JP2003064990A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、装置の小型軽量化
を図ると共に製造コストの低減を図る一方で、容易にカ
ッタビットの交換を可能とする。 【解決手段】 掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１
８を駆動回転自在に支持し、このカッタヘッド１８に土
砂取込開口部２２を設けると共に、土砂取込開口部２２
内のカッタスポーク２３にカッタビット２６を前後移動
可能に装着し、このカッタピット２６が後退した収納位
置にてカバー２９を回動して土砂取込開口部２２を閉塞
可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤を掘削してト
ンネルを構築するシールド掘削機やトンネルボーリング
マシンなどに適用されるトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なシールド掘削機において、円筒
形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動モー
タにより駆動回転自在に装着される一方、後部に複数の
シールドジャッキが円周方向に並設されており、このシ
ールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け
反力により掘削機本体を前進することができる。また、
掘削機本体の後部にはエレクタ装置が装着されており、
このエレクタ装置はシールドジャッキによって前進した
掘削機本体と既設セグメントとの間の空所に新しいセグ
メントを装着することで、セグメントをリング状に組み
付けてトンネルを構築することができる。

【０００３】ところで、近年、掘削形成するトンネルは
長距離化の傾向にあり、掘削作業中にカッタビットが摩
耗して岩盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止
して磨耗したカッタビットを交換しなければならない。
この場合、シールド掘削機の前方の地点の地盤を薬液の
注入や凍結などにより固化改良し、チャンバ内の掘削土
砂を全て排出してから、作業者がこのチャンバ内に入っ
てカッタビットの交換作業を行っていた。ところが、こ
のようなカッタビットの交換作業では、地盤改良を行う
ための薬液などに費用がかかって不経済であると共に、
作業時間が長くかかって作業性が良くなく、また、作業
者にかかる負担が大きくなってしまうという問題があ
る。そこで、カッタヘッドを掘削機本体内に移動し、こ
の掘削機本体内でカッタビットの交換作業を行うように
したものが提案されている。

【０００４】例えば、特公平７−１１６９１５号公報に
開示されたシールド掘削機のカッター板の構造は、カッ
ター面板に設けた土砂取込み用スリットにカッター刃装
着アーム部材を前後方向に沿って出没自在に配設すると
共に、カッター面板の裏面にカッター刃装着アーム部材
が後方に没入したときに土砂取込み用スリットを閉止す
るシャッター板を配設したものである。

【０００５】従って、カッター刃の磨耗が進行すると、
カッター刃装着アーム部材を土砂取込み用スリットから
カッター面板の裏面に没入させ、シャッター板により土
砂取込み用スリットを閉止して切羽地盤をカッター板全
面で抑え、この状態でアーム部材に装着している磨耗し
たカッター刃の交換作業を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のシールド掘削機にあっては、大型で大重量のカッ
ター刃装着アーム部材をカッター面板の裏面に没入させ
る必要から、その支持機構並びに移動機構が大がかりな
ものとなり、装置の大型化及び大重量化を招くばかりで
なく、製造コストも増加してしまうという問題がある。
そして、装置が大型化することから、小径のトンネルを
掘削するためのトンネル掘削機として用いることができ
ず、使用範囲が限定されてしまう。また、カッター刃装
着アーム部材をカッター面板の裏面に没入させ、シャッ
ター板により土砂取込み用スリットを閉止した状態で、
作業者はスキンプレート内からカッター刃装着アーム部
材の前面側に移動してカッター刃を交換しなければなら
ず、作業が狭い空間で面倒なものとなり、作業性が良く
ないという問題がある。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、装置の小型軽量化を図ると共に製造コストの低
減を図る一方で、容易にカッタビットの交換を可能とし
たトンネル掘削機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機
本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前
記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて土砂取
込開口部が形成されたカッタヘッドと、該カッタヘッド
の前記土砂取込開口部に径方向に沿って配設されたカッ
タスポークと、該カッタスポークに装着されて前記土砂
取込開口部から前方への突出位置と後方への収納位置と
に移動可能な複数のカッタビットと、該カッタビットが
前記収納位置へ移動したときに前記土砂取込開口部を閉
塞可能なカバーとを具えたことを特徴とするものであ
る。

【０００９】請求項２の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタヘッドと前記掘削機本体との間に前記土砂取込
開口部から取り込んだ土砂を堆積するチャンバが設けら
れると共に、前記掘削機本体に該チャンバに堆積した土
砂を外部に排出する土砂排出手段が配設され、前記カバ
ーにより前記土砂取込開口部が閉塞され、該土砂排出手
段によりチャンバ内の土砂が排出されたとき、該チャン
バを作業者による前記カッタビットの交換室として利用
可能としたことを特徴としている。

【００１０】請求項３の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタビットは前記カッタスポークの後面に形成され
た交換開口部から前記チャンバに移動可能としたことを
特徴としている。

【００１１】請求項４の発明のトンネル掘削機では、前
記カッタヘッドはその回転軸が前記掘削機本体に駆動回
転可能に支持され、前記カバーはその回転軸が前記カッ
タヘッドの回転軸内に回転可能に支持されて後方に延出
され、前記掘削機本体に配設された駆動手段により所定
角度回動可能であることを特徴としている。

【００１２】請求項５の発明のトンネル掘削機では、前
記掘削機本体の前部に止水リングが油圧ジャッキにより
前後移動可能に支持され、前記カッタヘッドの後部に該
止水リングが嵌合する受け部が設けられたことを特徴と
している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施形態に係るトンネル
掘削機としての泥水式シールド掘削機の概略断面、図２
にシールド掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断
面、図４乃図６に本実施形態のシールド掘削機における
カッタビット交換作業を表す概略を示す。

【００１５】本実施形態の泥水式シールド掘削機におい
て、図１乃至図３に示すように、掘削機本体１１は円筒
形状をなし、前胴１２と後胴１３とが図示しない球面軸
受及びシール部材を介して連結されており、この前胴１
２と後胴１３との間には複数の中折ジャッキ１４が介装
されて屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には
バルクヘッド１５が形成され、このバルクヘッド１５に
は掘削機本体１１の中心に位置する回転軸１６が軸受１
７により図示しないシール部材を介して回転自在に支持
されている。そして、この回転軸１６の前端部にはカッ
タヘッド１８が連結される一方、後部には外歯を有する
リングギヤ１９が固定され、前胴１２に取付けられた複
数の駆動モータ２０の駆動ギヤ２１がこのリングギヤ１
９に噛み合っている。従って、駆動モータ２０を駆動す
ることで、駆動ギヤ２１と噛み合うリングギヤ１９を介
してカッタヘッド１８を回転することができる。

【００１６】このカッタヘッド１８は円盤形状をなし、
周方向に等間隔で３つの土砂取込開口部２２が形成され
ると共にこの各土砂取込開口部２２の中央部にカッタヘ
ッド１８の径方向に沿ったカッタスポーク２３が取付け
られている。そして、カッタヘッド１８の面板２４には
多数の先行ビット２５が固定されると共に、各カッタス
ポーク２３に複数のカッタビット２６が長手方向に沿っ
て並設され、交換可能となっている。即ち、カッタスポ
ーク２３は中空形状をなし、内部に固定された円筒シリ
ンダ２７にピストン２８が移動自在に嵌合し、先端部に
カッタビット２６が取付けられており、この円筒シリン
ダ２７とピストン２８との間に油圧を給排することで、
カッタビット２６を土砂取込開口部２２から前方への突
出位置と後方への収納位置とに移動することができる。

【００１７】また、カッタヘッド１８には面板２４の後
側に位置して３枚のカバー２９が周方向均等間隔で配設
され、カッタヘッド１８の回転軸１６内には回転軸３０
が相対回転自在に支持されており、この回転軸３０の前
端部に各カバー２９の基端部が固結されている。この各
カバー２９は扇形をなし、面板２４の後側に位置して各
土砂取込開口部２２を開放状態とする収納位置と、ほぼ
６０度回動して各土砂取込開口部２２を閉塞する閉塞位
置とに回動可能となっている。一方、回転軸３０の後端
部は前胴１２の後部まで延出してクランク板３１が固結
されており、前胴１２に装着された駆動手段としての２
つの油圧シリンダ３２の駆動ロッド３３がクランク板３
１の各先端部に連結されている。なお、各カバー２９と
各土砂取込開口部２２の端縁との間には図示しないシー
ル部材が設けられており、カバー２９による土砂取込開
口部２２の閉塞時に、内部への土砂や泥水などの侵入を
防止している。

【００１８】従って、各油圧ジャッキ３２を伸縮する
と、クランク板３１及び回転軸３０を介して各カバー２
９を一体に６０度回動することができ、各カッタビット
２６がカッタスポーク２３内の収納位置へ移動したと
き、この油圧ジャッキ３２の伸張動作により各カバー２
９を閉塞位置に回動し、このカバー２９によって土砂取
込開口部２２を閉塞することができる。

【００１９】更に、カッタヘッド１８と前胴１２のバル
クヘッド１５との間には土砂取込開口部２２に連通して
土砂を堆積するチャンバ３３が設けられている。そし
て、このチャンバ３３には一端が掘削機本体１１の後方
に延設された送泥管３４及び排泥管３５の他端が開口し
ており、排泥管３５の開口部分の近傍にはチャンバ３３
内で掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ３６
が装着されている。また、この前胴１２の先端部には止
水リング３７がシール部材を介して前後方向に沿って移
動自在に支持されており、前胴１２に設けられた複数の
油圧ジャッキ３８により前後移動可能となっている。一
方、カッタヘッド１８の後端部にはこの止水リング３７
が嵌合して止水可能なシール部材を有するリング状の受
け部３９が設けられている。

【００２０】従って、カッタヘッド１８の停止時に、各
カバー２９を閉塞位置に回動して土砂取込開口部２２を
閉塞し、油圧ジャッキ３８を伸張して止水リング３７を
受け部３９に嵌合することで、チャンバ３３内は外部か
ら隔離された空間部となり、排泥管３５を用いてチャン
バ３３内の土砂を排出すると、このチャンバ３３に作業
者が侵入してカッタビット２６の交換作業を行う交換室
として利用することができる。この場合、カッタスポー
ク２３の後面には各カッタビット２６に対応して交換開
口部４０が形成されており、チャンバ３３内の作業者
は、この交換開口部４０からカッタビット２６をピスト
ン２８と共にチャンバ３３に移動して取り外すことがで
きる。

【００２１】なお、後胴１３の後部には周方向に沿って
複数のシールドジャッキ４１が並設されると共に、エレ
クタ装置４２が装備されている。従って、シールドジャ
ッキ４１を伸長してトンネル内周面に組付けられた既設
のセグメントＳに押し付けることで、その反力により掘
削機本体１１を前進させることができる。また、エレク
タ装置４２は既設トンネルの周方向及び径方向に沿って
移動自在であり、既設トンネル内に搬入されたセグメン
トＳを把持し、所定の位置に移動して既設トンネルの内
壁面にセグメントＳを組み付けることができる。

【００２２】ここで、上述した本実施形態のシールド掘
削機によるトンネル掘削作業並びにカッタビット交換作
業について説明する。

【００２３】図１乃至図３に示すように、トンネル掘削
作業を行う場合には、各カバー２９を開放位置に回動し
て土砂取込開口部２２を開放し、止水リング３７を前胴
１２側に後退し、カッタビット２６を前方への突出位置
に移動しておく。この状態で、まず、駆動モータ２０に
よって回転軸１６を介してカッタヘッド１８を回転させ
ながら、複数のシールドジャッキ４１を伸長して既設の
セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１
を前進させる。すると、各カッタビット２６等が前方の
地盤を破砕し、掘削機本体１１とほぼ同径のトンネルを
掘削することができる。

【００２４】そして、各カッタビット２６によって掘削
された土砂は、カッタヘッド１８の回転に伴って各土砂
取込開口部２２からチャンバ３３内の取り込まれ、排泥
管３５により外部に排出される。次に、シールドジャッ
キ４１の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメ
ントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置４２によっ
てこの空所に新しいセグメントＳを装着する。この作業
の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成して
いく。

【００２５】このようなシールド掘削機による掘削作業
を長期間継続すると、各カッタビット２６が磨耗するた
め、その摩耗状況を検査して磨耗が激しい場合には新し
いものと交換する。この場合、まず、駆動モータ２０に
よるカッタヘッド１８の回転を停止し、図４に示すよう
に、各円筒シリンダ２７とピストン２８との間に油圧を
給排することで、各カッタビット２６を土砂取込開口部
２２から後方への収納位置に移動する。次に、図５に示
すように、油圧ジャッキ３８を伸張して止水リング３７
を前進させ、先端部を受け部３９に当接し、続いて、油
圧ジャッキ３２を伸張してクランク板３１及び回転軸３
０を介してカバー２９を６０度回動し、このカバー２９
によって土砂取込開口部２２を閉塞する。すると、チャ
ンバ３３はカッタヘッド１８の面板２４とカバー２９に
よって切羽側から隔絶され、排泥管３５を用いてチャン
バ３３内の土砂を排出することで、このチャンバ３３を
カッタビット２６の交換室とすることができる。

【００２６】従って、作業者は、図６に示すように、掘
削機本体１１側から図示しないマンホールを通ってチャ
ンバ（交換室）３３に入り、この作業空間で各カッタビ
ット２６における摩耗状況の検査を行い、必要に応じて
新しいビットと交換することができる。

【００２７】その後、各カッタビット２６の検査作業や
交換作業が完了すると、作業者は掘削機本体１１内に戻
り、作業空間内への土砂の流入や地山の崩壊を防ぐため
にチャンバ３３に充填材を注入する。そして、カバー２
９を前述とは逆に回動して土砂取込開口部２２を開放
し、止水リング３７を後退させ、続いて、各カッタビッ
ト２６を土砂取込開口部２２から前方に突出した状態と
する。そして、前述と同様に、カッタヘッド１８を回転
して前方の地盤を掘削する。

【００２８】このように本実施形態のシールド掘削機に
あっては、掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１８を
駆動回転自在に支持し、このカッタヘッド１８に土砂取
込開口部２２を設けると共に、土砂取込開口部２２内の
カッタスポーク２３にカッタビット２６を前後移動可能
に装着し、このカッタピット２６が後退した収納位置に
てカバー２９を回動して土砂取込開口部２２を閉塞可能
としている。従って、カッタビット２６が後退した収納
位置では、カバー２９によって土砂取込開口部２２を閉
塞することで、チャンバ３３を切羽側から隔絶して交換
室を確保でき、この交換室内でカッタビット２６の交換
作業等を容易に且つ安全に行うことができる。

【００２９】また、チャンバ３３を交換室としてカッタ
ビット２６の交換作業を行うことで、作業者がカッタヘ
ッド１８の前側に移動して交換作業を行う必要はなく、
チャンバ３３という広い空間での作業となり、作業性を
向上できる。更に、別途、カッタビット専用の交換室を
設ける必要がなく、装置が大型化することもない。

【００３０】また、カッタヘッド１８は回転中心位置に
ある回転軸１６により掘削機本体１１に回転自在に支持
し、この回転軸１６内にカバー２９の回転軸３０を支持
したことで、カッタヘッド１８及びカバー２９の支持構
造を簡素化できると共に、その駆動回転構造も簡素化で
きる。そして、掘削機本体１１の前端部に止水リング３
７を設け、この止水リング３７をカッタヘッド１８に当
接してチャンバ３３を止水するため、止水性を向上でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、筒状
の掘削機本体を推進ジャッキによって前進可能とすると
共に、掘削機本体の前部に土砂取込開口部が形成された
カッタヘッドを駆動回転可能に装着し、この土砂取込開
口部に径方向に沿ってカッタスポークを配設し、前方へ
の突出位置と後方への収納位置とに移動可能な複数のカ
ッタビットを設けると共に、カッタビットが収納位置へ
移動したときに土砂取込開口部を閉塞可能なカバーを設
けたので、カッタビットの後退位置でカバーにより土砂
取込開口部を閉塞することで、掘削機本体側を切羽側か
ら隔絶してカッタビットの交換作業を行うことができ、
装置の小型軽量化を図ることができると共に製造コスト
の低減を図ることができる一方で、容易にカッタビット
の交換作業を行うことができ、トンネル掘削作業の作業
効率の向上を図ることができる。

【００３２】請求項２の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタヘッドと掘削機本体との間に土砂取込開口部
から取り込んだ土砂を堆積するチャンバを設けると共
に、このチャンバに堆積した土砂を排出する土砂排出手
段を配設し、カバーにより土砂取込開口部を閉塞して土
砂排出手段によりチャンバ内の土砂を排出したとき、チ
ャンバを作業者によるカッタビットの交換室として利用
可能としたので、別途、カッタビット専用の交換室を設
ける必要がなく、装置の大型化を防止することができ
る。

【００３３】請求項３の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタビットをカッタスポークの後面に形成された
交換開口部からチャンバに移動可能としたので、作業者
はカッタヘッドの前側に移動して交換作業を行う必要は
なく、カッタビットの後側から広い空間で交換作業を行
うこととなり、作業性を向上することができる。

【００３４】請求項４の発明のトンネル掘削機によれ
ば、カッタヘッドの回転軸を掘削機本体に駆動回転可能
に支持し、カバーの回転軸をカッタヘッドの回転軸内に
回転可能に支持して後方に延出し、掘削機本体に配設さ
れた駆動手段により所定角度回動可能としたので、カッ
タヘッド及びカバーの支持構造並びにその駆動回転構造
を簡素化することができる。

【００３５】請求項５の発明のトンネル掘削機によれ
ば、掘削機本体の前部に止水リングを油圧ジャッキによ
り前後移動可能に支持し、カッタヘッドの後部に止水リ
ングが嵌合する受け部を設けたので、止水リングをカッ
タヘッドの受け部に当接してチャンバを止水することと
なり、止水性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機とし
ての泥水式シールド掘削機の概略断面図である。

【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。

【図３】図３に図１のIII−III断面図である。

【図４】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビ
ット交換作業を表す概略図である。

【図５】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビ
ット交換作業を表す概略図である。

【図６】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビ
ット交換作業を表す概略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２ 前胴 １３ 後胴 １４ 中折ジャッキ １６ 回転軸 １８ カッタヘッド ２０ 駆動モータ ２２ 土砂取込開口部 ２３ カッタスポーク ２６ カッタビット ２９ カバー ３０ 回転軸 ３１ クランク板 ３２ 油圧ジャッキ（駆動手段） ３３ チャンバ ３５ 排泥管（土砂排出手段） ３７ 破水リング ３８ 油圧ジャッキ ３９ 受け部 ４１ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ４２ エレクタ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 尚輝 東京都港区港南二丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 (72)発明者 北岡 隆司 大阪府大阪市中央区北浜東４番33号 株式 会社大林組本店内 (72)発明者 中筋 真紀 東京都港区港南二丁目15番２号 株式会社 大林組東京本社内 Ｆターム(参考） 2D054 AC05 AD19 BA04 BB07 CA01 CA03 CA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
   進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動
   回転可能に装着されて土砂取込開口部が形成されたカッ
   タヘッドと、該カッタヘッドの前記土砂取込開口部に径
   方向に沿って配設されたカッタスポークと、該カッタス
   ポークに装着されて前記土砂取込開口部から前方への突
   出位置と後方への収納位置とに移動可能な複数のカッタ
   ビットと、該カッタビットが前記収納位置へ移動したと
   きに前記土砂取込開口部を閉塞可能なカバーとを具えた
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記カッタヘッドと前記掘削機本体との間に前記土
   砂取込開口部から取り込んだ土砂を堆積するチャンバが
   設けられると共に、前記掘削機本体に該チャンバに堆積
   した土砂を外部に排出する土砂排出手段が配設され、前
   記カバーにより前記土砂取込開口部が閉塞され、該土砂
   排出手段によりチャンバ内の土砂が排出されたとき、該
   チャンバを作業者による前記カッタビットの交換室とし
   て利用可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。
3. 【請求項３】 請求項２記載のトンネル掘削機におい
   て、前記カッタビットは前記カッタスポークの後面に形
   成された交換開口部から前記チャンバに移動可能とした
   ことを特徴とするトンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記カッタヘッドはその回転軸が前記掘削機本体に
   駆動回転可能に支持され、前記カバーはその回転軸が前
   記カッタヘッドの回転軸内に回転可能に支持されて後方
   に延出され、前記掘削機本体に配設された駆動手段によ
   り所定角度回動可能であることを特徴とするトンネル掘
   削機。
5. 【請求項５】 請求項１記載のトンネル掘削機におい
   て、前記掘削機本体の前部に止水リングが油圧ジャッキ
   により前後移動可能に支持され、前記カッタヘッドの後
   部に該止水リングが嵌合する受け部が設けられたことを
   特徴とするトンネル掘削機。