(57)【要約】【課題】交換が必要とされるカッタビットのみを、簡素な構成で、且つ、容易に交換することができるトンネル掘削機を提供する。【解決手段】掘削機本体１１の前端部に、カッタスポーク３１を有するカッタヘッド１２を回転可能に支持して、カッタスポーク３１に装着された複数のティースビット４２及び先行ビット４３によって、トンネルＴを地盤に掘削するトンネル掘削機１であって、カッタスポーク３１の内部に回転可能に支持され、複数の先行ビット４３が外周部に設けられるホイール５３と、ホイール５３を回転させることにより、地盤の掘削に使用する先行ビット４３を交換可能とするカッタ交換用ジャッキ６２とを備える。【選択図】図２
2018040119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前端部に、カッタスポークを有するカッタヘッドを回転可能に支持して、前記カッタスポークに装着された複数のカッタビットによって、トンネルを地盤に掘削するトンネル掘削機であって、
前記カッタスポークの内部に回転可能に支持され、複数のカッタビットが外周部において周方向に沿って設けられる回転体と、
前記カッタスポークに設けられ、前記回転体を回転させることにより、地盤の掘削に使用するカッタビットを交換可能とするカッタ交換手段とを備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１に記載のトンネル掘削機において、
前記回転体に設けられた前記カッタビットが、前記カッタスポークの前面から最もトンネル前方側に位置するカッタ回転位置に配置されたときに、前記回転体を回転方向において位置決めする位置決め手段を備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
請求項２に記載のトンネル掘削機において、
前記位置決め手段は、
前記回転体において回転軸方向に開口する位置決め孔と、
前記位置決め孔に挿入される位置決め部材とを有する
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機において、
前記カッタ交換手段は、
前記回転体の回転方向を一方向に制限する逆回転防止手段を備える
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項５】
請求項４に記載のトンネル掘削機において、
前記逆回転防止手段は、ラチェット機構であって、
前記回転体の回転軸に同軸状に設けられる爪歯車と、
前記爪歯車の回転中心に向けて付勢支持され、前記爪歯車の歯溝に係合する歯止め爪とを有する
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カッタスポークに装着された複数のカッタビットを容易に交換することができるトンネル掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、トンネル掘削機においては、カッタヘッドを回転させることにより、そのカッタヘッドの前面に装着された複数のカッタビットによって、前方の地盤を掘削することができる。これにより、カッタビットは、常に地盤と接する過酷な環境の中で使用されるため、摩耗や損傷が激しく、トンネル掘削機を構成する部材の中でも、特に消耗が著しい部材となっている。
【０００３】
また、近年のトンネル工事においては、工費削減や工期短縮等の観点から、長距離化が図られる傾向にある。これにより、長距離のトンネルを掘削するときには、掘削の途中で、カッタビットが摩耗したり破損したりしてしまう。このように、カッタビットが摩耗したり破損したりすると、掘削効率が低下してしまうため、掘削作業を一旦中止して、そのカッタビットを新しいカッタビットに交換する必要がある。
【０００４】
カッタビットを交換する場合には、切羽周辺の地盤を改良して安定化させた上で、その切羽とカッタヘッドとの間に作業者が入り込んで、カッタビットを交換するようにしていた。しかしながら、このような、カッタビットの交換方法を採用すると、掘削作業の中断時間が長くなり、工期の延長化を招いてしまう。
【０００５】
そこで、従来から、カッタビットを迅速、且つ、容易に交換可能とするトンネル掘削機が、種々提供されている。そして、このようなトンネル掘削機としては、例えば、特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５０８７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来のトンネル掘削機においては、カッタヘッドを構成するカッタスポークの前面及び後面に、複数のカッタビットを装着している。そして、カッタスポークをその軸心を回転中心として回転させることにより、前面に装着された複数のカッタビットを、後面に装着された複数のカッタビットに交換可能としている。
【０００８】
しかしながら、上述したような構成を採用すると、長尺となるカッタスポーク全体をカッタヘッドに回転可能に支持しなくてはならず、カッタヘッドの構造が非常に複雑になってしまう。更に、上記従来のトンネル掘削機においては、カッタスポークの前面に装着された全てのカッタビットを交換対象とすることになるため、カッタビットの種類によっては、未だ交換を必要としないものもある。
【０００９】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、交換が必要とされるカッタビットのみを、簡素な構成で、且つ、容易に交換することができるトンネル掘削機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】
【００１０】
上記課題を解決する第１の発明に係るトンネル掘削機は、
掘削機本体の前端部に、カッタスポークを有するカッタヘッドを回転可能に支持して、前記カッタスポークに装着された複数のカッタビットによって、トンネルを地盤に掘削するトンネル掘削機であって、
前記カッタスポークの内部に回転可能に支持され、複数のカッタビットが外周部において周方向に沿って設けられる回転体と、
前記カッタスポークに設けられ、前記回転体を回転させることにより、地盤の掘削に使用するカッタビットを交換可能とするカッタ交換手段とを備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第２の発明に係るトンネル掘削機は、
前記回転体に設けられた前記カッタビットが、前記カッタスポークの前面から最もトンネル前方側に位置するカッタ回転位置に配置されたときに、前記回転体を回転方向において位置決めする位置決め手段を備える
ことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第３の発明に係るトンネル掘削機は、
前記位置決め手段は、
前記回転体において回転軸方向に開口する位置決め孔と、
前記位置決め孔に挿入される位置決め部材とを有する
ことを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第４の発明に係るトンネル掘削機は、
前記カッタ交換手段は、
前記回転体の回転方向を一方向に制限する逆回転防止手段を備える
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第５の発明に係るトンネル掘削機は、
前記逆回転防止手段は、ラチェット機構であって、
前記回転体の回転軸に同軸状に設けられる爪歯車と、
前記爪歯車の回転中心に向けて付勢支持され、前記爪歯車の歯溝に係合する歯止め爪とを有する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
従って、本発明に係るトンネル掘削機によれば、カッタスポークに回転可能に支持した回転体の外周部に、複数のカッタビットを周方向に沿って設け、その回転体をカッタ交換手段によって回転させることにより、交換が必要とされるカッタビットのみを、簡素な構成で、且つ、容易に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ視断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図５】図２のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ矢視断面図である。
【図７】図６のＦ−Ｆ矢視断面図である。
【図８】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル掘削機について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
図８に示すように、トンネル掘削機１は、例えば、土圧式または泥土圧式のシールド掘削機となっており、円筒状をなす掘削機本体１１と、円盤状をなすカッタヘッド１２とを備えている。カッタヘッド１２は、掘削機本体１１の前端部に回転可能に支持されており、当該カッタヘッド１２の前部には、詳細は後述する、フィッシュテールビット４１、複数のティースビット４２、及び、複数の先行ビット４３等の各種カッタビッドが、着脱可能に装着されている（図１参照）。
【００１９】
また、掘削機本体１１の前端部内には、隔壁１３が設けられている。隔壁１３には、リング状をなす回転リング１４が回転可能に支持されており、この回転リング１４は、カッタヘッド１２と同軸状に配置されている。
【００２０】
そして、回転リング１４の前面には、複数の連結ビーム１５が、リング周方向において所定の間隔で設けられており、これらの連結ビーム１５の前端は、カッタヘッド１２の後部に連結されている。一方、回転リング１４の後面には、外歯式のリングギヤ１６が設けられている。これに対して、隔壁１３の後部には、カッタ旋回用モータ１７が設けられている。カッタ旋回用モータ１７の出力軸には、駆動ギヤ１８が嵌め込まれており、この駆動ギヤ１８は、リングギヤ１６と噛み合っている。
【００２１】
従って、カッタ旋回用モータ１７を駆動させることにより、駆動ギヤ１８の回転を、リングギヤ１６から回転リング１４及び連結ビーム１５に伝達させることができるので、カッタヘッド１２を、回転させることができる。これにより、カッタヘッド１２の回転に伴って、カッタビット４１〜４３が、カッタヘッド１２の回転中心を旋回中心として、旋回することになり、このように旋回したカッタビット４１〜４３によって、前方の地盤に切羽を掘削することができる。即ち、トンネルＴを地盤に形成することができる。
【００２２】
また、カッタヘッド１２と隔壁１３との間には、チャンバ１９が区画形成されている。このチャンバ１９は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）となっており、当該チャンバ１９内には、カッタビット４１〜４３の地盤掘削に伴って発生した掘削土砂が、カッタヘッド１２の掘削土砂取込口を介して、取り込まれるようになっている。
【００２３】
更に、掘削機本体１１内には、スクリューコンベヤ２０が、前端から後端に向かうに従って、上方に向けて傾斜するように設けられている。このとき、スクリューコンベヤ２０の前端開口部となる排出口は、隔壁１３の下部を貫通して、チャンバ１９内に挿入されている。従って、スクリューコンベヤ２０を回転駆動させることにより、チャンバ１９内に蓄えられた掘削土砂を、掘削機本体１１の後方に向けて排出することができる。
【００２４】
そして、掘削機本体１１の後端部内には、エレクタ装置２１が、トンネル前後方向、トンネル径方向、及び、トンネル周方向に移動可能に支持されている。このエレクタ装置２１は、覆工部材としてのセグメントＳを把持可能となっており、更に、その把持したセグメントＳをトンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組立可能となっている。これに対して、セグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面形状に沿うような、環片となっている。従って、エレクタ装置２１を駆動させることにより、複数のセグメントＳをトンネル周方向に沿ってリング状に組み立てることができる。
【００２５】
また、掘削機本体１１の内周面には、複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）２２が、その内周面の周方向に沿って並設されている。これらのシールドジャッキ２２は、トンネル後方に向けて伸長することにより、トンネルＴの内壁面に沿ってリング状に組み付けられたセグメントＳを押圧可能となっている。従って、シールドジャッキ２２を、トンネル後方に向けて伸長させて、既設のセグメントＳに押し付けることにより、掘削機本体１１に推進反力を与えることができる。即ち、掘削機本体１１を、シールドジャッキ２２がセグメントＳを押圧したときに発生する推進反力によって、前進させることができる。
【００２６】
次に、カッタヘッド１２の構造について、図１を用いて詳細に説明する。
【００２７】
図１に示すように、カッタヘッド１２は、カッタスポーク形式を採用しており、複数のカッタスポーク３１と、複数の補助カッタスポーク３２とを備えている。これらのカッタスポーク３１，３２は、中空断面構造を有しており、カッタヘッド１２の回転中心を中心として、放射状に配置されている。
【００２８】
具体的には、カッタスポーク３１は、カッタヘッド１２の中心部から外周部まで、径方向に延在すると共に、当該カッタヘッド１２の周方向において等間隔で配置されている。一方、補助カッタスポーク３２は、カッタヘッド１２の径方向中間部から外周部まで、径方向に延在すると共に、当該カッタヘッド１２の周方向において等間隔で配置されている。そして、カッタスポーク３１と補助カッタスポーク３２とは、周方向において交互に配置されている。
【００２９】
更に、カッタヘッド１２の外周部には、リング状をなす外周リング３３が設けられている。この外周リング３３は、カッタスポーク３１の後面における径方向外側端部と、補助カッタスポーク３２の後面における径方向外側端部とを、周方向において交互に連結している。また、カッタヘッド１２の径方向中間部には、リング状をなす中間リング３４が設けられている。この中間リング３４は、カッタスポーク３１の後面における径方向中間部と、補助カッタスポーク３２の後面における径方向内側端部とを、周方向において交互に連結している。
【００３０】
ここで、カッタヘッド１２の中心部に位置するカッタスポーク３１の前面には、フィッシュテールビット４１が着脱可能に装着されている。また、カッタスポーク３１の径方向両側部（長手方向両側部）には、左右一対を１組として、複数組のティースビット４２が、径方向に沿って着脱可能に装着されている。更に、カッタスポーク３１，３２には、複数の先行ビット（例えば、シェルビット）４３が、所定の径方向位置（長手方向位置）において、着脱可能に装着されている。
【００３１】
フィッシュテールビット４１は、カッタヘッド１２の回転中心付近を掘削するカッタビットであって、ティースビット４２及び先行ビット４３による掘削よりも先行して、切羽中心部を掘削して、切羽全体の掘削を容易にするものとなっている。
【００３２】
ティースビット４２は、地盤の掘削と、この掘削によって発生した掘削土砂の取り込みとを行うカッタビットであって、カッタヘッド１２の正逆２方向の回転による掘削を可能とするため、カッタスポーク３１における径方向同位置に左右一対として取り付けられている。
【００３３】
先行ビット４３は、その刃先位置が、ティースビット４２の刃先位置よりもトンネル前方に位置するように取り付けられており、地盤をほぐしたり、地盤に切れ目を入れたりして、ティースビット４２による掘削に対して先行掘削することにより、ティースビット４２の掘削負荷を低減するものとなっている。
【００３４】
なお、上述したように、カッタヘッド１２を、カッタスポーク３１、補助カッタスポーク３２、外周リング３３、及び、中間リング３４から構成することにより、それらの間には、複数の開口部が形成されることになる。それらの開口部は、フィッシュテールビット４１、ティースビット４２、及び、先行ビット４３によって地盤を掘削した際に発生する掘削土砂を、チャンバ１９に取り込むための掘削土砂取込口となっている。
【００３５】
次に、先行ビット４３の交換構造について、図２乃至図５を用いて詳細に説明する。
【００３６】
図２乃至図５に示すように、カッタスポーク３１における所定の径方向位置には、掘削土砂取込口としての開口部３１ａが形成されている。この開口部３１ａは、カッタスポーク３１の前板３１ｂ及び後板３１ｃをトンネル前後方向に貫通すると共に、側面がカッタスポーク３１の左右両側板３１ｄによって形成されている。
【００３７】
また、開口部３１ａ内には、径方向一対のカッタ固定板５１ａ，５１ｂが立設されており、こられのカッタ固定板５１ａ，５１ｂの左右両端部は、側板３１ｄの後端に固定されている。そして、カッタ固定板５１ａ，５１ｂの幅方向中央部には、軸受部材５２ａ，５２ｂが設けられており、これらの軸受部材５２ａ，５２ｂの間には、円盤状をなすホイール（回転体）５３が配置されている。
【００３８】
ホイール５３の外周部には、複数の先行ビット４３（例えば、８個の先行ビット４３）が、ホイール周方向において等間隔で設けられている。そして、ホイール５３の中心部には、回転軸５４が嵌入されており、この回転軸５４の軸方向両端部は、軸受部材５２ａ，５２ｂに回転可能に支持されている。
【００３９】
つまり、ホイール５３の外周部には、先行ビット４３が配置される複数のカッタ回転位置が、ホイール周方向において等間隔で設定されており、ホイール５３が回転すると、先行ビット４３は、カッタ回転位置を１つずつずらしながら回転する。そして、図２に示すように、先行ビット４３は、複数のカッタ回転位置の中でも、カッタスポーク３１における前板３１ｂの前面から最もトンネル前方側（切羽側）に位置するカッタ回転位置に配置されたときだけ、切羽を掘削することができる。
【００４０】
なお、図２においては、それぞれの先行ビット４３が各カッタ回転位置に配置された状態を示している。また、本実施形態では、詳細は後述するが、先行ビット４３を交換可能とするため、複数の先行ビット４３を、ホイール５３の外周部に取り付けることにより、リング状に配置しており、更に、そのようなカッタリング（ホイール５３）を回転軸方向に複数段（例えば、２段）備えたカッタリング構造としている。但し、各カッタリング（２つのホイール５３）における先行ビット４３のカッタ回転位置は、回転方向において同じ位置に設定されている。
【００４１】
ここで、図２及び図５に示すように、一方の軸受部材５２ａの外面には、円形をなす取付板５５ａが固定されている。この取付板５５ａの中心部には、回転軸５４の一端が貫通すると共に、当該取付板５５ａの外面には、保護カバー５６が取り付けられている。そして、保護カバー５６内には、位置決め用ジャッキ（位置決め手段）５７が収納支持されている。
【００４２】
位置決め用ジャッキ５７は、軸方向に伸縮する伸縮ロッドを有しており、この伸縮ロッドの先端には、位置決めピン（位置決め部材）５７ａが設けられている。位置決めピン５７ａは、ロッド短縮時において、軸受部材５２ａ及び取付板５５ａの内部に収納可能となる一方、ロッド伸長時において、軸受部材５２ａ及び取付板５５ａから軸方向外側に向けて突出可能となっている。
【００４３】
これに対して、ホイール５３には、複数の位置決め孔５３ａが軸方向に形成されており、これらの位置決め孔５３ａは、ホイール周方向において等間隔で配置されている。そして、位置決め孔５３ａの数量は、装着された先行ビット４３の数量、及び、カッタ回転位置と同じ数量となっており、全ての位置決め孔５３ａには、位置決めピン５７ａが挿入可能となっている。なお、図５においては、複数の位置決め孔５３ａのうち、１つの位置決め孔５３ａのみを代表して、図示している。
【００４４】
従って、位置決め用ジャッキ５７を伸長させて、位置決めピン５７ａをホイール５３の位置決め孔５３ａに挿入することにより、ホイール５３を回転方向において位置決めすることができる。即ち、先行ビット４３を回転軸５４の回転方向において位置決めすることができる。また、位置決め用ジャッキ５７を短縮させて、位置決めピン５７ａをホイール５３の位置決め孔５３ａから引き抜くことにより、ホイール５３を回転させることができる。即ち、先行ビット４３を回転軸５４周りに回転させることができる。
【００４５】
一方、図３及び図４に示すように、他方の軸受部材５２ｂの外面には、円形をなす取付板５５ｂが固定されている。この取付板５５ｂの中心部には、回転軸５４の他端が貫通すると共に、当該取付板５５ｂの外周面には、支持板５８が取り付けられている。そして、支持板５８の外面には、枠部材５９が支持されており、この枠部材５９の外面には、保護カバー６０が取り付けられている。
【００４６】
また、取付板５５ｂの外面には、テーブル６１が固定されている。テーブル６１上には、カッタ交換用ジャッキ（カッタ交換手段）６２が設置されており、このカッタ交換用ジャッキ６２は、回転軸５４の径方向に伸縮する伸縮ロッド６２ａを有している。そして、カッタ交換用ジャッキ６２の伸縮ロッド６２ａには、レバー部材６３の一端が回動可能に支持されており、このレバー部材６３の他端は、回転軸５４に固定されている。なお、レバー部材６３は、回転軸５４の径方向に延在しており、伸縮ロッド６２ａの伸縮に応じて、その径方向に伸縮可能となっている。
【００４７】
更に、回転軸５４の他端には、爪歯車６４が当該回転軸５４と同軸状に固定されている。これに対して、取付板５５ｂには、ガイド筒６６が支持されており、このガイド筒６６内には、歯止め爪（逆止爪）６５が爪歯車６４（回転軸５４）の径方向において摺動可能に支持されている。歯止め爪６５は、ガイド筒（付勢手段）６６によって、爪歯車６４の回転中心に向けて常に付勢された状態となっている。つまり、爪歯車６４及び歯止め爪６５は、ホイール５３（リング状に配置された複数の先行ビット４３）の回転方向を一方向に制限するための機構、即ち、ラチェット機構（逆回転防止手段）を構成している。
【００４８】
具体的には、爪歯車６４の歯は、歯元から歯先に向かうに従って、回転方向上流側に向けて漸次傾斜しており、この歯の傾きは、爪歯車６４の回転方向を規定するものとなっている。この場合、図４の矢印で示すように、爪歯車６４の回転方向は反時計回りの方向となっている。これに対して、カッタ交換用ジャッキ６２の伸縮ロッド６２ａは、一定量ずつ伸長可能となっており、当該伸縮ロッド６２ａが一定量ずつ伸長していくと、その伸長量に応じて回転軸５４が回転し、これに伴って、爪歯車６４が１歯分ずつ回転する。
【００４９】
一方、歯止め爪６５は、付勢力によって爪歯車６４の歯溝に係合可能（噛み合い可能）となっており、先端部における回転方向上流側に位置する面が、傾斜面となっている。従って、爪歯車６４が１歯分ずつ回転すると、歯止め爪６５は、付勢力に抗するように、爪歯車６４の歯によって径方向外側に向けて押し返され、その歯を乗り越えて、元の位置に復帰する。これにより、歯止め爪６５は、係合していた歯溝から、この歯溝の回転方向直上に位置する歯溝に係合することになり、このような係合動作が繰り返される。即ち、先行ビット４３は、爪歯車６４の１歯分ずつ割り出し回転して、各カッタ回転位置に到達する。
【００５０】
このとき、仮に、爪歯車６４を時計回りの方向に逆回転させようとすると、歯止め爪６５が爪歯車６４の歯に引っ掛かり、その回転が防止される。これにより、先行ビット４３の回転方向は、一方向に制限されている。
【００５１】
そして、テーブル６１、カッタ交換用ジャッキ６２、爪歯車６４、歯止め爪６５、及び、ガイド筒６６は、取付板５５ｂから突出した回転軸５４の他端と共に、上述した保護カバー６０内に収納されている。更に、テーブル６１及びカッタ交換用ジャッキ６２は、爪歯車６４、歯止め爪６５、ガイド筒６６よりも軸方向内側に配置されている。
【００５２】
次に、ティースビット４２の交換構造について、図６及び図７を用いて詳細に説明する。
【００５３】
図６及び図７に示すように、カッタスポーク３１の径方向両側部における所定の径方向位置には、収納部３１ｅが形成されている。この収納部３１ｅは、前板３１ｂと側板３１ｄとがなす角部を切り欠くように、前板３１ｂと側板３１ｄとに開口している。
【００５４】
また、収納部３１内には、径方向一対のカッタ固定板７１ａ，７１ｂが設けられており、これらのカッタ固定板７１ａ，７１ｂ上には、軸受部材７２ａ，７２ｂが固定されている。そして、軸受部材７２ａ，７２ｂの間には、多角形をなすホイール（回転体）７３が配置されている。
【００５５】
ホイール７３の各外周角部には、ティースビット４２が、ホイール周方向において等間隔で設けられている。そして、ホイール７３の中心部には、回転軸７４が嵌入されており、この回転軸７４の軸方向両端部は、軸受部材７２ａ，７２ｂに回転可能に支持されている。
【００５６】
つまり、ホイール７３の外周角部には、ティースビット４２が配置される複数のカッタ回転位置が、ホイール周方向において等間隔で設定されており、ホイール７３が回転すると、ティースビット４２は、カッタ回転位置を１つずつずらしながら回転する。そして、図６に示すように、ティースビット４２は、複数のカッタ回転位置の中でも、カッタスポーク３１における前板３１ｂの前面から最もトンネル前方側（切羽側）に位置するカッタ回転位置に配置されたときだけ、切羽を掘削することができる。なお、図６においては、それぞれのティースビット４２が各カッタ回転位置に配置された状態を示している。
【００５７】
更に、軸受部材７２ａ，７２ｂの外面には、円形をなす取付板７５ａ，７５ｂが固定されており、これらの軸受部材７２ａ，７２ｂの中心部には、回転軸７４が貫通している。そのうち、取付板７５ｂの外面には、カッタ交換用モータ（カッタ交換手段）７６が取り付けられており、このカッタ交換用モータ７６は、回転軸７４の一端と連結すると共に、保護カバー７７に覆われている。保護カバー７７は、取付板７２ｂに取り付けられている。
【００５８】
従って、カッタ交換用モータ７６を駆動させることにより、回転軸７４を介して、ホイール７３を回転させることができる。これにより、ティースビット４２を、回転軸７４周りに回転させて、カッタ回転位置に配置させることができる。
【００５９】
そして、カッタスポーク３１には、位置決め用ジャッキ（位置決め手段）７８が支持されている。位置決め用ジャッキ７８は、軸方向に伸縮する伸縮ロッドを有しており、この伸縮ロッドの先端には、位置決めピン（位置決め部材）７８ａが設けられている。
【００６０】
これに対して、ホイール７３の各外周角部には、複数の位置決め孔７３ａが軸方向に形成されており、これらの位置決め孔７３ａは、ホイール周方向において等間隔で配置されている。そして、位置決め孔７３ａの数量は、装着されたティースビット４２の数量、及び、カッタ回転位置と同じ数量となっており、全ての位置決め孔７３ａには、位置決めピン７８ａが挿入可能となっている。このとき、図６に示すように、カッタスポーク３１における前板３１ｂの前面から最もトンネル前方側に位置するカッタ回転位置に配置されたティースビット４２と、当該ティースビット４２に回転方向において隣接したティースビット４２と同じ外周角部に位置する位置決め孔７３ａとが、対応して同時に使用されることになる。
【００６１】
従って、位置決め用ジャッキ７８を伸長させて、位置決めピン７８ａをホイール７３の位置決め孔７３ａに挿入することにより、ホイール７３を回転方向において位置決めすることができる。即ち、ティースビット４２を回転軸７４の回転方向において位置決めすることができる。また、位置決め用ジャッキ７８を短縮させて、位置決めピン７８ａをホイール７３の位置決め孔７３ａから引き抜くことにより、ホイール７３を回転させることができる。即ち、ティースビット４２を回転軸７４周りに回転させることができる。
【００６２】
以上より、トンネル掘削機１によってトンネル構造体を施工する場合には、先ず、カッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキ２２を伸長させて既設のセグメントＳに押し付ける。これにより、掘削機本体１１が、既設のセグメントＳから推進反力を得て、前進すると共に、回転するカッタヘッド１２に装着されたフィッシュテールビット４１、ティースビット４２、及び、先行ビット４３が、前方の地盤に切羽を掘削するため、トンネルＴが形成される。
【００６３】
このとき、地盤掘削によって発生した掘削土砂は、カッタヘッド１２の掘削土砂取込口を介して、チャンバ１９内に充填されることになり、そのチャンバ１９は、充填された掘削土砂によって、所定の内圧に維持される。そして、チャンバ１９内に充填された掘削土砂は、スクリューコンベヤ２０の回転駆動によって、トンネル後方に向けて排出される。つまり、掘削土砂をチャンバ１９内に充填させて、そのチャンバ１９の内圧を切羽から受ける土圧に対抗させながら、当該チャンバ１９内から掘削土砂を排出する。
【００６４】
これと同時に、短縮したシールドジャッキ２２のトンネル後方においては、エレクタ装置２１の駆動によって、これに保持されたセグメントＳが、トンネルＴの内壁面に沿って、リング状に順次組み立てられる。
【００６５】
即ち、カッタヘッド１２の掘削による掘削量に見合う土砂量を、スクリューコンベヤ２０によって円滑に排出して、チャンバ１９内を常に掘削土砂によって充満させることにより、切羽の安定化を図りつつ、トンネルＴを掘削する。これと同時に、シールドジャッキ２２の伸長によって、既設のセグメントＳから推進反力を取って掘進しながら、短縮させたシールドジャッキ２２のトンネル後方において、新設のセグメントＳを組み立てる。
【００６６】
ここで、カッタヘッド１２を回転させて、トンネルＴを掘削し続けていると、例えば、先行掘削を行う先行ビット４３においては、刃先が摩耗したり破損したりする。また、先行ビット４３が摩耗したり破損したりすると、これに伴って、ティースビット４２においても、刃先が摩耗したり破損したりする。このように、先行ビット４３及びティースビット４２の刃先に摩耗や破損が生じると、掘削効率が低下するため、それらを新たなものに交換しなくてはならない。
【００６７】
そこで、先行ビット４３を交換する場合には、先ず、トンネル掘削機１によるトンネル構造体の施工を一旦中止する。つまり、カッタヘッド１２の回転と、シールドジャッキ２２の伸長とを、一旦中止させる。次いで、位置決め用ジャッキ５７を短縮させて、位置決めピン５７ａをホイール５３の位置決め孔５３ａから引き抜くことにより、ホイール５３における回転方向への位置決めを解除する。
【００６８】
そして、カッタ交換用ジャッキ６２の伸縮ロッド６２ａを伸長させて、ホイール５３を回転させる。このとき、爪歯車６４が１歯分ずつ回転すると共に、歯止め爪６５における爪歯車６４の歯溝への係合によって、当該爪歯車６４の逆回転防止が図られている。
【００６９】
これにより、ホイール５３に装着された全ての先行ビット４３は、現在のカッタ回転位置から、当該カッタ回転位置の回転方向直下に位置するカッタ回転位置に回転することになり、カッタ回転位置が回転方向下流側に向けて１つずれる。よって、カッタスポーク３１における前板３１ｂの前面から最もトンネル前方側に位置するカッタ回転位置には、摩耗や破損した先行ビット４３に換わって、新しい先行ビット４３が配置されることになり、先行ビット４３の交換が完了される。
【００７０】
次いで、位置決め用ジャッキ５７を伸長させて、位置決めピン５７ａをホイール５３の位置決め孔５３ａに挿入することにより、ホイール５３を回転方向において位置決めする。そして、トンネル掘削機１によるトンネル構造体の施工を再び開始する。
【００７１】
また、ティースビット４２を交換する場合には、先ず、位置決め用ジャッキ７８を短縮させて、位置決めピン７８ａをホイール７３の位置決め孔７３ａから引き抜くことにより、ホイール７３における回転方向への位置決めを解除する。そして、カッタ交換用モータ７６を駆動させて、ホイール７３を回転させる。
【００７２】
これにより、ホイール７３に装着された全てのティースビット４２は、現在のカッタ回転位置から、当該カッタ回転位置の回転方向直下に位置するカッタ回転位置に回転することになり、カッタ回転位置が回転方向下流側に向けて１つずれる。よって、カッタスポーク３１における前板３１ｂの前面から最もトンネル前方側に位置するカッタ回転位置には、摩耗や破損したティースビット４２に換わって、新しいティースビット４２が配置されることになり、ティースビット４２の交換が完了される。
【００７３】
次いで、位置決め用ジャッキ７８を伸長させて、位置決めピン７８ａをホイール７３の位置決め孔７３ａに挿入することにより、ホイール７３を回転方向において位置決めする。そして、トンネル掘削機１によるトンネル構造体の施工を再び開始する。
【００７４】
従って、本発明に係るトンネル掘削機１によれば、複数の先行ビット４３が外周部に設けられたホイール５３を、カッタスポーク３１に回転可能に支持し、そのホイール５３をカッタ交換用ジャッキ６２の伸長によって回転させるようにしている。また、複数のティースビット４２が外周角部に設けられたホイール７３を、カッタスポーク３１に回転可能に支持し、そのホイール７３をカッタ交換用モータ７６の駆動によって回転させるようにしている。これにより、交換が必要とされる先行ビット４３及びティースビット４２のみを、簡素な構成で、且つ、容易に交換することができる。即ち、先行ビット４３やティースビット４２を、交換が必要とされるときに、個別に交換することができる。
【００７５】
更に、位置決め用ジャッキ５７，７８の位置決めピン５７ａ，７８ａを、ホイール５３，７３の位置決め孔５３ａ，７３ａに挿入可能とすることにより、ホイール５３，７３を回転方向において位置決めすることができる。これにより、先行ビット４３及びティースビット４２をカッタ回転位置に高精度に位置決めすることができるため、交換精度を向上せることができる。
【００７６】
そして、先行ビット４３を交換する際に、爪歯車６４及び歯止め爪６５からなるラチェット機構を用いることにより、ホイール５３の逆回転防止を図ることができる。これにより、新しい先行ビット４３を順序良く使用することができるので、摩耗や破損が生じた使用済みの先行ビット４３を誤って使用することを防止することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１      トンネル掘削機
１１      掘削機本体
１２      カッタヘッド
３１      カッタスポーク
４２      ティースビット
４３      先行ビット
５３      ホイール
５３ａ    位置決め孔
５４      回転軸
５７      位置決め用ジャッキ
５７ａ    位置決めピン
６２      カッタ交換用ジャッキ
６２ａ    伸縮ロッド
６４      爪歯車
６５      歯止め爪
７３      ホイール
７３ａ    位置決め孔
７４      回転軸
７６      カッタ交換用モータ
７８      位置決め用ジャッキ
７８ａ    位置決めピン
【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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