JP2019173428A - カッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

【課題】土砂の掘削効率を低下させることなく発進口部分の硬質壁を確実に切削するカッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールド掘進機用のカッタビット２０が前面に設置されたカッタヘッド２であって、カッタビット２０は、カッタヘッド２に取り付けられた土砂掘削用の第１のビット２３ａ、および第１のビット２３ａの先端に設けられた硬質壁掘削用の第２のビット２３ｂで構成され、最も設置高さの高い複合型カッタビット２３と、複合型カッタビット２３の設置高さよりも低く第１のビット２３ａの設置高さよりも高い設置高さを有する先行ビット２４とを有している。【選択図】図４

Description

本発明は、カッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機に関し、特に、硬質壁の切削に適用して有効な技術に関する。

地盤中にトンネルを構築するシールド工法では、発進立坑と到達立坑を形成する。発進立坑内でシールド掘進機を組み立てて発進させ、地中を掘進させて到達立坑に到達した後に、到達立坑内でシールド掘進機を分解して地上に搬出している。

ここで、シールド工法における発進立坑および到達立坑の土留め壁は、立坑深さでの土圧や水圧に耐える必要があり、一般的にはシートパイル（鋼製の矢板）等が用いられ、鋼材の支保工で補強している。また、シールド掘進機の発進口部分は、シールド掘進機のカッタビットで切削可能となっている必要があることから、当該部分はシートパイル以外で形成されている。

発進口部分は、例えば鉄を含まないコンクリートで形成する工法が知られている。この場合、コンクリート壁の耐力の不足を補うために、シールド掘進機の準備中は鋼製の支保工で補強し、シールド掘進機を設置した後は外側の土砂に固化剤を注入して土砂を固化して支保工を取り出すといったことが行われている。この工法では、固化剤の注入や支保工の組み立ておよび解体などの手間がかかる。そこで、発進口部分を高強度な繊維補強コンクリートからなる硬質壁で構築することで支保工を不要とし、シールド掘進機で当該硬質壁を直接切削する工法（以下、「硬質壁切削工法」という。）が実用化されている。

この工法では、硬質壁を切削するための専用のビットをカッタ盤に設置する必要がある。これは、硬質壁切削工法で切削するコンクリートは、地盤を構成する土砂とは明らかに異なる物性（コンクリートと粘土や土砂）を有しているからであり、土砂掘削用のビットは、硬質壁を切削するのには適さないからである。一方、硬質壁切削用のビットは土砂を掘削することも可能であるが、形状が土砂掘削に適していない。

さて、シールド掘進機により長距離を掘削する場合、相互に高さが異なる複数のビットをカッタ盤に設けて（段差ビット）、カッタ盤における取り付け高さが高い方のビットから順番に土砂を削孔することが行われている。この場合、カッタ盤の同じ円周上に複数のビットが配置されることになるので、カッタ盤上のビット配置が非常に密になっている。

したがって、前述した硬質壁切削工法で発進口部分を切削して地中を掘進するために、さらに硬質壁切削用の専用のビットを段差ビットの設けられたカッタ盤に配置しようとしても、配置スペースを確保することが困難になる。

ここで、例えば特開平１０−１６９３７５号公報や特開２００１−２９５５８５号公報に記載の技術を適用して、土砂掘削用のカッタビットの先端に硬質壁切削用のカッタビットが固定すれば、配置スペースの問題を解消することができる。

特開平１０−１６９３７５号公報 特開２００１−２９５５８５号公報

土砂掘削用のビットの先端に硬質壁切削用のビットを設けた場合、確実に硬質壁を切削するためには、硬質壁切削用のビットは、切削中における摩耗を考慮して十分な長さでなければならない。これは、硬質壁の切削中にビットが折損すると、それ以上硬質壁を切削することができなくなるからである。

すると、硬質壁を切削した後も硬質壁切削用のビットが残ってしまい、しばらくの間は硬質壁切削用のビットで土砂を掘削することなる。

前述のように、硬質壁切削用のビットは土砂を掘削することも可能であるが、形状が土砂掘削に適していない。したがって、硬質壁切削用のビットで土砂を掘削している間は、掘削効率が悪化してしまう。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、土砂の掘削効率を低下させることなく発進口部分を形成する硬質壁を確実に切削することのできるカッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のカッタ盤は、シールド掘進機用のカッタビットが前面に設置されたカッタ盤であって、前記カッタビットは、前記カッタ盤に取り付けられた土砂掘削用の第１のビット、および前記第１のビットの先端に設けられた硬質壁掘削用の第２のビットで構成され、最も設置高さの高い複数の複合型カッタビットと、前記複合型カッタビットの設置高さよりも低く前記第１のビットの設置高さよりも高い設置高さを有する複数の土砂掘削用カッタビットと、を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項１記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記第１のビットが、切羽に対向する対向面を掘削部側に有する第１のビット本体と、前記第１のビット本体の掘削部側において、前記第１のビット本体の掘削工程時における移動方向の前方および後方の角部に、前記第１のビット本体の一部を介してそれぞれ設置された第１のチップとを備え、前記第２のビットが、前記第１のビット本体の前記対向面に設けられた第２のビット本体と、前記第２のビット本体の掘削部側において、前記移動方向の前方および後方の角部に前記第２のビット本体の一部を介してそれぞれ設置され、切削部が前記移動方向の前端および後端にそれぞれ位置するとともにすくい面および逃げ面が形成された第２のチップとを備える、ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項２記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記第２のビット本体が、溶接により前記第１のビット本体に固定され、または前記第１のビット本体と一体形成されている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項２または３記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記移動方向の前方および後方の角部に設置された前記第１のチップの間に、当該移動方向に沿って前記第１のビット本体の一部を介して隣接した状態で第１のチップがさらに設置されている、ことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項４記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記カッタ盤の外周側から径方向途中位置までの相互に異なる回転軌跡上に設置されている、ことを特徴とする。

請求項６に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項２または３記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記第１のビット本体が、前記対向面に対して傾斜した状態で交差する傾斜面を前記掘削部側にさらに有し、前記第２のビット本体には、前記傾斜面と連続した面が形成されている、ことを特徴とする。

請求項７に記載の本発明のカッタ盤は、上記請求項６記載の発明において、前記複合型カッタビットは、前記傾斜面が前記カッタ盤の中心を向いた状態で当該カッタ盤の外周に設置されている、ことを特徴とする。

また、請求項８に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１〜７の何れか一項に記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２のビットにより発進立坑の硬質壁が切削され、地盤中に進入した後は、土砂掘削用カッタビットや第２のビットが摩耗消滅した後の第１のビットによって土砂の掘削が行われるので、土砂の掘削効率を低下させることなく発進口部分を形成する硬質壁を確実に切削することが可能になる。

本実施の形態のシールド掘進機の内部を側面から透かして見た構成図である。 図１のシールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。 図２のカッタヘッドの一部を外周に沿って見た側面図である。 図２のカッタヘッドの面板部の一部を示す側面図である。 面板部に設置された複合型カッタビットの正面図である。 図５の複合型カッタビットの側面図である。 図５の複合型カッタビットの平面図である。 図５の複合型カッタビットのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 外周リング部に設置された複合型カッタビットの正面図である。 図９の複合型カッタビットの側面図である。 図９の複合型カッタビットの平面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は本実施の形態のシールド掘進機の内部を側面から透かして見た構成図、図２は図１のシールド掘進機のカッタヘッドの正面図、図３は図２のカッタヘッドの一部を外周に沿って見た側面図、図４は図２のカッタヘッドの面板部の一部を示す側面図である。

まず、本実施の形態のシールド掘進機の構成について図１を参照して説明する。

本実施の形態のシールド掘進機１は、カッタヘッド２を切羽に押し当て回転させることにより地山を掘削する際に、カッタヘッド２の後方の機器本体３内に設けられた泥水室４に送泥管５を通じて泥水を圧送し、泥水室４内の泥水圧力を切羽の土圧および地下水圧に見合う圧力にして切羽の安定を図るとともに、泥水室４内に溜められた泥水を排泥管６によってトンネルの外部に排出しながら地山にトンネルを形成する泥水式シールド掘進機である。

また、シールド掘進機１が発進する発進立坑の発進口部分が高強度な繊維補強コンクリートからなる平坦な硬質壁で構築されており、シールド掘進機１は当該硬質壁を切削した後に地盤中に進入して土砂を掘削する。

シールド掘進機１を構成するカッタヘッド（カッタ盤）２は、地山の切羽を掘削する正面円形状の掘削部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って正逆方向に回転自在の状態で設置されている。このカッタヘッド２は、例えば、面板タイプが採用されており、その前面（切羽に対向する面）には、複数種のカッタビット２０などが多数箇所に設置されている他、カッタヘッド２の回転により掘削された土砂を泥水室４内に取り込む穴４ａが形成されている。なお、カッタヘッド２の詳細については後述する。

シールド掘進機１の機器本体３を構成する前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されている。この前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、後胴プレート３ｂの先端側の球面軸受部が前胴プレート３ａの後端側の内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。この後胴プレート３ｂの後方には、掘進作業中に機器本体３の後部から機器本体３内に地下水等が入り込むのを防止するテールシール３ｃが後胴プレート３ｂの内周に沿って枠状に設けられている。

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設置されている。この機器本体３の切羽側、すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間に、上記泥水室４が設けられている。泥水室４は、カッタヘッド２の回転により掘削された土砂を取り込み、送泥管５を通じて供給された泥水と混合する空間（チャンバ）である。

一方、機器本体３の機内には、カッタ駆動体１０と、複数本の中折れジャッキ１１ａと、複数本のシールドジャッキ１１ｂと、エレクタ１２と、送泥管５と、排泥管６とが設置されている。

カッタ駆動体１０は、カッタヘッド２を正逆方向に回転させる駆動源である。中折れジャッキ１１ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、シールド掘進機１の推進方向を修正する機器である。シールドジャッキ１１ｂは、機器本体３の後方のトンネルの内周に敷設されたセグメントＳＧに反力をとってシールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器である。エレクタ１２は、掘削されたトンネルの内周にセグメントＳＧを組み付ける装置である。セグメントＳＧは、例えば、平板状のコンクリート製セグメントまたは合成セグメント（コンクリートと鋼材との合成構造）からなり、トンネルの周方向および軸方向に沿って複数個並べられた状態で設置されている。

送泥管５は、泥水室４内に泥水を供給する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。送泥管５の先端部（放泥口）は、隔壁７の正面内上部を貫通して泥水室４に達している。これにより、送泥管５を通じて圧送された泥水は、シールド掘進機１の正面内上部から泥水室４内に供給される。一方、送泥管５の後端部は、トンネルの抗口に向かって延び、途中で所定の間隔毎に配置された複数の送泥ポンプ（図示せず）を介してトンネルの外部の泥水層（図示せず）に接続されている。なお、泥水槽は、トンネルの外部の泥水処理装置（図示せず）に接続されている。

排泥管６は、泥水室４内の排泥水（掘削土砂と泥水との混合泥水）をトンネルの外部に排出する配管であり、例えば、鋼材により形成されている。排泥管６の先端部（吸泥口）は、隔壁７の正面内下部を貫通して泥水室４に達している。これにより、泥水室４内の排泥水は、シールド掘進機１の正面内下部から排出される。一方、排泥管６の後端部は、トンネルの抗口に向かって延び、途中で所定の間隔毎に配置された複数の排泥ポンプ(図１には図示せず）を介してトンネルの外部の上記泥水処理装置に接続されている。すなわち、泥水室４内の排泥水は、排泥管６を通じてトンネルの外部の泥水処理装置に送られ、そこで土砂と泥水とに分離され比重や粘性等が調整された後、泥水槽に送られて再び送泥管５を通じて泥水室４（切羽）へ送られる。

次に、シールド掘進機１のカッタヘッド２の構成について、図２〜図４を参照して説明する。

前述のように、本実施の形態において、カッタヘッド２には面板タイプが採用されており、図２に示すように、中央のハブ部２−１と、ハブ部２−１から外周に向かって放射状に延びる４本のメインスポーク２−２と、各メインスポーク２−２の間に位置して前後方向にスライド可能になった格納式スポーク２−３と、メインスポーク２−２および格納式スポーク２−３の隙間を塞ぐ板状の鋼材である面板部２−４と、メインスポーク２−２および格納式スポーク２−３の先端部同士を結ぶ外周リング部２−５とを備えている。なお、ハブ部２−１、メインスポーク２−２および面板部２−４は、相互に一体となって形成されている。

カッタヘッド２の中央のハブ部２−１には、土砂掘削用としてのセンタビット２１（カッタビット２０の一種）が設置されている。

図２および図３において、メインスポーク２−２には、土砂掘削用としてのリッパ型ビット２２ａ（カッタビット２０の一種）が長手方向に一列になって複数設置されている。また、メインスポーク２−２の幅方向の両側には、掘削ずりの取り込みのためのスクレーパツース３０（カッタビット２０の一種）が長手方向に沿って並んで複数設置されている。これらのスクレーパツース３０の内、メインスポーク２−２の先端でカッタヘッド２の外周に位置する場所には、掘削外径の維持を目的とした外周スクレーパツース３０ａ（カッタビット２０の一種）が設置されている。本実施の形態において、リッパ型ビット２２ａの設置高さ（カッタヘッド２の前面からの高さ）は１５０ｍｍ、スクレーパツース３０の設置高さは７０ｍｍとなっている。

格納式スポーク２−３には、メインスポーク２−２と同様にして、リッパ型ビット２２ｂ（カッタビット２０の一種）およびスクレーパツース３０（カッタビット２０の一種）が複数設置されている。なお、前述のように、格納式スポーク２−３は前後方向にスライド可能になっており、格納された状態になる後退位置では、リッパ型ビット２２ｂおよびスクレーパツース３０の先端がほぼカッタヘッド２の前面（つまり、メインスポーク２−２や面板部２−４の表面）よりも低い位置になる。なお、前進位置では、格納式スポーク２−３の表面がメインスポーク２−２や面板部２−４の表面と同一の位置になる。このときのスクレーパツース３０の設置高さはメインスポーク２−２のスクレーパツース３０の設置高さと同じであるが、リッパ型ビット２２ｂの設置高さは、メインスポーク２−２のリッパ型ビット２２ａの設置高さよりも低い１００ｍｍとなっている。

図２および図４に示すように、面板部２−４には、前述した発進立坑の発進口部分に構築された硬質壁切削用および土砂掘削用の２種の機能を有する複合型カッタビット２３（カッタビット２０の一種）、および土砂掘削用の先行ビット（土砂掘削用カッタビット）２４（カッタビット２０の一種）が複数設置されている。図４に示すように、複合型カッタビット２３は、カッタヘッド２（の面板部２−４）に取り付けられた土砂掘削用の第１のビット２３ａと、第１のビット２３ａの先端に設けられたリッパ型で硬質壁切削用の第２のビット２３ｂで構成されている。本実施の形態において、複合型カッタビット２３の設置高さは２２０ｍｍで、第１のビット２３ａの設置高さは１７０ｍｍ、第２のビットの高さは５０ｍｍとなっている。また、先行ビット２４の設置高さは２００ｍｍとなっている。つまり、先行ビット２４の設置高さは、複合型カッタビット２３の設置高さよりも低く、第１のビット２３ａの設置高さよりも高くなっている。

なお、図２に示すように、複合型カッタビット２３は、カッタヘッド２の外周側から径方向途中位置までの相互に異なる回転軌跡上に設置されている。但し、設置位置はこれに限定されるものではなく、１または複数組が共通の回転軌跡上に設置されていてもよい。

図２および図３に示すように、カッタヘッド２の外周である外周リング部２−５には、硬質壁切削用および土砂掘削用の２種の機能を有する複合型カッタビット２５（カッタビット２０の一種）および土砂掘削用の外周ビット２６（土砂掘削用カッタビット）（カッタビット２０の一種）が複数設置されている。図３に示すように、複合型カッタビット２５は、カッタヘッド２（の外周リング部２−５）に取り付けられた土砂掘削用の第１のビット２５ａと、第１のビット２５ａの先端に設けられたリッパ型で硬質壁切削用の第２のビット２５ｂで構成されている。本実施の形態において、複合型カッタビット２５の設置高さは２２０ｍｍで、第１のビット２５ａの設置高さは１７０ｍｍ、第２のビット２５ｂの高さは５０ｍｍとなっている。また、外周ビット２６の設置高さは２００ｍｍとなっている。つまり、外周ビット２６の設置高さは、複合型カッタビット２５の設置高さよりも低く、第１のビット２５ａの設置高さよりも高くなっている。

このように、カッタヘッド２に設置された複数種のカッタビット２０の内で、複合型カッタビット２３および複合型カッタビット２５の設置高さ（２２０ｍｍ）が最も高くなっており、その先端は、硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂとなっている。そして、本実施の形態では、発進立坑の発進口部分が平坦な硬質壁で構築されていることから、硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂにより当該硬質壁が切削される。

硬質壁が切削された後は、シールド掘進機１が地盤中に進入して土砂の掘削が行われる。ここでは、第２のビット２３ｂ，２５ｂ以外のカッタビット２０が主体となって土砂の掘削が行われる。第２のビット２３ｂ，２５ｂは硬質壁の切削により摩耗し、続く土砂の掘削により最終的に摩耗消滅し、消滅後は、第１のビット２３ａ，２５ａにより土砂の掘削が行われる。

なお、複合型カッタビット２３，２５の構造の詳細については後述する。

外周リング部２−５の外周面には、例えば２個のコピービット３１（カッタビット２０の一種）が対極する位置に設けられている。このコピービット３１は、急曲線施工時の余堀りやシールド掘進機１の姿勢制御などを行う役割を備えている。

ここで、カッタビット２０（センタビット２１、リッパ型ビット２２ａ，２２ｂ、複合型カッタビット２３、先行ビット２４、複合型カッタビット２５、外周ビット２６、スクレーパツース３０，３０ａ）は、土台となるビット本体（母材）に刃体である複数のチップが部分的に埋め込まれることで構成されている。ビット本体は、例えば、鋼鉄により構成されている。また、チップは、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭化タンタル（ＴａＣ）等のような金属炭化物粒子を、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等のようなバインダ金属で結合した超硬質合金により構成されている。

また、本実施の形態において、リッパ型ビット２２ａ，２２ｂ、先行ビット２４および外周ビット２６では、土砂を掘削するチップの間のビット本体に小さなチップが埋め込まれており、ビット本体の摩耗を出来るだけ抑制することで土砂掘削のチップが外れにくくしている。

次に、複合型カッタビットについて説明する。ここで、図５は面板部に設置された複合型カッタビットの正面図、図６は図５の複合型カッタビットの側面図、図７は図５の複合型カッタビットの平面図、図８は図５の複合型カッタビットのＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図９は外周リング部に設置された複合型カッタビットの正面図、図１０は図９の複合型カッタビットの側面図、図１１は図９の複合型カッタビットの平面図である。

図５〜図８に示す複合型カッタビット２３は、前述のように、土砂掘削用の第１のビット２３ａと、第１のビット２３ａの先端に設けられた硬質壁切削用の第２のビット２３ｂで構成されている。

第１のビット２３ａは、切羽に対向する対向面Ｆ１を掘削部側に有する土台としての第１のビット本体２３ａａと、第１のビット本体２３ａａの掘削部側において、第１のビット本体２３ａａの掘削工程時における移動方向（図５の矢印で示す方向）の前方および後方の角部に、第１のビット本体２３ａａの一部を介してそれぞれ設置された第１のチップ２３ａｂとを備えている。

また、これらの第１のチップ２３ａｂの間には、移動方向に沿って第１のビット本体２３ａａの一部を介して隣接した状態の第１のチップ２３ａｂが設置されている、但し、第１のビット本体２３ａａの幅が狭くスペース的な余裕がない場合などには、第１のチップ２３ａｂは２箇所の角部だけに設置されていてもよい。

一方、第２のビット２３ｂはリッパ型であり、第１のビット本体２３ａａの対向面Ｆ１に設けられた第２のビット本体２３ｂａと、第２のビット本体２３ｂａの掘削部側において、移動方向の前方および後方の角部に第２のビット本体２３ｂａの一部を介してそれぞれ設置された第２のチップ２３ｂｂとを備えている。また、第２のチップ２３ｂｂは、切削部Ｐが移動方向の前端および後端にそれぞれ位置しており、すくい面Ｓ１（切削屑をすくい取る役割をする面）および逃げ面Ｓ２（切削対象である硬質壁と第２のチップ２３ｂｂとの摩擦を回避する面）が形成されている。

図９〜図１１に示す複合型カッタビット２５も、前述のように、土砂掘削用の第１のビット２５ａと、第１のビット２５ａの先端に設けられた硬質壁切削用の第２のビット２５ｂで構成されている。

第１のビット２５ａは、切羽に対向する対向面Ｆ１を掘削部側に有する土台としての第１のビット本体２５ａａと、第１のビット本体２５ａａの掘削部側において、第１のビット本体２５ａａの掘削工程時における移動方向（図９の矢印で示す方向）の前方および後方の角部に、第１のビット本体２５ａａの一部を介してそれぞれ設置された第１のチップ２５ａｂとを備えている。また、第１のビット本体２５ａａには、対向面Ｆ１に対して傾斜した状態で交差する傾斜面Ｆ２が掘削部側に形成されている。

一方、複合型カッタビット２５の第２のビット２５ｂもリッパ型であり、第１のビット本体２５ａの対向面Ｆ１に設けられた第２のビット本体２５ｂａと、第２のビット本体２５ｂａの掘削部側において、移動方向の前方および後方の角部に第２のビット本体２５ｂａの一部を介してそれぞれ設置された第２のチップ２５ｂｂとを備えている。第２のチップ２５ｂｂは、切削部Ｐが移動方向の前端および後端にそれぞれ位置しており、すくい面Ｓ１および逃げ面Ｓ２が形成されている。

また、図１０に示すように、第２のビット本体２５ｂａには、第１のビット本体２５ａａに形成された傾斜面Ｆ２と連続した面（傾斜面Ｆ２）が形成されている。そして、複合型カッタビット２５は、傾斜面Ｆ２がカッタヘッド２の中心を向いた状態でカッタヘッド２の外周（つまり、外周リング部２−５）に設置されている、

なお、本実施の形態の複合型カッタビット２３，２５では、第１のビット本体２３ａａ，２５ａａに第２のビット本体２３ｂａ，２５ｂａの下部が嵌まり込む穴（図示せず）が形成されており、第２のビット本体２３ｂａ，２５ｂａは、折損することがないように当該穴に嵌め込まれて溶接により第１のビット本体２３ａａ，２５ａａに固定されている。但し、穴を形成することなく、溶接で固定してもよい。また、第２のビット本体２３ｂａ，２５ｂａを第１のビット本体２３ａａ，２５ａａと一体形成してもよい。

また、複合型カッタビット２３の第１のチップ２３ａｂおよび第２のチップ２３ｂｂ、ならびに複合型カッタビット２５の第１のチップ２５ａｂおよび第２のチップ２５ｂｂは、それぞれ第１のビット本体２３ａａおよび第２のビット本体２３ｂａ、ならびに第１のビット本体２５ａａおよび第２のビット本体２５ｂａの所定の位置に嵌め込まれた後、溶接またはロウ付けにより固定されている。

なお、第１のチップ２３ａｂと第２のビット本体２３ｂａ、第１のチップ２５ａｂと第２のビット本体２５ｂａとの溶接などによる接合は行わない。これは、第１のチップ２３ａｂ，２５ａｂの物性が溶接などにより変わってしまわないようにするためである。

次に、以上のカッタビット２０が設置されたカッタヘッド２を備えたシールド掘進機１による動作について説明する。

なお、本実施の形態では、発進立坑の発進口部分は高強度な繊維補強コンクリートからなる平坦な硬質壁で構築されていることから、シールド掘進機１はこの硬質壁を切削した後に地盤中に進入して土砂の掘削を行うことになる。

さて、前述のように、カッタヘッド２に設置された複数種のカッタビット２０の内で、複合型カッタビット２３および複合型カッタビット２５の設置高さが２２０ｍｍで、最も高くなっている。そして、複合型カッタビット２３，２５は、土砂掘削用の第１のビット２３ａ，２５ａの先端に硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂが設けられた構造になっている。また、次に設置高さが高いのは土砂掘削用の外周ビット２６および外周ビット２６の２００ｍｍであり、その次に設置高さが高いのは複合型カッタビット２３，２５の第１のビット２３ａ，２５ａの１７０ｍｍである。

したがって、シールド掘進機１が発進した場合、複合型カッタビット２３，２５（より詳しくは、複合型カッタビット２３，２５の先端に設けられた硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂ）が他のカッタビット２０（センタビット２１、リッパ型ビット２２ａ，２２ｂ、先行ビット２４、外周ビット２６、スクレーパツース３０，３０ａ）より先行する。

ここで、前述のように、本実施の形態において、発進立坑の発進口部分は高強度な繊維補強コンクリートからなる平坦な硬質壁で構築されていることから、硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂにより硬質壁が切削される。そして、切削が行われた時点では、第２のビット２３ｂ，２５ｂは、摩耗した状態で残存している。

硬質壁が切削された後は、シールド掘進機１が発進立坑から地盤中に進入して土砂の掘削が行われる。ここでは、主として、残存した第２のビット２３ｂ，２５ｂ以外のカッタビット２０（特に、複合型カッタビット２３，２５の次に設置高さが高い外周ビット２６および外周ビット２６）によって土砂の掘削が行われる。これは、掘削面である切羽は、平坦な硬質壁とは異なり、土砂や硬岩、玉石などによって凸凹（デコボコ）しているので、地盤中に進入した時点では摩耗した第２のビット２３ｂ，２５ｂが幾分先行していても、他のカッタビット２０が土砂を掘削することができるからである。また、硬質壁切削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂは土砂掘削に適した形状ではないため、土砂の掘削を行うことはできるものの、効率が悪いからである。

そして、外周ビット２６や外周ビット２６などのカッタビット２０により土砂の掘削が行われるとともに、第２のビット２３ｂ，２５ｂは最終的に土砂により摩耗消滅し、その後は土砂掘削用の第１のビット２３ａ，２５ａによって土砂の掘削が行われる。

このように、本実施の形態によれば、シールド掘進機１のカッタヘッド２に、土砂掘削用の第１のビット２３ａ，２５ａとその先端に設けられた硬質壁掘削用の第２のビット２３ｂ，２５ｂで構成されて、最も設置高さの高い複合型カッタビット２３，２５が取り付けられ、また、複合型カッタビット２３，２５の設置高さよりも低く第１のビット２３ａ，２５ａの設置高さよりも高い設置高さを有する土砂掘削用カッタビットである外周ビット２６および外周ビット２６が取り付けられている。したがって、第２のビット２３ｂ，２５ｂにより発進立坑の硬質壁が切削され、地盤中に進入した後は、土砂掘削用の外周ビット２６および外周ビット２６などのカッタビット２０、さらには第２のビット２３ｂ，２５ｂが摩耗消滅した後は土砂掘削用の第１のビット２３ａ，２５ａによって土砂の掘削が行われる。

よって、土砂の掘削効率を低下させることなく発進口部分を形成する硬質壁を確実に切削することが可能になる。

とりわけ、カッタヘッド２上のビット配置が非常に密になっているために、硬質壁掘削用のビットをさらに配置することが困難な場合に、極めて有効である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば、カッタヘッド２に設置されたカッタビット２０の設置高さなどの寸法は一例に過ぎず、本発明がこれらの数値に限定されるものではない。

以上の説明では、本発明を泥水圧式のシールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、泥土圧式のシールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用することができる。

１ シールド掘進機
２ カッタヘッド（カッタ盤）
２−１ ハブ部
２−２ メインスポーク
２−３ 格納式スポーク
２−４ 面板部
２−５ 外周リング部
３ 機器本体
３ａ 前胴プレート
３ｂ 後胴プレート
４ 泥水室
４ａ 穴
２０ カッタビット
２１ センタビット（カッタビット）
２２ａ，２２ｂ リッパ型ビット（カッタビット）
２３ 複合型カッタビット（カッタビット）
２３ａ 第１のビット
２３ａａ 第１のビット本体
２３ａｂ 第１のチップ
２３ｂ 第２のビット
２３ｂａ 第２のビット本体
２３ｂｂ 第２のチップ
２４ 先行ビット（土砂掘削用カッタビット・カッタビット）
２５ 複合型カッタビット（カッタビット）
２５ａ 第１のビット
２５ａ 第１のビット本体
２５ａｂ 第１のチップ
２５ｂ 第２のビット
２５ｂａ 第２のビット本体
２５ｂｂ 第２のチップ
２６ 外周ビット（土砂掘削用カッタビット・カッタビット）
３０ スクレーパツース（カッタビット）
３０ａ 外周スクレーパツース（カッタビット）
３１ コピービット（カッタビット）
Ｆ１ 対向面
Ｆ２ 傾斜面
Ｐ 切削部
Ｓ１ すくい面
Ｓ２ 逃げ面

Claims (8)

1. シールド掘進機用のカッタビットが前面に設置されたカッタ盤であって、
   前記カッタビットは、
   前記カッタ盤に取り付けられた土砂掘削用の第１のビット、および前記第１のビットの先端に設けられた硬質壁掘削用の第２のビットで構成され、最も設置高さの高い複数の複合型カッタビットと、
   前記複合型カッタビットの設置高さよりも低く前記第１のビットの設置高さよりも高い設置高さを有する複数の土砂掘削用カッタビットと、
   を含むことを特徴とするカッタ盤。
2. 前記複合型カッタビットは、
   前記第１のビットが、
   切羽に対向する対向面を掘削部側に有する第１のビット本体と、
   前記第１のビット本体の掘削部側において、前記第１のビット本体の掘削工程時における移動方向の前方および後方の角部に、前記第１のビット本体の一部を介してそれぞれ設置された第１のチップとを備え、
   前記第２のビットが、
   前記第１のビット本体の前記対向面に設けられた第２のビット本体と、
   前記第２のビット本体の掘削部側において、前記移動方向の前方および後方の角部に前記第２のビット本体の一部を介してそれぞれ設置され、切削部が前記移動方向の前端および後端にそれぞれ位置するとともにすくい面および逃げ面が形成された第２のチップとを備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のカッタ盤。
3. 前記複合型カッタビットは、
   前記第２のビット本体が、溶接により前記第１のビット本体に固定され、または前記第１のビット本体と一体形成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載のカッタ盤。
4. 前記複合型カッタビットは、
   前記移動方向の前方および後方の角部に設置された前記第１のチップの間に、当該移動方向に沿って前記第１のビット本体の一部を介して隣接した状態で第１のチップがさらに設置されている、
   ことを特徴とする請求項２または３記載のカッタ盤。
5. 前記複合型カッタビットは、前記カッタ盤の外周側から径方向途中位置までの相互に異なる回転軌跡上に設置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載のカッタ盤。
6. 前記複合型カッタビットは、
   前記第１のビット本体が、前記対向面に対して傾斜した状態で交差する傾斜面を前記掘削部側にさらに有し、
   前記第２のビット本体には、前記傾斜面と連続した面が形成されている、
   ことを特徴とする請求項２または３記載のカッタ盤。
7. 前記複合型カッタビットは、前記傾斜面が前記カッタ盤の中心を向いた状態で当該カッタ盤の外周に設置されている、
   ことを特徴とする請求項６記載のカッタ盤。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備えることを特徴とするシールド掘進機。

Images