JP2000297595A - トンネル掘削方法およびそれに用いるシールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大掛かりな装置を用いずに１台の掘進機で異
なる土質を掘削施工する。 【解決手段】 固定式カッタビット（ツールビット２
０、先行ビット２１）と可動式ディスクカッタ１８，１
９とを備えるカッタヘッド３を用い、土砂・粘性土層を
掘削する際には全てのディスクカッタ１８，１９の刃先
をカッタビット２０，２１の刃先より没入させ、砂礫・
岩盤層を掘削する際には全てのディスクカッタ１８，１
９の刃先をカッタビット２０，２１の刃先より突出させ
て切羽の掘削を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土砂・粘性土層と
砂礫・岩盤層の両方を連続して掘削するトンネル掘削方
法およびその方法の実施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】従来、砂礫・岩盤層を掘削するディスク
カッタ付きのシールド掘進機を用いて土砂・粘性土層の
掘削を行うと、土砂層ではディスクカッタ刃先の摩耗が
進行し易いという問題点があり、また粘性土層ではディ
スクカッタ刃先部の閉塞によってそのディスクカッタが
回転不能になったり、偏摩耗が発生するといった問題点
があった。これを解決するために、土砂・粘性土層で
は、薬液注入によってカッタヘッド周辺の地盤改良を行
った後、カッタヘッドチャンバ内の清掃を行って作業員
がカッタヘッドチャンバ内に入り、手作業でカッタヘッ
ド前部に装着されているディスクカッタを取り外し、土
質によってはそのディスクカッタ装着部にアローヘッド
もしくは先行ビットを取り付けて再度掘進を行う方法が
採られている。

【０００３】しかしながら、このようなディスクカッタ
とアローヘッド、先行ビットとを換装する作業は多くの
工数が必要であるとともに、重量のあるディスクカッタ
を人手により運搬しなければならず、工期の上からも作
業者の作業負担の上からも種々の問題点がある。

【０００４】このような問題点に対処するために、特開
昭６０−２３３２９３号公報や実開昭６０−８７２９９
号公報においては、カッタヘッドを岩盤掘削用カッタヘ
ッドと軟質層掘削用カッタヘッドとに分割し、軟質層掘
削用カッタヘッドをシリンダ装置により前後動させるよ
うにし、軟質層掘削用カッタヘッドを後退させた状態で
岩盤を掘削し、軟質層掘削用カッタヘッドを前進させて
粘土層等を掘削するようにしたものが提案されている。

【０００５】なお、本願発明に関連する先行技術とし
て、実開平３−７９３９６号公報に開示されたものがあ
る。この公報に記載の技術は、シールド掘削機の障害物
掘削装置に関わるものであって、障害物掘削用の掘削刃
を複数群に分けてカッタヘッド内に配設し、第１群の各
掘削刃で障害物の掘削を行っていて同第１群の掘削刃が
摩耗すると、ジャッキにより第２群の掘削刃を切羽側へ
突出させ、これにより障害物の掘削作業を続行させるよ
うにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開昭６０−２３３２９３号公報や実開昭６０−８７２９
９号公報に記載のトンネル機械のように、カッタヘッド
そのものを前後動させ、岩盤掘削用カッタヘッドと軟質
層掘削用カッタヘッドとを切換えて掘削を行う方式で
は、カッタヘッド移動用のシリンダ装置として大型のも
のが必要であるだけでなく、前後移動されるカッタヘッ
ドの摺動部等の構造も複雑となって装置全体が大掛かり
になってしまうという問題点がある。

【０００７】また、前記実開平３−７９３９６号公報に
記載のものは、障害物掘削のための掘削刃の出し入れ機
構であって、前述のような土砂・粘性土層と砂礫・岩盤
層の両方の土質を掘削するための技術手段を開示するも
のではない。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、大掛かりな装置を必要とすることなく、１
台の掘進機で異なる土質を掘削施工することのできるト
ンネル掘削方法およびそれに用いるシールド掘進機を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、第１発明によるトンネル掘削方法
は、土砂・粘性土層と砂礫・岩盤層の両方を連続して掘
削するトンネル掘削方法であって、固定式カッタビット
と可動式ディスクカッタとを備えるカッタヘッドを用
い、土砂・粘性土層を掘削する際には全てのディスクカ
ッタの刃先をカッタビットの刃先より没入させ、砂礫・
岩盤層を掘削する際には全てのディスクカッタの刃先を
カッタビットの刃先より突出させて切羽の掘削を行うこ
とを特徴とするものである。

【００１０】本発明においては、カッタヘッドに取り付
けられるディスクカッタを可動式にするとともに、カッ
タビットを固定式にし、土砂・粘性土層を掘削する際に
は全てのディスクカッタの刃先がカッタビットの刃先よ
り没入されてそれらカッタビットにより掘削が行われ、
砂礫・岩盤層を掘削する際には全てのディスクカッタの
刃先がカッタビットの刃先より突出されてそれらディス
クカッタにより掘削が行われる。したがって、従来のよ
うに土砂・粘性土層において地盤改良を行ったり、手作
業でディスクカッタを取り外したりする必要がなくな
り、また砂礫・岩盤層において手作業でディスクカッタ
を取り付ける必要がなくなり、カッタビットによる掘削
からディスクカッタによる掘削への切換えおよびディス
クカッタによる掘削からカッタビットによる掘削への切
換えを容易に行うことができる。こうして、土砂層でデ
ィスクカッタが余計に摩耗することがなくなり、また粘
土・シルト層でディスクカッタ周りへ粘土・シルト層が
付着し、固結することによってディスクカッタが回転不
能の事態に陥ったり、刃先の早期摩耗のトラブルが発生
したりするのを防止することが可能となり、大掛かりな
装置を必要とせずに、１台の掘進機で異なる土質の掘削
施工が容易に行えることになる。

【００１１】次に、第２発明によるシールド掘進機は、
第１発明によるトンネル掘削方法の実施に用いるシール
ド掘進機に関わるものであって、土砂・粘性土層と砂礫
・岩盤層の両方を掘削可能なカッタヘッドを備えるシー
ルド掘進機であって、前記カッタヘッドには、土砂・粘
性土層掘削用の固定式カッタビットが全面にわたって所
要数配されるとともに、この固定式カッタビットの刃先
に対して出没される砂礫・岩盤層掘削用の可動式ディス
クカッタが全面にわたって所要数配されることを特徴と
するものである。

【００１２】本発明においては、カッタヘッドに設けら
れる可動式ディスクカッタが出没操作され、土砂・粘性
土層を掘削する際には全てのディスクカッタの刃先がカ
ッタビットの刃先より没入されてそれらカッタビットに
より掘削が行われ、砂礫・岩盤層を掘削する際には全て
のディスクカッタの刃先がカッタビットの刃先より突出
されてそれらディスクカッタにより掘削が行われる。こ
うして、第１発明と同様の作用効果をシールド掘進機に
おいて実現することができる。

【００１３】この第２発明のシールド掘進機において、
前記ディスクカッタは、前記カッタヘッドの中心に対し
て放射状に配されるスポーク内に設けられ、前記固定式
カッタビットは、各ディスクカッタに隣接して設けられ
るのが好ましい。これにより、砂礫・岩盤層および土砂
・粘性土層のいずれの土質においてもより効率的な掘進
を行うことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明によるトンネル掘削
方法およびそれに用いるシールド掘進機の具体的な実施
の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例に係るシールド
掘進機の縦断面図、図２は、同シールド掘進機の正面図
である。

【００１６】本実施例のシールド掘進機１においては、
円筒状のシールド本体２の前部にカッタヘッド３が回転
自在に支持され、このカッタヘッド３がカッタヘッド駆
動用モータ４にて回転駆動されるように構成されてい
る。カッタヘッド３の後方にはバルクヘッド（隔壁）５
が設けられ、これらカッタヘッド３とバルクヘッド５と
の間に圧力室６が画成されている。この圧力室６には、
その圧力室６内に泥水を送り込む送泥管７と、この送泥
管７により送り込まれる泥水と掘削土砂とを混ぜ合わせ
た状態で排出する排泥管８の各先端部が開口するように
されている。また、前記バルクヘッド５には、圧力室６
内の掘削土砂と泥水とを撹拌するためのアジテータ９が
取り付けられている。

【００１７】前記シールド本体２の内周側には複数本の
シールドジャッキ１０の基端部が装着され、このシール
ドジャッキ１０の先端部には、セグメント１１の前端面
に押し当てて推進反力を得るためのスプレッダ１２が装
着されている。なお、符号１３で示されるのは、掘進機
本体の軸心周りの回転を防止するためのローリングスト
ッパ、符号１４で示されるのはセグメントエレクタ、符
号１５で示されるのは真円保持装置である。

【００１８】前記カッタヘッド３は、その中心から半径
方向に放射状に延びる多数本のスポーク部１６を有する
とともに、カッタヘッド３の外周側であって互いに隣接
するスポーク部１６間に略扇形形状の面板部１７を有し
ている。前記各スポーク部１６には多数のディスクカッ
タ１８が装着されるとともに、中心部にはディスクカッ
タを数個直列に連結した形のセンタディスクカッタ１９
が装着され、また各スポーク部１６の両側には多数のツ
ールビット（カッタビット）２０が取り付けられてい
る。一方、これらスポーク部１６間に配される面板部１
７には多数の先行ビット（カッタビット）２１が取り付
けられている。

【００１９】前記スポーク部１６に配されるディスクカ
ッタ１８は、出没機構２２によって、ディスクカッタ本
体２３がスポーク部１６の表面から突出する位置とその
表面内に没入する位置との間で出没できるようにされて
いる。以下、この出没機構２２の詳細構造を、図３に示
される断面図によって説明する。

【００２０】この出没機構２２は、ディスクカッタ本体
２３が支持される台座２４と、この台座２４の外周部に
設けられるホルダ２５とを備える構造とされている。台
座２４は、外周面が略円筒形状で、内周面に中央へ向け
て突出する複数個の受け座２４ａを有しており、これら
受け座２４ａにディスクカッタ本体２３が載置されて下
方からボルトにより固定されるようになっている。一
方、前記ホルダ２５は、前記台座２４の外周面と摺接す
るように配され、このホルダ２５を貫通する複数本のボ
ルトによってカッタヘッド３のスポーク部１６に固定さ
れている。なお、ホルダ２５の各部材間は別のボルトに
よって互いに固定されている。

【００２１】前記台座２４の外周面にはスプライン歯２
６が設けられ、このスプライン歯２６がホルダ２５内周
面の溝部に嵌合することで、小さな面圧でホルダ２５に
対する台座２４の回り止めができる構造とされている。
また、ホルダ２５には２系統のオイル通路（図示せず）
が形成され、各オイル通路が、台座２４、ホルダ２５の
摺動面に形成されるチャンバー２７，２８にそれぞれ開
口することで、ホルダ２５をシリンダとし台座２４をピ
ストンとして、ホルダ２５に対して台座２４、言い換え
ればディスクカッタ本体２３がスポーク部１６の表面か
ら突出する位置（図３の実線位置）とその表面内に没入
する位置（図３の鎖線位置）との間で移動できるように
されている。

【００２２】このような構成において、砂礫・岩盤層を
掘削する際には全てのディスクカッタ１８における下方
側のチャンバー２７に油圧を供給することで、台座２４
（ディスクカッタ本体２３）がホルダ２５に対して前進
され、図３の実線で示されるようにディスクカッタ本体
２３の刃部がスポーク部１６の表面から突出してツール
ビット２０、先行ビット２１の刃先より前方へ突出す
る。一方、土砂・粘性土層を掘削する際には全てのディ
スクカッタ１８における上方側のチャンバー２８に油圧
を供給することで、台座２４（ディスクカッタ本体２
３）がホルダ２５に対して後退され、図３の鎖線で示さ
れるようにディスクカッタ本体２３の刃部がスポーク部
１６の表面に対して没入してツールビット２０、先行ビ
ット２１の刃先より後退する。

【００２３】また、スポーク部１６の中心部に配される
センタディスクカッタ１９は、出没機構２９によって、
ディスクカッタ本体３０がスポーク部１６の表面から突
出する位置とその表面内に没入する位置との間で出没で
きるようにされている。

【００２４】図４に示されるように、このセンタディス
クカッタ１９においては、ディスクカッタ本体３０が棒
状の保持体３１の先端部に保持され、この保持体３１の
後部がバルクヘッド５に固定される円筒状のシリンダ３
２内に嵌合され、バルクヘッド５に取り付けられる複数
個のジャッキ３３の伸縮作動によって、保持体３１がシ
リンダ３２に沿って前後に摺動することで、ディスクカ
ッタ本体３０がスポーク部１６の表面から突出する位置
（図４の実線位置）とその表面内に没入する位置（図４
の鎖線位置）との間で移動できるようにされている。

【００２５】このように構成されているので、ディスク
カッタ１８と同様、砂礫・岩盤層を掘削する際にはジャ
ッキ３３を収縮方向に操作することで、ディスクカッタ
本体３０が前進され、図４の実線で示されるようにディ
スクカッタ本体３０の刃部がスポーク部１６の表面から
突出してツールビット２０、先行ビット２１の刃先より
前方へ突出する。一方、土砂・粘性土層を掘削する際に
はジャッキ３３を伸長方向に操作することで、ディスク
カッタ本体３０が後退され、図４の鎖線で示されるよう
にディスクカッタ本体３０の刃部がスポーク部１６の表
面に対して没入してツールビット２０、先行ビット２１
の刃先より後退する。

【００２６】本実施例のシールド掘進機１を用いて土砂
・粘性土層を掘削する際には、全てのディスクカッタ１
８およびセンタディスクカッタ１９の刃先をツールビッ
ト２０および先行ビット２１の刃先より没入させて、そ
れらツールビット２０および先行ビット２１により掘削
が行われる。これにより、土砂層でディスクカッタが余
計に摩耗することがなくなり、また粘土・シルト層でデ
ィスクカッタの閉塞により回転不能の事態に陥ったり、
刃先摩耗のトラブルが発生したりするのを防止すること
ができる。

【００２７】一方、このシールド掘進機１を用いて砂礫
・岩盤層を掘削する際には、出没機構２２，２９を操作
して全てのディスクカッタ１８およびセンタディスクカ
ッタ１９の刃先をツールビット２０および先行ビット２
１の刃先より突出させてそれらディスクカッタ１８，１
９により掘削が行われる。これにより、土質に適した掘
削刃により効率的に掘削を行うことができるとともに、
大掛かりな装置を必要とせずに、カッタビットによる掘
削からディスクカッタによる掘削への切換えを容易に行
うことができる。また、本実施例によれば、従来のよう
に土砂・粘性土層において地盤改良を行ってから、手作
業でディスクカッタの取り付け、取り外しを行う必要が
なくなり、極めて簡単な装置で異なる土質での掘削施工
を容易に行うことができる。

【００２８】本実施例においては、ディスクカッタ１８
の出没機構として、ディスクカッタ本体２３を保持する
台座２４をホルダ２５に内蔵させ、ホルダ２５に対して
台座２４を前後摺動させるように構成したものを説明し
たが、この出没機構としては、ディスクカッタ本体を支
持するリテーナに１個もしくは複数個の出没用ジャッキ
を取り付け、このジャッキの伸縮操作によりリテーナを
介してディスクカッタ本体を出没させるような構造であ
っても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係るシールド掘進
機の縦断面図である。

【図２】図２は、本実施例のシールド掘進機の正面図で
ある。

【図３】図３は、ディスクカッタの断面図である。

【図４】図４は、センタディスクカッタの構造図であ
る。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ シールド本体 ３ カッタヘッド １６ スポーク部 １７ 面板部 １８ ディスクカッタ（可動式ディスクカッタ） １９ センタディスクカッタ（可動式ディスクカッ
タ） ２０ ツールビット（固定式カッタビット） ２１ 先行ビット（固定式カッタビット） ２２ 出没機構 ２３ ディスクカッタ本体 ２４ 台座 ２５ ホルダ ２７，２８ チャンバー ２９ 出没機構 ３０ ディスクカッタ本体 ３１ 保持体 ３２ シリンダ ３３ ジャッキ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二羽 誠 石川県小松市八日市町地方５ 株式会社小 松製作所小松工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AC05 BA03 BA07 BB04 BB06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 土砂・粘性土層と砂礫・岩盤層の両方を
   連続して掘削するトンネル掘削方法であって、固定式カ
   ッタビットと可動式ディスクカッタとを備えるカッタヘ
   ッドを用い、土砂・粘性土層を掘削する際には全てのデ
   ィスクカッタの刃先をカッタビットの刃先より没入さ
   せ、砂礫・岩盤層を掘削する際には全てのディスクカッ
   タの刃先をカッタビットの刃先より突出させて切羽の掘
   削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
2. 【請求項２】 土砂・粘性土層と砂礫・岩盤層の両方を
   掘削可能なカッタヘッドを備えるシールド掘進機であっ
   て、前記カッタヘッドには、土砂・粘性土層掘削用の固
   定式カッタビットが全面にわたって所要数配されるとと
   もに、この固定式カッタビットの刃先に対して出没され
   る砂礫・岩盤層掘削用の可動式ディスクカッタが全面に
   わたって所要数配されることを特徴とするシールド掘進
   機。
3. 【請求項３】 前記ディスクカッタは、前記カッタヘッ
   ドの中心に対して放射状に配されるスポーク内に設けら
   れ、前記固定式カッタビットは、各ディスクカッタに隣
   接して設けられる請求項２に記載のシールド掘進機。