特開 2024-164533 トンネル掘削機およびトンネル施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164533

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】トンネル掘削機およびトンネル施工方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20241120BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080087

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】澤上 晋

(72)【発明者】

【氏名】田中 敦

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC01

2D054BA03

2D054BB05

2D054BB07

(57)【要約】

【課題】簡易にカッタービットを交換または増減することを可能とし、地山状況に応じた効率的なトンネル施工を行うことを可能としたトンネル掘削機およびトンネル施工方法を提案する。
【解決手段】カッタースポーク４と、カッタースポーク４に固定された複数のカッタービット５，５，…および複数の台座６，６，…とを備えるトンネル掘削機１である。台座６には、補助カッタービット７を固定するための複数のボルト孔６２，６２，…が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カッターヘッドと、
前記カッターヘッドに固定された複数のカッタービットおよび複数の台座と、を備えるトンネル掘削機であって、
前記台座には、補助カッタービットを固定するための複数のボルト孔が形成されていることを特徴とする、トンネル掘削機。

【請求項2】

前記ボルト孔に螺合されたボルトを介して前記台座に固定された補助カッタービットを備えていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項3】

前記台座は、前記カッターヘッドのカッタースポークの側面に溶接されていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記カッタースポークの外周側端部の側面に側板が添設されており、
前記側板の内周側面と前記カッタースポークの側面との角部に前記台座が溶接されていることを特徴とする、請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

トンネル掘削機の先端に回転可能に設けられたカッターヘッドに複数のボルト孔が形成された台座を固定する台座固定工程と、
前記台座に補助カッタービットを固定する補助ビット固定工程と、
前記トンネル掘削機を利用して地山を掘削する掘進工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
前記補助ビット固定工程では、前記補助カッタービットに形成された貫通孔にボルトを挿通するとともに、前記ボルトを前記ボルト孔に螺着することを特徴とする、トンネル施工方法。

【請求項6】

チャンバー内から前記ボルトを脱着して、前記補助カッタービットを交換する補助ビット交換工程を備えることを特徴とする、請求項５に記載のトンネル施工方法。

【請求項7】

前記台座固定工程では、前記カッターヘッドのカッタースポークの外周側端部の側面に側板を溶接する作業と、前記側板の内周側面と前記カッタースポークの側面との角部に前記台座を溶接する作業と、を行うことを特徴とする、請求項５に記載のトンネル施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削機およびトンネル施工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法やＴＢＭ等で使用するトンネル掘削機は、前面に設けられたカッターヘッドを地山に押し当てつつ回転させることで地山を切削する。カッターヘッドには、複数のカッタービットが固定されている。
トンネル掘削機により掘進作業を進めると、土砂や岩盤等との接触等によりカッタービットに摩耗や破損が生じる場合がある。カッタービットに摩耗や破損が生じると、切削能力が低下するため、カッタービットを交換する必要がある。また、地山の性質（土質）は、必ずしも一定ではなく、掘進に伴って地山（土質）が変化するのが一般的である。そのため、地山の変化に応じてカッタービットの種類や形状を変更する場合もある。
カッタービットの交換方法としては、チャンバー内の土砂を除去した後、チャンバー内に作業員が入り込んで、あるいはカッターヘッドの前面に作業員が出て、カッターヘッドのスポークまたは面板に固定されたカッタービットを交換するのが一般的である。
例えば、特許文献１には、排土口付きのカッターヘッドに、排土口を中心に放射方向にスライド可能に取り付けられたスライドビットと、排土口を跨ぐように着脱可能に取り付けられたセンタービットとを備えるトンネル掘削機が開示されている。特許文献１のトンネル掘削機では、排土口を利用してスライドビットとセンタービットを交換できる。
しかし、カッターヘッドに設けられた多数のカッタービットを地山の変化に応じて交換する作業は、手間がかかり、工期短縮の妨げになるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－２２９５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような観点から、本発明は、カッタービットを簡易に交換または増減することを可能とし、地山状況に応じた効率的なトンネル施工を行うことを可能としたトンネル掘削機およびトンネル施工方法を提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記課題を解決するための本発明のトンネル掘削機は、カッターヘッドと、前記カッターヘッドに固定された複数のカッタービットおよび複数の台座とを備えている。前記台座には、補助カッタービットを固定するための複数のボルト孔が形成されている。補助カッタービットは、前記ボルト孔に螺合されたボルトにより前記台座に着脱可能に固定される。

【0006】

また、本発明のトンネル施工方法は、トンネル掘削機の先端に回転可能に設けられたカッターヘッドに複数のボルト孔が形成された台座を固定する台座固定工程と、前記台座に補助カッタービットを固定する補助ビット固定工程と、前記トンネル掘削機を利用して地山を掘削する掘進工程とを備えている。前記補助ビット固定工程では、前記補助カッタービットに形成された貫通孔にボルトを挿通するとともに、前記ボルトを前記ボルト孔に螺着する。なお、補助カッタービットは、カッターヘッドの前面に出ずともよく、チャンバー内から前記ボルトを脱着して、交換すればよい。

【0007】

かかるトンネル掘削機およびトンネル施工方法によれば、カッタービットとは異なる位置に、補助カッタービットを着脱可能な台座を備えているため、地山状況に応じて補助カッタービットの着脱できる。すなわち、地山状況に応じたカッタービットの配置および増減が可能となるため、効率的なトンネル施工が可能となる。また、補助カッタービットはボルトにより着脱可能なため、着脱時および交換時に火気を使用する必要がない。補助カッタービット（台座）の取付位置は、任意に設定できるため、地山条件に応じた配置が可能である。

【0008】

前記台座は、前記カッターヘッドのカッタースポークの側面（カッタースポーク同士の間、若しくはカッタースポークと面板との間に形成された開口部に臨む面）に溶接されているのが望ましい。こうすることで、台座が地山との接触により損傷することを抑制できる。
カッタースポークの外周側端部の側面に側板を添接するとともに、前記側板の内周側面と前記カッタースポークの側面とに前記台座を溶接するのが望ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明のトンネル掘削機およびトンネル施工方法によれば、簡易にカッタービットを交換または増減することを可能とし、ひいては、地山状況に応じた効率的なトンネル施工を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係るトンネル掘削機の概要を示す断面図である。

【図2】カッターヘッドを示す正面図である。

【図3】台座を示す図であって、（ａ）は外側から望む斜視図、（ｂ）はチャンバー側から望む斜視図である。

【図4】補助カッタービットと台座を示す断面図である。

【図5】トンネル施工方法の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施形態では、シールド工法によりトンネルを施工する場合について説明する。図１にトンネルの施工に使用するトンネル掘削機１を示す。トンネル掘削機１は、図１に示すように、本体部２と、本体部２の前面に設けられたカッターヘッド３とを備えている。本体部２は、外面がスキンプレート２１により覆われていて、内部にはカッターヘッド３の動力となるモーター２２や推進ジャッキ２３等を備えている。本体部２の前部にはバルクヘッド（隔壁）２４が設けられている。カッターヘッド３とバルクヘッド２４との間には、掘削土が取り込まれるチャンバー２５が形成されている。

【0012】

図２にカッターヘッド３を示す。図２に示すように、本実施形態のカッターヘッド３は、面板３１を有するいわゆる面板形カッターヘッドである。カッターヘッド３は、カッタースポーク４と、カッタースポーク４に固定された複数のカッタービット５，５，…および複数の台座６，６，…と、カッタースポーク４，４，…の外周側端部が接続される外周リング９とを備えている。
図２に示すように、カッタースポーク４は、面板３１に形成されたスリット３２に配設されており、カッターヘッド３の中心から放射状に配設されている。カッタースポーク４と面板３１（スリット３２の縁）と間には、所定の大きさの隙間（開口部）が形成されている。なお、カッタースポーク４の形状、本数および配置等は限定されるものではなく、適宜決定される。同様に、面板３１の形状も限定されるものではなく、適宜決定される。
カッタービット５は、カッタースポーク４の前面および側面（カッタースポーク４と面板３１との間に形成された開口部に臨む面）と、面板３１の前面に固定されている。カッタービット５の配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

【0013】

台座６は、カッタースポーク４の側面に溶接されている。図３に台座６を示す。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の台座６は、カッタースポーク４の外周側端部において、カッタービット５と重ならない位置に設けられている。図３（ａ）に示すように、カッタースポーク４の外周側端部の側面には、側板６１が添設されている。側板６１は、カッタースポーク４の外周側端部の側面および外周リングの前端面に溶接されている。台座６は、側板６１の内周側面とカッタースポーク４の側面との角部に溶接されている。本実施形態の台座５は、外周リング９の内周面にも溶接されている。台座６には、補助カッタービットを固定するための複数（本実施形態では４つ）のボルト孔６２，６２，…が形成されている。
図４に補助カッタービット７が取り付けられた台座６を示す。図４は、図２のＡ－Ａ断面図である。図４に示すように、台座６は、カッタースポーク４の前面から突出しないように配置されている。補助カッタービット７には、貫通孔７１が形成されている。貫通孔７１には、ボルト８が挿通される。補助カッタービット７は、ボルト孔６２に螺合されたボルト８を介して台座６に着脱可能に固定される。

【0014】

本実施形態のトンネル施工方法について説明する。図５にトンネル施工方法の手順を示す。図５に示すように、トンネル施工方法は、台座固定工程Ｓ１と、補助ビット固定工程Ｓ２と、掘進工程Ｓ３と、ビット交換工程Ｓ４とを備えている。
台座固定工程Ｓ１では、トンネル掘削機１の先端に回転可能に設けられたカッタースポーク４（カッターヘッド３）に台座６を固定する。台座固定工程Ｓ１では、まず、カッタースポーク４の外周側端部の側面（他のカッタースポーク４側の面）に側板６１を溶接する。次に、側板６１の内周側面とカッタースポーク４の側面に台座６を溶接する（図３参照）。

【0015】

補助ビット固定工程Ｓ２では、台座６に補助カッタービット７を固定する。より詳細に説明すると、補助ビット固定工程Ｓ２では、図４に示すように、補助カッタービット７に形成された貫通孔７１にボルト８を挿通するとともに、ボルト８をボルト孔６２に螺着することにより補助カッタービット７を台座６に固定する。
掘進工程Ｓ３では、トンネル掘削機１を利用して地山を掘削する。
補助ビット交換工程Ｓ４では、チャンバー２５内からボルト８を脱着して、補助カッタービット７を交換する。

【0016】

本実施形態のトンネル掘削機１およびトンネル施工方法によれば、カッタービット５とは異なる位置に、補助カッタービット７を着脱可能な台座６を備えているため、補助カッタービット７を着脱することにより、地山状況に応じた掘削が可能となる。すなわち、地山状況に応じたカッタービット５（補助カッタービット７を含む）の配置および増減が可能となるため、効率的なトンネル施工が可能となる。

【0017】

台座６は、カッタースポーク４の側面（カッタースポーク４と面板３１との間に形成された開口部に臨む面）に溶接されているため、掘進時に台座６が地山と接触することにより損傷することを抑制できる。
台座６の外周側に側板６１が添設されているため、カッターヘッド３の側面に転石等が接触した場合であっても、側板６１が緩衝材として機能し、台座６および補助カッタービット７が転石に接触して損傷することが抑制されている。

【0018】

補助カッタービット７はボルト８により着脱可能なため、着脱時および交換時に火気を使用する必要がない。
補助カッタービット７（台座６）の取付位置は、任意に設定できるため、地山条件に応じた配置が可能である。

【0019】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
カッターヘッド３の形状やカッタースポーク４の配置等は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、カッタースポーク４に設けられるカッタービット５の数および配置も適宜決定すればよい。
前記実施形態では、面板形のカッターヘッド３について説明したが、カッターヘッド３はスポーク形であってもよい。

【0020】

台座６のカッタースポーク４への固定方法は溶接に限定されるものではなく、例えば、ボルトなどを利用して固定してもよい。
台座６の固定箇所は、カッタースポーク４の外周部に限定されるものではなく、カッタースポーク４の中間部や基端部（カッタヘッド３の中央側）であってもよい。
台座６をカッタースポーク４に固定するタイミングは限定されるものではない。例えば、工場でトンネル掘削機１を製造する段階で固定してもよいし、現場に搬入してトンネル掘削機を組み立てる段階または組立後に固定してもよい。
補助カッタービット７を取り付けるタイミングは限定されるものではなく、例えば、トンネルを所定の位置まで掘進してから台座６に固定してもよい。
側板６１は必要に応じて設置すればよい。
ビット交換工程Ｓ４は、必要に応じて実施すればよい。また、補助カッタービット７は、地山状況に応じて、着脱してもよい。

【符号の説明】

【0021】

１ トンネル掘削機
２ 本体部
３ カッターヘッド
３１ 面板
３２ スリット
４ カッタースポーク
５ カッタービット
６ 台座
６１ 側板
６２ ボルト孔
７ 補助カッタービット
７１ 貫通孔
８ ボルト
９ 外周リング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】