JP2910636B2 - カッタービットの交換方法及びカッタービットの取付け構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カッタービット
の交換方法及びカッタービットの取付け構造に関し、特
に、シールド掘進機のカッターフェイスに取り付けられ
るカッタービットが切削作業により磨耗した際に、当該
カッタービットを交換するためのカッタービットの交換
方法、及びシールド掘進機のカッターフェイスに取り付
けられるカッタービットの取付け構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】特に都市土木の分野において、地下水の
存在する地盤や、比較的軟弱な地盤中にトンネルを掘削
形成する方法として、シールド掘進機を用いたトンネル
工法が知られている。このシールド掘進機を用いたトン
ネル工法は、シールド掘進機により切羽面を掘削しなが
ら、その後方にセグメントと呼ばれるトンネルの内壁面
を覆う覆工体を順次組み立て、かかる覆工体によりトン
ネル内壁面を防護するとともに、この覆工体から推進反
力を得つつトンネルを掘削形成して行くものである。

【０００３】そして、このシールド掘進機を用いたトン
ネル工法は、例えば、シールド掘進機の先端部分に設け
られたカッターディスクすなわちカッターフェイスを、
トンネルの切羽面に押しつけながら旋回駆動し、このカ
ッターフェイスに取り付けた多数のカッタービットによ
って切羽面の地山を切削し、切削土砂をカッターフェイ
スの後方に設けた隔室内に取り込むとともに、取り込ん
だ土砂を排泥管やスクリュウコンベア等を介して後方に
排除しつつトンネルの掘削作業を行ってゆくものであ
る。

【０００４】ここで、カッターフェイスに取り付けられ
る多数のカッタービットは、ティースビット、外周ビッ
ト、リングビット、ディスクローラビット等として用い
られ、各々、例えばニッケルクロムモリブデン等からな
る母材すなわちシャンクに、例えばタングステンカーバ
イド等からなる超硬チッップを銀ろう付け等により取り
付けてなるもので、また、超硬チッップの周囲のシャン
クには、磨耗防止のためのハードフィッシング処理など
が施されている。そして、これらのカッタービットは、
ピン取付け、ボルト取付け、溶接取付け等の取付け手段
によって、各々、面板タイプ、スポークタイプ、ドーム
タイプなどの種々の形状のカッターフェイスに強固に取
付け固定されるものである。

【０００５】一方、シールド掘進機を用いたトンネル工
法は、近年、大深度化、長距離化が指向されており、か
かる長距離施工に対応すべく、カッターフェイスに取り
付けられるカッタービットの切削機能を長時間保持する
ことが不可欠の事項となってきている。このため、従来
は、長期間の使用により磨耗したり損傷して切削機能が
低減したカッタービットを適宜交換し、新しいカッター
ビットを用いて掘削作業を再開することにより、カッタ
ーフェイスの切削機能を維持する方法が採用されてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、上記従来のカ
ッタービットを交換する方法によれば、上記面板タイプ
やスポークタイプ、あるいはドームタイプのカッターフ
ェイスを有するいわゆる密閉式のシールド掘進機では、
各工区間における掘進作業の進行途中において、作業員
がカッターフェイスの前面に直接立入ることは困難であ
るため、かかるカッタービットの交換作業を行なうに
は、地盤改良等の特殊な補助工法を別途施工する必要が
ある。また、トンネルの延長上にカッタービットの交換
用の立坑を設け、この立坑内にシールド掘進機の前面を
到達させてカッタービットの交換作業を行なう方法も採
用されている。

【０００７】しかしながら、かかる従来のカッタービッ
トを交換する方法では、特にトンネルの深度が深い場合
には、上記特殊な補助工法や立坑の設置作業等に多くの
工期と工費を必要として経済的な施工を行なうことがで
きないという課題があった。また、特に、地盤改良等の
特殊な補助工法を施工しつつ地中において交換作業を行
なう場合には、好ましくない作業環境下での交換作業を
強いられることになるおそれがあるという課題あった。

【０００８】そこで、この発明は、このような従来の課
題に着目してなされたもので、特殊な補助工法や立坑の
設置作業等の付帯工事を特に必要とすることなく、磨耗
や損傷によりその機能が損なわれたカッタービットの切
削機能を容易に回復して、シールド掘進機による長距離
のトンネル掘削作業を可能とすることのできるカッター
ビットの交換方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００９】また、この発明は、特殊な補助工法や立坑
の設置作業等の付帯工事を特に必要とすることなく、磨
耗や損傷によりその機能が損なわれたカッタービットの
切削機能を容易に回復することのできる構成を備えたカ
ッタービットの取付け構造を提供することを目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するためになされたもので、その要旨は、シールド
掘進機のカッターフェイスに取り付けられるカッタービ
ットが切削作業により磨耗した際に、当該カッタービッ
トを交換するための交換方法であって、前記カッタービ
ットの母材となるシャンクに複数の切削チップを取り付
けるとともに、前記シャンクを、これの中央部分を中心
として回転するように付勢した状態で、かつ前記複数の
切削チップがカッターフェイスの前面から突出する各位
置において前記シャンクを各々係止固定できるよう構成
した状態で、前記カッタービットを前記カッターフェイ
スに取り付け、前記切削チップが前記前面から突出する
各位置において、カッタービットが相当程度磨耗した場
合に、前記シャンクの係止固定が解除されて前記付勢力
によりシャンクを回転させるとともに、次の切削チップ
がカッターフェイスの前記前面に突出する位置で前記シ
ャンクを係止固定することにより、切削作業に寄与する
切削チップを交換使用するようにしたことを特徴とする
カッタービットの交換方法にある。

【００１１】ここで、上記記載において、カッタービッ
トが相当程度磨耗した状態とは、例えば弾性体等による
付勢力の作用によって、シャンクの係止固定が自動的に
解除されることになる程度にカッタービットが磨耗した
状態をいい、切削チップやシャンクを構成する材料の強
度、係止固定手段や解除手段の取付け位置等を鑑みて適
宜設計されるものである。

【００１２】なお、上記記載における磨耗した状態は、
シャンクや切削チップが損傷したり折損した状態等も含
めて考えるものである。

【００１３】そして、この発明のカッタービットの交換
方法は、前記切削チップを、前記シャンクの両端部分に
一対設け、前記付勢力により前記シャンクを１８０°回
転させて固定することにより、切削チップを交換使用す
るようにすることができる。

【００１４】一方、この発明の他の要旨は、シールド掘
進機のカッターフェイスに取り付けられるカッタービッ
トの取付け構造であって、母材となるシャンクの両端部
分に切削チップを一対設けてなるカッタービットと、前
記シャンクの中央部分を貫通して前記カッタービットを
回転可能に軸支する回転軸と、該回転軸の外周面におけ
るカッターフェイスの表面側に設けられた係止溝と、前
記回転軸が貫通するシャンク中央部分の貫通孔の内周面
において、前記カッターフェイスの表面と交差する方向
に互いに対向して設けられた一対の係止片収容溝と、該
各係止片収容溝の内部において弾性部材により前記回転
軸の中心に向って付勢されたた状態で収容される、前記
係止溝の深さを越える高さを有する係止片と、少なくと
も一方の前記係止片収容溝の内部において、前記係止片
から弾性部材を介して前記回転軸の外方に向かって付勢
されたた状態で突出延長することにより、その先端部分
が前記シャンクの端部に位置する突出片と、前記シャン
クと前記回転軸あるいはカッターフェイスとの間に介装
して、前記シャンクが前記回転軸の回りを回転するよう
に付勢する付勢手段とからなり、前記突出片を備える一
方の係止片収容溝及び係止片をカッターフェイスの表面
側に位置させた状態で前記係止片と係止溝とを係合固定
し、カッターフェイスの表面から突出固定された一方の
切削チップによって切羽面の切削作業を行なうととも
に、前記カッタービットの先端部分が所定量磨耗した段
階で、前記弾性部材の付勢力により前記突出片を前記シ
ャンクの端面から突出させて前記係止片と係止溝との係
合を解除し、前記付勢手段によりカッタービットを１８
０°回転した後、前記対向する他方の係止片収容溝の内
部に収容されていた係止片を前記弾性部材の付勢力によ
り前記係止溝と係合固定することにより、磨耗した端部
とは反対側の端部に取り付けられている切削チップを前
記カッターフェイスの表面から突出固定して、この切削
チップにより切削作業を行なうことを特徴とするカッタ
ービットの取付け構造にある。

【００１５】ここで、上記記載において、突出片が突出
することになるカッタービットの先端部分が所定量磨耗
した段階とは、シャンクや切削チップが磨耗して、係止
片収容溝の先端部分がカッタービットの端面に開口しあ
るいは開口する直前となった状態をいい、突出片に負荷
される付勢力や、係止片収容溝の先端部分とカッタービ
ットの先端面との間の肉厚、あるいはシャンクを構成す
る材料の強度等を鑑みて適宜設計されるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態である一実施例について、添付図面を参照しつつ詳細
に説明する。この実施例にかかるシールド掘進機２０
は、図１に正面図として示すように、面板タイプのカッ
ターフェイス１を備える、例えば泥水式のシールド掘進
機であって、かかる泥水式のシールド掘進機２０によれ
ば、平面状のカッターフェイス１の表面に多数植設され
たカッタービット４により、円形のカッターフェイス１
を旋回駆動しながら切羽面の切削作業を行なうととも
に、切削土砂を、カッターフェイス１の表面に形成した
スリット開口３を介して、カッターフェイス１の後方に
設けられている隔室内に取り込み、取り込んだ土砂を、
送泥管を経て掘進機２０の後方から隔室内に給送されて
くる泥水に混合して、この泥水とともに、排泥管を介し
てシールド掘進機２０の後方に排出しながら掘進作業が
行われる。

【００１７】なお、この泥水式のシールド掘進機２０に
よれば、シールド掘進機２０の後方には、掘削後のトン
ネル内壁面を覆うセグメントと呼ばれる覆工体を組み立
てて、周囲の地山を崩壊から防護するとともに、組み立
てたセグメントからシールド掘進機２０の推進反力を得
つつ、トンネルの掘削作業を行ってゆく。

【００１８】そして、この実施例のシールド掘削機２０
によれば、ティースビットとしての各カッタービット４
は、各々、図２、図３及び図４に示すように、以下のよ
うにしてカッターフェイス１に取り付けられている。

【００１９】すなわち、この実施例のカッタービット４
の取付け構造２によれば、各カッタービット４は、断面
平行四辺形状の縦長の短柱部材としてのニッケルクロム
モリブデンからなるシャンク５と、このシャンク５の背
向する一対の鋭角部分の各辺に、さし歯状に各々埋設固
定された、タングステンカーバイドからなる切削チップ
としての超硬チップ８とからなり、またシャンク５の側
面中央部分には、当該両側面を貫通して、後述する回転
軸６が挿通される貫通孔７が開口形成されている。

【００２０】また、この貫通孔７の内周面には、カッタ
ービット４の長手方向に対向して、一対の係止片収容溝
７ａ，７ｂが形成され、各収容溝７ａ，７ｂには、後述
する回転軸６に形成した係止溝６ａの深さより高さの大
きな係止片９が、第１のバネ１１及び第２のバネ１２に
よって回転軸６の中心方向に付勢された状態で各々収容
されている（図４参照）。

【００２１】さらに、一対の係止片収容溝７ａ，７ｂの
うちの一方の係止片収容溝７ａには、当該収容溝７ａの
一段目の肩部と係止片９との間に第３のバネ１３が引張
り状態で介装し、係止片９を回転軸６の外方に付勢する
とともに、第１のバネ１１の係止片９とは反対側の端部
には、突出片としての突出棒１０が、第１のバネ１２に
より付勢されてその先端部が収容溝７ａの最深部に当接
した状態で設置されている。

【００２２】すなわち、かかる係止片収容溝７ａの内部
の構成によれば、第１のバネ１１の付勢力が第３のバネ
１３の付勢力を上回るように設定されることにより、係
止片９は、第１のバネ１１の大きな付勢力によって回転
軸６の中心方向に付勢された状態で収容される一方で、
その反力として、突出棒１０は、回転軸６の外方に付勢
された状態で収容されることになるが、図３（ｂ）にお
いて参照される、カッタービット４の一端部が磨耗した
状態においては、突出棒１０が、カッタービット４の磨
耗した端面から突出して、第１のバネ１１の付勢力が開
放されるとともに、第３のバネ１３の付勢力も開放され
て、係止片９は、回転軸６の外方に引き込まれることに
なる。

【００２３】そして、上記構成を有する各カッタービッ
ト４は、貫通孔７を貫通する回転軸６により回転可能に
軸支されて、カッターフェイス１に各々取り付けられて
いる。

【００２４】すなわち、回転軸６は、カッターフェイス
１の表面に形成された断面円弧状のカッターフェイス取
付け溝１７の両内側面間に架設固定されて、カッタービ
ット４を強固に支持するとともに、その中央部分には、
貫通孔７の断面形状と合致する断面形状を有する拡径部
分１６を備え、これの周囲に設けたベアリング機構を介
してカッタービット４を回転可能に支持している。ま
た、この回転軸６の拡径部分１６の外周面には、カッタ
ーフェイス１の表面側に位置して、係止片９と嵌合係止
する係止溝６ａが形成されている。

【００２５】さらに、この実施例のカッタービット４の
取付け構造２によれば、一端が当該回転軸６に固定され
るとともに、この回転軸６の周囲に捲回された後、他端
がシャンク５に固定される、付勢手段としての一対のコ
イルスプリング２２が、回転軸６の拡径部分１６を挟ん
でこれの両側に、図３の矢印方向にシャンク５を回転さ
せるよう付勢した状態で設けられている。

【００２６】そして、上記取付け構造２により多数のカ
ッタービット４が取り付けられたカッターフェイス１を
有するシールド掘進機２０によって、トンネルの掘削作
業を行うには、各カッタービット４の係止片収容溝７
ａ，７ｂをカッターフェイス１の表面とは垂直な方向に
対向させるとともに、突出棒１０、第１のバネ１１及び
の第３のバネ１３等が収容された一方の係止片収容溝７
ａを、カッターフェイス１の表面側に位置させることに
より、これの係止片９の先端部分を係止溝６ａに係合さ
せてカッタービット４を固定した状態とする。そして、
かかる状態でカッターフェイス１を旋回駆動することに
より、カッターフェイス１の表面から突出する一方の超
硬チップ８によって切羽面の切削作業が行なわれる（図
３（ａ）参照）。

【００２７】そして、このような切羽面の切削作業中
に、各カッタービット４を構成する超硬チップ８やこれ
の周囲のシャンク５が、磨耗や損傷等によりその一部を
相当程度欠損した状態となると、欠損したカッタービッ
ト４の端面において、係止片収容溝７ａの先端部分が開
口し、あるいは第１のバネ１１の付勢力によりカッター
ビット４の端面を突き破ることによって当該端面から突
出棒１０が突出する（図３（ｂ）参照）。

【００２８】したがって、第１のバネ１１及び第３のバ
ネ１３の付勢力が開放されることにより、係止片９が回
転軸６の外方に引き込まれて係止溝６ａとの係合が自動
的に解除され、これによって、カッタービット４は、コ
イルスプリング２２の付勢力により、回転軸６の拡径部
分１６の外周面に沿って自動的に回転することになる。

【００２９】そしてさらに、上述のようにして拡径部分
１６の周囲を回転するカッタービット４は、１８０°回
転すると、他方の係止片収容溝７ｂが係止溝６ａと合致
する位置まで移動するとともに、この収容溝７ｂに収容
されていた係止片９が、第２のバネ１２の付勢力によ
り、係止溝６ａ内に押し出されてこれと嵌合することに
なる（図３（ｂ）参照）。

【００３０】すなわち、カッタービット４は、１８０°
回転した後に再び自動的に固定されることにより、カッ
ターフェイス１の表面から突出して切削作業に寄与する
ことになる超硬チップ８が自動的に交換され、引き続い
て切削作業が行なわれることになる。したがって、この
実施例によれば、磨耗して切削機能が損なわれたカッタ
ービット４を自動的かつ容易に交換しつつ、長距離のト
ンネル掘削作業を容易に行ってゆくことができる。

【００３１】なお、上記実施例では、構成を簡易にすべ
く、超硬チップ８を、カッタービット４の背向する位置
に２箇所設けるとともに、これに対応して２箇所の係止
片収容溝７ａ、７ｂを設け、カッタービット４を１８０
°回転して超硬チップ８を交換使用する場合について記
載したが、この発明のカッタービットの交換方法は、か
かる実施の形態に限定されるものではなく、切削チップ
及びこれに対応する係止片収容溝を三箇所以上設け、少
なくとも二箇所以上の係止片収容溝は上記係止片収容溝
７ａと同様の構成として、所定の角度間隔毎にカッター
ビットを係止固定しつつ各切削チップを順次交換使用し
てゆくこともできる。

【００３２】また、この発明のカッタービットの交換方
法は、上記構成を有するカッタービット４の取付け構造
２１を備えたものに限定されることなく採用することが
できる。

【００３３】さらに、上記実施例では、面板タイプのカ
ッターフェイス１を備える泥水式のシールド掘進機にお
いて、ティースビットとして使用するカッタービットに
この発明を適用する場合について記載したが、この発明
は、かかる実施の形態に限定されるものではなく、図５
に示すようなスポークタイプ５０のカッターフェイスを
備えるシールド掘進機や、ドームタイプのカッターフェ
イスを備えるシールド掘進機等にも適用することがで
き、また泥水式のシールド掘削機に限らず、土圧式等種
々の形式のシールド掘進機にも採用することができる。
さらに、ティースビットとして使用するカッタービット
に限定されることなく、外周ビット、リングビット、デ
ィスクローラビット等、種々のタイプのカッタービット
に対して用いることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
カッタービットの交換方法によれば、カッタービットの
磨耗状況に応じて、当該カッタービットを回転して係止
固定することにより、切削作業に寄与する切削チップを
自動的かつ容易に交換することができるので、特殊な補
助工法や立坑の設置作業等の付帯工事を特に必要とする
ことなく、磨耗や損傷によりその機能が損なわれたカッ
タービットの切削機能を容易に回復して、シールド掘進
機による長距離のトンネル掘削作業を容易に可能にする
ことができる。

【００３５】また、この発明のカッタービットの取付け
構造によれば、カッタービットの一方の先端部分が所定
量磨耗した段階で、弾性部材の付勢力によりカッタービ
ットの固定状態を容易に解除することができるととも
に、カッタービットを１８０°回転した後、再び係合固
定する作業を自動的かつ容易に行なうことができるの
で、特殊な補助工法や立坑の設置作業等の付帯工事を特
に必要とすることなく、切削作業に寄与する切削チップ
を交換して、磨耗や損傷によりその機能が損なわれたカ
ッタービットの切削機能を容易に回復することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるカッタービットの
取付け構造を採用したシールド掘進機の概略の構成を示
す正面図である。

【図２】カッターフェイスへのカッタービットの取付け
状況を示す略示射視図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、カッタービットを回転し
て、磨耗したカッタービットを交換する状況を説明する
断面図である。

【図４】図３（ａ）のＡ−Ａに沿った拡大断面図であ
る。

【図５】この発明のカッタービットの取付け構造をスポ
ークタイプのカッターフェイスに採用した状況を示す略
示射視図である。

【符号の説明】

１，５０ カッターフェイス ２ カッタービットの取付け構造 ４ カッタービット ５ シャンク ６ 回転軸 ６ａ 係止溝 ７ 貫通孔 ７ａ，７ｂ 係止片収容溝 ８ 超硬チップ（切削チップ） ９ 係止片 １０ 突出棒（突出片） １１ 第１のバネ（弾性部材） １２ 第２のバネ（弾性部材） １３ 第３のバネ（弾性部材） １６ 拡径部分（回転軸） ２０ シールド掘進機 ２２ コイルスプリング（付勢手段）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機のカッターフェイスに取
   り付けられるカッタービットが切削作業により磨耗した
   際に、当該カッタービットを交換するための交換方法で
   あって、前記カッタービットの母材となるシャンクに複
   数の切削チップを取り付けるとともに、前記シャンク
   を、これの中央部分を中心として回転するように付勢し
   た状態で、かつ前記複数の切削チップがカッターフェイ
   スの前面から突出する各位置において前記シャンクを各
   々係止固定できるよう構成した状態で、前記カッタービ
   ットを前記カッターフェイスに取り付け、前記切削チッ
   プが前記前面から突出する各位置において、カッタービ
   ットが相当程度磨耗した場合に、前記シャンクの係止固
   定が解除されて前記付勢力によりシャンクを回転させる
   とともに、次の切削チップがカッターフェイスの前記前
   面に突出する位置で前記シャンクを係止固定することに
   より、切削作業に寄与する切削チップを交換使用するこ
   とを特徴とするカッタービットの交換方法。
2. 【請求項２】 前記切削チップを、前記シャンクの両端
   部分に一対設け、前記付勢力により前記シャンクを１８
   ０°回転させて固定することにより、切削チップを交換
   使用することを特徴とする請求項１に記載のカッタービ
   ットの交換方法。
3. 【請求項３】 シールド掘進機のカッターフェイスに取
   り付けられるカッタービットの取付け構造であって、母
   材となるシャンクの両端部分に切削チップを一対設けて
   なるカッタービットと、前記シャンクの中央部分を貫通
   して前記カッタービットを回転可能に軸支する回転軸
   と、該回転軸の外周面におけるカッターフェイスの表面
   側に設けられた係止溝と、前記回転軸が貫通するシャン
   ク中央部分の貫通孔の内周面において、前記カッターフ
   ェイスの表面と交差する方向に互いに対向して設けられ
   た一対の係止片収容溝と、該各係止片収容溝の内部にお
   いて弾性部材により前記回転軸の中心に向って付勢され
   たた状態で収容される、前記係止溝の深さを越える高さ
   を有する係止片と、少なくとも一方の前記係止片収容溝
   の内部において、前記係止片から弾性部材を介して前記
   回転軸の外方に向かって付勢された状態で突出延長する
   ことにより、その先端部分が前記シャンクの端部に位置
   する突出片と、前記シャンクと前記回転軸あるいはカッ
   ターフェイスとの間に介装して、前記シャンクが前記回
   転軸の回りを回転するように付勢する付勢手段とからな
   り、前記突出片を備える一方の係止片収容溝及び係止片
   をカッターフェイスの表面側に位置させた状態で前記係
   止片と係止溝とを係合固定し、カッターフェイスの表面
   から突出固定された一方の切削チップによって切羽面の
   切削作業を行なうとともに、前記カッタービットの先端
   部分が所定量磨耗した段階で、前記弾性部材の付勢力に
   より前記突出片を前記シャンクの端面から突出させて前
   記係止片と係止溝との係合を解除し、前記付勢手段によ
   りカッタービットを１８０°回転した後、前記対向する
   他方の係止片収容溝の内部に収容されていた係止片を前
   記弾性部材の付勢力により前記係止溝と係合固定するこ
   とにより、磨耗した端部とは反対側の端部に取り付けら
   れている切削チップを前記カッターフェイスの表面から
   突出固定して、この切削チップにより切削作業を行なう
   ことを特徴とするカッタービットの取付け構造。