JP2004027523A

JP2004027523A - Cutter bit movable shield machine

Info

Publication number: JP2004027523A
Application number: JP2002181795A
Authority: JP
Inventors: Seijiro Wakamiya; 若宮　聖治郎; Yasuyuki Sakai; 坂井　保之; Toshiyuki Muramoto; 村本　利行; Katsuro Kuromatsu; 黒松　克郎
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP3657577B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutter bit movable shield machine for recovering excavating performance without replacing a cutter bit when the cutter bit for excavating the outer peripheral side of a tunnel is abraded. <P>SOLUTION: A cutter disc 9 of the shield machine 1 has a pair of fixed cutter spokes 44 and a pair of movable cutter spokes 45. The movable cutter spokes 45 have a movable spoke member 52 having the length of about half of the fixed cutter spokes 44 and a telescopic hydraulic cylinder 53 (a position switching means) for switching this movable spoke member 52 to an outside excavating position from an inside excavating position. When the outer peripheral side cutter bit 46 of the fixed cutter spokes 44 is abraded, the movable spoke member 52 is switched to the outside excavating position by the hydraulic cylinder 53 so that a tunnel outer peripheral side part is excavated by the unabraded cutter bit 46 attached to the movable spoke member 52. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はカッタービット移動式シールド掘進機に関し、特にカッタービットを交換することなく長距離の掘進を可能にしたカッタービット移動式シールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シールド掘進機は、地下鉄、共同溝、上下水道などのシールド坑（トンネル）の掘削を行うものであり、シールド掘進機は、胴部材、カッターディスク、カッターディスクを回転駆動する回転駆動機構、複数のシールドジャッキ、排土設備又は排泥設備、セクメンドの覆工を行うエレクタなどを有する。トンネル掘削時、複数のシールドジャッキで掘進の推進力を発生させながら、カッターディスクを回転させて切羽を掘削し、排土設備により掘削した泥土を排出し、１リング分の掘削毎に１リング分のセクメントを構築してトンネル内面を覆工していく。
【０００３】
カッターディスクのカッタースポークに付設された多数のカッタービットはトンネル掘進中に破損したり磨耗したりするため、通常のシールド掘進機では、約１〜２ｋｍ掘削する毎に、カッターディスクの多数のカッタービットを交換する必要がある。但し、カッタービットを交換する場合、切羽を凍結処理して地下水の湧出を抑え、カッターディスク周辺やチャンバー内の泥土を排出してから、作業者がカッターディスクの所へ入ってカッタービットの交換を行う。この場合、カッタービットの交換に多大の労力とコストとかなりの工期がかかる。
そこで、最近では、カッターディスクやその関連構造に、カッタービットを簡単に交換可能にした種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平４−２４３９２号公報のシールド掘進機では、シールド掘進機の先端部に、掘削装置とカッターを収納した回転自在な球状作業室を形成し、トンネル掘進時はカッターが前面に位置するように球状作業室を配置し、カッタービット交換時には球状作業室を反転させてカッターを後方に向け、カッタービットを交換している。
特開平６−１１７１８９号公報のシールド掘進機では、カッタービットの交換時には、作業者がカッターディスクを支持する中空シャフト内を通ってカッタースポーク内に移動し、カッタービットを交換する。
【０００５】
特開平１１−３５０８７７号公報のシールド掘進機では、カッターディスクのカッタースポークをその軸心回りに回転可能に構成すると共に、カッタースポークの外周面に３列にカッタービットを付設しておき、カッタービットが摩耗した場合には、カッタースポークを約１２０度回転させて新しいカッタービットを前面に突出させる。このカッタービットの交換の際、カッターディスクの中央部のコアリング部内に突出しているカッタースポークの回転駆動部に油圧トルクレンチをセットし、その油圧トルクレンチによりカッタースポークをその軸心回りに回転させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特開平４−２４３９２号公報のシールド掘進機では、シールド掘進機の先端部に球状作業室を設けるためシールド掘進機の機長が長くなり、球状作業室を回転させる複雑な機構が必要となる。
特開平６−１１７１８９号公報のシールド掘進機では、作業員が内部に入れるような大きな中空シャフトやカッタースポークが必要であるため、大型のシールド掘進機にしか適用することができない。
【０００７】
特開平１１−３５０８７号公報のシールド掘進機では、作業者がコアリング部とシールド掘進機の機内を繋ぐ連通管を通って回転駆動部にアクセスする必要があるため、大型のシールド掘進機にしか適用することができない。
ここで、シールド掘進機のカッターディスクでは、中心側に比べて外周側の周速度が大きいので、また、外周側掘削エリアが中心側掘削エリアよりも格段に広いので、中心側のカッタービッドよりも外周側カッタービットの方が、格段に摩耗しやすい。しかし、従来のシールド掘進機では、カッタービットの交換時に、カッターディスクの殆ど全部のカッタービットを同時に一律に交換するため、中心側のカッタービットは未だ使用可能なビットも交換してしまうことになる。
【０００８】
本発明の目的は、カッターディスクの外周側のカッタービットが破損や磨耗した際に、あまり摩耗してない中心側のカッタービットを外周側の位置に切換えることによりシールド掘進機の掘進距離を延せるようにしたシールド掘進機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１のカッタービット移動式シールド掘進機は、中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、前記複数のカッタースポークが、センタ部材に固定された複数の固定カッタースポークと、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な少なくとも１つの可動カッタースポークとを備え、前記可動カッタースポークは、固定カッタースポークの約半分の長さの且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、前記可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置からトンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ切換え可能な第１位置切換え手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
このカッタービット移動式シールド掘進機においては、固定カッタースポークの外周側のカッタービットが磨耗した場合には、可動カッタースポークの可動スポーク部材を第１位置切換え手段によって内側掘削位置から外側掘削位置へと切換える。それ故、固定カッタースポークのトンネル外周側のカッタービットが磨耗した際に、トンネル中心側部分を掘削してきてあまり摩耗してない可動カッタースポークの可動スポーク部材のカッタービットによってトンネル外周側部分を掘削することが可能となるので、カッタービットを交換することなく、可動スポーク部材の位置を切換えるだけで、カッターディスク全体の掘削性能を回復させ、シールド掘進機の掘進可能距離を大幅に延ばすことができる。
【００１１】
請求項２のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項１の発明において、前記センタ部材を挟んでその両側に位置する１対の固定カッタースポークと、これら固定カッタースポークに対して直交状に位置する１対の可動カッタースポークとを有し、前記１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持した状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、前記第１位置切換え手段により１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えることを特徴とするものである。
【００１２】
基本的には請求項１と同様の作用を奏するが、１対の固定カッタースポークと１対の可動カッタースポークを有するため、カッターディスクの構造が簡単であり、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持した状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、第１位置切換え手段により１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えるので、固定カッタースポークの外周側のカッタービットがある程度まで摩耗した時点で、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えることにより、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。尚、固定カッタースポークの中心側部分にもカッタービットが設けられているため、前記可動スポーク部材の位置切換え後には、固定カッタースポークの中心側部分のカッタービットによりトンネルの中心側部分を掘削することになる。
【００１３】
請求項３のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項２の発明において、前記１対の可動スポーク部材のカッタービットは、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されたことを特徴とするものである。
可動スポーク部材のカッタービットが、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されているので、可動スポーク部材を内側掘削位置にして掘削するときの可動スポークのカッタービットの摩耗を抑制することができるので、可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えた際のカッターディスクの掘削性能の回復の度合いを大きくすることができ、シールド掘進機の掘進可能距離を一層延ばすことができる。
【００１４】
請求項４のカッタービット移動式シールド掘進機は、中心部のセンタ部材とこのセンタ部材に連結された複数のカッタースポークとを有するカッターディスクを備えたシールド掘進機において、前記複数のカッタースポークの各々が、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポークに構成され、前記各可動カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さの約半分の長さの且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、前記各可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ又は外側掘削位置から内側掘削位置へ切換え可能な第２位置切換え手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
このカッタービット移動式シールド掘進機においては、トンネルを掘削していき、トンネル外周側部分を掘削していたカッタービットが磨耗した際には、第２位置切換え手段により、内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材を内側掘削位置に切換える。それ故、前記のような位置切換え後は、トンネルの中心側部分を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービットによって、トンネルの外周側部分を掘削することになるので、カッタービット交換をすることなく、カッターディスクの掘削性能を回復させ、シールド掘進機の掘進可能距離を延長することができる。
【００１６】
請求項５のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項４の発明において、４本の可動カッタースポークを有し、これらの可動カッタースポークのうちのセンタ部材を挟んでその両側に位置する１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持し且つ残りの１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に保持した状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、第２位置切換え手段により、１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えると共に、１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に切換えることを特徴とするものである。
【００１７】
基本的には請求項４と同様の作用を奏するが、４本の可動カッタースポークを有し、１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置にし、１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置にした状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、第２位置切換え手段により内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えるので、トンネルの外周側部分を掘削したカッタービットが十分に摩耗した時点で、それらのカッタービットを内側掘削位置に切換え、トンネルの中心側部分を掘削したカッタービットを外側掘削位置に切換えて、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。こうして、全部のカッタービットがほぼ均一に十分摩耗するまで使用し、カッタービットに必要なコストを低減することができる。
【００１８】
請求項６のカッタービット移動式シールド掘進機は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記第１，第２位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダにより可動スポーク部材の位置を切換えることを特徴とするものである。
第１、第２位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダにより可動スポーク部材の位置を切換える構成としたので、油圧シリンダの長さの割りに大きなストロークを達成でき、第１，第２位置切換え手段を小型化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。最初に、シールド掘進機の全体構造について説明する。尚、シールド掘進機の掘進方向に向かって前後左右を前後左右として説明する。
図１に示すように、カッタービット移動式シールド掘進機１（以下、シールド掘進機という）は、前胴部材２ａと後胴部材２ｂとからなる胴部材２、前胴部材２ａの前端付近部の内部に固定されてチャンバー４の後端を仕切る隔壁３、チャンバー４、掘進推力を発生させる複数のシールドジャッキ５、後胴部材２ｂに対して前胴部材２ａを左右に方向変換させる為の複数の中折れジャッキ６、切羽を掘削するカッターディスク９、このカッターディスク９を駆動するカッター駆動機構１０、カッターディスク９に供給する液体の通路の為のロータリージョイント１１、チャンバー４内の泥土を排出するための排土設備１２、セグメント１６をトンネル内面に覆工する為のエレクタ１３などを備えている。
【００２０】
胴部材２は、シールド掘進機１の全体を覆う筒状体であり、前胴部材２ａと、この前胴部材２ａの後端部に中折れ部１５と中折れジャッキ６を介して連結された後胴部材２ｂとを有する。後胴部材２ｂの後端側内周部には、後胴部材２ｂとセグメント１６の間をシールするテールシール１７が設けられている。
胴部材２の内側には、内側へ突出するリングウェブ１８と、ブラケット１９ａ，１９ｂが設けられ、複数のシールドジャッキ５はリングウェブ１８に固定され、複数の中折れジャッキ６がブラケット１９ａ，１９ｂに連結されている。
【００２１】
胴部材２の前端部付近の内部には、トンネル軸心と直交する隔壁３が設けられ、この隔壁３がチャンバー４の後端を仕切っている。カッターディスク９の中心部から後方へ延びる主軸２１が隔壁３を貫通して、カッターディスク９を回動可能に支持している。尚、隔壁３にはチャンバー４内へ作業者が出入するための開放可能なマンホール２２も設けられている。
【００２２】
複数（例えば、１０本）のシールドジャッキ５は、周方向適当間隔おきに配設され、各シールドジャッキ５はロッド２５が後方に伸縮するように配設されて、リングウェブ１８に貫通固定されている。各シールドジャッキ５のロッド２５の後端には偏心金具２６が連結され、その偏心金具２６の半球凹部にはスプレッダー２７がピン連結されている。トンネル掘削の際には、トンネルの内面に覆工したセグメント１６の前端に複数のスプレッダー２７を当接させて反力を取り、複数のシールドジャッキ５の推進力で掘進する。
【００２３】
複数（例えば、４本）の中折れジャッキ６は、図１では便宜上上部に記載してあるが、実際には胴部材２の左右側面部に配設され、胴部材２の内周面に固着されたブラケット１９ａ，１９ｂに鉛直向きのピンにてピン連結されている。
排土設備１２は、チャンバー４内の掘削泥土をスクリューコンベア３１によってトンネル内のベルトコンベアにより外部へ排出するものである。スクリューコンベア３１は内部に駆動モータ３１ａで回転駆動されるスパイラル状のオーガ３２を有し、回転駆動されるオーガ３２で泥土を吸い上げ、開閉ゲートからトンネル内を後方に伸びるベルトコンベアへ排出する。
【００２４】
エレクタ１３は、支持ローラ３３に回転可能に支持されたエレクタフレーム３４と、エレクタ本体３５と、エレクタフレーム３４を回転駆動するエレクタ駆動モータ３６等を備えている。エレクタ１３により、シールド掘進機１が１リング分掘進する毎に、掘削を中止した状態で１リング分のセグメント１６をトンネル内面に履工する。
【００２５】
カッター駆動機構１０は、隔壁３の後面に固定されたギヤケース３７と、カッター駆動モータ３８と、主軸２１などから構成され、ギヤケース３７内には主軸２１に連結されたリングギヤが設けられている。複数のカッター駆動モータ３８はギヤケース３７の後面に付設され、各カッター駆動モータ３８の出力軸の先端のピニオンがリングギヤに噛合され、複数のカッター駆動モータ３８の回転駆動力をピニオンとリングギヤを介して主軸２１に伝達している。
【００２６】
ロータリージョイント１１には、カッターディスク９の油圧シリンダ等へ油圧を給排するための複数の油路やグリース通路やカッターディスク９のノズルへ供給される加泥剤の通路などが設けられている。尚、図示省略したが、シールド掘進機１の後方に設けられた後方台車には、油圧供給源や、加泥剤供給源、電源などが設けられている。
【００２７】
次に、本願特有の構造を有するカッターディスク９について説明する。
図２に示すように、カッターディスク９は、その中心部のセンタ部材７と、センタ部材７から放射状に伸びる４本のカッタースポーク８と、センタ部材７の前面部のフィッシュテールビット４１と、外周部の外周リング４２などを有する。１つのカッタースポークとセンタ部材７には、加泥剤吐出口４３ａ，４３ｂが形成され、後方台車に設けた泥土供給源から送給される加泥剤を吐出する。
【００２８】
カッタースポーク８は、センタ部材７を挟んでその両側に位置する１対の固定カッタースポーク４４と、これら固定カッタースポーク４４に対して直交状に位置し且つセンタ部材７に対して半径方向に位置切換え可能な可動カッタースポーク４５とを有し、固定各カッタースポーク４４の前面部には複数のカッタービット４６が付設されている。
【００２９】
固定カッタースポーク４４の外周側先端部は外周リング４２に達して外周リング４２に固着され、１対の固定カッタースポーク４４は外周リング４２により補強されている。１対の固定カッタースポーク４４の内部には、掘進方向を変換する際にトンネル径を拡大する為に外周側を掘削するコピーカッター４７と、コピーカッター４７を伸縮駆動させるための油圧シリンダ４８が設けられている。
【００３０】
図３〜図５に示すように、１対の可動カッタースポーク４５は、センタ部材　７の両側に配設されて半径方向へ伸び、各可動カッタースポーク４５は、センタ部材７に固定され且つ固定カッタースポーク４４の約半分の長さのスポーク基材５１と、このスポーク基材５１に摺動自在に外嵌された可動スポーク部材５２と、スポーク基材５１の内部に設けられた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３（第１位置切換え手段に相当する）などで構成されている。可動スポーク部材５２の前面部には、複数のカッタービット４６が付設されている。
【００３１】
前記可動スポーク部材５２は、油圧シリンダ５３により、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ切換え可能になっている。可動スポーク部材５２の先端部には外周リング４２の突起部４２ａが係合する係合凹部５４が設けられ、可動スポーク部材５２を外側掘削位置へ切換えた状態では、係合凹部５４に突起部４２ａが係合して可動カッタースポーク４５が外周リング４２で補強される。
【００３２】
トンネル掘削時、カッターディスク９の外周側部分の周速は、中心側部分の周速よりも格段に大きく、カッターディスク９の外周側部分で掘削する掘削エリアは中心側部分で掘削する掘削エリアよりも格段に大きい。そのため、外周側のカッタービット４６は中心側のカッタービット４６に比較して格段に摩耗し易い。
【００３３】
そこで、可動スポーク部材５２のスポーク基材５１と可動スポーク部材５２は、固定カッタースポーク４４の約半分の長さ、つまり、センター部材７の外周からカッターディスク９の外周までの長さの約半分の長さに形成され、トンネルを所定長さ（例えば、１〜２ｋｍの範囲の所定長さ）又は所定期間（例えば、約２ケ月）掘削するまでは、可動スポーク部材５２は、図２、図３に示すように、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置に保持される。この状態では、図４（ａ）に示すように、油圧シリンダ５３のロッド５３ａ，５３ｂが退入状態を維持する。
【００３４】
トンネルを前記所定長さ又は所定期間掘削した後は、図６、図７に示すように、油圧シリンダ５３により可動スポーク部材５２が外側掘削位置に切換えられ、可動スポーク部材５２の複数のカッタービット４６が、トンネルの外周側部分の掘削に供される。この状態では、図４（ｂ）に示すように、油圧シリンダ５３のロッド５３ａ，５３ｂが伸長状態を維持する。外周リング４２は、カッターディスク９の外周を囲むリング状をなし、外周リング４２の内周部には、可動スポーク部材５２に対応する１対の突起部４２ａが設けられ、外周リング４２の前端部には４つの保護カッター５６が設けられている。
【００３５】
以上説明したシールド掘進機１の作用について説明する。
このシールド掘進機１においては、トンネル掘進開始からトンネルを前記所定長さ又は所定期間掘削するまでの間は、図２に示すように、可動スポーク部材５２をトンネル中心側部分を掘削する内側掘削位置に維持し、所定長さ又は所定期間トンネルを掘進して、固定カッタースポーク４４の外周側のカッタービット４６が摩耗して掘削性能が低下した際には、図６に示すように、可動スポーク部材５２を油圧シリンダ５３によって外側掘削位置に切換えることで、可動スポーク部材５２に付設されている摩耗の少ないカッタービット４６によってトンネル外周側部分を掘削するようにし、シールド掘進機１のカッタービット４６を交換することなく、可動スポーク部材５２の位置を切換えるだけで、カッターディスク９の掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、一層長距離の掘削を可能にすることができる。
【００３６】
このように、トンネルの中心側に位置させておいた可動スポーク部材５２のカッタービット４６であって摩耗の少ないカッタービット４６を有効利用して掘削性能を回復させるため、従来のようにあまり摩耗していないカッタービット４６を交換して廃棄してしまうという無駄を解消でき、カッタービット４６の為のコスト低減を図ることができる。
そして、可動スポーク部材５２を内側掘削位置に保持しておく間は、この可動スポーク部材５２の複数のカッタービット４６も掘削に寄与するため、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６の摩耗が抑制されるから、可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換えた後にも、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６の掘削性能を確保できる。
【００３７】
しかも、カッターディスク９が１対の固定カッタースポーク４４と１対の可動カッタースポーク４５を有するため、カッターディスク９自体の構造が簡単であるうえ、１対の可動スポーク部材５２の位置を切換える為の構造も比較的簡単であるから、設備コスト的に有利である。また、テレスコピック式油圧シリンダ５３は構造が簡単で小型化可能であるため、小径のシールド掘進機にも大径のシールド掘進機にも適用可能である。
【００３８】
前記実施形態を部分的に変更した変更形態について説明する。
図８に示すように、カッターディスク９Ａは、カッターディスク９と同様に１対の固定カッタースポーク４４と１対の可動カッタースポーク４５を備えており、各可動カッタースポーク４５は、前記と同様の可動スポーク部材５２と油圧シリンダ５３を備えている。ここで、１対の可動スポーク部材５２に付設したカッタービット４６を極力温存する為に、１対の可動スポーク部材５２のカッタービット４６が、固定カッタースポーク４４のカッタービット４６の先端の回転軌跡面よりも所定距離Ｄ（例えば、２０ｍｍ）後退した位置に配設されている。
【００３９】
それ故、１対の可動スポーク部材５２が、内側掘削位置においてトンネルの中心側部分を掘削する際には、固定カッタースポーク４４の中心側のカッタービット４６が主体的に掘削を行うため、可動スポーク部材５２のカッタービット４６の摩耗を抑えることができ、可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換えた後の掘削性能の回復度合いを大きくことができる。
【００４０】
前記実施形態を部分的に変更した別変更形態について説明する。
図９、図１０に示すように、このカッターディスク９Ｂは、前記カッターディスク９の１対の固定カッタースポーク４４の代わりに前記１対の可動カッタースポーク４５を設け、１対のコピーカッタースポーク５７を追加的に設けた構造のものである。尚、前記の実施形態と同様のものに同一符号を付して説明を省略する。１対のコピーカッタースポーク５７は、センタ部材７の両側に直線状に且つ可動カッタースポーク４５と約４５度の角度をなすように配設されている。各コピーカッタースポーク５７の基端はセンタ部材７に固着され、先端は外周リング４２に固着され、コピーカッタースポーク５７の基端側部分は可動カッタースポーク４５との干渉防止の為に小径ロッド状に形成されている。各コピーカッタースポーク５７には、その内部の油圧シリンダで進退可能なコピーカッター４７が設けられている。
【００４１】
このカッターディスク９Ｂにおいては、複数のカッタースポーク８の各々が、センタ部材７に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポーク４５に構成され、各可動カッタースポーク４５は、センタ部材７の外周からカッターディスク９Ｂの外周までの長さの約半分の長さのスポーク基材５１と可動スポーク部材５２を有し、可動スポーク部材５２には複数のカッタービット４６が付設されている。各可動スポーク部材５２を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ又は外側掘削位置から内側掘削位置へ切換え可能な位置切換え手段も設けてある。
【００４２】
このシールド掘進機１においては、トンネルの掘削開始からトンネルを所定長さ又は所定期間掘削するまでは、図９に示すように、可動カッタースポーク４５のうち、センタ部材７を挟んでその両側に位置する１対の第１可動カッタースポーク４５Ａの可動スポーク部材５２を内側掘削位置に保持し且つ残りの１対の第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２を外側掘削位置に保持して掘削する。
【００４３】
トンネルを所定長さ又は所定期間掘削して、外側掘削位置の可動スポーク部材５２（第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２）のカッタービット４６の摩耗がある程度進行して掘削が困難になった時には、図１０に示すように、各第１可動カッタースポーク４５Ａの可動スポーク部材５２を、スポーク基材５１内に設けた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３（第２位置切換え手段に相当する）により、トンネルの外周側を掘削する外側掘削位置に切換えると共に、各第２可動カッタースポーク４５Ｂの可動スポーク部材５２を、スポーク基材５１内に設けた２段式テレスコピック式油圧シリンダ５３により、トンネル中心側部分を掘削する内側掘削位置に切換え、その状態でトンネル掘削を再開し、トンネルを掘削していく。
【００４４】
このシールド掘進機においては、トンネルを掘削していき、トンネル外周側を掘削していたカッタービット４６が磨耗した際には、内側掘削位置にあった可動スポーク部材５２を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材５２を内側掘削位置に切換える。それ故、その位置切換え後は、中心側を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービット４６によって、トンネルの外周側を掘削することになるので、カッタービット４６を交換をすることなく、カッターディスク９Ｂの掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を延長することができる。しかも、全部のカッタービット４６がほぼ均一に十分摩耗するまで使用できるため、カッタービット４６に必要なコストを低減することができる。
【００４５】
尚、本発明のカッタービット移動式シールド掘進機は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、固定カッタースポークや可動カッタースポークの本数など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、固定カッタースポークの外周側のカッタービットが磨耗した場合には、可動スポーク部材を第１位置切換え手段によって内側掘削位置から外側掘削位置へと切換えるので、固定カッタースポークのトンネル外周側のカッタービットが磨耗した際に、トンネル中心側部分を掘削してきてあまり摩耗してない可動スポーク部材のカッタービットによってトンネル外周側部分を掘削することが可能となるので、カッタービットを交換することなく、可動スポーク部材の位置を切換えるだけで、カッターディスク全体の掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を大幅に延ばすことができる。
【００４７】
請求項２の発明によれば、基本的に請求項１と同様の効果を奏するが、１対の固定カッタースポークと１対の可動カッタースポークを有するため、カッターディスクの構造が簡単であり、１対の可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置に保持した状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、第１位置切換え手段により１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えるので、固定カッタースポークの外周側のカッタービットがある程度まで摩耗した時点で、１対の可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えることにより、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。
【００４８】
請求項３の発明によれば、１対の可動スポーク部材のカッタービットが、固定カッタースポークのカッタービットの先端の回転軌跡面よりも所定距離後退した位置に配設されているため、可動スポーク部材を内側掘削位置にして掘削するときの可動スポークのカッタービットの摩耗を抑制することができるので、可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えた際のカッターディスクの掘削性能の回復の度合いを大きくすることができ、シールド掘進機の掘進可能距離を一層延ばすことができる。
【００４９】
請求項４の発明によれば、複数のカッタースポークの各々が、センタ部材に対して半径方向へ位置切換え可能な可動カッタースポークに構成され、各可動カッタースポークは、前記センタ部材の外周からカッターディスクの外周までの長さの約半分の長さの且つ複数のカッタービットが付設された可動スポーク部材を有し、各可動スポーク部材を、トンネルの中心側部分を掘削する内側掘削位置から、トンネルの外周側部分を掘削する外側掘削位置へ又は外側掘削位置から内側掘削位置へ切換え可能な第２位置切換え手段を設けたので、次の効果を奏する。
【００５０】
トンネルを掘削していき、トンネル外周側部分を掘削していたカッタービットが磨耗した際には、第２位置切換え手段により、内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換え、外側掘削位置にあった可動スポーク部材を内側掘削位置に切換える。それ故、この位置切換え後は、中心側を掘削していて摩耗度合いの少ないカッタービットによって、トンネルの外周側を掘削することになるので、カッタービット交換をすることなく、カッターディスクの掘削性能を回復させ、掘削能率を高め、シールド掘進機の掘進可能距離を延長できる。
【００５１】
請求項５の発明よれば、基本的に請求項４と同様の効果を奏するが、４本の可動カッタースポークのうちの１対の第１可動カッタースポークの可動スポーク部材を内側掘削位置にし、１対の第２可動カッタースポークの可動スポーク部材を外側掘削位置にした状態でトンネルを所定長さ又は所定期間掘削後、第２位置切換え手段により内側掘削位置にあった可動スポーク部材を外側掘削位置に切換えるので、トンネルの外周側部分を掘削したカッタービットがある程度摩耗した時点で、それらのカッタービットを内側掘削位置に切換え、トンネルの中心側を掘削したカッタービットを外側掘削位置に切換えて、カッターディスクの掘削性能を回復することができる。そのため、全部のカッタービットがほぼ均一に十分摩耗するまで使用できるため、カッタービットに必要なコストを低減することができる。
【００５２】
請求項６の発明によれば、第１，第２位置切換え手段は、テレスコピック式油圧シリンダにより可動スポーク部材の位置を切換える構成であるので、油圧シリンダの長さの割りに大きなストロークを達成でき、第１，第２位置切換え手段を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のカッタービット移動式掘進機の縦断面図である。
【図２】カッターディスク（可動スポーク部材を内側掘削位置にした状態）の正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ　−ＩＩＩ　線断面図である。
【図４】（ａ）は２段式テレスコピック式油圧シリンダ（ロッド退入状態）を示す図、（ｂ）は同油圧シリンダ（ロッド伸長状態）を示す図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ　線断面図である。
【図６】カッターディスク（可動スポーク部材を外側掘削位置にした状態）の正面図である。
【図７】図６のＶＩＩ　−ＶＩＩ　線断面図である。
【図８】変更形態に係るカッターディスクの断面図であって図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図に相当する図である。
【図９】別変更形態に係るカッターディスクの正面図である。
【図１０】図９のカッターディスクの可動スポーク部材の位置を切換えた状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１　　　シールド掘進機
７　　　センタ部材
８　　　カッタースポーク
９，９Ａ，９Ｂ　　　カッターディスク
４４　　　固定カッタースポーク
４５，４５Ａ，４５Ｂ　　　可動カッタースポーク
４６　　　カッタービット
５２　　　可動スポーク部材
５３　　　テレスコピック式油圧シリンダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shield drilling machine capable of moving a cutter bit, and more particularly to a shield drilling machine capable of performing a long excavation without exchanging a cutter bit.
[0002]
2. Description of the Related Art A shield excavator excavates a shield tunnel (tunnel) such as a subway, a common ditch, and a water supply and sewage system. A shield excavator is a rotary machine for rotating a body member, a cutter disk, and a cutter disk. It has a drive mechanism, a plurality of shield jacks, earth discharging equipment or mud discharging equipment, an erector for lining a section. At the time of tunnel excavation, the cutter disc is rotated to excavate the face while generating the propulsion force for excavation with multiple shield jacks, and the mud excavated by the earth removal equipment is discharged, and one ring is excavated for one ring. And lining the inside of the tunnel.
[0003]
Since a large number of cutter bits attached to the cutter spokes of the cutter disk are damaged or worn during tunnel excavation, with a normal shield excavator, a large number of cutter bits of the cutter disk are excavated every 1-2 km. Need to be replaced. However, when replacing the cutter bit, the worker must freeze the face to suppress the seepage of groundwater, discharge the mud around the cutter disk and in the chamber, and then enter the cutter disk to replace the cutter bit. Do. In this case, replacing the cutter bit requires a great deal of labor, cost, and considerable work.
Therefore, recently, various techniques have been proposed in which a cutter bit can be easily replaced with a cutter disk or a related structure.
[0004]
For example, in the shield machine described in JP-A-4-24392, a rotatable spherical working chamber containing an excavator and a cutter is formed at the tip of the shield machine, and the cutter is located on the front surface during tunnel excavation. The spherical working chamber is arranged as described above, and when replacing the cutter bit, the spherical working chamber is turned over, the cutter is turned rearward, and the cutter bit is replaced.
In the shield machine disclosed in JP-A-6-117189, when replacing a cutter bit, an operator moves into a cutter spoke through a hollow shaft supporting a cutter disk and replaces the cutter bit.
[0005]
In the shield machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-350877, the cutter spokes of the cutter disk are configured to be rotatable around the axis thereof, and the cutter bits are provided in three rows on the outer peripheral surface of the cutter spokes. If is worn, rotate the cutter spokes about 120 degrees to project a new cutter bit forward. When replacing the cutter bit, a hydraulic torque wrench is set on the rotation drive unit of the cutter spoke protruding into the coring part at the center of the cutter disk, and the cutter spoke is rotated around its axis by the hydraulic torque wrench. .
[0006]
In the shield machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H4-224392, a spherical work chamber is provided at the tip of the shield machine, so that the length of the shield machine becomes longer and the spherical work chamber is rotated. A complicated mechanism is required.
The shield machine disclosed in JP-A-6-117189 requires a large hollow shaft and cutter spokes that can be inserted into the inside of the machine, and can be applied only to a large shield machine.
[0007]
In the shield machine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-35087, it is necessary for an operator to access the rotary drive unit through a communication pipe that connects the coring unit and the inside of the shield machine, so that only the large shield machine is used. Cannot be applied.
Here, in the cutter disk of the shield machine, since the peripheral speed on the outer peripheral side is higher than that on the center side, and since the outer peripheral excavation area is much wider than the central side excavation area, it is larger than the central side cutter bid. The outer cutter bit is much easier to wear. However, in the conventional shield machine, when replacing the cutter bits, almost all of the cutter bits of the cutter disk are simultaneously replaced uniformly, so that the cutter bits on the center side also replace the bits that can still be used. .
[0008]
An object of the present invention is to extend the excavation distance of a shield excavator by switching a cutter bit on the outer peripheral side of a cutter disk to a position on an outer peripheral side when a cutter bit on the outer peripheral side of a cutter disc is damaged or worn. An object of the present invention is to provide a shield excavator as described above.
[0009]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a shield machine capable of moving a cutter bit, comprising a cutter disk having a center member at a central portion and a plurality of cutter spokes connected to the center member. In the above, the plurality of cutter spokes includes a plurality of fixed cutter spokes fixed to a center member, and at least one movable cutter spoke that can be switched in position in a radial direction with respect to the center member. A movable spoke member approximately half as long as the fixed cutter spoke and provided with a plurality of cutter bits, wherein the movable spoke member is moved from an inner digging position where a central portion of the tunnel is digged to an outer peripheral portion of the tunnel. A first position switching means capable of switching to an outer digging position for digging is provided; Than it is.
[0010]
In this cutter bit movable shield excavator, when the cutter bit on the outer peripheral side of the fixed cutter spoke is worn, the movable spoke member of the movable cutter spoke is moved from the inner excavation position to the outer excavation position by the first position switching means. Switch. Therefore, when the cutter bit on the outer peripheral side of the tunnel of the fixed cutter spoke is worn, the outer peripheral side portion of the tunnel is excavated by the cutter bit of the movable spoke member of the movable cutter spoke that has excavated the central portion of the tunnel and has not been worn much. This makes it possible to recover the excavation performance of the entire cutter disc and greatly extend the excavable distance of the shield excavator only by switching the position of the movable spoke member without replacing the cutter bit.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a cutter bit movable shield excavator according to the first aspect, wherein a pair of fixed cutter spokes located on both sides of the center member and a pair of the fixed cutter spokes are orthogonal to the fixed cutter spokes. And after excavating a tunnel for a predetermined length or a predetermined period in a state where the movable spoke member of the pair of movable cutter spokes is held at the inner excavation position, the first position switching means A pair of movable spoke members are switched to an outer excavation position.
[0012]
Basically, the same effect as in claim 1 is obtained, but the structure of the cutter disk is simple because it has a pair of fixed cutter spokes and a pair of movable cutter spokes, and the movable spokes of the pair of movable cutter spokes are provided. After the tunnel is excavated for a predetermined length or a predetermined period while the members are held at the inner excavation position, the pair of movable spoke members are switched to the outer excavation position by the first position switching means. By switching the pair of movable spoke members to the outer excavation position at a point in time when is worn to some extent, the excavation performance of the cutter disk can be recovered. In addition, since the cutter bit is also provided at the center portion of the fixed cutter spoke, after the position of the movable spoke member is switched, the center bit of the tunnel is excavated by the cutter bit at the center portion of the fixed cutter spoke. become.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, the cutter bit of the pair of movable spoke members is retracted by a predetermined distance from the rotation path surface of the tip of the cutter bit of the fixed cutter spoke. It is characterized by being arranged at a position.
Since the cutter bit of the movable spoke member is disposed at a position retracted by a predetermined distance from the rotation locus plane of the tip of the cutter bit of the fixed cutter spoke, the movable spoke member is used when excavating the movable spoke member to the inside excavation position. The wear of the cutter bit can be suppressed, so that the degree of recovery of the excavation performance of the cutter disk when the movable spoke member is switched to the outer excavation position can be increased, and the excavation distance of the shield excavator can be further increased. Can be extended.
[0014]
5. The shielded cutter machine according to claim 4, further comprising a cutter disk having a center member at a central portion and a plurality of cutter spokes connected to the center member, wherein each of the plurality of cutter spokes is provided. However, the movable cutter spoke is configured to be movable in a radial direction with respect to the center member, and each of the movable cutter spokes has a length of about half of a length from the outer periphery of the center member to the outer periphery of the cutter disk. A movable spoke member provided with a plurality of cutter bits, wherein each of the movable spoke members is moved from an inner excavation position for excavating a central portion of the tunnel to an outer excavation position for excavating an outer peripheral portion of the tunnel or to an outer excavation position. A second position switching means capable of switching from the position to the inner excavation position is provided.
[0015]
In this cutter bit movable shield excavator, the tunnel is excavated, and when the cutter bit excavating the outer peripheral side portion of the tunnel is worn, the movable position at the inner excavation position is determined by the second position switching means. The spoke members are switched to the outer digging position, and the movable spoke members located at the outer digging position are switched to the inner digging position. Therefore, after the position switching as described above, the outer peripheral portion of the tunnel is excavated by a cutter bit having a small degree of wear while excavating the central portion of the tunnel, so that the cutter bit is not replaced. In addition, the excavation performance of the cutter disc can be restored, and the excavation distance of the shield excavator can be extended.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a cutter bit movable type shield excavator having four movable cutter spokes, and a pair of movable cutter spokes located on both sides of a center member of the movable cutter spokes. The tunnel is excavated for a predetermined length or for a predetermined period while the movable spoke member of the first movable cutter spoke is held at the inside excavation position and the movable spoke members of the remaining pair of second movable cutter spokes are held at the outside excavation position. Thereafter, the movable spoke members of the pair of first movable cutter spokes are switched to the outer digging position and the movable spoke members of the pair of second movable cutter spokes are switched to the inner digging position by the second position switching means. It is assumed that.
[0017]
Basically, the same operation as that of claim 4 is achieved, except that four movable cutter spokes are provided, the movable spoke members of the pair of first movable cutter spokes are set to the inner excavation position, and the pair of second movable cutters are set. After excavating the tunnel for a predetermined length or for a predetermined period with the movable spoke members of the spokes at the outer excavation position, the movable spoke members at the inner excavation position are switched to the outer excavation position by the second position switching means. When the cutter bits excavated on the side portions are sufficiently worn, the cutter bits are switched to the inner excavation position, and the cutter bits excavated on the central portion of the tunnel are switched to the outer excavation position, thereby improving the excavation performance of the cutter disc. You can recover. In this way, all the cutter bits can be used until they are worn substantially uniformly and sufficiently, so that the cost required for the cutter bits can be reduced.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, the first and second position switching means switches the position of the movable spoke member by a telescopic hydraulic cylinder. It is a feature.
Since the first and second position switching means are configured to switch the position of the movable spoke member by the telescopic hydraulic cylinder, a large stroke can be achieved in proportion to the length of the hydraulic cylinder, and the first and second position switching means can be used. The size can be reduced.
[0019]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the overall structure of the shield machine will be described. Note that the front, rear, left and right in the direction of the excavation of the shield machine are referred to as front, rear, left and right.
As shown in FIG. 1, a cutter bit movable shield excavator 1 (hereinafter referred to as a shield excavator) includes a trunk member 2 including a front trunk member 2a and a rear trunk member 2b, and a portion near a front end of the front trunk member 2a. The partition wall 3 fixed inside and partitions the rear end of the chamber 4, the chamber 4, a plurality of shield jacks 5 for generating digging thrust, and a plurality of for changing the direction of the front trunk member 2 a to the left and right with respect to the rear trunk member 2 b. The center bending jack 6, a cutter disk 9 for excavating a face, a cutter driving mechanism 10 for driving the cutter disk 9, a rotary joint 11 for a passage of a liquid supplied to the cutter disk 9, and for discharging mud in the chamber 4. And an erector 13 for lining the segment 16 on the inner surface of the tunnel.
[0020]
The body member 2 is a tubular body that covers the entire shield machine 1 and is connected to the front body member 2a via a center bent portion 15 and a center bent jack 6 at the rear end of the front body member 2a. And a rear trunk member 2b. A tail seal 17 that seals between the rear body member 2b and the segment 16 is provided on the inner peripheral portion on the rear end side of the rear body member 2b.
An inwardly projecting ring web 18 and brackets 19a, 19b are provided inside the body member 2, a plurality of shield jacks 5 are fixed to the ring web 18, and a plurality of half-fold jacks 6 are attached to the brackets 19a, 19b. Are linked.
[0021]
A partition 3 orthogonal to the tunnel axis is provided inside the vicinity of the front end of the body member 2, and the partition 3 partitions the rear end of the chamber 4. A main shaft 21 extending rearward from the center of the cutter disk 9 penetrates the partition wall 3 and rotatably supports the cutter disk 9. The partition 3 is also provided with an open manhole 22 for an operator to enter and exit the chamber 4.
[0022]
A plurality (for example, 10) of shield jacks 5 are arranged at appropriate intervals in the circumferential direction, and each of the shield jacks 5 is arranged so that the rod 25 expands and contracts rearward, and is fixed through the ring web 18. I have. An eccentric fitting 26 is connected to the rear end of the rod 25 of each shield jack 5, and a spreader 27 is pin-connected to a hemispherical recess of the eccentric fitting 26. At the time of tunnel excavation, a plurality of spreaders 27 are brought into contact with the front end of the segment 16 lining the inner surface of the tunnel to take a reaction force and excavate with the propulsive force of the plurality of shield jacks 5.
[0023]
Although a plurality (for example, four) of the middle folding jacks 6 are shown at the top in FIG. 1 for convenience, they are actually arranged on the left and right side surfaces of the trunk member 2 and are fixed to the inner peripheral surface of the trunk member 2. Are connected to the brackets 19a and 19b by vertical pins.
The earth discharging facility 12 discharges excavated mud in the chamber 4 to the outside by a screw conveyor 31 and a belt conveyor in a tunnel. The screw conveyor 31 has a spiral auger 32 that is rotationally driven by a drive motor 31a, sucks up mud by the auger 32 that is rotationally driven, and discharges the mud from the opening / closing gate to a belt conveyor that extends rearward in the tunnel.
[0024]
The erector 13 includes an erector frame 34 rotatably supported by a support roller 33, an erector main body 35, an erector drive motor 36 for rotating and driving the erector frame 34, and the like. Each time the shield machine 1 excavates one ring by the erector 13, a segment 16 for one ring is laid on the inner surface of the tunnel while excavation is stopped.
[0025]
The cutter drive mechanism 10 includes a gear case 37 fixed to the rear surface of the partition wall 3, a cutter drive motor 38, the main shaft 21, and the like. A ring gear connected to the main shaft 21 is provided in the gear case 37. The plurality of cutter drive motors 38 are attached to the rear surface of the gear case 37, and the pinions at the ends of the output shafts of the respective cutter drive motors 38 are meshed with the ring gear, and the rotational driving force of the plurality of cutter drive motors 38 is transmitted via the pinion and the ring gear. The power is transmitted to the main shaft 21.
[0026]
The rotary joint 11 is provided with a plurality of oil passages and grease passages for supplying and discharging hydraulic pressure to a hydraulic cylinder and the like of the cutter disk 9, a passage for a muddy agent supplied to a nozzle of the cutter disk 9, and the like. Although not shown, a rear bogie provided behind the shield machine 1 is provided with a hydraulic supply source, a mudifier supply source, a power supply, and the like.
[0027]
Next, the cutter disk 9 having a structure unique to the present application will be described.
As shown in FIG. 2, the cutter disk 9 has a center member 7 at its center, four cutter spokes 8 extending radially from the center member 7, a fish tail bit 41 at a front surface of the center member 7, and an outer periphery. The outer peripheral ring 42 of the portion is provided. One cutter spoke and the center member 7 are formed with a mud dispensing port 43a, 43b for discharging mud supplied from a mud supply source provided on the rear bogie.
[0028]
The cutter spokes 8 are a pair of fixed cutter spokes 44 located on both sides of the center member 7, and are positioned orthogonally to the fixed cutter spokes 44 and are radially switched with respect to the center member 7. A movable cutter spoke 45 is provided, and a plurality of cutter bits 46 are attached to the front surface of each fixed cutter spoke 44.
[0029]
The outer circumferential end of the fixed cutter spoke 44 reaches the outer ring 42 and is fixed to the outer ring 42, and the pair of fixed cutter spokes 44 is reinforced by the outer ring 42. Inside the pair of fixed cutter spokes 44, there are provided a copy cutter 47 for excavating the outer peripheral side to enlarge the tunnel diameter when changing the excavation direction, and a hydraulic cylinder 48 for driving the copy cutter 47 to expand and contract. Have been.
[0030]
As shown in FIGS. 3 to 5, a pair of movable cutter spokes 45 are disposed on both sides of the center member 7 and extend in the radial direction, and each movable cutter spoke 45 is fixed to the center member 7 and fixed to the fixed member. A spoke base member 51 having a length approximately half that of the spokes 44, a movable spoke member 52 slidably fitted to the spoke base member 51, and a two-stage telescopic type provided inside the spoke base member 51. It is composed of a hydraulic cylinder 53 (corresponding to a first position switching means) and the like. A plurality of cutter bits 46 are attached to the front surface of the movable spoke member 52.
[0031]
The movable spoke member 52 can be switched by a hydraulic cylinder 53 from an inner excavation position where the central portion of the tunnel is excavated to an outer excavation position where the outer peripheral portion of the tunnel is excavated. At the tip of the movable spoke member 52, there is provided an engagement recess 54 with which the projection 42a of the outer peripheral ring 42 engages. When the movable spoke member 52 is switched to the outer excavation position, the engagement recess 54 is formed on the engagement recess 54. And the movable cutter spoke 45 is reinforced by the outer peripheral ring 42.
[0032]
At the time of tunnel excavation, the peripheral speed of the outer peripheral portion of the cutter disc 9 is much higher than the peripheral speed of the central portion, and the excavation area excavated at the outer peripheral portion of the cutter disc 9 is larger than the excavation area excavated at the central side portion. Is also much larger. Therefore, the outer cutter bit 46 is much more likely to be worn than the center cutter bit 46.
[0033]
Therefore, the spoke base material 51 and the movable spoke member 52 of the movable spoke member 52 are about half the length of the fixed cutter spoke 44, that is, about half the length from the outer periphery of the center member 7 to the outer periphery of the cutter disk 9. Until the tunnel is excavated for a predetermined length (for example, a predetermined length in the range of 1 to 2 km) or for a predetermined period (for example, about 2 months), the movable spoke member 52 is configured as shown in FIGS. As shown in the figure, the tunnel is held at the inner excavation position where the central portion of the tunnel is excavated. In this state, as shown in FIG. 4A, the rods 53a and 53b of the hydraulic cylinder 53 maintain the retracted state.
[0034]
After excavating the tunnel for the predetermined length or the predetermined period, the movable spoke member 52 is switched to the outer excavation position by the hydraulic cylinder 53, as shown in FIGS. Is used for excavation of the outer peripheral side portion of the tunnel. In this state, as shown in FIG. 4B, the rods 53a and 53b of the hydraulic cylinder 53 maintain the extended state. The outer peripheral ring 42 has a ring shape surrounding the outer periphery of the cutter disk 9, and a pair of projections 42 a corresponding to the movable spoke members 52 is provided on the inner peripheral portion of the outer peripheral ring 42. Are provided with four protective cutters 56.
[0035]
The operation of the shield machine 1 described above will be described.
In this shield machine 1, from the start of tunnel excavation to the excavation of the tunnel for the predetermined length or the predetermined period, as shown in FIG. When the cutter bit 46 on the outer peripheral side of the fixed cutter spoke 44 wears to reduce the excavation performance when the tunnel is excavated for a predetermined length or for a predetermined period, as shown in FIG. By switching the 52 to the outer excavation position by the hydraulic cylinder 53, the outer peripheral side portion of the tunnel is excavated by the cutter bit 46 attached to the movable spoke member 52 and having little wear, and the cutter bit 46 of the shield machine 1 is exchanged. The digging performance of the cutter disk 9 can be restored only by switching the position of the movable spoke member 52 without performing Increase the drilling efficiency, it can allow a more long-distance excavation.
[0036]
As described above, since the cutter bit 46 of the movable spoke member 52 positioned at the center side of the tunnel and the cutter bit 46 having little wear is effectively used to recover the excavation performance, the cutter bit 46 is hardly worn as in the related art. The waste of replacing and discarding the unused cutter bit 46 can be eliminated, and the cost for the cutter bit 46 can be reduced.
While the movable spoke member 52 is held at the inner excavation position, the plurality of cutter bits 46 of the movable spoke member 52 also contribute to excavation, so that the wear of the cutter bit 46 on the center side of the fixed cutter spoke 44 is reduced. As a result, the excavation performance of the cutter bit 46 at the center of the fixed cutter spoke 44 can be ensured even after the movable spoke member 52 is switched to the outer excavation position.
[0037]
Moreover, since the cutter disk 9 has a pair of fixed cutter spokes 44 and a pair of movable cutter spokes 45, the structure of the cutter disk 9 itself is simple, and the position of the pair of movable spoke members 52 is switched. Since the structure is relatively simple, it is advantageous in terms of equipment cost. Further, since the telescopic hydraulic cylinder 53 has a simple structure and can be miniaturized, it can be applied to both small-diameter shield excavators and large-diameter shield excavators.
[0038]
A description will be given of a modified form in which the embodiment is partially modified.
As shown in FIG. 8, the cutter disk 9A includes a pair of fixed cutter spokes 44 and a pair of movable cutter spokes 45 similarly to the cutter disk 9, and each movable cutter spoke 45 has the same movable cutter spoke 45 as described above. A spoke member 52 and a hydraulic cylinder 53 are provided. Here, in order to preserve the cutter bit 46 attached to the pair of movable spoke members 52 as much as possible, the cutter bit 46 of the pair of movable spoke members 52 is rotated by the rotation path surface of the tip of the cutter bit 46 of the fixed cutter spoke 44. It is disposed at a position retracted a predetermined distance D (for example, 20 mm).
[0039]
Therefore, when the pair of movable spoke members 52 excavate the center side portion of the tunnel at the inner excavation position, the cutter bit 46 at the center side of the fixed cutter spoke 44 mainly performs excavation. Wear of the cutter bit 46 of the member 52 can be suppressed, and the degree of recovery of excavation performance after switching the movable spoke member 52 to the outer excavation position can be increased.
[0040]
A description will be given of another modification in which the above-described embodiment is partially modified.
As shown in FIGS. 9 and 10, this cutter disc 9B is provided with the pair of movable cutter spokes 45 instead of the pair of fixed cutter spokes 44 of the cutter disc 9 and the pair of copy cutter spokes 57. It has a structure additionally provided. Note that the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment, and the description is omitted. The pair of copy cutter spokes 57 are disposed on both sides of the center member 7 linearly and at an angle of about 45 degrees with the movable cutter spoke 45. The proximal end of each copy cutter spoke 57 is fixed to the center member 7, the distal end is fixed to the outer peripheral ring 42, and the proximal end portion of the copy cutter spoke 57 has a small diameter rod shape to prevent interference with the movable cutter spoke 45. Is formed. Each copy cutter spoke 57 is provided with a copy cutter 47 that can be advanced and retracted by a hydraulic cylinder therein.
[0041]
In the cutter disk 9B, each of the plurality of cutter spokes 8 is configured as a movable cutter spoke 45 that can be switched in position in the radial direction with respect to the center member 7. It has a spoke base material 51 and a movable spoke member 52 having a length approximately half the length up to the outer circumference of the cutter disk 9B, and the movable spoke member 52 is provided with a plurality of cutter bits 46. Position switching means for switching each movable spoke member 52 from an inner digging position for digging a central portion of the tunnel to an outer digging position for digging the outer peripheral portion of the tunnel or from an outer digging position to an inner digging position is also provided. is there.
[0042]
In the shield machine 1, from the start of tunnel excavation to the excavation of the tunnel for a predetermined length or a predetermined period, the movable cutter spoke 45 is positioned on both sides of the center member 7 as shown in FIG. The excavation is performed by holding the movable spoke members 52 of the pair of first movable cutter spokes 45A at the inner excavation position and holding the movable spoke members 52 of the remaining pair of second movable cutter spokes 45B at the outer excavation position.
[0043]
The tunnel was excavated for a predetermined length or for a predetermined period, and the wear of the cutter bit 46 of the movable spoke member 52 at the outer excavation position (the movable spoke member 52 of the second movable cutter spoke 45B) progressed to some extent, making it difficult to excavate. In some cases, as shown in FIG. 10, the movable spoke members 52 of each first movable cutter spoke 45A are moved by a two-stage telescopic hydraulic cylinder 53 (corresponding to a second position switching means) provided in the spoke base material 51. In addition to switching to the outer excavation position where the outer peripheral side of the tunnel is excavated, the movable spoke member 52 of each second movable cutter spoke 45B is moved to the tunnel center side by a two-stage telescopic hydraulic cylinder 53 provided in the spoke base material 51. Switch to the inner excavation position to excavate the part, resume tunnel excavation in that state, excavate the tunnel Go.
[0044]
In this shield machine, the tunnel is excavated, and when the cutter bit 46 excavating the outer peripheral side of the tunnel is worn, the movable spoke member 52 at the inner excavation position is switched to the outer excavation position, and the outer excavation position is changed. The movable spoke member 52 at the excavation position is switched to the inner excavation position. Therefore, after the position is switched, the outer peripheral side of the tunnel is excavated by the cutter bit 46 which is excavated on the center side and has a small degree of wear, so that the cutter disc 9B is not replaced without exchanging the cutter bit 46. The excavation performance of the excavator can be restored, the excavation efficiency can be increased, and the excavable distance of the shield excavator can be extended. Moreover, since all the cutter bits 46 can be used until they are almost uniformly and sufficiently worn, the cost required for the cutter bits 46 can be reduced.
[0045]
Note that the cutter bit movable shield excavator of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes such as the number of fixed cutter spokes and movable cutter spokes may be made without departing from the scope of the present invention. Can of course be added.
[0046]
According to the first aspect of the invention, when the cutter bit on the outer peripheral side of the fixed cutter spoke is worn, the movable spoke member is switched from the inner excavation position to the outer excavation position by the first position switching means. Therefore, when the cutter bit of the fixed cutter spoke on the outer peripheral side of the tunnel is worn, it is possible to excavate the central part of the tunnel and excavate the outer peripheral part of the tunnel with the cutter bit of the movable spoke member which is not much worn. Therefore, only by switching the position of the movable spoke member without replacing the cutter bit, the excavation performance of the entire cutter disk can be recovered, the excavation efficiency can be increased, and the excavation distance of the shield excavator can be greatly extended.
[0047]
According to the second aspect of the present invention, basically the same effects as those of the first aspect are obtained, but the structure of the cutter disk is simple because it has a pair of fixed cutter spokes and a pair of movable cutter spokes, and After excavating the tunnel for a predetermined length or a predetermined period while holding the movable spoke members of the pair of movable cutter spokes at the inner excavation position, the pair of movable spoke members is switched to the outer excavation position by the first position switching means, so that the fixed By switching the pair of movable spoke members to the outer excavation position when the cutter bit on the outer peripheral side of the cutter spoke is worn to some extent, the excavation performance of the cutter disc can be recovered.
[0048]
According to the third aspect of the present invention, since the cutter bit of the pair of movable spoke members is disposed at a position retracted by a predetermined distance from the rotation path surface of the tip of the cutter bit of the fixed cutter spoke, the movable spoke member is provided. When the movable spoke member is switched to the outer digging position, the degree of recovery of the digging performance of the cutter disk is increased because the wear of the cutter bit of the movable spoke can be suppressed when the digging is performed at the inner digging position. Therefore, the excavable distance of the shield excavator can be further extended.
[0049]
According to the invention of claim 4, each of the plurality of cutter spokes is configured as a movable cutter spoke that can be switched in position in the radial direction with respect to the center member, and each movable cutter spoke is provided with a cutter disk from the outer periphery of the center member. A movable spoke member approximately half the length to the outer circumference of the tunnel and having a plurality of cutter bits attached thereto. Since the second position switching means capable of switching from the outer excavation position to excavate the outer peripheral side portion or from the outer excavation position to the inner excavation position is provided, the following effects are obtained.
[0050]
When the tunnel is excavated and the cutter bit excavating the outer peripheral side portion of the tunnel becomes worn, the movable spoke member at the inner excavation position is switched to the outer excavation position by the second position switching means, and the outer excavation is performed. The movable spoke member located at the position is switched to the inside excavation position. Therefore, after this position switching, the outer peripheral side of the tunnel is excavated by the cutter bit that is excavated on the center side and has a low degree of wear, so that the excavation performance of the cutter disc can be improved without changing the cutter bit. Recover, increase drilling efficiency and extend the range of shield drilling machines.
[0051]
According to the fifth aspect of the invention, basically the same effect as in the fourth aspect is obtained, but the movable spoke members of the pair of first movable cutter spokes of the four movable cutter spokes are set to the inner excavation position, and After excavating the tunnel for a predetermined length or a predetermined period with the movable spoke member of the pair of second movable cutter spokes at the outer excavation position, the movable spoke member at the inner excavation position is moved to the outer excavation position by the second position switching means. When the cutter bits excavated on the outer peripheral side of the tunnel are worn to some extent, the cutter bits are switched to the inner excavation position, and the cutter bits excavated on the center side of the tunnel are switched to the outer excavation position, and the cutter disk is switched. Excavation performance can be restored. Therefore, since all the cutter bits can be used until they are worn almost uniformly and sufficiently, the cost required for the cutter bits can be reduced.
[0052]
According to the invention of claim 6, since the first and second position switching means are configured to switch the position of the movable spoke member by the telescopic hydraulic cylinder, a large stroke can be achieved in proportion to the length of the hydraulic cylinder, The first and second position switching means can be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cutter bit movable excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a cutter disk (a state in which a movable spoke member is at an inner excavation position).
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
4A is a diagram illustrating a two-stage telescopic hydraulic cylinder (rod retracted state), and FIG. 4B is a diagram illustrating the hydraulic cylinder (rod extended state).
FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG. 3;
FIG. 6 is a front view of a cutter disk (in a state where a movable spoke member is at an outer excavation position).
FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view of a cutter disk according to a modified embodiment, corresponding to a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. 2;
FIG. 9 is a front view of a cutter disk according to another modification.
FIG. 10 is a front view showing a state where the position of a movable spoke member of the cutter disk of FIG. 9 is switched.
[Explanation of symbols]
1 shield machine
7 Center member
8 cutter spokes
9,9A, 9B Cutter disk
44 Fixed cutter spoke
45, 45A, 45B Movable cutter spoke
46 cutter bit
52 movable spoke members
53 Telescopic Hydraulic Cylinder

Claims

In a shield machine including a cutter disk having a center member at a center and a plurality of cutter spokes connected to the center member,
The plurality of cutter spokes includes a plurality of fixed cutter spokes fixed to a center member, and at least one movable cutter spoke that can be radially switched with respect to the center member,
The movable cutter spoke has a movable spoke member approximately half as long as the fixed cutter spoke and provided with a plurality of cutter bits.
A movable cutter bit provided with first position switching means capable of switching the movable spoke member from an inner excavation position for excavating a central portion of the tunnel to an outer excavation position for excavating an outer peripheral portion of the tunnel. Shield machine.

It has a pair of fixed cutter spokes located on both sides of the center member, and a pair of movable cutter spokes positioned orthogonal to these fixed cutter spokes,
The tunnel is excavated for a predetermined length or a predetermined period while the movable spoke members of the pair of movable cutter spokes are held at the inner excavation position, and then the pair of movable spoke members are switched to the outer excavation position by the first position switching means. The movable shield bit machine according to claim 1, wherein the cutter bit is movable.

The cutter bit movement according to claim 2, wherein the cutter bit of the pair of movable spoke members is disposed at a position retracted by a predetermined distance from a rotation trajectory surface of the tip of the cutter bit of the fixed cutter spoke. Type shield machine.

In a shield machine including a cutter disk having a center member at a center and a plurality of cutter spokes connected to the center member,
Each of the plurality of cutter spokes is configured as a movable cutter spoke that can be position-switched in a radial direction with respect to a center member,
Each of the movable cutter spokes has a movable spoke member having a length of about half the length from the outer periphery of the center member to the outer periphery of the cutter disk and having a plurality of cutter bits attached thereto,
A second position switching means capable of switching each of the movable spoke members from an inner digging position for digging a central portion of the tunnel to an outer digging position for digging an outer peripheral portion of the tunnel or from an outer digging position to an inner digging position; A movable shield bit machine provided with a cutter bit.

It has four movable cutter spokes, and the movable spoke members of a pair of first movable cutter spokes located on both sides of the center member among the movable cutter spokes are held at the inner excavation position and the remaining The tunnel is excavated for a predetermined length or for a predetermined period while the movable spoke members of the pair of second movable cutter spokes are held at the outer excavation positions, and then the second position switching means moves the movable spokes of the pair of first movable cutter spokes. The cutter bit movable shield machine according to claim 4, wherein the member is switched to an outer excavation position, and the movable spoke members of the pair of second movable cutter spokes are switched to an inner excavation position.

The cutter bit moving type shield excavator according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second position switching means switch the position of the movable spoke member by a telescopic hydraulic cylinder.