JP4252504B2 - トンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクカッタや先行ビット、カッタビットなどのカッタ類を機内より交換可能としたトンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法に関する。

一般的なトンネル掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにディスクカッタやカッタビットなどのカッタ類が多数取り付けられる一方、掘削機本体の後部には当該掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキが装着されると共にトンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着される。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させることで、既設セグメントから掘削反力を得て掘削機本体が前進すると共にカッタヘッドが前方の地盤を掘削し、トンネルが築造される。

近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、このため、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットなどが摩耗してしまう。これらのカッタ類が摩耗すると地盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止して摩耗したカッタ類を交換しなければならない。ところが、このカッタ類の交換作業にあたっては、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出した後この空間内に空気を供給して圧気する（他の方法として薬注や凍結による地盤改良等がある）ことで、切羽の崩落を抑制し、この状態下で作業者が圧気空間内に入ってカッタ類の交換作業を行っていた。

そのため、カッタ交換作業に長時間を要してしまい、また、作業者の安全性を十分考慮しなければならず、特に、ディスクカッタは重量物であるために交換時の搬送作業は困難を極め、交換作業の作業効率が良くなかった。そこで、作業者が切羽側やチャンバに出ることなく、機内から摩耗したディスクカッタやカッタビットを新しいものと交換可能としたものが、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたトンネル掘削機は、カッタヘッドに設けたガイドレールにカッタ類が装着された移動ブロックを移動自在に支持すると共に、このガイドレールの端部にカッタ収納箱を連結し、摩耗したカッタ類を前記カッタ収納箱内に引き込んで別のカッタ類と交換するようにしたものである。

特許第３３８９１５５号公報

ところで、一般的なトンネル掘削機において、カッタヘッドには複数本のカッタスポークが放射状に配設され、各カッタスポークにディスクカッタやカッタビットなどが装着されている。従って、このようなトンネル掘削機に上述した特許文献１に記載されたカッタ交換手法を適用した場合、カッタ交換作業時に、交換が必要なカッタ類が装着されたカッタスポーク（厳密にはガイドレール）の端部にカッタ収納箱を連結してから、カッタ類をカッタスポークからカッタ収納箱内に引き込んで交換することになる。そのため、複数本のカッタスポークのカッタ類を交換する場合には、カッタスポーク（厳密にはガイドレール）に対するカッタ収納箱の取外し作業及び取付け作業が複数回必要となり、作業が煩雑となり面倒なものとなると共に作業時間が長くなってしまい作業効率が良いとは言えない。また、全てのカッタスポークにおけるカッタ交換はできず、一部のカッタスポークにおけるカッタ交換に限られるトンネル掘削機も有り、このようなものにあっては、複数回交換に対するカッタ掘削の信頼性（マシン新品時に対する信頼性）が、全てのカッタスポークにおけるカッタ交換が可能なものと比べると、低い。

本発明はこのような問題を解決するものであって、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上と複数回交換に対するカッタ掘削の信頼性の向上を図ると共に装置の簡素化を図ったトンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて円筒形状をなす支持筒の外周面から複数本のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドと、前記各カッタスポークに移動自在に支持されたカッタと、前記支持筒内に周方向回転自在に支持されて該支持筒と前記カッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒と、該回転筒の連通口を開閉自在な開閉手段と、前記回転筒内に設置されて前記カッタに接続されるロッドを繰り返し掴み直して当該回転筒に対し引き込み及び押し出し可能なロッド把持装置と、を具えたことを特徴とする。

請求項２の発明のトンネル掘削機は、前記ロッド把持装置は、アクチュエータによりカッタの移動方向に移動可能な可動ロッドホルダと位置固定の固定ロッドホルダとを有し、これらを交互に作動させつつ可動ロッドホルダを繰り返し往復移動させることにより、カッタを回転筒に対し引き込み及び押し出し可能になっていることを特徴とする。

請求項３の発明のトンネル掘削機は、前記可動ロッドホルダと固定ロッドホルダはそれぞれ横向きに対向するように対で設けられることを特徴とする。

請求項４の発明のトンネル掘削機は、前記可動ロッドホルダと固定ロッドホルダとは同一平面上にクロスして配置されていることを特徴とする。

請求項５の発明のトンネル掘削機は、前記ロッドは鍔付きであり、かつ複数本に亙って継ぎ足し可能になっていることを特徴とする。

請求項６の発明のトンネル掘削機は、前記各カッタスポークの背面に土砂取込み用の開口部を設けたことを特徴とする。

請求項７の発明のトンネル掘削機のカッタ交換方法は、掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着され、該カッタヘッドの中心部に円筒形状をなすカッタ交換室が設けられると共に、該カッタ交換室に連結するように複数本のカッタスポークが放射状に設けられ、該複数本のカッタスポークにカッタが移動自在に支持され、前記カッタ交換室に前記カッタスポークと連通可能な連通口を有する回転筒が周方向回転自在に支持されると共に、該連通口を開閉自在な開閉手段が設けられるトンネル掘削機であって、前記回転筒を回転して前記連通口を前記カッタスポークのいずれか一つに対向した状態で、前記開閉手段により該連通口を開閉して前記カッタスポークに装着されたカッタを前記カッタ交換室内に設置したロッド把持装置にて前記カッタに接続されるロッドを繰り返し掴み直して移動させ、前記カッタスポークから取り外すと共に、別のカッタを該カッタ交換室から前記カッタスポークに移動して取り付けた後、前記回転筒を所定角度回転して前記連通口を別のカッタスポークに対向し、前述したカッタの取外し及び取付けを繰り返し行うことを特徴とする。

請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの支持筒内を回転筒により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができると共に、ロッド把持装置をカッタ交換室内にコンパクトに設置することができるので、構造の簡素化を図ることができると共に、カッタ交換作業時に別途カッタ交換室の取付け作業及び取外し作業を不要として、全てのカッタスポーク部に取り付けられたカッタ類を容易に短時間で交換することが可能となり、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上と複数回交換に対するカッタ掘削の信頼性の向上を図ることができる。

請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、アクチュエータの長尺化等を回避できるので、ロッド把持装置のコンパクトが図れる。

請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、ロッドを確実に把持することができる。

請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、ロッド把持装置の更なるコンパクト化が図れる。

請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、鍔付きによりロッドの押し引きが確実に行なえると共に継ぎ足し可能であるためロッドの汎用性が高まる。

請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、掘削時に掘削土砂が開口部よりカッタヘッド後方のチャンバ内に円滑に取り込まれ、カッタ交換時にはカッタスポーク内に掘削土砂が滞留していないので、カッタスポーク内でのカッタ引き込み及びカッタ押し出しが円滑に行なえる。

請求項７の発明のトンネル掘削機のカッタ交換方法によれば、カッタヘッドの支持筒内を回転筒により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができると共に、ロッド把持装置をカッタ交換室内にコンパクトに設置することができるので、構造の簡素化を図ることができると共に、カッタ交換作業時に別途カッタ交換室の取付け作業及び取外し作業を不要として、異なる位置のカッタスポークに取付けられたカッタ類を容易に短時間で交換することができ、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ることができる。

以下、本発明に係るトンネル掘削機及びトンネル掘削機のカッタ交換方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の側断面図、図２は同じく正面図、図３はカッタヘッドの背断面図、図４はカッタヘッドの背面図、図５は通常掘削時のカッタヘッドの背断面図、図６はカッタ交換室旋回時のカッタヘッドの背断面図、図７はカッタスポークの断面図、図８はゲートの説明図、図９はロッド把持装置の構造説明図、図１０はロッド把持装置の動作を示す原理説明図、図１１はカッタ交換（引込み）手順を示す工程図、図１２はカッタ交換（引込み）手順を示す工程図、図１３はカッタ交換（引込み）手順を示す工程図である。

図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、前部にカッタヘッド１２が回転自在に支持されている。このカッタヘッド１２はその回転リング１３部において掘削機本体１１の前部にリングギア付軸受３５により回転自在に支持されており、この回転リング１３の前端部には支持部材１５を介してドラム形状（円筒形状）をなす支持筒１６が固定されている。この支持筒１６の外周面には、この支持筒１６の中心から放射状にそれぞれ延びた複数本（図示例では４本）のカッタスポーク１７が周方向ほぼ等間隔で連結される。

図３及び図４と図７に示すように、各カッタスポーク１７は断面が前向きコ字形状をなし、支持筒１６の外周面に形成された開口部１８を介してこの支持筒１６内に連通している。そして、各カッタスポーク１７の両側壁面の内側には左右一対のガイドレール１９が取り付けられ、各ガイドレール１９に複数個（図示例では３個）のスライダ２０がスポーク長手方向に移動自在に支持されており、各スライダ２０にホルダ２１を介してディスクカッタ２２が回転自在に装着されている。図示例では、図中上下方向のカッタスポーク１７においては、三つのディスクカッタ２２のうちの真ん中のものはダミーカッタ２２ａとなり、図中左右方向のカッタスポーク１７においては、三つのディスクカッタ２２のうちの最も内側のものがダミーカッタ２２ａとなっている。また、各カッタスポーク１７の背面には、ディスクカッタ２２に対応した位置において、掘削土砂取込み用の開口部１４がそれぞれ形成されている。

各カッタスポーク１７内の三つのスライダ２０は鍔付きの連結ロッド２３でそれぞれ切り離し可能に連結されると共に、最も内側のスライダ２０の内面中央には同じく鍔付きの引込ロッド２４がねじ結合されている。図示例では、上下方向のカッタスポーク１７内の最も外側のスライダ２０の外面中央にダミーロッド２５がその雌ねじ穴を介してボルト結合されている。また、連結ロッド２３はその雌ねじ穴を介してそれぞれ内側に位置する直近のスライダ２０とボルト結合される。また引込ロッド２４の内方端面にも雌ねじ穴が形成される。

そして、前記連結ロッド２３及び引込ロッド２４の雌ねじ穴には、後述するカッタ交換時に分割ロッド２６の雄ねじがねじ込まれ、各種ロッド２３，２４に分割ロッド２６が継ぎ足し可能になっている。分割ロッド２６の雄ねじと反対側の端面には雌ねじ穴が形成され、この雌ねじ穴を介して複数個の分割ロッド２６がタンデムに継ぎ足し可能になっている。図示例では、上方のカッタスポーク１７内のスライダ２０における引込ロッド２４には、既に分割ロッド２６が１個継ぎ足されている。

図２に示すように、各カッタスポーク１７の両側部に複数のカッタビット２７がその長手方向に沿って固定されている。また、各カッタスポーク１７間に配置された面板２８には特殊先行ビット２９，保護ビット３０，外周側面保護ビット３１及び最外周特殊先行ビット３２等の各種ビットが固定されると共に、点対称位置の一対の面板２８間には前記支持筒１６の前方に位置してフィッシュテールカッタ３３が固定されている。尚、図１中３４はオーバーカッタである。

図１に示すように、回転リング１３の後部にはリングギア付軸受３５が固定される一方、掘削機本体１１には複数のカッタ旋回モータ３６が取り付けられており、このカッタ旋回モータ３６の駆動ギア３７が前記リングギア付軸受３５のギア部に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ３６を駆動して駆動ギア３７を回転駆動すると、リングギア３５を介してカッタヘッド１２を回転することができる。

そして、本実施例では、各カッタスポーク１７に装着された複数のディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを、カッタヘッド１２の支持筒１６内をカッタ交換室として利用することで、機内側から交換可能となっている。

即ち、図１乃至図４に示すように、カッタ交換室としての支持筒１６に支持される後述する回転筒４０は、後部の支持板４０ａの中央部に掘削機本体１１内と連通する作業口４１が形成され、作業扉４２により開閉可能となっている。そして、前記回転筒４０は、支持筒１６の内周面に周方向に沿って回転自在に支持されており、この回転筒４０には、支持筒１６と各カッタスポーク１７とを連通する連通口４３が形成される。

図８に示すように、回転筒４０の連通口４３は、支持筒１６の各開口部１８とほぼ同形状で同様の大きさをなし、スライダ２０に装着されたカッタディスク２２及びダミーカッタ２２ａを挿通可能となっている。そして、回転筒４０の内周面には、連通口４３に対応して円弧状をなす左右一対のゲート（開閉手段）４４ａ，４４ｂがガイド４５ａ，４５ｂによりそれぞれ周方向に沿って移動自在に支持され、ゲート４４ａ，４４ｂの内周面に沿って敷設された開閉用ギア４６ａ，４６ｂに噛み合うピニオン４７ａ，４７ｂを回転駆動するゲート開閉用モータ４８ａ，４８ｂにより移動可能となっている。

前記左右のゲート４４ａ，４４ｂは、各対向面に前述した連結ロッド２３，引込ロッド２４，ダミーロッド２５及び分割ロッド２６に嵌合する円弧状の凹部４９ａ，４９ｂがそれぞれ形成されており、各ゲート４４ａ，４４ｂが各ロッド２３〜２６に隙間なく嵌合して挟持することで、連通口４３及び開口部１８を液密に閉止するようになっている。

なお、回転筒４０の連通口４３が位置するカッタスポーク１７におけるスライダ２０の引込ロッド２４には分割ロッド２６が予め１個継ぎ足され、この分割ロッド２６に各ゲート４４ａ，４４ｂが嵌合して当該分割ロッド２６の雌ねじ穴部が回転筒４０内に露出しているが、他の３本のカッタスポーク１７におけるスライダ２０の引込ロッド２４には分割ロッド２６が継ぎ足されず、回転筒４０の外側に位置して当該回転筒４０との干渉が防止されている（図３参照）。

また、回転筒４０の支持板４０ａには操作ロッド５０が長手方向移動自在であると共に球面軸受５１により揺動自在に装着されており、基端部が機内側に位置し、先端部が回転筒４０内に位置して閉止部材５２が固定されている（図１参照）。この閉止部材５２は、カッタスポーク１７からディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａが全て取り外された後に、各ゲート４４ａ，４４ｂが連通口４３を閉止したときに各凹部４９ａ，４９ｂにより形成された開口を液密に閉止するためのものである。

そして、回転筒４０の後端部には回転用ギア５３が固定される一方、掘削機本体１１には回転用モータ５４が取り付けられており、この回転用モータ５４の駆動ギア５５が前記回転用ギア５３に噛み合っている。従って、回転用モータ５４を駆動して駆動ギア５５を回転駆動すると、回転用ギア５３を介して回転筒４０を回転することができる（図１参照）。

図５に示すように、トンネル掘削機の通常掘削時は、上下方向のカッタスポーク１７における分割ロッド２６と引込ロッド２４は、キリンジャッキ５６と回転筒４０を液密に貫通するプッシュロッド５７により互いに離間する方向に突っ張り力が付与されてスライダ２０等のガタツキが抑えられている。一方、左右方向のカッタスポーク１７における最も内側の二つのスライダ２０は、キリンジャッキ５６と回転筒４０を液密に貫通する二つのプッシュロッド５７により互いに離間する方向に突っ張り力が付与されてそれらのガタツキが抑えられている。尚、キリンジャッキ５６は、両端ねじ切りのロッドの回転によりロッドの両端部に螺合したナット部材が互いに接近又は離反するものである。

一方、回転筒４０の旋回時は、図６に示すように、二本のキリンジャッキ５６は取り外されて、下方向のカッタスポーク１７におけるプッシュロッド５７と同様に、左右方向のカッタスポーク１７におけるプッシュロッド５７は回転筒４０内に引き込まれて固定ライナ５８により保持されるようになっている。また、これと前後して支持筒１６の外周に各カッタスポーク１７に対応して取り付けたストッパジャッキ８０（図１参照）が伸び出して最も内側の各スライダ２０に係合し、それらの内方への飛び出しを抑えるようになっている。また、通常掘削時に限らず回転筒４０の非旋回時は、回転筒４０の４つの固定位置にて支持筒１６に対しピン８１結合し得るようになっている（図３参照）。

そして、カッタ交換時には、回転筒４０内にロッド把持装置６０が設置される。このロッド把持装置６０は、図８及び図９に示すように、連通口４３に対向する回転筒４０の内周面に架台６１を介して上向きに取り付けられた左右一対の油圧ジャッキ（アクチュエータ）６２と、該油圧ジャッキ６２のピストンロッド先端にピン結合された四角枠状のフレーム６３と、このフレーム６３に横向きに対向配設された左右一対の油圧式可動ロッドホルダ（チャック）６４と、前記架台６１上に横架された取付台６５と、該取付台６５上に横向きに対向配設された前後一対の油圧式固定ロッドホルダ（チャック）６６とを有する。

前記固定ロッドホルダ６６は、フレーム６３の下方に収容されるようにして、可動ロッドホルダ６４と略同一平面上にクロスして配置される。そして、可動ロッドホルダ６４と固定ロッドホルダ６６のピストン端面はそれぞれ円弧状面に形成され、分割ロッド２６等の外周面に密着し得るようになっている。

従って、このロッド把持装置６０は、図１０に示す（１）〜（５）の工程を繰り返すことで、ディスクカッタ２２をカッタ交換室である支持筒１６内に引き込むことができる。即ち、図１０はロッド把持装置６０の動作の原理説明図であり、（１）の工程は、可動ロッドホルダ６４で最下段の分割ロッド２６を把持している状態である。この状態から、（２）の工程のように、図示しない固定ロッドホルダ６６で分割ロッド２６を把持し、可動ロッドホルダ６４を開放する。次に、（３）の工程のように、油圧ジャッキ６２を伸長させて可動ロッドホルダ６４を次の分割ロッド２６まで押し出す。次に、（４）の工程のように、可動ロッドホルダ６４で次の分割ロッド２６を把持し、固定ロッドホルダ６６を開放する。次に、（５）の工程のように、可動ロッドホルダ６４で分割ロッド２６を把持したまま油圧ジャッキ６２を収縮して分割ロッド２６を引き込む。以後、これを繰り返すのである。

なお、図示しないが、支持筒１６と回転筒４０との摺動部（開口部１８の周囲）、回転筒４０とゲート４４ａ，４４ｂとの摺動部（連通口４３の周囲）、左右のゲート４４ａ，４４ｂの対向面及び凹部４９ａ，４９ｂにはシール部材が装着され、内部への止水処理が施されている。

掘削機本体１１の前部には、カッタヘッド１２の後方に位置してバルクヘッド６７が取り付けられ、カッタヘッド１２とこのバルクヘッド６７との間にチャンバ６８が形成されており、カッタヘッド１２には後方に向けて複数の攪拌棒６９が固定されている。そして、掘削機本体１１内にはスクリューコンベヤ７０が前傾した状態で配設され、前端部がバルクヘッド６７を貫通してチャンバ６８内に開口している。

また、掘削機本体１１の後部内周面には周方向に沿って図示しないシールドジャッキ（推進ジャッキ）が複数並設されており、このシールドジャッキを後方に伸長してスプレッダを既設セグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。更に、掘削機本体１１の後部にはトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組み立てる図示しないエレクタ装置が設けられている。

ここで、本実施例のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにディスクカッタ２２等の交換作業について説明する。

トンネルを掘削形成するには、図１及び図２に示すように、カッタ旋回モータ３６によってカッタヘッド１２を回転しながら、複数のシールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、カッタヘッド１２に装着された多数のディスクカッタ２２、カッタビット２７等が前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。そして、カッタヘッド１２の地盤掘削により発生した土砂は、カッタヘッド１２の開口部からチャンバ６８内に取り込まれ、スクリューコンベヤ７０によって外部に排出される。一方、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを挿入し、順次このセグメントをリング状に組み付けることで所定長さのトンネルを継続して構築していく。

このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ２２が摩耗して掘削能率が低下したときには、新しいものと交換する必要がある。ディスクカッタ２２の交換作業を行う場合、カッタヘッド１２の旋回及び掘削機本体１１の前進を停止した状態でカッタ交換作業を行う。

前記カッタ交換作業を図１１乃至図１３に示したカッタ引き込み手順に基づいて説明する。
先ず、（１）の工程のように、支持筒１６の作業扉４２を開けて作業口４１より機内から回転筒４０内にゲート４４ａ，４４ｂを閉めた状態でロッド把持装置６０を搬入して設置した後、回転筒４０を旋回してその開口部１８をディスクカッタ２２の交換が必要とされるカッタスポーク１７に通じる連通口４３に一致させる。この後、引込ロッド２４にゲート４４ａ，４４ｂで嵌合された１個の分割ロッド２６を接合し、その後所定数（図示例では４個）の分割ロッド２６を継ぎ足してから作業扉４２を閉める。

次に、（２）の工程のように、ゲート４４ａ，４４ｂを開けると共に、油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により最上位の分割ロッド２６を把持する。次に、（３）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、引込ロッド２４及び連結ロッド２３で連結されたダミーカッタ２２ａ及びディスクカッタ２２が油圧ジャッキ６２の１ストローク分回転筒４０側に引き寄せられる。これを、前述した固定ロッドホルダ６６と協動して数回繰り返す（図１０参照）。

次に、（４）の工程のように、油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により分割ロッド２６を盛り換えて把持した後、（５）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、ダミーカッタ２２ａの回転筒４０内への引き込みが完了し、その後ゲート４４ａ，４４ｂを閉める。

次に、（６）の工程のように、作業扉４２を開けて作業口４１より、ダミーカッタ２２ａを取り外して図示しないチェーンブロック等により、回転筒４０外へ搬出した後、連結ロッド２３に所定数（４個）の分割ロッド２６を付け替えて（継ぎ足して）から油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により分割ロッド２６を把持する。その後作業扉４２を閉めてゲート４４ａ，４４ｂを開けてから、（７）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、連結ロッド２３で連結された二つのディスクカッタ２２が油圧ジャッキ６２の１ストローク分回転筒４０側に引き寄せられる。

次に、（８）の工程のように、油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により分割ロッド２６を盛り換えて把持した後、（９）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込む。これを、前述した固定ロッドホルダ６６と協動して数回繰り返す（図１０参照）。

次に、（１０）の工程のように、油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により分割ロッド２６を盛り換えて把持した後、（１１）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、一つ目のディスクカッタ２２の回転筒４０内への引き込みが完了し、その後ゲート４４ａ，４４ｂを閉める。

次に、（１２）の工程のように、作業扉４２を開けて作業口４１より、一つ目のディスクカッタ２２を取り外して図示しないチェーンブロック等により、回転筒４０外へ搬出した後、連結ロッド２３に所定数（４個）の分割ロッド２６を付け替えて（継ぎ足して）から油圧ジャッキ６２を伸ばして可動ロッドホルダ６４により分割ロッド２６を把持する。その後作業扉４２を閉めてゲート４４ａ，４４ｂを開けてから、（１３）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、二つ目のディスクカッタ２２が油圧ジャッキ６２の１ストローク分回転筒４０側に引き寄せられる。

次に、（１４）の工程〜（１６）の工程のように、前述した（８）の工程〜（１０）の工程と同様の工程を経ると、（１７）の工程のように、油圧ジャッキ６２を縮めて分割ロッド２６を引き込むと、二つ目のディスクカッタ２２の回転筒４０内への引き込みが完了し、その後ゲート４４ａ，４４ｂを閉める。

最後に、（１８）の工程のように、作業扉４２を開けて作業口４１より、二つ目のディスクカッタ２２を取り外して図示しないチェーンブロック等により、回転筒４０外へ搬出
すれば、カッタ引き込み手順が終了する。この際、ゲート４４ａ，４４ｂの円弧状の凹部４９ａ，４９ｂは閉止部材５２により液密に閉止されている。

この後、摩耗していない新しいカッタ類を、前述したカッタ引き込み手順と逆の手順であるカッタ押し出し手順によりカッタスポーク１７に取り付ければ、カッタ交換作業が終了する。また、必要に応じて、回転筒４０を旋回し、別のカッタスポーク１７のカッタ交換作業を同様の手順で行なう。

このように本実施例のトンネル掘削機にあっては、掘削機本体１１の前部にカッタヘッド１２を駆動回転自在に装着し、このカッタヘッド１２の中心部にカッタ交換室としての円筒形状の支持筒１６を設けると共に、この支持筒１６に放射状に４本のカッタスポーク１７を連結し、該カッタスポーク１７内に相互に各種ロッド２３〜２６で連結されたディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを移動自在に支持し、さらに前記支持筒１６内にカッタスポーク１７と連通可能な連通口４３及びそのゲート４４ａ，４４ｂを有する回転筒４０を回転自在に支持し、この回転筒４０内に前記各種ロッド２３〜２６を介してディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを繰り返し回転筒４０に対し引き込み及び押し出し可能なロッド把持装置６０を設けている。

従って、カッタヘッド１２の支持筒１６内を回転筒４０により密閉状態とすることでカッタ交換室として利用することができ、ディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａの交換作業時に、別途交換用の部屋を装着したり外したりする必要はなく、構造の簡素化を図ることができると共に、回転筒４０を回転して連通口４３の位置を変更することで、４本のカッタスポーク１７全てに支持された複数のディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを容易に短時間で交換することが可能となり、カッタ交換作業の作業性及び安全性の向上を図ることができる。

また、ロッド把持装置６０は、可動ロッドホルダ６４と固定ロッドホルダ６６とを有し、これらを交互に作動させつつ可動ロッドホルダ６４を繰り返し往復移動させることにより、ディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを回転筒４０に対し引き込み及び押し出し可能になっているので、可動ロッドホルダ６４における油圧ジャッキ６２は短ストロークで済み、装置全体を回転筒４０内にコンパクトに設置することができ、その取扱いも容易である。

また、前記可動ロッドホルダ６４と固定ロッドホルダ６６はそれぞれ横向きに対向するように対で設けられると共に、同一平面上にクロスして配置されているので、ロッド把持装置６０の更なるコンパクト化が図れる。また、前記各種ロッド２３〜２６は鍔付きであり、かつ互いにねじ結合により継ぎ足し可能になっているので、鍔付きにより各種ロッド２３〜２６の押し引きが確実に行なえると共に継ぎ足し可能であるため各種ロッド２３〜２６の汎用性が高まる。また、左右のゲート４４ａ，４４ｂの各対向面に凹部４９ａ，４９ｂを形成し、このゲート４４ａ，４４ｂが分割ロッド２６を隙間なく挟持することで連通口４３を閉止可能とすると共に、凹部４９ａ，４９ｂにより形成された開口を閉止する閉止部材４２を設けているので、常時、機内への止水を確実に行うことができる。また、各カッタスポーク１７の背面に土砂取込み用の開口部１４を設けたので、掘削時に掘削土砂が開口部１４よりカッタヘッド１２後方のチャンバ６８内に円滑に取り込まれ、カッタ交換時にはカッタスポーク１７内に掘削土砂が滞留していないので、カッタスポーク１７内でのディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａの引き込み及び押し出しが円滑に行なえる。

尚、上記実施例においては、連結ロッド２３，引込ロッド２４，ダミーロッド２５及び分割ロッド２６は、ねじ結合により連結（継ぎ足し）可能としたが、ピン結合やその他の方法で連結（継ぎ足し）可能としても良い。また、ロッド把持装置６０の可動ロッドホルダ６４と固定ロッドホルダ６６は同一平面上にクロスして配置したが、並例配置でも良いし、上下に互い違いに配置しても良い。また、カッタスポーク１７にディスクカッタ２２及びダミーカッタ２２ａを装着した例を示したが、カッタビット等のその他のカッタ類が装着され、この交換作業にも本発明は適用できることはいうまでもない。

本発明に係るトンネル掘削機及びカッタ交換方法は、カッタヘッドの中央部の支持筒をカッタ交換室として利用すると共に、この支持筒に回転筒を設けて複数本のカッタスポークと連通及び遮断可能とすることで、複数本のカッタスポークに装着された全てのカッタ類を容易に交換可能としたものであり、土圧式・泥土圧式・泥水式シールド掘削機、トンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に適用することができる。

本発明の一実施例を示すトンネル掘削機の側断面図である。 同じく正面図である。 カッタヘッドの背断面図である。 カッタヘッドの背面図である。 通常掘削時のカッタヘッドの背断面図である。 カッタ交換室旋回時のカッタヘッドの背断面図である。 カッタスポークの断面図である。 ゲートの説明図である。 ロッド把持装置の構造説明図である。 ロッド把持装置の動作を示す原理説明図である。 カッタ交換（引込み）手順を示す工程図である。 カッタ交換（引込み）手順を示す工程図である。 カッタ交換（引込み）手順を示す工程図である。

符号の説明

１１ 掘削機本体、１２ カッタヘッド、１３ 回転リング、１４ 開口部、１５ 支持部材、１６ 支持筒（カッタ交換室）、１７ カッタスポーク、１８ 開口部、１９ ガイドレール、２０ スライダ、２１ ホルダ、２２ ディスクカッタ、２２ａ ダミーカッタ、２３ 連結ロッド、２４ 引込ロッド、２５ ダミーロッド、２６ 分割ロッド、２７ カッタビット、２８ 面板、２９ 特殊先行ビット、３０ 保護ビット、３１ 外周側面保護ビット、３２ 最外周特殊先行ビット、３３ フィッシュテールカッタ、３４ オーバーカッタ、３５ リングギア付軸受、３６ カッタ旋回モータ、３７ 駆動ギア、４０ 回転筒、４０ａ 支持板、４１ 作業口、４２ 作業扉、４３ 連通口、４４ａ，４４ｂ ゲート、４５ａ，４５ｂ ガイド、４６ａ，４６ｂ 開閉用ギア、４７ａ，４７ｂ ピニオン、４８ａ，４８ｂ ゲート開閉用モータ、４９ａ，４９ｂ 円弧状の凹部、５０ 操作ロッド、５１ 球面軸受、５２ 閉止部材、５３ 回転用ギア、５４ 回転モータ、５５ 駆動ギア、５６ キリンジャッキ、５７ プッシュロッド、５８ 固定ライナ、６０ ロッド把持装置、６１ 架台、６２ 油圧ジャッキ、６３ フレーム、６４ 油圧式可動ロッドホルダ（チャック）、６５ 取付台、６６ 油圧式固定ロッドホルダ（チャック）、６７ バルクヘッド、６８ チャンバ、６９ 攪拌棒、７０ スクリューコンベヤ、８０ ストッパジャッキ、８１ ピン。

Claims (7)

1. 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されて円筒形状をなす支持筒の外周面から複数本のカッタスポークが放射状に延設されたカッタヘッドと、前記各カッタスポークに移動自在に支持されたカッタと、前記支持筒内に周方向回転自在に支持されて該支持筒と前記カッタスポークとを連通する連通口を有する回転筒と、該回転筒の連通口を開閉自在な開閉手段と、前記回転筒内に設置されて前記カッタに接続されるロッドを繰り返し掴み直して当該回転筒に対し引き込み及び押し出し可能なロッド把持装置と、を具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 請求項１記載のトンネル掘削機において、前記ロッド把持装置は、アクチュエータによりカッタの移動方向に移動可能な可動ロッドホルダと位置固定の固定ロッドホルダとを有し、これらを交互に作動させつつ可動ロッドホルダを繰り返し往復移動させることにより、カッタを回転筒に対し引き込み及び押し出し可能になっていることを特徴とするトンネル掘削機。
3. 請求項２記載のトンネル掘削機において、前記可動ロッドホルダと固定ロッドホルダはそれぞれ横向きに対向するように対で設けられることを特徴とするトンネル掘削機。
4. 請求項２又は３記載のトンネル掘削機において、前記可動ロッドホルダと固定ロッドホルダとは同一平面上にクロスして配置されていることを特徴とするトンネル掘削機。
5. 請求項１記載のトンネル掘削機において、前記ロッドは鍔付きであり、かつ複数本に亙って継ぎ足し可能になっていることを特徴とするトンネル掘削機。
6. 請求項１記載のトンネル掘削機において、前記各カッタスポークの背面に土砂取込み用の開口部を設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
7. 掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転自在に装着され、該カッタヘッドの中心部に円筒形状をなすカッタ交換室が設けられると共に、該カッタ交換室に連結するように複数本のカッタスポークが放射状に設けられ、該複数本のカッタスポークにカッタが移動自在に支持され、前記カッタ交換室に前記カッタスポークと連通可能な連通口を有する回転筒が周方向回転自在に支持されると共に、該連通口を開閉自在な開閉手段が設けられるトンネル掘削機であって、前記回転筒を回転して前記連通口を前記カッタスポークのいずれか一つに対向した状態で、前記開閉手段により該連通口を開閉して前記カッタスポークに装着されたカッタを前記カッタ交換室内に設置したロッド把持装置にて前記カッタに接続されるロッドを繰り返し掴み直して移動させ、前記カッタスポークから取り外すと共に、別のカッタを該カッタ交換室から前記カッタスポークに移動して取り付けた後、前記回転筒を所定角度回転して前記連通口を別のカッタスポークに対向し、前述したカッタの取外し及び取付けを繰り返し行うことを特徴とするトンネル掘削機のカッタ交換方法。

Images