JP4222986B2 - シールド掘進機のカッタビット交換装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削中のシールド掘進機において、磨耗したカッタビットを交換するカッタビット交換装置および方法に関する。

従来、掘削により磨耗したカッタビットの交換装置として、たとえば特許文献１，２がある。特許文献１には、カッタスポークを回転中心側から起立姿勢と後方傾斜姿勢（折り曲げ姿勢）の間で傾動自在とし、傾斜した姿勢でカッタスポークの先端部を隔壁に形成されたマンホールから機室（大気室側）に露出させて、ビットの交換作業を行うものが開示されている。

また特許文献２には、全てのカッタスポークを基端部を中心に後方に折畳み自在に構成し、シールド本体にユニット格納室を形成し、カッタスポークを折畳んだ後にカッタヘッドを後方に引き込んでユニット格納室に格納し、ユニット格納室でカッタスポークの掘削ビットの交換作業を行う構成が開示されている。
特開２００２−１３３９１ 特開２００２−１９４９９４

しかしながら、引用文献１および２では、カッタースポークを折り曲げて傾倒するため、切羽面を支持する部材面積が削減されて土留め作用が小さくなり、地盤崩壊の危険性が生じるおそれがあった。

本発明は上記問題点を解決して、カッタビットの交換時に十分な土留め作用を確保しつつ安全かつ迅速にカッタビットの交換作業が可能なシールド掘進機のカッタビット交換装置および方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、シールド本体に、前部に圧力室を形成するとともに後部に大気室を形成する圧力隔壁を設け、前記圧力隔壁の前部にカッタヘッドを回転自在に配置したシールド掘進機において、前記カッタヘッドを構成するスポーク部材のスポーク本体に、一端部が傾動自在に支持されたガイド部材を設けるとともに、前記ガイド部材に長さ方向にスライド自在でかつ他端側から挿脱自在で掘削ビットが取り付けられた取付プレートを設け、前記圧力隔壁に、前記スポーク本体を残して後方に傾斜された前記ガイド部材の他端側から取付プレートを大気室側に抜き出し可能なマンホールを設けたものである。

請求項２記載の発明は、スポーク本体の両側に沿ってガイド部材を設けたものである。
請求項３記載の発明は、スポーク本体の正面に沿ってガイド部材を設けたものである。
請求項４記載の発明は、取付プレートを内周端側にスライドして外周掘削ビットをシールド本体のフードプレートより内周側に後退させるビット収縮ジャッキを設け、少なくともカッタヘッドを後方に引き寄せて、カッタヘッド前部でシールド本体のフードプレート内に充填剤により止水壁を形成可能なカッタヘッド出退機構を設けたものである。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置を使用して掘削ビットの交換を行うに際し、ガイド部材を圧力隔壁側に傾動させ、取付プレートをスライドさせて前記ガイド部材からマンホールを介して大気室に抜き出し、前記取付プレートの掘削ビットを交換するか、または新たな掘削ビット付き取付プレートと交換するものである。

請求項６記載の発明は、請求項４記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置を使用して掘削ビットの交換を行うに際し、カッタヘッドの引き寄せ時に、カッタヘッドを回転させつつ充填剤によりカッタヘッド前面のフードプレート内に止水壁を形成し、ビットの交換後に、カッタヘッドを前方に押出して前記止水壁を掘削除去するものである。

請求項１または５記載の発明によれば、スポーク部材のうち、スポーク本体を残してガイド部材および取付プレートを後方に傾斜させることで、スポーク本体により土留め作用を確保することができ、切羽面の地盤崩壊を防止することができる。また後方に傾斜させたガイド部材から取付プレートをスライドさせマンホールを介して大気室側に抜き出すことにより、十分な広さで安全な大気室内で取付プレートの交換や取付プレートに対する掘削ビットの交換作業を実施することができ、安全かつ迅速に掘削ビットの交換作業を行うことができる。

請求項４または６記載の発明によれば、ビット収縮ジャッキにより、外周側の掘削ビットを内周側に引き寄せた後、カッタヘッド出退機構によりカッタヘッドを後方に引き寄せつつカッタヘッドの前面に充填剤を充填し、これによりカッタヘッドの前面に止水壁を形成することができ、地盤を確実に保持するとともに地下水の浸水を防止して、掘削ビットの交換作業をより安全に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、このシールド掘進機は、円筒状のシールド本体１の前部寄りに、前部に切羽崩壊土圧を保持する圧力室３を形成するとともに後部に大気室４を区画形成する圧力隔壁２が配置されている。この圧力隔壁２は、中央前壁２Ａおよび後壁部材２Ｂと、その外周部に設けられた旋回軸受６から構成されている。そして、圧力隔壁２には旋回軸受６に複数の支持脚９を介してカッタヘッド８が支持されている。

この圧力隔壁２は、シールド本体１のスキンプレート１ａの内面に沿って圧力隔壁２およびカッタヘッド８などの構成部材を後方にスライド可能に配設され、前記旋回軸受６と後部部材の間に介装された固定スペーサ７を外し、カッタヘッド８および圧力隔壁２の構成部材を後方にスライドさせるビット交換用出退ジャッキ１６からなるカッタヘッド出退機構が設けられている。

前記圧力室３の前面に配置されたカッタヘッド８は、駆動源供給用配管や信号ケーブルを内装した中心部材５がシールド軸心Ｏに沿って後方に延び圧力隔壁２を貫通して軸受に支持されている。またこのカッタヘッド８を回転駆動するカッタ駆動装置１０は、旋回軸受６の旋回部材に取り付けられたリング内歯ギヤ１１と、リング内歯ギヤ１１に噛合された複数の駆動ピニオン１２と、後壁部材２Ｂに設置されて駆動ピニオン１２をそれぞれ回転駆動するカッタ駆動モータ１３とで構成されている。中央前壁２Ａの下部には、圧力室３内に取り込まれた土砂を排出するスクリュ式排土装置（泥水加圧式シールドの場合には送泥管・排泥管でもよい）１４が設けられている。また中央前壁２Ａの上部には、開閉蓋１５ａにより開閉自在なマンホール１５が形成されている。なお、図１において、便宜上マンホール１５と駆動ピニオン１２が同じ位置に図示されているが、実際には所定角度ずれた位置にある。

前記カッタヘッド８は、図２に示すように、センタービットを有する中心部材２１と、中心部材２１から所定角度（図では１２０°）ごとに半径方向に伸びる複数（図では３本）のスポーク部材２２と、これらスポーク部材２２の外周部を連結する外周リング２３を介して取り付けられスポーク部材２２との間に土砂採り入れ口２４を形成する扇形部材２５と、中心部材２１と扇形部材２５とを連結する補強梁２６とを具備し、スポーク部材２２の左右側辺部と正面部に半径方向に所定間隔をあけて掘削ビット２７，２７ａ，２８がそれぞれ取付けられ、外周リング２３にも掘削ビット２９が取付けられている。

（第１の実施の形態）
本発明に係るカッタビット交換装置３０は、各スポーク部材２２の左右の側縁部に配置された掘削ビット２７，２７ａを交換するためのものである。

図３，図４に示すように、中心部材２１から半径方向に延びるスポーク部材２２は、スポーク本体３１とガイド部材３３と取付プレート３４とを具備し、スポーク本体３１は、中央部に半径方向に沿って所定間隔ごとに掘削ビット２８が取り付けられた正面部材３１ａと、正面部材３１ａから後方に突出された一対のリブ３１ｂにより形成され、リブ３１ｂの内周端側に切欠き部３１ｃが形成されてている。前記ガイド部材３３は、スポーク本体３１のリブ３１ｂの外周端側で接線方向に貫設された支持ピン３２により所定範囲で後方に傾動自在に支持され、掘削時には固定ボルト３７によりスポーク本体３１に固定されている。

前記ガイド部材３３は背面板３３ａと左右側板３３ｂからなる正面開放のチャンネル形断面で、左右側板３３ｂの外面に半径方向に沿うガイド溝３３ｃが形成されている。これら左右側板３３ｂの内周端側に連結ピン用長孔３３ｄが半径方向に形成されている。そして前記ガイド溝３３ｃには、それぞれ掘削ビット２７，２７ａを有する取付プレート３４がスライド自在に嵌合され、かつガイド溝３３ｃの内周端から抜き出し可能に構成されている。

スポーク本体３１の内周端側には、左右の取付プレート３４を連結固定する連結ピン３５が、リブ３１ｂの切欠き部３１ｃと連結ピン用長孔３３ｄとを貫通して設けられている。そして前記リブ３１ｂ間に収容配置されたビット収縮ジャッキ３６は、ジャッキ本体の端部が前記支持ピン３２に連結されるとともに、出力ロッドが連結ピン３５に連結されている。そして前記取付プレート３４には、半径方向に沿って複数の掘削ビット２７，２７ａが溶接や固定具により取付けられている。したがって、ビット収縮ジャッキ３６を伸縮させることにより、取付プレート３４をガイド溝３３ｃに沿って内周側にスライドさせて取付プレート３４の外周端に配置された外周掘削ビット２７ａを、スキンプレート１ａ前部のフードプレート１ｂの前方に対応する掘削位置から、フードプレート１ｂの内側の後退位置に後退させることができる。

また、チェーンブロックなどの牽引具を利用してガイド部材３３の内周側を後方の圧力室３に引き出すことにより、ガイド部材３３が支持ピン３２を中心に傾動され、ガイド部材３３の内周端側がマンホール１５を介して大気室４側に露出させることができる。そして連結ピン３５を取付プレート３４から外した後、取付プレート３４をガイド溝３３ｃに沿って内周側にスライドさせ、ガイド溝３３ｃの内周端から大気室４に抜き出すことができる。

これにより、大気室４内で、磨耗した掘削ビット２７，２７ａを有する使用済みの取付プレート３４を、新品の掘削ビット２７，２７ａを有する交換用取付プレート３４に交換したり、または最初は使用済みの取付プレート３４を予め用意された交換用取付プレート３４に交換し、次の取付プレート３４交換までに、使用済みの取付プレート３４から磨耗した掘削ビット２７，２７ａを外して新しい掘削ビット２７，２７ａを取り付けることで、この取付プレート３４を次の交換用に用いて交換することもできる。

上記実施の形態におけるビット交換作業を図５を参照して説明する。
１）シールド掘進機がビット交換地点に達すると、掘削を停止する。ビット収縮ジャッキ３６を進展させ取付プレート３４を内周側に引き込み、外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの内側まで後退させる［図５（ａ）］。

２）さらに固定スペーサ７を取外し、圧力隔壁２にビット交換用出退ジャッキ１６を取り付ける（あるいは予め設置されたビット交換用出退ジャッキ１６を使用する）。カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつフードプレート１ｂまたはカッタヘッド８に設けられた薬液注入管（図示せず）からカッタヘッド８の前部に凝固性充填剤を供給するとともに、圧力室３に可塑性充填剤に供給しつつ排土装置１４を駆動して圧力室３内の土砂を排出する。同時にビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を後退させる［図５（ｂ）］。

３）凝固用充填剤によりフードプレート１ｂ内に十分な厚みの止水壁Ｗが形成されると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、排土装置１４により圧力室３内の土砂および可塑性充填剤を排出する。そして交換作業を開始するスポーク部材２２が上部となる位置でカッタヘッドを停止させる。

４）マンホール１５を開放して圧力室３内やスポーク部材２２の洗浄を行う。固定ボルト３７を外してスポーク本体３１とガイド部材３３の結合を解除し、大気室４に設置した牽引具の索体をマンホール１５からガイド部材３３の内周端に連結する（図示せず）。そして牽引具により索体を引き込んでスポーク本体３１を残してガイド部材３３を支持ピン３２を中心に後方に傾動させ、ガイド部材３３の内周端をマンホール１５から大気室４に露出させる。この時、止水壁Ｗはスポーク本体３１により支持される［図５（ｃ）］。

５）連結ピン３５を取付プレート３４から外した後、取付プレート３４をガイド溝３３ｃに沿って内周端側に引出し、大気室４内に抜き出す［図５（ｄ）］。そしてたとえば予め準備された新設の掘削ビット２７，２７ａを有する取付プレート３４をガイド部材３３に装着して交換する。あるいは、大気室４内で取付プレート３４の掘削ビット２７，２７ａを交換する。

新たな掘削ビット２７，２７ａを取り付けた取付プレート３４をガイド溝３３を介してガイド部材３３に装着した後、ガイド部材３３の連結ピン３５を装着する。そして逆の手順でガイド部材３３を傾動させてスポーク本体３１に嵌合する元の位置に復帰させ、固定ボルト３７によりスポーク本体４１とガイド部材４３とを連結固定する。

６）カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を前進させ、止水壁Ｗを掘削して圧力室３に採り込み、排土装置１４により排出除去する。

７）カッタヘッド８が元の掘削位置に達すると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、固定スペーサ７を装着する。そしてビット収縮ジャッキ３６を進展して外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの前方まで突出させる。

上記実施の形態によれば、スポーク部材２２のスポーク本体３１を残してガイド部材３３を後方に傾斜させることで、スポーク本体３１により止水壁Ｗを支持させることができ、切羽崩壊土圧を効果的に保持することができ、安全に掘削ビットの交換作業を行うことができる。また後方に傾斜させたガイド部材３３から連結ピン３５を外し、取付プレート３４をスライドさせてマンホールから大気室４に抜き出すことにより、大気室４内で取付プレート３４の交換作業や取付プレート３４に対する掘削ビット２７，２７ａの交換作業を迅速かつ安全に実施することができる。

また、ビット交換用出退ジャッキ１６によりカッタヘッド８を後方に引き寄せつつカッタヘッド８の前面に凝固性充填剤を充填して、カッタヘッド８の前面に止水壁Ｗを形成するので、切羽の崩壊を確実に防止しつつ湧水の浸水を防止することができ、掘削ビット２７，２７ａの交換作業を安全に行うことができる。

（実施の形態２）
本発明に係るカッタビット交換装置４０は、各スポーク部材２２の中央部に配置された掘削ビット２８，２８ａを交換するためのものである。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図６〜図８に示すように、中心部材２１から半径方向に延びるスポーク部材２２には、スポーク本体４１とガイド部材４３と取付プレート４４とが具備されている。スポーク本体４１は、中央部に半径方向に沿うビッド装着空間４２が形成されて、ガイド部材４３が後方に傾動自在に配置されている。そしてスポーク本体４１の左右側縁部に掘削ビット２７，２７ａが取付けられている。ガイド部部材４３は、背面板部４３ａと、背面板部４３ａの前面に突出されて半径方向に伸びる左右一対のリブ４３ｂからなり、リブ４３ｂの対向面に半径方向に沿って形成されたガイド溝４３ｃに取付プレート４４がスライド可能に嵌合され、ガイド部材４３の内周端から離脱自在に構成されている。そして取付プレート４４の前面に複数の掘削ビッド２８，２８ａが半径方向に取付けられている。またスポーク本体４１とガイド部材４３とが固定ボルト４７により連結固定されている。

スポーク本体４１の外周端近傍には、リブ４３ｂを貫通してガイド部材４３を傾動自在に支持する支持ピン４５が接線方向に貫設されている。この支持ピン４５には、リブ４３ｂ間に収容されたビット収縮ジャッキ４６のジャッキ本体が連結支持され、ビット収縮ジャッキ４６の出力ロッドが取付プレート４４の内周側背面のブラケットに連結ピン４８を介して連結されている。したがって、ビット収縮ジャッキ４６を進展することにより、取付プレート４４をガイド溝４３ｃに沿って後退させて外周掘削ビット２８ａをフードプレート１ｂより内側に後退させることができる。

上記カッタビット交換装置４０のビット交換作業を図９を参照して説明する。
１）シールド掘進機がビット交換地点に達すると、カッタヘッド８を停止し掘削を停止する。ビット収縮ジャッキ４６を進展させて取付プレート４４を内周側に引き込み、外周掘削ビット２８ａをフードプレート１ｂの内側まで後退させる［図９（ａ）］。

２）固定スペーサ７を取外し、圧力隔壁２にビット交換用出退ジャッキ１６を取り付ける（あるいは予め設置されたビット交換用出退ジャッキ１６を使用する）。カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつフードプレート１ｂまたはカッタヘッド８に設けられた薬液注入管（図示せず）からカッタヘッド８の前面に凝固性充填剤を供給するとともに、圧力室３に可塑性充填剤に供給しつつ排土装置１４を駆動して圧力室３内の土砂を排出する。同時にビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を所定位置に後退させる［図９（ｂ）］。

３）凝固用充填剤によりフードプレート５ｂ内に十分な厚みの止水壁Ｗが形成されると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、排土装置１４により圧力室３内の土砂および可塑性充填剤を排出する。そして交換作業を開始するスポーク部材２２が上部となる位置でカッタヘッド８を停止させる。

４）マンホール１５を開放して、圧力室３内やスポーク部材２２の洗浄を行う。固定ボルト４７を外してスポーク本体４１とガイド部材４３とを分離し、大気室４に設置した牽引具の索体をマンホール１５からガイド部材４３の内周端に連結する。そして牽引具により索体を引き込んでガイド部材４３を支持ピン４５を中心に後方に傾動させ、傾斜姿勢としてガイド部材４３の内周端をマンホール１５から大気室４に露出させる［図９（ｃ）］。

５）取付プレート４４から連結ピン４８を外した後、取付プレート４４をガイド溝４３ｃに沿って内周端側に引出して大気室４内に抜き出す。そしてたとえば予め準備された新設の掘削ビット２８，２８ａを有する取付プレート４４をガイド部材４３に装着して交換し、連結ピン４８を装着した後、逆の手順でガイド部材４３を元の位置に復帰させ、固定ボルト４７によりスポーク本体４１とガイド部材４３とを連結固定する。

６）カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を前進させ、止水壁Ｗを掘削して圧力室３に採り込み、排土装置１４により排出除去する。

７）カッタヘッド８が元の掘削位置に達すると、カッタヘッド８とビット交換用出退ジャッキ１６を停止する。そして固定スペーサ７を装着する。次いでビット収縮ジャッキ３６を進展して取付プレート４４を外周側にスライドさせ外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの前方まで突出させる。

上記第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態のビット交換装置３０と同様の作用効果を奏することができる。
（第３の実施の形態）
このカッタビット交換装置５０は、ビット収縮ジャッキ５６をカッタヘッド８の後部に配置したものである。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

すなわち、図１０〜図１２に示すように、各スポーク部材２２の外周端の背面には支持脚９がそれぞれ連結されている。またスポーク部材２２は、スポーク本体５１の左右側面にそれぞれガイド部材５３を介して取付プレート５４がそれぞれ配設されている。前記ガイド部材５３は、外周端で後方に突設された支持ブラケット５３ａに半径方向の長穴が形成され、支持脚９の孔部と支持ブラケット５３ａの長孔とが接線方向の支持ピン５２を介して連結され、ガイド部材５３が半径方向に長孔の範囲で移動自在でかつ後方に傾動自在に支持されている。また前記ガイド部材５３の左右側面に半径方向に形成されたガイド溝５３ｂに取付プレート５４がスライド自在でかつ内周端から離脱可能に装着され、これら取付プレート５４に掘削ビット２７，２７ａがそれぞれ取付けられている。

前記支持脚９の前部から半径方向に延びる収納ボックス５５内にビット収縮ジャッキ５６が配設され、ビット収縮ジャッキ５６の出力端に連結ピン５７を介して連結された可動ブラケット５８がガイド部材５３に連結されるとともに、収納ボックス５５の内周側開口部にスライド自在に嵌合されている。

第３の実施の形態のカッタビット交換装置５０の交換作業を図１３を参照して説明する。
１）シールド掘進機がビット交換地点に達すると、カッタヘッド８を停止して掘削を停止する。そしてビット収縮ジャッキ５６を進展させてガイド部材５３および取付プレート５４を内周側に引き込み、外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの内側まで後退させる［図１３（ａ）］。
２）固定スペーサ７を取外し、圧力隔壁２にビット交換用出退ジャッキ１６を取り付ける（あるいは予め設置されたビット交換用出退ジャッキ１６を使用する）。カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつフードプレート１ｂまたはカッタヘッド８に設けられた薬液注入管（図示せず）からカッタヘッドの前面に凝固性充填剤を供給するとともに、圧力室３に可塑性充填剤に供給しつつ排土装置１４を駆動して圧力室３内の土砂を排出する。同時にビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を所定の交換位置に後退させる［図１３（ｂ）］。
３）凝固用充填剤によりフードプレート１ｂ内に十分な厚みの止水壁Ｗが形成されると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、排土装置１４により圧力室３内の土砂および可塑性充填剤を排出する。そして交換作業を開始するスポーク部材２２が上部となる位置でカッタヘッド８を停止させる。

４）マンホール１５を開放して、圧力室３内やスポーク部材２２の洗浄を行う。連結ピン５７と可動ブラケット５８を外してスポーク本体５１とガイド部材５３とを分離する［図１３（ｃ）］。大気室４に設置した牽引具の索体をマンホール１５からガイド部材５３の内周端に連結する。そして、牽引具により索体を引き込んでガイド部材５３を支持ピン５２を中心に後方に傾動させ、傾斜姿勢としてガイド部材５３の内周端をマンホール１５から大気室４に露出させる［図１３（ｄ）］。

５）追加ガイドプレート５９を設置した後、取付プレート５５をガイド部材５３のガイド溝５３ａから外周端を介して抜き出し、大気室４の追加ガイドプレート５９に移載して取外す［図１３（ｅ）］。そして使用済みの掘削ビット２７，２７ａを取付プレート５４から取り外し［図１３（ｆ）］、新たな掘削ビット２７，２７ａを取付プレート５４に装着して、再度取付プレート５４をガイド部材５３のガイド溝５３ａに装着し交換する。そして、逆の手順でガイド部材５３を前方に傾動させ元の位置に復帰させる。さらに連結ピン５７および可動ブラケット５８を装着する。

６）カッタ駆動装置１０によりカッタヘッド８を回転させつつビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁２およびカッタヘッド８を前進させ、止水壁Ｗを掘削して圧力室３に採り込み、排土装置１４により排出除去する。

７）カッタヘッド８が元の掘削位置に達すると、カッタヘッド８を停止するとともに、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、固定スペーサ７を装着する。そしてビット収縮ジャッキ５６を進展して外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの前方まで突出させる。

上記第３の実施の形態によれば、先の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
（第４の実施の形態）
先の実施の形態では、各ガイド部材３３，４３，５３をそれぞれ外周側に設けられた支持ピン３２，４５，５２を中心に傾動自在に設けたが、第４の実施の形態では、ガイド部材を内周側を中心に傾動自在に設けたものである。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、シールド本体１の前部には、切羽崩壊土圧を保持する圧力室３と、その後方の大気室４とを区画形成する圧力隔壁７１が設けられ、前記圧力隔壁７１には、シールド軸心Ｏ上に設けられた旋回軸受７２に回転軸７３を介してカッタヘッド８が回転自在に支持されている。カッタヘッド８を回転駆動するカッタ駆動装置７４は、大気室４側で回転軸７３に固定されたリングギヤ７４ａと、このリングギヤ７４ａに噛合された駆動ピニオン７４ｂと、前記駆動ピニオン７４ｂを回転駆動するカッタ駆動モータ７４ｃとで構成されている。また圧力隔壁７１の下部にスクリュ式排土装置１４が設けられ、圧力隔壁７１の上部には、開閉蓋１５ａにより開閉自在なマンホール１５が形成されている。
カッタヘッド８は、中心部材２１から所定角度（図では１２０°）ごとに半径方向に伸びる複数（図では３本）のスポーク部材２２と、スポーク部材２２との間に土砂採り入れ口２４を形成する扇形部材２５とを具備している。

本発明に係るカッタビット交換装置６０は、図１５〜図１７に示すように、前面中央部に掘削ビット２８を有する正面部材６１ａと一対のリブ６１ｂからなるスポーク本体６１の背面側に、チャンネル形断面のガイド部材６３が外嵌配置され、このガイド部材６３は内周端側に接線方向の支持ピン６２を介して後方に傾動自在に支持されている。このガイド部材６３の左右側面に形成された半径方向のガイド溝６３ａにそれぞれ取付プレート６４がスライド自在でかつ外周端から離脱自在に配設され、取付プレート６４に複数の切削ビット２７，２７ａが取付けられている。

前記スポーク本体６１にはビット収縮ジャッキ６５が内装されており、ビット収縮ジャッキ６５は、ジャッキ本体が支持ピン６２に連結され、出力ロッドが取付プレート６４に連結された連結ピン６６に連結されている。また掘削時にはスポーク本体６１のリブとガイド部材６３が固定ボルト６７により連結固定されている。

上記構成におけるカッタビットの交換作業を説明する。
１）シールド掘進機がビット交換地点に達すると、カッタヘッド８を停止し掘削を停止する。ビット収縮ジャッキ６５を収縮させ連結ピン６６を介して取付プレート６４を内周側に引き込み、外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの内側まで後退させる。

２）固定スペーサ７を取外し、圧力隔壁７１にビット交換用出退ジャッキ１６を取り付ける（あるいは予め設置されたビット交換用出退ジャッキ１６を使用する）。カッタ駆動装置７４によりカッタヘッド８を回転させつつフードプレート１ｂまたはカッタヘッド８に設けられた薬液注入管（図示せず）からカッタヘッドの前面に凝固性充填剤を供給するとともに、圧力室３に可塑性充填剤に供給し、排土装置１４を駆動して圧力室３内の土砂を排出する。同時にビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁７１およびカッタヘッド８を所定の交換位置に後退させる。

３）凝固用充填剤によりフードプレート１ｂ内に十分な厚みの止水壁Ｗが形成されると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、排土装置１４により圧力室３内の土砂および可塑性充填剤を排出する。そして交換作業を開始するスポーク部材２２が上部となる位置でカッタヘッド８を停止させる。

４）マンホール１５を開放して、圧力室３内やスポーク部材２２の洗浄を行う。固定ボルト６７を外してスポーク本体６１とガイド部材６３を分離し、大気室４に設置した牽引具の索体をマンホール１５からガイド部材６３の内周端に連結する。そして牽引具により索体を引き込んでガイド部材６３を支持ピン６２を中心に後方に傾動させ、傾斜姿勢としてガイド部材６３の外周端をマンホール１５から大気室４に露出させる（図１７）。

５）連結ピン６６を外した後、取付プレート６４をガイド部材６３のガイド溝６３ａから外周端を介して大気室４内に抜き出す。そしてたとえば予め準備されて新設の掘削ビット２７，２７ａを有する取付プレート６４をガイド部材６３に装着して交換し、連結ピン６６を装着した後、逆の手順でガイド部材６３を元の位置に復帰させ、固定ボルト６７によりスポーク本体６１とガイド部材６３とを連結固定する。

６）カッタ駆動装置７４によりカッタヘッド８を回転させつつビット交換用出退ジャッキ１６を作動して圧力隔壁７１およびカッタヘッド８を前進させ、止水壁Ｗを掘削して圧力室３に採り込み、排土装置１４により排出除去する。

７）カッタヘッド８が元の掘削位置に達すると、ビット交換用出退ジャッキ１６を停止し、固定スペーサ７を装着する。そしてビット収縮ジャッキ６５を収縮して外周掘削ビット２７ａをフードプレート１ｂの前方まで突出させる。

上記実施の形態によれば、スポーク本体６１を元の位置に残したまま、ガイド部材６３を内周側に配置した支持ピン６２を中心に回動させることにより、外周端に支持ピンを介してガイド部材を設けた先の実施の形態と同様に、カッタビットの交換作業を行うことができ、同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記各実施の形態では、止水壁Ｗを形成したが、カッタヘッド８の前面の切羽地盤の土質によっては、カッタヘッド８および圧力隔壁７１を後退して止水壁Ｗを形成することなく、カッタビットの交換作業を行うことができる。

本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換装置の第１の実施の形態を示し、シールド掘進機の縦断面図である。 同シールド掘進機のカッタヘッドの正面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ同カッタヘッドのスポーク部材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図３（ａ）に示すＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれカッタビットの交換作業を示すシールド掘進機の側面部分断面図である。 本発明に係るカッタビット交換装置の第２の実施の形態を示し、カッタヘッドの正面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ同カッタヘッドのスポーク部材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図７（ａ）に示すＣ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれカッタビットの交換作業を示すシールド掘進機の側面部分断面図である。 本発明に係るカッタビット交換装置の第２の実施の形態を示し、シールド掘進機の縦断面図である。 同カッタヘッドのスポーク部材を示す側面部分断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図１１に示すＥ−Ｅ断面図、Ｆ−Ｆ断面図である。 （ａ）〜（ｆ）はそれぞれカッタビットの交換作業を示すシールド掘進機の側面部分断面図である。 本発明に係るカッタビット交換装置の第４の実施の形態を示すシールド掘進機の縦断面図である。 同カッタビット交換装置におけるカッタビット交換作業を示すシールド掘進機の縦断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ同カッタヘッドのスポーク部材を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ図１６（ａ）に示すＧ−Ｇ断面図、Ｈ−Ｈ断面図である。

符号の説明

Ｏ シールド軸心
１ シールド本体
１ｂ フードフレート
２，７１ 圧力隔壁
３ 圧力室
４ 大気室
６，７２ 旋回軸受
７ 固定スペーサ
８ カッタヘッド
１０，７４ カッタ駆動装置
１４ スクリュ式排土装置
１５ マンホール
１６ ビット交換用出退ジャッキ
２２ スポーク部材
２７，２８ 掘削ビット
２７ａ，２８ａ 外周掘削ビット
３０，４０，５０，６０ カッタビット交換装置
３１，４１，５１，６１ スポーク本体
３２，４５，５２，６２ 支持ピン
３３，４３，５３，６３ ガイド部材
３４，４４，５４，６４ 取付プレート
３５，４８，５７，６６ 連結ピン
３６，４６，５６，６５ ビット収縮ジャッキ
３７，４７，６７ 固定ボルト

Claims (6)

1. シールド本体に、前部に圧力室を形成するとともに後部に大気室を形成する圧力隔壁を設け、前記圧力隔壁の前部にカッタヘッドを回転自在に配置したシールド掘進機において、
   前記カッタヘッドを構成するスポーク部材のスポーク本体に、一端部が傾動自在に支持されたガイド部材を設けるとともに、前記ガイド部材に長さ方向にスライド自在でかつ他端側から挿脱自在で掘削ビットが取り付けられた取付プレートを設け、
   前記圧力隔壁に、前記スポーク本体を残して後方に傾斜された前記ガイド部材の他端側から取付プレートを大気室側に抜き出し可能なマンホールを設けた
   シールド掘進機のカッタビット交換装置。
2. スポーク本体の両側に沿ってガイド部材を設けた
   請求項１記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置。
3. スポーク本体の正面に沿ってガイド部材を設けた
   請求項１記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置。
4. 取付プレートを内周端側にスライドして外周掘削ビットをシールド本体のフードプレートより内周側に後退させるビット収縮ジャッキを設け、
   少なくともカッタヘッドを後方に引き寄せて、カッタヘッド前部でシールド本体のフードプレート内に充填剤により止水壁を形成可能なカッタヘッド出退機構を設けた
   請求項１乃至３のいずれかに記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置。
5. 請求項１記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置を使用して掘削ビットの交換を行うに際し、
   ガイド部材を圧力隔壁側に傾動させ、取付プレートをスライドさせて前記ガイド部材からマンホールを介して大気室に抜き出し、前記取付プレートの掘削ビットを交換するか、または新たな掘削ビット付き取付プレートと交換する
   シールド掘進機のカッタビット交換方法。
6. 請求項４記載のシールド掘進機のカッタビット交換装置を使用して掘削ビットの交換を行うに際し、
   カッタヘッドの引き寄せ時に、カッタヘッドを回転させつつ充填剤によりカッタヘッド前面のフードプレート内に止水壁を形成し、
   ビットの交換後に、カッタヘッドを前方に押出して前記止水壁を掘削除去する
   シールド掘進機のカッタビット交換方法。
   
   
   
   
   
   
   
   

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