平型削刃を有した先行刃
はそれぞれ同一の支持腕上に一定の間隔を有して多数植
設されるようにしたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体化した一具体例を詳細に説明する。図１および図２は
それぞれこの具体例に係る主掘削刃１１と先行刃１２，
１３の掘削盤１の隣接する支持腕１０に対する取付け状
態を掘削盤前面に平行な方向から見た模式図および配置
状態を掘削盤１前面に向かう方向から見た模式図、図３
および図４はそれぞれ図２の切断線Ａ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′
における断面図である。これらの図において、従来例と
同一または同一と見做せる個所には同一の符号を付し、
その重複する説明を省略する。また、図１および図２に
おいて、（ａ），（ｂ）は掘削盤１の隣合う支持腕１０
のものをそれぞれ示している。これらの図から判るよう
に、この具体例では隣合う支持腕１０上に植設される先
行刃１２は異なる型式のものとなっている。

【００１０】そして、先行刃１２，１３は主掘削刃１１
の１／２のピッチ（２倍の密度）で、かつ、楔型削刃の
先行刃１２の先端部の主掘削刃１１の前端面からの高さ
Ｘ１は平型削刃の先行刃１３の先端部の主掘削刃１１の
前端面からの高さＸ２より所定の長さだけ高くなるよう
に支持腕１０にそれぞれ植設されている。これにより、
シールド掘進機が推進する際に楔型削刃の先行刃１２が
最も先行して切羽に摺接し、次に、平型削刃の先行刃１
３が切羽に摺接し、最後に主掘削刃１１が切羽に摺接す
る。なお、支持腕１０に沿った主掘削刃１１の幅厚は10
0 〜150mm 、平型削刃の幅厚は20〜30mm、好ましくは、
平型削刃間の非切削幅を30mm程度とすると平型削刃の隣
接破砕が生じ易く、掘削効率が向上する。

【００１１】図５は楔型削刃の先行刃１２と平型削刃の
先行刃１３の配列（ａ）と、それらの先端部の高さ位置
（ｂ）とをそれぞれ対比して示した模式図である。図
２、詳細には図５（ａ），（ｂ）に示すように、掘削盤
１が回転して先行刃１２，１３が主掘削刃１１に先行し
て岩盤面に摺接する際には、まず、楔型削刃の先行刃１
２の先端部が岩盤面に食い込んで筋状の切削軌跡を形成
し、こうして形成された切削軌跡を擦るように、楔型削
刃の先行刃１２に遅れて岩盤面に摺接する平型削刃の先
行刃１３が岩盤面を切削して凹溝を形成する。

【００１２】図６および図７はそれぞれ楔型削刃の先行
刃１２が初めて岩盤面に摺接して切削軌跡を形成した状
態と、後続の平型削刃の先行刃１３が岩盤面に形成され
た切削軌跡を擦って岩盤面に摺接して凹溝を形成する状
態とを支持腕１０に垂直な方向から見た模式図、図８
（ａ），（ｂ）はそれぞれ図６および図７の岩盤切削部
の拡大図である。この例では平型削刃の先行刃１３によ
る岩盤切削で形成された凹溝の間に形成された岩盤凸条
Ｒl が脆く、主掘削刃１１により掘削される前に隣接破
砕する場合のものを示している。

【００１３】このように、この具体例では楔型削刃の先
行刃１２が平型削刃の先行刃１３に先行して初めて岩盤
面に摺接して切削軌跡を形成し、その後、後続の平型削
刃の先行刃１３が岩盤面に形成された切削軌跡を擦って
岩盤面に摺接して凹溝を形成するようにしたので、平型
削刃の先行刃１３が硬い岩盤を切削する場合には滑って
中々貫入できないという欠点を先行する楔型削刃の先行
刃１２により筋状の切削軌跡を形成させることにより補
うことができ、掘削盤１の回転負荷を増大させること無
く、効率良く岩盤を切削することができる。なお、この
具体例では平型削刃の先行刃１３に先行して楔型削刃の
先行刃１２が初めて岩盤面に摺接するように構成した
が、先行する楔型削刃の先行刃１２に代えて例えば、20
mm以下の幅厚の薄い平型削刃の先行刃を用いることもで
きる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、先行刃は先端部の切削幅が主掘削刃の切削幅
より狭い平型削刃を有した先行刃と、先端部の先が尖っ
た尖鋭形状を成して地山と点接触する楔型削刃を有した
先行刃若しくは平型削刃を有した先行刃の切削幅よりさ
らに狭い切削幅の幅狭平型削刃を有した先行刃で構成
し、楔型削刃または幅狭平型削刃を有した先行刃は平型
削刃を有した先行刃の先端部よりも前方に突出し、平型
削刃を有した先行刃は楔型削刃または幅狭平型削刃を有
した先行刃が地山に摺接して形成した筋状の切削軌跡を
擦るような位置に設けたので、平型削刃を有した先行刃
が楔型削刃または幅狭平型削刃を有した先行刃により地
山面に形成された筋状の切削軌跡を擦って食い込み、切
削して凹溝を形成することができるから、岩盤に対する
貫入性が優れ、しかも、掘削盤の回転負荷を増大させる
ことなく岩盤の切削性能を高めることができる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、平型削刃を
有した先行刃と楔型削刃または幅狭平型削刃を有した先
行刃とを異なる支持腕上に植設したので、設計の自由度
が増加し、製造工程を容易にできる。請求項３記載の発
明によれば、平型削刃を有した先行刃または楔型削刃若
しくは幅狭平型削刃を有した先行刃はそれぞれ同一の支
持腕上に一定の間隔を有して多数植設したので、支持腕
上の先行刃の配置設計および支持腕への先行刃の植設工
程を単純化できるから、掘削盤の設計および製造工程を
容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体例に係る主掘削刃と先行刃の支持
腕に対する取付け状態を示す模式図

【図２】同じく、主掘削刃と先行刃の支持腕に対する配
置状態を示す模式図

【図３】図２の切断線Ａ−Ａ′における断面図

【図４】図２の切断線Ｂ−Ｂ′における断面図

【図５】楔型削刃および平型削刃の先行刃の配列（ａ）
と、それらの先端部の高さ位置（ｂ）とをそれぞれ対比
して示した模式図

【図６】楔型削刃の先行刃が初めて岩盤面に切削軌跡を
形成した状態を示す模式図

【図７】後続の平型削刃の先行刃が切削軌跡を擦って岩
盤面に凹溝を形成する状態とを示す模式図

【図８】図６および図７の岩盤切削部のそれぞれの拡大
図

【図９】従来例に係るシールド掘進機の縦断面図

【図１０】同じく、その正面図

【図１１】楔型削刃の先行刃の（ａ）正面図、（ｂ）平
面図および（ｃ）側面図

【図１２】平型削刃の先行刃の（ａ）正面図、（ｂ）平
面図および（ｃ）側面図

【図１３】楔型削刃の先行刃の地山の掘削状態を示す
（ａ）正面側および（ｂ）側面側から見た説明図

【図１４】平型削刃の先行刃の地山の掘削状態を示す
（ａ）正面側および（ｂ）側面側から見た説明図

【図１５】楔型削刃および平型削刃の先行刃の（ａ）推
進方向の推力に対する岩盤の貫入量と、（ｂ）掘進速度
に対する掘削盤の回転負荷の関係を示すグラフ

【符号の説明】

１ 掘削盤 ２₁ 前胴 ４ 掘削盤駆動モーター ６ シールドジャッキ １０ 支持腕 １１ 主掘削刃 １２ 楔型削刃の先行刃 １２ａ，１３ａ 削刃部 １２ｂ，１３ｂ 肉盛部 １３ 平型削刃の先行刃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦田 修 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 BA07 BB05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射状に延びる支持腕の前面に植設され
   た多数の主掘削刃と、該主掘削刃の間に植設され、か
   つ、該主掘削刃よりも前方に突出するように設けられた
   多数の先行刃とを具えた円盤状の掘削盤を回転させつつ
   前進させることにより、前記先行刃に続いて前記主掘削
   刃を地山に摺接させて地山を掘削するようにしたシール
   ド掘進機において、前記先行刃は地山と摺接する方向と
   垂直な方向に線接触する先端部の切削幅が前記主掘削刃
   の切削幅より狭い平型削刃を有した先行刃と、先端部が
   該平型削刃を有した先行刃の先端部よりも前方に突出す
   ると共に、先が尖った尖鋭形状を成して地山と点接触す
   る楔型削刃を有した先行刃、若しくは前記平型削刃を有
   した先行刃の切削幅よりさらに狭い切削幅の幅狭平型削
   刃を有した先行刃から成り、前記平型削刃を有した先行
   刃は前記楔型削刃を有した先行刃若しくは幅狭平型削刃
   を有した先行刃が地山に摺接して形成した筋状の切削軌
   跡を擦るような位置に設けられていることを特徴とする
   シールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記楔型削刃を有した先行刃、若しくは
   幅狭平型削刃を有した先行刃と、前記平型削刃を有した
   先行刃とは、異なる支持腕上に植設されていることを特
   徴とする請求項１記載のシールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記平型削刃を有した先行刃と、前記楔
   型削刃、若しくは幅狭平型削刃を有した先行刃はそれぞ
   れ同一の支持腕上に一定の間隔を有して多数植設されて
   いることを特徴とする請求項１、または請求項２記載の
   シールド掘進機。