(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に対峙して回転するカッタヘッドに半径方向に間隔を隔てて複数配置された掘削ビット、保護掘削ビット、及び別の半径方向に間隔を隔てて複数配置された障害物切削ビットからなり、
掘削ビットと保護掘削ビットは、カッタヘッドの回転により切羽全面を掘削するように配置されており、
障害物切削ビットは、カッタヘッドと同心に円弧状に形成され、かつ回転軌跡が前記掘削ビットの間を通るように配置されており、
保護掘削ビットは、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置し、かつ先端が障害物切削ビットより前方に位置する保護位置と後方に位置する待機位置との間を前後に移動可能に設けられている、ことを特徴とするシールド掘進機の障害物切削装置。
【請求項２】
前記障害物切削ビットは、周方向にノコギリ状の刃を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機の障害物切削装置。
【請求項３】
切羽に対峙して回転するカッタヘッドに掘削ビット、保護掘削ビットを半径方向に間隔を隔てて複数配置し、及び障害物切削ビットを別の半径方向に間隔を隔てて複数配置し、
掘削ビットにより土砂を掘削する際には、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置する保護掘削ビットを障害物切削ビットより前方に移動して、障害物切削ビットの摩耗を低減し、
障害物切削ビットにより障害物を切削する際には、保護掘削ビットを障害物切削ビットより後方に移動して、障害物切削ビットを最も前方に位置させる、ことを特徴とするシールド掘進機の障害物切削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シールド掘進機に係わり、更に詳しくは、地中掘進中に鉄筋コンクリートや鋼製の杭などが現れた場合、これを切削するシールド掘進機の障害物切削装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、シールド掘進機の全体構成図であり、隔壁１ａを備えたシールド本体１、カッタヘッド２、スクリュウコンベア３、ジャッキ４、等からなり、カッタ駆動装置１ｂによりカッタヘッド２を回転させてこれに取付られたビット５により切羽６を切削し、切削された土砂をカッタヘッドに設けられた隙間から隔壁１ａとカッタヘッド２の間に充満させ、これをスクリュウコンベア３により装置内に導入しトンネルを通して外部に搬土し、並行してシールド掘進機のテール部でセグメント７を組み立て、ジャッキ４でセグメントの端面を後方に押してシールド掘進機を前進させるようになっている。なお、この図で８は土圧計であり、カッタヘッド、スクリュウコンベア、ジャッキ等を調整して、隔壁とカッタヘッドの間の土圧をほぼ一定に保持するようにシールド掘進機は運転される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したシールド掘進機は、一般に後進が困難であり、かつカッタヘッド２に取付られたビット５の交換も困難である。そのため、通常のビット５で安定した掘進ができるように、綿密な計画と調査を経てシールド工事の路線が決定されている。
【０００４】
しかし、都市部などでは、シールド工事の計画路線をシールド掘進機で掘進中に、ビルの鉄筋コンクリート製の杭やＨ鋼、鋼矢板等の鋼板に遭遇する場合がある。このような場合、土砂切削用の従来のビットで鉄筋や鋼板を切削すると、被切削物がビットにからみつき連続して安定な掘削ができない問題点があった。そのため従来はシールド掘進機の前面、つまり切羽に薬剤を注入したり凍結させて土砂の崩壊を防止し、作業員が切羽へ出て手作業で鉄筋や鋼板を切断していたが、作業環境が悪く危険であり、かつ薬剤注入等の土質改良に莫大な費用と工期を必要とする問題点があった。
【０００５】
かかる問題点を解決するために、例えば、「シールド掘進機の障害物切削装置」（特開平４−５３９７号）、「シールド掘進機の前部の障害物を切断する方法」（特公平５−４６４４０号）、「地中障害物解体装置」（特開平５−９８８８９号）等が既に出願されている。しかし、かかる従来のシールド掘進機の障害物切削装置は、Ｈ鋼、鋼板等の鉄骨等の切削が困難であり、かつ従来のビット５等の構成を大幅に変更する必要があり、実現可能性に乏しい問題点があった。
【０００６】
すなわち、特開平４−５３９７号のシールド掘進機の障害物切削装置は、カッタヘッドの表面に、鉄筋切削ビットとコンクリート切削ビットを同一の回転軸体に取り付けたものであり、コンクリートや鉄筋は切削できるとしても、Ｈ鋼、鋼板等の鉄骨等の切削はできず、かつカッタヘッドに大型の回転軸体を複数設けるため、通常の土砂の掘進時の性能が大幅に低下するおそれがある。
【０００７】
また、実公平５−４６４４０号と特開平５−９８８８９号の方法や装置は、切断用流体噴射ノズルやウォータジェットノズルにより、障害物を切断又は解体するものであるが、切断後の障害物の処理に問題があり、ウォータジェット装置が高価である、等の問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、従来のシールド掘進機のビット等の構成を大幅に変えることなく、コンクリート、鉄筋、鉄骨等の障害物を切断することができ、かつ切断した破片を円滑に処理することができるシールド掘進機の障害物切削装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、切羽に対峙して回転するカッタヘッドに半径方向に間隔を隔てて複数配置された掘削ビット、保護掘削ビット、及び別の半径方向に間隔を隔てて複数配置された障害物切削ビットからなり、掘削ビットと保護掘削ビットは、カッタヘッドの回転により切羽全面を掘削するように配置されており、障害物切削ビットは、カッタヘッドと同心に円弧状に形成され、かつ回転軌跡が前記掘削ビットの間を通るように配置されており、保護掘削ビットは、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置し、かつ先端が障害物切削ビットより前方に位置する保護位置と後方に位置する待機位置との間を前後に移動可能に設けられている、ことを特徴とするシールド掘進機の障害物切削装置が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施例によれば、前記障害物切削ビットは、周方向にノコギリ状の刃を有する。また、本発明によれば、切羽に対峙して回転するカッタヘッドに掘削ビット、保護掘削ビットを半径方向に間隔を隔てて複数配置し、及び障害物切削ビットを別の半径方向に間隔を隔てて複数配置し、掘削ビットにより土砂を掘削する際には、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置する保護掘削ビットを障害物切削ビットより前方に移動して、障害物切削ビットの摩耗を低減し、障害物切削ビットにより障害物を切削する際には、保護掘削ビットを障害物切削ビットより後方に移動して、障害物切削ビットを最も前方に位置させる、ことを特徴とするシールド掘進機の障害物切削方法が提供される。
【００１１】
【作用】
上述した本発明の方法及び装置によれば、カッタヘッドに半径方向に間隔を隔てて複数配置された障害物切削ビットが、カッタヘッドと同心に円弧状に形成されているので、コンクリート、鉄筋、鋼板等の障害物に障害物切削ビットにより半径方向に間隔を隔てた溝（切り込み）を切削加工することができる。更に、障害物切削ビットは回転軌跡が掘削ビットの間を通るように配置されているので、溝が加工されて破断しやすくなった障害物を掘削ビットにより容易に破断し、障害物切削ビットの半径方向間隔よりも小さい破片に破断することができる。従って、この破片を、通常の土砂と同様に、カッタヘッドに設けられた隙間から隔壁とカッタヘッドの間に取り込み、スクリュウコンベアを介してスムースに外部に搬出することができる。
【００１２】
更に、本発明によれば、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置する保護掘削ビットを備えているので、掘削ビットにより土砂を切削する際には、保護掘削ビットを障害物切削ビットより前方に移動することにより、障害物切削ビットの摩耗を低減することができ、かつ、障害物切削ビットにより障害物を切削する際には、保護掘削ビットを障害物切削ビットより後方に移動することにより、障害物切削ビットを最も前方に位置させ、保護掘削ビットによる影響を受けずに、効果的に障害物を切削することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には、同一の符号を付して使用する。図１は、本発明によるシールド掘進機の障害物切削装置のカッタヘッド正面図である。この図に示すように、本発明の障害物切削装置１０は、切羽に対峙して回転するカッタヘッド１２に半径方向に間隔を隔てて複数配置された掘削ビット１４、保護掘削ビット１８及び別の半径方向に間隔を隔てて複数配置された障害物切削ビット１６からなる。図１において、掘削ビット１４は、ティースビットと呼ばれる半径方向にほぼ一定の幅を持ったカンナ刃のような形状の刃である。この掘削ビット１４は、カッタヘッド１２の回転により切羽全面を切削するように配置されている。また図示のように、掘削ビット１４は、カッタヘッド１２のスポーク部１２ａの両側に設けられており、カッタヘッド１２の正回転時及び逆回転時の両方で切羽全面を切削できるようになっている。
【００１４】
更に、スポーク部１２ａの両側には、土砂を内部に取り込むためのスリット１２ｂが設けられており、このスリット１２ｂを通して、掘削ビット１４で切削された土砂をシールド掘進機のカッタチャンバ１９に取り込み、前述したスクリュウコンベア３を介して外部に搬出するようになっている。また、図１に示すように、障害物切削ビット１６は、カッタヘッド１２と同心に円弧状に形成されている。また、保護掘削ビット１８は、スポーク部１２ａの中央部に半径方向に間隔を隔てて配置されている。
【００１５】
図２は、掘削ビット１４、障害物切削ビット１６、及び保護掘削ビット１８の前後方向の位置関係を示す部分側面図であり、図３は保護掘削ビット１８の作動を示す図である。なお、図２及び図３では上側が切羽であり、横方向がカッタヘッド１２の回転方向（周方向）である。図２に示すように、保護掘削ビット１８は、スポーク部１２ａの中央部に埋設されたジャッキ１９のロッド先端に取付けられており、その先端１８ａ（図で上端）が障害物切削ビット１６より前方（図で上方）に位置する保護位置Ａと後方（図で下方）に位置する待機位置Ｂとの間を前後（図で上下）に移動可能に設けられている。保護掘削ビット１８の先端１８ａには、超硬合金のビットが取付られている。また、保護掘削ビット１８の半径方向位置は、障害物切削ビット１６の回転軌跡上に位置決めされている。更に、障害物切削ビット１６は、周方向にノコギリ状の刃１６ａを有している。
【００１６】
かかる構成により、カッタヘッド１２に半径方向に間隔を隔てて複数配置された障害物切削ビット１６が、カッタヘッド１２と同心に円弧状に形成されているので、コンクリート、鉄筋、鉄骨等の障害物に障害物切削ビットにより半径方向に間隔を隔てた溝（切り込み）を切削加工することができる。
【００１７】
本発明の障害物切削方法によれば、掘削ビット１４により土砂を切削する際には、障害物切削ビット１６の回転軌跡上に位置する保護掘削ビット１８を障害物切削ビット１６より前方に移動して、障害物切削ビット１６の摩耗を低減し、障害物切削ビット１６により障害物９を切削する際には、保護掘削ビット１８を障害物切削ビット１６より後方に移動して、障害物切削ビット１６を最も前方に位置させる。この方法により、図３（Ａ）に示すように、掘削ビット１４により土砂を切削する際には、前方に移動した保護掘削ビット１８が先に切羽に当たるので、障害物切削ビット１６の摩耗を低減することができ、かつ、障害物切削ビット１６により障害物９を切削する際には、障害物切削ビット１６が最も前方に位置するので、保護掘削ビット１８による影響を受けずに、効果的に障害物を切削することができる。
【００１８】
図４は、掘削ビット１４、障害物切削ビット１６、及び保護掘削ビット１８の半径方向の位置関係を示す説明図である。なおこの図で、左右方向はカッタヘッドにおける半径位置であり、上下方向は回転方向（周方向）を示している。前述のように、掘削ビット１４は、半径方向にほぼ一定の幅を持ったカンナ刃のような形状の刃であり、複数のビット全体で、カッタヘッド１２の回転により切羽全面を切削するように配置されている。すなわち、各掘削ビット１４ａ，ｂは、同一のスポーク部１２ａには間隔を隔てて配置されているが、別のスポーク部１２ａの掘削ビット１４ａ，ｂとは、半径方向の少しズレており、全体のビットを仮に半径方向に直線上に並べると、図４（Ａ）に示すように、ほとんど密接して並ぶように配置されている。この構成により、カッタヘッド１２を回転させれば、切羽全面を切削することができる。
【００１９】
障害物切削ビット１６は、回転軌跡が掘削ビット１４の間を通るように配置されている。すなわち掘削ビット１４と同じように、全体のビットを仮に半径方向に直線上に並べると、図４（Ａ）に示すように、各障害物切削ビット１６は、掘削ビット１４の境目に位置するように配置されている。また、前述のように、保護掘削ビット１８の半径方向位置も、障害物切削ビット１６の回転軌跡上に位置決めされている。この構成により、障害物切削ビット１６により溝が加工されて破断しやすくなった障害物を掘削ビット１４により容易に破断し、障害物切削ビット１６の半径方向間隔よりも小さい破片に破断することができる。従って、この破片を、通常の土砂と同様に、カッタヘッドに設けられた隙間から隔壁とカッタヘッドの間に取り込み、スクリュウコンベアを介してスムースに外部に搬出することができる。
【００２０】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、コンクリート、鉄筋、鉄骨等の障害物に障害物切削ビットにより半径方向に間隔を隔てた溝（切り込み）を切削加工することができ、更に、溝が加工されて破断しやすくなった障害物を掘削ビットにより容易に破断し、障害物切削ビットの半径方向間隔よりも小さい破片に破断することができる。また、障害物切削ビットの回転軌跡上に位置する保護掘削ビットを備えているので、保護掘削ビットを障害物切削ビットより前方に移動することにより、障害物切削ビットの摩耗を低減することができ、保護掘削ビットを障害物切削ビットより後方に移動することにより、保護掘削ビットによる影響を受けずに、効果的に障害物を切削することができる。
【００２２】
従って、本発明のシールド掘進機の障害物切削装置及び方法 は、従来のシールド掘進機のビット等の構成を大幅に変えることなく、コンクリート、鉄筋、鉄骨等の障害物を切断することができ、かつ切断した破片を円滑に処理することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による障害物切削装置のカッタヘッド正面図である。
【図２】掘削ビット、障害物障害物切削ビット、及び保護掘削ビットの前後方向の位置関係を示す部分側面図である。
【図３】保護掘削ビットの作動を示す図である。
【図４】掘削ビット、障害物切削ビット、及び保護掘削ビットの半径方向の位置関係を示す説明図である。
【図５】従来のシールド掘進機の全体構成図である。
【符号の説明】
１  シールド本体
１ａ  隔壁
２  カッタヘッド
３  スクリュウコンベア
４  ジャッキ
５  ビット
６  切羽
７  セグメント
８  土圧計
９  障害物
１０  障害物切削装置
１２  カッタヘッド
１２ａ  スポーク部
１２ｂ  隙間
１４  掘削ビット（ティースビット）
１６  障害物切削ビット
１８  保護掘削ビット
１８ａ  先端
【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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