(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドに設けられた先行ビット群によって形成される地山凸部を、前記カッターヘッドに設けられた後行ビット群を用いて固形状態で切り出し掘削するシールド掘進機であって、
前記先行ビット群は、前記後行ビットの切り出し掘削方向に対して交わる方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成する長さ調整用先行ビット群を有し、
前記後行ビット群は、前記長さ調整用先行ビット群によって掘り残された地山凸部を切り出し掘削することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
請求項１において、
前記先行ビット群は、前記後行ビットの切り出し掘削方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成する幅調整用先行ビット群を有し、
前記後行ビット群は、前記長さ調整用先行ビット群および前記幅調整用先行ビット群によって掘り残された地山凸部を切り出し掘削することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかにおいて、
前記長さ調整用先行ビット群は、前記切り出し掘削方向に回転可能な少なくとも１つの回転部に設けられ、当該回転部の回転により前記交わる方向に先行掘削溝を形成することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
請求項３において、
前記回転部を掘進方向に進退させる手段を含むことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項５】
請求項３、４のいずれかにおいて、
前記カッターヘッドの回転速度に基づき、前記回転部の回転速度を制御する制御手段を含むことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかにおいて、
前記回転部は、
前記カッターヘッドの中心に向かって断面積が小さくなる形状に形成され、
当該断面積が大きい部分には、当該断面積が小さい部分に比べて前記長さ調整用先行ビット群を構成するカッタービットが多く配置されていることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記長さ調整用先行ビット群を構成するカッタービットは、突起状に形成されていることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記長さ調整用先行ビット群に付着した土砂を除去する手段を含むことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかにおいて、
前記切り出し掘削された掘削物の大きさを測定する手段を含み、
前記制御手段は、測定された掘削物の大きさに基づき、前記回転部の回転速度を制御することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項１０】
カッターヘッドに設けられた複数のカッタービットを用いて地山を固形状態の掘削物として切り出し掘削する掘削方法であって、
前記複数のカッタービットの一部を用いて、前記掘削物の長さを調整するための長さ調整用先行掘削溝と、前記掘削物の幅を調整するための幅調整用先行掘削溝と、を前記地山に形成する先行掘削工程と、
前記複数のカッタービットの他の一部を用いて、当該先行掘削工程で掘り残された地山凸部を前記掘削物として切り出し掘削する後行掘削工程と、
を含み、
前記長さ調整用先行掘削溝は、前記カッターヘッドの回転方向に一定間隔で複数形成され、前記幅調整用先行掘削溝は、前記カッターヘッドの回転方向とほぼ直交する方向に前記一定間隔で複数形成されることを特徴とする掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機および掘削方法に関し、特に、掘削に際して土粒子の骨格構造を地山状態と同様に保持したままの状態（以下、「固形状態」という。）で、所定の大きさ以下に地山を切削し（以下、「切り出し掘削」という。）切り出し掘削された固形状態の土砂を流体輸送して坑外に搬出する技術に関する。
【０００２】
【背景技術および発明が解決しようとする課題】
従来、シールド掘進機等によるトンネル掘削においては、カッターヘッドの回転によって掘削地山の土砂の骨格構造を破壊し、できるだけ土粒子自体の粒径に近い状態（すなわち、固形状ではなく、流体状または粉体状）として流体輸送またはベルトコンベア輸送により坑外へ搬出するのが一般的であった。
【０００３】
そのため、掘削土砂を流体輸送する場合、輸送媒体としての流体と掘削土砂の固形分（土粒子）とを分離するために、大がかりな処理設備が必要とされていた。
【０００４】
特に、粘性土を多く含む地山を掘削する場合、１次処理設備で粗粒分を分級し、２次処理設備でさらに細粒分を分級するという２段階の処理設備が必要となる上、２次処理された細粒分は産業廃棄物（汚泥）として取り扱われる。従来のように流体状または粉体状で流体輸送等を行った場合、２次処理設備での細粒分の分級量が多くなってしまい、大規模な処理設備が必要となることによって広大な発進立坑用地が必要となっていた。また、この大量の細粒分を産業廃棄物として処理するための多大な費用もかかっていた。
【０００５】
これらの問題点に対し、本願の出願人により、地山と同様の固形状態で掘削土砂（以下、必要に応じて「掘削物」という。）を積極的に回収するためのシールド掘進機および掘削方法が提案されている。
【０００６】
掘削物を流体輸送したり、１次処理設備で回収したりすることを考慮すると、掘削物は、幅と長さと高さの揃った立方体状か球状であることが好ましい。
【０００７】
カッターヘッドに設けられ、切り出し掘削を行うカッタービットである後行ビットの掘進方向に先行掘削溝を形成することにより、掘削物の幅を揃えることができる。また、掘削物の高さは後行ビットの地山への切り込み深さで調整することができる。
【０００８】
後行ビットの掘進方向は、カッターヘッドの回転方向であるため、先行掘削溝を形成するカッタービットである先行ビットをカッターヘッドに固設すれば、後行ビットの掘進方向と同じ方向に先行掘削溝を形成することは可能であった。
【０００９】
しかし、掘削物の長さを調整することは困難であった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、切り出し掘削する掘削物の大きさ、特に、掘削物の長さを調整可能なシールド掘進機および掘削方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るシールド掘進機は、カッターヘッドに設けられた先行ビット群によって形成される地山凸部を、前記カッターヘッドに設けられた後行ビット群を用いて固形状態で切り出し掘削するシールド掘進機であって、
前記先行ビット群は、前記後行ビットの切り出し掘削方向に対して交わる方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成する長さ調整用先行ビット群を有し、
前記後行ビット群は、前記長さ調整用先行ビット群によって掘り残された地山凸部を切り出し掘削することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、後行ビットの切り出し掘削方向に対して交わる方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成し、当該先行掘削溝間の地山凸部を切り出し掘削することにより、地山凸部の大きさを調整することができる。
【００１３】
例えば、前記交わる方向として、前記切り出し掘削方向に対して直交する方向を採用した場合、地山凸部をほぼ立方体状で切り出し掘削することができる。
【００１４】
これにより、地山凸部を大きさの調整された立方体状で輸送、回収することができる。したがって、輸送設備や処理設備をより少ない力で稼働できる上、排泥管等の輸送設備の閉塞の発生を抑制することができる。
【００１５】
なお、ここで、長さ調整用先行ビット群とは、主に切り出し掘削する掘削物の長さを調整するための先行ビット群のことである。
【００１６】
また、前記先行ビット群は、前記後行ビットの切り出し掘削方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成する幅調整用先行ビット群を有し、
前記後行ビット群は、前記長さ調整用先行ビット群および前記幅調整用先行ビット群によって掘り残された地山凸部を切り出し掘削することが好ましい。
【００１７】
これによれば、前記長さ調整用先行ビット群によって切り出し掘削方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成し、前記幅調整用先行ビット群によって前記交わる方向に一定間隔で複数の先行掘削溝を形成することにより、地山凸部の断面は正方形状に形成される。そして、当該地山凸部を切り出し掘削することにより、立方体状で切り出し掘削することができる。
【００１８】
なお、長さ調整用先行ビット群による先行掘削と、幅調整用先行ビット群による先行掘削の順序はどちらが先でもよく、両方同時であってもよい。
【００１９】
また、ここで、幅調整用先行ビット群とは、主に切り出し掘削する掘削物の幅を調整するための先行ビット群のことである。
【００２０】
また、前記後行掘削の深さが、前記一定間隔と一致するように掘削することが好ましい。
【００２１】
また、前記長さ調整用先行ビット群は、前記切り出し掘削方向に回転可能な少なくとも１つの回転部に設けられ、当該回転部の回転により前記交わる方向に先行掘削溝を形成することが好ましい。
【００２２】
これによれば、回転部が回転することにより、ほぼ等間隔で先行掘削溝を形成することができる。
【００２３】
なお、前記回転部を回転駆動する手段を設けることが好ましい。
【００２４】
動力で回転駆動することにより、回転部や回転部に設けられた先行ビット群に掘削土砂が付着することを防止できるとともに、回転部がカッターヘッドの回転によって横滑りすることも防止できる。
【００２５】
また、前記回転部を掘進方向に進退させる手段を含むことが好ましい。
【００２６】
これによれば、先行掘削深さを調整したり、必要のない場合に掘削を行わないようにすることができる。
【００２７】
また、前記カッターヘッドの回転速度に基づき、前記回転部の回転速度を制御する制御手段を含むことが好ましい。
【００２８】
これによれば、前記カッターヘッドの回転速度に基づき、前記回転部の回転速度を制御することにより、カッターヘッドの回転速度を変化させた場合でも、それに応じた適切な掘削を行える。
【００２９】
また、前記回転部は、
前記カッターヘッドの中心に向かって断面積が小さくなる形状に形成され、
当該断面積が大きい部分には、当該断面積が小さい部分に比べて前記長さ調整用先行ビット群を構成するカッタービットが多く配置されていることが好ましい。
【００３０】
一般的なシールド掘進機はカッターヘッドが円形状である。したがって、回転部をいわゆるテーパー形状とすることにより、カッターヘッドの形状に合わせて先行掘削溝を等間隔で形成することができる。
【００３１】
この場合、前記回転部の外周部分の周長さをカッターヘッドの中心からの距離に比例させて決定することが好ましい。
【００３２】
また、前記長さ調整用先行ビット群を構成するカッタービットは、突起状に形成されていることが好ましい。
【００３３】
これによれば、カッタービットを突起状にすることにより、先行掘削時の掘削抵抗を少なくすることができ、省力化が図れる。
【００３４】
また、前記長さ調整用先行ビット群に付着した土砂を除去する手段を含むことが好ましい。
【００３５】
これによれば、粘性の高い地山を掘削する場合でも、快適に掘削することができる。
【００３６】
なお、前記付着した土砂を除去する手段としては、例えば、洗浄手段等が該当する。
【００３７】
また、前記切り出し掘削された掘削物の大きさを測定する手段を含み、
前記制御手段は、測定された掘削物の大きさに基づき、前記回転部の回転速度を制御することが好ましい。
【００３８】
これによれば、実際の掘削物の大きさを監視しながら、フィードバック制御することが可能となる。
【００３９】
また、前記搬出経路において、前記掘削物の搬送媒体に掘削物の溶解を防止する溶解防止剤を添加することが好ましい。
【００４０】
これによれば、掘削物の溶解を効果的に防止できる。
【００４１】
また、本発明に係る掘削方法は、カッターヘッドに設けられた複数のカッタービットを用いて地山を固形状態の掘削物として切り出し掘削する掘削方法であって、
前記複数のカッタービットの一部を用いて、前記掘削物の長さを調整するための長さ調整用先行掘削溝と、前記掘削物の幅を調整するための幅調整用先行掘削溝と、を前記地山に形成する先行掘削工程と、
前記複数のカッタービットの他の一部を用いて、当該先行掘削工程で掘り残された地山凸部を前記掘削物として切り出し掘削する後行掘削工程と、
を含み、
前記長さ調整用先行掘削溝は、前記カッターヘッドの回転方向に一定間隔で複数形成され、前記幅調整用先行掘削溝は、前記カッターヘッドの回転方向とほぼ直交する方向に前記一定間隔で複数形成されることを特徴とする。
【００４２】
本発明によれば、掘削した地山凸部を立方体状で輸送、回収することができる。これにより、地山凸部を大きさの調整された立方体状で輸送、回収することができる。したがって、輸送設備や処理設備をより少ない力で稼働できる上、排泥管等の輸送設備の閉塞の発生を抑制することができる。
【００４３】
なお、長さ調整用先行先行掘削溝の形成と、幅調整用先行先行掘削溝の形成の順序はどちらが先でもよく、両方同時であってもよい。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、泥水式シールド工法で用いられるシールド掘進機に適用した場合を例に採り図面を参照しつつ説明する。
【００４５】
（全体の説明）
図１は、本実施の形態の一例に係るシールド掘進機２の側面断面の模式図である。
【００４６】
泥水式シールド工法は、泥水をシールド掘進機２内部のチャンバー２１に供給して切羽の安定を図りながら、シールド掘進機２のカッターヘッド２２を回転させることにより、地山２００を掘削してトンネルを構築する工法である。
【００４７】
泥水式シールド工法においては、切羽安定のための泥水を作成し、切羽に供給する作泥送泥設備、泥水性状を調整する性状調整設備、地山２００を掘削する掘削設備、地山掘削後の泥水を坑外へ搬出する輸送設備、掘削後の泥水を適切に処理するための泥水処理設備および掘削坑内で覆工構造を構築する覆工構築設備等が用いられる。
【００４８】
掘削設備として機能するシールド掘進機２は、掘進に伴ってセグメント２６を順次継ぎ足し、セグメント２６にジャッキ２８で反力を取りながら、チャンバー２１に供給された泥水圧によって切羽圧に対抗しつつ、カッターヘッド２２を回転させて地山２００を掘削する。
【００４９】
シールド掘進機２内部のチャンバー２１に供給される泥水は、地上の作泥設備または泥水処理設備から送泥設備の一部である送泥管５０を介して送られるものであり、切羽の安定に用いられた泥水は、チャンバー２１内で掘削土砂と撹拌混合され、輸送設備の一部である排泥管５２を介して地上の泥水処理設備に送られる。
【００５０】
なお、ここで、輸送設備とは、カッターヘッド２２から取り込まれた掘削土砂を坑外へ搬出する設備全体を意味し、具体的には、例えば、チャンバー２１、流体輸送管として機能する排泥管５２、圧送ポンプとして機能する排泥ポンプ１０２等を含む。
【００５１】
泥水処理設備では、排泥水に含まれる掘削土砂等の固形分と液体分とが分離（固液分離）され、分離後の液体分の一部は、調整槽で必要な成分調整が行われた後、再度シールド掘進機２へ向け送り出され、送泥水として再利用される。
【００５２】
また、チャンバー２１に送られる泥水は、トンネル内の性状調整設備等により必要な性状調整がされる。具体的には、トンネル内の性状調整設備は、調泥剤タンク４０と、送泥管５０に設けられ、調泥剤タンク４０から供給された調泥剤と泥水とを混合撹拌するスタティックミキサー４４と、この混合撹拌後の泥水性状を測定する粘性計４６とを含んで構成されている。
【００５３】
必要に応じて調泥剤タンク４０から所定の調泥剤が添加され、スタティックミキサー４４により撹拌混合された送泥水は、粘性計４６により粘性が測定され、チャンバー２１に供給される。
【００５４】
粘性計４６による測定結果は、制御装置４８に送られ、制御装置４８は、この測定結果に基づき調泥剤の添加を調整する。
【００５５】
一方、チャンバー２１から泥水処理設備へ向け送り返される排泥水は、排泥管５２に設けられた排泥ポンプ１０２によって圧送される。
【００５６】
図２は、本実施形態の一例に係る排泥ポンプ１０２の正面断面図である。
【００５７】
排泥ポンプ１０２は、内部に回転する複数の羽根体１００−１、１００−２を含む。したがって、掘削物１１０、すなわち、掘削後の土砂の大きさが羽根体１００相互の純間隔Ｌを超える場合、掘削物１１０により排泥ポンプ１０２や排泥管５２が閉塞し、輸送設備として機能しない恐れがある。
【００５８】
この問題に対して、従来は、排泥ポンプ１０２等の輸送設備が閉塞しないよう、クラッシャー等を新たに設けて掘削物１１０を破砕する方式が採られる場合もあった。しかし、この方式では破砕された掘削物１１０が、排泥水中に溶解しやすくなるため、泥水処理設備での分級処理効率が悪くなっていた。
【００５９】
排泥水への掘削物溶解が多くなると、泥水処理設備において、１次処理で分級される固形分の量が少なくなり、それに伴って２次処理で分級しなければならない処理量が多くなる。２次処理量が多くなると、２次処理設備が大規模化し、そのために必要とされる立坑用地の面積も大きくなる。
【００６０】
したがって、１次処理での掘削物１１０の回収量を増加させれば、２次処理を効率化し、必要な立坑用地を省面積化することができる。
【００６１】
また、２次処理土は、水分を含む軟弱土であるため、産業廃棄物（汚泥）として取り扱われるので、その処分に関しても多大な労力と費用が必要となる。
【００６２】
すなわち、立坑用地を省面積化し、環境への負荷を軽減し、処理費用を抑えるためには、掘削物１１０をできるだけ１次処理で分級することが必要である。
【００６３】
したがって、掘削物１１０を排泥ポンプ１０２に詰まらない最大の大きさで掘削し、そのままの固体の状態で坑外へ搬出することによって、掘削土砂を含む排泥水の処理が効率化でき、環境負荷およびコストを低減することになる。
【００６４】
また、シールド掘進機２の掘進距離が長くなるほど排泥ポンプ１０２の必要個数も多くなる上、地山の性状は掘進に伴って変化する。このため、図２に示す排泥ポンプ１０２内の羽根体１００は２枚の構成となっているが、３枚以上の構成となる場合があり、この場合、その分羽根体１００相互の純間隔Ｌも短くなり、排泥ポンプ１０２を通過する掘削物１１０の大きさもより小さなものとなる。
【００６５】
したがって、常に掘削物１１０の泥水への溶解率を低い状態に保つためには、掘進距離や地山の性状に応じて切り出し掘削するときの掘削物１１０の大きさを最適な大きさに調整する必要がある。本実施の形態では、地山を先行掘削して先行掘削溝を形成する先行ビット群と、先行掘削溝の間の地山凸部を切り出し掘削する後行ビット群とをカッターヘッド２２に設けている。
【００６６】
（カッターヘッドの説明）
図３は、従来のカッターヘッド３２２の正面図である。
【００６７】
図３に示すカッターヘッド３２２には、カッターヘッド３２２に固設された複数の先行ビット３８０および複数の後行ビット３９０が設けられている。より具体的には、複数の後行ビット３９０は、それぞれスポーク３２３−１〜３２３−３に設けられている。
【００６８】
また、カッターヘッド３２２が図３に示す矢印の方向に回転することにより、先行ビット３８０は、図３の２点鎖線で示す後行ビット３９０の掘削方向、すなわち、カッターヘッド３２２の回転方向に先行掘削溝を形成する。したがって、先行ビット３８０間の配置を調整することにより、切り出し掘削する掘削物１１０の幅を調整することができる。
【００６９】
また、シールド掘進機２の掘進速度と、カッターヘッド３２２の回転数の関係を調整することにより、切り出し掘削する掘削物１１０の高さを調整することができる。
【００７０】
しかし、図３に示すカッターヘッド３２２の構成では、切り出し掘削する掘削物１１０の長さを調整することができない。
【００７１】
次に、掘削時の掘削物１１０の状態について説明する。
【００７２】
図４は、掘削時の掘削物１１０の状態を示す模式図であり、図４（Ａ）は従来の掘削物１１０−１の状態を示す模式図である。、図４（Ｂ）は本実施形態での掘削物１１０−２の状態を示す模式図である。
【００７３】
図４（Ａ）に示すように、従来は、掘削物１１０−１の長さＬ１は、後行ビット３９０の進行する速度と、地山２００の性状の影響を受けていた。しかし、後行ビット３９０の進行速度は、カッターヘッド３２２の回転速度と後行ビット３９０の取付位置の影響を受けるため、全掘削断面にわたって掘削物１１０−１の長さＬ１を一定の長さに調整することは困難であった。
【００７４】
本実施の形態では、図４（Ｂ）に示すように、後行ビット９０の進行方向、すなわち、カッターヘッド２２の回転方向に回転する回転取付部１０をカッターヘッド２２に設け、回転取付部１０に複数の長さ調整用先行ビット１２を固設している。そして、回転取付部１０を回転させることにより、地山２００に次々と先行掘削溝５００を刻んでいく。この複数の先行掘削溝５００の間隔が掘削物１１０−２の長さＬ２となる。したがって、回転取付部１０の回転速度を調整することにより、掘削物１１０−２の長さＬ２を調整できることになる。
【００７５】
なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、Ｄは掘削物１１０の高さ（深さ）を示す。
【００７６】
次に、地山２００にどのように先行掘削溝５００が形成されるかを立体的に示す。
【００７７】
図５は、先行掘削後の地山２００の掘削状態を示す模式図である。
【００７８】
後行ビット９０の進行方向の先行掘削溝５１０と、後行ビット９０の進行方向とほぼ直交する方向の先行掘削溝５００とが形成されることにより、地山２００に地山凸部５２０が形成される。この状態で地山凸部５２０を後行ビット９０で切り出し掘削することにより、掘削物１１０が切り出し掘削される。
【００７９】
次に、このような先行掘削と後行掘削を行うためのカッターヘッド２２のカッタービットの配置について説明する。
【００８０】
図６は、本実施形態の一例に係るカッターヘッド２２の正面図である。
【００８１】
カッターヘッド２２には、複数のスポーク２３−１〜２３−３と、複数の回転取付部１０−１〜１０−３とが配置されている。
【００８２】
また、スポーク２３には、複数の幅調整用先行ビット８０と、複数の後行ビット９０とが固設されている。
【００８３】
また、回転取付部１０−１〜１０−３は、カッターヘッド２２の中心から外周方向に対して異なる位置に回転可能に設けられている。すなわち、回転取付部１０−１が最も外側、回転取付部１０―３が最も内側、回転取付部１０―２がその中間の位置であって、かつ、それぞれの回転取付部１０―１〜１０−３はカッターヘッド２２の異なる回転位置に設けられている。
【００８４】
また、図６に示すように、回転取付部１０は、カッターヘッド２２の中心に向かって断面積が小さくなる円錐形状に形成され、当該断面積が大きい部分には、当該断面積が小さい部分に比べて長さ調整用先行ビット１２が多く配置されている。
【００８５】
カッターヘッド２２は円形状であるため、カッターヘッド２２の中心に近い部分と中心から遠い部分とでは周速度が異なる。この周速度の違いを考慮し、回転取付部１０の径をカッターヘッド２２の中心からの距離に比例させている。また、長さ調整用先行ビット１２の数量も、カッターヘッド２２の中心からの距離に比例させている。
【００８６】
これにより、回転取付部１０をいわゆるテーパー形状とし、回転取付部１０に固設された長さ調整用先行ビット１２で先行掘削することにより、地山２００にほぼ等間隔に先行掘削溝５００が形成される。
【００８７】
また、長さ調整用先行ビット１２も、地山２００方向の断面積が小さい四角錐の突起状に形成されている。
【００８８】
これにより、長さ調整用先行ビット１２の耐久性を向上させ、先行掘削時の掘削抵抗を抑え、先行掘削時の省力化が図れる。
【００８９】
図７は、カッターヘッド２２に面した地山２００の掘削状態を示す模式図である。
【００９０】
図７に示すように、幅調整用先行ビット８０によって形成される先行掘削溝５１０は、後行ビット９０の進行方向に円状に等間隔で複数形成される。また、長さ調整用先行ビット１２によって形成される先行掘削溝５００は、先行掘削溝５１０とほぼ直交する方向に形成され、等間隔で、かつ、少し地山２００部分を残した形で形成される。
【００９１】
この掘り残された地山凸部を後行ビット９０で切り出し掘削することにより、幅と長さの揃った掘削物１１０を固形状態で泥水処理設備に送ることができる。すなわち、幅調整用先行ビット８０は、掘削物１１０の幅を調整するための幅調整用先行ビット群として機能し、長さ調整用先行ビット１２は、掘削物１１０の長さを調整するための長さ調整用先行ビット群として機能する。
【００９２】
また、上述したように長さ調整用先行ビット１２を突起状に形成し、地山２００部分をすべて掘削しないことにより、先行掘削時の掘削に要する力が少なくて済む。
【００９３】
（シールド掘進機の説明）
次に、このようなカッターヘッド２２を有するシールド掘進機２について説明する。
【００９４】
図８は、本実施形態の一例に係るシールド掘進機２の側面断面図である。
【００９５】
シールド掘進機２には、幅調整用先行ビット８０および後行ビット９０を固設したカッターヘッド２２、送泥管５０、排泥管５２、セグメント２６に反力をとりながらシールド掘進機２を掘進させるジャッキ２８、チャンバー２１等の通常の構成に加え、複数の長さ調整用先行ビット１２を固設した回転取付部１０と、回転取付部１０をシールド掘進機２の掘進方向に進退させるジャッキ１４と、回転取付部１０を回転駆動する油圧モーター１６とを含んで構成されている。
【００９６】
ジャッキ１４によって回転取付部１０を進退させることにより、長さ調整用先行ビット１２の先端は必要のない場合には、カッターヘッド２２の面よりも内側に収納される。そして、長さ調整用先行ビット１２の先端は、掘削する場合にはカッターヘッド２２の面よりも地山２００側に出ている。
【００９７】
このように、回転取付部１０を進退させることにより、長さ調整用先行ビット１２の摩耗防止が図れる。また、回転取付部１０を進退させることにより、長さ調整用先行ビット１２によって形成される先行掘削溝５００の深さも調整できる。
【００９８】
また、油圧モーター１６を用いて回転取付部１０を動力で回転駆動することにより、回転取付部１０や回転取付部１０に設けられた長さ調整用先行ビット１２に掘削土砂が付着することを防止できるとともに、回転取付部１０がカッターヘッド２２の回転によって横滑りすることも防止できる。
【００９９】
また、本実施の形態では、長さ調整用先行ビット１２に付着した掘削土砂を、洗浄水で長さ調整用先行ビット１２を洗浄して除去するようにシールド掘進機２を構成している。
【０１００】
図９は、本実施形態の一例に係る長さ調整用先行ビット１２の洗浄装置を示す模式図である。
【０１０１】
洗浄装置は、カッターヘッド２２の裏面に配置され、ノズル５１から洗浄水を回転取付部１０および長さ調整用先行ビット１２に向けて噴射することにより、回転取付部１０および長さ調整用先行ビット１２に付着した掘削土砂を除去する。
【０１０２】
特に、地山２００が粘性の高い粘性土層等の場合、長さ調整用先行ビット１２等に掘削土砂が付着しやすい。
【０１０３】
図９に示すように、洗浄水を噴射して長さ調整用先行ビット１２等に付着した掘削土砂を除去することにより、粘性土層等を掘削する場合でも連続して地山２００を掘削することができる。
【０１０４】
（制御の説明）
さらに、本実施の形態では、掘削状況に応じて回転取付部１０の回転速度を制御している。
【０１０５】
すなわち、図１に示す制御装置４８は、カッターヘッド２２の回転速度に基づき、回転取付部１０の回転速度を制御している。
【０１０６】
例えば、カッターヘッド２２の回転速度が速い場合には、回転取付部１０の回転速度も速くし、カッターヘッド２２の回転速度が遅い場合には、回転取付部１０の回転速度も遅くすることにより、常にほぼ一定の大きさの掘削物１１０を切り出し掘削することができる。
【０１０７】
実際には掘削対象となる地山２００の土質性状によってカッターヘッド２２の回転速度は変化する。したがって、カッターヘッド２２の回転速度に基づき、回転取付部１０の回転速度を制御することにより、掘削する地山２００の性状に応じて最適な大きさで切り出し掘削することができる。
【０１０８】
さらに、本実施の形態では、切り出し掘削された掘削物１１０の大きさを計測し、計測された値に基づき、回転取付部１０の回転速度をフィードバック制御している。
【０１０９】
図１に示すように、排泥管５２には掘削物測定装置１２０が設けられている。掘削物測定装置１２０としては、例えば、本願出願人が先に出願した特許出願による明細書（特開平９−１５９６２３）に記載された電波を用いた測定装置を適用できる。
【０１１０】
この測定装置は、泥水に電波を放射し、泥水中を伝播する電波を受信し、この受信レベルにより固体の密度を演算し、この密度から固体の大きさを演算する装置であり、正確に測定できる。
【０１１１】
掘削物測定装置１２０による計測値（掘削物１１０の大きさ等）は、図１に示す制御装置４８にリアルタイムに伝送される。制御装置４８は、掘削物測定装置１２０による計測値に基づき、回転取付部１０の回転速度を制御する。
【０１１２】
これによれば、実際の掘削物１１０の大きさを監視しながら、フィードバック制御したり、切り出し掘削される掘削物１１０の大きさをフィードバック制御することができる。
【０１１３】
また、掘削物１１０をそのままの状態で排泥するため、図１に示すように、溶解防止剤タンク４２から供給された溶解防止剤が、必要に応じて排泥管５２内の掘削物１１０を含む排泥水に添加されるようになっている。
【０１１４】
また、排泥管５２中の排泥水中の固体溶解量を、切羽付近の排泥管５２に設けられた掘削物測定装置１２０により測定する。
【０１１５】
制御装置４８は、この測定結果に基づき、溶解防止剤の排泥水への添加量を調整する。これにより、溶解防止剤の添加量を必要最小限に抑えることができる。また、この測定結果に基づき、溶解防止剤添加量を制御することにより、より少ない薬剤で適切な泥水掘削を行うことができる。
【０１１６】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、長さ調整用先行ビット１２によって後行ビット９０の掘削方向とほぼ直交する方向に一定間隔で先行掘削溝を形成することにより、切り出し掘削される掘削物１１０の長さを一定の大きさにすることができる。
【０１１７】
また、長さ調整用先行ビット１２と、後行ビット９０の掘削方向と同じ方向に先行掘削を行う幅調整用先行ビット８０とを併用することにより、掘削物１１０の幅と長さを一定の大きさにすることができる。
【０１１８】
また、掘削物１１０の高さはシールド掘進機２の掘進速度とカッターヘッド２２との関係を調整することにより調整できる。したがって、掘削物１１０を立方体形状にすることができる。
【０１１９】
実際には、掘削物１１０を排泥管５２を介して輸送する間に角が削れて丸みを帯びることになるが、掘削物１１０を立方体形状にすることにより、掘削物１１０が輸送中に排泥水に溶解する割合を低減できる。したがって、１次処理設備で掘削物１１０を固形状態で回収する割合、すなわち、固形回収率を高めることができる。
【０１２０】
（変形例）
以上、本発明を適用した好適な実施の形態について説明してきたが、本発明の適用は上述した実施例に限定されず、各種の変形が可能である。
【０１２１】
例えば、長さ調整用先行ビット１２の形状は、上述した四角錐の突起状以外にも種々の形状を適用できる。
【０１２２】
図１０は、本実施形態の他の一例に係る先行ビット群を示す模式図であり、図１０（Ａ）は回転取付部１０を側面から見た場合の直線状の先行ビット群を示し、図１０（Ｂ）は回転取付部１０を正面から見た場合の突起状の先行ビット群を示す模式図である。
【０１２３】
例えば、回転取付部１０に固設される先行ビットとして、図１０（Ａ）に示すように、地山側に先端の向いた三角錐状の長さ調整用先行ビット１１を適用したり、図１０（Ｂ）に示すように、地山側に先端の向いた円錐状の長さ調整用先行ビット１３を適用したりすることができる。もちろん、長さ調整用先行ビットの形状は、これらに限定されず、種々の角錐台状のものや、各種形状のものを提供できる。
【０１２４】
しかし、上述したように、先行ビットの耐久性と掘削抵抗を考慮した場合、地山２００方向の断面積が小さい四角錐の突起状に形成した長さ調整用先行ビット１２を適用することが好ましい。
【０１２５】
また、長さ調整用先行ビット１２に付着した土砂を除去する手段としては、上述した洗浄手段に限定されず、空気で付着土砂を吹き飛ばす手段や、直接付着土砂を掻き取る手段等を適用できる。もちろん、洗浄手段を適用する場合には、洗浄水以外にも各種の液体を用いることができる。
【０１２６】
また、回転取付部１０の形状はテーパー形状に限られず、種々の形状を適用できる。例えば、カッターヘッド２２の大きさがより大きなものの場合には、上述した周速度の違いが少なくなるため、円筒形状であってもよい。
【０１２７】
また、回転取付部１０を回転駆動する手段としては、油圧モーター１６に限定されず、電動モーター等を適用することも可能である。
【０１２８】
また、掘削物１１０の長さ調整用の先行掘削と、掘削物１１０の幅調整用の先行掘削の順序はどちらが先でもよく、両方同時に行ってもよい。
【０１２９】
さらに、上述した実施例では、本発明を、カッターヘッド２２が円形であって円形の掘削断面を掘削するシールド掘進機に適用した場合について説明したが、矩形断面や任意形状の断面を掘削するシールド掘進機に対して適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の一例に係るシールド掘進機の側面断面の模式図である。
【図２】本実施形態の一例に係る排泥ポンプの正面断面図である。
【図３】従来のカッターヘッドの正面図である。
【図４】掘削時の掘削物１１０の状態を示す模式図であり、図４（Ａ）は従来の掘削物の状態を示す模式図である。、図４（Ｂ）は本実施形態での掘削物の状態を示す模式図である。
【図５】先行掘削後の地山の掘削状態を示す模式図である。
【図６】本実施形態の一例に係るカッターヘッドの正面図である。
【図７】カッターヘッドに面した地山の掘削状態を示す模式図である。
【図８】本実施形態の一例に係るシールド掘進機の側面断面図である。
【図９】本実施形態の一例に係る先行ビットの洗浄装置を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の他の一例に係る先行ビット群を示す模式図であり、図１０（Ａ）は回転取付部１０を側面から見た場合の直線状の先行ビット群を示し、図１０（Ｂ）は回転取付部１０を正面から見た場合の突起状の先行ビット群を示す模式図である。
【符号の説明】
２２、３２２  カッターヘッド
１１、１２、１３、８０、３８０  先行ビット
４８  制御装置
５１  ノズル
９０、３９０  後行ビット
１０２  排泥ポンプ
１２０  掘削物測定装置
２００  地山
５００、５１０  先行掘削溝
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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