JP4049972B2 - 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、カッタビットの交換回数が多いシールド掘進機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機では、カッタヘッドで地山を掘削する過程においてカッタビットが摩耗又は損傷しないようにカッタビットに超硬チップを用いてカッタビットの耐摩耗性を向上させるようにしている。しかしながら、掘進時に硬質の地山に遭遇したり掘進距離が長くなったりすると、摩耗したり破損したりすることがあるため、掘進中にカッタビットの交換をすることが必要になる。そのカッタビットの交換をする場合、通常、地山の崩落や湧水の防止等の安全対策を切羽周辺に施した後、作業員が切羽に出てカッタビットの交換作業を行っていた。こうした方法によるカッタビットの交換作業は、多大の時間と経費を要するだけでなく、シールド掘進機外の切羽で行わなければならないため、必ずしも安全に行えるとは限らない。
【０００３】
こうしたことから、従来、円筒形のカッタスポークをその軸心を中心に回動できるように設置し、カッタスポークの背面側に交換用のカッタビット列を予め取り付けておくことにより、カッタビットを交換するときに、その背面側のカッタビット列が切羽側を向くようにカッタスポークを回動させてカッタビットを交換できるようにした技術（１９９４年（平成６年）１月、（株）土木工学社発行「トンネルと地下」第２５巻１号の「超長距離シールド機用カッタビット交換機構の開発」の論文参照）が開発されている。また、別の技術として、カッタビットの上方から下方に向けて複数段の超硬チップを切羽側を向くように予め埋め込んでおき、このカッタビットをジャッキでせり上げ得るようにすることにより、１段目の超硬チップが摩耗したときに、カッタビットをジャッキでせり上げて２段目の超硬チップを１段目の超硬チップの位置までせり上げてカッタビットを交換できるようにした技術（１９９４年９月９日、日経ＢＰ社発行「日経コンストラクション」第９５頁の「シールド機のビット交換を不要に」の記事参照）が開発されている。これら従来の技術は、何れも、作業員がシールド掘進機外に出ることなくカッタビットを交換できるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術は、何れも、予備のカッタビットや超硬チップを限られたスペースに予め固着するようにしていて予備のカッタビットを多数段取り付けることができないため、カッタビットの交換回数に制限があり、カッタビットの交換が頻繁に必要な地山を施工するシールド掘進機には不向きであった。また、カッタビットの交換は、作業員が目視できるところで行うものではないため、その交換時にカッタビットの摩耗状況を作業員が直接確認することができず、シールド工法の施工に有用な実地の情報が得られないという問題もあった。
【０００５】
本発明は、従来の技術にみられるこうした問題を解決するために創作されたものであって、その技術課題は、カッタビットの交換を作業員が機外に出ることなく行えるだけではなく、カッタビットの交換を何度でも行え、カッタビットの交換時にその摩耗状況を作業員が直接確認することができるシールド掘進機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のこうした技術課題は、次の１）及び２）のそれぞれの手段により解決される。
【０００７】
１）前部にバルクヘッドを有するシールド本体と、放射状に配置した複数本のカッタスポークで構成されバルクヘッドに回転可能に設置されたカッタヘッドとを備え、カッタビットをカッタスポークに交換可能に取り付けるようにしたシールド掘進機において、
開閉可能な開口部をバルクヘッドに設け、カッタスポークを起立状態からバルクヘッド側へ傾動させ得るように設置してカッタスポークを傾動させたときにその外周部側がバルクヘッドの開口部に達するように構成するとともに、カッタスポークを傾動させたり起立させたりするように駆動する油圧シリンダを設ける。
【０００８】
２）前部にバルクヘッドを有するシールド本体と、放射状に配置した複数本のカッタスポーク、外周部を形成する外周リング及び掘削土砂を取り込むための開口部を設けた面板で構成されバルクヘッドに回転可能に設置されたカッタヘッドとを備え、カッタビットをカッタスポークに交換可能に取り付けるようにした泥水式のシールド掘進機において、
開閉可能な開口部をバルクヘッドに設け、カッタスポークを起立状態からバルクヘッド側へ傾動させ得るように設置してカッタスポークを傾動させたときにその外周部側がバルクヘッドの開口部に達するように構成するとともに、カッタスポークを傾動させたり起立させたりするように駆動する油圧シリンダと、カッタスポークを起立時に外周リングと一体化して固定状態に保持し傾動させる際にその固定状態を解除することができるカッタスポークの固定手段とを設ける。
【０００９】
この出願の第１発明及び第２発明は、それぞれ１）及び２）の手段を採用しているので、シールド掘進機の掘進中にカッタビットを交換をすることが必要になったときには、バルクヘッドの開口部を開放するとともに、油圧シリンダを駆動してカッタヘッドのカッタスポークをバルクヘッド側へ傾動させることにより、カッタスポークを、その外周部側がバルクヘッドの開口部に位置するように変位させることができる。したがって、作業員は、このバルクヘッドの開口部を通じてシールド本体内から手の届く範囲でカッタビットの交換作業を行うことができるため、少なくとも、相対的に摩耗しやすいカッタスポークの外周部側のカッタビットの交換は、機外に出ることなくシールド本体内で安全に行える。また、その際、カッタビットの摩耗状況を直接確認することもできる。こうしたカッタビットの交換は、必要に応じて何度でも行える。
【００１０】
カッタビットの交換を終了した後は、油圧シリンダを駆動してカッタヘッドのカッタスポークを起立させてその駆動を停止すると、カッタスポークは、起立状態を保持して通常の状態に復帰し、カッタヘッドで地山を掘削することが可能となる。その場合、泥水式のシールド掘進機に関するこの出願の第２発明では、カッタスポークの固定手段により、カッタスポークを、その起立時に外周リングと一体化して固定状態に保持することができて、カッタヘッドの剛性を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この出願の第１発明及び第２発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１及び図１２に基づいて説明することにより、各発明の実施の形態を明らかにする。まず、図１乃至図４に基づき、この出願の第１発明の第１具体化例のシールド掘進機について説明する。図１は、この出願の第１発明の第１具体化例のシールド掘進機に関するカッタスポーク起立時の状態を示す正面図、図２は、図１のシールド掘進機の要部の縦断面図、図３は、カッタビットの交換時の状態を示す図１のシールド掘進機の要部の縦断面図、図４は、図３のシールド掘進機の正面図である。
【００１２】
１はシールド掘進機の胴体をなすシールド本体、２はこのシールド本体１の前部のバルクヘッド５に回転可能に支承され切羽を掘削するカッタヘッド、３はこのカッタヘッド２を減速して回転駆動するモータ及び減速機構等で構成されたカッタ駆動装置、４はこのカッタ駆動装置３の回転力をカッタヘッド２に伝達するカッタヘッド２のセンターシャフト、５はシールド本体１の前部を機外から遮断する隔壁としてのバルクヘッド、６はこのバルクヘッド５の前方とカッタヘッド２の後方との間に形成され掘削土砂を取り込んで泥水と混合して充満させることにより土圧をたてるためのチャンバ、７はこのチャンバ６内の掘削土砂と泥水とを撹拌混合する撹拌装置、８はチャンバ６内の掘削土砂や泥水がカッタ駆動装置３内に浸入しないようにシールするシールケース、９はカッタ駆動装置３に付設されセンターシャフト４の前方を支持する前方の軸受部である。
【００１３】
ここに例示するシールド掘進機は、泥水式のシールド掘進機であり、図示はしていないが、泥水を送るための送水管と泥水と混合した掘削土砂を排出するための排泥管とをシールド本体１内に敷設している。また、シールド本体１内には、周方向に間隔を置いて複数本のシールドジャッキを設置している。シールド掘進機は、これらのシールドジャッキでシールド本体を推進しながらカッタヘッド２で切羽を掘削して地下坑を形成する。カッタ駆動装置３は、カッタヘッド２を回転駆動するモータ３ａと、減速機構等を内蔵しモータ３ａの回転を減速してセンターシャフト４に伝達する駆動部３ｂと、センターシャフト４の後方を支持して推力を受ける後方の軸受部３ｃとで構成されている。以上の技術内容は、通常のシールド掘進機と共通する事項である。
【００１４】
センターシャフト４は、後に詳述するカッタビットの交換操作を安全に行えるようにするため、図２及び図３に示すように、カッタ駆動装置３及びこれに付設されたシールケース８や軸受部９に対して前後方向（センターシャフト４の軸方向）に移動できるように設置している。また、図には示されていないが、センターシャフト４を前後方向に移動するための油圧シリンダがシールド本体１内に設置されており、これらの手段により、カッタビットの交換作業の際、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動できるようにしている。バルクヘッド５の上方には、カッタビットの交換作業をシールド本体１内から行えるようにするための開閉可能な開口部としてのマンホール５ａを設けている。このマンホール５ａは、マンホール蓋５ｂにより適宜開閉できるようになっており、通常、カッタビットの交換作業を行うとき以外はマンホール蓋５ｂにより閉じられている。こうしたセンターシャフト４の前後方向に移動可能な構造やマンホール５ａに関する構造は、本発明との関連において具体化された独自の構造である。
【００１５】
カッタヘッド２の構造について詳述する。２０ａはカッタヘッド２の中心部の地山を先掘りするフィッシュテールビット、２０ｂはカッタヘッド２の中心部よりも外周側の地山を先掘りする先行ビット、２０ｃは先行カッタビット２０ｂで先掘りした後の地山を掘削するティースビット、２１はセンターシャフト４の前端部に設けられカッタヘッド２の中心部を形成するボス部、２２はこのボス部２１に取り付けられビット２０ｂ，２０ｃを取り付けるカッタスポーク、２３はカッタヘッド２の外周部を形成するリング状の外周リング、２４はこの外周リング２３内におけるカッタスポーク２２間の開口を遮蔽する面板、２５はこの面板２４とカッタスポーク２２の両側部との間に形成されたスリット状の掘削土砂取り込み用の開口部である。
【００１６】
カッタスポーク２２は中空状をなし、ボス部２１に等間隔に複数本放射状に配置している。先行ビット２０ｂは、これら複数本のカッタスポーク２２の前面に交換可能に多数取り付けられ、ティースビット２０ｃは、各カッタスポーク２２の両側面に交換可能に多数取り付けられている。また、フィッシュテールビット２０ａは、ボス部２１を跨ぐようにして、対向するカッタスポーク２２の前面に取り付けられているが、カッタヘッド２の中心部に位置していてカッタヘッド２の１回転当たりの切削距離がカッタヘッド２の外周側に比べて小さく摩耗しにくいので、交換することを予定していない。外周リング２３は、各カッタスポーク２２と結合して一体化することにより、カッタヘッド２の全体の剛性を上げてカッタヘッド２を強化する。また、カッタビットを設けてカッタヘッド２の外周側の掘削負担を軽減する。ここに例示するシールド掘進機は、泥水式であるので、面板２４及びその取付に必要な外周リング２３を設けているが、土圧式のシールド掘進機の場合には、必ずしも外周リング２３や面板２４を設ける必要がない。掘削土砂取り込み用の開口部２５は、各カッタスポーク２２ごとにカッタスポーク２２の両側面近傍に形成する。
【００１７】
以上述べたカッタヘッド２の構造は通常のカッタヘッドが有する一般的な構造であるが、次に、本発明との関連において具体化された独自の構造について述べる。２１ａはボス部２１の外周部に固着されカッタスポーク２２を傾動可能に枢着するスポーク枢着用のブラケット、２６はこのブラケット２１ａに枢着されたカッタスポーク２２を傾動させて折り曲げるように駆動する油圧シリンダによるスポーク折り曲げジャッキ、２７はロッド部の先端部にシェアーピース２７ａが設けられカッタスポーク２２を起立時に固定状態に保持する油圧シリンダによる外周リング固定ジャッキ、２８は面板２４に開閉可能に設けられて掘削土砂取り込み用の開口部２５を適宜遮蔽できる遮蔽板としてのスリット板である。
【００１８】
前述したように、本来、カッタスポーク２２は、環状の外周リング２３と一体構成してカッタヘッド２の剛性を高めるようにしているが、本発明では、ビット２０ｂ，２０ｃの交換の便のため、各カッタスポーク２２を図４の実線及び２点鎖線による仮想線の個所で分離して傾動させることができるように、カッタヘッド２を分割構成している。すなわち、外周リング２３をカッタスポーク２２と一体化した上で、図４の実線で示すように、外周リング２３をカッタスポーク２２の両側付近の個所でその周辺の面板２４の外周部分と共に分割構成している。その代わり、これらカッタスポーク２２の両側付近の外周リング２３の部分とその周辺の面板２４の外周部分とで、カッタスポーク２２を面板２４にピンで一体的に固定できるようにするための固定部２３ａを形成して、固定部２３ａを面板２４に固定することにより、カッタスポーク２２を、面板２４を介して外周リング２３と一体化できるようにしている。
【００１９】
カッタスポーク２２は、通常の状態である起立状態からバルクヘッド５側へ傾動させ得るように、内周側端部がスポーク枢着用のブラケット２１ａに枢着軸２２ａで傾動可能に枢着されており、図３に鎖線で示すように、傾動させたときに外周部側がバルクヘッド５のマンホール５ａに達するように構成されている。スポーク折り曲げジャッキ２６は、カッタスポーク２２の内部の中空部に納められて、内周側端部のロッド部がスポーク枢着用のブラケット２１ａにピン２６ａで枢着されているとともに外周側端部のシリンダ部がカッタスポーク２２の両側壁にピン２６ｂで枢着されている。したがって、スポーク折り曲げジャッキ２６を伸縮すると、カッタスポーク２２を枢着軸２２ａを支点に正常な位置に起立させたり、ビット２０ｂ，２０ｃの交換作業をシールド本体１内から行えるようにバルクヘッド５側へ傾動させたりすることができる。ここに示す例では、こうしたカッタスポーク２２の傾動機構を全てのカッタスポーク２２に設けている。
【００２０】
前記固定部２３ａを面板２４に固定するための手段として、外周リング固定ジャッキ２７を各固定部２３ａに対応して面板２４に設置するとともに、外周リング固定ジャッキ２７のシェアーピース２７ａを嵌入するための嵌入穴を固定部２３ａに形成している。したがって、カッタスポーク２２を起立させた状態で外周リング固定ジャッキ２７を伸ばすと、シェアーピース２７ａを固定部２３ａの嵌入穴に嵌入させてカッタスポーク２２を面板２４に一体的に固定することができる。その結果、カッタスポークは、起立時に面板２４を介して外周リングと一体化して固定状態に保持することができる。また、同ジャッキ２７を縮めると、このシェアーピース２７ａによる固定状態が解除されてカッタスポーク２２を傾動させることが可能となる。面板２４は、内部空間を有するように前後２枚の板で形成され外周リング２３と同程度の厚さを有するボックス構造をなしているが、外周リング固定ジャッキ２７は、掘削土砂に触れないようにその面板２４の内部空間内に納めれて面板２４に固定的に取り付けられている。
【００２１】
スリット板２８は、図１に示すように当接面２８ｓを有する略台形状をなし、内周側端部が面板２４にピン２８ａで回動可能に枢着されている。そして、こうした構造のスリット板２８がカッタスポーク２２の側面を挟むようにして一対設けられており、ピン２８ａを支点に両スリット板２８を接近させるように回動させたときには掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽し、離すように回動させたときには図１に示すように掘削土砂取り込み用の開口部２５を開放するように設けている。すなわち、一対のスリット板２８は、面板２４に枢着されて、開放時にその大部分が面板２４の内部空間内に納めれるように配置されており、カッタスポーク２２を傾動させた後、面板２４の内部空間内から突出させるように回動させると、当接面２８ｓ同士を当接して掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽できるようになっている。スリット板２８へ回動力の付与は、図示されていないスリットジャッキ（後に詳述するスリットジャッキ２９と同様のジャッキ）により行われる。図１には、上部の掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽するするスリット板２８しか図示されていないが、実際は、こうした構造のスリット板２８を全ての開口部２５に設けている。
【００２２】
以上のような構造を備えたシールド掘進機の作用及び効果について説明する。シールド掘進機の掘進中にカッタヘッド２のビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることが必要になったときには、まず、図３に示すようにセンターシャフト４を前方に移動することにより、カッタスポーク２２を倒すための間隙をシールド本体１の前端とカッタヘッド２との間に形成するとともに、マンホール蓋５ｂを開くことによりマンホール５ａの開口部を開放する。また、外周リング固定ジャッキ２７を縮めることにより、そのシェアーピース２７ａを固定部２３ａの嵌入穴から離脱させてカッタスポーク２２の固定状態を解除する。次いで、スポーク折り曲げジャッキ２６を縮めて、上方に位置するカッタスポーク２２を図３の鎖線で示すようにバルクヘッド５側へ傾動させると、カッタスポーク２２を、その外周部側がマンホール５ａの開口部に位置するように変位させることができる。
【００２３】
しかる後、これまで掘削土砂取り込み用の開口部２５を開放していた全てのスリット板２８を回動して同開口部２５を遮蔽する。その場合、他のカッタスポーク２２もバルクヘッド５側へ若干傾動させておき、各スリット板２８がその回動時にカッタスポーク２２と干渉しないようにする。また、センターシャフト４を後方に移動することによりシールド本体１の前端とカッタヘッド２の間の間隙をなくすようにする。こうした準備作業を行うことにより、切羽周辺の掘削土砂が掘削土砂取り込み用の開口部２５や前記の間隙からバルクヘッド５を経由してシールド本体１内へ浸入するのを予防することができる。
【００２４】
ビット交換のための以上の準備作業を終了した後、作業員は、開放されたマンホール５ａの開口部を通じて、カッタスポーク２２に取り付けられたビット２０ｂ，２０ｃの交換作業をシールド本体１内から行う。ビット２０ｂ，２０ｃの交換は、シールド本体１内から手の届く範囲で行われるが、カッタヘッド２の径が大きくない場合には、交換を予定している全てのビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることができる。また、同一カッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃを一連のものとしてカセット状に構成して、カッタスポーク２２の端部から軸方向にまとめて抜き出したり装着したりすることができるようにすれば（こうしたカセット状のビットは従来公知である。）、カッタヘッド２の径が大きい場合でも、交換を予定している全てのビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることができる。ところで、カッタビットは、カッタヘッドの外周側のものが内周側のもの比べてカッタヘッドの１回転当たりの切削距離が大きく摩耗しやすいので、外周側のカッタビットを交換できるようにすることが最も重要である。こうしたことから、カッタヘッド２の径が大きい場合には、ビット２０ｂ，２０ｃの交換作業をシールド本体１内から手の届く範囲だけに留めて、カッタヘッド２の内周側のもの交換を省略するようにしても、実用上有意義である。
【００２５】
このように、ビット２０ｂ，２０ｃの交換作業を、バルクヘッド５のマンホール５ａの開口部を通じてシールド本体１内から行うことができるため、ビット２０ｂ，２０ｃの交換を、機外に出ることなくシールド本体１内で安全に行える。また、その際、カッタビットの摩耗状況を直接確認することもできる。こうしたカッタビットの交換は、必要に応じて何度でも行える。ここに示す例では、掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽できるスリット板２８を設けたり、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動できるようにするカッタヘッドの移動手段を設けたりしているので、こうした効果を奏することに加え、ビットの交換作業時に切羽や切羽周辺の掘削土砂がシールド本体１内へ浸入することも予防することができて、シールド本体１内に掘削土砂が浸入する危惧のある条件下でも、ビット２０ｂ，２０ｃの交換をシールド本体１内で安全に行うことができる。
【００２６】
ビット２０ｂ，２０ｃの交換を終了した後は、カッタヘッド２を前方に移動するとともにスリット板２８を回動して掘削土砂取り込み用の開口部２５を開放する。次いで、スポーク折り曲げジャッキ２６を伸ばして各カッタスポーク２２を起立させるとともにマンホール５ａの開口部を遮蔽する。カッタスポーク２２を起立させた後、スポーク折り曲げジャッキ２６の駆動を停止すると、カッタスポーク２２は、起立状態を保持して通常の状態に復帰し、カッタヘッド２で地山を掘削することが可能となる。この状態で外周リング固定ジャッキ２７のシェアピース２７ａを固定部２３ａの嵌入穴に差し込むとカッタスポーク２２を面板２４に一体的に固定することができる。その結果、カッタスポーク２２を起立時に面板２４を介して外周リングと一体化して固定状態に保持することができるので、カッタヘッド２の剛性を高めることができる。
【００２７】
以上、上方に位置するカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃを交換する手順を述べたが、左右及び下方に位置するカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃを交換するときには、カッタヘッド２を回転してこれらのカッタスポーク２２を順次上方に移動し、以上述べたのと同様の手順により各カッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃを交換することができる。
【００２８】
次に、図５乃至図８に基づき、この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機について説明する。図５は、この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関する掘進停止時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図、図６は、この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図、図７は、この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備途中の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図、図８は、この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図ある。これらの図において図１乃至図４と同一の符号を付けた部分は、図１乃至図４と同等の部分を表すので、詳述しない。
【００２９】
本シールド掘進機は、すでに述べたシールド掘進機と同様、前部にバルクヘッド５を有するシールド本体１と、複数本のカッタスポーク２２、外周リング２３及び掘削土砂取り込み用の開口部２５を設けた面板２４で構成されたカッタヘッド２とを備え、ビット２０ｂ，２０ｃをカッタスポーク２２に交換可能に取り付けるようにした泥水式のシールド掘進機に関するものであり、開閉できるマンホール５ａをバルクヘッド５に設け、カッタスポーク２２を起立状態からバルクヘッド５側へ傾動させ得るようにスポーク枢着用のブラケット２１ａに傾動可能に枢着して、カッタスポーク２２を傾動させたときにその外周部側がマンホール５ａの開口部に達するように構成するとともに、カッタスポーク２２を傾動及び起立させるように駆動するスポーク折り曲げジャッキ２６と、カッタスポーク２２を起立時に固定状態に保持し、傾動させる際にその固定状態を解除できるカッタスポークの固定手段とを設けている。また、掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽できるスリット板２８を面板２４に設けており、基本的な構造は、すでに述べたシールド掘進機と変わらない。
【００３０】
そこで、本シールド掘進機の特徴的な技術内容について説明する。本シールド掘進機では、カッタスポーク２２を傾動させ得るように分離して構成する場合、前述の例とは異なり、カッタスポーク２２の外周端部を外周リング２３と分離できるように構成している。そして、スポーク折り曲げジャッキ２６は、すでに述べた例と同様の方法でカッタスポーク２２内の空間に設置している。また、カッタスポーク２２を起立時に外周リング２３と一体化して固定状態に保持したりその固定状態を解除したりするカッタスポークの固定手段として、ロッド部の先端部にシェアピン２７’ａを設けたスポーク位置決めジャッキ２７’を設置するとともに、そのシェアピン２７’ａを嵌入するための嵌入穴を外周リング２３に形成している。
【００３１】
その場合、スポーク位置決めジャッキ２７’は、外周リング固定ジャッキ２７と異なり、面板２４ではなくカッタスポーク２２内の空間に納めて取り付け、カッタスポーク２２の内部から外周リング２３の嵌入穴に対してシェアピン２７’ａを出没させることができるようにしている。前記したように、カッタスポーク２２は、その外周端部を外周リング２３と分離できるように構成しているため、図７に示すように、シールド本体１の前端とカッタヘッド２との間に間隙を形成しなくても、カッタスポーク２２をシールド本体１と干渉しないように傾動させることができる。そのため、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動できるようにするためのカッタヘッドの移動手段は設けていない。
【００３２】
本シールド掘進機では、図５（ａ）における上下のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃだけを交換し、左右のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃは、交換することを予定していない。すなわち、左右のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃは、上下のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃに後続して切羽を掘削してその掘り残し部を掘削するので、摩耗量が相対的に少ないからである。このように上下のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃだけを交換するため、カッタスポーク２２は、上下のものだけを傾動できるように構成して、左右のものは、外周リング２３に固定的に取り付けられている。そのため、左右のカッタスポーク２２には、スポーク折り曲げジャッキ２６やスポーク位置決めジャッキ２７’を設置していないが、上下のカッタスポーク２２のビット２０ｂ，２０ｃの交換時に全ての掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽しないと、シールド本体１内への掘削土砂の浸入を予防できないため、上下左右全てのカッタスポーク２２に対応してスリット板２８，２８’を設けている。
【００３３】
これらのスリット板２８のうち、上下のカッタスポーク２２に対応するスリット板２８は、図１で述べたのと同様の構造のものが図１で述べたのと同様の態様で設置されており、油圧駆動のスリットジャッキ２９により回動させられるように構成されている。このスリットジャッキ２９は、ボックス構造の面板２４内に納められ、シリンダ部が面板２４に枢着されているとともにロッド部がスリット板２８に枢着されている。
【００３４】
一方、左右のカッタスポーク２２に対応するスリット板２８’は、カッタスポーク２２と面板２４との間を遮蔽できるように略矩形状をなしており、回動して水平の姿勢や垂直の姿勢を採れるように、面板２４にヒンジ２８’ａで枢着している。すなわち、スリット板２８’は、掘削土砂取り込み用の開口部２５を開放しているときには、図５に示すように、面板２４に設けたヒンジ２８’ａを支点に後方に出っ張るようにして板面が水平状態になり、掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽するときには、ヒンジ２８’ａを支点に回動して、図６に示すように板面が垂直状態になるようにしている。こうした回動動作をさせるため、小型のスリットジャッキ２９’を面板２４内に設置して、シリンダ部を面板２４に枢着するとともにロッド部をスリット板２８の後部に枢着し、スリットジャッキ２９’を伸ばしたときに掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽でき、縮めたときに開口部２５を開放できるようにしている。
【００３５】
本シールド掘進機の作用及び効果について説明する。シールド掘進機の掘進中にビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることが必要になったときには、図５に示すような状態でカッタヘッド２を停止させた後、図６に示すように、各スリットジャッキ２９’を伸ばして掘削土砂取り込み用の開口部２５をスリット板２８’で遮蔽するとともにスポーク位置決めジャッキ２７’のシェアピン２７’ａを外周リング２３の嵌入穴から離脱させてカッタスポーク２２の固定状態を解除する。次いで、図７に示すように、マンホール５ａの開口部を開放して、上方に位置するカッタスポーク２２をバルクヘッド５側へスポーク折り曲げジャッキ２６により傾動させ、カッタスポーク２２を、その外周部側がマンホール５ａの開口部に位置するように変位させる。
【００３６】
しかる後、図８に示すように、上方のスリットジャッキ２９を伸ばして掘削土砂取り込み用の開口部２５をスリット板２８で遮蔽する。また、図示はしていないが、下方のカッタスポーク２２をバルクヘッド５側へ若干傾動させてから下方のスリットジャッキ２９を伸ばして下方の掘削土砂取り込み用の開口部２５もスリット板２８で遮蔽する。こうしてビット交換のための準備作業を終了した後、作業員は、開放されたマンホール５ａの開口部を通じて、カッタスポーク２２に取り付けられたビット２０ｂ，２０ｃの交換作業をシールド本体１内から行う。したがって、本シールド掘進機も、すでに述べた例と同様、ビット２０ｂ，２０ｃの交換を作業員が機外に出ることなく行えるだけではなく、ビット２０ｂ，２０ｃの交換を何度でも行え、ビット２０ｂ，２０ｃの交換時にその摩耗状況を作業員が直接確認することができる。
【００３７】
ここに示す例では、掘削土砂取り込み用の開口部２５を遮蔽できるスリット板２８，２８’を設けているので、カッタビットの交換作業時に切羽の掘削土砂がシールド本体１内へ浸入するのを予防できる。しかも、シールド本体１の前端とカッタヘッド２の間に間隙を形成しなくてもカッタスポーク２２を傾動させ得るので、切羽周辺の掘削土砂がカッタビットの交換作業時やその準備作業時にバルクヘッド６の周囲からシールド本体１内へ浸入するのも確実に予防できる。したがって、シールド本体１内に掘削土砂が浸入する危惧のある条件下でも、ビット２０ｂ，２０ｃの交換がシールド本体１内で安全に行える。
【００３８】
ビット２０ｂ，２０ｃの交換を終了した後は、スリットジャッキ２９を縮めてスリット板２８を回動することにより掘削土砂取り込み用の開口部２５を開放した後、上方のカッタスポーク２２をスポーク折り曲げジャッキ２６で起立させるとともにマンホール５ａの開口部を遮蔽する。また、上方のカッタスポーク２２に対応する掘削土砂取り込み用の開口部２５以外の開口部２５もスリットジャッキ２９，２９’を縮めて開放する。カッタスポーク２２を起立させた後は、スポーク折り曲げジャッキ２６の駆動を停止してカッタスポーク２２を起立状態を保持し、次いで、スポーク位置決めジャッキ２７’のシェアピン２７’ａを外周リング２３の嵌入穴に差し込むと、カッタスポーク２２は、外周リング２３と一体化して固定状態に保持される。その結果、すでに述べた例と同様、カッタヘッド２の剛性を高めることができる。
【００３９】
図１乃至図４で述べたシールド掘進機に部分変更を加えたこの出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機を、図９乃至図１１に基づいて説明する。図９は、この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関する掘進停止時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図、図１０は、この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図、図１１は、この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図ある。
【００４０】
本シールド掘進機は、ビット２０ｂ，２０ｃの交換の際にシールド本体内に掘削土砂が浸入するのを予防するため、図１乃至図４のシールド掘進機において、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動するためのカッタヘッドの移動手段を設ける代わりに、シールド本体１の前端とカッタヘッド２との間に間隙が生じるようにしてその間隙を覆うフードを設け、このフードの上部を可動フード１０としたものであり、その他の点では、図１乃至図４のシールド掘進機と構造上基本的に変わらない。
【００４１】
図９乃至図１１において、１０はシールド本体１の上部内周面に沿って摺動可能に設置した可動フード、１１はこの可動フード１０を前後方向に移動させるように駆動する油圧駆動のフード摺動ジャッキである。フードは、シールド本体１とカッタヘッド２の外周リング２３との間隔を極力狭めて開口部を小さくするものであるが、可動フード１０は、カッタスポーク２２の傾動時にフードがカッタスポーク２２に干渉しないようフードの一部を前後方向に移動させることができるように構成したものである。ここに示す例では、ビット２０ｂ，２０ｃを交換するカッタスポーク２２をビット２０ｂ，２０ｃの交換時に上部にもってきて傾動させるため、可動フード１０は、シールド本体１の上部に設置している。フード摺動ジャッキ１１は、シリンダ部をシールド本体１内に取り付け、ロッド部を可動フード１０に取り付けている。
【００４２】
本シールド掘進機の作用及び効果について説明する。シールド掘進機の掘進中にビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることが必要になったときには、図９に示すような状態でカッタヘッド２を停止させた後、図１０に示すように、フード摺動ジャッキ１１を縮めて可動フード１０を若干後退させることにより、カッタスポーク２２を倒すための間隙をシールド本体１の前端とカッタヘッド２との間に形成するとともに、外周リング固定ジャッキ２７のシェアーピース２７ａを固定部２３ａの嵌入穴から離脱させてカッタスポーク２２の固定状態を解除する。次いで、図１１に示すように、マンホール５ａの開口部を開放して、上方に位置するカッタスポーク２２をバルクヘッド５側へ傾動させ、カッタスポーク２２を、その外周部側がマンホール５ａの開口部に位置するように変位させる。
【００４３】
しかる後、全ての掘削土砂取り込み用の開口部２５をスリット板２８で遮蔽する。これと前後して、フード摺動ジャッキ１１を縮めて可動フード１０を若干前進させることによりシールド本体１の前端とカッタヘッド２の間の間隙をなくすようにする。こうした可動フード１０の操作を行うことにより、カッタヘッドの移動手段を設けた場合と同様、カッタビットの交換作業時に切羽周辺の掘削土砂がバルクヘッド５を経由してシールド本体１内へ浸入するのを予防することができる。特に、シールド本体１の前端とカッタヘッド２の間に間隙を形成するときでも、可動フード１０の後退により上部にだけしか間隙を形成せずカッタスポーク２２の傾動に必要な必要最小限の間隙しか形成しないので、カッタビット交換の準備作業時に切羽周辺の掘削土砂がシールド本体１内へ浸入するのを予防することもできる。本シールド掘進機は、図１乃至図４に示した前述の例と構造が基本的に変わらないので、その他の点でも前述の例と同様の効果を奏する。
【００４４】
図１乃至図４で述べたシールド掘進機に部分変更を加えたこの出願の第１発明の第３具体化例のシールド掘進機を、図１２に基づいて説明する。図１２は、この出願の第１発明の第３具体化例のシールド掘進機に関する要部の縦断面図であり、（ａ）は掘進停止時の状態を示す図、（ｂ）はカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図、（ｃ）はカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図である。
【００４５】
本シールド掘進機は、図１乃至図４のシールド掘進機と比べ、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動するためのカッタヘッドの移動手段に差があるだけで、その他の点では、図１乃至図４の例と構造に基本的な差はない。本シールド掘進機で採用されているカッタヘッドの移動手段は、カッタ駆動装置３の駆動部３ｂを設置するバルクヘッド５の開口に、その内周部を縁取るようにフランジ状の金属性摺動部材１２を設けて、この摺動部材１２を介して駆動部３ｂをバルクヘッド５の開口に設置し、駆動部３ｂをメタルタッチで前後方向に摺動できるようにしたものである。駆動部３ｂは、ビット２０ｂ，２０ｃの交換時以外は摺動部材１２にボルトで固定しておき、交換時にそのボルトを取り外すことにより、カッタ駆動装置３を、これに付設したシールケース８や軸受部９と共に前後に移動してカッタヘッド２を移動できるようにする。図示はされていないが、カッタ駆動装置３を前後に移動するための油圧シリンダがシールド本体１内に設置されており、これらの手段により、カッタビットの交換作業の際、カッタヘッド２をシールド本体１の軸方向に移動できるようにしている。
【００４６】
その作用及び効果について説明すると、シールド掘進機の掘進中にビット２０ｂ，２０ｃを交換をすることが必要になったときには、図１２（ａ）に示すような状態でカッタヘッド２を停止させた後、図１２（ｂ）に示すように、カッタ駆動装置３を前進させることにより、カッタスポーク２２を倒すための間隙をシールド本体１の前端とカッタヘッド２との間に形成するとともに、外周リング固定ジャッキ２７のシェアーピース２７ａを固定部２３ａの嵌入穴から離脱させてカッタスポーク２２の固定状態を解除する。次いで、図１２（ｃ）に示すように、マンホール５ａの開口部を開放して、上方に位置するカッタスポーク２２をバルクヘッド５側へ傾動させ、カッタスポーク２２を、その外周部側がマンホール５ａの開口部に位置するように変位させる。以後、図１乃至図４の例と比べてカッタヘッド２を前後に移動する場合に、センターシャフト４を移動させることに代えてカッタ駆動装置３を移動させる点が異なるだけで、図１乃至図４の例と同様の操作を行う。本シールド掘進機は、図１乃至図４の例と構造が基本的に変わらないので、図１乃至図４の例と同様の効果を奏する。
【００４７】
以上、カッタヘッド２をボス部２１やカッタスポーク２２のほか外周リング２３や面板２４を設けて構成した泥水式のシールド掘進機の例を述べたが、こうしたカッタヘッド２は、土圧式のシールド掘進機にも使用されるので、以上述べた種々の例の技術内容は、土圧式のシールド掘進機にも適用できる。また、土圧式のシールド掘進機では、外周リング２３や面板２４を設けないカッタスポーク２２によるカッタヘッド２も使用されるが、以上述べた種々の技術内容は、こうしたカッタヘッド２を用いた土圧式のシールド掘進機にも適用できる。その場合、カッタヘッド２に外周リング２３を設けていないので、カッタスポーク２２の起立時にシェアーピース２７ａやシェアピン２７’ａでカッタスポーク２２を固定状態に保持することはできないが、カッタスポーク２２の起立状態は、スポーク折り曲げジャッキ２６で保持される。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、特許請求の範囲の請求項１及び請求項２に係るこの出願の第１発明及びこの出願の第２発明は、それぞれ、「課題を解決するための手段」に示した１）及び２）の手段を採用しているので、これらの各発明によれば、カッタビットの交換を作業員が機外に出ることなく行えるだけではなく、カッタビットの交換を何度でも行え、カッタビットの交換時にその摩耗状況を作業員が直接確認することができるシールド掘進機が得られる。特に、この出願の第２発明では、カッタスポークの固定手段により、カッタスポークを起立時に外周リングと一体化して固定状態に保持することができて、カッタヘッドの剛性を高めることができる。
【００４９】
この出願の第２発明を具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載のように具体化した場合には、切羽の掘削土砂がシールド本体内へ浸入するのを予防できて、シールド本体内に掘削土砂が浸入する危惧のある条件下でも、カッタビットの交換がシールド本体内で安全に行える。この出願の第１発明又は第２発明を具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項５に記載のように具体化した場合には、カッタビットの交換作業時に切羽周辺の掘削土砂がシールド本体内へ浸入するのを予防できる。また、特許請求の範囲の請求項４に記載のように具体化した場合には、シールド本体の前端とカッタヘッドの間に間隙を形成するときでも、フードの一部だけを移動してカッタビットの傾動に必要な必要最小限の間隙しか形成しないので、カッタビットの交換作業時だけではなくカッタビット交換の準備作業時にも、切羽周辺の掘削土砂がシールド本体内へ浸入するのを予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の第１発明の第１具体化例のシールド掘進機に関するカッタスポーク起立時の状態を示す正面図である。
【図２】図１のシールド掘進機の要部の縦断面図である。
【図３】カッタビットの交換時の状態を示す図１のシールド掘進機の要部の縦断面図である。
【図４】図３のシールド掘進機の正面図である。
【図５】この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関する掘進停止時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図６】この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図７】この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備途中の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図８】この出願の第２発明の具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図９】この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関する掘進停止時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図１０】この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図１１】この出願の第１発明の第２具体化例のシールド掘進機に関するカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は要部の縦断面図である。
【図１２】この出願の第１発明の第３具体化例のシールド掘進機に関する要部の縦断面図であり、（ａ）は掘進停止時の状態を示す図、（ｂ）はカッタビットの交換作業の準備開始時の状態を示す図、（ｃ）はカッタビットの交換作業の準備終了時の状態を示す図である。
【符号の説明】
１ シールド本体
２ カッタヘッド
３ カッタ駆動装置
３ｂ 駆動部
４ センターシャフト
５ バルクヘッド
６ チャンバ
１０ フード
１１ フード摺動ジャッキ
１２ 駆動部の摺動部材
２０ｂ 先行ビット
２０ｃ ティースビット
２１ ボス部
２１ａ スポーク枢着用のブラケット
２２ カッタスポーク
２３ 外周リング
２３ａ 固定部
２４ 面板
２５ 掘削土砂取り込み用の開口部
２６ スポーク折り曲げジャッキ
２７ 外周リング固定ジャッキ
２７ａ シェアピース
２７’ スポーク位置決めジャッキ
２７’ａ シェアピン
２８，２８’ スリット板
２９，２９’ スリットジャッキ

Claims (5)

1. 前部にバルクヘッドを有するシールド本体と、放射状に配置した複数本のカッタスポークで構成されバルクヘッドに回転可能に設置されたカッタヘッドとを備え、カッタビットをカッタスポークに交換可能に取り付けるようにしたシールド掘進機において、開閉可能な開口部をバルクヘッドに設け、カッタスポークを起立状態からバルクヘッド側へ傾動させ得るように設置してカッタスポークを傾動させたときにその外周部側がバルクヘッドの開口部に達するように構成するとともに、カッタスポークを傾動させたり起立させたりするように駆動する油圧シリンダを設けたことを特徴とするシールド掘進機。
2. 前部にバルクヘッドを有するシールド本体と、放射状に配置した複数本のカッタスポーク、外周部を形成する外周リング及び掘削土砂を取り込むための開口部を設けた面板で構成されバルクヘッドに回転可能に設置されたカッタヘッドとを備え、カッタビットをカッタスポークに交換可能に取り付けるようにした泥水式のシールド掘進機において、開閉可能な開口部をバルクヘッドに設け、カッタスポークを起立状態からバルクヘッド側へ傾動させ得るように設置してカッタスポークを傾動させたときにその外周部側がバルクヘッドの開口部に達するように構成するとともに、カッタスポークを傾動させたり起立させたりするように駆動する油圧シリンダと、カッタスポークを起立時に外周リングと一体化して固定状態に保持し傾動させる際にその固定状態を解除することができるカッタスポークの固定手段とを設けたことを特徴とするシールド掘進機。
3. 掘削土砂を取り込むための開口部を遮蔽できる遮蔽板を面板に開閉可能に設けたことを特徴とする請求項２に記載のシールド掘進機。
4. シールド本体に、チャンバ周囲の開口を遮蔽するフードを設け、カッタスポークの傾動時にフードがカッタスポークに干渉しないようフードの一部を移動させることができるように構成したことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のシールド掘進機。
5. カッタヘッドをシールド本体と接近及び隔離させるようにシールド本体の軸方向に移動できるようにするカッタヘッドの移動手段を設けたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のシールド掘進機。

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