(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽を地盤改良し、その後カッタヘッドをスキンプレートの前部に設けた貫入リング内に収まるように縮径させ、次いで貫入リングを回転させつつ前進させて前記地盤改良した地盤改良体に貫入させ、貫入リング内の切羽に位置している前記カッタヘッドを坑内側へ後退させて、貫入リング内の切羽とカッタヘッドの間に空間を形成し、この空間を利用してカッタヘッドの前面に設置されているカッタビットの交換を行うことを特徴とするシールドマシンにおけるカッタビットの交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドマシンにおけるカッタビットの交換を好適に実施するための交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールドマシンによるトンネルの長距離施工では、カッタヘッドの前面に配置されている複数のカッタビットの摩耗・欠損が生じやすいため、施工の途中段階においてこれらカッタビットの交換が必要になる場合が多い。これまでに、複数のカッタビットを一連のカートリッジと見立て、カートリッジごと交換する方法や球体式シールドマシンを利用し、カッタヘッドを切羽側から坑内側に回転させて摩耗・欠損が生じているカッタビットを交換する等の方法が採用されている。しかし、カートリッジ式では交換の必要がないカッタビットも同時に交換されることとなる、カッタヘッドの回転式ではシールドマシン自体がコスト高となる等、デメリットが生じる。このような中、もっとも多く実施されている方法は、切羽を含む広い範囲を地盤改良し、シールドマシンから地山部に位置するカッタヘッド前面に作業員が出て、摩耗・欠損が生じているカッタビットを作業員の手により交換する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、カッタビットの交換には様々な方法が採用されているが、それぞれ一長一短ある場合が多く、現状でもっとも一般的に用いられている方法で、カッタヘッド前面の地山部において作業員が交換作業を行う方法は効率的であるが、作業員の安全の確保が困難であり、安全確保のために切羽の地盤改良範囲を大きくとる必要がある等、経済的とはいえなかった。
【０００４】
本発明は上述する課題を解決するもので、カッタヘッド前面で作業員が交換作業を行う方法において、地盤改良範囲を低減するとともに、作業員が地山部に出るときの安全性を向上させることのできるシールドマシンにおけるカッタビットの交換方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、切羽を地盤改良し、その後カッタヘッドをスキンプレートの前部に設けた貫入リング内に収まるように縮径させ、次いで貫入リングを回転させつつ前進させて前記地盤改良した地盤改良体に貫入させ、貫入リング内の切羽に位置している前記カッタヘッドを坑内側へ後退させて、貫入リング内の切羽とカッタヘッドの間に空間を形成し、この空間を利用してカッタヘッドの前面に設置されているカッタビットの交換を行うことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明に係るシールドマシンの実施形態、および同シールドマシンにおけるカッタビットの交換方法を順を追って示す。図中、符号１はシールドマシン、２は貫入リング、３はカッタヘッド、４はコピーカッタを示している。また、図３は、シールドマシン１の前部に位置するカッタヘッド３の詳細を示すものである。通常のトンネル掘進時には（ａ）に示すようにコピーカッタ４がシールドマシン１のスキンプレート５と同じ場所に位置しているが、カッタビット９の交換作業時には貫入リング２の内径に収まる位置にまでスキンプレート５の半径方向に伸縮移動している。
【０００９】
図４は、切羽１２が不安定で切羽崩壊の防止手段を講じる必要が生じた際に、シールド工法毎による切羽崩壊の防止手段を示したものである。
【００１０】
本発明のシールドマシン１は、切羽１２を掘削するためのカッタヘッド３と、カッタヘッド３を後方から支持するシールド本体６と、シールド本体６に設けられた貫入リング２と、シールド本体６の後方に連なる筒状のスキンプレート５、から構成される。
【００１１】
前記スキンプレート５は、カッタヘッド３の後方に円筒状に連なるものであり、カッタヘッド３とスキンプレート５は外径が同一となっている。このスキンプレート５の内側には、セグメントが順次覆工されていく。
【００１２】
前記シールド本体６内のスキンプレート５の内側には、押圧ジャッキ（図示しない）が備えられている。この押圧ジャッキは、スキンプレート５の内側に順次覆工されていくセグメントを押圧し、その反力でシールドマシンを掘進させるものである。
【００１３】
前記カッタヘッド３は、円盤形状をなし、その前面に配置された切羽１２を掘削するカッタビット９と、スキンプレート５の半径方向に伸縮が可能な伸縮ジャッキ７を介してカッタヘッド３の外縁部に設置されてトンネルの外周部を掘削するコピーカッタ４、カッタヘッドを前後方向へスライドさせるカッタヘッドスライド装置２６、から構成される。
【００１４】
該カッタヘッド３が回転することにより、切羽１２と対向する位置に設けられたカッタビット９によって坑を掘進するようになっている。カッタヘッド３の前面には土砂２５をシールド本体６内に取り込むための孔（図示省略）が設けられている。
【００１５】
トンネル掘削時は、伸縮ジャッキ７が延伸された状態で、コピーカッタ４がスキンプレート５と同位置にあり、スキンプレート５とカッタヘッド３が同断面となっているが、カッタビット９交換時には、伸縮ジャッキ７が収縮されて、コピーカッタ４は前記貫入リング２の内径部に位置し、カッタヘッド３全体が該貫入リング２内に収まるように縮径される。
【００１６】
一方、前記カッタヘッド３の回転動力部には、カッタヘッドスライド装置２６が設けられている。該カッタヘッドスライド装置２６は、該カッタヘッド３全体縮径されて該貫入リング２内に収まる状態時において、該カッタヘッドスライド装置２６に設けられたジャッキの伸縮により、該カッタヘッド３をシールド本体６の前面からチャンバー１１ａの間でシールド本体６の前後方向に移動させるものである。
【００１７】
前記貫入リング２は、切羽１２の切削を補助する切削用補助リング１８と、該切削用補助リング１８をシールドマシン１から前方に押し出す押し出しリング１９、とからなり、これらが断面鉤型に組み合わさって貫入リング２を構成している。該貫入リング２は、スキンプレート５の前部に配置され、前端に切羽１２を切削する貫入用カッタビット１７を有するとともに、前記スキンプレート５に対して回転可能、かつ前後方向への移動可能となっている。
【００１８】
スキンプレート５の内周面には、貫入リング２を格納するリング室１５が設けられて、通常のトンネル掘削時では、前記貫入リング２は該リング室１５に格納されている。該リング室１５の出入り口部には、リング室内１５に土砂２５が入り込まないように、出入り口の隙間を覆う土砂シール２１が取り付けられている。
【００１９】
また、該貫入リング２の内周面、詳しくは切削用補助リング１８の内周面において、シールドマシン１の回転軸方向に数本の嵌合溝８が設けられており、貫入リング２内に収まるように縮径された前記カッタヘッド３のコピーカッタ４を該嵌合溝８に嵌合することにより、カッタヘッド３が回転すると、貫入リング２も連動して回転するよう構成されている。ただし、該貫入リング２が前記シールドマシン１の前後方向に移動する際には、コピーカッタ４は定位置のままで貫入リング２のみが該嵌合溝８をスライドして、単独で前後に移動することとなる。
【００２０】
さらに、該貫入リング２をシールドマシン１から押し出す押出し手段は、貫入リング２の一部を構成している前記押し出しリング１９の後部で、リング室１５の外側に設置されている押し出し用ロッド２０と、押し出し用ロッド２０を介して押し出しリング１９をシールドマシン１の前後方向へスライドさせる、スキンプレート５の内周面で回転軸方向に固定されたリングスライドジャッキ１６、から構成されている。
【００２１】
次に、上記構成のシールドマシン１を設けたトンネルの施工方法を説明する。まず、シールドマシン１の前進方向で地盤改良を実施する範囲を決定し、地盤改良の実施個所とシールドマシン１の躯体前面との間に薬液注入を行う際のバルクヘッド１４を設けた後、薬液柱入管をカッタヘッド３の前面で土砂２５をシールド本体６内に取り込むための孔（図示省略）から地盤改良の実施個所に差し込み、薬液注入による地盤改良を行う（図１（ａ））。
【００２２】
前記薬液注入管１３を取り除いて地盤改良体１０までシールドマシン１により掘進し、シールドマシン１が地盤改良体１０に達した時点で掘進を停止する（図１（ｂ））。前記カッタヘッド３の外縁部に設置されているコピーカッタ４の伸縮ジャッキを縮小させ、コピーカッタ４の設置位置をスキンプレート５から前記貫入リング２の内径部へ伸縮移動させる。前記貫入リング２を切羽１２方向へ一定距離押し出し、前記貫入リング２の内径部に設けられている嵌合溝８へ前記コピーカッタ４を嵌合させた後（図１（ｂ））、前記カッタヘッド３を回転させて貫入リング２を回転させるとともに、リングスライドジャッキ１６を延伸させて貫入リング２を切羽方向に押し出しながら、地盤改良体１０を切削する。
【００２３】
リングスライドジャッキ１６は延伸することにより、前記押し出し用ロッド２０がリング室１５内に格納されている前記押し出しリング１９を切羽１２側に押し出して、前記貫入リング２全体をスキンプレート５より前方に突出させる（図１（ｃ））。
【００２４】
ある一定距離で切削を停止した後、地盤改良体１０内に押し込まれている前記貫入リング２の周囲に対して、貫入リング２を構成する前記押し出しリング１９にあらかじめ取り付けられた、図示しない止水材注入管を用いて止水材を注入した後、止水状況を確認する。
【００２５】
止水状況を確認した後、カッタヘッドスライド装置２６を短縮させて、切羽１２に位置しているカッタヘッド３を貫入リング２の前記嵌合溝８にスライドさせながらシールドマシン１の躯体内に後退させ、該貫入リング２内において切羽１２とカッタヘッド３の間に空間１１を設ける（図２（ｅ））。作業員はシールドマシン１の躯体内より該貫入リング２内の空間１１、ないしシールドマシン１のチャンバー１１ａの中に出てカッタヘッド３の前面に設置されているカッタビット９の摩耗・欠損状況を確認するとともに、劣化が認められるカッタビット９について、交換作業を行う。
【００２６】
このとき、切羽１２の安定に問題がない場合には、地盤改良のみで前記貫入リング２を用いてカッタビット９の交換作業を行うが、切羽１２が安定しない場合にはカッタビット９の交換作業用に切羽１２と前記カッタヘッド３の間にあけた空間１１に圧気２２を供給し、図４（ａ）に示すように切羽１２に圧気２２による圧力をかける。もしくは図４（ｄ）に示すように前記カッタヘッド３のカッタスリット（図示しない）から山止めジャッキ２３を出す等の措置を行い、切羽１２を安定させる。
【００２７】
本発明は、機械堀式シールドの場合に適用したが、泥水加圧式、土圧式のいずれの場合のシールド工法においても採用することが可能である。ただし、切羽１２が安定しないような現場においては、その安定措置の方法が異なる。
【００２８】
各シールド工法における切羽１２の安定措置としては、工法が泥水加圧式の場合には、図４（ｂ）に示すように、カッタビット９の交換作業用に切羽１２と前記カッタヘッド３の間にあけた空間１１に対して、下半に泥水２４を張るが、状況に応じてさらに圧気２２を施す措置を執る。さらに土圧式の場合には、図４（ｃ）に示すようにカッタビット９の交換作業用に切羽１２と前記カッタヘッド３の間にあけた空間１１に対して、下半に土砂２５を残す、また状況に応じてさらに圧気２２を施す等の補助工法を採用する。
【００２９】
以上の手順により前記カッタヘッド３に配置されたカッタビット９の交換が終了次第、該カッタヘッド３を切羽１２まで前進させるとともに、該貫入リング２を回転後退させながらシールドマシン１の躯体内に設けられたリング室１５に収める。前記コピーカッタ４がシールドマシン１のスキンプレート５と同径になるよう、前記伸縮ジャッキ７を延伸移動させた後、掘進作業を再開する（図２（ｆ）（ｇ））。
【００３０】
上述の構成によれば、従来のシールドマシン１に対して、前記貫入リング２、前記カッタヘッドスライド装置２６、および前記コピーカッタ４を装備すれば良く、前記貫入リング２の回転動力についても、前記嵌合溝８に嵌合された状態の縮径されたカッタヘッド３を回転させることによって、貫入リング２を回転させることが可能であり、新たなモータも必要ないことから、簡略な構造で安全で確実なカッタビット９の交換作業を実施することができる。
【００３１】
前記貫入リング２内で切羽１２とカッタヘッド３の間にできる空間１１を作業空間として、カッタヘッド３の前面に設置されているカッタビット９の交換作業を行うことが可能なため、地盤改良範囲を広くとる必要がなく経済的であるとともに、直に地山部に出て作業をする必要がなく、安全性が向上する。
【００３２】
前記カッタビット９の交換作業は、必要に応じて上述した手順を繰り返し実施すれば良く、実施回数に制限がないため、本発明のシールドマシン１は長距離トンネルの施工に適した構造である。
【００３３】
前記カッタビット９の交換について、現況を目視により確認しながら点検作業が行うことができるとともに、劣化したカッタビット９のみの交換が実施できることから、作業効率の良いメンテナンスが実現できることとなる。
【００３４】
切羽１２の地盤改良について、路上ないしトンネル坑内から行うが、その手法は薬液注入工法、噴射攪拌工法、凍結工法といった従来工法とすることにより、施工方法が簡便でカッタビットの交換作業に係る負担が少ない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１のシールドマシンにおけるカッタビットの交換方法によれば、切羽を地盤改良し、その後カッタヘッドをスキンプレートの前部に設けた貫入リング内に収まるように縮径させ、次いで貫入リングを回転させつつ前進させて前記地盤改良した地盤改良体に貫入させ、貫入リング内の切羽に位置している前記カッタヘッドを坑内側へ後退させて、貫入リング内の切羽とカッタヘッドの間に空間を形成し、この空間を利用してカッタビットの交換を行うことから、カッタビットの交換作業実施のための地盤改良範囲を低減することが可能であるとともに、目視確認の後に劣化したカッタビットのみを交換することができ、かつカッタヘッド前面のあらゆるカッタビットを交換することが可能となる。さらには、カッタビット交換の際には同じ作業を繰り返し実施すれば良く、交換作業の回数に制限がないため、長距離トンネル施工への採用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るシールドマシンにおけるカッタビットの交換方法を示す手順図である。
【図２】  本発明に係るシールドマシンにおけるカッタビットの交換方法を示す手順図である（図１の続き）。
【図３】  本発明に係るシールドマシンのカッタヘッドを示す詳細図である。
【図４】  本発明に係るシールド工法毎の切羽崩壊防止工法を示す詳細図である。
【符号の説明】
１  シールドマシン
２  貫入リング
３  カッタヘッド
４  コピーカッタ
５  スキンプレート
６  シールド本体
７  伸縮ジャッキ
８  嵌合溝
９  カッタビット
【図１】
0003750052.tif 000002
【図２】
0003750052.tif 000003
【図３】
0003750052.tif 000004
【図４】
0003750052.tif 000005