(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターヘッドの前面に設けたカッタービットを用いて地山中を掘削進行するシールド掘削機において、予備カッタービットを表面に複数保持しており、前記カッターヘッドの前面に押し出し自在に埋設された可動スポークと、この可動スポークを押し出して前記予備カッタービットを切羽に当接させる押し出し手段と、によって構成されており、
前記押し出し手段は、可動スポークの裏側に裏面と平行な方向に移動自在に設けられ、上面が斜面になっているスペーサーと、このスペーサーを前記可動スポークの裏面に押し込む方向に移動させる移動手段と、を備えており、前記スペーサーの側面を前記可動スポークの側部或いは裏面に当接させてから前記移動手段が前記スペーサーを移動させることにより、前記可動スポークを押し出すことを特徴とするシールド掘削機。
【請求項２】
請求項１記載のシールド掘削機において、スペーサーは略台形であり、可動スポークを押し出した後は、上面が当該可動スポークの裏面に当接することにより、予備カッタービットを用いて掘削する際に当該可動スポークが埋没しないように支える支持手段となることを特徴とするシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法に用いられ、簡単な構造であり、地中内で簡便かつ迅速にカッタービットの交換を行えるシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルや坑道を構築する方法の一つであるシールド工法は、トンネルなどの切羽面に当接するシールド掘削機を用いて穴を掘進し、さらに、穴の内壁をセグメントリングで覆ってトンネルを構築する工法であり、安全かつ確実に作業を行えるという特徴がある。
【０００３】
シールド掘削機は、カッタービットを前面に設けたヘッドを油圧モータなどの駆動機構を用いて回転させながら押し進むことにより、カッタービットを用いて地山を掘削する掘削機である。
近年は施工環境や経済性、工期短縮の面からシールド工事の長距離化が進められており、これに伴ってシールド掘削機の各部の耐久性の向上も進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シールド掘削機の中で特に劣化が激しいのはカッタービットであり、地山に直に接して掘削するという機能上、摩耗が激しく施工途中で交換する必要がある。
従来は、図６に概略を示すように、切羽周辺の地山２００を地盤改良により自立させてから切羽２１０とシールド掘削機１００との間に人が入り込んでカッタービットを交換したり、あるいは図７に示すように、中間立坑１１０を構築して、この中間立坑１１０まで掘削してから当該中間立坑１１０内でカッタービットを交換していた。
しかし、近年は、都市部において地下空間を有効に利用するために、シールド工事はより深く、大きな断面で施工する必要が出てきている。このような施工条件において、上述した従来方法でカッタービットを交換すると多くのコストと長い工期が必要となっていた。
【０００５】
また、従来方法の他に、特開平７−３２４５９３号公報に、カッターヘッドの中に交換用カッタービットを設置し、この交換用カッタービットをジャッキなどの押し出し装置で押し出すことによりカッタービットを交換するシールド掘削機も提示されているが、このシールド掘削機は、各交換用カッタービット毎に押し出し装置を設置した構造であったため、構造が複雑になるという問題もあった。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、簡単な構造であり、地中内で簡便かつ迅速にカッタービットの交換を行えるシールド機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、カッターヘッド（２）前面に設けたカッタービットを用いて地山中を掘削進行するシールド掘削機（１）において、予備カッタービット（１６）を表面（例えば上面１２ａ）に複数保持しており、前記カッターヘッドの前面に押し出し自在に埋設された可動スポーク（１２）と、この可動スポークを押し出して前記予備カッタービットを切羽に当接させる押し出し手段（例えばスペーサー１３と油圧アクチュエータ１４）と、によって構成されており、前記押し出し手段は、可動スポークの裏側に裏面と平行な方向に移動自在に設けられ、上面（斜面１３ａ）が斜面になっているスペーサー（１３）と、このスペーサーを前記可動スポークの裏面に押し込む方向に移動させる移動手段(例えば油圧アクチュエータ１４)と、を備えており、前記スペーサーの側面を前記可動スポークの側部或いは裏面に当接させてから前記移動手段が前記スペーサーを移動させることにより、前記可動スポークを押し出すことを特徴とする。
【０００８】
この請求項１に記載の発明によれば、使用中のカッタービットの掘削効率が摩耗により低下した際には、押し出し手段を用いて可動スポークを押し出して予備カッタービットを切羽に当接させることにより、予備カッタービットを用いて地山を掘削することができる。すなわち、押し出し手段を稼働させるのみで、カッタービットを予備品に交換することができる。
従って、中間立坑や地盤改良など、地山に手を加えることなく施工中に地中でカッタービットの交換をできるため、カッタービットの交換は格段に簡単かつ安価に行える。
【０００９】
また、可動スポークを介して予備カッタービットを押し出すため、押し出し手段の設置数は少なくなる。従って、カッタービット交換のための機構は簡単になるため、安価であり、かつ、高い信頼性を得られ、より実用的な予備カッタービットを備えたシールド掘削機になる。
【００１１】
また、請求項１記載の発明によれば、油圧アクチュエータなどの移動手段の駆動方向と、可動スポークの移動方向とは異なるため、予備カッタービットを用いて掘削しても移動手段にかかる反力すなわち負荷は小さくなる。特に、移動手段の駆動方向と可動スポークの移動方向とを直角にした場合は、この負荷はほぼ０になる。従って移動手段に起因したシールド掘削機のトラブルは少なくなる。
【００１２】
この請求項１に記載の発明は、請求項２に記載するように、スペーサー（１３）は略台形であり、可動スポークを押し出した後は、上面（１３ｂ）が当該可動スポークの裏面に当接することにより、予備カッタービットを用いて掘削する際に当該可動スポークが埋没しないように支える支持手段となる構成にしてもよい。この場合は、掘削時に切羽から予備カッタービットにかかる反力はスペーサーによって受け止められる。従って、予備カッタービットは安定保持されるため、予備カッタービットを固定支持する固定手段を別個に設ける必要はなく、予備カッタービットの周辺装置の構造は簡単になると共に、その信頼性は向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の一実施例であるシールド掘削機１について詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれシールド掘削機１の正面概略図および側面概略図である。図２はシールド掘削機１のカッタースポーク１０の幅方向断面概略図であり、図３は同長手方向断面概略図である。図４は予備カッタービット１６を押し出した時のカッタースポーク１０幅方向断面概略図であり、図５は同長手方向断面概略図である。
【００１４】
シールド掘削機１は、切羽に当接するカッターヘッド２の前面に、カッタービットを備えたカッタースポーク１０を円周方向に９０゜おきに計４つ設けた構成であり、このカッターヘッド２を回転させることにより切羽を掘削するシールド掘削機である。すなわち、シールド掘削機１はカッタースポーク１０の構成以外は周知の掘削機と概略同じ構成であるため、以下、カッタースポーク１０の構成及び機能のみ詳細に説明する。
【００１５】
カッタースポーク１０は図２および図３に示すように、中空部１１ａを備えた略直方体状の固定スポーク１１と、中空部１１ａ中に上下方向に移動自在に埋設された略直方体状の可動スポーク１２と、可動スポーク１２の下面側部近傍に水平方向に移動自在に設けられた断面が略台形状のスペーサー１３と、このスペーサー１３を水平方向に移動させて可動スポーク１２の下に押し込む油圧アクチュエータ１４と、油圧アクチュエータ１４を駆動させる周知の油圧機構１４ａとを備えている。
【００１６】
ここで、固定スポーク１１は、切羽に対向する面である上面１１ｂの長辺側両端部にそれぞれ固定カッタービット１５…を突出した状態で備えており、また、可動スポーク１２は、上面１２ａの長辺側両端部に予備カッタービット１６…を上面１２ａから突出した状態で備えている。
なお、可動スポーク１２は、予備カッタービット１６…が中空部１１ａ内に治まる状態で保持されている。
【００１７】
また、上面１１ｂには中空部１１ａにつながる開口部１１ｃ…が予備カッタービット１６…の直上に位置するように設けられている。
また、中空部１１ａには、可動スポーク１２を埋設した後にグリス１８をその上部に充填しており、さらに、土砂などが入り込むことを防ぐため、開口部１１ｃは蓋１９によって塞がれている。
【００１８】
また、可動スポーク１２の下面１２ｂは、スペーサー１７によって中空部１１ａの底面１１ｄ上に少し隙間を開けて支持されている。さらに、下面１２ｂには凹部１２ｃが設けられている。凹部１２ｃの側面には、端側に向けて上がっていく斜面１２ｄが設けられており、スペーサー１３の斜面１３ａはこの斜面１２ｄに当接した状態で保持されている。
【００１９】
次に、シールド掘削機１の機能について説明する。
シールド掘削機１は従来のシールド掘削機と同様の方法により地山を掘削していく。この際、切羽に当接して地山を削るのは固定カッタービット１５…である。ある程度の掘削を行うと固定カッタービット１５…の摩耗によりシールド掘削機１の掘削効率が低下するため、以下の方法により予備カッタービット１６…を開口部１１ｃ…から突出させ、予備カッタービット１６…を用いて地山の掘削を進める。
【００２０】
すなわち、油圧アクチュエータ１４を駆動させてスペーサー１３を、スペーサー１７によって生じている底面１１ｄ上の隙間に押し込む。
ここで、斜面１３ａは斜面１２ｄを押すため、油圧アクチュエータ１４は、スペーサー１３の斜面１３ａおよび可動スポーク１２の斜面１２ｄを介して、可動スポーク１２に上昇力を加えることになる。
この結果、可動スポーク１２は油圧アクチュエータ１４により押し上げられ、これとともに予備カッタービット１６は開口部１１ｃから蓋１９を押し出すように外部に突出し、図４および図５に示すように固定カッタービット１５…よりも上側すなわち切羽側に位置する。
【００２１】
また、スペーサー１３は可動スポーク１２を押し出した後、下面１２ｂの下に完全に入り込む。ここで、スペーサー１３の上面１３ｂは下面１２ｂに当接するため、図５に示すように、スペーサー１３は可動スポーク１２を下から支える形になる。
従って、可動スポーク１２は、一旦押し上げられたら、予備カッタービット１６…を固定カッタービット１５…より切羽側に突出させた状態で安定する。
この結果、地山を掘削するカッタービットは固定カッタービット１５…から予備カッタービット１６…に交換されたことになる。
【００２２】
以上より、本発明の一実施例であるシールド掘削機１によれば、カッターヘッド２に設けるカッタースポーク１０を、固定カッタービット１５…を備えた固定スポーク１１の中に予備カッタービット１６…を備えた可動スポーク１２を埋設した構造として、可動スポーク１２を押し上げて予備カッタービット１６…を固定カッタービット１５…より切羽側に突出させることにより、地山を掘削するカッタービットを固定カッタービット１５…から予備カッタービット１６…に交換することができる。
すなわち、中間立坑や切羽周辺の地盤改良などの補助工法を行うことなく機械的にカッタービットの交換を行えるため、カッタービットの交換にかかる費用や工期は格段に少なくなる。
【００２３】
また、可動スポーク１２に複数の予備カッタービット１６…を設け、この可動スポーク１２を押し上げることにより予備カッタービット１６…を突出させるため、動力源である油圧アクチュエータ１４は格段に少なくて済む。
従って、予備カッタービット１６…を押し上げるために必要な駆動機構は簡単になり、機構にかかるコストは低くなるとともに、設備トラブルは少なくなってその信頼性は向上する。
【００２４】
さらに、可動スポーク１２を押し上げる機構として、可動スポーク１２の下面側部に断面が略台形のスペーサー１３を設け、油圧アクチュエータ１４を用いてスペーサー１３を可動スポーク１２の下に押し込む方式をとるので、スペーサー１３は可動スポーク１２を押し上げた後は当該可動スポーク１２を下から支える。
従って、特別な固定機構を設けなくても可動スポーク１２および予備カッタービット１６…は掘削時に安定して保持される。また、予備カッタービット１６…を用いて地山を掘削している時に油圧アクチュエータ１４に負荷はかからないため、設備トラブルはさらに少なくなる。
【００２５】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、押し出し手段を用いて可動スポークを押し出して予備カッタービットを切羽に当接させること、すなわち、押し出し手段を稼働させるのみで、カッタービットを予備品に交換することができるため、中間立坑や地盤改良など、地山に手を加えることなくカッタービットの交換をできるため、カッタービットの交換は格段に簡単かつ安価に行える。
また、可動スポークを介して予備カッタービットを押し出すため、押し出し手段の設置数は少なくなる。従って、カッタービット交換のための機構は簡単になるため、安価であり、かつ、高い信頼性を得られ、より実用的な予備カッタービットを備えたシールド掘削機になる。
【００２７】
また、請求項１記載の発明によれば、油圧アクチュエータなどの移動手段の駆動方向と、可動スポークの移動方向とは異なるため、予備カッタービットを用いて掘削しても移動手段にかかる負荷は小さくなるので、移動手段に起因したシールド掘削機のトラブルは少なくなる。
【００２８】
また、請求項２記載の発明によれば、掘削時に切羽から予備カッタービットにかかる反力はスペーサーによって受け止められるので、予備カッタービットを固定支持する固定手段を別個に設ける必要はなく、予備カッタービットの周辺装置の構造は簡単になると共に、その信頼性は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ本発明の一実施例であるシールド掘削機の正面概略図および側面概略図である。
【図２】同シールド掘削機のカッタースポークの幅方向断面概略図である。
【図３】同カッタースポークの長手方向断面概略図である。
【図４】予備カッタービットを押し出した時のカッタースポークの幅方向断面概略図である。
【図５】同予備カッタービットの長手方向断面概略図である。
【図６】シールド機のカッタービットを交換する従来方法を説明する図である。
【図７】同カッタービットを交換する他の従来方法を説明する図である。
【符号の説明】
１                    シールド機
２                    カッターヘッド
１２                  可動スポーク
１３                  スペーサー
１６                  予備カッタービット
【図１】
0004286993.tif 000002
【図２】
0004286993.tif 000003
【図３】
0004286993.tif 000004
【図４】
0004286993.tif 000005
【図５】
0004286993.tif 000006
【図６】
0004286993.tif 000007
【図７】
0004286993.tif 000008