JP3933927B2

JP3933927B2 - Shield excavator and its cutter bit replacement method

Info

Publication number: JP3933927B2
Application number: JP2001378804A
Authority: JP
Inventors: 重利志比田; 正身川村; 利夫小栗; 雅彦杉山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: JP2003176691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド工法に用いられるシールド掘削機およびそのカッタビット交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地下構造物や坑道を構築する方法の一つであるシールド工法は、軟弱な地盤に適用するトンネル工法の１つとして開発されたもので、円筒状の殻、すなわちシールドを地盤に押し込みながらその中で前面の掘削を行うことにより掘削直後の地盤を保護し、その後部ではただちに覆工を施工しながらトンネルを構築していくという工法である。
覆工は、セグメントと呼ばれる鉄筋コンクリートブロックを円環状に組み立てることにより行われる。このセグメントを長手方向に連続して組み立てることによってトンネルの内壁が形成される。
シールド工法は安全かつ確実に作業を行えるという特徴があり、また、建造物が密集した都心部など、地面を直接上から掘り下げて構造物を造る開削工法を用いることが困難な場合には、ほとんどシールド工法が用いられる。
シールド工法に用いられるシールド掘削機は、多数のカッタビットを前面に設けたヘッドを油圧モータなどの駆動機構を用いて回転させながら押し進むことにより、効率的に地山の切削、取り込みを行う。
【０００３】
近年は施工環境や経済性、工期短縮の面からシールド工事の長距離化が進められており、これに伴ってシールド掘削機の各部の耐久性の向上が必要となってくる。さらに、長距離化により様々な土質を掘削する必要性が生じることが考えられ、各土質に適したカッタビットを選択して交換することが施工効率に大きく影響する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シールド掘削機の各部の中で特に劣化が著しいのは、地山に直に接して掘削するカッタビットである。常に地山に接触しているため摩耗、損傷が激しく、材質、形状を改良することによりカッタビットの耐久性の向上が図られてきた。
しかしながら、長距離シールド工事や砂礫など過酷な地盤でのシールド工事にはカッタビットの性能向上だけでは対応しきれないため、カッタビットを施工途中で交換する必要があった。
そこで従来では、切羽周辺の地山を地盤改良により自立させてから切羽面とシールド掘削機との間に作業員が入り込んでカッタビットを交換したり、あるいは、シールド掘削機の進行先に、作業員が交換作業できる程度の大きさの竪穴（中間立坑）を地表から掘っておき、この中間立坑に到達するまで掘削してから中間立坑内でカッタビットを交換していた。
【０００５】
しかし近年、都市部におけるシールド工法では、地表建造物の密集化などにより用地の取得が困難なことから中間立坑を構築することが難しくなってきている。また、地下空間を有効に利用するためにはシールド工事をより深く大きな断面で施工する必要があるが、このような場合にも中間立坑を構築することは困難であった。
さらに、シールド工事の長距離化に伴い、施工途中で土質が大きく変化する場合が考えられる。このような場合、効率良く施工する為には施工途中で、各土質に適したカッタビットに交換する必要があった。
これらの施工条件において、上述した従来方法を用いてカッタビットを交換すると、多くのコストと長い工期が必要となっていた。
【０００６】
また、上記従来方法のほかに、例えば特開平１１−３５０８７７号公報に、カッタスポークを回転させることによって、カッタビットの交換作業を行う方法も提示されている。
しかし、このカッタビット交換方法によれば使用前のカッタビットはカッタスポーク上に剥き出しになっている為、ヘッドから取り込まれた土砂との摩擦により使用前に磨耗してしまう可能性があるという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、地中内で簡単、安全でかつ効率のよいシールド掘削機およびそのカッタビット交換方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、掘削された土砂が取り込まれるチャンバーを備えた胴体（４）と、該胴体の先端部に回転自在に取り付けられたカッタヘッド（２）と、該カッタヘッドに設けられ、複数のカッタビットを備えたカッタスポーク（１１、４１）とを有し、前記カッタビットを用いて地山中を掘削進行するシールド掘削機（１、１０）において、前記カッタヘッドに対し半径方向の軸心を中心として回転可能なカッタスポーク（１１）を有し、前記回転可能なカッタスポークは、予備カッタビット（１２、４２、５２）を当該カッタスポークの外周面から外に出すように保持する保持部（格納部１３、可動部４８、５８）と、前記予備カッタビットを前記回転可能なカッタスポーク内に収容された状態から当該カッタスポーク外に押し出す突出部を有する押し出し手段とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、使用中のカッタビットが磨耗した場合には、カッタスポークを回転させて押し出し手段の突出部により予備カッタビットを押し出し、カッタスポーク上に予備カッタビットを突出させることにより、予備カッタビットを用いて地山を掘削することが出来る。
つまり、従来のように地盤改良をしたり中間立坑をわざわざ構築したりする必要がないので、カッタビットの交換を迅速かつ容易に行うことが可能であり、コストも抑えられる。
また、使用前の予備カッタビットはカッタスポーク内に収められているので、掘削された土砂がカッタヘッドから取りこまれる際の摩擦や、回転するカッタヘッドと取りこまれた土砂との摩擦により、使用前に予備カッタビットが傷つくことがない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のシールド掘削機において、前記回転可能なカッタスポークの外周面には、当該カッタスポークの長手方向に沿って列をなして固定カッタビットが設けられ、前記回転可能なカッタスポークは多角形状とされ、多角形の一辺を構成する側面に複数の前記固定カッタビットが設けられ、前記多角形の他辺を構成する少なくとも二つの側面からそれぞれ前記予備カッタビットが外側に押し出されるように、前記少なくとも二つの側面に対応してそれぞれ前記予備カッタビットを保持した前記保持部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、多角形状のカッタスポークの少なくとも二つの側面から、保持部に備えられた予備カッタビットを押し出すことができるため、使用中のカッタビットが磨耗した際には、まず一つ目の予備カッタビットに交換し、さらにこの予備カッタビットが磨耗した際には、新たな予備カッタビットに交換することができる。
つまり、カッタスポークの形状は多角形状であることから側面が複数あるため、これら複数の側面に対応させて、予備カッタビットを保持した複数の保持部を設けることができる。よって、カッタビットが磨耗する毎にカッタスポークを回転させ、カッタスポークに設けられた保持部に対応する側面を切羽側に向けるという動作を繰り返すことにより、容易に予備カッタビットを複数回交換することができる。
従って、長距離の連続した掘削が可能となり施工効率が上がることから、大幅な工期短縮が実現できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のシールド掘削機において、前記押し出し手段は、前記回転可能なカッタスポーク内に設けられ、当該カッタスポークに対して相対的に回転可能なカム部材（固定偏心カム部材１５）であり、該カム部材が有する前記突出部（１５ａ）により、前記保持部に保持されている前記予備カッタビットを前記カッタスポークの外側に押し出すことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、押し出し手段であるカム部材は突出部を備えている。従って、カッタスポークを回転させることにより突出部を予備カッタビットに当接させ、カッタスポーク上に予備カッタビットを押し出すことが出来る。
また、掘削進行方向から加えられる力により予備カッタビットはカム部材に押し付けられる為、予備カッタビットはカッタスポーク上に押し出された状態を維持できる。
つまり、カッタスポークを回転させるという簡単な動作により、カッタビットを交換することが可能である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のシールド掘削機において、前記押し出し手段は、前記回転可能なカッタスポーク内に設けられ、当該カッタスポークに対して相対的に回転可能な固定シャフト（４５）であり、該固定シャフトには掘削進行方向に向かって突出する前記突出部（４５ａ）が設けられ、前記回転可能なカッタスポーク内面と前記固定シャフトとの間に前記保持部が当該カッタスポークの径方向に沿って移動可能に配置され、前記回転可能なカッタスポークを回転させることにより前記保持部が回転して、前記保持部が前記固定シャフトの前記突出部に当接した際に、該突出部により前記保持部が前記回転可能なカッタスポークの外周側に向けて移動させられて前記予備カッタビットを当該カッタスポークから押し出させるとともに、前記保持部の背面に前記固定シャフトの前記突出部が配置されることにより、前記保持部の当該カッタスポークの中心側へ向う戻り方向の移動を規制することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、押し出し手段である固定シャフトは、掘削進行方向に向かって突出する突出部を備えている。従って、例えばカッタヘッドに固定された状態の固定シャフトに対するカッタスポークの回転に伴い、保持部を回転移動させて突出部に当接させることによって予備カッタビットを押し出すことができる。また、掘削進行方向からの力によりカッタスポークは突出部に押しつけられるため保持部の戻り方向の移動が規制される。
すなわち、簡単な構造により請求項３と同様の効果が得られる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載のシールド掘削機を用いたカッタビット交換方法であって、前記回転可能なカッタスポークを回転させることにより、前記予備カッタビットが突出すべき当該カッタスポークの外周部分を前記シールド掘削機の掘削進行方向側に向けると同時に、前記押し出し手段により前記予備カッタビットを当該カッタスポーク外に押し出すカッタスポーク回転・押し出し工程からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、使用中のカッタビットが磨耗することによりシールド掘削機の掘削効率が低下した際には、カッタスポークを回転させ、押し出し手段により予備カッタビットを押し出すことにより予備カッタビットに交換する。
すなわち、従来のように中間立坑を構築したり、地盤改良などを行う必要がないため、簡単にカッタビットを交換する事ができ、コストも削減できる。
また、予備カッタビットは未使用時にはカッタスポーク内に収められ、使用時にカッタスポークから突出するので、使用前に傷つくことが無い。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のカッタビット交換方法において、前記回転可能なカッタスポークが多角形状とされるとともに、前記予備カッタビットが押出し可能な複数の側面を備え、これらの側面が前記シールド掘削機の進行方向側を向くように当該カッタスポークを順次回転させることによって、前記予備カッタビットを複数回交換できることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、カッタスポークは多角形状であるため、複数の各側壁に対応させて、予備カッタビットを備えた保持部を複数設けることができる。よって、カッタスポークを所定角度回転させることにより、各々の保持部を切羽に対向させることができる。
【００２０】
つまり、使用中のカッタビットが磨耗したらカッタスポークを回転させて別の保持部に対応する所定の側壁が切羽に対向するようにし、押し出し手段によって予備カッタビットを押し出し切羽に当接させる。この予備カッタビットが磨耗した後は、さらにカッタスポークを回転させ、新たな保持部に対応する側壁が切羽に対向するようにする。
従って、カッタスポークを多角形状にし、複数の各側壁に対応して保持部を設ければ、カッタビットが磨耗する毎にカッタスポークを回転させるだけで、新しい予備カッタビットに順次交換することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の実施の形態を図１から図６に基づいて詳細に説明する。
図１（Ａ）はシールド掘削機１の正面概略図であり、図１（Ｂ）は側面概略図である。シールド掘削機１は、切羽に当接する略円形状のカッタヘッド２と、カッタヘッド２の切羽側と反対側の面に接続され、掘削された土砂が取り込まれるチャンバー等を備えた胴体４を有している。
カッタヘッド２の切羽に当接する面には、半径方向に沿ったスリット６２、６２…が、カッタヘッド２の円周方向に９０度おきに計４つ形成されている。前記スリット６２、６２…には、複数の固定カッタビット２０、２０…を備えたカッタスポーク部６１、６１…が設けられている。
【００２２】
このカッタスポーク部６１どうしの間に、該カッタヘッド２の半径方向に沿って計４つのスリット２ｂ、２ｂ…がそれぞれ設けられている。さらに、スリット２ｂ、２ｂ…には複数の固定カッタビット１４、１４…を備えたカッタスポーク部１１、１１…が設けられている。つまりカッタスポーク部１１は、カッタヘッド２の円周方向に沿って９０度おきに並んでいる。
【００２３】
カッタヘッド２の中心には、図示しない油圧モータ等により回転駆動される駆動軸３が回転自在に取り付けられている。この駆動軸３の回転に伴ってカッタヘッド２が回転することにより、切羽が掘削される。
シールド掘削機１は、カッタスポーク部１１の構成以外は周知のシールド掘削機と同様の構成であるため、以下、カッタスポーク部１１の構成および機能についてのみ詳細に説明する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、カッタヘッド２に設けられたカッタスポーク部６１どうしの間には、カッタヘッド２の外周側に設けられたスポーク回転用油圧モータ３０により、軸心を中心として回転駆動されるカッタスポーク部１１が設けられている。なお、図２（Ａ）は、カッタスポーク部１１に取りつけられた固定カッタビット１４、１４…を切羽に向けた状態を示している。
【００２５】
図２（Ｂ）に示すように、カッタスポーク部１１は中空部１７ａを備えた略四角筒状のカッタスポーク１７と、カッタスポーク１７上に出没自在な予備カッタビット１２、１２…と、予備カッタビット１２、１２…が格納された格納部１３、１３…（保持部）と、中空部１７ａの中央にカッタスポーク１７の長手方向に沿って設けられた固定偏心カム部材１５、１５…（押し出し手段・カム部材）とを備えている。
カッタスポーク１７の一側面である側面１７ｂと、側面１７ｃもしくは側面１７ｆとの境界部分である角部には、固定カッタビット１４、１４…が突出した状態で、カッタスポーク１７の長手方向に沿って列をなして備えられている。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、格納部１３、１３…は、カッタスポーク１７の側面どうしの境界部分である計４つの角部のうち隣り合う２つの角部に、それぞれカッタスポーク１７の長手方向に沿って列をなして設けられている。つまりカッタスポーク１７の側面１７ｄと、側面１７ｃもしくは側面１７ｆとの境界部分である角部に、それぞれ格納部１３、１３…が設けられている。なお、格納部１３、１３…は一部分をカッタスポーク１７上に突出させ、他の部分をカッタスポーク１７内に収めるような状態で設けられている。
【００２７】
予備カッタビット１２、１２…は出没自在に格納部１３、１３…に格納されており、その端部は格納部１３、１３…を貫通してカッタスポーク１７の中空部１７ａに達している（図３（Ｂ）参照）。予備カッタビット１２、１２…と格納部１３、１３…はそれぞれ１対１になっており、一つの格納部１３には一つの予備カッタビット１２が収められている。図３（Ｃ）に示すように、最もカッタヘッド２の外周に近い予備カッタビット１２、１２…は、刃先が外周の外側を向くように取り付けられている。
【００２８】
また、予備カッタビット１２、１２…の一方の端部である当接部１２ａ、１２ａ…は、格納部１３、１３…に備えられたバネ１９、１９…によって後述する固定偏心カム部材１５、１５…に押しつけられており、未使用時には予備カッタビット１２、１２…がカッタスポーク１７外へ飛び出さないようになっている。すなわち、予備カッタビット１２、１２…は、未使用時には、付勢手段であるバネ１９、１９…により、カッタスポーク１７の外側から内側に向かって付勢され、予備カッタビット１２、１２は、その後端が固定偏心カム部材１５、１５…に当接した状態で、全体が格納部１３，１３内に収容された状態となっている。
【００２９】
カッタスポーク１７の中空部１７ａの中央には、固定軸１５ｂがカッタスポーク１７の長手方向に沿って貫通している。固定軸１５ｂは略円筒状であり、図４（Ａ）に示すように、軸心がカッタスポーク１７の軸心（回転中心）よりも切羽側にずれた状態でカッタヘッド２に固定されている。
固定軸１５ｂの側面には、厚さが部分的に異なるリング状の固定偏心カム部材１５、１５…が取り付けられている。つまり、固定偏心カム部材１５、１５…の切羽側と胴体４側の部分は肉薄になっており（図４（Ａ）参照）、他の部分が肉厚な突出部１５ａ、１５ａ…となっている（図４（Ｂ）参照）。
【００３０】
固定偏心カム部材１５、１５…の外周のカム面の基礎円は、その中心が固定軸１５ｂとされることにより、固定偏心カム部材１５、１５…の中心は、上述のように、カッタスポーク１７（固定カッタビット１４、１４…が切羽側を向いた状態）の軸心（回転中心）よりも切羽側にずれた状態となっている。これにより、固定カッタビット１４、１４…が切羽側を向き、予備カッタビット１２、１２が格納部１３，１３内に収容された状態において、固定偏心カム部材１５、１５…と、格納部１３，１３との間に広い空間が確保され、予備カッタビット１２、１２を容易にカッタスポーク１７内の狭い空間に収容することができる。一方、予備カッタビット１２、１２が切羽側を向くようにカッタスポーク１７が回転した状態では、固定偏心カム部材１５、１５…と、格納部１３，１３との間が狭くなり、固定偏心カム部材１５、１５…を小さなものとしても、充分に、予備カッタビット１２、１２を押し出すことが可能となる。以上のことから、固定偏心カム部材１５、１５…を小型化し、カッタスポーク１７内に予備カッタビット１２、１２の収容スペースを充分に確保できる。
【００３１】
図４（Ｂ）に示すようにカッタスポーク１７の端部（カッタヘッド２の中心側）には、カッタスポーク１７の位置を固定するストッパジャッキ３１が設けられている。つまり、回転後のカッタスポーク１７は、ストッパジャッキ３１によるピンの抜き差しにより、その位置に固定される。
また、固定軸１５ｂとカッタスポーク１７との間、すなわち、カッタスポーク１７内の空間には、グリースが充填されており、予備カッタビット１２、１２と、固定偏心カム部材１５、１５…との摺動を良好に維持するとともに、内部への掘削土砂や泥水の進入を防止している。
また、カッタスポーク１７は、カッタヘッド２に対して着脱自在とされており、カータースポーク１７毎、固定カッタビット１４、１４…及び予備カッタビット１２、１２を交換可能となっている。
【００３２】
次に、シールド掘削機１におけるカッタビット交換方法について説明する。
シールド掘削機１は従来のシールド掘削機と同様の方法により、地山を掘削していく。まず始めに、切羽に当接して実際に地山を削るのは固定カッタビット１４、１４…、２０、２０…である。ある程度の掘削を行うと、固定カッタビット１４、１４…、２０、２０…の磨耗や土質の変化によりシールド掘削機１の掘削効率が低下する。
そこで、以下の方法により固定カッタビット１４、１４…を予備カッタビット１２、１２…に交換し、予備カッタビット１２、１２…を用いて地山の掘削を進める。
【００３３】
まず始めは、カッタスポーク１７に設けられた固定カッタビット１４、１４…を用いて掘削を行うため、カッタスポーク１７の向きは側面１７ｂが切羽に対向するような方向となっている。固定カッタビット１４、１４…を用いて掘削を行い、ある程度磨耗した後は、スポーク回転用油圧モータ３０によってカッタスポーク１７を１８０度回転させる。この回転に伴って、格納部１３、１３…に格納されていた予備カッタビット１２、１２…が、固定偏心カム部材１５、１５…の突出部１５ａ、１５ａ…によりカッタスポーク１７上に押し出される。
従って、予備カッタビット１２、１２…を切羽に対向させることができ、予備カッタビット１２、１２…を用いて掘削を続けることができる。
【００３４】
以下、予備カッタビット１２、１２…がカッタスポーク１７上に押し出される過程を、カッタスポーク部１１の幅方向の断面図（図５、図６）を用いて詳細に説明する。なお、分かりやすく説明するために、前述の格納部１３に格納部１３ａ、１３ｂと別符号を付す。
図５（Ａ）は、固定カッタビット１４、１４を用いて掘削する場合を表した図であり、図５の上側を切羽側とする。このとき、格納部１３ａ、１３ｂに格納されている予備カッタビット１２、１２の当接部１２ａ、１２ａは、固定偏心カム部材１５の外周面に接している。
【００３５】
図５（Ａ）の状態からカッタスポーク１７を時計回りに４５度回転させると、図５（Ｂ）に示す状態となる。格納部１３ａに格納されている予備カッタビット１２の当接部１２ａは、固定偏心カム部材１５の突出部１５ａに当接する。固定偏心カム部材１５の軸心から突出部１５ａの外周面までの距離は長い為に、突出部１５ａに当接した予備カッタビット１２は押し出されるので、固定偏心カム部材１５と予備カッタビット１２の当接点Ａから格納部１３ａの底部までの距離Ｌ２は、図５（Ａ）における当接点Ａから格納部１３ａの底部までの距離Ｌ１よりも短くなっている。
つまり、予備カッタビット１２は突出部１５ａに当接すると格納部１３ａの開口部１７ｅから押し出されることとなり、先端がカッタスポーク１７上に突出する。
【００３６】
さらに図５（Ｂ）の状態からカッタスポーク１７を時計回りに４５度（図５（Ａ）の状態からは９０度）回転させると、図６（Ａ）に示す状態となる。この際、固定偏心カム部材１５の軸心はカッタスポーク１７の軸心よりも切羽側（図６では上側）にずれている為、固定偏心カム部材１５と予備カッタビット１２の当接点Ａから格納部１３ａの底部までの距離Ｌ３よりも、当接点Ｂから格納部１３ｂの底部までの距離Ｌ４のほうが長くなっている。
従って、格納部１３ｂに収められた予備カッタビット１２は、まだ押し出されない。なお、前述の距離Ｌ２（図５（Ｂ）参照）よりも距離Ｌ３の方が短い為、格納部１３ａに格納された予備カッタビット１２はさらに押し出される。
【００３７】
図６（Ａ）の状態からさらに４５度（図５（Ａ）の状態から１３５度）回転させると、図６（Ｂ）に示す状態となる。格納部１３ｂの予備カッタビット１２の当接部１２ａは固定偏心カム部材１５の突出部１５ａに当接し、押し出される。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の状態からさらに４５度（図５（Ａ）の状態から１８０度）回転させた状態である。図６（Ｂ）における固定偏心カム部材１５と予備カッタビット１２の当接点Ｂから格納部１３ｂの底部までの距離Ｌ５よりも、図６（Ｃ）における当接点Ｂから格納部１３ｂの底部までの距離Ｌ６のほうが短くなっている為、予備カッタビット１２はさらに押し出され、カッタスポーク１７上に完全に突出する。
【００３８】
従って、カッタスポーク１７を１８０度回転させることにより、固定偏心カム部材１５の突出部１５ａを介して、格納部１３ａ、１３ｂに収められている予備カッタビット１２、１２をカッタスポーク１７上に押し出すことが出来、磨耗した固定カッタビット１４、１４を予備カッタビット１２、１２に交換することが出来る。
なお、押し出された予備カッタビット１２は、掘削進行方向から加えられる力によって固定偏心カム部材１５の外周面に押しつけられるため固定される。
【００３９】
第１の実施の形態におけるシールド掘削機１およびそのカッタビット交換方法によれば、概略形状が略四角筒状のカッタスポーク１７の側面１７ｂと、側面１７ｃもしくは側面１７ｆとの境界部分からなる角部には固定カッタビット１４、１４…が設けられ、側面１７ｄと、側面１７ｃもしくは側面１７ｆとの境界部分からなる角部には、予備カッタビット１２、１２…を備えた格納部１３、１３…が設けられている。また、カッタスポーク１７の中央には固定偏心カム部材１５、１５…を備えた固定軸１５ｂが設けられている。
固定カッタビット１４、１４…が磨耗した際にはカッタスポーク１７を１８０度回転させ、固定偏心カム部材１５、１５…の肉厚な突出部１５ａを予備カッタビット１２、１２…に当接させる。
よって、予備カッタビット１２、１２…は突出部１５ａにより押し出され、カッタスポーク１７上に突出する。従って、カッタスポーク１７を回転させるだけで簡単にカッタビットを交換することができる。
【００４０】
すなわち、中間立坑や切羽周辺の地盤改良などを行う必要がなく、機械的にカッタスポーク１７を回転させて予備カッタビットを押し出すことによりカッタビットの交換を行うことができるので、大幅なコスト削減になる。また、迅速にカッタビットの交換を行うことが出来るため、工期を短縮することが可能である。
また、予備カッタビット１２は未使用時にカッタスポーク１７内に収められているので、カッタヘッド２のスリットを通過する土砂との摩擦や、チャンバー内の土砂との摩擦とにより磨耗することを防止できる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態におけるカッタスポーク１７は略四角筒状であるが、六角筒状など四角形以上の多角形でもよい。六角形の場合、六個の側面のうちの一つ飛びごとの側面に固定カッタビット一組および予備カッタビット二組を取り付けることができるので、カッタビットを二回交換することが可能である。また、多角形の一つおきの側面ではなく、全ての側面に予備カッタビット（一部固定カッタビットを含んでも良い）を設けるものとしても良い。
【００４２】
また、上記実施の形態では固定偏心カム部材１５、１５…に突出部１５ａ、１５ａ…を設け、この突出部１５ａ、１５ａ…により予備カッタビットを押し出す構成としたが、固定軸１５ｂをカッタスポーク１７の軸心から偏心させることにより突出部が形成されるものとしてもよい。
【００４３】
〔第２の実施の形態〕
図７を参照して本発明の第２の実施の形態のシールド掘削機を説明する。
なお、第２の実施の形態における第１の実施の形態との主な相違点は、回動するカッタスポーク７２に固定カッタビットが備えられない点、予備カッタビット７４（７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ）の配置が違う点と、カム部材７７の形状が違う点であり、その他の点については、第１の実施の形態とほぼ同様の構成となっている。
【００４４】
そして、図示しないカッタヘッドには、放射状に沿って固定軸７１が固定され、この固定軸７１の外周縁には四角筒形状をなすカッタスポーク７２が回転自在に支持されており、図示しない油圧モータにより回動可能となっている。このカッタスポーク７２の四つの側面部には、それぞれ格納部７３（７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ）が固定され、これら格納部７３にそれぞれ予備カッタビット７４が格納部７３内からカッタスポーク７２の外側に出没自在に格納されている。また、格納部７３と、予備カッタビット７４にそれぞれ固定された取付リング７５（７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ）との間には、付勢手段である圧縮バネ７６（７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄ）が介装されている。
【００４５】
一方、固定軸７１には、各交換用カッタビット７４に対応してカム部材７７が固定されており、カム部材７７には、その外周面として、固定軸７１の外周の僅かに外側に円弧状に形成されて、四方にそれぞれ向いた予備カッタビット７４のうちの切羽に向いたものを除く三方にそれぞれ向いた予備カッタビット７４を格納部７３内に収容した状態とする第１支持面７７ａと、固定軸７１から突出して、四方に向いた予備カッタビット７４のうちの一方（切羽）に向いた予備カッタビット７４を格納部７３からカッタスポーク７２の外側に突出させる第２支持面７７ｂとが備えられている。
なお、カム部材７７は、固定軸７１に第２支持面７７ｂが切羽側を向くように固定され、第１支持面７７ａは、切羽側を前方とした場合に側方及び後方を向いた状態となっている。
【００４６】
したがって、上記例における固定カッタビットとしての役割を有する第１の予備カッタビット７４ａが前方（切羽側）に位置し、かつ、第１の予備カッタビット７４ａの後端部がカム部材７７の第２支持面７７ｂに当接した状態（カッタースポーク７２の初期状態）では、カム部材７７から切羽側に突出する第２支持面７７ｂにより、圧縮バネ７６ａの付勢力に抗して第１の予備カッタビット７４ａが格納部７３ａから切羽に向かって突出した状態となっている。一方の残りの予備カッタビット７４ｂ〜ｄは、圧縮バネ７６ｂ〜ｄの付勢力により、後端がカム部材７７の第１支持面７７ａに当接させられて、格納部７３ｂ〜ｄに格納された状態となっている。
【００４７】
そして、この状態で油圧モータによりカッタスポーク７２を図中時計回りに９０度回動すると、第１の予備カッタビット７４ａの後端の位置がカム部材７７の第２支持面７７ｂから第１支持面７７ａの位置に移動して、圧縮バネ７６ａの付勢力により後退して格納部７３ａに格納され、代わりに第２の予備カッタビット７４ｂの後端の位置がカム部材７７の第２支持面７７ｂに至り、予備カッタビット７４ｂは、圧縮バネ７６ｂの付勢力に抗して格納部７３ｂからカッタスポーク７２の外側に突出する。
さらに、この位置からカッタスポーク７２を９０度ずつ回動すると、順次、第３の予備カッタビット７４ｃ、第４の予備カッタビット７４ｄの順でこれら予備カッタビット７４ｃ、７４ｄが切羽側に格納部から突出するとともに、それらが吐出する前に突出していた予備カッタビット７４ｂ、７４ｃが順次格納部７３ｂ、７３ｃ内に収容される。
【００４８】
このような構成によれば、予備カッタビット７４を三回に渡って交換できるようになっており、長期間に渡って高い掘削効率でトンネルを掘削することができ、トンネル掘削作業の長距離化に対応することができる。
【００４９】
〔第３の実施の形態〕
図８を参照して本発明の第３の実施の形態のシールド掘削機を説明する。
なお、第３の実施の形態における第１の実施の形態との主な相違点は、回動するカッタスポーク８２に固定カッタビットが備えられない点、予備カッタビット８４（８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅ、８４ｆ）の配置が違う点と、カム部材８７の形状が違う点であり、その他の点については、第１の実施の形態とほぼ同様の構成となっている。また、第３の実施の形態における第２の実施の形態との相違点は、第２の実施の形態の回動するカッタスポーク７２が四角筒状であったのに対して、第３の実施の形態のカッタスポーク８２は六角筒状とされ、それにより側面が増えたのに対応して、予備カッタビット８４等の本数が増やされている点である。
【００５０】
第３の実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、図示しないカッタヘッドに、放射状に沿って固定軸８１が固定され、この固定軸８１の外周縁には六角筒形状をなすカッタスポーク８２が回転自在に支持されており、図示しない油圧モータにより回動可能となっている。このカッタスポーク８２の六つの側面部には、それぞれ格納部８３（８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ）が固定され、これら格納部８３にそれぞれ予備カッタビット８４が格納部８３内からカッタスポーク８２の外側に出没自在に格納されている。
また、格納部８３と、予備カッタビット８４にそれぞれ固定された取付リング８５（８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ、８５ｅ、８５ｆ）との間には、付勢手段である圧縮バネ８６（８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆ）が介装されている。
【００５１】
一方、固定軸８１には、各交換用カッタビット８４に対応してカム部材８７が固定されており、カム部材８７には、その外周面として、固定軸８１の外周の僅かに外側に円弧状に形成されて、六方にそれぞれ向いた予備カッタビット８４のうちの切羽に向いたものを除く五方にそれぞれ向いた予備カッタビット８４を格納部８３内に収容した状態とする第１支持面８７ａと、固定軸８１から突出して、六方に向いた予備カッタビット８４のうちの一方（切羽）に向いた予備カッタビット８４ａを格納部８３ａからカッタスポーク８２の外側に突出させる第２支持面８７ｂとが備えられている。
なお、カム部材８７は、固定軸８１に第２支持面８７ｂが切羽側を向くように固定され、第１支持面８７ａは、切羽側を前方とした場合に側方（斜め前方及び斜め後方）及び後方を向いた状態となっている。
【００５２】
したがって、上記例における固定カッタビットとしての役割を有する第１の予備カッタビット８４ａが前方（切羽側）に位置し、かつ、第１の予備カッタビット８４ａの後端部がカム部材８７の第２支持面８７ｂに当接した状態（カッタースポーク８２の初期状態）では、カム部材８７から切羽側に突出する第２支持面８７ｂにより、圧縮バネ８６ａの付勢力に抗して第１の予備カッタビット８４ａが格納部８３ａから切羽に向かって突出した状態となっている。一方の残りの予備カッタビット８４ｂ〜ｆは、圧縮バネ８６ｂ〜ｆの付勢力により、後端がカム部材８７の第１支持面８７ａに当接させられて、格納部８３ｂ〜ｆに格納された状態となっている。
【００５３】
そして、この状態で油圧モータによりカッタスポーク８２を図中時計回りに６０度回動すると、第１の予備カッタビット８４ａの後端の位置がカム部材８７の第２支持面８７ｂから第１支持面８７ａの位置に移動して、圧縮バネ８６ａの付勢力により後退して格納部８３ａに格納され、代わりに第２の予備カッタビット８４ｂの後端の位置がカム部材８７の第２支持面８７ｂに至り、圧縮バネ８６ｂの付勢力に抗して格納部８３ｂからカッタスポーク８２の外側に突出する。
【００５４】
さらに、この位置からカッタスポーク８２を６０度ずつ回動すると、順次、第３の予備カッタビット８４ｃ、第４の予備カッタビット８４ｄ、第５の予備カッタビット８４ｅ、第６の予備カッタビット８４ｆの順でこれら予備カッタビット８４ｃ〜ｆが切羽側に格納部から突出するとともに、それらが吐出する前に突出していた予備カッタビット８４ｂ〜ｅが順次格納部８３ｂ〜ｅ内に収容される。
このようにすれば、第２の実施の形態の場合よりも、さらにカッタビットの交換回数を増やすことができる。
【００５５】
〔第４の実施の形態〕
図９〜図１１を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。
図９（Ａ）はシールド掘削機１０の正面概略図であり、図９（Ｂ）に示す側面概略形状は、図１に示す第１の実施の形態におけるシールド掘削機１とほぼ同様である。なお、第１の実施の形態と同様の構成要素については同一符号を付す。
【００５６】
シールド掘削機１０は、第１の実施の形態と同様に、切羽に当接する略円形状のカッタヘッド２と掘削された土砂が取りこまれるチャンバーを備えた胴体４を有している。該カッタヘッド２の半径方向に沿ったスリット２ｂ、２ｂ…が、カッタヘッド２に円周方向に９０度おきに計４つ形成されるとともに、前記スリット２ｂ、２ｂ…に複数の固定カッタビット１４、１４…を備えたカッタスポーク部４１を設けた構造である。
【００５７】
カッタスポーク部４１は、図１０（Ａ）に示すように中空部４７ａを備えた略六角筒状のカッタスポーク４７と、中空部４７ａに移動自在に設けられた可動部４８（保持部）と、予備カッタビット５２、５２…を備えた第二の可動部５８等からなる。
可動部４８は、予備カッタビット４２、４２…を備えたスポーク４３からなる。スポーク４３は横断面が台形で全体が略棒状であり、カッタスポーク４７の一側面である側面４７ｃに対向する前面４３ａの面積のほうが背面４３ｃよりも大きくなっており、その前面４３ａの長辺に沿った縁部に予備カッタビット４２、４２…が取り付けられている。背面４３ｃは、後述する固定シャフト４５（押し出し手段）の径よりも大きい径の円弧状になっている。
なお、可動部５８の構成は可動部４８の構成と同様であるので、説明は省略する。
【００５８】
カッタスポーク４７の六つの側面のうちの一つである側面４７ｂには、固定カッタビット１４、１４…が突出した状態で備えられており、二つの可動部４８、５８もそれぞれ側面４７ｃ、４７ｄの内側に位置するように設けられている。
裏側から予備カッタビット４２、４２…、５２、５２…が突出する側面４７ｃ、４７ｄの所定箇所には、開口部４７ｅ、４７ｅ…が設けられている。これらの開口部４７ｅ、４７ｅ…は、土砂などが入り込むことを防ぐため蓋によって塞がれている。
また、側面４７ｂとの間に一つの側面を挟んだ側面が側面４７ｃであり、側面４７ｃとの間に一つの側面を挟んだ側面が側面４７ｄである。つまり、これら側面４７ｂ、４７ｃ、４７ｄは互いに隣接した側面ではなく、一つおきの側面である。
【００５９】
中空部４７ａの中央付近には、クランクシャフトと同様の形状で、横断面が略円形の固定シャフト４５が、カッタスポーク４７の長手方向に沿って設置されている。図１０（Ａ）に示すように、固定シャフト４５の凹部の断面円Ａの中心はカッタスポーク４７の中心Ｏと等しく、固定シャフト４５のクランク部分である突出部４５ａの断面円Ｂの中心は切羽側にずれている。
また、可動部４８、５８は、カッタスポーク４７の回転に伴って回転するようになっており、カッタスポーク４７の内面と固定シャフト４５との間に配置されている。固定シャフト４５は、カッタヘッド２に回転不可に取りつけられており、カッタスポーク４７が回転しても、固定シャフト４５の突出部４５ａがシールド掘削機１０の進行方向を向いた状態を保持するようになっている。
【００６０】
次に、シールド掘削機１０におけるカッタビット交換方法について説明する。
図１０（Ａ）に示すようにカッタスポーク４７は、まず始めに固定カッタビット１４、１４…が切羽に対向するような向きに固定されている。この状態で、駆動軸３の回転を介してカッタヘッド２を回転させ、固定カッタビット１４、１４…を用いて切羽を掘削する。このとき、予備カッタビット４２、４２…は図１０（Ｂ）に示すように完全にカッタスポーク４７内に収まっており、またカッタスポーク４７の中心Ｏから可動部４８の背面までの距離Ｌは固定シャフト４５の断面円Ａの半径Ｒ１の距離よりも長いため、固定シャフト４５は可動部４８に当接していない。
【００６１】
固定カッタビット１４、１４…が磨耗した後は、側面４７ｃがカッタヘッド２の前面にくるまで、図示しない油圧アクチュエータ等によりカッタスポーク４７を回転させる（図１１（Ａ）参照）。
これにより、可動部４８がカッタスポーク４７と共に回転するのに対して、固定シャフト４５が回転しないことにより、スポーク４３の背面４３ｃは固定シャフト４５の突出部４５ａに当接して、可動部４８は押し出されることとなり、スポーク４３の前面に設けられた予備カッタビット４２、４２…は蓋を押しのけて開口部４７ｅ、４７ｅ…からカッタスポーク４７の外部へ突出する。
【００６２】
予備カッタビット４２、４２…が磨耗した後は、さらにカッタスポーク４７を回転させて可動部５８が切羽に対向するようにし、カッタビット交換を行う。可動部４８の場合と同様に固定シャフト４５の突出部４５ａによって可動部５８は押し出され、予備カッタビット５２、５２…は、開口部４７ｅ、４７ｅ…からカッタスポーク４７の側面４７ｄ上に突出する。
【００６３】
第４の実施の形態におけるシールド掘削機１０およびそのカッタビット交換方法によれば、概略形状が略六角筒状のカッタスポーク４７の側面４７ｂ上には固定カッタビット１４、１４…が設けられ、側面４７ｃ、４７ｄの内側に対応する位置には、可動部４８、５８がそれぞれ設けられている。また、カッタスポーク４７の中央にはクランク式の固定シャフト４５が設けられている。
固定カッタビット１４、１４…が磨耗した際には、側面４７ｃがカッタヘッド２の前面に位置するようにカッタスポーク４７を回転させて、固定シャフト４５の突出部４５ａを可動部４８に当接させる。これにより可動部４８は押し出され、予備カッタビット４２、４２…はカッタスポーク４７上に突出するので、容易にカッタビットを交換することができる。予備カッタビット４２、４２…が磨耗した際は、上記同様の手順により予備カッタビット５２、５２…に交換する。
【００６４】
すなわち、中間立坑や地盤改良など地山に手を加える必要がなく、機械的にカッタスポーク４７を回転させることによりカッタビットの交換を行うことができるので、大幅なコスト削減になる。また、迅速にカッタビットの交換を行うことが出来るため、工期を短縮することが可能である。
さらに、カッタスポーク４７の概略形状が六角筒状であることから、それぞれの側面４７ｃ、４７ｄに対応する位置に二つの可動部４８、５８を設けることができ、カッタビットを二回交換することが出来る。
また、使用前の予備カッタビット４２、５２はカッタスポーク４７内に収められている為、カッタヘッド２のスリット２ｂ、２ｂ…を通過する土砂等との摩擦により磨耗することを防止できる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態におけるカッタスポーク４７は略六角筒状であるが、八角筒状など六角形以上の多角形でもよい。八角形の場合、八個の側面のうち、それぞれ一つの側面を挟んだ隣同士の側面である四個の側面に、固定カッタビット一組および予備カッタビット三組を取り付けることができるので、カッタビットを三回交換することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、使用中のカッタビットが磨耗した場合には、カッタスポークを回転させるだけで押し出し手段の突出部が予備カッタビットに当接し、予備カッタビットをカッタスポーク上に押し出すことができる。
すなわち、従来のように中間立坑をわざわざ構築したり地盤改良などをしたりする必要がないのでカッタビットの交換を迅速かつ簡単に行うことができ、コストも抑えられる。
また、使用前の予備カッタビットはカッタスポーク内に収められているので、掘削された土砂がカッタヘッドから取り込まれる際や、回転するカッタヘッドと取りこまれた土砂との摩擦により、使用する前に予備カッタビットが傷つくことはない。
つまり、新品同様の状態で予備カッタビットをカッタスポーク上に突出させることができる。
【００６７】
請求項２に記載の発明によれば、多角形状のカッタスポークの少なくとも二つの側面から、保持部に備えられた予備カッタビットを押し出すことができるため、使用中のカッタビットが磨耗した際には、まず一つ目の予備カッタビットに交換し、さらにこの予備カッタビットが磨耗した際には、新たな予備カッタビットに交換することができる。
つまり、カッタスポークの形状は多角形状であることから側面が複数あるため、これら複数の側面に対応させて、予備カッタビットを保持した複数の保持部を設けることができる。よって、カッタビットが磨耗する毎にカッタスポークを回転させ、カッタスポークに設けられた保持部に対応する側面を切羽側に向けるという動作を繰り返すことにより、容易に予備カッタビットを複数回交換することができる。
従って、長距離の連続した掘削が可能となり施工効率が上がることから、大幅な工期短縮が実現できる。
【００６８】
請求項３に記載の発明によれば、押し出し手段であるカム部材は突出部を備えている。従って、カッタスポークを回転させることにより突出部を予備カッタビットに当接させ、カッタスポーク上に予備カッタビットを押し出すことが出来る。
また、掘削進行方向から加えられる力により予備カッタビットはカム部材に押し付けられる為、予備カッタビットはカッタスポーク上に押し出された状態を維持できる。
つまり、カッタスポークを回転させるという簡単な動作により、カッタビットを交換することが可能である。
【００６９】
請求項４に記載の発明によれば、押し出し手段である固定シャフトは、掘削進行方向に向かって突出する突出部を備えている。従って、例えばカッタヘッドに固定された状態の固定シャフトに対するカッタスポークの回転に伴い、保持部を回転移動させて突出部に当接させることによって予備カッタビットを押し出すことができ、また、掘削進行方向からの力によりカッタスポークは突出部に押しつけられるため保持部の戻り方向の移動が規制される。
すなわち、簡単な構造により請求項３と同様の効果が得られる。
【００７０】
請求項５に記載の発明によれば、使用中のカッタビットが磨耗することによりシールド掘削機の掘削効率が低下した際には、カッタスポークを回転させ押し出し手段により予備カッタビットを押し出すことによって、予備カッタビットに交換する。
すなわち、従来のように中間立坑を構築したり、地盤改良などを行う必要がないため、簡単にカッタビットを交換する事ができ、コストも削減できる。
また、予備カッタビットは未使用時にはカッタスポーク内に収められており使用時にカッタスポークから突出するので、掘削された土砂がカッタヘッドから取り込まれる際や、回転するカッタヘッドと取り込まれた土砂との摩擦により使用前に傷つくことが無い。
【００７１】
請求項６に記載の発明によれば、カッタスポークは多角形状であるため、複数の各側壁に対応する複数の保持部を設けることができる。よって、カッタスポークを所定角度回転させることにより、各々の保持部を切羽に対向させることができる。
つまり、使用中のカッタビットが磨耗した際にはカッタスポークを回転させて別の保持部に対応する所定の側壁を切羽に対向させると同時に、押し出し手段によって予備カッタビットを押し出し切羽に当接させる。この予備カッタビットが磨耗した後は、さらにカッタスポークを回転させ、新たな保持部に対応する側壁が切羽に対向するようにする。
従って、カッタスポークを多角形状にして複数の各側壁に対応する保持部を設ければ、カッタビットが磨耗する毎にカッタスポークを回転させるだけで、新しい予備カッタビットに順次交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例であるシールド掘削機の正面概略図であり、（Ｂ）は側面概略図である。
【図２】（Ａ）は本発明の一実施例であるシールド掘削機のカッタヘッドの一部分を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の一実施例であるシールド掘削機のカッタヘッドの一部分を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂ線に沿った断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の矢印Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施例であるシールド掘削機のカッタヘッドの縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｄ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の一実施例であるシールド掘削機のカッタスポークの幅方向断面概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状態からカッタスポークを４５度回転させたときの断面図である。
【図６】（Ａ）は図５（Ａ）の状態からカッタスポークを９０度回転させたときの断面図であり、（Ｂ）は１３５度、（Ｃ）は１８０度回転させたときの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わるシールド掘削機の回転するカッタスポークの断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わるシールド掘削機の回転するカッタスポークの断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の他の例としてのシールド掘削機の正面概略図であり、（Ｂ）は側面概略図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の他の例としてのシールド掘削機のカッタスポークの幅方向断面概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ａ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】（Ａ）は可動部を押し出したときのカッタスポークの幅方向断面概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１、１０シールド掘削機
２カッタヘッド
１１、４１、６１カッタスポーク部
１２、３２、４２、５２予備カッタビット
１３格納部（保持部）
１４、２０固定カッタビット
１５固定偏心カム部材（押し出し手段・カム部材）
１５ａ突出部
１７、４７カッタスポーク
４５固定シャフト（押し出し手段）
４５ａ突出部
４８、５８可動部（保持部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield excavator used for a shield method and a cutter bit replacement method thereof.
[0002]
[Prior art]
The shield method, which is one of the methods for constructing underground structures and tunnels, was developed as one of the tunnel methods applied to soft ground, in which a cylindrical shell, ie, a shield, is pushed into the ground. In this method, the ground immediately after excavation is protected by excavating the front, and the tunnel is constructed immediately after the lining work at the rear part.
The lining is performed by assembling reinforced concrete blocks called segments in an annular shape. The inner wall of the tunnel is formed by assembling these segments continuously in the longitudinal direction.
The shield method has the feature that it can work safely and reliably, and it is almost impossible to use the open-cut method of building a structure by digging the ground directly from above, such as in a downtown area where buildings are densely packed. A shield method is used.
A shield excavator used in the shield method efficiently cuts and captures natural ground by pushing a head having a number of cutter bits on its front surface while rotating it using a drive mechanism such as a hydraulic motor.
[0003]
In recent years, the shield construction has been extended in terms of construction environment, economic efficiency, and shortening of the construction period, and accordingly, it is necessary to improve the durability of each part of the shield excavator. Furthermore, it may be necessary to excavate various soils due to the long distance, and selecting and exchanging cutter bits suitable for each soil greatly affects construction efficiency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Among the parts of the shield excavator, the cutter bit that excavates in direct contact with the ground is particularly deteriorated. Since it is always in contact with the natural ground, it is severely worn and damaged, and the durability of the cutter bit has been improved by improving the material and shape.
However, long-distance shield construction and shield construction in harsh ground such as sand and gravel cannot be handled by improving the performance of the cutter bit alone, so it was necessary to replace the cutter bit during construction.
Therefore, conventionally, after the ground around the face is made independent by ground improvement, an operator enters between the face and the shield excavator to replace the cutter bit, or the work is performed at the destination of the shield excavator. A drill hole (intermediate shaft) large enough to allow personnel to replace was excavated from the ground surface, and the cutter bit was replaced in the intermediate shaft after excavating until reaching the intermediate shaft.
[0005]
However, in recent years, it has become difficult to construct intermediate shafts in the shield method in urban areas because land acquisition is difficult due to the density of surface structures. In order to make effective use of the underground space, it is necessary to construct the shield work with a deeper and larger cross-section, but even in such a case, it was difficult to construct an intermediate shaft.
In addition, there is a possibility that the soil quality will change greatly during construction as shield construction becomes longer. In such a case, in order to construct efficiently, it was necessary to replace with a cutter bit suitable for each soil quality during the construction.
Under these construction conditions, if the cutter bit is replaced using the above-described conventional method, many costs and a long construction period are required.
[0006]
In addition to the above conventional method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-350877 discloses a method for exchanging a cutter bit by rotating a cutter pork.
However, according to this cutter bit replacement method, the cutter bit before use is exposed on the cutter pork, so it may be worn before use due to friction with the earth and sand taken from the head. was there.
[0007]
An object of the present invention is to provide a shield excavator that is simple, safe and efficient in the ground and a method for exchanging the cutter bit thereof.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the invention described in claim 1 includes a body (4) having a chamber into which excavated earth and sand are taken in, and a cutter head (2) rotatably attached to the front end of the body. And a cutter pork (11, 41) provided on the cutter head and provided with a plurality of cutter bits, and using the cutter bit, , A cutter pork (11) rotatable about a radial axis with respect to the cutter head; Cutspoke is a spare cutter bit (12, 42, 52) From the outer peripheral surface of the cut A holding unit (storage unit 13 and movable units 48 and 58) for holding out, and Said The spare cutter bit Rotatable From the state accommodated in the Kataspork Concerned And an extruding means having a protruding portion for extruding out of the cutter pork.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, when the cutter bit in use is worn, the cutter pork is rotated, the spare cutter bit is pushed out by the protruding portion of the pushing means, and the spare cutter bit protrudes on the cutter pork. By doing so, it is possible to excavate a natural ground using a spare cutter bit.
That is, since it is not necessary to improve the ground or to construct an intermediate shaft unlike the prior art, the cutter bit can be replaced quickly and easily, and the cost can be reduced.
In addition, since the spare cutter bit before use is stored in the cutter pork, due to friction when the excavated earth and sand is taken in from the cutter head and friction between the rotating cutter head and the taken in sand, The spare cutter bit will not be damaged before use.
[0010]
The invention according to claim 2 is the shield excavator according to claim 1, On the outer peripheral surface of the rotatable cutter pork, fixed cutter bits are provided in a row along the longitudinal direction of the cutter pork, Said Rotatable Kataspork has a polygonal shape. Composition side A plurality of the fixed cutter bits are provided on the other side of the polygon. At least two aspects comprising So that each of the spare cutter bits is pushed outward from Said Each corresponding to at least two aspects Said The holding unit holding a spare cutter bit is provided.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, since the spare cutter bit provided in the holding portion can be pushed out from at least two side surfaces of the polygonal-shaped cutter pork, when the cutter bit in use is worn out First, the spare cutter bit is replaced with a new one, and when this spare cutter bit is worn, it can be replaced with a new spare cutter bit.
That is, since the shape of the cutter pork is a polygonal shape, there are a plurality of side surfaces. Therefore, a plurality of holding portions holding the spare cutter bits can be provided corresponding to the plurality of side surfaces. Therefore, each time the cutter bit is worn, the cutter pork is rotated and the side corresponding to the holding portion provided on the cutter pork is directed to the face side, so that the spare cutter bit can be easily replaced a plurality of times. Can do.
Therefore, long-distance continuous excavation is possible and the construction efficiency is improved, so that the construction period can be greatly shortened.
[0012]
The invention according to claim 3 is the shield excavator according to claim 1 or 2, The push-out means is provided in the rotatable cutter pork and is rotatable relative to the cutter pork. A cam member (fixed eccentric cam member 15); The cam member has It is hold | maintained at the said holding | maintenance part by the said protrusion part (15a). Said A spare cutter bit is pushed out of the cutter pork.
[0013]
According to the invention described in claim 3, the cam member as the pushing means includes the protruding portion. Therefore, by rotating the cutter pork, the protruding portion can be brought into contact with the spare cutter bit, and the spare cutter bit can be pushed out onto the cutter pork.
Further, since the spare cutter bit is pressed against the cam member by the force applied from the excavation traveling direction, the spare cutter bit can be kept pushed onto the cutter pork.
That is, the cutter bit can be exchanged by a simple operation of rotating the cutter pork.
[0014]
The invention according to claim 4 is the shield excavator according to claim 1 or 2, The push-out means is provided in the rotatable cutter pork, A fixed shaft (45) rotatable relative to the cutter pork, the fixed shaft being provided with the protruding portion (45a) protruding toward the excavation traveling direction; Rotatable The holding portion is between the inner surface of the cutter spoke and the fixed shaft. Concerned It is arranged to be movable along the radial direction of the cutter pork, Rotatable By rotating the cutter pork, the holding portion rotates, and the holding portion is fixed to the fixed shaft. Said When abutting against the protruding portion, the holding portion causes the holding portion to Rotatable Moved towards the outer periphery of the kattas pork Said Spare cutter bit Concerned While pushing out from the cutter pork and Said By arranging the protruding portion, the holding portion Concerned It is characterized by restricting movement in the return direction toward the center side of the katspoke.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, the fixed shaft that is the push-out means includes the protruding portion that protrudes in the excavation progress direction. Therefore, for example, with the rotation of the cutter pork relative to the fixed shaft fixed to the cutter head, the preliminary cutter bit can be pushed out by rotating the holding portion and bringing it into contact with the protruding portion. Further, since the cutter pork is pressed against the protruding portion by the force from the excavation direction, the movement of the holding portion in the return direction is restricted.
That is, an effect similar to that of the third aspect can be obtained with a simple structure.
[0016]
Invention of Claim 5 is the cutter bit replacement | exchange method using the shield excavator as described in any one of Claims 1-4, Comprising: Said Rotatable By rotating the cutter pork, Said Spare cutter bit should protrude Concerned At the same time that the outer peripheral portion of the cutter pork is directed to the excavation traveling direction side of the shield excavator, Said Spare cutter bit Concerned It is characterized by comprising a process of rotating and extruding a cutter pork that is pushed out of the cutter pork.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, when the excavation efficiency of the shield excavator decreases due to wear of the cutter bit in use, the cutter pork is rotated, and the spare cutter bit is pushed out by the pushing means. Replace with a spare cutter bit.
That is, since it is not necessary to construct an intermediate shaft or to improve the ground as in the prior art, the cutter bit can be easily replaced, and the cost can be reduced.
Further, the spare cutter bit is stored in the cutter pork when not in use and protrudes from the cutter pork when in use, so that it is not damaged before use.
[0018]
The invention according to claim 6 is the cutter bit exchanging method according to claim 5, wherein Rotatable While the cutout pork has a polygonal shape, Said The spare cutter bit has several sides that can be extruded, and these sides Said To face the direction of travel of the shield excavator Concerned By rotating the cutter pork sequentially, Said The spare cutter bit can be exchanged a plurality of times.
[0019]
According to the sixth aspect of the present invention, since the cutter pork has a polygonal shape, it is possible to provide a plurality of holding portions each provided with a spare cutter bit corresponding to each of the plurality of side walls. Therefore, each holding part can be made to face a face by rotating a cutter pork by a predetermined angle.
[0020]
That is, when the cutter bit in use is worn, the cutter pork is rotated so that a predetermined side wall corresponding to another holding portion faces the face, and the spare cutter bit is brought into contact with the push face by the pushing means. After the spare cutter bit is worn, the cutter pork is further rotated so that the side wall corresponding to the new holding portion faces the face.
Therefore, if the cutter pork is formed in a polygonal shape and a holding portion is provided corresponding to each of the plurality of side walls, the cutter pork can be sequentially replaced with a new spare cutter bit only by rotating the cutter pork every time the cutter bit is worn. .
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 (A) is a schematic front view of the shield excavator 1, and FIG. 1 (B) is a schematic side view. The shield excavator 1 includes a substantially circular cutter head 2 that abuts the face, and a body 4 that is connected to a surface opposite to the face side of the cutter head 2 and includes a chamber or the like into which excavated earth and sand are taken. is doing.
A total of four slits 62, 62,... Along the radial direction are formed in the circumferential direction of the cutter head 2 every 90 degrees on the surface in contact with the face of the cutter head 2. The slits 62, 62,... Are provided with cutter spoke portions 61, 61, each having a plurality of fixed cutter bits 20, 20,.
[0022]
A total of four slits 2b, 2b... Are provided between the cutter spoke portions 61 along the radial direction of the cutter head 2. Further, the slits 2b, 2b,... Are provided with cutter spoke portions 11, 11,. That is, the cutter spoke portions 11 are arranged every 90 degrees along the circumferential direction of the cutter head 2.
[0023]
A drive shaft 3 that is rotationally driven by a hydraulic motor (not shown) or the like is rotatably attached to the center of the cutter head 2. As the drive shaft 3 rotates, the cutter head 2 rotates to excavate the face.
Since the shield excavator 1 has the same configuration as the well-known shield excavator except for the configuration of the cutter pork portion 11, only the configuration and function of the cutter pork portion 11 will be described in detail below.
[0024]
As shown in FIG. 2 (A), between the spoke spoke portions 61 provided in the cutter head 2, a spoke rotating hydraulic motor 30 provided on the outer peripheral side of the cutter head 2 is used to center the shaft center. A cutter spoke 11 that is driven to rotate is provided. 2A shows a state in which the fixed cutter bits 14, 14... Attached to the cutter pork portion 11 face the face.
[0025]
As shown in FIG. 2 (B), the cutter pork portion 11 includes a substantially square cylindrical cutter pork 17 having a hollow portion 17a, spare cutter bits 12, 12,... That can be raised and lowered on the cutter pork 17, and a spare cutter. .. (Holding portion) in which the bits 12, 12... Are stored, and fixed eccentric cam members 15, 15... (Extrusion means) provided along the longitudinal direction of the cutter pork 17 at the center of the hollow portion 17a.・ Cam member).
The fixed cutter bits 14, 14... Protrude along the longitudinal direction of the cutter pork 17 at the corner portion that is the boundary portion between the side surface 17 b that is one side surface of the cutter pork 17 and the side surface 17 c or the side surface 17 f. It is provided in a row.
[0026]
As shown in FIG. 3 (A), the storage parts 13, 13... Are respectively connected to two adjacent corners among the four corners that are the boundary parts between the side surfaces of the cutter spokes 17 in the longitudinal direction of the cutter spokes 17, respectively. It is provided in a row along the direction. That is, the storage portions 13, 13... Are provided at the corner portions that are the boundary portions between the side surface 17d of the cutter pork 17 and the side surface 17c or the side surface 17f. The storage portions 13, 13... Are provided in such a state that a part thereof protrudes on the cutter pork 17 and the other part is accommodated in the cutter pork 17.
[0027]
The spare cutter bits 12, 12... Are stored in the storage units 13, 13..., And the end portions pass through the storage units 13, 13. 3 (B)). The spare cutter bits 12, 12... And the storage units 13, 13... Are in a one-to-one relationship, and one spare cutter bit 12 is stored in one storage unit 13. As shown in FIG. 3C, the spare cutter bits 12, 12,... Closest to the outer periphery of the cutter head 2 are attached so that the cutting edge faces the outer periphery.
[0028]
Further, the contact portions 12a, 12a, which are one end portions of the spare cutter bits 12, 12 ... are fixed eccentric cam members 15, 15 to be described later by springs 19, 19 provided on the storage portions 13, 13 ..., respectively. The spare cutter bits 12, 12,... Do not jump out of the cutter pork 17 when not in use. In other words, the spare cutter bits 12, 12... Are energized from the outside to the inside of the cutter spoke 17 by the springs 19, 19. The end is in contact with the fixed eccentric cam members 15, 15...
[0029]
In the center of the hollow portion 17 a of the cutter pork 17, a fixed shaft 15 b penetrates along the longitudinal direction of the cutter pork 17. The fixed shaft 15b has a substantially cylindrical shape, and is fixed to the cutter head 2 in a state where the shaft center is shifted to the face side with respect to the shaft center (rotation center) of the cutter spoke 17 as shown in FIG. .
Ring-shaped fixed eccentric cam members 15, 15... Having different thicknesses are attached to the side surface of the fixed shaft 15b. That is, the fixed eccentric cam members 15, 15... On the face side and the body 4 side are thin (see FIG. 4A), and the other portions are thick protrusions 15 a, 15 a. (See FIG. 4B).
[0030]
The center circle of the cam circle on the outer periphery of the fixed eccentric cam members 15, 15... Is the fixed shaft 15 b, so that the center of the fixed eccentric cam members 15, 15. It is in a state shifted from the axial center (rotation center) of the fixed cutter bits 14, 14. .. In the state where the fixed cutter bits 14, 14... Face the face side and the spare cutter bits 12, 12 are accommodated in the storage units 13, 13, and the storage units 13, 13. A wide space is secured between the spare cutter bits 12 and 12, and the spare cutter bits 12 and 12 can be easily accommodated in the narrow space in the cutter pork 17. On the other hand, in a state in which the cutter pork 17 is rotated so that the spare cutter bits 12 and 12 face the face side, the space between the fixed eccentric cam members 15, 15. Even if 15, 15,... Are small, the spare cutter bits 12, 12 can be sufficiently extruded. From the above, the fixed eccentric cam members 15, 15... Can be reduced in size, and a sufficient space for accommodating the spare cutter bits 12, 12 can be secured in the cutter pork 17.
[0031]
As shown in FIG. 4B, a stopper jack 31 for fixing the position of the cutter pork 17 is provided at the end of the cutter pork 17 (on the center side of the cutter head 2). That is, the rotated cutter pork 17 is fixed to the position by inserting and removing the pin by the stopper jack 31.
Further, the space between the fixed shaft 15b and the cutter pork 17, that is, the space in the cutter pork 17, is filled with grease, and the spare cutter bits 12, 12 are slid between the fixed eccentric cam members 15, 15,. In addition to maintaining good movement, it prevents intrusion of excavated soil and mud.
The cutter spokes 17 are detachable from the cutter head 2, and the carter spokes 17, the fixed cutter bits 14, 14,... And the spare cutter bits 12, 12 can be exchanged.
[0032]
Next, the cutter bit exchange method in the shield excavator 1 will be described.
The shield excavator 1 excavates natural ground by the same method as the conventional shield excavator. First of all, the fixed cutter bits 14, 14,..., 20, 20,. When excavation is performed to some extent, the excavation efficiency of the shield excavator 1 decreases due to wear of the fixed cutter bits 14, 14... 20, 20.
Therefore, the fixed cutter bits 14, 14... Are replaced with the spare cutter bits 12, 12... By using the spare cutter bits 12, 12.
[0033]
First, since excavation is performed using the fixed cutter bits 14, 14... Provided on the cutter pork 17, the orientation of the cutter pork 17 is such that the side surface 17 b faces the face. After excavation using the fixed cutter bits 14, 14... And wearing to some extent, the spoke pork 17 is rotated 180 degrees by the spoke rotating hydraulic motor 30. With this rotation, the spare cutter bits 12, 12... Stored in the storage portions 13, 13... Are pushed onto the cutter pork 17 by the protruding portions 15a, 15a.
Therefore, the spare cutter bits 12, 12,... Can face the face, and excavation can be continued using the spare cutter bits 12, 12,.
[0034]
Hereinafter, the process in which the spare cutter bits 12, 12... Are pushed out onto the cutter pork 17 will be described in detail with reference to cross-sectional views in the width direction of the cutter pork portion 11 (FIGS. 5 and 6). In addition, in order to explain easily, the storage unit 13 described above is given a different reference from the storage units 13a and 13b.
FIG. 5A is a diagram illustrating a case where excavation is performed using the fixed cutter bits 14, 14, and the upper side of FIG. 5 is the face side. At this time, the contact portions 12 a and 12 a of the spare cutter bits 12 and 12 stored in the storage portions 13 a and 13 b are in contact with the outer peripheral surface of the fixed eccentric cam member 15.
[0035]
When the cutter pork 17 is rotated 45 degrees clockwise from the state of FIG. 5A, the state shown in FIG. 5B is obtained. The contact portion 12 a of the spare cutter bit 12 stored in the storage portion 13 a contacts the protruding portion 15 a of the fixed eccentric cam member 15. Since the distance from the axial center of the fixed eccentric cam member 15 to the outer peripheral surface of the protruding portion 15a is long, the spare cutter bit 12 in contact with the protruding portion 15a is pushed out, so that the fixed eccentric cam member 15 and the spare cutter bit 12 A distance L2 from the contact A to the bottom of the storage portion 13a is shorter than a distance L1 from the contact point A to the bottom of the storage portion 13a in FIG.
In other words, the spare cutter bit 12 is pushed out from the opening 17e of the storage portion 13a when coming into contact with the protruding portion 15a, and the tip protrudes onto the cutter pork 17.
[0036]
Further, when the cutter pork 17 is rotated 45 degrees clockwise from the state of FIG. 5B (90 degrees from the state of FIG. 5A), the state shown in FIG. 6A is obtained. At this time, since the axis of the fixed eccentric cam member 15 is shifted to the face side (upper side in FIG. 6) than the axis of the cutter spoke 17, the fixed eccentric cam member 15 is stored from the contact point A between the fixed eccentric cam member 15 and the spare cutter bit 12. The distance L4 from the contact point B to the bottom of the storage portion 13b is longer than the distance L3 to the bottom of the portion 13a.
Accordingly, the spare cutter bit 12 stored in the storage unit 13b is not yet pushed out. Since the distance L3 is shorter than the distance L2 (see FIG. 5B), the spare cutter bit 12 stored in the storage unit 13a is further pushed out.
[0037]
When the state is further rotated 45 degrees from the state of FIG. 6A (135 degrees from the state of FIG. 5A), the state shown in FIG. 6B is obtained. The abutting portion 12a of the spare cutter bit 12 of the storage portion 13b abuts on the protruding portion 15a of the fixed eccentric cam member 15 and is pushed out. FIG. 6C shows a state in which the angle is further rotated 45 degrees from the state of FIG. 6B (180 degrees from the state of FIG. 5A). The distance from the contact point B in FIG. 6C to the bottom of the storage portion 13b is larger than the distance L5 from the contact point B of the fixed eccentric cam member 15 and the spare cutter bit 12 in FIG. 6B to the bottom of the storage portion 13b. Since the distance L6 is shorter, the spare cutter bit 12 is further pushed out and protrudes completely onto the cutter pork 17.
[0038]
Accordingly, by rotating the cutter spoke 17 by 180 degrees, the spare cutter bits 12 and 12 accommodated in the storage portions 13a and 13b are pushed out onto the cutter pork 17 via the protruding portion 15a of the fixed eccentric cam member 15. The worn fixed cutter bits 14 and 14 can be replaced with spare cutter bits 12 and 12.
The pushed preliminary cutter bit 12 is fixed because it is pressed against the outer peripheral surface of the fixed eccentric cam member 15 by a force applied from the direction of excavation.
[0039]
According to the shield excavator 1 and the cutter bit exchanging method thereof in the first embodiment, the corner portion formed by the boundary portion between the side surface 17b and the side surface 17c or the side surface 17f of the cutter spoke 17 having a substantially square cylindrical shape. Are provided with fixed cutter bits 14, 14..., And storage portions 13, 13... Having spare cutter bits 12, 12. Is provided. Further, a fixed shaft 15b provided with fixed eccentric cam members 15, 15...
When the fixed cutter bits 14, 14 ... are worn, the cutter pork 17 is rotated 180 degrees so that the thick protruding portions 15a of the fixed eccentric cam members 15, 15 ... are brought into contact with the spare cutter bits 12, 12 ....
Therefore, the spare cutter bits 12, 12... Are pushed out by the projecting portion 15 a and project on the cutter pork 17. Therefore, the cutter bit can be easily exchanged by simply rotating the cutter pork 17.
[0040]
In other words, it is not necessary to improve the ground around the intermediate shaft or the face, and the cutter bit can be replaced by mechanically rotating the cutter pork 17 and pushing out the spare cutter bit. Become. In addition, since the cutter bit can be exchanged quickly, the construction period can be shortened.
Further, since the spare cutter bit 12 is housed in the cutter pork 17 when not in use, it can be prevented from being worn by friction with earth and sand passing through the slit of the cutter head 2 and friction with earth and sand in the chamber. .
[0041]
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the cutter spoke 17 in the above embodiment has a substantially square cylindrical shape, but may have a polygonal shape such as a hexagonal cylindrical shape. In the case of the hexagonal shape, one set of fixed cutter bits and two sets of spare cutter bits can be attached to the side surface of each of the six side surfaces, so that the cutter bits can be exchanged twice. Moreover, it is good also as what provides a spare cutter bit (a partly fixed cutter bit may be included) on all the side surfaces instead of every other side surface of a polygon.
[0042]
In the above embodiment, the fixed eccentric cam members 15, 15... Are provided with protrusions 15a, 15a..., And the spare cutter bits are pushed out by the protrusions 15a, 15a. It is good also as what a protrusion part is formed by decentering from the axial center.
[0043]
[Second Embodiment]
A shield excavator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The main difference between the second embodiment and the first embodiment is that the rotating cutter pork 72 is not provided with a fixed cutter bit, and the spare cutter bit 74 (74a, 74b, 74c, The arrangement of 74d) is different from the shape of the cam member 77, and the other configuration is substantially the same as that of the first embodiment.
[0044]
A fixed shaft 71 is fixed along a radial shape to a cutter head (not shown), and a square spoke 72 is rotatably supported on the outer peripheral edge of the fixed shaft 71. It can be rotated by. The storage portions 73 (73a, 73b, 73c, 73d) are fixed to the four side portions of the cut spoke 72, and spare cutter bits 74 are respectively attached to the storage portions 73 from the inside of the storage portion 73 to the outside of the cut spoke 72. It is stored freely in and out. Further, a compression spring 76 (76a, 76b, 76c, 76d) which is a biasing means is provided between the storage portion 73 and the attachment rings 75 (75a, 75b, 75c, 75d) fixed to the spare cutter bit 74, respectively. ) Is installed.
[0045]
On the other hand, a cam member 77 is fixed to the fixed shaft 71 corresponding to each replacement cutter bit 74, and the cam member 77 has an arc shape slightly outside the outer periphery of the fixed shaft 71 as its outer peripheral surface. A first support surface 77a in which the spare cutter bits 74 respectively facing in three directions except for those facing the face of the spare cutter bits 74 facing in four directions are accommodated in the storage portion 73. A second support surface 77b protruding from the fixed shaft 71 and protruding from the storage portion 73 to the outside of the cutter pork 72 from one of the spare cutter bits 74 facing in one direction (face). Is provided.
The cam member 77 is fixed to the fixed shaft 71 such that the second support surface 77b faces the face, and the first support surface 77a faces the side and the rear when the face is the front. It has become.
[0046]
Accordingly, the first spare cutter bit 74 a having a role as the fixed cutter bit in the above example is positioned in front (face side), and the rear end portion of the first spare cutter bit 74 a is the second of the cam member 77. In the state of contact with the support surface 77b (the initial state of the cutter spoke 72), the first auxiliary cutter bit resists the biasing force of the compression spring 76a by the second support surface 77b protruding from the cam member 77 toward the face. 74a protrudes from the storage portion 73a toward the face. One of the remaining spare cutter bits 74b to 74d is stored in the storage portions 73b to 73d with the rear end thereof being brought into contact with the first support surface 77a of the cam member 77 by the urging force of the compression springs 76b to 76d. It is in a state.
[0047]
In this state, when the cutter pork 72 is rotated 90 degrees clockwise by the hydraulic motor in this state, the position of the rear end of the first spare cutter bit 74a is changed from the second support surface 77b of the cam member 77 to the first support surface. 77a, and retracted by the urging force of the compression spring 76a and stored in the storage portion 73a. Instead, the position of the rear end of the second spare cutter bit 74b is placed on the second support surface 77b of the cam member 77. Thus, the spare cutter bit 74b protrudes from the storage portion 73b to the outside of the cutter spoke 72 against the urging force of the compression spring 76b.
Further, when the cutter spoke 72 is rotated 90 degrees from this position, the spare cutter bits 74c and 74d are sequentially moved from the storage unit to the face side in the order of the third spare cutter bit 74c and the fourth spare cutter bit 74d. The spare cutter bits 74b and 74c that protrude before they are ejected are sequentially accommodated in the storage portions 73b and 73c.
[0048]
According to such a configuration, the spare cutter bit 74 can be exchanged three times, and the tunnel can be excavated with high excavation efficiency over a long period of time. It can correspond to.
[0049]
[Third Embodiment]
A shield excavator according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The main difference between the third embodiment and the first embodiment is that the rotating cutter pork 82 is not provided with a fixed cutter bit, and the spare cutter bit 84 (84a, 84b, 84c, 84d, 84e, and 84f) are different from each other in the shape of the cam member 87. In other respects, the configuration is substantially the same as that of the first embodiment. Further, the third embodiment differs from the second embodiment in that the rotating cutter spoke 72 in the second embodiment is a square tube shape, whereas the third embodiment is different from the second embodiment. The cut-out pork 82 in the form of a hexagonal cylinder has a configuration in which the number of spare cutter bits 84 and the like is increased in accordance with the increase in side surfaces.
[0050]
In the third embodiment, as in the second embodiment, a fixed shaft 81 is fixed radially along a cutter head (not shown), and the outer peripheral edge of the fixed shaft 81 has a hexagonal cylindrical shape. The cutter pork 82 is rotatably supported and can be rotated by a hydraulic motor (not shown). Storage parts 83 (83a, 83b, 83c, 83d, 83e, 83f) are respectively fixed to the six side faces of the cutter pork 82, and spare cutter bits 84 are respectively attached to the storage parts 83 from the storage part 83. It is stored outside the spoke 82 so as to be able to appear and disappear.
Further, a compression spring 86 (86a, 86b) which is a biasing means is provided between the storage portion 83 and the attachment rings 85 (85a, 85b, 85c, 85d, 85e, 85f) fixed to the spare cutter bit 84, respectively. , 86c, 86d, 86e, 86f).
[0051]
On the other hand, a cam member 87 is fixed to the fixed shaft 81 in correspondence with each replacement cutter bit 84, and the cam member 87 has an arc shape slightly outside the outer periphery of the fixed shaft 81 as its outer peripheral surface. The first support surface 87a is configured such that the spare cutter bits 84 respectively facing in the five directions excluding those facing the face of the spare cutter bits 84 respectively facing in six directions are accommodated in the storage portion 83. And a second support surface 87b that protrudes from the fixed shaft 81 and protrudes from the storage portion 83a to the outside of the cutter pork 82, with the spare cutter bit 84a facing one of the spare cutter bits 84 facing in six directions (face). Is provided.
The cam member 87 is fixed to the fixed shaft 81 such that the second support surface 87b faces the face side, and the first support surface 87a is lateral (oblique front and oblique rear) when the face side is the front. And it is in the state which turned to the back.
[0052]
Therefore, the first spare cutter bit 84a having a role as the fixed cutter bit in the above example is positioned in front (face side), and the rear end portion of the first spare cutter bit 84a is the second of the cam member 87. In the state of contact with the support surface 87b (the initial state of the cutter spoke 82), the first auxiliary cutter bit resists the urging force of the compression spring 86a by the second support surface 87b protruding from the cam member 87 toward the face. 84a protrudes from the storage portion 83a toward the face. One of the remaining spare cutter bits 84b to 84f is stored in the storage portions 83b to f with its rear end being brought into contact with the first support surface 87a of the cam member 87 by the urging force of the compression springs 86b to 86f. It is in a state.
[0053]
In this state, when the cutter pork 82 is rotated 60 degrees clockwise in the drawing by the hydraulic motor, the position of the rear end of the first spare cutter bit 84a is changed from the second support surface 87b of the cam member 87 to the first support surface. It moves to the position 87a, retracts by the urging force of the compression spring 86a, and is stored in the storage portion 83a. Instead, the position of the rear end of the second spare cutter bit 84b is placed on the second support surface 87b of the cam member 87 Finally, it protrudes from the storage portion 83b to the outside of the cutter pork 82 against the urging force of the compression spring 86b.
[0054]
Further, when the cutter pork 82 is rotated by 60 degrees from this position, the third spare cutter bit 84c, the fourth spare cutter bit 84d, the fifth spare cutter bit 84e, and the sixth spare cutter bit 84f are sequentially arranged. The spare cutter bits 84c to 84f protrude in order from the storage portion toward the face side, and the spare cutter bits 84b to 84e that protrude before they are discharged are sequentially accommodated in the storage portions 83b to 83e.
In this way, the number of times of exchanging cutter bits can be increased more than in the case of the second embodiment.
[0055]
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 9A is a schematic front view of the shield excavator 10, and the schematic side shape shown in FIG. 9B is substantially the same as that of the shield excavator 1 in the first embodiment shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to 1st Embodiment.
[0056]
As in the first embodiment, the shield excavator 10 has a substantially circular cutter head 2 that comes into contact with the face and a body 4 having a chamber in which excavated earth and sand are taken. A total of four slits 2b, 2b... Along the radial direction of the cutter head 2 are formed in the cutter head 2 every 90 degrees in the circumferential direction, and a plurality of fixed cutter bits 14 are formed in the slits 2b, 2b. , 14... Are provided.
[0057]
As shown in FIG. 10 (A), the cutter spoke portion 41 includes a substantially hexagonal cylindrical cutter spoke 47 having a hollow portion 47a, a movable portion 48 (holding portion) provided movably in the hollow portion 47a, It comprises a second movable part 58 provided with spare cutter bits 52, 52.
The movable part 48 includes a spoke 43 provided with spare cutter bits 42, 42. The spoke 43 has a trapezoidal cross section and is substantially rod-shaped as a whole, and the area of the front surface 43a facing the side surface 47c, which is one side surface of the kats spoke 47, is larger than the back surface 43c. Preliminary cutter bits 42, 42... Are attached to the edges along the edges. The back surface 43c has an arc shape having a diameter larger than that of a fixed shaft 45 (extruding means) described later.
Note that the configuration of the movable portion 58 is the same as the configuration of the movable portion 48, and thus the description thereof is omitted.
[0058]
The fixed cutter bits 14, 14... Are projected on the side surface 47 b, which is one of the six side surfaces of the cutter pork 47, and the two movable parts 48 and 58 are also provided on the side surfaces 47 c and 47 d, respectively. It is provided so that it may be located inside.
Opening portions 47e, 47e,... Are provided at predetermined locations on the side surfaces 47c, 47d from which the spare cutter bits 42, 42,. These openings 47e, 47e,... Are closed by lids to prevent dirt and sand from entering.
Further, a side surface sandwiching one side surface with the side surface 47b is a side surface 47c, and a side surface sandwiching one side surface with the side surface 47c is a side surface 47d. That is, these side surfaces 47b, 47c and 47d are not side surfaces adjacent to each other but every other side surface.
[0059]
In the vicinity of the center of the hollow portion 47a, a fixed shaft 45 having a shape similar to that of the crankshaft and having a substantially circular cross section is provided along the longitudinal direction of the cutter spoke 47. As shown in FIG. 10A, the center of the sectional circle A of the recessed portion of the fixed shaft 45 is equal to the center O of the cutter spoke 47, and the center of the sectional circle B of the projecting portion 45a that is the crank portion of the fixed shaft 45 is the face. It is shifted to the side.
The movable portions 48 and 58 are configured to rotate with the rotation of the cutter pork 47 and are disposed between the inner surface of the cutter pork 47 and the fixed shaft 45. The fixed shaft 45 is non-rotatably attached to the cutter head 2 so that the protruding portion 45a of the fixed shaft 45 is kept in the traveling direction of the shield excavator 10 even when the cutter pork 47 rotates. It has become.
[0060]
Next, the cutter bit exchange method in the shield excavator 10 will be described.
As shown in FIG. 10A, the cutter pork 47 is first fixed in such a direction that the fixed cutter bits 14, 14... Face the face. In this state, the cutter head 2 is rotated through the rotation of the drive shaft 3, and the face is excavated using the fixed cutter bits 14, 14. At this time, as shown in FIG. 10B, the spare cutter bits 42, 42... Are completely contained in the cutter pork 47, and the distance L from the center O of the cutter pork 47 to the back surface of the movable portion 48 is fixed. The fixed shaft 45 is not in contact with the movable portion 48 because it is longer than the distance of the radius R1 of the cross-sectional circle A of the shaft 45.
[0061]
After the fixed cutter bits 14, 14... Are worn, the cutter pork 47 is rotated by a hydraulic actuator (not shown) or the like until the side surface 47c comes to the front surface of the cutter head 2 (see FIG. 11A).
As a result, while the movable portion 48 rotates together with the cutter pork 47, the fixed shaft 45 does not rotate, so that the back surface 43c of the spoke 43 comes into contact with the protruding portion 45a of the fixed shaft 45, and the movable portion 48 is pushed out. The spare cutter bits 42, 42... Provided on the front surface of the spoke 43 are pushed out of the lids and protrude from the openings 47 e, 47 e.
[0062]
After the spare cutter bits 42, 42... Are worn, the cutter pork 47 is further rotated so that the movable portion 58 faces the face, and the cutter bits are exchanged. As in the case of the movable portion 48, the movable portion 58 is pushed out by the protruding portion 45a of the fixed shaft 45, and the preliminary cutter bits 52, 52... Protrude from the openings 47e, 47e.
[0063]
According to the shield excavator 10 and its cutter bit exchanging method in the fourth embodiment, the fixed cutter bits 14, 14... Are provided on the side face 47b of the cutter spoke 47 having a substantially hexagonal cylindrical shape. Movable parts 48 and 58 are provided at positions corresponding to the insides of 47c and 47d, respectively. A crank-type fixed shaft 45 is provided at the center of the cutter spoke 47.
When the fixed cutter bits 14, 14... Are worn, the cutter spoke 47 is rotated so that the side surface 47 c is located on the front surface of the cutter head 2, and the protruding portion 45 a of the fixed shaft 45 is brought into contact with the movable portion 48. . As a result, the movable portion 48 is pushed out and the spare cutter bits 42, 42... Protrude on the cutter pork 47, so that the cutter bits can be easily exchanged. When the spare cutter bits 42, 42... Are worn out, they are replaced with the spare cutter bits 52, 52.
[0064]
That is, it is not necessary to make any changes to the ground such as intermediate shafts and ground improvement, and the cutter bits can be replaced by mechanically rotating the cutter pork 47, resulting in a significant cost reduction. In addition, since the cutter bit can be exchanged quickly, the construction period can be shortened.
Furthermore, since the schematic shape of the cutter pork 47 is a hexagonal cylinder, two movable parts 48 and 58 can be provided at positions corresponding to the respective side surfaces 47c and 47d, and the cutter bit can be exchanged twice. I can do it.
Since the spare cutter bits 42 and 52 before use are accommodated in the cutter pork 47, they can be prevented from being worn by friction with earth and sand passing through the slits 2b, 2b,.
[0065]
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the cutspoke 47 in the above embodiment has a substantially hexagonal cylindrical shape, but may be a hexagonal or more polygonal shape such as an octagonal cylindrical shape. In the case of an octagon, one set of fixed cutter bits and three sets of spare cutter bits can be attached to the four side surfaces that are adjacent to each other across the one side surface. Bits can be exchanged three times.
[0066]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, when the cutter bit in use is worn, the protrusion of the pushing means comes into contact with the spare cutter bit simply by rotating the cutter pork, and the spare cutter bit is placed on the cutter pork. Can be extruded.
That is, since it is not necessary to construct an intermediate shaft or to improve the ground as in the prior art, the cutter bit can be replaced quickly and easily, and the cost can be reduced.
In addition, since the spare cutter bit before use is stored in the cutter pork, when the excavated earth and sand is taken in from the cutter head, or before it is used due to friction between the rotating cutter head and the taken earth and sand, The spare cutter bit will not be damaged.
That is, the spare cutter bit can be projected onto the cutter pork in the same state as a new article.
[0067]
According to the second aspect of the present invention, since the spare cutter bit provided in the holding portion can be pushed out from at least two side surfaces of the polygonal-shaped cutter pork, when the cutter bit in use is worn out First, the spare cutter bit is replaced with a new one, and when this spare cutter bit is worn, it can be replaced with a new spare cutter bit.
That is, since the shape of the cutter pork is a polygonal shape, there are a plurality of side surfaces. Therefore, a plurality of holding portions holding the spare cutter bits can be provided corresponding to the plurality of side surfaces. Therefore, each time the cutter bit is worn, the cutter pork is rotated and the side corresponding to the holding portion provided on the cutter pork is directed to the face side, so that the spare cutter bit can be easily replaced a plurality of times. Can do.
Therefore, long-distance continuous excavation is possible and the construction efficiency is improved, so that the construction period can be greatly shortened.
[0068]
According to the invention described in claim 3, the cam member as the pushing means includes the protruding portion. Therefore, by rotating the cutter pork, the protruding portion can be brought into contact with the spare cutter bit, and the spare cutter bit can be pushed out onto the cutter pork.
Further, since the spare cutter bit is pressed against the cam member by the force applied from the excavation traveling direction, the spare cutter bit can be kept pushed onto the cutter pork.
That is, the cutter bit can be exchanged by a simple operation of rotating the cutter pork.
[0069]
According to the fourth aspect of the present invention, the fixed shaft that is the push-out means includes the protruding portion that protrudes in the excavation progress direction. Therefore, for example, along with the rotation of the cutter pork with respect to the fixed shaft fixed to the cutter head, the preliminary cutter bit can be pushed out by rotating the holding portion and bringing it into contact with the protruding portion. Since the cutter pork is pressed against the protruding portion by the force from the side, movement of the holding portion in the return direction is restricted.
That is, an effect similar to that of the third aspect can be obtained with a simple structure.
[0070]
According to the invention described in claim 5, when the excavation efficiency of the shield excavator is reduced due to wear of the cutter bit in use, the cutter pork is rotated and the preliminary cutter bit is pushed out by the pushing means. Replace with a spare cutter bit.
That is, since it is not necessary to construct an intermediate shaft or to improve the ground as in the prior art, the cutter bit can be easily replaced, and the cost can be reduced.
In addition, the spare cutter bit is stored in the cutter pork when not in use and protrudes from the cutter pork when in use, so when excavated earth and sand are taken from the cutter head, or when the rotating cutter head and the taken earth and sand are There is no damage before use due to friction.
[0071]
According to the sixth aspect of the present invention, since the cutter pork has a polygonal shape, a plurality of holding portions corresponding to a plurality of side walls can be provided. Therefore, each holding part can be made to face a face by rotating a cutter pork by a predetermined angle.
That is, when the cutter bit in use is worn, the cutter pork is rotated so that a predetermined side wall corresponding to another holding portion is opposed to the face, and at the same time, the spare cutter bit is brought into contact with the push face by the pushing means. . After the spare cutter bit is worn, the cutter pork is further rotated so that the side wall corresponding to the new holding portion faces the face.
Therefore, if the cutter pork is formed in a polygonal shape and a holding portion corresponding to each of the plurality of side walls is provided, it is possible to sequentially replace the spare porch bit with a new spare cutter bit simply by rotating the cutter pork each time the cutter bit is worn.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic front view of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic side view.
2A is a view showing a part of a cutter head of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. .
3A is a view showing a part of a cutter head of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. (C) is sectional drawing along the arrow CC line of (B).
4A is a longitudinal sectional view of a cutter head of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 5A is a schematic cross-sectional view in the width direction of a cutter pork of a shield excavator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram when the cutter pork is rotated 45 degrees from the state of FIG. FIG.
6 (A) is a cross-sectional view when the cutter pork is rotated 90 degrees from the state of FIG. 5 (A), (B) is a cross section when rotated 135 degrees and (C) is rotated 180 degrees. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotating cutter pork of a shield excavator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a rotating cutter pork of a shield excavator according to a third embodiment of the present invention.
9A is a schematic front view of a shield excavator as another example of the present invention, and FIG. 9B is a schematic side view.
FIG. 10A is a schematic cross-sectional view in the width direction of a cutter pork of a shield excavator as another example of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. is there.
FIG. 11A is a schematic cross-sectional view in the width direction of the cutter pork when the movable part is pushed out, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 10 shield excavator
2 Cutter head
11, 41, 61 Katspoke part
12, 32, 42, 52 Spare cutter bits
13 Storage unit (holding unit)
14, 20 Fixed cutter bit
15 Fixed eccentric cam member (extrusion means / cam member)
15a protrusion
17, 47 Cutter pork
45 Fixed shaft (extrusion means)
45a protrusion
48, 58 Movable part (holding part)

Claims

A body having a chamber into which excavated earth and sand are taken in, a cutter head rotatably attached to a front end portion of the body, and a cutter pork provided on the cutter head and provided with a plurality of cutter bits. In a shield excavator that advances excavation in the natural ground using the cutter bit,
A cutter pork that is rotatable about a radial axis with respect to the cutter head,
The rotatable cutter pork includes a holding unit that holds the spare cutter bit so as to come out from the outer peripheral surface of the cutter pork, and the cutter blade from the state in which the spare cutter bit is accommodated in the rotatable cutter pork. A shield excavator comprising an extruding means having a protruding portion that extrudes out of a spoke.

On the outer peripheral surface of the rotatable cutter pork, fixed cutter bits are provided in a row along the longitudinal direction of the cutter pork,
The rotatable cutter pork has a polygonal shape, and a plurality of the fixed cutter bits are provided on a side surface constituting one side of the polygon,
At least each of the pre-cutter bits from the two sides, as pushed out, the holding portion where the holding the respective said pre-cutter bits corresponding to at least two sides is provided to configure the other side of the polygon The shield excavator according to claim 1, wherein:

The push-out means is a cam member that is provided in the rotatable cutter pork and is rotatable relative to the cutter pork , and is held by the holding portion by the protruding portion of the cam member. The shield excavator according to claim 1 or 2, wherein the spare cutter bit is pushed out of the cutter pork.

The push-out means is a fixed shaft that is provided in the rotatable cutter pork and is rotatable relative to the cutter pork. The protruding portion that protrudes in the direction of excavation progress is provided on the fixed shaft. Provided,
Wherein the holding portion between the rotatable cutter spokes inner surface and said stationary shaft is movably arranged along the radial direction of the cutter spokes,
Wherein the holding portion is rotated by rotating the rotatable cutter spokes, when the holding portion is in contact with the projecting portion of the fixed shaft, the protruding portion and the holding portion can the rotating cutter by the preliminary cutter bits are moved toward the outer periphery side of the spoke causes forced out the cutter spokes, by the projecting portion of the fixed shaft to the back of the holding portion is disposed, the cutter of the holding portion The shield excavator according to claim 1 or 2, wherein movement in a return direction toward the center side of the spoke is restricted.

A cutter bit exchanging method using the shield excavator according to any one of claims 1 to 4,
By rotating the rotatable cutter spokes, wherein at the same time directing the outer peripheral portion of the cutter spokes preliminary cutter bit should protrude in the excavation advancing direction of the shield excavator, the preliminary cutter bits by said extrusion means cutter bits replacement method characterized by comprising the cutter spoke rotation and extrusion extruding outside the cutter spokes.

Wherein with the rotatable cutter spokes are polygonal, the preliminary cutter bit comprises an extrudable multiple sides,
6. The cutter bit exchanging method according to claim 5, wherein the spare cutter bit can be exchanged a plurality of times by sequentially rotating the cutter pork so that the side faces the traveling direction side of the shield excavator.