JP2914563B2 - シールド掘進機の予備カッタ装置および掘進方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、シールド掘進機の予備カッタ装
置（予備ゲージカッタ装置と予備先行カッタ装置の総
称）および掘進方法に係り、特に、摩耗したゲージカッ
タに代えて地山を掘削するためのシールド掘進機の予備
ゲージカッタ装置、およびシールド本体の前面の地山を
ツールビットに先行して掘削するためのシールド掘進機
の予備先行カッタ装置、およびシールド掘進機の掘進方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は、円筒状の鋼製シール
ド本体を有し、その先端にカッタヘッドを回転自在に取
り付けた構造をしている。このシールド掘進機は、カッ
タヘッドを回転させながらシールド本体内に設けたシー
ルドジャッキによって、トンネル内に組み立てたセグメ
ントに反力を取りながらシールド本体を推進してトンネ
ルを掘削するようになっている。そして、シールド掘進
機においては、シールド本体を推進可能とするため、カ
ッタヘッドの周縁部に複数のゲージカッタを配設し、シ
ールド本体の径より大きなトンネルを掘るようにしてい
る。第１の従来のシールド掘進機は、ゲージカッタが摩
耗すると交換するようにしているが、一般にゲージカッ
タは溶接またはボルトによってカッタヘッドに固定して
あるため、交換作業に多くの時間を必要とするばかりで
なく、作業者が切羽面に出て作業を行うために危険を伴
う（図示せず）。

【０００３】そこで、第２の従来技術として、図１０
（Ａ）にカッタヘッド前面図、図１０（Ｂ）にカッタヘ
ッドの要部断面図を示す、特開平６−２２９１９４号公
報には、カッタヘッド２の面板３に固定してあるカッタ
ビット６，７の交換に伴う危険を避けること等を目的と
して、カッタヘッド２の面板３にビットガイド４を形成
してこのガイド４内に複数のカッタビット６，７を配置
し、摩耗した先頭のカッタビット６をジャッキ装置５に
よって順次押し出し、カッタビット６，７の交換を行う
ことを提案している。なお、カッタヘッド２は、面板３
と共に後板８および側板９とにより構成されている。

【０００４】また、図１１に示す第３の従来技術は、シ
ールド本体１２の先端部に回転自在に設けたカッタヘッ
ド２６ａの前面にはトンネルの前面を掘削するツールビ
ット４２、トンネルの前面外周部を掘削するゲージカッ
タ３８、およびトンネル前面の一部をツールビット４２
に先行して掘削する先行ビット３６が固定してある。ト
ンネルの掘進により先行ビット３６が磨耗すると、各ツ
ールビット４２の配列の間に予備先行ビット３６ａを溶
接して、先行ビット３６の代わりに、トンネル前面の一
部をツールビット４２に先行して掘削している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来技術による
シールド掘進機は、交換の際にその作業スペースを確保
するために、また、第２の従来技術によるシールド掘進
機１についても、ゲージカッタ６を落とすために磨耗し
たカッタを地山に貫入させながら押し出す必要がある。
また、上記公報に記載のものは、カッタビット６，７を
単にビットガイド４に挿入してあるだけであるため、カ
ッタビット６，７が抜け落ちるおそれがあるばかりでな
く、地山を掘削する際の掘削抵抗によってカッタビット
６，７が回転してしまい、切削性がよくない。

【０００６】さらに、上記公報に記載のシールド掘進機
１は、油圧ジャッキ５によって摩耗したカッタビット
６，７を押し出すようにしているため、カッタビット
６，７の交換のために大きな押出しストロークを必要と
し、油圧ジャッキ５が長くなりカッタヘッド厚さ方向に
大きな取り付けスペースを必要とする。さらに、上記公
報に記載のものは、油圧ジャッキ５によってカッタビッ
ト６，７を所定位置に保持するようにしているため、カ
ッタビット６，７が受ける負荷変動によりジャッキ５の
油の圧縮量が変動してカッタビット６，７を一定位置に
保持できず、切削効率がよくないばかりでなく、切削精
度も悪くなる。特に、油圧ジャッキ５によってカッタビ
ット６，７を支えているため、油圧回路に油漏れが発生
すると地山を掘削することができない。

【０００７】また、第３の従来技術においては、先行ビ
ット３６が摩耗したときには、切羽部の地山を凍結工
法、薬液注入等で自立させた後、地山部に交換作業空間
を確保した後、作業員による磨耗した先行ビットのガス
溶断、交換品の再取付により、多数の予備先行ビット３
６ａをカッタヘッド２６ａに溶接しなければならないた
め、交換のための補助工法の費用、工期が必要となると
共に、多数の予備先行ビット３６ａを溶接する間、トン
ネルの施工を中止する必要があると共に、多数の予備先
行ビット３６ａの溶接作業コストが嵩む問題があった。

【０００８】本願の目的は、磨耗したカッタを地山に貫
入させながら押し出すことなく、また、摩耗したゲージ
カッタ、あるいは先行ビットに係わりなく予備ゲージカ
ッタ、あるいは先行ビットを使用状態にすることであ
る。さらに、予備ゲージカッタ、あるいは先行ビットの
掘削精度と掘削効率を向上させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段、および作用効果】上記の
目的を達成するために、第１の発明に係るシールド掘進
機の予備カッタ装置は、シールド本体の先端部に回転自
在に設けたカッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁
部に設置された予備ゲージカッタ、および／またはカッ
タヘッド前面に設置された予備先行ビットを備えたシー
ルド掘進機の予備カッタ装置において、一端部をカッタ
ヘッドに支持され、他端部に予備ゲージカッタおよび／
または予備先行ビットを固設した押出し手段と、カッタ
ヘッドに固設されて押出し手段を案内するガイドと、押
出し手段とガイドとの間に内蔵されて予備ゲージカッタ
および／または予備先行ビットを押出された所定位置に
固定保持する位置決め機構とを備えることを特徴とす
る。

【００１０】第１の発明によれば次のような作用効果が
得られる。 （１）．一端部をカッタヘッドに支持され、他端部に予
備ゲージカッタおよび／または予備先行ビットを固設し
た押出し手段は、ガイドを介してカッタヘッドに支持さ
れる。このため、予備カッタ装置をカッタヘッドに確実
かつ強固に支持できる。 （２）．押出し手段は予備ゲージカッタおよび／または
予備先行ビットを押出す機能だけでなく、前記のように
ガイドを介してカッタヘッドに支持する機能があり、予
備ゲージカッタおよび／または予備先行ビットの支持手
段を別に必要としないため、予備カッタ装置の押出し方
向の長さが短縮される。 （３）．位置決め機構を押出し手段とガイドとの間に内
蔵したため、予備ゲージカッタおよび／または予備先行
ビットの押出方向で、位置決め機構を押出し手段と直列
に設置する必要がない。この面からも予備カッタ装置の
押出し方向の長さが短縮される。 （４）．（２）および（３）のように、予備ゲージカッ
タおよび／または予備先行ビットの押出し方向の長さが
短縮されて予備カッタ装置がコンパクトになるため、予
備カッタ装置をカッタヘッドに取付ける空間が確保し易
くなり、最適な位置に配置することができる。

【００１１】

【００１２】第２の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、シールド本体の先端部に回転自在に設けた
カッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁部に設置さ
れた予備ゲージカッタ、および／またはカッタヘッド前
面に設置された予備先行ビットと、この予備ゲージカッ
タおよび／または予備先行ビットをカッタヘッドから押
し出す押出し手段と、予備ゲージカッタおよび／または
予備先行ビットを押し出された所定位置に、固定保持す
る位置決め機構とを有するシールド掘進機の予備カッタ
装置において、前記押出し手段は、カッタヘッドに固定
された押出し駆動手段と、この押出し駆動手段により押
出し駆動可能なカッタホルダとからなり、このカッタホ
ルダは内方から外方に向かって二面幅部と、前記カッタ
ヘッドに固定されたシリンダにガイドされるガイド部
と、予備先行ビットを固定する取付け部とからなること
を特徴とする。

【００１３】第２の発明によれば、予備先行カッタ装置
の押出し手段を押出し駆動手段により押し出すとき、押
出し手段を構成するカッタホルダーは回止め部により回
り止めされると共に、ガイド部によりシリンダにガイド
されるため、予備先行ビットに大きな掘削力が作用して
も予備先行ビットを確実に支持することができる。

【００１４】第３の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、第２の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置において、前記押出手段の押出し駆動手段は、
カッタヘッドに固定されたシリンダと、このシリンダに
嵌装したピストンとより構成される流体圧ジャッキとす
る。

【００１５】第３の発明によれば、第２の発明に係るシ
ールド掘進機の予備カッタ装置における押出手段の押出
し駆動手段を流体圧ジャッキとしたので、複数の予備カ
ッタ装置を流体圧配管で接続するだけで、多数の予備カ
ッタ装置を駆動できるため、装置が簡素化され、大幅な
コスト低減を図ることができる。

【００１６】第４の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、シールド本体の先端部に回転自在に設けた
カッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁部に設置さ
れた予備ゲージカッタ、および／またはカッタヘッド前
面に設置された予備先行ビットと、この予備ゲージカッ
タおよび／または予備先行ビットをカッタヘッドから押
し出す押出し手段と、予備ゲージカッタおよび／または
予備先行ビットを押し出された所定位置に、固定保持す
る位置決め機構とを有するシールド掘進機の予備カッタ
装置において、前記押出し手段の押出し駆動手段は、予
備ゲージカッタを押し出す油圧シリンダ装置と、その油
圧シリンダ装置のピストンロッドを固定保持すると共
に、前記予備ゲージカッタを取り付けたシリンダチュー
ブ側を軸方向摺動可能に挿入したガイドケースと、前記
シリンダチューブのロッド側端面と前記ガイドケースの
内面とによって形成した気密室と、前記ガイドケースに
形成されて前記気密室とシールド掘進機の機内とを連通
すると共に、前記シリンダチューブを前記ガイドケース
に対して摺動させる圧油を気密室に導入する油圧配管の
接続が可能な空気抜き孔とにより構成することを特徴と
する。

【００１７】第４の発明によれば、第２の発明に係るシ
ールド掘進機の予備カッタ装置において、ガイドケース
にシリンダチューブを軸方向摺動可能に挿入し、ガイド
ケースとシリンダチューブとによって形成した気密室に
空気抜き孔から流体を供給できるようにしてあるため、
シリンダチューブに作動油を供給する主油圧回路系統に
故障が生じた場合であっても、気密室に作動流体を供給
してシリンダチューブを前進させることが可能であり、
予備ゲージカッタを所定位置に前進させることができ
る。従って、予備ゲージカッタの安全性を大幅に向上す
ることができる。

【００１８】第５の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、第２の発明、あるいは第４の発明に係るシ
ールド掘進機の予備カッタ装置において、前記予備カッ
タ装置の押出し手段は、予備カッタの自転を阻止する回
り止め機構を有する。

【００１９】第５の発明によれば、第４の発明に係るシ
ールド掘進機の予備カッタ装置において、予備カッタ装
置の押出し駆動手段に設置した回り止め機構により、予
備カッタ装置のカッタホルダの自転が阻止されるため、
掘削に最も適したビットの向きによって常に掘削するこ
とができ、予備先行ビットの掘削性能を向上することが
できる。

【００２０】第６の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、第１の発明〜第３の発明に係るシールド掘
進機の予備カッタ装置において、前記予備先行ビットの
押出し前に、シリンダにガイドされるカッタホルダのガ
イド部より外方に設置される、カッタホルダの取付け部
外径部とシリンダ間のスペースに充填される仮シール材
からなる。

【００２１】第６の発明によれば、第１の発明〜第３の
発明のシールド掘進機の予備カッタ装置において、予備
先行ビットの押出し前には、ホルダの取付け部外径部と
シリンダ間のスペースに仮シール材が充填されているた
め、掘削土砂が予備カッタ装置内に侵入し、このため摺
動部が固着することが防止され、予備カッタ装置の作動
に対する信頼性が向上する。

【００２２】第７の発明に係るシールド掘進機の予備カ
ッタ装置は、シールド本体の先端部に回転自在に設けた
カッタヘッドの周縁部にゲージカッタを固定し、前記カ
ッタヘッドに摺動可能、かつゲージカッタとは円周方向
で別の位置に設けられ、初期時に前記ゲージカッタが掘
削する掘削径および掘削前面の内側に保持した予備ゲー
ジカッタと、この予備ゲージカッタが取り付けられ、前
記予備ゲージカッタ使用時に、予備ゲージカッタを斜め
前方で、かつ外周側に向かって前進させる押出し手段と
を設けたシールド掘進機の予備カッタ装置において、前
記予備ゲージカッタ装置は、複数の前記予備ゲージカッ
タと、これらの予備ゲージカッタに対応した複数の前記
押出し手段とを有し、前記予備ゲージカッタ装置は、複
数の前記予備ゲージカッタと、これらの予備ゲージカッ
タに対応した複数の前記押出し手段とを有し、各押出し
手段が相互に独立して作動可能とする。

【００２３】第７の発明によれば、予備ゲージカッタ装
置は、複数の予備ゲージカッタと、これらの予備ゲージ
カッタに対応した複数の押出し手段が相互に独立して作
動可能であるため、摩耗した予備ゲージカッタを個別に
押し出して使用すれば、摩耗限界に達したゲージカッタ
部分のみの予備ゲージカッタが使用できて経済的であ
る。

【００２４】第８の発明に係るシールド掘進機の掘進方
法は、シールド掘進機のカッタヘッドに固定した複数の
ゲージカッタが摩耗したときに、これに替えて複数の予
備ゲージカッタを各押出し手段によりカッタヘッドの外
方へ押出して掘削するシールド掘進機の掘削方法におい
て、前記複数の予備ゲージカッタを相互に独立してカッ
タヘッドの外方へ押出して、順次使用することを特徴と
する。

【００２５】第８の発明によれば、複数のゲージカッタ
のうち、摩耗限界に達したゲージカッタの予備ゲージカ
ッタから順に、カッタヘッドの外方へ押出して掘削でき
るため、予備ゲージカッタを同時にカッタヘッドの外方
へ押出して掘削するときのように、摩耗の少ないゲージ
カッタまで予備ゲージカッタに替えて掘削することがな
くなり、従来の技術と同数のゲージカッタおよび予備ゲ
ージカッタでより長い距離のトンネルを掘削でき、ゲー
ジカッタおよび予備ゲージカッタの経済性が大幅に向上
する。

【００２６】

【００２７】

【００２８】第９の発明に係るシールド掘進機の掘進方
法は、シールド本体に回転自在に装着されたカッタヘッ
ドに設置した予備ゲージカッタを、ゲージカッタの摩耗
前においては、そのゲージカッタの掘削径および掘削前
面の内側に保持し、ゲージカッタの摩耗後には、油圧シ
リンダ装置によりゲージカッタの摩耗前の位置まで押し
出してトンネルを掘進するシールド掘進機の掘進方法に
おいて、前記油圧シリンダ装置のシリンダチューブをカ
ッタヘッドに固定したガイドケースに嵌装して支持し、
このシリンダチューブの端面とガイドケースの内端面と
によって気密室を形成し、前記油圧シリンダ装置の油圧
回路系統が故障した際には、前記気密室に流体圧油を導
入して、油圧シリンダ装置の押し出し量と同一量だけ予
備ゲージカッタを押し出すことにより、掘削することを
特徴とする。

【００２９】第９の発明によれば、油圧シリンダ装置の
主油圧回路系統が故障した際には、前記気密室に流体圧
油を導入して、予備ゲージカッタをゲージカッタの摩耗
前における掘削径および掘削前面位置まで押し出して掘
削できるため、予備ゲージカッタの信頼性とトンネル掘
進作業効率の向上を図ることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明に係るシールド掘進機の好
ましい実施例を、添付図面に従って詳細に説明する。図
２は、本発明の各実施例に係る予備ゲージカッタ装置を
装着したシールド掘進機の断面図である。

【００３１】図２において、シールド掘進機１０は、鋼
製の円筒状シールド本体１２を備えている。シールド本
体１２は、前シールド１４と後シールド１６とから構成
してあって、これら両シールド１４、１６が両者間にお
いて折曲可能に接続されている。そして、前シールド１
４と後シールド１６との間には、アーティキュレートジ
ャッキ１８がシールド本体１２の周方向に複数設けてあ
って、これらのアーティキュレートジャッキ１８を作動
させることにより、前シールド１４を後シールド１６に
対して折曲し、曲線掘削を行うことができるようにして
ある。また、後シールド１６の前部には、シールドジャ
ッキ２０がシールド本体１２の周方向に複数配設してあ
る。これらのシールドジャッキ２０は、エレクタ２２に
よって円筒状に組み立て連結したセグメント２４に反力
をとり、シールド本体１２を前方に推進できるようにな
っている。

【００３２】一方、前シールド１４の先端部には、カッ
タヘッド２６が設けてある。このカッタヘッド２６は、
ビーム２８がシールド本体１２に設けた隔壁３０に回転
自在に取り付けてあり、隔壁３０の背面側に設けた油圧
モータ３２の動力が図示しない歯車装置などによってビ
ーム２８に伝達され、油圧モータ３２によって回転させ
られるようになっている。

【００３３】カッタヘッド２６の前面には、図１に示し
てあるように、多数のカッタビットが配設してある。す
なわち、実施例のカッタヘッド２６は、前面に４つに区
画された面板部３４が設けてあり、この面板部３４に多
数の先行カッタビット３６がカッタヘッド２６に固定し
てある。また、面板部３４の外周縁部には、８個の両刃
型ゲージカッタ３８がカッタヘッド２６の中心に対して
ほぼ等角度間隔で固定してある。

【００３４】各面板部３４間には、カッタヘッドスポー
ク部４０ａ〜４０ｄが設けてある。これらのスポーク部
４０ａ〜４０ｄの両側には、多数のツールビット４２が
略直線状に配設してある。そして、各カッタ列の外周側
端には、片刃型ゲージカッタ４４が対に固定してある。
さらに、各カッタヘッドスポーク４０ａ〜４０ｄ間に設
けたサブスポーク部４６ａ〜４６ｄの両側にもツールビ
ット列が設けてあって、そのカッタ列の先端に片刃型ゲ
ージカッタ４４が対に配置してある。これらの片刃型ゲ
ージカッタ４４と両刃型ゲージカッタ３８とは、刃先が
シールド本体１２の外周面より突出していて、カッタヘ
ッド２６の周方向の地山を掘削し、シールド本体１２の
直径より大きな直径の掘削空間を形成できるようになっ
ている。

【００３５】また、カッタヘッド２６の直径方向の一対
のカッタヘッドスポーク部４０ｂ、４０ｄのそれぞれに
は、曲線掘削の際に使用するコピーカッタ４８がカッタ
ヘッド２６の半径方向に摺動可能に設けてある。さら
に、カッタヘッド２６の直径方向の一対のカッタヘッド
スポーク部４０ａ、４０ｃのそれぞれには、カッタヘッ
ド２６の周縁部となる位置に予備ゲージカッタ装置５０
が設けてある。予備ゲージカッタ装置５０の取付け位置
は、スポーク部４０ａ，４０ｃ以外でも、例えば、面板
部３４でもサブスポーク部４６ａ〜４６ｄにあってもよ
い。その取り付けは、位置によって片刃型１つでも、両
刃型２つを１対として取り付けてもよい。各予備ゲージ
カッタ装置５０は、カッタヘッド２６に対して斜め前方
で、かつ外周側に向かって摺動可能に配置した予備ゲー
ジカッタ５２と、この予備ゲージカッタ５２を摺動させ
る押出し手段としての油圧シリンダ装置５４とから構成
してある。

【００３６】各予備ゲージカッタ装置５０の油圧シリン
ダ装置５４は、図３に示してあるように、一端が開口し
たガイドケース５６と、このガイドケース５６に挿入し
たシリンダチューブ５８と、シリンダチューブ５８に挿
入してあるピストンロッド（単にロッドという場合もあ
る）６０とを主な構成要素としており、カッタヘッド２
６の軸線に対して傾斜して配置してある。すなわち、油
圧シリンダ装置５４のガイドケース５６は、開口部を斜
め前方に向けた状態でカッタヘッドスポーク部４０ａ、
４０ｃに設けた複数のサポート６２、６４によって傾斜
して支持されており、軸線がカッタヘッド２６の軸線と
交差するようになっている。

【００３７】シリンダチューブ５８は、ピストンロッド
６０側の端面をガイドケース５６の底面に対向させてガ
イドケース５６に挿入してあり、ガイドケース５６の軸
線方向に摺動可能となっている。そして、シリンダチュ
ーブ５８のヘッド側端面には、取り付け座６６が設けて
あって、この取り付け座６６に予備ゲージカッタ５２が
複数のボルトによって締結してある。また、シリンダチ
ューブ５８のピストンロッド６０側の端面とガイドケー
ス５６の内面との間には、気密室６８が形成されるよう
になっている。この気密室６８は、ガイドケース５６の
底部に形成した空気抜き孔７０によってシールド掘進機
の機内と連通している。そして、この空気抜き孔７０に
は、後述するように、ピストンロッド６０に圧油を供給
する主油圧系統に故障が生じた場合に、気密室６８にグ
リス等の流体を供給してシリンダチューブ５８を前方に
摺動させるための配管７２を接続することができるよう
になっている。

【００３８】さらに、シリンダチューブ５８とガイドケ
ース５６との間には、シリンダチューブ５８の位置、す
なわち予備ゲージカッタ５２の位置を固定保持するため
の位置決め機構７４が設けてある。この位置決め機構７
４は、シリンダチューブ５８の周面に、軸線と直交して
形成したピン孔７６と、このピン孔７６に挿入したスト
ッパピン７８とを有している。ストッパピン７８は、先
端側にばね受け孔が形成してあって、ばね受け孔に挿入
したばね８０によってシリンダチューブ５８の半径方向
外方に付勢され、初期状態時には頭部がガイドケース５
６の内面に圧接させられている。そして、ガイドケース
５６には、先端側にピン受け孔８２を備えた係止部材８
４が固定してあって、シリンダチューブ５８が前方に摺
動したときに、ストッパピン７８の頭部がピン受け孔８
２に嵌入し、シリンダチューブ５８がロックされる。な
お、位置決め機構７４の構造は、係止部材８４にストッ
パピン７８およびバネ８０を組み込み、シリンダチュー
ブ５８にピン穴７６を設けてもよい。つまり、予備ゲー
ジカッタ５２が前進して、所定位置で外圧に対して機械
的にロックする機構であればよい。また、この所定位置
は本実施例の場合には、ゲージカッタの固定位置に対応
させた位置となっているが、取り付け時に調整でき、そ
れ以外の任意の位置にセットできる。

【００３９】一方、ピストンロッド６０は、一端側がシ
リンダチューブ５８に挿入してあって、他端側がガイド
ケース５６の底部を貫通してガイドケース５６の外部に
突出しているとともに、ガイドケース５６の底部にねじ
により固定されている。そして、ピストンロッド６０に
は、２本の油通路が軸方向に形成してあって、これらの
油通路の他端側端面開口に、シリンダチューブ５８を軸
方向に摺動させる圧油を供給するための管路８６、８８
が接続してある。すなわち、ピストンロッド６０には、
図４に示してあるように一対の油通路９０、９２が設け
てある。一方の油通路９０は、ピストンロッド６０を軸
線方向に貫通し、先端がピストンロッド６０に設けたピ
ストン９４によって区切られたシリンダチューブ５８内
の前室９６に連通するようになっている。また、他方の
油通路９２は、ピストン９４に達する前に半径方向に曲
げてあり、ピストン後方側の後室９８に連通させてあ
る。

【００４０】なお、シリンダチューブ５８には、ピン孔
７６より前側の両側に切欠き溝１００が形成してある。
この切欠き溝１００は、シリンダチューブ５８、すなわ
ち予備ゲージカッタ５２の自転を防止する回り止め機構
を構成しており、図５に示したように、ガイドケース５
６に固定したキー板１０２が挿入されるようになってい
て、キー板１０２がシリンダチューブ５８の軸方向への
摺動を可能にしつつシリンダチューブ５８の軸回りの自
転を阻止している。

【００４１】予備ゲージカッタ５２は、図６に示してあ
るように、カッタヘッド２６の前方の地山を掘削するた
めの前方掘削刃部１０４と、カッタヘッド２６の周方向
の地山を掘削するための周方向掘削刃部１０６とを備え
ている。これらの刃部１０４、１０６は、実線に示した
初期状態にある場合、いずれも地山を掘削しないような
位置に保持されている。そして、２点鎖線に示したゲー
ジカッタ３８、４４の固定位置と対応した位置に押し出
されると、両刃部１０４、１０６は同時に地山を掘削す
るようになっている。

【００４２】上記のごとく構成した実施例においては、
初期状態において、予備ゲージカッタ５２が図３の実線
に示した位置、すなわち両刃型ゲージカッタ３８、片刃
型ゲージカッタ４４の掘削径の内側に位置させてある。
そして、シールド掘進機１０は、油圧モータ３２が駆動
されてカッタヘッド２６が回転し、シールドジャッキ２
０によってシールド本体１２を推進して前方の地山を掘
削しながら前進する。このとき、カッタヘッド２６の周
縁部に設けた両刃型ゲージカッタ３８と片刃型ゲージカ
ッタ４４とがシールド本体１２の周方向の地山を掘削
し、裏込め用の余掘り空間を形成する。

【００４３】図示しない摩耗検知ビットの摩耗などによ
ってゲージカッタ３８、４４の摩耗が検知されると、配
管８６を介して各予備ゲージカッタ装置５０のピストン
ロッド６０の油通路９０に圧油が供給される。油通路９
０に供給された圧油は、シリンダチューブ５８とピスト
ン９４とによって形成した前室９６に流入し、シリンダ
チューブ５８を前方へ移動し、図３の２点鎖線に示した
ように、ブラケット６６を介して予備ゲージカッタ５２
を斜め前方に前進させる。そして、予備ゲージカッタ５
２がゲージカッタ３８、４４の取り付け位置に対応した
位置まで前進すると、図３の２点鎖線に示したように、
ストッパピン７８の頭部がばね８０の弾発力によって係
止部材８４のピン受け孔８２に嵌入し、シリンダチュー
ブ５８、すなわち予備ゲージカッタ５２をその位置に固
定保持する。この状態になると、予備ゲージカッタ５２
がゲージカッタ３８、４４に代わって前方の地山と周方
向の地山とを掘削する。

【００４４】一方、ピストンロッド６０に圧油を供給す
る配管８６の主油圧系統に故障が発生した場合には、ガ
イドケース５６の底部に形成した空気抜き孔７０に配管
７２を接続し、空気抜き孔７０を介して気密室６８に流
体を供給する。これにより、シリンダチューブ５８が前
進して前記と同様に予備ゲージカッタ５２を所定位置に
ロックすることができる。

【００４５】このように、実施例のシールド掘進機１０
は、ゲージカッタ３８、４４が摩耗した場合に、予備ゲ
ージカッタ５２を所定位置に前進させて予備ゲージカッ
タ５２によって地山を掘削するようにしているため、ゲ
ージカッタの交換をすることなく長距離の掘削が可能と
なる。しかも、予備ゲージカッタ５２は、シリンダチュ
ーブ５８に取り付けてあるため、シールド掘進機１０を
後退させたとしても、予備ゲージカッタ５２がカッタヘ
ッド２６から脱落するようなおそれがない。また、摩耗
したゲージカッタ３８、４４を油圧シリンダ装置５４に
よって押し出して交換するものでないため、シリンダチ
ューブ５８のストローク量を小さくすることができ、大
きな取り付けスペースを必要としない。

【００４６】そして、本発明は、キー板１０２によって
予備ゲージカッタ５２の回転を防止しているため、掘削
に最も適したビット形状によって常に掘削することがで
き、予備ゲージカッタ５２による地山の掘削性を良くす
ることができる。しかも、予備ゲージカッタ装置５０に
は、予備ゲージカッタ５２を所定位置に固定保持する位
置決め機構７４が設けてあるため、予備ゲージカッタ５
２の位置が負荷変動によって変動することがなく、掘削
効率、掘削精度を向上することができるとともに、油圧
シリンダ装置５４に圧油を供給する油圧回路に油漏れが
発生しても、予備ゲージカッタ５２を所定位置に保持す
ることができ、掘削を続行することができる。

【００４７】また、前記実施例においては、ガイドケー
ス５６とシリンダチューブ５８とによって形成した気密
室６８に、空気抜き孔７０を介して流体を供給できるよ
うにしてあるため、シリンダチューブ５８に作動油を供
給する主油圧回路系統に故障が生じた場合であっても、
気密室６８に作動流体を供給してシリンダチューブ５８
を前進させることが可能であり、予備ゲージカッタ５２
を所定位置に前進させることができる。

【００４８】なお、前記実施例においては、一対の予備
ゲージカッタ装置５０を同時に作動させる場合について
説明したが、ゲージカッタ３８、４４が摩耗したとき
に、例えばカッタヘッドスポーク部４０ａに設けた予備
ゲージカッタ装置５０の予備ゲージカッタ５２によって
掘削し、この予備ゲージカッタ５２が摩耗したのちにス
ポーク部４０ｃの予備ゲージカッタ５２によって掘削す
るようにすれば、より長い距離の掘削が可能となる。

【００４９】前記実施例においては、予備ゲージカッタ
装置５０を一対設けた場合について説明したが、予備ゲ
ージカッタ装置５０は１つまたは３つ以上設けてもよ
い。そして、前記実施例においては、回り止め機構がキ
ー板１０２とキー溝１００とによって構成した場合につ
いて説明したが、スプライン等の他の構造であってもよ
い。さらに、前記実施例においては、シリンダによって
予備ゲージカッタ５２を前進させる場合について説明し
たが、モータやカム装置等を用いてもよい。また、前記
実施例においては、位置決め機構７４のストッパピン７
８によって予備ゲージカッタ５２を所定位置にロックす
るようにしているが、位置決め機構は実施例に限定され
ない。

【００５０】次に、図７〜図９に基づいて本発明の第２
実施例に係る予備先行カッタ装置について説明する。図
７において、トンネル掘進機１０のカッタヘッド２６ａ
前面には、円周方向を三等分する半径位置に６個または
７個の予備先行カッタ装置２００が装着されており、そ
の円周方向両側にはツールビット４２、更にその円周方
向両側には先行ビット３６が溶接により固定されてい
る。前記カッタヘッド２６ａの前面に装着された予備先
行カッタ装置２００の円周方向の中間には本発明の第１
実施例に係る予備ゲージカッタ装置５０が装着されてい
る。

【００５１】図７のＰ部詳細を示す図８（Ｂ）の詳細図
である図９により、予備先行カッタ装置２００の詳細に
ついて説明する。シールド本体１２の先端部に回転自在
に設けたカッタヘッド２６ａの前面には、予備先行ビッ
ト２０１と、この予備先行ビット２０１をカッタヘッド
２６ａから押し出す押出し手段２０２と、予備先行ビッ
ト２０１を押し出された所定位置に固定保持する位置決
め機構２０３とを有する予備先行カッタ装置２００が設
置されている。予備先行カッタ装置２００の押出し手段
２０２は、カッタヘッド２６ａのカッタスポーク１３に
固定された押出し駆動手段としての流体圧ジャッキ２０
４、この流体圧ジャッキ２０４により押出し駆動可能な
カッタホルダ２０５とからなる。

【００５２】前記流体圧ジャッキ２０４は、主にカッタ
ヘッド２６ａに固定されたシリンダ２０４ａと、このシ
リンダ２０４ａに嵌装したピストン２０４ｂとより構成
され、カッタホルダ２０５は内方から外方に向かって二
面幅部２０５ａと、シリンダ２０４ａにガイドされるガ
イド部２０５ｂと、予備先行ビット２０１を固定する取
付け部２０５ｃと、シリンダ２０４ａとガイド部２０５
ｂ間をシールするシール材２０５ｄとからなる。また、
カッタホルダ２０５の二面幅部２０５ａはシリンダ２０
４ａに固定された二つの回止め部材２０６により挟持さ
れている。前記位置決め機構２０３はシリンダ２０４ａ
に固定されたばね受け２０３ａと、シリンダ２０４ａに
摺動自在に装着されたピン２０３ｂと、これらばね受け
２０３ａとピン２０３ｂ間に介設されたばね２０３ｃと
よりなる。予備先行ビット２０１の押出し前には、シリ
ンダ２０４ａにガイドされるガイド部２０５ｂより外方
のカッタホルダ２０５の取付け部２０５ｃ外径部とシリ
ンダ２０４ａ間のスペースに仮シール材２０７が充填さ
れている。

【００５３】次に、予備先行カッタ装置２００の作動に
ついて説明する。トンネルを掘進することによりカッタ
ヘッド２６ａの前面に溶接により固定された先行ビット
３６が摩耗すると、図示を省略する配管から流体圧ジャ
ッキ２０４のシリンダ室２０４ｃに流体圧を供給する。
すると、図９（Ａ）に示す流体圧ジャッキ２０４のピス
トン２０４ｂを介してカッタホルダ２０５が押し出され
る。このときカッタホルダ２０５の二面幅部２０５ａは
二つの回止め部材２０６に挟持されているため、シリン
ダ２０４ａ内におけるカッタホルダ２０５の回転を防止
する。

【００５４】また、カッタホルダ２０５がそのガイド部
２０５ｂをシリンダ２０４ａにガイドされながら押出さ
れるため、カッタホルダ２０５の取付け部２０５ｃ外径
部とシリンダ２０４ａ間のスペースに充填されている仮
シール材２０７が排出され、カッタホルダ２０５のガイ
ド部２０５ｂとシリンダ２０４ａ間は、新たにシール材
２０５ｄにより外部の掘削土砂からシールされる。この
ようにして、カッタホルダ２０５の取付け部２０５ｃに
固定された予備先行ビット２０１が、図９（Ａ）の状態
から図９（Ｂ）の状態まで押し出されると、ばね２０３
ｃによりシリンダ２０４ａの内方に付勢されていたピン
２０３ｂがピストン２０４ｂのピン穴２０４ｅに嵌合す
る。従って、予備先行ビット２０１の掘削によりカッタ
ホルダ２０５に押し込まれる方向の力が作用しても、ピ
ストン２０４ｂのピン穴２０４ｅに嵌合しているピン２
０３ｂにより、図９（Ｂ）に示すような予備先行ビット
２０１を押し出された位置に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る予備ゲージカッタ装
置を装着したカッタヘッドの正面図である。

【図２】本発明の各実施例に係る予備カッタ装置を装着
したシールド掘進機の断面図である。

【図３】本発明の第１実施例に係る予備ゲージカッタ装
置の詳細説明図である。

【図４】図３における油圧シリンダ装置の断面図であ
る。

【図５】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図６】本発明の第１実施例に係る予備ゲージカッタ装
置の正面図である。

【図７】本発明の第２実施例に係る予備先行カッタ装置
を装着したカッタヘッドの正面図である。

【図８】図７のＰ部詳細図で、（Ａ）は（Ｃ）のＡ−Ａ
断面図、（Ｂ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図９】図８（Ｂ）の拡大図で、予備先行カッタ装置の
作用説明図である。

【図１０】第２の従来技術を示す図で、（Ａ）はカッタ
ヘッド前面図、（Ｂ）カッタヘッドの要部断面図であ
る。

【図１１】第３の従来の技術を示す図である。

【符号の説明】

１０ シールド掘進機 １２ シールド本体 ２６，２６ａ カッタヘッド １３ カッタスポーク ３８、４４ ゲージカッタ ４２ ツールビット ５０ 予備ゲージカッタ装置（予備カッタ装置） ５２ 予備ゲージカッタ ５４ 油圧シリンダ装置 ５６ ガイドケース ５８ シリンダチューブ ６０ ピストンロッド ６８ 気密室 ７０ 空気抜き孔 ７２、８６、８８ 配管 ７４ 位置決め機構 １００、１０２ 回り止め機構 １０４ 前方掘削刃部 １０６ 周方向掘削刃部 ２００ 予備先行カッタ装置（予備カッタ装置） ２０１ 予備先行ビット ２０２ 押出し手段 ２０３ 位置決め機構 ２０３ａ ばね受（位置決め機構） ２０３ｂ ピン（位置決め機構） ２０３ｃ ばね（位置決め機構） ２０４ 流体圧ジャッキ（押出し手段） ２０４ａ シリンダ ２０４ｂ ピストン ２０４ｃ シリンダ室 ２０４ｄ シリンダボトム ２０４ｅ ピン穴（位置決め機構） ２０５ カッタホルダ（押出し手段） ２０５ａ 二面幅部（回り止め機構） ２０５ｂ ガイド部 ２０５ｃ 取付け部 ２０５ｄ シール材 ２０６ 回止め部材（回り止め機構） ２０７ 仮シール材

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体の先端部に回転自在に設け
   たカッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁部に設置
   された予備ゲージカッタ、および／またはカッタヘッド
   前面に設置された予備先行ビットを備えたシールド掘進
   機の予備カッタ装置において、一端部をカッタヘッドに支持され、他端部に予備ゲージ
   カッタおよび／または予備先行ビットを固設した押出し
   手段と、カッタヘッドに固設されて押出し手段を案内す
   るガイドと、押出し手段とガイドとの間に内蔵されて予
   備ゲージカッタおよび／または予備先行ビットを押出さ
   れた所定位置に固定保持する位置決め機構とを備える こ
   とを特徴とするシールド掘進機の予備カッタ装置。
2. 【請求項２】 シールド本体の先端部に回転自在に設け
   たカッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁部に設置
   された予備ゲージカッタ、および／またはカッタヘッド
   前面に設置された予備先行ビットと、この予備ゲージカ
   ッタおよび／または予備先行ビットをカッタヘッドから
   押し出す押出し手段と、予備ゲージカッタおよび／また
   は予備先行ビットを押し出された所定位置に、固定保持
   する位置決め機構とを有するシールド掘進機の予備カッ
   タ装置において、 前記押出し手段は、カッタヘッドに固定された押出し駆
   動手段と、この押出し駆動手段により押出し駆動可能な
   カッタホルダとからなり、このカッタホルダは内方から
   外方に向かって二面幅部と、前記カッタヘッドに固定さ
   れたシリンダにガイドされるガイド部と、予備先行ビッ
   トを固定する取付け部とからなることを特徴とするシー
   ルド掘進機の予備カッタ装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のシールド掘進機の予備カ
   ッタ装置において、前記押出手段の押出し駆動手段は、
   カッタヘッドに固定されたシリンダと、このシリンダに
   嵌装したピストンとより構成される流体圧ジャッキとす
   ることを特徴とするシールド掘進機の予備カッタ装置。
4. 【請求項４】 シールド本体の先端部に回転自在に設け
   たカッタヘッドと、カッタヘッドの前面外周縁部に設置
   された予備ゲージカッタ、および／またはカッタヘッド
   前面に設置された予備先行ビットと、この予備ゲージカ
   ッタおよび／または予備先行ビットをカッタヘッドから
   押し出す押出し手段と、予備ゲージカッタおよび／また
   は予備先行ビットを押し出された所定位置に、固定保持
   する位置決め機構とを有するシールド掘進機の予備カッ
   タ装置において、 前記押出し手段の押出し駆動手段は、予備ゲージカッタ
   を押し出す油圧シリンダ装置と、その油圧シリンダ装置
   のピストンロッドを固定保持すると共に、前記予備ゲー
   ジカッタを取り付けたシリンダチューブ側を軸方向摺動
   可能に挿入したガイドケースと、前記シリンダチューブ
   のロッド側端面と前記ガイドケースの内面とによって形
   成した気密室と、前記ガイドケースに形成されて前記気
   密室とシールド掘進機の機内とを連通すると共に、前記
   シリンダチューブを前記ガイドケースに対して摺動させ
   る圧油を気密室に導入する油圧配管の接続が可能な空気
   抜き孔とにより構成することを特徴とするシールド掘進
   機の予備カッタ装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシールド掘進機の予備カ
   ッタ装置において、前記予備カッタ装置の押出し手段
   は、予備ゲージカッタあるいは予備先行ビットの自転を
   阻止する回り止め機構を有することを特徴とするシール
   ド掘進機の予備カッタ装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜請求項３記載のシールド掘進
   機の予備カッタ装置において、前記予備先行ビットの押
   出し前に、シリンダにガイドされるカッタホルダのガイ
   ド部より外方に設置される、カッタホルダの取付け部外
   径部とシリンダ間のスペースに充填される仮シール材か
   らなることを特徴とするシールド掘進機の予備カッタ装
   置。
7. 【請求項７】 シールド本体の先端部に回転自在に設け
   たカッタヘッドの周縁部にゲージカッタを固定し、前記
   カッタヘッドに摺動可能、かつゲージカッタとは円周方
   向で別の位置に設けられ、初期時に前記ゲージカッタが
   掘削する掘削径および掘削前面の内側に保持した予備ゲ
   ージカッタと、この予備ゲージカッタが取り付けられ、
   前記予備ゲージカッタ使用時に、予備ゲージカッタを斜
   め前方で、かつ外周側に向かって前進させる押出し手段
   とを設けたシールド掘進機の予備カッタ装置において、
   前記予備ゲージカッタ装置は、複数の前記予備ゲージカ
   ッタと、これらの予備ゲージカッタに対応した複数の前
   記押出し手段とを有し、各押出し手段が相互に独立して
   作動可能とすることを特徴とするシールド掘進機の予備
   カッタ装置。
8. 【請求項８】 シールド掘進機のカッタヘッドに固定し
   た複数のゲージカッタが摩耗したときに、これに替えて
   複数の予備ゲージカッタを各押出し手段によりカッタヘ
   ッドの外方へ押出して掘削するシールド掘進機の掘削方
   法において、前記複数の予備ゲージカッタを相互に独立
   してカッタヘッドの外方へ押出して、順次使用すること
   を特徴とするシールド掘進機の掘進方法。
9. 【請求項９】 シールド本体に回転自在に装着されたカ
   ッタヘッドに設置した予備ゲージカッタを、ゲージカッ
   タの摩耗前においては、そのゲージカッタの掘削径およ
   び掘削前面の内側に保持し、ゲージカッタの摩耗後に
   は、油圧シリンダ装置によりゲージカッタの摩耗前の位
   置まで押し出してトンネルを掘進するシールド掘進機の
   掘進方法において、前記油圧シリンダ装置のシリンダチ
   ューブをカッタヘッドに固定したガイドケースに嵌装し
   て支持し、このシリンダチューブ の端面とガイドケース
   の内端面とによって気密室を形成し、前記油圧シリンダ
   装置の油圧回路系統が故障した際には、前記気密室に流
   体圧油を導入して、油圧シリンダ装置の押し出し量と同
   一量だけ予備ゲージカッタを押し出すことにより、掘削
   することを特徴とするシールド掘進機の掘進方法。