JP4051790B2 - シールド掘進機のビット交換方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド掘進機のビット交換方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機のカッタービットやカッターディスクの面板は、特に、砂礫地盤を掘削すると摩耗が激しく、掘削途中での交換を余儀なくされることがある。
【０００３】
また、立坑の省略や掘進機の台数を減らして、建設費用の低減を要求された場合に、1台の掘進機で長距離掘削を行うときには、砂礫地盤でなくても、カッタービットなどを途中で交換する必要がある。
【０００４】
このようなビットなどの交換作業は、従来、シールド掘進機を停止して、切羽を、地上側ないしはシールド掘進機の内部側からセメントミルクなどの薬液を注入して固化させたり、あるいは、凍結工法などにより固化させた後に、カッターチャンバ内に作業員が入ってビットを交換していた。
【０００５】
また、これとは別の方法として、シールド掘進機内に特殊なビット挿入装置を設置して、この挿入装置によりビット交換を行ったり、あるいは、カッターディスクの厚みを厚くして、特殊バルブでブラインド孔を塞いで、その隙間から作業員が入って、交換作業を行う方法も提案されている。
【０００６】
しかしながら、このような従来のビット交換方法には、いずれも以下に説明する問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、まず、地山を薬液注入や凍結により固化させる方法では、切羽の固化に時間がかかり過ぎ、掘削効率が大幅に低下する。また、ビット挿入装置で交換する方法では、全てのビットの交換が難しく、特殊な装置のために、掘進機の構造が複雑になり、価格も高くなる。
【０００８】
さらに、特殊バルブで塞ぐ方法では、カッタディスクの密閉性を保つことが難しく、特殊なビット挿入装置を用いる場合と同様に、掘進機の構造が複雑になり、小口径マシンでの装備は、困難であり、価格も高くなる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シールド掘進機の構造の複雑化を可能な限り回避しつつ、かつ、短期間に安価に交換を行うことができるシールド掘進機のビット交換方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、土砂掘削用のビットと、掘削土砂の取込み用開口部とを備え、回転駆動されるカッターディスクと、このカッターディスクの背面側にチャンバを画成する隔壁が設けられたシールド掘進機のビット交換方法において、前記チャンバ内に拡径・収縮自在なバッグを設置した後に、前記バッグ内に流体を注入して、前記バッグを拡径させて、前記チャンバ内を前記バッグに注入された前記流体で充満させる工程と、この充満工程の後に、前記カッターディスクの前面側の地盤に固化剤を注入して、当該固化剤を固化させることにより地盤改良ゾーンを形成する工程と、前記地盤改良ゾーンの形成工程の後に、前記バックから前記流体を抜くことにより収縮させて前記チャンバ内から除去して、前記チャンバ内を空洞化させる工程とを含むようにした。
このように構成したシールド掘進機のビット交換方法によれば、チャンバ内に拡径・収縮自在なバッグを設置した後に、バッグ内に流体を注入して、バッグを拡径させて、チャンバ内をバッグに注入された流体で充満させ、この後に、カッターディスクの前面側の地盤に固化剤を注入して、当該固化剤を固化させることにより地盤改良ゾーンを形成し、しかる後に、バックから流体を抜くことにより収縮させてチャンバ内から除去して、チャンバ内を空洞化させる。
チャンバ内が空洞化されると、その内部に作業員が入ってビットの交換を行うことができ、このようなビットの交換方法では、要するに、バッグのチャンバ内への設置,拡径,収縮,除去と地盤改良ゾーンの形成とを行うことだけでビットの交換が可能になるので、シールド掘進機の構造の複雑化を回避することができるとともに、安価に交換が行える。
前記シールド掘進機は、筒状の外スキンプレートと、この外スキンプレートの内面側に前後移動自在に設けられた内スキンプレートとを備え、前記カッターディスクおよび隔壁を前記内スキンプレート側に設け、前記固化剤を注入する際に、前記内スキンプレートを前記外スキンプレート内に収納させるように後退移動させながら、前記地盤改良ゾーンを形成することができる。
この構成によれば、固化剤を注入する際に、内スキンプレートを外スキンプレート内に収納させさせるように後退移動させながら、地盤改良ゾーンを形成する。
従って、地盤改良ゾーンの一部が外スキンプレート内に形成され、外スキンプレート側の地盤改良ゾーンは、地盤土砂などの不純物の混入しない高品質なものとなり、改良ゾーンの強度,止水性が大幅に改良される。
また、外スキンプレート内に地盤改良ゾーンの一部を形成すると、外スキンプレートを防護工として利用できるので、安全性も大きく向上する。
さらに、地盤改良ゾーンを形成するための固化剤は、少量で済むので、突発的なビット交換が必要になった場合でも簡単に対応するとこができる。
また、固化剤の注入作業をシールド掘進機の内部から行うようにすると、すべての作業が坑内から行えるので、より一層コストダウンを図ることができる。
前記シールド掘進機は、前記チャンバ内に泥土を充満して切羽に対抗させる泥土圧方式のものであって、前記バッグを前記チャンバ内に挿入する前に、前記チャンバ内に充満されている泥土を圧気補助により排出することができる。
また、前記シールド掘進機は、前記チャンバ内に掘削土砂とともに泥水を充満して切羽に対抗させる泥水方式のものであって、前記バッグを前記チャンバ内に挿入する前に、前記チャンバ内に充満されている泥水を、掘削土砂が混入されていない良液泥水に置換することができる。
さらに、前記流体は、圧縮空気などの気体または水などの液体から選択することができる。
前記バックは、前記隔壁に設けられた開閉弁に着脱自在に装着される封入装置に収納することができる。
この構成によれば、必要に応じて封入装置を開閉弁に装着することができるので、ビット交換が不要な際に隔壁の背面側の障害物を少なくすることができる。
前記封入装置は、前記開閉弁に固設されるケーシングと、このケーシング内に蛇腹状に折り畳まれて収納されている前記バッグと、このバッグの中心に挿通され、前記バッグの軸方向の両端が外周に固設されたガイドロッドとを有し、前記開閉弁の開弁状態で、前記ガイドロッドを移動させることにより前記バッグを前記チャンバ内に挿入させた後に、前記ガイドロッドから前記流体を前記バッグ内に注入してこれを拡径させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図７は、本発明にかかるシールド掘進機のビット交換方法の一実施例を示している。
【００１２】
同図に示したシールド掘進機１０は、先端側に設けられたカッターディスク１２と、このカッターディスク１２を回転自在に支持する円筒状の掘進機本体１４とを有している。
【００１３】
カッターディスク１２は、図２にその正面側の詳細を示すように、所定の厚みを備えた円盤状の面板１２ａと、この面板１２ａの中心に突設されたセンタービット１２ｂと、面板１２ａの背面側中心に延設された回転軸１２ｃとを備えている。
【００１４】
面板１２ａの前面には、複数の掘削ビット１２ｄが、中心から外方に向けて複数個が十字状に、かつ、２列状に突設されており、２列状に設けられた掘削ビット１２ｄの両側に、スリット状の掘削土砂の取込み用開口部１２ｅがそれぞれ設けられている。
【００１５】
また、面板１２ａの内部には、２列状に配置された掘削ビット１２dの中心にあって、ジャッキの駆動により径方向に出没するコピーカッタまたはオーバーカッタ１２ｆが内蔵されている。
【００１６】
掘進機本体１４は、両端が開口した中空筒状の外スキンプレート１６と内スキンプレート１８とを有していて、内スキンプレート１８は、外スキンプレート１６の内部に軸方向に沿って前後移動自在に設けられている。
【００１７】
内,外スキンプレート１８,１６間には、両者間の間隔を保持する環状のガイド部材２０と、土砂の内部側への侵入を阻止する環状の土砂シール２２とが介装されている。
【００１８】
カッターディスク１２は、面板１２ａが内スキンプレート１８とほぼ同じ外径に形成されていて、内スキンプレート１８の前面側に配置されており、コピーカッタまたはオーバーカッタ１２fを突出させた状態で掘削すると、外スキンプレート１６の直径とほぼ同じ外径の掘削が行われる。
【００１９】
カッターディスク１２の背面側には、外周縁が内スキンプレート１８に固設された隔壁２４が設けられ、この隔壁２４と内スキンプレート１８とによりカッターディスク１２の背面側にチャンバ２６が形成されている。
【００２０】
このチャンバ２６は、開口部１２eを介して外部に開放されていて、掘削ビット１２dにより掘削された土砂が内部に取り込まれる。カッターディスク１２は、回転軸１２ｃが隔壁２４に回転自在に支持されている。
【００２１】
なお、内スキンプレート１８内には、図示を省略しているが、カッターディスク１２の回転駆動機構やシールド掘進機１０の掘進用ジャッキなど、シールド掘進機として必要な機器が設けられている。
【００２２】
一方、隔壁２４には、チャンバ２６内に入るためのマンホールが設けられるとともに、上下端側に封入装置３０の取り付け用開閉弁３２が設けられている。この開閉弁３２は、例えば、内径が１００ｍｍ程度のボールバルブであって、隔壁２４を貫通して、チャンバ２６内と連通するように、隔壁２４の外周縁側に複数設けられている。
【００２３】
この開閉弁３２には、必要に応じて封入装置３０が装着される。本実施例の封入装置３０は、その詳細を図７に示すように、ケーシング３０ａと、ガイドロッド３０ｂと、拡径・収縮自在なバッグ３０ｃとを備えている。
【００２４】
ケーシング３０ａは、一端側に開閉弁３２に取り付けられるフランジ３０ｄが固設され、他端側にボールバルブ３０eが設けられた筒形のものであって、内部に蛇腹状に折り畳まれたバッグ３０ｃが収納されているとともに、フランジ３０dには、バッグ３０ｃの挿通可能な貫通穴が設けられている。
【００２５】
ガイドロッド３０ｂは、中空なパイプから構成され、ボールバルブ３０ｅを貫通して、後方に延設され、その端部には、例えば、圧縮空気を供給するコンプレッサが接続される。
【００２６】
バッグ３０ｃは、その中心軸上にガイドロッド３０ｂが挿通され、ガイドロッド３０bの先端に設けられた底板３０fと、ガイドロッド３０bの中間に設けられたスリーブ３０gとに、その両端が固設されている。なお、底板３０fとスリーブ３０gとの間にガイドロッド３０bには、多数の流体排出用の孔が設けられている。
【００２７】
本実施例のガイドロッド３０ｂは、バッグ３０ｃ内に圧縮空気を注入して、これを拡径させるとともに、開閉弁３２に封止装置３０を装着した際に、前方側に移動させることにより、バッグ３０ｃチャンバ２６内に押し出すことにも使用される。
【００２８】
なお、バッグ３０ｃの拡径に用いる流体は、圧縮空気だけでなく窒素などの気体ないしは水などの液体を用いてもよい。次ぎに、シールド掘進機１０の掘削ビット１２ｄを交換する方法について、図１から図５に基づいて説明する。
【００２９】
磨耗や折損などにより掘削ビット１２ｄの交換を行う際には、シールド掘進機１０の掘進を停止して、開閉弁３２に封入装置３０をそれぞれ装着する(図１,２参照)。シールド掘進機１０を停止する際には、コピカッター１２ｆを収縮して、これを面板１２ａ内に収納する。
【００３０】
そして、チャンバ２６内を以下のように処理する。すなわち、シールド掘進機１０が、チャンバ２６内に泥土を充満して切羽に対抗させる泥土圧方式のものであれば、チャンバ２６内に充満されている泥土を圧気補助により排出する。
【００３１】
また、シールド掘進機１０が、チャンバ２６内に掘削土砂とともに泥水を充満して切羽に対抗させる泥水方式のものであれば、チャンバ２６内に充満されている泥水を、掘削土砂が混入されていない良液泥水に置換する。
【００３２】
このような処理が終了すると、図２に示すように、開閉弁３２に装着した封入装置３０を用いて、チャンバ２６内に拡径・収縮自在なバッグ３０ｃを挿入した後に、バッグ３０ｃ内に圧縮空気を注入して、バッグ３０ｃを拡径させて、チャンバ２６内をバッグ３０ｃに注入された圧縮空気で充満させる工程が行われる。
【００３３】
チャンバ２６内に拡径・収縮自在なバッグ３０ｃを挿入する際には、図８に示す手順でこれが行われる。バッグ３０ｃの挿入は、開閉弁３２にフランジ３０dを装着した状態で、開閉弁３２を開弁し、ガイドロッド３０ｂを前方に移動させて、バッグ３０ｃをチャンバ２６内に押し出すことにより行い、バッグ３０ｃが所定の位置に到達すると、ボールバルブ３０ｅを操作して、ガイドロッド３０ｂを固定する。
【００３４】
この状態でガイドロッド３０ｂに圧縮空気を供給すると、圧縮空気がガイドロッド３０ｂから蛇腹状に折り畳まれているバッグ３０ｃに排出されるので、バッグ３０ｃは、図８(C)に示すように、拡径する。
【００３５】
このとき、ガイドロッド３０ｂがボールバルブ３０ｅにより固定されているので、バッグ３０ｃの軸方向側の膨張が制限され、径方向にだけ膨張させることができる。
【００３６】
このようにして、チャンバ２６内に圧縮空気を封入することにより拡径させたバッグ３０ｃが充満されると、次ぎに、シールド掘進機１０の前方側に地盤改良ゾーン３４を形成する工程が行われる。
【００３７】
地盤改良ゾーン３４を形成する際には、図３に示すように、カッターディスク１２とともに内スキンプレート１８を後方に移動させて、これを外スキンプレート１６内に収納するようにしながら、カッターディスク１２から固化剤、例えば、セメントミルクを地盤に注入する。
【００３８】
内スキンプレート１８の移動は、例えば、スラストジャッキの引き寄せ駆動により行われ、このようにして地盤改良ゾーン３４を形成すると、図４に示すように、その一部を外スキンプレート１６内に形成することができる。
【００３９】
そして、所定の地盤改良ゾーン３４が形成されると、隔壁２４のマンホールを開放して、バック３０cから流体を抜くことにより収縮させて、チャンバ２６内のバッグ３０ｃを撤去し、チャンバ２６内を空洞化させ、カッターデイスク１２を回転させて、掘削ビット１２ｄと地盤改良ゾーン３４との間の縁切りを行う。
【００４０】
そして、図５に示すように、チャンバ２６内に作業員が入り、掘削ビット１２ｄの交換作業を行い、交換が終了すると、シールド掘進機１０は、通常の掘進を行う。
【００４１】
さて、以上のように構成した交換方法によれば、チャンバ２６内に拡径・収縮自在なバッグ３０cを挿入した後に、バッグ３０c内に流体を注入して、バッグ３０cを拡径させて、チャンバ内をバッグ３０cに注入された流体で充満させ、この後に、カッターディスク１２の前面側の地盤に固化剤を注入して、当該固化剤を固化させることにより地盤改良ゾーン３４を形成し、しかる後に、バック３０cから流体を抜くことにより収縮させてチャンバ２６内から除去して、チャンバ２６内を空洞化させる。
【００４２】
チャンバ２６内が空洞化されると、その内部に作業員が入ってビット１２ｄの交換を行うことができ、このようなビット１２ｄの交換方法では、要するに、バック３０cのチャンバ２６内への設置,拡径,収縮,除去と地盤改良ゾーン３４の形成とを行うことだけでビット１２ｄの交換が可能になるので、シールド掘進機１０の構造の複雑化を回避することができるとともに、安価に交換が行える。
【００４３】
また、本実施例の場合には、シールド掘進機１０は、筒状の外スキンプレート１６と、この外スキンプレート１６の内面側に前後移動自在に設けられた内スキンプレート１８とを備え、カッターディスク１２および隔壁２４を内スキンプレート１８側に設け、固化剤を注入する際に、内スキンプレート１８を外スキンプレート１６内に収納させるように後退移動させながら、地盤改良ゾーン３４を形成する。
【００４４】
このため、地盤改良ゾーン３４は、その一部が、外スキンプレート１６内に形成され、外スキンプレート１６側に形成された地盤改良ゾーン３４は、地盤土砂などの不純物の混入しない高品質なものとなり、改良ゾーン３４の強度,止水性が大幅に改良される。
【００４５】
また、外スキンプレート１６内に地盤改良ゾーン３４の一部を形成すると、外スキンプレート１６を防護工として利用できるので、安全性も大きく向上する。
【００４６】
さらに、地盤改良ゾーンを形成するための固化剤は、少量で済むので、突発的なビット交換が必要になった場合でも簡単に対応するとこができる。
【００４７】
また、固化剤の注入作業をシールド掘進機１０の内部から行うようにすると、すべての作業が坑内から行えるので、より一層コストダウンを図ることができる。
【００４８】
また、本実施例の場合には、バック３０ｃは、隔壁２４に設けられた開閉弁３２に着脱自在に装着される封入装置３０に収納されていて、必要に応じて封入装置３０を開閉弁３２に装着することができるので、ビット交換が不要な際に隔壁２４の背面側の障害物を少なくすることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかるシールド掘進機のビット交換方法によれば、シールド掘進機の構造の複雑化を可能な限り回避しつつ、かつ、短期間に安価に交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるビット交換方法の最初の工程を示す断面説明図である。
【図２】図１の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図３】図２の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図４】図３の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図５】図4の工程に引き続いて行われる工程の断面説明図である。
【図６】図1の正面図である。
【図７】本発明のビット交換方法で用いる封入装置の断面図である。
【図８】図７の封入装置の使用方法の説明図である。
【符号の説明】
１０ シールド掘進機
１２ カッターディスク
１２ａ 面板
１２ｃ 回転軸
１２ｄ 掘削ビット
１２ｅ 開口部
１４ 掘進機本体
１６ 外スキンプレート
１８ 内スキンプレート
２４ 隔壁
２６ チャンバ
３０ 封入装置
３０ａ ケーシング
３０ｂ ガイドロッド
３０ｃ バッグ
３２ 開閉弁
３４ 地盤改良ゾーン

Claims (7)

1. 土砂掘削用のビットと、掘削土砂の取込み用開口部とを備え、回転駆動されるカッターディスクと、
   このカッターディスクの背面側にチャンバを画成する隔壁が設けられたシールド掘進機のビット交換方法において、
   前記チャンバ内に拡径・収縮自在なバッグを設置した後に、前記バッグ内に流体を注入して、前記バッグを拡径させて、前記チャンバ内を前記バッグに注入された前記流体で充満させる工程と、
   この充満工程の後に、前記カッターディスクの前面側の地盤に固化剤を注入して、当該固化剤を固化させることにより地盤改良ゾーンを形成する工程と、
   前記地盤改良ゾーンの形成工程の後に、前記バックから前記流体を抜くことにより収縮させて前記チャンバ内から除去して、前記チャンバ内を空洞化させる工程とを含むことを特徴とするシールド掘進機のビット交換方法。
2. 前記シールド掘進機は、筒状の外スキンプレートと、この外スキンプレートの内面側に前後移動自在に設けられた内スキンプレートとを備え、
   前記カッターディスクおよび隔壁を前記内スキンプレート側に設け、
   前記固化剤を注入する際に、前記内スキンプレートを前記外スキンプレート内に収納させるように後退移動させながら、前記地盤改良ゾーンを形成することを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のビット交換方法。
3. 前記シールド掘進機は、前記チャンバ内に泥土を充満して切羽に対抗させる泥土圧方式のものであって、
   前記バッグを前記チャンバ内に挿入する前に、前記チャンバ内に充満されている泥土を圧気補助により排出することを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のビット交換方法。
4. 前記シールド掘進機は、前記チャンバ内に掘削土砂とともに泥水を充満して切羽に対抗させる泥水方式のものであって、
   前記バッグを前記チャンバ内に挿入する前に、前記チャンバ内に充満されている泥水を、掘削土砂が混入されていない良液泥水に置換することを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のビット交換方法。
5. 前記流体は、圧縮空気などの気体または水などの液体から選択されることを特徴とする請求項１記載のシールド掘進機のビット交換方法。
6. 前記バックは、前記隔壁に設けられた開閉弁に着脱自在に装着される封入装置に収納されていることを特徴とする請求項１，３から５のいずれか１項記載のシールド掘進機のビット交換方法。
7. 前記封入装置は、前記開閉弁に固設されるケーシングと、このケーシング内に蛇腹状に折り畳まれて収納されている前記バッグと、このバッグの中心に挿通され、前記バッグの軸方向の両端が外周に固設されたガイドロッドとを有し、
   前記開閉弁の開弁状態で、前記ガイドロッドを移動させることにより前記バッグを前記チャンバ内に挿入させた後に、前記ガイドロッドから前記流体を前記バッグ内に注入してこれを拡径させることを特徴とする請求項６記載のシールド掘進機のビット交換方法。

Images