JP3634625B2 - カッタ装置及びトンネル掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削するカッタ装置、並びにこのカッタ装置が装着されたトンネル掘削機に関し、特に、カッタヘッドに装着されたカッタビットの交換作業に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を掘削するシールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドが回転自在に装着される一方、後部には円周方向に複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメントエレクタ装置が装着されて構成されている。このシールド掘削機を用いてトンネルを掘削形成する場合、カッタヘッドを回転させながら、シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出すると共に、セグメントエレクタ装置によってセグメントをトンネル壁面に組付けて所定長さのトンネルを構築していく。
【０００３】
近年、掘削形成するトンネルは長距離化の傾向にあり、シールド掘削機による掘削作業中にカッタヘッドに装着されたカッタビットが摩耗してしまうことがある。このカッタビットが摩耗すると、岩盤の掘削効率が低下してしまうので、掘削作業を停止して磨耗したカッタビットを交換しなければならない。上述した従来のシールド掘削機にあっては、まず、カッタビットを交換するシールド掘削機の前方の地点の地盤を薬液の注入や凍結などにより固化改良し、この地盤改良地点までトンネル掘削機を掘進させる。ここで、シールド掘削機を停止してチャンバ室内の掘削土砂を全て排出し、作業者がこのチャンバ室内に入ってカッタビットの交換作業、即ち、磨耗したカッタビットを取り外して新しいカッタビットを取付けている。
【０００４】
ところが、このシールド掘削機におけるカッタビットの交換作業にあっては、地盤の改良を行うために使用する薬液などに費用がかかって不経済であると共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者はチャンバ室内の狭い空間で作業を行うことなり、不自由な作業となって作業者にかかる負担が大きくなってしまうという問題がある。そこで、カッタビットを移動自在に支持してカッタヘッド内に移動して、掘削機本体内でカッタビットの交換作業を行うようにしたものが提案されている。
【０００５】
図７に従来のシールド掘削機の概略、図８にカッタビットの収容庫及び収容のための駆動機構を表す概略を示す。
【０００６】
図７に示すように、従来のシールド掘削機において、円筒形状をなすスキンプレート１０１の前部には軸受１０２によってカッタヘッド１０３が回転自在に装着され、カッタヘッド１０３の後部にはリングギア１０４が固定される一方、スキンプレート１０１には駆動モータ１０５が取付けられ、この駆動モータ１０５の駆動ギア１０６がリングギア１０４に噛み合っている。従って、駆動モータ１０５を駆動すると、駆動ギア１０６及びリングギア１０４を介してカッタヘッド１０３を回転することができる。
【０００７】
また、スキンプレート１０１の前部にはバルクヘッド１０７が取付けられ、カッタヘッド１０３とこのバルクヘッド１０７との間にチャンバ１０８が形成されており、スキンプレート１０１に固定されたスクリューコンベヤ１０９の前端部がこのチャンバ１０８に位置している。なお、１１０はスキンプレート１０１の後部に周方向に複数並設されたシールドジャッキであり、図示しないが、スキンプレート１０１の後部にはセグメントエレクタが設けられている。
【０００８】
前述したカッタヘッド１０３において、前面部には４つのカッタスポーク１１１が放射状に固定され、各カッタスポーク１１１には多数のカッタビット１１２が交換可能に装着されている。即ち、カッタヘッド１０３の前面部に固定されたカッタスポーク１１１にはガイドレール１１３が固定されており、このガイドレール１１３はカッタヘッド１０３の外周側では直線状をなし、中心部側では後方にほぼ９０度屈曲している。そして、このガイドレール１１３には多数の主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５が交互に屈曲自在に連結された状態で移動自在であり、各主ホルダ１１４にカッタビット１１２が着脱自在に取付けられている。そして、ガイドレール１１３の中途部には従ホルダ１１５を挾持して閉塞する第１ゲート１１６が開閉自在に設けられ、後端部には第２ゲート１１７が開閉自在に設けられている。従って、第１ゲート１１６あるいは第２ゲート１１７を閉止することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。
【０００９】
ガイドレール１１３の後端部には、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を移動してカッタビット１１２を収容可能な収容庫１１８が着脱自在となっている。図８に示すように、この収容庫１１８は多数連結された主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５の全長より若干長い長さとなっており、全ての主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を収容できるようになっている。そして、この収容庫１１８の後部には移動ジャッキ１１９が装着されており、この移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０の先端部が収容庫１１８内に挿通して主ホルダ１１４（あるいは従ホルダ１１５）に連結可能となっている。
【００１０】
このように構成された従来のシールド掘削機において、図７に示すように、駆動モータ１０５によってカッタヘッド１０３を回転させながら、シールドジャッキ１１０を伸長すると、既設のセグメントへの押し付け反力によってスキンプレート１０１が前進し、多数のカッタビット１１２によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ１０８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１０９によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ１１０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、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントを装着する。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。
【００１１】
そして、磨耗したカッタビット１１２を交換するには、まず、第１ゲート１１６を閉止した状態で、ガイドレール１１３の後端部に収容庫１１８を取付け、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０の先端部を主ホルダ１１４に連結してから収容庫１１８内に水を注入し、この収容庫１１８内の水圧とガイドレール１１３側、つまり、切羽側の圧力とを同じにする。次に、第１ゲート１１６を開放し、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０を収縮することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を収納庫１１８側に移動し、カッタビット１１２を収容庫１１８内に収容する。そして、第２ゲート１１７を閉止してから、収納庫１１８側の水を排出する。
【００１２】
ここで、作業者は収納庫１１８内で主ホルダ１１４から磨耗したカッタビット１１２を取り外し、新しいカッタビット１１２を取付ける。カッタビット１１２の交換作業が完了すると、収納庫１１８内に水を注水してから第２ゲート１１７を開放し、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０を伸長することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５と共にカッタビット１１２を収納庫１１８から送出し、このカッタビット１１２をカッタヘッド１０３の前面部側に位置させる。その後、第１ゲート１１６を閉止してから収納庫１１８内の水を排出して作業が完了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のシールド掘削機にあっては、磨耗したカッタビット１１２の交換作業時に、ガイドレール１１３の後端部に収容庫１１８を取付け、移動ジャッキ１１９を収縮することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５と共にカッタビット１１２を収容庫１１８内に収容している。そのため、この移動ジャッキ１１９は、収容庫１１８の長さ、つまり、多数連結された主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５の全長分だけの伸縮量を有する駆動ロッド１２０が必要となり、掘削機本体内の大きなスペースを専有してしまうという問題がある。また、図９に示すように、移動ジャッキ１１９ａに分割式駆動ロッド１２０ａを用いることで、移動ジャッキ１１９ａの全長を短くすることも考えられるが、収容庫１１８へのカッタビット１１２の収納作業時には、その都度駆動ロッド１２０ａのつなぎ替えをしなければならず、作業が面倒なものとなって、作業効率が低下してしまうという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタビット交換作業の作業効率を低下させることなく、装置の小型軽量化を図ったカッタ装置及びトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１５】
【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本発明のカッタ装置は、装置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、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするものである。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１に本発明の一実施形態に係るカッタ装置が装着されたシールド掘削機の前部概略断面、図２にこのシールド掘削機の正面視、図３に収容庫の断面、図４に図３のＩＶ−ＩＶ断面、図５及び図６に本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明を示す。
【００１９】
本実施形態のカッタ装置が装着されたシールド掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体としてのスキンプレート１１は円筒形状をなし、このスキンプレート１１の前部には軸受１２によってカッタヘッド１３が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１３の後部にはリングギア１４が固定される一方、スキンプレート１１には駆動モータ１５が取付けられ、この駆動モータ１５の駆動ギア１６がリングギア１４に噛み合っている。従って、駆動モータ１５を駆動すると、駆動ギア１６及びリングギア１４を介してカッタヘッド１３を回転することができる。
【００２０】
また、スキンプレート１１にはカッタヘッド１３の後方に位置してバルクヘッド１７が取付けられており、カッタヘッド１３とこのバルクヘッド１７との間にチャンバ１８が形成されている。そして、スキンプレート１１に固定されたスクリューコンベヤ１９の前端部がこのチャンバ１８に位置している。なお、２０はシールドジャッキであって、スキンプレート１１の後部には円周方向に複数並設されており、このシールドジャッキ２０が掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントに押し付けることで、その反力によりスキンプレート１１を前進することができる。また、スキンプレート１１の後部には図示しないセグメントエレクタが設けられている。
【００２１】
本実施形態では、前述したカッタヘッド１３の前面部に４つのカッタスポーク２１が放射状に固定され、各カッタスポーク２１には多数のカッタビット２２が装着されており、このカッタビット２２が磨耗して掘削能率が低下したときには、カッタビット２２を新しいものと容易に交換できるようになっている。
【００２２】
即ち、カッタヘッド１３の前面部には断面が箱型形状をなすカッタスポーク２１が固定されており、このカッタスポーク２１にはガイドレール２３が固定されている。このガイドレール２３はカッタヘッド１３の外周側では径方向に沿った直線状をなし、中心部側がカッタヘッド１３の内部側にほぼ９０度屈曲して軸方向に沿った直線状となっている。そして、このガイドレール２３には多数の主ホルダ２４及び従ホルダ２５が交互に屈曲自在に連結された状態で移動自在に支持されており、カッタヘッド１３の前面部側に位置する各主ホルダ２４にはカッタビット２２が着脱自在に取付けられている。
【００２３】
また、ガイドレール２３の後端部には固定金具２６により蓋（図６（ｃ）参照）２７が着脱自在に固定されており、互いに連結された多数の主ホルダ２４及び従ホルダ２５がこの蓋２７により移動不能に位置決めされる。そして、ガイドレール２３の中途部には従ホルダ２５を挾持してこのガイドレール２３を閉塞する一対の第１ゲート２８が駆動モータ２９によって開閉自在に設けられている。また、ガイドレール２３の後端部にはガイドレール２３を閉塞する第２ゲート３０が駆動モータ３１によって開閉自在に設けられている。
【００２４】
従って、駆動モータ２９によって第１ゲート２８を閉止すると、この一対の第１ゲート２８が従ホルダ２５を挾持してガイドレール２３を閉塞することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。また、同様に、駆動モータ３１によって第２ゲート３０を閉止すると、この第２ゲート３０がガイドレール２３を閉塞することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。
【００２５】
また、蓋２７を取り外したガイドレール２３の後端部には、主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動してカッタビット２２を収容可能な収容庫３２が着脱自在となっている。図３及び図４に示すように、この収容庫３２内には上下一対のスクリュー軸３３が軸受部３４によって回転自在に支持されており、この各スクリュー軸３３には移動ブロック３４が螺合している。そして、この移動ブロック３４には主ホルダ２４（あるいは従ホルダ２５）が着脱可能となっている。また、各スクリュー軸３３の一端部には従動ギヤ３５が固定される一方、収容庫３２には駆動モータ３６が装着されており、この駆動モータ３６の駆動ギヤ３７が各従動ギヤ３５に噛み合っている。
【００２６】
従って、駆動モータ３６を駆動すると、駆動ギヤ３７及び従動ギヤ３５を介して各スクリュー軸３３が同方向に回転し、このスクリュー軸３３に沿って移動ブロック３４を移動することで、この移動ブロック３４に連結された主ホルダ２４及び従ホルダ２５と共にカッタビット２２を移動し、収容庫３２内に収容、あるいは送出しを行うことができる。
【００２７】
ここで、このように構成されたシールド掘削機によるトンネル掘削作業、並びにカッタビット交換作業について説明する。
【００２８】
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、複数のシールドジャッキ２０を伸長し、既設のセグメントへの押し付け反力によってスキンプレート１１を前進させる一方、駆動モータ１５によってカッタヘッド１３を回転させることで、多数のカッタビット２２によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ１８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１９によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ２０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、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントを装着する。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。
【００２９】
このようなトンネル掘削作業を長期にわたって行っていくと、カッタビット２２が磨耗して掘削能力が低下するため、このカッタビット２２の交換が必要となる。図１及び図３に示すように、カッタビット２２は主ホルダ２４に装着されて従ホルダ２５と共に屈曲可能に連結され、各カッタスポーク２１のガイドレール２３に移動自在となっている。また、ガイドレール２３の屈曲側（カッタヘッド１３の中心部側）において、図５（ａ）に示すように、第１ゲート２８が閉止することで従ホルダ２５を挾持してガイドレール２３を閉塞し、ガイドレール２３側を前後に区画している。そして、固定金具２６を弛緩して蓋２７を取り外すことで主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動可能とし、ガイドレール２３の後端部に収容庫３２を取付け、後端部の主ホルダ２４を移動ブロック３４に連結する。
【００３０】
この状態で、図５（ｂ）に示すように、まず、収容庫３２内に水を注入し、この収容庫３２内の水圧とガイドレール２３側、つまり、切羽側の圧力とを同じにする。次に、図５（ｃ）に示すように、駆動モータ２９によって第１ゲート２８を移動してガイドレール２３側と収容庫３２内とを連通し、駆動モータ３６を駆動して各スクリュー軸３３を同方向に回転することで、図６（ａ）に示すように、移動ブロック３４と共に主ホルダ２４及び従ホルダ２５を収納庫３２側に移動し、カッタビット２２を収容庫３２内に収容する。そして、第２ゲート３０が閉止することでガイドレール２３を閉塞し、ガイドレール２３側と収納庫３２側とを区画してから、収納庫３２側の水を排出する。
【００３１】
ここで、作業者は収納庫３２の図示しない上蓋を開けて内部に入り、主ホルダ２４から磨耗したカッタビット２２を取り外し、新しいカッタビット２２を取付ける。カッタビット２２の交換作業が完了すると、上蓋を閉じてから収納庫３２内に水を注水してから、第２ゲート３０を開放し、駆動モータ３６を駆動して各スクリュー軸３３を前述とは逆方向に回転することで、図６（ｂ）に示すように、移動ブロック３４と共に主ホルダ２４及び従ホルダ２５を収納庫３２から前方に移動し、カッタビット２２を収容庫３２からカッタヘッド１３の前面部側に送出す。そして、図６（ｃ）に示すように、第１ゲート２８が閉止することでガイドレール２３側を前後に区画し、収納庫３２側の水を排出する。最後に、ガイドレール２３の後端部から収容庫３２を取外し、固定金具２６を締緩して蓋２７を取付けて主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動不能とすることで、新しいカッタビット２２がカッタヘッド１３の前面部に位置保持されることとなり、交換作業が完了する。
【００３２】
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１３のカッタスポーク２１に沿って取付けられたガイドレール２３の後端部に、主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動してカッタビット２２を収容可能な収容庫３２を着脱自在に設け、この収容庫３２内にスクリュー軸３３を支持して駆動モータ３６によって回転可能とすると共に、このスクリュー軸３３に主ホルダ２４が着脱可能な移動ブロック３４を螺合してある。従って、駆動モータ３６を駆動し、スクリュー軸３３を回転して移動ブロック３４を移動することで、この移動ブロック３４に連結された主ホルダ２４及び従ホルダ２５と共にカッタビット２２を移動して収容庫３２内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができる。このようにカッタビット２２を移動する駆動源として駆動モータ３６を用いたことで、従来のように移動ジャッキを用いたものに比べて装置が小型化し、掘削機本体１１内の専用スペースが小さくなる。
【００３３】
なお、本発明のカッタ装置を密閉型シールド掘削機に用いて説明したが、開放型シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどに用いることもでき、あるいは、立坑の掘削機に用いることもできる。
【００３４】
【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本発明のカッタ装置によれば、装置本体の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、このカッタヘッドの前面に一端部側が装置本体内部側に屈曲したガイドレールを配設し、互いに屈曲可能に連結された複数のホルダをこのガイドレールに沿って移動自在に支持して各ホルダにカッタビットを装着し、ガイドレールの一端部にホルダ及びカッタビットを収容可能な収容庫を連結してガイドレール側と収容庫とを開閉扉によって連通及び遮断可能とし、ホルダに着脱可能であって収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に移動ブロックを螺合して移動自在に支持し、このスクリュー軸を駆動モータによって回転可能としたので、
駆動モータによりスクリュー軸を回転して移動ブロックを移動することで、この移動ブロックに連結されたホルダと共にカッタビットを移動して収容庫内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができ、また、このカッタビットを移動する駆動源として駆動モータを用いたことで、カッタビット交換作業の作業効率を低下させずに、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、筒状の掘削機本体を推進手段によって前進可能とすると共にこの掘削機本体の前部に装着されたカッタヘッドをカッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能とし、カッタヘッドの前面部に複数のカッタスポークを放射状に固定してこのカッタスポークに中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールを装着し、互いに屈曲可能に連結された複数のホルダをこのガイドレールに沿って移動自在に支持して各ホルダにカッタビットを装着し、ガイドレールの一端部にホルダ及びカッタビットを収容可能な収容庫を連結してガイドレール側と収容庫とを開閉扉によって連通及び遮断可能とし、ホルダに着脱可能であって収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に移動ブロックを螺合して移動自在に支持し、このスクリュー軸を駆動モータによって回転可能としたので、駆動モータによりスクリュー軸を回転して移動ブロックを移動することで、この移動ブロックに連結されたホルダと共にカッタビットを移動して収容庫内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができ、また、このカッタビットを移動する駆動源として駆動モータを用いたことで、カッタビット交換作業の作業効率を低下させずに、装置の小型軽量化を図ることができ、掘削機本体内の専用スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカッタ装置が装着されたシールド掘削機の前部概略断面図である。
【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。
【図３】収容庫の断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明図である。
【図６】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明図である。
【図７】従来のシールド掘削機の概略図である。
【図８】カッタビットの収容庫及び収容のための駆動機構を表す概略図である。
【図９】従来における別の収容のための駆動機構を表す概略図である。
【符号の説明】
１１ スキンプレート（掘削機本体）
１３ カッタヘッド
１５ 駆動モータ（カッタヘッド駆動手段）
２０ シールドジャッキ（推進手段）
２１ カッタスポーク
２２ カッタビット
２３ ガイドレール
２４ 主ホルダ
２５ 従ホルダ
２８ 第１ゲート
２９ 駆動モータ
３０ 第２ゲート
３１ 駆動モータ
３２ 収容庫
３３ スクリュー軸
３４ 移動ブロック
３６ 駆動モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削するカッタ装置、並びにこのカッタ装置が装着されたトンネル掘削機に関し、特に、カッタヘッドに装着されたカッタビットの交換作業に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を掘削するシールド掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部に駆動回転自在なカッタヘッドが回転自在に装着される一方、後部には円周方向に複数のシールドジャッキが並設されると共に、セグメントエレクタ装置が装着されて構成されている。このシールド掘削機を用いてトンネルを掘削形成する場合、カッタヘッドを回転させながら、シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進させることで、前方の地盤を掘削する。そして、掘削土砂を外部に排出すると共に、セグメントエレクタ装置によってセグメントをトンネル壁面に組付けて所定長さのトンネルを構築していく。
【０００３】
近年、掘削形成するトンネルは長距離化の傾向にあり、シールド掘削機による掘削作業中にカッタヘッドに装着されたカッタビットが摩耗してしまうことがある。このカッタビットが摩耗すると、岩盤の掘削効率が低下してしまうので、掘削作業を停止して磨耗したカッタビットを交換しなければならない。上述した従来のシールド掘削機にあっては、まず、カッタビットを交換するシールド掘削機の前方の地点の地盤を薬液の注入や凍結などにより固化改良し、この地盤改良地点までトンネル掘削機を掘進させる。ここで、シールド掘削機を停止してチャンバ室内の掘削土砂を全て排出し、作業者がこのチャンバ室内に入ってカッタビットの交換作業、即ち、磨耗したカッタビットを取り外して新しいカッタビットを取付けている。
【０００４】
ところが、このシールド掘削機におけるカッタビットの交換作業にあっては、地盤の改良を行うために使用する薬液などに費用がかかって不経済であると共に、作業時間が長くかかってしまい作業性が良くない。また、作業者はチャンバ室内の狭い空間で作業を行うことなり、不自由な作業となって作業者にかかる負担が大きくなってしまうという問題がある。そこで、カッタビットを移動自在に支持してカッタヘッド内に移動して、掘削機本体内でカッタビットの交換作業を行うようにしたものが提案されている。
【０００５】
図７に従来のシールド掘削機の概略、図８にカッタビットの収容庫及び収容のための駆動機構を表す概略を示す。
【０００６】
図７に示すように、従来のシールド掘削機において、円筒形状をなすスキンプレート１０１の前部には軸受１０２によってカッタヘッド１０３が回転自在に装着され、カッタヘッド１０３の後部にはリングギア１０４が固定される一方、スキンプレート１０１には駆動モータ１０５が取付けられ、この駆動モータ１０５の駆動ギア１０６がリングギア１０４に噛み合っている。従って、駆動モータ１０５を駆動すると、駆動ギア１０６及びリングギア１０４を介してカッタヘッド１０３を回転することができる。
【０００７】
また、スキンプレート１０１の前部にはバルクヘッド１０７が取付けられ、カッタヘッド１０３とこのバルクヘッド１０７との間にチャンバ１０８が形成されており、スキンプレート１０１に固定されたスクリューコンベヤ１０９の前端部がこのチャンバ１０８に位置している。なお、１１０はスキンプレート１０１の後部に周方向に複数並設されたシールドジャッキであり、図示しないが、スキンプレート１０１の後部にはセグメントエレクタが設けられている。
【０００８】
前述したカッタヘッド１０３において、前面部には４つのカッタスポーク１１１が放射状に固定され、各カッタスポーク１１１には多数のカッタビット１１２が交換可能に装着されている。即ち、カッタヘッド１０３の前面部に固定されたカッタスポーク１１１にはガイドレール１１３が固定されており、このガイドレール１１３はカッタヘッド１０３の外周側では直線状をなし、中心部側では後方にほぼ９０度屈曲している。そして、このガイドレール１１３には多数の主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５が交互に屈曲自在に連結された状態で移動自在であり、各主ホルダ１１４にカッタビット１１２が着脱自在に取付けられている。そして、ガイドレール１１３の中途部には従ホルダ１１５を挾持して閉塞する第１ゲート１１６が開閉自在に設けられ、後端部には第２ゲート１１７が開閉自在に設けられている。従って、第１ゲート１１６あるいは第２ゲート１１７を閉止することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。
【０００９】
ガイドレール１１３の後端部には、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を移動してカッタビット１１２を収容可能な収容庫１１８が着脱自在となっている。図８に示すように、この収容庫１１８は多数連結された主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５の全長より若干長い長さとなっており、全ての主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を収容できるようになっている。そして、この収容庫１１８の後部には移動ジャッキ１１９が装着されており、この移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０の先端部が収容庫１１８内に挿通して主ホルダ１１４（あるいは従ホルダ１１５）に連結可能となっている。
【００１０】
このように構成された従来のシールド掘削機において、図７に示すように、駆動モータ１０５によってカッタヘッド１０３を回転させながら、シールドジャッキ１１０を伸長すると、既設のセグメントへの押し付け反力によってスキンプレート１０１が前進し、多数のカッタビット１１２によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ１０８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１０９によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ１１０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、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントを装着する。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。
【００１１】
そして、磨耗したカッタビット１１２を交換するには、まず、第１ゲート１１６を閉止した状態で、ガイドレール１１３の後端部に収容庫１１８を取付け、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０の先端部を主ホルダ１１４に連結してから収容庫１１８内に水を注入し、この収容庫１１８内の水圧とガイドレール１１３側、つまり、切羽側の圧力とを同じにする。次に、第１ゲート１１６を開放し、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０を収縮することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５を収納庫１１８側に移動し、カッタビット１１２を収容庫１１８内に収容する。そして、第２ゲート１１７を閉止してから、収納庫１１８側の水を排出する。
【００１２】
ここで、作業者は収納庫１１８内で主ホルダ１１４から磨耗したカッタビット１１２を取り外し、新しいカッタビット１１２を取付ける。カッタビット１１２の交換作業が完了すると、収納庫１１８内に水を注水してから第２ゲート１１７を開放し、移動ジャッキ１１９の駆動ロッド１２０を伸長することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５と共にカッタビット１１２を収納庫１１８から送出し、このカッタビット１１２をカッタヘッド１０３の前面部側に位置させる。その後、第１ゲート１１６を閉止してから収納庫１１８内の水を排出して作業が完了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来のシールド掘削機にあっては、磨耗したカッタビット１１２の交換作業時に、ガイドレール１１３の後端部に収容庫１１８を取付け、移動ジャッキ１１９を収縮することで、主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５と共にカッタビット１１２を収容庫１１８内に収容している。そのため、この移動ジャッキ１１９は、収容庫１１８の長さ、つまり、多数連結された主ホルダ１１４及び従ホルダ１１５の全長分だけの伸縮量を有する駆動ロッド１２０が必要となり、掘削機本体内の大きなスペースを専有してしまうという問題がある。また、図９に示すように、移動ジャッキ１１９ａに分割式駆動ロッド１２０ａを用いることで、移動ジャッキ１１９ａの全長を短くすることも考えられるが、収容庫１１８へのカッタビット１１２の収納作業時には、その都度駆動ロッド１２０ａのつなぎ替えをしなければならず、作業が面倒なものとなって、作業効率が低下してしまうという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタビット交換作業の作業効率を低下させることなく、装置の小型軽量化を図ったカッタ装置及びトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１５】
【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本発明のカッタ装置は、装置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、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明のトンネル掘削機は、筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするものである。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１に本発明の一実施形態に係るカッタ装置が装着されたシールド掘削機の前部概略断面、図２にこのシールド掘削機の正面視、図３に収容庫の断面、図４に図３のＩＶ−ＩＶ断面、図５及び図６に本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明を示す。
【００１９】
本実施形態のカッタ装置が装着されたシールド掘削機において、図１及び図２に示すように、掘削機本体としてのスキンプレート１１は円筒形状をなし、このスキンプレート１１の前部には軸受１２によってカッタヘッド１３が回転自在に装着されている。このカッタヘッド１３の後部にはリングギア１４が固定される一方、スキンプレート１１には駆動モータ１５が取付けられ、この駆動モータ１５の駆動ギア１６がリングギア１４に噛み合っている。従って、駆動モータ１５を駆動すると、駆動ギア１６及びリングギア１４を介してカッタヘッド１３を回転することができる。
【００２０】
また、スキンプレート１１にはカッタヘッド１３の後方に位置してバルクヘッド１７が取付けられており、カッタヘッド１３とこのバルクヘッド１７との間にチャンバ１８が形成されている。そして、スキンプレート１１に固定されたスクリューコンベヤ１９の前端部がこのチャンバ１８に位置している。なお、２０はシールドジャッキであって、スキンプレート１１の後部には円周方向に複数並設されており、このシールドジャッキ２０が掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に構築された図示しない既設のセグメントに押し付けることで、その反力によりスキンプレート１１を前進することができる。また、スキンプレート１１の後部には図示しないセグメントエレクタが設けられている。
【００２１】
本実施形態では、前述したカッタヘッド１３の前面部に４つのカッタスポーク２１が放射状に固定され、各カッタスポーク２１には多数のカッタビット２２が装着されており、このカッタビット２２が磨耗して掘削能率が低下したときには、カッタビット２２を新しいものと容易に交換できるようになっている。
【００２２】
即ち、カッタヘッド１３の前面部には断面が箱型形状をなすカッタスポーク２１が固定されており、このカッタスポーク２１にはガイドレール２３が固定されている。このガイドレール２３はカッタヘッド１３の外周側では径方向に沿った直線状をなし、中心部側がカッタヘッド１３の内部側にほぼ９０度屈曲して軸方向に沿った直線状となっている。そして、このガイドレール２３には多数の主ホルダ２４及び従ホルダ２５が交互に屈曲自在に連結された状態で移動自在に支持されており、カッタヘッド１３の前面部側に位置する各主ホルダ２４にはカッタビット２２が着脱自在に取付けられている。
【００２３】
また、ガイドレール２３の後端部には固定金具２６により蓋（図６（ｃ）参照）２７が着脱自在に固定されており、互いに連結された多数の主ホルダ２４及び従ホルダ２５がこの蓋２７により移動不能に位置決めされる。そして、ガイドレール２３の中途部には従ホルダ２５を挾持してこのガイドレール２３を閉塞する一対の第１ゲート２８が駆動モータ２９によって開閉自在に設けられている。また、ガイドレール２３の後端部にはガイドレール２３を閉塞する第２ゲート３０が駆動モータ３１によって開閉自在に設けられている。
【００２４】
従って、駆動モータ２９によって第１ゲート２８を閉止すると、この一対の第１ゲート２８が従ホルダ２５を挾持してガイドレール２３を閉塞することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。また、同様に、駆動モータ３１によって第２ゲート３０を閉止すると、この第２ゲート３０がガイドレール２３を閉塞することで、切羽側と掘削機本体１１側を区画することができる。
【００２５】
また、蓋２７を取り外したガイドレール２３の後端部には、主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動してカッタビット２２を収容可能な収容庫３２が着脱自在となっている。図３及び図４に示すように、この収容庫３２内には上下一対のスクリュー軸３３が軸受部３４によって回転自在に支持されており、この各スクリュー軸３３には移動ブロック３４が螺合している。そして、この移動ブロック３４には主ホルダ２４（あるいは従ホルダ２５）が着脱可能となっている。また、各スクリュー軸３３の一端部には従動ギヤ３５が固定される一方、収容庫３２には駆動モータ３６が装着されており、この駆動モータ３６の駆動ギヤ３７が各従動ギヤ３５に噛み合っている。
【００２６】
従って、駆動モータ３６を駆動すると、駆動ギヤ３７及び従動ギヤ３５を介して各スクリュー軸３３が同方向に回転し、このスクリュー軸３３に沿って移動ブロック３４を移動することで、この移動ブロック３４に連結された主ホルダ２４及び従ホルダ２５と共にカッタビット２２を移動し、収容庫３２内に収容、あるいは送出しを行うことができる。
【００２７】
ここで、このように構成されたシールド掘削機によるトンネル掘削作業、並びにカッタビット交換作業について説明する。
【００２８】
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、複数のシールドジャッキ２０を伸長し、既設のセグメントへの押し付け反力によってスキンプレート１１を前進させる一方、駆動モータ１５によってカッタヘッド１３を回転させることで、多数のカッタビット２２によって前方の地盤を掘削する。そして、掘削された土砂はチャンバ１８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１９によって外部に排出される。次に、シールドジャッキ２０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、セグメントエレクタによってこの空所に新しいセグメントを装着する。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。
【００２９】
このようなトンネル掘削作業を長期にわたって行っていくと、カッタビット２２が磨耗して掘削能力が低下するため、このカッタビット２２の交換が必要となる。図１及び図３に示すように、カッタビット２２は主ホルダ２４に装着されて従ホルダ２５と共に屈曲可能に連結され、各カッタスポーク２１のガイドレール２３に移動自在となっている。また、ガイドレール２３の屈曲側（カッタヘッド１３の中心部側）において、図５（ａ）に示すように、第１ゲート２８が閉止することで従ホルダ２５を挾持してガイドレール２３を閉塞し、ガイドレール２３側を前後に区画している。そして、固定金具２６を弛緩して蓋２７を取り外すことで主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動可能とし、ガイドレール２３の後端部に収容庫３２を取付け、後端部の主ホルダ２４を移動ブロック３４に連結する。
【００３０】
この状態で、図５（ｂ）に示すように、まず、収容庫３２内に水を注入し、この収容庫３２内の水圧とガイドレール２３側、つまり、切羽側の圧力とを同じにする。次に、図５（ｃ）に示すように、駆動モータ２９によって第１ゲート２８を移動してガイドレール２３側と収容庫３２内とを連通し、駆動モータ３６を駆動して各スクリュー軸３３を同方向に回転することで、図６（ａ）に示すように、移動ブロック３４と共に主ホルダ２４及び従ホルダ２５を収納庫３２側に移動し、カッタビット２２を収容庫３２内に収容する。そして、第２ゲート３０が閉止することでガイドレール２３を閉塞し、ガイドレール２３側と収納庫３２側とを区画してから、収納庫３２側の水を排出する。
【００３１】
ここで、作業者は収納庫３２の図示しない上蓋を開けて内部に入り、主ホルダ２４から磨耗したカッタビット２２を取り外し、新しいカッタビット２２を取付ける。カッタビット２２の交換作業が完了すると、上蓋を閉じてから収納庫３２内に水を注水してから、第２ゲート３０を開放し、駆動モータ３６を駆動して各スクリュー軸３３を前述とは逆方向に回転することで、図６（ｂ）に示すように、移動ブロック３４と共に主ホルダ２４及び従ホルダ２５を収納庫３２から前方に移動し、カッタビット２２を収容庫３２からカッタヘッド１３の前面部側に送出す。そして、図６（ｃ）に示すように、第１ゲート２８が閉止することでガイドレール２３側を前後に区画し、収納庫３２側の水を排出する。最後に、ガイドレール２３の後端部から収容庫３２を取外し、固定金具２６を締緩して蓋２７を取付けて主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動不能とすることで、新しいカッタビット２２がカッタヘッド１３の前面部に位置保持されることとなり、交換作業が完了する。
【００３２】
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１３のカッタスポーク２１に沿って取付けられたガイドレール２３の後端部に、主ホルダ２４及び従ホルダ２５を移動してカッタビット２２を収容可能な収容庫３２を着脱自在に設け、この収容庫３２内にスクリュー軸３３を支持して駆動モータ３６によって回転可能とすると共に、このスクリュー軸３３に主ホルダ２４が着脱可能な移動ブロック３４を螺合してある。従って、駆動モータ３６を駆動し、スクリュー軸３３を回転して移動ブロック３４を移動することで、この移動ブロック３４に連結された主ホルダ２４及び従ホルダ２５と共にカッタビット２２を移動して収容庫３２内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができる。このようにカッタビット２２を移動する駆動源として駆動モータ３６を用いたことで、従来のように移動ジャッキを用いたものに比べて装置が小型化し、掘削機本体１１内の専用スペースが小さくなる。
【００３３】
なお、本発明のカッタ装置を密閉型シールド掘削機に用いて説明したが、開放型シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどに用いることもでき、あるいは、立坑の掘削機に用いることもできる。
【００３４】
【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本発明のカッタ装置によれば、装置本体の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、このカッタヘッドの前面に一端部側が装置本体内部側に屈曲したガイドレールを配設し、互いに屈曲可能に連結された複数のホルダをこのガイドレールに沿って移動自在に支持して各ホルダにカッタビットを装着し、ガイドレールの一端部にホルダ及びカッタビットを収容可能な収容庫を連結してガイドレール側と収容庫とを開閉扉によって連通及び遮断可能とし、ホルダに着脱可能であって収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に移動ブロックを螺合して移動自在に支持し、このスクリュー軸を駆動モータによって回転可能としたので、
駆動モータによりスクリュー軸を回転して移動ブロックを移動することで、この移動ブロックに連結されたホルダと共にカッタビットを移動して収容庫内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができ、また、このカッタビットを移動する駆動源として駆動モータを用いたことで、カッタビット交換作業の作業効率を低下させずに、装置の小型軽量化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明のトンネル掘削機によれば、筒状の掘削機本体を推進手段によって前進可能とすると共にこの掘削機本体の前部に装着されたカッタヘッドをカッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能とし、カッタヘッドの前面部に複数のカッタスポークを放射状に固定してこのカッタスポークに中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールを装着し、互いに屈曲可能に連結された複数のホルダをこのガイドレールに沿って移動自在に支持して各ホルダにカッタビットを装着し、ガイドレールの一端部にホルダ及びカッタビットを収容可能な収容庫を連結してガイドレール側と収容庫とを開閉扉によって連通及び遮断可能とし、ホルダに着脱可能であって収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に移動ブロックを螺合して移動自在に支持し、このスクリュー軸を駆動モータによって回転可能としたので、駆動モータによりスクリュー軸を回転して移動ブロックを移動することで、この移動ブロックに連結されたホルダと共にカッタビットを移動して収容庫内に収容、あるいは送出しを連続して行うことができ、また、このカッタビットを移動する駆動源として駆動モータを用いたことで、カッタビット交換作業の作業効率を低下させずに、装置の小型軽量化を図ることができ、掘削機本体内の専用スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカッタ装置が装着されたシールド掘削機の前部概略断面図である。
【図２】本実施形態のシールド掘削機の正面図である。
【図３】収容庫の断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明図である。
【図６】本実施形態のシールド掘削機におけるカッタビット交換作業を表す説明図である。
【図７】従来のシールド掘削機の概略図である。
【図８】カッタビットの収容庫及び収容のための駆動機構を表す概略図である。
【図９】従来における別の収容のための駆動機構を表す概略図である。
【符号の説明】
１１ スキンプレート（掘削機本体）
１３ カッタヘッド
１５ 駆動モータ（カッタヘッド駆動手段）
２０ シールドジャッキ（推進手段）
２１ カッタスポーク
２２ カッタビット
２３ ガイドレール
２４ 主ホルダ
２５ 従ホルダ
２８ 第１ゲート
２９ 駆動モータ
３０ 第２ゲート
３１ 駆動モータ
３２ 収容庫
３３ スクリュー軸
３４ 移動ブロック
３６ 駆動モータ
Claims (2)
- 装置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、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするカッタ装置。
- 筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進手段と、前記掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記カッタヘッドの前面部に放射状に固定された複数のカッタスポークと、該カッタスポークに沿って設けられて中心部側が前記カッタヘッド内部に屈曲したガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動自在に支持されると共に互いに屈曲可能に連結された複数のホルダと、該複数のホルダに装着されたカッタビットと、前記ガイドレールの一端部に連結されて前記ホルダ及び前記カッタビットを収容可能な収容庫と、該ガイドレール側と該収容庫とを連通及び遮断可能な開閉扉と、前記ホルダに着脱可能であって前記収容庫内に回転自在に支持されたスクリュー軸に螺合して移動自在に支持された移動ブロックと、該スクリュー軸を回転する駆動モータとを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
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