JP2960874B2 - シールド掘進機の切削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド本体外周部に
同時裏込め管等の凸部を有するシールド掘進機に設けら
れ、ノムスト壁で形成された発進立坑の発進口等硬質の
掘進エリアにその凸部を通過させることのできる開口を
切削して形成するシールド掘進機の切削装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機でトンネル等の地下坑を
掘削する場合、その発進地点に発進立坑を設けて、シー
ルド掘進機を発進時にその立坑内に設置する。この発進
立坑には、地下水や土砂が浸入しないようにするため、
その周辺地山に、必要に応じて薬注処理をする等して地
盤改良が施されるとともに、立坑周囲に坑壁が張り巡ら
される。そのため、シールド掘進機は、発進時に、その
発進経路に位置する立坑の坑壁すなわち発進口を突破し
て地山に突入することが必要ある。そこで、こうしたシ
ールド掘進機の発進時の状況を分かりやすくするため、
図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、発進立
坑内にシールド掘進機を設置した状態を示す縦断面図、
図１１は、図１０の矢印Ａ方向矢視図である。

【０００３】図１０及び図１１において、１はシールド
掘進機のシールド本体、２は地山を切削するための多数
のカッタを有するカッタホイール、３はシールド本体１
の外周部に設けた同時裏込め管である。同時裏込め管３
は、シールド本体１のテールプレート内周部にセグメン
トを組み立てた際にその裏側に裏込め材を即時に注入で
きるようにするために付設された注入管であり、シール
ド本体１の外周部上方に間隔を置いて一対設けられてい
る。図１０及び図１１に示されているシールド掘進機に
は、こうした同時裏込め管３を付設しているが、セグメ
ント裏側への裏込め材の注入は、従来、セグメントに設
けた裏込め用のグラウトホールを通じて行われていた。
しかし、最近は、シールド掘進機で推進すると同時に裏
込めを行うこうした同時裏込め管３を装備することが多
くなった。４はシールド掘進機の発進地点に設けられた
発進立坑、４ａは発進立坑の発進口、４ｂは発進時にシ
ールド掘進機と発進立坑４の坑壁との間をシールしなが
らシールド掘進機を通過させることのできるようにした
エントランスパッキン、５はこの発進立坑底部に設けら
れた、シールド掘進機を発進させるための発進架台であ
る。このように、シールド掘進機で地下坑を掘削する場
合には、その掘削の出発点となる地山に発進立坑４を設
け、この発進立坑４の坑壁には、発進口４ａを形成し
て、発進口４ａ周辺の発進立坑４坑壁にエントランスパ
ッキン４ｂを取り付ける。また、発進立坑４内には、発
進架台５を設置してこの上にシールド掘進機を載置す
る。シールド掘進機を発進させるときには、このような
準備作業をした後、シールド掘進機を発進口４ａに向け
て推進することにより、エントランスパッキン４ｂを通
過させながら立坑の坑壁をなす発進口４ａを突破して地
山に突入させるようにすることが必要ある。

【０００４】ところで、発進立坑の坑壁は、通常は鉄筋
コンクリートで構築されるが、コンクリートが切削しづ
らいことに加えて鉄筋が埋め込んであるため、発進口を
シールド掘進機のカッタにより切削して突破することは
困難である。そのため、発進立坑の坑壁をこうした鉄筋
コンクリートで構築した場合、シールド掘進機の発進に
際し、発進口を削岩機で掘削する等適宜の方法で別途掘
削することが必要となり、作業効率上問題があった。こ
うしたことから、最近は、発進立坑の発進口をシールド
掘進機それ自体のカッタで切削できるようにするための
新素材が開発されており、その例として、ノムスト（Ｎ
ＯＭＳＴ；Ｎｏｖｅｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｈｉｅｌｄ
-ｃａｔｔａｂｌｅ Ｔｕｎｎｅｌ-ｗａｌｌ Ｓｙａｔｅ
ｍ）とか、ファイバー、コンクリートという新素材を挙
げることができる。これらの新素材のうち例えばノムス
トは、鉄筋を埋設する代わりに炭素繊維を混入し、粗骨
材として比較的切削しやすい石灰石を用いたコンクリー
トである。発進立坑の坑壁のうち少なくとも発進口をこ
うした新素材コンクリートを用いて構築すれば、シール
ド本体の断面がカッタの掘削断面と同じ形状をした一般
的なシールド掘進機である限り、発進の際に、通常の掘
進を行うときと同様に発進立坑の発進口を自身のカッタ
で切削して簡単に突破することができ、きわめて効率的
な発進を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シール
ド掘進機には、同時裏込め管を設けた前述の図１０及び
図１１に示されているようなシールド掘進機もあり、こ
うしたシールド本体の外周部に凸部を有するシールド掘
進機にあっては、発進立坑の発進口を例えノムスト壁の
ような新素材コンクリート壁により形成したとても、発
進立坑内からの発進の際にその発進口を簡単に突破する
ことはできない。すなわち、こうした裏込め管により形
成される凸部は、シールド掘進機のカッタによる掘削断
面よりも外周側に位置していおり、しかも、ノムスト壁
は、シールド掘進機のカッタで切削できるとはいっても
通常の地山よりは硬いため、発進立坑の発進口をそのカ
ッタで切削したとしても、その凸部を通常の地山の掘進
時のようには簡単に通過させることはできない。こうし
たことから、従来、発進立坑の発進口を新素材コンクリ
ート壁により形成した場合には、シールド本体外周部に
極力凸部を設けないようにしていた。そして、やむを得
ず凸部を設けなければならない場合には、オーバーカッ
タを突出させてカッタの掘削断面の外周側を掘削するこ
とにより、その凸部を通過させることのできる開口を形
成するようにしていた。しかしながら、オーバーカッタ
をシールド本体外周の凸部の位相に合わせて瞬間的に突
出させることは困難であるため、オーバーカッタを用い
てカッタ掘削断面の外周側を掘削するときには、その全
周を掘削する方法が採られていた。こうした方法は、発
進立坑の発進口に無用な開口を形成することとなって非
経済的であるばかりか、作業効率上も問題がある。こう
した問題は、ノムスト壁のような新素材で形成された発
進口を掘進する場合のほか、地山の掘進時にも発生する
余地はある。すなわち、通常の地山の掘進時にはこうし
た問題の発生を回避できるものの、地山の掘進中ときに
は、新素材の発進口に匹敵する高強度の硬質の地山に遭
遇することもあり、その場合には、以上述べたと同様の
問題が生じる。最近は、シールド掘進機での掘削の安全
性を向上させるために地盤改良技術が進歩し、地盤の強
度を飛躍的に向上させることができるようになったこと
もあり、こうした問題の発生する余地が増大している。

【０００６】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解決しようとするものであって、その目的は、シ
ールド本体外周部に凸部を有するシールド掘進機であっ
ても、前記新素材で形成した発進立坑の発進口や硬質の
地山のような硬質の掘進エリアを効率的に掘進して通過
できるようにしたシールド掘進機の切削装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような目的
は、「シールド本体外周部に凸部を有するシールド掘進
機に設けられ、掘進エリアにその凸部を通過させること
のできる開口を切削して形成するシールド掘進機の切削
装置であって、その凸部前方部位におけるシールド本体
外周部に、シールド本体の軸方向に向けて複数段配列し
て固定した多数の切削ビットからなり、これら切削ビッ
トの高さを前段から後段に行くに従って逐次高くなるよ
うにして凸部を通過させることのできる開口を段階的に
形成するようにした」ことを特徴とする特許請求の範囲
の請求項１に記載されているとおりのシールド掘進機の
切削装置により達成される。

【０００８】

【作用】本発明のシールド掘進機の切削装置はこうした
構成を備えているので、シールド掘進機を掘進すると、
前段側の切削ビットから順番に用いて掘進エリアの切削
を進める。こうして各段の切削ビットで順次掘進エリア
を切削することにより、多数の切削ビットで分担して所
望の形状の開口を段階的に形成するようにしているた
め、切削ビットに加わる負担や切削抵抗を軽減でき、シ
ールド本体外周部の凸部を通過させることのできる開口
を掘進エリアに無理なく形成することができる。そし
て、この掘進エリアが、特に特許請求の範囲の請求項２
のように、シールド掘進機のカッタで切削できるように
するための新素材で形成されている発進立坑の発進口で
ある場合、シールド本体外周部の凸部を通過させること
のできる開口を、通常の掘進と同様の掘進を行うだけで
発進立坑の発進口に無理なく形成することができ、シー
ルド本体外周部に凸部を有するシールド掘進機であって
も効率的な発進を自力で行うことができる。本発明を具
体化する際に特許請求の範囲の請求項３の構成を採用す
れば、切削ビットの高さを前段から後段に行くに従って
逐次高くなるようにした特許請求の範囲の請求項１の構
成と相俟って、凸部を通過させることのできる開口を一
層段階的に形成するようにし、発進口を切削する際の切
削抵抗をより効果的に軽減できる。

【０００９】

【実施例】以下、シールド掘進機で掘進する掘進エリア
がノムスト壁のような新素材コンクリートで形成された
発進立坑の発進口である場合を例にとり、本発明の実施
例を図１乃至図９に基づいて説明する。図１は、本発明
の実施例の切削装置を設けたシールド掘進機の要部を概
略的に示す拡大側面図、図２は、図１のア部の拡大して
具体的に示す拡大図、図３は、図１の矢印Ｂ方向矢視
図、図４は、図１の矢印Ｃ方向矢視図、図５は、図１の
矢印Ｄ方向矢視図、図６は、図１の矢印Ｅ方向矢視図、
図７は、図１の矢印Ｆ方向矢視図、図８は、図１の矢印
Ｇ方向矢視図、図９は、図１の矢印Ｈ方向矢視図であ
る。図１乃至図９において、図１０及び図１１と同一の
符号を付けた部分は、これらの図面と同等の部分を表し
ているので、説明の重複を避けるため詳述しない。図１
乃至図９に示すシールド掘進機は、図１０及び図１１に
示されているシールド掘進機と同様、シールド本体１の
外周部上方に、同時裏込め管３が付設されていて凸部を
有している。

【００１０】そこで、本発明の実施例のシールド掘進機
の切削装置ついて説明すると、本実施例の装置は、ノム
スト壁のようなカッタホイール２のカッタで切削可能な
新素材コンクリートで発進口が形成されている発進立坑
を発進するシールド掘進機に設けられるもので、その発
進時、発進立坑の発進口に同時裏込め管３による凸部を
通過させることのできる開口を切削して形成する装置で
ある。こうしたことを実現するため、本実施例の装置に
おいては、図１及び図９によく表されているように、同
時裏込め管３による凸部の前方部位におけるシールド本
体１の外周部に、多数の切削ビット６をシールド本体１
の軸方向に向けて略等間隔に６段ほど配列して固定する
とともに、これらの切削ビット６の高さを前段から後段
に行くに従って逐次高くなるようにして、これらの切削
ビット６の切削により、同時裏込め管３を通過させるこ
とのできる開口を段階的に形成するようにしている。

【００１１】シールド本体１の外周部に固定する各段の
切削ビット６の配列は、図３乃至図８に示すとおりであ
る。すなわち、図３には１段目の切削ビット６の配列、
図４には２段目の切削ビット６の配列、図５には３段目
の切削ビット６の配列、図６には４段目の切削ビット６
の配列、図７には５段目の切削ビット６の配列、図８に
は６段目の切削ビット６の配列を示し、切削ビット６
は、前段のものよりも後段ものの方が高くなるようにし
ている。また、こうしてシールド本体１の外周部に掘削
ビット６を複数段配列して固定する場合、各段に配列さ
れる掘削ビット６が協働して所望の形状の開口を切削で
きるように各段ごとに適宜の数の掘削ビット６を配列し
て多数の掘削ビット６を固定するようにしている。本実
施例では、これらの切削ビット６により発進立坑の発進
口に形成する開口は、同時裏込め管３が横断面略円弧状
をしていることから、その形状に合わせて略円弧状にな
るようにしている。そのため、こうした略円弧状の開口
の底部付近を形成するための１段目の切削ビット６は、
図３に示すように、その底部付近に相当するシールド本
体１の円周方向の領域に７個ほど略等間隔に配列し、ま
た、その開口の頂部付近を形成するための６段目の切削
ビット６は、図８に示すように、その頂部付近に相当す
るシールド本体１の円周方向の領域に２個ほど配列して
いる。そして、その間、切削ビット６は、図４乃至図７
に示すように、後段ほど配列数が少なくなるように略等
間隔に配列し、多数の切削ビット６により略円弧状の開
口を段階的に切削して形成できるようにしている。こう
して、発進立坑の発進口に、略円弧状の開口を多数の切
削ビット６でその底部から頂部に向かって段階的に形成
するようにすることにより、地山よりは硬いノムスト壁
のようなコンクリート壁を切削して発進口に開口を形成
する場合でも切削抵抗を軽減することができ、その結
果、シールド掘進機は、発進立坑の発進口を通常の掘進
を行うときと同様に自力で効率的に通過することができ
る。

【００１２】本実施例では、切削ビット６を前段のもの
より後段ものを高くするように配列する場合、図２に示
すように、各段の切削ビット６の食い込み深さｄが略一
定になるようにその高さを調整し、これにより、これら
の切削ビット６で発進口を切削して開口を形成する際、
各段の切削ビット６に加わる負担ができるだけ均等にな
るようにしている。また、シールド本体１の円周方向の
領域に各段ごとに異なる数の複数の切削ビット６を配列
する場合、各段にそれぞれ配列する複数の切削ビット６
は、図９に示すように、中央のものを前方に、中央から
離れたものほど後方に配置するようにしてシールド本体
１の軸方向の位相をずらして配列するようにしている。
こうして同じ段に配列する切削ビット６であっても位相
をずらして配列することにより、同一段の複数の切削ビ
ット６で発進口の同じ高さ位置を切削する場合でも、一
時に切削しないようにして切削抵抗を軽減するようにし
ている。本実施例では、こうした構成を採用することに
より、切削ビット６の高さを前段から後段に行くに従っ
て逐次高くなるようにした前記の構成と相俟って、略円
弧状の開口を一層段階的に形成するようにし、発進口を
切削する際の切削抵抗をより効果的に軽減できるように
している。

【００１３】本実施例のシールド掘進機の切削装置は、
このような構成を備えているので、シールド掘進機を発
進立坑の発進口に向けて推進すると、まず、第１段目の
７個の切削ビット６で発進口を切削し、同時裏込め管３
を通過させるための円弧状の開口のうちの底部付近の部
分の幅の最も広い開口を形成するが、その場合、７個の
切削ビット６のうちの中央に近いものから順番に時期を
ずらして切削を進める。次に、第２段目の６個の切削ビ
ット６で発進口を切削して円弧状の開口のうちの底部付
近のすぐ上方部分のやや幅の狭い開口を形成し、その場
合、同様にして、中央に近い切削ビット６から順次切削
を進める。以下同様にして、３段目から６段目の各切削
ビット６で順々に切削を進め、次第に幅の狭い開口を頂
部に向かって形成して行く。こうして各段の切削ビット
６で順々に切削し、円弧状の開口を、多数の切削ビット
６で分担して発進立坑の発進口に段階的に形成するよう
にしているため、地山よりは硬いノムスト壁のようなコ
ンクリート壁を切削して発進口に開口を形成する場合で
も、切削ビット６に加わる負担や切削抵抗を軽減するこ
とができる。

【００１４】したがって、本実施例の切削装置をシール
ド掘進機に設ければ、シールド本体１の外周部に同時裏
込め管３の凸部を有するシールド掘進機であっても、凸
部を通過させることのできる開口を、通常の掘進と同様
の掘進を行うだけで発進立坑の発進口に無理なく形成す
ることができ、その発進口を自力で効率的に通過するこ
とができる。また、発進立坑の発進口を通過後は、発進
口に開口を形成するのと同様にして、多数の切削ビット
６で地山に開口を形成するため、掘進中に万一硬質の地
山に遭遇したときでも、同時裏込め管３を損傷すること
なく円滑に掘進を進めることができる。本実施例では、
シールド本体１の軸方向に向けて６段に配列した多数の
切削ビット６のうち、同じ段に配列した複数の切削ビッ
ト６を、シールド本体１の軸方向に位相をずらして配置
するようにしたので、切削ビット６の高さを前段から後
段に行くに従って逐次高くなるようにした構成と相俟っ
て、略円弧状の開口を一層段階的に形成することがで
き、発進口を切削する際の切削抵抗をより効果的に軽減
することができる。また、このように、同一段に配列の
切削ビット６の位相をずらして配列することにより、こ
うした切削抵抗の軽減効果のほか、切削ずりのながれを
良好にし、さらには切削ビット６のシールド本体１への
取付け作業を行いやすくするという効果も併せ発揮する
ことができる。

【００１５】本実施例では、シールド掘進機で掘進する
掘進エリアがノムスト壁のような新素材コンクリートで
形成された発進立坑の発進口である場合を中心にして説
明したが、本発明のシールド掘進機の切削装置は、掘進
エリアが硬質の地山の場合にも使用することができ、以
上述べたのと同様の効果を期待することができる。本実
施例では、シールド本体１の外周部に同時裏込め管３を
設けたシールド掘進機に本発明を具体化した例を示した
が、本発明は、セグメントとテールプレートの間隙にグ
リースを注入するためのグリース注入管をシールド本体
の外周部に設けたシールド掘進機に適用することもで
き、要は、シールド本体の外周部に凸部を有するシール
ド掘進機であれば、凸部の種類を問わず当然適用するこ
とができる。本実施例では、切削ビット６により発進立
坑の発進口に形成する開口の形状を、同時裏込め管３の
横断面形状に合わせて略円弧状にするようにしている
が、こうした開口の形状をどのような形状にするかは、
シールド本体の外周部の凸部の形状や切削の便等を考慮
しながら適宜選択すればよい。また、シールド本体の軸
方向に向けて配列する切削ビットの段数や各段の掘削ビ
ットの配列数についても同様であり、要は、切削ビット
の高さを前段から後段に行くに従って逐次高くなるよう
にして凸部を通過させることのできる開口が形成できる
ようにすれば、開口の形状や切削ビットの段数、配列
は、設計上適宜選択することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、シールド本体外周部に同時裏込め管等の凸部を有す
るシールド掘進機に設けられ、掘削エリアにその凸部を
通過させることのできる開口を切削して形成するシール
ド掘進機の切削装置を構成する場合に、「その凸部前方
部位におけるシールド本体外周部に、シールド本体の軸
方向に向けて複数段配列して固定した多数の切削ビット
からなり、これら切削ビットの高さを前段から後段に行
くに従って逐次高くなるようにして凸部を通過させるこ
とのできる開口を段階的に形成するように」構成したの
で、シールド本体外周部に凸部を有するシールド掘進機
でありながら硬質の掘進エリアを効率的に掘進して通過
できるシールド掘進機の切削装置が得られる。本発明を
具体化する際に特許請求の範囲の請求項２の構成を採用
すれば、こうした凸部を有するシールド掘進機がノムス
ト壁のようなカッタで切削可能な素材で発進口を形成さ
れている発進立坑を発進する際にその発進立坑の発進口
を自力で効率的に通過できるようにすることができる。
さらに、本発明を具体化する際に特許請求の範囲の請求
項３の構成を採用すれば、凸部を通過させることのでき
る開口を複数段の切削ビットで段階的に形成するときで
も一層段階的に形成することができるため、ノムスト壁
で形成された発進立坑の発進口等硬質の掘進エリアを切
削する際の切削抵抗をより効果的に軽減することができ
て、本発明の目的をより効果的に達成することができ
る。また、同じ段に配列した複数の切削ビットを、シー
ルド本体軸方向に位相をずらして配列するようにした特
許請求の範囲の請求項３の構成により、こうした切削抵
抗の軽減効果のほか、切削ずりのながれを良好にし、さ
らには切削ビットのシールド本体への取付け作業を行い
やすくするという効果も併せ発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の切削装置を設けたシールド掘
進機の要部を概略的に示す拡大側面図である。

【図２】図１のア部の拡大して具体的に示す拡大図であ
る。

【図３】図１の矢印Ｂ方向矢視図である。

【図４】図１の矢印Ｃ方向矢視図である。

【図５】図１の矢印Ｄ方向矢視図である。

【図６】図１の矢印Ｅ方向矢視図である。

【図７】図１の矢印Ｆ方向矢視図である。

【図８】図１の矢印Ｇ方向矢視図である。

【図９】図１の矢印Ｈ方向矢視図である。

【図１０】発進立坑内にシールド掘進機を設置した状態
を示す縦断面図である。

【図１１】図１０の矢印Ａ方向矢視図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２ カッタホイール ３ 同時裏込め管 ４ 発進立坑 ４ａ 発進口 ４ｂ エントランスパッキン ５ 発進架台 ６ 切削ビット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (72)発明者 仲野 学 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 審査官 深田 高義 (56)参考文献 特開 平２−240397（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13692（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−210392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08 E21D 9/06 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体外周部に凸部を有するシー
   ルド掘進機に設けられ、掘進エリアにその凸部を通過さ
   せることのできる開口を切削して形成するシールド掘進
   機の切削装置であって、その凸部前方部位におけるシー
   ルド本体外周部に、シールド本体の軸方向に向けて複数
   段配列して固定した多数の切削ビットからなり、これら
   切削ビットの高さを前段から後段に行くに従って逐次高
   くなるようにして凸部を通過させることのできる開口を
   段階的に形成するようにしたことを特徴とするシールド
   掘進機の切削装置。
2. 【請求項２】 掘進エリアが、シールド掘進機のカッタ
   で切削できるようにするための新素材で形成されている
   発進立坑の発進口であることを特徴とする請求項１のシ
   ールド掘進機の切削装置。
3. 【請求項３】 シールド本体の軸方向に向けて複数段配
   列して固定した多数の切削ビットのうち、同じ段に配列
   した複数の切削ビットを、シールド本体軸方向に位相を
   ずらして配置するようにしたことを特徴とする請求項１
   又は請求項２のシールド掘進機の切削装置。