JP6238432B2 - シールド掘進機のカッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機のカッタ盤およびそれを備えるシールド掘進機に関し、例えば、カッタ盤の外周リング部を保護する保護ビットの摩耗対策に関する技術である。

シールド掘進機は、その前面に設けられたカッター盤を地山の切羽に押し当て回転させながら前進することで地山に掘削坑を形成する機器である。このシールド掘進機のカッター盤の外周リング部には、その外周リング部を保護する保護ビットが設けられている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２−２０７４１２号公報

ところで、カッター盤の外周リング部を保護する保護ビットは外周リング部に溶接等で固定されているため、保護ビットが摩耗した場合、保護ビットをガス切断等で外周リング部から切り離し、新しい保護ビットを溶接し直さなければならない。また、保護ビットが摩耗したか否かは切羽に出て直接確認しなければならない。このため、保護ビットの摩耗確認や交換の作業は長時間に渡り掘削作業を中断させるので、シールド掘進機の長距離施工を阻害する要因になっている。

特に、シールド掘進機により砂礫層や玉石層等を掘削する場合、カッター盤の外周リング部の環境が厳しく、ビットの交換頻度が、カッター盤の前面のメインビットの摩耗ではなく、外周リング部の保護ビットの摩耗により決定される場合が多い。したがって、カッター盤の環境が厳しい条件下での掘削作業においては、如何にして、カッター盤の外周リング部の保護ビットの摩耗確認や交換の頻度を減らし、シールド掘進機の長距離施工を実現するかが重要な課題となっている。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、シールド掘進機のカッター盤の外周リング部を保護する保護ビットの寿命を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、シールド掘進機のカッタ盤の外周リング部に、該カッタ盤の径方向に移動自在の状態で前記外周リング部から突出して設けられ、前記外周リング部を保護する保護ビットと、前記外周リング部に設けられた検出部の摩耗により該外周リング部の摩耗状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された情報に基づいて、前記外周リング部からの前記保護ビットの突出高さを調整する高さ調整手段と、を備え、前記検出手段は、前記外周リング部の内周から当該外周リング部の厚さ方向の途中位置である摩耗検出位置まで延びるようにして前記外周リング部に直接形成された穴を含む油圧配管からなる前記検出部を備え、当該検出部が摩耗によって流体圧が低下することで前記外周リング部の摩耗状態を検出する蓄圧式摩耗検出装置である、ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、上記請求項１記載の発明において、前記検出部は、前記摩耗検出位置の異なる複数の油圧配管で構成されて前記外周リング部の複数の摩耗状態が検出可能とされ、前記高さ調整手段は、前記検出部で検出された情報に応じて前記保護ビットの突出高さを多段に調整することが可能なように設定されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２記載の発明において、前記保護ビットの後端部には、前記外周リング部の内周面に設置された安装台上に支持された台座が接合され、前記台座と前記安装台との間には、前記保護ビットの突出高さを厚さで規定するスペーサ板が介在されている、ことを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１〜３のいずれかに記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、シールド掘進機のカッタ盤の外周リング部を保護する保護ビットの突出高さを外周リング部の摩耗状態に応じて調整することができるので、該保護ビットの寿命を向上させることが可能になる。
また、請求項１記載の発明によれば、外因の影響に因る誤検出を低減または防止できるので、カッタ盤の外周リング部の摩耗状態の検出情報の信頼性を向上させることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、シールド掘進機のカッタ盤の外周リング部を保護する保護ビットの突出高さを多段に調整することができるので、該保護ビットの寿命をさらに向上させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、シールド掘進機の長距離施工をさらに推進することができる。

請求項４記載の発明によれば、カッタ盤の外周リング部を保護する保護ビットの寿命を向上させることができ、該保護ビットの交換頻度を低減できるので、シールド掘進機の長距離施工を推進することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図である。 （ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａを矢印で示す方向から見た構成図である。 図１の泥土圧シールド掘進機を構成するカッタヘッドの背面側の要部平面図である。 （ａ）は図３のカッタヘッドの領域ＲＡの拡大要部断面図、（ｂ）は図５（ａ）の保護ビットの先端部の拡大要部断面図である。 （ａ）は図４（ａ）の位置Ａを矢印の方向から見たカッタヘッドの外周リング部の要部平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＩ−Ｉ線の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は図３のカッタヘッドの領域ＲＢの拡大要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドの要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は第２の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は第２の実施の形態における保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は図９に続く保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 第３の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は第３の実施の形態における保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 （ａ），（ｂ）は図１２に続く保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。 （ａ）は第４の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図、（ｂ）は図１４（ａ）の摩耗検出部の要部拡大断面図である。 （ａ），（ｂ）は第４の実施の形態における保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（第１の実施の形態）

図１は本実施の形態の泥土圧シールド掘進機の内部を側面から透かして見せた構成図、図２（ａ）は図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図、図２（ｂ）は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ａを矢印で示す方向から見た構成図である。

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１は、カッタヘッド（カッタ盤）２により掘削された土砂に添加材を注入して練り混ぜることで不透水性と塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）とを持つ泥土を生成し、その泥土をカッタヘッド２と機器本体３との間の室内に充満した状態で掘進することで泥土圧を発生させ、その泥土圧を切羽の土圧に対抗させた状態で掘削坑を構築する機器であり、特に、巨礫が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層を含む地山を掘削する場合に好適である。勿論、巨礫が混在しない玉石混じり砂礫層や玉石層あるいは通常の砂礫層に適用しても良い。

なお、泥土圧シールド掘進機１の掘削外径は、例えば、５９００ｍｍ程度である。また、泥土圧シールド掘進機１の機長は、例えば７１４０ｍｍ程度である。また、泥土圧シールド掘進機１の運転は、その後方に配置された後続台車（図示せず）内の運転室内で運転手により制御される。

カッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、カッタヘッド２の周方向に沿って回転自在の状態で機器本体３の前面に設置されている。このカッタヘッド２には、例えば、円盤状のスポークタイプが採用されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、カッタヘッド２は、中央のハブ部２ａと、ハブ部２ａから外周に向かって放射状に延びる６本のスポーク部２ｂと、スポーク部２ｂの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部２ｃと、スポーク部２ｂの先端部同士を結ぶ外周リング部２ｄと、これらの部材間に形成された貫通穴２ｅとを備えている。

カッタヘッド２の中央のハブ部２ａには、センタービット４ａが装着されている。各スポーク部２ｂには、複数のビット４ｂが規則的に並んで装着されている。なお、ハブ部２ａには、コーンヘッド型のローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。また、スポーク部２ｂには、ビット４ｂの他に、ローラビット等のような他の掘削部材が装着される場合もある。

また、ハブ部２ａおよびスポーク部２ｂには、添加材注入部５ａ１，５ａ２，５ａ３，５ａ４が設けられている。この添加材注入部５ａ１〜５ａ４は、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材をカッタヘッド２の前面の切羽に向けて注入する構成部である。なお、添加材注入部５ａ１〜５ａ４の各々から注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。

中間リング部２ｃにおいて隣接するスポーク部２ｂ，２ｂ間の中央には、制限突起２ｆが設けられている。カッタヘッド２で掘削された土砂は貫通穴２ｅを通じて後述のチャンバ６（図１参照）内に取り込まれるが、制限突起２ｆは、貫通穴２ｅの開口面積を規制することで、地中の巨礫や玉石等が貫通穴２ｅを通じてチャンバ６内に入り込むのを規制する部分である。この制限突起２ｆの表面にもビット４ｂが設けられている。

外周リング部２ｄは、カッタヘッド２の径方向に予め決められた厚みを持ち、かつ、掘進方向に予め決められた幅を持つ鋼製板により形成されており、カッタヘッド２の外周を一周するようにリング状に形成されている。

この外周リング部２ｄにおいて切羽側の前面には、複数のビット４ｃがその刃を外周側に向けた状態で並んで装着されている。また、外周リング部２ｄの外周面には、例えば２個のコピービット４ｅが対極する位置に設けられている。このコピービット４ｅは、急曲線施工時の余堀りや泥土圧シールド掘進機１の姿勢制御等を行う役割を備えている。さらに、外周リング部２ｄの外周面において、例えば、スポーク部２ｂの隣接間には、外周リング部２ｄを保護する保護ビット（図１、図２には図示せず）が設けられている。なお、保護ビットに関する構造ついては後ほど詳細に説明する。

一方、機器本体３は、図１に示すように、ガーダー部の前胴プレート３ａと、その後方のテール部の後胴プレート３ｂとを備えている。前胴プレート３ａおよび後胴プレート３ｂは、例えば円筒状の鋼製板により形成されており、機器本体３の外形を形成するとともに、機器本体３の内部に中空空間を形成する部材である。前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとは、前胴プレート３ａの後端側において後胴プレート３ｂの先端の球面軸受部が前胴プレート３ａの内周面に接した状態で入り込むことで係合されている。

前胴プレート３ａの前面側において、その前面から機器本体３の内方に後退した位置には、機器本体３内の中空空間を切羽側と機内側とに分ける隔壁７が設けられている。この隔壁７の切羽側、すなわち、上記カッタヘッド２と隔壁７との間には、上記チャンバ６が設けられ、隔壁７の機内側には、添加材注入部５ｂと、カッタ駆動体８と、中折れジャッキ９ａと、シールドジャッキ９ｂと、スクリューコンベア１０と、土圧検出部１１とが設けられている。

添加材注入部５ｂは、機器本体３の外回りやチャンバ６内に向けて添加材を注入する機器であり、添加材注入部５ｂの注入口を機器本体３の外部に表出させた状態で隔壁７の外周近傍に設けられている。添加材注入部５ｂから注入される添加材には、例えばベントナイト系の添加材のような作泥土材が使用される。なお、添加材注入部５ｂから注入される添加材には、ベントナイト系の添加材に代えて気泡材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。

チャンバ６は、カッタヘッド２により掘削された土砂等が取り込まれる空間である。このチャンバ６内において、隔壁７の前面にはチャンバ６内に突出する円柱状等の練混ぜ翼１５ａ，１５ｂが設けられている一方、カッタヘッド２の背面にはチャンバ６内に突出する円柱状等の練混ぜ翼１６ａ，１６ｂが設けられている。これらの練混ぜ翼１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、カッタヘッド２の径方向の位置が互いにずれており、カッタヘッド２が回転するとチャンバ６内に入り込んだ土砂とチャンバ６内に注入された添加材とを混合するとともに撹拌する役割を備えている。

また、隔壁７の面内中央側に設けられた練混ぜ翼１５ｂは、その先端側からチャンバ６内に向けて添加材を注入する添加剤注入部を兼ねている。この練混ぜ翼１５ｂから注入される添加材には、例えば気泡材が使用される。なお、練混ぜ翼１５ｂから注入される添加材には、気泡材に代えてベントナイト系の添加材を用いても良いし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いても良い。

カッタ駆動体８は、カッタヘッド２を回転させる駆動源である。ここでは、カッタ駆動方式として中間支持駆動方式が例示されており、カッタ駆動体８は、図１に示すように、カッタヘッド２の正面内の中央と外周とのほぼ中央の位置に、カッタヘッド２の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

中折れジャッキ９ａは、前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを連結するとともに、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を修正する機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。この中折れジャッキ９ａに圧油を供給し前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態で泥土圧シールド掘進機１を推進することにより、泥土圧シールド掘進機１の推進方向を制御することが可能になっている。

シールドジャッキ９ｂは、機器本体３の後方に設置されたセグメントＳＧに反力をとって泥土圧シールド掘進機１を前進させるための推進力を発生させる機器であり、図１に示すように、機器本体３内において前胴プレート３ａと後胴プレート３ｂとの境界を跨ぐ位置に、図２（ｂ）に示すように、泥土圧シールド掘進機１の周方向に沿って複数個並んで配置されている。

スクリューコンベア１０は、チャンバ６内に取り込まれた土砂を機外に排出するための機器であり、図１に示すように、機器本体３の底部において隔壁７を貫通しチャンバ６内に配置された土砂取込端部１０ａから機器本体３の後方において機器本体３の高さ方向中央より若干高い位置に配置された排出端部１０ｂに向かって斜め上向きに連続的に延在した状態で設けられている。

このスクリューコンベア１０には、例えば、回転軸を持たない螺旋状のブレード１０ｃを管内に備えるリボン式のスクリューコンベアが使用されている。回転軸を持つスクリューコンベアの場合は礫等により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリューコンベア１０の場合は搬送可能な礫等の最大径を搬送路の半径以上とすることができ、回転軸を持つスクリューコンベアでは搬送し得ないような大きさの礫等をも搬送することができる。これにより、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、スクリューコンベア１０で排出可能な大きさの玉石等を破砕せずにチャンバ６内に取り込むことが可能な構成となっている。

なお、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂには排土管（図示せず）が連結されており、スクリューコンベア１０の排出端部１０ｂに搬送された土砂は、排土管を通じてズリ搬出台車（図示せず）等に搬送されるようになっている。

土圧検出部１１は、チャンバ６内の泥土による圧力を歪ゲージを介して電気信号に変換するセンサ部分であり、その土圧検出面をチャンバ６内に配置した状態で設けられている。泥土圧シールド掘進機１は、土圧検出部１１で検出されたチャンバ６内の泥土圧が予め決められた値の範囲になるように管理することで切羽の安定性を維持しながら掘削処理を進めるようになっている。

次に、上記した保護ビットに関する構造について図３〜図６を参照しながら説明する。図３は図１の泥土圧シールド掘進機を構成するカッタヘッドの背面側の要部平面図、図４（ａ）は図３のカッタヘッドの領域ＲＡの拡大要部断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の保護ビットの先端部の拡大要部断面図、図５（ａ）は図４（ａ）の位置Ａを矢印の方向から見たカッタヘッドの外周リング部の要部平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＩ−Ｉ線の要部断面図、図６（ａ），（ｂ）は図３のカッタヘッドの領域ＲＢの拡大要部断面図である。なお、図４および図６の二点鎖線で示す標準線Ｌｓは、掘削作業時に設定される保護ビットの標準の突出高さである。

図３に示すように、カッタヘッド２には、保護ビット４ｄと、ジャッキ（高さ調整手段）２０と、摩耗検出装置２１の油圧配管（検出部）２１ａとが配置されている。

外周リング部２ｄを保護する保護ビット４ｄは、図３に示すように、例えば、スポーク部２ｂの隣接間の外周リング部２ｄに配置されており、図４および図５に示すように、支持板４ｄａと、ビット本体４ｄｂとを備えている。支持板４ｄａは、ビット本体４ｄｂを支持する部材であり、例えば、矩形平板状の金属により形成されている。一方、ビット本体４ｄｂは、地山の掘削本体であり、例えば超硬合金により形成されている。このビット本体４ｄｂは、支持板４ｄａの掘削面側の端面に接合されており、その一部が支持板４ｄａの端面から内部に向かって延在した状態で埋設されている。

カッタヘッド２の外周リング部２ｄにおいて保護ビット４ｄの配置位置には、外周リング部２ｄの外周面と内周面とを貫通する貫通穴２２が設けられている。この貫通穴２２は、図５に示すように、例えば、外周リング部２ｄの幅方向の長さが、外周リング部２ｄの周方向の長さよりも長い平面スリット状に形成されている。

上記保護ビット４ｄは、図３〜図５に示すように、外周リング部２ｄの貫通穴２２に挿入された状態で、カッタヘッド２の径方向に移動自在の状態で設けられている。この保護ビット４ｄの後端（掘削側とは反対側の端部）には、ジャッキ２０がそのピストン２０ｐの先端を保護ビット４ｄの後端に接触させた状態で設置されている。

ジャッキ２０は、摩耗検出装置２１で検出された情報に基づいてピストン２０ｐの突出高さを制御することにより、保護ビット４ｄの突出高さ（すなわち、保護ビット４ｄの先端部が外周リング部２ｄの外周面から突出する高さ）を予め決められた高さに設定する装置である。ここでは、ジャッキ２０として、例えば、油圧式ジャッキが使用されている。

なお、外周リング部２ｄの内周面側においてその内周面とジャッキ２０のピストン２０ｐの端面との間には、保護ビット４ｄおよび貫通穴２２を取り囲むように形成された安装台２３が設置されている。

摩耗検出装置２１は、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面部分が予め決められた量（厚さ）だけ摩耗するとそれを検出する装置である。ここでは、摩耗検出装置２１が、例えば、蓄圧式摩耗検出装置により構成されており、油圧配管２１Ｐと、油圧配管２１Ｐに油を供給する油圧回路（図示せず）とを有している。

油圧配管２１Ｐは、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの摩耗状態を検出する検出部であり、図３に示すように、カッタヘッド２の掘削面内の中央からスポーク部２ｂに沿って延び、スポーク部２ｂの最外周の外周リング部２ｄの肉厚内部で終端している。すなわち、油圧配管２１Ｐの先端は、図６（ａ）に示すように、外周リング部２ｄの外周面に達することなく、外周リング部２ｄの厚さ方向の途中位置（外周リング部２ｄの外周面から予め決められた厚さ分だけ深い摩耗検出位置）で終端している。

油圧回路は、油圧配管２１Ｐ内に油を供給して油圧配管２１Ｐ内の油圧を高めるとともに、油圧配管２１Ｐ内の油圧を計測し、油圧配管２１Ｐ内の油圧の低下が計測された場合は、その情報を上記運転室内の制御部に送信する回路であり、機器本体３の内部に設けられている。なお、制御部は、油圧配管２１Ｐ内の油圧が低下した場合、その旨を運転室内の運転モニタに警報として表示するようになっている。

ここで、図６（ａ）に示すように、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面に摩耗が生じていない場合は油圧配管２１Ｐ内の油圧が高められているが、掘削作業により、図６（ｂ）に示すように、外周リング部２ｄの外周面が摩耗して油圧配管２１Ｐの先端部が露出した場合は油圧配管２１Ｐから油が外部に漏れ油圧配管２１Ｐ内の油圧が低下する。摩耗検出装置２１は、その油圧の低下を検出することにより、外部リング部２ｄの摩耗状態を検出するようになっている。このように油圧の低下により外周リング部２ｄの摩耗状態を検出した場合、外因の影響に因る誤検出を低減または防止できるので、外周リング部２ｄの検出情報の信頼性を向上させることができる。

摩耗検出装置２１により油圧配管２１Ｐ内の油圧の低下が計測された場合、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、外周リング部２ｄの外周面から突出する保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけ延ばすことにより、保護ビット４ｄの先端部の突出高さを元の標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

なお、油圧配管２１Ｐは少なくとも１本あれば良いが、ここでは、２本の油圧配管２１Ｐが分散されて配置されている場合が例示されている。複数本の油圧配管２１Ｐを分散して配置することにより、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの摩耗状態を、より正確に把握することができる。また、いずれかの油圧配管２１Ｐに不具合が生じても他の油圧配管２１Ｐが正常であれば外周リング部２ｄの摩耗状態を検出することができる。

次に、図１の泥土圧シールド掘進機１による泥土圧シールド工法について説明する。

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、カッタヘッド２を切羽に押し付け回転させながら機器本体３を推し進めることで地中に掘削抗を構築する。ここでは、例えば、粒径２ｍｍ未満の細粒（砂分）が２０％を超えず、粒径２ｍｍ以上の礫石（礫分）が８０％を超える地山が掘削対象とされている。

この掘削作業に際して、カッタヘッド２で掘削した土砂に上記添加材を添加するとともに、その土砂と添加材とをカッタヘッド２の回転やその回転に追従する練混ぜ翼１６ａ，１６ｂ等の動作により撹拌混合して掘削土砂を塑性流動性と不透水性を持つ泥土に変換する。そして、その泥土をチャンバ６内およびスクリューコンベア１０内に充満させ、その充満した泥土をシールドジャッキ９ｂの推進力により加圧して泥土圧を発生させ、この泥土圧を切羽の土圧に対抗させることで切羽の安定性を維持する。また、例えば、カッタヘッド２の回転速度を一定にし、シールドジャッキ９ｂの伸長速度やスクリューコンベア１０の回転速度を調整し、チャンバ６内の泥土圧を上記土圧検出部１１により測定しこれが一定になるようにすることで切羽の安定性を維持する。

添加材として加えるベントナイト系の添加材（作泥土材）は、土砂の塑性流動性や不透水性を高める作用を有する上、巨礫を破砕した礫や玉石等の礫分を掘削土砂とともに包み込んで当該礫分が掘削土砂から分離しないように掘削土砂と礫分との一体性を向上させる作用を有している。

一方、添加材として加える気泡材は、上記礫分がカッタヘッド２や隔壁７に付着するのを抑制する分離作用を有する上、ベントナイト系の添加材では得られないクッション作用により掘削土砂や作泥土材の圧縮性を高めてチャンバ６内やスクリューコンベア１０内で礫分が転がり移動するのを抑制し、また、転がり移動したとしてもクッション作用により泥土圧の急激な変動を抑制する作用を有している。

このため、チャンバ６内への取り込みが好ましくないような巨礫が混在する玉石混じり砂礫層や玉石層が存在する地山を掘削する場合でも、泥土圧を安定化することができ、切羽の安定性を維持できる上、スクリューコンベア１０による礫分の排土を円滑に移動させて閉塞の発生を防止でき、噴出が発生するのを防止することができる。

次に、保護ビット４ｄの突出高さの調整について図７を参照しながら説明する。図７（ａ），（ｂ）は保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドの要部断面図である。なお、図７（ａ），（ｂ）において左側は摩耗検出部を示し、右側は保護ビット配置部を示している。

泥土圧シールド掘進機１による掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面が摩耗し、図７（ａ）の左側に示すように、摩耗検出装置２１の油圧配管２１Ｐの先端部が露出すると、油圧配管２１Ｐ内の油が外部に漏れるので油圧配管２１Ｐ内の油圧が低下する。

すると、摩耗検出装置２１の油圧回路の油圧計で油圧配管２１Ｐの油圧の低下が計測され、その情報が上記後続台車内の運転室の制御部に送信される。制御部では、運転室内の運転モニタに警報を表示する。その結果、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図７（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、図７（ｂ）の右側に示すように、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけ延ばし、保護ビット４ｄの突出高さを摩耗前の状態、すなわち、標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

発明者が検討したシールド掘進機においては、保護ビットがカッタヘッドの外周リング部に溶接されているため、保護ビットが摩耗した場合、保護ビットを外周リング部から切り離し、新しい保護ビットを溶接し直さなければならない。また、保護ビットの摩耗状態を切羽に出て直接確認しなければならない。このため、保護ビットの摩耗確認や交換の作業は長時間に渡り掘削作業を中断させるので、シールド掘進機の長距離施工を阻害する要因になっている。

特に、シールド掘進機により砂礫層や玉石層等を掘削する場合、カッタヘッドの環境が厳しく、ビットの交換頻度が、カッタヘッドの前面のメインビットの摩耗ではなく、カッタヘッドの外周リング部の保護ビットの摩耗により決定される場合が多い。したがって、環境が厳しい条件下での掘削作業においては、如何にして、カッタヘッドの外周リング部の保護ビットの摩耗確認や交換の頻度を減らし、シールド掘進機の長距離施工を実現するかが重要な課題となっている。

これに対して本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１においては、保護ビット４ｄの摩耗状態を切羽に出なくても把握できる。すなわち、保護ビット４ｄの摩耗の確認作業を無くすことができる。

また、保護ビット４ｄの摩耗が確認されたら保護ビット４ｄの突出高さを調整することができるので、保護ビット４ｄの寿命を向上させることができる。このため、環境が厳しい条件下においても保護ビット４ｄの交換頻度を低減することができる。

これらにより環境が厳しい条件下においても泥土圧シールド掘進機１の長距離施工を推進することができる。

（第２の実施の形態）

第２の実施の形態においては、保護ビットの突出高さを多段に調整することが可能な構成例について説明する。

図８（ａ），（ｂ）は第２の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。なお、図８（ｂ）では図面を見易くするためハッチングを省略している。

本実施の形態においては、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの内部に、終端位置（摩耗検出位置Ｄ１，Ｄ２）の異なる２つの油圧配管２１Ｐａ，２１Ｐｂが配置されている。ここでは、外周リング部２ｄの外周面から油圧配管２１Ｐａの先端部までの深さが、油圧配管２１Ｐｂの先端部までの深さよりも浅い場合が例示されている。これ以外の構成は前記第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。

次に、第２の実施の形態における保護ビット４ｄの突出高さの調整について図９および図１０を参照しながら説明する。図９および図１０の（ａ），（ｂ）は保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。なお、図９および図１０の（ａ），（ｂ）において左側は摩耗検出部を示し、右側は保護ビット配置部を示している。

泥土圧シールド掘進機１による掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面が摩耗し、図９（ａ）の左側に示すように、油圧配管２１Ｐａの先端部が露出すると、油圧配管２１Ｐａ中の油が外部に漏れ油圧配管２１Ｐａ内の油圧が低下する。

すると、第１の実施の形態と同様に、油圧配管２１Ｐａ内の油圧低下の情報が摩耗検出装置２１の油圧回路から上記運転室の制御部に送信され、その旨が運転室内の運転モニタに警報として表示される。ここで、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図９（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、図９（ｂ）の右側に示すように、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけ延ばし、保護ビット４ｄの突出高さを摩耗前の状態の標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

次いで、保護ビット４ｄの突出高さを調整した後、泥土圧シールド掘進機１の掘削作業を再開する。この再開後の掘削作業中に再びカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面が摩耗し、図１０（ａ）の左側に示すように、油圧配管２１Ｐｂの先端部が露出すると、油圧配管２１Ｐｂ中の油が外部に漏れ油圧配管２１Ｐｂ内の油圧が低下する。

すると、上記と同様に、油圧配管２１Ｐｂ内の油圧低下の情報が摩耗検出装置２１の油圧回路から上記制御部に送信され、その旨が上記運転モニタに警報として表示される。ここで、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図１０（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、図１０（ｂ）の右側に示すように、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけさらに延ばし、保護ビット４ｄの突出高さを標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

このように本実施の形態においては、保護ビット４ｄの突出高さを２段階で変えることができるので、保護ビット４ｄの寿命を第１の実施の形態よりも向上させることができる。このため、環境が厳しい条件下においても保護ビット４ｄの交換頻度をさらに低減できる。したがって、環境が厳しい条件下においても泥土圧シールド掘進機１の長距離施工をさらに推進することができる。

（第３の実施の形態）

第３の実施の形態においては、保護ビットの構成の変形例について説明する。前記第１、第２の実施の形態では保護ビットの突出高さを油圧式ジャッキにより調整する場合について説明したが、本実施の形態においては、保護ビットの突出高さを作業者により調整する場合について説明する。

図１１は第３の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。なお、図１１の左側は摩耗検出部を示し、右側は保護ビット配置部を示している。

本実施の形態においては、保護ビット４ｄの後端部（掘削面側の端部に対して反対側の端部）が台座（高さ調整手段）２４に接合されている。この台座２４は、例えば２枚のスペーサ板（高さ調整手段）２５ａ，２５ｂを安装台２３との間に介在させた状態で安装台（高さ調整手段）２３上に支持されている。台座２４および各スペーサ板２５ａ，２５ｂは、ボルト（高さ調整手段）２６により着脱自在の状態で安装台２３に固定されている。

スペース板２５ａ，２５ｂの厚さは、外周リング部２ｄの油圧配管２１Ｐａ，２１Ｐｂの摩耗検出位置に応じて設定されている。すなわち、スペース板２５ａ，２５ｂの厚さは、外周リング部２ｄの外周部の摩耗量（厚さ）分だけ、保護ビット４ｄの先端部（掘削面側の端部）が外周リング部２ｄの外周面から突出されるように設定されている。

次に、第３の実施の形態における保護ビット４ｄの突出高さの調整について図１２および図１３を参照しながら説明する。図１２および図１３の（ａ），（ｂ）は保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。

泥土圧シールド掘進機１の掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面が摩耗し、図１２（ａ）の左側に示すように、油圧配管２１Ｐａの先端部が露出すると、油圧配管２１Ｐａ内の油が外部に漏れ油圧配管２１Ｐａ内の油圧が低下する。

すると、第１の実施の形態と同様に、油圧配管２１Ｐａ内の油圧低下の情報が摩耗検出装置２１の油圧回路から上記した運転室の制御部に送信され、その旨が運転室内の運転モニタに警報として表示される。ここで、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図１２（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、作業者がスポーク部２ｂの裏側に入り込み、図１２（ｂ）の右側に示すように、ボルト２６を外し、１枚のスペーサ板２５ａを取り除いた後、台座２４およびスペーサ板２５ｂをボルト２６により安装台２３に固定する。これにより、保護ビット４ｄの突出高さを標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

次いで、保護ビット４ｄの突出高さを調整した後、泥土圧シールド掘進機１の掘削作業を再開する。この再開後の掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面がさらに摩耗し、図１３（ａ）の左側に示すように、油圧配管２１Ｐｂの先端部が露出すると、油圧配管２１Ｐｂ中の油が外部に漏れ油圧配管２１Ｐｂ内の油圧が低下する。

すると、上記と同様に、油圧配管２１Ｐｂ内の油圧低下の情報が摩耗検出装置２１の油圧回路から上記制御部に送信され、その旨が上記運転モニタに警報として表示される。ここで、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図１３（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、上記と同様に、作業者がスポーク部２ｂの裏側に入り込み、図１３（ｂ）の右側に示すように、ボルト２６を外し、残りのスペーサ板２５ｂを取り除いた後、台座２４をボルト２６により安装台２３に固定することにより、保護ビット４ｄの突出高さを標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

このように本実施の形態においては、前記第１の実施の形態で得られた効果の他に以下の効果を得ることができる。すなわち、保護ビット４ｄの摩耗が確認されたら保護ビット４ｄの突出高さを２段階で調整することができるので、保護ビット４ｄの寿命を第１の実施の形態よりも向上させることができる。このため、環境が厳しい条件下においても、保護ビット４ｄの交換頻度をさらに低減することができるので、泥土圧シールド掘進機１の長距離施工をさらに推進することができる。

（第４の実施の形態）

第４の実施の形態においては、摩耗検出装置の変形例について説明する。前記第１〜第３の実施の形態では蓄圧式摩耗検出装置を用いた場合について説明したが、本実施の形態では、導通式摩耗検出装置を用いた場合について説明する。

図１４（ａ）は第４の実施の形態のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図、（ｂ）は図１４（ａ）の摩耗検出部の拡大要部断面図である。なお、図１４（ａ）の左側は摩耗検出部を示し、右側は保護ビット配置部を示している。

本実施の形態においては、カッタヘッド２の外周リング部２ｄの摩耗を検出する摩耗検出装置２１が、例えば、導通式摩耗検出装置により構成されており、その検出部２１Ｃが、センサ部２１Ｃａと、リング部２１Ｃｂとを有している。

センサ部２１Ｃａは、外周リング部２ｄの摩耗により先端部が摩耗すると、その摩耗量（厚さ）に応じて導通状態（電流値または抵抗値等）が変化するようになっているとともに、その導通状態の情報を配線２１Ｌ通じて上記運転室内の制御部に送信するようになっている。制御部は、センサ部２１Ｃａからの情報に基づいて外周リング部２ｄの摩耗状態を検出し、それを運転モニタに表示するようになっている。そして、制御部は、センサ部２１Ｃａからの導通状態を示す値が、予め決められた値となった段階で、保護ビット４ｄの摩耗を判断し、それを運転モニタに警告として表示するようになっている。

リング部２１Ｃｂは、センサ部２１Ｃａの導通状態が摩耗以外の要因で変化しないようにセンサ部２１Ｃａを保護する部分であり、センサ部２１Ｃａの外周を取り囲むように設けられている。

これ以外の構成は前記第１の実施の形態と同じなので説明を省略する。なお、保護ビット４ｄについては、前記第１の実施の形態と同様の場合を例示したが、前記第３の実施の形態と同様にしても良い。

次に、第４の実施の形態における保護ビット４ｄの突出高さの調整について図１５を参照しながら説明する。図１５（ａ），（ｂ）は保護ビットの突出高さ調整作業中のカッタヘッドを構成する外周リング部の要部断面図である。

泥土圧シールド掘進機１による掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面が摩耗し、図１５（ａ）の左側に示すように、摩耗検出装置２１のセンサ部２１Ｃａの先端部が摩耗すると、センサ部２１Ｃａの導通状態（電流値や抵抗値）が変化する。

すると、その導通状態の変化の情報が上記運転室の制御部に送信され、その導通状態を示す値が予め決められた値となった段階で、その旨が運転室内の運転モニタに警報として表示される。ここで、外周リング部２ｄの外周面が予め決められた量（厚さ）分だけ摩耗していると判断され、図１５（ａ）の右側に示すように、保護ビット４ｄの突出部も摩耗していると判断される。

そこで、本実施の形態においては、外周リング部２ｄの摩耗が検出された段階で、図１５（ｂ）の右側に示すように、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけ延ばし、保護ビット４ｄの突出高さを標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

次いで、保護ビット４ｄの突出高さを調整した後、泥土圧シールド掘進機１の掘削作業を再開する。その再開後の掘削作業中にカッタヘッド２の外周リング部２ｄの外周面がさらに摩耗し、センサ部２１Ｃａの先端部がさらに摩耗すると、センサ部２１Ｃａの導通状態が再び変化する。すると、その導通状態の変化の情報が上記運転室の制御部に送信され、その導通状態を示す値が予め決められた値となった段階で、その旨が運転室内の運転モニタに警報として表示される。これにより、上記と同様に、保護ビット４ｄの突出部が摩耗している判断されるので、ジャッキ２０のピストン２０ｐを予め決められた長さだけさらに延ばし、保護ビット４ｄの突出高さを標準線Ｌｓの位置まで突出させる。

このように本実施の形態においては、前記第１の実施の形態で得られた効果の他に、以下の効果を得ることができる。すなわち、上記した導通式摩耗検出部を用いた場合、油を使用しないので、前記第１の実施の形態の摩耗検出装置に比べて構成が簡単になり、低コストで泥土圧シールド掘進機１に導入することができる。また、導通式摩耗検出部の場合、摩耗状態をより細かく検出することができるので、保護ビット４ｄの突出高さをより多段に調整することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

例えば前記実施の形態においては、リボンスクリュー型のスクリューコンベアを用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばリボン型と軸付き型とを組み合わせたスクリューコンベアを用いても良い。

また、前記実施の形態においては、カッタヘッドの外周リング部の摩耗検出装置として蓄圧式摩耗検出部や導通式摩耗検出部を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、超音波厚み計を用いても良い。この場合、カッタヘッドの外周リング部の内周側に超音波厚み計を設けることで外周リング部の外周部の摩耗状態をリアルタイムで計測することができる。また、蓄圧式摩耗検出部、導電式摩耗検出部また
は超音波厚み計の少なくとも２つを組み合わせて用いても良い。

また、前記実施の形態においては、蓄圧式摩耗検出部や導通式摩耗検出部等のような摩耗検出部（油圧配管２１Ｐの先端や検出部２１Ｃ等）をスポーク部の先端側の外周リング部に設置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、摩耗検出部（油圧配管２１Ｐの先端や検出部２１Ｃ等）をスポーク部の隣接間の外周リング部に設置しても良い。スポーク部の隣接間に摩耗検出部と保護ビットとが配置される場合、互いの距離が近くなるので、保護ビットの摩耗状態をより正確に検知することができる。

また、前記実施の形態においては、保護ビットをスポーク部の隣接間に配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、保護ビットをスポーク部の先端側の外周リング部に設置しても良い。スポーク部の先端側に摩耗検出部と保護ビットとが配置される場合、互いの距離が近くなるので、保護ビットの摩耗状態をより正確に検知することができる。また、保護ビットやその駆動機器を、スポーク部の裏側に隠すことができるので、礫や泥土等から保護することができる。

以上の説明では、本発明を中間支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばセンターシャフト駆動方式や外周支持駆動方式の泥土圧シールド掘進機等、他のシールド掘進機にも適用される。

１ 泥土圧シールド掘進機
２ カッタヘッド
２ｄ 外周リング部
３ 機器本体
４ｄ 保護ビット
４ｄａ 支持板
４ｄｂ ビット本体
２０ ジャッキ
２１ 摩耗検出装置
２１Ｐ，２１Ｐａ，２１Ｐｂ 油圧配管
２１Ｃ 検出部
２１Ｃａ センサ部
２１Ｃｂ リング部
２１Ｌ 配線
２２ 貫通穴
２３ 安装台
２４ 台座
２５ａ，２５ｂ スペーサ板
２６ ボルト
Ｄ１，Ｄ２ 摩耗検出位置
Ｌｓ 標準線

Claims (4)

1. シールド掘進機のカッタ盤の外周リング部に、該カッタ盤の径方向に移動自在の状態で前記外周リング部から突出して設けられ、前記外周リング部を保護する保護ビットと、
   前記外周リング部に設けられた検出部の摩耗により該外周リング部の摩耗状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された情報に基づいて、前記外周リング部からの前記保護ビットの突出高さを調整する高さ調整手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、前記外周リング部の内周から当該外周リング部の厚さ方向の途中位置である摩耗検出位置まで延びるようにして前記外周リング部に直接形成された穴を含む油圧配管からなる前記検出部を備え、当該検出部が摩耗によって流体圧が低下することで前記外周リング部の摩耗状態を検出する蓄圧式摩耗検出装置である、
   ことを特徴とするシールド掘進機のカッタ盤。
2. 前記検出部は、前記摩耗検出位置の異なる複数の油圧配管で構成されて前記外周リング部の複数の摩耗状態が検出可能とされ、
   前記高さ調整手段は、前記検出部で検出された情報に応じて前記保護ビットの突出高さを多段に調整することが可能なように設定されていることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のカッタ盤。
3. 前記保護ビットの後端部には、前記外周リング部の内周面に設置された安装台上に支持された台座が接合され、
   前記台座と前記安装台との間には、前記保護ビットの突出高さを厚さで規定するスペーサ板が介在されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のシールド掘進機のカッタ盤。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のカッタ盤を機器本体の前面に回転自在の状態で備えることを特徴とするシールド掘進機。

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