盾构刀具

盾构刀具１．はじめに本工事は，供用中の湯浅御坊道路・川辺第一トンネルに並行して避難坑トンネル（延長２,６４５m：このうち TBM坑φ４.５m，延長２,５９０m）および連絡坑を施工するものである．本工事においてTBMのディスクカッタビットは，SNCM材とダイス鋼のビットを併用した．本報告は，ディスクカッタビットの磨耗と選定の実績について報告をするものである．２．ディスクカッタビットの概要岩盤を掘削するTBMのカッタは，ディスクカッタという回転式のカッタを用いる．このディスクカッタを， ...

１．はじめに本工事は，供用中の湯浅御坊道路・川辺第一トンネルに並行して避難坑トンネル（延長２,６４５m：このうち TBM坑φ４.５m，延長２,５９０m）および連絡坑を施工するものである．本工事においてTBMのディスクカッタビットは，SNCM材とダイス鋼のビットを併用した．本報告は，ディスクカッタビットの磨耗と選定の実績について報告をするものである．２．ディスクカッタビットの概要岩盤を掘削するTBMのカッタは，ディスクカッタという回転式のカッタを用いる．このディスクカッタを， TBMのカッタヘッド面盤上に一定間隔で離れた同心円を描くように取付け，カッタヘッドを岩盤に押付けてディスクカッタが転動しながら岩盤を圧砕することで掘削が行われる．ディスクカッタの種類には，図－１のようにカッタハブに１つのディスクカッタビットを装着したシングルカッタと，図－２のように複数のカッタハブが独立して回転できるよう軸に装着したものがある．本工事ではディスクカッタビットサイズを１７インチとし，図－３のようにフェースカッタ（No.９～３０）とゲージカッタ（外周部カッタNo.３１・３２）に破砕効率の良いシングルカッタを使用し，センタカッタ（No.１～８）に１つのカッタ軸に２つのディスクカッタビットを装着したものを使用した．ディスクカッタの刃先形状には，表－１に示すような種類がある．本工事では，一定した刃先幅を保てる平型カッタを採用した．カッタビットの材質としては，一般に使用される SNCM材（ニッケル・クロム・モリブデン鋼）のほか，高価ではあるが耐磨耗用特殊カッタとして，工具鋼系のカッタがある．工具鋼系のカッタビットは耐磨耗性が高い反面， SNCM材に比べて靭性が低く欠け易い．また，硬岩用 TBMディスクカッタビット磨耗神崎浩＊ Hiroshi Kanzaki 渡邉聡＊ Akira Watanabe ＊関西（支）川辺（出）阿部俊＊ Suguru Abe カッタの種類平型カッタくさび型カッタA くさび型カッタB 形状カッタ刃先幅特徴カッタ新品時から磨耗交換時まで一定した刃先幅（貫入幅）を保つことができる．多くの岩種で使用される．亀裂の少ない硬岩や玉石混在岩などで使用されることがある．初期の切込性は良いが磨耗は早い．石灰岩や泥岩など磨耗の非常に少ない堆積岩が続く場合などに使用されることがある．図－１シングルカッタ図－２センタカッタ図－３カッタ配置図表－１カッタ形状の比較１）西松建設技報 VOL.28 抄録 95 に超硬チップを埋込んだチップインサート型もある．ただし，受注生産品のため高価格で納期に時間がかかるほか，高負荷に対してはチップの脱落などの問題がある．そこで本工事では，交換頻度の多いゲージカッタ（No. ３１・３２）と交換に時間を要するセンタカッタ（No.１～８）に工具鋼系のダイス鋼（HRC５６～６２）を装備し，フェースカッタに SNCM材（HRC５４～５８）のカッタビットを使用し掘削を開始した．３．カッタビットの選定と消費実績 TBMのカッタ消費量は，工期・工事費に大きなウェイトを占めるが各種岩盤条件により消費量は変わる．消費量の推定方法については，国内外の各メーカ・研究機関により異なり統一されたものはないが，石英などの硬質鉱物含有量が影響するといわれている．川辺第一トンネル避難坑の周辺地質は，四万十累帯のうち日高川帯に属する中生代白亜紀の日高川層群美山累層が広く分布している．美山累層は砂岩および砂岩頁岩互層を主体としている．本トンネル工事の地質縦断図を図－４に示す．地質からトンネル区間を�～�に分けて，カッタビットの消費実績を表－２にまとめた．区間�，�，�では実績と積算がほぼ等しいものの，区間�の硬質砂岩層では，実績が積算の約３倍もカッタビット平均磨耗量が大きくなった．また，区間�の掘削初期においてセンタカッタビットは回転周長の違いから欠けが多々発生したため，ダイス鋼の使用をやめ，磨耗の著しい事が予想されたが，以降のビットには SNCM材を使用した．チップインサート型は，負荷によるチップの脱落が懸念されたため使用しなかった．ゲージカッタについて欠けは発生せず，ダイス鋼を続けて使用した．フェースカッタは，ビット磨耗によるカッタ交換が頻繁に発生したが，SNCM材のビットのため欠けは発生せず，ビットの偏磨耗等による機械トラブルは防止できた．４．結論川辺第一トンネル避難坑は，区間�の硬質砂岩においてカッタビットの磨耗が著しかった．この区間の一軸圧縮強度が１５０～２５０MPa と一般的な火成岩や体積岩に比べ明らかに高い．カッタビット磨耗量と一軸圧縮強度，および石英含有率の関係をつかむため，坑内で採取したコアの試験・分析を行い，その結果を図－５に示す．分析結果から磨耗量と一軸圧縮強度の関係は，一軸圧縮強度が高くなれば磨耗量が多くなる傾向は見られる．しかし，偏光顕微鏡観察の結果から石英含有率を示すと，磨耗量が大きい部分は２５％以上含まれている．また，１５％以下では一軸圧縮強度が高くても磨耗量が小さくなっている．カッタビットの磨耗量にとってこの微細で硬質な鉱物がカッタビットの磨耗に著しく影響を与えており，TBM のカッタ消費量を論じる上で石英含有率は非常に大きな要素であることが窺える．参考文献１）社団法人日本トンネル技術協会，TBMハンドブック，pp.２６.，２０００. ２）大阪大学大学院工学研究科地球総合工学専攻谷本研究室，TBMカッタビット磨耗に関する考察，２００４. 区間 T.D.（m）単位掘削当りの平均磨耗量（mm／m）実績 JH積算 � 頁岩・砂岩互層０～４４８０.０３９０.０３２ � 硬質砂岩層４４８～１６８００.１１４０.０３０ � 砂岩・頁岩互層１６８０～２０８５０.０４６０.０２７ � 頁岩層２０８５～２５３６０.０２２０.０２７ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 図－４地質縦断図表－２単位掘削長当りのカッタ平均磨耗量の実績と積算の比較２）図－５各区間の TBM単位掘削長当りのカッタビット磨耗量と岩石の一軸圧縮強度および石英含有率の関係２）抄録西松建設技報 VOL.28 96

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