シールド掘進機とこれを用いた管路構築工法
【課題】地中障害物を削ることにより小さくし、シールド掘進機内に取り込んで泥土と共に処理することができるシールド掘進機を提供する。
【解決手段】スキンプレート２の前部に回転駆動されるカッター板３を設け、このカッター板３の前面に、掘進用のカッタービット１０を設けたシールド掘進機１であって、前記カッター板３の前面に、地中障害物を削るための切削ビット１１を、カッター板３の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数を設け、カッタービット１０の刃先１０ｂに対して切削ビット１１の刃先１１ａが前方に突出した配置になっている。
【解決手段】スキンプレート２の前部に回転駆動されるカッター板３を設け、このカッター板３の前面に、掘進用のカッタービット１０を設けたシールド掘進機１であって、前記カッター板３の前面に、地中障害物を削るための切削ビット１１を、カッター板３の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数を設け、カッタービット１０の刃先１０ｂに対して切削ビット１１の刃先１１ａが前方に突出した配置になっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シールド掘進機とこれを用いた管路構築工法、更に詳しくは、地中掘進時の進路内に地中障害物がある場合、地盤改良を行うことなく容易に除去して掘進することができるシールド掘進機及び管路構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機を用いた一般的な管路構築には、例えば、推進工法とシールド工法があり、前者の推進工法は、シールド掘進機の後方に推進管を接続し、推進管の押し込みとシールド掘進機による掘進により推進管を順次継ぎ足して管路を構築し、また、後者のシールド工法は、シールド掘進機による地中の掘進と共に、その後方にセグメントを順次組立てながら接続して地中に管路やトンネルを構築する工法である。
【０００３】
ところで、都市部などにおいて推進工法やシールド工法を施工する場合、シールド掘進機による地中掘進時の前方進路内に、例えば、シートパイル（矢板）や鉄骨、基礎杭等の地中障害物が存在する場合がある。
【０００４】
このような障害物が存在すると、シールド掘進機のカッタービットが損傷を受けることで切削不能の事態が発生するため、従来採用されている一般的な対処方法は、地中に上記のような障害物が存在することが判った場合、シールド掘進機の運転を停止し、地山に薬液を注入して固化させる地山改良を行った後、シールド掘進機の前部に人力で空洞を掘って障害物を露出させ、この障害物をガス切断等で除去するようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような人力による処理の方法は、危険を伴うだけでなく、多くの労力と時間が必要になり、管路やトンネルの構築コストを高騰させる原因になる。
【０００６】
このような不都合を解決しようとして、シールド掘進機におけるカッター板の後方位置にローラカッターを配置し、地中に障害物があるとこのローラカッターを油圧シリンダでカッター板の前方位置に押し出し、前記ローラカッターで障害物を切断することで処理する障害物処理シールド掘進機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、シールド掘進機の内部でカッター板の後方位置にコアボーリングマシンを配置し、地中の前方にある障害物をコアボーリングマシンの伸長により切削して処理する障害物処理シールド掘進機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
これらとは別に、シールド掘進機の前部に高圧ノズルを配置し、障害物に遭遇すると、先ずノズルから地盤改良材を高圧噴射して地山改良を行った後、ノズルから高圧流体を噴射して障害物を切断除去する処理工法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３１９７９６号公報
【特許文献２】特開平６−３３６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記した従来の障害物処理シールド掘進機や処理工法において、その何れも、障害物を切断して処理しようとするものであるが、切断による障害物の小型化には限度がある。
このため、切断した障害物をシールド掘進機内に取り込んで泥土と共に処理するのは現実的には困難であり、障害物処理シールド掘進機や処理工法の実用化のネックになっており、実際の施工において、人力による処理の方法に頼っているのが現状である。
【００１１】
また、シールド掘進機による管路やトンネルの施工において、地中障害物の存在を事前に知るのは技術的に困難性があり、上記した従来の障害物処理シールド掘進機や処理工法においては、掘削ビットが障害物に当接してシールド掘進機の前進が不能になった時点で障害物の存在を知ることが往々にしてあり、このため、障害物によって掘削ビットが破損するという事態が生じることになる。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、上記のような問題点を解決するため、地中障害物を削ることにより小さくし、シールド掘進機内に取り込んで泥土と共に処理することができ、障害物処理シールド掘進機や処理工法の実用化を実現でき、かつ、地中障害物による掘削ビットが破損発生を有効に防ぐことができるシールド掘進機とこれを用いた管路構築工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような課題を解決するため、この発明は、スキンプレートの前部に回転駆動されるカッター板を設け、このカッター板の前面に、掘進用のカッタービットを設けたシールド掘進機において、前記カッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたものである。
【００１４】
上記ビットは、切削ビットを用い、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられているようにすることができる。
【００１５】
上記切削ビットは、カッター板に固定する支持台と、この支持台に揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップからなり、各超硬チップは揺動方向と交差する方向の刃先を有し、複数の超硬チップは、揺動方向に沿ってその刃先が段付き状の配置になるよう並び、前記切削ビットが、カッター板の前面に超硬チップの揺動方向がカッター板の回転方向に沿う配置で固定されているようにすることができる。
【００１６】
上記ビットは、ローラービットを用い、このローラービットの回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でカッター板の前面に複数が取付けられ、前記複数のローラービットは、カッター板の半径方向に位置を違えた配置になっている構造とすることができる。
【００１７】
上記ローラービットは、軸方向に沿う多数の直線状刃先が周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービットの外周面に、各刃先を分断するようにスパイラルの溝が設けられているようにしてもよい。
【００１８】
上記ビットは、カッター板の中心部に位置するものが最も前方に位置し、外周部に位置するものほど後方に位置するような配置になっているようにできる。
【００１９】
上記ビットは、切削ビットとローラービットを併用し、この切削ビッドは、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、このローラービットは、カッター板の全面に、その回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でかつカッター板の半径方向に位置を違えた配置で複数が取付けられ、ローラビットは、周方向に沿う円弧状（円環状）刃先が軸方向に複数並列する形状とし、ローラービット、切削ビット、およびカッタービットは、ローラービットの刃先の前方突出量＞切削ビットの刃先の前方突出量＞カッタービットの刃先の前方突出量 となるように配置する配置するのが好ましい。
【００２０】
管路構築工法は、上記した何れかのシールド掘進機を用い、地中掘進時の進路内に地中障害物があると、これをビットで切削してシールド掘進機内に取り込むことで処理するようにしたものである。
【００２１】
ここで、上記シールド掘進機のカッター板は、中心部の前面に掘削用のセンタービットと、少なくとも外周部の位置に掘削用のカッタービットが設けられ、モータによるカッター板の回転により地山を掘進し、カッター板に設けた開口部分から、このカッター板の後部に配置したチャンバーに掘削物を取り込むようになっている。
【００２２】
上記ビットは、揺動式切削ビット、固定式切削ビット、ローラービットの何れかを採用することができ、揺動式切削ビットの場合、揺動方向の両側にそれぞれ複数の超硬チップが対称状の配置で設けられ、カッター板に対して揺動方向が回転方向に沿う配置で固定されているので、カッター板を何れの方向に回転させても切削機能が得られると共に、複数の超硬チップを刃先が多段となるようにすることで、一枚目の硬質チップの刃先が磨耗したり破損しても、次位置の硬質チップで切削を続行することができることになる。
【００２３】
また、固定式切削ビットの場合、カッター板の回転方向に沿って長い支持台の先端に、この支持台の長さ方向の中心を挟んでそれぞれ複数の超硬チップを対称状の配置で固定し、各超硬チップの刃先を多段となるようにすることで、一枚目の硬質チップの刃先が磨耗したり破損しても、次位置の硬質チップで切削を続行することができることになる。
【００２４】
上記ローラービットは、歯車状の構造を有し、カッター板の前面に複数が回転可能に取付けられ、推力を受けて障害物に当接した状態で、カッター板の回転による公転により自転することで障害物を削ることになる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によると、シールド掘進機におけるカッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたので、シールド掘進機での掘進による管路構築時に、進路内に位置する障害物をビットで切削して除去することができ、障害物は削ることによって小さな切削物となり、障害物をこのように小さな切削物として小型化することで、掘削土砂と共にシールド掘進機内に取り込むことが可能になり、障害物の除去とその処理がシールド掘進機の掘進を停止させることなく自動的に行え、人力による障害物の処理に比べて安全性と作業能率の向上を図ることができる。
【００２６】
また、カッタービットの刃先に対して切削ビットの刃先を同一又は前方に突出した配置にすることで、シールド掘進機による掘進時に地中の障害物に対して切削ビットが当接して切削を行い、カッタービットが障害物で破損を受けるのを防止することができ、地中障害物の存在を事前に知ることができなくても、掘進を連続して続けることができる。
【００２７】
更に、切削ビットにおいて、複数の超硬チップを刃先が段付き状の配置になるように並べれば、一枚目の超硬チップが磨耗したり破損した場合、次の超硬チップで障害物を切削することができ、切削ビットの取換え頻度を少なくして作業能率の向上を図ることができる。
【００２８】
切削ビットとローラービットをともに用い、ローラービットの刃先の前方突出量が切削ビットの刃先の前方突出量よりも大きく配置することで、進路内の障害物に、まず円弧状の刃先が軸方向に並列するローラービットにより並列する筋状の溝を入れ、ついで切削ビットにより障害物のその筋状の溝の間の残部を削り取ることが可能となる。
このように、障害物を段階的に切削することにより、切削時にビットに大きな負担がかかることを防ぐことができ、ビットの破損、摩耗を抑制できる。併せて、ビットが障害物に大きく食い込んでシールド掘進機全体がローリングしてしまうなどの不都合も解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】揺動式切削ビットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第１の実施の形態を示す全体構造の一部を外形とした縦断正面図
【図２】シールド掘進機の先端から見た揺動式切削ビットの配置形状を示す図１の矢印ＩＩ−ＩＩでの拡大した側面図
【図３】図１の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩでの拡大した縦断側面図
【図４】シールド掘進機におけるカッター板に取付けた揺動式切削ビットの配置状態を部分的に示す斜視図
【図５】（ａ）は揺動式切削ビットの外観形状を示す斜視図、（ｂ）は同じく揺動式切削ビットの縦断正面図、（ｃ）は同縦断側面図
【図６】（ａ）は揺動式切削ビットの超硬チップによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す横断平面図、（ｂ）は同じく揺動式切削ビットの一枚目の超硬チップが破損したときの二枚目の超硬チップによるシートパイルの切削状態を示す横断平面図
【図７】固定式切削ビットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第２の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図８】固定式切削ビットの超硬チップによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す拡大した横断平面図
【図９】シールド掘進機の先端から見た固定式切削ビットの配置形状を示す側面図
【図１０】（ａ）は固定式切削ビットの斜視図、（ｂ）は同横断平面図
【図１１】ローラービットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第３の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図１２】ローラービットによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す拡大した横断平面図
【図１３】シールド掘進機の先端から見たローラービットの配置形状を示す側面図
【図１４】（ａ）はローラービットの斜視図、（ｂ）は同平面図
【図１５】切削ビットとローラービットを併用したこの発明に係るシールド掘進機の第４の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図１６】シールド掘進機の要部拡大縦断正面図
【図１７】シールド掘進機の先端から見た切削ビットおよびローラービットの配置形状を示す側面図
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、切削ビットとローラービットによる地中障害物であるシートパイルの段階的な切削状態を示す拡大した横断平面図、（ｃ）は切削ビットの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１はこの発明に係るシールド掘進機１の全体構造を示し、円筒状となるスキンプレート２の前部に円板状のカッター板３を、隔壁４で支持されたセンター軸５への取付けによって配置し、センター軸５と連動したモータ６によって前記カッター板３は回転駆動され、前記カッター板３と隔壁４の間が掘削土砂を取り込むためのチャンバー７となり、図３のように、排泥管８と送泥管９が接続されている。
【００３２】
図２に示すように、上記カッター板３の前面に、掘進用のカッタービット１０と地中障害物Ａを切削するための多数のビット１１が取付けられ、前記掘進用のカッタービット１０は、カッター板３の中心部の位置に設けたセンタービット１２を挟む半径方向の両側に、半径方向に二列の配置で設けられ、最も外側に位置するものがスキンプレート２の外径に対して少し突出するゲージビット１０ａとになり、モータ６によるカッター板３の回転により、これらカッタービット１０、センタービット１２で地山を掘進し、カッター板３のカッタービット１０の近傍に設けた開口１３の部分からチャンバー７内に掘削物を取り込むようになっている。
【００３３】
上記切削用のビット１１は、カッター板３の前面でカッタービット１０の部分を除く略半円状となる両側の位置に、カッター板３の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、図１に示すように、カッタービット１０の刃先１０ｂに対してビット１１の刃先が前方に突出した配置になっている。
【００３４】
図１乃至図６は、上記ビット１１に揺動式切削ビット１１Ａを用いたシールド掘進機１の第１の実施の形態を示している。
【００３５】
図３は、揺動式切削ビット１１Ａの構造を示し、カッター板３に固定する二又状の支持台１４と、この支持台１４に軸１５で揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップ１６からなり、各超硬チップ１６は揺動方向と交差する方向の刃先１１ａを有し、複数の超硬チップ１６は、揺動方向に沿ってその刃先１１ａが段付き状の配置になるよう並び、図示の場合、二枚の超硬チップ１６ａと１６ｂを軸１５を挟んで両側に対称状となるよう配置したものを示し、図４のように、この切削ビット１１は、カッター板３の前面に超硬チップ１６の揺動方向がカッター板３の回転方向に沿う配置で固定されている。
【００３６】
図２のように、上記した多数の揺動式切削ビット１１Ａは、カッター板３の前面に対して、揺動方向がカッター板３の回転方向に沿う条件で固定されると共に、全体的にカッター板３の回転軸心を中心に、センタービット１２の外周寄りの位置からカッター板３の外周に向けて、二つの渦巻の組み合わせとなる渦巻状の配置になっている。
【００３７】
各揺動式切削ビット１１Ａの渦巻き状の配置において、カッター板３の回転方向に沿って前後に隣接する位置関係にある揺動式切削ビット１１Ａは、その超硬チップ１６の刃先１１ａによる切削幅の幅方向の側縁が互いに一致するが一部がラップするように配置し、このような揺動式切削ビット１１Ａの回転方向に沿う間隔及び渦巻状の配置により、カッター板３の直径範囲内の全面で切削機能が得られることになり、シールド掘進機１の掘進範囲内における障害物Ａの削り残しの発生が生じないようになっていると共に、このように揺動式切削ビット１１Ａをカッター板３の前面に対してランダムに配置することにより、障害物Ａの切削時におけるシールド掘進機１への負荷を低減することができる。
【００３８】
上記揺動式切削ビット１１Ａは、シールド掘進機１の掘進時において、超硬チップ１６の刃先１１ａが障害物Ａに当接したとき、この刃先１１ａの幅で障害物Ａをカッター板３の回転方向に薄く削っていくことになり、障害物Ａが鋼材、線材、コンクリートの何れであっても、削り取った部分は薄くて幅の狭いものとなるので簡単に分断されて小型化し、掘削土砂と共にカッター板３の開口１３の部分からチャンバー７内に取り込むことができ、通常の泥土処理で地上に取出すことができる。
【００３９】
また、障害物Ａがシートパイル等の鋼材のように硬質の場合、超硬チップ１６で削り取るにはそれなりの時間が必要になるが、上述した、人力による処理の方法の施工に要する作業時間、即ち、シールド掘進機の運転を停止し、地山に薬液を注入固化させる時間、その後、シールド掘進機の前部に人力で空洞を掘って障害物を露出させる時間、この障害物をガス切断等で除去する時間のトータル時間があれば十分に処理できることになり、作業時間が余分に長くかかるという問題はない。
【００４０】
なお、図１のシールド掘進機１は、スキンプレート２の後端に推進管１７を接続し、スキンプレート２の途中を分離した部分に複数本の方向修正ジャッキ１８を設けた泥濃式推進工法用のものを示したが、スキンプレート２の後部にセグメントの組み立てスペースを設け、スキンプレート２の内部に推進ジャッキを設けたセミシールド工法に用いるものであってもよい。
【００４１】
図７乃至図１０は、上記ビット１１に固定式切削ビット１１Ｂを用いたシールド掘進機１の第２の実施の形態を示している。なお、上記した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付すことによって説明に代える。以降の実施の形態についても同様である。
【００４２】
図９と図１０のように、固定式切削ビット１１Ｂは、カッター板３の回転方向に沿って弧を描くように長い支持台２１の先端に、この支持台２１の長さ方向の中心を挟んでそれぞれ複数の超硬チップ１６を対称状の配置で固定し、各超硬チップ１６の刃先１１ａを中央部が最も高く両端に行くほど低くなるように多段の配置になっている。
【００４３】
このようにすることで、一枚目の硬質チップ１６の刃先１１ａが磨耗したり破損しても、次位置の超硬チップ１６で切削を続行することができることになる。
【００４４】
上記固定式切削ビット１１Ｂは、図９のように、カッター板３の前面にこのカッター板３の回転軸心を中心とした一つの渦巻き状の配置で固定すると共に、カッター板３を外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状にすることで、全固定式切削ビット１１Ｂにおける超硬チップ１６の刃先１１ａの配列を、中央部のものが推進方向の前方に最も突出し、外周に位置するものほど後方に位置する円錐形の配置とし、障害物の切削を管路の中心部から行い、障害物の保持力を減じないように障害物を管路の中心部から外周に向けて切削し、切削による開口部を中心部から外周に広げていくようにしている。
【００４５】
このような中央部のものが前方に最も突出する円錐形の配置となる固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａの配列は、上記した第１の実施の形態にも採用することは当然可能である。
【００４６】
上記した第２の実施の形態において、掘進用のカッタービット１０は、カッター板３の外周寄りの位置に固定したゲージビット１０ａであり、図９の場合、センタービット１２の前面には中心を挟む両側の位置に、半径方向に長い切削ビット１１が固定してある。
【００４７】
図１１乃至図１４は、上記ビット１１にローラービット１１Ｃを用いたシールド掘進機１の第３の実施の形態を示している。
【００４８】
上記ローラービット１１Ｃは、超硬材料を用いた円軸体２２の外周面に軸方向に沿う直線の刃先１１ａを周方向に多数設けた歯車形に形成され、図１２のように、外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状に形成したカッター板３の前面で、回転中心を通る径方向の中心線上に、複数のローラービット１１Ｃを回転可能となるよう並べて取付け、図１３のように、カッター板３の回転中心を挟んだ半径方向に沿う両側のローラービット１１Ｃの数と取付け位置を異なるようにし、カッター板３の回転により全面で切削が行えるようにしていると共に、各ローラービット１１Ｃはその刃先１１ａがカッター板３の前面円錐形に沿う配置になっている。
【００４９】
また、カッター板３の前面外周部で、上記した直列に並ぶローラービット１１Ｃ群と直角となる二箇所の位置に最大径の切削用ローラービット１１Ｃが外開きの配置で取付けられ、カッター板の前面で前記最大径の切削用ローラービットの内側位置にカッタービット１０が設けてある。
【００５０】
このローラービット１１Ｃは、図１４のように、外周面において、軸方向に沿う多数の直線状となる刃先１１ａが周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービット１１Ｃの外周面に、周方向に沿ってスパイラルの溝２３を設け、各刃先１１ａを分断した構造とすることにより、各刃先１１ａの分断による端部の食い付き性の向上によって障害物に対する切り込み性を高め、切削効率を上げるようにしたものを用いることができる。
【００５１】
図１５乃至図１８は、上記ビット１１に固定式切削ビット１１Ｂとローラービット１１Ｃを併用したシールド掘進機１の第４の実施の形態を示している。
以下、上記各実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
【００５２】
その固定式切削ビット１１Ｂは、支持台２１に超硬チップ１６を固定してなる上記第２の実施形態と同様の構造のものが用いられている（図１８（ｃ）参照）。
その超硬チップ１６の刃先（端面）１１ａは、面取りの施されていない鋭角なものであり、折損の危険性よりも切削性能の向上を優先させた形状となっている。
図１７に示すように、カッター板３の前面にこのカッター板３の回転軸心を中心としたほぼ渦巻き状の配置で固定され、カッター板３の直径範囲内の全面で切削機能が得られることになっている。
なお、固定式切削ビット１１Ｂに代えて、上記第１の実施形態と同様の揺動式切削ビット１１Ａを用いることも可能である。
【００５３】
またローラービット１１Ｃには、その円軸体２２の外周面に円弧状（円環状）の刃先１１ａが形成されており、この刃先１１ａは、円軸体２２の軸方向に多数並列している。
各ローラービット１１Ｃは、その円軸体２２の軸心がカッター板３の半径方向と一致するようにカッター板３に取り付けられている。そのため、ローラービット１１Ｃは、カッター板３の回転方向に沿って回転するようになっている。
さらに図１７に示すように、ローラービット１１Ｃは、カッター板３の半径方向に位置を違え、かつ固定式切削ビット１１Ｂと重なり合わないように配置されており、カッター板３の回転により全面で切削が行えるようになっている。
【００５４】
図１５および図１６のように、カッター板３は、外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状に形成しされており、各固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａおよび各ローラービット１１Ｃの刃先１１ａは、カッター板３の前面でその円錐形にほぼ沿う配置となっている。
【００５５】
さらに図１６のように、カッター板３の中心からほぼ等距離にあるカッタービット１０、固定式切削ビット１１Ｂ、ローラービット１１Ｃの高低を比較すると、ローラービット１１Ｃの刃先１１ａが最も前方に突出し、固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａがこれに次ぎ、カッタービット１０の刃先は最も後方に位置している。
したがって、ビット１１により障害物の切削する際には、まずローラービット１１Ｃが障害物に接触してこれを切削し、ついで固定式切削ビット１１Ｂが障害物に接触してこれを切削することになる。
【００５６】
次に、この発明の管路構築工法の施工方法を上記した第１の実施の形態のシールド掘進機１を主体に用いて説明する。
【００５７】
地中に挿入したシールド掘進機１のカッター板３を回転させ、シールド掘進機１に対して同時に推力を加えることにより、掘進用のカッタービット１０と切削ビット１１が回転することで地山を掘削、掘削土砂を開口１３の部分からチャンバー７内に取り込むことで掘進し、シールド掘進機１の後方に、推進管１７を継ぎ足すことによる管路や、セグメントの組立と継ぎ足しによる管路又はトンネルを構築することになる。
【００５８】
上記シールド掘進機１の掘進時において、その進路上にシートパイルや鉄骨、基礎杭等の地中障害物Ａが存在すると、切削ビット１１が障害物に当接し、カッター板３が回転していると共にシールド掘進機１に前進方向の推力が与えられているので、切削ビット１１は超硬チップ１６の刃先１１ａで障害物Ａをカッター板３の回転方向に沿って削っていく。
【００５９】
図６（ａ）は、地中障害物Ａがシートパイルの場合における切削ビット１１での切削状態を示し、カッター板３の回転方向ａに沿って揺動可能となる切削ビット１１は、回転方向ａの前方に位置する一枚目の超硬チップ１６ａの刃先１１ａがシートパイルに当接する
ことにより、前記刃先１１ａがシートパイルに食い込むよう切削ビット１１が傾動し、シートパイルの表面を超硬チップ１６ａの刃先１１ａの幅で削っていく。
【００６０】
各切削ビット１１は、カッター板３の前面に二組の渦巻き状の配置で固定され、かつ、カッター板３の回転方向ａに沿って前後に隣接する位置関係にある切削ビット１１は、その超硬チップ１６の刃先１１ａによる切削幅の幅方向の側縁が互いに一致するが一部がラップするように配置されているので、障害物Ａに対してシールド掘進機１の外径に見合う範囲を削ることができる。
【００６１】
このとき、切削ビット１１における超硬チップ１６の刃先１１ａは掘進用のカッタービット１０よりも前方に突出した配置になっているので、掘進用のカッタービット１０が障害物に当接することによって損傷するというようなことがない。
【００６２】
上記各切削ビット１１は、カッター板３の回転方向ａに沿って、複数の超硬チップ１６を並べた構造になっているので、図６（ｂ）のように、一枚目の超硬チップ１６ａが磨耗したり破損した場合、二枚目の超硬チップ１６ｂによって切削を継続することができ、また、超硬チップ１６は軸１５を挟んだ両側に対称状の配置とすることで、一方側の超硬チップ１６が磨耗したり破損した場合、カッター板３の回転を逆回転させることで、他方側の超硬チップ１６で切削を継続することができる。
【００６３】
上記のように、カッター板３の回転とシールド掘進機１に対する推力の付与を継続することにより、各超硬チップ１６の刃先１１ａで、シールド掘進機１の外径に見合う範囲で障害物Ａを削り取るっていき、障害物Ａの削り取られたものは薄くて幅の狭いものであり、掘削土砂との混練で小さく分断されるので、カッター板３に設けた開口１３の部分から掘削土砂と共にチャンバー７内に取り込むことができ、これにより、既存の排泥機構を用い、泥土共に地上に取出して処理することができる。
【００６４】
このように、シールド掘進機１の掘進を継続しながらシールド掘進機１の外径に見合う範囲で障害物Ａを削り取ると、通常の掘進となって管路を構築していけばよく、障害物Ａが存在しても掘進を中断することなく管路を構築できる。
【００６５】
上記した管路構築工法の施工において、第２の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、地中の障害物に遭遇すると、回転と推力の付与により、カッター板３の前面に設けた固定式切削ビット１１Ｂで障害物を切削し、この固定式切削ビット１１Ｂは、円錐形の配置になっているので、障害物を管路の中心部から切削を開始し、このように、中心部から外周に切削範囲を広げていくことにより、障害物の保持力を減じないようにすることができ、地山が崩落することのないように掘進することができる。
【００６６】
また、第３の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、ビット１１がローラービット１１Ｃになっているので、地中の障害物に遭遇すると、回転と推力が付与されたローラービット１１Ｃは公転しながら自転し、ローラービット１１Ｃの回転方向の変化に伴うこじり作用で、刃先１１ａによって障害物を効率よく切削することになる。
【００６７】
さらに、第４の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、地中の障害物Ａに遭遇すると、上述した刃先の突出量の関係から、まずローラービット１１Ｃの刃先１１ａが障害物に接触する。そして、ローラービット１１Ｃの円軸体２２の軸方向に並列する円弧形の刃先１１ａにより、図１８（ａ）のように、障害物は筋状の溝Ｇが並列した状態に削り取られる。
次いで固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａが障害物Ａに接触し、図１８（ｂ）のように、障害物のローラービット１１Ｃにより形成された筋状の溝Ｇの間の残存箇所が削り取られる。
このように、段階的に障害物Ａを切削するため、切削時にビット１１にかかる負荷を低減することができ、その損耗を防ぐことができる。特に、ローラビット１１Ｃにより並列する筋状の溝Ｇを障害物Ａに形成することで、障害物は圧裂切断されるため、後続の固定式切削ビット１１Ｂによる切断をスムーズにおこなうことができる。
【００６８】
この発明において、地中の障害物を揺動式切削ビット１１Ａや固定式切削ビット１１Ｂ又はローラービット１１Ｃで切削するので、地中障害物が金属製又はコンクリート製の何れであっても、切削によって生じる切削物は幅の狭い薄いものとなり、このような切削物は掘削土と共に地上へ排出処理できることになる。
【符号の説明】
【００６９】
１ シールド掘進機
２ スキンプレート
３ カッター板
４ 隔壁
５ センター軸
６ モータ
７ チャンバー
８ 排泥管
９ 送泥管
１０ 掘進用のカッタービット
１１ 切削ビット
１１Ａ 揺動式切削ビット
１１Ｂ 固定式切削ビット
１１Ｃ ローラービット
１２ センタービット
１３ 開口
１４ 支持台
１５ 軸
１６ 超硬チップ
１７ 推進管
１８ 方向修正ジャッキ
２１ 支持台
２２ 円軸体
２３ スパイラルの溝
Ａ 障害物
Ｇ 障害物の溝
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シールド掘進機とこれを用いた管路構築工法、更に詳しくは、地中掘進時の進路内に地中障害物がある場合、地盤改良を行うことなく容易に除去して掘進することができるシールド掘進機及び管路構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機を用いた一般的な管路構築には、例えば、推進工法とシールド工法があり、前者の推進工法は、シールド掘進機の後方に推進管を接続し、推進管の押し込みとシールド掘進機による掘進により推進管を順次継ぎ足して管路を構築し、また、後者のシールド工法は、シールド掘進機による地中の掘進と共に、その後方にセグメントを順次組立てながら接続して地中に管路やトンネルを構築する工法である。
【０００３】
ところで、都市部などにおいて推進工法やシールド工法を施工する場合、シールド掘進機による地中掘進時の前方進路内に、例えば、シートパイル（矢板）や鉄骨、基礎杭等の地中障害物が存在する場合がある。
【０００４】
このような障害物が存在すると、シールド掘進機のカッタービットが損傷を受けることで切削不能の事態が発生するため、従来採用されている一般的な対処方法は、地中に上記のような障害物が存在することが判った場合、シールド掘進機の運転を停止し、地山に薬液を注入して固化させる地山改良を行った後、シールド掘進機の前部に人力で空洞を掘って障害物を露出させ、この障害物をガス切断等で除去するようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような人力による処理の方法は、危険を伴うだけでなく、多くの労力と時間が必要になり、管路やトンネルの構築コストを高騰させる原因になる。
【０００６】
このような不都合を解決しようとして、シールド掘進機におけるカッター板の後方位置にローラカッターを配置し、地中に障害物があるとこのローラカッターを油圧シリンダでカッター板の前方位置に押し出し、前記ローラカッターで障害物を切断することで処理する障害物処理シールド掘進機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、シールド掘進機の内部でカッター板の後方位置にコアボーリングマシンを配置し、地中の前方にある障害物をコアボーリングマシンの伸長により切削して処理する障害物処理シールド掘進機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
これらとは別に、シールド掘進機の前部に高圧ノズルを配置し、障害物に遭遇すると、先ずノズルから地盤改良材を高圧噴射して地山改良を行った後、ノズルから高圧流体を噴射して障害物を切断除去する処理工法も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３１９７９６号公報
【特許文献２】特開平６−３３６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記した従来の障害物処理シールド掘進機や処理工法において、その何れも、障害物を切断して処理しようとするものであるが、切断による障害物の小型化には限度がある。
このため、切断した障害物をシールド掘進機内に取り込んで泥土と共に処理するのは現実的には困難であり、障害物処理シールド掘進機や処理工法の実用化のネックになっており、実際の施工において、人力による処理の方法に頼っているのが現状である。
【００１１】
また、シールド掘進機による管路やトンネルの施工において、地中障害物の存在を事前に知るのは技術的に困難性があり、上記した従来の障害物処理シールド掘進機や処理工法においては、掘削ビットが障害物に当接してシールド掘進機の前進が不能になった時点で障害物の存在を知ることが往々にしてあり、このため、障害物によって掘削ビットが破損するという事態が生じることになる。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、上記のような問題点を解決するため、地中障害物を削ることにより小さくし、シールド掘進機内に取り込んで泥土と共に処理することができ、障害物処理シールド掘進機や処理工法の実用化を実現でき、かつ、地中障害物による掘削ビットが破損発生を有効に防ぐことができるシールド掘進機とこれを用いた管路構築工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような課題を解決するため、この発明は、スキンプレートの前部に回転駆動されるカッター板を設け、このカッター板の前面に、掘進用のカッタービットを設けたシールド掘進機において、前記カッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたものである。
【００１４】
上記ビットは、切削ビットを用い、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられているようにすることができる。
【００１５】
上記切削ビットは、カッター板に固定する支持台と、この支持台に揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップからなり、各超硬チップは揺動方向と交差する方向の刃先を有し、複数の超硬チップは、揺動方向に沿ってその刃先が段付き状の配置になるよう並び、前記切削ビットが、カッター板の前面に超硬チップの揺動方向がカッター板の回転方向に沿う配置で固定されているようにすることができる。
【００１６】
上記ビットは、ローラービットを用い、このローラービットの回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でカッター板の前面に複数が取付けられ、前記複数のローラービットは、カッター板の半径方向に位置を違えた配置になっている構造とすることができる。
【００１７】
上記ローラービットは、軸方向に沿う多数の直線状刃先が周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービットの外周面に、各刃先を分断するようにスパイラルの溝が設けられているようにしてもよい。
【００１８】
上記ビットは、カッター板の中心部に位置するものが最も前方に位置し、外周部に位置するものほど後方に位置するような配置になっているようにできる。
【００１９】
上記ビットは、切削ビットとローラービットを併用し、この切削ビッドは、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、このローラービットは、カッター板の全面に、その回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でかつカッター板の半径方向に位置を違えた配置で複数が取付けられ、ローラビットは、周方向に沿う円弧状（円環状）刃先が軸方向に複数並列する形状とし、ローラービット、切削ビット、およびカッタービットは、ローラービットの刃先の前方突出量＞切削ビットの刃先の前方突出量＞カッタービットの刃先の前方突出量 となるように配置する配置するのが好ましい。
【００２０】
管路構築工法は、上記した何れかのシールド掘進機を用い、地中掘進時の進路内に地中障害物があると、これをビットで切削してシールド掘進機内に取り込むことで処理するようにしたものである。
【００２１】
ここで、上記シールド掘進機のカッター板は、中心部の前面に掘削用のセンタービットと、少なくとも外周部の位置に掘削用のカッタービットが設けられ、モータによるカッター板の回転により地山を掘進し、カッター板に設けた開口部分から、このカッター板の後部に配置したチャンバーに掘削物を取り込むようになっている。
【００２２】
上記ビットは、揺動式切削ビット、固定式切削ビット、ローラービットの何れかを採用することができ、揺動式切削ビットの場合、揺動方向の両側にそれぞれ複数の超硬チップが対称状の配置で設けられ、カッター板に対して揺動方向が回転方向に沿う配置で固定されているので、カッター板を何れの方向に回転させても切削機能が得られると共に、複数の超硬チップを刃先が多段となるようにすることで、一枚目の硬質チップの刃先が磨耗したり破損しても、次位置の硬質チップで切削を続行することができることになる。
【００２３】
また、固定式切削ビットの場合、カッター板の回転方向に沿って長い支持台の先端に、この支持台の長さ方向の中心を挟んでそれぞれ複数の超硬チップを対称状の配置で固定し、各超硬チップの刃先を多段となるようにすることで、一枚目の硬質チップの刃先が磨耗したり破損しても、次位置の硬質チップで切削を続行することができることになる。
【００２４】
上記ローラービットは、歯車状の構造を有し、カッター板の前面に複数が回転可能に取付けられ、推力を受けて障害物に当接した状態で、カッター板の回転による公転により自転することで障害物を削ることになる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によると、シールド掘進機におけるカッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたので、シールド掘進機での掘進による管路構築時に、進路内に位置する障害物をビットで切削して除去することができ、障害物は削ることによって小さな切削物となり、障害物をこのように小さな切削物として小型化することで、掘削土砂と共にシールド掘進機内に取り込むことが可能になり、障害物の除去とその処理がシールド掘進機の掘進を停止させることなく自動的に行え、人力による障害物の処理に比べて安全性と作業能率の向上を図ることができる。
【００２６】
また、カッタービットの刃先に対して切削ビットの刃先を同一又は前方に突出した配置にすることで、シールド掘進機による掘進時に地中の障害物に対して切削ビットが当接して切削を行い、カッタービットが障害物で破損を受けるのを防止することができ、地中障害物の存在を事前に知ることができなくても、掘進を連続して続けることができる。
【００２７】
更に、切削ビットにおいて、複数の超硬チップを刃先が段付き状の配置になるように並べれば、一枚目の超硬チップが磨耗したり破損した場合、次の超硬チップで障害物を切削することができ、切削ビットの取換え頻度を少なくして作業能率の向上を図ることができる。
【００２８】
切削ビットとローラービットをともに用い、ローラービットの刃先の前方突出量が切削ビットの刃先の前方突出量よりも大きく配置することで、進路内の障害物に、まず円弧状の刃先が軸方向に並列するローラービットにより並列する筋状の溝を入れ、ついで切削ビットにより障害物のその筋状の溝の間の残部を削り取ることが可能となる。
このように、障害物を段階的に切削することにより、切削時にビットに大きな負担がかかることを防ぐことができ、ビットの破損、摩耗を抑制できる。併せて、ビットが障害物に大きく食い込んでシールド掘進機全体がローリングしてしまうなどの不都合も解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】揺動式切削ビットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第１の実施の形態を示す全体構造の一部を外形とした縦断正面図
【図２】シールド掘進機の先端から見た揺動式切削ビットの配置形状を示す図１の矢印ＩＩ−ＩＩでの拡大した側面図
【図３】図１の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩでの拡大した縦断側面図
【図４】シールド掘進機におけるカッター板に取付けた揺動式切削ビットの配置状態を部分的に示す斜視図
【図５】（ａ）は揺動式切削ビットの外観形状を示す斜視図、（ｂ）は同じく揺動式切削ビットの縦断正面図、（ｃ）は同縦断側面図
【図６】（ａ）は揺動式切削ビットの超硬チップによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す横断平面図、（ｂ）は同じく揺動式切削ビットの一枚目の超硬チップが破損したときの二枚目の超硬チップによるシートパイルの切削状態を示す横断平面図
【図７】固定式切削ビットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第２の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図８】固定式切削ビットの超硬チップによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す拡大した横断平面図
【図９】シールド掘進機の先端から見た固定式切削ビットの配置形状を示す側面図
【図１０】（ａ）は固定式切削ビットの斜視図、（ｂ）は同横断平面図
【図１１】ローラービットを用いたこの発明に係るシールド掘進機の第３の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図１２】ローラービットによる地中障害物であるシートパイルの切削状態を示す拡大した横断平面図
【図１３】シールド掘進機の先端から見たローラービットの配置形状を示す側面図
【図１４】（ａ）はローラービットの斜視図、（ｂ）は同平面図
【図１５】切削ビットとローラービットを併用したこの発明に係るシールド掘進機の第４の実施の形態を示す全体構造の縦断正面図
【図１６】シールド掘進機の要部拡大縦断正面図
【図１７】シールド掘進機の先端から見た切削ビットおよびローラービットの配置形状を示す側面図
【図１８】（ａ）および（ｂ）は、切削ビットとローラービットによる地中障害物であるシートパイルの段階的な切削状態を示す拡大した横断平面図、（ｃ）は切削ビットの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１はこの発明に係るシールド掘進機１の全体構造を示し、円筒状となるスキンプレート２の前部に円板状のカッター板３を、隔壁４で支持されたセンター軸５への取付けによって配置し、センター軸５と連動したモータ６によって前記カッター板３は回転駆動され、前記カッター板３と隔壁４の間が掘削土砂を取り込むためのチャンバー７となり、図３のように、排泥管８と送泥管９が接続されている。
【００３２】
図２に示すように、上記カッター板３の前面に、掘進用のカッタービット１０と地中障害物Ａを切削するための多数のビット１１が取付けられ、前記掘進用のカッタービット１０は、カッター板３の中心部の位置に設けたセンタービット１２を挟む半径方向の両側に、半径方向に二列の配置で設けられ、最も外側に位置するものがスキンプレート２の外径に対して少し突出するゲージビット１０ａとになり、モータ６によるカッター板３の回転により、これらカッタービット１０、センタービット１２で地山を掘進し、カッター板３のカッタービット１０の近傍に設けた開口１３の部分からチャンバー７内に掘削物を取り込むようになっている。
【００３３】
上記切削用のビット１１は、カッター板３の前面でカッタービット１０の部分を除く略半円状となる両側の位置に、カッター板３の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、図１に示すように、カッタービット１０の刃先１０ｂに対してビット１１の刃先が前方に突出した配置になっている。
【００３４】
図１乃至図６は、上記ビット１１に揺動式切削ビット１１Ａを用いたシールド掘進機１の第１の実施の形態を示している。
【００３５】
図３は、揺動式切削ビット１１Ａの構造を示し、カッター板３に固定する二又状の支持台１４と、この支持台１４に軸１５で揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップ１６からなり、各超硬チップ１６は揺動方向と交差する方向の刃先１１ａを有し、複数の超硬チップ１６は、揺動方向に沿ってその刃先１１ａが段付き状の配置になるよう並び、図示の場合、二枚の超硬チップ１６ａと１６ｂを軸１５を挟んで両側に対称状となるよう配置したものを示し、図４のように、この切削ビット１１は、カッター板３の前面に超硬チップ１６の揺動方向がカッター板３の回転方向に沿う配置で固定されている。
【００３６】
図２のように、上記した多数の揺動式切削ビット１１Ａは、カッター板３の前面に対して、揺動方向がカッター板３の回転方向に沿う条件で固定されると共に、全体的にカッター板３の回転軸心を中心に、センタービット１２の外周寄りの位置からカッター板３の外周に向けて、二つの渦巻の組み合わせとなる渦巻状の配置になっている。
【００３７】
各揺動式切削ビット１１Ａの渦巻き状の配置において、カッター板３の回転方向に沿って前後に隣接する位置関係にある揺動式切削ビット１１Ａは、その超硬チップ１６の刃先１１ａによる切削幅の幅方向の側縁が互いに一致するが一部がラップするように配置し、このような揺動式切削ビット１１Ａの回転方向に沿う間隔及び渦巻状の配置により、カッター板３の直径範囲内の全面で切削機能が得られることになり、シールド掘進機１の掘進範囲内における障害物Ａの削り残しの発生が生じないようになっていると共に、このように揺動式切削ビット１１Ａをカッター板３の前面に対してランダムに配置することにより、障害物Ａの切削時におけるシールド掘進機１への負荷を低減することができる。
【００３８】
上記揺動式切削ビット１１Ａは、シールド掘進機１の掘進時において、超硬チップ１６の刃先１１ａが障害物Ａに当接したとき、この刃先１１ａの幅で障害物Ａをカッター板３の回転方向に薄く削っていくことになり、障害物Ａが鋼材、線材、コンクリートの何れであっても、削り取った部分は薄くて幅の狭いものとなるので簡単に分断されて小型化し、掘削土砂と共にカッター板３の開口１３の部分からチャンバー７内に取り込むことができ、通常の泥土処理で地上に取出すことができる。
【００３９】
また、障害物Ａがシートパイル等の鋼材のように硬質の場合、超硬チップ１６で削り取るにはそれなりの時間が必要になるが、上述した、人力による処理の方法の施工に要する作業時間、即ち、シールド掘進機の運転を停止し、地山に薬液を注入固化させる時間、その後、シールド掘進機の前部に人力で空洞を掘って障害物を露出させる時間、この障害物をガス切断等で除去する時間のトータル時間があれば十分に処理できることになり、作業時間が余分に長くかかるという問題はない。
【００４０】
なお、図１のシールド掘進機１は、スキンプレート２の後端に推進管１７を接続し、スキンプレート２の途中を分離した部分に複数本の方向修正ジャッキ１８を設けた泥濃式推進工法用のものを示したが、スキンプレート２の後部にセグメントの組み立てスペースを設け、スキンプレート２の内部に推進ジャッキを設けたセミシールド工法に用いるものであってもよい。
【００４１】
図７乃至図１０は、上記ビット１１に固定式切削ビット１１Ｂを用いたシールド掘進機１の第２の実施の形態を示している。なお、上記した第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付すことによって説明に代える。以降の実施の形態についても同様である。
【００４２】
図９と図１０のように、固定式切削ビット１１Ｂは、カッター板３の回転方向に沿って弧を描くように長い支持台２１の先端に、この支持台２１の長さ方向の中心を挟んでそれぞれ複数の超硬チップ１６を対称状の配置で固定し、各超硬チップ１６の刃先１１ａを中央部が最も高く両端に行くほど低くなるように多段の配置になっている。
【００４３】
このようにすることで、一枚目の硬質チップ１６の刃先１１ａが磨耗したり破損しても、次位置の超硬チップ１６で切削を続行することができることになる。
【００４４】
上記固定式切削ビット１１Ｂは、図９のように、カッター板３の前面にこのカッター板３の回転軸心を中心とした一つの渦巻き状の配置で固定すると共に、カッター板３を外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状にすることで、全固定式切削ビット１１Ｂにおける超硬チップ１６の刃先１１ａの配列を、中央部のものが推進方向の前方に最も突出し、外周に位置するものほど後方に位置する円錐形の配置とし、障害物の切削を管路の中心部から行い、障害物の保持力を減じないように障害物を管路の中心部から外周に向けて切削し、切削による開口部を中心部から外周に広げていくようにしている。
【００４５】
このような中央部のものが前方に最も突出する円錐形の配置となる固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａの配列は、上記した第１の実施の形態にも採用することは当然可能である。
【００４６】
上記した第２の実施の形態において、掘進用のカッタービット１０は、カッター板３の外周寄りの位置に固定したゲージビット１０ａであり、図９の場合、センタービット１２の前面には中心を挟む両側の位置に、半径方向に長い切削ビット１１が固定してある。
【００４７】
図１１乃至図１４は、上記ビット１１にローラービット１１Ｃを用いたシールド掘進機１の第３の実施の形態を示している。
【００４８】
上記ローラービット１１Ｃは、超硬材料を用いた円軸体２２の外周面に軸方向に沿う直線の刃先１１ａを周方向に多数設けた歯車形に形成され、図１２のように、外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状に形成したカッター板３の前面で、回転中心を通る径方向の中心線上に、複数のローラービット１１Ｃを回転可能となるよう並べて取付け、図１３のように、カッター板３の回転中心を挟んだ半径方向に沿う両側のローラービット１１Ｃの数と取付け位置を異なるようにし、カッター板３の回転により全面で切削が行えるようにしていると共に、各ローラービット１１Ｃはその刃先１１ａがカッター板３の前面円錐形に沿う配置になっている。
【００４９】
また、カッター板３の前面外周部で、上記した直列に並ぶローラービット１１Ｃ群と直角となる二箇所の位置に最大径の切削用ローラービット１１Ｃが外開きの配置で取付けられ、カッター板の前面で前記最大径の切削用ローラービットの内側位置にカッタービット１０が設けてある。
【００５０】
このローラービット１１Ｃは、図１４のように、外周面において、軸方向に沿う多数の直線状となる刃先１１ａが周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービット１１Ｃの外周面に、周方向に沿ってスパイラルの溝２３を設け、各刃先１１ａを分断した構造とすることにより、各刃先１１ａの分断による端部の食い付き性の向上によって障害物に対する切り込み性を高め、切削効率を上げるようにしたものを用いることができる。
【００５１】
図１５乃至図１８は、上記ビット１１に固定式切削ビット１１Ｂとローラービット１１Ｃを併用したシールド掘進機１の第４の実施の形態を示している。
以下、上記各実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
【００５２】
その固定式切削ビット１１Ｂは、支持台２１に超硬チップ１６を固定してなる上記第２の実施形態と同様の構造のものが用いられている（図１８（ｃ）参照）。
その超硬チップ１６の刃先（端面）１１ａは、面取りの施されていない鋭角なものであり、折損の危険性よりも切削性能の向上を優先させた形状となっている。
図１７に示すように、カッター板３の前面にこのカッター板３の回転軸心を中心としたほぼ渦巻き状の配置で固定され、カッター板３の直径範囲内の全面で切削機能が得られることになっている。
なお、固定式切削ビット１１Ｂに代えて、上記第１の実施形態と同様の揺動式切削ビット１１Ａを用いることも可能である。
【００５３】
またローラービット１１Ｃには、その円軸体２２の外周面に円弧状（円環状）の刃先１１ａが形成されており、この刃先１１ａは、円軸体２２の軸方向に多数並列している。
各ローラービット１１Ｃは、その円軸体２２の軸心がカッター板３の半径方向と一致するようにカッター板３に取り付けられている。そのため、ローラービット１１Ｃは、カッター板３の回転方向に沿って回転するようになっている。
さらに図１７に示すように、ローラービット１１Ｃは、カッター板３の半径方向に位置を違え、かつ固定式切削ビット１１Ｂと重なり合わないように配置されており、カッター板３の回転により全面で切削が行えるようになっている。
【００５４】
図１５および図１６のように、カッター板３は、外周縁から中心部に向けて高くなる円錐形の断面形状に形成しされており、各固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａおよび各ローラービット１１Ｃの刃先１１ａは、カッター板３の前面でその円錐形にほぼ沿う配置となっている。
【００５５】
さらに図１６のように、カッター板３の中心からほぼ等距離にあるカッタービット１０、固定式切削ビット１１Ｂ、ローラービット１１Ｃの高低を比較すると、ローラービット１１Ｃの刃先１１ａが最も前方に突出し、固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａがこれに次ぎ、カッタービット１０の刃先は最も後方に位置している。
したがって、ビット１１により障害物の切削する際には、まずローラービット１１Ｃが障害物に接触してこれを切削し、ついで固定式切削ビット１１Ｂが障害物に接触してこれを切削することになる。
【００５６】
次に、この発明の管路構築工法の施工方法を上記した第１の実施の形態のシールド掘進機１を主体に用いて説明する。
【００５７】
地中に挿入したシールド掘進機１のカッター板３を回転させ、シールド掘進機１に対して同時に推力を加えることにより、掘進用のカッタービット１０と切削ビット１１が回転することで地山を掘削、掘削土砂を開口１３の部分からチャンバー７内に取り込むことで掘進し、シールド掘進機１の後方に、推進管１７を継ぎ足すことによる管路や、セグメントの組立と継ぎ足しによる管路又はトンネルを構築することになる。
【００５８】
上記シールド掘進機１の掘進時において、その進路上にシートパイルや鉄骨、基礎杭等の地中障害物Ａが存在すると、切削ビット１１が障害物に当接し、カッター板３が回転していると共にシールド掘進機１に前進方向の推力が与えられているので、切削ビット１１は超硬チップ１６の刃先１１ａで障害物Ａをカッター板３の回転方向に沿って削っていく。
【００５９】
図６（ａ）は、地中障害物Ａがシートパイルの場合における切削ビット１１での切削状態を示し、カッター板３の回転方向ａに沿って揺動可能となる切削ビット１１は、回転方向ａの前方に位置する一枚目の超硬チップ１６ａの刃先１１ａがシートパイルに当接する
ことにより、前記刃先１１ａがシートパイルに食い込むよう切削ビット１１が傾動し、シートパイルの表面を超硬チップ１６ａの刃先１１ａの幅で削っていく。
【００６０】
各切削ビット１１は、カッター板３の前面に二組の渦巻き状の配置で固定され、かつ、カッター板３の回転方向ａに沿って前後に隣接する位置関係にある切削ビット１１は、その超硬チップ１６の刃先１１ａによる切削幅の幅方向の側縁が互いに一致するが一部がラップするように配置されているので、障害物Ａに対してシールド掘進機１の外径に見合う範囲を削ることができる。
【００６１】
このとき、切削ビット１１における超硬チップ１６の刃先１１ａは掘進用のカッタービット１０よりも前方に突出した配置になっているので、掘進用のカッタービット１０が障害物に当接することによって損傷するというようなことがない。
【００６２】
上記各切削ビット１１は、カッター板３の回転方向ａに沿って、複数の超硬チップ１６を並べた構造になっているので、図６（ｂ）のように、一枚目の超硬チップ１６ａが磨耗したり破損した場合、二枚目の超硬チップ１６ｂによって切削を継続することができ、また、超硬チップ１６は軸１５を挟んだ両側に対称状の配置とすることで、一方側の超硬チップ１６が磨耗したり破損した場合、カッター板３の回転を逆回転させることで、他方側の超硬チップ１６で切削を継続することができる。
【００６３】
上記のように、カッター板３の回転とシールド掘進機１に対する推力の付与を継続することにより、各超硬チップ１６の刃先１１ａで、シールド掘進機１の外径に見合う範囲で障害物Ａを削り取るっていき、障害物Ａの削り取られたものは薄くて幅の狭いものであり、掘削土砂との混練で小さく分断されるので、カッター板３に設けた開口１３の部分から掘削土砂と共にチャンバー７内に取り込むことができ、これにより、既存の排泥機構を用い、泥土共に地上に取出して処理することができる。
【００６４】
このように、シールド掘進機１の掘進を継続しながらシールド掘進機１の外径に見合う範囲で障害物Ａを削り取ると、通常の掘進となって管路を構築していけばよく、障害物Ａが存在しても掘進を中断することなく管路を構築できる。
【００６５】
上記した管路構築工法の施工において、第２の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、地中の障害物に遭遇すると、回転と推力の付与により、カッター板３の前面に設けた固定式切削ビット１１Ｂで障害物を切削し、この固定式切削ビット１１Ｂは、円錐形の配置になっているので、障害物を管路の中心部から切削を開始し、このように、中心部から外周に切削範囲を広げていくことにより、障害物の保持力を減じないようにすることができ、地山が崩落することのないように掘進することができる。
【００６６】
また、第３の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、ビット１１がローラービット１１Ｃになっているので、地中の障害物に遭遇すると、回転と推力が付与されたローラービット１１Ｃは公転しながら自転し、ローラービット１１Ｃの回転方向の変化に伴うこじり作用で、刃先１１ａによって障害物を効率よく切削することになる。
【００６７】
さらに、第４の実施の形態のシールド掘進機１を用いた場合、地中の障害物Ａに遭遇すると、上述した刃先の突出量の関係から、まずローラービット１１Ｃの刃先１１ａが障害物に接触する。そして、ローラービット１１Ｃの円軸体２２の軸方向に並列する円弧形の刃先１１ａにより、図１８（ａ）のように、障害物は筋状の溝Ｇが並列した状態に削り取られる。
次いで固定式切削ビット１１Ｂの刃先１１ａが障害物Ａに接触し、図１８（ｂ）のように、障害物のローラービット１１Ｃにより形成された筋状の溝Ｇの間の残存箇所が削り取られる。
このように、段階的に障害物Ａを切削するため、切削時にビット１１にかかる負荷を低減することができ、その損耗を防ぐことができる。特に、ローラビット１１Ｃにより並列する筋状の溝Ｇを障害物Ａに形成することで、障害物は圧裂切断されるため、後続の固定式切削ビット１１Ｂによる切断をスムーズにおこなうことができる。
【００６８】
この発明において、地中の障害物を揺動式切削ビット１１Ａや固定式切削ビット１１Ｂ又はローラービット１１Ｃで切削するので、地中障害物が金属製又はコンクリート製の何れであっても、切削によって生じる切削物は幅の狭い薄いものとなり、このような切削物は掘削土と共に地上へ排出処理できることになる。
【符号の説明】
【００６９】
１ シールド掘進機
２ スキンプレート
３ カッター板
４ 隔壁
５ センター軸
６ モータ
７ チャンバー
８ 排泥管
９ 送泥管
１０ 掘進用のカッタービット
１１ 切削ビット
１１Ａ 揺動式切削ビット
１１Ｂ 固定式切削ビット
１１Ｃ ローラービット
１２ センタービット
１３ 開口
１４ 支持台
１５ 軸
１６ 超硬チップ
１７ 推進管
１８ 方向修正ジャッキ
２１ 支持台
２２ 円軸体
２３ スパイラルの溝
Ａ 障害物
Ｇ 障害物の溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレートの前部に回転駆動されるカッター板を設け、このカッター板の前面に、掘進用のカッタービットを設けたシールド掘進機において、前記カッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記ビットは、切削ビットを用い、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記切削ビットは、カッター板に固定する支持台と、この支持台に揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップからなり、各超硬チップは揺動方向と交差する方向の刃先を有し、複数の超硬チップは、揺動方向に沿ってその刃先が段付き状の配置になるよう並び、前記切削ビットが、カッター板の前面に超硬チップの揺動方向がカッター板の回転方向に沿う配置で固定されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記ビットは、ローラービットを用い、このローラービットの回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でカッター板の前面に複数が取付けられ、前記複数のローラービットは、カッター板の半径方向に位置を違えた配置になっていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記ローラービットは、軸方向に沿う多数の直線状刃先が周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービットの外周面に、各刃先を分断するようにスパイラルの溝が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のシールド掘進機。
【請求項６】
上記ビットは、カッター板の中心部に位置するものが最も前方に位置し、外周部に位置するものほど後方に位置するような配置になっていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のシールド掘進機。
【請求項７】
上記ビットは、切削ビットとローラービットを併用し、
この切削ビッドは、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、
このローラービットは、カッター板の全面に、その回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でかつカッター板の半径方向に位置を違えた配置で複数が取付けられ、
ローラービットは、周方向に沿う円弧状刃先が軸方向に複数並列するものとし、
ローラービット、切削ビット、およびカッタービットは、下式を満たすように配置されている請求項１に記載のシールド掘進機。
ローラービットの刃先の前方突出量＞切削ビットの刃先の前方突出量＞カッタービットの刃先の前方突出量
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載のシールド掘進機を用い、地中掘進時の進路内に地中障害物があると、これをビットで切削してシールド掘進機内に取り込むことで処理する管路構築工法。
【請求項１】
スキンプレートの前部に回転駆動されるカッター板を設け、このカッター板の前面に、掘進用のカッタービットを設けたシールド掘進機において、前記カッター板の前面に、地中の障害物を切削するためのビットを取付けたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
上記ビットは、切削ビットを用い、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
上記切削ビットは、カッター板に固定する支持台と、この支持台に揺動可能となるよう取付けた複数の超硬チップからなり、各超硬チップは揺動方向と交差する方向の刃先を有し、複数の超硬チップは、揺動方向に沿ってその刃先が段付き状の配置になるよう並び、前記切削ビットが、カッター板の前面に超硬チップの揺動方向がカッター板の回転方向に沿う配置で固定されていることを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
【請求項４】
上記ビットは、ローラービットを用い、このローラービットの回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でカッター板の前面に複数が取付けられ、前記複数のローラービットは、カッター板の半径方向に位置を違えた配置になっていることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項５】
上記ローラービットは、軸方向に沿う多数の直線状刃先が周方向に一定の間隔で設けられた歯車形に形成され、このローラービットの外周面に、各刃先を分断するようにスパイラルの溝が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のシールド掘進機。
【請求項６】
上記ビットは、カッター板の中心部に位置するものが最も前方に位置し、外周部に位置するものほど後方に位置するような配置になっていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のシールド掘進機。
【請求項７】
上記ビットは、切削ビットとローラービットを併用し、
この切削ビッドは、カッター板の前面に、このカッター板の回転軸心を中心とする渦巻き状の配置で多数が設けられ、
このローラービットは、カッター板の全面に、その回転方向がカッター板の回転方向に沿う配置でかつカッター板の半径方向に位置を違えた配置で複数が取付けられ、
ローラービットは、周方向に沿う円弧状刃先が軸方向に複数並列するものとし、
ローラービット、切削ビット、およびカッタービットは、下式を満たすように配置されている請求項１に記載のシールド掘進機。
ローラービットの刃先の前方突出量＞切削ビットの刃先の前方突出量＞カッタービットの刃先の前方突出量
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載のシールド掘進機を用い、地中掘進時の進路内に地中障害物があると、これをビットで切削してシールド掘進機内に取り込むことで処理する管路構築工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−４７４４４（Ｐ２０１３−４７４４４Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８５１６８（Ｐ２０１２−８５１６８）
【出願日】平成２４年４月４日（２０１２．４．４）
【出願人】（５０１２００６６４）株式会社インテック (2)
【出願人】（５０６２９２２６２）ヤスダエンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月４日（２０１２．４．４）
【出願人】（５０１２００６６４）株式会社インテック (2)
【出願人】（５０６２９２２６２）ヤスダエンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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