JP2004092141A - Tunnel excavation machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスクカッタを交換可能とした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は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転可能な円盤形状をなすカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドにはディスクカッタやカッタビットが多数取付けられる一方、後部には掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共に、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの掘削反力を得て掘削機本体が前進し、ディスクカッタやカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。
【0003】
近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットが摩耗してしまう。このディスクカッタやカッタビットが摩耗すると、地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各カッタを交換しなければならない。ところが、このカッタの交換作業は、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出し、この空間に空気を供給して圧気することで、切羽の崩落を抑制した状態で、作業者がこの圧気空間に入ってディスクカッタやカッタビットの交換作業を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなカッタの交換作業では、泥水や掘削土砂の排出や圧気を行うための作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者は作業空間を圧気したといっても地震等により切羽が崩落する虞があり、更なる作業者の安全確保が望まれている。
【0005】
そこで、本出願人は、特願2000−349128「トンネル掘削機」として、ディスクカッタを回転体に装着し、この回転体をカッタヘッドのスポークに回動自在に装着し、ディスクカッタが磨耗したときには、回転体を回動してディスクカッタを後方に向け、カッタヘッドの交換室からこのディスクカッタを交換するようにしたもので出願している。ところが、カッタヘッドはディスクカッタを切羽に押し付けることで、岩盤を破砕しており、ディスクカッタの装着部には掘削土砂が付着しやすい。そのため、ディスクカッタの装着部に付着した掘削土砂により磨耗したディスクカッタの着脱が困難となってしまう。
【0006】
本発明はこのような問題を解決するものであって、ディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ったトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【0007】
【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、筒状をなす掘削機本体と、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たカッタヘッドと、該カッタヘッドに放射状に取付けられたカッタスポークと、該カッタスポークの前部に掘進方向と交差する軸心をもって回動自在に装着された回転体と、該回転体を所定角度回動する回動手段と、前記カッタヘッドから前方に突出するように前記回転体に着脱自在に装着されたディスクカッタと、該ディスクカッタの装着部に付着した土砂を排除する土砂排除手段とを具えたことを特徴とするものである。
【0008】
請求項2の発明のトンネル掘削機では、前記土砂排除手段は、前記回転体と前記ディスクカッタとの隙間に対して水を噴射する噴射ノズルを有することを特徴としている。
【0009】
請求項3の発明のトンネル掘削機では、前記ディスクカッタの装着部から前記カッタスポークの側方に貫通する土砂排出路が設けられ、前記噴射ノズルは前記カッタスポークに装着されて該土砂排出路を通して水を噴射することを特徴としている。
【0010】
請求項4の発明のトンネル掘削機では、前記土砂排出路は前記ディスクカッタの装着部から前記カッタスポークの両側方に貫通して形成され、該各土砂排出路に対応して前記噴射ノズルが設けられたことを特徴としている。
【0011】
請求項5の発明のトンネル掘削機では、前記カッタスポークにその長手方向に沿って前記ディスクカッタが複数着脱自在に装着され、該複数のディスクカッタに対応して前記噴射ノズルが複数設けられる一方、前記掘削機本体に水供給手段が設けられ、該水供給手段から延出された給水管が分岐して開閉弁を介して前記各噴射ノズルに連結されたことを特徴としている。
【0012】
請求項6の発明のトンネル掘削機では、前記回転体に前記ディスクカッタの装着部に貫通する取付孔が形成され、該取付孔に前記噴射ノズルが着脱自在に装着されたことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1に本発明の第1実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図2にトンネル掘削機の正面視、図3にディスクカッタの正面視、図4に図3のIV−IV断面、図5にディスクカッタの交換作業を表す概略を示す。
【0015】
本実施形態のトンネル掘削機において、図1及び図2に示すように、掘削機本体11は円筒形状をなす前胴12と後胴13とが屈曲自在に連結され、複数の中折ジャッキ14によって屈曲可能となっている。この前胴12の前部には軸受15によって回転リング16が回転自在に支持され、この回転リング16には連結ビーム17を介してカッタヘッド18が連結されている。このカッタヘッド18は、放射状に設けられた複数のカッタスポーク19,20,21と面板22を有し、このカッタスポーク19,20,21の前面には複数のディスクカッタ23,24,25がそれぞれ着脱自在に装着されている。また、各カッタスポーク19,20,21の側部には多数のカッタビット26が固定されると共に、面板22に土砂取込開口27が形成されている。
【0016】
また、回転リング16の後部にはリングギア28が固定される一方、掘削機本体11にはカッタ旋回モータ29が取付けられ、このカッタ旋回モータ29の駆動ギア30がこのリングギア28に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ29を駆動して駆動ギア30を回転駆動すると、リングギア28、回転リング16、連結ビーム17を介してカッタヘッド18を回転することができる。
【0017】
また、前胴12の前部にはカッタヘッド18の後方に位置してバルクヘッド31が取付けられており、カッタヘッド18とこのバルクヘッド31との間にチャンバ32が形成されている。そして、このチャンバ32の上部には一端が機外に延設された送泥管33の他端が開口し、チャンバ32の下部には一端が機外に延設された排泥管34の他端が開口している。更に、後胴13の前部内周辺に周方向に沿って複数のシールドジャッキ(推進ジャッキ)35が並設されており、このシールドジャッキ35を後方に伸長してスプレッダ36を既設セグメントSに押し付けることで、その反力により掘削機本体11を前進することができる。また、後胴13には既設トンネルの内壁面にこのセグメントSを組立てるエレクタ装置37が設けられている。
【0018】
ところで、本実施形態のトンネル掘削機にあっては、前述したカッタヘッド18のカッタスポーク19に装着されたディスクカッタ23が掘削機本体11側から交換可能となっている。即ち、トンネルを所定長さ掘削してディスクカッタ23が摩耗したときや、シートパイルやH型鋼杭、鉄筋コンクリート杭などに障害物に接触して破損したときには、この摩耗あるいは破損したディスクカッタ23を新しいものと交換して掘削作業を継続することができる。
【0019】
上述したカッタヘッド18において、図1乃至図4に示すように、カッタスポーク19はカッタヘッド18の中心部から放射状に配設された箱型形状をなし、前部にディスクカッタ収納室41が設けられる一方、後部にカッタ交換室42が設けられており、両室41,42はゲート40により連通可能となっている。このカッタスポーク19のディスクカッタ収納室41には長手方向に沿ってサドル43が嵌合して固定されており、このサドル43には円弧状の回転支持部44が形成されると共に、この回転支持部44の前方に突出開口部45が形成されている。そして、このサドル43内には回転体46が嵌合し、弧状の外周面が回転支持部44に支持されて複数のシール部材47を介して回動自在となっている。
【0020】
この回転体46の前側には装着開口部48が形成されており、この装着開口部48にディスクカッタ23が収容され、この装着開口部48の各側壁49に切欠部50が形成されており、この切欠部50にディスクカッタ23の支持軸23aが位置して係止片51が固定ボルト52により固定されることで、支持軸23aが係止されてディスクカッタ23が回転体46に支持されることとなる。従って、回転体46はカッタヘッド18の中心から放射方向に沿った軸心O1 により回動自在に支持され、ディスクカッタ23はこの回転体46の回転軸心O1 と平行な軸心O2 により回転自在に支持される。なお、本実施形態では、1つの回転体46に2つのディスクカッタ23を装着したが、1つの回転体46に1つあるいは3つ以上のディスクカッタ23を装着してもよい。
【0021】
また、カッタヘッド18にはディスクカッタ23が破砕あるいは掘削した土砂を土砂取込開口27を介してチャンバ32に取り込む土砂排出路53が設けられている。即ち、回転体46には装着開口部48から側方に貫通して左右の土砂流通孔54が形成されており、各土砂流通孔54はカッタスポーク19の側部に形成された土砂排出開口部55に連通している。従って、土砂排出路53は、カッタスポーク19の突出開口部45と、回転体46の装着開口部48及び左右の土砂流通孔54と、カッタスポーク19の左右の土砂排出開口部55とから構成されている。
【0022】
そして、回転体46の側部には軸心O1 と同心のピニオン56が一体に形成され、カッタスポーク19には油圧ジャッキ57が装着され、駆動ロッド58にはラック59が固結され、このラック59がピニオン56に噛み合っている。従って、この油圧ジャッキ57を伸縮してラック59を移動することで、ピニオン56を介して回転体46を正逆回転することができる。この場合、ディスクカッタ23が前側を向くと、突出開口部45と装着開口部48と土砂流通孔54と土砂排出開口部55とが連通し、油圧ジャッキ57により回転体46を180度回動してディスクカッタ23が後側を向くと、突出開口部45が回転体46によって遮蔽されると共に土砂流通孔54が遮断されるようになっている。
【0023】
また、カッタスポーク19のサドル43には、土砂排出路53に対応してディスクカッタ23の装着部に付着した掘削土砂を排除する土砂排除手段としての水噴射ノズル61が設けられている。この水噴射ノズル61はカッタスポーク19の各側部に形成された左右の土砂排出開口部55の後方に位置してそれぞれ取付けられ、左右の土砂流通孔54を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に対して水を噴射することができる。
【0024】
この水噴射ノズル61はカッタスポーク19に装着された各ディスクカッタ23に対応して複数設けられており、ディスクカッタ収納室41内の各水噴射ノズル61から第1給水管62がそれぞれカッタ交換室42に配管され、各第1給水管62には遠隔により独立して開閉操作可能な電磁弁(開閉弁)63が取付けられている。第2給水管64はカッタ交換室42内を長手方向に沿って配管され、一端部が分岐して各第1給水管62に連結される一方、他端部は支持筒65内を通り、ロータリジョイント65と共に設けられたスイベルジョイント66を介して掘削機本体11内に配管され、この掘削機本体11内に配置された水供給手段としての水供給ポンプ67に連結されている。
【0025】
従って、水供給ポンプ67を駆動すると、水が第2給水管64によりカッタヘッド18内に供給され、各電磁弁63を開放することで、各水噴射ノズル61から左右の土砂排出開口部55及び土砂流通孔54を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に対して水を噴射することで、ここに付着した掘削土砂を取り除くことができる。
【0026】
なお、回転体46はディスクカッタ23が前側を向いた位置にて、図示しない固定ボルトによりカッタスポーク19に固定されると共に、この固定ボルトを外して180度回動し、ディスクカッタ23が後側を向いた位置で、図示しない固定ボルトによりカッタスポーク19に固定可能となっている。
【0027】
また、掘削機本体11の前胴12とカッタスポーク19のカッタ交換室42との間には図示しない連通路が設けられており、カッタ交換室42を掘削機本体11と同様のほぼ大気圧状態に維持されている。そのため、作業者が掘削機本体11からこの連通路を通ってカッタ交換室42に入り、ディスクカッタ23の交換作業を行うことができる。
【0028】
ここで、このように構成されたトンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにディスクカッタ23の交換作業について説明する。
【0029】
トンネルを掘削形成するには、図1及び図2に示すように、カッタ旋回モータ29によってカッタヘッド18を回転しながら、複数のシールドジャッキ35を伸長して既設セグメント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、多数のディスクカッタ23,24,25を前方の地盤に押し付けて圧砕して掘削すると共に、各カッタビット26が地盤を掘削し、掘削土砂が取込開口部27からチャンバ32内に取り込まれ、送泥管33から供給された泥水と共に排泥管34によって外部に排出される。このとき、ディスクカッタ23により破砕された土砂は、カッタスポーク19の突出開口部45から回転体46の装着開口部48に侵入し、各土砂流通孔54を通って土砂排出開口部55から取込開口部27に排出され、チャンバ32内に取り込まれることとなり、破砕土砂の流通性を良くして掘削効率を向上できる。
【0030】
そして、シールドジャッキ35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26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。
【0031】
このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ23が摩耗して掘削能率が低下したときには、新しいものと交換する必要がある。ディスクカッタ23の交換作業を行う場合、カッタヘッド18の旋回及び掘削機本体11の前進を停止するが、カッタヘッド18をカッタスポーク19が鉛直状態となる角度で停止させる。また、中折ジャッキ14を収縮して後胴13に対して前胴12を後退し、各ディスクカッタ23と切羽との間に空間部を形成しておく。
【0032】
また、交換するディスクカッタ23の周辺部に掘削した土砂が付着していると、回転体46からディスクカッタ23を取り外す作業やこの回転体46に新しいディスクカッタ23を取付ける作業が困難となるため、事前にディスクカッタ23の周辺部に付着した土砂を取り除く必要がある。即ち、掘削機本体11内の水供給ポンプ67を駆動し、第2給水管64を通して水をカッタヘッド18内に供給し、電磁弁63を開放することで各水噴射ノズル61から水を噴射する。すると、水は土砂排出路53を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に噴射され、ここに付着した掘削土砂を取り除く。このとき、カッタスポーク19に装着された全てのディスクカッタ23を交換する場合には、全ての電磁弁63を開放して各水噴射ノズル61から水を噴射し、全てのディスクカッタ23に付着した土砂を排除するが、特定のディスクカッタ23のみを交換する場合には、対応する電磁弁63を開放して水噴射ノズル61から水を噴射し、交換が必要なディスクカッタ23に付着した土砂のみを排除する。
【0033】
そして、交換するディスクカッタ23に付着した土砂が排除されると、掘削機本体11内の作業者が連通路を通ってカッタ交換室42に入り、ここで上部のディスクカッタ23から順に交換していく。この場合、掘削機本体11内は図示しない空調設備によりほぼ大気圧状態に維持されており、一方、カッタ交換室42は回転体46により切羽側と仕切られ、掘削機本体11内から連通路までは連通した遮蔽空間であり、掘削機本体11内と同様に大気圧状態となっており、作業者は安全にカッタ交換室31で作業を行うことができる。
【0034】
作業者はこのカッタ交換室31内で、まず、図4に示すように、複数の固定ボルトを弛緩することで、サドル43に対する回転体46の係止を解除して回転体46を回動可能とする。次に、図5(a)に示すように、油圧ジャッキ57を伸長してラック59を移動し、このラック59と噛み合うピニオン56と共に回転体46を回動する。そして、図5(b)に示すように、回転体46を180度回動すると、掘進方向前方を向いていたディスクカッタ23が掘進方向後方を向くこととなる。この場合、切羽が安定するようにカッタヘッド18の前方は送泥や掘削土により所定の土圧が作用しているが、サドル43に回転体46が嵌合してシール性を確保したままで回動するため、この送泥や掘削土がカッタ交換室42内に浸入することはなく、作業者の安全が確保される。
【0035】
そして、交換するディスクカッタ23が後方に向いた状態で、図5(c)に示すように、ゲート40を開放してディスクカッタ収納室41とカッタ交換室42を連通し、固定ボルト52を弛緩して係止片51を取り外し、回転体46におけるディスクカッタ23の支持を解除する。ここで、図5(d)に示すように、作業者はディスクカッタ23を若干手前へ引出し、搬送用ウインチ(図示略)を用いてディスクカッタ23を吊上げ、カッタ交換室42から連通路を通って掘削機本体11へ搬送し、新しいディスクカッタ23を搬送用ウインチに連結し、再びカッタ交換室42まで搬送する。そして、新しいディスクカッタ23を回転体46に装着して固定ボルト52により係止片51を取付ける。
【0036】
その後、油圧ジャッキ57を収縮してラック59を逆に移動し、このラック59と噛み合うピニオン56と共に回転体46を逆に180度回動する。そして、ディスクカッタ23を前方に向かせ、固定ボルトにより回転体46をサドル43に固定する。このとき、切羽との間に空間部が形成されていることで、新しいディスクカッタ23が切羽に接触することなく、容易に固定できる。このようにして上部のディスクカッタ23を交換すると、続いてその下部のディスクカッタ23を順に交換していく。そして、一つのカッタスポーク15にある全てのあるいは特定のディスクカッタ16を交換すると、カッタヘッド14を所定角度回動し、随時該当するディスクカッタ16を交換していく。
【0037】
このように本実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド18のカッタスポーク19にディスクカッタ収納室41及びカッタ交換室42を設け、ディスクカッタ収納室41に回転体46を油圧ジャッキ57により回動自在に装着し、この回転体46の前部にディスクカッタ23を着脱自在に装着すると共に、回転体46の側部にディスクカッタ23の装着開口部45からカッタスポーク19の側方に貫通する土砂排出路53を設け、この土砂排出路53に対応してディスクカッタ23に付着した土砂を排除する水噴射ノズル61を設けている。
【0038】
従って、ディスクカッタ23の交換作業を行う前に、水噴射ノズル61から土砂排出路53を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に水を噴射することで、ここに付着した掘削土砂を取り除くことができ、回転体46からのディスクカッタ23の取り外し作業、並びにこの回転体46への新しいディスクカッタ23の取付作業を短時間で容易に、且つ、安全に行うことができる。
【0039】
また、掘削作業中に、ディスクカッタ23が掘削した土砂は、カッタスポーク19の突出開口部45から回転体46の装着開口部48に入り、各土砂流通孔54を通って土砂排出開口部55から取込開口部27に排出され、チャンバ32内に取り込まれることとなり、掘削土砂が回転体46内に滞留して閉塞することなく適正に排出されることとなり、破砕土砂の流通性を良くしてディスクカッタ23は確実に回転して地盤を掘削することができ、掘削効率を向上できる。
【0040】
更に、ディスクカッタ23が磨耗したときには、作業者が掘削機本体11からカッタ交換室42内に入り、ここでディスクカッタ23の交換作業を行うことで、泥水や掘削土砂の排出や圧気を行うための作業等が不要となると共に、作業時間も短縮して作業コストを低減できると共に、作業者はカッタヘッド18の前方やチャンバ32など機外へ出る必要がなくなり、作業者にかかる負担が減少して安全性が向上する。そして、カッタスポーク19のサドル43にディスクカッタ23が支持された回転体46をシール部材47を介して回動自在に支持することで、掘削作業時やディスクカッタ23の交換時であっても、切羽側からカッタ交換室42内への泥水等の浸入が確実に阻止され、作業の安全を十分に確保できる。
【0041】
また、カッタヘッド18に、回転体46をその中心から放射方向に沿った軸心O1 により回動自在に支持し、ディスクカッタ23をこの回転体46の回転軸心O1 と平行な軸心O2 により回転自在に支持したことで、回転するカッタヘッド18による地盤掘削時に、ディスクカッタ23は地盤に押し付けられて圧砕し、その反力が支持軸23aを介して回転体46に作用するが、回転体46はディスクカッタ23の回転軸心O2 と同じ回転軸心O1 であるためにこの方向の反力は受け流され、その他の方向の反力はサドル43により確実に受け止められる。また、ディスクカッタ23を回転体46の回動軌跡内に位置させたことで、ディスクカッタ23の交換時に回転体46に対してこのディスクカッタ23をスライドさせることなく、容易に交換が可能となる。
【0042】
なお、第1実施形態では、カッタスポーク19に形成された土砂排出路53における左右の土砂流通孔54及び土砂排出開口部55に対応してディスクカッタ23に付着した土砂を排除する水噴射ノズル61を設けたが、水噴射ノズル61の装着位置はこの位置に限定されるものではない。図7に本発明の第2実施形態に係るトンネル掘削機におけるカッタヘッドの要部断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【0043】
第2実施形態のトンネル掘削機において、図6に示すように、カッタスポーク19のサドル43に回転自在に支持された回転体46には、土砂排出路53の各土砂流通孔54に貫通する左右一対の取付孔71が形成されており、この各取付孔71に水噴射ノズル72が装着されている。この水噴射ノズル72は装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に対向して位置しており、図示しない係止機構(例えば、固定ボルト、ばね付勢された係止ピンなど)により回転体46の取付孔71に固定され、必要に応じてカッタ交換室42側からこの係止機構を解除することで取り外し可能となっている。そして、この水噴射ノズル72には前述した第1給水管62が連結されている。
【0044】
従って、ディスクカッタ23の交換作業を行う場合、カッタヘッド18の旋回及び掘削機本体11の前進を停止し、カッタヘッド18をカッタスポーク19が鉛直状態となる角度で停止させる。この状態で、掘削機本体11内の水供給ポンプにより水を第1給水管62を通して各水噴射ノズル72に供給し、この水噴射ノズル72から土砂排出路53を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に噴射し、ここに付着した掘削土砂を取り除く。
【0045】
そして、交換するディスクカッタ23に付着した土砂が排除されると、掘削機本体11内の作業者が連通路を通ってカッタ交換室42に入り、取付孔71から水噴射ノズル72を取り外した後、前述と同様の作業工程によりディスクカッタ23を順に交換していく。
【0046】
このように第2実施形態のトンネル掘削機にあっては、回転体46に土砂排出路53に貫通する取付孔71を形成し、この各取付孔71に水噴射ノズル72を着脱自在に装着し、水噴射ノズル72を装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に対向して位置させている。従って、水噴射ノズル72から水を噴射すると、噴射された水は周囲の部材に邪魔されることなく確実に土砂排出路53を通して回転体46の装着開口部48とディスクカッタ23との隙間に到達することとなり、ここに付着した掘削土砂を適正に取り除くことができ、回転体46からのディスクカッタ23の取り外し作業、並びにこの回転体46への新しいディスクカッタ23の取付作業を短時間で容易に、且つ、安全に行うことができる。
【0047】
なお、上述した実施形態において、ディスクカッタ23の周辺部に付着した土砂を排除する土砂排除手段として水噴射ノズル61,72をカッタスポーク19の両側に2つ設けたが、1つとしてもよく、この場合、水噴射ノズルの向きを遠隔操作で変更可能とすることが望ましい。また、水噴射ノズル61,72から土砂排出路53を通してディスクカッタ23の周辺部に水を噴射したが、カッタスポーク19の前面側からディスクカッタ23の周辺部に水を噴射してもよい。更に、土砂排除手段を水噴射ノズル61,72に限らず、高圧エアを噴射する噴射ノズルや洗浄ブラシなどであってもよい。
【0048】
また、ディスクカッタ23を回転体46と共に回動させる回動手段をピニオン56と油圧ジャッキ57とラック59により構成したが、ウォームホイールとウォームギヤや駆動モータ等を組み合わせて用いてもよい。また、カッタスポーク19の複数の回転体46を順に回動してディスクカッタ23を一つずつ交換したが、各回転体46を連結して一度に全ての回転体46を回動させてもよい。更に、カッタスポーク19に装着されたディスクカッタ23を交換可能としたが、カッタスポーク20,21に装着されたディスクカッタ24,25を交換可能とすることもできる。
【0049】
そして、本発明のトンネル掘削機は、泥水式あるいは泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用することができる。
【0050】
【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、掘削機本体の前部に放射状をなすカッタスポークを有するカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、カッタスポークの前部に回転体を回動手段により所定角度回動可能に装着し、この回転体にディスクカッタをカッタヘッドから前方に突出するように着脱自在に装着し、このディスクカッタの装着部に付着した土砂を排除する土砂排除手段を設けたので、ディスクカッタの交換作業を行う前に、土砂排除手段によりディスクカッタの周辺部に付着した土砂を取り除くことができ、ディスクカッタの取り外し作業や新しいディスクカッタの取付作業を短時間で容易に、且つ、安全に行うことができ、ディスクカッタ交換作業の作業性及び安全性を向上することができる。
【0051】
請求項2の発明のトンネル掘削機によれば、土砂排除手段を回転体とディスクカッタとの隙間に対して水を噴射する噴射ノズルとしたので、作業者がディスクカッタの周辺にいくことなく容易に、且つ、確実にディスクカッタの周辺部に付着した土砂を取り除くことができ、作業者にかかる負担が減少して安全性を向上することができる。
【0052】
請求項3の発明のトンネル掘削機によれば、ディスクカッタの装着部からカッタスポークの側方に貫通する土砂排出路を設け、噴射ノズルをカッタスポークに装着して土砂排出路を通して水を噴射するようにしたので、カッタスポークや回転体に大幅な設計変更を行うことなく、容易に噴射ノズルを装着することができ、構造の簡素化並びに低コスト化を可能とすることができる。
【0053】
請求項4の発明のトンネル掘削機によれば、土砂排出路をディスクカッタの装着部からカッタスポークの両側方に貫通して形成し、この土砂排出路に対応して噴射ノズルを設けたので、ディスクカッタによる適正な地盤掘削及び土砂排出を実施することができると共に、噴射ノズルからの水を確実にディスクカッタの周辺部に噴射し、付着した土砂を取り除くことができる。
【0054】
請求項5の発明のトンネル掘削機によれば、カッタスポークにその長手方向に沿ってディスクカッタを複数着脱自在に装着し、複数のディスクカッタに対応して噴射ノズルを複数設ける一方、掘削機本体に水供給手段を設け、この水供給手段から延出された給水管を分岐して開閉弁を介して各噴射ノズルに連結したので、カッタスポークに装着された全てのディスクカッタの付着土砂を排除することができると共に、特定のディスクカッタの付着土砂のみを排除することができ、カッタ交換作業の作業性を向上することができる。
【0055】
請求項6の発明のトンネル掘削機によれば、回転体にディスクカッタの装着部に貫通する取付孔を形成し、この取付孔に噴射ノズルを着脱自在に装着したので、水噴射ノズルから噴射された水は周囲の部材に邪魔されることなく確実にディスクカッタの周辺部に到達することとなり、ここに付着した掘削土砂を適正に取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図2】トンネル掘削機の正面図である。
【図3】ディスクカッタの正面図である。
【図4】図3のIV−IV断面図である。
【図5】ディスクカッタの交換作業を表す概略図である。
【図6】本発明の第2実施形態に係るトンネル掘削機におけるカッタヘッドの要部断面図である。
【符号の説明】
11 掘削機本体
14 中折ジャッキ
18 カッタヘッド
19 カッタスポーク
23 ディスクカッタ
29 カッタ旋回モータ
35 シールドジャッキ(推進ジャッキ)
37 エレクタ装置
41 ディスクカッタ収納室
42 カッタ交換室
45 突出開口部
46 回転体
48 装着開口部
53 土砂排出路
54 土砂流通孔
55 土砂排出開口部
56 ピニオン(回動手段)
57 油圧ジャッキ(回動手段)
58 ラック(回動手段)
61 水噴射ノズル(土砂排除手段)
62 第1給水管
63 電磁弁(開閉弁)
64 第2給水管
65 ロータリジョイント
66 スイベルジョイント
67 水供給ポンプ(水供給手段)
71 取付孔
72 水噴射ノズル(土砂排除手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel excavator capable of replacing a disk cutter.
[0002]
[Prior art]
In a general shield excavator, a disk-shaped cutter head that can be driven and rotated is rotatably mounted at the front of a cylindrical excavator body, and a number of disk cutters and cutter bits are attached to the cutter head. On the other hand, a large number of shield jacks for advancing the excavator body are mounted at the rear, and an erector device for mounting a segment on the inner wall surface of the existing tunnel is mounted. Therefore, when the shield jack is extended while rotating the cutter head, the excavator body moves forward with the excavation reaction force from the existing segment, and the disk cutter or cutter bit excavates the ground in front and forms a tunnel. Can be.
[0003]
In recent years, the length of tunnels has been increasing, and the disk cutter and the cutter bit mounted on the cutter head will be worn during tunnel excavation work. If the disk cutter or the cutter bit is worn, the excavation efficiency of the ground is reduced. Therefore, the excavation operation must be stopped and each worn cutter must be replaced. However, this cutter replacement work involves discharging muddy water and excavated earth and sand in the space including the chamber between the face and the bulkhead to the outside, supplying air to this space, and compressing the face to prevent collapse of the face. In a state in which the pressure is suppressed, the operator enters the compressed air space and replaces the disk cutter or the cutter bit.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such cutter replacement work, the work time for discharging muddy water, excavated earth and sand, and pressurizing takes a long time, resulting in poor workability. In addition, even if the worker pressurizes the working space, there is a risk that the face will collapse due to an earthquake or the like, and it is desired to further secure worker safety.
[0005]
Therefore, the present applicant attaches a disk cutter to a rotating body as a Japanese Patent Application No. 2000-349128 "Tunnel excavator", rotatably mounts the rotating body to a spoke of a cutter head, and when the disk cutter is worn. In this patent application, the disk cutter is exchanged from the exchange chamber of the cutter head by rotating the rotating body so that the disk cutter is directed rearward. However, the cutter head crushes the bedrock by pressing the disk cutter against the face, and excavated earth and sand tends to adhere to the mounting portion of the disk cutter. Therefore, it becomes difficult to attach and detach the disc cutter worn by the excavated earth and sand attached to the mounting portion of the disc cutter.
[0006]
The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a tunnel excavator that improves workability and safety of a disk cutter replacement operation.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a tunnel excavator having a tubular excavator body, a propulsion jack for advancing the excavator body, and a drive rotatable at a front portion of the excavator body. A cutter head mounted radially on the cutter head, a rotator mounted radially on the cutter head, a rotator rotatably mounted on a front portion of the cotter spoke with an axis intersecting the excavation direction, and a rotator. A rotating means for rotating the disk cutter by a predetermined angle, a disk cutter detachably mounted on the rotating body so as to protrude forward from the cutter head, and a sediment removing device for removing earth and sand attached to a mounting portion of the disk cutter. Means.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the tunnel excavator, the sediment removing means has an injection nozzle for injecting water into a gap between the rotating body and the disk cutter.
[0009]
In the tunnel excavator according to the third aspect of the present invention, a sediment discharge passage penetrating from the mounting portion of the disk cutter to a side of the cut spoke is provided, and the injection nozzle is mounted on the cut spoke and passed through the sediment discharge passage. It is characterized by spraying water.
[0010]
In the tunnel excavator according to the fourth aspect of the present invention, the earth and sand discharge passage is formed so as to penetrate from both sides of the cut-spoke from the mounting portion of the disc cutter, and the injection nozzle is provided corresponding to each of the earth and sand discharge passages. It is characterized by having been.
[0011]
In the tunnel excavator according to the fifth aspect of the present invention, a plurality of the disk cutters are removably mounted on the cut-spoke along its longitudinal direction, and a plurality of the injection nozzles are provided corresponding to the plurality of disk cutters. A water supply means is provided in the excavator body, and a water supply pipe extending from the water supply means is branched and connected to each of the injection nozzles via an on-off valve.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the tunnel excavator, a mounting hole is formed in the rotating body so as to penetrate a mounting portion of the disk cutter, and the injection nozzle is detachably mounted in the mounting hole.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a schematic cross section of a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the tunnel excavator, FIG. 3 is a front view of a disk cutter, FIG. FIG. 5 schematically shows the operation of replacing the disk cutter.
[0015]
In the tunnel excavator of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an excavator main body 11 has a cylindrical
[0016]
A
[0017]
A
[0018]
By the way, in the tunnel excavator of the present embodiment, the
[0019]
In the above-mentioned cutter head 18, as shown in FIGS. 1 to 4, the cut-
[0020]
A mounting
[0021]
Further, the cutter head 18 is provided with a sediment discharge path 53 that takes in the earth and sand crushed or excavated by the
[0022]
The shaft O 1 , A
[0023]
Further, the
[0024]
A plurality of
[0025]
Therefore, when the
[0026]
The rotating
[0027]
Further, a communication passage (not shown) is provided between the
[0028]
Here, a tunnel excavation operation by the tunnel excavator configured as described above and an exchange operation of the
[0029]
To excavate and form a tunnel, as shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of shield jacks 35 are extended while the cutter head 18 is rotated by a cutter turning motor 29, and excavation is performed by a pressing force against the existing segment S. The machine body 11 is moved forward. Then, a large number of
[0030]
Then, one of the shield jacks 35 is operated in the contracting direction to form a space between the shield jack 35 and the existing segment S, and the new segment S is mounted in the space by the
[0031]
In the course of performing such a tunnel excavation operation, when the
[0032]
Further, if the excavated earth and sand adheres to the periphery of the
[0033]
Then, when the soil attached to the
[0034]
The operator can release the locking of the
[0035]
Then, with the
[0036]
Thereafter, the
[0037]
As described above, in the tunnel excavator of the present embodiment, the disk
[0038]
Therefore, before performing the replacement work of the
[0039]
Also, during the excavation work, the earth and sand excavated by the
[0040]
Further, when the
[0041]
Further, the rotating
[0042]
In the first embodiment, the
[0043]
In the tunnel excavator of the second embodiment, as shown in FIG. 6, the rotating
[0044]
Therefore, when performing the replacement work of the
[0045]
When the soil attached to the
[0046]
As described above, in the tunnel excavator of the second embodiment, mounting
[0047]
In the above-described embodiment, two
[0048]
Further, although the rotating means for rotating the
[0049]
The tunnel excavator according to the present invention can be applied to a muddy or mud pressure shielded excavator or a tunnel boring machine.
[0050]
【The invention's effect】
As described above in detail in the embodiment, according to the tunnel excavator according to the first aspect of the present invention, the cutter head having the radial cut-spoke at the front portion of the excavator body is rotatably mounted on the cutter head, A rotating body is mounted to the front part of the rotating body so as to be rotatable by a predetermined angle by a rotating means, and a disk cutter is detachably mounted on the rotating body so as to protrude forward from the cutter head, and adheres to a mounting portion of the disk cutter. Before removing the disk cutter, the sediment removal means can remove the dirt attached to the periphery of the disk cutter, and remove the disk cutter or remove the new disk. The cutter mounting operation can be performed easily and safely in a short time, and the workability and safety of the disk cutter replacing operation are improved. Door can be.
[0051]
According to the tunnel excavator of the second aspect of the present invention, since the sediment removing means is an injection nozzle for injecting water into the gap between the rotating body and the disc cutter, the operator can easily go to the vicinity of the disc cutter. In addition, the earth and sand adhered to the peripheral portion of the disk cutter can be reliably removed, and the burden on the operator can be reduced, and the safety can be improved.
[0052]
According to the tunnel excavator according to the third aspect of the present invention, the earth and sand discharge passage penetrating from the mounting portion of the disk cutter to the side of the cut-spoke is provided, and the jet nozzle is mounted on the cut-spoke to inject water through the sand and discharge passage. As a result, the injection nozzle can be easily mounted without making significant design changes to the cut spokes and the rotating body, and the structure can be simplified and the cost can be reduced.
[0053]
According to the tunnel excavator of the fourth aspect of the present invention, the earth and sand discharge passage is formed to penetrate from both sides of the cut-spoke to the disk cutter mounting portion, and the injection nozzle is provided corresponding to the earth and sand discharge passage. Appropriate ground excavation and earth and sand discharge by the disk cutter can be performed, and water from the injection nozzle can be reliably injected to the periphery of the disk cutter to remove the attached earth and sand.
[0054]
According to the tunnel excavator of the invention of claim 5, a plurality of disk cutters are removably mounted on the cut-spoke along its longitudinal direction, and a plurality of injection nozzles are provided corresponding to the plurality of disk cutters. A water supply means is installed in the water supply pipe, and the water supply pipe extended from this water supply means is branched and connected to each injection nozzle via an on-off valve, so that the sediment attached to all the disk cutters attached to the cut-spoke is removed. In addition to this, it is possible to eliminate only the sediment attached to the specific disk cutter, and it is possible to improve the workability of the cutter replacement work.
[0055]
According to the tunnel excavator of the sixth aspect of the present invention, since the rotating body has the mounting hole penetrating through the mounting portion of the disk cutter, and the injection nozzle is detachably mounted in the mounting hole, the water is injected from the water injection nozzle. The water reaches the periphery of the disk cutter without being disturbed by the surrounding members, and the excavated earth and sand adhering thereto can be properly removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a tunnel excavator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the tunnel excavator.
FIG. 3 is a front view of the disk cutter.
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a replacement operation of a disk cutter.
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a cutter head in a tunnel excavator according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Excavator body
14 Half-fold jack
18 cutter head
19 cutter spoke
23 Disk cutter
29 cutter rotation motor
35 Shield jack (propulsion jack)
37 Electa device
41 Disk cutter storage room
42 cutter exchange room
45 Projection opening
46 rotating body
48 Mounting opening
53 Sediment discharge path
54 Sediment circulation hole
55 Sediment discharge opening
56 pinion (rotating means)
57 Hydraulic jack (rotating means)
58 rack (rotating means)
61 Water injection nozzle (Sand removal means)
62 1st water pipe
63 solenoid valve (open / close valve)
64 2nd service pipe
65 rotary joint
66 Swivel joint
67 Water supply pump (water supply means)
71 Mounting hole
72 Water jet nozzle (means for removing earth and sand)
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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