(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッタヘッドの回転中心部に配置された筒状の回転体に、その前面を覆うようにプレートを固定し、該プレートには、前記回転体内外を連通する孔を形成するとともに、径方向に伸縮可能にシールド掘進機前端の中心に配置されて縮退時に該プレートの孔を挿通可能な回転カッタを離脱可能に固定してなるシールド掘進機を用いて、トンネル掘進途中で回転カッタを再生する方法であって、
プレートの孔部後方に、回転カッタ抜き差し手段とゲートを備えた回転カッタ交換用ボックスを取り付ける工程と、
回転カッタ抜き差し手段と回転カッタとを連結する工程と、
回転カッタをプレートから解放する工程と、
回転カッタを縮退させる工程と、
回転カッタを回転カッタ抜き差し手段にてプレートの孔より回転カッタ交換用ボックス内に引き込み、ゲートを閉める工程と、
回転カッタ交換用ボックスの回転カッタ収容部を開放し、回転カッタを部分的に又は全体を交換する工程と、
回転カッタ交換用ボックスの回転カッタ収容部を閉塞してからゲートを開き、再生回転カッタを、回転カッタ抜き差し手段にてプレートの孔よりプレート前面側に挿通させ、かつ伸長させる工程と、
伸長させた再生回転カッタをプレートに固定する工程と、
回転カッタ交換用ボックスを撤去する工程と、
を有することを特徴とするシールド掘進機の回転カッタ再生方法。
【請求項２】
シールド掘進機のカッタヘッドの回転中心部に配置された筒状の回転体と、
前記回転体内外を連通する孔を有し、該回転体前面を覆うように固定されたプレートと、
径方向に伸縮可能で、縮退時に前記プレートの孔を挿通可能に形成され、かつシールド掘進機前端の中心に配置されて、前記プレートに離脱可能に固定された回転カッタと、
を備えたことを特徴とするシールド掘進機の回転カッタ再生装置。
【請求項３】
前記プレートの前端面に、前記回転カッタの後端部が嵌合可能な溝を設け、該溝の底部に前記孔を形成したことを特徴とする請求項２記載のシールド掘進機の回転カッタ再生装置。
【請求項４】
前記回転カッタを径方向で複数に分割し、これら分割体を伸縮機構により径方向に拡縮可能に連結してなることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のシールド掘進機の回転カッタ再生装置。
【請求項５】
回転体に着脱可能に回転カッタ交換用ボックスを取付け、該回転カッタ交換用ボックスには、回転カッタ抜き差し手段と、該回転カッタ抜き差し手段にて引き込まれた回転カッタを収容する蓋体付き回転カッタ収容室と、該回転カッタ収容室を前記プレートの孔側空間から遮蔽して水密を保持するゲートとを設けたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のシールド掘進機の回転カッタ再生装置。
【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回転カッタの再生方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シールドトンネル掘削工事の長距離化に伴い、シールド掘進機のカッタビットやフィッシュテールと呼ばれ  る心立て機能を持つ回転カッタの維持管理が問題となっており、掘進途中におけるカッタビットや回転カッタの交換方法が各種提案されている。例えば、トンネル掘進予定位置の途中に、予めビット交換のための立坑を構築しておき、この立坑内にシールド掘進機が到達したときに、該立坑内で掘進機前端のトンネル掘削用カッタに固定されているカッタビットや回転カッタの交換作業を行うようにした中間立坑方式による交換方法がある（第１従来例）。
【０００３】
また、トンネル掘進予定位置の地盤中に、地盤硬化剤の注入によって安定度の高い改良地盤層を形成しておき、この改良地盤層内にシールド掘進機の先端を進入させた状態で停止させ、チャンバーマンホールよりトンネル掘削用カッタの前面側の改良土を人力によって排出し、形成されるトンネル掘削用カッタ前面側の空間内でカッタビットや回転カッタの交換作業を行うようにした事前前面部地盤改良方式による交換方法がある（第２従来例）。
【０００４】
更に、シールド掘進機がビット交換位置に到達後、坑内よりシールド掘進機の前面および前端部周囲の地盤を凍結工法によって安定度の高い地盤に改良し、前述の方法と同様に、チャンバーマンホールよりトンネル掘削用カッタの前面側の改良土を人力によって排出し、形成されるトンネル掘削用カッタ前面側の空間内でカッタビットや回転カッタの交換作業を行うようにした到達後前面部地盤改良方式による交換方法がある（第３従来例）。
【０００５】
更に、シールド掘進機自体に、カッタビットの交換作業が可能なドライ空間を機械的構造によって形成したり、例えば球体シールド工法のように掘削用カッタを前後に旋回させたり、坑内に引き込んだりしたりできるような機械的構造を予めシールド掘進機に設置しておく等の機械構造方式による交換方法がある（第４従来例）。ちなみに、球体シールド掘進機は、円筒状の鞘管の内部に筒体をスライド自在に収納してなる親機の内部に、球体を回転自在に収納し、この球体内に回転カッタを備えた子機である掘進機を収納したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１〜第４従来例には、次のような問題点があった。
まず、第１従来例では、交換位置で立坑を構築する必要があり、工程的に長期間を要し、かつコストが高くなる。さらに、立坑構築に広い用地の確保が必要となり、場所的な制約も伴う。
【０００７】
また、第２従来例では、人力によって改良地盤の掘削、掘削土砂の撤去等の作業を行う必要があること、及びシールド掘進機と改良地盤との間の止水が必要であること、などから安全性に問題があり、さらに工程的に長期間を要する。
【０００８】
また、第３従来例では、坑内から凍結工法によって地盤改良を行うため、小口径のシールドトンネルでは施工できず、凍結、解凍によって地盤変動の発生も予測される。さらに、工程的に長期間を要し、工費も高い。
【０００９】
また、第４従来例の球体シールド掘進機を用いれば、シールド掘進機内から回転カッタの交換が可能となるものの、トンネル掘削用カッタ部分の構造が複雑になり、シールド掘進機の製造コストが高くなり、かつ掘進機そのものの全長も長くなってしまう。
【００１０】
本発明の技術的課題は、構造が簡単で、シールド掘進機内で容易に回転カッタの再生作業を行えるようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールド掘進機の回転カッタ再生方法は、シールド掘進機のカッタヘッドの回転中心部に配置された筒状の回転体に、その前面を覆うようにプレートを固定し、プレートには、回転体内外を連通する孔を形成するとともに、径方向に伸縮可能にシールド掘進機前端の中心に配置されて縮退時にプレートの孔を挿通可能な回転カッタを離脱可能に固定してなるシールド掘進機を用いて、トンネル掘進途中で回転カッタを再生するにあたり、プレートの孔部後方に、回転カッタ抜き差し手段とゲートを備えた回転カッタ交換用ボックスを取り付け、回転カッタ抜き差し手段と回転カッタとを連結し、回転カッタをプレートから解放し、回転カッタを縮退させ、回転カッタを回転カッタ抜き差し手段にてプレートの孔より回転カッタ交換用ボックス内に引き込み、ゲートを閉め、回転カッタ交換用ボックスの回転カッタ収容部を開放し、回転カッタを部分的に又は全体を交換し、回転カッタ交換用ボックスの回転カッタ収容部を閉塞してからゲートを開き、再生回転カッタを、回転カッタ抜き差し手段にてプレートの孔よりプレート前面側に挿通させ、かつ伸長させ、伸長させた再生回転カッタをプレートに固定し、回転カッタ交換用ボックスを撤去することを特徴としている。
【００１２】
また、この方法に用いられる装置は、シールド掘進機のカッタヘッドの回転中心部に配置された筒状の回転体と、回転体内外を連通する孔を有し、回転体前面を覆うように固定されたプレートと、径方向に伸縮可能で、縮退時に前記プレートの孔を挿通可能に形成され、かつシールド掘進機前端の中心に配置されて、プレートに離脱可能に固定された回転カッタと、を備えたものである。
【００１３】
また、この装置において、プレートの前端面に、回転カッタの後端部が嵌合可能な溝を設け、溝の底部に前記孔を形成したものである。
【００１４】
また、この装置において、回転カッタを径方向で複数に分割し、これら分割体を伸縮機構により径方向に拡縮可能に連結してなるものである。
【００１５】
また、この装置において、回転体に着脱可能に回転カッタ交換用ボックスを取付け、回転カッタ交換用ボックスには、回転カッタ抜き差し手段と、回転カッタ抜き差し手段にて引き込まれた回転カッタを収容する蓋体付き回転カッタ収容室と、回転カッタ収容室をプレートの孔側空間から遮蔽して水密を保持するゲートとを設けたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の回転カッタ再生方法および装置を図１乃至図９により説明する。図１は本実施形態に係るシールド掘進機のカッタヘッド部のトンネル掘進時の状態を示す縦断面図、図２は図１のものを回転方向で９０°異なる角度からみた横断面図、図３は回転カッタを回転カッタ交換用ボックス内に引き込む前の状態を示す図１相当の縦断面図、図４は図３のものを回転方向で９０°異なる角度からみた図２相当の横断面図、図５は回転カッタを回転カッタ交換用ボックス内に引き込んだ状態を示す図１相当の縦断面図、図６は図５のものを回転方向で９０°異なる角度からみた図２相当の横断面図、図７は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図８は図１の状態において回転カッタとプレートとを分解して示す縦断面図、図９は図８のＢ−Ｂ線方向よりみたプレート部分の正面図である。
【００１７】
本実施形態のシールド掘進機の前端部は、円筒状のスキンプレート１と、スキンプレート１の前端から少し後方内部に設けられた隔壁２を備えている。隔壁２の中央部にはコーン状の回転体３が回転可能に取り付けられ、この回転体３の先端側にスキンプレート１の前端を覆うようにカッタヘッド４が設けられ、カッタヘッド４と隔壁２の間に掘削チャンバ５が形成されている。そして、カッタヘッド４には、図９のように複数のカッタスポーク６が放射状に形成されている。
【００１８】
また、回転体３の先端には、これを覆うようにプレート７が固定されている。プレート７には、図８、図９のようにその前端面に溝７ａが設けられているとともに、溝７ａの底部中央に孔７ｂが形成され、溝７ａには、トンネル掘進時にフィッシュテールと呼ばれる回転カッタ８の後部が嵌合して図示しない固定手段によりプレート７に固定され、回転体３と一体に回転できるようになっている。回転体３そのものは、隔壁２の内側に設置されている図示しないた駆動モータからリングギアを介して動力が伝達され、回転できるようになっている。隔壁２の内側には、さらにスキンプレート押出ジャッキ６０と、掘削チャンバ５内の掘削土を排出するためのスクリューコンベア７０が設けられている。
【００１９】
回転カッタ８は、径方向で複数（ここでは３つ）に分割され、これら分割体８ａ，８ｂ，８ｃが例えばシリンダやターンバクルなどからなる伸縮機構９により径方向に拡縮可能に連結されている。すなわち、中央に位置する分割体８ｂに伸縮機構９の本体部９ａが位置固定され、伸縮機構９の両端から突出するロッド部９ｂ，９ｃに両側の分割体８ａ，８ｃが固定されていて、伸縮機構９のストロークエンドにて各分割体８ａ，８ｂ，８ｃのカッタ部分で形成される山形の稜線が一致（連続）するように設定されている。また中央に位置する分割体８ｂは、先端部がカッタ８ｄに形成されているとともに、後端側が２枚のパネル８ｅ，８ｆ（図２）から構成され、パネル８ｅ，８ｆ間が両側の分割体８ａ，８ｃの縮退時の収容部８ｇ（図１、図８）として構成されている。さらにパネル８ｅ，８ｆの後端は、プレート７の孔７ｂを若干貫通する長さに設定され、その後端縁中央部には後述する回転カッタ抜き差し手段との連結部８ｈが設けられている。したがって、図１、図２のトンネル掘進時の状態下においては、パネル８ｅ，８ｆの後端部の一部がプレート７の孔７ｂを貫通し、孔７ｂのエッジにて径方向移動が阻止され、さらに両肩部すなわち両側分割体８ａ，８ｃの後端縁がプレート７の溝７ａの底部に当接した状態で、図示しない固定手段によってプレート７に固定されるようになっている。また図３、図４のように両側の分割体８ａ，８ｃを縮退させて収容部８ｇ内に収容した際には、回転カッタ８全体をプレート７の孔７ｂを通して機内側に引き込めるようになっている。
【００２０】
回転体３には、図３乃至図６のように着脱可能に回転カッタ交換用ボックス１１が着脱可能に取り付けられるようになっている。回転カッタ交換用ボックス１１は、基本的にプレート７の矩形の孔７ｂを囲むような断面を有して後方へ延びており、途中には、回転体３の円筒部後端との固定用フランジ１２と、ボックス内空間を孔側空間である前方室１３と後方の回転カッタ収容室１４とに隔絶可能なゲート１５が設けられ、ゲート１５を閉じることで、回転カッタ収容室１４の水密が保持されるようになっている。さらに回転カッタ収容室１４は、図４のようにその一方の側面が開閉可能な蓋体１６から形成されているとともに、その後端壁部に回転カッタ抜き差し手段であるシリンダ１７が取り付けられている。シリンダ１７は、そのピストンロッド１７ａの先端に、回転カッタ８の連結部８ｈとの係止部１７ｂが設けられており、かつ回転カッタ８を回転カッタ収容室１４内に引き込めるストロークを有している。
【００２１】
また、回転体３には、図９のようにその周方向複数個所（ここでは４個所）に、カッタビット１８を挿通可能なカッタビット供給孔３ａが設けられ、これらカッタビット供給孔３ａの位置に各カッタスポーク６が配置され固定されている。
【００２２】
カッタスポーク６には、図７のように回転体３のカッタビット供給孔３ａに連通して放射方向に延びるカッタビット装着溝６ａが形成されている。カッタビット装着溝６ａは、前面が開口する断面略コ字状を呈し、その前面開口であるスリット６ｂよりカッタビット１８のビット部１８ａを突出させた状態でカッタビット装着溝６ａ内にカッタビット１８のビット支持駒１８ｂを収容できるようになっていて、複数のカッタビット１８をスライド可能に一列に支持できるようになっている。
【００２３】
また、カッタスポーク６の背面側には、カッタビット装着溝６ａ内のカッタビット列を解放可能に固定するカッタビット固定装置２１が設けられている。カッタビット固定装置２１は、各カッタビット１８のビット支持駒１８ｂの後面に形成した谷形の係止用凹部１８ｃに嵌入可能な波状面２２ａを前面に有し、カッタビット装着溝６ａ内の各カッタビット１８の背面側に挿入配置された係止用ブロック２２と、係止用ブロック２２の長手両端部を背面より支持して、係止用ブロック２２をカッタビット列に対して進退駆動することで、カッタビット装着溝６ａ内の各カッタビット１８を、スリット６ｂのエッジと波状面２２ａとで挟み付けて拘束、あるいはこれらの係合を解くことで解放する一対の油圧シリンダ２３，２４とから構成されている。
【００２４】
また、回転体３の内部には、水密を保持されて回転体３と相対回動可能な内筒２５が設けられている。内筒２５には、図９のように回転体３の各カッタビット供給孔３ａと選択的に合致する単一の開口２５ａが形成されているとともに、開口２５ａの内方に、新しいカッタビットをセットするための図示しないカッタビット供給装置が設けられていて、このカッタビット供給装置により、カッタヘッド４の回転中心側から新カッタビットを押し込み供給し、カッタビット装着溝６ａの終端に位置する摩耗の激しい旧カッタビットを外周方向に押し出して順次新しいカッタビットに交換できるようになっている。
【００２５】
次に、本実施形態によるシールド掘進機の回転カッタ再生方法について図１乃至図６に基づき図８、図９を参照しながら説明する。シールド掘進機の掘進時は、図１、図２のように回転カッタ８の分割体８ａ，８ｂ，８ｃが伸縮機構９により伸長された状態でプレート７に固定され、回転体３と一体回転する。
【００２６】
回転カッタ８を再生するには、まずカッタヘッド４の回転を停止させ、ケーブルや油圧配管等、固定部と可動部の間を接続するロータリジョイントを撤去する。次いで、図３、図４のようにプレート７の孔７ｂ部後方に、回転カッタ交換用ボックス１１を取り付け、その回転カッタ抜き差し手段であるシリンダ１７のピストンロッド１７ａ先端の係止部１７ｂと回転カッタ８の連結部８ｈとを連結してから、回転カッタ８の固定を解除してプレート７から解放するするとともに、回転カッタ８の両側分割体８ａ，８ｃを縮退させて収容部８ｇ内に収容する。
【００２７】
次に、シリンダ１７のピストンロッド１７ａを縮退させて、回転カッタ８をプレート７の孔７ｂより回転カッタ交換用ボックス１１内に引き込み、図５、図６のように回転カッタ収容室１４内に収容してから、ゲート１５を閉じ、回転カッタ収容室１４内の水密を確保する。
【００２８】
次いで、回転カッタ収容室１４の蓋体１６を取り外し、回転カッタ８の分割体８ａ，８ｂ，８ｃのうち、例えば比較的摩耗の激しい両側分割体８ａ，８ｃを交換し、または摩耗状態により分割体８ａ，８ｂ，８全部を交換する。その後、前述とは逆の手順により、再生回転カッタをカッタヘッド４の先端に設置する。
【００２９】
すなわち、回転カッタ収容室１４の蓋体１６を閉じてからゲート１５を開き、シリンダ１７のピストンロッド１７ａを伸長させて、再生回転カッタをプレート７の孔７ｂよりプレート前面側に挿通させる。次いで、再生回転カッタの両側分割体をプレート７の溝７ａ内でストロークエンドまで伸長させた後、再生回転カッタを図示しない固定手段にてプレート７に固定する。その後、シリンダ１７のピストンロッド１７ａ先端の係止部１７ｂと回転カッタ８の連結部８ｈとの連結を解き、回転カッタ交換用ボックス１１を撤去し、ロータリジョイントを設置する。
【００３０】
なお、前述の実施形態では回転カッタを３分割したものを例に挙げて説明したが、それ以上の数に分割してもよい。例えば両側分割体を、それぞれテレスコピック状に複数段構造とし、伸長時に先の分割体の後端部と後の分割体の先端部が密嵌合（または係合）し、縮退時にはこれらが一体となって中央の分割体に形成してある収容部内に引き込まれて収容されるようにしてもよい。そのような構成を採用すれば、回転カッタの交換部位を摩耗の激しい限定された特定部位のみとすることが可能となり、経済性が向上する。さらに、伸縮機構と分割体との連結は、基本的に両側における最先端の分割体との連結となるため、前述の実施形態のものと同様、伸縮機構を単一構成とすることができる。
【００３１】
また、前述の実施形態では直線状の回転カッタを例に挙げて説明したが、これに限るものでなく、例えば十字形あるいは星形の回転カッタを用い、これらを径方向（放射方向を含む）に伸縮可能に構成するとともに、プレートにはこれらの後端部が嵌合可能な十字形あるいは星形の溝を形成し、その溝の底部にこれら十字形あるいは星形の回転カッタが縮退時に挿通可能な十字形あるいは星形の孔を設け、さらに回転体に着脱可能に取り付ける回転カッタ交換用ボックスも断面十字形あるいは断面星形のボックスとする。この場合、回転カッタの伸縮機構として十字形あるいは星形のシリンダを用いる。このシリンダは、伸長用の圧力室を十字形あるいは星形の中心部に共有化して設け、縮退用の圧力室は十字形あるいは星形に応じて個別に設ける。このようにすれば伸縮機構が単一構成となり、狭いスペースへの設置が可能となり、伸縮可能な十字形あるいは星形の回転カッタを実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、回転カッタを径方向に伸縮可能に構成するとともに、回転カッタを固定するプレートに、縮退時の回転カッタが挿通可能な孔を設けて、回転カッタのみを機内に引き込めるようにしたので、構造が簡単となり、機内で容易に回転カッタの再生作業を行うことができる安価なシールド掘進機を得ることができた。
【００３３】
また、プレートの前端面に、回転カッタの後端部が嵌合可能な溝を設け、この溝の底部に縮退時の回転カッタが挿通可能な孔を形成したので、回転カッタ設置時の位置決め及び固定作業を容易に行うことができた。
【００３４】
また、回転カッタを径方向で複数に分割し、これら分割体を伸縮機構により径方向に拡縮可能に連結したので、回転カッタの交換部位を比較的摩耗の激しい両側分割体のみとすることが可能となり、経済性が向上した。
【００３５】
また、回転体に着脱可能に回転カッタ交換用ボックスを取付け、回転カッタ交換用ボックスには、回転カッタ抜き差し手段と、回転カッタ抜き差し手段にて引き込まれた回転カッタを収容する蓋体付き回転カッタ収容室と、回転カッタ収容室をプレートの孔側空間から遮蔽して水密を保持するゲートとを設けたので、回転カッタの再生作業をシールド掘進機内で容易かつ安全に行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機のカッタヘッド部のトンネル掘進時の状態を示す縦断面図である。
【図２】図１のものを回転方向で９０°異なる角度からみた横断面図である。
【図３】本実施形態に係るシールド掘進機の回転カッタを回転カッタ交換用ボックス内に引き込む前の状態を示す図１相当の縦断面図である。
【図４】図３のものを回転方向で９０°異なる角度からみた図２相当の横断面図である。
【図５】本実施形態に係るシールド掘進機の回転カッタを回転カッタ交換用ボックス内に引き込んだ状態を示す図１相当の縦断面図である。
【図６】図５のものを回転方向で９０°異なる角度からみた図２相当の横断面図である。
【図７】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図８】図１の状態において回転カッタとプレートとを分解して示す縦断面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ線方向よりみたプレート部分の正面図である。
【符号の説明】
３  回転体
４  カッタヘッド
７  プレート
７ａ  プレートの溝
７ｂ  プレートの孔
８  回転カッタ
８ａ，８ｂ，８ｃ  分割体
９  伸縮機構
１１  回転カッタ交換用ボックス
１４  回転カッタ収容室
１５  ゲート
１６  蓋体
１７  シリンダ（回転カッタ抜き差し手段）
【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】
0003757357.tif 000008
【図８】
0003757357.tif 000009
【図９】
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