(57)【要約】【課題】本発明は、土質に応じてビット交換が難しいいわゆるセンタカッタの土砂山用フィッシュテールビットと、例えば硬質切削物対応ビットの一つである岩盤用ローラーカッタビットとを土質に合わせて自在に切り替える構成とし、もってビット交換やビットの保護を不要とし、全地盤対応型長距離シールド達成を可能としたシールド掘削機のカッタヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、シールド掘削機のカッタヘッド中央部にフィッシュテールビットが取り付けられると共に、該フィッシュテールビットが地山を切削する進行方向の刃先の位置（これを切削高さという）より低い切削高さの硬質切削物対応ビットが取り付けられており、前記硬質切削物対応ビットは、切削対象土質の違いによって、前記フィッシュテールビットの切削高さより高い切削高さに変更出来る構成とされたことを特徴とする。【選択図】    図1
2016079632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘削機のカッタヘッド中央にフィッシュテールビッドが取り付けられると共に、該フィッシュテールビッドの切削高さより低い切削高さの硬質切削物対応ビットが取り付けられてなり、
前記硬質切削物対応ビットは、切削対象土質の違いによって、前記フィッシュテールビッドの切削高さより高い切削高さに変更出来る構成とされた、
ことを特徴とするシールド掘削機のカッタヘッド。
【請求項２】
前記硬質切削物対応ビットには、該硬質切削物対応ビットを前記フィッシュテールビットの切削高さより高く、あるいは低くするよう駆動する駆動手段と、フィッシュテールビッドの切削高さより高い位置、あるいは低い位置で係止させる係止手段が設けられた、
ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘削機のカッタヘッド。
【請求項３】
前記駆動手段は、ジャッキで構成され、前記係止手段は、前記硬質切削物対応ビットに連結された稼働フレームと稼働フレームに接続されたピン固定具と該ピン固定具に固定して硬質切削物対応ビットを係止する固定ピンとを有して構成された、
ことを特徴とする請求項２記載のシールド掘削機のカッタヘッド。
【請求項４】
前記硬質切削物対応ビットは、岩盤、巨礫地盤を有する土質を切削するローラーカッタビット、切削幅の狭い刃先の鋭利なカッタビットで、掘削発進時と到達時の両者において、あるいはいずれかにおいてコンクリート製仮壁の切削を行う仮壁切削用カッタビットビット、あるいは掘削区間中においてシートパイルや杭などの障害物の掘削を行う障害物切削用カッタビットである、
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のシールド掘削機のカッタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールド工法で用いられるシールド掘削機のカッタヘッドに関するものである。
【０００２】
いわゆるシールド工法はコスト縮減の要求からその長距離掘削化が進んでおり、そのため、土砂を切削するためのカッタビットの耐久性の向上、地中でのカッタビッド交換技術の進展が求められている。
【０００３】
特に機械式によるカッタビットの交換は厳しい掘削条件において環境面、安全面、経済面での有利性が認識されている。
【背景技術】
【０００４】
長距離シールドを経済的に施工するには、シールド掘削機のカッタビットを機内から容易に交換できる機械式カッタビット交換システムが有効である。
なぜなら、掘削対象土質は全て同じ土質ではなく、岩盤であったり、巨礫地盤であったり、土砂山であったりして、同じカッタビッドでは過酷な掘削条件に対応できないものであり、もって、掘削対象土質にあったカッタビットに交換して掘削することが要求されるからである。  
【０００５】
ここで、本発明者らは、連結したカッタビットを外周部から中心部に向かってスライドさせて機内に引き込み交換するトレール工法を既に確立している。該トレール工法により、まったく性能の異なる、土砂山用カッタビットと岩盤用ローラーカッタビットを適時交換することが可能になり、途中に岩盤や大きな玉石を有するシールド長距離工事に適用され、国内初の機械式による複数のローラーカッタビットの交換実績をあげている。しかしながら、該トレール工法は、カッタビットを外周部から中心部に向かってスライドさせて機内に引き込み交換する機構のため、カッタヘッド中央部に装備されたカッタビット（これをセンタカッタという）については交換することができないという弱点が判明している。従来技術では、このセンタカッタに、硬質な砂礫地盤まで切削できる土砂山用フィッシュテールビット（刃先に超硬チップを埋め込んだ山形になった板状の大型のカッタビット）を装備し、超硬チップの埋込量や板厚を増加させる補強によって対応していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７２４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したフィッシュテールビットの補強では、摩耗の進行を遅らせる効果しか望めず、適用した工事の土質条件において、岩盤、玉石の量がきわめて多い場合や岩強度が高い場合には、摩耗が急速に進行し、最悪の場合はカッタヘッドの本体まで破損する。そこで、フィッシュテールビットに代わり、センタカッタに岩盤用のローラーカッタビットを装備することも考えられるが、ローラーカッタビットは、フィッシュテールビットに比べて土砂山における摩耗の進行が早く、さらに粘土質を多く含む場合には切削能力がほとんど得られないという欠点がある。そのため、土質が土砂山から岩盤へと変化する長距離工事においては、摩耗による交換、土砂山用カッタビットへの交換が必要になる。
【０００８】
以上のことから解決しようとする課題は以下である。
カッタヘッド中央部は、従来のカッタビット交換装置の構造上、カッタビットの交換ができなかった。そのため、ローラーカッタビットを装備することができず、補強したフィッシュテールビットで対応できる土質にしか適用できなかった。
【０００９】
かくして、本発明では、土質に応じてビット交換が難しいいわゆるセンタカッタの土砂山用フィッシュテールビットと、例えば硬質切削物対応ビットの一つである岩盤用ローラーカッタビットとを土質に合わせて自在に切り替える構成とし、もってビット交換やビットの保護を不要とし、全地盤対応型長距離シールド達成を可能としたシールド掘削機のカッタヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
シールド掘削機のカッタヘッド中央部にフィッシュテールビットが取り付けられると共に、該フィッシュテールビットが地山を切削する進行方向の刃先の位置（これを切削高さという）より低い切削高さの硬質切削物対応ビットが取り付けられており、
前記硬質切削物対応ビットは、切削対象土質の違いによって、前記フィッシュテールビットの切削高さより高い切削高さに変更出来る構成とされた、
ことを特徴とし、
または、
前記硬質切削物対応ビットには、該硬質切削物対応ビットを前記フィッシュテールビットの切削高さより高く、あるいは低くするよう駆動する駆動手段と、フィッシュテールビットの切削高さより高い位置、あるいは低い位置で係止させる係止手段が設けられた、
ことを特徴とし、
または、
前記駆動手段は、油圧ジャッキで構成され、前記係止手段は、前記硬質切削物対応ビットに連結された稼働フレームと稼働フレームに接続されたピン固定具と該ピン固定具に固定して硬質切削物対応ビットを係止する固定ピンとを有して構成された、
ことを特徴とし、
または、
前記硬質切削物対応ビットは、岩盤、巨礫地盤を有する土質を切削するローラーカッタビット、切削幅の狭い刃先の鋭利なカッタビットで、掘削発進時と到達時の両者において、あるいはいずれかにおいてコンクリート製仮壁の切削を行う仮壁切削用カッタビットビット、あるいは掘削区間中においてシートパイルや杭などの障害物の掘削を行う障害物切削用カッタビットである、
ことを特徴とするものである。
【００１１】
掘削対象土質が土砂山の場合は固定のフィッシュテールビットで掘削する。
【００１２】
掘削対象土質が岩盤、巨礫地盤を有する土質となった場合、フィッシュテールビットの後方に装備したローラーカッタビットの切削高さを例えば、油圧ジャッキ等で押し出し、フィッシュテール部の切削高さより高くなるように突き出して装備する。
【００１３】
この突き出す量は、シールド掘削機のカッタ回転速度と掘進速度により異なるが、フィッシュテールビットを完全に保護できる量であり、例えば５０ｍｍから１００ｍｍである。
【００１４】
掘削対象土質が土砂山となった場合は、ローラーカッタビットを油圧ジャッキ等でフィッシュテールビットの切削高さより低くなるように進行方向の後方に引き戻す。この引き戻す量は、硬質切削物対応ビットを完全に保護できる量であり、例えば５０ｍｍから１００ｍｍである。
【００１５】
この様に、硬質切削物対応ビットであるローラーカッタビットの前後移動によりフィッシュテールと硬質切削物対応ビットとを土質に併せて可変装備できるため、土質に応じたスムーズな掘進ができ、また、シールドカッタヘッドスポーク部へのビット交換技術（トレール工法）を併用すると、いわゆる全地盤対応型長距離シールド掘進が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、土質に応じてビット交換が難しいセンタカッタの土砂山用フィッシュテールビットと岩盤など硬質切削物を切削するローラーカッタービットなどの硬質切削物対応ビットとを自在に切り替える構成とし、もってビット交換やビットの保護を不要とし、全地盤対応型長距離シールドを達成できるとの優れた効果を奏する。
【００１７】
すなわち、ローラーカッタビットの前後移動によりセンタカッタを土質に併せて可変装備できるため、本発明者らが既に発明した技術との併用により、全地盤対応型長距離シールド掘進が可能となった。
【００１８】
そして、簡易にローラーカッタビットに切り換えることができるため、巨礫出現など想定外の土質変化にも容易に対応できる。
さらに、１００ｍ程度の短距離であれば全断面岩盤に遭遇した場合でも対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の動作を説明する説明図（１）である。
【図２】本発明の動作を説明する説明図（２）である。
【図３】本発明の動作を説明する説明図（３）である。
【図４】本発明の動作を説明する説明図（４）である。
【図５】本発明の動作を説明する説明図（５）である。
【図６】本発明の動作を説明する説明図（６）である。
【図７】本発明の動作を説明する説明図（７）である。
【図８】本発明の動作を説明する説明図（８）である。
【図９】本発明の動作を説明する説明図（９）である。
【図１０】本発明の動作を説明する説明図（１０）である。
【図１１】本発明の動作を説明する説明図（１１）である。
【図１２】本発明の動作を説明する説明図（１２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
【００２１】
ここで、図１乃至図４は、ローラーカッタビットを突き出す工程を示している。また、図４乃至図９は、外側ローラーカッタビットの従来交換工程を示している。さらに、図９乃至図１２は、ローラーカッタビットを引き戻す工程を示している。
【００２２】
図において、符号１は、シールド掘削機の掘削部を示す。符号２は、カッタヘッドを示し、該カッタヘッド２の中央部には、フィッシュテールビット３が取り付けられている。また、符号４は、ローラーカッタビットであり、前記フィッシュテールビット３に隣接してカッタヘッド２の中央部に取り付けられている。説明を容易にするため、図１から図１２の断面図では、フィッシュテールビットとローラーカッタビットのカッタ回転面上の取付位置を同一に記載しているが、実際は異なる位置に取り付けられている。
【００２３】
図１は、フィッシュテールビット３の切削高さよりローラーカッタビット４の切削高さは低くして設置された状態を示している。
符号５は、外側カッタビットを示し、該外側カッタビット５は、カッタヘッド２の外周側に複数個、間隔をおいて配置されている。
【００２４】
前記カッタヘッド２の中央部には、その先端側に稼働フレーム６が取り付けられ、該稼働フレーム６の後部には固定具７が接続されている。そして、この固定具７の側面には間隔をおいて凹部８が複数箇所形成されている。
符号９は固定ピンであり、該固定ピン９はカッタヘッド２側に固定されている。
【００２５】
図１に示す状態で、固定ピン９は固定具７の掘削部先端方向側に設けられた凹部８に嵌め込まれて装着されており、もって、ローラーカッタビット４はフィッシュテールビット３の切削高さより低くしてカッタヘッド２の中央部に設置されるものとなる。
【００２６】
そして、図３に示すように、ローラーカッタビット４の切削高さをフィッシュテールビット３の切削高さより高く変更するには、図２に示す様に、固定具７の後端に油圧ジャッキなどのジャッキ１１を接続し、固定ピン９を解除すると共に、掘削部１の先端側にジャッキ１１を押し出す。
【００２７】
図３のように、ローラーカッタビット４を押し出した後、固定ピン９を固定具７の後端側凹部８に嵌め込んでローラーカッタビット４をカッタヘッド２に固定する。そして、ジャッキ１１を固定具７の後端から切り離して作業は終了する。
【００２８】
以上により、ローラーカッタビット４の切削高さをフィッシュテールビット３の切削高さより高く変更できるものとなる。
【００２９】
ところで、図４乃至図９は、摩耗の激しい外側カッタビット５の交換工程を説明したものである。ここでカッタビット５は、土砂山用カッタビット、岩盤用ローラーカッタビットのいずれでも良く、互いの交換も可能である。本発明による掘削部１のカッタヘッド２についてもカッタヘッド２外周側に存する外側カッタビット５を簡単に交換することが出来る。
【００３０】
すなわち、図４に示す様に、ジャッキ１２を伸ばし、図５に示すように、外側カッタビット５を握持し、図６のように、交換室１３内に移動させる。その後、図７に示すように、交換室１３内で新しい外側カッタビット５に交換し、図８に示すように、新しい外側カッタビット５をジャッキ１２によって、元の位置に設置するのである。
この様に、本発明においても簡単に外側カッタビット５の交換が行えるものとなる。
【００３１】
しかして、本発明によってシールド工法を行う概略につき説明する。
【００３２】
図１に示す様に、カッタヘッド２の中央部に配置されているフィッシュテールビット３の切削高さをローラーカッタビット４より高くした状態では、掘削対象土質が土砂山のときに、その掘削作業が行われる。
【００３３】
しかし、掘削対象土質が岩盤や巨礫地盤を有する土質になったとき、前記フィッシュテールビット３による掘削では、該フィッシュテールビット３が摩耗あるいは破損してしまう。
【００３４】
そこで、フィッシュテールビット３よりもローラーカッタビット４の切削高さを高くして切削するものとする。ここで、切削高さの変更は簡単に行うことが出来る。
【００３５】
すなわち、図１乃至図４の方法で行う。そして、ローラーカッタビット４の切削高さはフィッシュテールビット３の切削高さより５０ｍｍ乃至１００ｍｍ前に突き出した状態となる。この状態で切削すると、ローラーカッタビット４が先行して岩盤や巨礫地盤を破砕することになり、フィッシュテールビット３に直接当たることなく完全に保護できるものとなる。
【００３６】
そして、掘削対象土質が土砂山となったときには、図１０乃至図１２に示すように、ローラーカッタビット４をジャッキ１１に繋いで後方へ引き戻し、フィッシュテールビット３を前に突き出す状態とする。この状態で切削すると、フィッシュテールビット３が先行して土砂山を切削することになり、ローラーカッタビット４に直接当たることなく完全に保護できるものとなる。
【００３７】
この様に、掘削対象土質が土砂山の場合は、固定のフィッシュテールビット３で掘削する。
掘削対象土質が岩盤、巨礫地盤を有する土質となった場合には、フィッシュテールビット３の後方に装備したローラーカッタビット４を例えば、油圧ジャッキ等のジャッキ１１で押し出し、フィッシュテールビット３の切削高さより、前方に突き出して装備する。
掘削対象土質が土砂山となった場合は、ローラーカッタビット４を油圧ジャッキ等のジャッキ１１でフィッシュテールビット３の後方に引き戻すものとする。
【００３８】
この様に、ローラーカッタビット４の前後移動によりフィッシュテールビット３とローラーカッタビット４とを土質に併せて可変装備できるため、土質に応じたスムーズな掘進ができ、また、いわゆるシールドカッタヘッドスポーク部へのビット交換技術（トレール工法）を併用すると、全地盤対応型長距離シールド掘進が可能となる。
【００３９】
そして、簡易に切削高さを調整出来るローラーカッタビット４を装備できるため、巨礫出現など想定外の土質変化にも容易に対応できることとなる。
さらに、１００ｍ程度の短距離であれば全断面岩盤に遭遇した場合でもスムーズに対応可能となる。
【００４０】
ところで、掘削到達時に、例えばコンクリート製の仮壁を切削する場合がある。
コンクリート製の仮壁は、全面が均一な高強度であり、自然地盤のように切削時に緩みが生じることもないため、切削幅の狭い刃先の鋭利な専用のカッタビット（以後、仮壁切削用カッタビットという）を、切削ピッチが細かくなるように配置し、推進速度を落として少しずつ削りとるように掘削する必要がある。
【００４１】
NOMST工法と言われる炭素繊維筋を用いたシールド機掘削用コンクリート壁の場合、コンクリート強度800kgf・cm2、切削ビット幅20mm、切削ピッチ50mm、掘進速度1mmが推奨されている。
【００４２】
従来このような仮壁の掘削は、立坑からシールド機が発進する場合にのみ用いられ、仮壁切削用カッタビットを他の土砂山切削用カッタビットや岩盤破砕用ローラーカッタビットよりも切削高さを高く配置することで可能にしている。仮壁切削用カッタビットは刃先が鋭利で小型のため、自然地盤の掘削において早期に摩耗し、ほとんど影響を及ぼさない。しかし、その反面、到達時の仮壁掘削においては全く使用することができなくなる。
【００４３】
そこで、従来のトレール工法を用いることで外周部のカッタビットについては仮壁切削用カッタビットと交換することが可能になった。しかし、中央部については交換することができないため到達時の仮壁掘削は実現できなかった。
【００４４】
しかして本発明では、切削高さを変更する側に仮壁切削用カッタビットを装備することで可能になる。
【００４５】
すなわち、掘削対象土質がコンクリート製仮壁となった場合、フィッシュテールビットの後方に装備した仮壁切削用カッタビットの切削高さを例えば、油圧ジャッキ等で押し出し、フィッシュテール部の切削高さより高くなるように突き出して装備する。
【００４６】
この突き出す量は、シールド掘削機のカッタ回転速度と掘進速度により異なるが、フィッシュテールビットを完全に保護できる量である。
【００４７】
掘削対象土質が土砂山となった場合は、仮壁切削用カッタビットを油圧ジャッキ等でフィッシュテールビットの切削高さより低くなるように進行方向の後方に引き戻す。この引き戻す量は、仮壁切削用カッタビットを完全に保護できる量である。
【００４８】
これにより、発進時と到達時の両者においてコンクリート製仮壁の切削が可能になる。
また、トンネル施工区間の途中にシートパイルや杭等の障害物の存在があらかじめ確認されている場合には、同様に切削高さを変更する側に障害物切削用カッタビットを装備し、さらに従来トレール工法を用いて外周部のカッタビットを障害物切削用カッタビットと交換することにより、障害物の切削も可能になる。
【符号の説明】
【００４９】
１      切削刃
２      カッタヘッド
３      フィッシュテールビット
４      ローラーカッタビット
５      外側カッタビット
６      稼働フレーム
７      固定具
８      凹部
９      固定ピン
１１    ジャッキ
１２    ジャッキ
１３    交換室
【図１】
2016079632.tif 000003
【図２】
2016079632.tif 000004
【図３】
2016079632.tif 000005
【図４】
2016079632.tif 000006
【図５】
2016079632.tif 000007
【図６】
2016079632.tif 000008
【図７】
2016079632.tif 000009
【図８】
2016079632.tif 000010
【図９】
2016079632.tif 000011
【図１０】
2016079632.tif 000012
【図１１】
2016079632.tif 000013
【図１２】
2016079632.tif 000014