JP2910635B2 - シールド掘進機による切羽面の切削方法及びシールド掘進機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シールド掘進機
による切羽面の切削方法及びシールド掘進機に関し、特
に、スポークタイプのカッターフェイスを備えたシール
ド掘進機による切羽面の切削方法、及びスポークタイプ
のカッターフェイスを備えたシールド掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特に都市土木の分野において、地下水の
存在する地盤や、比較的軟弱な地盤中にトンネルを掘削
形成する方法として、シールド掘進機を用いたトンネル
工法が知られている。このシールド掘進機を用いたトン
ネル工法は、シールド掘進機により切羽面を掘削しなが
ら、その後方にセグメントと呼ばれるトンネルの内壁面
を覆う覆工体を順次組み立て、かかる覆工体によりトン
ネル内壁面を防護するとともに、この覆工体から推進反
力を得つつトンネルを掘削形成して行くものである。

【０００３】そして、このシールド掘進機を用いたトン
ネル工法は、例えば、シールド掘進機の先端部分に設け
られたカッターディスクすなわちカッターフェイスを、
トンネルの切羽面に押しつけながら旋回駆動し、このカ
ッターフェイスに取り付けた多数のカッタービットによ
って切羽面の地山を切削し、切削土砂をカッターフェイ
スの後方に設けた隔室内に取り込むとともに、取り込ん
だ土砂をスクリュウコンベア等を介して後方に排除しつ
つトンネルの掘削作業を行ってゆくものである。

【０００４】ここで、かかるシールド掘進機に設けられ
るカッターフェイスは、対象とする地山の土質条件や掘
削方法等によって種々の形状のものが採用されるが、主
として、スポークタイプ、面板タイプ、ドームタイプの
三種類が使用されている。このうちスポークタイプのも
のは、カッターフェイスの中心部分をなす中心軸部材か
ら放射方向に延長する複数のロッド状のスポークを、前
記カッターフェイスの中心軸部材を回転中心として正転
あるいは逆転方向に旋回駆動させながら掘削作業を行っ
てゆくもので、スポークによる撹拌効果が期待でき、隔
室内の掘削土砂の流動性を容易に保持することができる
等の利点を備えるものである。

【０００５】一方、このようなシールド掘進機を用いた
トンネル工法は、近年、大深度化、長距離化が指向され
ており、かかる長距離施工に対応すべく、カッターフェ
イスに取り付けられるカッタービットの切削機能を長時
間保持することが不可欠の事項となってきている。この
ため、従来は、長期間の使用により磨耗したり損傷して
切削機能が低減したカッタービットを適宜交換し、新し
いカッタービットを用いて掘削作業を再開することによ
り、カッターフェイスの切削機能を維持する方法を採用
していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、上記従来のカ
ッタービットを交換する方法によれば、上記スポークタ
イプや面板タイプあるいはドームタイプのカッターフェ
イスを有するいわゆる密閉式のシールド掘進機では、各
工区間における掘進作業の進行途中において、作業員が
カッターフェイスの前面に直接立入ることは困難である
ため、かかるカッタービットの交換作業を行なうには、
地盤改良等の特殊な補助工法を別途施工する必要があ
る。また、トンネルの延長上にカッタービットの交換用
の立坑を設け、この立坑内にシールド掘進機の前面を到
達させてカッタービットの交換作業を行なう方法も採用
されている。

【０００７】しかしながら、かかる従来のカッタービッ
トを交換する方法では、特にトンネルの深度が深い場合
には、上記特殊な補助工法や立坑の設置作業に多くの工
期と工費を必要として経済的な施工を行なうことができ
ないという課題があった。また、特に、地盤改良等の特
殊な補助工法を施工しつつ地中において交換作業を行な
う場合には、好ましくない作業環境下での交換作業を強
いられることになるおそれがあるという課題あった。

【０００８】そこで、この発明は、このような従来の課
題に着目してなされたもので、カッターフェイスによる
切削機能を長期間保持して、シールド掘進機による長距
離のトンネル掘削作業を可能とし、これによってカッタ
ービットの交換作業を容易に省略あるいは軽減すること
のできるシールド掘進機による切羽面の切削方法を提供
することを目的とするものである。

【０００９】また、この発明は、カッターフェイスによ
る切削機能を長期間保持して、長距離のトンネル掘削作
業を容易に行なうことのできるシールド掘進機を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、その要旨は、スポーク
タイプのカッターフェイスを備えたシールド掘進機によ
る切羽面の切削方法であって、前記カッターフェイスの
中心軸部材から放射状に延長してカッターフェイスを構
成する複数のスポークを、当該スポークの軸方向中央部
分を回転中心として回動固定可能に構成し、カッターフ
ェイスを旋回駆動して切羽面の切削作業を行なう際に、
前記スポークを、適宜固定状態を解除して前記回転中心
を中心として回動し、前記スポークの放射方向外方部分
に取り付けられていたカッタービットと、前記スポーク
の放射方向内方部分に取り付けられていたカッタービッ
トとを入れ換えて固定て、切羽面の切削作業を行なうこ
とを特徴とするシールド掘進機による切羽面の切削方法
にある。

【００１１】また、この発明の他の要旨は、スポークタ
イプのカッターフェイスを備えたシールド掘進機におい
て、前記カッターフェイスの中心軸部材から放射状に延
長してカッターフェイスを構成する複数のスポークが、
当該スポークの軸方向中央部分においてこれの背面に取
り付けられたスポーク回動手段と、当該スポークの両先
端部に設けられた係止手段とを備えるとともに、前記カ
ッターフェイスの中心軸部材が、その側面部に前記係止
手段と着脱可能に係合する被係止手段を備え、前記スポ
ーク回動手段、係止手段、及び被係止手段によって前記
スポークを回動固定することにより、前記スポークの放
射方向外方部分に取り付けられていたカッタービット
と、前記スポークの放射方向内方部分に取り付けられて
いたカッタービットとを入れ換えるように構成したこと
を特徴とするシールド掘進機にある。

【００１２】そして、この発明のシールド掘進機は、前
記カッターフェイスに、前記放射状に延長する複数のス
ポークの放射方向先端部を一体に連結する、シールド掘
進機のスキンプレートと略同一の断面形状の外周リング
を設けるとともに、この外周リングには、前記スポーク
の先端部に設けた係止手段と着脱可能に係合する被係止
手段を設け、前記中心軸部材の被係止手段とともに、前
記スポークの係止手段と係合して前記スポークをその両
端部において固定支持するようにすることが好ましい。

【００１３】ここで、シールド掘進機の前面に位置して
切羽面の切削作業を行なうカッターフェイスは、中心軸
部材を中心として旋回駆動するので、カッターフェイス
を構成する各スポークに取り付けられて切羽面を切削す
る多数のカッタービットは、各スポークの放射方向外方
に配置されたもの程回転半径が大きくなり、切羽面に対
する切削摺動距離もまた大きくなる。すなわち、各スポ
ークの軸方向に整列配置された多数のカッタービット
は、かかる切削摺動距離の増大により、放射方向外方に
配置されたものほど磨耗や損傷を生じやすくなる一方
で、放射方向内方に位置するカッタービットは、磨耗等
の程度が少ない状態を保持することになる。

【００１４】したがって、放射方向外方に位置するカッ
タービットが相当程度磨耗等した段階で、磨耗等の進行
していない放射方向内方に位置するカッタービットと入
れ換えて切削作業を行なうようにすれば、カッターフェ
イスの全体に亘って配置した多数のカッタービットを効
率良く使用しつつ、カッターフェイスの切削機能を長期
間保持することができることになる。

【００１５】すなわち、この発明の切羽面の切削方法あ
るいはシールド掘進機によれば、スポークの放射方向外
方部分に取り付けられていたカッタービットと、スポー
クの放射方向内方部分に取り付けられていたカッタービ
ットとを適宜入れ換えつつ切羽面の切削作業を行なって
ゆくことにより、カッターフェイスの切削機能を長期間
保持して長距離のトンネル掘削作業を行なうことが可能
になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態である一実施例について添付図面を参照しつつ詳細に
説明する。この実施例にかかるシールド掘進機３０は、
図１に一部破断斜視図として、図２に正面図として、及
び図３には縦断面図として示すように、例えば土圧式の
密閉型のシールド掘進機であって、かかるシールド掘進
機３０によれば、これの先端部分に設けたスポークタイ
プのカッターフェイス３を、中心軸部材１０を中心とし
て旋回駆動しながら、カッターフェイス３を構成する４
本のスポーク１４に各々取り付けた多数のカッタービッ
ト１６により切羽面の土砂を切削し、切削した土砂を、
隔壁２とスキンプレート１とによってカッターフェイス
３の後方に形成される土圧室３１に取り込むとともに、
取り込んだ土砂を、隔壁２の下部に開口形成した排土口
２ａを介してスクリュウコンベア４等により後方に排出
しながら掘進作業を行ってゆくものである。

【００１７】なお、この土圧式のシールド掘進機３０に
よれば、土圧室３１の内部に充填される流動状態の掘削
土砂を加圧状態に保持することにより、周囲の地山から
の土圧や水圧に抗して掘削作業中の切羽面の安定を図
り、また、シールド掘進機３０の後方には、掘削後のト
ンネル内壁面を覆うセグメント３２組み立てて、周囲の
地山の崩壊を防護するとともに、組み立てたセグメント
３２からシールドジャッキ５を介してシールド掘進機３
０の推進反力を得つつ、トンネルの掘削作業を行ってゆ
くものである。

【００１８】また、このシールド掘進機３０は、いわゆ
る中間支持方式として知られるシールド掘進機であっ
て、かかる中間支持方式によれば、各スポーク１４は、
これの内方の一端が、前記中心軸部材１０の先端部に設
けられたヘッド部１１の側面部分に、後述する係合手段
によって固定支持されるとともに、これの中央部分の背
面側には、後方に設けた回動リング９から中心軸部材１
０と平行に突出延長する支持柱１７が接続固定され、か
かる中心軸部材１０のヘッド部１１と支持柱１７とによ
って各スポーク１４が強固に支持された状態で、カッタ
ーフェイス３は、回動リング９の回動に伴って安定して
旋回駆動されることになる。

【００１９】すなわち、回動リング９は、図２に示すよ
うに、隔壁２の後方の作業空間３３内に配置されたカッ
ター駆動モータ６と、歯車機構７を介して連結すること
により、カッター駆動モータ６によって回転駆動する。
またこの回動リング９は、ベアリング機構８を介して、
リング状の支持架台３４に沿って滑らかに回動し、これ
によってカッターフェイス３を所定のトルクで旋回駆動
する。

【００２０】また、この実施例のシールド掘進機３０に
よれば、カッターフェイス３は、各スポーク１４の放射
方向先端部を一体に連結する外周リング１５を備えてい
る。かかる外周リング１５は、後述する係合手段によっ
て各スポーク１４の放射方向先端部を固定支持するとと
もに、シールド掘進機３０のスキンプレート１と略同一
の断面形状を有することにより、各スポーク１４の放射
方向先端部の磨耗を防止しつつ、切羽面を、シールド掘
進機３０と略同一の断面で切削するようにする機能を果
たすものである。

【００２１】なお、中心軸部材１０は、その後端部が隔
壁２によって回転可能に支持されるとともに、土圧室３
１を横切って前方に突出延長し、また、その先端部分を
構成する拡径された角形断面のヘッド部１１には、フィ
ツシュテール状のセンターカッター１２が取り付けられ
て、切羽面を芯抜きするようにして先行掘削することが
できるようになっている。

【００２２】そして、この実施例のシールド掘進機３０
によれば、カッターフェイス３を構成する、中心軸部材
１０から放射方向に延長する４本のスポーク１４は、各
々、各スポーク１４の中央部分を回転中心として回動可
能に構成されている。

【００２３】すなわち、回動リング９から突出延長して
各スポーク１４の中央部分背面側に接続固定される上記
支持柱１７の内部には、かかる支持柱１７の一部とし
て、油圧回動モータ１８が設置されているとともに、各
スポーク１４の両端面には、支持柱１７及び各スポーク
１４の内部に配設された油圧配管からの油圧力により、
各端面から進退突出可能に構成された、係止手段として
の油圧シリンダー方式のストッパー１９が設けられ、ま
た、４本のスポーク１４の位置に対応する９０°の角度
間隔毎に、ヘッド部１１の側面には４箇所の係止孔１１
ａが、外周リング１５には４箇所の係止孔１５ａが、各
々被係止手段として設けられている。

【００２４】したがって、スポーク１４の両端面からス
トッパー１９を突出して各係止孔１１ａ、１５ａと係合
すれば、スポーク１４の両端がヘッド部１１及び外周リ
ング１５によって固定支持されることになる。そして、
かかる固定支持された状態から、ストッパー１９を後退
して各係止孔１１ａ、１５ａとの係合を解除し、油圧回
動モータ１８を駆動してスポーク１４を１８０°回動し
た後、再びストッパー１９と各係止孔１１ａ、１５ａと
を係合すれば、スポーク１４の内方部分と外方部分が入
れ換わって固定支持されることになり、これによって、
スポーク１４の軸方向に沿って多数配設固定されている
カッタービット１６に対して、スポーク１４の放射方向
外方部分に取り付けられていたカッタービット１６と、
スポーク１４の放射方向内方部分に取り付けられていた
カッタービット１６とを、容易に入れ換えることができ
る。

【００２５】そして、この実施例にかかる切羽面の切削
方法によれば、各スポーク１４を固定支持した状態で切
羽面の切削作業を行なうが、相当の距離のトンネル掘進
作業が終了して、各スポーク１４に固定配置した多数の
カッタービット１６のうち、放射方向外方に位置するカ
ッタービット１６の磨耗あるいは損傷が著しくなった
ら、掘進作業を一旦停止し、各スポーク１４を１８０°
回動して、スポーク１４の放射方向外方部分に取り付け
られていたカッタービット１６と、スポーク１４の放射
方向内方部分に取り付けられていたカッタービット１６
とを入れ換えた後、掘進作業を再開する。

【００２６】すなわち、かかる切削方法によれば、切削
摺動距離が長く、したがって磨耗や損傷の著しい放射方
向外方に位置するカッタービット１６と、切削摺動距離
が短く、したがって磨耗や損傷の少ない放射方向内方に
位置するカッタービット１６とを、適宜入れ換えつつカ
ッターフェイス３による切羽面の切削作業を行なうの
で、カッターフェイス３の全体に亘って配置した多数の
カッタービット１６を効率良く使用しつつ、カッターフ
ェイス３の切削機能を長期間保持することができ、これ
によって、カッタービット１６の交換作業を低減しある
いはかかる交換作業を省略しつつ、シールド掘進機３０
による長距離のトンネル掘削作業を容易に可能にするこ
とができる。

【００２７】なお、この発明の切削方法は、上記構成を
有するシールド掘進機を用いたものに、限定されるもの
ではない。

【００２８】また、上記実施例では、スポークタイプの
カッターフェイス３を有する土圧式のシールド掘進機３
０について、この発明を適用する場合について記載した
が、この発明はかかる実施の形態に限定されるものでは
なく、スポークタイプのカッターフェイスを有するシー
ルド掘進機であれば、泥水式等、その他の種々の形式の
シールド掘進機に適用することができる。また、カッタ
ーフェイスのスポークの本数も４本のものに限定される
ものではない。さらに、カッターフェイスを構成するス
ポークの全てを回動可能に構成する必要は必ずしもな
く、選択した一部のスポークのみを回動可能に構成する
こともできる。さらにまた、各スポーク１４の先端部を
連結するように設けられた外周リング１５は必ずしも必
要とされるものではない。

【００２９】なお、スポーク１４の回動による放射方向
外方に位置するカッタービット１６と、放射方向内方に
位置するカッタービット１６との入れ換えは、外方部分
のカッタービット１６が著しく磨耗あるいは損傷してか
ら行なう必要は必ずしもなく、切羽面の切削状況に応じ
て、これらを適宜入れ換えながら掘削作業を行なうこと
によっても、カッターフェイス３の切削機能を長期間保
持することができ、また、地山の状況によっては、入れ
換えを全く行わなくて済む場合もある。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
切羽面の切削方法によれば、カッターフェイスを構成す
るスポークを、当該スポークの軸方向中央部分を回転中
心として回動固定可能に構成し、このスポークを回動し
て、これの放射方向外方部分に取り付けられていたカッ
タービットと、放射方向内方部分に取り付けられていた
カッタービットとを適宜入れ換えながら、カッターフェ
イスによる切羽面の切削作業を行なってゆくので、カッ
ターフェイスによる切削機能を長期間保持して、カッタ
ービットの交換作業を省略あるいは軽減しつつ、シール
ド掘進機による長距離のトンネル掘削作業を容易に行な
うことができる。

【００３１】また、この発明のシールド掘進機は、カッ
ターフェイスを構成する複数のスポークが、当該スポー
クの軸方向中央部分においてこれの背面に取り付けられ
たスポーク回動手段と、当該スポークの両先端部に設け
られた係止手段とを備えるとともに、カッターフェイス
の中心軸部材が、その側面部に前記係止手段と着脱可能
に係合する被係止手段を備え、スポークを回動してこれ
の放射方向外方部分に取り付けられていたカッタービッ
トと、放射方向内方部分に取り付けられていたカッター
ビットとを適宜入れ換えることができるので、カッター
フェイスの全体に亘って配置した多数のカッタービット
を効率良く使用しつつ、カッターフェイスの切削機能を
長期間保持して、長距離のトンネル掘削作業を容易に行
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるスポークタイプの
シールド掘進機の概略の構成を示す一部破断斜視図であ
る。

【図２】この発明の一実施例にかかるスポークタイプの
シールド掘進機の概略の構成を示す正面図である。

【図３】この発明の一実施例にかかるスポークタイプの
シールド掘進機の概略の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

３ カッターフェイス １０ 中心軸部材 １１ ヘッド部（中心軸部材） １１ａ 係止孔（被係止手段） １４ スポーク １５ 外周リング １５ａ 係止孔（被係止手段） １６ カッタービット １８ 油圧回動モータ（回動手段） １９ ストッパー（係止手段） ３０ シールド掘進機

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スポークタイプのカッターフェイスを備
   えたシールド掘進機による切羽面の切削方法であって、
   前記カッターフェイスの中心軸部材から放射状に延長し
   てカッターフェイスを構成する複数のスポークを、当該
   スポークの軸方向中央部分を回転中心として回動固定可
   能に構成し、カッターフェイスを旋回駆動して切羽面の
   切削作業を行なう際に、前記スポークを、適宜固定状態
   を解除して前記回転中心を中心として回動し、前記スポ
   ークの放射方向外方部分に取り付けられていたカッター
   ビットと、前記スポークの放射方向内方部分に取り付け
   られていたカッタービットとを入れ換えて固定して、切
   羽面の切削作業を行なうことを特徴とするシールド掘進
   機による切羽面の切削方法。
2. 【請求項２】 スポークタイプのカッターフェイスを備
   えたシールド掘進機において、前記カッターフェイスの
   中心軸部材から放射状に延長してカッターフェイスを構
   成する複数のスポークが、当該スポークの軸方向中央部
   分においてこれの背面に取り付けられたスポーク回動手
   段と、当該スポークの両先端部に設けられた係止手段と
   を備えるとともに、前記カッターフェイスの中心軸部材
   が、その側面部に前記係止手段と着脱可能に係合する被
   係止手段を備え、前記スポーク回動手段、係止手段、及
   び被係止手段によって前記スポークを回動固定すること
   により、前記スポークの放射方向外方部分に取り付けら
   れていたカッタービットと、前記スポークの放射方向内
   方部分に取り付けられていたカッタービットとを入れ換
   えるように構成したことを特徴とするシールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記カッターフェイスが、前記放射状に
   延長する複数のスポークの放射方向先端部を一体に連結
   する、シールド掘進機のスキンプレートと略同一の断面
   形状の外周リングを有するとともに、該外周リングが、
   前記スポークの先端部に設けた係止手段と着脱可能に係
   合する被係止手段を備え、前記中心軸部材の被係止手段
   とともに、前記スポークの係止手段と係合して前記スポ
   ークをその両端部において固定支持することを特徴とす
   る請求項２に記載のシールド掘進機。