(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に回転駆動されるカッターヘッドを有し、シールド本体の後部外面に、シールド本体後部で組み立てられる一次覆工体と地山との間に裏込め剤を注入する裏込剤注入管が配設されたシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッターであって、
シールド本体の外周面で前記裏込剤注入管より前方適所に形成された収納凹部と、この収納凹部内から外方に出退自在に配設されトンネル半径方向の軸心周りに回転する回転カッターと、前記収納凹部に接続された送泥管および収納凹部からカッターヘッド後部の圧力室に連通される排泥管とからなる排土装置と、を具備し、
前記回転カッターに、切削面に溝を形成する溝切削ビットと、溝が形成された切削面を切削する面切削ビットと、切削片を収納凹部内に取り入れる取入口とを設けた
ことを特徴とするシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッター。
【請求項２】
回転カッターの先端面に、切削面に溝を形成する先端溝切削ビットと、溝が形成された切削面を切削する先端面切削ビットと、切削片を収納凹部内に取り入れる取入口とを設けたことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルを掘削するとともにシールド掘進機の後部で組み立てられた覆工体と、地山との間に裏込め剤を注入する裏込剤注入管がシールド本体の外面に突設されたシールド掘進機において、硬質地盤や岩盤、発進孔や中間孔、到達孔の壁体の掘削通過時に、裏込剤注入管の破損を防止するための裏込剤注入管用先行カッターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシールド掘進機の一例として図５〜図８に示すものがある。これは、前部にカッターヘッド１を回転可能に設けたシールド本体２の外周面後部に、周方向に沿って所定間隔をおいて複数の裏込剤注入管３が突設されたものであって（図６参照）、前記カッターヘッド１を回転駆動することにより切羽４を掘削してトンネル５を掘削すると同時に、シールド本体２内から裏込剤注入管３内を通ってこの裏込剤注入管３の後端開口部３ａからモルタルなどの裏込剤を後方に噴出させ、その噴出した裏込剤をシールド本体２の後方に組み立てられる一次覆工体であるセグメント６とトンネル５の内周面との間の間隙に充填するようになっている。
【０００３】
図７及び図８にも示すように、前記裏込剤注入管３はシールド本体２の外周面より外方に突出されているため、シールド本体２の外周面の裏込剤注入管３より前方適所に複数の固定ビット７が突設され、前記シールド本体２の前進に伴ってその複数の固定ビット７によりトンネル５の内面を切削して、裏込剤注入管３が損傷されないように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、固定ビット７の切削能力が低いため、例えば硬質岩盤やトンネルの発進、中間、到着坑の土留め用硬質壁体（たとえばＮＯＭＳＴ壁：石灰石粗骨材を使用した高強度コンクリートに炭素繊維からなる高強度補強材を埋め込んだもの）などの硬質地盤をカッターヘッド１で掘削する場合に、固定ビット７ではその硬質地盤を確実に切削することが困難で、裏込剤注入管３を損傷させるおそれがある。また、その切削片をシールド本体２内に取り込めないため、その切削片がトンネル５の内周面とシールド本体２及びセグメント６との間に不均一に介在されて、地山やシールド本体２に悪影響を与える。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、硬質岩盤や発進、中間、到達孔の硬質壁体でも確実に切削して裏込剤注入管を損傷させることがなく、またその切削片をシールド本体内に取り込んで良好に掘削通過できるシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッターを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、シールド本体の前部に回転駆動されるカッターヘッドを有し、シールド本体の後部外面に、シールド本体後部で組み立てられる一次覆工体と地山との間に裏込め剤を注入する裏込剤注入管が配設されたシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッターであって、シールド本体の外周面で前記裏込剤注入管より前方適所に形成された収納凹部と、この収納凹部内から外方に出退自在に配設されトンネル半径方向の軸心周りに回転する回転カッターと、前記収納凹部に接続された送泥管および収納凹部からカッターヘッド後部の圧力室に連通される排泥管とからなる排土装置と、を具備し、前記回転カッターに、切削面に溝を形成する溝切削ビットと、溝が形成された切削面を切削する面切削ビットと、切削片を収納凹部内に取り入れる取入口とを設けたものである。
【０００７】
上記構成によれば、硬質岩盤や硬質壁体などの硬質地盤を掘削する場合には、回転カッターの先端部をシールド本体の外周面から外部に突出させた状態で、カッターヘッドを回転駆動してシールド本体を前進させることにより、硬質地盤を掘削してトンネルを形成する。同時にその通過時に前記回転カッターを回転駆動してトンネル内周面の裏込剤注入管前方の硬質地盤を切削する。
【０００８】
このように、回転駆動される回転カッターは切削能力が高く、例えば土留め用ＮＯＭＳＴ壁などのように強化繊維で強化されだ硬質壁体でも、まず溝切削ビットにより壁体に内在された強化繊維を短く切断し、ついで面切削ビットにより壁体自体を削り取ることで、裏込剤注入管前方の硬質壁体を確実に切除することができ、裏込剤注入管が損傷されるおそれがない。
【０００９】
また、掘削土砂や切削片は回転カッターの取入口から収容凹部内に取り込まれ、排土装置により排泥管から圧力室に送られるので、従来のように切削片がトンネルの内周面とシールド本体及びセグメントとの間に不均一に介在されることがなく、切削片により地山やシールド本体に悪影響を与えることがない。
【００１０】
請求項２記載の発明は、回転カッターの先端面に、切削面に溝を形成する先端溝切削ビットと、溝が形成された切削面を切削する先端面切削ビットと、切削片を収納凹部内に取り入れる取入口とを設けたものである。
【００１１】
上記構成によれば、回転カッターを突出した状態でシールド掘進機を前進させて硬質地盤を切除する他に、シールド掘進機の前進を一定間隔毎に停止し、停止毎に回転カッターを突出させて硬質地盤を穿孔し、この穿孔部を連続させることにより、裏込剤注入管の前方の硬質地盤を掘削することができる。このように、あらゆる硬質地盤に２つの方法で先行穴を掘削することができ、その応用範囲も広い。
【００１２】
．
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお従来と同一の部材には同一符号を付して説明は省略する。
【００１３】
シールド本体２の外周面の裏込剤注入管３より前方でこのシールド本体２の大気室２ｃ内に対向する箇所に開口部９が形成されている。そしてこの開口部９に有底筒状の外筒１２がスキンプレート２ａ裏面に固着され、排土装置１０付きの収納凹部１１が形成されている。さらにシールド本体２内には、収納凹部１１内にシールド本体２の半径方向に出退自在に配設された回転カッター４１と、この回転カッター４１を回転駆動するためのカッター駆動装置１４と、回転カッター４１をシールド本体２の半径方向に沿って出退駆動させるためのカッター出退装置１５と、開口部９を開閉するゲート１６とが設けられている。
【００１４】
前記回転カッター４１は、図１〜図２に示すように、裏込剤注入管３の幅と略同一径に設定され、外筒１２内に軸受ブッシュ１７を介して摺動及び回転可能に配置された内筒４２と、この内筒４２内に十字状に架設された十字枠４３と、この十字枠４３の内筒４２より上方に突出する先端部に固着されたカッター部４４とで構成されている。
【００１５】
前記カッター部４４は、図３，図４に示すように、リングフレーム４４ａ上に十字フレーム４４ｂが固着され、さらにリングフレーム４４ａ上に周方向一定間隔ごとにビット取付フレーム４４ｃが立設されている。そしてこれら十字フレーム４４ｂおよびビット取付フレーム４４ｃの外周側で回転方向前部に、切削面に面接触して切削する面切削ビットの１つである外周面切削ビット４５Ａが取り付けられるとともに、外周面切削ビット４５Ａによる切削面より突出して所定のピッチで切削面に周方向の溝を形成し硬質地盤に内在された強化繊維等を切断する溝切削ビットの１つである複数の円弧形外周溝切削ビット４６Ａが軸心方向に所定間隔ごとに突出されている。また十字フレーム４４ｂおよびビット取付フレーム４４ｃの先端面に、切削面に面接触して切削する面切削ビットの１つである先端面切削ビット４５Ｂが取り付けられるとともに、先端面切削ビット４５Ｂによる切削面より突出して半径方向に所定のピッチで回転方向の溝を形成し硬質地盤に内在された強化繊維等を切断する複数の円弧形の溝切削ビットの１つである先端溝切削ビット４６Ｂが半径方向に所定間隔ごとに突出されている。そして、リングフレーム４４ａ内で十字フレーム４４ｂの間の空間部が収容凹部１１に連通する切削片の取入口４７に構成されている。
【００１６】
前記カッター駆動装置１４は、図１および図２に示すように、十字枠１３ｂの下面中央部に突設されたカッター軸２１が、外筒１２の底壁部に固着されたシールボックス１８を貫通して移動枠１９の軸受２０に回転可能に支持されている。そして移動枠１９に取り付けられた駆動モータ２５がスプロケットホイール２２，２３及びチェン２４を介してカッター軸２１に連動連結されて構成されている。したがって、この駆動モータ２５を駆動することにより回転カッター４１を回転駆動することができる。
【００１７】
前記カッター出退装置１５は、図２に示すように、外筒１２の外周面に突設したブラケット２６に連結ピン２７を介して左右一対の油圧や空気圧などの流体圧シリンダ２８が配設され、その各流体圧シリンダ２８のピストンロッド２８ａの先端部が移動枠１９に突設した左右一対のアーム２９にそれぞれ連結ピン３０を介して連結されて構成されている。したがって、各流体圧シリンダ２８を伸縮駆動することにより、回転カッター４１をシールド本体２の半径方向に沿って往復移動させることができる。
【００１８】
前記排土装置１０は、図１に示すように、収納凹部１１に接続された開閉弁３１付き送泥管３２と、収納凹部１１からカッターヘッド１後部の圧力室２ｂに接続された排泥管３３とから構成されている。
【００１９】
前記ゲート１６は、図２に示すように、外筒１２の上部に形成されたゲート用凹部１６ａ内に、ゲート板１６ｂがスライド自在に嵌合され、ゲート板１６ｂに連結された油圧や空気圧などの流体圧シリンダ３４により開閉されるようになっている。
【００２０】
上記構成において、カッターヘッド１により例えば土留め用ＮＯＭＳＴ壁などの硬質壁体を掘削する場合には、図１に仮想線で示すように、ゲート１６を開動させて開口部９を開放し、カッター出退装置１５により回転カッター４１を移動させて、カッター部４４をシールド本体２の外周面よりも外方に突出させる。そして、カッターヘッド１を回転駆動するとともにシールド本体２を前進させることにより、硬質壁体が掘削されて先行溝が形成される。そしてカッター駆動装置１４により回転カッター４１が回転駆動されて硬質壁体に形成されたトンネルの内周面の裏込剤注入管３の前方部分が切削される。この時、まず外周溝切削ビット４６Ａにより切削面に周方向の溝が形成されて内在された強化繊維が切断され、溝が形成された切削面に外周面切削ビット４５Ａが面接触されて掘削することにより、強化繊維が内在された硬質壁体を効果的に切削することができる。そして切削片が回転カッター４１の取入口４７から収納凹部１１内に回収され、その回収した切削片が送泥管３２を介して収納凹部１１内に供給した泥水によりスラリー状された後、排泥管３３を介してカッターヘッド１側の圧力室２ｂ内に流入され、このカッターヘッド１による掘削土砂といっしょにスラリー輸送で地上まで排出される。
【００２１】
また硬質地盤の掘削終了後、ゲート１６が閉動させて開口部９が閉鎖されることにより（図１実線参照）、その開口部９から収納凹部１１内に土砂が流入されるのを阻止して地山の崩壊を防止することができる。
【００２２】
また、他の掘削形式では、シールド本体２の掘進を回転カッター４１の掘削直径より小さい間隔で間欠移動させ、停止時にカッター出退装置１５により回転カッター４１を突出移動させて硬質地盤に先行穴を形成する。この時、先端溝切削ビット４６Ｂにより切削面に回転方向の溝が形成され、溝が形成された切削面に先端面切削ビット４５Ｂが面接触して切削することにより、強化繊維が内在された硬質壁体を効果的に切削除去することができる。これを繰り返すことにより、先行穴を連続させて裏込剤注入管３の損傷を防止する先行溝を形成することができる。先の外周溝切削ビット４６Ａおよび外周面切削ビット４５Ａによる先行溝掘削に加えて、先端溝切削ビット４６Ｂおよび先端面切削ビット４５Ｂを併用することで、あらゆる種類の硬質地盤を掘削できるとともに、ビットの寿命も長くできる。
【００２３】
上記実施の形態によれば、回転カッター４１を回転駆動しているので、切削能力が高く、例えば土留め用ＮＯＭＳＴ壁などの硬質壁体でも、外周溝切削ビット４６Ａと外周面切削ビット４５Ａの組み合わせにより、確実に切削することができ、裏込剤注入管３が損傷されるおそれがない。また、切削片を排土装置１０を介してシールド本体２内に取り込むようになっており、従来のように切削片がトンネル５の内周面とシールド本体２及びセグメント６との間に不均一に介在されることがないから、その切削片により地山やシールド本体２に悪影響を与えることがない。
【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく、請求項１記載の発明によれば、回転駆動される回転カッターは切削能力が高く、例えば土留め用ＮＯＭＳＴ壁などのように強化繊維で強化されだ硬質壁体でも、まず溝切削ビットにより壁体に内在された強化繊維を短く切断し、ついで面切削ビットにより壁体自体を削り取ることで、裏込剤注入管前方の硬質壁体を確実に切除して先行溝を形成することができ、裏込剤注入管が損傷されるおそれがない。
【００２５】
また、掘削土砂や切削片は回転カッターの取入口から収容凹部内に取り込まれ、排土装置により排泥管から圧力室に送られるので、従来のように切削片がトンネルの内周面とシールド本体及びセグメントとの間に不均一に介在されることがなく、切削片により地山やシールド本体に悪影響を与えることがない。
【００２６】
また請求項２記載の発明によれば、回転カッターを突出した状態でシールド掘進機を前進させて硬質地盤を切除する他に、シールド掘進機の前進を一定間隔毎に停止し、停止毎に回転カッターを突出させて硬質地盤を穿孔し、この穿孔部を連続させることにより、裏込剤注入管の前方の硬質地盤を掘削することができる。このように、あらゆる硬質地盤に２つの方法で先行穴を掘削することができ、その応用範囲も広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるシールド掘進機の裏込剤注入管用先行カッターを示す縦断面図である。
【図２】同先行カッターの横断面図である。
【図３】同回転カッターのカッター部を示す平面図である。
【図４】同回転カッターのカッター部を示す側面図である。
【図５】従来のシールド掘進機における裏込剤注入管用先行カッター装置を示す概略平面図である。
【図６】同要部の概略正面図である。
【図７】同要部の拡大横断面図である。
【図８】同要部の側面図である。
【符号の説明】
１    カッターヘッド
２    シールド本体
２ｂ  圧力室
３    裏込剤注入管
９    開口部
１０    排土装置
１１    収納凹部
１４    カッター駆動装置
１５    カッター出退装置
１６    ゲート
３２    送泥管
３３    排泥管
４１    回転カッター
４５Ａ  外周面切削ビット
４５Ｂ  先端面切削ビット
４６Ａ  外周溝切削ビット
４６Ｂ  先端溝切削ビット
４７    取入口
【図１】
0003693465.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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