(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、
前記複数のカッタースポークが、センタ部材に固定された複数の固定カッタースポークと、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な少なくとも１つの可動カッタースポークとからなり、
前記固定カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さで且つ複数のカッタービットが付設されており、
前記可動カッタースポークは、固定カッタースポークの約半分の長さで且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、
前記可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置とトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置とに切換え可能な位置切換え手段を設けたことを特徴とするカッタービット移動式シールド掘進機。
【請求項２】
前記センタ部材を挟んでその両側に位置する１対の固定カッタースポークと、これら固定カッタースポークに対して直交状に位置する１対の可動カッタースポークとを有し、
前記位置切換え手段は、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持する状態と、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態に切換え可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のカッタービット移動式シールド掘進機。
【請求項３】
前記１対の可動スポーク部材のカッタービットは、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されたことを特徴とする請求項２に記載のカッタービット移動式シールド掘進機。
【請求項４】
中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、
前記複数のカッタースポークの各々が、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポークからなり、
前記各可動カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さの約半分の長さで且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、
前記各可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置とトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置とに又は外側掘削位置と内側掘削位置とに切換え可能な位置切換え手段を設けたことを特徴とするカッタービット移動式シールド掘進機。
【請求項５】
４本の可動カッタースポークを有し、前記位置切換え手段は、これらの可動カッタースポークのうちのセンタ部材を挟んでその両側に位置する１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持し且つ残りの１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態と、１対の内側掘削位置の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えると共に、１対の外側掘削位置の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に切換えて保持する状態とに切換え可能に構成されたことを特徴とする請求項４に記載のカッタービット移動式シールド掘進機。
【請求項６】
前記位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のカッタービット移動式シールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカッタービット移動式シールド掘進機に関し、特にカッタービットを交換することなく長距離の掘進を可能にしたカッタービット移動式シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、地下鉄、共同溝、上下水道などのシールド坑（トンネル）の掘削を行うものであり、シールド掘進機は、胴部材、カッターディスク、カッターディスクを回転駆動する回転駆動機構、複数のシールドジャッキ、排土設備又は排泥設備、セグメントの覆工を行うエレクタなどを有する。トンネル掘削時、複数のシールドジャッキで掘進の推進力を発生させながら、カッターディスクを回転させて切羽を掘削し、排土設備により掘削した泥土を排出し、１リング分の掘削毎に１リング分のセグメントを構築してトンネル内面を覆工していく。
【０００３】
カッターディスクのカッタースポークに付設された多数のカッタービットはトンネル掘進中に破損したり磨耗したりするため、通常のシールド掘進機では、約１〜２ｋｍ掘削する毎に、カッターディスクの多数のカッタービットを交換する必要がある。但し、カッタービットを交換する場合、切羽を凍結処理して地下水の湧出を抑え、カッターディスク周辺やチャンバー内の泥土を排出してから、作業者がカッターディスクの所へ入ってカッタービットの交換を行う。この場合、カッタービットの交換に多大の労力とコストとかなりの工期がかかる。
そこで、最近では、カッターディスクやその関連構造に、カッタービットを簡単に交換可能にした種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平４−２４３９２号公報のシールド掘進機では、シールド掘進機の先端部に、掘削装置とカッターを収納した回転自在な球状作業室を形成し、トンネル掘進時はカッターが前面に位置するように球状作業室を配置し、カッタービット交換時には球状作業室を反転させてカッターを後方に向け、カッタービットを交換している。
特開平６−１１７１８９号公報のシールド掘進機では、カッタービットの交換時には、作業者がカッターディスクを支持する中空シャフト内を通ってカッタースポーク内に移動し、カッタービットを交換する。
【０００５】
特開平１１−３５０８７７号公報のシールド掘進機では、カッターディスクのカッタースポークをその軸心回りに回転可能に構成すると共に、カッタースポークの外周面に３列にカッタービットを付設しておき、カッタービットが摩耗した場合には、カッタースポークを約１２０度回転させて新しいカッタービットを前面に突出させる。このカッタービットの交換の際、カッターディスクの中央部のコアリング部内に突出しているカッタースポークの回転駆動部に油圧トルクレンチをセットし、その油圧トルクレンチによりカッタースポークをその軸心回りに回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平４−２４３９２号公報のシールド掘進機では、シールド掘進機の先端部に球状作業室を設けるためシールド掘進機の機長が長くなり、球状作業室を回転させる複雑な機構が必要となる。
特開平６−１１７１８９号公報のシールド掘進機では、作業員が内部に入れるような大きな中空シャフトやカッタースポークが必要であるため、大型のシールド掘進機にしか適用することができない。
【０００７】
特開平１１−３５０８７号公報のシールド掘進機では、作業者がコアリング部とシールド掘進機の機内を繋ぐ連通管を通って回転駆動部にアクセスする必要があるため、大型のシールド掘進機にしか適用することができない。
ここで、シールド掘進機のカッターディスクでは、中心側に比べて外周側の周速度が大きいので、また、外周側掘削エリアが中心側掘削エリアよりも格段に広いので、中心側のカッタービットよりも外周側カッタービットの方が、格段に摩耗しやすい。しかし、従来のシールド掘進機では、カッタービットの交換時に、カッターディスクの殆ど全部のカッタービットを同時に一律に交換するため、中心側のカッタービットは未だ使用可能なビットも交換してしまうことになる。
【０００８】
本発明の目的は、カッターディスクの外周側のカッタービットが破損や磨耗した際に、あまり摩耗してない中心側のカッタービットを外周側の位置に切換えることによりシールド掘進機の掘進距離を延せるようにしたシールド掘進機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のカッタービット移動式シールド掘進機は、中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、前記複数のカッタースポークが、センタ部材に固定された複数の固定カッタースポークと、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な少なくとも１つの可動カッタースポークとからなり、前記固定カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さ且つ複数のカッタービットが付設されており、前記可動カッタースポークは、固定カッタースポークの約半分の長さで且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、前記可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置とトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置とに切換え可能な位置切換え手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このカッタービット移動式シールド掘進機においては、固定カッタースポークの外周側のカッタービットが磨耗した場合には、可動カッタースポークの可動スポーク部材を位置切換え手段によって内側掘削位置と外側掘削位置とに切換える。それ故、固定カッタースポークのトンネル外周側のカッタービットが磨耗した際に、トンネル中心側部分を掘削してきてあまり摩耗してない可動カッタースポークの可動スポーク部材のカッタービットによってトンネル外周側部分を掘削することが可能となるので、カッタービットを交換することなく、可動スポーク部材の位置を切換えるだけで、カッターディスク全体の掘削性能を回復させ、シールド掘進機の掘進可能距離を大幅に延ばすことができる。
【００１１】
請求項２のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項１の発明において、前記センタ部材を挟んでその両側に位置する１対の固定カッタースポークと、これら固定カッタースポークに対して直交状に位置する１対の可動カッタースポークとを有し、前記位置切換え手段は、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持する状態と、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態に切換え可能に構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
基本的には請求項１と同様の作用を奏するが、１対の固定カッタースポークと１対の可動カッタースポークを有するため、カッターディスクの構造が簡単であり、位置切換え手段により、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持した状態と、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に保持した状態に切換え可能に構成されるので、固定カッタースポークの外周側のカッタービットがある程度まで摩耗した時点で、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えることにより、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。尚、固定カッタースポークの中心側部分にもカッタービットが設けられているため、前記可動スポーク部材の位置切換え後には、固定カッタースポークの中心側部分のカッタービットによりトンネルの中心側部分を掘削することになる。
【００１３】
請求項３のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項２の発明において、前記１対の可動スポーク部材のカッタービットは、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されたことを特徴とするものである。
可動スポーク部材のカッタービットが、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されているので、可動スポーク部材を内側掘削位置にして掘削するときの可動スポークのカッタービットの摩耗を抑制することができるので、可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えた際のカッターディスクの掘削性能の回復の度合いを大きくすることができ、シールド掘進機の掘進可能距離を一層延ばすことができる。
【００１４】
請求項４のカッタービット移動式シールド掘進機は、中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、前記複数のカッタースポークの各々が、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポークからなり、前記各可動カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さの約半分の長さで且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、前記各可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置とトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置とに又は外側掘削位置と内側掘削位置とに切換え可能な位置切換え手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
このカッタービット移動式シールド掘進機においては、トンネルを掘削していき、トンネル外周側部分を掘削していたカッタービットが磨耗した際には、位置切換え手段により、内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材を内側掘削位置に切換える。
それ故、前記のような位置切換え後は、トンネルの中心側部分を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービットによって、トンネルの外周側部分を掘削することになるので、カッタービット交換をすることなく、カッターディスクの掘削性能を回復させ、シールド掘進機の掘進可能距離を延長することができる。
【００１６】
請求項５のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項４の発明において、４本の可動カッタースポークを有し、前記位置切換え手段は、これらの可動カッタースポークのうちのセンタ部材を挟んでその両側に位置する１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持し且つ残りの１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態と、１対の内側掘削位置の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えると共に、１対の外側掘削位置の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に切換えて保持する状態とに切換え可能に構成されたことを特徴とするものである。
【００１７】
基本的には請求項４と同様の作用を奏するが、４本の可動カッタースポークを有し、位置切換え手段により、１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に、１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に保持され、内側掘削位置にあった可動スポーク部材が外側掘削位置に切換えて保持される状態に切換え可能に構成されるので、トンネルの外周側部分を掘削したカッタービットが十分に摩耗した時点で、それらのカッタービットを内側掘削位置に切換え、トンネルの中心側部分を掘削したカッタービットを外側掘削位置に切換えて、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。こうして、全部のカッタービットがほぼ均一に十分摩耗するまで使用し、カッタービットに必要なコストを低減することができる。
【００１８】
請求項６のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダであることを特徴とするものである。
位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダで構成され、油圧シリンダの長さの割りに大きなストロークを達成でき、位置切換え手段を小型化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。最初に、シールド掘進機の全体構造について説明する。尚、シールド掘進機の掘進方向に向かって前後左右を前後左右として説明する。
図１に示すように、カッタービット移動式シールド掘進機１（以下、シールド掘進機という）は、前胴部材２ａと後胴部材２ｂとからなる胴部材２、前胴部材２ａの前端付近部の内部に固定されてチャンバー４の後端を仕切る隔壁３、チャンバー４、掘進推力を発生させる複数のシールドジャッキ５、後胴部材２ｂに対して前胴部材２ａを左右に方向変換させる為の複数の中折れジャッキ６、切羽を掘削するカッターディスク９、このカッターディスク９を駆動するカッター駆動機構１０、カッターディスク９に供給する液体の通路の為のロータリージョイント１１、チャンバー４内の泥土を排出するための排土設備１２、セグメント１６をトンネル内面に覆工する為のエレクタ１３などを備えている。
【００２０】
胴部材２は、シールド掘進機１の全体を覆う筒状体であり、前胴部材２ａと、この前胴部材２ａの後端部に中折れ部１５と中折れジャッキ６を介して連結された後胴部材２ｂとを有する。後胴部材２ｂの後端側内周部には、後胴部材２ｂとセグメント１６の間をシールするテールシール１７が設けられている。
胴部材２の内側には、内側へ突出するリングウェブ１８と、ブラケット１９ａ，１９ｂが設けられ、複数のシールドジャッキ５はリングウェブ１８に固定され、複数の中折れジャッキ６がブラケット１９ａ，１９ｂに連結されている。
【００２１】
胴部材２の前端部付近の内部には、トンネル軸心と直交する隔壁３が設けられ、この隔壁３がチャンバー４の後端を仕切っている。カッターディスク９の中心部から後方へ延びる主軸２１が隔壁３を貫通して、カッターディスク９を回動可能に支持している。尚、隔壁３にはチャンバー４内へ作業者が出入するための開放可能なマンホール２２も設けられている。
【００２２】
複数（例えば、１０本）のシールドジャッキ５は、周方向適当間隔おきに配設され、各シールドジャッキ５はロッド２５が後方に伸縮するように配設されて、リングウェブ１８に貫通固定されている。各シールドジャッキ５のロッド２５の後端には偏心金具２６が連結され、その偏心金具２６の半球凹部にはスプレッダー２７がピン連結されている。トンネル掘削の際には、トンネルの内面に覆工したセグメント１６の前端に複数のスプレッダー２７を当接させて反力を取り、複数のシールドジャッキ５の推進力で掘進する。
【００２３】
複数（例えば、４本）の中折れジャッキ６は、図１では便宜上上部に記載してあるが、実際には胴部材２の左右側面部に配設され、胴部材２の内周面に固着されたブラケット１９ａ，１９ｂに鉛直向きのピンにてピン連結されている。
排土設備１２は、チャンバー４内の掘削泥土をスクリューコンベア３１によってトンネル内のベルトコンベアにより外部へ排出するものである。スクリューコンベア３１は内部に駆動モータ３１ａで回転駆動されるスパイラル状のオーガ３２を有し、回転駆動されるオーガ３２で泥土を吸い上げ、開閉ゲートからトンネル内を後方に伸びるベルトコンベアへ排出する。
【００２４】
エレクタ１３は、支持ローラ３３に回転可能に支持されたエレクタフレーム３４と、エレクタ本体３５と、エレクタフレーム３４を回転駆動するエレクタ駆動モータ３６等を備えている。エレクタ１３により、シールド掘進機１が１リング分掘進する毎に、掘削を中止した状態で１リング分のセグメント１６をトンネル内面に履工する。
【００２５】
カッター駆動機構１０は、隔壁３の後面に固定されたギヤケース３７と、カッター駆動モータ３８と、主軸２１などから構成され、ギヤケース３７内には主軸２１に連結されたリングギヤが設けられている。複数のカッター駆動モータ３８はギヤケース３７の後面に付設され、各カッター駆動モータ３８の出力軸の先端のピニオンがリングギヤに噛合され、複数のカッター駆動モータ３８の回転駆動力をピニオンとリングギヤを介して主軸２１に伝達している。
【００２６】
ロータリージョイント１１には、カッターディスク９の油圧シリンダ等へ油圧を給排するための複数の油路やグリース通路やカッターディスク９のノズルへ供給される加泥剤の通路などが設けられている。尚、図示省略したが、シールド掘進機１の後方に設けられた後方台車には、油圧供給源や、加泥剤供給源、電源などが設けられている。
【００２７】
次に、本願特有の構造を有するカッターディスク９について説明する。
図２に示すように、カッターディスク９は、その中心部のセンタ部材７と、センタ部材７から放射状に伸びる４本のカッタースポーク８と、センタ部材７の前面部のフィッシュテールビット４１と、外周部の外周リング４２などを有する。１つのカッタースポークとセンタ部材７には、加泥剤吐出口４３ａ，４３ｂが形成され、後方台車に設けた泥土供給源から送給される加泥剤を吐出する。
【００２８】
カッタースポーク８は、センタ部材７を挟んでその両側に位置する１対の固定カッタースポーク４４と、これら固定カッタースポーク４４に対して直交状に位置し且つセンタ部材７に対して半径方向に位置切換え可能な可動カッタースポーク４５とを有し、固定各カッタースポーク４４の前面部には複数のカッタービット４６が付設されている。
【００２９】
固定カッタースポーク４４の外周側先端部は外周リング４２に達して外周リング４２に固着され、１対の固定カッタースポーク４４は外周リング４２により補強されている。１対の固定カッタースポーク４４の内部には、掘進方向を変換する際にトンネル径を拡大する為に外周側を掘削するコピーカッター４７と、コピーカッター４７を伸縮駆動させるための油圧シリンダ４８が設けられている。
【００３０】
図３〜図５に示すように、１対の可動カッタースポーク４５は、センタ部材  ７の両側に配設されて半径方向へ伸び、各可動カッタースポーク４５は、センタ部材７に固定され且つ固定カッタースポーク４４の約半分の長さのスポーク基材５１と、このスポーク基材５１に摺動自在に外嵌された可動スポーク部材５２と、スポーク基材５１の内部に設けられた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３（位置切換え手段に相当する）などで構成されている。可動スポーク部材５２の前面部には、複数のカッタービット４６が付設されている。
【００３１】
前記可動スポーク部材５２は、油圧シリンダ５３により、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ切換え可能になっている。可動スポーク部材５２の先端部には外周リング４２の突起部４２ａが係合する係合凹部５４が設けられ、可動スポーク部材５２を外側掘削位置へ切換えた状態では、係合凹部５４に突起部４２ａが係合して可動カッタースポーク４５が外周リング４２で補強される。
【００３２】
トンネル掘削時、カッターディスク９の外周側部分の周速は、中心側部分の周速よりも格段に大きく、カッターディスク９の外周側部分で掘削する掘削エリアは中心側部分で掘削する掘削エリアよりも格段に大きい。そのため、外周側のカッタービット４６は中心側のカッタービット４６に比較して格段に摩耗し易い。
【００３３】
そこで、可動スポーク部材５２のスポーク基材５１と可動スポーク部材５２は、固定カッタースポーク４４の約半分の長さ、つまり、センター部材７の外周からカッターディスク９の外周までの長さの約半分の長さに形成され、トンネルを所定長さ（例えば、１〜２ｋｍの範囲の所定長さ）又は所定期間（例えば、約２ケ月）掘削するまでは、可動スポーク部材５２は、図２、図３に示すように、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置に保持される。この状態では、図４（ａ）に示すように、油圧シリンダ５３のロッド５３ａ，５３ｂが退入状態を維持する。
【００３４】
トンネルを前記所定長さ又は所定期間掘削した後は、図６、図７に示すように、油圧シリンダ５３により可動スポーク部材５２が外側掘削位置に切換えられ、可動スポーク部材５２の複数のカッタービット４６が、トンネルの外周側部分の掘削に供される。この状態では、図４（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５３のロッド５３ａ，５３ｂが伸長状態を維持する。外周リング４２は、カッターディスク９の外周を囲むリング状をなし、外周リング４２の内周部には、可動スポーク部材５２に対応する１対の突起部４２ａが設けられ、外周リング４２の前端部には４つの保護カッター５６が設けられている。
【００３５】
以上説明したシールド掘進機１の作用について説明する。
このシールド掘進機１においては、トンネル掘進開始からトンネルを前記所定長さ又は所定期間掘削するまでの間は、図２に示すように、可動スポーク部材５２をトンネル中心側部分を掘削する内側掘削位置に維持し、所定長さ又は所定期間トンネルを掘進して、固定カッタースポーク４４の外周側のカッタービット４６が摩耗して掘削性能が低下した際には、図６に示すように、可動スポーク部材５２を油圧シリンダ５３によって外側掘削位置に切換えることで、可動スポーク部材５２に付設されている摩耗の少ないカッタービット４６によってトンネル外周側部分を掘削するようにし、シールド掘進機１のカッタービット４６を交換することなく、可動スポーク部材５２の位置を切換えるだけで、カッターディスク９の掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、一層長距離の掘削を可能にすることができる。
【００３６】
このように、トンネルの中心側に位置させておいた可動スポーク部材５２のカッタービット４６であって摩耗の少ないカッタービット４６を有効利用して掘削性能を回復させるため、従来のようにあまり摩耗していないカッタービット４６を交換して廃棄してしまうという無駄を解消でき、カッタービット４６の為のコスト低減を図ることができる。
そして、可動スポーク部材５２を内側掘削位置に保持しておく間は、この可動スポーク部材５２の複数のカッタービット４６も掘削に寄与するため、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６の摩耗が抑制されるから、可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換えた後にも、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６の掘削性能を確保できる。
【００３７】
しかも、カッターディスク９が１対の固定カッタースポーク４４と１対の可動カッタースポーク４５を有するため、カッターディスク９自体の構造が簡単であるうえ、１対の可動スポーク部材５２の位置を切換える為の構造も比較的簡単であるから、設備コスト的に有利である。また、テレスコピック式油圧シリンダ５３は構造が簡単で小型化可能であるため、小径のシールド掘進機にも大径のシールド掘進機にも適用可能である。
【００３８】
前記実施形態を部分的に変更した変更形態について説明する。
図８に示すように、カッターディスク９Ａは、カッターディスク９と同様に１対の固定カッタースポーク４４と１対の可動カッタースポーク４５を備えており、各可動カッタースポーク４５は、前記と同様の可動スポーク部材５２と油圧シリンダ５３を備えている。ここで、１対の可動スポーク部材５２に付設したカッタービット４６を極力温存する為に、１対の可動スポーク部材５２のカッタービット４６が、固定カッタースポーク４４のカッタービット４６の先端の回転軌跡面よりも所定距離Ｄ（例えば、２０ｍｍ）後退した位置に配設されている。
【００３９】
それ故、１対の可動スポーク部材５２が、内側掘削位置においてトンネルの中心側部分を掘削する際には、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６が主体的に掘削を行うため、可動スポーク部材５２のカッタービット４６の摩耗を抑えることができ、可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換えた後の掘削性能の回復度合いを大きくことができる。
【００４０】
前記実施形態を部分的に変更した別変更形態について説明する。
図９、図１０に示すように、このカッターディスク９Ｂは、前記カッターディスク９の１対の固定カッタースポーク４４の代わりに前記１対の可動カッタースポーク４５を設け、１対のコピーカッタースポーク５７を追加的に設けた構造のものである。尚、前記の実施形態と同様のものに同一符号を付して説明を省略する。１対のコピーカッタースポーク５７は、センタ部材７の両側に直線状に且つ可動カッタースポーク４５と約４５度の角度をなすように配設されている。各コピーカッタースポーク５７の基端はセンタ部材７に固着され、先端は外周リング４２に固着され、コピーカッタースポーク５７の基端側部分は可動カッタースポーク４５との干渉防止の為に小径ロッド状に形成されている。各コピーカッタースポーク５７には、その内部の油圧シリンダで進退可能なコピーカッター４７が設けられている。
【００４１】
このカッターディスク９Ｂにおいては、複数のカッタースポーク８の各々が、センタ部材７に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポーク４５に構成され、各可動カッタースポーク４５は、センタ部材７の外周からカッターディスク９Ｂの外周までの長さの約半分の長さのスポーク基材５１と可動スポーク部材５２を有し、可動スポーク部材５２には複数のカッタービット４６が付設されている。各可動スポーク部材５２を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ又は外側掘削位置から内側掘削位置へ切換え可能な位置切換え手段も設けてある。
【００４２】
このシールド掘進機１においては、トンネルの掘削開始からトンネルを所定長さ又は所定期間掘削するまでは、図９に示すように、可動カッタースポーク４５のうち、センタ部材７を挟んでその両側に位置する１対の第１可動カッタースポーク４５Ａの可動スポーク部材５２を内側掘削位置に保持し且つ残りの１対の第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２を外側掘削位置に保持して掘削する。
【００４３】
トンネルを所定長さ又は所定期間掘削して、外側掘削位置の可動スポーク部材５２（第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２）のカッタービット４６の摩耗がある程度進行して掘削が困難になった時には、図１０に示すように、各第１可動カッタースポーク４５Ａの可動スポーク部材５２を、スポーク基材５１内に設けた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３（位置切換え手段に相当する）により、トンネルの外周側を掘削する外側掘削位置に切換えると共に、各第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２を、スポーク基材５１内に設けた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３により、トンネル中心側部分を掘削する内側掘削位置に切換え、その状態でトンネル掘削を再開し、トンネルを掘削していく。
【００４４】
このシールド掘進機においては、トンネルを掘削していき、トンネル外周側を掘削していたカッタービット４６が磨耗した際には、内側掘削位置にあった可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材５２を内側掘削位置に切換える。それ故、その位置切換え後は、中心側を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービット４６によって、トンネルの外周側を掘削することになるので、カッタービット４６を交換をすることなく、カッターディスク９Ｂの掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を延長することができる。しかも、全部のカッタービット４６がほぼ均一に十分摩耗するまで使用できるため、カッタービット４６に必要なコストを低減することができる。
【００４５】
尚、本発明のカッタービット移動式シールド掘進機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、固定カッタースポークや可動カッタースポークの本数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、固定カッタースポークの外周側のカッタービットが磨耗した場合には、可動スポーク部材を位置切換え手段によって内側掘削位置と外側掘削位置とに切換えるので、固定カッタースポークのトンネル外周側のカッタービットが磨耗した際に、トンネル中心側部分を掘削してきてあまり摩耗してない可動スポーク部材のカッタービットによってトンネル外周側部分を掘削することが可能となるので、カッタービットを交換することなく、可動スポーク部材の位置を切換えるだけで、カッターディスク全体の掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を大幅に延ばすことができる。
【００４７】
請求項２の発明によれば、基本的に請求項１と同様の効果を奏するが、１対の固定カッタースポークと１対の可動カッタースポークを有するため、カッターディスクの構造が簡単であり、位置切換え手段は、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持する状態と、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態に切換え可能に構成したので、固定カッタースポークの外周側のカッタービットがある程度まで摩耗した時点で、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えることにより、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。
【００４８】
請求項３の発明によれば、１対の可動スポーク部材のカッタービットが、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されているため、可動スポーク部材を内側掘削位置にして掘削するときの可動スポークのカッタービットの摩耗を抑制することができるので、可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えた際のカッターディスクの掘削性能の回復の度合いを大きくすることができ、シールド掘進機の掘進可能距離を一層延ばすことができる。
【００４９】
請求項４の発明によれば、複数のカッタースポークの各々が、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポークからなり、各可動カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さの約半分の長さで且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、各可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置とトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置とに又は外側掘削位置と内側掘削位置とに切換え可能な位置切換え手段を設けたので、次の効果を奏する。
【００５０】
トンネルを掘削していき、トンネル外周側部分を掘削していたカッタービットが磨耗した際には、位置切換え手段により、内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材を内側掘削位置に切換える。それ故、この位置切換え後は、中心側を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービットによって、トンネルの外周側を掘削することになるので、カッタービット交換をすることなく、カッターディスクの掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を延長できる。
【００５１】
請求項５の発明よれば、基本的に請求項４と同様の効果を奏するが、位置切換え手段は、４本の可動カッタースポークのうちの１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持する状態にし、１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に保持する状態とにし、内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えて保持する状態に切換え可能に構成したので、トンネルの外周側部分を掘削したカッタービットがある程度摩耗した時点で、それらのカッタービットを内側掘削位置に保持する状態に切換え、トンネルの中心側を掘削したカッタービットを外側掘削位置に保持する状態に切換えて、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。そのため、全部のカッタービットがほぼ均一に十分摩耗するまで使用できるため、カッタービットに必要なコストを低減することができる。
【００５２】
請求項６の発明によれば、位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダであるので、油圧シリンダの長さの割りに大きなストロークを達成でき、位置切換え手段を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のカッタービット移動式掘進機の縦断面図である。
【図２】カッターディスク（可動スポーク部材を内側掘削位置にした状態）の正面図である。
【図３】図２のIII −III 線断面図である。
【図４】（ａ）は２段式テレスコピック式油圧シリンダ（ロッド退入状態）を示す図、（ｂ）は同油圧シリンダ（ロッド伸長状態）を示す図である。
【図５】図３のV-V 線断面図である。
【図６】カッターディスク（可動スポーク部材を外側掘削位置にした状態）の正面図である。
【図７】図６のVII −VII 線断面図である。
【図８】変更形態に係るカッターディスクの断面図であって図２のVIII−VIII線断面図に相当する図である。
【図９】別変更形態に係るカッターディスクの正面図である。
【図１０】図９のカッターディスクの可動スポーク部材の位置を切換えた状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１      シールド掘進機
７      センタ部材
８      カッタースポーク
９，９Ａ，９Ｂ      カッターディスク
４４      固定カッタースポーク
４５，４５Ａ，４５Ｂ      可動カッタースポーク
４６      カッタービット
５２      可動スポーク部材
５３      テレスコピック式油圧シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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