(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドスポークと、このカッタヘッドスポークの前面に配されるディスクカッタとを備えたシールド掘進機のカッタヘッドにおいて、
前記カッタヘッドスポークに固着され、そのカッタヘッドスポーク内部への水、土砂等の流入を防ぐディスクカッタ取付箱と、このディスクカッタ取付箱に枢支軸を介して回動可能に枢支されるとともに、前記ディスクカッタを回転可能に支持するディスクカッタカバーとを有し、
前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを側壁に対して開閉自在に構成するとともに、前記ディスクカッタカバーの枢支軸を前記ディスクカッタ取付箱に対して１８０°回動操作することにより、前記ディスクカッタを切羽に臨ませて掘削を行う掘削位置と、前記ディスクカッタカバーで切羽と前記カッタヘッドスポーク内とを遮蔽する止水位置とに切換え可能に構成し、
前記止水位置に切り換えた後に前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを側壁から外して、前記カッタヘッドスポーク内部から前記ディスクカッタを交換可能に構成することを特徴とするシールド掘進機のカッタヘッド。
【請求項２】
前記掘削位置のとき、前記ディスクカッタが前記ディスクカッタカバーの回動軌跡の最外周と一致または越える位置まで切羽側に突出するように、そのディスクカッタの回転中心をそのディスクカッタカバーの回動中心よりも切羽側に先行させて偏心させる請求項１に記載のシールド掘進機のカッタヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のカッタヘッドに関し、より詳しくはディスクカッタをカッタヘッドスポーク内から容易かつ安全に交換することができるカッタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種のシールド坑（上下水道用トンネル、地下鉄用トンネル、通信ケーブル用トンネル、共同溝用トンネルなど）をシールド工法により構築するための掘削装置として、シールド掘進機が広く実用に供されている。
【０００３】
近年、岩盤や硬質地盤および土砂等に対応するシールド掘進機として、掘進機本体の前面に回転式のカッタヘッドが配備され、このカッタヘッドのカッタヘッドスポークあるいはカッタヘッド面板に複数のディスクカッタと複数のツールビットとを備えた形式のシールド掘進機が採用されている。前記各ディスクカッタにより特に岩盤部、巨礫部の掘削を行い、前記各ツールビットにより特に土砂部の掘削を行う。なお、各ディスクカッタは、各ツールビットよりも前方（切羽側）に先行した位置に設けられている。これにより、岩盤部、巨礫部において確実にそれらディスクカッタによる掘削が行われることとなる。
【０００４】
ところで、岩盤層、巨礫層を掘進し、掘削距離が長かったりすると、カッタヘッドに設けられているディスクカッタが摩耗、損耗して、ディスクカッタを交換する必要が生じることがある。
【０００５】
従来、ディスクカッタを交換する際には、地盤改良剤を前方の地山に注入し、更に前方の地山に凍結処理を施す等して地盤改良を行い、チャンバー内に水、土砂等が流入しない状態にしてから、作業者がチャンバー内に入り込んでディスクカッタを交換するという方法が行われている。しかし、この方法によれば、地盤改良を行ってからディスクカッタを交換するため、コスト高となり、また地盤が改良されるまでに相当の時間がかかるため、交換作業のための期間が長くなるという問題点がある。さらに、前方の地山は改良されるものの、作業者がチャンバー内に入り込み、更に地山付近に位置するディスクカッタを交換しなければならないため、安全面で心配があるという問題点がある。
【０００６】
このような問題点を解決するための先行技術として、例えば特開２０００−９６９８７号公報および特開２０００−９６９８６号公報にて開示されているものが知られている。両公報には、いずれも、地山の地盤改良を必要とせず、切羽からカッタヘッドスポーク内への水、土砂等の流入を阻止して、ディスクカッタをカッタヘッドスポーク内から安全に交換することができるカッタヘッドが開示されている。
【０００７】
前記特開２０００−９６９８７号公報に開示されたカッタヘッドでは、ディスクカッタを回転可能に支持するディスクカッタ支持部材が回動支持機構を介してカッタヘッドスポークに設けられており、そのディスクカッタ支持部材を所定位置まで回動操作すると、そのディスクカッタ支持部材によって切羽とカッタヘッドスポーク内部とが遮蔽され、作業者がカッタヘッドスポーク内部からディスクカッタを安全に交換できるようにされている。
【０００８】
一方、前記特開２０００−９６９８６号公報に開示されたカッタヘッドでは、ディスクカッタを回転可能に支持するディスクカッタ支持部材がカッタヘッドスポーク前面板に固着された筒状部材にスライド可能に内嵌されるとともに、その筒状部材にはこの筒状部材を開閉するためのスライドゲートが設けられ、前記ディスクカッタ支持部材を所定位置まで引き下げた後、前記スライドゲートで筒状部材を閉めると、そのスライドゲートによって切羽とカッタヘッドスポーク内部とが遮蔽され、作業者がカッタヘッドスポーク内部からディスクカッタを安全に交換できるようにされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開２０００−９６９８７号公報に開示されたカッタヘッドでは、前記回動支持機構が、部分球面状（凸状）または部分円筒面状に形成されたディスクカッタ支持部材の両側部分をその両側部分に係合する回転座を有する回転座形成部材で回動可能に支持させ、その回転座形成部材がカッタヘッドスポークの一対の側板に固着されてなるものであるため、この回動支持機構がディスクカッタ径と比較してかなり大型なものとなる。したがって、ディスクカッタの配置が制限され、特にカッタヘッドのコーナ部にディスクカッタを配置するのが困難になるという問題点がある。また、ディスクカッタ支持部材も大型化するため、ディスクカッタ交換時におけるハンドリング等が面倒であるという問題点がある。
【００１０】
一方、前記特開２０００−９６９８６号公報に開示されたカッタヘッドでは、カッタヘッドスポーク内部にスライドゲートを開閉するための摺動スペースが必要であるため、その構成上の占有スペースが大きくなり、前記従来技術同様ディスクカッタの配置が制限されてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ディスクカッタの掘削位置と止水位置との切り換えをコンパクトな構成で可能とし、地盤改良を行わなくてもディスクカッタの交換をカッタヘッドスポーク内部から安全かつ容易に行うことができ、コストダウンと工期短縮に寄与することができるシールド掘進機のカッタヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明によるシールド掘進機のカッタヘッドは、
カッタヘッドスポークと、このカッタヘッドスポークの前面に配されるディスクカッタとを備えたシールド掘進機のカッタヘッドにおいて、
前記カッタヘッドスポークに固着され、そのカッタヘッドスポーク内部への水、土砂等の流入を防ぐディスクカッタ取付箱と、このディスクカッタ取付箱に枢支軸を介して回動可能に枢支されるとともに、前記ディスクカッタを回転可能に支持するディスクカッタカバーとを有し、
前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを側壁に対して開閉自在に構成するとともに、前記ディスクカッタカバーの枢支軸を前記ディスクカッタ取付箱に対して１８０°回動操作することにより、前記ディスクカッタを切羽に臨ませて掘削を行う掘削位置と、前記ディスクカッタカバーで切羽と前記カッタヘッドスポーク内とを遮蔽する止水位置とに切換え可能に構成し、
前記止水位置に切り換えた後に前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを側壁から外して、前記カッタヘッドスポーク内部から前記ディスクカッタを交換可能に構成することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明によれば、前記枢支軸の回動操作によりディスクカッタを前記掘削位置から前記止水位置に切り換えても、前記ディスクカッタ取付箱によってカッタヘッドスポーク内部への水、土砂等の流入が防止される。また、ディスクカッタが前記止水位置にあるときには前記ディスクカッタカバーで切羽とカッタヘッドスポーク内部とが遮蔽されるので、前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを開口しても、そのディスクカッタカバーによってカッタヘッドスポーク内部への水、土砂等の流入が防止される。これらのことから、前記枢支軸の回動操作により前記止水位置とした後に、前記ディスクカッタ取付箱の底部カバーを開口することにより、水、土砂等に煩わされることなく前記ディスクカッタを交換することができる。したがって、地盤改良を行わなくてもディスクカッタの交換をカッタヘッドスポーク内部から安全かつ容易に行うことができ、コストダウンや工期短縮に寄与することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記ディスクカッタカバーが前記ディスクカッタ取付箱に枢支される構成とされているので、前記掘削位置と前記止水位置との切り換えを比較的小さな回動半径で行うことができる。したがって、コンパクト化が図れ、ディスクカッタの配置やディスクカッタ交換時の取扱いが容易になるという効果を奏する。
【００１５】
本発明において、前記掘削位置のとき、前記ディスクカッタが前記ディスクカッタカバーの回動軌跡の最外周と一致または越える位置まで切羽側に突出するように、そのディスクカッタの回転中心をそのディスクカッタカバーの回動中心よりも切羽側に先行させて偏心させるのが良い（第２発明）。このようにすれば、前記ディスクカッタカバーが切羽と干渉することなく回動され、前記掘削位置から前記止水位置への切換えがスムーズに行われる。したがって、シールド掘進機を後退させることなく、前記ディスクカッタを交換することができるという効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるシールド掘進機のカッタヘッドの具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１には、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の概略構成図が示されており、正面図（ａ）、要部縦断面図（ｂ）および（ｂ）におけるＡ−Ａ視要部拡大断面図（ｃ）がそれぞれ示されている。また、図２には、ディスクカッタの回動支持構造を説明するための要部断面図が示されている。また、図３には、図２におけるＸ−Ｘ視要部断面図（ａ）および図２におけるＹ−Ｙ視要部断面図（ｂ）がそれぞれ示されている。また、図４には、ディスクカッタの交換手順の説明図が示されている。
【００１８】
本実施形態のシールド掘進機１は、図１（ｂ）に示されるように、シールド本体２の前部にベアリング４を介して回転可能に設けられるカッタヘッド３と、このカッタヘッド３を回転駆動するためのカッタヘッド駆動装置５とを備えて構成されている。前記カッタヘッド３とシールド本体２の隔壁６との間には、チャンバー７が区画形成され、シールド本体２内には、掘進の推力を発生させるためのシールドジャッキ（図示省略）や掘削されたトンネルの内面にゼグメントを組み付けるためのセグメントエレクタ装置（図示省略）、掘削された土砂等を後流側に排出するための排土装置（図示省略）等がそれぞれ配備されている。
【００１９】
前記カッタヘッド３は、図１（ａ）に示されるように、中心部から放射状に延びる複数本のカッタヘッドスポーク１１が筒状部材１２に固着されてなるカッタヘッドフレーム１０と、このカッタヘッドフレーム１０の前面に多数配設されるディスクカッタ１３およびツールビット１４等を備えて構成されている。前記カッタヘッドスポーク１１の内部には、図１（ｃ）に示されるように、正面板１１ａ、背面板１１ｂ、右側面板１１ｃおよび左側面板１１ｄにより通路１１Ａが区画形成されている。この通路１１Ａは、作業者が後述するディスクカッタ１３の交換作業を行える程度の広さとされている。また、前記各ディスクカッタ１３は、それぞれ切羽に対して一様に掘削できるように径方向位置が設定され、カッタヘッド３の回転に伴い転動する向きで、カッタヘッドスポーク１１の正面板１１ａより所定量突出されて設けられている。一方、前記各ツールビット１４は、各ディスクカッタ１３より所定量後退した位置まで突出され、各カッタヘッドスポーク１１の両側部、すなわち右側面板１１ｃおよび左側面板１１ｄにそれぞれ固着されている。こうして、各ディスクカッタ１３により特に岩盤部の掘削が行われ、各ツールビット１４により特に土砂部の掘削が行われるとともに、岩盤部においては確実に各ディスクカッタ１３による掘削が行われるようにされている。
【００２０】
本実施形態のカッタヘッド３においては、カッタヘッドスポーク１１内部からディスクカッタ１３を安全かつ容易に交換できるように構成されている。以下、その構成について詳述する。
【００２１】
本実施形態のカッタヘッド３は、図２に示されるように、各ディスクカッタ１３に対応してカッタヘッドスポーク１１の前面板１１ａの背面側に固着され、カッタヘッドスポーク１１内部への水、土砂等の流入を防ぐためのディスクカッタ取付箱２１と、このディスクカッタ取付箱２１に枢支され、各ディスクカッタ１３を回転可能に支持するディスクカッタカバー２２とを備え、ディスクカッタカバー２２の枢支軸２２ａを１８０度回動操作することにより、ディスクカッタ１３を切羽に臨ませて掘削を行う掘削位置（図４（ａ）参照）と、ディスクカッタカバー２２で切羽とカッタヘッドスポーク１１内とを遮蔽する止水位置（図４（ｃ）参照）とに切り換えられるように構成されている。
【００２２】
前記ディスクカッタ取付箱２１の底部は、平板状の底部カバー２１ａが側壁２１ｂ，２１ｂに対してボルト３１にて締結されてなり、ボルト３１の着脱により開閉自在な構造とされている。また、ディスクカッタ取付箱２１の一対の側壁２１ｂ，２１ｂには、それぞれディスクカッタカバー２２の各枢支軸２２ａ，２２ａに係合する軸穴２１ｃ，２１ｃが形成されている。
【００２３】
前記ディスクカッタカバー２２は、枢支軸２２ａを有する一対の略扇形状側壁２２ｂ，２２ｂの外周部が部分円筒壁２２ｃで連接されてなり、一対の略扇形状側壁２２ｂ，２２ｂと部分円筒壁２２ｃとで形成される空間にディスクカッタ１３を半分以上収容できる構造とされている。また、このディスクカッタカバー２２は、枢支軸２２ａの回動操作により切羽側に配されたときにはディスクカッタ取付箱２１の切羽側開口部を塞ぐようにされている。したがって、枢支軸２２ａの回動操作により止水位置とされたときには、ディスクカッタ取付箱２１がディスクカッタカバー２２によって塞がれて、切羽とカッタヘッドスポーク１１内とが遮蔽されることとなる。
【００２４】
このディスクカッタカバー２２においては、図３（ａ）に示されるように、掘削位置のときディスクカッタ１３がカッタヘッドスポーク１１の前面板１１ａから所定量突出するように、前記各側壁２２ｂ，２２ｂの内側に形成された凹部２２ｅにディスクカッタ１３の軸部１３ａが嵌入されている。また、その凹部２２ｅに係合する蓋部材としてのリテーナ２５をボルト３２で締結することで、ディスクカッタ１３の軸部１３ａがディスクカッタカバー２２に固定され、そのリテーナ２５の着脱によりディスクカッタ１３の着脱を行うことができるようにされている。こうして、枢支軸２２ａの回動操作にて掘削位置から止水位置に切り換えると、リテーナ２５がカッタヘッドスポーク１１の内側に配されて、ディスクカッタ１３の着脱をカッタヘッドスポーク１１内部から行うことが可能となる。
【００２５】
ディスクカッタカバー２２の各枢支軸２２ａの端部には、図２および図３（ｂ）に示されるように、ディスクカッタカバー２２を回動操作するための操作部２２ｄが形成されており、この操作部２２ｄは、ディスクカッタ取付箱２１の外側面よりも突出して設けられ、その断面が六角形状とされている。なお、小型化の観点から、各枢支軸２２ａをディスクカッタ取付箱２１の外側面から突出することなく面一とし、各枢支軸２２ａの端部に六角穴が形成されてなる操作部としても良い。こうして、カッタヘッドスポーク１１内部から操作部２２ｄを手動あるいは駆動手段により回動することでディスクカッタカバー２２の回動操作が可能となり、掘削位置と止水位置との切換をカッタヘッドスポーク１１内部から容易に行うことができる。
【００２６】
前記ディスクカッタ取付箱２１の内側と前記ディスクカッタカバー２２の外側との間には、図２および図３に示されるように両者をシールするに好適な位置に１列のシール部材２６が設けられ、ディスクカッタ取付箱２１とディスクカッタカバー２２との間の隙間を密閉する。また、ディスクカッタ取付箱２１の各軸穴２１ｃとディスクカッタカバー２２の各枢支軸２２ａとの間にも、シール部材２７が設けられ、軸穴２１ｃと枢支軸２２ａとの間の隙間を密閉する。
【００２７】
本実施形態においては、掘削位置のとき、その掘削位置を保持するために、図３（ｂ）に示されるように、ディスクカッタ取付箱２１とディスクカッタカバー２２とがボルト３３で締結されるように構成されている。これに対して、それらボルト３３を取り外すとディスクカッタカバー２２がフリーな状態となり、枢支軸２２ａの回動操作により、掘削位置と止水位置とが切り換えられるようにされている。
【００２８】
次に、以上述べたように構成されるシールド掘進機１の作動およびディスクカッタ１３の交換手順について説明する。
【００２９】
掘削作業を行なう際には、ディスクカッタ１３を切羽側に配した掘削位置とし、ディスクカッタ取付箱２１とディスクカッタカバー２２とをボルト３３で締結して、その掘削位置を保持する。
【００３０】
トンネルをストレート状に掘進していく通常掘削時においては、カッタヘッド駆動装置５の駆動によりカッタヘッド３を回転させて、多数のディスクカッタ１３およびツールビット１４で切羽を掘削するとともに、図示されないシールドジャッキを図示されないセグメントに押し当てて（反力を取って）伸長させることにより機体を推進させる。掘削した土砂等は、チャンバー７内に送り込まれ、図示されない排土装置により後流側に排出される。シールドジャッキの１ストローク分を掘進後、分割された１リング分のセグメントを搬入し、図示されないセグメントエレクタ装置により組立て、再び掘進を開始する。このような動作を繰り返すことにより、トンネルを構築していく。
【００３１】
一方、ディスクカッタ１３の摩耗や損耗等に起因して交換作業を行なう際には、一旦カッタヘッド３の回転を停止する。その後、作業者が掘進機本体２内からカッタヘッドスポーク１１内へのアクセス手段（図示省略）を介してカッタヘッドスポーク１１の通路１１Ａ内に入る。続いて、ディスクカッタ取付箱２１とディスクカッタカバー２２とを締結固定しているボルト３３を取り外し、ディスクカッタカバー２２をフリーな状態とする。その後、図４（ａ）に示されるように、操作部２２ｄにスパナ３５等を係合させて掘削位置から回動させる。図４（ｂ）に示されるように、掘削位置から止水位置に至る途中の状態では、切羽からカッタヘッドスポーク１１内に水、土砂等が流入しようとするが、それら水、土砂等はディスクカッタ取付箱２１によって受け止められ、カッタヘッドスポーク１１内への水、土砂等の流入が阻止される。更に操作部２２ｄを回動させて掘削位置から１８０度回動させた止水位置とし（図４（ｃ）参照）、切羽とカッタヘッドスポーク１１内とをディスクカッタカバー２２で遮蔽して切羽からカッタヘッドスポーク１１内への水、土砂等の流入を防止する。その後、ボルト３１を取り外して、図４（ｃ）〜（ｅ）に示されるように、ディスクカッタ取付箱２１の底部カバー２１ａを取り外し、続いてリテーナ２５を取り外し、そしてディスクカッタ１３を取り外して交換する。
【００３２】
本実施形態によれば、ディスクカッタ１３の交換をカッタヘッドスポーク１１内から水、土砂等に煩わされることなく容易かつ安全に行うことができるので、地盤改良等の工事が不要となり、工期短縮とコストダウンに寄与することができる。また、掘削位置と止水位置との切換えをコンパクトな構成で行うことができるので、ディスクカッタ１３交換時の取扱いが容易となり、ディスクカッタ１３の配置も行い易いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の概略構成図であり、（ａ）正面図、（ｂ）要部縦断面図、（ｃ）（ｂ）におけるＡ−Ａ視要部拡大断面図である。
【図２】図２は、ディスクカッタの回動支持構造を説明するための要部断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２におけるＸ−Ｘ視要部断面図であり、図３（ｂ）は、図２におけるＹ−Ｙ視要部断面図である。
【図４】図４は、ディスクカッタの交換手順を説明する図である。
【符号の説明】
１              シールド掘進機
２              シールド本体
３              カッタヘッド
１１            カッタヘッドスポーク
１３            ディスクカッタ
２１            ディスクカッタ取付箱
２２            ディスクカッタカバー
２２ａ          枢支軸
【図１】
0004166959.tif 000002
【図２】
0004166959.tif 000003
【図３】
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【図４】
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