(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタフレームの前面に、そのカッタフレームの回転中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成したシールド機のカッタにおいて、先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたことを特徴とするシールド機のカッタ。
【請求項２】
カッタフレームの前面に、そのカッタフレームの回転中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成したシールド機のカッタにおいて、カッタフレームの回転中心側に位置した先行ビットのシャンク材を、その先行ビットの回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレームの外周側に位置した先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたことを特徴とするシールド機のカッタ。
【請求項３】
既設トンネル内に分岐シールドを設置し、その分岐シールドを既設トンネルから発進させるべく既設トンネルを掘削するための分岐シールド用カッタにおいて、既設トンネルの内周面と分岐シールドのカッタフレームとの距離が、カッタフレームの中心部と外周部とで略同じになるようにカッタフレームを山形状に形成し、その山形状のカッタフレームの前面に、そのカッタフレームの中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成し、さらに各段の先行ビットの超硬チップが既設トンネル内周面に当接するようシャンク材の高さを設定し、上記カッタフレームの回転中心側に位置した先行ビットのシャンク材を、その先行ビットの回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレームの外周側に位置した先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたことを特徴とする分岐シールド用カッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッタフレームの前面に、その回転中心から外周にかけて多段に先行ビットを設けたシールド機のカッタ及び分岐シールド用カッタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既設トンネル等の高強度壁からシールド機を発進させる場合、高強度壁の切羽側に止水用固化剤を注入して地盤改良を行い、ブレーカで高強度壁をはつり、シールド機の掘削断面を確保するのが一般的であるが、最近の土木工事ではコスト低減の必要性からシールド機のカッタで直接高強度壁を切削するケースが増えている。具体的には、カッタの先行ビットで目入れをし、先行ビットで切削されなかった段部をメインビットで削り落としていく方法である。ところで、高強度壁の強度が２０００ｋｇ／ｃｍ2もあると、図１０に示すような通常の先行ビット３０ではシャンク材３１の内周側が高強度壁（図示せず）に当て擦られ、良好に掘削できないと共に、径方向の荷重を受けて先行ビット３０が破損したり、シールド機全体が横移動する場合があり、エントランスの止水性に問題が生じる虞があった。しかしながら、近年これらの問題を解決するために先行ビット３０のシャンク材３１をそれぞれの先行ビット３０の回転軌跡に沿って屈曲させたものが開発されつつある（特許文献１、３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６４２９１号公報
【特許文献２】特開２０００−６４７８５号公報
【特許文献３】特開昭５８−２０４２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シャンク材３１は強度を得るために特に硬い鋼材で形成する必要があるが、全てのシャンク材３１に屈曲等の複雑な加工を施すとコストが上がってしまい、カッタで高強度壁を切削するメリットが小さくなってしまうという課題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、高強度壁を良好にかつ安価に掘削できるシールド機のカッタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、カッタフレームの前面に、そのカッタフレームの回転中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成したシールド機のカッタにおいて、先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたものである。
【０００７】
また、カッタフレームの前面に、そのカッタフレームの回転中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成したシールド機のカッタにおいて、カッタフレームの回転中心側に位置した先行ビットのシャンク材を、その先行ビットの回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレームの外周側に位置した先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたものである。
【０００８】
さらにまた、既設トンネル内に分岐シールドを設置し、その分岐シールドを既設トンネルから発進させるべく既設トンネルを掘削するための分岐シールド用カッタにおいて、既設トンネルの内周面と分岐シールドのカッタフレームとの距離が、カッタフレームの中心部と外周部とで略同じになるようにカッタフレームを山形状に形成し、その山形状のカッタフレームの前面に、そのカッタフレームの中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材を設けると共に、そのシャンク材の両端に超硬チップを設けて先行ビットを形成し、さらに各段の先行ビットの超硬チップが既設トンネル内周面に当接するようシャンク材の高さを設定し、上記カッタフレームの回転中心側に位置した先行ビットのシャンク材を、その先行ビットの回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレームの外周側に位置した先行ビットのシャンク材を平板状に形成すると共に、その厚さを超硬チップの切削幅より薄く形成し、かつ、そのシャンク材の外周面と超硬チップの外周面とが略面一となるようそのシャンク材に超硬チップを保持させてシャンク材の内周面を超硬チップの内周面より外周側に位置させたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高強度壁を良好にかつ安価に掘削できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図９は既設トンネル内に設置したシールド機の側断面図であり、図１はシールド機のカッタの正面図であり、図２はシールド機のカッタの側断面図である。
【００１１】
図９に示すように、シールド機１は、既設トンネル２から発進させるべく既設トンネル２内に設置される分岐シールド３からなる。分岐シールド３は、既設トンネル２内に搬入する前に予め既設トンネル２の径に合わせて前後複数段に分割されており、既設トンネル２内で前段側に後段側（図示せず）を順次組み付けながら既設トンネル２に設けた発進口エントランス４から発進させるようになっている。
【００１２】
また、分岐シールド３のカッタ（分岐シールド用カッタ）５は、既設トンネル２の内周面６との距離をカッタフレーム７の中心部と外周部とで略同じにするようにカッタフレーム７を山形状に形成されており、湾曲したトンネル壁８を周方向に均等に切削できるようになっている。
【００１３】
図１及び図２に示すように、カッタフレーム７は、カッタ５の回転中心から外周端近傍まで放射状に延びるカッタスポーク９と、カッタスポーク９間に設けられるカッタ面板１０と、カッタ５の回転中心上にカッタスポーク９の前側に位置して設けられる中心側フレーム１１とを備えて構成されており、掘削土を取り込むためのスリット２０を前面に有する。
【００１４】
また、カッタ５は、カッタフレーム７の前面に、そのカッタフレーム７の回転中心から外周にかけて多段に先行ビット１２、１３を設けられている。先行ビット１２、１３は、図９に示すように、シールド発進位置のトンネル壁８である高強度壁１４を切削するためのカッタビットである。
【００１５】
図３及び図４に示すように、先行ビット１２、１３には、複数種類のものがあり、カッタフレーム７の径方向の位置によって使い分けられている。具体的には、先行ビット１２、１３には、カッタフレーム７の回転中心側に設けられる中心側先行ビット１２と、カッタフレーム７の外周側に設けられる外周側先行ビット１３とがある。中心側先行ビット１２と外周側先行ビット１３は、それぞれカッタフレーム７に円周方向に沿って略板状のシャンク材１６、１７を設けると共に、そのシャンク材１６、１７の両端に超硬チップ１８、１９を設けて形成されている。図９、図４及び図３に示すように、シャンク材１６、１７は、それぞれ各段の先行ビット１２、１３の超硬チップ１８、１９を既設トンネル２の内周面６に当接するように高さを設定されている。すなわち、シャンク材１６、１７は、地山を掘削するメインビット１５等よりも超硬チップ１８、１９を掘進方向前方に突出させるように形成されている。
【００１６】
図５及び図６に示すように、中心側先行ビット１２は、回転軌跡の曲率に合わせてシャンク材１６を屈曲されており、特に回転半径の小さな回転中心近傍にあってもシャンク材１６を超硬チップ１８の切削幅内に収め、シャンク材１６の内周面を高強度壁１４に当て擦らないように構成されている。具体的には、シャンク材１６は、超硬チップ１８間の中間位置を所定角度折り曲げて断面への字状に形成されている。また、図４及び図２に示すように、中心側先行ビット１２は、それぞれ中心側フレーム１１に設けられており、後述する外周側先行ビット１３より若干先に高強度壁１４を切削してカッタ５の心を安定させるようになっている。
【００１７】
図７及び図８に示すように、外周側先行ビット１３は、シャンク材１７の径方向の厚さを超硬チップ１９の切削幅より薄く形成されており、シャンク材１７の内周面を高強度壁１４に当て擦らないように構成されている。また、外周側先行ビット１３は、シャンク材１７の外周面と超硬チップ１９の外周面とを略面一とするようにシャンク材１７に超硬チップ１９を保持させており、高強度壁１４と接触する虞のない外周側を薄くせずに残すことでシャンク材１７の強度を確保すると共に超硬チップ１９を確実に保持するようになっている。特にシャンク材１７を超硬チップ１９より薄い平板状に形成するだけであるため、シャンク材１７を極めて安価に形成できる。外周側先行ビット１３は、それぞれカッタスポーク９とカッタ面板１０に設けられている。
【００１８】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００１９】
図９に示す既設トンネル２内から分岐シールド３を発進させる場合、発進口エントランス４内に分岐シールド３を設置すると共に、分岐シールド３の後方に反力受け（図示せず）を設置し、カッタ５を回転又は揺動させながら反力受けを後方に押して掘進を始める。このとき、カッタフレーム７は山形状に形成されており、図２、図３及び図４に示すように、カッタフレーム７に設けられたそれぞれのシャンク材１６、１７は超硬チップ１８、１９を高強度壁１４に接触させるように高さを設定されているため、高強度壁１４は周方向に略均等に切削され始めることとなる。
【００２０】
中心側先行ビット１２は、カッタ５の中心近傍に配置されているため、外周側先行ビット１３よりも小さな半径で軸回りに回転又は揺動されることとなるが、図５に示すように、シャンク材１６を回転軌跡の曲率に合わせて屈曲されているため、シャンク材１６の内周面等を高強度壁１４に当て擦ることはなく、高強度壁１４を円滑に切削することができる。
【００２１】
他方、外周側先行ビット１３は、中心側先行ビット１２のように屈曲されたシャンク材１６を有しないが、図７に示すように、シャンク材１７の板厚を超硬チップ１９の切削幅より小さく形成されているため、中心側先行ビット１２と同様にシャンク材１７の内周面を高強度壁１４に当て擦ることはなく、高強度壁１４を円滑に切削することができる。また特に、外周側先行ビット１３は、シャンク材１７の外周面と超硬チップ１９の外周面とを略面一とするように形成されており、シャンク材１７の板厚を十分確保しているため、高強度壁１４から受ける力に屈することはない。
【００２２】
この後、中心側先行ビット１２と外周側先行ビット１３は、略同時に高強度壁１４を貫通し、メインビット１５と協働して高強度壁１４を小さな断片に砕くこととなる。そして、分岐シールド３が所定距離掘進したら分岐シールド３の前段側に分岐シールド３の後段側（図示せず）を組み付け、分岐シールド３を段階的に組み立てながら既設トンネル２から発進させてゆく。分岐シールド３が既設トンネル２から発進した後、先行ビット１２、１３は、メインビット１５に先行して岩盤等の硬い地山を切削し、メインビット１５による地山の掘削を補助することとなる。この場合においても中心側先行ビット１２と外周側先行ビット１３は、内周面を地山に当て擦ることがなく、効率よく地山を切削できる。
【００２３】
このように、カッタフレーム７の回転中心側に位置した中心側先行ビット１２のシャンク材１６を、中心側先行ビット１２の回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレーム７の外周側に位置した外周側先行ビット１３のシャンク材１７の厚さを超硬チップ１９の切削幅より薄く形成したため、中心側先行ビット１２又は外周側先行ビット１３の内周面が高強度壁１４等の切削対象物に当て擦られるのを防いで良好に掘削することができ、かつ、外周側先行ビット１３のシャンク材１７の加工費を抑えることができる。また、カッタフレームの回転中心側にあっては中心側先行ビット１２の折れ角を最適な角度に設定することで小さな回転半径に対しても容易に対応することができ、ほとんど強度を落とすこともない。そしてこれらにより、十分な強度と切削性能を兼ね備えたカッタを安価に製作することができる。
【００２４】
外周側先行ビット１３のシャンク材１７の外周面と超硬チップ１９の外周面とが略面一となるようにシャンク材１７に超硬チップ１９を保持させたため、シャンク材１７の厚さを最大限確保することができ、シャンク材１７を十分な強度にできる。
【００２５】
また、既設トンネル２の内周面６と分岐シールド３のカッタフレーム７との距離が、カッタフレーム７の中心部と外周部とで略同じになるようにカッタフレーム７を山形状に形成し、その山形状のカッタフレーム７の前面に、そのカッタフレーム７の中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材１６、１７を設けると共に、そのシャンク材１６、１７の両端に超硬チップ１８、１９を設けて先行ビット１２、１３を形成し、さらに各段の先行ビット１２、１３の超硬チップ１８、１９が既設トンネル２の内周面６に当接するようシャンク材１６、１７の高さを設定し、カッタフレーム７の回転中心側に位置した中心側先行ビット１２のシャンク材１６を、その先行ビット１２の回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレーム７の外周側に位置した外周側先行ビット１３のシャンク材１７の厚さを超硬チップ１９の切削幅より薄く形成したため、既設トンネル２を周方向に均等に切削することができ、既設トンネル２に中心側先行ビット１２又は外周側先行ビット１３の内周面が当たるのを防ぐことができると共に、カッタ５を安価に製作でき、既設トンネル２から分岐シールド３を確実かつ円滑に発進させることができる。
【００２６】
なお、中心側先行ビット１２のシャンク材１６は、超硬チップ１８間の中間位置１カ所を所定角度折り曲げて形成するものとしたが、シャンク材１６は超硬チップ１８間の複数箇所を多段に折り曲げて形成するものとしてもよく、弧状に形成するものとしてもよい。回転半径が特に小さい場合であってもシャンク材（図示せず）を確実に超硬チップ１８の切削幅内に収めることができる。ただし、屈曲箇所を増やしたり、弧状に形成すると先行ビットの製造コストは上がるため、必要最小限度に止めることが好ましい。すなわち、回転中心の直近位置に、屈曲箇所を増やして、又は弧状に形成した極中心側先行ビット（図示せず）を配し、その外周側に中心側先行ビット１２を配し、その外周側に外周側先行ビット１３を配するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係るシールド機のカッタの正面図である。
【図２】シールド機のカッタの側断面図である。
【図３】カッタの中心部とその近傍を示す図１の要部拡大図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】カッタの中心側先行ビットの正面図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】カッタの外周側先行ビットの正面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】既設トンネル内に設置したシールド機の側断面図である。
【図１０】従来の先行ビットの概略説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  シールド機
２  既設トンネル
３  分岐シールド
５  分岐シールド用カッタ（カッタ）
６  内周面
７  カッタフレーム
１２  中心側先行ビット（先行ビット）
１３  外周側先行ビット（先行ビット）
１６  シャンク材
１７  シャンク材
１８  超硬チップ
１９  超硬チップ
【要約】
【課題】  高強度壁を良好にかつ安価に掘削できるシールド機のカッタを提供する。
【解決手段】  カッタフレーム７の前面に、そのカッタフレーム７の回転中心から外周にかけて多段に円周方向に沿ってシャンク材１６、１７を設けると共に、そのシャンク材１６、１７の両端に超硬チップ１８、１９を設けて先行ビット１２、１３を形成したシールド機のカッタ５において、カッタフレーム７の回転中心側に位置した先行ビット１２のシャンク材１６を、その先行ビットの回転軌跡の曲率に合わせて屈曲させ、カッタフレーム７の外周側に位置した先行ビット１３のシャンク材１７の厚さを超硬チップ１９の切削幅より薄く形成したものである。
【選択図】  図３
【図１】
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【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】
0003705295.tif 000008
【図８】
0003705295.tif 000009
【図９】
0003705295.tif 000010
【図１０】
0003705295.tif 000011