(57)【要約】【課題】切削抵抗を和らげて摩耗を低減させることで切削ビットの長寿命化を図る。【解決手段】被掘削物を掘削する切削ビットにおいて、切削ビット１の内部に貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４を設け、切削ビット１の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口５ａ、５ｂ、３ａを形成し、この噴射口５ａ、５ｂ、３ａから空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴射物を噴射することを特徴とする。切削ビットが被掘削物へ切り込む際に、切削ビットと被掘削物の間に、噴射物が介在して、切削ビットに加わる掘削土砂からの抵抗力を和らげることができる。また、噴射物が切削ズリの中に混入することで切削ズリの再固結化を防止することができ、切削ズリの容易な移動を促進することで良好な切削機能を持続できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被掘削物を掘削する切削ビットにおいて、
切削ビット（１）の内部に貫通孔（４ａ、４ｂ、４ｃ、４）を設け、切削ビット（１）の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）を形成し、この噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）から空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴射物を噴射することを特徴とする切削ビット。
【請求項２】
被掘削物を掘削する切削ビットにおいて、
切削ビット（１）の表面に配管を設け、切削ビット（１）の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）を形成し、この噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）から空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴射物を噴射することを特徴とする切削ビット。
【請求項３】
前記噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）の近傍に噴射物による外側からの圧力で閉口する逆止弁をさらに設けることを特徴とする請求項１または２に記載の切削ビット。
【請求項４】
シールド掘進機（１０）のカッタの切削ビット（１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３）の少なくとも一つ以上に、内部に貫通孔（４ａ、４ｂ、４ｃ、４）または表面に配管を設け、切削ビット（１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３）の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）を形成し、
前記切削ビットの噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）から空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴出物を噴射するための配管（２６）或いは貫通孔をシールド坑内（５０）、シールド駆動部、カッタ部に設け、
前記配管（２６）或いは貫通孔を通して前記噴射物を前記噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）へ供給する噴射物供給設備（２１）を設け、
前記噴射物を前記噴射口（５ａ、５ｂ、３ａ）から噴射しつつ掘削することを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地山などの被掘削物を掘削する切削ビット、およびこの切削ビットを用いたシールド掘進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、掘削延長２Ｋｍ、３Ｋｍを超えるシールド工事が珍しくなくなってきている。このような長距離のシールド掘進では、切削ビットの摩耗が進行して切削能率の低下を引き起こすため、工事の進捗に影響を及ぼしている。摩耗が進行すれば切削効率が悪化してゆき、最終的には切削困難に至りシールド掘進ができなくなる。
【０００３】
摩耗が進行して切削ビットの先端部（チップ部）の切削機能が失われると、続いてビット本体にまでも摩耗の影響が及ぶ。そして、最終的には切削ビットが装着されているカッタ本体にまでも摩耗が進行することになる。
【０００４】
切削ビットで掘削が不能となれば高価な切削ビットを数多く交換しなければならない。地下水が豊富な地盤条件などでは切削ビットの交換が困難な場合があり、掘削作業を停止して地盤改良などの補助工法を施すなどの作業が必要になり、切削ビットの交換復旧に多くの時間と費用を費やすことになる。
【０００５】
このような背景から、切削ビットに耐摩耗性の高い材質を用いる摩耗対策、切削ビットの高さを段差状に変えて配置する段数効果による延命化、或いは切削ビットを容易に交換できるようにする交換方法などが検討されてきている。段数を増やせば高価な切削ビットが段数に比例して多く必要となる。
【０００６】
一般に、上記切削ビットには、耐摩耗性の硬質な鋼材を切削可能な形状に成型したビットや切削面に、さらに硬度の高い超硬部材（チップ）を差し込んだものが使用されている。この切削ビットのチップには硬度の高い超硬部材としてタングステンカーバイト鋼が広く利用されている。タングステンカーバイト鋼は、炭素の合有量によってその強度・靭性などの特性が変化し、用途・形状に応じて適所に異なる特性のものが選択的に使用されている。
【０００７】
多くの切削ビットを装備している代表的なものに、トンネル掘進機（シールド掘進機）がある（例えば特許文献１参照）。この特許文献１の技術においては、チャンバ部およびカッタ部に気体および液体を噴射することで掘削土砂の固結防止が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４０３７４２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、シールド掘進機に使用する切削ビットは高価であり、その交換作業が容易ではなく、工費の増大、工期の遅れが発生する。その対策として切削ビットの形状、材質、記置、交換方法などを検討して様々な摩耗対策が行われている。
【００１０】
しかし、シールド掘進による掘削距離はますます長距離化の度合いが高まってきている。そのためにさらなる切削ビットの長寿命化が必要になってきている。
【００１１】
本発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、切削抵抗を和らげて摩耗を低減させることで長寿命化を図れる切削ビットを提供することにある。
【００１２】
また、切削ビットの長寿命化を図ることで、切削ビットの交換復旧に要する時間と費用を低減できる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】
【００１３】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の切削ビットは、被掘削物を掘削する切削ビットにおいて、切削ビット１の内部に貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４を設け、切削ビット１の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口５ａ、５ｂ、３ａを形成し、この噴射口５ａ、５ｂ、３ａから空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴射物を噴射することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る本発明の切削ビットは、被掘削物を掘削する切削ビットにおいて、切削ビット１の表面に配管を設け、切削ビット１の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口５ａ、５ｂ、３ａを形成し、この噴射口５ａ、５ｂ、３ａから空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴射物を噴射することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の切削ビットにおいて、前記噴射口５ａ、５ｂ、３ａの近傍に噴射物による外側からの圧力で閉口する逆止弁をさらに設けることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明のシールド掘進機は、シールド掘進機１０のカッタの切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３の少なくとも一つ以上に、内部に貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４または表面に配管を設け、切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３の先端部に少なくとも一つ以上の噴射口５ａ、５ｂ、３ａを形成し、前記切削ビットの噴射口５ａ、５ｂ、３ａから空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡を含む噴出物を噴射するための配管２６或いは貫通孔をシールド坑内５０、シールド駆動部、カッタ部に設け、前記配管２６或いは貫通孔を通して前記噴射物を前記噴射口５ａ、５ｂ、３ａへ供給する噴射物供給設備２１を設け、前記噴射物を前記噴射口５ａ、５ｂ、３ａから噴射しつつ掘削することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１および２記載の本発明では、切削ビットが被掘削物へ切り込む際に、切削ビットと被掘削物の間に、噴射物（気体の空気或いは液体の水・添加材、或いは気体・液体の両者の気液混合物、気液混合物の気泡）が介在して、切削ビットに加わる掘削土砂からの抵抗力を和らげることができる。また、噴射物が切削ズリの中に混入することで切削ズリの再固結化を防止することができ、切削ズリの容易な移動を促進することで良好な切削機能を持続できる。
【００１８】
請求項３記載の本発明では、噴出物を噴射していない場合に、逆止弁によって切羽からの土砂や泥水の逆流を防止することができる。
【００１９】
請求項４記載の本発明では、シールド掘進機の回転カッタに装備される切削ビットの噴射口から噴出物を噴射しつつ掘削することで、切削ビットに加わる土砂などの掘削物からの抵抗力を和らげ、噴射物が切削ズリの中に混入することで切削ズリの再固結化を防止して切削ズリの容易な移動を促進することができる。これによって、ビット交換を少なくしてシールド掘進の長距離掘進に貢献できる。また、噴射圧力を上げることによって、強度の弱い対象地盤では噴射力によって地山を掘り崩す効果が発揮でき、ビットの摩耗低減に加えて切削効果の向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例に係る切削ビットの構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る切削ビットの他の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る切削ビットのさらに他の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施例に係るシールド掘進機における要部の構成例を示す図である。
【図５】図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示す図である。
【図６】図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示す図である。
【図７】図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る切削ビットは、切削抵抗それ自体を和らげて摩耗を抵減させることで長寿命化を図るものである。すなわち、切削ビットの先端部に噴射口を設け、切削ビット内部に噴射口に通ずる貫通孔、或いは切削ビットの表面に噴射口に通ずる配管を設ける。そして、この貫通孔或いは配管を介して切削ビットの先端部の噴射口から気体〈空気）或いは液体（水・添加材）或いは気体・液体の両者の気液混合物を切削面に圧力を加えて噴射する。
【００２２】
切削ビット先端部が被掘削物、例えば地山を削り取る切削面に噴射物（気体の空気或いは液体（水・添加材）、或いは気体・液体の両者の気液混合物）が介在して切削抵抗を軽減するとともに、噴射物が掘削土砂に混入することで、切削ビットの先端部に装着されている超硬度鋼チップの摩耗の進行を軽減することができる。超硬度鋼チップの摩耗が軽減されることで切削ビット本体の摩耗の進行も軽減される。これによってカッタ本体への影響も当然のように軽微となる。
【００２３】
また、上記切削ビットをシールド掘進機の回転カッタに装備し、噴射口から噴出物を噴射しつつ掘削することで、切削ビットに加わる土砂などの被掘削物からの抵抗力を和らげ、噴射物が切削ズリの中に混入することで切削ズリの再固結化を防止して切削ズリの容易な移動を促進することができる。これによって、ビット交換を少なくしてシールド掘進の長距離掘進に貢献できる。また、噴射圧力を上げることによって、強度の弱い対象地盤では噴射力によって地山を掘り崩す効果が発揮でき、ビットの摩耗低減に加えて切削効果の向上も期待できる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る切削ビットの構成例を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は背面図、（ｃ）図は（ａ）図および（ｂ）図のＡ−Ａ’線矢示断面図、（ｄ）図は（ａ）図および（ｂ）図のＢ−Ｂ’線矢示断面図である。この切削ビットは、例えばシールド掘進機のカッタスポークに装着されるものである。本実施例では、溶接取付型の切削ビットを例に取って説明するが、他のタイプの切削ビットに適用しても良いのはもちろんである。
【００２５】
切削ビット１は、貝状の鋼材で形成されている。この切削ビット１のカッタスポークへの取付部１ａは、カッタスポークの形状に対応する所定のアールを持った円弧状である。耐摩耗性の硬質な鋼材を成型したシャンク（母材）２の切削面は櫛歯状になっており、各歯間に硬質刃体としてさらに硬度の高い超硬部材（チップ）３−１、３−２、３−３、…、３−ｎ、…が差し込まれて（銀）ロウ付などにより固着されている。
【００２６】
上記シャンク２の内部には、Ｖ字形の貫通孔４ａ、４ｂが設けられている。この貫通孔４ａ、４ｂの一端はそれぞれ、シャンク２の先端部付近に設けた噴射口５ａ、５ｂに連通し、他端は共通の貫通孔４ｃに連通している。そして、切削時に、この貫通孔４ｃから空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡などを導入し、噴射口５ａ、５ｂから噴射するようになっている。この切削ビット１は、例えば溶接やボルト結合でカッタスポーク表面に設置される。
【００２７】
具体例を挙げると、上記切削ビット１の幅Ｗ１が１００ｍｍ〜４００ｍｍ、高さＨ１が１００ｍｍ〜４００ｍｍ、厚さＴ１が３０ｍｍ〜１２０ｍｍのとき、上記噴射口５ａ、５ｂの直径は１〜２０ｍｍ程度、貫通孔４ａ、４ｂの直径は５〜３０ｍｍ程度、貫通孔４ｃの直径は１０〜５０ｍｍ程度である。但し、切削ビットのサイズはシールド規模、本切削ビットの装備数、設置場所によって、上記数値範囲を上下することがあり平均的な目安である。以降の説明で例示するサイズについても同様である。また、後述する逆止弁の形状によっても影響を受ける。
【００２８】
図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明の実施例に係る切削ビットの他の構成例を示しており、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ’線矢示断面図、（ｃ）図は右側面図である。この切削ビット１は、ほぼ台形状のシャンク２と、このシャンク２の切削面に形成された溝内に挿入され、（銀）ロウ付などで固着された超硬部材（チップ）３−１、３−２とを備えている。これらのチップ３−１、３−２は、シャンク２よりさらに硬度の高い硬質刃体として働くもので、所定の間隔を持って併設される。
【００２９】
上記シャンク２における上端部付近のチップ３−１、３−２間には、噴射口３ａが設けられており、シャンク２に設けた貫通孔４の一端に連通している。そして、切削時に、この貫通孔４の他端から空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡などを導入し、噴射口３ａから噴射するようになっている。この切削ビット１は、例えばカッタスポークの表面に台座を設け、この台座を介して設置する。
【００３０】
本例の場合、上記切削ビットの長さＬ２が５０ｍｍ〜２００ｍｍ、幅Ｗ２が５０ｍｍ〜２００ｍｍ、高さＨ２が３０ｍｍ〜１００ｍｍのとき、上記噴射口３ａの直径は１〜２０ｍｍ程度、貫通孔４の直径は５〜３０ｍｍ程度である。
【００３１】
図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施例に係る切削ビットのさらに他の構成例を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＤ−Ｄ’線矢示断面図である。この切削ビット１は、上部が楔形の所定の角度を有し、下部がカッタスポークへの取付部１ａに対応する所定のアールを持った円弧状のシャンク２と、このシャンク２の上部に嵌合されて（銀）ロウ付などにより固着された超硬部材（チップ）３−１、３−２とを備えている。
【００３２】
上記シャンク２における上端部付近の上記チップ３−１、３−２間には、噴射口３ａが設けられており、このシャンク２のほぼ中央部に設けた貫通孔４の一端に連通している。そして、切削時に、この貫通孔４の他端（カッタスポークへの取付部１ａ側）から空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡などを導入し、噴射口３ａから噴射するようになっている。この切削ビット１は、例えば溶接やボルト結合でカッタスポーク表面に設置される。
【００３３】
本例の場合、上記切削ビット１の幅Ｗ３が５０ｍｍ〜３００ｍｍ、高さＨ３が５０ｍｍ〜３００ｍｍ、厚さＴ３が５０ｍｍ〜３００ｍｍのとき、上記噴射口３ａの直径は１〜２０ｍｍ、貫通孔４の直径は５〜３０ｍｍ程度である。
【００３４】
上記のような構成によれば、切削ビット１が地山へ切り込む際に、切削ビット１と地山の間に、噴射物（気体の空気或いは液体の水・添加材、或いは気体・液体の両者の気液混合物、気液混合物の気泡）が介在して、切削ビット（超硬度鋼チップ）に加わる掘削土砂からの抵抗力を和らげることができる。また、細かい砂などの介在物が排除されて掘りやすくなる。
【００３５】
さらに、噴射物が切削ズリ（掘削土）の中に混入することで切削ズリの再固結化を防止することができ、切削ズリの容易な移動を促進することで良好な切削機能を持続できる。
【００３６】
加えて、噴射物の液体（水）にミク口バブルやマイクロバブルを混入させることでより切削抵抗を減らすことができる。ミク口バブルやマイクロバブルは切削くずの排除効果が高く、切削ビットの摩耗を減らすことができる。
【００３７】
従って、本発明によれば、切削ビットの切削抵抗を和らげて摩耗を低減させることで長寿命化を図れる。
【００３８】
なお、図１に示した切削ビット１では、二つの噴射口５ａ、５ｂを設ける例を示したが、必要とする特性や複数の切削ビットを設ける際の配置などに応じて一つでも良く、三つ以上設けても良い。同様に、図２および図３に示した切削ビットでは、一つの噴射口３ａを設ける場合を示したが、二つ以上の噴射口を設けても良いのはもちろんである。
【００３９】
また、切削力を高めるためには切削したズリが容易にその部位から排除されることが望ましく、噴射口の位置は先端部の他にズリの移動を助けるために切削ビットの切削前面などに設けることも好適である。さらに、先端部と切削部前面などの位置的な違いは数センチ程度であるので、切削したズリの排除効果を低減させなければ、噴射口の位置は切削ビットの形状に合わせて比較的自由に選択できる。
【００４０】
上述した構成に加えて、貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃ、或いは４の内部に圧力によって閉口する逆止弁（逆流防止弁）を設けても良い。逆止弁を設けることによって切羽からの土砂や泥水の逆流を防止することができる。この逆止弁は、例えばゴム製などの板状部材に十字型の切り込みを入れることで形成できる。
【００４１】
また、切削ビット１の内部に貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４が設けられない場合には、超硬度鋼チップ近傍のシャンク周面に配管してビット先端部に噴射口を設けることもできる。この際、シャンクの表面に配管を埋め込む溝を設けることで破損を防止できる。さらに、この配管の内部に逆止弁を設けることで切羽からの土砂や泥水の逆流を防止することができる。
【００４２】
図４は、上述した切削ビットを用いる例としてシールド掘進機の要部を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は側断面図である。ここでは、泥土加圧シールド機を例として表記するが、他のほぼ同様な泥土圧式シールド機、或いは泥水式シールド機にも当然適用できる。図４において、１０はシールド掘進機の本体、１１−１〜１１−４はカッタスポーク、１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３はそれぞれ切削ビット、１５−１、１５−２、１５−３は作泥土材噴出口、１６はマンホール、１７は土圧計、１８はカッタ回転伝達軸、１９はチャンバ、２０−１、２０−２、２０−３は撹拌翼、３０はフィッシュテール、３１は排土口、３２は排土装置（スクリューコンベヤ）である。
【００４３】
本例では、例えば切削ビット１２−１〜１２−１６として図１に示した構成のものを装着し、切削ビット１３−１〜１３−４として図２に示した構成のものを装着し、切削ビット１４−１〜１４−３として図３に示した構成のものを装着する。対象土質やシールド機の規模によって、切削ビット１２だけの場合、切削ビット１３だけの場合、切削ビット１４だけの場合など１種類で使用することもある。当然、必要に応じて形状・機能の異なる切削ビットを適宜組み合わせて装備することもできる。
【００４４】
また、このシールド掘進機１０は、噴射物を上記切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３の貫通孔４ｃおよび４へ供給する噴射物供給設備２１を備えている。この噴射物供給設備２１は、噴射物を加圧して切削ビット先端部に噴射させる気液供給装置２２の気体用のコンプレッサ２３、および液体用の注入ポンプ２４をシールド掘進機近傍の台車積載設備２５などとともに装備する。この噴射物供給設備２１は、噴射物の圧力と流量を制御できるようになっており、圧力計・流量計３４で噴射圧・量を管理する。
【００４５】
上記気液供給装置２２からシールド掘進機のカッタ回転伝達軸１８までの配管として、気液圧送管（或いは耐圧ホース）２６が設置されている。カッタ回転伝達軸１８と気液圧送管２６間の接合方法は、スイベルジョイント（ロータリージョイント）３３と呼ばれる方法で気液を気液圧送管２６からカッタ回転伝達軸１８へ供給できる。図示しないが、カッタ回転伝達軸１８の内部には貫通孔或いは配管が設置され、このカッタ回転伝達軸１８から旋回するカッタ全体の内部、或いは旋回するカッタ表面に、切削ビットまでの貫通孔および気液圧送管２６が設置される。直径が５〜６ｍを超えるような大口径のシールド機においては、カッタ回転伝達軸１８およびカッタ本体は比較的多くの気液圧送管２６を設置できる形状体となる。
【００４６】
図５は、上記図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示している。カッタスポーク１１−１の表面には、図１に示した切削ビットが溶接やボルト結合で表面に設置されている。もちろん、カッタスポーク１１−１の表面に台座を設け、この台座を介して設置することもできる。上記カッタスポーク１１−１内には、気液圧送管２６に連通する配管（または削孔、配管と削孔との組み合わせなどを含むが以後は単に配管と称する）２７が設けられており、この配管２７は貫通孔２８を介して外周の切削ビットの取付部に連通し、さらに切削ビット１３−１の貫通孔４ｃに連通している。
【００４７】
図６は、上記図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示している。カッタスポーク１１−１の表面には、図２に示した切削ビットが二つ、台座２９−１、２９−２をそれぞれ介して互いに逆向きに装着されている。このカッタスポーク１１内には、配管（または削孔）２７ａ、２７ｂが設けられており、これらの配管２７ａ、２７ｂはそれぞれ貫通孔２８ａ、２８ｂを介して外周の切削ビット１２−１、１２−３の取付部に連通し、これら切削ビット１２−１、１２−３の貫通孔４に連通している。
【００４８】
図７は、上記図４に示したシールド掘進機における切削ビットとその取付部の近傍を示している。カッタスポーク１１−１には、図３に示した切削ビットが溶接やボルト結合でカッタ本体表面に設置されている。カッタ本体表面に台座を設けて台座を介して切削ビットを設置することもできる。このカッタスポーク１１−１内には、配管（または削孔）２７が設けられており、この配管（または削孔）２７は貫通孔２８を介して外周の切削ビットの取付部の貫通孔４に連通している。
【００４９】
図５乃至図７において、矢印ＡＡはシールド掘進機１０の掘進方向を示し、矢印ＡＢはカッタスポーク１１−１の回転方向（但し、カッタスポーク１１−１は逆方向への回転も可能）を示している。
【００５０】
上記のような構成のシールド掘進機１０において、噴射物供給設備２１から気液圧送管（或いは耐圧ホース）２６および貫通孔、カッタスポーク１１−１〜１１−４内の配管（または削孔）２７、２７ａ、２７ｂおよび貫通孔２８、２８ａ、２８ｂを経由して、空気、或いは水、或いは添加材溶液、或いは空気と水或いは添加材溶液を混合した気液混合物、気液混合物の気泡などを注入し、切削ビット１２−１〜１２−１６の貫通孔４ａ、４ｂ、４ｃを介して噴射口５ａ、５ｂから噴射、或いは切削ビット１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３の貫通孔４を介して噴射口３ａから噴射しつつ地山Ｇの掘削を行う。
【００５１】
ここで、気体、液体はそれぞれ単独で噴射できると共に切削ビット直前で気液混合して噴射するように気液圧送管２６などを接続することもできる。
【００５２】
気体・液体を噴射する切削ビットの設置個数、設置場所はシールド機の規模、掘削する対象土質を考慮して決定する。主に、掘削環境が厳しいカッタ外周部、および相対的な回転速度が遅くなるカッタ中央部に設置することが好適である。この際、噴射物の種類と組み合わせ、注入圧力と注入量、連続・断続、噴射方向などを工夫することで掘削土砂の泥土化と固結防止を行いつつ掘削を行うことができる。
【００５３】
次に、上記シールド掘進機１０による掘削動作を説明する。カッタを起動させてシールド掘進を開始する。これとほぼ同時に気液供給装置２２を稼働させ、切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３から気液物（気体或いは液体、或いは気体・液体の両者の気液混合物）を噴射する。気体としては例えば空気、液体としては例えば水や添加材溶液を用いる。これらの水や添加材溶液などは気液供給装置２２に近接して設置された貯蔵タンク３５から供給する。
【００５４】
そして、対象とする土質に好適な添加材溶液を選定して、空気と併用・混合、或いはそれぞれ単独で切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３の先端から噴射する。噴射する量・圧力は、気体および液体それぞれの圧力計・流量計３４によって管理し、調節できる。
【００５５】
また、シールド掘進機１０のチャンバ１９内にエアーを吹き込むことで泥状の良い状態を生成できる。シールド掘進機のチャンバ１９内の圧力は、一般的に０．１〜０．３ＭＰａ程度であることが多い。例えば、土被り２０ｍ、地下水位がＧＬ−５．０ｍのような条件にトンネル掘削断面がある場合、チャンバ内の（泥土）圧力は土圧と水圧によって０．１５ＭＰａ前後となることが一般的である。よって、噴射物はこれ以上の圧力で噴射する。
【００５６】
差圧が０．１５ＭＰａ以上で大きければ噴射効果がより強くなり、切削ビットが掘ろうとする力に匹敵し、地山をも掘り崩す効果を発揮できる。これによって、切削ビットの摩耗はより小さくなる。
【００５７】
噴射方法は、掘進中に連続的に噴射することも間断に噴射することもできる。どのように噴射するかは、地盤条件、土圧の値、カッタトルク値、排土状況などによって好適に適宜選択する。
【００５８】
上述したように、シールド掘進機１０の回転カッタに装備される切削ビット１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３に図１乃至図３に示した構成の切削ビットを使用することで、切削ビットの長寿命化を図ることができ、切削ビットの交換復旧に要する時間と費用を低減できる。また、ビット交換の回数が少なくて済むのでシールド掘進の長距離掘進に貢献できる。
【００５９】
また、噴射圧力を上げることによって、強度の弱い対象地盤では噴射力によって地山を掘り崩す効果が発揮できる。よって、ビットの摩耗低減に加えて切削効果も期待できる。
【００６０】
さらに、上記特許文献１の技術においては、チャンバ部およびカッタ部に気体および液体を噴射することで掘削土砂の固結防止が図られている。これに加えて本発明の切削ビットを使用することで当該シールド掘進機の掘削能力の向上も図れる。
【００６１】
なお、上記実施例では、３種類の切削ビットを例に取って説明したが、同様にして他の様々な形状或いは構成の切削ビットに適用できる。どのような種類の切削ビットを何個用い、どのように配置するかはシールド掘進機のサイズや切削する地山などに応じて適宜選択すれば良い。
【符号の説明】
【００６２】
１    切削ビット
１ａ    取付部
２    シャンク（母材）
３−１、３−２、３−３、…、３−ｎ、…    超硬部材（チップ）
３ａ、５ａ、５ｂ    噴射口
４、４ａ、４ｂ、４ｃ    貫通孔
Ｇ    地山
１０    シールド掘進機
１１−１〜１１−４    カッタスポーク
１２−１〜１２−１６、１３−１〜１３−４、１４−１〜１４−３    切削ビット
１５−１、１５−２、１５−３    作泥土材噴出口
１６    マンホール
１７    土圧計
１８    カッタ回転伝達軸
１９    チャンバ
２０−１、２０−２、２０−３    撹拌翼
２１    噴射物供給設備
２２    気液供給装置
２３    コンプレッサ
２４    注入ポンプ
２５    台車積載設備
２６    気液圧送管（配管）
２７、２７ａ、２７ｂ    配管
２８、２８ａ、２８ｂ    貫通孔
２９−１、２９−２    台座
３０    フィッシュテール
３１    排土口
３２    排土装置（スクリューコンベヤ）
３３    スイベルジョイント（ロータリージョイント）
３４    圧力計・流量計
３５    貯蔵タンク
５０    シールド坑内
【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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