JP4411776B2

JP4411776B2 - カッタビット交換機構

Info

Publication number: JP4411776B2
Application number: JP2000354700A
Authority: JP
Inventors: 隆三郎大塚; 広幸伊藤; 隆中根
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002155697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のカッタビットを安全かつ容易に交換するためのカッタビット交換機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シールド掘進機のカッタビットを交換する場合、まず、シールド掘進機の付近に地上から立坑を掘削してカッタ面板の前方に適当な作業エリアを形成し、この作業エリア内に立坑から作業員が入り込んでカッタ面板の外側からカッタビットの交換作業を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のカッタビット交換作業では、施工深さが深い場所では立坑の設置が困難となる上に、その立坑の掘削作業及び作業エリアの地盤改良作業等に、多大な費用と長い工期を要するといった欠点があった。
【０００４】
また、海底等の立坑自体の設置が不可能な場所では凍結工法等の補助工法が必要となるため、工期、費用がさらに増大してしまうといった問題があった。
【０００５】
更に、シールドフレームの外での作業であるため、作業時に地下水が溜まったり、地盤が崩落する等のおそれがあり、安全性にも問題があった。
【０００６】
このため、安全かつ容易にシールド掘進機のカッタビットを交換できる適切なカッタビット交換機構が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シールドフレームの外側での作業を必要とせず、カッタビットの交換作業を短時間、低コストで安全かつ容易に行うことができるカッタビット交換機構を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シールドフレーム先端部の隔壁にカッタ本体を回転自在に設け、該カッタ本体に、その径方向に延びるスリットを放射状に複数個設け、それらスリット内に、カッタビットを備えたカッタスポークを、それぞれカッタ本体に対して軸方向相対移動可能に設け、上記隔壁の上側領域に、上記カッタスポークを軸方向に移動させるスポーク引込装置を設け、上記カッタ本体に、上記カッタスポークが軸方向後方に移動したときに上記スリットを閉じるスリット開閉装置を設けたカッタビット交換機構であって、上記カッタ本体は、軸心部に位置する中央カッタ部と、その中央カッタ部の外側の面板部と、面板部の外側の外周カッタ部とからなり、上記スリットは、上記面板部に形成され、上記カッタスポークは、上記中央カッタ部および外周カッタ部に、それぞれ軸方向に沿って形成されたガイド溝に収容されるものである。
【０００９】
これによれば、カッタスポークを軸方向後方に移動させた後、スリット開閉装置によりカッタ本体のスリットを閉じて、カッタチャンバ内でカッタビットの交換作業を行うことができる。また、隔壁の上側領域に位置したカッタスポークのみを軸方向に移動できる構成であるため、カッタチャンバの下部に土砂が残留していてもカッタビットの交換作業を行うことができる。
【００１０】
また、カッタスポークに、カッタスポークを径方向に伸縮させるための機構を設ける必要がないため、カッタスポークにローラビット等を配置できる。
【００１１】
また、上記スリット開閉装置は、上記スリットの左右に回動自在に設けられ、後方に回動したときにスリットを塞ぎ、前方に回動したときにスリットを開放する２枚の遮断板と、その遮断板を回動させるための駆動装置とを備えるようにしても良い。こうすれば、スリットの前方からの土圧が遮断板を後方に回動させるように働き、スリットを効果的に遮断することができる。
【００１２】
また、上記カッタ本体の後端部に弾性体からなるシールリングを設けると共に、上記シールドフレームの先端部に、押圧リングを軸方向に移動可能に設け、その押圧リングを軸方向前方へ移動させて上記シールリングに押し当てることでカッタ本体とシールドフレーム間を止水するようにしても良い。こうすれば、カッタビットの交換作業時に、カッタチャンバ内を効果的に止水できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は本実施形態に係るカッタ交換機構を備えたシールド掘進機の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３はカッタスポークを軸方向後方に移動させた状態を示す図１におけるＡ−Ａ線断面図、図４はスリットおよびカッタスポークを示す斜視図、図５はスポーク引き寄せ装置の概略図、図６はスリット開閉装置の概略図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１０は、円筒状のシールドフレーム１１と、シールドフレーム１１の先端部（図２において左側端部）に設けられた隔壁１２と、隔壁１２に回転自在に設けられたカッタ本体１３とを有している。
【００１６】
隔壁１２とカッタ本体１３との間には一定の空間からなるカッタチャンバ１４が区画形成されており、送泥管１５から流れ込む泥水の特性と泥水圧を利用してカッタ本体１３に作用する土圧と水圧に対抗させて切羽地盤の安定を図ると共に、掘削した土砂を泥水と混合して排泥管１６から外部に排出するようになっている。
【００１７】
カッタ本体１３の背面部には、隔壁１２側へ延びる８本の中間ビーム１７が固定されており、これら中間ビーム１７の後端部は、隔壁１２に回転自在に設けられた回転リング１８に固定されている。回転リング１８は、隔壁１２に取り付けられた駆動モータ２０のピニオン２１に係合されており、これら駆動モータ２０によって回転駆動されるようになっている。
【００１８】
従って、駆動モータ２０による回転トルクが回転リング１８及び中間ビーム１７を介してカッタ本体１３に伝わり、カッタ本体１３が回転駆動される。中間ビーム１７の本数及び回転リング１８の形状は本実施形態のものに限定はされない。
【００１９】
カッタ本体１３は、その軸心部に位置する中央カッタ部２２と、中央カッタ部２２の外側の面板部２３と、面板部２３の外側の外周カッタ部２４とで構成されており、上述した中間ビーム１７は面板部２３の背面部に固定されている。
【００２０】
中央カッタ部２２は円筒状に形成されており、その先端部にはローラビット２５が複数取り付けられている。また、中央カッタ部２２の後端側は、隔壁１２にシール部材２６を介して回転自在に支持されている。
【００２１】
外周カッタ部２４は、面板部２３の外側に固定され、シールドフレーム１１と略同じ外径を有する円筒形状であり、その先端部にローラビット２５が複数取り付けられている。
【００２２】
面板部２３は、中央カッタ部２２と外周カッタ部２４との間に固定されており、地山側の表面板２３ａとその反対側に所定間隔を隔てて配置された背面板２３ｂとを有している。面板部２３の表面板２３ａ及び背面板２３ｂには掘削土砂を取り込むべく径方向に延びる８つのスリット２７が放射状に形成されている。本実施形態では、スリット２７は、長スリット２７ａと短スリット２７ｂとからなり、それぞれ所定間隔ごとに交互に形成されている。
【００２３】
そして、面板部２３の各スリット２７内に、カッタスポーク３０がそれぞれ面板部２３に対して周方向相対回転不可かつ軸方向相対移動可能に設けられている。カッタスポーク３０の両側部にはティースビット３１が設けられており、中央部にはローラビット３２が設けられている。
【００２４】
図２及び図４に示すように、長スリット２７ａ内に設けられたカッタスポーク３０の両端部は、外周カッタ部２４の内周部に設けられたガイド溝３３と中央カッタ部２２の外周部に設けられたガイド溝３４とにそれぞれ収容されている。一方、短スリット２７ｂ内に設けられたカッタスポーク３０の両端部は、外周カッタ部２４の内周部のガイド溝３３と、短スリット２７ｂの両側部に位置する中間ビーム１７間に掛け渡されたガイドビーム３５に形成されたガイド溝３６とにそれぞれ収容されている。ガイド溝３３，３４，３６はそれぞれ、カッタ本体１３の軸方向に延びて形成されいる。従って、各カッタスポーク３０は、カッタ本体１３が駆動モータ２０によって回転されるとカッタ本体１３と共に回転する。
【００２５】
掘削時には、各カッタスポーク３０はガイド溝３３，３４，３６の先端部に位置され、ティースビット３１及びローラビット３２がスリット２７からカッタ本体１３前方の地山側に突出するようになっている。
【００２６】
上述した各ガイド溝３３，３４，３６の両側部には、図４に示すように、掘削時に、カッタスポーク３０が軸方向後方へ移動することを防止するための固定コッタ３７が設けられている。固定コッタ３７は、例えば油圧シリンダ等の伸縮機構からなり、ガイド溝３３，３４，３６の内側方向に進退自在に構成されている。固定コッタ３７をガイド溝３３，３４，３６内側へ進出させてカッタスポーク３０と係合させることで、掘削時にカッタスポーク３０を固定して軸方向後方へ移動することを防止できる。また、固定コッタ３７をガイド溝３３，３４，３６の外側へと移動させて固定コッタ３７とカッタスポーク３０の係合を解除することでカッタスポーク３０はガイド溝３３，３４，３６に沿って軸方向に移動可能となる。また、面板部２３の前方には、カッタスポーク３０がスリット２７の先端部から更に前方へと移動してはずれることを防止するために図示しないストッパが設けられている。
【００２７】
そして、カッタスポーク３０に設けられたカッタビット３１，３２の交換作業を行う時に、カッタスポーク３０をガイド溝３３，３４，３６に沿って軸方向後方へ移動させるためのスポーク引込み装置４０が隔壁１２の上側領域に設けられている。スポーク引込み装置４０は隔壁１２の上側領域において、面板部２３の各スリット２７間の間隔と等しい間隔を隔てて３箇所に設けられており、図１において上側領域に位置した３本のカッタスポーク３０のみを軸方向後方へ移動できるようになっている。
【００２８】
これは、カッタスポーク３０を移動させるためにはカッタチャンバ１４内の土砂を取り除く必要があるが、実際には、図３に示すようにカッタチャンバ１４の下部の土砂４１が完全に取り除けずにカッタスポーク３０の移動の妨げとなることがあるため、上側領域のカッタスポーク３０のみを移動させる構造としたものである。従って、スポーク引込み装置４０は３箇所に限定されず、頂部に位置したカッタスポーク３０のみを移動させるようにしても良いし、また、等間隔に５箇所に設けて、上側領域に位置した５本のカッタスポーク３０を移動させるようにしても良い。
【００２９】
スポーク引込み装置４０は、図５に示すように、隔壁１２に球面受け４２を介して揺動自在に固定されており、面板部２３方向に進退自在な油圧シリンダ４３と、その先端部に設けられた把持部材４４とから構成されている。油圧シリンダ４３を延ばして面板部２３側へ進出させ、把持部材４４をカッタスポーク３０の後端部に設けられたピン４５と係合させた後、油圧シリンダ４３を縮めることでカッタスポーク３０をガイド溝３３，３４，３６に沿って軸方向後方へ移動させることができる。尚、掘削時には、スポーク引込み装置４０を隔壁１２から取り外して、取付部に蓋をするようにしても良い。
【００３０】
また、スリット２７には、カッタビット３１，３２交換時にスリット２７を閉じてカッタチャンバ１４内を止水するためのスリット開閉装置５０が設けられている。スリット開閉装置５０は、図６に示すように、面板部２３の背面板２３ｂのスリット２７の左右に回動ピン５１を中心に回動自在に設けられた２枚の遮断板５２，５２と、その遮断板５２，５２を回動させるための駆動装置５３とを備えている。この駆動装置は、例えば、油圧シリンダ等が使用される。
【００３１】
図６（ａ）に示すように、掘削時には駆動装置５３を縮めて両遮断板５２，５２を前方へと回動させて面板部２３に対してほぼ垂直な状態で表面板２３ａと背面板２３ｂとの間に収容して、スリット２７を開放する。
【００３２】
そして、カッタビット３１，３２の交換作業を行う時には、図６（ｂ）に示すように、駆動装置５３を伸張させて遮断板５２，５２を後方へと回動して２枚の遮断板５２，５２を付き合わせて、背面板２３ｂのスリット２７を塞ぐことができる。背面板２３ｂに形成されたスリット２７の開口周囲の部分には枠状のシール部材５４が設けられている。また、遮断板５２，５２同士が付き合わされる部分にはシール部材５９が設けられている。これによって、遮断板５２を閉じたときに地下水などの侵入を効果的に防止できる。
【００３３】
遮断板５２を閉じると、両遮断板５２はカッタ本体１３前方から土圧Ｐを受ける。この土圧Ｐが遮断板５２を後方へ回動させる力となり、遮断板５２が面板部２３の背面板２３ｂに設けられたシール部材５４に押し付けられるため、より効果的に止水を行うことができる。
【００３４】
また、図２に示すように、外周カッタ部２４の後端部には全周に渡って弾性体からなるシールリング５５が設けられており、シールドフレーム１１の先端部には金属製の押圧リング５６が軸方向に移動可能に設けられている。この押圧リング５６を、油圧シリンダ等からなる駆動装置５７によって軸方向前方へと移動させてシールリング５５に押し付けることで、カッタ本体１３とシールドフレーム１１間を効果的に止水することができる。
【００３５】
なお、隔壁１２には作業員がカッタチャンバ内にアクセスするためのマンロック５８が設けられている。
【００３６】
次に本発明の作用を述べる。
【００３７】
先ず、掘削時には、図２に示すように、カッタスポーク３０をガイド溝３３，３４，３６の先端部に位置させると共に、固定コッタ３７をガイド溝３３，３４，３６の内側に進出させてカッタスポーク３０を固定する。この状態で、カッタ本体１３を回転させて地山を掘削する。そして、掘削された土砂は面板部２３に形成されたスリット２７からカッタチャンバ１４内に取り入れられた後、送泥管１５から送られてくる泥水と混じり合って流動化されながら排泥管１６から連続的に排出される。
【００３８】
次に、カッタビット３１，３２が摩耗してきた場合、先ず駆動モータ２０を停止してカッタ本体１３の回転を止めて掘削作業を一時的に停止した後、カッターチャンバ１４内に残留している土砂を排泥管１６から排出すると共に、シールドフレーム１１先端部の押圧リング５６を軸方向前方へと移動させて外周カッタ部２４の後端部のシールリング５５に押し付けてカッタチャンバ１４内を止水する。
【００３９】
次に、隔壁１２の上側領域に位置しているカッタスポーク３０を固定している固定コッタ３７を縮めてその固定を解除する。上側領域に位置しているカッタスポーク３０の固定が解除されたならば、スポーク引込み装置４０の油圧シリンダ４３を延ばして、把持部材４４をカッタスポーク３０のピン４５と係合させた後、油圧シリンダ４３を縮めてカッタスポーク３０を、図３に示すように、軸方向後方へ移動させる。そうすることで、面板部２３とカッタスポーク３０との間に一定の作業スペースＳが形成される。
【００４０】
そして、このような状態になったなら、図６（ｂ）に示すように、スリット開閉装置５０の遮断板５２，５２を後方へ回動させてスリット２７を塞ぎ、土砂や地下水の流入を阻止する。
【００４１】
更に、カッタ本体１３を回転して、残りのカッタスポーク３０を順次上側領域に位置させて、上記と同様にスポーク引込み装置４０により軸方向後方へ移動させた後、スリット開閉装置５０によりスリット２７を塞ぐ。カッタ本体１３を回転すると、カッタチャンバ１４内に残留している土砂は、カッタスポーク３０により移動されて各カッタスポーク３０の隙間に位置するが、カッタ本体１３の回転を妨げることはない。
【００４２】
カッタ本体１３を１周させて、全てのカッタスポーク３０を軸方向後方に位置させて全てのスリット２７を閉じると、カッタチャンバ１４内は完全に止水される。
【００４３】
その後、作業者がマンロック５８からカッタチャンバ１４内に入り込み、後方に移動されたカッタスポーク３０を超えて作業スペースＳにアクセスしてカッタスポーク３０に取り付けられているカッタビット３１，３２の交換作業を行う。
【００４４】
このとき、カッタチャンバ１４内に残留している土砂４１によって下側領域に位置しているカッタスポーク３０のカッタビット３１，３２の交換作業を行うことが困難な場合、上側領域に位置したカッタスポーク３０のカッタビット３１，３２の交換作業を終えた後、順次カッタ本体１３を回転させて上側領域で交換作業を行うようにしても良い。
【００４５】
こうして、全てのカッタスポーク３０のカッタビット３１，３２の交換作業が終了したら、スポーク引込み装置４０の油圧シリンダ４３を延ばして、上側領域に位置したカッタスポーク３０を順次ガイド溝３３，３４，３６の先端部へ移動させると共に、固定コッタ３７をガイド溝３３，３４，３６の内側へ進出させてカッタスポーク３０を固定することで、新たな掘削作業を開始することができる。
【００４６】
このように、本発明によれば、立坑の構築や地盤改良作業等が不要となり、カッタビット３１，３２の交換作業を短時間、低コストかつ容易に行うことができる。また、シールドフレーム１１の外側での作業が不要であるため、カッタビット３１，３２の交換作業を安全に行うことができる。
【００４７】
また、隔壁１２の上側領域に位置したカッタスポーク３０のみを移動させる構造であるため、カッタチャンバ１４内に土砂が残留していても確実にカッタビット３１，３２の交換作業を行うことができる。
【００４８】
更に、カッタスポーク３０が中央カッタ部２２と外周カッタ部２４との間に収容されるため、カッタスポークを径方向に伸縮させるための機構（例えば、油圧シリンダ等）を設ける必要がなく、カッタスポーク３０のスペースを有効利用でき、ローラビット等を配置できる。仮に、外周カッタ部２４を用いない構造である場合、カッタスポーク３０はシールドフレーム１１内に引き込むために、径方向に伸縮させるための機構が必要となる。
【００４９】
なお、本発明は図示したものに限定されず、例えば、スクリューコンベア式のシールド掘進機に適用できることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示す如く優れた効果を発揮するものである。
１）カッタビットの交換作業を短時間、低コストで安全かつ容易に行うことができる。
２）カッタチャンバの下部に土砂が残留していてもカッタビットの交換作業を行うことができる。
３）カッタスポークにローラビット等を配置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカッタ交換機構を備えたシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】カッタスポークを軸方向後方に移動させた状態を示す図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】スリットおよびカッタスポークを示す斜視図である。
【図５】スポーク引き寄せ装置の概略図である。
【図６】（ａ）は、スリットを開放した状態のスリット開閉装置の概略図である。
（ｂ）は、スリットを閉じた状態のスリット開閉装置の概略図である。
【符号の説明】
１１シールドフレーム
１２隔壁
１３カッタ本体
２７スリット
３０カッタスポーク
３１，３２カッタビット
４０スポーク引込装置
５０スリット開閉装置

Claims

シールドフレーム先端部の隔壁にカッタ本体を回転自在に設け、該カッタ本体に、その径方向に延びるスリットを放射状に複数個設け、それらスリット内に、カッタビットを備えたカッタスポークを、それぞれカッタ本体に対して軸方向相対移動可能に設け、上記隔壁の上側領域に、上記カッタスポークを軸方向に移動させるスポーク引込装置を設け、上記カッタ本体に、上記カッタスポークが軸方向後方に移動したときに上記スリットを閉じるスリット開閉装置を設けたカッタビット交換機構であって、上記カッタ本体は、軸心部に位置する中央カッタ部と、その中央カッタ部の外側の面板部と、面板部の外側の外周カッタ部とからなり、上記スリットは、上記面板部に形成され、上記カッタスポークは、上記中央カッタ部および外周カッタ部に、それぞれ軸方向に沿って形成されたガイド溝に収容されることを特徴とするカッタビット交換機構。
上記スリット開閉装置は、上記スリットの左右に回動自在に設けられ、後方に回動したときにスリットを塞ぎ、前方に回動したときにスリットを開放する２枚の遮断板と、その遮断板を回動させるための駆動装置とを備えた請求項１記載のカッタビット交換機構。
上記カッタ本体の後端部に弾性体からなるシールリングを設けると共に、上記シールドフレームの先端部に押圧リングを軸方向に移動可能に設け、その押圧リングを軸方向前方へ移動させて上記シールリングに押し付けることでカッタ本体とシールドフレーム間を止水する請求項１又は２記載のカッタビット交換機構。