JP4014962B2 - シールド掘進機、及び、カッタービットの交換方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のカッタービットを交換する方法と、機内にてカッタービットの交換が可能なシールド掘進機の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、シールド工法においては、長距離施工が重要な課題となっているが、その中でも、掘削により摩耗したカッタービットの交換が問題とされている。
従来、カッタービットの交換は、図8(a)に示すように、シールド掘進機50の経路に地上51から立坑52を掘削した後、この立坑52内に作業員Sが入って、カッターヘッド53の前面から摩耗したカッタービット54を取り外して交換したり、図8(b)に示すように、カッターヘッド53の前面の地山を薬剤注入や凍結等により地盤改良して作業領域55を確保した後、作業員Sが上記作業領域55の地中に入り込んでカッタービット54の交換作業をしていた。
しかし、上記立坑掘削においては、工事費のコストアップや地上の占有による交通阻害を招いてしまうといった問題があり、また、地中交換作業においては、凍結工法や高圧攪拌噴射工法等の特殊な地盤改良を行う必要があり、かつ、出水による閉所作業箇所の浸水といった危険を伴うなど、コスト、交通障害、安全性において問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、最近では、例えば、図9(a),(b)に示すように、カッターヘッド60に装着された固定ビット61の内側に、予備のカッタービット(レスキュービット)62を油圧ジャッキ63と連結して収納しておき、上記固定ビット61が摩耗限界に達したとき、機内から油圧操作により上記油圧ジャッキ63を伸張させ、レスキュービット62をカッターヘッド60の前面に押出す方法や、図10(a),(b)に示すように、カッタービット71が取付けられたカッタースポーク70の背面側に予備のカッタービット72,73を取付けておき、必要に応じて上記カッタースポーク70を回転させてカッタービットを更新する方法など、機械的な交換方法が種々発案されているが、そのほとんどは交換回数が1回〜2回と限られており、長距離施工を行うには十分とはいえなかった。
その他に、カッター部を収納できる球体を設け、カッタービットの交換時には、カッタースポークを上記球体内に引き込み、上記球体全体を機内内側に回転させてカッタービットの点検・交換を行う方法もあるが、機械的に複雑であり小断面への適用が困難なだけでなく、スポーク構造のものにしか適用できないといった問題点があった。
【0004】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成でカッタービットを機内側から複数回交換することのできるシールド掘進機と、カッタービットを容易に交換できる方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、カッターヘッドと隔壁とが連動して回転するタイプのシールド掘進機のカッターヘッドと上記隔壁との間に、機内側に引出し交換可能なタイプのカッタービットを装着することにより、各カッタービットをそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することが可能となることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の請求項1に記載のシールド掘進機は、シールド胴部と、このシールド胴部の前面に設けられた、カッタービットを装着したカッターヘッドと、上記シールド胴部の内部に設けられ、上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機であって、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成するとともに、上記カッターヘッドに形成されたビット装着孔と、上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔と、カッターヘッドと上記隔壁との間に取付けられ、上記ビット装着孔と上記取出し孔とに連通する筒状の連結部材とを設けて、上記支持部材を上記連結部材内へ収納して支持し、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収できるようにしたものである。
【0006】
請求項2に記載のシールド掘進機は、上記カッタービットを、カッタービットの長さ方向の軸周りに回転可能に支持し、カッタービットを自転させたり、カッタービットの向きを任意に変更できるようにしたものある。
請求項3に記載のシールド掘進機は、上記支持部材の後端部を、減速機を介してモータに接続し、上記カッタービットをカッターヘッドとは独立に自転できるようにしたものである。
請求項4に記載のシールド掘進機は、上記支持部材の後端部の側面とシールド掘進機の非回転側とをピニオンギヤで連結し、上記カッタービットをカッターヘッドの回転に連動して自転させるようにしたものである。
【0007】
また、請求項5に記載のカッタービットの交換方法は、シールド掘進機の胴部前面に設けられたカッターヘッドに装着されるカッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドと上記隔壁との間に取付けられ、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内へ収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収するようにしたことを特徴とする。
【0008】
請求項6に記載のカッタービットの交換方法は、上記支持部材の後端側に引出し用のロッドを接続して、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする。
請求項7に記載のカッタービットの交換方法は、上記取出し孔に、バルブゲート付のケーシングシャフトを接続してカッタービットを引出し、上記カッタービットの先端が上記バルブゲートを通過した時点で上記バルブゲートを閉鎖し、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係わるシールド掘進機1の要部構成を示す図で、(a)図は正面図、(b)図は(a)図のA−A断面図である。同図において、2はシールド掘進機1の胴部、3は上記胴部2の前面に取付けられ、先端部に切り羽を掘削するための複数のビットが取付けられた複数本のカッタービット4とセンターカッター5とを装着した円盤状のカッターヘッド、6は上記胴部2の内部を前,後に仕切る円盤状の隔壁、7は上記カッターヘッド3と上記隔壁6とを連結する連結シャフト、8は上記隔壁6の内部側に設置された円盤状の駆動装置取付盤で、この駆動装置取付盤8の外周側に上記カッターヘッド3と上記隔壁6とを連動して回転するための駆動モータ9と減速機10とを備えた駆動装置11が取付けられる。
また、12は上記カッターヘッド3の裏面側と隔壁6との間に設けられた掘削チャンバー13内に高圧の泥水を送るための送泥管、14は上記カッタービット4及びセンターカッター5で掘削され、カッターヘッド3に設けられた土砂導入孔15から上記掘削チャンバー13内に採り込まれた土砂等と上記泥水とをシールド掘進機1の後方に送るための排泥管である。
本例では、図2(a),(b)にも示すように、上記隔壁6の機内側に回転ギヤ16を上記連結シャフト7と同心円状に取付け、上記駆動装置11を駆動して、この回転ギヤ16を駆動装置11のそれぞれの出力軸11aに取付けられた駆動ギヤ11bにより回転させることにより、カッターヘッド3と隔壁6とを連動して回転させるとともに、上記カッタービット4を、シールド掘進機1の前面に突出して、シールド掘進機1の前面の地山を掘削するビット部4aと、このビット部4aの後端部から隔壁6方向に延長し、上記ビット部4aを支持する棒状の支持部材4bとから構成し、この支持部材4bを上記カッターヘッド3と上記隔壁6との間に設けられた筒状の連結部材17内に収納して支持する構成としている。なお、上記図1では、カッタービット4の取付け状態をわかりやすくするため、カッタービット4等の各構成部品の寸法を変更しているので、周縁部のカッタービット4の引出しスペースが確保されていないように見えるが、実際には上記引出しスペースは十分確保されていることは言うまでもない。
【0010】
上記カッタービット4を取付ける際には、図3(a)に示すように、上記カッターヘッド3に設けられたビット装着孔3sと、上記隔壁6の上記ビット装着孔3sに対向する位置に設けられた孔部(以下、取出し孔という)6sとに連通する筒状の連結部材17を取付け、この連結部材17内に、上記カッタービット4を、ビット部4aが上記カッターヘッド3の前面に突出するまで挿入して上記カッタービット4をカッターヘッド3に装着した後、上記連結部材17の機内側の開口端を蓋部材にて閉鎖する。なお、上記蓋部材としては、例えば、上記連結部材17の上記開口端近傍の外周側にネジ部17zを設けておき、一端が開口し内壁側にネジ部18zが設けられた筒状の蓋部材18を準備し、この蓋部材18を上記連結部材17に螺入するようにすればよい。あるいは、図3(b)に示すように、連結部材17の上記開口端にフランジ部17fを設けて、このフランジ部17fに円盤状の蓋部材18Fを取付けたり、図3(c)に示すように、連結部材17を隔壁6から内側に突出させないようにして、隔壁6に直接蓋部材18Fを取付けるようにしてもよい。
このとき、図3(a)〜(c)に示すように、蓋部材18(18F)に螺入され、カッタービット4の支持部材4bの後端面をカッターヘッド3方向に押出すための調整棒18kを設けたり、蓋部材18(18F)と上記支持部材4bの後端面との間にスペーサ部材を挿入するなどして、カッタービット4の押出し量を調整することにより、カッタービット4の高さ(ビット部4aの出しろ)を任意に調整することができる。このとき、上記連結部材17の内壁側にOリング19を挿入してシーリングするとともに、上記蓋部材18(18F)により、上記カッタービット4が掘削する地山から受ける反力を受けとめる。なお、このOリング19はカッタービット4の支持部材4bの外周側に取付けてもよい。
【0011】
次に、上記カッタービット4の交換方法について説明する。
まず、図4(a)に示すように、交換するカッタービット4が収納されている連結部材17から蓋部材18を取り外した後、図4(b)に示すように、カッタービット4の支持部材4bの後端面に予め設けられたロッド接続用の穴部4kに引出し用ロッド20を接続するとともに、連結部材17の後部開口端にバブルゲート付のケーシングシャフト21を接続する。この時点では、上記ケーシングシャフト21のバブルゲート21Gは開放状態にある。
なお、蓋部材18を取り外し時には、連結部材17の隔壁6の内側において、上記支持部材4bの後端面側をボルトで押えたり、ピンを通しておくなどして、カッタービット4が圧力で内側に押出されないようにしておき、カッタービット4の引出し時には上記ボルトあるいはピンを開放し、上記ボルトやピンの挿入孔を塞いでおくようにする。
その後、図4(c)に示すように、引出し用ロッド20を後方(シールド掘進機1の内部側)に引出すことにより、上記カッタービット4を徐々に引出し、ビット部4aの先端が上記バブルゲート21Gを通過し、カッタービット4が上記ケーシングシャフト21内に装着されたOリング21rによりシーリングされた時点で上記バブルゲート21Gを閉鎖する。その後、上記カッタービット4をにシールド掘進機1の内部側に引出して回収する。なお、新しいカッタービットをセットするときには、上記とは逆の手順となる。
【0012】
このように、本実施の形態によれば、カッタービット4を、シールド掘進機1の前面に突出するビット部4aとこのビット部4aを支持する支持部材4bとから構成して、この支持部材4bを、カッターヘッド3のビット装着孔3sとカッターヘッド3と連動して回転する隔壁6の上記ビット装着孔3sに対向する位置に設けられた取出し孔6sとに連通する筒状の連結部材17内に収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記取出し孔6s側からカッタービット4の支持部材4bの後端面に引出し用ロッド20を接続して、上記カッタービット4をシールド掘進機1の内部側に引出して回収するようにしたので、地盤改良等の補助工法を必要とすることなく、各カッタービット4をそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することができる。また、カッター前面での危険な作業がないので、安全にカッタービット4の交換作業を行うことができる。
また、各カッタービット4をそれぞれ独立に交換することができるので、例えば、摩耗の激しい外周部を特定して交換するなど、カッタービット4の交換を効率的に行うことができる。
更に、上記構成を採ることにより、カッタービット4のビット部4aの高さ(出しろ)を任意に調整することができるので、チップを多段式にして摩耗に応じて押出す構成とすることも可能である。
【0013】
なお、上記実施の形態では、駆動装置11を4台とした例を示したが、これに限るものではなく、駆動装置11の台数はシールド掘進機1の大きさ等により適宜設定されるものである。
また、上記例では、カッタービット4として、先端部に複数のビットが取付けられた円盤状のビット部4aを備えたものを例示したが、本発明は、ビット部4aの形状や、チップの数,配列等の異なるカッタービットにも適用可能であることはいうまでもない。また、ビット部4aが1個のチップから構成されたカッタービット4にも適用可能である。
【0014】
また、図5に示すように、カッタービット4の後方に減速機22及びモータ23を備えたビット回転手段24を設け、このビット回転手段24の出力軸24aをカッタービット4の支持部材4bの後端部に接続することにより、カッタービット4をカッターヘッド3とは独立に自転させたり、図6に示すように、カッタービット4の支持部材4bの後端部の側面にピニオンギヤ4pを取付け、このピニオンギヤ4pを上記駆動装置取付盤8などのシールド掘進機1の非回転部30に、連結シャフト7と同心円状に配置されたメインギヤ30Gと噛み合わせて、上記カッタービット4を上記メインギヤ30Gの周りに回転させることにより、上記カッタービット4をカッターヘッド3の回転に連動して自転させるようにすれば、硬質の地盤であっても十分な掘削を行うことが可能となる。
また、カッタービット4のビット部4aは、カッターヘッド3の回転方向(周方向)の面が摩耗しやすいので、例えば、図7(a)に示すように、カッタービット4の支持部材4bの後端部の側面にギヤ4qを取付け、このギヤ4qを手動で回転させるなどして、カッタービット4の向きを変更可能とすることにより、図7(b)に示すように、ビット部4aの回転方向の面4m,4mが摩耗した場合には、上記カッタービット4の向きを90°回転させて、摩耗の少ない径方向の面4n,4nをカッターヘッド3の回転方向に位置するようにすれば、カッタービット4の交換時期を延ばすことができ、カッタービット4を有効に使用することができる。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機において、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成するとともに、上記カッターヘッドに形成されたビット装着孔と、上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔と、カッターヘッドと上記隔壁との間に取付けられ、上記ビット装着孔と上記取出し孔とに連通する筒状の連結部材とを設けて、上記支持部材を上記連結部材内へ収納して支持し、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収できるようにしたので、各カッタービットをそれぞれ独立に、かつ、容易に、複数回交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態に係るシールド掘進機の要部構成を示す図である。
【図2】 図1(b)のB−B断面図及びC−C断面図である。
【図3】 カッタービットの構成とその取付け構造を示す図である。
【図4】 カッタービットの交換方法を示す図である。
【図5】 カッタービットの自転機構を示す図である。
【図6】 カッタービットの他の自転機構を示す図である。
【図7】 カッタービットの角度調整方法を示す図である。
【図8】 従来のカッタービットの交換方法を示す図である。
【図9】 従来のカッタービットの機械的交換方法を示す図である。
【図10】 従来のカッタービットの機械的交換方法を示す図である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機、2 胴部、3 カッターヘッド、3s ビット装着孔、
4 カッタービット、4a ビット部、4b 支持部材、5 センターカッター、6 隔壁、6s 取出し孔、7 連結シャフト、8 駆動装置取付盤、
9 駆動モータ、10 減速機、11 駆動装置、12 送泥管、
13 掘削チャンバー、14 排泥管、15 土砂導入孔、16 回転ギヤ、
17 筒状の連結部材、18,18F 蓋部材、18k 調整棒、
19 Oリング、20 引出し用ロッド、21 ケーシングシャフト、
21G バブルゲート。
Claims (7)
- シールド胴部と、このシールド胴部の前面に設けられた、カッタービットを装着したカッターヘッドと、上記シールド胴部の内部に設けられ、上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁とを備えたシールド掘進機において、上記カッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成するとともに、上記カッターヘッドに形成されたビット装着孔と、上記隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔と、カッターヘッドと上記隔壁との間に取付けられ、上記ビット装着孔と上記取出し孔とに連通する筒状の連結部材とを設けて、上記支持部材を上記連結部材内へ収納して支持したことを特徴とするシールド掘進機。
- 上記カッタービットを、カッタービットの長さ方向の軸周りに回転可能に支持したことを特徴とする請求項1に記載のシールド掘進機。
- 上記支持部材の後端部を、減速機を介してモータに接続したことを特徴とする請求項2に記載のシールド掘進機。
- 上記支持部材の後端部の側面とシールド掘進機の非回転側とをピニオンギヤで連結し、上記カッタービットをカッターヘッドの回転に連動して回転させるようにしたことを特徴とする請求項2に記載のシールド掘進機。
- シールド掘進機の胴部前面に設けられたカッターヘッドに装着されるカッタービットを、シールド掘進機の前面に突出するビット部とこのビット部を支持する支持部材とから構成し、この支持部材を、上記カッターヘッドと上記隔壁との間に取付けられ、上記カッターヘッドのビット装着孔と上記カッターヘッドと連動して回転する隔壁の上記ビット装着孔に対向する位置に設けられた取出し孔とに連通する筒状の連結部材内へ収納して支持するとともに、カッタービットの交換時には、上記カッタービットを上記取出し孔からシールド掘進機内部に引出して回収するようにしたことを特徴とするカッタービットの交換方法。
- 上記支持部材の後端側に引出し用のロッドを接続して、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする請求項5に記載のカッタービットの交換方法。
- 上記取出し孔に、バルブゲート付のケーシングシャフトを接続してカッタービットを引出し、上記カッタービットの先端が上記バルブゲートを通過した時点で上記バルブゲートを閉鎖し、上記カッタービットを回収するようにしたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のカッタービットの交換方法。
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