JP3245572B2 - シールド掘進機および掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機お
よび掘削方法に関し、特に、掘削に際して土粒子の骨格
構造を地山状態と同様に保持したままの状態（以下、固
形状態という。）で、所定の大きさ以下に地山を切削し
（以下、切り出し掘削という。）切り出し掘削した固形
状態の土砂を流体輸送して坑外に搬出する技術に関す
る。

【０００２】

【背景技術および発明が解決しようとする課題】従来、
シールド掘進機等によるトンネル掘削においては、カッ
タビットの回転によって掘削地山の土砂の骨格構造を破
壊し、できるだけ土粒子自体の粒径に近い状態（すなわ
ち、塊状ではなく、粒体、粉体状）として流体輸送また
はベルトコンベア輸送により坑外へ搬出するのが一般的
であった。

【０００３】そのため、掘削土砂を流体輸送する場合、
輸送媒体としての流体と掘削土砂の固形分（土粒子）と
を分離するために、大がかりな処理設備が必要とされて
いた。

【０００４】特に、粘性土を多く含む地山を掘削する場
合、１次処理設備で粗粒分を分級し、２次処理設備でさ
らに細粒分を分級するという２段階の処理設備が必要と
なる上、２次処理された細粒分は産業廃棄物（汚泥）と
して取り扱われる。このため、処理設備の大規模化によ
る発進立坑用地の広大化、処理費用の増加等の問題点が
あった。

【０００５】また、固結粘性土層や大径の砂礫質土層の
掘削、流体輸送に際しては、排泥ポンプ、排泥管等の輸
送設備が閉塞しないようにするため、従来はクラッシャ
ー等の土砂破砕設備を装備しなければならなかった。こ
のため、シールド掘進機の製作費用の増加、工期の延伸
等の問題点があった。

【０００６】本願発明は、上記の問題点を解決するた
め、輸送設備が閉塞しない程度の大きさで地山土砂を切
り出し掘削し、固形状態を保持しつつ流体輸送すること
によって、固液分離のための処理作業を効率化し、環境
に配慮したシールド掘進機および掘削方法を提供するも
のである。

【０００７】なお、従来のシールド掘進機および掘削方
法においては、地山土砂を固形状態で切り出し掘削する
ことができたとしても、その大きさを制御することは不
可能であり、ある一定の大きさとして地山土砂を固形状
態のまま切り出し掘削し、固形状態を保持させつつ回収
可能にする、という積極的な技術的思想は見られなかっ
た。

【０００８】例えば、特開平８−３１２２９３号公報に
は、掘進方向に前進、後退することが可能な先行ビット
を設け、地山を同心円状に筋切り掘削して切り崩す技術
が開示されている。しかし、この発明は、例えば土層構
成が変化する地山を掘進する際に、先行ビットの損傷を
防止することを目的としており、地山土砂を固形状態で
切り出し掘削する技術については全く記載されていな
い。

【０００９】以上のことから本願発明の目的は、輸送設
備が閉塞しない程度の大きさで、地山と同様の固形状態
で掘削土砂を積極的に回収するためのシールド掘進機お
よび掘削方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本願第１の発明に係るシールド掘進機は、切羽に筋
状の先行掘削溝を所定間隔で形成するための少なくとも
一対の先行ビットと、前記先行掘削溝の間の掘り残され
た地山凸部を掘り起こし、切削するための後行ビットと
を含み、前記先行ビットおよび前記後行ビットを備えた
カッタヘッドの回転により、掘進経路にある地山を、固
形状態で切り出し掘削することを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、所定間隔、すなわち、掘
削された土砂によってシールド掘進機の輸送設備が閉塞
しない大きさ、例えば、図２に示す排泥ポンプ１０２の
圧送羽根間の間隔Ｌ以下の大きさで地山を切り出し掘削
することが可能となる。

【００１２】すなわち、少なくとも一対の先行ビットに
より所定間隔（この場合はほぼＬに等しい間隔）で切羽
に筋状の先行掘削溝を形成する。これにより、切羽に凹
凸が形成されて掘削自由面が多くなり、掘削効率を高め
ることができる。

【００１３】そして、先行掘削溝の間に残された地山の
凸部を後行ビットで掘り起こし、土砂の骨格構造を地山
状態と同様に保持しながら輸送設備が閉塞しない大きさ
の土塊として切り出し掘削する。

【００１４】この場合、カッタヘッドの回転によって先
行掘削溝の形成と固形状態での切り出し掘削が行われる
ため、シールド掘進機の掘進速度を考慮して先行ビット
および後行ビットをカッタヘッドに配置することが重要
となる。なぜなら、それぞれのビットの配置位置によ
り、カッタヘッドの回転に伴う位相角が異なるため、配
置位置の相違が掘削地山への切削深さの相違となって表
れるからである。

【００１５】したがって、最も単純な先行ビットと後行
ビットの組み合わせとしては、一対の先行ビットＭによ
って形成された先行掘削溝の間の地山を切り出し掘削す
る後行ビットＮは、前記一対の先行ビットＭに対して、
できるだけ位相角が遅れないように配置することが好ま
しい。例えば、図３において、カッタヘッド２２が反時
計回りに回転する場合には、先行ビット７０、７１およ
び後行ビット９０−３、４を図３に示すように配置すれ
ば先行掘削溝が形成された直後に、当該先行掘削溝の間
の地山が切り出し掘削されることになる。

【００１６】このように、先行ビットによる先行掘削溝
の形成と後行ビットによる切り出し掘削との時間差を小
さくすることにより、地山と同等の骨格構造を保持した
状態での切り出し掘削が可能となる。そのためには、前
記一対の先行ビットと、この先行ビットに対応する後行
ビットは、位相角のずれが９０度以内となるよう前記カ
ッタヘッドに配置されていることが好ましい。

【００１７】また、本願第２の発明に係るシールド掘進
機は、前記カッタヘッドの回転に伴って形成される前記
先行掘削溝がほぼ等間隔となるように複数の先行ビット
が前記カッタヘッドに配置され、前記複数の先行ビット
によって形成される先行掘削溝の間の掘り残された地山
凸部を切り出し掘削するように複数の後行ビットが前記
カッタヘッドに配置されることを特徴とする。

【００１８】本発明によれば、カッタヘッドに先行ビッ
トおよび後行ビットを複数設けることにより、大口径の
シールドトンネルの掘削に際しても輸送設備が閉塞しな
い大きさで、地山を固形状態のまま切り出し掘削するこ
とができる。

【００１９】また、本願第３の発明に係るシールド掘進
機は、前記先行ビットの少なくとも一部が、前記カッタ
ヘッドの回転に伴ってほぼ同一の軌跡を描くように、前
記カッタヘッドの異なる位置に配置されることを特徴と
する。

【００２０】本発明によれば、複数の先行ビットのうち
の一部を、同一軌跡を描くようにカッタヘッドに配置す
ることにより、それぞれの先行ビットがカッタヘッドの
回転に伴って異なる位相角で回転するので、異なる切削
深さで先行掘削溝を形成することになる。すなわち、第
１の先行ビットが形成した第１の先行掘削溝を、第２の
先行ビットがシールド掘進機の掘進した分だけ（同一の
ビット長であっても）より深く切削した第２の先行掘削
溝を形成する。

【００２１】したがって、掘削地山が硬質の固結土層で
所望の先行掘削溝の切削深さが１回の先行掘削で得られ
ない場合には、カッタヘッドが１回転する間に複数回に
分けて先行掘削を行うことになり、所望の先行掘削溝の
切削深さを確実に得ることができる。

【００２２】また、本願第４の発明に係るシールド掘進
機は、前記後行ビットの少なくとも一部が、前記カッタ
ヘッドの回転に伴ってほぼ同一の軌跡を描くように、前
記カッタヘッドの異なる位置に配置されることを特徴と
する。

【００２３】これによれば、後行ビットの配置に応じた
位相角の相違によって、第１の後行ビットと第２の後行
ビットの切り出し掘削深さが異なるため、カッタヘッド
が１回転する間に複数回の切り出し掘削を行うことがで
きる。

【００２４】したがって、先行掘削溝を深めに（輸送設
備が閉塞しない程度の大きさより深く切削）形成した場
合でも、当該先行掘削溝の間を、複数の後行ビットで複
数回に分けて切り出し掘削し、所望の大きさの固形状態
の掘削土砂としてシールド掘進機に取り込むことができ
る。

【００２５】さらに、第３の発明と第４の発明を組み合
わせることにより、カッタヘッドが１回転する間に、複
数回の先行掘削溝の形成と、複数回の切り出し掘削を行
うことができる。なお、これらの先行掘削溝の形成と切
り出し掘削とを交互に行うことにより、掘削効率が著し
く向上し、トンネル構築の工期も一層の短縮が図れる。

【００２６】また、本願第５の発明に係るシールド掘進
機は、前記先行掘削溝の溝幅が、前記先行掘削溝の間隔
を超えないように、前記先行ビットが前記カッタヘッド
に配置されることを特徴とする。

【００２７】本発明によれば、前記先行掘削溝の溝幅、
すなわち、切削幅が先行掘削溝の間隔以下となるような
配置を採用することにより、切削により取り込まれる土
砂も輸送設備に閉塞しない大きさとなり、輸送効率が向
上する。

【００２８】また、本願第６の発明に係るシールド掘進
機は、前記先行掘削溝の溝深さが、前記先行掘削溝の間
隔を超えないように、前記先行ビットが前記カッタヘッ
ドに配置されることを特徴とする。

【００２９】これによれば、先行掘削溝の溝深さ、すな
わち、切削深さが先行掘削溝の間隔以下となるような配
置を採用することにより、切り出し掘削される土砂の大
きさを輸送設備に閉塞しない大きさにすることができ
る。また、第５の発明と同様に、先行掘削により掘削さ
れる土砂の大きさも輸送設備に閉塞しない大きさにする
ことができる。

【００３０】なお、一般に、先行ビットによる切削に際
しては、固形状態の掘削土砂の大きさを一定にするとい
う制御は困難であり、掘削対象の地山の特性を十分考慮
した上で、先行掘削溝の切削幅および切削深さを設定す
ることが重要となる。

【００３１】本出願人は、種々の切削実験の結果。固形
状態で切削しやすい硬質地盤においては切削幅、切削深
さをやや小さく設定し、そうでない場合は切削幅、切削
深さをやや大きく設定することにより、先行掘削溝形成
時の固形状態での地山回収率が高くなる、という知見を
得ている。なお、この詳細については後述する。

【００３２】本願第７の発明に係るシールド掘進機は、
前記先行ビットおよび前記後行ビットの少なくとも一部
を掘進方向に進退可能にするための駆動手段を含むこと
を特徴とする。

【００３３】本発明によれば、先行ビットおよび後行ビ
ットを掘進方向に進退させることにより、先行掘削溝の
切削溝の切削深さおよび切り出し掘削深さを適宜制御す
ることができる。したがって、切り出し掘削された固形
状態の掘削土砂を所望の大きさでシールド掘進機に取り
込むことができる。

【００３４】特に、先行ビットおよび後行ビットのカッ
タヘッドからの突出量を制御可能にすることにより、３
次元的にほぼ一定の大きさ、すなわち、立方体に近い形
状で固形状態として切り出し掘削することができる。

【００３５】このような固形状態の掘削土砂を流体輸送
する場合には、比表面積の最も小さな球体が流体への溶
解を防ぐ意味においても望ましいが、実際には球体状で
切り出し掘削することは不可能である。このため、本発
明によって、ほぼ立方体に近い形状で掘削土砂をシール
ド掘進機に取り込み、流体への土粒子分の溶解を極力防
止して、流体輸送および固液分離作業の効率化を図るこ
とができる。

【００３６】また、本願第８の発明に係る前記駆動手段
は、前記シールド掘進機の掘進速度および前記カッタヘ
ッドの回転速度の少なくとも一方に基づき、前記先行ビ
ットおよび前記後行ビットの前記カッタヘッドからの突
出量を制御することを特徴とする。

【００３７】一般に、シールド掘進機を用いたトンネル
掘削においては、掘削地山の特性に応じて掘進速度やカ
ッタヘッドの回転速度を適切に選択、変更しながら掘削
を行う。したがって、地山の土層が変化する場合には、
先行掘削溝の切削深さや後行ビットによる切り出し掘削
深さについても適宜変更する必要がある。

【００３８】そこで、本発明では、掘進速度やカッタヘ
ッドの回転速度に応じて先行ビットおよび後行ビットの
カッタヘッドからの突出量を適切に制御して、土層が変
化した場合でも、固形状態を保持しつつ掘削土砂をほぼ
一定の大きさで切り出し掘削できるような手段を採用し
た。

【００３９】また、本願第９の発明に係るシールド掘進
機においては、前記カッタヘッドは正逆両方向に回転駆
動され、前記複数の先行ビットは、正転掘削用の先行ビ
ットと、逆転掘削用の先行ビットとを含み、前記複数の
後行ビットは、正転掘削用の後行ビットと、逆転掘削用
の後行ビットとを含むことを特徴とする。

【００４０】これによれば、先行ビットおよび後行ビッ
トの設けられたカッタヘッドを正逆両方向に回転させる
ことにより、一方向にのみ回転駆動する場合と比べて先
行ビットおよび後行ビットの摩耗を低減させることがで
きる。

【００４１】また、本願第１０の発明に係るシールド掘
進機は、前記カッタヘッドの回転により切り出し掘削さ
れた掘削土砂を坑外に搬出するための搬出経路を有する
搬出手段と、前記搬出経路に前記掘削土砂の大きさを測
定するための掘削物測定手段と、を含むことを特徴とす
る。

【００４２】本発明によれば、輸送設備の経路内で切り
出し掘削された固形状態の掘削土砂の大きさを測定する
ことにより、輸送設備が閉塞する可能性を予測すること
ができ、さらに、測定結果をフィードバックして先行ビ
ットおよび後行ビットのカッタヘッドからの突出量を制
御することができる。これにより、掘削土砂の大きさを
所定値以下で切り出し掘削することが可能となる。

【００４３】ここで、輸送設備とは、カッタヘッドから
取り込まれた掘削土砂を坑外へ搬出する設備全体を意味
し、具体的には、例えば、チャンバ、流体輸送管、圧送
ポンプ、沈殿槽、固液分離装置等を含む。

【００４４】なお、前記先行ビットおよび前記後行ビッ
トの突出量をリアルタイムで制御するためには、土砂取
り込み後、できるだけ早い時点で掘削土砂の大きさを測
定することが好ましく、前記掘削物測定装置は、チャン
バ内または流体輸送管の最も切羽付近に設けることが好
ましい。

【００４５】また、本願第１１の発明に係る掘削方法
は、掘削対象の地山をカッタヘッドの回転によって切削
しつつ掘進し、トンネルを構築するための掘削方法であ
って、前記カッタヘッドに設けた少なくとも一対の先行
ビットにより、前記地山にほぼ等間隔の先行掘削溝を筋
状に形成する先行掘削溝形成工程と、前記カッタヘッド
に設けた後行ビットにより、前記先行掘削溝の間の掘り
残された間の地山を掘り起こし、所定の大きさ以下で固
形状態を保持した掘削土砂として切り出し掘削する切り
出し掘削工程と、を含み、前記掘削土砂を、輸送路を介
して固形状態を保持しつつ坑外に搬出することを特徴と
する。

【００４６】本発明によれば、先行ビットにより先行掘
削溝を形成して切羽地山に凹凸を設けるので、掘削自由
面が多くなり、後行ビットによる固形状態のままの切り
出し掘削が容易になる。この場合、先行掘削溝群が、ほ
ぼ等間隔に形成されているので、切り出し掘削された固
形状態の掘削土砂は、ほぼ一定の大きさでシールド掘進
機に取り込むことができる。

【００４７】そして、そのような大きさで取り込まれた
掘削土砂を、固形状態を保持しつつ坑外へ搬出するの
で、固液分離のための処理作業が効率化され、かつ、産
業廃棄物として処理される汚泥の発生量を著しく低減す
ることができる。

【００４８】さらに、先行掘削溝群の間隔を、シールド
掘進機の輸送設備が閉塞しない程度の大きさとすること
により、クラッシャー等の土砂破砕設備を不要とするこ
とができる。

【００４９】なお、複数の先行ビットおよび後行ビット
をカッタヘッド全面に適切に配置することにより、本願
第２の発明と同様に、大口径のシールド掘進機に対して
も、地山を所定の大きさの固形状態のまま、効率的に切
り出し掘削することができる。

【００５０】また、本願第１２の発明に係る掘削方法
は、前記カッタヘッドが１回転する間に、ほぼ同位置の
地山に対して、前記先行掘削溝形成工程と、前記切り出
し掘削工程とを少なくとも１回交互に行うことを特徴と
する。

【００５１】本発明によれば、本願第３および第４の発
明と同様に、先行掘削溝の形成および固形状態での切り
出し掘削を同一位置の地山に対して、カッタヘッドが１
回転する間に交互に繰り返して行うので、地山の特性に
応じた効率的な掘削が可能となり、トンネル工期を著し
く短縮することができる。

【００５２】また、本願第１３の発明に係る掘削方法
は、前記輸送路における輸送媒体としての液体に、前記
掘削土砂が液体に溶解することを防止するための溶解防
止剤を混入する工程を含むことを特徴とする。

【００５３】本発明によれば、固形状態で切り出し掘削
された掘削土砂が、流体中に溶解することなく、そのま
まの状態で坑外へ搬出されるので、固液分離のための処
理作業等のさらなる効率化を図ることができ、産業廃棄
物として処理すべき汚泥の発生量をさらに低減すること
ができる。

【００５４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるシールド掘進
機を活用した好適な実施の形態について、泥水式シール
ド工法を例にとり、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００５５】図１は、本発明の実施の形態の一例に係る
泥水式シールド工法の全体図を示す。

【００５６】泥水式シールド工法は、泥水をシールド掘
進機２内部のチャンバ２１０に供給して切羽２００の安
定を図りながら、シールド掘進機２のカッタヘッド２２
を回転させることにより、地山を掘削してトンネルを構
築する工法である。

【００５７】泥水式シールド工法においては、切羽安定
のための泥水を作成し、切羽２００に供給する作泥送泥
設備、泥水性状を調整する性状調整設備、切羽２００を
掘削する掘削設備、切羽２００掘削後の泥水を坑外へ搬
出する輸送設備、掘削後の泥水を適切に処理するための
泥水処理設備および掘削坑内で覆工構造を構築する覆工
構築設備等が用いられる。

【００５８】掘削設備として機能するシールド掘進機２
は、掘進に伴ってセグメント２６を順次継ぎ足し、セグ
メント２６にジャッキ２８で反力を取りながら、チャン
バ２１０に供給された泥水圧によって切羽圧に対抗しつ
つ、カッタヘッド２２を回転させて地山を掘削する。

【００５９】シールド掘進機２内部のチャンバ２１０に
供給される泥水は、地上の作泥設備または泥水処理設備
から送泥設備の一部である送泥管５０を介して送られる
ものであり、切羽２００の安定に用いられた泥水は、チ
ャンバ２１０内で掘削土砂と撹拌混合され、輸送設備の
一部である排泥管５２を介して地上の泥水処理設備に送
られる。

【００６０】なお、ここで、輸送設備とは、カッタヘッ
ド２２から取り込まれた掘削土砂を坑外へ搬出する設備
全体を意味し、具体的には、例えば、チャンバ２１０、
流体輸送管として機能する排泥管５２、圧送ポンプとし
て機能する排泥ポンプ１０２、沈殿槽、固液分離装置等
を含む。

【００６１】泥水処理設備では、排泥水に含まれる掘削
土砂等の固形分と液体分とが分離（固液分離）され、分
離後の液体分は、調整槽で必要な成分調整が行われた
後、再度シールド掘進機２へ向け送り出され、送泥水と
して再利用される。

【００６２】また、チャンバ２１０に送られる泥水は、
トンネル内の性状調整設備等により必要な性状調整がさ
れる。具体的には、トンネル内の性状調整設備は、調泥
剤タンク４０と、送泥管５０に設けられ、調泥剤タンク
４０から供給された調泥剤と泥水とを混合撹拌するスタ
ティックミキサー４４と、この混合撹拌後の泥水性状を
測定する粘性計４６とを含んで構成されている。

【００６３】必要に応じて調泥剤タンク４０から所定の
調泥剤が添加され、スタティックミキサー４４により撹
拌混合された送泥水は、粘性計４６により粘性が測定さ
れ、チャンバ２１０に供給される。

【００６４】粘性計４６による測定結果は、制御装置４
８に送られ、制御装置４８は、この測定結果に基づき調
泥剤の添加を調整する。

【００６５】一方、チャンバ２１０から泥水処理設備へ
向け送り返される排泥水は、排泥管５２に設けられた排
泥ポンプ１０２によって圧送される。

【００６６】図２は、排泥ポンプ１０２の断面図を示
す。

【００６７】排泥ポンプ１０２は、内部に回転する複数
の羽根体１００−１、２を含む。したがって、掘削物１
１０、すなわち、掘削後の土砂の大きさが羽根体１００
相互の純間隔Ｌを超える場合、掘削物１１０により排泥
ポンプ１０２や排泥管５２が閉塞し、輸送設備として機
能しない恐れがある。

【００６８】この問題に対して、従来は、排泥ポンプ１
０２等の輸送設備が閉塞しないよう、クラッシャー等を
新たに設けて掘削物１１０を破砕する方式が採られる場
合もあった。しかし、この方式では破砕された掘削物１
１０が、排泥水中に溶解しやすくなるため、泥水処理設
備での分級処理効率が悪くなっていた。

【００６９】排泥水への掘削物溶解が多くなると、泥水
処理設備において、１次処理で分級される固形分の量が
少なくなり、それに伴って２次処理で分級しなければな
らない処理量が多くなる。２次処理量が多くなると、２
次処理設備が大規模化し、そのために必要とされる立坑
用地の面積も大きくなる。

【００７０】それゆえ、１次処理での分級量を増加させ
れば、２次処理を効率化し、必要な立坑用地を省面積化
することができる。

【００７１】また、２次処理土は、水分を含む軟弱土で
あるため、産業廃棄物（汚泥）として取り扱われるの
で、その処分に関しても多大な労力と費用が必要とな
る。

【００７２】すなわち、立坑用地を省面積化し、環境へ
の負荷を軽減し、処理費用を抑えるためには、掘削物１
１０をできるだけ１次処理で分級することが必要であ
る。

【００７３】したがって、掘削物１１０を排泥ポンプ１
０２に詰まらない最大の大きさで掘削し、そのままの固
体の状態で坑外へ搬出することによって、掘削土砂を含
む排泥水の処理が効率化でき、環境負荷およびコストを
低減することになる。

【００７４】本実施の形態では、掘削物１１０を排泥ポ
ンプ１０２等の輸送設備が閉塞しない最大の大きさで切
り出し掘削するよう、先行ビットおよび後行ビットを、
シールド掘進機２のカッタヘッド２２に配置し、先行ビ
ットと後行ビットとの相互作用により、上記課題を解決
している。

【００７５】なお、図２に示す排泥ポンプ１０２内の羽
根体１００は２枚の構成となっているが、３枚以上の構
成としたり、１枚であっても図２に示す羽根体と同様の
形状とする構成とすることも可能である。

【００７６】図３は、シールド掘進機２のカッタヘッド
２２の正面図を示す。

【００７７】シールド掘進機２のカッタヘッド２２に
は、切羽２００に所定間隔で筋状の先行掘削溝を形成す
る先行ビット７０〜８０と、この先行掘削溝の間に掘り
残された部分の地山を、固形状態で切り出し掘削する後
行ビット９０、９１が配置されている。

【００７８】なお、先行ビット７０〜８０としては、掘
進方向に進退可能な先行ビット７０〜７５と、カッタヘ
ッド２２に固定された先行ビット８０とを、適切にカッ
タヘッド２２に配置することが好ましい。

【００７９】ここで、固形状態とは、掘削に際して土粒
子の骨格構造を地山状態と同様に保持したままの状態を
意味し、切り出し掘削とは、先行掘削溝間の掘り残され
た地山凸部を、固形状態でほぼ一定の大きさ以下に切削
することを意味する。

【００８０】先行ビット７０〜８０および後行ビット９
０、９１は、地山をほぼ一定の大きさで切り出し掘削す
るよう、カッタヘッド２２の回転に伴って生じる位相差
を考慮した上で、カッタヘッド２２に配置されている。

【００８１】例えば、図３に示す２点鎖線は、各先行ビ
ット７０〜８０の軌跡であり、各先行ビット７０〜８０
の各軌跡がほぼ等間隔になるよう、先行ビット７０〜８
０がカッタヘッド２２に配置され、各軌跡の間、すなわ
ち、先行ビット７０〜８０で掘削されなかった地山を掘
削するよう後行ビット９０、９１がカッタヘッド２２に
配置されている。

【００８２】具体的には、先行ビット７４、７５で掘削
されなかった地山を、後行ビット９０−１、２で掘削す
る。同様に、先行ビット７０、７１に対しては、後行ビ
ット９０−３、４が対応し、先行ビット７２、７３に対
しては、後行ビット９０−５、６が対応する。その他の
先行ビット７０〜８０と、後行ビット９０、９１との対
応についても同様である。なお、実際の掘削動作につい
ては後述する。

【００８３】本実施の形態によれば、先行掘削溝相互の
間隔を、例えば図２に示す羽根体１００相互の純間隔Ｌ
と同程度にすることにより、カッタヘッド２２の回転に
より当該部分を掘削した場合、固形状態の掘削土砂の大
きさをほぼＬの大きさに揃えることができる。

【００８４】これにより、掘削物１１０の大きさを排泥
ポンプ１０２等の輸送設備につまらない最大の大きさと
することができ、クラッシャー等の土石破砕設備を不要
とし、できるだけ大きな大きさで排泥することができ
る。

【００８５】なお、後行ビット９０、９１として機能さ
せるものとしては、通常のシールド掘進機におけるメイ
ンビット等を利用できる。

【００８６】また、地山の特性やシールド掘進機２の大
きさに応じて先行ビット７０〜８０および後行ビット９
０、９１の配置を調整することにより、各地山に最適な
掘削を行うことができる。なお、ここで、ビットの配置
とは、カッタヘッド２２上における単なる平面的な位置
だけでなく、先行ビット７０〜８０および後行ビット９
０、９１の切削角度の調整も含む。

【００８７】また、本実施の形態によれば、先行ビット
７０〜８０により地山を筋状に掘削し、先行ビット７０
〜８０で掘削されなかった部分を後行ビット９０、９１
により切り出し掘削することができる。これにより、先
行ビット７０〜８０と後行ビット９０、９１を異なる役
割とし、効率的に掘削することができる。

【００８８】また、各先行ビット７０〜８０によって形
成される先行掘削溝の切削幅および切削深さについて
も、純間隔Ｌを超えない大きさとすることにより、排泥
ポンプ１０２等の輸送設備が閉塞しない大きさで切羽２
００の切削が行われる。

【００８９】すなわち、先行ビット７０〜８０により所
定間隔で切羽２００に筋状の先行掘削溝を形成する。こ
れにより、切羽２００に凹凸が形成されて掘削自由面が
多くなり、後行ビット９０、９１による掘削効率を高め
ることができる。

【００９０】そして、先行掘削溝の間に残された地山の
凸部を後行ビット９０、９１で掘り起こし、土砂の骨格
構造を地山状態と同様に保持しながら排泥ポンプ１０２
等の輸送設備が閉塞しないできるだけ大きな土塊として
切り出し掘削する。

【００９１】この場合、カッタヘッド２２の回転によっ
て先行掘削溝の形成と固形状態での切り出し掘削が行わ
れるため、シールド掘進機２の掘進速度やカッタヘッド
２２の回転速度を考慮して先行ビット７０〜８０および
後行ビット９０、９１をカッタヘッド２２に配置するこ
とが重要となる。なぜなら、それぞれのビット７０〜８
０、９０の配置位置により、カッタヘッド２２の回転に
伴う位相角が異なるため、配置位置の相違が掘削地山へ
の切削深さの相違となって表れるからである。

【００９２】したがって、最も単純な先行ビット７０〜
８０と後行ビット９０、９１の組み合わせとしては、一
対の先行ビットＭによって形成された先行掘削溝の間の
地山を切り出し掘削する後行ビットＮは、前記一対の先
行ビットＭに対して、できるだけ位相角が遅れないよう
に配置することが好ましい。

【００９３】例えば、図３において、カッタヘッド２２
が反時計回り（図３の矢印方向）に回転する場合には、
先行ビット７０、７１および後行ビット９０−３、４を
図３に示すように配置すれば先行掘削溝が形成された直
後に、当該先行掘削溝の間の地山が切り出し掘削される
ことになる。

【００９４】このように、先行ビット７０〜８０による
先行掘削溝の形成と後行ビット９０、９１による切り出
し掘削との時間差を小さくすることにより、地山と同等
の骨格構造を保持した状態での切り出し掘削が可能とな
る。

【００９５】このため、先行ビット７０〜８０と、この
先行ビット７０〜８０に対応する後行ビット９０、９１
は、位相角のずれが９０度以内となるようカッタヘッド
２２に配置することが好ましい。

【００９６】また、上述したように、本実施の形態で
は、掘削物１１０を一定の大きさに揃えることができる
よう、先行ビット７０〜７５が掘進方向に進退可能であ
ることに加え、後行ビット９０、９１も進退可能な構成
を採用している。

【００９７】さらに、本願発明では、大口径のシールド
トンネルにおいても、固形状態での切り出し掘削を効率
的に行えるように、先行ビット７０〜８０および後行ビ
ット９０、９１の少なくとも一部が、カッタヘッド２２
の回転に伴って同一の軌跡を描くように配置されてい
る。

【００９８】すなわち、例えば、図３において、カッタ
ヘッド２２の最も外方には進退可能な先行ビット７２、
７３が配置されると共に、先行ビット７２、７３と同一
軌跡を描くように位相角をずらしてカッタヘッド２２の
中心から同一半径の位置に先行ビット８０−１〜８がカ
ッタヘッド２２に固設されている。

【００９９】また、先行ビット８０−１、８０−２、８
０−５、８０−６によって形成される先行掘削溝の間に
掘り残された地山凸部を切削するために、後行ビット９
０−６、９０−８が同一軌跡を描くように配置されてい
る。

【０１００】なお、カッタヘッド２２が回転する方向
は、反時計回りだけでなく時計回り（図３に示す矢印と
反対方向）にも回転駆動される。すなわち、カッタヘッ
ド２２は正逆両方向に回転駆動され、これに合わせて正
転用の先行ビット、後行ビットと逆転用の先行ビット、
後行ビットがカッタヘッド２２には配置されている。

【０１０１】例えば、逆転用の先行ビットとしては、上
記の先行ビット８０−１、８０−２、８０−５、８０−
６に対応して先行ビット８０−３、８０−４、８０−
７、８０−８が配置され、逆転用の後行ビットとして
は、上記の後行ビット９０−６、９０−８に対応して後
行ビット９０−５、９０−７が配置されている。また、
進退可能な先行ビット７０〜７５は、正転逆転両用の先
行ビットとして構成されている。

【０１０２】同様に、進退可能な先行ビット７０、７１
および７４、７５に対しても同一の軌跡を描くように他
の先行ビット８０がカッタヘッド２２に固設されてい
る。

【０１０３】このようなビット配置とすることにより、
それぞれの先行ビット７０〜８０がカッタヘッド２２の
回転に伴って異なる位相角で回転するので、異なる切削
深さで先行掘削溝を形成することになる。すなわち、第
１の先行ビットが形成した第１の先行掘削溝を、第２の
先行ビットがシールド掘進機の掘進した分だけ（同一の
ビット長であっても）より深く切削した第２の先行掘削
溝を形成する。

【０１０４】したがって、掘削地山が硬質の固結土層で
所望の先行掘削溝の切削深さが１回の先行掘削で得られ
ない場合には、カッタヘッドが１回転する間に複数回に
分けて先行掘削を行うことになり、所望の先行掘削溝の
切削深さを確実に得ることができる。

【０１０５】また、後行ビット９０、９１の少なくとも
一部が、カッタヘッド２２の回転に伴ってほぼ同一の軌
跡を描くように、カッタヘッド２２に配置されているた
め、後行ビット９０、９１の配置に応じた位相角の相違
によって、第１の後行ビットと第２の後行ビットの切り
出し掘削深さが異なるため、カッタヘッド２２が１回転
する間に複数回の切り出し掘削を行うことができる。

【０１０６】したがって、先行掘削溝を深めに（輸送設
備が閉塞しない程度の大きさより深く切削）形成した場
合でも、当該先行掘削溝の間を、複数の後行ビット９
０、９１で複数回に分けて切り出し掘削し、所望の大き
さの固形状態の掘削土砂としてシールド掘進機２に取り
込むことができる。

【０１０７】さらに、カッタヘッド２２が１回転する間
に、先行掘削溝の形成と、切り出し掘削とを交互に行う
ことにより、掘削効率が著しく向上し、トンネル構築の
工期も一層の短縮が図れる。

【０１０８】さらに、本実施の形態においては、図３に
示すように、カッタヘッド２２の周縁部の後行ビット９
１−１、９１−２に関してビット自体を大きく形成し、
切削幅を前記先行掘削溝の間隔より大きくするように構
成してもよい。このように構成することにより、先行掘
削溝間に掘り残された複数の地山凸部を同時に切り出し
掘削することができる。

【０１０９】特に、大口径の円形シールドトンネルにな
ると、カッタヘッド２２の回転に伴う切削距離は、中心
部に比べて周縁部では著しく長く、かつ、高速度となる
ため、ビットの耐久性が問題となる。

【０１１０】したがって、前述のように、カッタヘッド
２２の周縁部において、回転中心から同一の半径位置に
先行ビット７０〜８０や後行ビット９０、９１を複数配
置することにより、複数の先行ビット７０〜８０および
後行ビット９０、９１がカッタヘッド２２の回転に伴っ
て同一の軌跡を描くように地山を切削する。これによ
り、ビットの摩耗を防止することができる。また、後行
ビット９０、９１自体を大きくして地山の切削抵抗に対
抗できる設置強度が得られるように構成することも好ま
しい。

【０１１１】また、上述したように、カッタヘッド２２
は、順逆両方向に回転駆動が可能なため、正方向のビッ
トが摩耗したとしても逆方向に回転させることにより、
ビットの交換を行うことなく掘進を継続できる。したが
って、同一方向にのみカッタヘッド２２を回転する場合
と比べてビットの摩耗を低減できる。

【０１１２】図４は、図１に示すシールド掘進機２の側
面断面を示すもので、図３に示す進退可能な３組の先行
ビット７０〜７５および進退可能な後行ビット９０−９
を含むシールド掘進機２のＡ−Ａ線断面に沿って説明し
た図である。

【０１１３】シールド掘進機２は、必要に応じて先行ビ
ット７０〜７５による先行掘削溝の切削深さを調整でき
るように、掘進経路方向に対して先行ビット７０〜７５
を相対的に前後に進退させるための先行ビット駆動装置
として、ジャッキ６２−１〜３を含む。

【０１１４】また、シールド掘進機２は、切り出し掘削
された固形状態の掘削土砂の大きさを調整できるよう
に、後行ビット９０、９１の先端を、掘進経路方向に対
して前後に進退させるための後行ビット駆動装置を含
む。この後行ビット駆動装置としては、複数のジャッキ
６３が設けられ、複数の後行ビット９０−１、９０−２
等を備えたスポーク２３を掘進方向に進退できるよう、
ジャッキ６３を駆動させる（図５（Ａ）参照）。なお、
この駆動は制御装置４８により制御される。

【０１１５】本実施の形態によれば、上記の駆動装置に
より、各先行ビット７０〜７５および後行ビット９０、
９１の切削深さを調整することが可能となるため、掘削
中に土質が変化する場合であっても、掘削土砂を所望の
大きさで切り出し掘削することができる。

【０１１６】特に、このような調整を行うことにより、
３次元的にほぼ一定の大きさ、すなわち、立方体に近い
形状で固形状態として切り出し掘削することも可能とな
る。

【０１１７】このような固形状態の掘削土砂を流体輸送
する場合には、比表面積の最も小さな球体が流体への溶
解を防ぐ意味においても望ましいが、実際には球体状で
切り出し掘削することは不可能である。このため、本実
施の形態により、ほぼ立方体に近い形状で掘削物１１０
をシールド掘進機２に取り込み、流体である排泥水への
土粒子分の溶解を極力防止して、排泥および固液分離作
業の効率化を図ることが望ましい。

【０１１８】また、先行ビット７０〜８０および後行ビ
ット９０、９１の一部または全部を掘進方向に進退可能
とする構成を採用することにより、切り出し掘削される
掘削物１１０の大きさを制御することも可能となる。

【０１１９】すなわち、先行ビット７０〜８０および後
行ビット９０、９１を進退させない構成を採用した場
合、ビットの切削深さや切削幅に応じて掘削物１１０の
大きさにもばらつきが生じる。この場合、掘削物１１０
が排泥水と接触する面積が大きくなって、排泥水中への
掘削物１１０の溶解量も多くなってしまう。

【０１２０】また、後行ビット９０、９１の個数は変更
せずに後行ビット９０、９１の切削深さを大きくしてし
まうと、カッタヘッド２２を回転させるためのカッタト
ルクも大きくする必要がある。

【０１２１】本実施の形態によれば、後行ビット９０、
９１を進退させることにより、掘削物１１０を、適切な
大きさの固形状態のまま排泥することができるため、排
泥水中への掘削物１１０の溶解量を低減させることがで
きる。

【０１２２】また、一般に、シールド掘進機２を用いた
トンネル掘削においては、掘削地山の特性に応じて掘進
速度やカッタヘッド２２の回転速度を適切に選択、変更
しながら掘削を行う。したがって、地山の土層が変化す
る場合には、先行掘削溝の切削深さや後行ビット９０、
９１による切り出し掘削深さについても適宜変更するこ
とが好ましい。

【０１２３】そこで、本実施の形態では、掘進速度やカ
ッタヘッド２２の回転速度に応じて先行ビット７０〜７
５および後行ビット９０、９１のカッタヘッド２２から
の突出量を適切に制御して、土層が変化した場合でも、
固形状態を保持しつつ掘削土砂をほぼ一定の大きさで切
り出し掘削できるような構成を採用している。

【０１２４】なお、これら先行ビット７０〜８０、後行
ビット９０、９１等の設けられたカッタヘッド２２は、
シールド掘進機２内のモーター３０により回転される。

【０１２５】次に、後行ビット９０、９１の進退機構に
ついて説明する。

【０１２６】図５は、後行ビット９０、９１の進退機構
の概略断面図であり、図５（Ａ）は複数の後行ビット９
０、９１の取り付けられたスポーク２３全体が掘進方向
へ前進した状態の側面断面図を示し、図３のＢ−Ｂ線断
面図を示す。

【０１２７】また、図５（Ｂ）は単一のジャッキ６３が
伸展した状態の平面断面図を示し、シールド掘進機２の
外周部からシールド掘進機２の中心部を見たときの図５
（Ａ）のＣ部分の拡大図である。

【０１２８】図５（Ａ）に示すように、複数の後行ビッ
ト９０、９１の取り付けられたスポーク２３は、複数の
ジャッキ６３によって進退できるようになっている。複
数のジャッキ６３を適用することにより、掘削する地山
が硬質地盤であっても、スポーク２３全体を前進させる
ための推進力を十分に確保することができる。

【０１２９】また、図５（Ｂ）に示すように、スポーク
２３に取り付けられた１組の後行ビット９０、９１は、
ジャッキ６３によって進退可能に形成されている。ま
た、ジャッキ６３は、ケーシング６４に固定された台座
６６に設けられたピン６７を回転軸および支持部とし
て、反力のかかる方向、すなわち、カッタヘッド２２の
回転方向の順逆両方向に揺動可能に形成されている。

【０１３０】カッタヘッド２２が回転すると、スポーク
２３およびスポーク２３上の後行ビット９０、９１は、
ピン６７を支点として回転の逆方向に揺動する。揺動し
たスポーク２３は、カッタヘッド２２と一体的に形成さ
れたケーシング６４とぶつかることによりその揺動量が
制限される。

【０１３１】すなわち、スポーク２３およびスポーク２
３上の後行ビット９０、９１は、反力受けとして機能す
るケーシング６４によって掘削時の回転順方向に対する
反力を受けることができる。また、ジャッキ６３を切羽
２００方向に進行させた場合も、スポーク２３とケーシ
ング６４がぶつかることによって反力を受け、安定して
掘削することができる。

【０１３２】また、支持部および回転軸として機能する
ピン６７を設けることにより、掘削時に後行ビット９
０、９１が最適な姿勢となり、適切な掘削を行うことが
できる。なお、前記支持部としては、ジャッキ６３を反
力方向に対して前後にスライド可能に支持する構成等を
適用することも可能である。

【０１３３】なお、図４に示すように、後行ビット９
０、９１だけでなく、進退する先行ビット７０〜７５に
ついても同様に反力受けとして機能するケーシング６４
−１〜３が設けられている。これにより、先行ビット７
０〜７５についても後行ビット９０、９１と同様に反力
受け等の作用により、進退させた場合でも安定して掘削
を行うことができる。

【０１３４】次に、先行ビット７０〜８０と後行ビット
９０、９１を用いた掘削の手順について説明する。

【０１３５】図６は、先行ビット７４、７５と後行ビッ
ト９０−１の相互作用による地山の掘削状態を平面的に
示す概略図であり、図６（Ａ）〜（Ｃ）は先行ビット７
４、７５と後行ビット９０−１による地山の掘削状態を
示す。

【０１３６】上述したように、先行ビット７４、７５に
より形成された先行掘削溝の間の地山を、後行ビット９
０−１で切り出し掘削するよう、先行ビット７４、７５
および後行ビット９０−１はカッタヘッド２２に配置さ
れている。

【０１３７】まず、初期状態では、図６（Ａ）に示すよ
うに掘削予定部分の地山３００の掘削面４１０は平坦な
状態である。

【０１３８】シールド掘進機２は矢印の方向に掘進す
る。シールド掘進機２が掘進すると、図６（Ａ）の状態
から図６（Ｂ）に示す状態になる。この状態では、先行
ビット７４、７５が後行ビット９０−１に先行して掘削
予定部分の地山３００を筋状に掘削することにより、地
山３００の掘削面に先行掘削溝３１０−１、２が形成さ
れる。

【０１３９】先行掘削溝３１０−１、２は、その深さ、
すなわち、切削深さＬ２がほぼＬ、先行掘削溝３１０−
１、２間の間隔Ｌ１もほぼＬになっている。ここで、Ｌ
は、上述した図２で示す排泥ポンプ１０２を閉塞させな
い最大の大きさである。

【０１４０】また、先行掘削溝３１０−１、２の溝幅、
すなわち、切削幅Ｌ３もＬ以下になっている。これによ
り、先行掘削により生じる掘削物もＬ以下の大きさとな
り、当該掘削物も輸送設備を閉塞させずに坑外へ搬出で
きる。

【０１４１】図６（Ｂ）に示す状態では、掘削予定部分
の地山３００のうち先行掘削溝３１０−１、２の間に突
出長および突出幅がＬ以下の帯状凸部が地山として掘り
残された状態となっている。

【０１４２】この状態で、掘り残された帯状凸部の一部
を切り出し掘削することにより、掘削物１１０が地山３
００から切り出され、図６（Ｃ）に示す状態となる。

【０１４３】以上、図６を用いて平面的に説明してきた
が、理解を深めるため、切り出し掘削について立体的に
説明する。

【０１４４】図７は、先行ビット７４、７５と後行ビッ
ト９０−１の相互作用による地山の掘削状態を立体的に
示す概略図であり、図７（Ａ）〜（Ｃ）は先行ビット７
４、７５と後行ビット９０−１による地山の掘削状態を
示す。

【０１４５】図７（Ａ）に示すように、先行ビット７
４、７５で地山３００に筋状の溝を２つ形成する。次
に、図７（Ｂ）に示すように、後行ビット９０―１で帯
状に残された先行掘削溝間の地山３００の一部を切り出
し掘削する。

【０１４６】そうすると、図７（Ｃ）に示すように、ほ
ぼ立方体の形状の掘削物１１０が地山３００から切り出
される。

【０１４７】なお、図６、図７に関する上記説明は、一
組の先行ビット７４、７５および後行ビット９０−１の
みの作動について記述したものであるが。本願発明で
は、図３に示すように、複数組の先行ビット７０〜８０
によって、図６における先行掘削溝３１０−１、３１０
−２に隣接して複数の先行掘削溝を形成することが好ま
しい。そして、それらの先行掘削溝群の間に掘り残され
た地山凸部を複数の後行ビット９０、９１が切り出し掘
削できるように構成されている。

【０１４８】さらに、上述したように、先行ビット７０
〜８０および後行ビット９０、９１の少なくとも一部
を、カッタヘッド２２の回転中心から同一半径の位置に
位相角を変えて複数のビットＰを配置する構成とするこ
ともできる。

【０１４９】このような構成とすることにより、地山３
００のある特定位置Ｑ点に着目すると、カッタヘッド２
２が一回転する間に、Ｑ点においては複数回の地山切削
が行われることになる。すなわち、位相角のずれ量に対
応してシールド掘進機２は切羽側へ掘進するため、前記
複数のビットＰのカッタヘッド２２からの突出量が同じ
であっても、シールド掘進機２の掘進距離分だけ地山３
００への切り込み深さを大きくすることができる。

【０１５０】したがって、円形断面のシールドトンネル
であれば、トンネル中心からの距離が大きくなるほど、
カッタヘッド２２の周速度が大きくなり、切削距離も大
きくなることから、外縁部（円形断面の外周部近く）に
前記複数のビットＰを配置することにより、ビットの摩
耗防止を図ることができる。

【０１５１】このように、カッタヘッド２２が１回転す
る間に、ほぼ同位置の地山３００に対して先行掘削溝を
形成する工程と、固形状態での切り出し掘削を行う工程
とを少なくとも一回交互に行うことにより、地山３００
の特徴に応じた効率的な掘削が可能となり、トンネル工
期を著しく短縮することが可能になる。

【０１５２】また、シールド掘進機２の掘進速度やカッ
タヘッド２２の回転速度に応じて先行ビット７０〜７５
および後行ビット９０、９１のカッタヘッド２２への配
置（カッタビットの切削角度を含めて）を適宜選択する
ことにより、切り出し掘削された掘削物１１０の大きさ
をある程度制御することが可能になる。

【０１５３】さらに、本発明においては、先行ビット７
０〜７５および後行ビット９０、９１を掘進方向に進退
可能に構成することにより、掘削物１１０を好ましい形
状、寸法として切り出し掘削することができる。

【０１５４】すなわち、本実施の形態に係るシールド掘
進機２は、図１に示すように、掘削物１１０を坑外へ搬
出するための搬出経路（輸送路）に掘削物１１０の大き
さを測定するための掘削物測定手段としての固形物測定
装置１２０を備えている。この掘削物測定装置１２０
は、例えば、特開平９−１５９６２３号公報に記載され
た電波による固体測定装置などを用いることができる。

【０１５５】このような測定装置を用いることによって
得られる計測値（掘削物１１０の大きさなど）は、図１
に示す制御装置４８にリアルタイムで伝送される。

【０１５６】制御装置４８は、掘削物１１０の大きさの
計測値と、そのときの先行ビット７０〜７５および後行
ビット９０、９１のカッタヘッド２２からの突出長さ
と、シールド掘進機２の掘進速度（ジャッキスピード）
並びにカッタヘッド２２の回転速度とを考慮して、先行
ビット７０〜７５および後行ビット９０、９１の進退を
制御する機能も有している。

【０１５７】なお、先行ビット７０〜７５および後行ビ
ット９０、９１の突出量をリアルタイムで制御するため
には、土砂取り込み後、できるだけ早い時点で掘削土砂
の大きさを測定することが好ましい。このため、掘削物
測定装置１２０は、チャンバ２１０内または排泥管５２
の最も切羽付近に設けることが好ましい。

【０１５８】本実施の形態では、図１に示すように、チ
ャンバ２１０に近い位置の排泥管５２に設けている。こ
れにより、リアルタイムな制御が可能となっている。

【０１５９】また、これによれば、輸送設備の経路内で
切り出し掘削された固形状態の掘削土砂の大きさを測定
することにより、排泥ポンプ１０２等の輸送設備が閉塞
する可能性を予測することができ、さらに、測定結果を
フィードバックして先行ビット７０〜８０および後行ビ
ット９０、９１のカッタヘッド２２からの突出量を制御
することができる。これにより、掘削物１１０の大きさ
を所定値以下で切り出し掘削することが可能となる。

【０１６０】また、本実施の形態では、掘削物１１０を
切り出したままの固形状態で搬出するため、図１に示す
ように、溶解防止剤タンク４２から供給された溶解防止
剤が、必要に応じて排泥管５２内の掘削物１１０を含む
輸送媒体としての排泥水に混入されるようになってい
る。

【０１６１】これによれば、固形状態で切り出し掘削さ
れた掘削物１１０が、泥水中に溶解することなく、その
ままの状態で坑外へ搬出されるので、固液分離のための
処理作業等をさらに効率化でき、産業廃棄物として処理
すべき汚泥の発生量をさらに低減することができる。

【０１６２】以上説明してきたように、本実施の形態に
よれば、排泥ポンプ１０２等の輸送設備が閉塞しないで
きるだけ大きい寸法で、しかも、できるだけ立方体に近
い形状の固形状態で掘削物１１０を切り出し掘削して排
泥することにより、掘削土砂を固形状態の塊として１次
処理で分級することができる。

【０１６３】これにより、２次処理設備を含む立坑用地
を省面積化し、環境への影響や処理費用を抑えることが
できる。

【０１６４】図８は、本願出願人による掘進距離と固形
回収率との関係を求めた実験結果の一例を示すグラフで
ある。

【０１６５】図８に示すように、掘進の初期および終期
において、多少回収率が落ちているものの、掘進中期
（掘進距離１００ｍ〜３００ｍ）においては、固形状態
での回収率が６０％強〜９０％弱と、良好な固形回収が
行えている。

【０１６６】なお、上述した実施例では、先行ビット７
０〜７５は複数対になっているが、少なくとも一対あれ
ばよい。上述したように、先行ビット７０〜７５を複数
対設け、カッタヘッド２２が１回転する間に筋切先行掘
削溝の形成工程および切り出し掘削工程を複数回繰り返
すことにより、大口径のシールド掘進機２に対しても、
地山３００を所定の大きさの固形状態のまま、効率的に
切り出し掘削することが可能となっている。

【０１６７】なお、本発明の適用は、前記泥水式シール
ド工法に限定されない。例えば、地中連続壁工法やリバ
ース工法等における泥水処理にも適用できる。

【０１６８】また、カッタヘッドとしては、上述した円
盤状のカッタヘッド２２だけでなく、矩形断面シールド
掘進機に用いられるドラムカッタ等を適用することも可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る泥水式シール
ド工法の全体図である。

【図２】図１に示す排泥ポンプの平面断面図である。

【図３】図１に示すシールド掘進機のカッタヘッドの正
面図である。

【図４】図１に示すシールド掘進機側面の概略断面図で
ある。

【図５】本実施の形態の一例に係る後行ビットの進退機
構の概略断面図であり、（Ａ）は複数の後行ビットの取
り付けられたスポーク全体が進行した状態の側面断面図
を示す図であり、（Ｂ）は単一のジャッキが進行した状
態の平面断面図を示す図である。

【図６】先行ビットと後行ビットの進退による地山の掘
削状態を平面的に示す概略図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は
先行ビットと後行ビットによる地山の掘削状態を示す図
である。

【図７】先行ビットと後行ビットの進退による地山の掘
削状態を立体的に示す概略図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は
先行ビットと後行ビットによる地山の掘削状態を示す図
である。

【図８】本願出願人による掘進距離と固形回収率との関
係を求めた実験結果の一例を示すグラフである。

【符号の説明】

２ シールド掘進機 ２２ カッタヘッド ２３ スポーク ２６ セグメント ２８、６２、６３ ジャッキ ３０ モーター ４０ 調泥剤タンク ４２ 溶解防止剤タンク ４４ スタティックミキサー ４６ 粘性計 ４８ 制御装置 ５０ 送泥管 ５２ 排泥管 ６４ ケーシング ６６ 台座 ６７ ピン ７０〜８０ 先行ビット ９０ 後行ビット １００ 羽根体 １０２ 排泥ポンプ １１０ 掘削物 １２０ 掘削物測定装置 ２００ 切羽 ２１０ チャンバ ３００ 掘削予定部分の地山 ３１０ 先行掘削溝 ４１０、４２０ 掘削面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 幸之助 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 岩井 義雄 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 浅井 康彦 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 清水 義治 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 吉田 英 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 鈴木 俊夫 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者 佐久間 裕治 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石川島播磨重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−312293（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−159623（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−252381（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−217988（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 泥水式シールド工法用のシールド掘進機
   において、 切羽に筋状の先行掘削溝を所定間隔で形成するための少
   なくとも一対の先行ビットと、前記先行掘削溝の間の掘
   り残された地山凸部を掘り起こし、切削するための後行
   ビットとを備えたカッタヘッドと、排泥管内の前記後行ビットによって掘り起こされた掘削
   物を含む排泥水に、掘削物が排泥水に溶解することを防
   止するための溶解防止剤を混入する溶解防止剤タンク
   と、 を含み、前記 カッタヘッドの回転により、掘進経路にある地山
   を、固形状態で切り出し掘削することを特徴とするシー
   ルド掘進機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記カッタヘッドの回転に伴って形成される前記先行掘
   削溝がほぼ等間隔となるように複数の先行ビットが前記
   カッタヘッドに配置され、前記複数の先行ビットによっ
   て形成される先行掘削溝の間の掘り残された地山凸部を
   切り出し掘削するように複数の後行ビットが前記カッタ
   ヘッドに配置されることを特徴とするシールド掘進機。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかにおいて、 前記先行ビットの少なくとも一部が、前記カッタヘッド
   の回転に伴ってほぼ同一の軌跡を描くように、前記カッ
   タヘッドの異なる位置に配置されることを特徴とするシ
   ールド掘進機。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、 前記後行ビットの少なくとも一部が、前記カッタヘッド
   の回転に伴ってほぼ同一の軌跡を描くように、前記カッ
   タヘッドの異なる位置に配置されることを特徴とするシ
   ールド掘進機。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記先行掘削溝の溝幅が、前記先行掘削溝の間隔を超え
   ないように、前記先行ビットが前記カッタヘッドに配置
   されることを特徴とするシールド掘進機。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記先行掘削溝の溝深さが、前記先行掘削溝の間隔を超
   えないように、前記先行ビットが前記カッタヘッドに配
   置されることを特徴とするシールド掘進機。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、 前記先行ビットおよび前記後行ビットの少なくとも一部
   を掘進方向に進退可能にするための駆動手段を含むこと
   を特徴とするシールド掘進機。
8. 【請求項８】 請求項７において、 前記駆動手段は、前記シールド掘進機の掘進速度および
   前記カッタヘッドの回転速度の少なくとも一方に基づ
   き、前記先行ビットおよび前記後行ビットの前記カッタ
   ヘッドからの突出量を制御することを特徴とするシール
   ド掘進機。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかにおいて、 前記カッタヘッドの回転により切り出し掘削された掘削
   土砂を坑外に搬出するための搬出経路を有する搬出手段
   と、 前記搬出経路に前記掘削土砂の大きさを測定するための
   掘削物測定手段と、を含むことを特徴とするシールド掘
   進機。
10. 【請求項１０】 掘削対象の地山をカッタヘッドの回転
    によって切削しつつ掘進し、トンネルを構築するための
    泥水式シールド工法用の掘削方法であって、 前記カッタヘッドに設けた少なくとも一対の先行ビット
    により、前記地山にほぼ等間隔の先行掘削溝を筋状に形
    成する先行掘削溝形成工程と、 前記カッタヘッドに設けた後行ビットにより、前記先行
    掘削溝の間の掘り残された間の地山を掘り起こし、所定
    の大きさ以下で固形状態を保持した掘削土砂として切り
    出し掘削する切り出し掘削工程と、泥水輸送路における輸送媒体としての泥水に、前記掘削
    土砂が泥水に溶解することを防止するための溶解防止剤
    を混入する工程と、 を含み、 前記掘削土砂を、前記泥水輸送路を介して固形状態を保
    持しつつ坑外に排出することを特徴とする掘削方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 前記カッタヘッドが１回転する間に、ほぼ同位置の地山
    に対して、前記先行掘削溝形成工程と、前記切り出し掘
    削工程とを少なくとも１回交互に行うことを特徴とする
    掘削方法。