(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部を軸に回転するカッターヘッドで発進用立坑及び到達用立坑の坑口壁を切削してトンネルを掘削するための高強度壁切削シールド掘進機において、上記カッターヘッドに、上記発進用立坑と到達用立坑間の地山を掘削する複数のメインカッタービットを設けると共にこのメインカッタービットより高さが高い到達用先行ビットを複数配置し、その到達用先行ビットの近傍の上記カッターヘッドに、この到達用先行ビットと同一円周上を旋回する発進用先行ビットを配置し、その発進用先行ビットは、上記到達用立坑の坑口壁に到達するまでの間上記到達用先行ビットを保護すべく、上記到達用先行ビットより高さが高く且つ切削幅が広く形成されたことを特徴とする高強度壁切削シールド掘進機。
【請求項２】
カッターヘッドを、カッター面板と、そのカッター面板の中心から放射状に延びるカッタースポークで形成すると共に、そのカッタースポークの回転方向両側のカッター面板にスリットを形成し、上記カッターヘッドを、上記カッター面板の中心上に位置する回転軸を中心として左右いずれかの方向に回転させて発進用立坑及び到達用立坑の坑口壁を切削してトンネルを掘削するための高強度壁切削シールド掘進機において、上記カッタースポークの両側に、上記発進用立坑と到達用立坑間の地山を掘削する複数のメインカッタービットを設け、そのカッタースポークの中央に、上記メインカッタービットより高さが高い到達用先行ビットを複数配置し、上記カッタースポークの両側のスリットに位置したカッター面板に、上記到達用先行ビットと同一円周上を旋回すると共にこの到達用先行ビットより高さが高く且つ切削幅が広い発進用先行ビットを配置したことを特徴とする高強度壁切削シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削工法の一つである、いわゆる高強度壁切削に用いるシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シールド掘進機を用いたトンネル掘削工法の一つとしていわゆる高強度壁切削と称されるものが提案されている。
【０００３】
この高強度壁切削は、図６に示すように発進用立坑Ａ及び到達用立坑Ｂを構成する土留壁１の坑口となる坑口壁２，２を高強度壁や新素材入りコンクリート壁等で構成し、この坑口壁２，２をシールド掘進機３前部のカッターヘッド４で直接切削して到達用立坑Ｂ側まで一気にトンネルを掘進するようにしたものであり、従来工法のような薬液注入による坑口付近の地盤改良や危険を伴う人力による坑口壁の取り壊し作業を行わずにシールド掘進機の発進・到達が可能となる等といった優れた特長を有している。尚、図中５は発進時の反力を取るための仮組セグメント、６は到達時における到達用立坑Ｂ側の坑口２の崩落を防止する泥土材、７はこの泥土材６の反力を取るための反力梁である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この高強度壁切削に用いるシールド掘進機３のカッターヘッド４には、図４及び図５に示すように、主に地山を掘削するための多数のメインカッタービット８，８…の他に、このメインカッタービット８，８…より高さが高く且つ切削幅の狭い先行ビット９が所定の間隔を隔てて複数配置されており、この先行ビット９によって坑口壁２，２を櫛歯状に切り崩しながら掘削するようになっている。
【０００５】
しかしながら、発進用立坑Ａと到達用立坑Ｂ間の掘削距離が長くなったり、途中の地山中に岩盤等の障害物があった場合、この先行ビット９が到達用立坑Ｂに到達する前に磨耗してしまい、到達用立坑Ｂの坑口壁２を確実に切削できなくなってしまうといった不都合がある。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、発進用立坑の坑口は勿論、到達用立坑の坑口も確実に掘削することができる新規な高強度壁切削シールド掘進機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、中心部を軸に回転するカッターヘッドで発進用立坑及び到達用立坑の坑口壁を切削してトンネルを掘削するための高強度壁切削シールド掘進機において、上記カッターヘッドに、上記発進用立坑と到達用立坑間の地山を掘削する複数のメインカッタービットを設けると共にこのメインカッタービットより高さが高い到達用先行ビットを複数配置し、その到達用先行ビットの近傍の上記カッターヘッドに、この到達用先行ビットと同一円周上を旋回する発進用先行ビットを配置し、その発進用先行ビットは、上記到達用立坑の坑口壁に到達するまでの間上記到達用先行ビットを保護すべく、上記到達用先行ビットより高さが高く且つ切削幅が広く形成されたものである。
また、カッターヘッドを、カッター面板と、そのカッター面板の中心から放射状に延びるカッタースポークで形成すると共に、そのカッタースポークの回転方向両側のカッター面板にスリットを形成し、上記カッターヘッドを、上記カッター面板の中心上に位置する回転軸を中心として左右いずれかの方向に回転させて発進用立坑及び到達用立坑の坑口壁を切削してトンネルを掘削するための高強度壁切削シールド掘進機において、上記カッタースポークの両側に、上記発進用立坑と到達用立坑間の地山を掘削する複数のメインカッタービットを設け、そのカッタースポークの中央に、上記メインカッタービットより高さが高い到達用先行ビットを複数配置し、上記カッタースポークの両側のスリットに位置したカッター面板に、上記到達用先行ビットと同一円周上を旋回すると共にこの到達用先行ビットより高さが高く且つ切削幅が広い発進用先行ビットを配置したものである。
【０００８】
すなわち、本発明のシールド掘進機は、従来の先行ビットに加えてこれよりも高さが高く且つ切削幅が広い発進用先行ビットを備え、この発進用先行ビットによって、発進用立坑側の坑口壁を掘削すると共に従来の先行ビットに相当する到達用先行ビットを到達用立坑側の坑口壁に至るまで保護するようにしたものである。
【０００９】
従って、発進用立坑側の坑口壁の掘削は勿論、発進用先行ビットが到達用立坑側の坑口壁に至る前に磨耗しても、これに代わって到達用先行ビットが到達用立坑側の坑口壁を掘削するようになるため、発進から到達まで確実に掘削を行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る高強度壁切削用シールド掘進機のうち、特にそのカッターヘッド１０の実施の一形態を示したものである。
【００１２】
図示するように、このカッターヘッド１０はその中心部から放射状に延びるカッタースポーク１１の前面にカッター面板１２を備えたものであり、その中心部に接続された回転軸（図示せず）を中心として左右いずれかの方向に回転駆動するようになっている。
【００１３】
また、このカッタースポーク１１が位置する部分のカッター面板１２には、その径方向に延びるスリット１３がそれぞれ設けられており、カッタースポーク１１の各スポーク１４，１４…が前面に露出した状態となっている。さらに、この露出した各スポーク１４，１４…の前面にはメインカッタービット１５，１５が二つ一組となってその径方向に所定の間隔を隔てて設けられている。
【００１４】
従って、このカッターヘッド１０をその中心部を軸として回転させると、カッター面板１２前方の地山が各メインカッタービット１５，１５…によって掻き取られると共に、掻き取られた土砂が各スリット１３，１３…からその内部に取り込まれることで地山の掘削が行われることになる。
【００１５】
また、図示するように、このカッタースポーク１１の各スポーク１４，１４…には、上述したメインカッタービット１５，１５…の他に、各スポーク１４，１４…の中央部に位置する到達用先行ビット１６，１６…と、これら各到達用先行ビット１６，１６…両サイドに位置する各発進用先行ビット１７，１７…とがそれぞれ一定の間隔を隔てて複数備えられている。
【００１６】
先ず、この到達用先行ビット１６は、上述した到達用立坑Ｂ側の坑口壁２を専用に切削するためのものであり、図２に示すように、各メインカッタービット１５，１５間に一つずつ位置すると共に、そのビット高さがメインカッタービット１５，１５よりも所定の高さ（Ｌ１）だけ高く形成されている。
【００１７】
一方、発進用先行ビット１７は、発進用立坑Ａ側の坑口壁２を専用に切削するためのものであり、メインカッタービット１５，１５の両側のスリット１３を挟んだカッター面板１２側に位置すると共に、そのビット高さが上記到達用先行ビット１６よりもさらに所定の高さ（Ｌ２）だけ高く形成されている。
【００１８】
さらに、図３に示すように、この発進用先行ビット１７は、到達用先行ビット１６の回転方向前方に配置されると共に、その回転方向の掘削幅（ｔ２）が到達用先行ビット１６の掘削幅（ｔ１）よりも幅広く形成されている。
【００１９】
すなわち、この到達用先行ビット１６は発進用先行ビット１７と同一円周上を追従するように配置されると共に、先に発進用先行ビット１７側が上述した発進用立坑Ａの坑口壁２を掘削するようになっている。尚、この到達用先行ビット１６及び発進用先行ビット１７は、ビット本体１８の先端両側に超硬質のビットチップ１９，１９を配したものであり、高さと掘削幅が異なるのみでその材質は従来と同様なものが用いられている。さらに、これら到達用先行ビット１６，発進用先行ビット１７，メインカッタービット１５は図１に示すように、隣接したスポーク１４に設けられたものと変位した位置に取り付けられており、これらビット１６，１７，１５による掘削が均一に行われるようになっている。
【００２０】
以上において、本実施の形態の作用を説明する。
【００２１】
先ず、高強度壁切削における発進時には、最もビット高さの高い発進用先行ビット１７が最初に発進用立坑Ａ側の坑口壁２に接触し、この発進用先行ビット１７によって発進用立坑Ｂ側の坑口２を櫛歯状に切り崩して切削し、シールド掘進機全体が通過できる坑口を形成することになる。この時、到達用先行ビット１６は、この発進用先行ビット１７と同一円周上を旋回することによって保護されて発進用立坑Ａ側の坑口壁２には直接接触しないため、その先端のビットチップ１９，１９は殆ど磨耗することはない。
【００２２】
次に、このようにして発進用立坑Ａ側の坑口壁２が切削されたら、この発進用先行ビット１７と共に最も切削幅の広いメインカッタービット１５が地山に接触し、これを順次掘削していくことになる。そして、この時点においても到達用先行ビット１６は、上記と同様発進用先行ビット１７によって保護されているため、直接地山を切削することなく殆ど磨耗することはない。
【００２３】
その後、このようにして掘削が進行し、やがてそのカッターヘッド１０が到達用立坑Ｂ側の坑口壁２に達すると、発進用立坑Ａ側の坑口壁２と同様、最もビット高さの高い発進用先行ビット１７が最初に接触し、これを切削することになるが、この発進用先行ビット１７は発進時からこの時点に至るまで常に地山に接触した状態となっているため、磨耗が大きく進行しており、もはや到達用立坑Ｂ側の坑口壁２を掘削する能力がなくなっている場合が殆どである。
【００２４】
一方、この発進用先行ビット１７によって保護されていた到達用先行ビット１６は到達時点においても殆ど磨耗していない状態か、磨耗度合いも極僅かであることから、発進用先行ビット１７の掘削能力がなくなった場合には、この発進用先行ビット１７に代わり、到達用先行ビット１６がその切削能力を発揮して到達用立坑Ｂ側の坑口壁２を良好かつ確実に切削することになる。
【００２５】
すなわち、本発明のシールド掘進機は、従来の先行ビット９に加えてこれよりも高さが高く且つ切削幅が広い発進用先行ビット１７を備え、この発進用先行ビット１７によって、発進用立坑Ａ側の坑口壁２を掘削すると共に従来の先行ビット９に相当する到達用先行ビット１６を到達用立坑Ｂ側の坑口壁２に至るまで保護するようにしたものである。
【００２６】
従って、本発明のシールド掘進機にあっては、従来のように先行ビット９が到達用立坑Ｂに達する前に磨耗してその機能を喪失してしまうようなことがなくなり、発進から到達まで確実に掘削を行うことが可能となる。
【００２７】
尚、この発進用先行ビット１７は、必ずしも全ての到達用先行ビット１６の両側に設ける必要がなく、その一部の到達用先行ビット１６に対して設けるように構成しても良い。要するに少なくとも到達用立坑Ｂの坑口壁２を確実に掘削できるだけ数の到達用先行ビット１６を保護するようにすれば良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮することができる。
【００２９】
▲１▼  到達用先行ビットに加え、これを保護する発進用先行ビットを備えたため、到達用先行ビットが到達する前に磨耗することがなくなり、その機能を到達地点まで確保することができる。
【００３０】
▲２▼  従って、発進地点から到達地点までのシールド掘削を確実に行うことが可能となる。
【００３１】
▲３▼  新たなシールド掘進機を製作することなく、従来の高強度壁切削用シールド掘進機をそのまま使用することができるため、優れた経済性を発揮することができる。
【００３２】
▲４▼  到達用先行ビットは勿論、メインビットの磨耗度も減少するため、掘削距離を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカッターヘッドの実施の一形態を示す部分正面図である。
【図２】図１中Ｘ−Ｘ断面図である。
【図３】図１中Ｙ部を示す部分拡大図である。
【図４】従来の高強度壁切削用シールド掘進機のカッターヘッドを示す正面図である。
【図５】図４に示すカッターヘッドに設けられたカッタービットを示す拡大図である。
【図６】従来の高強度壁切削を示す概略図である。
【符号の説明】
２    坑口壁
１０  カッターヘッド
１５  メインカッタービット
１６  到達用先行ビット
１７  発進用先行ビット
Ａ    発進用立坑
Ｂ    到達用立坑
【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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