JP4635240B2 - シールド掘進機のビット交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、カッタの中央部に配置されるビットをバルクヘッドの後方から交換するためのシールド掘進機のビット交換装置に関する。

シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。カッタの前端には複数のビットが配置されており、カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。

近年、トンネル掘削工事の長距離化に伴い、カッタの中央部に配置されるビットを交換する装置が各種提案されている。

例えば、引用文献１及び２には、カッタの中央部に、これを貫通して筒体を取付け、その筒体内にビットを軸方向に移動自在に設け、ビットをバルクヘッドよりも後方のシールド本体内に引込んだときにそのビットの前方で筒体内を前後に区画するゲートを筒体に設けたものが開示されている。

また、引用文献３には、カッタの中央部に、これを貫通して筒体を取付け、その筒体の前面にプレートを固定し、そのプレートの後面側からスペアビットを押出すようにしたものが開示されている。

特開２００２−１５５６９８号公報 特開２００３−１７２０９１号公報 特開２００３−１７２０９２号公報

しかしながら、引用文献１及び２では筒体内をゲートにより区画した際にそのゲートに土圧がかかるため、確実なシールが困難であったり、引用文献３ではスペアビットを土圧に対抗して押出す必要があるため、そのスペアビットを押出すのに相当な力を要し、ビットを効率的に交換することが難しかった。

また、特に引用文献１及び２では、ビットをシールド本体内に引込むスペースが必要となるため、シールド掘進機の機長増大を招くという問題があった。

さらに、特に引用文献３では、交換可能なビットの種類（形状）が限られ、一枚刃タイプのフィッシュテールビット、センタビット或いはセンタカッタ（ローラカッタ）には対応できなかった。

そこで、本発明の目的は、カッタの中央部に配置されるビットをシールド本体内で効率的に交換することができるシールド掘進機のビット交換装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、シールド掘進機の機長増大を招くことのないビット交換装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、カッタの中央部に配置されるあらゆる種類のビットを交換することができるビット交換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、カッタの中央部に配置されるビットをバルクヘッドの後方から交換するためのシールド掘進機のビット交換装置において、上記カッタの中央部に貫通形成された前穴と、上記バルクヘッドの中央部に貫通形成された後穴と、上記カッタとバルクヘッドとの間に配置され、上記前穴及び後穴を囲繞するように形成された筒体と、該筒体内に回転自在に設けられ、上記ビットを保持する回転体と、該回転体を上記ビットが上記前穴に向く位置と上記後穴に向く位置とに回転させるための回転手段と、上記バルクヘッドに設けられ、上記後穴を開閉するための蓋とを備え、上記筒体は円筒状に形成され且つ上記カッタと同心的に配置され、上記筒体の一端が上記カッタの後面に取付けられ、上記筒体の他端が上記バルクヘッドの前面に設けられた円筒状の支持部に支持されるものである。

ここで、上記回転体が球体からなり、該球体と当接する球面受座を設け、その球面受座に第一シール部材を設けても良い。

また、上記第一シール部材が、上記筒体の長手方向に互いに離間させて設けられた一対のシール部材を有しても良い。

また、上記回転体に凹部を形成し、その凹部内に上記ビットが取付けられた台座を上記凹部の側面に沿って移動自在に設け、上記台座を上記凹部に対して出没させるための出没手段を設けても良い。

さらに、上記台座が上記凹部の側面に摺接する側壁を有し、該側壁と上記凹部の側面との間に第二シール部材を設けても良い。

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）カッタの中央部に配置されるビットをシールド本体内で効率的に交換することができる。
２）シールド掘進機の機長増大を招くことがない。
３）カッタの中央部に配置されるあらゆる種類のビットを交換することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のビット交換装置は、カッタの中央部に配置されるビットをバルクヘッドの後方から交換するためのものである。本実施形態では、センタビットがフィッシュテール形のビットホルダを介してカッタの中央部に配置される。

図１は、本発明の一実施形態に係るビット交換装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。図２は、シールド掘進機の平断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、掘進方向前方（図１及び図２中の左側）にカッタ２を有するシールド本体３を備えている。シールド本体３の後部には、カッタ２により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するエレクタ（図示せず）と、シールド本体３の内周に沿って複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体３を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。

カッタ２は、シールド本体３の前端部近傍に設けられたバルクヘッド４に回転自在に設けられる。カッタ２は、その回転中心から径方向外側に延出するカッタ本体５を有している。カッタ本体５前面には、その径方向中央に多数のセンタビット６がフィッシュテール形のビットホルダ７を介して配置され、そのセンタビット６よりも外周側に多数のカッタビット８が配置される。なお、カッタ本体５はスポーク状に形成されていても良く、面盤状に形成されていても良い。

カッタ本体５後面の半径方向中間部には連結部材９が取付けられ、その連結部材９後面にはリング体１０が取付けられる。カッタ本体５は、それら連結部材９及びリング体１０を介してバルクヘッド４に回転自在に支持される。シールド本体３内には、リング体１０を介してカッタ本体５を回転駆動するための駆動モータ１１が設けられる。

カッタ本体５とバルクヘッド４との間には、カッタ２により掘削した土砂（掘削土砂）を取込むチャンバ１２が形成される。バルクヘッド４の下部には、これを貫通してチャンバ１２に開口するスクリュコンベア１３が設けられる。

本実施形態のビット交換装置２０は、カッタ本体５の中央部に貫通形成された前穴２１と、バルクヘッド４の中央部に貫通形成された後穴２２と、カッタ本体５とバルクヘッド４との間に配置され、前穴２１及び後穴２２を囲繞するように形成された筒体２３と、筒体２３内に回転自在に設けられ、センタビット６を保持する回転体２４と、回転体２４をセンタビット６が前穴２１に向く位置と後穴２２に向く位置とに回転させるための回転手段２５とを備えている。本実施形態では、前穴２１と後穴２２は共にカッタ本体５の回転中心上に配置され、筒体２３もカッタ本体５の回転中心上に配置される。

本実施形態では、筒体２３は円筒状に形成され、その筒体２３の一端（図１及び図２中の左側）がカッタ本体５の裏面に取付けられ、他端（図１及び図２中の右側）がバルクヘッド４の表面に設けられた円筒状の支持部２６に支持される。つまり筒体２３は、カッタ本体５の裏面とバルクヘッド４の表面との間に設けられる。これにより、筒体２３がカッタ本体５と一体的に回転される。またカッタ本体５の支持部２６と筒体２３との間にはシール部材（図示せず）が設けられる。

バルクヘッド４には、後穴２２を開閉するための蓋２７が取付けられる。蓋２７と後穴２２との間にはシール部材（図示せず）が設けられる。

本実施形態では、回転体２４は略球状に形成された球体２８からなる。球体２８と当接する球面受座２９が設けられる。本実施形態の球面受座２９は前後に分割可能に形成されており、前穴２１の内周に形成された前側球面部３０と、筒体２３内に設けられたリング体３１の内周に形成された後側球面部３２とを有している。

球面受座２９には、球体２８の外周と球面部３０、３２との間をシールするための第一シール部材３３が設けられる。本実施形態では、第一シール部材３３は、筒体２３の長手方向に所定間隔だけ互いに離間させて設けられた一対のリング状のシール部材３４を有している。これら一対のシール部材３４は球面受座２９の前側球面部３０及び後側球面部３２にそれぞれ配置される。

ここで、上記所定間隔は、後述する凹部３５の直径（幅）より大きいことが好ましい。本実施形態では、上記所定間隔は、凹部３５の直径（幅）よりわずかに大きく設定されている。一対のシール部材３４の内径は、ビットホルダ７及び後述する台座３６出没の支障とならないように、ビットホルダ７及び台座３６の直径（幅）よりも大きく形成される。

本実施形態では、球体２８はその外周に設けられたシャフト３７により筒体２３に対して回転自在に支持される。本実施形態の回転手段２５は、球体２８のシャフト３７を囲繞するように複数（本実施形態では六本、図３等参照）設けられ、シャフト３７の軸方向に延出する円柱状の延出部材３８と、一端がバルクヘッド４の表面に着脱自在に取り付けられ、他端が延出部材３８に当接されるジャッキ３９とから構成されている。ジャッキ３９の他端を延出部材３８に当接させた状態で、そのジャッキ３９を伸長させると共に、当接させる延出部材３８を順次盛替えることで、球体２８をシャフト３７周りに回転させるようになっている。

球体２８には断面円形状の凹部３５が形成され、その凹部３５内には、センタビット６がビットホルダ７を介して取付けられた有底円筒状の台座３６が凹部３５の側面に沿って移動自在に設けられる。また台座３６を凹部３５に対して出没させるための出没手段４０が設けられる。本実施形態の出没手段４０は、凹部３５内に設けられたジャッキ４１からなる。ジャッキ４１の先端に台座３６が取付けられ、ジャッキ４１を伸縮させることで、台座３６が球体２８の凹部３５に対して出没自在に設けられる。

台座３６は、球体２８の凹部３５の側面に摺接する側壁４２を有している。本実施形態では、台座３６は底部が開放された略箱状に形成されている。球体２８の凹部３５には、台座３６の側壁４２と凹部３５の側面との間をシールするためのリング状の第二シール部材４３が設けられる。なお、凹部３５が断面角形状に形成されると共に、台座３６が有底角筒状に形成されていても良い。

次に、本実施形態の作用を説明する。

シールド掘進機１の掘進により、センタビット６が摩耗したならば、カッタ２の回転を停止させる。

まず、球体２８の凹部３５内に設けられたジャッキ４１を縮退させて、図３に示すように、センタビット６が球体２８の回転半径内に収まるように、ビットホルダ７及び台座３６を球体２８の凹部３５内に収容する。この際、台座３６の側壁４２と凹部３５の側面との間は第二シール部材４３によりシールされているので、掘削土砂や泥水等が球体２８の凹部３５内に流入することを防止でき、センタビット６を球体２８の凹部３５内へ容易に引込むことができる。

次に、図４に示すように、バルクヘッド４の表面に取付けたジャッキ３９を用いて球体２８を回転させる。一対のシール部材３４の間隔が、球体２８の凹部３５の直径（幅）よりもわずかに大きく設定されているので、球体２８を回転させる際、球体２８の外周と球面受座２９の球面部３０、３２との間は一対のシール部材３４（第一シール部材３３）のうち少なくとも一方によりシールされるため、筒体２３内に流入する掘削土砂や泥水等の量を最小限に抑えることができる。

次に、図５に示すように、球体２８をセンタビット６が後穴２２に向く位置まで回転させて蓋２７を開く。その後、球体２８の凹部３５内に設けられたジャッキ４１を伸長させて、センタビット６を後穴２２を通じて掘進方向後方側のシールド本体３内へ移動させる。そして、センタビット６を単体で、或いは、ビットホルダ７及び／又は台座３６と共にバルクヘッド４後方から交換する。

このように、本実施形態によれば、交換すべきセンタビット６をバルクヘッド４に貫通形成された後穴２２に向く位置に回転させて、そのセンタビット６をバルクヘッド４後方のシールド本体３内で交換することができるので、センタビット６を効率的且つ容易に交換することができる。また、交換可能なビットの種類には制限がなく、センタビット６に代えて、フィッシュテールビットやセンタカッタ（ローラカッタ）等の他の種類のビットを球体２８に対して取付けることも可能である。

また、本実施形態によれば、センタビット６を回転させるようにしたため、センタビット６をシールド本体３内に引込むのに比べて、シールド掘進機１の機長増大を小さく抑えることができる。

さらに、本実施形態によれば、球体２８の外周と球面受座２９の球面部３０、３２との間を第一シール部材３３によりシールするようにしたため、ビット交換時に掘削土砂や泥水等が筒体２３を通じてシールド本体３内に流入するのを確実に防止することができ、ビット交換を安全に行うことができる。

一方、センタビット６の交換が完了したら、球体２８の凹部３５内に設けられたジャッキ４１を縮退させて、センタビット６が球体２８の回転半径内に収まるように、ビットホルダ７及び台座３６を球体２８の凹部３５内に収容する。そして蓋２７を閉じて、バルクヘッド４の表面に取付けたジャッキ３９を用いて、球体２８を回転させる。球体２８をセンタビット６が前穴２１に向く位置まで回転させた後、ジャッキ４１を伸長させて、センタビット６を前穴２１を通じてカッタ本体５前面から突出させる。そして、ジャッキ３９をバルクヘッド４から取外した後、カッタ２を回転させてトンネル構築を行う。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、カッタ２の中央部にセンタビット６が設けられるとしたが、これには限定されず、カッタ２の中央部に、フィッシュテールビットやセンタカッタ（ローラカッタ）等の他種類（他形状）のビットが設けられていても良いのは勿論である。

また、回転手段２５及び出没手段４０は上記の実施形態には限定されない。例えば回転手段２５が、球体２８のシャフト３７にギア等を介して設けられるモータであっても良い。

さらに、前穴２１と後穴２２が共にカッタ本体５の回転中心上に配置されていなくても良い。

本発明の一実施形態に係るビット交換装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。 シールド掘進機の平断面図である。 ビット交換の第一工程を示すシールド掘進機の側断面図である。 ビット交換の第二工程を示すシールド掘進機の側断面図である。 ビット交換の第三工程を示す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
２ カッタ
３ シールド本体
４ バルクヘッド
６ センタビット（ビット）
２０ ビット交換装置
２１ 前穴
２２ 後穴
２３ 筒体
２４ 回転体
２５ 回転手段
２８ 球体
２９ 球面受座
３３ 第一シール部材
３４ 一対のシール部材
３５ 凹部
３６ 台座
４０ 出没手段
４２ 側壁
４３ 第二シール部材

Claims (5)

1. カッタの中央部に配置されるビットをバルクヘッドの後方から交換するためのシールド掘進機のビット交換装置において、上記カッタの中央部に貫通形成された前穴と、上記バルクヘッドの中央部に貫通形成された後穴と、上記カッタとバルクヘッドとの間に配置され、上記前穴及び後穴を囲繞するように形成された筒体と、該筒体内に回転自在に設けられ、上記ビットを保持する回転体と、該回転体を上記ビットが上記前穴に向く位置と上記後穴に向く位置とに回転させるための回転手段と、上記バルクヘッドに設けられ、上記後穴を開閉するための蓋とを備え、
   上記筒体は円筒状に形成され且つ上記カッタと同心的に配置され、上記筒体の一端が上記カッタの後面に取付けられ、上記筒体の他端が上記バルクヘッドの前面に設けられた円筒状の支持部に支持される
   ことを特徴とするシールド掘進機のビット交換装置。
2. 上記回転体が球体からなり、該球体と当接する球面受座を設け、その球面受座に第一シール部材を設けた請求項１記載のシールド掘進機のビット交換装置。
3. 上記第一シール部材が、上記筒体の長手方向に互いに離間させて設けられた一対のシール部材を有する請求項２記載のシールド掘進機のビット交換装置。
4. 上記回転体に凹部を形成し、その凹部内に上記ビットが取付けられた台座を上記凹部の側面に沿って移動自在に設け、上記台座を上記凹部に対して出没させるための出没手段を設けた請求項１〜３いずれかに記載のシールド掘進機のビット交換装置。
5. 上記台座が上記凹部の側面に摺接する側壁を有し、該側壁と上記凹部の側面との間に第二シール部材を設けた請求項４記載のシールド掘進機のビット交換装置。

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