JPS62317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールド型トンネル掘削機のための回
転カツタヘツドに関する。

スリツトが設けられたフエースプレートを有す
るカツタヘツドを回転させて地盤を掘削するため
の装置としてシールド型トンネル掘削機がある。
これらの掘削装置の回転カツタヘツドは、通常、
正逆両方向に回転可能で、正転用のビツトと逆転
用のビツトとを含む複数のビツトを備える。正転
用および逆転用の各ビツトは、回転カツタヘツド
本体に固定されて半径方向に伸びるスポークのよ
うな複数条のビツト支持体に固定され、それぞれ
の刃先が掘削装置本体の軸線に直角な平面上にあ
るようにカツタヘツドの前面に配置され、正転用
ビツトは回転カツタヘツドの正転時に、また逆転
用のビツトは回転カツタヘツドの逆転時に、それ
ぞれ、地盤を切削するように構成されている。

ところで、前記したような回転カツタヘツドを
用いて地盤、特に硬質粘土、固結シルトあるいは
硬質砂質土のような硬質地盤を掘削する場合、不
使用のビツトに異常な摩耗が生じるという問題が
ある。

従来、正転用のビツトまたは逆転用のビツトに
より形成される掘削面は正転用のビツトおよび逆
転用のビツトの各刃先を含む前記平面、すなわち
回転カツタヘツドの軸線に直角な平面に平行であ
ると考えられてきた。この間の事情を第１図を参
照して概略的に説明すると、回転カツタヘツドを
例えば正転方向（反時計方向）に回転させた場
合、回転カツタヘツドを構成する一条のビツト支
持体１に配置された正転用のビツト２と逆転用の
ビツト３とがビツト支持体１を介して図上を左方
向へ移動する。その際、ビツト２により地盤４が
切削されて回転カツタヘツドの軸線に直角な掘削
面５が前方に形成され、ビツト３は地盤４に掘削
作用を及ぼさないで掘削面５に沿つて移動する。

すなわち、前記したような掘削面５を形成しな
がら掘削が行なわれると、回転カツタヘツドの正
転方向への回転中は正転用ビツト２のみが地盤に
対して切削作用を及ぼし逆転用のビツト３はその
用に供されない。したがつて、逆転用のビツト３
の摩耗度は正転用のビツトのそれよりも著しく小
さいことになる。

しかし、実際には逆転用のビツト３の方が正転
用のビツト２よりも摩耗度が大きい。これは、正
転用ビツトまたは逆転用のビツトによつて形成さ
れる掘削面が、実はカツタヘツドの軸線に対し直
角な平面に平行ではないことによる。

すなわち、実際の掘削面は、第１図に鎖線で示
すように、従来から考えられてきた掘削面５から
ビツト２の刃先を中心として地盤４の反対側に角
度的に変位した平面である。これは、ビツト２が
回転カツタヘツドの回転に伴つて該カツタヘツド
の軸線に直角な方向を移動する間、地盤の掘削を
さらに進めるべく前記軸線方向を前方へ押しやら
れることによる。この関係は、回転カツタヘツド
を逆転させる際の逆転用のビツト３についても同
様である。

したがつて、回転カツタヘツドを正転させて地
盤を掘削する場合、正転用のビツト２は地盤４に
切削作用を及ぼすが、逆転用のビツト３は掘削面
６から前方に食い込んだ状態でしかも引きずられ
るようにして正転用のビツト２と共に図上を左方
に移動する。このために、逆転用のビツト３が地
盤４に切削作用を及ぼさないにも拘わらず、著し
く摩耗する。

本来、回転カツタヘツドに正転用のビツトと逆
転用のビツトとが装着されている理由の１つは、
一方のビツトが摩耗により使用不能あるいは切削
機能が低下した際にこれを交換することなく他方
のビツトを使用しかつ回転カツタヘツドを反対方
向へ回転させて掘削作業を進め、また、回転カツ
タヘツドの回転方向を変えることによりローリン
グを回避してその姿勢を正常に維持することがで
きるようにするためであるが、前記したように、
従来のガツタヘツドによつては不使用の正転用の
ビツトまたは逆転用のビツトが摩耗しないように
これを保護することができない。

さらに、粘性質地盤の掘削においては、ビツト
とフエースプレートにそのスリツトを塞ぐように
被掘削片が付着することがあり、これを取り除く
ためには多大の労力と時間とを要するという問題
がある。

本発明の目的は、正転用のビツトおよび逆転用
のビツトのいずれか一方が地盤掘削のために使用
されている間、他方のビツトが摩耗しないように
することができ、また、ビツトとフエースプレー
トにそのスリツトを塞ぐように付着する被掘削片
を容易に取り除くことができるシールド型トンネ
ルのための回転ヘツドを提供することにある。

本発明は、回転カツタヘツドを構成する正転用
ビツトと逆転用ビツトとから成る複数のビツトを
支持する支持手段を、フエースプレートに、半径
方向と直角な方向に枢動可能にまたその枢動範囲
が前記フエースプレートに規定されるように保持
したことを特徴とする。

本発明に係る回転カツタヘツドによれば、第２
図にその原理を簡略に示すように、これを正転方
向に回転させた場合、正転用ビツト２が図上を左
側へ移動しながら地盤４を掘削してカツタヘツド
の後方から前方へ到る掘削面６を形成すると共
に、正転用ビツト２および逆転用ビツト３の支持
手段７が掘削抵抗によりピン８の回りに枢動し
て、不使用の逆転用ビツト３を掘削面６に相対す
るように位置させる。これにより、正転用ビツト
２による掘進中、逆転ビツト３を地盤４中に食い
込ませることなく掘削面６に沿つて移動させ、逆
転ビツト３の摩耗を防止することができる。また
回転カツタヘツドを逆転させて逆転ビツト３によ
り掘削する場合も、前記したと同様の理由により
正転用ビツト２の摩耗を防止することができる。

また、回転カツタヘツドを正転方向に回転させ
て掘削する間にフエースプレートのスリツトが粘
性質の被掘削片により塞がれた場合、掘削を一旦
停止して回転カツタヘツドを逆転方向に回転させ
る。このとき、逆転用ビツト３が掘削面６に当つ
て回転力を受け、このために支持手段７はピン８
の回りに反対側に揺動する。支持手段７の揺動に
より、前記被掘削片は正転用ビツト２または支持
手段７とスリツトの縁部との間で圧縮されるよう
にしてスリツトの後方に追いやられる。

ところで、掘削面６の状態によつては支持手段
７を反対方向に揺動させるに十分な反力を掘削面
６から得られない場合があり、この場合には、回
転カツタヘツドを両方向に交互に回転させ、ある
いはシールド本体を推進させる等の操作を必要と
する。この操作を必要とするか否かは、支持手段
７に及ぼされる回転エネルギを消費する前記枢動
抵抗の大小に大きく依存する。

本発明によれば、掘削時にビツトに及ぼされる
掘削抵抗は、ピン（枢軸ピン）、および支持手段
の枢動範囲を規定する前記フエースプレートの双
方が担う。このため、ピンに対する曲げ力として
作用する前記掘削抵抗をピンのみが担う場合に比
べてピンの直径を小径に設定することができ、こ
れにより、ピンと支持手段との接触面積を小さく
し、支持手段の枢動抵抗を小さくすることができ
る。

したがつて、支持手段に及ぼされる前記回転エ
ネルギの前記枢動抵抗による浪費を少なくするこ
とができ、これにより、前記被掘削片に抗しての
支持手段の揺動運動を確保し、前記被掘削片の取
り除きを確実にしまたこれを容易に行なうことが
できる。この間の事情は、逆転用ビツトによる掘
削の間に粘性質の被掘削片がスリツトを塞ぐ場合
の該被掘削片の取り除きについても、同様であ
る。

本発明が特徴とするところは、図示の実施例に
ついての以下の説明により、さらに明らかとなろ
う。

第３図および第４図に示すように、本発明に係
る回転カツタヘツド１０はシールド本体１２の前
方に回転可能に支持されている。回転カツタヘツ
ド１０の後方にはシールド本体１２を横切つて隔
壁１４が配置され、さらに該隔壁の後方にはシー
ルド本体１２を横切る仕切板１６が隔壁１４から
間隔をおいて配置されている。隔壁１４、仕切板
１６およびシールド本体１２に規定された空間は
ずり室１８を形成する。

ずり室１８の内部は、シールド本体１２の軸線
の下方において隔壁１４と仕切板１６との間に配
置された多数の孔を有する仕切板２０により上室
１８ａと下室１８ｂとに仕切られている。上室１
８ａは隔壁１４の上部に形成された開口１４ａと
連通し、また上室１８ａの内部にはシールド本体
１２の軸線を回転軸線とするクラツシヤ２２が隔
壁１４と仕切板１６とに回転可能に支承されてお
り、クラツシヤ２２の後端部が仕切板１６の背面
に減速装置２４を介して取り付けられた正逆両回
転可能のモータ２６に接続されている。上室１８
ａの上部に送泥口２８が設けられ、また、下室１
８ｂがシールド本体１２を後方へ伸びる排泥管２
９と連通している。

回転カツタヘツド１０は、隔壁１４を介してク
ラツシヤ２２の前端部に接続された回転軸３０を
備える。該回転軸はその先端部がシールド本体１
２の開口端部のわずかに前方に位置するように配
置されている。回転軸３０の軸線がタラツシヤ２
２の回転軸線と同一線上にあつてクラツシヤ２２
を介して回転軸３０に回転力が伝達され、これに
より回転カツタヘツド１０に回転運動を生じさせ
る。

回転軸３０にはその前端部を直径方向に伸びる
センタビツト３２が設けられ、また、該センタビ
ツトの後方のシールド本体１２の開口端部からわ
ずかに突出かつその開口径より小径のフエーズプ
レート３４が回転軸３０を取り巻くようにこれに
固定されている。

フエーズプレート３４は、半径方向に伸びる複
数のスリツト３６を有し、該スリトはセンタビツ
ト３２の長手方向と同一方向に向けられている。

フエーズプレート３４の後方には、正転用ビツ
ト３８と逆転用ビツト４０とから成る複数のビツ
トの前方部分をスリツト３６から露出させて支持
する手段４２が配置されており、該支持手段は、
後に詳述するように、フエーズプレート３４に固
定された保持部材５２に枢着されている。支持手
段４２は、スリツト３６の中央部を半径方向に伸
びる板状のビツト座４４と、該ビツト座の支承体
４６とから構成されている。

第３図に示すように、正転用ビツト３８と逆転
用ビツト４０とは、それぞれ、ビツト座４４の前
面にその長手方向へ一定の間隔をおいて左右に対
称に配置され、ボルトにより固定されている（第
５図）。また、線対称の両ビツトはそれぞれの外
端に設けられたチツプ３８ａ，４０ａが回転軸３
０の回転中心に関する同心円上に位置するように
配置され、チツプ３８ａが回転軸３０の正転方向
（反時計方向）にまたチツプ４０ａが逆転方向
（時計方向）に向けられている。

支持手段４２を構成する支承体４６は、第４図
および５図に示すように、逆三角形状の一対のプ
レート４６ａ，４６ｂにより構成することがで
き、一対のプレート４６ａ，４６ｂはビツト座４
４の後面に、間隔をおいてかつ半径方向と直交し
て固定されている。支承体４６は、前記半径方向
において、ビツト座４４の外方および内方に配置
されている。また、内方の支承体４６のプレート
４６ａと外方の支承体４６のプレート４６ｂとの
間には補強用リブ４８が配置されており、補強用
リブ４８は前記プレート４６ａ，４６ｂおよびビ
ツト座４４に固定されている。第４図および５図
に示すように、フエーズプレート３４の後面に、
リブ５０がスリツト３６を隔てた両側に配置さ
れ、リブ５０間には半径方向と垂直に配置され
た、支持手段４２を保持するプレートから成る保
持部材５２がフエーズプレート３４とリブ５０と
に固定されている。プレート５２の両側には支承
体４６を構成する一対のプレート４６ａ，４６ｂ
が位置しており、プレート５２とプレート４６
ａ，４６ｂとはそれぞれの下部に設けられた孔を
経て半径方向に伸びる枢軸ピン５４を介して枢動
可能に連結されている。また、プレート５２の中
央部には回転カツタヘツドの前方に開放する溝５
６が設けられている。図示の例では、プレート５
２の前端面５２ａ，５２ｂがビツト座４４の前端
面のわずかに後方に位置しており、溝５６の開放
端近傍を形状付ける傾斜部５２ｃ，５２ｄが前端
面５２ａ，５２ｂから後方へ除々に狭まつて伸び
ている。傾斜部５２ｃ，５２ｄ間の幅はビツト座
４４の幅より大きく形成され、支持手段４２が正
方向または逆方向へ枢動運動するとき、ビツト座
４４の半径方向に伸びる側部４４ａまたは側部４
４ｂが傾斜部５２ｃまたは傾斜部５２ｄに当接し
て枢動運動が規制される。したがつて、両傾斜部
５２ｃ，５２ｄは支持手段４２の枢動範囲を規定
する。前記傾斜部の傾斜度合および溝５６の開放
端の幅は第２図に示す掘削面６の傾斜度合を考慮
して定められる。前記支持手段４２の枢動運動
は、例えば、プレート５２をその前端面および後
端面間の幅が狭いものとしかつ該前端面上にビツ
ト座４４の側部４４ａ，４４ｂが当接するように
ストツパ（図示せず）を配置し、あるいはストツ
パ（図示せず）を側部４４ａ，４４ｂのそれぞれ
に設けることによつても規制することができる。

地盤を掘削すべくカツタヘツド１０を反時計方
向（第３図）に回転させると、正転用ビツト３８
により地盤の掘削が開始され、これと同時に地盤
からの反力により正転用ビツト３８が前方へ進出
しかつ逆転用ビツト４０が後方へ後退するよう
に、支持手段４２が枢軸ピン５４の回りに揺動す
る。これにより、掘進中、ビツト座４４の側部４
４ｂなわち逆転用ビツト４０側の側部４４ｂが傾
斜部５２ｄに当接し、第２図において説明したよ
うに、逆転用ビツト４０のチツプ４０ａは正転用
ビツト３８のチツプ３８ａにより形成された掘削
面６（第２図）に沿つて移動し、その摩耗および
損傷が防止される。また、地盤が硬質粘土や固結
シルトのように粘性の高い土質の場合、フエース
プレート３４のスリツト３６に被掘削片が結まつ
て該被掘削片を後方へ送ることが困難になること
が多いが、カツタヘツド１０を逆転させて支持手
段４２を反対方向へ揺動させることにより前記被
掘削片をスリツト３６から取り払うことができ
る。

前記被掘削片すなわちスリツト３６から後方へ
送られたずりは隔壁１４の開口１４ａを経てずり
室１８の上室１８ａに導入される。ここでずりは
送泥口２８から上室１８ａ内に吐出された泥水と
混合されかつカツタヘツド１０と同方向に回転す
るクラツシヤ２２に細かく粉砕され、引き続き仕
切板２０の孔を経て下室１８ｂに落下し、室室１
８ｂから排泥管２９を経て後方へ排出される。送
泥口２８および排泥口２９は、前記した例に代
え、送泥口２８を下室１８ｂ側に、また排泥管２
９を上室１８ａ側に配置することにより、泥水を
シールド本体１２に下方から上方へ吹き上げ、ク
ラツシヤ２２付近でずりと混合させて該ずりをシ
ールド本体１２の後方へ送ることができる。

泥水を掘削機の前方と後方との間で循環させて
ずりを搬送する方式をとるシールド型トンネル掘
削機において、従来の回転カツタヘツドの使用に
より前記したような粘性の高い硬質地盤を掘削し
た場合、不使用のビツトが前記硬質地盤に食い込
み該地盤を引つ掻いて土砂を擦り潰すため、ずり
室内に微細な土粒子が導入されこれが泥水中にコ
ロイド状態で溶け込んで搬送媒体としての循環泥
水の濃度を増大させるという問題があつたが、本
発明に係る回転カツタヘツド１０によれだ、不使
用のビツトが前記地盤へ食い込んで該地盤を乱す
ことがないことから、循環泥水を一定の設定濃度
に保つことができ、泥水の濃度調整のためにする
薬剤投与のような二次処理を必要としない。

なお、回転カツタヘツド１０を説明するに当
り、これをセンタシヤフト方式のシールド型トン
ネル掘削機に適用した場合について述べたが、ド
ラムシヤフト方式のシールド型トンネル掘削機に
適用することもできる。

また、前記回転カツタヘツド１０を、フエース
プレート３４を有しないものとして構成すること
ができる。ころ場合、プレート５２は、例えば回
転軸３０に固定されたリブ（図示せず）に固定す
ることができる。このような回転カツタヘツドは
シールド型トンネル掘削機のほか、例えばボーリ
ングマシンのような掘削機に適用することができ
る。

前記したように、本発明によれば、正転用ビツ
トおよび逆転用ツトの支持手段を半径方向に直角
な正逆両方向へ枢着させて前記各ビツトの刃先
を、従来考えられていたような掘削面ではなく回
転カツタヘツドの後方から前方へ伸びるように形
成される実際の掘削面に対向させることができる
ことから、掘進中において地盤に対し掘削作用を
及ぼさない、正転用ビツトまたは逆転用のビツト
の摩耗や損傷を防止することができる。

また、硬質地盤に対する掘削作用を与ぼさない
不使用のビツトの前記地盤中へ食い込みや掘削面
における大きな抵抗を排除することができること
から、掘削の用に供される反対側のビツトの地盤
中の食い込みを大きくして該ビツトによる切削量
を増大させることができ、これにより掘進速度を
早めることができる。

さらに、不使用のビツトの地盤中への食い込み
が掘削面における大きな抵抗の除去により、回転
カツタヘツドを一定速度で回転させるためのトル
クを小さくすることができる。したがつて、回転
カツタヘツドを低動力で作動させることができ
る。

さらに、従来の回転カツタヘツドによる掘削可
能な硬質地盤の硬度はＮ値が40未満であつたが、
本発明に係る回転カツタヘツドによれば、Ｎ値が
100程度の硬質地盤を掘削することができる。こ
れは、不使用のビツトの硬質地盤への食い込みや
擦り付けによる大きな抵抗の発生を回避して切削
作用を及ぼす側のビツトを硬質地盤に集中的に作
用させることができることによる。

さらに、本発明によれば、フエースプレートの
スリツトを塞ぐ粘性質の被掘削片を、回転カツタ
ヘツドの回転方向を変えて支持手段を反対方向へ
揺動させることにより、容易に取り除くことがで
きることから、掘削作業の能率を著しく向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転カツタヘツドによる掘削状
況を示す概略図、第２図は本発明に係る回転カツ
タヘツドによる掘削状況を示す概略図、第３図は
回転カツタヘツドを装置したシールド型トンネル
掘削機の正面図、第４図は第３図の線４―４に沿
つて得た部分縦断面図、第５図は第３図の線５―
５に沿つて得た部分拡大断面図である。 ５，６：掘削面、１０：回転カツタヘツド、１
２：シールド本体、１４：隔壁、１８：ずり室、
２２：クラツシヤ、２６：モータ、３０：回転
軸、３２：センタビツト、３４：フエースプレー
ト、３６：スリツト、３８：正転用ビツト、３８
ａ，４０ａ：チツプ、４０：逆転用ビツト、４
２：支持手段、４４：ビツト座、４６：支承体、
４６ａ，４６ｂ：プレート、５２：保持手段、５
２ｃ，５２ｄ：傾斜部、５６：溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド型トンネル掘削機のための回転カツ
   タヘツドであつて、半径方向に伸びるスリツトを
   備えるフエースプレートと、該フエースプレート
   の後方にあつて、正転用のビツトと逆転用のビツ
   トとから成る複数のビツトを前記スリツトから露
   出させて支持する支持手段とを含み、該支持手段
   が枢軸ピンを介して半径方向と直角な正逆両方向
   へ枢動可能にまたその枢動範囲が前記フエースプ
   レートに規定されるように、前記フエースプレー
   トに保持されている、回転カツタヘツド。 ２ 前記支持手段は前記フエースプレートに固定
   された保持部材を介して前記フエースプレートに
   保持され、前記保持部材は前記支持手段の枢動範
   囲を規定するための前記支持手段が当接可能の傾
   斜部を有する、特許請求の範囲１項に記載の回転
   カツタヘツド。 ３ 前記正転用のビツトと前記逆転用のビツトと
   は、それぞれの刃先が回転カツタヘツドの回転中
   心に関する円心上にあるように配置されている、
   特許請求の範囲第１項に記載の回転カツタヘツ
   ド。