JP2005126931A

JP2005126931A - トンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法

Info

Publication number: JP2005126931A
Application number: JP2003361431A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sugiyama; 雅彦杉山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2023-10-22
Also published as: JP4138626B2

Abstract

【課題】トンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法において、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ると共に装置の簡素化を図る。
【解決手段】掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１２を駆動回転自在に装着し、このカッタヘッド１２の中心部にカッタ交換室としての円筒形状の支持筒１６を設けると共に、放射状に複数の第１カッタスポーク１７及び第２カッタスポーク１８を連結し、第１カッタスポーク１７にディスクカッタ２２を移動自在に支持し、支持筒１６内に第１カッタスポーク１７と連通可能な連通口３７及びその開閉扉３９ａ，３９ｂを有する回転筒３６を回転自在に支持し、第２カッタスポーク１８にディスクカッタ２２を第１カッタスポーク１７から回転筒３６に移動する移動ジャッキ３９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクカッタや先行ビット、カッタビットなどのカッタを機内より交換可能としたトンネル掘削機、並びにトンネル掘削機のカッタ交換方法に関する。

一般的なトンネル掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転可能なカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにディスクカッタやカッタビットなどが多数取付けられる一方、後部に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ことで、既設セグメントから掘削反力を得て掘削機本体が前進し、カッタヘッド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。

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などが摩耗してしまう。これらのカッタ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、この状態で作業者が圧気空間に入ってカッタの交換作業を行っていた。

そのため、カッタ交換作業に長時間を要してしまい、また、作業者の安全性を十分考慮しなければならず、特に、ディスクカッタは重量物であるために交換時の搬送作業は困難を極め、交換作業の作業効率が良くなかった。そこで、作業者が切羽側やチャンバに出ることなく、機内から磨耗したディスクカッタやカッタビットを新しいものと交換可能としたものが、例えば、下記に示す特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたトンネル掘削機は、カッタヘッドにガイドレールを設けてカッタが装着された移動ブロックを移動自在に支持し、このガイドレールの端部にカッタ収納箱を連結してカッタをこのカッタ収納箱内に引き込んで別のカッタと交換するようにしたものである。
特許第３３８９１５５号

一般的なトンネル掘削機にて、カッタヘッドは複数のカッタスポークが放射状に配設され、各カッタスポークにディスクカッタやカッタビットなどが装着されている。上述した従来のトンネル掘削機によるカッタ交換作業にあっては、カッタ交換作業時に、交換が必要なカッタが装着されたガイドレールの端部にカッタ収納箱を連結してから、カッタをカッタスポークからカッタ収納箱内に引き込んで交換している。そのため、複数のカッタスポークのカッタを交換する場合には、カッタスポークに対するカッタ収納箱の取外し作業及び取付け作業が複数回必要となり、作業が面倒なものとなると共に作業時間が長くなってしまい作業効率が良いとは言えない。

本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ると共に装置の簡素化を図ったトンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法を提供することを目的とする。

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て円筒形状をなす支持筒の外周面から複数のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドと、前記各カッタスポークに移動自在に支持されたカッタと、前記支持筒内に周方向回転自在に支持されて該支持筒と前記カッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒と、該回転筒の連通口を開閉自在な開閉手段と、前記カッタヘッドに前記支持筒に対して前記カッタスポークの反対側に配設されて前記カッタを前記カッタスポークと前記支持筒との間で移動可能なカッタ移動手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記カッタには前記カッタスポーク側から前記支持筒側に突出する前記カッタ移動手段とのカッタ連結部が設けられ、前記開閉手段は左右の開閉扉を有すると共に、該左右の開閉扉は前記カッタ連結部に隙間なく挟持して前記連通口を閉止することを特徴としている。

請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記左右の開閉扉の各対向面には前記カッタ連結部に嵌合する凹部がそれぞれ形成され、前記カッタスポークから前記カッタが取り外された後に、前記左右の開閉扉が前記連通口を閉止したときに前記凹部により形成された開口を閉止する閉止部材が設けられたことを特徴としている。

請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記カッタ移動手段は油圧ジャッキであって、前記回転筒には該油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔が形成されたことを特徴としている。

請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記支持筒の外周面から放射状に延設された第１カッタスポークが該支持筒の周方向に等間隔で複数設けられ、該各第１カッタスポークに前記カッタが移動自在にそれぞれ支持される一方、前記支持筒の外周面から放射状に延設された第２カッタスポークが前記各第１カッタスポークに対して該支持筒の反対側に複数設けられ、該各第２カッタスポークに前記カッタ移動手段としての油圧ジャッキがそれぞれ設けられ、前記回転筒には前記連通口に対向した位置に該油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔が形成され、該回転筒が回転して前記連通口が前記第１カッタスホークに対向すると共に、前記貫通孔が前記第２カッタスポークに対向することで、前記カッタ移動手段により前記カッタを前記カッタスポークと前記支持筒との間で移動可能であることを特徴としている。

請求項６の発明のトンネル掘削機のカッタ交換方法は、掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着され、該カッタヘッドの中心部に円筒形状をなすカッタ交換室が設けられると共に、該カッタ交換室に連結するように複数のカッタスポークが放射状に設けられ、該複数のカッタスポークにカッタが移動自在に支持され、前記カッタ交換室に前記カッタスポークと連通可能な連通口を有する回転筒が周方向回転自在に支持されると共に、該連通口を開閉自在な開閉手段が設けられトンネル掘削機であって、前記回転筒を回転して前記連通口を前記カッタスホークのいずれか一つに対向した状態で、前記開閉手段により該連通口を開閉して前記カッタスポークに装着されたカッタをカッタ交換室に移動して取外すと共に、別のカッタを該カッタ交換室から前記カッタスポークに移動して取付けた後、前記回転筒を所定角度回転して前記連通口を別のカッタスホークに対向し、前述したカッタの取外し及び取付けを繰り返し行うことを特徴とするものである。

請求項１の発明のカッタ交換装置によれば、円筒形状をなす支持筒の外周面から複数のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドを掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着し、各カッタスポークにカッタを移動自在に支持する一方、支持筒とカッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒を支持筒内に周方向回転自在に支持し、回転筒に連通口を開閉自在な開閉手段を設け、カッタをカッタスポークと支持筒との間で移動可能なカッタ移動手段をカッタヘッドに支持筒に対してカッタスポークの反対側に配設したので、カッタヘッドの支持筒内を回転筒により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、カッタ交換作業時に別途カッタ交換室の取付け作業及び取外し作業を不要として、異なる位置のカッタスポークに取付けられたカッタを容易に短時間で交換することができ、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ることができる。

請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、カッタにカッタスポーク側から支持筒側に突出するカッタ移動手段とのカッタ連結部を設け、開閉手段を左右の開閉扉とし、この左右の開閉扉がカッタ連結部に隙間なく挟持して連通口を閉止するようにしたので、機内への止水を確実に行うことができる一方、カッタ移動手段とカッタとの連結を容易に行うことができる。

請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、左右の開閉扉の各対向面にカッタ連結部に嵌合する凹部をそれぞれ形成し、カッタスポークからカッタが取り外された後に、左右の開閉扉が連通口を閉止したときに凹部により形成された開口を閉止する閉止部材を設けたので、カッタ交換作業中における機内への止水を確実に行うことができる。

請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、前記カッタ移動手段を油圧ジャッキとし、回転筒に油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔を形成したので、別途止水部材を設けることなく機内への止水を確実に行うことができる。

請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、支持筒の外周面から放射状に延設された第１カッタスポークを支持筒の周方向に等間隔で複数設け、各第１カッタスポークにカッタを移動自在にそれぞれ支持する一方、支持筒の外周面から放射状に延設された第２カッタスポークを各第１カッタスポークに対して支持筒の反対側に複数設け、各第２カッタスポークにカッタ移動手段としての油圧ジャッキをそれぞれ設け、回転筒に連通口に対向した位置に油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔を形成し、回転筒が回転して連通口が第１カッタスホークに対向すると共に、貫通孔が第２カッタスポークに対向することで、カッタ移動手段によりカッタをカッタスポークと支持筒との間で移動可能としたので、カッタスポークを効率的に利用してカッタ移動手段を適切に配設することで、装置の大型化を防止することができると共に、異なる位置の複数のカッタスポークに取付けられた全てのカッタを容易に短時間で交換することができる。

請求項６の発明のトンネル掘削機のカッタ交換方法によれば、カッタ交換室の回転筒を回転して連通口をカッタスホークのいずれか一つに対向した状態で、開閉手段により該連通口を開閉してカッタスポークに装着されたカッタをカッタ交換室に移動して取外すと共に、別のカッタをカッタ交換室からカッタスポークに移動して取付けた後、回転筒を所定角度回転して連通口を別のカッタスホークに対向し、カッタの取外し及び取付けを繰り返し行うようにしたので、カッタヘッドの支持筒内を回転筒により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、カッタ交換作業時に別途カッタ交換室の取付け作業及び取外し作業を不要として、異なる位置のカッタスポークに取付けられたカッタを容易に短時間で交換することができ、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ることができる。

本発明のトンネル掘削機並びにそのカッタ交交換方法の最良の形態は、カッタヘッドの支持筒にカッタスポークと連通及び遮断可能な回転筒を回転自在に支持することで、複数のカッタスポークに装着された全てのカッタを交換可能としたものであり、以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図１に本発明の本実施例に係るトンネル掘削機の概略断面、図２に本実施例のトンネル掘削機の正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に回転筒の概略斜視、図５乃至図８にディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の断面を示す。

第１実施例のトンネル掘削機において、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、前部にカッタヘッド１２が回転自在に支持されている。このカッタヘッド１２にて、回転リング１３が掘削機本体１１の前部に軸受１４により回転自在に支持されており、この回転リング１３の前端部には支持部材１５を介してドラム形状（円筒形状）をなす支持筒１６が固定されている。そして、支持筒１６の外周面には、この支持筒１６の中心から放射状にそれぞれ３つの第１カッタスポーク１７が周方向ほぼ等間隔で連結されると共に、支持筒１６に対して各第１カッタスポーク１７とは反対側に位置して、支持筒１６の中心から放射状にそれぞれ３つの第２カッタスポーク１８が周方向等間隔で連結されている。

各第１カッタスポーク１７は断面が前向きコ字形状をなし、支持筒１６の外周面に形成された第１開口部１９を介してこの支持筒１６内に連通している。そして、各第１カッタスポーク１７の両壁面の内側には左右一対のガイドレール２０が取付けられ、各ガイドレール２０に２つまたは３つのホルダ２１が移動自在に支持されており、各ホルダ２１にディスクカッタ２２が回転自在に装着されている。また、各ホルダ２１はカッタヘッド１２の外周側が凸弧状に形成される一方、支持筒１６側にはカッタ連結部２３が突出して着脱自在に設けられており、隣接するホルダ２１同士が連結ピン２４により連結されている。

一方、各第２カッタスポーク１８は四角筒形状をなし、支持筒１６の外周面に形成された第２開口部２５を介してこの支持筒１６内に連通している。そして、各第２カッタスポーク１８の前面部に複数の先行ビット２６がその長手方向に沿って固定されると共に、各第２カッタスポーク１８の両側部に複数のカッタビット２７がその長手方向に沿って固定されている。また、支持筒１６の前面部にはフィッシュテールカッタ２８が固定されている。そして、各第２カッタスポーク１８内には、カッタ移動手段として移動ジャッキ（油圧ジャッキ）２９が取付けられており、支持筒１６に向けて駆動ロッド３０が伸縮自在となっている。

また、回転リング１３の後部にはリングギア３１が固定される一方、掘削機本体１１には複数のカッタ旋回モータ３２が取付けられており、このカッタ旋回モータ３２の駆動ギア３３がこのリングギア３１に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ３２を駆動して駆動ギア３３を回転駆動すると、リングギア３１を介してカッタヘッド１２を回転することができる。

ところで、本実施例では、各第１カッタスポーク１７に装着された複数のディスクカッタ２２を、カッタヘッド１２の支持筒１６内をカッタ交換室として利用することで、機内側から交換可能となっている。即ち、図１乃至図４に示すように、カッタ交換室としての支持筒１６に支持される後述する回転筒３６は、後部の支持板３６ａの中央部に掘削機本体１１内と連通する作業口３４が形成され、作業扉３５により開閉可能となっている。また、支持筒１６の内周面には円筒形状をなす回転筒３６がその周方向に沿って回転自在に支持されおり、この回転筒３６には、支持筒１６と各第１カッタスポーク１７とを連通する連通口３７が形成されると共に、支持筒１６と各第２カッタスポーク１８とを連通する貫通孔３８が形成されている。

回転筒３６の連通口３７は、支持筒１６の各第１開口部１９とほぼ同形状で同様の大きさをなし、ホルダ２１に装着されたカッタ２２を挿通可能となっている。そして、回転筒３６の内周面には、挿通口３７に対応して円弧状をなす開閉手段としての左右一対の開閉扉３９ａ，３９ｂがガイド４０ａ，４０ｂによりそれぞれ周方向に沿って移動自在に支持され、回転筒３６内に装着された開閉ジャッキ４１ａ，４１ｂにより移動可能となっている。この左右の開閉扉３９ａ，３９ｂは、各対向面にカッタ連結部２３に嵌合する凹部４２ａ，４２ｂがそれぞれ形成されており、各開閉扉３９ａ，３９ｂがカッタ連結部２３に隙間なく嵌合して挟持することで、連通口３７及び第１開口部１９を閉止することができる。なお、回転体３６の挿通口３７が位置する第１カッタスポーク１７における中心側のホルダ２１にはカッタ連結部２３が装着されて支持筒１６側に突出しているが、他の２つの第１カッタスポーク１７における中心側のホルダ２１からはカッタ連結部２３が取り外されて突出しておらず、回転筒３６との干渉が防止されている。

一方、回転筒３６の貫通孔３８は、支持筒１６の各第２開口部２５とほぼ同形状で同様の大きさをなし、移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０が貫通して隙間なく嵌合することができる。

また、回転筒３６は、支持板３６ａに操作ロッド４３が長手方向移動自在であると共に球面軸受４４により揺動自在に装着されており、基端部が機内側に位置し、先端部が回転筒３６内に位置して閉止部材４５が固定されている。この閉止部材４５は、第１カッタスポーク１７からディスクカッタ２２が全て取り外された後に、各開閉扉３９ａ，３９ｂが連通口３７を閉止したときに各凹部４２ａ，４２ｂにより形成された開口を閉止するためのものである。更に、回転筒３６には支持筒１９内に対して水を注入すると共に排水する給排水管４６の一端部が連結されており、この給排水管４６は途中にポンプ４７が装着され、他端部は図示しない給排水タンクに連結されている。また、支持筒１９（回転筒３６）内に注入された水を一時的に出し入れして圧力を調整するリザーバタンク４８が開閉弁４９を有する連結管５０を介して連結されている。また、回転筒３６内には、第１カッタスポーク１７のガイドレール２０とほぼ直線状をなす左右一対のガイドレール５１が取付けられており、回転筒３６内でホルダ２１を保持できるようになっている。

そして、回転筒３６の後端部には回転用ギヤ５２が固定される一方、掘削機本体１１には回転用モータ５３が取付けられており、この回転用モータ５３の駆動ギア５４がこの回転用ギア５２に噛み合っている。従って、回転用モータ５３を駆動して駆動ギア５４を回転駆動すると、回転用ギア５２を介して回転筒３６を回転することができる。

なお、図示しないが、支持筒１６と回転筒３６との摺動部（第１開口部１９の周囲）、回転筒３６と開閉扉３９ａ，３９ｂとの摺動部（連通口３７の周囲）、左右の開閉扉３９ａ，３９ｂの対向面及び凹部４２ａ，４２ｂ、第２開口部２５の周囲にはシール部材が装着され、内部への止水処理が施されている。

掘削機本体１１の前部には、カッタヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド６１が取付けられ、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド６１との間にチャンバ６２が形成されており、カッタヘッド１２には後方に向けて複数の攪拌棒６３が固定されている。そして、掘削機本体１１内にはスクリューコンベヤ６４が前傾した状態で配設され、前端部がバルクヘッド６１を貫通してチャンバ６２内に開口している。

また、掘削機本体１１の後部内周面には周方向に沿って図示しないシールドジャッキ（推進ジャッキ）が複数並設されており、このシールドジャッキを後方に伸長してスプレッダを既設セグメント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。更に、掘削機本体１１の後部には既設トンネルの内壁面にこのセグメントをリング状ら組立てる図示しないエレクタ装置が設けられている。

ここで、本実施形態の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２２の交換作業について説明する。

トンネルを掘削形成するには、図１乃至図３に示すように、カッタ旋回モータ３２によってカッタヘッド１２を回転しながら、複数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って掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１２に装着された多数のディスクカッタ２２、先行ビット２６、カッタビット２７等が前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。そして、カッタヘッド１２の地盤掘削により発生した土砂は、カッタヘッド１２の開口部からチャンバ６２内に取り込まれ、スクリューコンベヤ６４によって外部に排出される。一方、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを挿入し、順次このセグメントをリング状に組み付けることで所定長さのトンネルを継続して構築していく。

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２２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２２の交換作業を行う場合、カッタヘッド１２の旋回及び掘削機本体１１の前進を停止した状態でカッタ交換作業を行う。本実施例の場合、３つの第１カッタスポーク１７のうち、まず初めに、図３にて上部に位置する第１カッタスポーク１７に支持されたディスクカッタ２２から交換する。

まず、図１乃至図３に示すように、作業者は作業扉３５を開放して作業口３４からカッタ交換室として利用する支持筒１６（回転筒３６）内に入る。この場合、ディスクカッタ２２が地盤の掘削作業を行っていたため、３つの第１カッタスポーク１７内に土砂が侵入しているが、支持筒１６に形成された３つの第１開口部１９は回転筒３６により閉止され、回転筒３６の連通口３７は左右の開閉扉３９ａ，３９ｂにより閉止されると共に、各凹部４２ａ，４２ｂがカッタ連結部２３を挟持しており、支持筒１６及び回転筒３６内への土砂の侵入が阻止され、作業者の安全が確保されている。

この状態で、交換を行うディスクカッタ２２が支持された図３にて上部に位置する第１カッタスポーク１７に対して、その下方に位置する第２カッタスポーク１８内に装着された移動ジャッキ２９を駆動し、駆動ロッド３０を伸長する。すると、移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０は、支持筒１６の第２開口部２５及び貫通孔３８を貫通して支持筒１６及び回転筒３６内に侵入し、先端部が第２カッタスポーク１７内から回転筒３６内に突出したカッタ連結部２３に接近する。回転筒３６内の作業者は、この移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０の先端部とカッタ連結部２４の先端部とを連結ピン２４により連結する。

なお、移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０とカッタ連結部２４との連結作業のために、作業者が回転筒３６内に入ったが、駆動ロッド３０の先端部にフックなどを設け、移動ジャッキ２９の伸長駆動だけで、駆動ロッド３０の先端部のフックがカッタ連結部２４に自動的に連結されるように構成することで、回転筒３６内への作業者の進入を省略しても良い。

移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０がカッタ連結部２４に連結されると、作業者は回転筒３６内から出て作業口３４を作業扉３５により閉止する。ここで、ポンプ４７を駆動して給排水管４６を通して回転筒３６内に給水し、カッタ交換室内に水を充填し、続いて、開閉ジャッキ４１ａ，４１ｂを駆動して左右の開閉扉３９ａ，３９ｂが離反するように移動し、第１開口部１９及び連通口３７を開放することで、第１カッタスポーク１７と回転筒３６内が連通される。なお、移動ジャッキ３９の駆動ロッド３０が回転筒３６の貫通孔３８に嵌合しているため、回転筒３６内の水が第２カッタスポーク１８内に漏水することはない。

そして、図５(ａ)に示すように、移動ジャッキ２９を所定ストローク収縮し、第１カッタスポーク１７内の３つのディスクカッタ２２（ホルダ２１）を回転筒３６側に移動し、最も内側のディスクカッタ２２を回転筒３６内に引き込む。このとき、ディスクカッタ２２により増加した回転筒３６内の体積は、水がリザーバタンク４８に押出されることで内圧が所定圧力に維持される。ここで、開閉ジャッキ４１ａ，４１ｂを駆動して左右の開閉扉３９ａ，３９ｂが接近するように移動し、各凹部４２ａ，４２ｂによりカッタ連結部２３を挟持することで、第１開口部１９及び連通口３７を閉止し、続いて、ポンプ４７を駆動して給排水管４６を通して回転筒３６内の水を排出する。

第１カッタスポーク１７と回転筒３６との連通が解除されて内部の水が排出されると、図５(ｂ)に示すように、作業者は作業口３４を開放して回転筒３６内に入り、図示しないカッタ搬送用ホイストをこの回転筒３６内に移動してディスクカッタ２２を吊り下げて保持し、連結ピン２４を外して隣接するディスクカッタ２２との連結を解除する。そして、図６(ａ)に示すように、このホイストを用いてディスクカッタ２２を機内に搬送する。その後、前述の作業と同様に、移動ジャッキ２９を伸長して駆動ロッド３０の先端部をカッタ連結部２３と連結ピン２４を用いて連結し、開閉扉３９ａ，３９ｂにより第１開口部１９及び連通口３７を開放し、移動ジャッキ２９を伸縮してディスクカッタ２２を回転筒３６内に引き込み、図６(ｂ)に示すように、１つの第１カッタスポーク１７に装着された３つのディスクカッタ２２を全て取り外す。このとき、開閉扉３９ａ，３９ｂの凹部４２ａ，４２ｂにより形成された開口は閉止部材４５により閉止される。

このように図３にて上部の第１カッタスポーク１７に装着された３つのディスクカッタ２２が取り外されると、図７及び図８(ａ)に示すように、回転用モータ５３を駆動して回転用ギア５２を介して回転筒３６を所定角度（本実施例では、１２０度）だけ図７にて反時計周り方向に回転し、回転筒３６の連通口３７を図７にて左下の第１カッタスポーク１７の第１開口部１９に一致させると共に、貫通孔３８を図７にて右上の第２カッタスポーク１８の第２開口部２５に一致させる。

この状態で、作業者は、回転筒３６内から開閉扉３９ａ，３９ｂの凹部４２ａ，４２ｂにより形成された開口を用いて第１カッタスポーク１７内のホルダ２１にカッタ連結部２４を装着する。そして、前述の作業と同様に、図８(ｂ)に示すように、移動ジャッキ２９を伸長して駆動ロッド３０の先端部をカッタ連結部２３と連結ピン２４を用いて連結し、開閉扉３９ａ，３９ｂにより第１開口部１９及び連通口３７を開放し、移動ジャッキ２９を伸縮してディスクカッタ２２を回転筒３６内に引き込んで取り外す。そして、２つ目の第１カッタスポーク１７の全てのディスクカッタ２２が取り外されると、３つの第１カッタスポーク１７に装着されたディスクカッタ２２も同様の手順で全て取り外す。

このとき、作業性を考慮すれば、ディスクカッタ２２の交換作業を行う第１カッタスポーク１７を、カッタヘッド１２を１２０度回転して常時上部に位置させるようにして交換作業を行うことが望ましい。

そして、３つの第１カッタスポーク１７に装着された全てのディスクカッタ２２が取り外されると、新しいディスクカッタ２２を、前述とは逆の手順により第１カッタスポーク１７に取り付けていく。この場合、トンネル掘削作業では、一般に、カッタヘッド１２の外周側に取り付けられたディスクカッタ２２の磨耗度合いが激しいため、取り外した内周側のディスクカッタが磨耗していないときには、再度取付けて使用しても良い。

このように本実施例のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１２を駆動回転自在に装着し、このカッタヘッド１２の中心部にカッタ交換室としての円筒形状の支持筒１６を設けると共に、放射状に複数の第１カッタスポーク１７及び第２カッタスポーク１８を連結し、第１カッタスポーク１７にディスクカッタ２２を移動自在に支持し、支持筒１６内に第１カッタスポーク１７と連通可能な連通口３７及びその開閉扉３９ａ，３９ｂを有する回転筒３６を回転自在に支持し、第２カッタスポーク１８にディスクカッタ２２を第１カッタスポーク１７から回転筒３６に移動する移動ジャッキ３９を設けている。

従って、カッタヘッド１２の支持筒１６内を回転筒３６により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができ、ディスクカッタ２２の交換作業時に、別途交換用の部屋を装着したり外したりする必要はなく、構造の簡素化を図ることができると共に、回転筒３６を回転して連通口の位置を変更することで、複数の第１カッタスポーク１７に支持された複数のディスクカッタ２２を容易に短時間で交換することができ、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ることができる。

また、ディスクカッタ２２を支持するホルダ２１に支持筒１６側に突出する移動ジャッキ２９とのカッタ連結部２３を設け、左右の開閉扉３９ａ，３９ｂの各対向面に凹部４２ａ，４２ｂを形成し、この開閉扉３９ａ，３９ｂがカッタ連結部２３を隙間なく挟持することで連通口３７を閉止可能とすると共に、凹部４２ａ，４２ｂにより形成された開口を閉止する閉止部材４５を設けており、常時、機内への止水を確実に行うことができる一方、移動ジャッキ２９とディスクカッタ２２との連結を容易に行うことができる。

更に、カッタ移動手段を移動ジャッキ２９とし、回転筒３６の貫通孔３８に移動ジャッキ２９の駆動ロッド３０が貫通して隙間なく嵌合するようにしたことで、別途止水部材を設けることなく機内への止水を確実に行うことができる。

なお、上述した各実施例では、カッタヘッド１２に３つの第１カッタスポーク１７を設け、全ての第１カッタスポーク１７にディスクカッタ２２を移動自在に支持し、支持筒１６内に移動して交換可能としたが、第１カッタスポーク１７の個数は１つでも４つ以上でもよく、また、全てのカッタスポーク１７のディスクカッタ２２を交換可能としなくてもよいものであり、トンネルの掘削距離、トンネル径、地盤の種類などに応じて適宜背ってすればよいものである。

また、第１カッタスポーク１７にディスクカッタ２２が支持されたホルダ２１を移動自在に支持して交換可能としたが、ホルダ２１に先行ビット２６やカッタビット２７を支持して移動自在とし、支持筒１６内に引き込んで交換するようにすることも可能である。

本発明に係るトンネル掘削機及びカッタ交換方法は、カッタヘッドの中央部の支持筒をカッタ交換室として利用すると共に、この支持筒に回転筒を設けて複数のカッタスポークと連通及び遮断可能とすることで、複数のカッタスポークに装着された全てのカッタを容易に交換可能としたものであり、土圧式・泥土圧式・泥水式シールド掘削機、トンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に適用することができる。

本発明の本実施例に係るトンネル掘削機の概略断面図である。本実施例のトンネル掘削機の正面図である。図１のIII−III断面図である。回転筒の概略斜視図である。ディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の断面図である。ディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の断面図である。ディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の断面図である。ディスクカッタの交換作業を表すトンネル掘削機の断面図である。

符号の説明

１１掘削機本体
１２カッタヘッド
１６支持筒（カッタ交換室）
１７第１カッタスポーク
１８第２カッタスポーク
２１ホルダ
２２ディスクカッタ（カッタ）
２３カッタ連結部
２９移動ジャッキ（カッタ移動手段）
３２カッタ旋回モータ
３４作業口
３６回転筒
３７連通口
３８貫通孔
３９ａ，３９ｂ開閉扉（開閉手段）
４２ａ，４２ｂ凹部
４５閉止部材
５３回転用モータ

Claims

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て円筒形状をなす支持筒の外周面から複数のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドと、前記各カッタスポークに移動自在に支持されたカッタと、前記支持筒内に周方向回転自在に支持されて該支持筒と前記カッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒と、該回転筒の連通口を開閉自在な開閉手段と、前記カッタヘッドに前記支持筒に対して前記カッタスポークの反対側に配設されて前記カッタを前記カッタスポークと前記支持筒との間で移動可能なカッタ移動手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記カッタには前記カッタスポーク側から前記支持筒側に突出する前記カッタ移動手段とのカッタ連結部が設けられ、前記開閉手段は左右の開閉扉を有すると共に、該左右の開閉扉は前記カッタ連結部に隙間なく挟持して前記連通口を閉止することを特徴とするトンネル掘削機。
請求項２記載のトンネル掘削機において、前記左右の開閉扉の各対向面には前記カッタ連結部に嵌合する凹部がそれぞれ形成され、前記カッタスポークから前記カッタが取り外された後に、前記左右の開閉扉が前記連通口を閉止したときに前記凹部により形成された開口を閉止する閉止部材が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記カッタ移動手段は油圧ジャッキであって、前記回転筒には該油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔が形成されたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記支持筒の外周面から放射状に延設された第１カッタスポークが該支持筒の周方向に等間隔で複数設けられ、該各第１カッタスポークに前記カッタが移動自在にそれぞれ支持される一方、前記支持筒の外周面から放射状に延設された第２カッタスポークが前記各第１カッタスポークに対して該支持筒の反対側に複数設けられ、該各第２カッタスポークに前記カッタ移動手段としての油圧ジャッキがそれぞれ設けられ、前記回転筒には前記連通口に対向した位置に該油圧ジャッキの駆動ロッドが貫通して隙間なく嵌合する貫通孔が形成され、該回転筒が回転して前記連通口が前記第１カッタスホークに対向すると共に、前記貫通孔が前記第２カッタスポークに対向することで、前記カッタ移動手段により前記カッタを前記カッタスポークと前記支持筒との間で移動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着され、該カッタヘッドの中心部に円筒形状をなすカッタ交換室が設けられると共に、該カッタ交換室に連結するように複数のカッタスポークが放射状に設けられ、該複数のカッタスポークにカッタが移動自在に支持され、前記カッタ交換室に前記カッタスポークと連通可能な連通口を有する回転筒が周方向回転自在に支持されると共に、該連通口を開閉自在な開閉手段が設けられトンネル掘削機であって、前記回転筒を回転して前記連通口を前記カッタスホークのいずれか一つに対向した状態で、前記開閉手段により該連通口を開閉して前記カッタスポークに装着されたカッタをカッタ交換室に移動して取外すと共に、別のカッタを該カッタ交換室から前記カッタスポークに移動して取付けた後、前記回転筒を所定角度回転して前記連通口を別のカッタスホークに対向し、前述したカッタの取外し及び取付けを繰り返し行うことを特徴とするトンネル掘削機のカッタ交換方法。