JP2002194995A - シールドマシンにおけるカッタビットの交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安全で効率的なシールドマシンにおけるカッタ
ビットの交換方法を提供する。 【解決手段】 カッタヘッド３の外縁部に設置されたコ
ピーカッタ４の設置位置をスキンプレート５から貫入リ
ング２の内径部へ伸縮移動させ、貫入リング２の内径部
に設けられた嵌合溝へコピーカッタ４を嵌合させた後、
カッタヘッド３を回転させて貫入リング２を回転させる
とともに、貫入リング２を切羽方向に押し出しながら、
地盤改良体１０を切削する。ある一定距離で切削を停止
した後、カッタヘッド３をカッタヘッドスライド装置２
６によりシールドマシン１の躯体内に後退させ、貫入リ
ング２内において切羽１２とカッタヘッド３の間に空間
１１を設ける。空間１１を利用してカッタヘッド３の前
面に設置されたカッタビットの摩耗・欠損状況を確認
し、劣化が認められるカッタビットについて、交換作業
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドマシンに
おけるカッタビットの交換を好適に実施するための交換
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールドマシンによるトンネルの長距離
施工では、カッタヘッドの前面に配置されている複数の
カッタビットの摩耗・欠損が生じやすいため、施工の途
中段階においてこれらカッタビットの交換が必要になる
場合が多い。これまでに、複数のカッタビットを一連の
カートリッジと見立て、カートリッジごと交換する方法
や球体式シールドマシンを利用し、カッタヘッドを切羽
側から坑内側に回転させて摩耗・欠損が生じているカッ
タビットを交換する等の方法が採用されている。しか
し、カートリッジ式では交換の必要がないカッタビット
も同時に交換されることとなる、カッタヘッドの回転式
ではシールドマシン自体がコスト高となる等、デメリッ
トが生じる。このような中、もっとも多く実施されてい
る方法は、切羽を含む広い範囲を地盤改良し、シールド
マシンから地山部に位置するカッタヘッド前面に作業員
が出て、摩耗・欠損が生じているカッタビットを作業員
の手により交換する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、カッタビ
ットの交換には様々な方法が採用されているが、それぞ
れ一長一短ある場合が多く、現状でもっとも一般的に用
いられている方法で、カッタヘッド前面の地山部におい
て作業員が交換作業を行う方法は効率的であるが、作業
員の安全の確保が困難であり、安全確保のために切羽の
地盤改良範囲を大きくとる必要がある等、経済的とはい
えなかった。

【０００４】本発明は上述する課題を解決するもので、
カッタヘッド前面で作業員が交換作業を行う方法におい
て、地盤改良範囲を低減するとともに、作業員が地山部
に出るときの安全性を向上させることのできるシールド
マシンにおけるカッタビットの交換方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、切羽
を地盤改良し、その後カッタヘッドをスキンプレートの
前部に設けた貫入リング内に収まるように縮径させ、次
いで貫入リングを回転させつつ前進させて前記地盤改良
した切羽分に貫入させ、貫入リング内の前記カッタヘッ
ドを坑内側へ後退させて、切羽とカッタヘッドの間に空
間を形成し、この空間を利用してカッタヘッドの前面に
設置されているカッタビットの交換を行うことを特徴と
している。

【０００６】請求項２の発明は、シールドマシンのカッ
タビットの交換方法について、メンテナンスが必要な前
記カッタビットのみの交換を行うことを特徴としてい
る。

【０００７】請求項３の発明は、シールドマシンのカッ
タビットの交換方法において、切羽の安定性の状態に応
じて、切羽崩壊の防止手段を講じることを特徴としてい
る。 〔発明の詳細な説明〕

【０００８】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
シールドマシンの実施形態、および同シールドマシンに
おけるカッタビットの交換方法を順を追って示す。図
中、符号１はシールドマシン、２は貫入リング、３はカ
ッタヘッド、４はコピーカッタを示している。また、図
３は、シールドマシン１の前部に位置するカッタヘッド
３の詳細を示すものである。通常のトンネル掘進時には
（ａ）に示すようにコピーカッタ４がシールドマシン１
のスキンプレート５と同じ場所に位置しているが、カッ
タビット９の交換作業時には貫入リング２の内径に収ま
る位置にまでスキンプレート５の半径方向に伸縮移動し
ている。

【０００９】図４は、切羽１２が不安定で切羽崩壊の防
止手段を講じる必要が生じた際に、シールド工法毎によ
る切羽崩壊の防止手段を示したものである。

【００１０】本発明のシールドマシン１は、切羽１２を
掘削するためのカッタヘッド３と、カッタヘッド３を後
方から支持するシールド本体６と、シールド本体６に設
けられた貫入リング２と、シールド本体６の後方に連な
る筒状のスキンプレート５、から構成される。

【００１１】前記スキンプレート５は、カッタヘッド３
の後方に円筒状に連なるものであり、カッタヘッド３と
スキンプレート５は外径が同一となっている。このスキ
ンプレート５の内側には、セグメントが順次覆工されて
いく。

【００１２】前記シールド本体６内のスキンプレート５
の内側には、押圧ジャッキ（図示しない）が備えられて
いる。この押圧ジャッキは、スキンプレート５の内側に
順次覆工されていくセグメントを押圧し、その反力でシ
ールドマシンを掘進させるものである。

【００１３】前記カッタヘッド３は、円盤形状をなし、
その前面に配置された切羽１２を掘削するカッタビット
９と、スキンプレート５の半径方向に伸縮が可能な伸縮
ジャッキ７を介してカッタヘッド３の外縁部に設置され
てトンネルの外周部を掘削するコピーカッタ４、カッタ
ヘッドを前後方向へスライドさせるカッタヘッドスライ
ド装置２６、から構成される。

【００１４】該カッタヘッド３が回転することにより、
切羽１２と対向する位置に設けられたカッタビット９に
よって坑を掘進するようになっている。カッタヘッド３
の前面には土砂２５をシールド本体６内に取り込むため
の孔（図示省略）が設けられている。

【００１５】トンネル掘削時は、伸縮ジャッキ７が延伸
された状態で、コピーカッタ４がスキンプレート５と同
位置にあり、スキンプレート５とカッタヘッド３が同断
面となっているが、カッタビット９交換時には、伸縮ジ
ャッキ７が収縮されて、コピーカッタ４は前記貫入リン
グ２の内径部に位置し、カッタヘッド３全体が該貫入リ
ング２内に収まるように縮径される。

【００１６】一方、前記カッタヘッド３の回転動力部に
は、カッタヘッドスライド装置２６が設けられている。
該カッタヘッドスライド装置２６は、該カッタヘッド３
全体縮径されて該貫入リング２内に収まる状態時におい
て、該カッタヘッドスライド装置２６に設けられたジャ
ッキの伸縮により、該カッタヘッド３をシールド本体６
の前面からチャンパー１１ａの間でシールド本体６の前
後方向に移動させるものである。

【００１７】前記貫入リング２は、切羽１２の切削を補
助する切削用補助リング１８と、該切削用補助リング１
８をシールドマシン１から前方に押し出す押し出しリン
グ１９、とからなり、これらが断面鉤型に組み合わさっ
て貫入リング２を構成している。該貫入リング２は、ス
キンプレート５の前部に配置され、前端に切羽１２を切
削する貫入用カッタビット１７を有するとともに、前記
スキンプレート５に対して回転可能、かつ前後方向への
移動可能となっている。

【００１８】スキンプレート５の内周面には、貫入リン
グ２を格納するリング室１５が設けられて、通常のトン
ネル掘削時では、前記貫入リング２は該リング室１５に
格納されている。該リング室１５の出入り口部には、リ
ング室内１５に土砂２５が入り込まないように、出入り
口の隙間を覆う土砂シール２１が取り付けられている。

【００１９】また、該貫入リング２の内周面、詳しくは
切削用補助リング１８の内周面において、シールドマシ
ン１の回転軸方向に数本の嵌合溝８が設けられており、
貫入リング２内に収まるように縮径された前記カッタヘ
ッド３のコピーカッタ４を該嵌合溝８に嵌合することに
より、カッタヘッド３が回転すると、貫入リング２も連
動して回転するよう構成されている。ただし、該貫入リ
ング２が前記シールドマシン１の前後方向に移動する際
には、コピーカッタ４は定位置のままで貫入リング２の
みが該嵌合溝８をスライドして、単独で前後に移動する
こととなる。

【００２０】さらに、該貫入リング２をシールドマシン
１から押し出す押出し手段は、貫入リング２の一部を構
成している前記押し出しリング１９の後部で、リング室
１５の外側に設置されている押し出し用ロッド２０と、
押し出し用ロッド２０を介して押し出しリング１９をシ
ールドマシン１の前後方向へスライドさせる、スキンプ
レート５の内周面で回転軸方向に固定されたリングスラ
イドジャッキ１６、から構成されている。

【００２１】次に、上記構成のシールドマシン１を設け
たトンネルの施工方法を説明する。まず、シールドマシ
ン１の前進方向で地盤改良を実施する範囲を決定し、地
盤改良の実施個所とシールドマシン１の躯体前面との間
に薬液注入を行う際のバルクヘッド１４を設けた後、薬
液柱入管をカッタヘッド３の前面で土砂２５をシールド
本体６内に取り込むための孔（図示省略）から地盤改良
の実施個所に差し込み、薬液注入による地盤改良を行う
（図１（ａ））。

【００２２】前記薬液注入管１３を取り除いて地盤改良
体１０までシールドマシン１により掘進し、シールドマ
シン１が地盤改良体１０に達した時点で掘進を停止する
（図１（ｂ））。前記カッタヘッド３の外縁部に設置さ
れているコピーカッタ４の伸縮ジャッキを縮小させ、コ
ピーカッタ４の設置位置をスキンプレート５から前記貫
入リング２の内径部へ伸縮移動させる。前記貫入リング
２を切羽１２方向へ一定距離押し出し、前記貫入リング
２の内径部に設けられている嵌合溝８へ前記コピーカッ
タ４を嵌合させた後（図１（ｂ））、前記カッタヘッド
３を回転させて貫入リング２を回転させるとともに、リ
ングスライドジャッキ１６を延伸させて貫入リング２を
切羽方向に押し出しながら、地盤改良体１０を切削す
る。

【００２３】リングスライドジャッキ１６は延伸するこ
とにより、前記押し出し用ロッド２０がリング室１５内
に格納されている前記押し出しリング１９を切羽１２側
に押し出して、前記貫入リング２全体をスキンプレート
５より前方に突出させる（図１（ｃ））。

【００２４】ある一定距離で切削を停止した後、地盤改
良体１０内に押し込まれている前記貫入リング２の周囲
に対して、貫入リング２を構成する前記押し出しリング
１９にあらかじめ取り付けられた、図示しない止水材注
入管を用いて止水材を注入した後、止水状況を確認す
る。

【００２５】止水状況を確認した後、カッタヘッドスラ
イド装置２６を短縮させて、切羽１２に位置しているカ
ッタヘッド３を貫入リング２の前記嵌合溝８にスライド
させながらシールドマシン１の躯体内に後退させ、該貫
入リング２内において切羽１２とカッタヘッド３の間に
空間１１を設ける（図２（ｅ））。作業員はシールドマ
シン１の躯体内より該貫入リング２内の空間１１、ない
しシールドマシン１のチャンバー１１ａの中に出てカッ
タヘッド３の前面に設置されているカッタビット９の摩
耗・欠損状況を確認するとともに、劣化が認められるカ
ッタビット９について、交換作業を行う。

【００２６】このとき、切羽１２の安定に問題がない場
合には、地盤改良のみで前記貫入リング２を用いてカッ
タビット９の交換作業を行うが、切羽１２が安定しない
場合にはカッタビット９の交換作業用に切羽１２と前記
カッタヘッド３の間にあけた空間１１に圧気２２を供給
し、図４（ａ）に示すように切羽１２に圧気２２による
圧力をかける。もしくは図４（ｄ）に示すように前記カ
ッタヘッド３のカッタスリット（図示しない）から山止
めジャッキ２３を出す等の措置を行い、切羽１２を安定
させる。

【００２７】本発明は、機械堀式シールドの場合に適用
したが、泥水加圧式、土圧式のいずれの場合のシールド
工法においても採用することが可能である。ただし、切
羽１２が安定しないような現場においては、その安定措
置の方法が異なる。

【００２８】各シールド工法における切羽１２の安定措
置としては、工法が泥水加圧式の場合には、図４（ｂ）
に示すように、カッタビット９の交換作業用に切羽１２
と前記カッタヘッド３の間にあけた空間１１に対して、
下半に泥水２４を張るが、状況に応じてさらに圧気２２
を施す措置を執る。さらに土圧式の場合には、図４
（ｃ）に示すようにカッタビット９の交換作業用に切羽
１２と前記カッタヘッド３の間にあけた空間１１に対し
て、下半に土砂２５を残す、また状況に応じてさらに圧
気２２を施す等の補助工法を採用する。

【００２９】以上の手順により前記カッタヘッド３に配
置されたカッタビット９の交換が終了次第、該カッタヘ
ッド３を切羽１２まで前進させるとともに、該貫入リン
グ２を回転後退させながらシールドマシン１の躯体内に
設けられたリング室１５に収める。前記コピーカッタ４
がシールドマシン１のスキンプレート５と同径になるよ
う、前記伸縮ジャッキ７を延伸移動させた後、掘進作業
を再開する（図２（ｆ）（ｇ））。

【００３０】上述の構成によれば、従来のシールドマシ
ン１に対して、前記貫入リング２、前記カッタヘッドス
ライド装置２６、および前記コピーカッタ４を装備すれ
ば良く、前記貫入リング２の回転動力についても、前記
嵌合溝８に嵌合された状態の縮径されたカッタヘッド３
を回転させることによって、貫入リング２を回転させる
ことが可能であり、新たなモータも必要ないことから、
簡略な構造で安全で確実なカッタビット９の交換作業を
実施することができる。

【００３１】前記貫入リング２内で切羽１２とカッタヘ
ッド３の間にできる空間１１を作業空間として、カッタ
ヘッド３の前面に設置されているカッタビット９の交換
作業を行うことが可能なため、地盤改良範囲を広くとる
必要がなく経済的であるとともに、直に地山部に出て作
業をする必要がなく、安全性が向上する。

【００３２】前記カッタビット９の交換作業は、必要に
応じて上述した手順を繰り返し実施すれば良く、実施回
数に制限がないため、本発明のシールドマシン１は長距
離トンネルの施工に適した構造である。

【００３３】前記カッタビット９の交換について、現況
を目視により確認しながら点検作業が行うことができる
とともに、劣化したカッタビット９のみの交換が実施で
きることから、作業効率の良いメンテナンスが実現でき
ることとなる。

【００３４】切羽１２の地盤改良について、路上ないし
トンネル坑内から行うが、その手法は薬液注入工法、噴
射攪拌工法、凍結工法といった従来工法とすることによ
り、施工方法が簡便でカッタビットの交換作業に係る負
担が少ない。

【００３５】

【発明の効果】請求項１のシールドマシンにおけるカッ
タビットの交換方法によれば、切羽を地盤改良し、その
後カッタヘッドをスキンプレートの前部に設けた貫入リ
ング内に収まるように縮径させ、次いで貫入リングを回
転させつつ前進させて前記地盤改良した切羽分に貫入さ
せ、貫入リング内の前記カッタヘッドを坑内側へ後退さ
せて、切羽とカッタヘッドの間に空間を形成し、この空
間を利用してカッタビットの交換を行うことから、カッ
タビットの交換作業実施のための地盤改良範囲を低減す
ることが可能であるとともに、目視確認の後に劣化した
カッタビットのみを交換することができ、かつカッタヘ
ッド前面のあらゆるカッタビットを交換することが可能
となる。さらには、カッタビット交換の際には同じ作業
を繰り返し実施すれば良く、交換作業の回数に制限がな
いため、長距離トンネル施工への採用が可能となる。

【００３６】請求項２のシールドマシンのカッタビット
の交換方法によれば、メンテナンスが必要な前記カッタ
ビットのみの交換を行うことから、効率的で経済的にカ
ッタビットの交換作業を行うことができる。

【００３７】請求項３のシールドマシンのカッタビット
の交換方法によれば、切羽の安定性の状態に応じて、切
羽崩壊の防止手段を講じることから、より安全な作業環
境を作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るシールドマシンにおけるカッタ
ビットの交換方法を示す手順図である。

【図２】 本発明に係るシールドマシンにおけるカッタ
ビットの交換方法を示す手順図である（図１の続き）。

【図３】 本発明に係るシールドマシンのカッタヘッド
を示す詳細図である。

【図４】 本発明に係るシールド工法毎の切羽崩壊防止
工法を示す詳細図である。

【符号の説明】

１ シールドマシン ２ 貫入リング ３ カッタヘッド ４ コピーカッタ ５ スキンプレート ６ シールド本体 ７ 伸縮ジャッキ ８ 嵌合溝 ９ カッタビット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切羽を地盤改良し、その後カッタヘッド
   をスキンプレートの前部に設けた貫入リング内に収まる
   ように縮径させ、次いで貫入リングを回転させつつ前進
   させて前記地盤改良した切羽分に貫入させ、貫入リング
   内の前記カッタヘッドを坑内側へ後退させて、切羽とカ
   ッタヘッドの間に空間を形成し、この空間を利用してカ
   ッタヘッドの前面に設置されているカッタビットの交換
   を行うことを特徴とするシールドマシンにおけるカッタ
   ビットの交換方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールドマシンのカッタ
   ビットの交換方法において、メンテナンスが必要な前記
   カッタビットのみの交換を行うことを特徴とするシール
   ドマシンにおけるカッタビットの 交換方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシールドマシンのカッタ
   ビットの交換方法において、切羽の安定性の状態に応じ
   て、切羽崩壊の防止手段を講じることを特徴とするシー
   ルドマシンにおけるカッタビットの交換方法。