JP2002227590A - トンネル掘削機のカッター洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホルダー内で土砂が圧密してローラーカッタ
ーの円滑な回転が阻害されてカッターに偏摩耗等を生
じ、カッターの早期交換が必要となって、カッター交換
に要する費用増加や、工期遅延を招く。 【解決手段】 掘削機本体６とカッターヘッド１との間
にロータリージョイント１４を設け、このロータリージ
ョイント１４に掘削機本体６側の固定リングとカッター
ヘッド１側の回転リングとを設け、この固定リングに洗
浄水供給ライン１５を設け、回転リングの周方向に、前
記洗浄水供給ライン１５から洗浄水を供給する複数の洗
浄水吐出ライン１６を設けることにより、掘削機本体６
から回転体であるカッターヘッド１へカッター洗浄水を
確実に供給してカッター周囲の土砂の安定した排出がで
きるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、トンネル掘削機
のカッター洗浄装置に関し、詳しくは、カッターを保持
するカッターホルダーのチャンバー側が閉塞されたカッ
ター装置におけるカッター洗浄装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、全断面掘削用トンネル掘削機
を使用するトンネル工事において、切羽の自立維持と切
羽出水対策として、泥水加圧式トンネル掘削機や泥土圧
式トンネル掘削機が採用されている。これらのトンネル
掘削機に装備される地山掘削用カッターは、地山が硬い
場合、又は長距離掘削の場合、トンネル貫通前の掘削途
中にて摩耗する場合があり、この場合には、摩耗したカ
ッターを交換して低下した掘削能率を回復させる必要が
生じる。

【０００３】しかし、この交換作業を行うにあたって
は、切羽に充満している泥水又は泥土を排出する必要が
あるが、これらを排出すると切羽の自立保持ができなく
なる。そのため、切羽保持の目的で、地盤改良剤を前方
の地山に注入し、更には前方の地山に凍結処理を施す等
して地盤改良を行い、チャンバーに土砂や水等が流入し
ない状態にしてから、チャンバーと掘削機本体の内部を
仕切る隔壁のマンホール等を開口し、作業者がチャンバ
ー内に入り込んで摩耗した個所のカッターを交換してい
る。しかしながら、このような作業を行うと、カッター
交換に多大な経費を要するとともに、地盤が改良される
迄の相当な時間と、カッターを交換する作業に要する時
間とが必要となるので工期に遅れを生じてしまう。

【０００４】そこで、本出願人は特開２０００−９６９
８６号公報に記載されるシールド掘進機のカッター装置
を先に出願した。このカッター装置は、泥水圧や泥土圧
を作用させた状態でもカッター交換ができるようにもの
であり、カッターを設ける部分のチャンバー内にカッタ
ーフレームを形成し、そのカッターフレーム内にカッタ
ーを具備したカッターホルダーを設けている。そして、
このカッターホルダーに、カッター交換時に切羽側を止
水する止水ゲートを設けている。このカッター装置の場
合、カッターフレーム内をチャンバー内から区切って独
立させることにより泥土圧や泥水圧が作用しないように
しているので、これら泥水や泥土を排出することなくカ
ッターホルダーに設けられたカッターをトンネル掘削機
本体側から交換することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たような泥水又は泥土圧下でのカッター交換を可能とす
るホルダーの場合、カッターの反切羽側が閉塞された構
造となるため、カッターホルダーとローラーカッターと
の間に形成される空間の間隙部に入った土砂がホルダー
内で圧密して、ローラーカッターの円滑な回転が阻害さ
れてカッターに偏摩耗等を生じる場合がある。この場合
には、カッターの早期交換が必要となり、カッター交換
に要する費用増加や、工期遅延を招いてしまう。

【０００６】本願発明は、このようにカッターホルダー
の反切羽側が閉塞された構造のカッター装置でも、掘削
中に土砂の圧密によるローラーカッターの回転不良を起
こさない様にする洗浄装置を提供することにより、カッ
タートラブルを未然に防止するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、カッターヘッドのチャンバー
側にカッターを保持したカッターホルダーを設け、該カ
ッターホルダーに、該カッターホルダーと前記カッター
との間隙部に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴射孔を設
けている。これにより、カッターホルダーとカッターと
の間隙部に入る土砂を排出して洗浄できるので、土砂の
圧密を防止して安定した掘削ができる。また、土砂の圧
密によるカッターの回転不良や偏摩耗を防止できるの
で、早期カッター交換や、それによる工期遅延を生じな
い。

【０００８】前記洗浄水噴射孔をカッターの刃先部に向
けて配設し、該洗浄水噴射孔から切羽側に向けて洗浄水
を噴射して間隙部の土砂を切羽側に排出するように構成
すれば、カッターホルダーとカッターとの間隙部の土砂
を切羽側へ排出して、土砂の圧密によるカッターの回転
不良や偏摩耗を防止することができる。

【０００９】また、掘削機本体とカッターヘッドとの間
に洗浄水供給機構を設け、該洗浄水供給機構に掘削機本
体側の固定リングとカッターヘッド側の回転リングとを
設け、該固定リングに洗浄水供給ラインを設け、回転リ
ングの周方向に、前記洗浄水供給ラインから洗浄水を供
給する複数の洗浄水吐出ラインを設ければ、掘削機本体
から回転体であるカッターヘッドへカッター洗浄水を確
実に供給することができる。しかも、カッターヘッドの
回転にともなって洗浄水供給ラインから複数の吐出ライ
ンに洗浄水を間欠に供給することができるので、安定し
た土砂の排出ができる。

【００１０】さらに、固定リングの回転リング側周方向
に、該回転リングの洗浄水吐出ラインが該固定リングの
洗浄水供給ラインと連通する所定幅の給水継続部を形成
すれば、給水継続部の所定幅分を回転リングが回転する
間、洗浄水供給ラインから洗浄水吐出ラインへ洗浄水を
供給するようにできる。

【００１１】また、給水継続部と同時に連通する洗浄水
吐出ラインが１個所となる所定幅で給水継続部を形成す
れば、常に洗浄水供給ラインと洗浄水吐出ラインが１対
１の関係となるので、全てのカッターを同一圧力で洗浄
することができる。

【００１２】さらに、固定リングに複数の洗浄水供給ラ
インを設け、回転リングの周方向に、該複数の洗浄水供
給ラインから洗浄水を供給するそれぞれ複数の洗浄水吐
出ラインを設ければ、多数のカッターが存在しても、各
カッターを洗浄する洗浄水吐出ラインを洗浄水供給ライ
ンと１対１で接続して土砂を排出するようにできる。

【００１３】その上、複数の洗浄水吐出ラインから吐出
する洗浄水を合流させて同一のカッターを洗浄するよう
に構成すれば、土砂が圧密する可能性が高いカッターの
洗浄時間を増やすことができる。

【００１４】また、複数の給水継続部の所定幅を異なる
所定幅で形成して洗浄水供給時間を異ならせれば、カッ
ターの位置等に応じて異なる複数の洗浄時間で洗浄水を
供給するようにできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示すカッター洗浄装置を具備したトンネル掘削機の縦断
面図であり、図２は同トンネル掘削機の正面図、図３は
図１に示すカッター洗浄装置の拡大断面図である。な
お、以下の実施形態では、泥土圧式トンネル掘削機に設
けられたローラーカッターを例に説明する。

【００１６】図１に示すように、カッターヘッド１のチ
ャンバー２側には、このチャンバー２内の空間とは区切
られた空間を有するカッターフレーム３が形成されてい
る。このカッターフレーム３内には、ローラーカッター
４を着脱可能に保持したカッターホルダー５が設けられ
ている。このカッターフレーム３内は掘削機本体６の内
部と同一圧力の空間となっており、カッターヘッド１の
中心連結部７の掘削機本体６側に設けられたマンホール
８から出入り可能に構成されている。

【００１７】なお、カッターヘッド１は、掘削機本体６
に設けられた駆動モータ９で駆動する旋回ベアリング１
０（内歯歯車を含む軸受構造の部材）によって回転させ
られる旋回フレーム１１の連結部材１２によって回転駆
動されている。１３は、チャンバー２内から土砂を搬出
するためのスクリューコンベアである。

【００１８】一方、カッターヘッド１の中心連結部７の
周囲には、前記カッターホルダー５へ洗浄水を供給する
ための洗浄水供給機構たるロータリージョイント１４が
設けられている。このロータリージョイント１４は、回
転しない掘削機本体６から回転するカッターヘッド１へ
洗浄水を供給するものであり、掘削機本体６側に設けら
れた洗浄水供給ライン１５からカッターヘッド１側に設
けられた洗浄水吐出ライン１６へ洗浄水を供給するもの
である。この洗浄水吐出ライン１６は、土砂が詰まるカ
ッターホルダー５の全数に接続されている。

【００１９】図２に示すように、カッターヘッド１には
前記カッター４が所定位置に配設されており、これらの
カッター４が前記カッターホルダー５に設けられてい
る。なお、２３は空間であり、チャンバー２内と切羽側
１８（図３）とが連通している空間である。

【００２０】図３に示すように、前記カッターホルダー
５は、カッターヘッド１に設けられた固定ホルダー５１
と、カッターフレーム３側に取外し可能な可動ホルダー
５２とで構成されている。ローラーカッター４は、固定
部材１７によって可動ホルダー５２に取付けられてい
る。この可動ホルダー５２は、切羽側１８にカッター４
が設けられた状態で、固定ホルダー５１にボルト５３で
固定されている。この固定ホルダー５１と可動ホルダー
５２との間は、シール材５４によってシールされてい
る。この可動ホルダー５２に設けられたカッター４は、
カッターフレーム３内から交換することが可能なように
構成されており、切羽に泥水圧又は泥土圧を作用させた
状態でカッター４が可動ホルダー５２とともに取外し可
能なように構成されている。

【００２１】そして、カッターホルダー５の一方である
可動ホルダー５２に、カッター４と可動ホルダー５２と
の間隙部１９に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴射孔５
５が設けられている。この洗浄水噴射孔５５は、可動ホ
ルダー５２に設けられたローラーカッター４の刃先部４
１に向けて洗浄水２０を噴射するように、２個所に配設
されている。この洗浄水噴射孔５５のカッターフレーム
３側には注水口５６が設けられており、この注水口５６
に上述した洗浄水吐出ライン１６が接続されている。こ
の実施形態の注水口５６は、洗浄水吐出ライン１６の着
脱が可能なように開閉バルブ機能を有している。

【００２２】従って、洗浄水吐出ライン１６から供給さ
れた洗浄水２０が、可動ホルダー５２とカッター４との
間隙部１９に向けて洗浄水噴射孔５５から噴射されるの
で、間隙部１９に入った土砂２１が切羽側１８に排出さ
れて、間隙部１９に土砂が詰まることがない。

【００２３】図４は上述した図１に示すＡ−Ａ拡大断面
図である。図示するように、前記ロータリージョイント
１４は、掘削機本体６側（図１）に設けられた固定リン
グ１４１と、カッターヘッド１側（図１）に設けられた
回転リング１４２とから構成されている。固定リング１
４１が外周側に設けられ、回転リング１４２が内周側に
設けられている。

【００２４】掘削機本体６に設けられた固定リング１４
１には、掘削機本体６側からの洗浄水供給ライン１５が
設けられ、その内周側にはこの洗浄水供給ライン１５と
連通する給水継続部１４３が設けられている。一方、カ
ッターヘッド１に設けられた回転リング１４２には、前
記給水継続部１４３と連通するように洗浄水吐出ライン
１６が設けられている。この実施形態では、回転リング
１４２に等間隔で８本の洗浄水吐出ライン１６を設けて
いる。なお、図示する８本の洗浄水吐出ライン１６に
は、説明上、１〜８の番号を付している。この洗浄水吐
出ライン１６の間隔や本数は、カッター４の数や土砂の
状態等に応じて適宜設定すればよい。

【００２５】前記給水継続部１４３は、固定リング１４
１の内周の所定角度範囲で形成されており、所定幅１４
４を有している。この所定幅１４４は、給水継続部１４
３と連通する洗浄水吐出ライン１６が常に１本となるよ
うな範囲で形成されており、洗浄水吐出ライン１６の本
数に応じて決定される。

【００２６】このように、１本の洗浄水供給ライン１５
と連通する洗浄水吐出ライン１６を常に１本としたロー
タリージョイント１４により、洗浄水吐出ライン１６の
長さや、切羽の状態等によって各洗浄水吐出ライン１６
の流路抵抗値に差があったとしても、全てのカッター４
へ均等の洗浄水量を分配することができるようにしてい
る。

【００２７】さらに、回転して地山を掘削するカッター
ヘッド１の回転機構を利用して、各洗浄水吐出ライン１
６から間欠的に洗浄水を吐出する間欠式のロータリージ
ョイント１４を構成しているので、専用の分配装置のよ
うな複雑な構成を要することなく間欠式の洗浄水供給機
構を構成することができる。

【００２８】なお、固定リング１４１の周方向に設けら
れた複数の洗浄水供給ライン１５は、図１に示すよう
に、ロータリージョイント１４の軸方向にずれた位置に
設けられた給水継続部１４３と洗浄水吐出ライン１６か
ら他の可動ホルダー５２へ洗浄水を供給している。

【００２９】図５は図４に示す回転リングが回転した状
態のＡ−Ａ拡大断面図であり、図６は図５に示す回転リ
ングが回転した状態のＡ−Ａ拡大断面図である。以下、
ロータリージョイント１４による間欠式の洗浄水供給に
ついて説明する。

【００３０】まず、上述した図４に示すように、固定リ
ング１４１側に設けられた 洗浄水供給ライン１５から
給水継続部１４３に供給された洗浄水が、回転リング１
４２に設けられた洗浄水吐出ライン１６の内の１番目の
洗浄水供給ライン１６と連通している状態で、カッター
ヘッド１の旋回によって回転リング１４２が回転する。
このように回転リング１４２が回転したとしても、給水
継続部１４３の所定幅１４４の範囲では洗浄水供給ライ
ン１５と洗浄水吐出ライン１６とは連通しているので、
洗浄水吐出ライン１６からカッターホルダーへ洗浄水が
供給される。これにより、洗浄水吐出ライン１６の内の
１番目に接続されたカッターホルダー５は、洗浄水吐出
ライン１６が給水継続部１４３の所定幅１４４の範囲を
回転する間は洗浄水２０が供給され、可動ホルダー５２
とカッター４との間隙部１９の土砂が排出される（図３
参照）。

【００３１】次に、図５に示すように、回転リング１４
２が回転して１番目の洗浄水吐出ライン１６が給水継続
部１４３から外れると、８本全ての洗浄水吐出ライン１
６が閉鎖された状態となる。この実施形態では、１番目
の洗浄水吐出ライン１６が給水継続部１４３から外れて
２番目の洗浄水吐出ライン１６が給水継続部１４３と連
通する間に、給水継続部１４３が全く洗浄水吐出ライン
１６と連通しない範囲を設けているが、閉鎖後、直ぐに
次の洗浄水吐出ライン１６が給水継続部１４３と連通す
るようにしてもよく、この実施形態以外の所定幅１４４
で給水継続部１４３を形成してもよい。

【００３２】次に、図６に示すように、カッターヘッド
１が回転して２番目の洗浄水吐出ライン１６が給水継続
部１４３と連通すると、洗浄水供給ライン１５からの洗
浄水２０が２番目の洗浄水吐出ライン１６へ吐出され
る。これにより、２番目の洗浄水吐出ライン１６が接続
された可動ホルダー５２の洗浄水噴射孔５５から洗浄水
２０が噴射され、カッター４との間隙部１９の土砂が排
出される（図３参照）。この２番目の洗浄水吐出ライン
１６でも、給水継続部１４３の範囲を回転する間は洗浄
水２０が供給され、間隙部１９の土砂が排出される。

【００３３】その後は、回転リング１４２の回転にとも
なって、３番目、４番目・・・８番目、１番目、２番
目、・・・と、順次、連続して洗浄水吐出ライン１６が
給水継続部１４３と連通し、その洗浄水吐出ライン１６
が接続された可動ホルダー５２とカッター４との間隙部
１９が順次間欠的に洗浄される。

【００３４】このような間欠式の洗浄は、ロータリージ
ョイント１４の軸方向に複数設けられた洗浄水吐出ライ
ン１６（図１参照）において行われており、これによっ
て洗浄が必要な全カッター４の間隙部１９が洗浄され
る。このように、間欠的に異なるカッター４へ洗浄水を
供給するロータリージョイント１４が構成されている。

【００３５】図７は他の実施形態を示す図１のＡ−Ａ拡
大断面図である。この実施形態では、ロータリージョイ
ント１４の軸方向に設けられた給水継続部１４３の所定
幅１４４を異ならせたものである。図示するように、こ
の実施形態では、回転リング１４２の周方向に設ける洗
浄水吐出ライン１６を、実線で示す図の断面位置では８
本、破線で示す紙面奥方向の断面位置では６本（１〜６
の番号付す）にしている。そして、これらの洗浄水吐出
ライン１６へ洗浄水を供給する給水継続部１４３も、そ
の所定幅１４４を異ならせている。

【００３６】このように給水継続部１４３の所定幅１４
４を異ならせることにより、回転リング１４２が１回転
する間に１本の洗浄水吐出ライン１６へ洗浄水２０を供
給する時間を異ならせることができ、カッターヘッド１
の外周側と中心側とでカッター洗浄時間を異ならせるよ
うにもできる。なお、この例では給水継続部１４３の所
定幅１４４を異ならせることにより洗浄水が流れる時間
を変えているが、複数の洗浄水吐出ライン１６を連結し
て１個所の可動ホルダー５２（図３）へ洗浄水を供給す
るように構成しても、同一個所への給水時間を異ならせ
ることができる。これらは地質やカッターヘッド回転速
度等に応じて適宜設定すればよい。

【００３７】以上のようにして、カッターヘッド１の回
転による可動ホルダー５２の回転により、１本の洗浄水
供給ライン１５で複数の洗浄水吐出ライン１６へ順次洗
浄水を間欠的に供給して、複数のカッター４を間欠的に
洗浄している。

【００３８】また、この洗浄は、カッターヘッド１が回
転している間は常に行うことができるので、常にカッタ
ーホルダー５とカッター４との間の土砂２１を切羽側１
８へ排出することができ、これにより、カッター４の回
転不良やそれによるカッター４の偏摩耗を防止すること
ができる。しかも、このようにカッターホルダー５とカ
ッター４との間に間欠的に洗浄水を供給することによ
り、ローラーカッター４の冷却も可能となる。

【００３９】このようにして、泥水加圧式、又は泥土圧
式トンネル掘削機のカッター洗浄装置２２を構成するこ
とにより、高水圧下で切羽部の泥水及び泥土を排出せず
にカッター交換が行えるカッター装置であっても、カッ
ター部への土砂圧密を防止することができる。

【００４０】なお、上述した説明では、カッターヘッド
にカッターフレームを設けて泥水圧又は泥土圧下でカッ
ターを交換することができるカッター装置を例に説明し
たが、カッターを保持するカッターホルダーのチャンバ
ー側が閉塞されたようなカッター装置で土砂が詰まる可
能性があるものであれば本願発明を適用することは可能
であり、上述した実施形態に限定されるものではない。

【００４１】すなわち、上述した実施形態は一実施形態
であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変
更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。

【００４２】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００４３】カッターホルダーとカッターの間隙部を洗
浄することができるので、カッターホルダー内の土砂の
圧密を防止した安定した掘削が可能となり、早期カッタ
ー交換や、それによる工期遅延を生じないトンネル掘削
機を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示すカッター洗浄装置
を具備したトンネル掘削機の縦断面図である。

【図２】図１に示すトンネル掘削機の正面図である。

【図３】図１に示すカッター洗浄装置の拡大断面図であ
る。

【図４】図１に示すＡ−Ａ拡大断面図である。

【図５】図４に示す回転リングが回転した状態のＡ−Ａ
拡大断面図である。

【図６】図５に示す回転リングが回転した状態のＡ−Ａ
拡大断面図である。

【図７】本願発明の他の実施形態を示す図１のＡ−Ａ拡
大断面図である。

【符号の説明】

１…カッターヘッド ２…チャンバー ３…カッターフレーム ４…カッター ５…カッターホルダー ６…掘削機本体 ７…中心連結部 ８…マンホール ９…駆動モータ １０…旋回ベアリング １１…旋回フレーム １２…連結部材 １３…スクリューコンベア １４…ロータリージョイント １４１…固定リング １４２…回転リング １４３…給水継続部 １４４…所定幅 １５…洗浄水供給ライン １６…洗浄水吐出ライン １７…固定部材 １８…切羽側 １９…間隙部 ２０…洗浄水 ２１…土砂 ２２…カッター洗浄装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 圭一 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 川崎重工 業株式会社播磨工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AC04 AC05 BA06 BB06 BB07 BB08

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターヘッドのチャンバー側にカッタ
   ーを保持したカッターホルダーを設け、該カッターホル
   ダーに、該カッターホルダーと前記カッターとの間隙部
   に向けて洗浄水を噴射する洗浄水噴射孔を設けたトンネ
   ル掘削機のカッター洗浄装置。
2. 【請求項２】 洗浄水噴射孔をカッターの刃先部に向け
   て配設し、該洗浄水噴射孔から切羽側に向けて洗浄水を
   噴射して間隙部の土砂を切羽側に排出するように構成し
   たことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削機のカ
   ッター洗浄装置。
3. 【請求項３】 掘削機本体とカッターヘッドとの間に洗
   浄水供給機構を設け、該洗浄水供給機構に掘削機本体側
   の固定リングとカッターヘッド側の回転リングとを設
   け、該固定リングに洗浄水供給ラインを設け、回転リン
   グの周方向に、前記洗浄水供給ラインから洗浄水を供給
   する複数の洗浄水吐出ラインを設けたことを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載のトンネル掘削機のカッター
   洗浄装置。
4. 【請求項４】 固定リングの回転リング側周方向に、該
   回転リングの洗浄水吐出ラインが該固定リングの洗浄水
   供給ラインと連通する所定幅の給水継続部を形成したこ
   とを特徴とする請求項３記載のトンネル掘削機のカッタ
   ー洗浄装置。
5. 【請求項５】 給水継続部と同時に連通する洗浄水吐出
   ラインが１個所となる所定幅で給水継続部を形成したこ
   とを特徴とする請求項４記載のトンネル掘削機のカッタ
   ー洗浄装置。
6. 【請求項６】 固定リングに複数の洗浄水供給ラインを
   設け、回転リングの周方向に、該複数の洗浄水供給ライ
   ンから洗浄水を供給するそれぞれ複数の洗浄水吐出ライ
   ンを設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１
   項に記載のトンネル掘削機のカッター洗浄装置。
7. 【請求項７】 複数の洗浄水吐出ラインから吐出する洗
   浄水を合流させて同一のカッターを洗浄するように構成
   したことことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項
   に記載のトンネル掘削機のカッター洗浄装置。
8. 【請求項８】 複数の給水継続部の所定幅を異なる所定
   幅で形成して洗浄水供給時間を異ならせたことを特徴と
   する請求項４〜７のいずれか１項に記載のトンネル掘削
   機のカッター洗浄装置。