JP3797793B2 - Shield machine and shield method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタヘッドの前方に出現するアンカーを切断できるようにしたシールド掘進機及びシールド工法に関する。
【0002】
【従来の技術】
都市部周辺では、土留め壁や止水壁等を支持するためのアンカーが地中に埋設されていることがままある。このアンカーは、PC鋼線の撚り線等で形成されて強度が大きく容易に切断することができない。シールド掘進機での掘進中、こうしたアンカーが前方に出現すると、掘進の障害となって掘進不能になることがある。しかるに、これまでは、シールド掘進機の機内で操作することができる実用度の高いアンカー切断手段が開発されていなかったため、シールド掘進機で地下坑を掘進するに際し、その掘進に先立って下調査をし、掘進経路にアンカーの出現が予定されるときには、そのアンカーを事前に引き抜いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした下調査を実施したとしても、シールド掘進機の掘進経路付近に多数のアンカーが打ち込まれている場合には、アンカーの打ち込み角度が計画よりもずれている等に起因して掘進経路内のアンカーが事前に引き抜かれていないこともあるため、シールド掘進機での掘進時に予期しないアンカーに遭遇することがある。こうした場合には、アンカーの位置する地山の掘進前に、事前にそのアンカーを発見できないのは勿論、掘進後も、直ちにはアンカーを発見できないため、従前の掘進速度でそのまま掘進が続けられて地山掘削用のカッタビットがアンカーに大きく食い込んでしまう。そして、地山掘削用のカッタビットは、刃幅が広く切削性能も優れてはいないため、カッタビットの切削抵抗が急激に増加してカッタトルクが急上昇し、その結果、カッタヘッドがアンカーに捕らえられて駆動できなくなることがある。
こうした場合、薬液注入等の補助工法で切羽周辺を固めた後、作業者が切羽に入り、ガス切断機によりガス切断して撤去しなければならなかった。こうした工法は、人が切羽に出て作業をする必要があるため、多大の時間と労力を要するとともに安全面でも問題が多く、難工事となっていた。
【0004】
本発明は、従来の技術にみられるこうした問題を解消しようとするものであって、その技術課題は、カッタヘッドがアンカーに捕らえられことなくその回転でアンカーを切断できるシールド掘進機及びシールド工法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のこうした技術課題は、
地山掘削用のメインカッタビットがカッタヘッドに取り付けられ、シールドジャッキで推進しながらカッタヘッドで地山を掘削して地中を掘進するシールド掘進機において、
「少なくともPC鋼線が切断可能で刃幅が10mm以下であって、硬度や靭性を考慮した所定値に製作された刃先を有し、カッタヘッドに取り付けたときに公転しながら自転できるように構成されたカッティングビットを、少なくともカッタヘッドの外周部の同一周面上に複数個取り付け、掘削断面の外周側を先行して切削できるように配置して、カッタヘッドの前方に出現するアンカーをカッティングビットで切断できるようにした」この出願の第1番目の発明の技術手段により達成される。
また、シールド工法において、
「メインカッタビットに先行して切羽を切削する複数個の先行ビットを、少なくともPC鋼線が切削可能で刃幅がメインカッタビットの略1/3以下になるように構成して、カッティングビットよりも掘削断面の内周側を切削できるようにカッタヘッドに取り付けるとともに、カッティングビットが掘削断面の外周側を先行して切削できるようにこれらのビットを配置したシールド掘進機を用いて地中を掘進し、その掘進時に掘進経路に位置するアンカーの存在を検知する第1の工程と、この第1の工程によりアンカーの存在を検知した後、シールド掘進機の推進速度を、少なくとも、カッタヘッドが駆動不能とならない速度に低下させて切羽を掘削する第2の工程とにより、先行ビットによりアンカーを切断するようにした」この出願の第2番目の発明の技術手段によっても達成される。
【0006】
この出願の第1番目の発明においては、カッティングビットをカッタヘッドの特に外周部に取り付けているため、カッティングビットでアンカーを切断する場合、アンカーがシールド掘進機の掘進経路中の何の位置に出現しても、カッティングビットをアンカーに当ててこれを切断することができる。また、カッティングビットは、掘削断面の外周側を先行して切削できるように配置しているため、このカッティングビットを最初にアンカーに当てることができる。そして、このカッティングビットは、公転しながら自転できるように構成されていてこのこと自体で切断抵抗を軽減することができることに加え、その刃先の刃幅を10mm以下であって、硬度や靭性を考慮した所定値に設定して通常のローラビットよりも狭くすることにより、アンカーの切削の際、食い込み量を大きくしても切断抵抗を相対的に低くすることができて、食い込み量の割に切断抵抗をきわめて低く押さえることができ、こうしたことにより、カッタヘッドの駆動トルクが極端に上昇するようなことはない。したがって、シールド掘進機がアンカーに遭遇してそのまま掘進を続けても、カッタヘッドがアンカーに捕まえられて駆動できなくなるような事態は容易に発生しない。そのため、アンカーに遭遇後このことを感知してから、推進速度を低下させる等必要な対応を行なっても、カッタヘッドが駆動できなくなるような重大事態が発生することはなく、カッタヘッドの回転によりアンカーを切断することができる。また、カッタヘッドの同一周面上に複数個取り付けていて、カッタヘッドを1回転する間に複数個のもので代る代るアンカーを圧砕するため、推進速度を低下させてアンカーへの食い込み量を低く設定しても、アンカーの切断速度が低下することは防げる。
【0007】
本発明を具体化する場合、特許請求の範囲の請求項2に記載の技術手段を採用すれば、メインカッタビットに先行して切羽を切削する先行ビットをメインカッタビットの略1/3以下と狭くなるように構成して、カッティングビットよりも内周側を切削できるようにカッタヘッドに取り付けたため、万一、アンカーがカッティングビットの内周側で先行ビットに当たった場合でも、通常のメインカッタビットとは異なる刃幅の狭い先行ビットに当たることになるため、アンカーを先行ビットで切削する際に切削抵抗が軽減できる。この特許請求範囲の請求項2に記載の技術手段を採用して具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項3に記載の技術手段を採用すれば、径方向に向けて取り付けられた複数個の先行ビットを、刃先の先端が外周側に向けて低くなるように配置していて、アンカーが同時に複数の先行ビットに当たることはほとんどなくなるため、アンカーを先行ビットで切削する際、カッタヘッドの駆動トルクを刃幅の狭い1個の先行ビットに集中させることができてアンカーを効果的に切削することができるとともに切削抵抗を大幅に低減することができる。
【0008】
本発明を具体化する場合、特許請求の範囲の請求項4に記載の技術手段を採用すれば、カッティングビットには、外周に角部が形成されるように間隔を置いて複数の切欠きを設けるようにしているため、アンカーをその切欠きで動かないように拘束しながら、角部に引っかけるようにして切断することができて、アンカーの切断作業が一層効果的に行える。
本発明を具体化する場合、特許請求の範囲の請求項5に記載の技術手段を採用すれば、シールド掘進機は、掘進経路に位置するアンカーを検知するためのアンカー検知装置を付設していて、掘進経路に位置するアンカーの存在を事前に検知できるため、アンカーの切削に先立ち、そのアンカーの切削に最適な値に掘進速度を低下し、調節することができて、アンカーの切断作業を効率的に行いながら、切羽の掘削をそのまま続行することができる。
本発明を具体化する場合、特許請求の範囲の請求項6に記載の技術手段を採用すれば、ローリング防止装置で地山をグリップしてカッタヘッドの駆動トルクの反力を地山でとることができるようにしたため、カッタヘッドの駆動トルクが何らかの原因で一時的に上昇した場合でも、その反力でシールド本体がローリングするのを防げる。
【0009】
本発明を具体化する場合、特許請求の範囲の請求項7に記載の技術手段を採用すれば、切断したアンカーが万一スクリューコンベアに絡まったときでも、点検口を開口してそのアンカーを取り除くことができ、スクリューコンベアが駆動不能になる危惧はない。この特許請求範囲の請求項7に記載の技術手段を採用して具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項8に記載の技術手段を採用すれば、こうした点検口をスクリューコンベアに設けたことに加え、スクリューコンベアを後退可能に隔壁に取り付けるとともに、スクリューコンベアの先端位置に設けた隔壁の開口部を開閉する遮断ゲートを設けたため、点検口を開口して切断したアンカーを取り除く際、スクリューコンベアを後退させるとともに開口部を遮断ゲートで遮蔽することにより、取り除き作業がしやすい状態で安全に取り除くことができる。
【0010】
この出願の第2番目の発明においては、シールド工法での施工過程でシールド掘進機の掘進経路にアンカーが出現した場合、そのアンカーの存在を事前に検知し、その検知後、シールド掘進機の推進速度を、少なくとも、カッタヘッドが駆動不能とならないように速度に低下させて切羽を掘進するようにしているので、シールド掘進機の掘進時にカッタヘッドの回転により先行ビットでアンカーを切断しても、カッタヘッドがアンカーに捕らえられて駆動できなくなるようなことはない。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを示すこの出願のシールド掘進機に関する発明の具体化例を図1乃至図5に基づいて説明することにより、この出願のシールド掘進機及びシールド工法に関する各発明の実施の形態を明らかにする。図1は、本発明の具体化例のシールド掘進機の側断面図、図2は、図1の矢印A−A方向の矢視図、図3は、本発明の具体化例のシールド掘進機におけるカッティングビットの拡大断面図、図4は、図3の矢印B−Bの矢視図、図5は、図3のカッティングビットと対比するための通常のローラビットの要部の拡大断面図である。
【0012】
図1乃至図4において、1は前部にカッタヘッド2を有し、シールドジャッキ1aにより推進される円筒状のシールド本体、2はスポーク3と外周リング4とからなり種々のカッタビットを取り付けるカッタヘッド、3はカッタヘッド2の回転軸3aに放射状に設けられるスポーク、4はこのスポーク3にこれを囲むように取り付けてカッタヘッド2の外周を画定する外周リングである。カッタヘッド2は、本具体化例ではスポーク3と外周リング4とで構成されているが、面板を設けたもので構成してもよい。5は切羽の中心部を先掘りするセンタビット、6はアンカー21を検知する地中レーダー、7は後に詳述する、アンカー21の切断専用のカッタビットであるカッティングビット、8は後に詳述する、メインカッタビット9に先行して切羽を切削する先行ビット、9は地山掘削用のカッタビットであるメインカッタビット、10は余掘用のコピーカッタ、11はこのコピーカッタ10を駆動するための圧油の管路や添加剤の注入管路を回転軸3a側に接続するためのロータリジョイント、12は地中レーダー6の配線を回転軸3a側に接続するスリップリング、13はカッタヘッド駆動用の減速機付き電動機である。なお、スリップリング12には、カッタヘッド2の回転位置を検出するためのロータリエンコーダが内蔵されている。
【0013】
センタビット5は、切羽を芯抜きすることにより掘削抵抗を低減させる働きをする。このセンタビット5は、先端の突出した山形形状の取付部材に多数の先行ビット8を取り付けることにより凸状に形成され、カッタヘッド2の中心部に回転軸3aと同心状に設けられる。こうした先行ビット8は、カッタヘッド2の中心部だけではなく、各カッタスポーク3にも多数取り付けられていて、本具体化例の特徴をなすので、具体的な技術内容については、後に改めて詳述する。地中レーダー6は、カッタヘッド2の外周近くに設けられ、カッタヘッド2を回転駆動することにより、掘進経路に位置するアンカー21を検知する働きをする。このアンカー検知装置としての地中レーダー6をシールド掘進機に設けた技術的意義は、この出願のシールド工法に関する第2番目の発明の技術内容と直接関連するので、後に、本具体化例の作用、効果を説明する際に詳述する。カッティングビット7は、カッタヘッド2に取り付けたときに公転しながら自転できるように構成され、カッタヘッド2の前方に出現するアンカー21を切断する働きをする。このカッティングビット7は、本具体化例の最大の特徴をなすので、具体的な技術内容については、次段で詳述する。地山掘削用のメインカッタビット9は、垂直な平面をなす各スポーク3の前面及び外周リング4に所定間隔を置いて多数取り付けられ、スポーク3に取り付けられたものは、図1に示すように、外周側に位置するものほど刃先の先端が低くなるように高さを変えている。シールド掘進機は、何のようなタイプのものであれ、このメインカッタビット9だけは不可欠のビットとしてカッタヘッド2に取り付けられ、シールドジャッキ1aで推進しながらカッタヘッド2で地山を掘削して地中を掘進する。
【0014】
次に、本具体化例の最大の特徴をなすカッティングビット7の技術内容について、図3乃至図5を用いて詳述する。図3に示すように、カッティングビット7は、外周部に刃先7aを有するリング状のカッタ部7dと、このカッタ部7dの中央の挿通孔に挿通し、ローラベアリング7f及びボールベアリング7gを介してカッタ部7dを回転可能に支持する固定軸部7eとで構成される。このような構造を有するカッティングビット7は、カッタヘッド2の外周部の同一周面上に複数個取り付けられる。すなわち、本具体化例では、カッティングビット7を、図2に示すように、外周リング4にブラケットを介して等間隔に4個ほど取り付け、各カッティングビット7の刃先7aの先端が同一円周上に位置するようにしている。したがって、減速機付き電動機13を駆動してカッタヘッド2を回転させると、カッティングビット7は、カッタヘッド2の回転に随伴して公転しながら、カッタ部7dが固定軸部7eを軸にして転動することにより自転し、同一周上の個所を代る代る切削するが、アンカー21の切断時には、線状のアンカー21を押し付けながら転動するので、圧砕するがごとく切削して切断する。カッティングビット7は、このように構成されていることから、その構造がいわゆるローラビット一見似ているが、カッタ部7dの具体的構造が異なる。
【0015】
そこで、カッティングビット7のカッタ部7dの具体的構造について詳述すると、カッタ部7dは、図3を図5と対比すると明らかなように、刃先7aの刃幅W2 が通常のローラビットの刃幅W1 の略半分以下に形成されていて、刃幅W2 が図5の通常のローラビットよりは著しく狭くなるように形成されている。なお、刃幅とは、図3及び図5からも明らかなように、ビットの刃先における山形部の根元の幅を意味する。こうした刃幅W2 が狭いカッティングビット7を用いてアンカー21を切削した場合、通常のローラビットで切断した場合と比べ、刃先7aの食い込み量が同じである限り、切断抵抗を大幅に低減できる。そのため、シールド掘進機での掘進時に予期しないアンカーに遭遇してそのまま掘進した場合でも、カッタトルクが急激に上昇してカッタヘッド2がアンカー21に捕まって停止するという従来みられたような事態が容易には発生しない。カッティングビット7の刃幅W2 について具体的に述べると、その刃幅W2 は、当該シールド掘進機のカッタトルクの大きさや推進距離等を考慮しながら、6mm以上10mm以下の範囲において選択するのが望ましい。ただし、カッティングビット7の刃幅W2 は、強度や耐久性を抜きにして切断抵抗を低減するという点だけからみれば狭くするほどよいので、10mm以下の範囲であればその下限値は、刃先7aの硬度や靭性等その材質を考慮しながら設計上適宜選択すればよい。ちなみに、通常のローラビットの刃幅W1は、概ね16mm〜20mmの範囲にあり、カッティングビット7の刃幅W2 とはかなりの開きがある。
【0016】
アンカー21は、PC鋼線を用いたものが一般的であり、PC鋼線より切断しにくいものもほとんどないので、カッティングビット7の刃先7aは、超硬チップや高周波焼き入れの特殊鋼等、少なくともPC鋼線が切削できる性能の材料で製作されたものであればよい。カッティングビット7は、その刃先7aの先端を、これの切削軌跡の近接区域を切削する先行ビット8やメインカッタビット9の刃先先端よりも前方に位置するようにして、掘削断面の外周側を先行して切削できるように配置している。カッティングビット7の刃先7aには、本具体化例ではその円周上に多数の切欠き7bを間隔を置いて形成している。カッティングビット7は、通常のローラビットとは異なりこうした切欠き7bを形成しているため、アンカー21の素線をこの切欠き7bで動かないように拘束しながら、その切欠き7bで形成される角部7cに引っかけるようにして切断することができる。その結果、アンカー21の素線を単に刃先7aで切断するだけでなく、角部7cに断続的に引っかけるようにして切断することができて、アンカー21の切断作業がきわめて効率的に行える。
【0017】
本具体化例の特徴をなす先行ビット8の技術内容について詳述する。先行ビット8は、前述したようにカッタヘッド2の中心部に設けられるだけでなく、各カッタスポーク3の中央にも間隔を置いて多数取り付けられている。この種の先行ビットは、通常のシールド掘進機にも必要に応じて取り付けられるが、その目的は、メインカッタビット9に先行して切羽を切削することにより、切羽を所定間隔でリング状にカットして崩れやすくし、さらには、メインカッタビット9の地山に当たる面積を少なくして地山の掘削を容易に行えるようにするためである。本具体化例における先行ビット8は、こうした機能を果たすだけでなく、アンカー21が万一カッタヘッド2の内周側に出現しても、これをメインカッタ9に当てることなく切断する機能を発揮し、こうした機能を発揮できるようにするため、次に述べるような独自の工夫を施している。
【0018】
すなわち、先行ビット8は、カッティングビット7と同様、少なくともPC鋼線が切削できるような材料で製作するほか、刃幅をメインカッタビット9よりも狭くなるように構成して切削抵抗を低減できるようにしている。その先行ビット8の刃幅は、通常のメインカッタビット9の刃幅の略1/3以下に形成されるが、当該シールド掘進機のカッタトルクの大きさ等を考慮しながら、10mm以上30mm以下の範囲において選択するのが望ましい。ただし、その刃幅は、強度や耐久性を抜きにして切削抵抗を低減するという点でみれば狭くするほどよいので、30mm以下の範囲であればその下限値は、刃先の硬度や靭性等その材質等を考慮しながら設計上適宜選択すればよい。こうした先行ビット8は、カッティングビット7よりも掘削断面の内周側を切削できるようにカッタヘッド2に複数個取り付けられる。本具体化例では、これら複数個の先行ビット8がカッタヘッド2の径方向に向けて取り付けられるようスポーク3の中央に整列して取り付けられ、それらの先行ビット8の刃先の先端が図1に示すように外周側に向けて低くなるように配置されている。以上述べたカッティングビット7と先行ビット8とメインカッタビット9とを配置する場合、先行ビット8をメインカッタビット9に対して、刃先先端を結ぶ線がl1 だけ前方にくるように先行させ、カッティングビット7を、その刃先先端が先行ビット8の刃先先端を結ぶ線よりl2 だけ前方にくるように先行ビット8に先行させて、カッティングビット7が掘削断面の外周側を先行して切削できるように配置している。
【0019】
本具体化例のシールド掘進機は、以上のような構造によりカッタヘッド2の前方のアンカー21を切断できるようにしているが、これに関連して種々の工夫を施しているので、次に、この点について説明する。14はシールド掘進機の隔壁1bに設置され遮断ゲート15を駆動する遮断ゲートジャッキ、15は隔壁1bに摺動可能に取り付けられ遮断ゲートジャッキ14により開口部16を開閉する遮断ゲート、16は隔壁1bにおけるスクリューコンベア17の先端位置に設けた開口部、17は隔壁1bの開口部16に対応する位置に前進、後退可能に取り付けられ掘削土砂を排出するスクリューコンベア、18はこのスクリューコンベア17を前進、後退させるように駆動するスライドジャッキ、19はスクリューコンベア17の先端部近くに設けた点検口である。シールド掘進機は、カッタヘッド2でのアンカー21の切断時、切断したアンカー21がスクリューコンベア17の入り口付近に絡まる恐れがある。点検口19は、この切断したアンカー21がスクリューコンベア17の入口付近絡まったとき、開口してそのアンカー21を取り除くために設けたものである。こうして点検口19からアンカー21を取り除く場合、スクリューコンベア17を、スライドジャッキ18を駆動することにより、l4 だけ後退させてから、遮断ゲートジャッキ14で遮断ゲート15を駆動して、開口部16を遮断ゲート15により遮断する。
【0020】
20はアンカー21を切断する際にシールド本体1のローリングを防ぐためのグリッパとしてのローリング防止装置、21はすでに述べたPC鋼線の撚り線等で形成されたアンカー、22はこのアンカー21の支持用モルタルである。ローリング防止装置20は、シールド本体の径方向に出没可能で先細り形状をしていて突出時に地山に食い込ませることのできるグリッパ部材を有し、このグリッパ部材をジャッキ等適宜の駆動手段で出没させることができるようになっている。こうしたローリング防止装置20は、シールド本体1の前胴側に複数個設けられている。シールド掘進機は、カッタヘッド2でアンカー21を切断する場合に、切断抵抗により生じるカッタヘッド2の駆動トルク2が一時的に上昇して、シールド本体1がローリングすることある。例えば、カッタヘッド2でのアンカー21の切断の中断後再起動する等カッタヘッド2を起動する場合やアンカー21の切断時に切削抵抗が急に大きくなる場合、カッタトルクが一時的に上昇することがある。ローリング防止装置20は、このようにアンカー21の切断時の反力が大きい場合、グリッパ部材をシールド本体1の外周からl3 だけ突出させて地山をグリップして、切断抵抗で生じるカッタヘッド2の駆動トルク2の反力を地山でとることにより、シールド本体1のローリングを防ぐ働きをする。
【0021】
本具体化例の作用、効果について説明する。本具体化例のシールド掘進機は、アンカー検知装置としての地中レーダー6を設けているので、掘進時、アンカー21に遭遇する場合、第1段階として、掘進経路に位置するアンカー21の存在を事前に検知する。こうしてアンカー21の存在を検知した後、オペレータは、第2段階として、シールド掘進機の推進速度を、カッティングビット7又は先行ビット8でアンカー21を切断(切削)するのに最適な速度に低下させるようにシールドジャッキ1aの駆動速度を調節してそのまま切羽を掘削する。シールド掘進機の推進速度は、カッティングビット7のアンカー21への食い込み量が毎分1mm以上2mm以下になるように調節するのが最も望ましい。こうしてシールド掘進機でその推進速度を調節しながら地山の掘進を続行することにより、カッティングビット7でアンカー21を切断するようにする。地中レーダー6の検知能力は、現状では60cm程度であるが、カッタヘッドに設けたビットがアンカー21に当たる前にこれを検知することが十分可能である。アンカー21を切断するためには、アンカー21を包んでいる支持用モルタル22に反力をかける必要があるが、周りの地山が軟らかくて反力が期待できない場合は、シールド掘進機の推進速度を更に低下させることにより、カッティングビット7のアンカー21への食い込み量を少なくして、アンカー21の切断時に生じる反力を低下させる必要がある。
【0022】
こうしてカッティングビット7でアンカー21を切断する場合、カッティングビット7は、カッタヘッド2の特に外周部に取り付けているため、アンカー21がシールド掘進機の掘進経路中の何の位置に出現しても、カッティングビット7をアンカー21に当ててこれを切断することができる。また、カッティングビット7は、先行ビット8よりもl1 だけ先行していて掘削面の外周側を先行して掘削できるように配置しているため、カッタヘッド2の各ビット中、アンカー21の切削に最も適したこのカッティングビット7を最初にアンカー21に当てることができる。そして、このカッティングビット7は、カッタヘッド2の回転に随伴して公転しながら自転できるため、このこと自体で切断抵抗を軽減することができる。加えて、通常のローラビットとは異なり刃幅が10ミリ以下ときわめて狭く、ローラビットの略半分以下であるため、アンカー21の切削の際、食い込み量を大きくしても切断抵抗を相対的に低くすることができて、食い込み量の割に切削抵抗をきわめて低く押さえることができる。本具体化例のシールド掘進機では、カッティングビット7についてこれらの工夫をしたことにより、仮に、推進速度を低下させなかったとしても、カッタヘッド2の駆動トルクが極端に上昇することはない。したがって、アンカーに遭遇後、仮に、推進速度を低下させることなくそのまま掘進し続けたとしても、カッタヘッド2がアンカー21に捕らえられて駆動できなくなるという事態は、容易には発生しない。そのため、アンカー21に遭遇した後、その切断時にこのことを感知してから、推進速度を低下させる等必要な対応を行なっても、カッタヘッド2が駆動できなくなるような重大事態が発生することはなく、カッタヘッド2がアンカー21に捕らえられることなくその回転でアンカー21を切断することが可能となる。
【0023】
さらに、カッティングビット7は、カッタヘッド2の同一周面上に4個取り付けていて、カッタヘッド2を1回転する間に4個のもので代る代るアンカー21を圧砕するため、アンカー21への食い込み量を毎分1mm以上2mm以下と低く設定する場合でも、シールド掘進機の推進速度をそれほど低下させることはない。また、カッティングビット7は、本具体化例では通常のローラビットとは異なり刃先7aに角部7cが形成されるように切欠き7bを設けているため、アンカー21の素線を切欠き7bで動かないように拘束しながら、角部7cに引っかけるようにして切断することができて、アンカー21の切断作業がきわめて効率的に行える。
【0024】
本具体化例のシールド掘進機は、掘進時にアンカー21に遭遇した場合、以上のようにして、アンカー21を、通常はカッティングビット7で切削して切断するが、アンカー21がカッタヘッド2の中心寄りに出現した場合、先行ビット8を設けていないシールド掘進機にあっては、アンカー21が同時に複数のメインカッタビット9に当たって、アンカー21の切断効率が低下することも考えられる。こうしたことから、本具体化例では、刃幅が30ミリ以下とメインカッタビット9の略半分以下の刃幅が狭い先行ビット8を、メインカッタビット9に先行して切羽を切削できるようにカッタヘッド2に複数個取り付けている。そのため、万一、アンカー21がカッティングビット7の内周側で先行ビット8に当たった場合でも、刃幅の狭い先行ビット8に当たることになり、アンカー21を先行ビット8で切削する際に切削抵抗が軽減でき、アンカー21の切断効率が低下することはない。しかも、こうした先行ビット8をカッタヘッド2の径方向に複数個取り付けて、これら複数個の先行ビット8を外周側に位置するものほど刃先の先端が低くなるように配置しているため、アンカー7が同時に複数の先行ビット8に当たることはほとんどない。したがって、このことによっても、先行ビット8でのアンカー21の切削時の切削抵抗が軽減されるだけでなく、カッタヘッド2の駆動トルク2を刃幅の狭い1個の先行ビット8に集中させることができて、アンカー21を効果的に切削し切断することができる。
【0025】
本具体化例のシールド掘進機は、特に、掘進経路に位置するアンカー21を検知するための地中レーダ6を付設していて、掘進経路に位置するアンカー21の存在を事前に検知できるため、以上のような技術手段でアンカー21を切断する場合、その切断に先立ち、アンカー21の切削に最適な値に掘進速度を低下し、調節することができて、アンカー21の切断作業を効率的に行いながら、切羽の掘削を中断することなくそのまま続行することができる。シールド掘進機の掘進経路にアンカー21が埋設されている地山でシールド工法を実施する場合、このように、掘進経路に位置するアンカー21の存在を前もって検知し、そのアンカー21の存在の検知後、シールド掘進機の推進速度を調節し、少なくとも、カッタヘッド2が駆動不能とならない速度まで低下させて切羽を掘削し、こうしたプロセスにより、先行ビット8でアンカー21を切断するようにするれば、シールド掘進機のカッタヘッド2に、カッティングビット7のようなアンカー21の切断に最適のカッタビットが取り付けられていなくても、少なくともPC鋼線を切削できる先行ビット8が取り付けられていれば、カッタヘッド2がアンカー21に捕らえられことなくその回転でアンカー21を切断できるようにするという初期の目的は達成される。本出願の第2番目の発明は、こうしたシールド工法の実施のプロセスに関するものである。
【0026】
本具体化例のシールド掘進機では、特にローリング防止装置20を設けているので、そのグリッパ部材を突出させて地山をグリップすることにより、アンカー21の切断の際にカッタヘッド2を再起動する等何らかの原因で、カッタヘッド2の駆動トルクが一時的に上昇した場合でも、その反力でシールド本体1がローリングするのを防げる。本具体化例のシールド掘進機は、スクリューコンベア17を備えた土圧式シールド掘進機であるため、切断したアンカー21がそのスクリューコンベア17の先端部に絡みつくことにより、スクリューコンベア17が駆動不能になる危惧もある。しかるに、本具体化例では、スクリューコンベア17を前進、後退可能に隔壁1bに取り付けてスライドジャッキ18で後退できるようにし、また、スクリューコンベア17の先端位置に設けた隔壁1bの開口部16は、遮断ゲート15を遮断ジャッキ14で駆動して適宜開閉できるようにとともに、必要に応じて開口し得る点検口19を設けため、万一、切断したアンカー21がスクリューコンベア17に絡んだ場合でも、スクリューコンベア17を後退させるとともに開口部16を遮断ゲート15で遮蔽することにより、スクリューコンベア17に絡んだアンカー21を、その取り除き作業がしやすい状態で安全に点検口19から取り除くことができる。
【0027】
本具体化例では、カッティングビット7に多数の切欠き7aを設けているが、この切欠き7aは、アンカーの切断作業をより効果的に行えるようにするための付加的な技術手段であるから、必要に応じて適宜省略することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この出願のシールド掘進機に関する第1番目の発明は、特許請求の範囲の請求項1に記載の技術手段を採用しているので、本発明のシールド掘進機によれば、カッタヘッドがアンカーに捕らえられことなくその回転でアンカーを切断することができる。また、カッタヘッドを1回転する間に複数個のもので代る代るアンカーを圧砕できるようにしているため、アンカーへの食い込み量を低く設定しても、アンカーの切断速度が低下するのを防ぐことができる。
【0029】
この出願の第1番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項2に記載の技術手段を採用すれば、万一、アンカーがカッティングビットの内周側で先行ビットに当たった場合でも、アンカーをこの先行ビットにより切断効率を低下させることなく切断することができる。この特許請求範囲の請求項2に記載の技術手段を採用して具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項3に記載の技術手段を採用すれば、このようにアンカーを先行ビットで切断する際、カッタヘッドの駆動トルクを刃幅の狭い1個の先行ビットに集中させることができてアンカーを効果的に切削することができる。この出願の第1番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項4に記載の技術手段を採用すれば、アンカーをカッティングビットで切断する際、アンカーをカッティングビットの切欠きで動かないように拘束しながら、その切欠きで形成された角部に引っかけるようにして切断することができて、アンカーの切断作業が一層効果的に行える。この出願の第1番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項5に記載の技術手段を採用すれば、掘進経路に位置するアンカーの存在を事前に検知することにより、アンカーの切削に先立ち、その切削に最適な値に掘進速度を低下し調節することができて、アンカーの切断作業を効率的に行いながら、切羽の掘削をそのまま続行することができる。
【0030】
この出願の第1番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項6に記載の技術手段を採用すれば、カッタヘッドの駆動トルクが一時的に上昇した場合でも、その反力でシールド本体がローリングするのを防げる。この出願の第1番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項7に記載の技術手段を採用すれば、切断したアンカーが万一スクリューコンベアに絡まったときでも、点検口を開口してそのアンカーを取り除くことができ、スクリューコンベアが駆動不能になる危惧はない。この特許請求範囲の請求項7に記載の技術手段を採用して具体化する場合、特に、特許請求範囲の請求項8に記載の技術手段を採用すれば、こうして点検口を開口して切断したアンカーを取り除く際、取り除き作業がしやすい状態で安全に取り除くことができる。
【0031】
この出願のシールド工法に関する第2番目の発明は、特許請求の範囲の請求項9に記載の技術手段を採用しているので、このシールド工法の発明によっても、この出願のシールド掘進機に関する第1番目の発明と同様、カッタヘッドがアンカーに捕らえられことなくその回転でアンカーを切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体化例のシールド掘進機の側断面図である。
【図2】図1の矢印A−A方向の矢視図である。
【図3】本発明の具体化例のシールド掘進機におけるカッティングビットの拡大断面図である。
【図4】図3の矢印B−Bの矢視図である。
【図5】図3のカッティングビットと対比するための通常のローラビットの要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 シールド本体
1a シールドジャッキ
2 カッタヘッド
3 スポーク
4 外周リング
5 センタービット
6 地中レーダ
7 カッティングビット
7a 刃先
7b 切欠き
7c 角部
7d 固定軸部
7e 固定軸部
8 先行ビット
9 メインカッタビット
14 遮断ゲートジャッキ
15 遮断ゲート
16 開口部
17 スクリューコンベア
18 スライドジャッキ
19 点検口
20 ローリング防止装置
21 アンカー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield machine and a shield method that can cut an anchor that appears in front of a cutter head.
[0002]
[Prior art]
Around urban areas, anchors for supporting earth retaining walls and water blocking walls are still buried in the ground. This anchor is formed of a stranded wire of a PC steel wire and has a high strength and cannot be easily cut. If such an anchor appears forward while digging with a shield machine, it may become an obstacle to digging and make it impossible to dig. However, until now, since a highly practical anchor cutting means that can be operated in the machine of a shield machine has not been developed, when conducting excavation of an underground mine with a shield machine, a preliminary survey was conducted prior to the excavation. However, when an anchor appears on the excavation route, the anchor is pulled out in advance.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if such a survey is conducted, if a large number of anchors are driven in the vicinity of the shield machine's drilling path, the anchor driving angle is not within the plan. The anchor may not have been pulled out in advance, so an unexpected anchor may be encountered when drilling with a shield machine. In such a case, the anchor cannot be found in advance before the excavation of the natural ground where the anchor is located, and since the anchor cannot be found immediately after the excavation, the excavation is continued as it is at the previous excavation speed. A cutter bit for excavating natural ground bites into the anchor. And since the cutter bit for excavating natural ground has a wide blade width and poor cutting performance, the cutting resistance of the cutter bit suddenly increases and the cutter torque rises rapidly. As a result, the cutter head is caught by the anchor. May become impossible to drive.
In such a case, after the periphery of the face was hardened by an auxiliary method such as chemical injection, an operator had to enter the face and cut it with a gas cutter to remove it. Such a construction method requires a lot of time and labor since a person needs to go out and work, and there are many problems in terms of safety.
[0004]
The present invention is intended to solve such problems found in the prior art, and the technical problem is to provide a shield machine and shield method that can cut the anchor by its rotation without the cutter head being caught by the anchor. It is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
These technical problems of the present invention are:
In a shield machine, a main cutter bit for excavating natural ground is attached to the cutter head and excavating the natural ground with the cutter head while propelling with a shield jack,
“At least PC steel wire can be cut and the blade width 10mm or less, manufactured to a predetermined value considering hardness and toughness A plurality of cutting bits that have a cutting edge and can rotate while revolving when attached to the cutter head are attached at least on the same peripheral surface of the outer periphery of the cutter head, leading the outer peripheral side of the excavation cross section. This is achieved by the technical means of the first invention of this application, which is arranged so that it can be cut in such a manner that the anchor appearing in front of the cutter head can be cut with a cutting bit.
In the shield method,
" A plurality of leading bits for cutting the cutting face prior to the main cutter bit are configured so that at least the PC steel wire can be cut and the blade width is about 1/3 or less of the main cutter bit. Attached to the cutter head so that the inner peripheral side of the excavated cross section can be cut, and these bits are arranged so that the cutting bit can cut the outer peripheral side of the excavated cross section in advance. The first step of excavating the ground using a shield machine and detecting the presence of an anchor located in the excavation path during the excavation, and after detecting the presence of the anchor by this first step, The propulsion speed is reduced to at least a speed at which the cutter head cannot be driven, and the second step of excavating the face is used to cut the anchor with the preceding bit. "Technique of the second invention of this application It is also achieved by means.
[0006]
In the first invention of this application, since the cutting bit is attached to the outer periphery of the cutter head, when the anchor is cut with the cutting bit, the anchor appears at any position in the shield path of the shield machine. Even so, the cutting bit can be applied to the anchor to cut it. In addition, since the cutting bit is arranged so that the outer peripheral side of the excavation cross section can be cut in advance, this cutting bit can be first applied to the anchor. The cutting bit is configured to be able to rotate while revolving, and in addition to reducing the cutting resistance by itself, the cutting width of the cutting edge can be reduced. 10mm or less, set to a predetermined value considering hardness and toughness Normal roller bit than By narrowing, when cutting the anchor, even if the biting amount is increased, the cutting resistance can be relatively lowered, and the cutting resistance can be suppressed very low for the biting amount. The driving torque of the cutter head does not increase extremely. Therefore, even if the shield machine encounters the anchor and continues to dig as it is, a situation in which the cutter head is caught by the anchor and cannot be driven does not easily occur. Therefore, even if necessary measures such as reducing the propulsion speed after sensing this after encountering the anchor, there will be no serious situation that the cutter head can not be driven. The anchor can be cut. In addition, a plurality of anchors are mounted on the same peripheral surface of the cutter head, and the alternative anchors are crushed during one rotation of the cutter head. Even if the value is set low, it is possible to prevent the anchor cutting speed from decreasing.
[0007]
When the present invention is embodied, if the technical means according to
[0008]
When the present invention is embodied, if the technical means described in
When the present invention is embodied, if the technical means described in claim 5 of the claims is adopted, the shield machine has an anchor detection device for detecting an anchor located in the excavation path. Since the presence of an anchor located in the excavation path can be detected in advance, the excavation speed can be reduced and adjusted to an optimum value for cutting the anchor prior to the cutting of the anchor. The drilling of the face can be continued as it is.
When the present invention is embodied, if the technical means according to claim 6 of the claims is adopted, the ground is gripped by the rolling prevention device and the reaction force of the driving torque of the cutter head is taken by the ground. Therefore, even when the driving torque of the cutter head temporarily increases for some reason, the shield body can be prevented from rolling by the reaction force.
[0009]
When the present invention is embodied, if the technical means described in
[0010]
In the second invention of this application, when an anchor appears in the excavation path of the shield machine in the construction process by the shield method, the presence of the anchor is detected in advance, and after the detection, the propulsion of the shield machine is performed. Since the speed is reduced to at least the speed so that the cutter head can not be driven and the face is dug, even if the anchor is cut with the preceding bit by the rotation of the cutter head when the shield machine is dug, The cutter head is not caught by the anchor and cannot be driven.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the invention related to the shield machine of this application showing how the present invention is actually embodied will be described with reference to FIGS. 1 to 5, and the shield machine of this application and The embodiment of each invention related to the shield method will be clarified. 1 is a side sectional view of a shield machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow A-A in FIG. 1, and FIG. 3 is a shield machine according to an embodiment of the present invention. 4 is an enlarged cross-sectional view of the cutting bit in FIG. 4, FIG. 4 is an arrow cross-sectional view of FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the main part of a normal roller bit for comparison with the cutting bit of FIG. is there.
[0012]
1 to 4, 1 has a
[0013]
The center bit 5 serves to reduce excavation resistance by centering the face. The center bit 5 is formed in a convex shape by attaching a number of preceding
[0014]
Next, the technical contents of the cutting
[0015]
Therefore, the specific structure of the
[0016]
The
[0017]
The technical content of the
[0018]
That is, the leading
[0019]
The shield machine according to this embodiment is capable of cutting the
[0020]
20 is an anti-rolling device as a gripper for preventing the
[0021]
The operation and effect of this embodiment will be described. Since the shield excavator of this embodiment is provided with the underground radar 6 as an anchor detection device, when encountering the
[0022]
When cutting the
[0023]
Further, four cutting
[0024]
In the shield machine of this embodiment, when the
[0025]
In particular, the shield machine according to this embodiment has an underground radar 6 for detecting the
[0026]
In the shield machine of this embodiment, since the rolling
[0027]
In this embodiment, the cutting
[0028]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the first invention related to the shield machine of this application employs the technical means described in
[0029]
When embodying the first invention of this application, in particular, if the technical means described in
[0030]
When the first invention of this application is embodied, in particular, if the technical means described in claim 6 is employed, even if the driving torque of the cutter head temporarily increases, the reaction force This prevents the shield body from rolling. When embodying the first invention of this application, in particular, if the technical means described in
[0031]
Since the second invention related to the shield method of this application employs the technical means described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a shield machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow AA in FIG.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a cutting bit in a shield machine according to an embodiment of the present invention.
4 is a view taken in the direction of arrows BB in FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a normal roller bit for comparison with the cutting bit of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1 Shield body
1a Shield Jack
2 Cutter head
3 spokes
4 outer ring
5 Center bit
6 Ground penetrating radar
7 Cutting bit
7a cutting edge
7b Notch
7c Corner
7d fixed shaft
7e Fixed shaft
8 Leading bit
9 Main cutter bit
14 Blocking gate jack
15 Shutdown gate
16 opening
17 Screw conveyor
18 Slide jack
19 Inspection port
20 Rolling prevention device
21 Anchor
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