JP3863617B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機に関するものである。より詳しくは、推進中にカッタービットの突出量及び切削角度を変更し得るようにしたシールド掘進機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土中にトンネルを掘るために、従来より、シールド掘進機が使われている。
【０００３】
該シールド掘進機は、図３・図４に示すように、筒形のシールドフレーム１の先端面にカッタ２を回転自在に取付けて、カッタ２を回転させることにより、土を掘削するようにし、シールドフレーム１の内部に設けたセグメント組立装置３により、カッタ２で掘削した掘削坑４内に円弧状をしたセグメント５と呼ばれるコンクリート製などのブロックを組立てて、コンクリート製のトンネル６を構築させるようにし、更に、シールドフレーム１の内部に設けたシールドジャッキ７により、トンネル６の既設部分の先端に反力を支持させて、シールドフレーム１を推進させるようにしたものである。
【０００４】
尚、図３は泥水式のシールド掘進機の例であり、図中、８はカッタ２を回転させるためのモータ、９はシールドフレーム１の先端部に形成された隔壁、１０は隔壁９に枢支されたカッタ２の回転軸、１１は隔壁９に取付けられた、モータ８によってカッタ２を回転させるための駆動力伝達機構、１２は隔壁９とカッタ２との間に形成されるカッターチャンバー、１３はカッターチャンバー１２へ泥水を送給するための送泥管、１４はカッターチャンバー１２から泥水を排出するための排泥管、１５は排泥管１４入口の詰まりを防止するために設けられたアジテーター、１６はシールドフレーム１の後端側に取付けられたテールシール、１７はセグメント真円保持装置であり、送泥管１３からカッターチャンバー１２内へ泥水を送り、泥水の特性と泥水圧を利用して切羽に作用する土圧と水圧に対抗させることにより、切羽地盤の安定化を図ると共に、掘削した土砂を排泥管１４から泥水と共に流体移送させるようにしたものである。尚、図の場合には、送泥管１３と排泥管１４の後端部どうしを合流させて泥水の循環利用を図り得るようにしてある。
【０００５】
又、シールド掘進機には、泥水式以外にも土圧式やその他のものなどがある。
【０００６】
そして、シールド掘進機のカッタ２は、図４・図５に示すように、カッタ２の回転軸１０を中心として放射状に延びるカッタースポーク１８と、カッタースポーク１８の両側にカッタースポーク１８に沿って取付けられたカッタービット１９と呼ばれる複数の切削刃物片と、カッタービット１９で掘削した土砂をカッターチャンバー１２内へ導入するための開口２１をカッタースポーク１８の周囲に残して円板状の回転体を形成するよう設けられた面板２０とで主に構成されている。
【０００７】
上記カッタービット１９は、通常、カッタースポーク１８に対して直接溶接固定されるか、或いは、図５に示すように、カッタースポーク１８にボルト２２で動かないよう固定されるかなどによって取付けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のシールド掘進機には、以下のような問題があった。
【０００９】
即ち、カッタービット１９は、通常は、カッタースポーク１８に対して直接溶接固定されるか、図５に示すように、ボルト２２で動かないよう固定されるかなどによって取付けられているため、掘削している途中で土質が変って、土を粗掘りするのに適した土質になった場合でも、カッタービット１９の突出量を多くして粗掘りを行わせるようにしたり、切削角度を大きくすることにより、切削後の土塊形状を大きくして取込ませ、地上部まで容易に搬送させ得るようにしたり、地上部で簡単に分離回収させ得るようにしたりすることができなかった。
【００１０】
又、掘削によってカッタービット１９の先端が摩耗した場合に、摩耗した分だけカッタービット１９を突出させるようにすることにより、カッタービット１９の寿命を延長させることができなかった。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑み、推進中にカッタービットの突出量及び切削角度を変更し得るようにしたシールド掘進機を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カッタースポーク２４の両側に、対又は複数対のカッタービット３０が回動中心ピン３２により先端を切羽に対して出入り可能に取付けられ、各カッタービット３０の後端部３１から更にカッタースポーク２４の中心へ向けて後方延長部３４を一体的に延設し、対応するカッタービット３０の後方延長部３４どうしを重ね合せてその重ね合せ部にそれぞれ後方延長部３４の延長方向へ延びる長孔３５を形成し、各長孔３５に操作ピン３６を挿通して、操作ピン３６の両端をブラケット３７に枢着し、該ブラケット３７をカッタースポーク２４の内部に収容した一つのビット駆動装置３８に取付けたことを特徴とするシールド掘進機にかかるものである。
【００１６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１７】
カッタービット３０の突出量を推進中に変更することにより、土質によって掘削能率を向上させるようにしたり、摩耗したカッタービット３０の寿命を延長させるようにしたりすることが可能となる。
【００１８】
又、カッタービット３０の切削角度を小さくすると、切削後の土塊形状が小さくなり、反対に、切削角度を大きくすると、切削後の土塊形状が大きくなる。
【００１９】
ビット駆動装置３８によって回動中心ピン３２を中心としてカッタービット３０を回動させることにより、カッタービット３０の突出量及び切削角度が同時に変更される。
【００２０】
一つのビット駆動装置３８によって、カッタースポーク２４の両側に取付けられた対又は複数対のカッタービット３０を同時に回動させるようにすることもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２２】
図１・図２は、本発明の実施の形態の一例である。
【００２３】
シールド掘進機自体の構造については、図３・図４と同様であるため、必要に応じてこれらの図を参照する。
【００２４】
図中、２３は図示しないシールドフレームの先端に回転可能に取付けられるカッタ、２４はカッタ２３を構成すカッタースポーク、２５はカッタ２３の面板、２６はカッタースポーク２４と面板２５との間に形成される開口、２７はカッタ２３で掘削される切羽である。
【００２５】
本発明では、カッタースポーク２４の切羽２７側の部分の両側部に、Ｌ字状をしたビット可動支持部材２８を図に示すように相互に背を向け合うようにしてそれぞれ溶接固定し、各ビット可動支持部材２８に対し一体的に取付けられた二枚のピンプレート２９間にカッタービット３０（ティースビット）の減肉した後端部３１をそれぞれ挿入して、該後端部３１とピンプレート２９との間をカッタースポーク２４と平行な回動中心ピン３２で回動自在に枢着することにより、各カッタービット３０の先端が切羽２７に対して出入り可能となるように支持する。
【００２６】
そして、カッタ２３両側部の対応する位置に取付けられた対を成す各カッタービット３０の後端部３１から更にカッタースポーク２４の中心線３３へ向けて後方延長部３４を一体的に延設し、対応するカッタービット３０の後方延長部３４どうしを重ね合せて、後方延長部３４どうしの重ね合せ部にそれぞれ後方延長部３４の延長方向へ延びる長孔３５を形成し、各長孔３５に前記回動中心ピン３２と平行な操作ピン３６を挿通して、操作ピン３６の両端をコの字状をしたブラケット３７に枢着し、コの字状をしたブラケット３７をカッタースポーク２４の内部に収容した、切羽２７へ向けて伸縮動可能なジャッキなどのビット駆動装置３８のロッド先端に取付ける。
【００２７】
尚、図では、ビット駆動装置３８は、対のカッタービット３０を同時に駆動するようにしているが、一つのカッタービット３０を一つのビット駆動装置３８で駆動するようにしても、コの字状をしたブラケット３７を複数連結することにより複数又は複数対のカッタービット３０を一つのビット駆動装置３８で駆動するようにしても良い。
【００２８】
又、カッタービット３０は、回動中心ピン３２を中心に回動しつつ突出量と切削角度を同時に変更するようにしているが、カッタービット３０を、前後動させることによって突出量のみを変更させるようにしても良い。
【００２９】
次に、作動について説明する。
【００３０】
シールド掘進機でトンネルを構築する過程については図３・図４と同様なので説明を省略する。
【００３１】
本発明では、カッタースポーク２４の内部に収容されたジャッキなどのビット駆動装置３８のロッドを収納した状態から突出させると、コの字状をしたブラケット３７、操作ピン３６、操作ピン３６を長孔３５部分に挿通された後方延長部３４を介して、後方延長部３４と一体のカッタービット３０が、回動中心ピン３２を中心として、図中、実線で示す位置から仮想線で示す位置まで回動し、カッタービット３０の先端が切羽２７へ向けて突出される。
【００３２】
反対に、カッタースポーク２４の内部に収容されたジャッキなどのビット駆動装置３８のロッドを突出した状態から収納させると、コの字状をしたブラケット３７、操作ピン３６、操作ピン３６を長孔３５部分に挿通された後方延長部３４を介して、後方延長部３４と一体のカッタービット３０が、回動中心ピン３２を中心として、図中、仮想線で示す位置から実線で示す位置まで回動し、カッタービット３０の先端が面板２５の側へ引き戻される。
【００３３】
そして、シールド掘進機で掘削している部分の土質が砂などで、カッタービット３０の先端を突出させたりカッタービット３０の切削角度を大きくしたりすると掘削抵抗やカッタービット３０の摩耗が大きくなるような場合や、軟質の粘土などで、特にカッタービット３０の先端を突出させたりカッタービット３０の切削角度を大きくしたりしなくとも簡単に掘削ができるような場合には、実線で示すように、カッタービット３０の先端が突出しない通常の状態で且つカッタービット３０の切削角度が小さい通常の切削角度としておく。
【００３４】
掘削の途中で、掘削している部分の土質が、砂と粘土の中間のシルトや、硬質の粘土などに変った時に、仮想線で示すように、カッタービット３０の先端を切羽２７側へ突出させ且つカッタービット３０の切削角度を大きくするようにする。このようにカッタービット３０の先端を切羽２７側へ突出させ且つカッタービット３０の切削角度を大きくすることにより、突出され且つ切削角度が大きくされたカッタービット３０で思いきった粗掘りを行わせて、能率良く掘削を行わせることが可能となる。
【００３５】
尚、カッタービット３０は、回動中心ピン３２を中心に回動しつつ突出量を変更するようにしているため、上記したように、カッタービット３０の突出量と同時に、カッタービット３０が切羽２７へ当る切削角度も変えられるので、切削後の土塊形状も変更され、一層、能率良く掘削を行わせることが可能となる。
【００３６】
ここで、カッタービット３０の切削角度を小さくすると、切削後の土塊形状が小さくなり、反対に、切削角度を大きくすると、切削後の土塊形状が大きくなる。
【００３７】
又、掘削によってカッタービット３０の先端が摩耗した場合には、摩耗した分だけカッタービット３０を切羽２７側へ突出させるようにする。これにより、カッタービット３０を取り替えるようなことをしなくとも、カッタービット３０の寿命を実質的に延長させて、より長距離の掘削に耐えられるようにすることができるようになる。
【００３８】
更に、ジャッキなどのビット駆動装置３８を、カッタースポーク２４の内部に収容させるようにすることにより、シールド掘進機本体の設計に影響を与えずに艤装を行うことが可能となる。
【００３９】
このように本発明によれば、カッタービット３０の突出量や切削角度を推進中に変更することにより、土質によって掘削能率を向上させるようにしたり、摩耗したカッタービット３０の寿命を延長させるようにしたりすることが可能となる。
【００４０】
尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシールド掘進機によれば、推進中にカッタービット３０の突出量及び切削角度を変更することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の図５に相当する側方断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】シールド掘進機の側方断面図である。
【図４】図３のシールド掘進機の概略斜視図である。
【図５】従来のカッタービットの取付け方を示す側方断面図である。
【符号の説明】
２４ カッタースポーク
３０ カッタービット
３１ 後端部
３２ 回動中心ピン
３４ 後方延長部
３５ 長孔
３６ 操作ピン
３７ ブラケット
３８ ビット駆動装置

Claims (1)

1. カッタースポーク（２４）の両側に、対又は複数対のカッタービット（３０）が回動中心ピン（３２）により先端を切羽に対して出入り可能に取付けられ、各カッタービット（３０）の後端部（３１）から更にカッタースポーク（２４）の中心へ向けて後方延長部（３４）を一体的に延設し、対応するカッタービット（３０）の後方延長部（３４）どうしを重ね合せてその重ね合せ部にそれぞれ後方延長部（３４）の延長方向へ延びる長孔（３５）を形成し、各長孔（３５）に操作ピン（３６）を挿通して、操作ピン（３６）の両端をブラケット（３７）に枢着し、該ブラケット（３７）をカッタースポーク（２４）の内部に収容した一つのビット駆動装置（３８）に取付けたことを特徴とするシールド掘進機。

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