JP2002276291A - シールド掘進機のカッタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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で、コストダウンや工
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。 【解決手段】 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、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、ディスクカッタ取付箱２１の底部をボルト３１の着
脱により開閉自在に構成するとともに、枢支軸２２ａの
回動操作により、掘削を行う掘削位置とディスクカッタ
カバー２２で止水する止水位置とに切換え可能に構成
し、止水位置に切り換えたときに、カッタヘッドスポー
ク１１内部からディスクカッタ１３を交換可能に構成す
る。

Description

【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され、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を開閉自在に
構成するとともに、前記ディスクカッタカバーの枢支軸
の回動操作により、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
ときに、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１１
ｃ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１
３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１８
０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１
１ａから所定量突出するように、前記各側壁２２ｂ，２
２ｂの内側に形成された凹部２２ｅにディスクカッタ１
３の軸部１３ａが嵌入されている。また、その凹部２２
ｅ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２
５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２２
ａ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２２
ａ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２
１ｃ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１１
Ａ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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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され、
   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を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の回動操
   作により、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ときに、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。
2. 【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。