JP3442364B2 - トンネル掘削機のカッター装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、トンネル掘削機
のカッター装置に関し、詳しくは、切羽部の泥水や泥土
を排出せずにカッターホルダーの交換が行えるトンネル
掘削機のカッター装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、全断面掘削用トンネル掘削機
を使用するトンネル工事において、切羽の自立維持と切
羽出水対策として、泥水加圧式トンネル掘削機や泥土圧
式トンネル掘削機が採用されている。これらのトンネル
掘削機に装備される地山掘削用カッターは、地山が硬い
場合、又は長距離掘削の場合、トンネル貫通前の掘削途
中にて摩耗する場合があり、この場合には、摩耗したカ
ッターを交換して低下した掘削能率を回復させる必要が
生じる。

【０００３】しかし、この交換作業を行うにあたって
は、切羽に充満している泥水又は泥土を排出する必要が
あるが、これらを排出すると切羽の自立保持ができなく
なる。そのため、切羽保持の目的で、地盤改良剤を前方
の地山に注入し、更には前方の地山に凍結処理を施す等
して地盤改良を行い、チャンバーに土砂や水等が流入し
ない状態にしてから、チャンバーと掘削機本体の内部を
仕切る隔壁のマンホール等を開口し、作業者がチャンバ
ー内に入り込んで摩耗した個所のカッターを交換してい
る。しかしながら、このような作業を行うと、カッター
交換に多大な経費を要するとともに、地盤が改良される
迄の相当な時間と、カッターを交換する作業に要する時
間とが必要となるので工期が長引いてしまう。

【０００４】そこで、本出願人は特開２０００−９６９
８６号公報に記載されるシールド掘進機のカッター装置
を先に出願した。このカッター装置は、泥水圧や泥土圧
を作用させた状態でもカッター交換ができるようにもの
であり、カッターを設ける部分のチャンバー内にカッタ
ーフレームを形成し、そのカッターフレーム内にカッタ
ーを具備したカッターホルダーを設けている。そして、
このカッターホルダーに、カッター交換時に切羽側を止
水する止水ゲートを設けている。このカッター装置の場
合、カッターフレーム内をチャンバー内から区切って独
立させることにより泥土圧や泥水圧が作用しないように
しているので、これら泥水や泥土を排出することなくカ
ッターホルダーに設けられたカッターをトンネル掘削機
本体側から交換することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記カ
ッター装置の場合、全数のカッターホルダーに止水ゲー
トを設けているため、多くの止水ゲートを要してしま
う。通常の掘削であれば、全数のカッターが摩耗するの
ではなく一部のカッターが摩耗するので、その摩耗した
カッターのみを交換することとなるが、全数のカッター
に止水ゲートを設けた場合には、摩耗した部分のカッタ
ーを交換するための止水ゲートに多くの部品を要して不
経済となる。

【０００６】また、各止水ゲートを各カッターホルダー
に固定しているため、常に止水ゲートはカッターヘツド
の回転と共に回転することとなり、発生する振動等の影
響で故障しないような構造とするための対策が必要とな
る。

【０００７】さらに、カッターホルダーを取外す際に
は、このカッターホルダーの周囲への圧密土砂等や異物
の侵入、及びカッターヘッドのわずかな変形等によるホ
ルダー周囲の引抜き隙間のなくなり等によって大きな力
が必要となる場合があり、この場合には交換作業に時間
と労力を要してしまう。

【０００８】本願発明は、このような泥水加圧式トンネ
ル掘削機、及び泥土圧式トンネル掘削機において、カッ
ター交換が切羽部の泥水又は泥土を排出せずに行えるよ
うにし、また交換作業を容易にすることにより、トンネ
ル工事において経費、工期の節減に寄与することができ
るカッター装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、本願発明は、カッターヘッドに装備した複
数のカッターのチャンバー側に、該チャンバー内の空間
とは区切った空間を有するカッターフレームを設け、該
カッターフレーム内に前記カッターを着脱可能に保持す
るカッターホルダーを設け、該カッターホルダーに、カ
ッターを反切羽側に案内するガイド部材と、該ガイド部
材に沿って反切羽側にカッターをスライドさせるスライ
ド部材と、該スライドさせたカッターの切羽側を閉鎖す
る止水ゲートとを設けて該止水ゲートをカッターホルダ
ーから着脱可能に構成し、前記カッターホルダーを、カ
ッターヘッドに設ける固定ホルダーと、該固定ホルダー
から反切羽側にスライド可能な可動ホルダーとで構成
し、該可動ホルダーにカッターを設け、該可動ホルダー
と固定ホルダーとの間に、液圧作用によって可動ホルダ
ーを反切羽側にスライドさせるジャッキ機構を形成して
いる。これにより、泥水圧や泥土圧下で行なうカッター
交換において、交換するカッター位置でチャンバー内の
空間とは区切られたカッターフレーム内を止水する止水
ゲートに要する費用を大幅に削減することができる。ま
た、通常掘削時には止水ゲートを取外すことができるの
で、機械稼働中はカッターヘッドから取外すことによっ
て振動対策等の必要もなくなる。

【００１０】しかも、掘削作業によって可動ホルダーと
固定ホルダーとが強固に密着したとしても、ジャッキ機
構の推力によりその密着を解除することができるので、
迅速なカッター交換作業を行うことができる。

【００１１】また、ジャッキ機構を、固定ホルダーと可
動ホルダーとの間に形成した周溝部と、該周溝部と連通
して固定ホルダーに可動ホルダーの抜き反力をとる周溝
部の断面積よりも大きな面積を有する抜き圧作用部とで
構成すれば、抜き圧作用部の受圧面積から周溝部の受圧
面積分を除いた分の面積に作用する圧力で可動ホルダー
に抜き圧力を掛けることができるので、強固に密着して
いる場合でも圧力を上昇させることにより固定ホルダー
から可動ホルダーを抜くことができる。

【００１２】さらに、ガイド部材を、固定ホルダーに取
付ける第１ガイド部材と、該第１ガイド部材の反切羽側
に取付ける第２ガイド部材とで構成し、前記第１ガイド
部材に止水ゲートを設けるようにすれば、カッター交換
時にカッターホルダーに取付ける第１ガイド部材に止水
ゲートを残した状態で、第２ガイド部材でカッターの取
外し作業と取付け作業を連続的に行うことができる。

【００１３】また、スライド部材に、可動ホルダーを第
２ガイド部材の位置までスライドさせるカッター交換ジ
ャッキを設け、該カッター交換ジャッキを第１ガイド部
材に設けた止水ゲートの側部に設ければ、カッター交換
ジャッキの作動反力を受ける位置をほぼ止水ゲート位置
と同位置とすることができ、強度保持のための装置構造
の簡略化を計ることができる。

【００１４】その上、第２ガイド部材の可動ホルダー後
退位置と、第１ガイド部材の止水ゲート位置との間に排
水口を設ければ、後退させた可動ホルダーと止水ゲート
との間に残る泥水等を容易に排出してカッター交換作業
を行うことができる。

【００１５】さらに、固定ホルダーと可動ホルダーとの
間のジャッキ機構を駆動する液圧機器と、スライド部材
のカッター交換ジャッキの駆動用液圧機器とを別系統で
構成することにより、作動圧を異ならせた作業を連続的
に行って迅速なカッター交換作業を行うことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１は本願発明の一実施形態を
示すカッター装置の横断面図であり、図２は同カッター
装置の縦断面図で、(a) は縦断面図、(b) は部分拡大断
面図である。図３は図１に示すＡ矢視図、図４は図１に
示すＢ−Ｂ断面図である。なお、以下の実施形態では、
泥土圧式トンネル掘削機に設けられたローラーカッター
を例に説明する。

【００１７】図１に示すように、カッターヘッド１のチ
ャンバー側には、このチャンバー２内の空間とは区切ら
れた空間を有するカッターフレーム３が形成されてい
る。このカッターフレーム３内には、ローラーカッター
４を着脱可能に具備したカッターホルダー５が設けられ
ている。このカッターホルダー５は、カッターヘッド１
に設けられた固定ホルダー５１と、この固定ホルダー５
１内で反切羽側６にスライド可能な可動ホルダー５２と
で構成されている。そして、このカッターホルダー５
に、カッター４を反切羽側６に案内するガイド部材７
と、このガイド部材７に沿って反切羽側６にカッター４
を具備した可動ホルダー５２をスライドさせるスライド
部材８と、このスライドさせたカッター４の切羽側９を
閉鎖する止水ゲート１０とが設けられている。前記ロー
ラーカッター４は、図３に示すように、固定部材１９に
よって可動ホルダー５２に取付けられている。

【００１８】図２(a),(b) に示すように、前記可動ホル
ダー５２は、切羽側９にカッター４が設けられた状態
で、固定ホルダー５１にボルト５３で固定されている。
図２(b) に示すように、この固定ホルダー５１と可動ホ
ルダー５２との間はシール材５４によってシールされて
おり、これらのシール材５４の間に、液圧作用によって
可動ホルダー５２を反切羽側６に所定量スライドさせる
ジャッキ機構１１が形成されている。

【００１９】このジャッキ機構１１は、固定ホルダー５
１と可動ホルダー５２との間に形成された周溝部１１１
と、この周溝部１１１と連通して固定ホルダー５１に可
動ホルダー５２の抜き反力をとる周溝部１１１の断面積
よりも大きな面積の抜き圧作用部１１２とで構成されて
いる。この抜き圧作用部１１２は、可動ホルダー５２の
外周部に形成された浅い周溝部１１１と連通するよう
に、固定ホルダー５１と可動ホルダー５２の反切羽側６
に形成されたドーナツ状の断面を有するものである。こ
の周溝部１１１に作動油を供給する油路５５は、固定ホ
ルダー５１に設けられている。

【００２０】図１に示すように、前記止水ゲート１０を
カッターホルダー５から着脱可能にしている構成は、カ
ッターホルダー５にボルト１２で取付けられるガイド部
材７を、固定ホルダー５１に取付けられる第１ガイド部
材７１と、この第１ガイド部材７１の反切羽側６に取付
けられる第２ガイド部材７２とで構成し、前記第１ガイ
ド部材７１に止水ゲート１０を設けることによってなさ
れている。これら第１ガイド部材７１と第２ガイド部材
７２との間には、シール材７３が設けられている。

【００２１】また、図２(a) に示すように、第１ガイド
部材７１に設けられた止水ゲート１０の側部には、可動
ホルダー５２を第２ガイド部材７２の位置までスライド
させるカッター交換ジャッキ１３が設けられている。こ
のカッター交換ジャッキ１３は、第１ガイド部材７１に
設けられたジャッキ取付部材１３３に取付けられてい
る。このカッター交換ジャッキ１３を止水ゲート１０の
側部に設けることにより、第１ガイド部材７１の周方向
のほぼ同位置で止水ゲート１０とカッター交換ジャッキ
１３の作動時の反力を受けることができるので、その位
置の周方向に強度を持たせることによって、ガイド部材
７の簡略化を計ることができる。

【００２２】このカッター交換ジャッキ１３のピストン
ロッド１３１の先端には門型部材１４が設けられてい
る。この門型部材１４は、両カッター交換ジャッキ１３
の間を橋渡しするように形成されている。この門型部材
１４と可動ホルダー５２との間が連結ロッド１５によっ
て連結されており、門型部材１４の板体１４１に連結ロ
ッド１５のネジ部１５２がナット１５３で固定されてい
る。ピストンロッド１３１の先端と門型部材１４との連
結部と、連結ロッド１５と可動ホルダー５２との連結部
は、ピン１３２，１５１によって結合されており、ピン
１３２，１５１の軸回りで回動可能に構成されている。

【００２３】また、第２ガイド部材７２の可動ホルダー
後退位置と、第１ガイド部材７１の止水ゲート１０位置
との間には排水口７４が設けられている。この排水口７
４により、可動ホルダー５２を後退させて止水ゲート１
０を閉鎖した後の可動ホルダー５２の前部と止水ゲート
１０との間に残る泥水等を容易に排出してカッター交換
作業が行えるようにしている。

【００２４】さらに、固定ホルダー５１と可動ホルダー
５２との間のジャッキ機構１１を駆動する油圧ジャッキ
１６（液圧機器）と、スライド部材８のカッター交換ジ
ャッキ１３の駆動用油圧機器とを別系統とすることによ
り、作動圧を異ならせる作業を迅速に行ってカッター交
換作業ができるようにしている。この油圧ジャッキ１６
は、固定ホルダー５１に設けられた注入口１６１と配管
１６２で接続される。

【００２５】図４に示すように、止水ゲート１０は、第
１ガイド部材７１に設けられた方形の案内部材１７に沿
ってスライドするように構成されており、この案内部材
１７に設けられた２本のジャッキ１８によってスライド
駆動される。このジャッキ１８の後端位置にカッター交
換ジャッキ１３を支持するジャッキ取付部材１３３が設
けられている。この案内部材１７には、円形の可動ホル
ダー５２を後退させた後で閉鎖する止水ゲート１０との
間をシールする円形のシール材１７１が設けられてい
る。

【００２６】このようにして、泥水加圧式、又は泥土圧
式トンネル掘削機のカッター装置２０を構成することに
より、高水圧下で切羽部の泥水及び泥土を排出せずにカ
ッター交換が行える。

【００２７】図５は図１に示すカッター装置を装備させ
るトンネル掘削機の縦断面図であり、図６は同トンネル
掘削機の正面図である。前記したカッター装置２０は、
カッターヘッド１の切羽側９に装備した複数のカッター
４のチャンバー側に形成されたカッターフレーム３内で
使用される。このカッターフレーム３は、チャンバー２
内の空間とは区切られた空間であり、掘削機本体２１の
内部と同一圧力の空間となっている。このカッターフレ
ーム３内には、掘削機本体２１に設けられたマンホール
２２から出入り可能に構成されている。なお、図６に示
す２３は空間であり、チャンバー２内と切羽側９とが連
通している空間である。

【００２８】図７は図１〜図４に示すカッター装置にお
けるカッター交換手順の交換前状態を示す縦断面図であ
り、図８は図７のカッター交換手順の次工程を示す縦断
面図、図９は図８のカッター交換手順の次工程を示す要
部拡大断面図、図１０は図９のカッター交換手順の次工
程を示す縦断面図、図１１は図１０のカッター交換手順
の次工程を示す縦断面図である。

【００２９】まず、図７に示すように、交換前のカッタ
ー４を固定した可動ホルダー５２は、カッターヘッド１
に設けられた固定ホルダー５１にボルト５３で固定され
ており、カッターヘッド１の前面から切羽側９に突出す
るように設けられている。

【００３０】次に、図８に示すように、固定ホルダー５
１に、ボルト１２で第１ガイド部材７１を取付け、この
第１ガイド部材７１に第２ガイド部材７２を取付ける。
この時、固定ホルダー５１と第１ガイド部材７１との間
と、第１ガイド部材７１と第２ガイド部材７２との間に
シール材７３を設けて水密を計る。

【００３１】また、第１ガイド部材７１のジャッキ取付
部材１３３にカッター交換ジャッキ１３を取付け、この
カッター交換ジャッキ１３のピストン先端に門型部材１
４を設け、この門型部材１４と可動ホルダー５２とを連
結ロッド１５で連結する。さらに、固定ホルダー５１の
注入口１６１に、初期の固着状態を切離すためのジャッ
キ機構１１のホース１６２を取付け、このホース１６２
に油圧ジャッキ１６を取付ける。この図では油圧ジャッ
キ１６をカッターヘッド１の前部に記載しているが、実
際には、この油圧ジャッキ１６はカッターフレーム３内
から作業者が操作することとなる。

【００３２】次に、図９に示すように、油圧ジャッキ１
６（図８）によって注入口１６１から固定ホルダー５１
と可動ホルダー５２との間に形成された周溝部１１１内
に圧油を供給する。この周溝部１１１に供給された圧油
は、周溝部１１１から抜き圧作用部１１２へと流れる。
そして、周溝部１１１の先端側の断面積よりも大きい抜
き圧作用部１１２の断面積に作用する圧力によって、可
動ホルダー５２には反切羽側６方向に後退する抜き圧が
作用し、可動ホルダー５２が固定状態（図２(b) ）の位
置から後方へずれる。これにより、掘削時に強固に固着
した状態の可動ホルダー５２と固定ホルダー５１との結
合が解除される。

【００３３】次に、図１０に示すように、カッター交換
ジャッキ１３によって門型部材１４を介して連結ロッド
１５で可動ホルダー５２を後退させる。この時、カッタ
ー交換ジャッキ１３のストロークと連結ロッド１５のナ
ット１５３の調節によって、可動ホルダー５２を第２ガ
イド部材７２の所定位置まで後退させる。そして、止水
ゲート１０を閉鎖することによって切羽側９とカッター
フレーム３内との間を連通させる通路となる第１ガイド
部材７１内を遮断する。この止水ゲート１０と第１ガイ
ド部材７１に設けられた案内部材１７との間はシール材
１７１によって水密シールされている。この状態で、第
２ガイド部材７２の排水口７４から、止水ゲート１０と
可動ホルダー５２との間の泥水等が排出される。

【００３４】次に、図１１に示すように、門型部材１４
と連結ロッド１５（図１０）を取外し、可動ホルダー５
２を第２ガイド部材７２とともに取外す。このように第
２ガイド部材７２とともに可動ホルダー５２を取外すこ
とにより、この第２ガイド部材７２を元に戻せば可動ホ
ルダー５２を前方へ押出す作業へ移れるので、カッター
４を交換した後の取付作業が容易に行える。取外した可
動ホルダー５２のカッター４は、前面から固定部材１９
を取外すことによって交換する。

【００３５】以上のようにしてカッター４を交換した可
動ホルダー５２は、上述した工程の逆工程によって固定
ホルダー５１に組込まれる。そして、可動ホルダー５２
を組込んだ後は、ボルト１２を外して第１ガイド部材７
１を固定ホルダー５１から取外し、次のカッター交換位
置へ持って行って、その場所で次のカッター交換作業を
行うことができる。

【００３６】このように、止水ゲート１０を着脱可能な
ように構成することにより、カッターヘッド１に多数装
備されているカッター４の内の交換を要するカッター４
の位置で、そのカッター４のみを順次交換することがで
きるので、例えば、１式の着脱式止水ゲート１０を装備
しておけば、カッターヘッド１に設けられている全ての
カッターホルダー５に共通で使用できるので、カッター
４の交換に必要な止水ゲート１０等の構成数を減らして
装備費用の節減を計ることができる。

【００３７】また、可動ホルダー５２の初期スライドに
油圧のジャッキ機構１１を採用したので、大きな力を要
する初期スライドを安定して行うことによって交換作業
を容易に行い、作業の時間短縮を計ることができる。

【００３８】さらに、止水ゲート１０が着脱式であるた
め、トンネル掘削機での掘削中はカッターヘッド１から
止水ゲート１０を外しておくことにより、止水ゲート１
０は故障することもなく長期間使用することができる。

【００３９】なお、上述した実施形態は一実施形態であ
り、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は
可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定される
ものではない。

【００４０】

【発明の効果】本願発明は、以上説明したような形態で
実施され、以下に記載するような効果を奏する。

【００４１】着脱できる止水ゲートをカッターホルダー
に設けたことにより、カッター交換を要する位置での迅
速な交換作業と、カッター交換作業に要する費用の大幅
な削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態を示すカッター装置の横
断面図である。

【図２】図１に示すカッター装置の縦断面図であり、
(a) は縦断面図、(b) は部分拡大断面図である。

【図３】図２に示すＡ矢視図である。

【図４】図２に示すＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図１に示すカッター装置を装備させるトンネル
掘削機の縦断面図である。

【図６】図１に示すカッター装置を装備させるトンネル
掘削機の正面図である。

【図７】図１〜図４に示すカッター装置におけるカッタ
ー交換手順の交換前状態を示す縦断面図である。

【図８】図７のカッター交換手順の次工程を示す縦断面
図である。

【図９】図８のカッター交換手順の次工程を示す要部拡
大断面図である。

【図１０】図９のカッター交換手順の次工程を示す縦断
面図である。

【図１１】図１０のカッター交換手順の次工程を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１…カッターヘッド ２…チャンバー ３…カッターフレーム ４…カッター ５…カッターホルダー ６…反切羽側 ７…ガイド部材 ８…スライド部材 ９…切羽側 １０…止水ゲート １１…ジャッキ機構 １２…ボルト １３…カッター交換ジャッキ １４…門型部材 １５…連結ロッド １６…油圧ジャッキ １７…案内部材 １８…ジャッキ １９…固定部材 ２０…カッター装置 ２１…掘削機本体 ２２…マンホール ２３…空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−229767（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−336480（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッターヘッドに装備した複数のカッタ
   ーのチャンバー側に、該チャンバー内の空間とは区切っ
   た空間を有するカッターフレームを設け、該カッターフ
   レーム内に前記カッターを着脱可能に保持するカッター
   ホルダーを設け、該カッターホルダーに、カッターを反
   切羽側に案内するガイド部材と、該ガイド部材に沿って
   反切羽側にカッターをスライドさせるスライド部材と、
   該スライドさせたカッターの切羽側を閉鎖する止水ゲー
   トとを設けて該止水ゲートをカッターホルダーから着脱
   可能に構成し、前記カッターホルダーを、カッターヘッ
   ドに設ける固定ホルダーと、該固定ホルダーから反切羽
   側にスライド可能な可動ホルダーとで構成し、該可動ホ
   ルダーにカッターを設け、該可動ホルダーと固定ホルダ
   ーとの間に、液圧作用によって可動ホルダーを反切羽側
   にスライドさせるジャッキ機構を形成したトンネル掘削
   機のカッター装置。
2. 【請求項２】 ジャッキ機構を、固定ホルダーと可動ホ
   ルダーとの間に形成した周溝部と、該周溝部と連通して
   固定ホルダーに可動ホルダーの抜き反力をとる周溝部の
   断面積よりも大きな面積を有する抜き圧作用部とで構成
   したことを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削機の
   カッター装置。
3. 【請求項３】 ガイド部材を、固定ホルダーに取付ける
   第１ガイド部材と、該第１ガイド部材の反切羽側に取付
   ける第２ガイド部材とで構成し、前記第１ガイド部材に
   止水ゲートを設けたことを特徴とする請求項１又は請求
   項２記載のトンネル掘削機のカッター装置。
4. 【請求項４】 スライド部材に、可動ホルダーを第２ガ
   イド部材の位置までスライドさせるカッター交換ジャッ
   キを設け、該カッター交換ジャッキを第１ガイド部材に
   設けた止水ゲートの側部に設けたことを特徴とする請求
   項３記載のトンネル掘削機のカッター装置。
5. 【請求項５】 第２ガイド部材の可動ホルダー後退位置
   と、第１ガイド部材の止水ゲート位置との間に排水口を
   設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のト
   ンネル掘削機のカッター装置。
6. 【請求項６】 固定ホルダーと可動ホルダーとの間のジ
   ャッキ機構を駆動する液圧機器と、スライド部材のカッ
   ター交換ジャッキの駆動用液圧機器とを別系統で構成し
   たことを特徴とする請求項４又は請求項５記載のトンネ
   ル掘削機のカッター装置。