JPH11294076A - カッタヘッドおよび支障物の切削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 支障物を切削する機能を有し、簡易な構
造である。 【解決手段】 ジャッキ４０、４１を作動させて、中央
切削部３２および外側切削部３５Ａを前進させ、外側切
削部３５Ｂは後退位置のままとして、切削ビット３０を
掘削ビット２１より前方（切羽側）に位置させて、支障
物を切削する。カッタヘッド２０の回転に大きな負荷が
掛かったときには、カッタヘッド２０の回転を一旦停止
し、ジャッキ４１、４１を作動させて、外側切削部３５
Ａを後退させると共に、外側切削部３５Ｂを前進させ
て、その切削ビット３０を掘削ビット２１より前方に位
置させて、カッタヘッド２０を逆回転させる。

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、密閉型シールド
掘進機の先端部に取り付けられるカッタヘッドであっ
て、シールド前面に出現した支障物を切削する機能を有
するカッタヘッドに関するものである。また、このカッ
タヘッドを用いた支障物の切削方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】人口集中の著しい主要都市部において
は、シールド工法により地下空間に構造物を構築する場
合、地上および地下構造物の輻輳によって、既設構造物
やその基礎がシールド計画線上に出現し、シールド掘進
の支障物となる事例が増加している。近年、シールド工
事は周辺への影響等を考慮し、密閉型シールド工法が主
流となっており、この密閉型シールド掘進機ではその構
造上、施工中に切羽前方の状況を直接確認することは不
可能である。

【０００３】そこで、密閉型シールド工法で切羽前面に
支障物が出現した場合には、従来、薬液注入等により支
障物周辺の地盤改良を実施したり、チャンバ内に限定圧
気をかける等の切羽安定対策を施した後、作業員が切羽
へ出て支障物を撤去する方法が一般的に採用されてい
る。また、工事計画段階から支障物が存在することが明
らかな場合には、開削工法への変更や、支障物を撤去し
易いように開放型シールドを採用したり、途中の立坑で
密閉型シールドから開放型シールドへ改造するといった
方法が採用されることもある。

【０００４】しかしながら、これらの方法では、切羽の
安定を薬液注入等の地盤改良や圧気工法等の補助工法に
依存せざるを得ず、経済性および工期などの点が隘路と
なっている。また、このような状況下で、作業員が狭い
切羽空間に出て作業を行わなければならないことから、
安全性や作業性、施工性の点においても改善策が期待さ
れている。

【０００５】シールドトンネルの計画線上に出現する支
障物の種類としては、杭および土留めがあり、これらの
材質としては、Ｈ形鋼、鋼管、鋼矢板等の鋼材やＲＣ、
木材等が挙げられる。この中で、木材については、シー
ルドマシンに取り付けられる通常のカッタビットで切削
が可能であり、シールド掘進上は特に大きな問題とはな
らない。鋼材やＲＣについては、単独で出現した場合に
は特殊な対策を施していない通常のシールドマシンで切
削した事例もあるが、このような場合には切削によりカ
ッタビットが損傷し、直後にビット交換を実施する等の
対策が必要となる。このような観点から、密閉型シール
ドで作業員が切羽へ出ることなく支障物をスムーズに撤
去することができる工法を確立することが要請されてい
る。

【０００６】特開平７−３２４５８９号公報には、土砂
を掘削するシールド掘進機のカッタヘッドにより鉄筋や
鋼管杭などの障害物も切削破砕することのできるシール
ド掘進機として、カッタヘッドの外周に設けられ、前方
最先端部にカッタビットが取り付けられたスライドフー
ドと、このスライドフードの前後移動手段と、スライド
フードをカッタヘッドの円周方向へ揺動させるスライド
フード揺動手段とを備えた障害物縁部切断手段と、カッ
タヘッドに取り付けられ障害物を挟んで切削破砕する固
定ビットおよび可動ビットを備えた障害物切削・破砕手
段とからなるシールド掘進機が開示されている。

【０００７】しかしながら、上記公報記載のシールド掘
進機は、支障物を切断および切削するために、前記した
障害物縁部切断手段と障害物切削・破砕手段とを必要と
する上に、該障害物切削・破砕手段は固定ビットと可動
ビットとによる挟切という複雑な構造と手間の掛かる作
業を強いる構成となっており、装置コストが増大すると
いう問題点を有している。

【０００８】特開平８−３１９７９８号公報には、掘削
ビット、切削ビットおよび保護ビットからなり、切削ビ
ットはカッタヘッドと同心に円弧状に形成され、半径方
向に隣接する切削ビットの間を前記掘削ビットが通るよ
うに配置され、保護ビットは切削ビットの回転軌跡上に
位置し、先端が切削ビットより前方に位置する保護位置
と後方に位置する待機位置との間を前後に移動可能に設
けられているシールド掘進機の障害物切削装置が開示さ
れている。

【０００９】当該障害物切削装置では、切削ビットは障
害物に溝を付けることによりこれを破断し易くし、掘削
ビットと協働させて障害物を切断するものであり、障害
物を効率的に撤去することができない。また、切削ビッ
トを保護するための保護ビットおよびこれを前後移動さ
せるためのジャッキを必要とするなど、複雑な構造とな
っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、シールド前
面に出現した支障物を作業員が切羽に出ることなく撤去
することのできる密閉型シールド掘進機に係り、支障物
を切削する機能を有し、簡易な構造のカッタヘッドを提
供することを発明の解決課題とするものである。また、
このカッタヘッドを用いた支障物の効率的な切削方法を
提供することを発明の目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る密閉型シー
ルド掘進機の前面に取り付けられる円盤状のカッタヘッ
ドは、該カッタヘッドは地山掘削ビットを有する掘削部
と支障物切削用の切削ビットを有する切削部とに分割さ
れてなり、該掘削部を基準として該切削部を前進・後退
自在としてなることを特徴とするものである。

【００１２】前記切削部は、カッタヘッドの中央部とそ
の外側部とに分離させて設けるとともに、両切削部に設
けられた切削ビットの回転軌跡によってシールド掘進機
の全断面がカバーされてなることが好ましい。また、前
記外側部に設けられる切削部が、カッタヘッドの中心か
ら点対称位置に配置され、一の切削部に設けられた切削
ビットの切削面がカッタヘッドの正回転方向に向き、他
の切削部に設けられた切削ビットの切削面がカッタヘッ
ドの逆回転方向に向いてなることが好ましい。前記外側
部に設けられる切削部の背面に、支障物切削用カッタを
半径方向移動自在に備えてなることが好ましい。

【００１３】本発明に係る支障物の切削方法は、シール
ド掘進機の前面に出現した支障物を撤去するに際し、前
記一の切削部と他の切削部とを交互に前進・後退させつ
つ、カッタヘッドを正回転または逆回転させることを特
徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカッタヘッドを面
板式のものに適用した好適な実施形態について、図面を
参照しながら詳述する。

【００１５】図１は、カッタヘッド２０の正面図であ
り、図２はII−II線における縦断面を泥水式シールド掘
進機１０の要部と共に示す縦断側面図であり、図３はII
I −III 線における横断側面図である。

【００１６】始めに、図２によりこのシールド掘進機１
０の構成を説明する。シールド掘進機１０は、シールド
１１の前面に設けられたカッタヘッド２０を回転させて
地山を掘削し、かつ、隔壁１２と切羽の間のチャンバ１
３を加圧した泥水で満たすことにより、切羽の安定を図
るとともに、掘削した土砂を泥水中に取り込み、排泥水
として流体輸送を行う、通常の泥水式シールドタイプの
ものである。

【００１７】このシールド掘進機１０は、カッタヘッド
の支持方式としてセンター支持方式を採用しており、ラ
ジアルベアリング１４ａとスラストベアリング１４ｂに
よって支持された回転軸１５の先端にカッタヘッド２０
が固定され、回転軸１５はギア１６を介して接続された
駆動モータ１７により正回転または逆回転するようにな
っている。

【００１８】なお、図２において、符号８、９は夫々、
泥水用の送泥管と排泥管であり、符号１８はシールド推
進ジャッキであり、符号１９はチャンバ内泥水用のアジ
テータである。

【００１９】図１において、カッタヘッド２０は多数の
掘削ビット２１および先行ビット２２が埋め込まれた掘
削部２３と、支障物を切削するための切削ビット３０が
埋め込まれた中央切削部３２および外側切削部３５Ａ、
３５Ｂとに分割されており、これらが一体となって円盤
状のカッタヘッド２０が構成されている。

【００２０】掘削ビット２１は後述する中央切削部３２
および外側切削部３５Ａ、３５Ｂの形状と配置を考慮し
て、カッタヘッド２０の一直径を間に挟んで、正逆回転
用に２列平行に設けられている。掘削ビット２１はカッ
タヘッド２０の掘削部２３において半径方向に所定の間
隔を以て取着されており、先行ビット２２はこの掘削ビ
ット２１、２１・・の間隙を補足してシールド全断面の
掘削を可能にするためのものである。

【００２１】なお、カッタヘッド２０には、掘削ビット
２１、２１・・に沿って図示を省略したスリットが設け
られており、このスリットから掘削された土砂が背面部
のチャンバ１３内に取り込まれるようになっている。

【００２２】符号２５、２５はカッタヘッド２０の周面
に取り付けられたコピーカッタであり、掘削すべきトン
ネルの径を広げ、シールド掘進機１０本体の通過を可能
にするための掘削手段である。従って、コピーカッタ２
５は、余掘り時にはカッタヘッド２０から突出し、不使
用時には内側に格納されている。また、礫層主体の地山
を掘進する場合には、別に、図示してないローラービッ
ト等をカッタヘッド２０の前面に装着しておくことが望
まれる。

【００２３】本実施形態において、切削部は、長円形の
中央切削部３２と、カッタヘッド２０の最外周側を上底
とし中央寄りを下底とする変形した台形状の外側切削部
３５Ａ、３５Ｂとから構成されている。中央切削部３２
は前記２列の掘削ビット２１間に配置され、他方、外側
切削部３５Ａ、３５Ｂは掘削ビット２１の外側近傍から
カッタヘッド２０の最外周部に至るまで、中央切削部３
２を間に挟んで対称位置に設けられている。

【００２４】本実施形態において、切削部を中央切削部
３２と外側切削部３５に分離したのは、通常掘削時にお
いて地山を掘削するためのビットを可能な限り多数配置
してカッタトルクを軽減すべく、掘削ビットのレイアウ
トを優先したためである。従って、中央切削部３２と２
つの外側切削部３５Ａ、３５Ｂに分離した本実施形態以
外にも種々の変形例を採用することができ、例えば、カ
ッタヘッド２０が大径の場合には、２以上の外側切削部
３５、３５・・・をカッタヘッド２０の中心から点対称
位置に設けるようにしてもよい。

【００２５】さらに、切削部の形状にも特別の制限はな
いが、各切削部３２、３５、３５・・・に設けられた切
削ビット３０の回転軌跡によってシールドの全断面がカ
バーされることが必要である。このため、本実施形態に
おいて外側切削部３５Ａ、３５Ｂに設けた切削ビット３
０、３０、・・・の回転軌跡は、内外周縁が僅かずつ重
なるように配置されている。

【００２６】図４は、切削ビット３０の正面図（同図
（ａ））と左側面図（同図（ｂ））であり、切削ビット
３０は、母材３０ａの先端部に超硬合金３０ｂが溶着さ
れている。図１に示すように、この切削ビット３０は台
座３０ｃを介在させて、外側切削部３５Ａ、３５Ｂの表
面に固着されている。また、符号３０ｄはビット３０の
切削面であり、一方の外側切削部３５Ａに設けた切削ビ
ット３０の切削面３０ｄをカッタヘッド２０の正回転方
向に向け、他方の外側切削部３５Ｂに設けた切削ビット
３０の切削面３０ｄをカッタヘッド２０の逆回転方向に
向けることが望ましい。

【００２７】中央切削部３２には、前記超硬合金３０ｂ
を埋め込んだ切削ビット３０を、中央切削部３２の形状
に応じて２本設けている。切削ビット３０は一連の細長
いブレード状としてもよいし、複数個に分割したものを
並設してもよい。

【００２８】図１において、符号４０、４１は、中央切
削部３２と外側切削部３５Ａ、３５Ｂを夫々前進・後退
させるためのジャッキである。ジャッキ４１は、図５
（ａ）に部分断面図を以て示すように、後端部がピン４
２でカッタヘッド２０を構成する掘削部２３に固定さ
れ、前端部がピン４３で外側切削部３５に固定されてい
る。同様に、中央切削部３２も、図５（ｂ）に示すよう
に、ジャッキ４０によって、掘削部２３と連結されてい
る。

【００２９】上記切削ビット３０の回転軌跡によってシ
ールドの全断面がカバーされているので、シールド前方
に出現した支障物を切削することができるが、さらに、
シールド断面の周縁部を切削するためのスライドカッタ
４５を設けることにより、カーブ施工時における支障物
との遭遇、または最外周部を確実に切断することができ
るようになる。このスライドカッタ４５は、図３に示す
ように、外側切削部３５Ａ、３５Ｂの背面に取り付けら
れた油圧ジャッキ４６によって、カッタヘッド２０の半
径方向へスライドすることができるようになっている。

【００３０】続いて、上記カッタヘッド２０の作用を説
明する。図２および図３では、シールド掘進機１０は掘
削部２３により地山を掘進する状態を示しており、この
とき、中央切削部３２および外側切削部３５Ａ、３５Ｂ
は後退位置にある。従って、通常掘進時には、全ての切
削ビット３０が磨耗等による損傷から保護されることに
なる。

【００３１】シールド前方にＨ形鋼やＲＣ杭等の長尺形
状、または平板状、その他の形状の支障物が出現したと
きには、支障物の直前位置でシールド掘進機１０を停止
させる。

【００３２】次いで、ジャッキ４０、４１を作動させ
て、中央切削部３２および外側切削部３５Ａを前進さ
せ、外側切削部３５Ｂは後退位置のままとして、図２と
図３において破線で示すように、切削ビット３０を掘削
ビット２１より前方（切羽側）に位置させ、支障物の表
面に切削ビット３０を当接させる。この状態で、シール
ド推進ジャッキ１８から反力を取りつつ、カッタヘッド
２０を正回転させれば、支障物を切削することができ
る。シールド推進ジャッキ１８の前進速度は１〜数ｍｍ
／分とし、緩やかに推進させて支障物の切削を行う。

【００３３】この切削時において、カッタヘッド２０の
回転速度を掘削時の２〜３倍の高速回転とすれば、切削
速度を高めることができる。このとき、高速回転に伴う
回転軸周りの発熱に対しては、摺動シールをフッ素樹脂
等の耐熱性の高いものとすることにより、この発熱を抑
制することができる。

【００３４】切削ビット３０が支障物に食い込むなどし
て、カッタヘッド２０の回転に大きな負荷が掛かった
り、シールド掘進機１０がローリングするようであれ
ば、カッタヘッド２０の回転を一旦停止し、ジャッキ４
１、４１を作動させて、外側切削部３５Ａを後退させる
と共に、外側切削部３５Ｂを前進させて、その切削ビッ
ト３０を掘削ビット２１より前方に位置させる。次い
で、カッタヘッド２０を逆回転させれば、再び、支障物
をスムーズに切削したり、ローリング修正を行うことが
できるようになる。

【００３５】また、上記切削作業時には、適宜、スライ
ドカッタ４５を使用して、シールド断面の最外周部を確
実に切断する。上記切削作業を繰り返すことにより、細
かく切削された支障物の切削屑はチャンバ１３内に取り
込まれ、掘削土砂と一緒に回収され、排泥管９にて後方
へ送られるから、シールド断面内の支障物を完全に撤去
することができる。

【００３６】本発明のカッタヘッド２０は、上記面板タ
イプの他、スポークタイプの構造形式にも適用できる。
更に、密閉型のシールド掘進機であればいずれの形式で
あっても適用可能であり、土圧シールドあるいは泥土圧
シールド掘進機のいずれにも適用可能である。また、カ
ッタヘッドの支持方式には制限がなく、センター支持、
中間支持、外周支持のいずれも採用可能である。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、作業員が
切羽へ出ることなくシールド前方に出現した支障物をス
ムーズに切削、撤去することができる。特に、支障物に
対する精密な探査が不要であり、また、支障物は切削屑
として泥水と共に、容易に回収することができる。更
に、掘削ビットと切削ビットを夫々、対象物となる土砂
と支障物とに確実に使い分けることができるので、ビッ
トの損傷も少ない。また、本カッタヘッドは掘削部と切
削部とからなる一体構造を採用しており、構造が簡易で
ある。

【００３８】請求項２または請求項３記載の発明によれ
ば、前記効果に加えて、支障物の切削を効率的に行うこ
とが可能となる。

【００３９】請求項４記載の発明によれば、前記効果に
加えて、シールド断面の最外周部を確実に切断すること
ができるので、シールド掘進機を容易に通過するさせる
ことができる。

【００４０】請求項５記載の発明によれば、支障物を極
めて効率的に切削することができるので、シールド掘進
機の前面に出現した支障物をスムーズに撤去することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カッタヘッドの正面図である。

【図２】図１のII−II線における縦断面を泥水式シール
ド掘進機の要部と共に示す縦断側面図である。

【図３】図１のIII −III 線における横断面を泥水式シ
ールド掘進機の要部と共に示す横断側面図である。

【図４】切削ビットの正面図（同図（ａ））と左側面図
（同図（ｂ））である。

【図５】ジャッキ近辺における、外側切削部（同図
（ａ））と中央切削部（同図（ｂ））の部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ シールド掘進機 ２０ カッタヘッド ２１ 地山掘削ビット ２３ 掘削部 ３０ 支障物用切削ビット ３０ｄ 切削ビットの切削面 ３２ 中央切削部 ３５Ａ、Ｂ 外側切削部 ４０、４１ ジャッキ ４５ 支障物切削用スライドカッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 直塚 一博 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉型シールド掘進機の前面に取り付け
   られる円盤状のカッタヘッドにおいて、該カッタヘッド
   は地山掘削ビットを有する掘削部と支障物切削用の切削
   ビットを有する切削部とに分割されてなり、該掘削部を
   基準として該切削部を前進・後退自在としてなることを
   特徴とするカッタヘッド。
2. 【請求項２】 前記切削部をカッタヘッドの中央部とそ
   の外側部とに分離させて設けるとともに、両切削部に設
   けられた切削ビットの回転軌跡によってシールド掘進機
   の全断面がカバーされてなることを特徴とする請求項１
   記載のカッタヘッド。
3. 【請求項３】 前記外側部に設けられる切削部が、カッ
   タヘッドの中心から点対称位置に配置され、一の切削部
   に設けられた切削ビットの切削面がカッタヘッドの正回
   転方向に向き、他の切削部に設けられた切削ビットの切
   削面がカッタヘッドの逆回転方向に向いてなることを特
   徴とする請求項２記載のカッタヘッド。
4. 【請求項４】 前記外側部に設けられる切削部の背面
   に、支障物切削用カッタを半径方向移動自在に備えてな
   ることを特徴とする請求項２または請求項３記載のカッ
   タヘッド。
5. 【請求項５】 シールド掘進機の前面に出現した支障物
   を撤去するに際し、請求項３に記載した一の切削部と他
   の切削部とを交互に前進・後退させつつ、カッタヘッド
   を正回転または逆回転させることを特徴とする支障物の
   切削方法。