(57)【要約】【課題】トンネル掘削機において、ディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図る。【解決手段】カッタヘッド１８のカッタスポーク１９にディスクカッタ収納室４１及びカッタ交換室４２を設け、ディスクカッタ収納室４１に回転体４６を油圧ジャッキ５７により回動自在に装着し、この回転体４６にディスクカッタ２３を着脱自在に装着する一方、カッタ交換室４２にガイドレール７４を固定してディスクカッタ２３を搭載可能な搬送台車７１を移動自在に支持し、ウインチ９３，９４により移動可能とする。【選択図】        図１
2004211477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの前部に着脱自在に装着されたディスクカッタと、前記カッタヘッドの後部に径方向に沿って移動可能に支持されて前記ディスクカッタを搭載可能な搬送台車とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記カッタヘッドは放射状に配設されたカッタスポークを有し、該カッタスポークの前部に前記ディスクカッタが装着されると共に、該カッタスポーク内に前記搬送台車が移動自在に支持されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
請求項２記載のトンネル掘削機において、前記カッタスポークの前部に掘進方向と交差する軸心をもって回転体が回動自在に装着され、該回転体は回動手段により所定角度回動可能であり、前記回転体に前記カッタヘッドから前方に突出するように前記ディスクカッタが着脱自在に装着されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項３記載のトンネル掘削機において、前記カッタスポーク内にカッタ収納室とカッタ交換室とが設けられ、該両室との間にゲートが設けられ、前記カッタ収納室に回転体が回動自在に装着される一方、前記カッタ交換室を防水構造として前記掘削機本体内と連通可能とし、該カッタ交換室に前記搬送台車が移動自在に支持されたことを特徴とするトことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項５】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記搬送台車は前記カッタヘッドに固定されたガイドレールに沿って移動自在に支持され、ワイヤを介して台車駆動手段に連結されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記搬送台車は、前記ディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルを有し、該支持テーブルはテーブル昇降手段により昇降可能であると共に、テーブル傾動手段により傾動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項７】
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記搬送台車は、前記ディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルと、該支持テーブルに対して該ディスクカッタを搬出または搬入する折畳自在な搬送テーブル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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスクカッタを交換可能としたトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なシールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転可能な円盤形状をなすカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドにはディスクカッタやカッタビットが多数取付けられる一方、後部には掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、ディスクカッタやカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。
【０００３】
近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットが摩耗してしまう。このディスクカッタやカッタビットが摩耗すると、地盤の掘削効率が低下するので掘削作業を停止して磨耗した各カッタを交換しなければならない。ところが、このカッタの交換作業は、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出し、この空間に空気を供給して圧気することで、切羽の崩落を抑制した状態で、作業者がこの圧気空間に入ってディスクカッタやカッタビットの交換作業を行っていた。
【０００４】
ところが、このようなカッタの交換作業では、泥水や掘削土砂の排出や圧気を行うための作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者は作業空間を圧気したといっても地震等により切羽が崩落する虞があり、更なる作業者の安全確保が望まれている。このような問題を解決するものとして、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４７１７５
【０００６】
この特許文献に記載されたトンネル掘削機は、ディスクカッタを回転体に装着し、この回転体をカッタヘッドのスポークに回動自在に装着し、ディスクカッタが磨耗したときには、回転体を回動してディスクカッタを後方に向け、カッタヘッドの交換室からこのディスクカッタを交換するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のトンネル掘削機にあっては、ディスクカッタの交換作業時に、磨耗したディスクカッタを回転体から取り外した後、搬送用ウインチにより吊り上げ、この状態で掘削機本体内まで搬送している。しかし、このディスクカッタは硬質な岩盤に押圧してこれを破砕するものであるから、所定の大きさを有した重量物となっている。そのため、ディスクカッタを搬送用ウインチに吊り上げる作業は困難なものであり、また、吊り上げたディスクカッタを搬送する作業にも危険が伴い、作業者の負担が大きく、作業性が良くなかった。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するものであって、ディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドの前部に着脱自在に装着されたディスクカッタと、前記カッタヘッドの後部に径方向に沿って移動可能に支持されて前記ディスクカッタを搭載可能な搬送台車とを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記カッタヘッドは放射状に配設されたカッタスポークを有し、該カッタスポークの前部に前記ディスクカッタが装着されると共に、該カッタスポーク内に前記搬送台車が移動自在に支持されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記カッタスポークの前部に掘進方向と交差する軸心をもって回転体が回動自在に装着され、該回転体は回動手段により所定角度回動可能であり、前記回転体に前記カッタヘッドから前方に突出するように前記ディスクカッタが着脱自在に装着されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記カッタスポーク内にカッタ収納室とカッタ交換室とが設けられ、該両室との間にゲートが設けられ、前記カッタ収納室に回転体が回動自在に装着される一方、前記カッタ交換室を防水構造として前記掘削機本体内と連通可能とし、該カッタ交換室に前記搬送台車が移動自在に支持されたことを特徴とするトことを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記搬送台車は前記カッタヘッドに固定されたガイドレールに沿って移動自在に支持され、ワイヤを介して台車駆動手段に連結されたことを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明のトンネル掘削機では、前記搬送台車は、前記ディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルを有し、該支持テーブルはテーブル昇降手段により昇降可能であると共に、テーブル傾動手段により傾動可能であることを特徴としている。
【００１５】
請求項７の発明のトンネル掘削機では、前記搬送台車は、前記ディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルと、該支持テーブルに対して該ディスクカッタを搬出または搬入する折畳自在な搬送テーブルを有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図２にトンネル掘削機の正面視、図３にディスクカッタの正面視、図４に搬送台車の支持構造を表すカッタヘッドの縦断面、図５に図４のＶ−Ｖ断面、図６に搬送台車の正面視、図７に搬送台車の平面視、図８及び図９にディスクカッタの交換作業を表す概略を示す。
【００１８】
本実施形態のトンネル掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが屈曲自在に連結され、複数の中折ジャッキ１４によって屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には軸受１５によって回転リング１６が回転自在に支持され、この回転リング１６には連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８が連結されている。このカッタヘッド１８は、放射状に設けられた複数のカッタスポーク１９，２０，２１と面板２２を有し、このカッタスポーク１９，２０，２１の前面には複数のディスクカッタ２３，２４，２５がそれぞれ着脱自在に装着されている。また、各カッタスポーク１９，２０，２１の側部には多数のカッタビット２６が固定されると共に、面板２２に土砂取込開口２７が形成されている。
【００１９】
また、回転リング１６の後部にはリングギア２８が固定される一方、掘削機本体１１にはカッタ旋回モータ２９が取付けられ、このカッタ旋回モータ２９の駆動ギア３０がこのリングギア２８に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２９を駆動して駆動ギア３０を回転駆動すると、リングギア２８、回転リング１６、連結ビーム１７を介してカッタヘッド１８を回転することができる。
【００２０】
また、前胴１２の前部にはカッタヘッド１８の後方に位置してバルクヘッド３１が取付けられており、カッタヘッド１８とこのバルクヘッド３１との間にチャンバ３２が形成されている。そして、このチャンバ３２の上部には一端が機外に延設された送泥管３３の他端が開口し、チャンバ３２の下部には一端が機外に延設された排泥管３４の他端が開口している。更に、後胴１３の前部内周辺に周方向に沿って複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）３５が並設されており、このシールドジャッキ３５を後方に伸長してスプレッダ３６を既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、後胴１３には既設トンネルの内壁面にこのセグメントＳを組立てるエレクタ装置３７が設けられている。
【００２１】
ところで、本実施形態のトンネル掘削機にあっては、前述したカッタヘッド１８のカッタスポーク１９に装着されたディスクカッタ２３が掘削機本体１１側から交換可能となっている。即ち、トンネルを所定長さ掘削してディスクカッタ２３が摩耗したときや、シートパイルやＨ型鋼杭、鉄筋コンクリート杭などに障害物に接触して破損したときには、この摩耗あるいは破損したディスクカッタ２３を新しいものと交換して掘削作業を継続することができる。
【００２２】
上述したカッタヘッド１８において、図１乃至図５に示すように、カッタスポーク１９はカッタヘッド１８の中心部から放射状に配設された箱型形状をなし、前部にディスクカッタ収納室４１が設けられる一方、後部にカッタ交換室４２が設けられており、両室４１，４２はゲート４０により連通可能となっている。このカッタスポーク１９のディスクカッタ収納室４１には長手方向に沿ってサドル４３が嵌合して固定されており、このサドル４３には円弧状の回転支持部４４が形成されると共に、この回転支持部４４の前方に突出開口部４５が形成されている。そして、このサドル４３内には回転体４６が嵌合し、弧状の外周面が回転支持部４４に支持されて複数のシール部材４７を介して回動自在となっている。
【００２３】
この回転体４６の前側には装着開口部４８が形成されており、この装着開口部４８にディスクカッタ２３が収容され、この装着開口部４８の各側壁４９に切欠部５０が形成されており、この切欠部５０にディスクカッタ２３の支持軸２３ａが位置して係止片５１が固定ボルト５２により固定されることで、支持軸２３ａが係止されてディスクカッタ２３が回転体４６に支持されることとなる。従って、回転体４６はカッタヘッド１８の中心から放射方向に沿った軸心Ｏ１  により回動自在に支持され、ディスクカッタ２３はこの回転体４６の回転軸心Ｏ１  と平行な軸心Ｏ２  により回転自在に支持される。なお、本実施形態では、１つの回転体４６に２つのディスクカッタ２３を装着したが、１つの回転体４６に１つあるいは３つ以上のディスクカッタ２３を装着してもよい。
【００２４】
また、カッタヘッド１８にはディスクカッタ２３が破砕あるいは掘削した土砂を土砂取込開口２７を介してチャンバ３２に取り込む土砂排出路５３が設けられている。即ち、回転体４６には装着開口部４８から側方に貫通して左右の土砂流通孔５４が形成されており、各土砂流通孔５４はカッタスポーク１９の側部に形成された土砂排出開口部５５に連通している。従って、土砂排出路５３は、カッタスポーク１９の突出開口部４５と、回転体４６の装着開口部４８及び左右の土砂流通孔５４と、カッタスポーク１９の左右の土砂排出開口部５５とから構成されている。
【００２５】
そして、回転体４６の側部には軸心Ｏ１  と同心のピニオン５６が一体に形成され、カッタスポーク１９には油圧ジャッキ５７が装着され、駆動ロッド５８にはラック５９が固結され、このラック５９がピニオン５６に噛み合っている。従って、この油圧ジャッキ５７を伸縮してラック５９を移動することで、ピニオン５６を介して回転体４６を正逆回転することができる。この場合、ディスクカッタ２３が前側を向くと、突出開口部４５と装着開口部４８と土砂流通孔５４と土砂排出開口部５５とが連通し、油圧ジャッキ５７により回転体４６を１８０度回動してディスクカッタ２３が後側を向くと、突出開口部４５が回転体４６によって遮蔽されると共に土砂流通孔５４が遮断されるようになっている。
【００２６】
また、カッタスポーク１９のサドル４３には、土砂排出路５３に対応してディスクカッタ２３の装着部に付着した掘削土砂を排除する水噴射ノズル６１が設けられている。この水噴射ノズル６１はカッタスポーク１９の各側部に形成された左右の土砂排出開口部５５の後方に位置してそれぞれ取付けられ、左右の土砂流通孔５４を通して回転体４６の装着開口部４８とディスクカッタ２３との隙間に対して水を噴射することができる。
【００２７】
この水噴射ノズル６１はカッタスポーク１９に装着された各ディスクカッタ２３に対応して複数設けられており、ディスクカッタ収納室４１内の各水噴射ノズル６１から第１給水管６２がそれぞれカッタ交換室４２に配管され、各第１給水管６２には遠隔により独立して開閉操作可能な電磁弁６３が取付けられている。第２給水管６４はカッタ交換室４２内を長手方向に沿って配管され、一端部が分岐して各第１給水管６２に連結される一方、他端部は支持筒６５内を通り、ロータリジョイント６５と共に設けられたスイベルジョイント６６を介して掘削機本体１１内に配管され、この掘削機本体１１内に配置された水供給手段としての水供給ポンプ６７に連結されている。
【００２８】
従って、水供給ポンプ６７を駆動すると、水が第２給水管６４によりカッタヘッド１８内に供給され、各電磁弁６３を開放することで、各水噴射ノズル６１から左右の土砂排出開口部５５及び土砂流通孔５４を通して回転体４６の装着開口部４８とディスクカッタ２３との隙間に対して水を噴射することで、ここに付着した掘削土砂を取り除くことができる。
【００２９】
なお、回転体４６はディスクカッタ２３が前側を向いた位置にて、図示しない固定ボルトによりカッタスポーク１９に固定されると共に、この固定ボルトを外して１８０度回動し、ディスクカッタ２３が後側を向いた位置で、図示しない固定ボルトによりカッタスポーク１９に固定可能となっている。
【００３０】
また、カッタスポーク１９のカッタ交換室４２には、ディスクカッタ２３を搭載可能な搬送台車７１がその長手方向（カッタヘッド１８の径方向）に沿って移動可能に支持されている。即ち、図４乃至図７に示すように、この搬送台車７１にて、移動台７２の前後左右には車輪７３が装着される一方、カッタ交換室４２の一側面部には一対のガイドレール７４が固定されており、各車輪７３がガイドレール７４に嵌合して移動自在となっている。移動台７２の上部には内筒７５が固定される一方、昇降台７６の下部には外筒７７が固定されており、この内筒７５に外筒７７が嵌合している。そして、内筒７５内に昇降ねじ軸７８が固定される一方、外筒７７内にはこの昇降ねじ軸７８に螺合するウォームホイール７９が回転自在に装着されており、このウォームホイール７９にはハンドル８０により回転可能なウォーム８１が螺合している。
【００３１】
そして、昇降台７６の一端部には左右一対のブラケット８２が取付けられ、各ブラケット８２にはそれぞれ支持テーブル８３の一端部が回動自在に取付けられている。昇降台７６の他端部にはハンドル８４により回転可能な傾動ねじ軸８５が螺合しており、この傾動ねじ軸８５の先端部にはＵ字形をなす連結ブラケット８６が連結され、この連結ブラケット８６の上端部が支持テーブル８３の他端部に連結されている。
【００３２】
従って、ハンドル８０によりウォーム８１を回転すると、ウォーム８１に螺合するウォームホイール７９が回転し、昇降ねじ軸７８に対してこのウォームホイール７９が昇降することで、支持テーブル８３を昇降することができる。また、ハンドル８４により傾動ねじ軸８５を回転すると、この傾動ねじ軸８５と共に連結ブラケット８６が昇降することで、支持テーブル８３の他端部を昇降して傾動することができる。この場合、昇降ねじ軸７８、ウォームホイール７９、ハンドル８０、ウォーム８１等によりテーブル昇降手段が構成され、ハンドル８４、傾動ねじ軸８５、連結ブラケット８６等によりテーブル傾動手段が構成されている。
【００３３】
また、左右一対の支持テーブル８３の一端部には左右一対の第１搬送テーブル８７が連結軸８８により回動自在に装着される一方、各支持テーブル８３の他端部には左右一対の第２搬送テーブル８９が連結軸９０により回動自在に装着されている。各搬送テーブル８７，８９は、ディスクカッタ２３を搬出または搬入するほぼ水平な作業位置と、この作業位置から上方に回動した退避位置との間で移動自在とすることで、折畳可能となっている。
【００３４】
前述したように、カッタスポーク１９にはディスクカッタ収納室４１とカッタ交換室４２とが設けられ、ゲート４０を閉止することでディスクカッタ収納室４１に対してカッタ交換室４２を区画して防水構造とすることができ、このカッタ交換室４２はカッタヘッド１８の中心部で連通孔９１により掘削機本体１１内と連通可能となっている。そして、カッタヘッド１８の中央後部に連結された支持筒９２に台車駆動手段としての一対のウインチ９３，９４が装着されており、このウインチ９３，９４から繰出された一対のワイヤ９５，９６がカッタスポーク１９の滑車９７，９８，９９，１００を介して搬送台車７１に連結されている。従って、一方のウインチ９３を駆動してワイヤ９５を巻き取ることで、滑車９７，９８を介して搬送台車７１を牽引し、図４にて上方に移動することができる。また、他方のウインチ９４を駆動してワイヤ９６を巻き取ることで、滑車９９，１００を介して搬送台車７１を牽引し、図４にて下方に移動することができる。
【００３５】
ここで、このように構成されたトンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにディスクカッタ２３の交換作業について説明する。
【００３６】
トンネルを掘削形成するには、図１及び図２に示すように、カッタ旋回モータ２９によってカッタヘッド１８を回転しながら、複数のシールドジャッキ３５を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、多数のディスクカッタ２３，２４，２５を前方の地盤に押し付けて圧砕して掘削すると共に、各カッタビット２６が地盤を掘削し、掘削土砂が取込開口部２７からチャンバ３２内に取り込まれ、送泥管３３から供給された泥水と共に排泥管３４によって外部に排出される。このとき、ディスクカッタ２３により破砕された土砂は、カッタスポーク１９の突出開口部４５から回転体４６の装着開口部４８に侵入し、各土砂流通孔５４を通って土砂排出開口部５５から取込開口部２７に排出され、チャンバ３２内に取り込まれることとなり、破砕土砂の流通性を良くして掘削効率を向上できる。
【００３７】
そして、シールドジャッキ３５の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置２６によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成していく。
【００３８】
このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ２３が摩耗して掘削能率が低下したときには、新しいものと交換する必要がある。ディスクカッタ２３の交換作業を行う場合、カッタヘッド１８の旋回及び掘削機本体１１の前進を停止するが、カッタヘッド１８をカッタスポーク１９が水平状態となる角度で停止させる。また、中折ジャッキ１４を収縮して後胴１３に対して前胴１２を後退し、各ディスクカッタ２３と切羽との間に空間部を形成しておく。
【００３９】
また、交換するディスクカッタ２３の周辺部に掘削した土砂が付着していると、回転体４６からディスクカッタ２３を取り外す作業やこの回転体４６に新しいディスクカッタ２３を取付ける作業が困難となるため、事前にディスクカッタ２３の周辺部に付着した土砂を取り除く必要がある。即ち、掘削機本体１１内の水供給ポンプ６７を駆動し、第２給水管６４を通して水をカッタヘッド１８内に供給し、電磁弁６３を開放することで各水噴射ノズル６１から水を噴射する。すると、水は土砂排出路５３を通して回転体４６の装着開口部４８とディスクカッタ２３との隙間に噴射され、ここに付着した掘削土砂を取り除く。このとき、カッタスポーク１９に装着された全てのディスクカッタ２３を交換する場合には、全ての電磁弁６３を開放して各水噴射ノズル６１から水を噴射し、全てのディスクカッタ２３に付着した土砂を排除するが、特定のディスクカッタ２３のみを交換する場合には、対応する電磁弁６３を開放して水噴射ノズル６１から水を噴射し、交換が必要なディスクカッタ２３に付着した土砂のみを排除する。従って、回転体４６からのディスクカッタ２３の取り外し作業、並びにこの回転体４６への新しいディスクカッタ２３の取付作業を短時間で容易に、且つ、安全に行うことができる。
【００４０】
そして、交換するディスクカッタ２３に付着した土砂が排除されると、掘削機本体１１内の作業者がカッタヘッド１８の連通孔９１を通ってカッタ交換室４２に入り、ここで先端側のディスクカッタ２３から順に交換していく。この場合、掘削機本体１１内は図示しない空調設備によりほぼ大気圧状態に維持されており、一方、カッタ交換室４２は回転体４６により切羽側と仕切られ、掘削機本体１１内から連通路までは連通した遮蔽空間であり、掘削機本体１１内と同様に大気圧状態となっており、作業者は安全にカッタ交換室４２で作業を行うことができる。
【００４１】
作業者はこのカッタ交換室４２内で、まず、図５に示すように、複数の固定ボルトを弛緩することで、サドル４３に対する回転体４６の係止を解除して回転体４６を回動可能とする。次に、図８（ａ）に示すように、油圧ジャッキ５７を伸長してラック５９を移動し、このラック５９と噛み合うピニオン５６と共に回転体４６を回動する。そして、図８（ｂ）に示すように、回転体４６を１８０度回動すると、掘進方向前方を向いていたディスクカッタ２３が掘進方向後方を向くこととなる。この場合、切羽が安定するようにカッタヘッド１８の前方は送泥や掘削土により所定の土圧が作用しているが、サドル４３に回転体４６が嵌合してシール性を確保したままで回動するため、この送泥や掘削土がカッタ交換室４２内に浸入することはなく、作業者の安全が確保される。
【００４２】
交換するディスクカッタ２３が後方に向いた状態で、図８（ｃ）に示すように、ウインチ９３を駆動してワイヤ９５を巻き取ることで搬送台車７１を牽引してカッタスポーク１９における交換するディスクカッタ２３の後方に移動する。そして、ゲート４０を開放してディスクカッタ収納室４１とカッタ交換室４２を連通し、固定ボルト５２を弛緩して係止片５１を取り外し、回転体４６におけるディスクカッタ２３の支持を解除する。ここで、図９（ａ）に示すように、搬送台車７１のハンドル８０を操作して支持テーブル８３を下降すると共に、第１搬送テーブル８７を退避位置からほぼ水平な作業位置に移動する。そして、作業者はディスクカッタ２３を手前へ引出し、回転体４６から第１搬送テーブル８７を介して支持テーブル８３に移動する。このとき、ディスクカッタ２３は左右の支持軸２３ａが対応する左右の第１搬送テーブル８７及び支持テーブル８３に支持されることとなり、作業者は容易に、且つ、安全に回転体４６からディスクカッタ２３を取り外すことができる。
【００４３】
ディスクカッタ２３が回転体４６から取り外されて支持テーブル８３に移動されると、第１搬送テーブル８７を作業位置から退避位置に回動し、図示しないストッパによりディスクカッタ２３を支持テーブル８３上に保持する。そして、ウインチ９４を駆動してワイヤ９６を巻き取ることで、ディスクカッタ２３を保持した搬送台車７１をカッタスポーク１９で移動し、図９（ｂ）に示すように、カッタヘッド１８の中央部、つまり、掘削機本体１１との連通孔９１に対応する位置に停止する。この場合、カッタスポーク１９が水平状態で停止しているため、支持テーブル８３上でのディスクカッタ２３の支持、移動並びに搬送台車７１の移動を安全に、且つ、小さい力で行うことができる。そして、搬送台車７１のハンドル８０を操作して支持テーブル８３を上昇すると共に、ハンドル８４を操作して支持テーブル８３を傾動し、第２搬送テーブル８９を退避位置からほぼ水平な作業位置に移動する。ここで、作業者は支持テーブル８３上のディスクカッタ２３を第２搬送テーブル８９を介して支持筒９２側の搬送テーブルに移動する。このとき、支持テーブル８３の高さを支持筒９２側の搬送テーブルに合せ、且つ、傾動することで、容易に、且つ、安全にディスクカッタ２３を移動することができる。そして、このディスクカッタ２３をカッタ交換室４２から支持筒９２を通して掘削機本体１１へ搬送する。
【００４４】
このように磨耗したディスクカッタ２３がカッタヘッド１８から取り外されて掘削機本体１１へ搬送されると、新しいディスクカッタ２３を前述と逆に動作によりカッタ交換室４２を通してディスクカッタ収納室４２に搬送し、この新しいディスクカッタ２３を回転体４６に装着する。即ち、ディスクカッタ２３を掘削機本体１１から支持筒９２を通してカッタヘッド１８の中央部に位置している搬送台車７１に搭載し、ウインチ９３を駆動して搬送台車７１をカッタスポーク１９におけるディスクカッタ交換位置に移動する。そして、図９（ｃ）に示すように、搬送台車７１のハンドル８０を操作して支持テーブル８３を上昇すると共に、ハンドル８４を操作して支持テーブル８３を傾動し、第１搬送テーブル８７を退避位置からほぼ水平な作業位置に移動する。そして、作業者は支持テーブル８３上のディスクカッタ２３を第１搬送テーブル８７を介して回転体４６に移動する。このとき、ディスクカッタ２３は左右の支持軸２３ａが支持テーブル８３及び第１搬送テーブル８７に支持されると共に、支持テーブル８３の高さを回転体４６に合せ、且つ、傾動することで、容易に、且つ、安全にディスクカッタ２３を回転体４６に移動することができる。
【００４５】
その後、回転体４６に固定ボルト５２により係止片５１を取付けることで、新しいディスクカッタ２３を固定する。そして、油圧ジャッキ５７を収縮してラック５９を逆に移動し、このラック５９と噛み合うピニオン５６と共に回転体４６を逆に１８０度回動する。そして、ディスクカッタ２３を前方に向かせ、固定ボルトにより回転体４６をサドル４３に固定する。このとき、切羽との間に空間部が形成されていることで、新しいディスクカッタ２３が切羽に接触することなく、容易に固定できる。このようにして上部のディスクカッタ２３を交換すると、続いてその下部のディスクカッタ２３を順に交換していく。そして、一つのカッタスポーク１５にある全てのあるいは特定のディスクカッタ１６を交換すると、カッタヘッド１４を所定角度回動し、随時該当するディスクカッタ１６を交換していく。
【００４６】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１８のカッタスポーク１９にディスクカッタ収納室４１及びカッタ交換室４２を設け、ディスクカッタ収納室４１に回転体４６を油圧ジャッキ５７により回動自在に装着し、この回転体４６にディスクカッタ２３を着脱自在に装着する一方、カッタ交換室４２にガイドレール７４を固定してディスクカッタ２３を搭載可能な搬送台車７１を移動自在に支持し、ウインチ９３，９４により移動可能としている。
【００４７】
従って、摩耗や破損したディスクカッタ２３を交換する場合、このディスクカッタ２３を回転体４６と共に回動してから取り外した後、このディスクカッタ２３を搬送台車７１に搭載して掘削機本体１１まで搬送し、新しいディスクカッタ２３をここの搬送台車７１に搭載してカッタヘッドの所定位置まで搬送することとなり、所定の大きさを有した重量物であるディスクカッタ２３を短時間で容易に、且つ、安全に搬送することができ、作業者の負担を軽減してディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性を向上することができる。
【００４８】
また、カッタスポーク１９にディスクカッタ収納室４１及びカッタ交換室４２を設け、ディスクカッタ収納室４１にディスクカッタ２３を装着し、カッタ交換室４２に搬送台車７１を移動自在に支持し、このディスクカッタ収納室４１とカッタ交換室４２とをゲート４０により仕切可能とすることで、カッタ交換室４２を防水構造として掘削機本体１１内と連通している。従って、ディスクカッタ２３の交換作業を止水が確実になされたカッタ交換室４２で行うことで、作業の安全性を十分に確保することができる。
【００４９】
そして、搬送台車７１にディスクカッタ２３の支持軸２３ａを支持する支持テーブル８３を設け、この支持テーブル８３をハンドル８０の操作により昇降可能とすると共に、ハンドル８４の操作により傾動可能とし、また、支持テーブル８３の前後にディスクカッタ２３を搬出または搬入する折畳自在な搬送テーブル８７，８９を設けている。従って、ディスクカッタ２３を安全、且つ、容易に搬出入することができ、このとき、支持テーブル８３を昇降及び傾動することで、支持テーブル８３の高さを回転体４６に合せることができ、ディスクカッタ２３を更に安全で容易に移動することができる。
【００５０】
更に、ディスクカッタ２３が磨耗したときには、作業者が掘削機本体１１からカッタ交換室４２内に入り、ここでディスクカッタ２３の交換作業を行うことで、泥水や掘削土砂の排出や圧気を行うための作業等が不要となると共に、作業時間も短縮して作業コストを低減できると共に、作業者はカッタヘッド１８の前方やチャンバ３２など機外へ出る必要がなくなり、作業者にかかる負担が減少して安全性が向上する。そして、カッタスポーク１９のサドル４３にディスクカッタ２３が支持された回転体４６をシール部材４７を介して回動自在に支持することで、掘削作業時やディスクカッタ２３の交換時であっても、切羽側からカッタ交換室４２内への泥水等の浸入が確実に阻止され、作業の安全を十分に確保できる。
【００５１】
また、カッタヘッド１８に、回転体４６をその中心から放射方向に沿った軸心Ｏ１  により回動自在に支持し、ディスクカッタ２３をこの回転体４６の回転軸心Ｏ１  と平行な軸心Ｏ２  により回転自在に支持したことで、回転するカッタヘッド１８による地盤掘削時に、ディスクカッタ２３は地盤に押し付けられて圧砕し、その反力が支持軸２３ａを介して回転体４６に作用するが、回転体４６はディスクカッタ２３の回転軸心Ｏ２  と同じ回転軸心Ｏ１  であるためにこの方向の反力は受け流され、その他の方向の反力はサドル４３により確実に受け止められる。また、ディスクカッタ２３を回転体４６の回動軌跡内に位置させたことで、ディスクカッタ２３の交換時に回転体４６に対してこのディスクカッタ２３をスライドさせることなく、容易に交換が可能となる。
【００５２】
なお、上述した実施形態において、カッタスポーク１９にディスクカッタ収納室４１とカッタ交換室４２を設け、カッタ交換室４２にガイドレール７４を固定して搬送台車７１を移動自在としたが、カッタスポーク１９との別にその後部にカッタ交換室４２を設けて内部に搬送台車７１を移動自在としてもよい。また、搬送台車７１の移動をウインチ９３，９４により行うようにしたが、油圧モータや油圧ジャッキなどにより移動可能としたり、搬送台車７１自体を自走式としてもよい。
【００５３】
また、ディスクカッタ２３を回転体４６と共に回動させる回動手段をピニオン５６と油圧ジャッキ５７とラック５９により構成したが、ウォームホイールとウォームギヤや駆動モータ等を組み合わせて用いてもよい。また、カッタスポーク１９の複数の回転体４６を順に回動してディスクカッタ２３を一つずつ交換したが、各回転体４６を連結して一度に全ての回転体４６を回動させてもよい。更に、カッタスポーク１９に回転体４６を回動自在に装着し、この回転体４６にディスクカッタ２３を着脱自在に装着してディスクカッタ２３の交換装置を構成したが、この構造に限定されるものではなく、ディスクカッタ２３を後方に直線移動して交換するようにしてもよい。更に、カッタスポーク１９に装着されたディスクカッタ２３を交換可能としたが、カッタスポーク２０，２１に装着されたディスクカッタ２４，２５を交換可能とすることもできる。
【００５４】
そして、本発明のトンネル掘削機は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッドを装着し、このカッタヘッドの前部にディスクカッタを着脱自在に装着し、このカッタヘッドの後部に径方向に沿ってディスクカッタを搭載可能な搬送台車を移動可能に支持したので、ディスクカッタを搬送台車に搭載してカッタヘッド内を搬送することとなり、所定の大きさを有した重量物であるディスクカッタを短時間で容易に、且つ、安全に搬送することができ、作業者の負担を軽減してディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性を向上することができる。
【００５６】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドに放射状に配設されたカッタスポークを設け、このカッタスポークの前部にディスクカッタを装着すると共に、カッタスポーク内に搬送台車を移動自在に支持したので、カッタスポーク内にディスクカッタと搬送台車を収容することで、構造の簡素化及び小型化を図ることができる。
【００５７】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、カッタスポークの前部に掘進方向と交差する軸心をもって回転体を回動自在に装着し、回転体を回動手段により所定角度回動可能とし、この回転体にカッタヘッドから前方に突出するようにディスクカッタを着脱自在に装着したので、簡単な構成でディスクカッタを容易に後方に回動して大きなスペースで着脱作業を行うことができ、構造の簡素化を可能とする一方で、作業性を向上することができる。
【００５８】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、カッタスポーク内にカッタ収納室とカッタ交換室とを設けて両室の間にゲートを設け、カッタ収納室に回転体を回動自在に装着する一方、カッタ交換室を防水構造として掘削機本体内と連通可能とし、カッタ交換室に搬送台車を移動自在に支持したので、ディスクカッタの交換作業を止水が確実になされたカッタ交換室で行うことで、作業の安全性を十分に確保することができる。
【００５９】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、搬送台車をカッタヘッドに固定されたガイドレールに沿って移動自在に支持し、ワイヤを介して台車駆動手段に連結したので、重量物であるディスクカッタの移動を容易に行うことができる。
【００６０】
請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、搬送台車にディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルを設け、支持テーブルをテーブル昇降手段により昇降可能とすると共に、テーブル傾動手段により傾動可能としたので、支持テーブルの高さをディスクカッタの搬送高さに応じて調整すると共に、傾斜させることで、ディスクカッタを安全で容易に移動することができる。
【００６１】
請求項７の発明のトンネル掘削機によれば、搬送台車に、ディスクカッタの支持軸を支持する支持テーブルと、支持テーブルに対してディスクカッタを搬出または搬入する折畳自在な搬送テーブルを設けたので、この搬送テーブルを用いることで、支持テーブルに対するディスクカッタの搬出作業及び搬入作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】トンネル掘削機の正面図である。
【図３】ディスクカッタの正面図である。
【図４】搬送台車の支持構造を表すカッタヘッドの縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面である。
【図６】搬送台車の正面図である。
【図７】搬送台車の平面図である。
【図８】ディスクカッタの交換作業を表す概略図である。
【図９】ディスクカッタの交換作業を表す概略図である。
【符号の説明】
１１  掘削機本体
１８  カッタヘッド
１９  カッタスポーク
２３  ディスクカッタ
２９  カッタ旋回モータ
３５  シールドジャッキ（推進ジャッキ）
３７  エレクタ装置
４１  ディスクカッタ収納室
４２  カッタ交換室
４６  回転体
５６  ピニオン（回動手段）
５７  油圧ジャッキ（回動手段）
５８  ラック（回動手段）
７１  搬送台車
７４  ガイドレール
８３  支持テーブル
８７，８９  搬送テーブル
９３，９４  ウインチ（台車駆動手段）
９５，９５  ワイヤ９５，９６
【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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