(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機前端のトンネル掘削用回転カッターに、カッタービットをその先端を該回転カッターの前面に突出させた状態でスライド可能に装着するカッタービット装着溝を、該回転カッターの中心軸側から放射状に向けて備え、該ビット装着溝を前記回転カッターの外周に開放するとともに、該カッタービット装着溝のカッター回転中心側端部に新カッタービット挿入部を備え、該新カッタービット挿入部には、前記カッタービット装着溝内のカッタービットを回転カッター外周側に押出すカッタービット押し出し手段を備え、前記新カッタービット挿入部には回転カッターの背面側から新カッタービットを前記カッタービット装着溝に挿入できるようにしてなるシールド掘進機のカッタービット交換装置において、
前記カッタービットは該カッタービットより広幅のビット支持駒に１若しくは複数固着され、カッタービット装着溝は前記カッタービットが貫通される前面開口部の奥部に前記ビット支持駒がスライド自在に嵌合される拡幅部を備え、
前記新カッタービット挿入部には、前記回転カッターの背面側から新カッタービットを前面側にスライドさせて挿入可能なビット交換ボックスを備え、該ビット交換ボックスの後部をシールド掘進機内に開口させ、該開口に背面蓋を、該ビット交換ボックスの前部にシャッターをそれぞれ備えるとともに、該ビット交換ボックス内に挿入した新カッタービット支持駒をカッタービット装着溝位置に押し出す前方押出し手段を備え、
前記ビット交換ボックス内にその背面蓋及びシャッターを閉じた状態で内部に新カッタービットを装着した交換用のカッタービット支持駒を収容可能にし、該ビット交換ボックス内にその前部のシャッターを閉じ、背面蓋を開いてカッタービット支持駒を挿入し、該カッタービット支持駒を、前記該背面蓋を閉じ、シャッターを開いた状態で前記前方押し出し手段により押し出すことによりカッタービット装着溝位置まで押し出させ、これを前記カッタービット押し出し手段により回転カッター外周側に押し出させるようにしたことを特徴としてなるシールド掘進機のカッタービット交換装置。
【請求項２】
回転カッターにはカッタービット装着溝内に装着されたカッタービット支持駒をスライド不能に固定するストッパーを２箇所に備え、該ストッパーによる固定状態を適宜解除できるようにしてなる請求項１に記載のシールド掘進機のカッタービット交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドトンネルの掘進途中で、シールド掘進機のカッタービットの交換を行うシールド掘進機のカッタービット交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】
近年、シールドトンネル掘削工事の長距離化に伴い、シールド掘進機のカッタービットの維持管理が問題となっており、掘進途中におけるカッタービットの交換方法が各種提案されている。
【０００３】
従来のカッタービットの交換方法には、トンネル掘進予定位置の途中に、予めビット交換のための立坑を構築しておき、この立坑内にシールド掘進機が到達したときに、該立坑内で掘進機前端のトンネル掘削用カッターに固定されているカッタービットの交換作業を行うようにした中間立坑によるカッタービット交換方法がある。
【０００４】
この方法では、交換位置で立坑を構築する必要があり、そのためのコストが高くなり、また、立坑構築に広い用地の確保が必要なため場所的な制約が伴い、更に工程的に長期間を要するなどの問題がある。
【０００５】
また、トンネル掘進予定位置の地盤中に、地盤硬化剤の注入によって安定度の高い改良地盤層を形成しておき、この改良地盤層内にシールド掘進機の先端を侵入させた状態で停止させ、チャンバーマンホールよりトンネル掘削用カッターの前面側の改良土を人力によって排出し、形成されるトンネル掘削用カッター前面側の空間内でビット交換作業を行うようにした事前前面部地盤改良によるカッタービット交換方法がある。
【０００６】
この方法では、人力によって改良地盤の掘削、掘削土砂の撤去等の作業を行う必要があること、及びシールド掘進機と改良地盤との間の止水が必要であること等から、安全性に問題があり、また工程的に長期間を要するという問題がある。
【０００７】
更に、シールド掘進機がビット交換位置に到達後、坑内よりシールド掘進機の前面及び前端部周囲を凍結工法により地盤改良を行い、前述の方法と同様に、チャンバーマンホールよりトンネル掘削用カッターの前面側の改良土を人力によって排出し、形成されるトンネル掘削用カッター前面側の空間内でビット交換作業を行うようにした到達後前面部地盤改良によるカッタービット交換方法がある。
【０００８】
この方法では、坑内から凍結工法によって地盤改良を行うため、小口径のシールドトンネルでは施工できず、凍結、解凍によって地盤変動の発生が予想され、更に、工程的に長期間を要し、工費も高い等の問題がある。
【０００９】
更に、シールド掘進機自体に、カッタービットの交換作業が可能なドライ空間を機械的構造によって形成したり、掘削用カッターを前後に旋回させたり、坑内に引き込んだりできるような機械的構造を予めシールド掘進機に設置しておく等の機械構造によるカッタービット交換方法がある。
【００１０】
この方法では、トンネル掘削用カッター部分の構造が複雑になるとともに、カッター関係の製作条件としてビット交換構造が支配的となり、シールド掘進機の製造コストが高く、しかも、構造的に小口径のシールドトンネルには利用が困難である等の問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の如き従来の各種工法の問題に鑑み、上記各工法に比べて低コストで、短時間で安全かつ容易に施工できるシールド掘進機のカッタービット交換装置の提供を目的としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための本発明の特徴は、シールド掘進機前端のトンネル掘削用回転カッターに、カッタービットをその先端を該回転カッターの前面に突出させた状態でスライド可能に装着するカッタービット装着溝を、該回転カッターの中心軸側から放射状に向けて備え、該ビット装着溝を前記回転カッターの外周に開放するとともに、該カッタービット装着溝のカッター回転中心側端部に新カッタービット挿入部を備え、該新カッタービット挿入部には、前記カッタービット装着溝内のカッタービットを回転カッター外周側に押出すカッタービット押し出し手段を備え、前記新カッタービット挿入部には回転カッターの背面側から新カッタービットを前記カッタービット装着溝に挿入できるようにしてなるシールド掘進機のカッタービット交換装置において、
【００１３】
前記カッタービットは該カッタービットより広幅のビット支持駒に１若しくは複数固着され、カッタービット装着溝は前記カッタービットが貫通される前面開口部の奥部に前記ビット支持駒がスライド自在に嵌合される拡幅部を備え、
前記新カッタービット挿入部には、前記回転カッターの背面側から新カッタービットを前面側にスライドさせて挿入可能なビット交換ボックスを備え、該ビット交換ボックスの後部をシールド掘進機内に開口させ、該開口に背面蓋を、該ビット交換ボックスの前部にシャッターをそれぞれ備えるとともに、該ビット交換ボックス内に挿入した新カッタービット支持駒をカッタービット装着溝位置に押し出す前方押出し手段を備え、
【００１４】
前記ビット交換ボックス内にその背面蓋及びシャッターを閉じた状態で内部に新カッタービットを装着した交換用のカッタービット支持駒を収容可能にし、該ビット交換ボックス内にその前部のシャッターを閉じ、背面蓋を開いてカッタービット支持駒を挿入し、該カッタービット支持駒を、前記該背面蓋を閉じ、シャッターを開いた状態で前記前方押し出し手段により押し出すことによりカッタービット装着溝位置まで押し出させ、これを前記カッタービット押し出し手段により回転カッター外周側に押し出させるようにしたことにある。
【００１５】
尚、 回転カッターにはカッタービット装着溝内に装着されたカッタービット支持駒をスライド不能に固定するストッパーを２箇所に備え、該ストッパーによる固定状態を適宜解除できるようにすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１７】
図１、図２は本発明装置を使用したシールド掘進機のカッター部分の概略を示しており、図において１はシールド掘進機の外周筒を構成するスキンプレート、２は隔壁であり、この隔壁２の前方側が掘削チャンバーとなっている。掘削チャンバーの前方には回転カッター３が設置されている。
【００１８】
回転カッター３は、複数のカッタースポーク４，４……が中心軸５から放射状に突設されており、各カッタースポーク４の背面の中間高さ位置が支持アーム６により支持されている。支持アーム６は旋回リング７から突出されており、その回転リング７旋回駆動伝達用のリングギヤ８が一体に備えられている。このリングギヤ８に駆動モータ９のピニオンギヤ１０が噛合され、駆動モータ９の作動によって回転カッター３が回転動作されるようになっている。
【００１９】
各スポーク４にはその前面に多数のカッタービット１１，１１……が突設されている。このカッタービット１１は、図６に示すようにカッタービット支持駒１２に対して２個づつ一体に突設されたものが所定数装着されている。
【００２０】
カッタービット支持駒１２はカッタービット１１より広幅に形成されている。各カッタービット支持駒１２の背面にはストッパー用の突起１３が一体に突設されている。また、各カッタービット支持駒１２の上端には凹溝１２ａが、下端には突片１２ｂが形成され、上下に隣り合うカッタービット支持駒１２，１２間において、前記凹溝１２ａと突片１２ｂとが互いに嵌合されるようになっている。更に、カッタービット支持駒１２の先端には超硬チップ１２ｃが埋め込まれている。
【００２１】
各カッタースポーク４は図５に示すように断面が円形の柱状をしており、その前面に軸方向に向けたカッタービット装着溝２０がカッタースポークの長手方向に向けて開口されている。このカッタービット装着溝２０はカッタースポーク周壁部４ａの前面側をスリット状に開口させたビット貫通溝部２０ａと、該ビット貫通溝部２０ａの奥部に形成された支持駒挿入部２０ｂとから構成されている。
【００２２】
支持駒挿入部２０ｂは、カッタースポークの周壁部４ａの内面に互いに対向させて突出させた一対の凸壁４ｂ，４ｂ間、及びこれと周壁部４ａの内面間とによって構成され、前述したカッタービット支持駒１２はこの支持駒挿入部２０ｂと同じ断面形状に成形されている。
【００２３】
カッタースポーク４の根元部背面が新カッタービット挿入部３０となっている。このカッタービット挿入部３０は図７に示すように、カッタースポーク根元部の背面、カッター中心軸５の外周、及び回転カッター３とともに回転される隔壁部２ａによって囲まれる部分に、これらと一体化した中空のビット交換ボックス３１を有している。このビット交換ボックス３１は、後方側が隔壁部２ａに開口され、背面蓋３２によって開閉自在にとなっている。また、前方側はカッタースポーク４と一体化されている。
【００２４】
このビット交換ボックス３１内及びこれに連通するカッタースポーク背部は、カッタービット１１が前面に突設されたカッタービット支持駒１２を背面開口から装着位置にスライドさせるためのスライドガイドとなっており、天板下面にはカッタービット支持駒１２の頂面の凹溝１２ａが嵌合されるレール状の凸ガイド３３が、底板上面にはカッタービット支持駒１２の底面の突片１２ｂが嵌合される溝状の凹ガイド３４が設けられている。
【００２５】
尚、カッタービット挿入部３０におけるカッタースポーク４内は、両凸壁４ｂ，４ｂが除去され、ビット交換ボックス３１内を周壁４ａに至るまで前方に延長させた形状となっており、カッタービット支持駒１２を両ガイド３３，３４に支持させて前方にスライドさせることにより、カッタービット１１がビット貫通溝部２０ａよりカッタースポーク前面に突出され、カッタービット支持駒１２が支持駒挿入部２０ｂの中心軸５側に挿入されるようになっている。
【００２６】
回転カッター３の中心軸５は中空筒状に成形され、その内部にカッタービット押出し手段であるビット押し出し用ジャッキ３５が備えられ、該ジャッキの出入ロッド３５ａによって、前述したように支持駒挿入部２０ｂの中心軸５側に挿入されたカッタービット支持駒１２をその長さ分だけカッタースポーク先端側に押し出せるようになっている。
【００２７】
また、中心軸５内には、軸方向に向けて、前方押し出し手段であるビットスライド用ジャッキ３６が備えられ、該ジャッキに連動するスライド駒３６ａによってカッタービット支持駒１２の低部背面を押してビット交換ボックス３１内を所定の装着位置、即ちカッタービット装着溝２０位置まで移動させることができるようになっている。
【００２８】
尚、図中３７はビット交換ボックス３１の前部シャッターであり、カッタービット交換作業時にこれを開き、シールド掘進機の掘進作業時には閉じることができるようになっている。
【００２９】
カッタースポーク４内には、２箇所にストッパー３８ａ，３８ｂが設置されている。その一方ストッパー３８ａはカッタースポーク先端部内に設置され、カッタースポーク最先端部に位置するカッタービット支持駒１２の背面のストッパー用突起１３に当接してそのスポーク先端側への移動を阻止するようになっている。
【００３０】
また、もう一つのストッパー３８ｂは、カッタービット挿入部３０よりスポーク先端側寄りの位置に備えられ、前述したビット押し出し用ジャッキ３５によって１支持駒長さ分だけスポーク先端側に押し出されたカッタービット支持駒１２のストッパー用突起１３のスポーク根元側に系合し、カッタービット支持駒の中心軸５側への移動を阻止させるようになっている。
【００３１】
これらの各ストッパー３８ａ，３８ｂはそれぞれ遠隔的に操作できるようになっており、カッタービット交換作業時には係合解除側に、該作業完了後にはそれぞれ係合側に動作させることができるようになっている。
【００３２】
次ぎに、上述したシールド掘進機のカッタービット交換装置におけるカッタービットの交換方法について説明する。
【００３３】
図１に示す掘進時の状態から、両ストッパー３８ａ，３８ｂによるカッタービット支持駒１２の移動阻止を解除する。次いで図９、図１０に示すようにビット押し出しジャッキ３５を作動させてカッタービット支持駒１２，１２……をスポーク先端側に押し出す。このとき、回転カッター３全体を回転させながら押し出すのが好ましい。これによってカッタービット支持駒１２の先端の超硬チップ１２ｃによってコピーカッターのように地山が掘削され、スムーズなカッタービット支持駒１２の押出しが可能となる。
【００３４】
このようにしてある程度の押出しがなされた後、回転カッター３を停止させビット押出しジャッキ３５による最終的な押出しにより、スポーク最先端部にセットされていた１つの旧カッタービット付きのカッタービット支持駒１２を地山内、即ちシールド掘進機外に放出する。然る後両ストッパー３８ａ，３８ｂを元に戻し、残りのカッタービット支持駒１２の移動を阻止させ、ビット押出し用ジャッキ３５を元の状態に戻す。
【００３５】
次いでカッタービット挿入部３０の背面蓋３２を開き、内部の両ガイド３３，３４にガイドさせて新カッタービット１１を固定したカッタービット支持駒１２を、適宜作業機を使用してビット交換ボックス３１内に挿入し、その背面にビットスライド用ジャッキ３６のスライド駒３６ａを当接させる。
【００３６】
この状態で背面蓋３２を閉じた後、前部シャッター３７を開き、ビットスライドジャッキ３６を押し込み方向に作動させて新カッタービット１１付きのカッタービット支持駒１２をスポーク根元部にセットし、前部シャッター３７を閉じてカッタービットの交換を終了する。
【００３７】
なお、上述の方法ではスポーク最先端部のカッタービット支持駒１つをシールド掘進機外に押出し、その代わりにスポーク根元部に１つのカッタービット支持駒を補充して、１カッタービット支持駒分の旧カッタービットを新カッタービットに交換するようにしているが、上述の操作を繰り返して複数若しくは全てのカッタービット支持駒を押出し、補充して全旧カッタービットを新カッタービットに交換してもよい。
【００３８】
尚、上述の例では、スポーク型の回転カッターにおけるカッタービット交換に実施した場合を示しているが、この他回転円盤に放射状のスリットを設け、該スリットに沿って多数のカッタービットを突設した回転円盤型の回転カッターにおいても同様に実施できる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように本発明に係るシールド掘進機のカッタービット交換装置においては、回転カッターに、カッタービットをその先端を該回転カッターの前面に突出させた状態でスライド可能に装着するカッタービット装着溝を備え、該カッタービット装着溝のカッター回転中心側端部に新カッタービット挿入部を備え、該新カッタービット挿入部に備えた押出し手段により既設の旧カッタービットを前記回転カッターの外周よりシールド掘進機外に押し出し、該新カッタービット挿入部より新カッタービットを前記カッタービット装着溝に装着することにより旧カッタービットを新カッタービットと交換することとしたことにより、中間立坑の構築や薬液注入、圧気等の作業が不要となってコストと時間の大幅な削減が可能となる。
【００４０】
また、作業をシールド掘進機内の大気中で行うことができるため、作業の安全性が高く、しかも現存するシールド掘進機内からのビット交換方法に比べ付随設備が縮小され、交換作業時間も短縮される。
【００４１】
更に、交換されるカッタービットは回転カッターの外周側から順次なされるため、磨耗の激しいものから随時交換が可能となって経済性が高く、しかも掘進作業を続行させながら交換作業を進めることができるため、ビット交換のための掘進停止時間が短く、シールド掘進機の使用効率を低下させない等の効果がある。
【００４２】
更に、カッタービットは該カッタービットより広幅のビット支持駒に１若しくは複数固着され、カッタービット装着溝は前記カッタービットが貫通される前面開口部の奥部に前記ビット支持駒がスライド自在に嵌合される拡幅部を備えていることにより、旧カッタービットの押出し、新カッタービットの装着が容易となり、交換の作業性がよいものとできる。
【００４３】
更に、新カッタービット挿入部には、回転カッターの背面側から新カッタービットを前面側にスライドさせて挿入可能なビット交換ボックスを備え、該ビット交換ボックスの後部をシールド掘進機内に開口させ、該開口に背面蓋を備えるとともに前記ビット交換ボックスの前部にシャッターを備え、該背面蓋及びシャッターを閉じた上程で内部に新カッタービットを装着した交換用のカッタービット支持駒を収容可能にすることにより、切刃側とシール掘進機内とは常に遮断した状態で作業を進めることができ、安全性を高いものとすることができる。
【００４４】
更に、新カッタービット挿入部には、ビット交換ボックス内に挿入した新カッタービットを装着したカッタービット支持駒をカッタービット装着溝位置に押し出す前方押出し手段を備えることにより、切刃側とシールド掘進機側を遮断した状態で遠隔操作が容易に可能となり、作業性良く安全に交換作業ができることとなる。
【００４５】
更に、回転カッターにはカッタービット装着溝内に装着されたカッタービットをスライド不能に固定するストッパーを備え、該ストッパーによる固定状態を適宜解除できるようにすることにより、カッタービットの固定及び交換時のスライド可能状態が遠隔的に簡単にできることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカッタービット交換装置を使用したシールド掘進機の回転カッター部の概略を示す縦断面図である。
【図２】同上の部分正面図である。
【図３】同上のカッタースポーク部分の縦断面図である。
【図４】同正面図である。
【図５】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図１に示した装置に使用しているカッタービットを固定したカッタービット支持駒を示すもので(Ａ)は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図７】図１に示した装置のカッタービット挿入部を示す拡大断面図である。
【図８】図７中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】図１に示す装置の旧カッタービット押出し状態、及び新カッタービット挿入途中の状態を示す縦断面図である。
【図１０】同上の部分正面図である。
【符号の説明】
１  スキンプレート
２  隔壁
３  回転カッター
４  カッタースポーク
４ａ  周壁部
４ｂ  凸壁
５  カッター中心軸
６  支持アーム
７  旋回リング
８  リングギヤ
９  駆動モータ
１０  ピニオンギヤ
１１  カッタービット
１２  カッタービット支持駒
１２ａ  凹溝
１２ｂ  凸片
１２ｃ  超硬チップ
１３  ストッパー用突起
２０  カッタービット装着溝
２０ａ  ビット貫通溝部
２０ｂ  支持駒挿入部
３０  カッタービット挿入部
３１  ビット交換ボックス
３２  背面蓋
３３  凸ガイド
３４  凹ガイド
３５  ビット押し出し用ジャッキ
３５ａ  出入ロッド
３６  ビットスライド用ジャッキ
３６ａ  スライド駒
３７  前部シャッター
３８ａ，３８ｂ  ストッパー
【図１】
0003574841.tif 000002
【図２】
0003574841.tif 000003
【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】
0003574841.tif 000008
【図８】
0003574841.tif 000009
【図９】
0003574841.tif 000010
【図１０】
0003574841.tif 000011