JP2013151784A - シールド掘進機のビット交換方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動隙間におけるシール性を向上させて泥水の浸入を防止できる。
【解決手段】ローラビット３１を掘削位置から保持筒３７の出退穴３７ａに後退させると同時に、充填材供給管５９Ａからローラビット３１の排泥空間４１を介してローラビット３１の後退空間に充填材を充填し、ローラビット３１の後退後、ゲート板５１により保持筒の開口面３７ｂを閉鎖し、充填材排出管５９Ｂから出退穴３７ａ内の充填材を排出して大気圧とすることにより、ゲート板５１前面の切羽崩壊土圧とゲート板５１背面の大気圧との圧力差により、ゲート板５１を保持筒３７の開口面３７ｂに加圧して止水シール材４０を圧縮し出退穴３７ｂを密閉する。
【選択図】図１

Description

本発明は、切羽崩壊土圧を保持しつつ地山を掘削してトンネルを形成する土圧式シールド掘進機において、掘削中に、掘削により磨耗したカッタビットやローラビットなどの掘削ビットを、カッタヘッド内で大気圧に保持された作業空間から交換可能なビット交換方法および装置に関する。

ローラビットをカッタヘッド内に形成された作業空間から交換する交換装置として、たとえば特許文献１および２がある。これら交換装置は、カッタスポークの前面に、開口部を有する回転体を配置し、この回転体の開口部にローラビットを配置している。そして、カッタの交換時には、前記回転体を９０°または１８０°回転させて、回転体の開口部を側面側または背面側の交換用開口部に対面させ、ローラビットを開口部から交換用開口部を介して作業空間に抜き出し交換可能に構成している。

特許第３１３９７４９号 特許第４１６３９６５号

しかしながら、上記従来文献では、カッタヘッド（カッタスポーク）の前面に、回転体が配置されており、回転体とその支持部材の摺動隙間が前面に臨んで露出している。このため、掘削時の泥水圧が摺動隙間に直接負荷されるとともに、礫などの破片が隙間に入り込むおそれがあり、これにより摺動隙間に設けられたシール材が破損されやすく、また回転体の回動が阻害されるおそれがあった。

本発明は上記問題点を解決して、摺動隙間におけるシール性を向上させて泥水の浸入を防止できる掘削機のビット交換方法および装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換方法であって、
掘削ビットを、カッタヘッドの前面板から開口部を介して前方に突出された掘削位置から、前記前面板の背面側でビット収納ケース内の保持筒に形成された出退穴に後退させるとともに、掘削ビットから当該掘削ビットが後退された後退空間に充填材を充填し、
前記ビット収納ケース内で前記前面板と前記保持筒の開口面との間に形成された開閉空間に、ゲート板を閉動させて前記保持筒の当該開口面を覆い、
前記出退穴でゲート板と掘削ビットの間に充填された充填材を排出して大気圧に減圧することにより、ゲート板を前面から加圧する切羽崩壊土圧とゲート板背面の大気圧の差圧を利用して、ゲート板を前記保持筒の開口面に圧接させ、当該開口面とゲート板との間に介在されたシール材を加圧して前記出退穴を密閉するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の方法において、
保持筒の開口面を閉鎖した後、差圧と共に、ゲート板を後方に付勢または後退駆動してシール材を圧縮するものである。

請求項３記載の発明は、
シールド本体の前部にカッタヘッドを回転軸心周りに回転自在に支持するとともに、カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換装置であって、
カッタヘッドの前面板に形成された開口部の背面で作業空間に、当該開口部を覆うとともに背面に掘削ビットが出し入れ可能な挿脱口が形成されたビット収容ケースを設け、
当該ビット収容ケースに、
前記開口部との間に開閉空間をあけて配置されて、掘削ビットを出退軸心方向に沿って出退自在に保持する出退穴を有する保持筒と、
前記開口部から前方に突出される掘削位置で、掘削ビットを前記出退穴内に固定可能なビット固定具と、
前記開閉空間に移動されて前記出退穴を開閉可能なゲート板と、
当該ゲート板と前記開口面の間に介在されて前記出退穴の周囲を密閉可能な止水シール材と、
掘削ビットに形成されて充填材を当該掘削ビットの前方に供給可能な連通穴と、を具備し、
掘削ビットを掘削位置から前記保持筒内に後退させると同時に、掘削ビットの前記連通穴に接続された給排管から、掘削ビット前方の後退空間に充填材を充填し、ゲート板により前記出退穴を閉鎖後に、前記出退穴内でゲート板と掘削ビットの間の充填材を前記給排管から排出して作業空間に連通させることにより大気圧に減圧し、ゲート板前面の切羽崩壊土圧とゲート板背面の大気圧との差圧により、ゲート板を前記開口面に押し付けて前記止水シール材を加圧させ前記出退穴を密閉するように構成されたものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、
保持筒の前面とゲート板とを、開閉空間の後方で出退軸心に直交する開閉軸を中心とする円弧面にそれぞれ形成するとともに、ゲート板の開閉軸方向の両側部の少なくとも一方に、固定端が前記開閉軸を介して回動自在に支持される軸受体を設け、
当該軸受体を出退軸心方向に移動自在に案内する可動支持機構を設けたものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の構成において、
軸受体を出退軸心に沿って後方に付勢する付勢支持機構、または軸受体を出退軸心方向に駆動する駆動支持機構を設けたものである。

請求項６記載の発明は請求項３乃至５のいずれかに記載の構成において、
掘削ビットは、ディスクカッタがビットホルダに回転自在に支持されたローラビットであり、
前記ビットホルダに、前記ローラビットにより掘削された土砂を排出する排泥管と、充填材を供給排出可能な充填材給排管がそれぞれ分離可能に接続されたものである。

請求項１記載の発明によれば、掘削ビットを出退穴に後退させるとともに、掘削ビットの後退空間に充填材を充填するので、開口部から土砂や泥水が浸入するのを未然に防止することができる。さらにゲート板により保持筒の開口面を閉鎖した後、出退穴でゲート板と掘削ビットの間に充填された充填材を排出して大気圧に減圧し、ゲート板前面の切羽崩壊土圧とゲート板後面の大気圧との差圧により、ゲート板を開口面に押し付けて止水シール材を圧縮することにより、保持筒の開口面を効果的にシールすることができる。またゲート板の開閉時には、ゲート板と保持筒の開口面と摺接させる必要がないため、ゲート板と止水シール材とを非接触や軽接触で開閉することができ、止水シール材の損傷を未然に防止することができる。またゲート板の開閉動力が小さくてすむ。

請求項２記載の発明によれば、ゲート板を保持筒の開口面に押し付けることにより、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧が小さい場合にも、確実なシール性能を保持することができる。

請求項３記載の発明によれば、掘削ビットを後退させた後退空間に、給排管から充填材を注入するので、開口部から土砂や泥水が浸入するのを未然に防止することができる。また保持筒の開口面を閉鎖後、出退穴内でゲート板と掘削ビットの間に充填された充填材を給排管から排出して大気圧に減圧することにより、ゲート板の前面の切羽崩壊土圧と後面の大気圧との差圧を生じさせ、ゲート板を保持筒の前面に押し付けて止水シール材を圧縮し、保持筒の開口面を効果的にシールすることができる。またこのため、ゲート板の開閉時には、ゲート板を保持筒に摺接させる必要がなく、止水シール材の損傷を未然に防止することができ、またゲート板の開閉動力が小さくてすむ。

請求項４記載の発明によれば、保持筒の開口面とゲート板とを円弧面とすることにより、ゲート板を開閉軸を中心に回動させて開閉することができ、全体をコンパクトに構成できる。また可動支持機構により、開閉軸を支持する軸受体を出退軸心に沿って前後方向に移動自在に支持することで、差圧を効果的に作用させてゲート板により保持筒の開口面を密閉することができる。

請求項５記載の発明によれば、付勢支持機構または駆動支持機構による加圧力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧により、ゲート板を保持筒の前面に押し付けることができるので、より効果的に止水シール材を圧縮してシールすることができる。また切羽崩壊土圧と大気圧との差圧が小さい場合でも、付勢支持機構または駆動支持機構による加圧力により、止水シール材を圧縮して保持筒の前面を効果的にシールすることができる。

請求項６記載の発明によれば、ローラビットによる硬質の地盤の掘削時にも、内部から、磨耗したディスクカッタを容易に交換することができる。そしてローラビットのビットホルダに排泥管を接続したので、掘削土砂の排出をスムーズに行うことができるとともに、充填材給排管が接続されることで、充填材を後退空間に効果的に供給し、充填することができる。

本発明に係るシールド掘進機のビット交換ユニットの実施例を示す主スポークの縦断面図である。 ビット交換ユニットを示す主スポークの横断面図である。 （ａ）および（ｂ）はビット交換ユニットを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。 図１に示すＡ部拡大図である。 止水シール材を示す拡大横断面図である。 ゲート可動手段を構成する可動支持機構の説明図である。 ゲート可動手段を構成する付勢支持機構を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はゲート可動手段を構成する駆動支持機構を示す説明図で、（ａ）はねじジャッキ構造、（ｂ）はシリンダ構造、（ｃ）は偏心軸構造を示す。 ビット交換手順のビット後退状態を説明する側面視の断面図である。 ビット交換手順の保持筒閉鎖状態を説明する側面視の断面図である。 シールド掘進機の全体正面図である。 シールド掘進機の全体縦断面図である。

［実施例］
以下、本発明に係るシールド掘進機のビット交換装置の実施例を図面に基づいて説明する。

（シールド掘進機）
このシールド掘進機は、図１２に示すように、円筒形のシールド本体１１の前部に圧力隔壁１２が設けられ、この圧力隔壁１２の前部に切羽崩壊土圧を保持する圧力室１９Ａが形成されている。前記圧力隔壁１２には、旋回軸受１３を介して旋回リング体１４がシールド軸心Ｏ周りに回転自在に支持されており、この旋回リング体１４から前方に突出された複数の支持脚１５に、圧力室１９Ａの前面を覆う円形のカッタヘッド１６が支持されている。圧力隔壁１２後方の大気室１９Ｂには、このカッタヘッド１６を回転駆動するカッタ駆動装置１７が設けられており、このカッタ駆動装置１７は、旋回リング体１４の背面に設けられたリングギヤ１７ａと、このリングギヤ１７ａに噛み合う複数の駆動ピニオン１７ｂと、前記駆動ピニオン１７ｂをそれぞれ回転駆動する回転駆動装置（油圧式または電動式モータ）１７ｃとで構成されている。さらに圧力隔壁１２に、カッタヘッド１６により掘削された土砂を、圧力室１９Ａから切羽崩壊土圧を保持しつつ大気室１９Ｂに排出する排土用スクリュコンベヤ１８が貫設されている。

（カッタヘッド）
カッタヘッド１６は、図１１に示すように、シールド軸心Ｏ上に配置された中心部材２０から半径方向に延びる複数の主スポーク２１と、主スポーク２１の間で半径方向に延びる複数の副スポーク２２と、シールド軸心Ｏを中心とする円弧方向に配設されて主スポーク２１および副スポーク２２を連結する中間リング２３および外周リング２４とを具備し、これら部材２１〜２４間に土砂取り入れ口２５が形成されている。

そして主スポーク２１の前部に、本発明に係る複数のビット交換ユニット（ビット交換装置）３０と、固定式のカッタビット３２とが交互に配列され、各ビット交換ユニット３０にローラビット（掘削ビット）３１がそれぞれ設けられている。また中心部材２０や副スポーク２２の前面および側面、主スポーク２１の前面に複数の固定ビット２６がそれぞれ設けられている。

図１１に示すように、前記中心部材２０の背面側に、作業員が出入り可能なマンホール２７が設けられており、このマンホール２７は圧力隔壁１２を貫通して大気室１９Ｂ側から出入り可能に連通されている。また各主スポーク２１の背面側に、作業員が入ってビット交換作業が可能な大気圧の作業空間２８が形成され、マンホール２７からこの作業空間２８に作業員が行き来できるように連通され、掘削途中で磨耗したローラビット３１を作業空間２８から交換することができる。

（ビット交換ユニット）
図１〜図３に示すように、ビット交換ユニット３０は、主スポーク２１の前面板２１Ｆの切り欠き部に配置されたユニット前面板（前面板）３３に、掘削位置のローラビット３１が突出される開口部３４が形成され、この開口部３４周囲の背面から作業空間２８側にビット収納ケース３５が取り付けられている。このビット収納ケース３５は、ユニット前面板３３に固定された左側板３５Ｌ、右側面板３５Ｒ、天面板３５Ｕ、底面板３５Ｄおよび背面板３５Ｂからなる箱体形に形成されて、開口部３４と後述する背面の挿脱口３６以外は密閉されている。前記背面板３５Ｂは底部寄りで上下に二分割され、下部が固定された固定部３５Ｂａに、上部が取り外し可能な分離部３５Ｂｂに形成されており、これら固定部３５Ｂａと分離部３５Ｂｂとの間に、ローラビット３１が挿脱自在な挿脱口３６が形成されている。

またビット収納ケース３５内には、ユニット前面板３３の開口部３４の後方に保持筒３７が設置され、この保持筒３７に、ローラビット３１をたとえばシールド軸心Ｏに平行な出退軸心Ｏａに沿って前後方向に出退可能に支持する出退穴３７ａが形成されている。そして、この保持筒３７とユニット前面板３３との間に、ゲート板５１が移動可能な開閉空間３８が形成され、また保持筒３７の上部にゲート収容空間３９が形成されている。さらに保持筒３７で開閉空間３８に臨む前面に、ゲート板５１により開閉される開口面３７ｂが形成され、この開口面３７ｂおよびゲート板５１は、保持筒３７の後方位置で出退軸心Ｏａに直交するカッタヘッド１６の接線方向の開閉軸心Ｏｂを中心とする円弧状にそれぞれ形成されている。

前記ローラビット３１は、略長円＋矩形の筒形断面に形成されたビットホルダ４２の前部に、前後方向に沿って排泥空間４１が形成され、この排泥空間４１の前部に、短径方向の支軸４３を介して２枚刃のディスクカッタ４４が回転自在に支持されている。また開口部３４の内周面およびビットホルダ４２の中間部外周に、ビットシール材４５Ａ，４５Ｂが装着溝を介して装着されている。

（ビット固定具）
さらに、図１、図４に示すように、ビット収納ケース３５の後部に、掘削位置でビットホルダ４２を固定し、かつ交換時に解放可能な複数のビット固定具４６が設けられている。これらビット固定具４６は、ビット収納ケース３５とビットホルダ４２に、ブロック嵌合部４８と、このブロック嵌合部４８に嵌合される固定部材４７とを具備している。ブロック嵌合部４８は、ビット収納ケース３５の背面で上下長辺部に、前後に略９０°を有する傾斜端面４８ａおよび傾斜支持面４８ｂからなる角形の溝が形成され、保持筒３７の背面部に傾斜端面４８ａに略９０°を有して形成された傾斜受面４８ｃが形成されて構成されている。また固定部材４７は、保持筒３７にビット収納ケース３５の長辺方向に形成された支持穴３５ａに装着される軸形ナット（バレルナット）４７ａと、この軸形ナット４７ａの雌ねじ穴に着脱、締付け可能な固定ボルト４７ｂと、ブロック嵌合部４８に嵌合される直方体形のエッジブロック４７ｃとを有し、このエッジブロック４７ｃに、固定ボルト４７ｂが嵌合される貫通穴４７ｄが形成されている。したがって、エッジブロック４７ｃをブロック嵌合部４８に嵌合し、固定ボルト４７ｂを貫通穴４７ｄから軸形ナット４７ａの雌ねじ穴に装着し締付けて、エッジブロック４７ｃにより傾斜端面４８ａおよび傾斜受面４８ｃをそれぞれ押圧し、固定部材４７によりビットホルダ４２を介してディスクカッタ４４を主スポーク２１に強固に固定することができる。この時、ローラビット３１の掘削反力は、傾斜受面４８ｃから傾斜支持面４８ｂに伝達されて、ビット収納ケース３５に支持される。

（ゲート開閉装置）
さらにビット収納ケース３５内には、保持筒３７の開口面３７ｂを開閉可能なゲート板５１を有するゲート開閉装置５０が設けられている。このゲート開閉装置５０は、ゲート板５１と、電動または油圧式あるいは手動式の回動工具を使用してゲート板５１を開閉動可能な開閉軸５２と、ゲート板５１により保持筒３７の出退穴３７ａを密閉可能なゲートシール手段とを具備している。

ゲート板５１には、左右の円弧辺から開閉軸心Ｏｂに伸びる扇形の連結板５３が取り付けられ、これら連結板５３の固定端部が、左右側板３５Ｒ，３５Ｌにそれぞれ回転自在に貫通支持された開閉軸５２に固定されている。したがって、回動工具を使用して、開閉軸５２を回動させることにより、ゲート収容空間３９の開放位置と開閉空間３８の閉鎖位置との間でゲート板５１を開閉移動させて、開口面３７ｂの出退穴３７ａを開閉することができる。

ゲート板５１の内面に、閉鎖位置で開口面３７ｂとの隙間をシールする止水シール材４０が全周囲にわたって設けられている。この止水シール材４０は、図５に示すように、たとえば断面が略五角形の特殊なＯリングが使用されており、このＯリングは、収納溝に嵌合される矩形断面の装着部４０ａと、装着部４０ａから突出される山形状断面の摺接部４０ｂとを具備している。もちろん、この止水シール材４０を、開口面３７ｂの出退穴３７ａ周囲に沿って設置してもよい。

なお、これら止水シール材４０およびビットシール材４５Ａ，４５Ｂのうち、止水シール材４０およびビットシール材４５Ｂは、大気圧の作業空間２８側から交換することができる。すなわち、止水シール材４０の場合、背面板３５Ｂの分離部３５Ｂｂを取り外し、開閉軸５２を分離してゲート板５１を作業空間２８側に取り出すことができる。これにより、破損した止水シール材４０を交換することができる。またビットシール材４５Ｂの場合、ビットホルダ４２を引き抜いてローラビット３１を交換する際に、破損したビットシール材４５Ｂを交換することができる。このように、万一、掘削中に止水シール材４０やビットシール材４５Ｂが破損することがあっても、作業空間２８から交換することができて止水性を確保できることから、ビット交換ユニット３０の信頼性が向上される。

ローラビット３１には、ディスクカッタ４４により掘削した土砂を排出する排泥管５５が接続されている。この排泥管５５は、ビットホルダ４２の背面側で、排泥空間４１に連通して形成された連通穴５７Ａに接続され、作業空間２８を出退軸心Ｏａに沿って伸び、主スポーク２１の背面板２１Ｒを貫通され圧力室１９Ａに開口されている。この排泥管５５は、連通穴５７Ａに取り付けられた第１排泥バルブ５６Ａおよび分離用フランジと、背面板２１Ｒとの接続部に取り付けられた分離用フランジと第２排泥バルブ５６Ｂと、２個の分離用フランジ間に分離可能に接続された排泥管本体５５ａとで構成されている。したがって、ビット交換時に、２個の分離用フランジにより排泥管本体５５ａを分離することができる。

またビットホルダ４２の背面に排泥空間４１に連通する２本の連通穴５７Ｂ，５７Ｃがそれぞれ形成され開口され、これら連通穴５７Ｂ，５７Ｃに開閉バルブ５８Ａ，５８Ｂがそれぞれ装着されている。ビット交換時には、これら開閉バルブ５８Ａ，５８Ｂに、充填材供給管（充填材給排管）５９Ａ、充填材排出管（充填材給排管）５９Ｂ、洗浄水供給管５９Ｃ、洗浄水排出管５９Ｄ（充填材排出管５９Ｂと兼用されることもある）がそれぞれ選択的に接続され、充填材や洗浄水の供給、排出を行う。

（ゲートシール手段）
前記ゲートシール手段は、前方からゲート板５１を加圧する切羽崩壊土圧（掘削地盤）と、大気圧（作業空間２８）との差圧を利用してゲート板５１を加圧しシールするものである。基本的には、後述のＡ）に説明するように、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧のみを利用する可動支持機構６１でよい。

しかしながら、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧が小さくシール性能が低下する場合に備え、開閉軸５２を介してゲート板５１を出退軸心Ｏａ方向に後退させて止水シール材４０を圧縮するゲートシール補助手段が設けられている。このゲートシール補助手段には、後述のＢ）で説明するように、開閉軸５２を後方に付勢する付勢支持機構６２と、後述のＣ）〜Ｅ）で説明するように、機械的な駆動力を利用して開閉軸５２を後方に駆動する第１〜第３駆動支持機構６３Ａ〜６３Ｃがあり、後述のＢ）〜Ｅ）から選択される。

以下、可動支持機構６１、付勢支持機構６２および第１〜第３駆動支持機構６３Ａ〜６３Ｃを図６〜図８を参照して説明する。なお、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

Ａ）可動支持機構６１は、図６に示すように、左右一対の開閉軸５２をそれぞれ回動自在に支持する軸受体６４と、これら軸受体６４を出退軸心Ｏａ方向に所定範囲で移動自在に支持する軸受ガイドフレーム６５とを具備し、軸受ガイドフレーム６５のガイド空間内で、上下に設けられたガイドレール６５ａに沿って軸受体６４が前後方向に移動自在に案内されている。

したがって、ビット交換時に、ローラビット３１を後退させるとともに充填材供給管５９Ａからローラビット３１の後退空間（開閉空間３８およびゲート収容空間３９を含む）に充填材を注入する。そして、手動または回動工具などを使用して開閉軸５２を回転させ、ゲート板５１を開放位置から閉鎖位置に閉動させて保持筒３７の出退穴３７ａを閉じる。その後、充填材排出管５９Ｂによりゲート板５１とローラビット３１との間に充填された充填材を排出して大気圧側に連通させる。これにより、充填材の残存するゲート板５１の前面側では、切羽崩壊土圧を受けて高圧であり、充填材が排出された充填材排出管５９Ｂは作業空間２８に連通されて大気圧となるため、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧によりゲート板５１が加圧されて、開閉軸５２が軸受体６４および軸受ガイドフレーム６５を介して出退軸心Ｏａ方向後方に変位され、ゲート板５１が開口面３７ｂに押し付けられることにより、止水シール材４０が圧縮されて保持筒３７の出退穴３７ａがシールされる。

Ｂ）付勢支持機構６２は、図７に示すように、可動支持機構６１の軸受体６４を出退軸心Ｏａに沿って後方に付勢する圧縮コイルばね６７Ａまたは引っ張りコイルばね６７Ｂを設けたものである。またゲート板５１の開閉動作時にコイルばね６７Ａ，６７Ｂの付勢力が軸受体６４に加わるのを防止するために、軸受体６４の後退を規制するねじ軸６８ａを有するねじ軸式の開閉軸固定具６８が軸受ガイドフレーム６５に設けられている。

したがって、開閉軸固定具６８によりゲート板５１が止水シール材４０に接触しない位置に保持し、回動工具によりゲート板５１を閉鎖位置に閉動させ保持筒３７の出退穴３７ａを閉じた後、充填材排出管５９Ｂによりゲート板５１とローラビット３１との間に充填された充填材を排出して、出退穴３７ａ内を作業空間２８に連通させて減圧し大気圧とする。同時に開閉軸固定具６８を後退して開放することにより、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧と、圧縮コイルばね６７Ａ（または引っ張りコイルばね６７Ｂ）の付勢力とより、ゲート板５１が加圧されて開口面３７ｂに押し付けられ、止水シール材４０が圧縮されて保持筒３７の出退穴３７ａが効果的にシールされる。

Ｃ）第１駆動支持機構６３Ａは、図８（ａ）に示すように、可動支持機構６１の軸受体６４に、ゲート板５１を出退軸心Ｏａ方向に所定範囲で駆動する手動式（または電動式、油圧式でも可）のジャッキ装置６９を設けたものである。したがって、ゲート板５１を閉鎖位置に閉動させた後、ジャッキ装置６９により軸受体６４を後方に移動させて、ゲート板５１を開口面３７ｂに押し付けるとともに、充填材排出管５９Ｂによりゲート板５１とローラビット３１との間に充填された充填材を排出して大気圧とする。これにより、ジャッキ装置６９によるゲート板５１の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とを利用して、閉鎖位置のゲート板５１を開口面３７ｂに押し付け、止水シール材４０により保持筒３７の出退穴３７ａを効果的にシールすることができる。

Ｄ）第２駆動支持機構６３Ｂは、図８（ｂ）に示すように、可動支持機構６１の軸受体６４に、ゲート板５１を出退軸心Ｏａ方向に所定範囲で駆動する油圧式の密閉用シリンダ７０を連結したものである。これにより、可動支持機構６１による切羽崩壊土圧と大気圧の差圧による加圧と、密閉用シリンダ７０による駆動圧を利用して、閉鎖位置のゲート板５１を開口面３７ｂに押し付け、止水シール材４０により保持筒３７の出退穴３７ａをシールすることができる。

Ｅ）第３駆動支持機構６３Ｃは、図８（ｃ）に示すように、ゲート板５１を出退軸心Ｏａ方向に所定範囲で移動可能な偏心式変位装置７１を設けたものである。
この偏心式変位装置７１は、ビット収納ケース３５に取り付けられた外周軸受体７２に外回転体７３を回転自在に支持させ、この外回転体７３の回転軸心Ｏｃから偏心量Δｄだけ偏心した位置に、開閉軸５２を回転自在に支持する軸受体６４を設けている。さらに外回転体７３を所定範囲で回転駆動するたとえば手動式のベベルギヤ装置７４が配置されている。したがって、開閉軸５２を介してゲート板５１を開放位置から開口面３７ｂを覆う閉鎖位置まで閉動させた後、ベベルギヤ装置７４を駆動して外回転体７３を矢印方向に回転駆動し、軸受体６４を後方に所定距離Ｌｂだけ後退させることにより、ゲート板５１を開口面３７ｂに押し付ける。さらに、充填材排出管５９Ｂによりゲート板５１とローラビット３１との間に充填された充填材を排出して大気圧とする。これにより、偏心式変位装置７１によるゲート板５１の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とを利用して、閉鎖位置のゲート板５１を開口面３７ｂに押し付け、止水シール材４０により保持筒３７の出退穴３７ａを効果的にシールすることができる。

（交換動作）
次に、付勢支持機構６２に手動式のジャッキ装置６９を具備したビット交換ユニット３０の交換動作を説明する。

１）カッタヘッド１６の回転を停止し、作業空間２８に作業員が入り、磨耗したローラビット３１の背面まで移動する。そして、充填材供給管５９Ａと充填材排出管５９Ｂとを開閉バルブ５８Ａ，５８Ｂに接続する。さらに排泥管５５の第１，第２排泥バルブ５６Ａ，５６Ｂを閉じ、排泥管本体５５ａを取り外す。次いで、ビット固定具４６を外した後、ビットホルダ４２と主スポーク２１の背面板２１Ｒとの間に、ビットホルダ４２を引き出し可能なジャッキなどの押引き工具（図示せず）を取り付ける。

２）図９に示すように、開閉バルブ５８Ａを開けて充填材供給管５９Ａから充填材Ｍを注入するとともに、押引き工具により、ビットホルダ４２を出退軸心Ｏａに沿って引き出す。これにより、排泥空間４１からローラビット３１の後退空間に充填材が充填され、土砂の流入が防止される。さらにビットホルダ４２が保持筒３７の出退穴３７ａ内に引き込まれて開閉空間３８が開放されると、充填材が開閉空間３８からゲート収容空間３９内に充填される。

３）ディスクカッタ４４がゲート収容空間３９内に完全に引き込まれると、開閉バルブ５８Ａを閉じて充填材の供給を停止する。さらにゲート開閉装置５０を作動してゲート板５１を開放位置から閉鎖位置に閉動させ、保持筒３７の出退穴３７ａを閉じる。その後、ジャッキ装置６９を操作してゲート板５１を開口面３７ｂに押し付け密閉するとともに、図１０に示すように、開閉バルブ５８Ｂを開けて充填材排出管５９Ｂからゲート板５１とローラビット３１との間に充填された充填材を排出し、作業空間２８に連通させて大気圧とする。これにより、ジャッキ装置６９によるゲート板５１の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とを利用して、閉鎖位置のゲート板５１を開口面３７ｂに押し付け、止水シール材４０により保持筒３７の出退穴３７ａを効果的にシールする。

４）ビットホルダ４２から充填材供給管５９Ａと充填材排出管５９Ｂを外し、開口面３７ｂから出退穴３７ａへの漏水がないのを確認した後、押引き工具によりビットホルダ４２を出退穴３７ａから挿脱口３６を介して作業空間２８に引き出す。

５）押引き工具により新しいローラビット３１を有するビットホルダ４２を、保持筒３７の出退穴３７ａに挿入して押し込んだ後、ビットホルダ４２の開閉バルブ５８Ａ，５８Ｂに洗浄水供給管５９Ｃおよび洗浄水排出管５９Ｄを接続する。さらにゲート開閉装置５０を作動してゲート板５１を閉鎖位置から開放位置に開動させて、保持筒３７の出退穴３７ａを開放するともに、押引き工具によりビットホルダ４２をさらに出退穴３７ａから前方に押し出す。同時に、開閉バルブ５８Ａ，５８Ｂを開けて、洗浄水を洗浄水供給管５９Ｃからビットホルダ４２の前方に注水するとともに、充填材を同伴した洗浄水を洗浄水排出管５９Ｄから排出する。さらに、ローラビット３１をユニット前面板３３の開口部３４から使用位置まで突出させ、ビット固定具４６によりローラビット３１をロックする。

（実施例の効果）
上記実施例によれば、ローラビット３１を掘削位置から後退させるとともに、充填材供給管５９Ａからローラビット３１の排泥空間４１、保持筒３７の出退穴３７ａから、開閉空間３８、開口部３４、地盤などのローラビット後退空間に充填材を充填する。これにより、開口部３４からビット収納ケース３５内に土砂や泥水が浸入するのを未然に防止することができる。また、ゲート板５１により保持筒３７の出退穴３７ａの開口面３７ｂを閉鎖した後、保持筒３７内でゲート板５１とローラビット３１の間の出退穴３７ａに充填された充填材を、充填材排出管５９Ｂから排出して大気圧の作業空間２８に連通させることにより、出退穴３７ａ内を大気圧に減圧し、ゲート板５１の前面の切羽崩壊土圧と後面の大気圧との差圧により、ゲート板５１を保持筒３７の開口面３７ｂに押し付けて止水シール材４０を圧縮し、保持筒３７の前面を効果的にシールすることができる。さらにゲート板５１と保持筒３７の前面とが非接触、または軽接触でゲート板５１を開閉することができ、ゲート板５１の内面に設けられた止水シール材４０の損傷を未然に防止することができる。またゲート板５１の開閉動力も小さくてすむ。

また、保持筒３７の前面とゲート板５１とを開閉軸５２を中心とする円弧面に形成することにより、ゲート板５１を開閉軸５２を中心に回動させて開閉することができ、ビット収納ケース３５内で保持筒３７の上部や下部にゲート収容空間３９を形成することで、ビット収納ケース３５をコンパクトに構成することができる。また可動支持機構６１により、開閉軸５２を支持する軸受体６４を出退軸心Ｏａに沿って前後方向に移動自在に支持するだけで、差圧によるゲート板５１による保持筒３７の開口面３７ｂへの圧接を効果的に行うことができ、保持筒前面を密閉することができる。また開閉時に止水シール材４０に強く摺接されることがないので、開閉時のゲート板５１による止水シール材４０の損傷を最小限に止めることができる。

さらに、付勢支持機構６２により、開閉時には、開閉軸固定具６８で開閉軸５２を固定し、保持筒３７の開口面３７ｂを閉鎖した状態で、開閉軸５２の固定を解放して、コイルばね６７Ａ，６７Ｂによるゲート板５１の開口面３７ｂに押し付ける付勢力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧とにより、ゲート板５１を保持筒３７の開口面３７ｂに押し付けることができる。したがって、差圧が小さい場合でも止水シール材４０を効果的に圧縮して保持筒３７の出退穴３７ａを効果的にシールすることができる。

さらにまた、第１〜第３駆動支持機構６３Ａ〜６３Ｃにより、機械的にゲート板５１を保持筒３７の開口面３７ｂに押し付ける圧力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧とにより、ゲート板５１を保持筒３７の開口面３７ｂに押し付けることができ、差圧が小さい場合でも、止水シール材４０を効果的に圧縮して保持筒３７の出退穴３７ａを効果的にシールすることができる。

また、掘削ビットにローラビット３１を使用したので、磨耗の大きい硬質の地盤の掘削時であっても、内部から、磨耗したローラビット３１を容易に交換することができる。またディスクカッタ４４を保持するビットホルダ４２に、排泥空間４１を利用して充填材供給管５９Ａや充填材排出管５９Ｂを接続することができ、充填材や洗浄水を効果的に供給、排出して、ローラビット３１の後退空間に対してスムーズに充填材を供給、排出することができる。また洗浄水による充填材の洗浄を容易に行うことができる。

なお、上記実施例では、ローラビット３１としたが、ローラビット３１に替えて、固定式のカッタビットであってもよい。

Ｏａ 出退軸心
Ｏｂ 開閉軸心
１１ シールド本体
１６ カッタヘッド
１９Ａ 圧力室
２１ 主スポーク
２７ マンホール
２８ 作業空間
３０ ビット交換ユニット
３１ ローラビット（掘削ビット）
３２ カッタビット
３３ ユニット前面板（前面板）
３４ 開口部
３５ ビット収納ケース
３６ 挿脱口
３７ 保持筒
３７ａ 出退穴
３７ｂ 開口面
３８ 開閉空間
３９ ゲート収容空間
４０ 止水シール材
４２ ビットホルダ
４４ ディスクカッタ
４６ ビット固定具
４７ 固定部材
４８ ブロック嵌合部
５０ ゲート開閉装置
５１ ゲート板
５２ 開閉軸
５３ 連結板
５５ 排泥管
５６Ａ 第１排泥バルブ
５６Ｂ 第２排泥バルブ
５８Ａ，５８Ｂ 開閉バルブ
５９Ａ 充填材供給管
５９Ｂ 充填材排出管
５９Ｃ 洗浄水供給管
５９Ｄ 洗浄水排出管
６１ 可動支持機構
６２ 付勢支持機構
６３Ａ〜６３Ｃ 第１〜第３駆動支持機構
６４ 軸受体
６５ 軸受ガイドフレーム
６８ 開閉軸固定具
６９ ジャッキ装置
７１ 偏心式変位装置

Claims (6)

1. シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換方法であって、
   掘削ビットを、カッタヘッドの前面板から開口部を介して前方に突出された掘削位置から、前記前面板の背面側でビット収納ケース内の保持筒に形成された出退穴に後退させるとともに、掘削ビットから当該掘削ビットが後退された後退空間に充填材を充填し、
   前記ビット収納ケース内で前記前面板と前記保持筒の開口面との間に形成された開閉空間に、ゲート板を閉動させて前記保持筒の当該開口面を覆い、
   前記出退穴でゲート板と掘削ビットの間に充填された充填材を排出して大気圧に減圧することにより、ゲート板を前面から加圧する切羽崩壊土圧とゲート板背面の大気圧の差圧を利用して、ゲート板を前記保持筒の開口面に圧接させ、当該開口面とゲート板との間に介在されたシール材を加圧して前記出退穴を密閉する
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット交換方法。
2. 保持筒の開口面を閉鎖した後、差圧と共に、ゲート板を後方に付勢または後退駆動してシール材を圧縮する
   ことを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のビット交換方法。
3. シールド本体の前部にカッタヘッドを回転軸心周りに回転自在に支持するとともに、カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換装置であって、
   カッタヘッドの前面板に形成された開口部の背面で作業空間に、当該開口部を覆うとともに背面に掘削ビットが出し入れ可能な挿脱口が形成されたビット収容ケースを設け、
   当該ビット収容ケースに、
   前記開口部との間に開閉空間をあけて配置されて、掘削ビットを出退軸心方向に沿って出退自在に保持する出退穴を有する保持筒と、
   前記開口部から前方に突出される掘削位置で、掘削ビットを前記出退穴内に固定可能なビット固定具と、
   前記開閉空間に移動されて前記出退穴を開閉可能なゲート板と、
   当該ゲート板と前記開口面の間に介在されて前記出退穴の周囲を密閉可能な止水シール材と、
   掘削ビットに形成されて充填材を当該掘削ビットの前方に供給可能な連通穴と、を具備し、
   掘削ビットを掘削位置から前記保持筒内に後退させると同時に、掘削ビットの前記連通穴に接続された給排管から、掘削ビット前方の後退空間に充填材を充填し、ゲート板により前記出退穴を閉鎖後に、前記出退穴内でゲート板と掘削ビットの間の充填材を前記給排管から排出して作業空間に連通させることにより大気圧に減圧し、ゲート板前面の切羽崩壊土圧とゲート板背面の大気圧との差圧により、ゲート板を前記開口面に押し付けて前記止水シール材を加圧させ前記出退穴を密閉するように構成された
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット交換装置。
4. 保持筒の前面とゲート板とを、開閉空間の後方で出退軸心に直交する開閉軸を中心とする円弧面にそれぞれ形成するとともに、ゲート板の開閉軸方向の両側部の少なくとも一方に、固定端が前記開閉軸を介して回動自在に支持される軸受体を設け、
   当該軸受体を出退軸心方向に移動自在に案内する可動支持機構を設けた
   ことを特徴とする請求項３記載のシールド掘進機のビット交換装置。
5. 軸受体を出退軸心に沿って後方に付勢する付勢支持機構、または軸受体を出退軸心方向に駆動する駆動支持機構を設けた
   ことを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機のビット交換装置。
6. 掘削ビットは、ディスクカッタがビットホルダに回転自在に支持されたローラビットであり、
   前記ビットホルダに、前記ローラビットにより掘削された土砂を排出する排泥管と、充填材を供給排出可能な充填材給排管がそれぞれ分離可能に接続された
   ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のシールド掘進機のビット交換装置。

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