JP4303383B2 - シールド掘進機のカッタビット交換方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換できるシールド掘進機のカッタビット交換方法に係り、特に、機長の短縮化を図ったシールド掘進機のカッタビット交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、筒体状に形成されたシールドフレーム内を仕切る隔壁に設けられたカッタによって切羽を掘削しつつ、シールドフレーム内にてセグメントを組み立ててトンネル壁を構築し、そのトンネル壁に反力をとる推進ジャッキによってシールドフレームを前進させ、地山を舟食い虫の如く掘進するものである。かかるシールド掘進機によって長距離施工を行う場合、カッタのカッタビットが摩耗限界に至る前に、摩耗したカッタビットを交換する必要がある。
【０００３】
従来、カッタビットの交換は、掘進経路の途中に地上から中間立坑を設け、そこにシールド掘進機を導いて中間立坑内にて交換する方式や、カッタ前方の地山を地上からの薬剤注入や凍結等によって地盤改良して地山の自立と止水とを確保した後、作業員が隔壁から外に出て固められた地山を手掘りして交換作業を行う方式等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方式の場合には、掘進経路の途中にて地上からの中間立坑の構築や薬剤注入等の地上作業が必要となるため、地上の交通状況等によっては不可能な場合がある。また、掘進経路が大深度の場合や海底を掘進する場合には、上記地上作業は実際上不可能となる。また、中間立坑の構築や薬剤注入等による地盤改良は、相当の工事期間およびコストが必要となり、繰り返し行うことが困難である。
【０００５】
そこで、これらの課題をクリアすべくカッタビットを地中作業のみで機内側から交換するようにした技術として、隔壁をシールドフレーム内にて後退させると共に、これにより生じたカッタ前方の切羽空間に泥水を充填して切羽を安定させ、次いで切羽空間に発泡樹脂液を充填して泥水と置換させ、発泡樹脂液を発泡・硬化させてカッタ前方に発泡樹脂液による固化壁を形成し、その内側にてカッタビットを交換するようにした方式が提案されている（特開平8-144697号公報）。
【０００６】
しかし、この方式の場合、シールドフレームに対して隔壁を後退させるのみでその前方に発泡樹脂液の固化壁を形成するスペースを得ているので、固化壁の厚さを切羽の土圧・水圧に対して万全な厚さに設定すると、シールドフレーム内における隔壁の後退量が大きくなってシールドフレームが長くならざるを得ず、地山の土質・掘進深度等によっては、シールド掘進機の機長が実工事には許容できないぐらい異常に長くなってしまうことも考えられる。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換でき、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できるシールド掘進機のカッタビット交換方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換方法は、後胴と、該後胴に、前方に移動可能に設けられた前胴と、該前胴の板厚部内に収容され、前方に出没する貫入フードと、上記前胴の内部に前後方向に移動可能に設けられた隔壁と、該隔壁に設けられ切羽を掘削するカッタとを備えたシールド掘進機のカッタビット交換方法であって、上記後胴の地山に対する位置を動かすことなく上記前胴を上記後胴に対して前方に移動させて上記カッタで切羽を掘削した後、上記前胴を上記後胴に近付けつつ上記貫入フードを上記前胴から前方に突出させることで、上記貫入フードの地山に対する位置を動かさずに上記前胴を後退させ、上記前胴を後退させる際、上記カッタから固化剤を前方に噴出して該固化剤によって上記貫入フードの内方に固化壁を形成し、その後、上記隔壁を上記前胴の内部にて後方に移動させることで、上記隔壁に設けた上記カッタと上記固化壁との間に作業空間を形成し、該作業空間にて上記カッタのカッタビットを交換するようにしたものである。
【０００９】
本発明によれば、前胴を後胴側に後退させつつ、貫入フードを前胴から前方に突出させることにより、前胴の後退量と貫入フードの突出量とを加算した長さの固化壁の形成スペースが、貫入フードおよび前胴の内部に形成される。そして、その形成スペースに固化剤を噴射することにより固化壁が形成される。ここで、固化壁の厚さは、前胴を後退させつつ貫入フードを前進させているため、それらの相対離間長さとなる。よって、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【００１０】
また、上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込み、上記前胴及び後胴を前進させて上記カッタで上記固化壁を掘削するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタからセメント成分が多い高強度の固化剤を噴射した後にセメント成分が少ない低強度の固化剤を噴射し、上記高強度の固化剤によって切羽側に高強度の固化壁を形成し、上記低強度の固化剤によってカッタ側に低強度の固化壁を形成してもよい。
【００１２】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタを回転させながら上記カッタから固化剤を前方に噴出するようにしてもよい。
【００１３】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタのみならず上記隔壁からも固化剤を前方に噴出し、この固化剤の注入圧によって上記隔壁を後退させるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、上記前胴を上記後胴に対して前進させつつ、上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込むことで、上記貫入フードの地山に対する位置を動かすことなく、上記固化壁を上記カッタで掘削するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１６】
図１(a),(b) に示すように、このシールド掘進機１のシールドフレーム２は、相互に軸方向にスライド自在に重合された前胴３および後胴４とからなる。前胴３と後胴４との間には、前胴３を後胴４に対して前後にスライド移動させる前胴ジャッキ５が設けられている。
【００１７】
前胴ジャッキ５は、シールドフレーム２の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されており、図１(b) に示すように略フルストローク伸長されたとき前胴３を後胴４に対して屈曲させる中折れジャッキとしても機能する。すなわち、後胴４の先端部には球面軸受６が設けられ、前胴３の後端部には屈曲シール７が設けられているため、図１(b) に示す状態で各前胴ジャッキ５の伸長量を適宜調節すれば、前胴が後胴に対して屈曲する。
【００１８】
後胴４の内部には、セグメント８を後胴４内の周方向に沿って組み立てるエレクタ９が設けられている。エレクタ９によって組み立てられたセグメント８はトンネル壁となる。後胴４の内部には、既設セグメント８に反力をとって後胴４を前方へ押し出す推進ジャッキ１０が、後胴４の周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。推進ジャッキ１０と前胴ジャッキ５とは、後胴４の周方向に沿って交互に配置されている。後胴４の後端部には、既設セグメント８との間をシールするテールシール１１が設けられている。
【００１９】
前胴３の板厚部１２内には、切羽側へ出没する貫入フード１３が収容されている。貫入フード１３は、図２(c),(d) にも示すように、板厚部１２内にスライド自在に収容された第１段フード体１４と、その内部にスライド自在に収容された第２段フード体１５とを有し、テレスコピック状に伸縮する二重フード構造からなる。前胴３の内部には、貫入フード１３を前胴３に対して切羽側へ出没移動させるフードジャッキ１６が、前胴３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。フードジャッキ１６は、図２(c),(d) に示すように、複数のロッド片１７を直列に継ぎ足して貫入フード１３を前進させるものであり、そのジャッキ長さＬは極めて短くて済む。
【００２０】
前胴３の内周部には、筒体状の移動筒体１８が軸方向にスライド自在に装着されている。移動筒体１８と前胴３の固定金具１９との間には、スペーサ２０が着脱自在に介設されている。移動筒体１８と前胴３との間には、図２(d),図３(e) に示すように、スペーサ２０を取り外した後に移動筒体１８を前胴３内にて前後移動させるための移動筒体ジャッキ２１が介設されている。移動筒体ジャッキ２１は、前胴３の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。移動筒体１８には、前胴３の内部を切羽側と坑内側とを仕切る隔壁２２が設けられている。隔壁２２には、当該隔壁２２の前方に形成される土砂取込室２３内の土砂を混練するアジテータ２４が設けられている。アジテータ２４は、モータ２４ａで駆動される。
【００２１】
隔壁２２には、切羽を掘削するカッタ２５が回転自在に設けられている。カッタ２５は、その回転軸２６に設けられた外歯ギヤ２７がモータ２８のピニオン２９に噛合されており、モータ２８によって回転駆動される。カッタ２５の回転軸２６の先端部には、カッタスポーク３０が放射状に取り付けられている。カッタスポーク３０内には、第１段ジャッキ３１によって径方向に伸縮される筒体状の支持部３２が収容されており、支持部３２内には、第２段ジャッキ３３によって更に径方向に伸縮される伸縮カッタ３４が収容されている。
【００２２】
カッタースポーク３０内の各部品の寸法・取付位置等は、第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を共に伸長させたとき、図１(b) に示すように伸縮カッタ３４の先端部が前胴３（シールドフレーム２）の外径に合致した位置となり、第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を共に収縮させたとき、図２(c) に示すように伸縮カッタ３４の先端部が前胴３の内径より小さくなってカッタ３のヘッド部分が前胴３内に収容可能になるように設定されている。
【００２３】
カッタ２５には、図２(d) に示すように、カッタスポーク３０から前方に固化剤を噴射する固化剤注入手段３５が内蔵されている。固化剤注入手段３５は、カッタ２５の回転軸２６から各カッタスポーク３０にかけて形成された固化剤注入通路３６と、固化剤注入通路３６の端部にロータリジョイント３７を介して接続された中間通路３８および中間ポンプ３９と、中間ポンプ３９に夫々バルブ４０、４１を介して接続された高強度固化剤（セメント成分が多い）の注入ポンプ４２および低強度固化剤（セメント成分が少ない）の注入ポンプ４３とからなる。これらポンプ４２、４３は、掘進機１の後方を走行する後方台車に設けられる。
【００２４】
固化剤注入手段３５は、ポンプ４２から高強度固化剤を所定量噴射した後、ポンプ４３から低強度固化剤を所定量噴射する。なお、固化剤注入手段３５は、カッタ２５からその前方に向けてのみならず、隔壁２２から土砂取込室２３内に向けて固化剤を噴射するものであってもよい。この場合、中間通路３８に分岐通路（図示せず）を接続し、その分岐通路の先端を隔壁２２に貫通させるようにすればよい。これにより固化剤を、カッタ２５の前方の切羽側のみならず、カッタ２５の後方の土砂取込室２３内にも注入できる。
【００２５】
隔壁２２には、送泥管４４および排泥管４５が取り付けられている。即ち、このシールド掘進機１は、送泥管４４から隔壁２２前方に供給された泥水により切羽を保持しつつ掘削し、その掘削土砂を泥水として排泥管４５から排出する泥水式シールドである。なお、スクリューコンベヤによって掘削土砂を排土する土圧式シールドであってもよい。
【００２６】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２７】
先ず、図１(a) に示すように、前胴ジャッキ５を収縮した状態で所定の位置まで掘進したならば、図１(b) に示すように、カッタ２５を回転させながら前胴ジャッキ５を伸長させ、前胴３を後胴４に対して前進させる。次に、図２(c) に示すように、カッタスポーク３０内に設けられた第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を収縮させてカッタ２５のヘッド部分の直径を縮め、フードジャッキ１６を作動させて貫入フード１３をその第１段フード体１４の先端部が切羽に当接するまで前進させる。
【００２８】
次に、図２(d) に示すように、前胴ジャッキ５を収縮させて前胴３を後退させつつ、これに同調させてフードジャッキ１６を作動させ、貫入フード１３の第２段フード体１５の位置を図２(c) の位置に保ちつつ、第１段フード体１４と第２段フード体１５とを伸長させる。これにより、カッタ２５の前方に、前胴３の後退量（前胴ジャッキ５の収縮量）と貫入フード１３の前進量（フードジャッキ１６のトータル伸長量）とを加算した長さの固化壁４６の形成スペースＸが、切羽面４７と貫入フード１３および前胴３の内面とカッタ２５の前面とによって区画形成されることになる。
【００２９】
そして、その形成スペースＸに、前胴３の後退および貫入フード１３の前進に応じて、カッタ２５を回転させながら固化剤が固化剤注入手段３５によってカッタ２５から噴射され、固化壁４６が形成される。なお、カッタ２５のみならず隔壁２２からも固化剤を噴射するようにし、固化剤の注入圧によって隔壁２２を後退させるようにしてもよい。この場合、隔壁２２は、固化剤の注入圧と前胴ジャッキ５の収縮力とによって後退する。また、切羽面４７が保持される。
【００３０】
詳しくは、固化剤注入手段３５は、先ず高強度固化剤用ポンプ４２からセメント成分が多い高強度固化剤を所定量噴射した後、低強度固化剤用ポンプ４３からセメント成分が少ない低強度固化剤を噴射する。このため、固化壁４６は、切羽面４７側に高強度固化剤による高強度固化壁４６ａが形成された後、その上にカッタ２５側に位置して低強度固化剤による低強度固化壁４６ｂが形成され、二層構造となる。
【００３１】
ここで、双方の固化壁４６ａ、４６ｂのトータルの厚さ（即ちＸ）は、前胴３を後退させつつ貫入フード１３を前進させて両者を相対離間させているため、それらの相対離間長さとなる。よって、地山の土質・掘進深度等に応じて固化壁４６の厚さＸを切羽面４７における土圧・水圧に対して万全な厚さに設定しても、シールド掘進機１の機長が実工事に許容できないぐらい異常に長くなることはない。すなわち、本実施形態によれば、固化壁４６の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【００３２】
これに対し、シールドフレーム２内にて隔壁２２を後退させるのみでその前方に固化壁４６を形成するスペースＸを得ていた先行技術では、固化壁４６の厚さを切羽面４７での土圧・水圧に対して万全な厚さに設定すると、シールドフレーム２内における隔壁２２の後退量が大きくなってシールドフレーム２が長くならざるを得ず、地山の土質・掘進深度等によっては、シールド掘進機１の機長が実工事には許容できないぐらい異常に長くなってしまう場合も考えられるのである。本実施形態では前述の如き理由からこのようなことはない。
【００３３】
また、上記貫入フード１３は、図２(c),(d) に示すように、テレスコピック状の多重フード機構からなるものであるため、貫入フード１３の収縮時の長さＹ （図１(a) 参照）を伸長時の長さＺ（図２(d) 参照）よりも短くできる。よって、これも機長の短縮化に貢献する。また、上記フードジャッキ１６は、複数のロッド片１７を直列に継ぎ足して貫入フード１３を前進させるものであるので、フードジャッキ１６のストロークが短くて済み、フードジャッキ１６の長さＬ（図２(c) 参照）が短くなる。よって、これも機長の短縮化に貢献する。
【００３４】
また、図２(d) に示すように、高強度固化壁４６ａと低強度固化壁４６ｂとの二層構造によれば、高強度固化壁４６ａによって切羽面４７の土圧・水圧を押えることができると共に、高強度固化壁４６ａと低強度固化壁４６ｂとの合計厚さＸによって十分な止水厚さを確保できる。即ち、切羽面４７での土圧・水圧等の機械的圧力は、高強度固化壁４６ａによって押えられるものの、切羽面４７の地下水は、その水圧により固化壁４６が貫入フード１３内に接する部分を伝って浸水しようとする。そのため、固化壁４６の厚さＸを厚くして貫入フード１３内に接する部分の長さを長くし、浸透長さを長く稼いでいるのである。また、低強度固化壁４６ｂは、高強度固化壁４６ａの背後を支持する補強支持壁としても機能する。
【００３５】
ところで、上述の固化壁４６は、後述する図４(h) に示すように、カッタビット４８を交換した後に、その新品のカッタビット４８が装着されたカッタ２５で掘削される。ここで、低強度固化壁４６ｂおよび高強度固化壁４６ａからなる二層構造によれば、低強度固化壁４６ｂは、交換した新品のカッタビット４８が装着されたカッタで掘削されるため、新品のカッタビット４８の摩耗を出来るだけ抑える機能をも発揮する。すなわち、全部を高強度固化壁４６ａとすることも考えられるが、これではビット交換直後の新品のカッタビット４８が、切羽面４７を掘削する前に高強度固化壁４６ａを掘削することになって摩耗してしまい、交換の効果が小さくなってしまうのである。
【００３６】
次に、上記高強度固化壁４６ａおよび低強度固化壁４６ｂが固化したならば、図２(d) に示すスペーサ２０を取り外し、移動筒体ジャッキ２１を収縮させ、図３(e) に示すように、カッタ２５（隔壁２２）をさらに後退させる。これにより、カッタ２５の前方に、低強度固化壁４６ｂとの間に位置させて、作業空間４９が形成される。その後、シールドフレーム内の作業員５０が、隔壁２２に形成された図示しないマンホールの蓋を開けてそこを通り、作業空間４９に移動する。そして、摩耗したカッタビット４８を交換する。
【００３７】
次に、図３(f) に示すように、移動筒体ジャッキ２１を伸長させてスペーサ２０を再び取り付け、カッタ２５の位置を図２(d) の位置に戻す。その後、図４(g) に示すように、フードジャッキ１６を作動させて貫入フード１３を引き込む。そして、図４(h) に示すように、カッタスポーク３０内の第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を伸長させてカッタ２５のヘッド部分の直径を拡径する。そして、推進ジャッキ５を伸長させつつカッタ２５を回転させ、交換した新品のカッタビット４８で掘進を再開する。
【００３８】
別の実施形態を図５(f),(g),図６(h),(i) に示す。
【００３９】
この実施形態は、シールド掘進機の構造は前実施形態と同様であり、カッタビット４８を交換した後、掘進までの作動方法を異ならせたものである。具体的には、この実施形態は、前実施形態における図３(f),図４(g),図４(h) の手順の代りに、図５(f),図５(g),図６(h),図６(i) の手順を用いたものである。
【００４０】
図５(f) は、図３(f) と同一の状態である。本実施形態では、この図５(f) の状態からカッタ２５を回転させつつ前胴ジャッキ５によって前胴３を前進させ、同時にフードジャッキ１６によって貫入フード１３を引き込むことにより、図５(g) に示すように、第２段フード体１５の位置を図５(f) の位置としたまま固化壁４６を掘削してカッタ２５を切羽面４７まで前進させる。
【００４１】
次に、図６(h) に示すように、フードジャッキ１６によって貫入フード１３の第２段フード体１５を後退させ、カッタ２５を回転させつつカッタスポーク３０内の第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を伸長させてカッタ２５のヘッド部分の直径を広げ、前胴３（シールドフレーム２）の外径に合致させる。このとき、第２段フード体１５の外側の固化壁４６は回転するカッタ２５によって切削される。
【００４２】
次に、図６(i) に示すように、推進ジャッキ１０を伸長させて後胴４を前進させてエレクタ９によってセクメント８を組み立て、交換した新品のカッタビット４８によって掘進を再開する。本実施形態の作用効果は、前実施形態の作用効果と同様である。
【００４３】
さらに別の実施形態を図７(a),(b) に示す。
【００４４】
この実施形態は、貫入フード１３が、これまでの実施形態のようにテレスコピック状に伸縮する多重フード機構ではなく、単独のフード体である点のみがこれまでの実施形態と異なり、その他は同様の構成となっているものである。図７(a) は図１(a) に相当し、図７(b) は図３(e) に相当する。本実施形態の作用効果は、前実施形態の作用効果と同様である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換でき、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【図２】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図３】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図４】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図５】 別の実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【図６】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図７】 更に別の実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
３ 前胴
４ 後胴
１２ 板厚部
１３ 貫入フード
２２ 隔壁
２５ カッタ
３５ 固化剤注入手段
４２ 高強度固化剤の注入ポンプ
４３ 低強度固化剤の注入ポンプ
４６ 固化壁
４６ａ 高強度固化壁
４６ｂ 低強度固化壁
４９ 作業空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換できるシールド掘進機のカッタビット交換方法に係り、特に、機長の短縮化を図ったシールド掘進機のカッタビット交換方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、筒体状に形成されたシールドフレーム内を仕切る隔壁に設けられたカッタによって切羽を掘削しつつ、シールドフレーム内にてセグメントを組み立ててトンネル壁を構築し、そのトンネル壁に反力をとる推進ジャッキによってシールドフレームを前進させ、地山を舟食い虫の如く掘進するものである。かかるシールド掘進機によって長距離施工を行う場合、カッタのカッタビットが摩耗限界に至る前に、摩耗したカッタビットを交換する必要がある。
【０００３】
従来、カッタビットの交換は、掘進経路の途中に地上から中間立坑を設け、そこにシールド掘進機を導いて中間立坑内にて交換する方式や、カッタ前方の地山を地上からの薬剤注入や凍結等によって地盤改良して地山の自立と止水とを確保した後、作業員が隔壁から外に出て固められた地山を手掘りして交換作業を行う方式等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの方式の場合には、掘進経路の途中にて地上からの中間立坑の構築や薬剤注入等の地上作業が必要となるため、地上の交通状況等によっては不可能な場合がある。また、掘進経路が大深度の場合や海底を掘進する場合には、上記地上作業は実際上不可能となる。また、中間立坑の構築や薬剤注入等による地盤改良は、相当の工事期間およびコストが必要となり、繰り返し行うことが困難である。
【０００５】
そこで、これらの課題をクリアすべくカッタビットを地中作業のみで機内側から交換するようにした技術として、隔壁をシールドフレーム内にて後退させると共に、これにより生じたカッタ前方の切羽空間に泥水を充填して切羽を安定させ、次いで切羽空間に発泡樹脂液を充填して泥水と置換させ、発泡樹脂液を発泡・硬化させてカッタ前方に発泡樹脂液による固化壁を形成し、その内側にてカッタビットを交換するようにした方式が提案されている（特開平8-144697号公報）。
【０００６】
しかし、この方式の場合、シールドフレームに対して隔壁を後退させるのみでその前方に発泡樹脂液の固化壁を形成するスペースを得ているので、固化壁の厚さを切羽の土圧・水圧に対して万全な厚さに設定すると、シールドフレーム内における隔壁の後退量が大きくなってシールドフレームが長くならざるを得ず、地山の土質・掘進深度等によっては、シールド掘進機の機長が実工事には許容できないぐらい異常に長くなってしまうことも考えられる。
【０００７】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換でき、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できるシールド掘進機のカッタビット交換方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るシールド掘進機のカッタビット交換方法は、後胴と、該後胴に、前方に移動可能に設けられた前胴と、該前胴の板厚部内に収容され、前方に出没する貫入フードと、上記前胴の内部に前後方向に移動可能に設けられた隔壁と、該隔壁に設けられ切羽を掘削するカッタとを備えたシールド掘進機のカッタビット交換方法であって、上記後胴の地山に対する位置を動かすことなく上記前胴を上記後胴に対して前方に移動させて上記カッタで切羽を掘削した後、上記前胴を上記後胴に近付けつつ上記貫入フードを上記前胴から前方に突出させることで、上記貫入フードの地山に対する位置を動かさずに上記前胴を後退させ、上記前胴を後退させる際、上記カッタから固化剤を前方に噴出して該固化剤によって上記貫入フードの内方に固化壁を形成し、その後、上記隔壁を上記前胴の内部にて後方に移動させることで、上記隔壁に設けた上記カッタと上記固化壁との間に作業空間を形成し、該作業空間にて上記カッタのカッタビットを交換するようにしたものである。
【０００９】
本発明によれば、前胴を後胴側に後退させつつ、貫入フードを前胴から前方に突出させることにより、前胴の後退量と貫入フードの突出量とを加算した長さの固化壁の形成スペースが、貫入フードおよび前胴の内部に形成される。そして、その形成スペースに固化剤を噴射することにより固化壁が形成される。ここで、固化壁の厚さは、前胴を後退させつつ貫入フードを前進させているため、それらの相対離間長さとなる。よって、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【００１０】
また、上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込み、上記前胴及び後胴を前進させて上記カッタで上記固化壁を掘削するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタからセメント成分が多い高強度の固化剤を噴射した後にセメント成分が少ない低強度の固化剤を噴射し、上記高強度の固化剤によって切羽側に高強度の固化壁を形成し、上記低強度の固化剤によってカッタ側に低強度の固化壁を形成してもよい。
【００１２】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタを回転させながら上記カッタから固化剤を前方に噴出するようにしてもよい。
【００１３】
また、上記前胴を後退させる際、上記カッタのみならず上記隔壁からも固化剤を前方に噴出し、この固化剤の注入圧によって上記隔壁を後退させるようにしてもよい。
【００１４】
また、上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、上記前胴を上記後胴に対して前進させつつ、上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込むことで、上記貫入フードの地山に対する位置を動かすことなく、上記固化壁を上記カッタで掘削するようにしてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１６】
図１(a),(b) に示すように、このシールド掘進機１のシールドフレーム２は、相互に軸方向にスライド自在に重合された前胴３および後胴４とからなる。前胴３と後胴４との間には、前胴３を後胴４に対して前後にスライド移動させる前胴ジャッキ５が設けられている。
【００１７】
前胴ジャッキ５は、シールドフレーム２の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されており、図１(b) に示すように略フルストローク伸長されたとき前胴３を後胴４に対して屈曲させる中折れジャッキとしても機能する。すなわち、後胴４の先端部には球面軸受６が設けられ、前胴３の後端部には屈曲シール７が設けられているため、図１(b) に示す状態で各前胴ジャッキ５の伸長量を適宜調節すれば、前胴が後胴に対して屈曲する。
【００１８】
後胴４の内部には、セグメント８を後胴４内の周方向に沿って組み立てるエレクタ９が設けられている。エレクタ９によって組み立てられたセグメント８はトンネル壁となる。後胴４の内部には、既設セグメント８に反力をとって後胴４を前方へ押し出す推進ジャッキ１０が、後胴４の周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。推進ジャッキ１０と前胴ジャッキ５とは、後胴４の周方向に沿って交互に配置されている。後胴４の後端部には、既設セグメント８との間をシールするテールシール１１が設けられている。
【００１９】
前胴３の板厚部１２内には、切羽側へ出没する貫入フード１３が収容されている。貫入フード１３は、図２(c),(d) にも示すように、板厚部１２内にスライド自在に収容された第１段フード体１４と、その内部にスライド自在に収容された第２段フード体１５とを有し、テレスコピック状に伸縮する二重フード構造からなる。前胴３の内部には、貫入フード１３を前胴３に対して切羽側へ出没移動させるフードジャッキ１６が、前胴３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。フードジャッキ１６は、図２(c),(d) に示すように、複数のロッド片１７を直列に継ぎ足して貫入フード１３を前進させるものであり、そのジャッキ長さＬは極めて短くて済む。
【００２０】
前胴３の内周部には、筒体状の移動筒体１８が軸方向にスライド自在に装着されている。移動筒体１８と前胴３の固定金具１９との間には、スペーサ２０が着脱自在に介設されている。移動筒体１８と前胴３との間には、図２(d),図３(e) に示すように、スペーサ２０を取り外した後に移動筒体１８を前胴３内にて前後移動させるための移動筒体ジャッキ２１が介設されている。移動筒体ジャッキ２１は、前胴３の周方向に所定間隔を隔てて複数配置されている。移動筒体１８には、前胴３の内部を切羽側と坑内側とを仕切る隔壁２２が設けられている。隔壁２２には、当該隔壁２２の前方に形成される土砂取込室２３内の土砂を混練するアジテータ２４が設けられている。アジテータ２４は、モータ２４ａで駆動される。
【００２１】
隔壁２２には、切羽を掘削するカッタ２５が回転自在に設けられている。カッタ２５は、その回転軸２６に設けられた外歯ギヤ２７がモータ２８のピニオン２９に噛合されており、モータ２８によって回転駆動される。カッタ２５の回転軸２６の先端部には、カッタスポーク３０が放射状に取り付けられている。カッタスポーク３０内には、第１段ジャッキ３１によって径方向に伸縮される筒体状の支持部３２が収容されており、支持部３２内には、第２段ジャッキ３３によって更に径方向に伸縮される伸縮カッタ３４が収容されている。
【００２２】
カッタースポーク３０内の各部品の寸法・取付位置等は、第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を共に伸長させたとき、図１(b) に示すように伸縮カッタ３４の先端部が前胴３（シールドフレーム２）の外径に合致した位置となり、第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を共に収縮させたとき、図２(c) に示すように伸縮カッタ３４の先端部が前胴３の内径より小さくなってカッタ３のヘッド部分が前胴３内に収容可能になるように設定されている。
【００２３】
カッタ２５には、図２(d) に示すように、カッタスポーク３０から前方に固化剤を噴射する固化剤注入手段３５が内蔵されている。固化剤注入手段３５は、カッタ２５の回転軸２６から各カッタスポーク３０にかけて形成された固化剤注入通路３６と、固化剤注入通路３６の端部にロータリジョイント３７を介して接続された中間通路３８および中間ポンプ３９と、中間ポンプ３９に夫々バルブ４０、４１を介して接続された高強度固化剤（セメント成分が多い）の注入ポンプ４２および低強度固化剤（セメント成分が少ない）の注入ポンプ４３とからなる。これらポンプ４２、４３は、掘進機１の後方を走行する後方台車に設けられる。
【００２４】
固化剤注入手段３５は、ポンプ４２から高強度固化剤を所定量噴射した後、ポンプ４３から低強度固化剤を所定量噴射する。なお、固化剤注入手段３５は、カッタ２５からその前方に向けてのみならず、隔壁２２から土砂取込室２３内に向けて固化剤を噴射するものであってもよい。この場合、中間通路３８に分岐通路（図示せず）を接続し、その分岐通路の先端を隔壁２２に貫通させるようにすればよい。これにより固化剤を、カッタ２５の前方の切羽側のみならず、カッタ２５の後方の土砂取込室２３内にも注入できる。
【００２５】
隔壁２２には、送泥管４４および排泥管４５が取り付けられている。即ち、このシールド掘進機１は、送泥管４４から隔壁２２前方に供給された泥水により切羽を保持しつつ掘削し、その掘削土砂を泥水として排泥管４５から排出する泥水式シールドである。なお、スクリューコンベヤによって掘削土砂を排土する土圧式シールドであってもよい。
【００２６】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２７】
先ず、図１(a) に示すように、前胴ジャッキ５を収縮した状態で所定の位置まで掘進したならば、図１(b) に示すように、カッタ２５を回転させながら前胴ジャッキ５を伸長させ、前胴３を後胴４に対して前進させる。次に、図２(c) に示すように、カッタスポーク３０内に設けられた第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を収縮させてカッタ２５のヘッド部分の直径を縮め、フードジャッキ１６を作動させて貫入フード１３をその第１段フード体１４の先端部が切羽に当接するまで前進させる。
【００２８】
次に、図２(d) に示すように、前胴ジャッキ５を収縮させて前胴３を後退させつつ、これに同調させてフードジャッキ１６を作動させ、貫入フード１３の第２段フード体１５の位置を図２(c) の位置に保ちつつ、第１段フード体１４と第２段フード体１５とを伸長させる。これにより、カッタ２５の前方に、前胴３の後退量（前胴ジャッキ５の収縮量）と貫入フード１３の前進量（フードジャッキ１６のトータル伸長量）とを加算した長さの固化壁４６の形成スペースＸが、切羽面４７と貫入フード１３および前胴３の内面とカッタ２５の前面とによって区画形成されることになる。
【００２９】
そして、その形成スペースＸに、前胴３の後退および貫入フード１３の前進に応じて、カッタ２５を回転させながら固化剤が固化剤注入手段３５によってカッタ２５から噴射され、固化壁４６が形成される。なお、カッタ２５のみならず隔壁２２からも固化剤を噴射するようにし、固化剤の注入圧によって隔壁２２を後退させるようにしてもよい。この場合、隔壁２２は、固化剤の注入圧と前胴ジャッキ５の収縮力とによって後退する。また、切羽面４７が保持される。
【００３０】
詳しくは、固化剤注入手段３５は、先ず高強度固化剤用ポンプ４２からセメント成分が多い高強度固化剤を所定量噴射した後、低強度固化剤用ポンプ４３からセメント成分が少ない低強度固化剤を噴射する。このため、固化壁４６は、切羽面４７側に高強度固化剤による高強度固化壁４６ａが形成された後、その上にカッタ２５側に位置して低強度固化剤による低強度固化壁４６ｂが形成され、二層構造となる。
【００３１】
ここで、双方の固化壁４６ａ、４６ｂのトータルの厚さ（即ちＸ）は、前胴３を後退させつつ貫入フード１３を前進させて両者を相対離間させているため、それらの相対離間長さとなる。よって、地山の土質・掘進深度等に応じて固化壁４６の厚さＸを切羽面４７における土圧・水圧に対して万全な厚さに設定しても、シールド掘進機１の機長が実工事に許容できないぐらい異常に長くなることはない。すなわち、本実施形態によれば、固化壁４６の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【００３２】
これに対し、シールドフレーム２内にて隔壁２２を後退させるのみでその前方に固化壁４６を形成するスペースＸを得ていた先行技術では、固化壁４６の厚さを切羽面４７での土圧・水圧に対して万全な厚さに設定すると、シールドフレーム２内における隔壁２２の後退量が大きくなってシールドフレーム２が長くならざるを得ず、地山の土質・掘進深度等によっては、シールド掘進機１の機長が実工事には許容できないぐらい異常に長くなってしまう場合も考えられるのである。本実施形態では前述の如き理由からこのようなことはない。
【００３３】
また、上記貫入フード１３は、図２(c),(d) に示すように、テレスコピック状の多重フード機構からなるものであるため、貫入フード１３の収縮時の長さＹ （図１(a) 参照）を伸長時の長さＺ（図２(d) 参照）よりも短くできる。よって、これも機長の短縮化に貢献する。また、上記フードジャッキ１６は、複数のロッド片１７を直列に継ぎ足して貫入フード１３を前進させるものであるので、フードジャッキ１６のストロークが短くて済み、フードジャッキ１６の長さＬ（図２(c) 参照）が短くなる。よって、これも機長の短縮化に貢献する。
【００３４】
また、図２(d) に示すように、高強度固化壁４６ａと低強度固化壁４６ｂとの二層構造によれば、高強度固化壁４６ａによって切羽面４７の土圧・水圧を押えることができると共に、高強度固化壁４６ａと低強度固化壁４６ｂとの合計厚さＸによって十分な止水厚さを確保できる。即ち、切羽面４７での土圧・水圧等の機械的圧力は、高強度固化壁４６ａによって押えられるものの、切羽面４７の地下水は、その水圧により固化壁４６が貫入フード１３内に接する部分を伝って浸水しようとする。そのため、固化壁４６の厚さＸを厚くして貫入フード１３内に接する部分の長さを長くし、浸透長さを長く稼いでいるのである。また、低強度固化壁４６ｂは、高強度固化壁４６ａの背後を支持する補強支持壁としても機能する。
【００３５】
ところで、上述の固化壁４６は、後述する図４(h) に示すように、カッタビット４８を交換した後に、その新品のカッタビット４８が装着されたカッタ２５で掘削される。ここで、低強度固化壁４６ｂおよび高強度固化壁４６ａからなる二層構造によれば、低強度固化壁４６ｂは、交換した新品のカッタビット４８が装着されたカッタで掘削されるため、新品のカッタビット４８の摩耗を出来るだけ抑える機能をも発揮する。すなわち、全部を高強度固化壁４６ａとすることも考えられるが、これではビット交換直後の新品のカッタビット４８が、切羽面４７を掘削する前に高強度固化壁４６ａを掘削することになって摩耗してしまい、交換の効果が小さくなってしまうのである。
【００３６】
次に、上記高強度固化壁４６ａおよび低強度固化壁４６ｂが固化したならば、図２(d) に示すスペーサ２０を取り外し、移動筒体ジャッキ２１を収縮させ、図３(e) に示すように、カッタ２５（隔壁２２）をさらに後退させる。これにより、カッタ２５の前方に、低強度固化壁４６ｂとの間に位置させて、作業空間４９が形成される。その後、シールドフレーム内の作業員５０が、隔壁２２に形成された図示しないマンホールの蓋を開けてそこを通り、作業空間４９に移動する。そして、摩耗したカッタビット４８を交換する。
【００３７】
次に、図３(f) に示すように、移動筒体ジャッキ２１を伸長させてスペーサ２０を再び取り付け、カッタ２５の位置を図２(d) の位置に戻す。その後、図４(g) に示すように、フードジャッキ１６を作動させて貫入フード１３を引き込む。そして、図４(h) に示すように、カッタスポーク３０内の第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を伸長させてカッタ２５のヘッド部分の直径を拡径する。そして、推進ジャッキ５を伸長させつつカッタ２５を回転させ、交換した新品のカッタビット４８で掘進を再開する。
【００３８】
別の実施形態を図５(f),(g),図６(h),(i) に示す。
【００３９】
この実施形態は、シールド掘進機の構造は前実施形態と同様であり、カッタビット４８を交換した後、掘進までの作動方法を異ならせたものである。具体的には、この実施形態は、前実施形態における図３(f),図４(g),図４(h) の手順の代りに、図５(f),図５(g),図６(h),図６(i) の手順を用いたものである。
【００４０】
図５(f) は、図３(f) と同一の状態である。本実施形態では、この図５(f) の状態からカッタ２５を回転させつつ前胴ジャッキ５によって前胴３を前進させ、同時にフードジャッキ１６によって貫入フード１３を引き込むことにより、図５(g) に示すように、第２段フード体１５の位置を図５(f) の位置としたまま固化壁４６を掘削してカッタ２５を切羽面４７まで前進させる。
【００４１】
次に、図６(h) に示すように、フードジャッキ１６によって貫入フード１３の第２段フード体１５を後退させ、カッタ２５を回転させつつカッタスポーク３０内の第１段ジャッキ３１および第２段ジャッキ３３を伸長させてカッタ２５のヘッド部分の直径を広げ、前胴３（シールドフレーム２）の外径に合致させる。このとき、第２段フード体１５の外側の固化壁４６は回転するカッタ２５によって切削される。
【００４２】
次に、図６(i) に示すように、推進ジャッキ１０を伸長させて後胴４を前進させてエレクタ９によってセクメント８を組み立て、交換した新品のカッタビット４８によって掘進を再開する。本実施形態の作用効果は、前実施形態の作用効果と同様である。
【００４３】
さらに別の実施形態を図７(a),(b) に示す。
【００４４】
この実施形態は、貫入フード１３が、これまでの実施形態のようにテレスコピック状に伸縮する多重フード機構ではなく、単独のフード体である点のみがこれまでの実施形態と異なり、その他は同様の構成となっているものである。図７(a) は図１(a) に相当し、図７(b) は図３(e) に相当する。本実施形態の作用効果は、前実施形態の作用効果と同様である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、カッタビットを地中作業のみで機内側から交換でき、固化壁の厚肉化と機長の短縮化とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【図２】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図３】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図４】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図５】 別の実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【図６】 上記カッタビット交換方法を表す側断面図である。
【図７】 更に別の実施形態を示すカッタビット交換方法に用いられるシールド掘進機の側断面図である。
【符号の説明】
１ シールド掘進機
３ 前胴
４ 後胴
１２ 板厚部
１３ 貫入フード
２２ 隔壁
２５ カッタ
３５ 固化剤注入手段
４２ 高強度固化剤の注入ポンプ
４３ 低強度固化剤の注入ポンプ
４６ 固化壁
４６ａ 高強度固化壁
４６ｂ 低強度固化壁
４９ 作業空間
Claims (6)
- 後胴と、
該後胴に、前方に移動可能に設けられた前胴と、
該前胴の板厚部内に収容され、前方に出没する貫入フードと、
上記前胴の内部に前後方向に移動可能に設けられた隔壁と、
該隔壁に設けられ切羽を掘削するカッタと
を備えたシールド掘進機のカッタビット交換方法であって、
上記後胴の地山に対する位置を動かすことなく上記前胴を上記後胴に対して前方に移動させて上記カッタで切羽を掘削した後、
上記前胴を上記後胴に近付けつつ上記貫入フードを上記前胴から前方に突出させることで、上記貫入フードの地山に対する位置を動かさずに上記前胴を後退させ、
上記前胴を後退させる際、上記カッタから固化剤を前方に噴出して該固化剤によって上記貫入フードの内方に固化壁を形成し、
その後、上記隔壁を上記前胴の内部にて後方に移動させることで、上記隔壁に設けた上記カッタと上記固化壁との間に作業空間を形成し、
該作業空間にて上記カッタのカッタビットを交換する
ことを特徴とするシールド掘進機のカッタビット交換方法。 - 上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、
上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、
上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込み、
上記前胴及び後胴を前進させて上記カッタで上記固化壁を掘削する
請求項１に記載のシールド掘進機のカッタビット交換方法。 - 上記前胴を後退させる際、
上記カッタからセメント成分が多い高強度の固化剤を噴射した後にセメント成分が少ない低強度の固化剤を噴射し、
上記高強度の固化剤によって切羽側に高強度の固化壁を形成し、上記低強度の固化剤によってカッタ側に低強度の固化壁を形成した
請求項１又は２に記載のシールド掘進機のカッタビット交換方法。 - 上記前胴を後退させる際、
上記カッタを回転させながら上記カッタから固化剤を前方に噴出する
請求項１〜３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方法。 - 上記前胴を後退させる際、
上記カッタのみならず上記隔壁からも固化剤を前方に噴出し、
この固化剤の注入圧によって上記隔壁を後退させる
請求項１〜４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方法。 - 上記作業空間にて上記カッタの上記カッタビットを交換した後、
上記隔壁を上記前胴の内部にて前方に移動させて、上記作業空間を消失させ、
上記前胴を上記後胴に対して前進させつつ、上記貫入フードを上記前胴の上記板厚部内に引き込むことで、
上記貫入フードの地山に対する位置を動かすことなく、上記固化壁を上記カッタで掘削する
請求項１に記載のシールド掘進機のカッタビット交換方法。
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