JP2001003686A - シールド掘進機およびシールド掘進方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ノムスト工法において効率良く掘進作業を実施
することの可能なシールド掘進機およびシールド掘進方
法を提供する。 【解決手段】シールド掘進機１は、カッタヘッド１０に
円周溝形成用チェーンカッタ２０Ａ〜２０Ｄと放射溝形
成用チェーンカッタ３０Ａ〜３０Ｄとを格納自在に設
け、切羽の表面に円周溝Ｒ(ａ)〜Ｒ(ｋ)と放射溝Ｌ，Ｌ
…とにより囲まれた複数のブロックＢ，Ｂ…を形成し、
切羽をブロック状に分割して取り込む。シールド掘進方
法は、シールド掘進機１のカッタヘッド１０に設けた円
周溝形成用チェーンカッタ２０Ａ〜２０Ｄにより切羽の
表面に円周溝Ｒ(ａ)〜Ｒ(ｋ)を形成する工程と、カッタ
ヘッド１０に設けた放射溝形成用チェーンカッタ３０Ａ
〜３０Ｄにより切羽の表面に放射溝Ｌ，Ｌ…を形成する
工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機お
よびシールド掘進方法に関するもので、詳しくはノムス
ト工法によるトンネル施工工事に適用して有効なシール
ド掘進機およびシールド掘進方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネル施工工事に使用されるシールド
掘進機は、その先端に回転するカッタヘッド(カッタデ
ィスク)を具備し、このカッタヘッドの前面には複数の
カッタビットが設けられている。トンネル施工工事に際
して、シールド掘進機はカッタヘッドを回転させながら
発進立坑から発進し、途中の地山を通過して到達立坑ま
でを掘進する。一方、トンネル施工工事における工法の
一つとして、発進立坑(到達立坑)における封止壁のう
ち、上記シールド掘進機が通過する箇所をカッタヘッド
によって掘削可能なノムスト壁で構成し、このノムスト
壁をカッタヘッドにより掘削してシールド掘進機の発進
(到達)を行うことで、トンネルの施工に際して地盤改良
の省略を可能としたノムスト工法が実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したノ
ムスト工法におけるノムスト壁は、例えば炭素繊維の繊
維強化プラスチックから成るストランドと、切断可能な
骨材のコンクリートとから構成されており、その一軸圧
縮強度が８５０ｋｇ／平方ｃｍ前後の非常に堅い素材で
ある。このため、シールド掘進機よってノムスト壁を掘
削する際、ノムスト壁に対するカッタビットの切込みは
極く小さく、シールド掘進機における掘進速度が極めて
遅いものとなり、例えば厚さが１ｍのノムスト壁を貫通
させるのに、１週間前後の作業時間を必要としている。
さらに、シールド掘進機によってノムスト壁を掘削する
際に、ストランド（炭素繊維の繊維強化プラスチック）
がカッタビットの周囲に絡み付いた場合、シールド掘進
機による掘進を中断してストランドをカッタビットから
除去する必要があり、これによって作業効率の低下を招
いてしまう不都合があった。本発明は上記実状に鑑み
て、ノムスト工法によるトンネル施工工事の掘進作業を
効率良く実施することの可能なシールド掘進機およびシ
ールド掘進方法の提供を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段および効果】上記目的を達
成するべく、請求項１の発明に関わるシールド掘進機
は、カッタヘッドの正面に格納自在に設けられ、切羽の
表面にカッタヘッドの周方向に沿って延びる円周溝を形
成する円周溝形成用チェーンカッタと、カッタヘッドの
正面に格納自在に設けられ、切羽の表面にカッタヘッド
の径方向に沿って延びる放射溝を形成する放射溝形成用
チェーンカッタとを具備し、カッタヘッドに対向する切
羽の表面に、円周溝と放射溝とによって囲まれた複数の
ブロックを形成し、切羽をブロック状に分割して取り込
むよう構成している。上記シールド掘進機によれば、円
周溝形成用チェーンカッタと放射溝形成用チェーンカッ
タとによって切羽の表面に複数のブロックを形成し、切
羽を従来のカッタビットによる切削ではなくブロックと
して回収することで、トンネル施工工事の掘進作業を効
率良く実施することが可能となる。また、上記シールド
掘進機によれば、ノムスト壁におけるストランドは、円
周溝形成用チェーンカッタおよび放射溝形成用チェーン
カッタにより容易に切断され、各々のチェーンカッタに
対して不用意に絡まることがないので、従来のストラン
ドの除去に伴う煩雑な作業を必要とせず、もってトンネ
ル施工工事の掘進作業を効率良く実施することが可能と
なる。

【０００５】請求項２の発明に関わるシールド掘進機
は、請求項１の発明に関わるシールド掘進機において、
円周溝形成用チェーンカッタにより切羽に形成された円
周溝に喰い込んで、切羽からブロックを剥離させる楔形
カッタを、カッタヘッドの正面に設けたことを特徴とし
ている。上記シールド掘進機によれば、楔形カッタを切
羽の円周溝に喰い込ませることにより、切羽に形成され
たブロックを切羽から確実に剥離させることができ、も
って切羽からブロックが確実に回収されることにより、
トンネル施工工事の掘進作業を効率良く実施することが
可能となる。

【０００６】請求項３の発明に関わるシールド掘進方法
は、シールド掘進機のカッタヘッドに設けた円周溝形成
用チェーンカッタにより、切羽の表面にカッタヘッドの
周方向に沿って延びる円周溝を形成する工程と、カッタ
ヘッドに設けた放射溝形成用チェーンカッタにより、切
羽の表面にカッタヘッドの径方向に沿って延びる放射溝
を形成する工程とを含み、カッタヘッドに対向する切羽
の表面に、円周溝と放射溝とにより囲まれた複数のブロ
ックを形成し、切羽をブロック状に分割して取り込んで
いる。上記シールド掘進方法によれば、円周溝形成用チ
ェーンカッタと放射溝形成用チェーンカッタとによって
切羽の表面に複数のブロックを形成し、切羽を従来のカ
ッタビットによる切削ではなくブロックとして回収する
ことで、トンネル施工工事の掘進作業を効率良く実施す
ることが可能となる。また上記シールド掘進方法によれ
ば、ノムスト壁におけるストランドは、円周溝形成用チ
ェーンカッタおよび放射溝形成用チェーンカッタにより
容易に切断され、各々のチェーンカッタに対して不用意
に絡まることがないので、従来のストランドの除去に伴
う煩雑な作業を必要とせず、もってトンネル施工工事の
掘進作業を効率良く実施することが可能となる。

【０００７】請求項４の発明に関わるシールド掘進方法
は、請求項１の発明に関わるシールド掘進方法におい
て、シールド掘進機のカッタヘッドに設けた楔形カッタ
を、円周溝形成用チェーンカッタにより切羽に形成され
た円周溝に喰い込ませて、切羽からブロックを剥離させ
ることを特徴としている。上記シールド掘進方法によれ
ば、楔形カッタを切羽の円周溝に喰い込ませることによ
り、切羽に形成されたブロックを切羽から確実に剥離さ
せることができ、もって切羽からブロックが確実に回収
されることにより、トンネル施工工事の掘進作業を効率
良く実施することが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、実施例を示す図面に基づい
て、本発明を詳細に説明する。図１および図２に示す如
く、本発明に関わるシールド掘進機１は、掘進機本体１
Ａと、該推進器本体１Ａの前端部に設けられたカッタヘ
ッド１０とを具備している。

【０００９】上記カッタヘッド１０は、互いに直交する
方向に延びる４本のスポーク１１，１１…と、各スポー
ク１１の間を塞ぐ扇形状の面板１２，１２…とを有し、
各スポーク１１と各面板１２との間には、掘削土を取込
むためのカッタスリット１３が設けられている。

【００１０】また、カッタヘッド１０における各スポー
ク１１の両縁部には、それぞれ多数個のカッタビット１
４，１４…が設けられており、さらにカッタヘッド１０
の中央部にはセンタカッタ１５が設けられている。

【００１１】上記カッタヘッド１０は、掘進機本体１Ａ
に設けられた駆動モータ(駆動機構)２によって駆動回転
される。なお、上記カッタヘッド１０は、掘進作業中に
おけるシールド掘進機１の方向制御やローリング防止を
目的として、右回転／左回転のどちらの方向にも駆動回
転し得るように構成されている。

【００１２】また、上述したシールド掘進機１は、密閉
シールドとして泥水シールドを採用しており、図１に示
す如く掘進機本体１Ａの前部に設けたチャンバー３に
は、送泥管４および排泥管５が接続されている。

【００１３】なお、密閉シールドとして土圧シールドを
採用することも可能であり、この場合には送泥管４およ
び排泥管５に換えて、スクリューコンベア(図示せず)を
用いて排土するように構成されることは言うまでもな
い。

【００１４】一方、図２から図４に示す如く、シールド
掘進機１におけるカッタヘッド１０の各スポーク１１，
１１…には、チェーンソーによって構成された円周溝形
成用チェーンカッタ（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０
Ｄ）と、放射溝形成用チェーンカッタ（３０Ａ，３０
Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ）とが設けられている。

【００１５】ここで、各チェーンカッタを構成するチェ
ーンソーは、ガイドバーの周囲を高速で回転するチェー
ンに取付けた切刃により対象物を切断する装置であり、
コンクリートや鉄筋の切断作業を実践している実績があ
ることは言うまでもない。

【００１６】図２中の左方に位置するスポーク１１(Ａ)
には、第１の円周溝形成用チェーンカッタ２０Ａ（以
下、第１円周溝カッタ２０Ａと称する）が設けられてい
る。図２中の上方に位置するスポーク１１(Ｂ)には、第
２の円周溝形成用チェーンカッタ２０Ｂ（以下、第２円
周溝カッタ２０Ｂと称する）が設けられている。図２中
の下方に位置するスポーク１１(Ｃ)には、第３の円周溝
形成用チェーンカッタ２０Ｃ（以下、第３円周溝カッタ
２０Ｃと称する）が設けられている。図２中の右方に位
置するスポーク１１(Ｄ)には、第４の円周溝形成用チェ
ーンカッタ２０Ｄ（以下、第４円周溝カッタ２０Ｄと称
する）が設けられている。

【００１７】上記第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円周溝
カッタ２０Ｄは、カッタヘッド１０の回転に伴って、切
羽の表面にカッタヘッド１０の周方向に沿って延びる円
周溝を形成するものであり、ガイドバーがカッタヘッド
１０の回転軸方向に延び、かつチェーンの回転面がカッ
タヘッド１０の回転方向に沿った態様で設けられてい
る。

【００１８】また、上記第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４
円周溝カッタ２０Ｄは、カッタヘッド１０の中心からの
設置位置が互いに相違している。すなわち、カッタヘッ
ド１０の中心に最も近い位置に第１円周溝カッタ２０Ａ
が設けられ、次いで第２円周溝カッタ２０Ｂ、第３円周
溝カッタ２０Ｃ、第４円周溝カッタ２０Ｄの順にカッタ
ヘッド１０の径外方向に位置している。

【００１９】さらに、上記第１円周溝カッタ２０Ａ〜第
４円周溝カッタ２０Ｄは、それぞれカッタヘッド１０の
径方向にシフトされた複数の稼働位置に占位することが
可能である。すなわち、第１円周溝カッタ２０Ａは図４
に示すａ，ｂ，ｃの３位置、第２円周溝カッタ２０Ｂは
図３に示すｄ，ｅ，ｆの３位置、第３円周溝カッタ２０
Ｃは図４に示すｇ，ｈ，ｉの３位置、第４円周溝カッタ
２０Ｄは図３に示すｊ，ｋの２位置にそれぞれ変位が可
能である。

【００２０】図５および図６に示す如く、第２円周溝カ
ッタ２０Ｂは、スポーク１１(Ｂ)の内部に収容されたス
ライドフレーム２１に、カッタヘッド１０の回転軸（図
３，４中のｏ−ｏ線）方向にスライド自在に支承されて
おり、上記スライドフレーム２１は、スポーク１１(Ｂ)
の内部に設けられた４本のガイドロッド２２，２２…に
より、カッタヘッド１０の径方向に沿ってスライド自在
に支承されている。

【００２１】また、上記第２円周溝カッタ２０Ｂは、ス
ライドフレーム２１との間に設けられた出没用シリンダ
アクチュエータ２３によって、図６(ａ)に示す如くスポ
ーク１１(Ｂ)の開口１１ｏを貫通した突出位置と、図６
(ｂ)に示す如くスポーク１１(Ｂ)の内部に収容された格
納位置との間を移動するよう構成されている。

【００２２】さらに、上記第２円周溝カッタ２０Ｂは、
スポーク１１(Ｂ)とスライドフレーム２１との間に設け
られた変位用シリンダアクチュエータ２４によって、カ
ッタヘッド１０の径方向に平行移動して、上述した図３
に示すｄ，ｅ，ｆの３位置に選択的に占位するよう構成
されている。

【００２３】第１円周溝カッタ２０Ａも、上述した第２
円周溝カッタ２０Ｂと同一の態様でスポーク１１(Ａ)に
設置され、突出位置と格納位置との間を移動し得るとと
もに、図４に示すａ，ｂ，ｃの３位置に選択的に占位す
るように構成されている。

【００２４】また、第３円周溝カッタ２０Ｃも、上述し
た第２円周溝カッタ２０Ｂと同一の態様でスポーク１１
(Ｃ)に設置され、突出位置と格納位置との間を移動し得
るとともに、図３に示すｇ，ｈ，ｉの３位置に選択的に
占位するように構成されている。

【００２５】一方、図７および図８に示す如く、第４円
周溝カッタ２０Ｄは、スポーク１１(Ｄ)の内部に収容さ
れたスライドフレーム２５に、カッタヘッド１０の回転
軸方向にスライド自在に支承されており、上記スライド
フレーム２５は該スライドフレーム２５の後部に設けた
支軸２５ａ，２５ａにより、カッタヘッド１０の径方向
に沿って揺動自在に支承されている。

【００２６】なお、上記スライドフレーム２５の前部
は、球面支持体２６，２６を介してスポーク１１(Ｄ)に
立設されたガイドロッド２７，２７により、カッタヘッ
ド１０の径方向に沿ってスライド自在に支承されてい
る。

【００２７】また、上記第４円周溝カッタ２０Ｄは、ス
ライドフレーム２５との間に設けられた出没用シリンダ
アクチュエータ２８によって、図８(ａ)に示す如くスポ
ーク１１(Ｄ)の開口１１ｏを貫通した突出位置と、図８
(ｂ)に示す如くスポーク１１(Ｄ)の内部に収容された格
納位置との間を移動するよう構成されている。

【００２８】さらに、上記第４円周溝カッタ２０Ｄは、
スポーク１１(Ｄ)とスライドフレーム２５との間に設け
られた変位用シリンダアクチュエータ２９によって、カ
ッタヘッド１０の径方向に揺動して、上述した図４に示
すｊ，ｋの２位置に選択的に占位するよう構成されてい
る。

【００２９】図２中の下方に位置するスポーク１１(Ｃ)
には、第１の放射溝形成用チェーンカッタ３０Ａ（以
下、第１放射溝カッタ３０Ａと称する）が設けられてい
る。図２中の右方に位置するスポーク１１(Ｄ)には、第
２の放射溝形成用チェーンカッタ３０Ｂ（以下、第２放
射溝カッタ３０Ｂと称する）が設けられている。図２中
の左方に位置するスポーク１１(Ａ)には、第３の放射溝
形成用チェーンカッタ３０Ｃ（以下、第３放射溝カッタ
３０Ｃと称する）が設けられている。図２中の上方に位
置するスポーク１１(Ｂ)には、第４の放射溝形成用チェ
ーンカッタ３０Ｄ（以下、第４放射溝カッタ３０Ｄと称
する）が設けられている。

【００３０】上記第１放射溝カッタ３０Ａ〜第４放射溝
カッタ３０Ｄは、切羽の表面にカッタヘッド１０の径方
向に沿って延びる放射溝を形成するものであり、チェー
ンの回転面がカッタヘッド１０の径方向に沿った態様で
設けられている。

【００３１】また、上記第１放射溝カッタ３０Ａ〜第４
放射溝カッタ３０Ｄは、カッタヘッド１０の中心からの
設置位置が各々相違している。すなわち、カッタヘッド
１０の中心に最も近い位置に第１放射溝カッタ３０Ａが
設けられており、次いで第２放射溝カッタ３０Ｂ、第３
放射溝カッタ３０Ｃ、第４放射溝カッタ３０Ｄの順にカ
ッタヘッド１０の径外方向に位置している。

【００３２】図５および図９に示すように、第４放射溝
カッタ３０Ｄは、スポーク１１(Ｂ)との間に設けられた
揺動用シリンダアクチュエータ３１により、図９におい
て実線で示す如くスポーク１１(Ｂ)の開口１１ｏを貫通
して突出した展開位置と、図９において鎖線で示す如く
スポーク１１(Ｂ)の内部に収容された格納位置との間を
揺動するよう構成されている。

【００３３】また、第１放射溝カッタ３０Ａも、上述し
た第４放射溝カッタ３０Ｄと同一の態様でスポーク１１
(Ｃ)に設置され、展開位置と格納位置との間を移動する
よう構成されており、さらに第２放射溝カッタ３０Ｂお
よび第３放射溝カッタ３０Ｃも、上述した第４放射溝カ
ッタ３０Ｄと同一の態様で、スポーク１１(Ｄ)およびス
ポーク１１(Ａ)に設置され、展開位置と格納位置との間
を移動するよう構成されている。

【００３４】一方、図２に示す如く、カッタヘッド１０
の中央域および各面板１２，１２…には、多数の楔形カ
ッタ１６，１６…が固定設置されている。これらの楔形
カッタ１６，１６…は、カッタヘッド１０の回転に伴う
第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄの軌
跡上に、それぞれ複数個ずつ配設されている。

【００３５】図１０に示す如く楔形カッタ１６は、先端
部および両側縁部がテーパ状に形成されたプレート状の
部材であり、基部の肉厚ｔが約２０mm、幅ｗが約１００
mmに設定され、その長手方向を第１円周溝カッタ２０Ａ
〜第４円周溝カッタ２０Ｄの軌跡に倣わせる態様で設置
されている。

【００３６】また、楔形カッタ１６の高さＨは約１５０
mmに設定されており、高さＨａが約６５mmに設定されて
いるカッタービット１４よりも、突出寸法Ｈｂが約８５
mmとなるように構成されている。

【００３７】上述の如き構成のシールド掘進機１によっ
て、発進立坑における封止壁の一部を構成しているノム
スト壁を掘削するには、先ずノムスト壁にカッタヘッド
１０を対向させた状態でシールド掘進機１をセッティン
グする。

【００３８】この際、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円
周溝カッタ２０Ｄ、および第１放射溝カッタ３０Ａ〜第
４放射溝カッタ３０Ｄは、それぞれカッタヘッド１０か
ら突出することのない格納位置に占位させておく。

【００３９】シールド掘進機１をセッティングしたの
ち、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄ
を突出位置に前進させて、ノムスト壁を第１円周溝カッ
タ２０Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄにより突っ切る。

【００４０】このとき、図１１(ａ)に示す如く、第１円
周溝カッタ２０Ａを位置ａ、第２円周溝カッタ２０Ｂを
位置ｄ、第３円周溝カッタ２０Ｃを位置ｇ、第４円周溝
カッタ２０Ｄを位置ｊに占位させておく。

【００４１】第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円周溝カッ
タ２０Ｄをノムスト壁に突き入れたのち、カッタヘッド
１０を低速で旋回(一回転)させることによって、図１１
(ｂ)に示す如く、切羽Ｗの表面に円周溝Ｒ(ａ)、Ｒ
(ｄ)、Ｒ(ｇ)、Ｒ(ｊ)が形成される。

【００４２】次いで、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円
周溝カッタ２０Ｄを、カッタヘッド１０に一旦格納し、
図１２(ａ)に示す如く、第１円周溝カッタ２０Ａを位置
ｂ、第２円周溝カッタ２０Ｂを位置ｅ、第３円周溝カッ
タ２０Ｃを位置ｈ、第４円周溝カッタ２０Ｄを位置ｋへ
移動させたのち、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円周溝
カッタ２０Ｄを突出位置に前進させてノムスト壁を突っ
切る。

【００４３】こののち、カッタヘッド１０を低速で旋回
(一回転)させることにより、図１２(ｂ)に示す如く、切
羽Ｗの表面に新たに円周溝Ｒ(ｂ)、Ｒ(ｅ)、Ｒ(ｈ)、Ｒ
(ｋ)が形成される。

【００４４】次いで、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円
周溝カッタ２０Ｄを、カッタヘッド１０に一旦格納し、
図１３(ａ)に示す如く、第１円周溝カッタ２０Ａを位置
ｃ、第２円周溝カッタ２０Ｂを位置ｆ、第３円周溝カッ
タ２０Ｃを位置ｉへ移動させたのち、第１円周溝カッタ
２０Ａ〜第３円周溝カッタ２０Ｃを突出位置に前進させ
てノムスト壁を突っ切る。

【００４５】こののち、カッタヘッド１０を低速で旋回
(一回転)させることにより、図１３(ｂ)に示す如く、切
羽Ｗの表面に新たに円周溝Ｒ(ｃ)、Ｒ(ｆ)、Ｒ(ｉ)が形
成される。

【００４６】なお、切羽Ｗに形成された円周溝Ｒ(ａ)〜
円周溝Ｒ(ｋ)における、各々の溝の幅(スリット幅)は約
６mm、溝の深さは約２００mmに設定されている。また、
円周溝Ｒ(ａ)〜円周溝Ｒ(ｋ)における、隣り合う溝の間
隔(ピッチ)は約１００mmに設定されている。

【００４７】切羽Ｗの表面に円周溝Ｒ(ａ)〜円周溝Ｒ
(ｋ)を形成したのち、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円
周溝カッタ２０Ｄを、各々カッタヘッド１０に格納す
る。

【００４８】次いで、図１４(ａ)に示す第１放射溝カッ
タ３０Ａ〜第４放射溝カッタ３０Ｄを、それぞれ格納位
置から展開位置へ揺動させてノムスト壁を突っ切り、再
び格納位置へ揺動させる。

【００４９】上述した第１放射溝カッタ３０Ａ〜第４放
射溝カッタ３０Ｄでノムスト壁を突っ切る動作を、カッ
タヘッド１０を所定ピッチ(実施例では１０°)回転させ
る毎に繰り返して、上記カッタヘッド１０を一回転させ
ることにより、図１４(ｂ)に示す如く切羽Ｗの表面に多
数の放射溝Ｌ，Ｌ…が形成される。なお、放射溝Ｌ，Ｌ
…の幅(スリット幅)は約６mm、溝の深さは約２００mmに
設定されている。

【００５０】上述の如く、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第
４円周溝カッタ２０Ｄによって円周溝Ｒ(ａ)〜円周溝Ｒ
(ｋ)を形成するとともに、第１放射溝カッタ３０Ａ〜第
４放射溝カッタ３０Ｄによって放射溝Ｌ，Ｌ…を形成す
ることにより、ノムスト壁Ｗの表面には図１５に示す如
く、円周溝Ｒ(ａ)〜円周溝Ｒ(ｋ)と放射溝Ｌ，Ｌ…とに
囲まれて約１００mm×２００mmに分割された、複数のブ
ロックＢ，Ｂ…が形成されることとなる。

【００５１】上述した如く、切羽Ｗの表面に複数個のブ
ロックＢ，Ｂ…を形成したのち、第１円周溝カッタ２０
Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄ、および第１放射溝カッタ
３０Ａ〜第４放射溝カッタ３０Ｄの全てを格納した状態
において、カッタヘッド１０を旋回させつつシールド掘
進機１を前進させる。

【００５２】これにより、図１６に示す如く円周溝Ｒに
楔形カッタ１６が喰い込み、上記円周溝Ｒが押し広げら
れることでブロックＢの基部にクラックが入る。ここ
で、各々の円周溝Ｒに対して楔形カッタ１６が食い込む
ことにより、切羽ＷからブロックＢが完全に分離され、
各ブロックＢ，Ｂ…は約１００mm×２００mm×２００mm
の固まりとして切羽から剥離される。

【００５３】ここで、楔形カッタ１６，１６…により切
羽Ｗから剥離されたブロックＢ，Ｂ…は、図２に示すカ
ッタヘッド１０のカッタスリット１３からシールド掘進
機１に取り込まれて処理される。

【００５４】切羽Ｗの表面から全てのブロックＢ，Ｂ…
が剥離・回収されたのち、シールド掘進機１の前進を停
止させ、以下、上述した第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４
円周溝カッタ２０Ｄによる円周溝Ｒ(ａ)〜Ｒ(ｋ)の形
成、第１放射溝カッタ３０Ａ〜第４放射溝カッタ３０Ｄ
による放射溝Ｌ，Ｌ…の形成、および楔形カッタ１６，
１６…によるブロックＢ，Ｂ…の剥離・回収を、発進立
坑のノムスト壁を貫通するまで繰り返す。

【００５５】上述した如く、切羽を従来のカッタビット
による切削ではなく、ブロックとして回収することで、
トンネル施工工事の掘進作業を、従来の工法に比較して
効率良く実施することができる。

【００５６】なお、上述した実施例では、切羽に全ての
円周溝を形成したのち放射溝を形成しているが、例えば
カッタヘッド１０を旋回させて円周溝を形成しつつ、所
定ピッチ(所定の旋回角度)毎にカッタヘッド１０を一旦
停止させて放射溝を形成する等、切羽の表面に複数個の
ブロックＢ，Ｂ…を形成するに際しては、第１円周溝カ
ッタ２０Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄによる円周溝の形
成と、第１放射溝カッタ３０Ａ〜第４放射溝カッタ３０
Ｄによる放射溝の形成とを、適宜に組み合わせて実施し
得ることは言うまでもない。

【００５７】また、上述したシールド掘進機１では、カ
ッタヘッド１０に設けた楔形カッタ１６，１６…により
切羽からブロックＢ，Ｂ…を剥離させているが、カッタ
ヘッド１０に楔形ヘッドを設けることなく、カッタヘッ
ド１０のカッタビット１４，１４…よって、切羽からブ
ロックＢ，Ｂ…を剥離させるように構成することも可能
である。

【００５８】シールド掘進機１がノムスト壁を貫通した
のちは、全てカッタヘッド１０の内部に格納した状態に
おいて、旋回するカッタヘッド１０のカッタビットによ
って地山を掘進する。

【００５９】また、地山を掘進してシールド掘進機１が
到達立坑に達した際、上述した発進立坑におけるノムス
ト壁の掘削と同様に、シールド掘進機１によって到達立
坑のノムスト壁を掘削・貫通させることができる。

【００６０】なお、上述した構成のシールド掘進機１に
よれば、地山を掘進するシールド掘進機１のコース上に
障害物が有った場合、第１円周溝カッタ２０Ａ〜第４円
周溝カッタ２０Ｄ、および第１放射溝カッタ３０Ａ〜第
４放射溝カッタ３０Ｄで、切羽を多数個のブロックに分
断し、シールド掘進機１に取り込むことにより障害物を
排除することが可能である。

【００６１】また、上述した構成のシールド掘進機１に
よれば、ノムスト壁を掘削するに際して、第１円周溝カ
ッタ２０Ａ〜第４円周溝カッタ２０Ｄ、および第１放射
溝カッタ３０Ａ〜第４放射溝カッタ３０Ｄで切断してい
るので、ノムスト壁をカッタビットによって切削してい
る従来の工法に比較して振動・騒音が極めて小さく、市
街地でのトンネル施工工事において極めて有効である。

【００６２】図１７〜図２０は、本発明に関わるシール
ド掘進機の他の実施例であり、このシールド掘進機１′
のカッタヘッド１０′には、スポーク１１(Ｂ)′に１台
の円周溝形成用チェーンカッタ２０′が設けられ、かつ
スポーク１１(Ｃ)′に１台の放射溝形成用チェーンカッ
タ３０′が設けられている。一方、上記カッタヘッド１
０′には、先に説明したシールド掘進機１のカッタヘッ
ド１０における楔形カッタ１６(図２参照)が設けられて
ない。

【００６３】ここで、上述したカッタヘッド１０′は、
円周溝形成用チェーンカッタ２０′と放射溝形成用チェ
ーンカッタ３０′とが設けられた構成、楔形カッタ１６
が設けられていない構成以外、図２に示したシールド掘
進機１のカッタヘッド１０と基本的に同一なので、図１
７において図２と同一の符号に′(ダッシュ)を附すこと
で詳細な説明は省略する。また、シールド掘進機１′に
おけるカッタヘッド１０′以外の構成は、先に説明した
シールド掘進機１と基本的に変わるところはない。

【００６４】図１８および図１９に示す如く、円周溝形
成用チェーンカッタ２０′（以下、円周溝カッタ２０′
と称する）は、スポーク１１(Ｂ)′の内部に収容された
スライドフレーム２１′に、カッタヘッド１０′の回転
軸(図１８中のｏ′−ｏ′線)方向にスライド自在に支承
され、スライドフレーム２１′との間に設けられた出没
用シリンダアクチュエータ（図示せず）によって、スポ
ーク１１(Ｂ)′の開口１１ｏ′を貫通した突出位置（実
線、一点鎖線）と、スポーク１１(Ｂ)′の内部に収容さ
れた格納位置（二点差線）との間を移動するよう構成さ
れている。

【００６５】また、スライドフレーム２１′に支持され
ている円周溝カッタ２０′は、スポーク１１(Ｂ)′の内
部に設けられたロッドレスシリンダ等から成る移動用ア
クチュエータ２２′により、スライドフレーム２１′を
支持する支持フレーム２３′を介して、カッタヘッド１
０′の径方向に沿って、周外位置（実線）と周内位置
（一点鎖線）との間を移動するように構成されている。

【００６６】一方、図１８および図２０に示すように、
放射溝形成用チェーンカッタ３０′(以下、放射溝カッ
タ３０′と称する)は、支持フレーム３２′との間に設
けられた揺動用シリンダアクチュエータ３１′により、
スポーク１１(Ｂ)′の開口１１ｏ′を貫通して突出した
展開位置（実線、一点鎖線）と、スポーク１１(Ｂ)′の
内部に収容された格納位置（二点差線）との間を揺動す
るよう構成されている。

【００６７】また、支持フレーム３２′に支持されてい
る放射溝カッタ３０′は、スポーク１１(Ｂ)′の内部に
設けられたロッドレスシリンダ等から成る移動用アクチ
ュエータ３３′により、カッタヘッド１０′の径方向に
沿って、周外位置（実線）と周内位置（一点鎖線）との
間を移動するように構成されている。

【００６８】上述の如き構成のシールド掘進機１′によ
ってノムスト壁を掘削するには、先ずノムスト壁にカッ
タヘッド１０′を対向させた状態でシールド掘進機１を
セッティングする。この際、円周溝カッタ２０′および
放射溝カッタ３０′は、各々カッタヘッド１０′から突
出することのない格納位置に占位させておく。

【００６９】次いで、図２１(ａ)に示す円周溝カッタ２
０′を、周外位置において突出位置に前進させ、該円周
溝カッタ２０′をノムスト壁に突き入れたのち、カッタ
ヘッド１０′を低速で旋回させつつ、円周溝カッタ２
０′を周外位置から周内位置へ移動させることにより、
図２１(ｂ)に示す如く切羽Ｗ′の表面に渦巻き状の円周
溝Ｒ′を形成する。

【００７０】なお、切羽Ｗ′に形成された円周溝Ｒ′の
幅(スリット幅)は約６mm、溝の深さは約２００mmに設定
されており、また渦巻き状の円周溝Ｒ′における隣り合
う溝の間隔(ピッチ)は約１００mmに設定されている。

【００７１】切羽Ｗ′の表面に円周溝Ｒ′を形成したの
ち、円周溝カッタ２０′をカッタヘッド１０′に格納
し、この状態において図２２(ａ)に示す放射溝カッタ３
０′を周外位置において格納位置から展開位置へ揺動さ
せてノムスト壁を突っ切り、次いで周内位置へ移動させ
たのち格納位置へ揺動させる。

【００７２】上述した放射溝カッタ３０′によってノム
スト壁に溝を形成する動作を、カッタヘッド１０′を所
定ピッチ(実施例では１０°)回転させる毎に繰り返し
て、上記カッタヘッド１０を一回転させることにより、
図２２(ｂ)に示す如く切羽Ｗ′の表面に多数の放射溝
Ｌ′，Ｌ′…を形成する。なお、放射溝Ｌ′，Ｌ′…の
幅(スリット幅)は約６mm、溝の深さは約２００mmに設定
されている。

【００７３】上述の如く、円周溝カッタ２０′によって
円周溝Ｒ′を形成するとともに、放射溝カッタ３０′に
よって放射溝Ｌ′，Ｌ′…を形成することにより、ノム
スト壁Ｗ′の表面には図２３に示す如く、円周溝Ｒ′と
放射溝Ｌ′，Ｌ′…とに囲まれて約１００mm×２００mm
に分割された、複数のブロックＢ′，Ｂ′…が形成され
る。

【００７４】上述の如く、切羽Ｗ′の表面に複数個のブ
ロックＢ′，Ｂ′…を形成したのち、円周溝カッタ２
０′と放射溝カッタ３０′とを格納した状態において、
カッタヘッド１０′を旋回させつつシールド掘進機１′
を前進させる。

【００７５】これにより、カッタヘッド１０′に設けら
れたカッタビット１４′，１４′…によって、各ブロッ
クＢ′，Ｂ′…が約１００mm×２００mm×２００mmの固
まりとして切羽Ｗ′から掻き落とされ、切羽Ｗ′から剥
離されたブロックＢ′，Ｂ′…は、カッタヘッド１０′
のカッタスリット１３′からシールド掘進機１′に取り
込まれて処理される。

【００７６】切羽Ｗ′の表面から全てのブロックＢ′，
Ｂ′…が剥離・回収されたのち、シールド掘進機１′の
前進を停止させ、以下、上述した円周溝カッタ２０′に
よる円周溝Ｒ′の形成、放射溝カッタ３０′による放射
溝Ｌ′，Ｌ′…の形成、およびカッタヘッド１０′の旋
回によるブロックＢ′，Ｂ′…の剥離・回収を、発進立
坑のノムスト壁を貫通するまで繰り返す。

【００７７】なお、切羽Ｗ′の表面に複数個のブロック
Ｂ′，Ｂ′…を形成するに際して、円周溝カッタ２０′
による円周溝の形成と、放射溝カッタ３０′による放射
溝の形成とを、適宜に組み合わせて実施し得ることは言
うまでもない。

【００７８】上述した構成のシールド掘進機１′によれ
ば、先に説明したシールド掘進機１と同様に、トンネル
施工工事の掘進作業を、従来の工法に比較して効率良く
実施することができる。

【００７９】また、上述した構成のシールド掘進機１′
では、円周溝形成用チェーンカッタと放射溝形成用チェ
ーンカッタとを１台ずつ備えているのみなので、円周溝
形成用チェーンカッタと放射溝形成用チェーンカッタと
を４台ずつ備えている先のシールド掘進機１に比較し
て、構造および制御の簡易化を達成することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わるシールド掘進機の一部を破断し
て示す全体側面図。

【図２】本発明に関わるシールド掘進機のカッタヘッド
を示す正面図。

【図３】カッタヘッドの内部構造を概念的に示す図２中
のIII−III線断面図。

【図４】カッタヘッドの内部構造を概念的に示す図２中
のIV−IV線断面図。

【図５】スポークを破断して示すカッタヘッドの要部正
面図。

【図６】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッタ
の移動機構を示す図５中の水平断面図。

【図７】スポークを破断して示すカッタヘッドの要部正
面図。

【図８】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッタ
の移動機構を示す図７中の水平断面図。

【図９】放射溝形成用チェーンカッタの移動機構を示す
図５中の縦断面図。

【図１０】(ａ)、(ｂ)および(ｃ)は楔形カッタを示す外
観図。

【図１１】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および円周溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図１２】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および円周溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図１３】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および円周溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図１４】(ａ)および(ｂ)は放射溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および放射溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図１５】切羽に形成された円周溝および放射溝とブロ
ックとを示す概念図。

【図１６】(ａ)および(ｂ)は切羽に形成されたブロック
を楔形カッタによって剥離させる態様を示す概念図。

【図１７】本発明に関わる他のシールド掘進機における
カッタヘッドを示す正面図。

【図１８】カッタヘッドの内部構造を概念的に示す図１
７中のXVIII−XVIII線断面図。

【図１９】円周溝形成用チェーンカッタの移動機構を示
す概念図。

【図２０】放射溝形成用チェーンカッタの移動機構を示
す概念図。

【図２１】(ａ)および(ｂ)は円周溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および円周溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図２２】(ａ)および(ｂ)は放射溝形成用チェーンカッ
タの位置態様および放射溝の形成態様を示すカッタヘッ
ドおよび切羽の概念図。

【図２３】切羽に形成された円周溝および放射溝とブロ
ックとを示す概念図。

【符号の説明】

１…シールド掘進機、 １０…カッタヘッド、 １１…スポーク、 １２…面板、 １６…楔形カッタ、 ２０Ａ…第１の円周溝形成用チェーンカッタ、 ２０Ｂ…第２の円周溝形成用チェーンカッタ、 ２０Ｃ…第３の円周溝形成用チェーンカッタ、 ２０Ｄ…第４の円周溝形成用チェーンカッタ、 ３０Ａ…第１の放射溝形成用チェーンカッタ、 ３０Ｂ…第２の放射溝形成用チェーンカッタ、 ３０Ｃ…第３の放射溝形成用チェーンカッタ、 ３０Ｄ…第４の放射溝形成用チェーンカッタ、 Ｒ(ａ)，Ｒ(ｂ)，Ｒ(ｃ)，Ｒ(ｄ)，Ｒ(ｅ)，Ｒ(ｆ)，Ｒ
(ｇ)，Ｒ(ｈ)，Ｒ(ｉ)，Ｒ(ｊ)，Ｒ(ｋ)…円周溝、 Ｌ…放射溝、 Ｂ…ブロック、 Ｗ…切羽。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタヘッドの正面に格納自在に設け
   られ、切羽の表面に上記カッタヘッドの周方向に沿って
   延びる円周溝を形成する円周溝形成用チェーンカッタ
   と、 上記カッタヘッドの正面に格納自在に設けられ、上記切
   羽の表面に上記カッタヘッドの径方向に沿って延びる放
   射溝を形成する放射溝形成用チェーンカッタとを具備
   し、 上記カッタヘッドに対向する切羽の表面に、上記円周溝
   と上記放射溝とによって囲まれた複数のブロックを形成
   し、上記切羽をブロック状に分割して取り込むことを特
   徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 上記カッタヘッドの正面に設けられ、
   上記円周溝形成用チェーンカッタにより上記切羽に形成
   された円周溝に喰い込んで、上記切羽から上記ブロック
   を剥離させる楔形カッタを備え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】 シールド掘進機のカッタヘッドに設け
   た円周溝形成用チェーンカッタにより、切羽の表面に上
   記カッタヘッドの周方向に沿って延びる円周溝を形成す
   る工程と、 上記カッタヘッドに設けた放射溝形成用チェーンカッタ
   により、上記切羽の表面に上記カッタヘッドの径方向に
   沿って延びる放射溝を形成する工程とを含み、 上記カッタヘッドに対向する切羽の表面に、上記円周溝
   と上記放射溝とにより囲まれた複数のブロックを形成
   し、上記切羽をブロック状に分割して取り込むことを特
   徴とするシールド掘進方法。
4. 【請求項４】 シールド掘進機のカッタヘッドに設け
   た楔形カッタを、上記円周溝形成用チェーンカッタによ
   り上記切羽に形成された円周溝に喰い込ませて、上記切
   羽から上記ブロックを剥離させることを特徴とする請求
   項３記載のシールド掘進方法。