JP6238433B2 - 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、カッタ盤のビットの配置に関する技術である。

シールド掘進機は、機器本体の前面に設けられたカッタ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。

カッタ盤で掘削された土砂は、カッタ盤と機器本体の隔壁との間に設けられたチャンバ内において添加材と混合された後、機器本体の後方から排出される。

カッタ盤は、中央のハブ部と、そのハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、複数のスポーク部の延在方向の外周部を連結する外周リング部とを備えている。

各スポーク部には、ローラカッタ、先行ビットおよびスクレーパツース等のような各種のビットが配置されている。ローラカッタは、各スポーク部の前面に配置されており、主に玉石等を破砕する。先行ビットは、各スポーク部の前面に複数配置されており、先行掘削を行うとともにスクレーパツースを保護する。さらに、スクレーパツースは、各スポーク部の幅方向の両外縁部、すなわち、掘削土砂の取り込み口の外周角部において各スポーク部の延在方向に沿って複数配置されており、地山を掘削するとともに掘削した土砂をチャンバ内に取り込む（例えば特許文献１〜５参照）。

特開２０１２−１２２５７号公報 特開２０１２−１２２５８号公報 特開２０１２−１２２５９号公報 特開２０１２−１２２６０号公報 特開平１０−１４０９８４号公報

ところで、カッタ盤に配置された上記各種のビットにおいてはそれぞれ耐久性（寿命）が異なっており、耐久性が最も低いビットに合わせてビットの交換時期が決定される。特に、玉石層等を掘削する場合、掘削土砂の取り込み口の外周角部に配置されているスクレーパツースは玉石等が当たり易く摩耗し易いので他のビットに比べて耐久性が著しく低い。ビットが摩耗したらその交換が必要であるが、その交換作業は、多大な時間と労力とを要する面倒な作業であり、シールド掘進機の長距離施工を阻害する要因となっている。したがって、シールド掘進機においては、如何にしてカッタ盤のビットの交換時期を延長させるか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、シールド掘進機において、カッタ盤のビットの交換時期を延長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、ハブ部と、前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、前記複数のスポーク部の延在方向の外周部を連結する外周リング部と、前記複数のスポーク部の各々の前面に設けられた複数の先行ビットと、前記複数のスポーク部の各々の幅方向の両外縁部において前記スポーク部の延在方向の最外周以外の領域に着脱自在に設けられ、前記スポーク部の幅方向の両外縁部を保護する保護板と、を備え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、前記複数のスポーク部の各々の幅方向の両外縁部において前記スポーク部の延在方向の外周部のみにスクレーパツースを設けたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、前記複数のスポーク部の各々は、その幅方向の寸法が前記ハブ部から離れるにつれて広くなるように形成されており、前記複数のスポーク部の各々において、該スポーク部の延在方向の外周側に配置される前記先行ビットの列数が、該スポーク部の中央側に配置される前記先行ビットの列数よりも多いことを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明は、上記請求項１、２または３に記載の発明において、前記複数の先行ビットは、回転方向に隣接する先行ビットの位置が、前記スポーク部の延在方向にずれた状態で配置されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明のシールド掘進機は、上記請求項１〜４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。

請求項１記載の発明によれば、カッタ盤を構成するスポーク部の幅方向の両外縁部に保護板を設けたことにより、耐久性の低いスクレーパツースを低減または無くせるので、シールド掘進機を構成するカッタ盤のビットの交換時期を延長させることが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、耐久性の低いスクレーパツースを低減することができるので、シールド掘進機を構成するカッタ盤のビットの交換時期を延長させることが可能になる。

請求項３記載の発明によれば、カッタ盤における先行ビットの数を増やせるので、先行ビットに掛かる負荷を分散することができる。このため、先行ビットの耐久性を向上させることができるので、カッタ盤の先行ビットの交換時期を延長させることが可能になる。

請求項４記載の発明によれば、カッタ盤における先行ビットのパス数を増やせるので、各先行ビットの切り込み深さを小さくすることができる。このため、先行ビットの摩耗や欠損を抑制または防止することができるので、カッタ盤の先行ビットの交換時期を延長させることが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、カッタ盤のビットの交換時期を延長させることができるので、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２（ａ）のカッタヘッドを矢印Ａ１の方向から見た側面図である。 図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ｘを矢印で示す方向から見た構成図である。 図２のカッタヘッドを構成するスポーク部の拡大平面図である。 （ａ）は図４のＩ−Ｉ線の断面図、（ｂ）は図５（ａ）のスポーク部を矢印Ａ２の方向から見た要部側面図である。 スクレーパツースがあるスポーク部において図４のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図である。 掘削対象の地山の粒径加積曲線を示す図である。

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。

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２（ａ）のカッタヘッドを矢印Ａ１の方向から見た側面図、図３は図１の泥土圧シールド掘進機の位置Ｘ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生成された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る。

この泥土圧シールド掘進機１は、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が、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ＳＢ（図１参照）内の運転室内でオペレータにより制御される。また、その運転室内に設けられた制御部Ｃにより泥土圧シールド掘進機１の全体動作が制御される。この制御部Ｃは、運転室内に設けられた表示部Ｄに電気的に接続されている。表示部Ｄには、制御部Ｃから送られた各種の情報が表示される。

カッタヘッド２は、地山の切羽を掘削する部材であり、機器本体３の前面に機器本体３の周方向に沿って回転自在の状態で設置されている。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、各スポーク部２ｂの延在方向の中途部同士を結ぶ中間リング部２ｃと、各スポーク部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。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。

各スポーク部２ｂは、その幅方向（カッタヘッド２の回転方向）の寸法が、ハブ部２ａから離れるにつれて広くなるように形成されている。各スポーク部２ｂには、ビット（先行ビット）４ｂおよびスクレーパツース４ｓが装着されている。なお、スポーク部２ｂの前面には、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。

ビット４ｂは、玉石等の破砕や地山の掘削を先行して行う他、スクレーパツース４ｓを保護する役割を有しており、図２（ａ）に示すように、各スポーク部２ｂの前面（切羽に対向する面）に複数規則的に並んで設置されている。各ビット４ｂは、その平面形状が、例えば略長方形状に形成されており、その長辺をスポーク部２ｂの幅方向に沿わせた状態で配置されている。

また、各スポーク部２ｂにおいて外周側のビット４ｂの列数が、中央側（ハブ部２ａ側）のビット４ｂの列数よりも多くなっている。例えば、スポーク部２ｂの中央側のビット４ｂは、スポーク部２ｂの幅方向に１列、スポーク部２ｂの延在方向に沿って３行で配置されているのに対して、スポーク部２ｂの外周側のビット４ｂは、スポーク部２ｂの幅方向に２列、スポーク部２ｂの延在方向に沿って６行で配置されている。これにより、ビット４ｂの数を増やせるので、ビット４ｂに掛かる衝撃や負荷を分散することができる。このため、ビット４ｂの耐久性を向上させることができる。したがって、カッタヘッド２のビット４ｂの交換時期を延長させることができる。

また、ここでは、カッタヘッド２の回転方向に隣接するビット４ｂの位置が、同一回転軌跡上に配置されているが、これに限定されるものではなく、カッタヘッド２の回転方向に隣接するビット４ｂの位置をスポーク部２ｂの延在方向にずらしても良い。これにより、カッタヘッド２の前面内の掘削パス数を増やすことができる。特に、スポーク部２ｂの外周部ではビット４ｂが２列で配置されているので、掘削パス数を中央側よりも増やすことができる。このように掘削パス数を増やすことにより、各ビット４ｂの切り込み深さを小さくすることができるので、ビット４ｂの摩耗や欠損を抑制または防止することができる。したがって、カッタヘッド２のビット４ｂの交換時期を延長させることができる。

また、カッタヘッド２において同一回転軌跡上で隣接するビット４ｂは、その高さがカッタヘッド２の回転方向に沿って高低を繰り返すように異なっている。カッタヘッド２の中央側では隣接するスポーク部２ｂの同一回転軌跡上のビット４ｂの高さが異なっている。また、カッタヘッド２の外周側では、図２（ｂ）に示すように、１つのスポーク部２ｂの中でも同一回転軌跡上で隣接するビット４ｂの高さが異なっている。このように同一回転軌跡上のビット４ｂの高さを回転方向に沿って高低交互に変えることにより、ビット４ｂに掛かる衝撃や負荷を分散することができるので、ビット４ｂの耐久性を向上させることができる。したがって、カッタヘッド２のビット４ｂの交換時期を延長させることができる。また、同一回転軌跡上のビット４ｂの高さを変えることで、切羽側の玉石等を良好に切り崩すことができる。

一方、スクレーパツース４ｓは、地山を掘削するとともに掘削した土砂をチャンバ６内に取り込む役割を有しており、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部においてスポーク部２ｂの延在方向の最外周のみに設けられている。すなわち、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部においてスポーク部２ｂの延在方向の最外周以外の領域には、スクレーパツース４ｓは設けられておらず、取付板ＭＡを介して保護板（保護部材）ＰＡが装着されている。これにより、カッタヘッド２において耐久性の低いスクレーパツース４ｓを大幅に減らせるので、カッタヘッド２のビットの交換時期を延長させることができる。また、保護板ＰＡを設けたことにより、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部を保護することができる。なお、スポーク部２ｂのビット４ｂ、スクレーパツース４ｓおよび保護板ＰＡ等については後ほど詳細に説明する。

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において切羽側の前面には、複数のビット４ｃが並んで装着されている。ビット４ｃについてもカッタヘッド２の回転方向に隣接するビット４ｃの高さが、カッタヘッド２の回転方向に沿って高低を繰り返すように異なっている。これにより、ビット４ｃに掛かる衝撃や負荷を分散することができるので、ビット４ｃの耐久性を向上させることができる。したがって、カッタヘッド２のビット４ｃの交換時期を延長させることができる。また、同一回転軌跡上のビット４ｃの高さを変えることで、切羽の玉石等を良好に切り崩すことができる。

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４ｄが対極する位置に設けられている。このコピービット４ｄ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。

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撹拌混合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材注入部を兼ねている。隔壁７の前面から離れた練混ぜ翼１５ｂの先端部から添加材を注入することで添加材をチャンバ６内により良く注入することができ、掘削土砂の塑性流動性を向上させることができる。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３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、排土管を通じて台車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内に向け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、図４は図２のカッタヘッドを構成するスポーク部の拡大平面図、図５（ａ）は図４のＩ−Ｉ線の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のスポーク部を矢印Ａ２の方向から見た要部側面図である。なお、図５（ｂ）は側面図であるが、図面を見易くするために一部にハッチングを付した。

図４に示すように、ビット４ｂは、上記したように、例えば、スポーク部２ｂの中央側に１列、外周側に２列で配置されている。これにより、上記した効果に加え、カッタヘッド２の面内のビット４ｂの数を増やし、スクレーパツース４ｓを大幅に減らした分を補うようにしている。

各ビット４ｂは、図４および図５に示すように、ビット母材ＢＭに複数の超硬チップＢＣが部分的に埋め込まれることで構成されている。超硬チップＢＣは、例えば、炭化タングステン等のような金属炭化物と、ニッケルやコバルト等のような鉄系金属との合金により形成されており、ビット４ｂの長辺に沿って複数並んで配置されている。

また、スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部近傍には、ビット４ｂの端部を取り囲むように、複数の保護板ＰＢが設置されている。保護板ＰＢは、スクレーパツース４ｓに代わりスポーク部２ｂの前面を保護する役割を有しており、スポーク部２ｂの前面に取付板ＭＢを介して接合されている。これにより、スポーク部２ｂの前面の摩耗を抑制または防止することができる。

また、図４および図５に示すように、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部においてスポーク部２ｂの延在方向の最外周以外の領域には、上記した取付板ＭＡを介して複数枚の保護板ＰＡが装着されている。これにより、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部を保護することができるので、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部の摩耗を抑制または防止することができる。なお、各保護板ＰＡは、１つ毎に交換が可能なようにボルトＢＴにより着脱自在の状態で装着されている。

ところで、一般にスクレーパツースには、掘削土砂を取り込む機能があるとされている。このため、通常、泥土圧シールド掘進機においては、スポーク部の幅方向の両外縁部にスポーク部の延在方向に沿って複数のスクレーパツースが所定の間隔毎に配置されている。

しかし、スクレーパツースが無いからといって必ずしも掘削土砂をチャンバ６内に取り込むことができず掘進不能になる、ということはない。ここで、図６はスクレーパツースがあるスポーク部において図４のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図を示している。

玉石層等の掘削の場合、土砂の大部分が玉石ＳＴであるが、玉石ＳＴには矢印Ａ３で示すように地山側へ押し出される方向に力が作用する場合が多いと考えられ、スクレーパツース４ｓに玉石ＳＴの取り込み機能があるとは言えない。

また、微粒分の土砂であれば、一般に土砂は矢印Ａ４（破線）で示すように流れると考えられているが、実際には、土砂は矢印Ａ５（実線）で示すようにビット４ｂの周辺に滞留している。そして、チャンバ６内の全体の土砂の流れは、スクリューコンベア１０の排土による泥土の圧力勾配により形成され、排土された分、新たに掘削土砂がチャンバ６内に取り込まれる、と考えるのが合理的である。

また、玉石層の掘削では、玉石層の地盤は連続体ではないこと、玉石の掘削時にその影響がある一定の範囲までに及び、掘削箇所周辺の地盤も緩むこと等からスクレーパツースが無くてもビット４ｂで対応できる。

一方、カッタヘッドに配置された各種のビットにおいてはそれぞれ耐久性（寿命）が異なっており、耐久性が最も低いビットに合わせてビットの交換時期が決定される。特に、玉石層等を掘削する場合、掘削土砂の取り込み口の外周角部に配置されているスクレーパツースは玉石等が当たり易く摩耗し易いので他のビットに比べて耐久性が著しく低い。ビットが摩耗したらその交換が必要であるが、その交換作業は、多大な時間と労力とを要する面倒な作業であり、シールド掘進機の長距離施工を阻害する要因となっている。したがって、シールド掘進機においては、如何にしてカッタ盤のビットの交換時期を延長させるかかが重要な課題となっている。

以上のことから本実施の形態においては、図４に示したように、各スポーク部２ｂの幅方向の両外縁部においてスポーク部２ｂの延在方向の最外周部のみにスクレーパツース４ｓを設け、それ以外の領域にはスクレーパツース４ｓを設けず、代わりに保護板ＰＡを設けている。

これにより、カッタヘッド２におけるビットの中で最も耐久性の低いスクレーパツース４ｓを大幅に減らすことができ、カッタヘッド２におけるビット配置を耐久性に優れたビット４ａ，４ｂ，４ｃで構成することができるので、カッタヘッド２のビットの交換時期を延長させることができる。したがって、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。

また、カッタヘッド２のビットの交換回数を低減することができるので、掘削作業の工期を短縮することができる。また、費用対効果の低いスクレーパツースを低減することができ、また、カッタヘッド２のビットの交換回数を低減することができるので、掘削作業にかかるコストを低減することができる。

さらに、スクレーパツース４ｓを減らすことができる分、交換用のスクレーパツース４ｓをも減らすことができるので、交換部品にかかるコストを低減することができる上、交換用のビットの管理をも容易にすることができる。

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。

図７は掘削対象の地山の粒径加積曲線を示している。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。

このような地山の掘削に際し、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。

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。

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
２ａ ハブ部
２ｂ スポーク部
２ｃ 中間リング部
２ｄ 外周リング部
２ｅ 貫通穴
２ｆ 制限突起
３ 機器本体
４ａ センタービット
４ｂ，４ｃ ビット
４ｄ コピービット
４ｓ スクレーパツース
６ チャンバ
１０ スクリューコンベア
ＰＡ 保護板
ＰＢ 保護板
ＭＡ 取付板
ＭＢ 取付板

Claims (5)

1. ハブ部と、
   前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、
   前記複数のスポーク部の延在方向の外周部を連結する外周リング部と、
   前記複数のスポーク部の各々の前面に設けられた複数の先行ビットと、
   前記複数のスポーク部の各々の幅方向の両外縁部において前記スポーク部の延在方向の最外周以外の領域に着脱自在に設けられ、前記スポーク部の幅方向の両外縁部を保護する保護板と、
   を備えることを特徴とするシールド掘進機のカッタ盤。
2. 前記複数のスポーク部の各々の幅方向の両外縁部において前記スポーク部の延在方向の外周部のみにスクレーパツースを設けた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. 前記複数のスポーク部の各々は、その幅方向の寸法が前記ハブ部から離れるにつれて広くなるように形成されており、
   前記複数のスポーク部の各々において、該スポーク部の延在方向の外周側に配置される前記先行ビットの列数が、該スポーク部の中央側に配置される前記先行ビットの列数よりも多い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. 前記複数の先行ビットは、回転方向に隣接する先行ビットの位置が、前記スポーク部の延在方向にずれた状態で配置されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のシールド掘進機のカッタ盤。
5. 請求項１〜４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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