JP4616063B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は地盤の掘進途中に内側からカッタを交換することができるシールド掘進機に関するものである。

シールド掘進機は長距離掘進中や硬質土掘進中にビットの摩耗や欠損によって掘進不能となる事態が発生する。この場合は中間立坑を掘削してビットを交換するため、工期、経済面および環境面にまで大きな影響を与えていた。このような問題を解決するには、シールド掘進機の内部からビットの交換をする必要があるが、これまでは排泥口からカッタ室に作業者が入って直接ビットを交換する方法や、シールド掘進機のバルクヘッドに予め開けておいたマンホールから切羽に作業者が入って直接ビットを交換する方法が行われていた。またその他の方法としては、例えば特開２００４−１９３３７号公報、特開２００１−２７０９７号公報、特開平１１−３３６４８０号公報、特開平１０−２８０８７８号公報などの発明がある。
特開２００４−１９３３７号公報 特開２００１−２７０９７号公報 特開平１１−３３６４８０号公報 特開平１０−２８０８７８号公報

しかし、上記のビットの交換方法は、口径が小さくかつ狭い空間における交換作業のため安全性や作業性において大きな問題があった。また上記の文献に示す交換方法は、シールド掘進機の内部からの交換が可能であるが、新旧のビットの交換をする空間が内部の中心部に必要となるため、このような空間を確保することが実際上困難であった。

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部において安全かつ簡単にカッタの交換ができるシールド掘進機を提供することである。

本願発明のシールド掘進機は、円筒状のスキンプレートの前面に設けた回転可能なカッタヘッドにカッタスポークが放射状に設置され、該カッタスポークに中心部の排泥口と連通したカッタ装着溝が設けられ、該カッタ装着溝には、後部がウォームギアと嵌合した複数のカッタがスライド自在に装着され、該カッタがウォームギアの回転によってカッタ装着溝をスライドして排泥口から取外自在であることを特徴とする。またカッタはカッタ装着溝にスライド自在に嵌合されたカッタアームと、該カッタアームの前面に設置されたビットとからなり、カッタアームの後部にはウォームギアと嵌合するラックが設けられたことを含む。またカッタスポークはカッタ装着溝を形成する一対のスポークと、これらスポークの後部に設置された前後方向に移動自在なウォームギア用固定体とからなり、該ウォームギア用固定体の前面にはウォームギアが嵌合される嵌合凹部が形成され、該嵌合凹部にはラックが設けられたことを含む。またウォームギア用固定体はスポーク側に常時押しつけれていることを含む。またウォームギアは長細状に形成され、カッタスポークに沿って設置されたことを含む。またカッタヘッドの排泥口には前後方向に移動自在な円形の締切筒体が設置されたことを含むものである。

複数個および複数列のカッタの交換が何度でも自由に行えるので、巨礫玉石土質、砂質土質、岩盤土質における最大掘進延長の増大を図ることができる。またカッタを内部から交換することができるので、交換用立坑の構築が不要となって工期の短縮や、安全な交換作業をすることができるようになるとともに、工事全体のコストの低減を図ることもできる。また周辺環境や施工環境の改善および配慮が可能となる。

以下、本願発明のシールド掘進機の実施の形態を図面に基づいて説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。

図１は第１の実施の形態のシールド掘進機１を示したものである。このシールド掘進機１は、円筒状のスキンプレート２と、この前面に設置された円形のカッタヘッド３と、このカッタヘッド３を回転させる駆動モータ４と、カッタヘッド３の排泥口６に接続された排泥管５とから構成されている。

このカッタヘッド３は、図２および図３に示すように、中心部に円形の排泥口６を備えた回転板７とカッタ８とからなり、このカッタ８が回転板７前面におけるカッタスポーク９のカッタ装着溝１０に装着されている。また回転板７は裏面のリングギア１１に駆動モータ４のピニオンギア１２が噛み合って回転できるようになっている。

このカッタスポーク９は、図４に示すように、カッタ装着溝１０を形成するために適宜間隔をもって回転板７に設置された一対のスポーク１３と、この後部に嵌合ギア１４で取り付けられたウォームギア固定体１５とから構成され、このウォームギア固定体１５にはラック１６が形成された嵌合凹部１７が設けられ、このラック１６がウォームギア１８と噛み合っている。

またウォームギア１８は細長状であり、スポーク１３に沿うように上部掛止片２０で回転板７に吊り下げられ、下部に突出した操作片２１を回転操作して回転できるようになっている。また上記のカッタ装着溝１０は排泥口６まで連通され、排泥口６にはカッタ装着溝１０の出入口２２を塞ぐ円形の締切筒体２３が前後に移動自在に設置されている。

またウォームギア固定体１５は、図５に示すように、背面の油圧ジャッキ１９により前後動し、スポーク１３に押し付けられた場合はウォームギア１８の回転が阻止され、スポーク１３から離れた場合はウォームギア１８が回転するようになっている。

一方、カッタ８は、図７および図８に示すように、外周側カッタ２４と内周側カッタ２５とからなり、カッタアーム２６の前面側に設置された二つのビット２７と、後部側に形成された平面湾曲形のラック１６とから構成され、このラック１６がウォームギア１８と噛み合っている。またカッタアーム２６の両側には平面三角形の嵌合突起２８が突設され、これらがカッタ装着溝１０の嵌合溝２９に嵌合されている。よって、ウォームギア１８の回転によりカッタ８が上下動してカッタ装着溝１０から外れたり、カッタ装着溝１０に取り付けたりすることができる。

図９〜図１１は、第２の実施の形態のシールド掘進機３０を示したものである。このシールド掘進機３０は、円筒状のスキンプレート２と、この前面に設置された円形のカッタヘッド３と、このカッタヘッド３を回転させる駆動モータ４と、カッタヘッド３の排泥口６に接続された排泥管５とから構成され、ウォームギア固定体１５が長ネジ３１によって前後動する以外は、第１の実施の形態のシールド掘進機１と同じ構成である。

したがって、ウォームギア固定体１５が長ネジ３１でスポーク１３に押し付けられた場合はウォームギア１８の回転が阻止され、長ネジ３１でスポーク１３から離された場合はウォームギア１８が回転するようになっている。

なお、上記の実施の形態におけるカッタの交換可能なカッタスポーク９は、土質や掘進距離に応じて全スポークまたは全スポークのうちの何本かに適用することができ、例えば４本の場合は十文字になり、２本の場合は一文字になる。

次に、第１の実施の形態のシールド掘進機１におけるカッタ８の交換方法をカッタスポークが十字状の場合について図１２および図１３に基づいて説明する。はじめに、図１２の（１）に示すように、十字状のカッタスポーク９の一方が垂直または水平に位置するようにカッタヘッド３を回転させて停止させる。この状態においては垂直方向の上側におけるカッタおよび水平方向におけるカッタが交換可能になるが、垂直方向の上側におけるカッタが最も効率良く交換できるので、この交換方法について説明する。まず垂直方向の上側におけるカッタのウォームギア固定体１５を背面の油圧ジャッキ１９で後側に移動させてスポーク１３から離すとともに、ウォームギア１８とラック１６との噛み合いを外す。

次に、締切筒体２３を後側に移動させて排泥口６から撤去させると、カッタ装着溝１０の出入口２２と排泥口６とが連通してウォームギア１８の操作片２１が出入口２２に現れる。そして、この操作片２１にウォームギア回転用ラチェット３２を嵌め合わせて、このラチェット３２に接続した操作棒３３を回転させてウォームギア１８を回転させる。

そして、同図の（２）および（３）に示すように、このウォームギア１８の回転によって内周側カッタ２５がカッタ装着溝１０を下側にスライドして出入口２２から排泥口６に取り外され、ここから搬送用台車３４で搬出される。

次に、同図の（４）に示すように、前記と同じ方法でウォームギア回転用ラチェット３２でウォームギア１８を回転させて、外周側カッタ２４をカッタ装着溝１０から排泥口６に取り外して搬送用台車３４で搬出する。

そして、これと同じ方法で、他のカッタスポーク９からカッタ８を排泥口６に順次取り外し、ここから搬送用台車３４で搬出する。

次に、図１３の（１）および（２）に示すように、新しい外周側カッタ２４を搬送用台車３４で排泥口６に搬入し、カッタアーム２６をカッタ装着溝１０に挿入し、後部における平面湾曲形のラック１６をウォームギア１８に噛み合わせる。そして、操作片２１に嵌め合わせたウォームギア回転用ラチェット３２でウォームギア１８を回転させて、カッタ８を上側にスライドさせる。

次に、同図の（３）および（４）に示すように、上記と同じ方法で新しい内周側カッタ２５をカッタ装着溝１０に挿入し、後部における平面湾曲形のラック１６をウォームギア１８に噛み合わせ、該ウォームギア１８の回転で上側にスライドさせて、新しい外周側カッタ２４と内周側カッタ２５とをカッタスポーク９に取り付ける。

そして、これと同じ方法で、他のカッタスポーク９に順次新しいカッタ８を取り付けて、新旧のカッタ８の交換を行う。

なお、第２の実施の形態のシールド掘進機３０におけるカッタ８の交換方法も上記と同じ方法で行うものである。

第１の実施の形態のシールド掘進機の断面図である。 第１の実施の形態のシールド掘進機の正面図である。 カッタヘッドの斜視図である。 カッタスポークの斜視図である。 （１）はカッタスポークの分解平面図、（２）は同分解斜視図である。 （１）はウォームギア固定体がスポークに押し付けらている底面図、（２）は ウォームギア固定体がスポークから離れた底面図である。 （１）は外周側カッタの斜視図、（２）は同断面図、（３）は同底面図である。 （１）は内周側カッタの斜視図、（２）は同断面図、（３）は同底面図である。 第２の実施の形態のシールド掘進機の断面図である。 カッタヘッドの断面図である。 第２の実施の形態のシールド掘進機の正面図である。 （１）〜（４）はカッタスポークからカッタを取り外す断面図である。 （１）〜（４）はカッタスポークにカッタを取り付ける断面図である。

符号の説明

１、３０ シールド掘進機
２ スキンプレート
３ カッタヘッド
４ 駆動モータ
５ 排泥管
６ 排泥口
７ 回転板
８ カッタ
９ カッタスポーク
１０ カッタ装着溝
１１ リングギア
１２ ピニオンギア
１３ スポーク
１４ 嵌合ギア
１５ ウォームギア固定体
１６ ラック
１７ 嵌合凹部
１８ ウォームギア
１９ 油圧ジャッキ
２０ 上部掛止片
２１ 操作片
２２ 出入口
２３ 締切筒体
２４ 外周側カッタ
２５ 内周側カッタ
２６ カッタアーム
２７ ビット
２８ 嵌合突起
２９ 嵌合溝
３１ 長ネジ
３２ ウォームギア回転用ラチェット
３３ 操作棒
３４ 搬送用台車

Claims (6)

1. 円筒状のスキンプレートの前面に設けた回転可能なカッタヘッドにカッタスポークが放射状に設置され、該カッタスポークに中心部の排泥口と連通したカッタ装着溝が設けられ、該カッタ装着溝には、後部がウォームギアと嵌合した複数のカッタがスライド自在に装着され、該カッタがウォームギアの回転によってカッタ装着溝をスライドして排泥口から取外自在であることを特徴とするシールド掘進機。
2. カッタはカッタ装着溝にスライド自在に嵌合されたカッタアームと、該カッタアームの前面に設置されたビットとからなり、カッタアームの後部にはウォームギアと嵌合するラックが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
3. カッタスポークはカッタ装着溝を形成する一対のスポークと、これらスポークの後部に設置された前後方向に移動自在なウォームギア用固定体とからなり、該ウォームギア用固定体の前面にはウォームギアが嵌合される嵌合凹部が形成され、該嵌合凹部にはラックが設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進機。
4. ウォームギア用固定体はスポーク側に常時押しつけれていることを特徴とする請求項３のいずれかに記載のシールド掘進機。
5. ウォームギアは長細状に形成され、カッタスポークに沿って設置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機。
6. カッタヘッドの排泥口には前後方向に移動自在な円形の締切筒体が設置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシールド掘進機。
   

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