特許 7165476 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-26

(45)【発行日】2022-11-04

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20221027BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 A

E21D9/087 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022039724

(22)【出願日】2022-03-14

【審査請求日】2022-05-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100101971

【弁理士】

【氏名又は名称】大畑 敏朗

(72)【発明者】

【氏名】村中 浩昭

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐司

(72)【発明者】

【氏名】森 竜生

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１０１９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０２１３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７０５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１２３８９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０４００５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２２６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０１４７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６７０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０６２９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１６９３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第００７３５２３７（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １／００－９／１４

Ｅ２１Ｄ １１／００－１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００－２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転中心に位置するハブ部と、
前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、
それぞれの前記スポーク部の間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔と、
前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部と、
前記複数のスポーク部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延在方向におけるカッタ盤の正面視での回転中心から前記スポーク部の外端部までの距離の中央位置から内側のみに設けられ、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側を保護する保護部材と、
前記複数のスポーク部の延在方向の前記中央位置から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第１のスクレーパツースと、
前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第２のスクレーパツースと、
を有し、
前記複数のスポーク部は、延在方向の前記中央位置から内側では、カッタ盤の正面視における幅方向の寸法が前記ハブ部に近づくにつれて細くなるように形成され、延在方向の前記中央位置から外側では、カッタ盤の正面視における幅方向の寸法が同一になるように形成され、
前記複数のスポーク部の前記中央位置から内側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチは、前記中央位置から外側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチよりも狭くなっている、
ことを特徴とするシールド掘進機のカッタ盤。

【請求項2】

前記保護部材は、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側におけるカッタ盤の正面視での幅方向の両側の縁部および前記先行ビットの間に設けられている、
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。

【請求項3】

前記保護部材は耐摩耗鋼板である、
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。

【請求項4】

請求項１～３の何れか一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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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する技術である。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

シールド掘進機には、泥土圧シールド掘進機と泥水式シールド掘進機とがある。前者のシールド掘進機は、添加材をチャンバ内に注入して掘削土を泥土化（流動化）して所定の圧力を与えることにより切羽を安定させる構造となっており、より詳しくは、掘削土砂を切羽と隔壁間に充満させ、これに添加材を注入・混練することにより、土砂を流動性と止水性の高い泥土（礫と添加材の混合物）とし、その土圧により切羽の安定を図りながら掘進するシールド機である。なお、チャンバ内で添加材と混合された土砂は、スクリュコンベアに取り込まれて機器本体の後方から排出される。また、後者のシールド掘進機は、チャンバ内の泥水に所定の圧力を加えることにより切羽を安定させ、泥水を循環させることで掘削土を流体輸送する構造となっている。

【0004】

ここで、泥土圧シールド掘進機のカッタ盤は、回転中心に位置するハブ部と、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端部を連結する外周リング部とを備えている。また、カッタ盤で掘削された土砂等をカッタ盤の背後に形成されたチャンバに取り込むための貫通孔がスポーク部の間に形成されている。

【0005】

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掘削手段が配置されている。ローラカッタは、各スポーク部の前面に配置されており、主に玉石や巨礫等（以下、単に「玉石」ということもある。）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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１２－１２２２５７号公報

【文献】特開２０１２－１２２２５８号公報

【文献】特開２０１２－１２２２５９号公報

【文献】特開２０１２－１２２２６０号公報

【文献】特開平１０－１４０９８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、泥土圧シールド掘進機においては、カッタ盤に形成された貫通孔から取り込むことのできる最大径以上の玉石が存在した場合には、ビットにより玉石を破砕してから取り込むようにしている。これは、スクリュコンベアで搬送できない玉石が取り込まれてしまった場合には、チャンバ内では破砕することはできないので、チャンバ内で撹拌されながらスクリュコンベアで搬送できる径まで摩耗されるまで残ることとなるために、撹拌棒やトルクアームなどの損傷につながるからである。よって、カッタ盤から取り込む玉石の最大径は、スクリュコンベアで搬送できる径以下にしておく必要がある。

【0008】

ここで、泥土圧シールド掘進機では、礫率が非常に高く且つ巨礫を含む礫層を掘進する際において大径の玉石がカッタ盤の内周側（スポーク部の延在方向の中央部から内側）の地盤にあった場合、その玉石は切羽地盤から外れた後に、玉石が取り込める大きさの貫通孔があるスポーク部の外周側（スポーク部の延在方向の中央部から外側）に向けて、転がるように移動する。そして、玉石が外周側の貫通孔から取り込まれるまでに何度もスポーク部やスポーク部に取り付けられたビットに衝突し、ビットやスポーク部の摩耗、破損を促進してしまう原因となる。

【0009】

そして、このような傾向は、シールド径が６０００ｍｍ以上の比較的大径のシールド掘進機よりも、シールド径が２０００ｍｍ～４５００ｍｍ程度の比較的小径のシールド掘進機において特に大きくなる。

【0010】

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、シールド掘進機のカッタ盤において、貫通孔から取り込み可能な玉石の最大径が内周側と外周側とで相違することのない技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

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、回転中心に位置するハブ部と、前記ハブ部から放射状に延在する複数のスポーク部と、それぞれの前記スポーク部の間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔と、前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部を連結する外周リング部と、前記複数のスポーク部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延在方向におけるカッタ盤の正面視での回転中心から前記スポーク部の外端部までの距離の中央位置から内側のみに設けられ、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側を保護する保護部材と、前記複数のスポーク部の延在方向の前記中央位置から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第１のスクレーパツースと、前記複数のスポーク部の延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第２のスクレーパツースと、を有し、前記複数のスポーク部は、延在方向の前記中央位置から内側では、カッタ盤の正面視における幅方向の寸法が前記ハブ部に近づくにつれて細くなるように形成され、延在方向の前記中央位置から外側では、カッタ盤の正面視における幅方向の寸法が同一になるように形成され、前記複数のスポーク部の前記中央位置から内側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチは、前記中央位置から外側に配置された前記先行ビットの前記スポーク部の延在方向に対するピッチよりも狭くなっている、ことを特徴とする。

【0012】

請求項２に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項１記載の発明において、前記保護部材は、前記スポーク部の延在方向の前記中央位置から内側におけるカッタ盤の正面視での幅方向の両側の縁部および前記先行ビットの間に設けられている、ことを特徴とする。

【0013】

請求項３に記載の本発明のシールド掘進機のカッタ盤は、上記請求項１または２記載の発明において、前記保護部材は耐摩耗鋼板である、ことを特徴とする。

【0015】

請求項４に記載の本発明のシールド掘進機は、請求項１～３の何れか一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。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、各スポーク部の延在方向の中央位置から内側には、スポーク部の側面から突出したスクレーパツースではなく保護部材が装着されている。したがって、貫通孔で取り込み可能な玉石の最大径はカッタ盤の内周側と外周側とで相違しなくなる。

【0017】

これにより、貫通孔から取り込み可能な大径の玉石がカッタ盤の内周側の地盤にあった場合、その玉石は切羽地盤から外れた後に、そのまま内周側の貫通孔から取り込まれるので、ビットやスポーク部の摩耗、破損が発生しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】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。

【図2】図１の泥土圧シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。

【図3】図２のカッタヘッドを矢印Ａ１の方向から見た側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

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。

【0020】

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３は図２のカッタヘッドを矢印Ａ１の方向から見た側面図である。

【0021】

本実施の形態の泥土圧シールド掘進機（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。

【0022】

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よい。

【0023】

なお、泥土圧シールド掘進機１の掘削外径は、例えば４５００ｍｍ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６４００ｍｍ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）内の運転室内でオペレータにより制御される。

【0024】

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に示すように、カッタヘッド２は、回転中心に位置するハブ部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、各スポーク部２ｂの間に形成されて掘削土砂をチャンバ６内に取り込むための貫通孔２ｅとを備えている。

【0025】

カッタヘッド２のハブ部２ａには、センタービット（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。

【0026】

図示するように、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、スポーク部２ｂの延在方向におけるカッタヘッド２の正面視での回転中心からスポーク部２ｂの外端部までの距離の中央位置（ここでは、中間リング部２ｃの取付位置よりもややハブ部２ａ寄り）から内側（以下、「内周側」という。）ではハブ部２ａに近づくにつれて細くなるように形成され、スポーク部２ｂの延在方向の中央位置から外側（以下、「外周側」という。）では幅方向の寸法が同一になるように形成されている。

【0027】

これは、スポーク部２ｂの内周側では、スポーク部２ｂがハブ部２ａから徐々に広くなるように形成することで、貫通孔２ｅの開口面積をできるだけ確保しつつスポーク部２ｂの強度的安定性を図ることができるからである。つまり、スポーク部２ｂの内周側の幅方向の寸法を細くすると、貫通孔２ｅの開口面積を広くとることはできるが強度が低下するためであり、逆に広くすると、強度は向上するが貫通孔２ｅの開口面積が大きく減少してしまうからである。

【0028】

また、スポーク部２ｂの外周側では、幅方向の寸法が同一になるように形成することで、貫通孔２ｅの開口面積、換言すれば開口率を大きくすることができるからである。

【0029】

なお、本実施の形態では、スポーク部２ｂの延在方向の中央位置は、中間リング部２ｃの取付位置よりもややハブ部２ａ寄りとなっているが、中間リング部２ｃの取付位置と同じ位置、あるいは中間リング部２ｃの取付位置よりも外周リング部２ｄ寄りであってもよい。

【0031】

各スポーク部２ｂには、先行ビット（ビット）４ｂ、スクレーパツース４ｓおよび耐摩耗鋼板（保護部材）４ｔが装着されている。本実施の形態において、先行ビット４ｂの高さ（スポーク部２ｂの表面からの高さ）は１５０ｍｍ、スクレーパツース４ｓの高さは１００ｍｍで突出量（スポーク部２ｂの側面からの突出量）は１００ｍｍとなっている。なお、スポーク部２ｂの前面には、先行ビット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。

【0032】

先行ビット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。各先行ビット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。

【0033】

なお、本実施の形態では、カッタヘッド２の回転方向に隣接する先行ビット４ｂの位置が異なる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、同一の回転軌跡上に配置してもよい。

【0034】

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（図１）内に取り込む役割を有しており、各スポーク部２ｂの外周側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第１のスクレーパツース４ｓａと、各スポーク部２ｂの延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第２のスクレーパツース４ｓｂとからなる。なお、後述するように、第１のスクレーパツース４ｓａの取付位置はスポーク部２ｂによって異なっているが、最もハブ部２ａ寄りに取り付けられた第１のスクレーパツース４ｓａ（図２において、時計の盤面で１２時と６時に相当する位置のスポーク部２ｂに取り付けられた第１のスクレーパツース４ｓａ）から径方向外側が、スポーク部２ｂの外周側となる。

【0035】

本実施の形態においては、隣り合うスポーク部２ｂの第１のスクレーパツース４ｓａの取付位置がカッタヘッド２の径方向に対して互いにずれている。具体的には、カッタヘッド２が回転した際の第１のスクレーパツース４ｓａの軌跡が相互に異なって全体として地山の掘削残し領域が発生しないように、図２において時計の盤面で１２時と６時に相当する位置に設置された第１のスクレーパツース４ｓａと、２時と８時に相当する位置に設置された第１のスクレーパツース４ｓａと、４時と１０時に相当する位置に設置された第１のスクレーパツース４ｓａとが互い違いに配置されている。

【0036】

また、本実施の形態においては、長さの異なる２種類の第２のスクレーパツース４ｓｂが設けられており、図２において、時計の盤面で２時と８時に相当する位置に設置された第２のスクレーパツース４ｓｂは、それ以外の位置に設置された第２のスクレーパツース４ｓｂよりも長くなって、カッタヘッド２が回転した際の軌跡が時計の盤面で４時と１０時に相当する位置に設置された外周側の第１のスクレーパツース４ｓａの軌跡と僅かにオーバーラップしている。

【0037】

このような第１のスクレーパツース４ｓａと第２のスクレーパツース４ｓｂとの配置により、カッタヘッド２の外周側に位置する地山が満遍なく掘削されるようになっている。

【0038】

そして、各スポーク部２ｂの内周側（詳しくは、内周側の両外縁部）における幅方向の両外縁部、および各スポーク部２ｂの内周側の前面には、スクレーパツース４ｓではなく、耐摩耗鋼板４ｔが装着されている。このような耐摩耗鋼板４ｔを設けたことにより、各スポーク部２ｂの内周側の幅方向の両外縁部および表面を保護することができる。

【0039】

これにより、各スポーク部２ｂの内周側には、当該スポーク部２ｂの側面から突出したスクレーパツース４ｓが存在しないので、貫通孔２ｅで取り込み可能な玉石の最大径（図２の符号Ｒで表す円）がカッタヘッド２の内周側と外周側とで相違することがないようになっている。

【0040】

なお、本実施の形態では、各スポーク部２ｂの内周側における幅方向の両外縁部および前面に耐摩耗鋼板４ｔが装着されているが、幅方向の両外縁部または前面の何れかに装着されていてもよい。

【0041】

ここで、貫通孔２ｅにおける玉石取り込みの最大径は、スクリュコンベア１０の大きさ（径）で決まるが、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１では、径が７００ｍｍ×６００ｍｍ程度の径の玉石を搬送できるスクリュコンベア１０となっており、カッタヘッド２に形成された貫通孔２ｅでは、それに合わせて最大径７００ｍｍの玉石が取り込める大きさになっている。

【0042】

これは、スクリュコンベア１０で搬送できない大きさの玉石が貫通孔２ｅから取り込まれてしまった場合には、チャンバ６内では破砕することはできないので、チャンバ６内で撹拌されながらスクリュコンベア１０で搬送できる径まで摩耗されるまで残ることとなる。その場合、練混ぜ翼１５，１６（後述する）などの損傷につながるため、チャンバ６内に取り込まれる玉石の最大径は、スクリュコンベア１０で搬送できる径以下にしておく必要があるからである。

【0043】

ハブ部２ａおよびスポーク部２ｂには、添加材注入口５ａが設けられている。この添加材注入口５ａ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、添加材注入口５ａ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よいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

【0044】

カッタヘッド２で掘削された土砂は貫通孔２ｅを通じて後述するチャンバ６（図１参照）内に取り込まれるが、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で貫通孔２ｅの開口面積を規制することで、貫通孔２ｅから取り込まれる玉石の大きさが規制される。なお、泥土圧シールド掘進機１の掘削外径が小さい（例えば２０００ｍｍ）場合には、中間リング部２ｃは設置を省略することができる。

【0045】

外周リング部２ｄにおいて切羽側の前面には、複数の外周ビット（ビット）４ｃが並んで装着されている。この外周ビット４ｃについても、高さが１５０ｍｍになっている。なお、カッタヘッド２の回転方向に隣接する外周ビット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るようにすることができる。このようにすれば、外周ビット４ｃにかかる衝撃や負荷を分散することができて外周ビット４ｃの耐久性を向上し、カッタヘッド２の外周ビット４ｃの交換時期を延長させることができる。また、同一回転軌跡上の外周ビット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。

【0046】

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、急曲線施工時の余掘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。

【0047】

さて、図１に示すように、機器本体３は、ガーダ部の前胴プレート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。

【0048】

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（すなわちカッタヘッド２と隔壁７との間）にはチャンバ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、スクリュコンベア１０と、土圧検出部（図示せず）とが設けられている。

【0049】

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よいし、ベントナイト系の添加材と気泡材との両方を用いてもよい。

【0050】

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１５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１６が設けられている。これらの練混ぜ翼１５，１６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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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、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。

【0054】

スクリュコンベア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。

【0055】

このスクリュコンベア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コンベアが使用されている。回転軸を持つスクリュコンベアの場合は玉石により閉塞し易いのに対して、リボン式のスクリュコンベア１０の場合は搬送可能な玉石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コンベアでは搬送し得ないような大きさの玉石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。

【0056】

なお、スクリュコンベア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。

【0057】

土圧検出部は、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。

【0058】

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。なお、ここでは、礫率が非常に高く且つ巨礫を含む礫層からなる地山が掘削対象とされている。

【0059】

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。

【0060】

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１６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。

【0061】

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。

【0062】

ここで、カッタヘッド２の内周側の貫通孔２ｅよりも外周側の貫通孔２ｅの方が取り込み可能な玉石の最大径が大きくい場合には、内周側の貫通孔２ｅで取り込まれなかった玉石はスポーク部２ｂの外周側へと移動し、外周側の貫通孔２ｅから取り込まれる。その間、玉石は何度もスポーク部２ｂやスポーク部２ｂに取り付けられた先行ビット４ｂに衝突して、先行ビット４ｂやスポーク部２ｂの摩耗、破損を促進してしまう。

【0063】

これに対して、本実施の形態の泥土圧シールド掘進機１では、前述のように、各スポーク部２ｂの内周側には、スポーク部２ｂの側面から突出したスクレーパツース４ｓではなく、幅方向の両外縁部および前面に耐摩耗鋼板４ｔが装着されている。これにより、貫通孔２ｅで取り込み可能な玉石の最大径はカッタヘッド２の内周側と外周側とで相違しないので、貫通孔２ｅから取り込み可能な大径の玉石がカッタヘッド２の内周側の地盤にあった場合、その玉石は切羽地盤から外れた後に、そのまま内周側の貫通孔２ｅから取り込まれてチャンバ６内に送り込まれる。

【0064】

よって、上述のような玉石による先行ビット４ｂやスポーク部２ｂの摩耗、破損が発生しにくくなり、安定した泥土圧シールド掘進機１の稼働を実現することができる。

【0065】

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。

【0066】

例えば前記実施の形態においては、リボンスクリュ型のスクリュ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コンベアを用いてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0067】

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。

【符号の説明】

【0068】

１ 泥土圧シールド掘進機（シールド掘進機）
２ カッタヘッド（カッタ盤）
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 貫通孔
４ａ センタービット（ビット）
４ｂ 先行ビット（ビット）
４ｃ 外周ビット（ビット）
４ｓ スクレーパツース
４ｓａ 第１のスクレーパツース
４ｓｂ 第２のスクレーパツース
４ｔ 耐摩耗鋼板（保護部材）
６ チャンバ
７ 隔壁
１０ スクリュコンベア

【要約】

【課題】貫通孔から取り込み可能な玉石の最大径が内周側と外周側とで相違することのないシールド掘進機のカッタヘッドを得る。
【解決手段】回転中心に位置するハブ部２ａと、ハブ部２ａから放射状に延在する複数のスポーク部２ｂと、複数のスポーク部２ｂの間に形成され、掘削土砂を取り込むための貫通孔２ｅと、複数のスポーク部２ｂの延在方向の外周端部を連結する外周リング部２ｄと、複数のスポーク部２ｂの前面に設けられた複数の先行ビット４ｂと、複数のスポーク部２ｂの延在方向の中央部から内側のみに設けられ、スポーク部２ｂの延在方向の中央部から内側を保護する耐摩耗鋼板４ｔと、複数のスポーク部２ｂの延在方向の中央部から外側のみの幅方向の両外縁部に設けられた第１のスクレーパツース４ｓａと、複数のスポーク部２ｂの延在方向の外周端部における幅方向の両外縁部に設けられた第２のスクレーパツース４ｓｂとを有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】