(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部カッターヘッドと外周部カッタヘッドとから構成されたカッターヘッドをトンネル掘削機本体の前部に回転可能に支持したトンネル掘削機において、
前記カッタヘッドに取り付けられ、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造であり、また前記中心部カッタヘッドの周囲から外周へ向けて放射状に延びる複数のカッタースポークと、
前記カッタースポークの内部に形成されたカッター作業室と、
前記カッタヘッドの中心部後方に配置され、且つ人間が出入り可能な容積を有する回転室と、
前記回転室の周囲から前方へ、且つ、前記カッタヘッドの外周方向へ向けて放射状に延出して前記カッタースポークに接続され、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造である複数の接続フレームと、
前記回転室及び接続フレームの前方で中心部カッターヘッドとの間に形成された中心部カッターチャンバーと、
前記中心部カッタヘッドを貫通して延び、中心部カッター軸受を介して前記回転室に支持取り付けされた駆動軸と、
前記中心部カッターヘッドの前面部において前記駆動軸に取り付けられた中心部カッタービットと、
中心部カッターチャンバー内に配設され、前記駆動軸に結合支持された撹拌羽根を備えた中心部撹拌装置と、を備え、
前記中空構造の接続フレームは、前記回転室からカッタースポークまで、人間が出入り可能に連通し、また、
前記中心部カッターヘッドにより掘削され、中心部カッターチャンバー内に取り込まれた土砂は中心部撹拌装置に備えられた撹拌羽根の撹拌作用により撹拌される、
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
中心部カッターヘッドと外周部カッタヘッドとから構成されたカッターヘッドをトンネル掘削機本体の前部に回転可能に支持したトンネル掘削機において、
前記カッタヘッドに取り付けられ、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造であり、また前記中心部カッタヘッドの周囲から外周へ向けて放射状に延びる複数のカッタースポークと、
前記カッタースポークの内部に形成されたカッター作業室と、
前記カッタヘッドの中心部後方に配置され、且つ人間が出入り可能な容積を有する回転室と、
前記回転室の周囲から前記カッタヘッドの外周方向へ向けて放射状に延出して前記カッタースポークに接続され、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造である複数の接続フレームとを備え、
前記中空構造の接続フレームは、前記回転室からカッタースポークまで、人間が出入り可能に連通し、
前記カッタースポークは外周部スポークと、当該外周部スポークに連続して前記カッタヘッドの中心部まで延びる中心部スポークとに分割成形され、前記外周部スポークの内部には前記カッター作業室が設けられている一方、前記中心部スポークの内部には前記カッター作業室に連通する補助カッター作業室が設けられ、前記外周部スポークと中心部スポークとはスポーク接続装置により接続されており、また、
前記スポーク接続装置は、前記外周部スポークと中心部スポークとの境界部分の内部において、前記カッタースポーク内を昇降運動して、外周部スポークと中心部スポークとを気密状態を保って接続し、且つ、前記カッター作業室と補助カッター作業室とを連通、或いは連通解除させる機能を有する、
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
前記接続フレームは作業通路を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
前記カッタースポークの内部にはトンネル掘削機のビット交換用のカッター作業室が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
前記回転室は、中心部カッターヘッドから後方へ、回転室とカッタースポークとの間に取り込まれた土砂が円滑に撹拌されるような寸法Ｄだけ離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に設置されてトンネルを掘り進むためのトンネル掘削機、特に大断面で長距離のトンネルを掘進するに際して、安全にビットを掘削機内部から交換できるようにしたトンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削機のビット交換技術に関する従来技術としては、例えば特許文献１に示されたものがある。この従来技術は、外周カッター（１２Ａ：本特許文献内に記載された符号を括弧書きで示す。以下同じ）と、内周カッター（１２Ｂ）が独立して回転する機構を持つ。また、カッタースポーク１３の内径端部にＬ形状の筒状フレーム（５８）が接続され、該筒状フレーム（５８）の他端が断面中心上にある外周カッター用ロータリージョイント（２６）に連結されている。なお、この従来技術におけるＬ形状の筒状フレーム（５８）はロータリージョイントを支持することを目的としており、トンネル掘削機の内部に作業員を出入りさせる等の対策は施されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３１３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術について検討すると、上記Ｌ形状の筒状フレーム（５８）はその内部に作業員の出入りや代替ビット等の資材の搬出入のための空間通路は確保されていない。また、中心カッター（１２Ｂ）の回転軸（２５）の外周に設けられた筒状体（２６）は外周カッター用ロータリージョイントであり、やはり作業員や資材搬入用の部屋を持っていない。カッタースポーク内部からビットを交換するという思想、或いは機構や機能を持つものではなく、それを示唆する記述や図もない。この従来技術は、長距離シールドや超大断面シールドにおいてビットの交換がトンネル掘削機内からできないという課題を持つ。
【０００５】
本発明は、上述のような不具合に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、大断面で長距離のトンネルを掘進するトンネル掘削機シールドにおいて、トンネル掘削機内からビットの交換が円滑に行えるようにすることである。
【０００６】
また、本発明の第２の目的は、トンネル掘削機内からビットの交換が円滑に行えるように図るとともに、これに伴うシールド掘進作業の低下を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、中心部カッターヘッドと外周部カッタヘッドとから構成されたカッターヘッドをトンネル掘削機本体の前部に回転可能に支持したトンネル掘削機において、前記カッタヘッドに取り付けられ、内部が人間を収容可能で進退自在な作業が可能な大きさの中空構造であり、また前記中心部カッタヘッドの周囲から外周へ向けて放射状に延びる複数のカッタースポークと、前記カッタースポークの内部に形成されたカッター作業室と、前記カッタヘッドの中心部後方に配置され、且つ人間が出入り可能で作業可能な容積を有する回転室と、前記回転室の周囲から前方へ、且つ、前記カッタヘッドの外周方向へ向けて放射状に延出して前記カッタースポークに接続され、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造である複数の接続フレームと、前記回転室及び接続フレームの前方で中心部カッターヘッドとの間に形成された中心部カッターチャンバーと、前記中心部カッタヘッドを貫通して延び、中心部カッター軸受を介して前記回転室に支持取り付けされた駆動軸と、前記中心部カッターヘッドの前面部において前記駆動軸に取り付けられた中心部カッタービットと、中心部カッターチャンバー内に配設され、前記駆動軸に結合支持された撹拌羽根を備えた中心部撹拌装置とを備え、前記中空構造の接続フレームは、前記回転室からカッタースポークまで、人間が出入り可能に連通し、また、前記中心部カッターヘッドにより掘削され、中心部カッターチャンバー内に取り込まれた土砂は中心部撹拌装置に備えられた撹拌羽根の撹拌作用により撹拌される、ことを要旨とする。
【０００８】
これにより、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な室を設け、この室からカッターヘッドの外周部に向う通路を設け、トンネル掘削機内部からビットの交換を行うことができる。また、中心部カッターチャンバー内に配設された中心部撹拌装置により、前記中心部カッターヘッドにより掘削された土砂が撹拌されるから、土砂の攪拌作業効率が向上する。
【０００９】
本願第２の発明は、中心部カッターヘッドと外周部カッタヘッドとから構成されたカッターヘッドをトンネル掘削機本体の前部に回転可能に支持したトンネル掘削機において、前記カッタヘッドに取り付けられ、内部が人間を収容可能で進退自在な作業が可能な大きさの中空構造であり、また前記中心部カッタヘッドの周囲から外周へ向けて放射状に延びる複数のカッタースポークと、前記カッタースポークの内部に形成されたカッター作業室と、前記カッタヘッドの中心部後方に配置され、且つ人間が出入り可能で作業可能な容積を有する回転室と、前記回転室の周囲から前記カッタヘッドの外周方向へ向けて放射状に延出して前記カッタースポークに接続され、内部が人間を収容可能な大きさの中空構造である複数の接続フレームとを備え、前記中空構造の接続フレームは、前記回転室からカッタースポークまで、人間が出入り可能に連通し、前記カッタースポークは外周部スポークと、当該外周部スポークに連続して前記カッタヘッドの中心部まで延びる中心部スポークとに分割成形され、前記外周部スポークの内部には前記カッター作業室が設けられている一方、前記中心部スポークの内部には前記カッター作業室に連通する補助カッター作業室が設けられ、前記外周部スポークと中心部スポークとはスポーク接続装置により接続されており、また、前記スポーク接続装置は、前記外周部スポークと中心部スポークとの境界部分の内部において、前記カッタースポーク内を昇降運動して、外周部スポークと中心部スポークとを気密状態を保って接続し、且つ、前記カッター作業室と補助カッター作業室とを連通、或いは連通解除させる機能を有することを要旨とする。
【００１０】
この構成によれば、作業員が室の出入り口からトンネル掘削機内部に入り、また、通路を通ってカッタースポーク内に形成されたカッター作業室に移動し、カッターヘッドの外周部に向かうことができる。そして、作業対象となるビットの位置に到達して、そのビットを修理したりビット交換を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のトンネル掘削機は、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な室と、この室に連結してカッタースポーク内に形成されたカッター作業室とを有するから、トンネル掘削機内を通ってカッターヘッドの外周部に向かい、ビットの交換を行うことができるから、ビット交換作業が円滑に且つ迅速に行える、という効果が得られる。
【００１２】
また、作業員が出入り可能な室はカッターヘッドの位置から所定の距離だけ後方に下げて設置されているため、掘削した土砂が室によって後方への移動を妨げられることはなく、土砂の排出を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。
【図２】前記実施の形態に係るトンネル掘削機の正面図であり、左半分は図１の矢印Ａにしたがって見た正面図、右半分は図１の矢印Ｂにしたがって見た背面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態係るトンネル掘削機の中心部分を表す図３中Ｒ−Ｒ線における部分断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るトンネル掘削機の正面（又は背面）側から見た断面図であり、図６の左半分は図５の矢印Ａにしたがって見た正面図、図６の右半分は図５の矢印Ｂにしたがって見た背面図に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るトンネル掘削機の正面（又は背面）側から見た断面図であり、図８の左半分は図７の矢印Ｃにしたがって見た正面図、図８の右半分は図７の矢印Ｄにしたがって見た背面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るトンネル掘削機に用いられるスポーク接続装置の一構成例を示す側方断面図である。
【図１０】図９に示されたスポーク接続装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るトンネル掘削機の概略構成を示す側方断面図である。図２は上記実施の形態に係るトンネル掘削機の中央部分を見た部分正面図である。
【００１５】
これらの図において、符号１はトンネル掘削機であり、地中でシールド工法によりトンネルを掘り進む。２はトンネル掘削機１の筒状構造を画成する外筒、３はトンネル掘削機１の前端部分を保護するフード、４はトンネル掘削機１の外周部隔壁、５はトンネル掘削機１の内周部隔壁であり、外周部隔壁４と内周部隔壁５により掘削された掘削土砂が後方のトンネル掘削機１の作業空間へ入り込まないように遮蔽している。また、６は外周部カッターヘッドでありシールド断面の切羽の外周部分を回転することにより掘削する。７は内周部カッターチャンバーであり駆動フレーム８ａ（後出）より中心側で、中心部回転筒体１２（後出）との間のチャンバーである。８はカッタースポークでありこの内部は中空となっていてカッター作業室８ｂが確保（或いは形成）されており、ここに作業員が入りビット交換作業などを実施する。駆動フレーム８ａはカッタースポーク８と旋回環１９（後出）とを連結し、外周カッターヘッド６に回転力を伝達する。カッター作業室８ｂはカッターの修理、取り替え作業等を行うための室であり、カッタースポーク８の内部に確保された作業可能な空間から成り、作業員が内部に入ってビット交換を行うものである。
【００１６】
９は中心部カッターヘッドであり、中心カッタービット（フィッシュテールビット）１１を備えていてトンネル掘削機１の中心部において切羽を掘削する。この中心部カッターヘッド９は外周部カッターヘッド６とは別個の回転速度、回転方向で掘削可能になっている。１０は中心部カッターチャンバーであり中心部カッターヘッド９で掘削される切羽と、中心部カッターヘッド９の後部に設けられた中心部回転隔壁１３で形成される領域を表す。中心カッタービット１１のやや後ろには作泥土材噴射口１１ａが設けられている。この作泥土材噴射口１１ａは駆動軸の中心を貫通して延びる通過孔より供給される作泥土材（掘削土砂の塑性流動化を促進する材料）が噴出される。
【００１７】
１２は中心部回転筒体であり、中心部軸受２８に支持される一方、外周部カッターヘッド６で駆動される。この中心部回転筒体１２の前面には中心部回転隔壁１３が設けられており、中心部回転筒体１２の内部は中空の密閉構造である。また、中心部回転筒体１２には接続フレーム１６（後出）が接続されており、この接続フレーム１６によりカッタースポーク８に固設されてなる。１４は中心部カッター軸受１５を介して支持取り付けされた駆動軸であり、中心部カッターヘッド９を回転駆動する。中心部カッター軸受１５は駆動軸１４を回転可能に支持する。接続フレーム１６はカッタースポーク８と中心部回転筒体１２とを連結して駆動軸１４の回転力をカッタースポーク８へ伝達するとともに、中心部カッターチャンバー１０内の泥土を攪拌して流動化を促進する効果もある。接続フレーム１６は、その断面が円形、楕円形、矩形などに形成され、その内部を通行する作業員や資材に支障がなければ断面の形状にこだわらないが、その他撹拌効果、泥土中の抵抗などを考慮して決定される。さらに、接続フレーム１６の延長方向の形状は直線状、Ｌ形状や湾曲形状が選択されることができるし、複数の形状を選択してもよい。さらに、中心部カッターチャンバー１０内には撹拌羽根４５を備えた中心部撹拌装置４６が配設されている。撹拌羽根４５は、中心部回転隔壁１３の前側において駆動軸１４に取り付けられた固定軸受４７により駆動軸１４に結合支持されている。よって、撹拌羽根４５は中心部カッターチャンバー１０内において駆動軸１４と共に回転し、中心部カッターチャンバー１０に進入した泥土を作泥土材と攪拌するようになっている。
【００１８】
１７は接続フレーム１６内に形成された作業通路でありトンネル掘削機１の内部において、中心部回転筒体１２、接続フレーム１６及びカッタースポーク８にかけて形成された空洞から成り、作業員が出入り可能になっていて、代替えビットの搬入、損耗ビット等の資材の回収が可能な断面に成形されている。１８は連絡口であり、接続フレーム１６に設けられた作業通路１７とカッタースポーク８に設けられたカッター作業室８ｂとの接続部分に設けられた連絡口であり、作業者やビット交換に必要な各種資材がカッター作業室８ｂへ出入りできる断面を有する。１９は旋回環であり、これの外側面及び内側面がそれぞれ外側シール部２９、内側シール部２７に当接して、その後端面にはカッターベアリング３７が回転可能に設置されてなる。旋回環１９の前端部には、駆動フレーム８ａが固着されており、外周部カッターヘッド６を介して回転可能になっている。２０は外周部カッターチャンバーであり、フード３と、外周部隔壁４と、外周部カッターヘッド６の前端に取り付けられたビット（図示してないが、カッタースポーク内部から交換可能な構造を有する）により掘削される切羽により形成される空間である。
【００１９】
２１は外周部撹拌羽根であり、カッタースポーク８の背面に取り付けられて、外周部カッターチャンバー２０に取り込まれる掘削土砂を作泥土材と撹拌する。２１ａは内周部撹拌羽根であり、カッタースポーク８の背面に取り付けられて、内周部カッターチャンバー７に取り込まれる掘削土砂を作泥土材と撹拌する。２１ｃは固定羽根であり、外周部隔壁４、内周部隔壁５に固定された棒或いは羽根により構成される。２２は水圧計である。２３はカッターへ駆動力を伝達するカッターピニオンギアである。２４はカッターピニオンギア２３を介してカッターを駆動するためのカッター駆動モータである。２５はジャッキスプレッッダである。２６はカッターベアリング支持フレームであり、シールドの一部分としてカッターベアリング３７に作用する外周部カッターヘッド６の掘削力や自重を受け止める。２７は内側シール部であり、カッターベアリング支持フレーム２６に連結された旋回環１９の内側に設けられて、前面からの土砂や水の浸入を防止する。
【００２０】
２８は中心部軸受である。２９は外側シール部でありカッターベアリング支持フレーム２６に連結された旋回環１９の外側に設けられたシール。前面からの土砂や水の浸入を防止する。３０は中心部カッター軸受Ｂであり、中心部カッター軸受Ａとともに中心部カッターを回転可能に支持する。３１は中心部カッターギア、３２は中心部カッター駆動モータであり、中心部カッター駆動モータ３２の駆動力を中心部カッターギア３１で変速（減速）しつつ中心部カッターヘッド９を回転駆動する。３３はロータリージョイントであり、カッター作業室８ｂへ延伸される油圧配管、制御及び検知用ケーブル、或いはカッタースポーク８に設置された複数の作泥土材噴出口（図示してない）へ延長される作泥土材配管などを中継する自在継手から成る。３４は回転室であり、中心部カッターヘッド９の後方に配置された中心部回転筒体１２の内部に形成されている。この回転室３４は、カッター作業室８ｂへ作業員が出入りするための部屋になっていて、取り換え用ビット及びその交換作業機材の搬入、搬出にも使用される。３４ａは回転室３４への第１出入口であり、中心部回転筒体１２の後端に配置され、作業員や資材の出入口として使用される。回転室には接続フレーム１６が接続されており、その接続部分には回転室から接続フレーム１６へ出入りするための第２出入口３４ｂが設けられている。３５は固定フレームであり、トンネル掘削機１の本体に繋がって中心部カッターヘッド９の回転反力や掘進反力を受け止める。
【００２１】
３６はカッターギアであり、カッター駆動モータ２４の回転駆動力はカッターピニオンギア２３とカッターギア３６とを経て外周部カッターヘッド６に回転力を与える。４４はスクリューコンベアであり、一端が外周部隔壁４に連結され、内部カッターチャンバー７に取り込まれた掘削土砂（排土）を排出する。４４ａはスクリューコンベア４４の外周部隔壁４連結部に設けられた排土取込み口である。３８は掘削機１を前進動作させるシールドジャッキである。３９はテールプレートであり、トンネル掘削機１の後方に配置され、セグメントを組み立てたりテールシール（図示してない）を取り付ける筒体から成る。４０はセグメントである。４２はカッター外周リングであり、カッタースポーク８（複数）の最外周部を連結する鋼鉄製のリングから構成されてカッタースポーク８を補強し、ビットを多数取り付けることができるようになっている。４３は連結材であり、半径方向で外周部寄りのカッタースポーク分割体（外周部スポーク）８ｃと中心部寄りのカッタースポーク分割体（中心部スポーク）８ｄとを、その半径方向の中間部位で連結してカッタースポーク８の全体構造を構築し、且つ補強する。本実施の形態において、上記外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｄのうち、内部にカッター作業室８ｂが確保されているのは外周部スポーク８ｃのみであり、中心部スポーク８ｄにはカッター作業室は確保されていない。すなわち、中心部スポーク８ｄは、外周部スポーク８ｃに比べて掘削機１の前後方向幅寸法が小さく設定されている。したがって、連結材４３は上記外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｄを連結するとともに、これらの境界部分においてカッター作業室８ｂの端壁を構成している。
【００２２】
上述のような構成を有するトンネル掘削機１において、以下動作を説明する。トンネル掘削機１の掘進作業においては、トンネル掘削機１の前面の地山をカッターにより掘削しつつ、ジャッキスプレッダ２５を既設のセグメントに反力をとり、伸長してトンネル掘削機１を所定の距離だけ前進させる。すなわち、トンネル掘削機１による掘削にあたっては、先ず、全てのジャッキスプレッダ２５が縮んだ初期位置（図１の状態）で、カッター駆動モータ２４及び３２を駆動してカッタヘッドを回転させる。つまり、外周部カッターヘッド６と中心部カッターヘッド９を回転させる。
【００２３】
次に、前記状態から全て又は任意のジャッキスプレッダ２５を伸ばしてトンネル掘削機１を１ストローク推進（前進）させる。この際、推進反力は既設セグメントで受ける。そして、この推進により、カッターヘッド６，９に装着された多数の各種カッタビット１１が前方の地盤を掘削する。掘削された土砂は、外周部カッターヘッド６近辺においてはカッタースポーク８間に開口された土砂取込み口から外周部カッターチャンバー２０内に取り込まれ、また、中心部カッターヘッド９近辺においては中心部寄りのカッタスポーク８間に開口された土砂取込み口から内周部カッターチャンバー７や中心部カッターチャンバー１０内へ取り込まれる。このようにして各カッターチャンバー７，１０，２０に取り込まれた土砂は、それぞれ、外周部カッターチャンバー２０内に取り込まれた土砂は外周部撹拌羽根２１の撹拌作用により作泥土材と撹拌され、内周部カッターチャンバー７内に取り込まれた土砂は内周部撹拌羽根２１ａの撹拌作用により作泥土材と撹拌される。また、中心部カッターチャンバー１０内に取り込まれた土砂は中心部撹拌装置４６に備えられた撹拌羽根４５の撹拌作用により作泥土材噴出口１１ａから噴出された作泥土材と撹拌される。このように、中心部カッターチャンバー１０においては、撹拌羽根４５を有する中心部撹拌装置４６を備えて土砂を攪拌するから、中心部カッターヘッド９により掘削された掘削土砂の撹拌が十分に行われ高い流動性が付与される。この撹拌された土砂はカッターチャンバー７，１０，２０内からスクリューコンベア４４等によって外部に排出される。
【００２４】
上述のようなトンネル掘削機１の掘進作業の途中にビットを交換する場合は、先ず、トンネル掘削機１の掘進を停止すると共にカッタースポーク８の中心部のカッターヘッド９の回転を止める。次に、中心部カッターヘッド９の後方に設置された中心部回転筒体１２に形成された回転室３４へ、第１出入口３４ａから作業員が入るとともに、ビットや必要な機材が持ち込まれ、これら作業員やビット等は接続フレーム１６の作業通路１７を通ってカッタースポーク８の中に設けられたカッター作業室８ｂへと入る。そして、作業員やビット等はカッタースポーク８のカッター作業室８ｂの中をビット交換が必要な部位（交換作業場所）まで移動する。この交換作業において作業員は、損傷し或いは使用期限に達して機能が低下したビットを外周部スポーク８ｃに対応する外周部カッターヘッド６から外し、その部位に新しいビットを取り付ける。新しいビットの取り付けが終了した後は作業員及び取り外したビットや機材はもと来た経路を逆方向に移動し、カッタースポーク８から作業通路１７を通って中心部回転筒体１２の回転室３４へ到達し、第１出入口３４ａから外へ出る。このように、トンネル掘削機１の内部においてビット交換の位置まで移動し、ビット交換作業ができるから、ビットの交換作業をより一層効率的にすることができる。なお、トンネル掘削機１の中心部分については中心部スポーク８ｄの内部にカッター作業室８ｂが設けられていないため、従来と同様な方法でカッタースポーク８の外部からビットの交換作業が行われる。
【００２５】
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な回転室と、この回転室に連結してカッタースポーク内に形成されたカッター作業室とを有するから、トンネル掘削機内を通ってカッターヘッドの外周部に向かい、ビットの交換を行うことができる。また、中心部カッターチャンバー１０の中に撹拌羽根４５を有する中心部撹拌装置４６を備えて土砂を攪拌するから、中心部カッターヘッド９により掘削された掘削土砂の撹拌を十分に行うことができる。
【００２６】
実施の形態２
図３は掘削機内部からビット交換ができるようにしたトンネル掘削機において、上記第１の実施の形態とは一部構造を変更した第２の実施の形態を示す側方断面図である。図４は第２の実施の形態に係るトンネル掘削機の中心部分を表す図３中Ｒ−Ｒ線における部分断面図である。この第２の実施の形態に係るトンネル掘削機５０は、第１の実施の形態に係るトンネル掘削機１と基本的な構成は同じであるから、第１の実施の形態と同一の部材や機能部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
この実施の形態に係るトンネル掘削機５０は、中心部筒体５１に形成された回転室５２の構造及び、回転室５２とカッタースポーク８とをつなぐ接続フレーム５３の構造が第１の実施の形態とは異なる。また、回転室５２が、第１の実施の形態に比べて、中心部カッターヘッド９から後方へ離れた（すなわち、遠ざけた）位置に配置してある。回転室５２の、カッタースポーク８の後方への配置間隔は、その寸法をＤとすると、Ｄは、カッター６，９の掘削動作により中心部カッターチャンバー１０，２０内へ取り込まれた土砂が回転室５２とカッタースポーク８の間で円滑に撹拌されるような寸法に設定されている。これにより、カッターヘッドと回転室との間に十分な空間が形成される。
【００２８】
上述のように、回転室５２とカッタースポーク８との間に寸法Ｄの間隔が設けられているため、中心部カッターヘッド９と撹拌駆動装置５７との間にはハブ５６を介して回転軸５４が設置され、撹拌駆動装置５７の動力を中心部カッターヘッド９へ伝達するようになっている。また、回転軸５４の、回転室５２と中心部カッターヘッド９のハブ５６との間の部分には中心部撹拌装置４６（第１の実施の形態）とは異なる構造の中心部撹拌装置５５としての翼部材が取り付けられている。撹拌駆動装置５７は回転室５２の前部において、回転軸５４が撹拌装置軸受５８により回転隔壁１３に取り付けられることにより支持されている。
【００２９】
このように回転室５２とカッタースポーク８との間の距離を大きくとることにより、内周部カッターチャンバー７や中心部カッターチャンバー１０の空間を拡大してある。これにより、中心部カッターヘッド９の近辺において、中心部寄りのカッタスポーク８間の開口から内周部カッターチャンバー７や中心部カッターチャンバー１０内へ取り込まれた土砂は、中心部撹拌装置５５により撹拌作用を受け、流動性を付与されてカッターチャンバー７，１０，２０内からスクリューコンベア４４等によって外部に排出される。
【００３０】
以上のように、本発明の第２の実施の形態においても、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な回転室と、この回転室に連結してカッタースポーク内に形成されたカッター作業室とを有するから、トンネル掘削機内を通ってカッターヘッドの外周部に向かい、ビットの交換を行うことができる。また本発明の第２の実施の形態によれば、カッタースポーク８と種々の隔壁１９，１３との間の間隔を通常の掘削機の事例よりも大きく取りチャンバー空間を拡大したため、チャンバー内での撹拌動作が行いやすくなり、高度な撹拌泥土が得られる。
【００３１】
実施の形態３
図５は掘削機内部からビット交換ができるようにしたトンネル掘削機において、上記第１及び第２の実施の形態とは一部構造を変更した第３の実施の形態を示す側方断面図である。図６は本発明の第３の実施の形態に係るトンネル掘削機の正面（又は背面）側から見た断面図であり、図６の左半分は図５の矢印Ａにしたがって見た正面図、図６の右半分は図５の矢印Ｂにしたがって見た背面図である。この第３の実施の形態に係るトンネル掘削機６０は、第１の実施の形態に係るトンネル掘削機１と基本的な構成は同じであるから、第１の実施の形態と同一の部材や機能部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
この実施の形態に係るトンネル掘削機６０は、掘削機中央部に回転室６１が設けられており、この回転室６１から外周部スポーク８ｃに向けて作業通路１７を設け、ビット交換のために作業員がカッタースポーク８に入ることができる点は第１の実施の形態と同じである。またカッタースポーク８では、連結材４３により外周部スポーク８ｃが半径方向の中心部位で連結され、中心部スポーク８ｄはその外径部位で連結されてカッタースポーク８の全体構造を構築され、且つ補強されている点も第１の実施の形態と同じである。さらに、中心部スポーク８ｄは、外周部スポーク８ｃに比べて掘削機６０の前後方向幅寸法が小さく設定されていて、当該中心部スポーク８ｄにはカッター作業室は確保されていない点、及び、連結材４３は上記外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｄを連結するとともに、これらの境界部分においてカッター作業室８ｂの端壁を構成している点も第１及び第２の実施の形態と同じである。他方、この第３の実施の形態に係るトンネル掘削機６０は、掘削機中央部に設けられた回転室６１が第１の実施の形態の回転室３５に比べてカッタースポーク８により一層近い位置に配置されているが、これは、第１の実施の形態に用いられている中心部撹拌装置４５および撹拌羽根４６が第３の実施の形態では設けられていないことによる。
【００３３】
実施の形態４
図７は掘削機内部からビット交換ができるようにしたトンネル掘削機において、上記第１乃至第３の実施の形態とはさらに一部構造を変更した第４の実施の形態を示す側方断面図である。図８は本発明の第４の実施の形態に係るトンネル掘削機の正面（又は背面）側から見た断面図であり、図８の左半分は図７の矢印Ｃにしたがって見た正面図、図８の右半分は図７の矢印Ｄにしたがって見た背面図である。この第４の実施の形態に係るトンネル掘削機７０は、第１の実施の形態に係るトンネル掘削機１と基本的な構成は同じであるから、第１の実施の形態と同一の部材や機能部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
この実施の形態に係るトンネル掘削機７０は、掘削機中央部に回転室３４が設けられており、この回転室６１から外周部スポーク８ｃに向けて作業通路１７を設け、ビット交換のために作業員がカッタースポーク８に入ることができる点は第１の実施の形態と同じである。しかしながらこの第４の実施の形態では、カッタースポーク８は、外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅ（中心部スポーク８ｄとは異なる）とが、その半径方向の中間部位で接続されて外周部スポーク８ｃ内から中心部スポーク８ｅ内に作業員が入ってビット交換を可能とするようにカッタースポーク８の全体構造を構築されており、この点が上記第１乃至第３の実施の形態と異なる。
【００３５】
中心部スポーク８ｅは掘削機７０の前後方向幅寸法が、外周部スポーク８ｃと同じに設定されており、内部にカッター作業室８ｆが形成されている。すなわちこの第４の実施の形態では、外周部スポーク８ｃにはカッター作業室８ｂが設けられており、また中心部スポーク８ｅには補助カッター作業室８ｆが設けられている。そして本実施の形態では、外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅとはスポーク接続装置１００により接続されている。図９はスポーク接続装置１００の一構成例を示す側方断面図である。図１０はスポーク接続装置１００の平面図である。このスポーク接続装置１００は、外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅと境界部分の内部において、カッタースポーク８内を昇降運動して、外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅとを気密状態を保って接続し、カッター作業室８ｂと補助カッター作業室８ｆとを連通、或いは連通解除させる機能を持っている。図１０において、中心を通る軸Ｏ３に対して左半分は、接続装置１００を作動させて外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅとを連通した状態を表す一方、中心を通る軸Ｏ３に対して右半分は、接続装置１００を逆作動させて外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅとの連通を解除した状態を表す。
【００３６】
スポーク接続装置１００は、外周部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅとを接続する接続体１０１と、接続体１０１をカッタースポーク８の内部に支持する支持体１０２と、接続体１０１の内部に配置された底部フランジ１０５と、接続体１０１の外周に取り付けられ外周部スポーク８ｃ又は中心部スポーク８ｅの内周面に当接するシール部材１０６と、カッタースポーク８の外周（半径方向外方；図９中の上方）側から接続体１０１の内周部へと配管され、接続体１０１の下端部分へと垂直方向へ延びるジェット水配管１０８と、接続体１０１を昇降駆動する昇降ジャッキ１０９と、接続体１０１の上端部分に作動連結された旋回ジャッキ１１０とを備えている。以下の説明では図９の画にしたがって、カッタースポーク８（正確には放射方向に延びている）の外周へ向かう方向を上方向とし、カッタースポーク８の中心へ向かう方向を下方向として説明する。
【００３７】
この実施の形態においてカッタースポーク８（外周部スポーク８ｃ及び中心部スポーク８ｅも含む）は断面が矩形状の筒体から成る（図１０参照）。中心部スポーク８ｅの上端部付近の内部には、当該中心部スポーク８ｅの長手方向に対して垂直方向へ広がるフランジ１１６が設けられ、このフランジ１１６には人間が通り抜け可能な通孔１１７が形成される一方、この通孔１１７部分には蓋体１１２が設置されている。よって、蓋体１１２を閉鎖すると、中心部スポーク８ｅの補助カッター作業室８ｆは外部と遮断され、蓋体１１２を開けると、中心部スポーク８ｅの補助カッター作業室８ｆは通孔１１７を通して外周部スポーク８ｃのカッター作業室８ｂと連通可能となる。また、外周部スポーク８ｃの内周の所定高さ部分には、昇降運動するスポーク接続装置１００を固定保持する固定ブロック１１８が締結ボルト１２０により取り付けられている。
【００３８】
接続体１０１は、スポーク接続装置１００の本体ないしは筐体部分を構成し、基本的には両端方向に開口する円筒形の筒部１０４を有している。また、この筒部１０４の下端部付近の内部には、筒部１０４の長手方向に対して垂直方向へ広がる底部フランジ１０５が設けられ、この底部フランジ１０５には人間が通り抜け可能な通孔１１９が形成される一方、この通孔１１９部分には蓋体１１１が設置されている。よって、蓋体１１１を閉鎖すると、筒部１０４の底部フランジ１０５を境界にして下側と上側とが遮断され、蓋体１１１を開けると、筒部１０４底部フランジ１０５の通孔１１９を通して下側と上側とが連通される。また、筒部１０４の下端には先端がナイフエッジ形状に成形され、且つ筒部１０４の円周方向に延びる刃先１０７が設けられている。
【００３９】
他方、筒部１０４の上端には接続体１０１を支持する支持体１０２が配置されている。支持体１０２は、矩形状筒体構造のカッタースポーク８内に円筒形状筒体構造の接続体１０１を収容し得るよう、湾曲斜辺１０２ａを有する直角三角形状の平板から成り、複数（この実施の形態では４個）の支持体１０２が直角部分１０２ｂが外周部スポーク８ｃの内側４隅に嵌合するように配置され、且つ湾曲斜辺１０２ａを接続体１０１の外側部にベアリング１０３を介在させて筒体１０４に結合されている。支持体１０２と筒体１０４との結合は上記ベアリング１０３の介在により、筒体１０４が回転する方向へは相対運動が可能であり、且つ上下方向へは一体となって昇降運動可能に結合されている。支持体１０２の外周部分にはシール部材１２２が装着されており、外周部スポーク８ｃの内面からの土砂水の漏出を遮断するようになっている。
【００４０】
また、この支持体１０２のそれぞれには複数の昇降ジャッキ１０９のピストンロッド１０９ａの先端がヒンジ結合されている。昇降ジャッキ１０９は油圧シリンダー装置から成り、外周部スポーク８ｃの軸Ｏ３方向にほぼ一致するように配設されて、昇降ジャッキ１０９の本体（シリンダー）部分が外周部スポーク８ｃの内面にヒンジ結合されている。さらに、筒部１０４の内部にはジェット水配管１０８が上下方向に延びて配設されている。ジェット水配管１０８は管体により構成され、カッタースポーク８の上方から垂下し、底部フランジ１０５を貫通して下方へ延び、筒部１０４の刃先１０７近辺に到達して先端に噴射孔１１５を有している。シール部材１０６はゴム等の材料から成るリング状体から成り、筒体１０４の外面に取り付けられたホルダー１２１に装着されている。このシール部材１０６は、膨張、収縮が可能な可変形機能を有しており、スポーク接続装置１００の不作動時には収縮状態に保持されて接続体１０１と外周部スポーク８ｃ又は中心部スポーク８ｅとの間に隙間１１３を形成する一方、スポーク接続装置１００の作動時には膨張状態に変形、保持されて外周部スポーク８ｃ又は中心部スポーク８ｅの内面に圧着し止水作用を発揮する。旋回ジャッキ１１０は昇降ジャッキ１０９と同様、油圧シリンダーから成り、旋回ジャッキ１１０の後端は支持体１０２のピン支持部１２３にピン結合される一方、旋回ジャッキ１１０のピストンロッド先端は筒体１０４の上端面のピン支持部１２４にピン結合されている。また、旋回ジャッキ１１０は２基設置され、図１０の平面図で見て互いに対角線位置にピン支持部１２３同士（または１２４同士）が配置されている。
【００４１】
以上のスポーク接続装置１００において、接続体１０１は通常状態（不使用状態）時には外周部スポーク８ｃの内部に嵌装されるとともに、使用時には中心部スポーク８ｅ内に出没可能である。スポーク接続装置１００を作動させるに当たっては、先ず、締結ボルト１２０を外して固定ブロック１１８を外周部スポーク８ｃから切り離す。これにより接続体１０１が昇降自在となるから、昇降ジャッキ１０９を伸長させ、また旋回ジャッキ１１０を伸縮させつつ、ジェット水配管１０８の噴射孔１１５から水を噴射して接続体１０１を回転運動させながら降下させる。この接続体１０１の降下動作中に、筒部１０４の先端の刃先１０７は昇降ジャッキ１０９による貫入作用と旋回ジャッキ１１０による旋回（回転）運動により中心部スポーク８ｅのフランジ１１６の上に溜まった土砂を掘削する。また同時に、ジェット水配管１０８の噴射孔１１５からジェット水が刃先１０７へ向けて噴射されるので、刃先１０７付近に溜まった土砂を舞い上げつつこの土砂を水とともに間隙１１３から間隙１１４を通して外周部カッターチャンバー２０へと排出する。
【００４２】
さらに刃先１０７は、接続体１０１の降下動作に伴い、刃先１０７付近に溜まった土砂に押し付け回動することにより、刃先１０７と、土砂や中心部スポーク８ｅのフランジ１１６の上面に挟まった砂粒や礫を切削、或いは粉砕する。このようにして、刃先１０７は中心部スポーク８ｅのフランジ１１６に確実に当接する。刃先１０７には超硬チップを埋め込むか、或いは耐摩耗溶接材を溶着すると好適である。この状態の下で、シール部材１０６を膨張させ、当該シール部材１０６中心部スポーク８ｅの内面に圧着させて止水する。スポーク接続装置１００により接続するとき、がくぃ周波数部スポーク８ｃと中心部スポーク８ｅの中心軸が合致するように位置調整をするが、調整精度を考慮して間隙１１３が決定される。
【００４３】
次に接続体の蓋体１１１を外して通孔１１９を開け、作業者が接続体１０１の中へ進入できるようにするとともに、さらに中心部スポーク８ｅ側の蓋体１１２を外して外周部スポーク８ｃのカッター作業室８ｂと中心部スポーク８ｅの補助カッター作業室８ｆとを連通させる。これにより、作業者は外周部スポーク８ｃ側のカッター作業室８ｂから中心部スポーク８ｅ側の補助カッター作業室８ｆへ移動することができ、補助カッター作業室８ｆ内で中心部スポーク８ｅ内の種々の作業を実施する。所定の作業を終了したときは、上述の説明とは逆の作動手順により、動作が行われる。すなわち、作業が中心部スポーク８ｅから外周部スポーク８ｃへ退出し、蓋体１１２を閉鎖し次に蓋体１１１を閉鎖する。そして、シール部材１０６を収縮させ、次いで昇降ジャッキ１０９を収縮動作させることにより接続体１０１を上昇させ、所定の高さいちに到達したら固定ブロック１１８を外周部スポーク８ｃの内面に締結ボルトにより固定する。
【００４４】
なお、図には示してないが、例えば旋回ジャッキ１１０の後端ピン支持部１２３を外周部スポーク８ｃの断面方向へ水平移動可能な機構を設けることにより、旋回ジャッキ１１０による旋回角度をより一層大きくすることもできる。これにより、筒部１０４の降下動作の能率を向上させることができる。また、ジェット水配管の数を減らすことができる。さらにこの第４の実施の形態では、上述のように、スポーク接続装置１００に昇降ジャッキ１０９と旋回ジャッキ１１０の両方を備え、昇降ジャッキ１０９を伸長させ、また旋回ジャッキ１１０を伸縮させつつ、ジェット水配管１０８の噴射孔１１５から水を噴射して接続体１０１を回転運動させながら降下させる構成を採用している。しかし、接続体１０１の降下操作は主として昇降ジャッキ１０９の伸長動作によって行われるものであるから、旋回ジャッキ１１０については、特に装備されていなくても、差し支えない。
【００４５】
以上のように、第４の実施の形態では、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な回転室と、この回転室に連結してカッタースポーク内に形成されたカッター作業室とを有し、さらに外周部スポーク８ｃにはカッター作業室８ｂを設け、また中心部スポーク８ｅには補助カッター作業室８ｆが設けられて、両カッター作業室８ｂ、８ｆをスポーク接続装置１００で接続できるようにしている。そのため、トンネル掘削機内を通ってカッタースポーク８の外周部に入り、さらに外周部スポーク８ｃから中心部スポーク８ｅへ入ってビットの交換等の種々の作業を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
トンネル掘削機のトンネル掘削機において、カッターヘッドの中心部後方位置に作業員が出入り可能な室を設け、この室からカッタースポーク内を通ってカッターヘッドの外周部に向う通路を設けたから、トンネル掘削機内部からビットの交換を行うことができ有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１、５０、６０、７０  トンネル掘削機
２  外筒
３  フード
４  外周部隔壁
５  内周部隔壁
６  外周部カッターヘッド
７  内周部カッターチャンバー
８  カッタースポーク
８ａ  駆動フレーム
８ｂ  カッター作業室
９  中心部カッターヘッド
９ａ  中心部カッター外周リング
１０  中心部カッターチャンバー
１１  中心カッタービット
１２  中心部回転筒体
１３  中心部回転隔壁
１４  駆動軸
１５  中心部カッター軸受Ａ
１６、５３  接続フレーム
１７  作業通路
１８  連絡口
１９  旋回環
２０  外周部カッターチャンバー
２１  外周部撹拌羽根
２１ａ  内周部撹拌羽根
２１ｂ  中心部カッター撹拌羽根
２１ｃ  固定羽根
２２  土圧計
２４  カッターピニオンギア
２４  カッター駆動モータ
２５  ジャッキスプレッダ
２６  カッターベアリング支持フレーム
２７  内部シール部
２８  中心部軸受
２９  外側シール部
３０  中心部カッター軸受
３１  中心部カッターギア
３２  中心部カッター駆動モータ
３３  ロータリージョイント
３４、５２  回転室
３４ａ  出入口
３５  固定フレーム
３６  カッターギア
３７  カッターベアリング
３８  シールドジャッキ
３９  テールプレート
４０  セグメント
４２  カッター外周リング
４３  連結材
４４  スクリューコンベア
４５  中心部撹拌装置
４６  撹拌羽根
４７  固定軸受
５１  中心部筒体
５４  回転軸
５６  ハブ
５７  撹拌駆動装置
５８  撹拌装置軸受
１００  スポーク接続装置
１０１  接続体
１０２  支持体
１０５  底部フランジ
１０６  シール部材
１０７  刃先
１０８  ジェット水配管
１０９  昇降ジャッキ
１１０  旋回ジャッキ
【図１】
0006650697.tif 000002
【図２】
0006650697.tif 000003
【図３】
0006650697.tif 000004
【図４】
0006650697.tif 000005
【図５】
0006650697.tif 000006
【図６】
0006650697.tif 000007
【図７】
0006650697.tif 000008
【図８】
0006650697.tif 000009
【図９】
0006650697.tif 000010
【図１０】
0006650697.tif 000011