JP2002242593A - シールド掘進機のカッタービット交換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで、短期間に、トンネル口径の大小に
かかわらず、地上に大きな施工スペースを要することな
く、安全かつ容易に施工できるシールド掘進機のカッタ
ービット交換方法の提供。 【解決手段】トンネル掘削用カッター４の外周側に、シ
ールド掘進機本体１ａよりカッター４の前方側に突出自
在で、先端に切削用ビット１１を有するカッターリング
１０を有するシールド掘進機１を使用し、シールド掘進
機の掘進予定位置に、コンクリート等の固化材をもっ
て、遮水性地中壁２０を構築し、その地中壁の手前でシ
ールド掘進機１の掘進を停止させ、カッターリング１０
を回転させつつ突出させてカッターリングの先端で地中
壁２０を円形に切削し、形成される円形溝内にカッター
リング１０の先端を嵌合させ、然る後、カッターリング
１０内の土砂を排出し、形成されるトンネル掘削用カッ
ター４と地中壁２０間のドライな作業空間２２内で、カ
ッタービット５の交換作業を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
の掘進途中で、シールド掘進機のカッタービットの交換
を行うシールド掘進機のカッタービット交換方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】近年、シールドトンネル
掘削工事の長距離化に伴い、シールド掘進機のカッター
ビットの維持管理が問題となっており、掘進途中におけ
るカッタービットの交換方法が各種提案されている。

【０００３】従来のカッタービットの交換方法には、ト
ンネル掘進予定位置の途中に、予めビット交換のための
立坑を構築しておき、この立坑内にシールド掘進機が到
達したときに、該立坑内で掘進機前端のトンネル掘削用
カッターに固定されているカッタービットの交換作業を
行うようにした中間立坑によるカッタービット交換方法
がある。

【０００４】この方法では、交換位置で立坑を構築する
必要があり、そのためのコストが高くなり、また、立坑
構築に広い用地の確保が必要なため場所的な制約が伴
い、更に工程的に長期間を要するなどの問題がある。

【０００５】また、トンネル掘進予定位置の地盤中に、
地盤硬化剤の注入によって安定度の高い改良地盤層を形
成しておき、この改良地盤層内にシールド掘進機の先端
を侵入させた状態で停止させ、チャンバーマンホールよ
りトンネル掘削用カッターの前面側の改良土を人力によ
って排出し、形成されるトンネル掘削用カッター前面側
の空間内でビット交換作業を行うようにした事前前面部
地盤改良によるカッタービット交換方法がある。

【０００６】この方法では、人力によって改良地盤の掘
削、掘削土砂の撤去等の作業を行う必要があること、及
びシールド掘進機と改良地盤との間の止水が必要である
こと等から、安全性に問題があり、また工程的に長期間
を要するという問題がある。

【０００７】更に、シールド掘進機がビット交換位置に
到達後、坑内よりシールド掘進機の前面及び前端部周囲
を凍結工法により地盤改良を行い、前述の方法と同様
に、チャンバーマンホールよりトンネル掘削用カッター
の前面側の改良土を人力によって排出し、形成されるト
ンネル掘削用カッター前面側の空間内でビット交換作業
を行うようにした到達後前面部地盤改良によるカッター
ビット交換方法がある。

【０００８】この方法では、坑内から凍結工法によって
地盤改良を行うため、小口径のシールドトンネルでは施
工できず、凍結、解凍によって地盤変動の発生が予想さ
れ、更に、工程的に長期間を要し、工費も高い等の問題
がある。

【０００９】更に、シールド掘進機自体に、カッタービ
ットの交換作業が可能なドライ空間を機械的構造によっ
て形成したり、掘削用カッターを前後に旋回させたり、
坑内に引き込んだりできるような機械的構造を予めシー
ルド掘進機に設置しておく等の機械構造によるカッター
ビット交換方法がある。

【００１０】この方法では、トンネル掘削用カッター部
分の構造が複雑になるとともに、カッター関係の製作条
件としてビット交換構造が支配的となり、シールド掘進
機の製造コストが高く、しかも、構造的に小口径のシー
ルドトンネルには利用が困難である等の問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の如き
従来の各種工法の問題に鑑み、上記各工法に比べて低コ
ストで、短期間に、トンネル口径の大小にかかわらず、
地上に大きな施工スペースを要することなく、安全かつ
容易に施工できるシールド掘進機のカッタービット交換
方法の提供を目的としてなされたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述の如き従来の問題を
解決し、所期の目的を達成するための本発明の特徴は、
シールド掘進機前端のトンネル掘削用カッターのカッタ
ービットをトンネル掘進途中で交換するシールド掘進機
のカッタービット交換方法において、前記トンネル掘削
用カッターの外周側に、前記シールド掘進機本体より該
カッターの前方側に突出自在で、先端に切削用ビットを
有するカッターリングを有するシールド掘進機を使用
し、該シールド掘進機の掘進予定位置に、コンクリート
等の固化材をもって遮水性地中壁を構築し、該地中壁の
手前で前記シールド掘進機の掘進を停止させ、前記カッ
ターリングを回転させつつ突出させて前記地中壁を円形
に切削し、形成される円形凹溝内に該カッターリングの
先端を嵌合させ、然る後、カッターリング内の土砂を排
出して前記トンネル掘削用カッターと地中壁との間ドラ
イな作業空間を形成し、該作業空間内において前記カッ
タービット交換作業を行うことにある。

【００１３】尚、カッターリングの先端部外周及び／又
は内周に、該カッターリングによって形成される円形溝
の内面と接して止水する止水材を予め固定しておき、該
止水材が前記円形溝内に入り込む深さまでカッターリン
グを前進させ、該カッターリングと円形溝内面間を前記
止水材で止水させること、また、止水材が水等の流体の
圧入により膨張するチューブであることが好ましく、カ
ッターリングの先端部外周及び／又は内周に止水材が格
納される格納溝を備えることが好ましい。

【００１４】また、止水材は、流体の圧入により膨張す
るチューブを有するとともに、該止水材をもってシール
ド掘進機外からの流体圧によってカッターリングと円形
凹溝内面間を閉鎖方向に作用する逆止弁を構成させるよ
うにすることが好ましく、その場合、格納溝の底面をカ
ッターリング側が浅くなるテーパー状に形成し、止水材
の内側面を前記格納溝に合わせてテーパー状とすること
により逆止弁を構成させてなること、又は、チューブの
外周面にカッタービット側が小径のテーパー状をした止
水片部を一体に備え、該止水片部の前記小径側縁部をカ
ッターリング外周面の凹部に係合させることにより逆止
弁を構成させることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
ついて説明する。

【００１６】この方法では、従来、既設のトンネルに交
差させて新設シールドトンネルをドッキングさせるシー
ルド工法（例えば特開平１０−２８０８６７号公報）に
用いているカッターリング付きのシールド掘進機と同様
のシールド掘進機を使用する。このシールド掘進機１
は、掘進機本体１ａの前端部隔壁２の前方側の掘削チャ
ンバー３内に、回転しつつ進行方向側の切羽面を掘削す
るトンネル掘削用カッター４を有し、該カッター４の前
面側に多数のカッタービット５，５……が突設されてい
る。

【００１７】尚、このトンネル掘削用カッター４は、回
転軸６から放射状に複数のスポークを突出させ、その各
スポークの前面側縁部に多数のカッタービットを突設し
た構造のものであってもよく、また円盤状のカッター本
体に放射状の土砂通過用のスリットを形成し,該スリッ
トの縁部にカッタービット５，５……を多数突設した構
造のものであってもよい。

【００１８】掘削機本体１ａの前端部には、前述したト
ンネル掘削用カッター４の外周位置に、先端が該トンネ
ル掘削用カッター４より前方位置まで突出できる円筒状
のカッターリング１０が、出入自在に備えられている。
このカッターリング１０は先端に、コンクリート等の固
形物を切削するための切削ビット１１が多数固着されて
おり、先端より切削屑洗い出し用の水を噴射させる注水
ノズル（図示せず）が設けられている。

【００１９】また、カッターリング１０の先端部外周面
及び内周面には、図３に示すように、円周方向に沿っ
て、格納溝１０ａが形成されており、この格納溝１０ａ
に沿って、流体の圧入によって膨張するチューブからな
る止水材１２が、円周方向に連続して設置されている。
尚、この止水材１２は流体を排出すると収縮し、格納溝
１０ａ内に格納され、カッターリング１０の動作を妨げ
ないようになっている。

【００２０】このカッターリング１０は、トンネル掘削
用カッター４とともに回転しつつ、油圧シリンダー７等
の前後移動手段によって前後に移動されるようになって
いる。

【００２１】この他、掘削機本体１ａ内には、図示して
ないが、トンネル掘削用カッター駆動手段、掘削土砂排
出手段、セグメント組み立て手段、セグメントによる覆
工１３に反力をとった前進駆動手段等、シールド掘進に
必要な各種の装置が備えられている。

【００２２】次に、上述の如きカッターリング付きのシ
ールド掘進機１を使用したカッタービット交換方法につ
いて説明する。

【００２３】図１に示すように、シールド掘進機１によ
って所定のトンネル掘削と平行して、該シールド掘進機
１の掘進予定位置に、該予定位置に掘進機１が到達した
とき、該掘進機１の先端が直行する配置に、コンクリー
トに地中壁２０を構築する。この地中壁２０は、掘進機
１の前端を閉鎖したとき、地下水圧及び土圧に十分耐
え、水の透過が阻止される厚さに適宜鉄筋などの補強材
を埋設して形成しておく。

【００２４】そして、順次トンネルを掘り進め、地中壁
２０とトンネル掘削用カッター４との間に、ビット交換
作業空間が形成できる間隔を残した地中壁直前位置で掘
進機１の進行を止める。

【００２５】次いで、図２に示すように、掘進機１を停
止させた状態でカッターリング１０を回転させつつ前進
させ、先端の切削ビット１１で地中壁２０の表面を切削
し、リング状の凹溝２１を形成する。このようにして凹
溝２１の深さがカッターリング先端部外周の止水材１２
が、該凹溝２１内に入り込む深さに達した状態で、カッ
ターリング１０の動作を停止させる。

【００２６】この状態で、図３に示すように、止水材１
２内に水等の流体を圧入し、該止水材１２を膨張させて
カッターリング１０の外周面と、地中壁２０の凹溝２１
の内面との間を止水する。

【００２７】このようにして地中壁２０の凹溝２１内と
掘進機本体１ａとの間に、止水状態を維持させてカッタ
ーリング１０を介在させた後、前端部隔壁２に設けたマ
ンホール２ａより掘削策チャンバー３内に作業者が入り
込み、該チャンバー３内の土砂を撤去するとともにトン
ネル掘削用カッター４の前面側のカッターリング１０内
土砂を人力によって掘削撤去し、トンネル掘削用カッタ
ー４の前面と地中壁２０間にドライな作業空間２２を形
成し、該作業空間２２内に作業者が入り込んで、カッタ
ービット５，５……の交換作業を行う。

【００２８】このようにしてカッタービット５，５……
の交換を行った後、マンホール２ａを閉じ、掘削チャン
バー３及び前記作業空間２２内に泥水又は泥土を注入し
て充満させた後、止水材１２内の水を抜いて収縮させ、
カッターリング１０を後退させて掘削機本体１ａ内に格
納し、掘進機１の掘進を再開させる。

【００２９】尚、地中壁２０は、掘進機１によってトン
ネル掘削に必要な部分が破砕される。

【００３０】上述の例では、カッターリング１０の先端
部外周に止水材１２を設けているが、先端部内周面であ
ってもよく、内周面、外周面の両面に設けてもよい。ま
た、トンネル掘削用カッター４が掘進機本体１ａに対し
て前後に移動可能なシールド掘進機の場合は、カッター
リング１０を地中壁２０と掘削機本体１ａとの間に掛け
渡して止水させた後、トンネル掘削用カッター４を前進
させつつ回転させて、トンネル掘削用カッター４と地中
壁１０との間の土砂を掘削させてもよい。

【００３１】更に、上述の例では止水材を膨張させるこ
とによる密着力で止水させるようにしているが、この
他、止水材１２は、流体の圧入により膨張するチューブ
を有するとともに、該チューブを膨張させることによっ
てシールド掘進機外からの流体圧によってカッターリン
グ１０と後述するカッターリング１０によって成型され
る円形凹溝２１の内面間を閉鎖方向に作用する逆止弁を
構成させるようにすることがこのましい。

【００３２】その一例として、格納溝１０ａの底面を、
図４に示すように、カッタービット側を浅くしたテーパ
ー状に形成し、チューブからなる止水材１２を該格納溝
１０ａに合わせて内側面がテーパー状になるように形成
することができる。このように構成すると、カッタービ
ット交換作業のためにシールド掘進機１の掘削チャンバ
ー３内を減圧することにより、該掘削チャンバー３内が
シールド掘進機外の地山地下水圧より低くなり、止水材
１２に地下水圧が作用しカッタービット側に楔のように
押し込められ逆止弁として作用し、止水効果が向上す
る。

【００３３】また、他の例として、図５に示すようにチ
ューブ２３の外周面にカッタービット側が小径のテーパ
ー状をした止水片部１２ａを一体に備えた止水材１２を
使用し、該止水片部１２ａの前記小径側縁部をカッター
リング外周面の凹部１２ｂに係合させることにより逆止
弁を構成させてもよく、この場合には前述したように止
水材１２を膨張させた後掘削チャンバー３内を減圧する
ことにより地下水圧が止水片部１２ａの大径側に作用
し、止水片部１２ａの大径側縁部が押し広げられて円形
凹溝２１内面に密着して逆止弁として作用し、止水効果
が向上する。

【００３４】

【発明の効果】上述のように、本発明に係るシールド掘
進機のカッタービット交換方法にあっては、トンネル掘
削用カッターの外周側に、シールド掘進機本体より該カ
ッターの前方側に突出自在で、先端に切削用ビットを有
するカッターリングを有するシールド掘進機を使用し、
該シールド掘進機の掘進予定位置に、コンクリート等の
固化材をもって遮水性地中壁を構築し、該地中壁の手前
で前記シールド掘進機の掘進を停止させた状態で、カッ
ターリングを回転させつつ突出させ、該カッターリング
の先端で前記地中壁を円形に切削し、形成される円形凹
溝内に該カッターリングの先端を嵌合させ、然る後、カ
ッターリング内の土砂を排出することにより形成される
前記トンネル掘削用カッターと地中壁間のドライ作業空
間内で、カッタービット交換作業を行うようにしたこと
により、従来の方法に比べ、低コストであり、工程が短
期間で完了し、地上部分に広い作業空間を要することが
なく、カッターヘッドの製作条件にビット交換を考慮す
ることなく設計でき、場合によっては手作業で掘削する
必要のあるカッターヘッドの前面側の土砂は、従来のよ
うに凍結や、固化剤の注入による固い改良地盤でないた
め、その掘削は容易である等の効果がある。

【００３５】また、本発明を道路下のトンネル構築に際
して実施する場合、ビット交換のために道路下に構築す
る地中壁は道路専用物とならないため、道路を遮断する
時間を短くできる。

【００３６】更に、カッターリングの先端部外周及び又
は内周に、該カッターリングによって形成される円形凹
溝の内面と接して止水する止水材を予め固定しておき、
該止水材が円形溝内に入り込む深さまでカッターリング
を前進させることにより、カッターリングと円形溝内面
間を、止水材で止水させるようにしたことにより、安全
性の高いドライな作業空間が簡単に得られる。

【００３７】また、止水材を水等の流体の圧入により膨
張するチューブをもって構成させることにより、坑内か
らの操作で、完全な止水状態が容易に得られる。

【００３８】また、カッターリングの先端部外周及び／
又は内周に止水材が格納される格納溝を備えることによ
り、止水材がカッターリングの動作を妨げることがなく
好適に動作できる。

【００３９】また、止水材は、流体の圧入により膨張す
るチューブを有するとともに、該止水材をもってシール
ド掘進機外からの流体圧によってカッターリングと円形
凹溝内面間を閉鎖方向に作用する逆止弁を構成させるこ
とにより、ビット交換作業時の止水効果が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施形態の掘進時の状態を示す
部分省略断面図である。

【図２】同上のビット交換作業時の状態を示す部分省略
断面図である。

【図３】同上のカッターリング先端部の止水状態を示す
部分拡大断面図である。

【図４】カッターリング先端部の止水状態の他の一例を
示す部分拡大断面図である。

【図５】カッターリング先端部の止水状態の他の一例を
示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 １ａ 掘進機本体 ２ 前端部隔壁 ２ａ マンホール ３ 掘削チャンバー ４ 掘削用カッター ６ 回転軸 １０ カッターリング １０ａ 格納溝 １１ 切削ビット １２ 止水材 １２ａ 止水片部 １２ｂ 凹部 ２０ 地中壁 ２１ 凹溝 ２２ 作業空間 ２３ チューブ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機前端のトンネル掘削用カッ
   ターのカッタービットをトンネル掘進途中で交換するシ
   ールド掘進機のカッタービット交換方法において、 前記トンネル掘削用カッターの外周側に、前記シールド
   掘進機本体より該カッターの前方側に回転かつ突出自在
   で、先端に切削用ビットを有するカッターリングを有す
   るシールド掘進機を使用し、該シールド掘進機の掘進予
   定位置に、ソイルセメント等の固化材をもって遮水性地
   中壁を構築し、該地中壁の手前で前記シールド掘進機の
   掘進を停止させ、前記カッターリングを回転させつつ突
   出させて前記地中壁を円形リング状に切削し、形成され
   る円形凹溝内に該カッターリングの先端を嵌合させ、然
   る後、カッターリング内の土砂を排出して前記トンネル
   掘削用カッターと地中壁との間ドライな作業空間を形成
   し、該作業空間内において前記カッタービット交換作業
   を行うことを特徴とするシールド掘進機のカッタービッ
   ト交換方法。
2. 【請求項２】カッターリングの先端部外周及び／又は内
   周に、該カッターリングによって形成される円形溝の内
   面と接して止水する止水材を予め固定しておき、該止水
   材が前記円形溝内に入り込む深さまでカッターリングを
   前進させ、該カッターリングと円形溝内面間を前記止水
   材で止水させる請求項１に記載のシールド掘進機のカッ
   タービット交換方法。
3. 【請求項３】止水材が水等の流体の圧入により膨張する
   チューブである請求項２に記載のシールド掘進機のカッ
   タービット交換方法。
4. 【請求項４】カッターリングの先端部外周及び／又は内
   周に止水材が格納される格納溝を備える請求項２若しく
   は３に記載のシールド掘進機のカッタービット交換方
   法。
5. 【請求項５】止水材は、流体の圧入により膨張するチュ
   ーブを有するとともに、該止水材をもってシールド掘進
   機外からの流体圧によってカッターリングと円形凹溝内
   面間を閉鎖方向に作用する逆止弁を構成させるようにし
   てなる請求項４に記載のシールド掘進機のカッタービッ
   ト交換方法。
6. 【請求項６】格納溝の底面をカッタービット側が浅くな
   るテーパー状に形成し、止水材の内側面を前記格納溝に
   合わせてテーパー状とすることにより逆止弁を構成させ
   てなる請求項５に記載のシールド掘進機のカッタービッ
   ト交換方法。
7. 【請求項７】チューブの外周面にカッタービット側が小
   径のテーパー状をした止水片部を一体に備え、該止水片
   部の前記小径側縁部をカッターリング外周面の凹部に係
   合させることにより逆止弁を構成させてなる請求項５に
   記載のシールド掘進機のカッタービット交換方法。