(57)【要約】【課題】長距離掘削や高強度壁が多数出現するような工事においても、保護ビットの信頼性を高めたシールド掘進機を提供する。【解決手段】シールドフレーム２の外周部に、シールドフレーム２から突き出た突起物４の前方に位置させて突起物４を保護するための保護ビット５を、シールドフレーム２の軸方向に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機１において、保護ビット５を、メインビット６と、そのメインビット６よりも高さが低く、幅が広いサブビット７とで構成したものである。【選択図】図１
2010048014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、メインビットと、そのメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に、前方のメインビットよりも高さが順次高くなるメインビットが複数個配置されると共に、これらメインビットの途中に、上記サブビットが配置される請求項１記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記メインビットとサブビットとは、上記シールドフレームの外周部に千鳥状に配置される請求項１または２記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを設けたシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
土中にトンネルを掘るシールド掘進機は、トンネルの構築に先立ち、発進用立坑と到達用立坑を設けた上で、発進用立坑から到達用立坑へ掘進させていく。一般的には、シールド掘進機の円滑な発進や到達のために、防護工事として発進用立坑と到達用立坑のうち、坑口となる周辺部分の地盤改良を行う。
【０００３】
近年は、発進部や到達部において、高強度コンクリートと炭素繊維などの高強度補強材とを用い、良好な切削性、土留機能、施工性、止水性を有するＮＯＭＳＴ（Novel Material Shield-cuttable Tunnel-wall System）壁を始めとする新素材コンクリート壁により、立坑土留壁の坑口周辺部分を形成し、シールド掘進機のカッターで新素材コンクリート壁を掘削して坑口を形成することもある。
【０００４】
このように、発進部や到達部の地盤改良を省略することが可能なＮＯＭＳＴ壁等の高強度壁が採用されることが多くなっている。また、掘削途中に既設構造物の保護のためにＮＯＭＳＴ壁等の高強度壁が採用される場合もある。したがって、従来、シールドフレームの外周部に、シールドフレームから外方に突出する突起物（例えば、裏込め注入装置など）がある場合、突起物（凸部）を掘進方向に通過させるため、その突起物より前方に位置するシールドフレームの外周部に保護ビットを取り付け、この保護ビットで坑口の周囲を切削して開口部を形成する方法が採られてきた（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第２９６０８７４号公報
【特許文献２】特許第３８４９２０１号公報
【特許文献３】特許第３２４８８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシールド掘進機では、数ｋｍ〜１０ｋｍを超える長距離掘進後の到達部にて高強度壁を掘削したり、掘削区間に多数の高強度壁や固い地盤が出現する場合、保護ビットが摩耗したり、脱落したりしてしまうと、突起物を通過させる開口部を形成することができず、シールド掘削機の突起物が損傷してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、長距離掘削や高強度壁が多数出現するような工事においても、保護ビットの信頼性を高めたシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために創案された本発明は、シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、メインビットと、そのメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成したシールド掘進機である。
【０００９】
上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に、前方のメインビットよりも高さが順次高くなるメインビットが複数個配置されると共に、これらメインビットの途中に、上記サブビットが配置されるとよい。
【００１０】
上記メインビットとサブビットとは、上記シールドフレームの外周部に千鳥状に配置されるとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、長距離掘削や高強度壁が多数出現するような工事においても、保護ビットの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１３】
まず、本実施形態に係るシールド掘進機の全体構成を、図７を用いて簡単に説明する。
【００１４】
図７に示すように、シールド掘進機１は、例えば、トンネルの構築に先立って設けられた発進用立坑７１内に設置される。発進用立坑７１には、坑口７２となる部分がＮＯＭＳＴ壁などの新素材コンクリート壁ｗ７で形成される。発進用立坑７１の底面には、新素材コンクリートｗ７の掘削面に臨ませてシールド掘進機１を載せる架台７３が設けられる。
【００１５】
シールド掘進機１は、筒形のシールドフレーム２の先端（前端）部に、隔壁１０（後述する図１（ａ）参照）土砂を掘削するための回転自在なカッター３が設けられる。シールドフレーム２の外周部の後端には、シールドフレーム２の外径よりも外側へ突き出た同時裏込剤注入装置などの突起物４が取り付けられる。
【００１６】
同時裏込剤注入装置は、シールド掘進機１による地山の掘削とほぼ同時に掘削坑へ裏込剤を注入し、地盤の沈下を防止する装置である。
【００１７】
さて、図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示すシールド掘進機の主要部の縦断面図、図１（ｂ）はその部分平面図、図２は、図１に示したシールド掘進機の背面図、図３は、図１に示したシールド掘進機の上部を正面から見た図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るシールド掘進機１は、泥土圧式シールド掘進機であり、中折れ可能なシールドフレーム２の外周部のうち上側の部分に、同時裏込剤注入装置などの突起物４が複数個（図２では、４基）設けられる。
【００１９】
シールドフレーム２の外周部には、突起物４の取り付け範囲の前方に位置させて突起物４を保護するための保護ビット５が、シールドフレーム２の軸方向（前後方向）かつ周方向に間隔を隔てて複数個設けられる。保護ビット５は、メインビット６と、直前および直後のメインビット６よりも高さが低く、幅が広いサブビット（バックアップビット）７とで構成される。
【００２０】
シールドフレーム２の内部には、カッターで掘削した掘削坑内に円弧状のセグメントを円形に組み立ててトンネルを構築する図示しないセグメント組立装置と、トンネルの既設のセグメントの先端に反力を負担させてシールドフレーム２を推進させる複数本のシールドジャッキ（推進用ジャッキ）８と、シールドフレーム２を中折れさせるための複数本の中折れジャッキ９とが備えられる。
【００２１】
ここで、保護ビット５を構成するメインビット６とサブビット７をより詳細に説明する。
【００２２】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図４（ａ）〜図４（ｆ）に示すように、メインビット６には、高さが互いに異なる４種類のメインビット６ａ〜６ｄを用いる。各メインビット６ａ〜６ｄは、切削刃４１の先端に超硬合金製の超硬切削刃４２を取り付け、超硬切削刃４２の背面摩耗防止のため硬化肉盛溶接４３を行っている。これらメインビット６ａ〜６ｄは、図１（ａ）のようにシールド掘進機１の側面から見た場合、シールドフレーム２の前方から後方にかけて、前方のメインビットよりも高さが順次高くなるように配置される。
【００２３】
サブビット７には、高さが互いに異なる２種類のサブビット７ａ，７ｂを用いる。各サブビット７ａ，７ｂは、切削刃４１の先端に超硬合金製の超硬切削刃４２を取り付け、超硬切削刃４２の背面摩耗防止のため硬化肉盛溶接４３を行っている。これらサブビット７ａ，７ｂは、図１（ａ）のようにシールド掘進機１の側面から見た場合、シールドフレーム２の前方から後方にかけて、前方のサブビットよりも高さが順次高くなるように配置される。
【００２４】
本実施形態では、シールドフレーム２の長さが約８ｍ、直径が約１２〜１３ｍ、突起物４の高さが約８０ｍｍなので、これらの寸法に合わせ、メインビット６ａの高さを３０ｍｍ、メインビット６ｂの高さを５５ｍｍ、サブビット７ａの高さを３０ｍｍ、メインビット６ｃの高さを突起物４とほぼ同じの８０ｍｍ、サブビット７ｂの高さを５５ｍｍ、メインビット６ｄの高さを突起物４よりも高い１０５ｍｍとした。さらに、メインビット６ａ〜６ｃとサブビット７の長さをすべて１００ｍｍ、メインビット６ｄの長さを１５０ｍｍ、メインビット６の幅ｗｐをすべて３０ｍｍ、サブビット７の幅ｗｂをすべて４０ｍｍとした。
【００２５】
シールドフレーム２の軸方向に沿った前方から後方までを結ぶ直線パス上に、サブビット７を含めて保護ビット５を配置する場合は、前方のメインビット６よりも高さが順次高くなるメインビット６を間隔を隔てて複数個配置し、これらメインビット６の途中に、サブビット７を配置する。
【００２６】
例えば、図５に示す直線パスｐ５１上には、メインビット６ａ、メインビット６ｂ、サブビット７ａ、メインビット６ｄの順に間隔を隔てて配置する。また、図６に示す直線パスｐ６１上には、メインビット６ａ、メインビット６ｃ、サブビット７ｂ、メインビット６ｄの順に間隔を隔てて配置する。
【００２７】
本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、シールドフレーム２の外周部の上側中心に位置する１本の直線パスｐ１上と、その直線パスｐ１からシールドフレーム２の周方向に所定の間隔を隔てた片側６本の直線パスｐ２〜ｐ７上とに、メインビット６とサブビット７とを、直線パスｐ１に対して線対称となるように、かつ平面視でメインビット６とサブビット７とが千鳥状となるように配置した。隣り合う直線パスｐ１〜ｐ７の間隔は５０ｃｍとした。
【００２８】
これら合計１３本の直線パスｐ１〜ｐ７のうち、直線パスｐ１，ｐ３，ｐ５上のメインビット６とサブビット７の配置が、互いの配置間隔を除き、図５の直線パスｐ５１上の配置と同じである。また、直線パスｐ２，ｐ４上のメインビット６とサブビット７の配置が、互いの配置間隔を除き、図６の直線パスｐ６１上の配置と同じである。
【００２９】
これにより、シールド掘進機１では、図１（ｂ）および図４（ａ）〜図４（ｆ）に示したように、シールドフレーム２の前方から後方にかけた保護ビット５の配置順をシールド掘進機１の側面から見ると、保護ビット５は、高さに凹凸があるように高低差配置されており、高さが順次高くはなっていない。また、各サブビット７は、切羽側となる直前のメインビット６や坑口側となる直後のメインビット６よりも高さが低く、かつ幅が広い。
【００３０】
本実施形態の作用を説明する。
【００３１】
シールド掘進機１は、発進用立坑７１内に設置され、図７に示したようにカッター３で新素材コンクリートｗ７を掘削して坑口７２を形成し、その後、到達用立坑に向けて土砂を掘削していく。シールド掘進機１では、新素材コンクリートｗ７に形成した坑口７２を通っていくとき、坑口７２の上部を、主にメインビット６が切削して突起物４に対応した形状となる円弧状の開口部を形成するため、突起物４が坑口７２に干渉することなく、開口部を通過する。
【００３２】
このとき、サブビット７は開口部の形成にはあまり貢献しないが、サブビット７ａは、直前のメインビット６ｂよりも高さが低いため、直前のメインビット６ｂの摩耗や脱落に対してバックアップの役目を果たす。さらに、サブビット７ａは、直後のメインビット６ｄよりも幅が広いため、直後のメインビット６ｄの根元部分が土砂の流れで自然摩耗するのを防止し、直後のメインビット６ｄの取り付け部を保護し、脱落も防止する。サブビット７ｂも同様である。
【００３３】
そして、シールド掘進機１では、数ｋｍ〜１０ｋｍを超える長距離掘進後の到達部にて新素材コンクリート壁ｗ７などの高強度壁を掘削したり、掘削区間に多数の高強度壁（固い地盤）が出現する場合、メインビット６が摩耗したり、一部が脱落したりするが、その摩耗や脱落した周辺部分ではサブビット７が開口部の形成に貢献する。
【００３４】
したがって、シールド掘進機１によれば、長距離掘削や高強度壁が多数出現するような工事においても、メインビット６やサブビット７により、突起物４が通過できる開口部を形成して突起物４を保護でき、保護ビット５の信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、シールド掘進機１は、シールドフレーム２の軸方向に沿った直線パス上に、前方のメインビット６よりも高さが順次高くなるメインビット６が複数個配置されると共に、これらメインビット６の途中に、サブビット７が配置される。
【００３６】
このため、シールド掘進機１では、メインビット６やサブビット７で徐々に土砂をほぐして削りながら、突起物４が通過する開口部を確実に形成でき、サブビット７によって直線パス上に配置された直前および直後のメインビット６の信頼性がより高まる。
【００３７】
さらに、シールド掘進機１では、シールドフレーム２の外周部にメインビット６とサブビットとを千鳥状に配置しているため、切削後の土砂の流れがよくなる。しかも、突起物４が通過する開口部の形成が簡単になり、複数個のメインビット６が摩耗したり、脱落したりしても、開口部の形成に悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の好適な実施形態を示すシールド掘進機の主要部の縦断面図、図１（ｂ）はその部分平面図である。
【図２】図１に示したシールド掘進機の背面図である。
【図３】図１に示したシールド掘進機の上部を正面から見た図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｆ）は、上段が、シールドフレームの前方から後方にかけた保護ビットの配置順をシールド掘進機の側面から見た側面図、下段がその平面図である。
【図５】直線パス上の保護ビットの配置例を示す側面図である。
【図６】直線パス上の保護ビットの配置例を示す側面図である。
【図７】発進用立坑内に図１に示したシールド掘進機を設置した状態の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  シールド掘進機
２  シールドフレーム
４  突起物
５  保護ビット
６  メインビット
７  サブビット
【図１】
2010048014.tif 000003
【図２】
2010048014.tif 000004
【図３】
2010048014.tif 000005
【図４】
2010048014.tif 000006
【図５】
2010048014.tif 000007
【図６】
2010048014.tif 000008
【図７】
2010048014.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月13日(2008.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、複数個のメインビットと、直前および直後のメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、メインビットと、そのメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成し、上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に、前方のメインビットよりも高さが順次高くなるメインビットを複数個配置すると共に、これらメインビットの途中に、上記サブビットを配置したことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
上記メインビットとサブビットとは、上記シールドフレームの外周部に千鳥状に配置される請求項２記載のシールド掘進機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために創案された本発明は、シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、複数個のメインビットと、直前および直後のメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成したシールド掘進機である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また本発明は、シールドフレームの外周部に、シールドフレームから突き出た突起物の前方に位置させて突起物を保護するための保護ビットを、上記シールドフレームの軸方向に間隔を隔てて複数個設けたシールド掘進機において、上記保護ビットを、メインビットと、そのメインビットよりも高さが低く、幅が広いサブビットとで構成し、上記シールドフレームの軸方向に沿った直線パス上に、前方のメインビットよりも高さが順次高くなるメインビットを複数個配置すると共に、これらメインビットの途中に、上記サブビットを配置したシールド掘進機である。