JP6147955B2 - カッター支持装置とそれを備えたトンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、カッターヘッドに設けられたカッターをカッターフレーム内から交換できるカッター支持装置と、それを備えたトンネル掘削機に関するものである。

従来、地山等にトンネルを形成する場合、その地質に応じたトンネル掘削機やシールド掘進機が用いられている。例えば、海底トンネルのように切羽からの水圧が作用している環境でトンネルを掘削する場合、切羽密閉型の泥水式、泥土圧式シールド掘進機、トンネル掘削機等（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、総称して「トンネル掘削機」という。）が用いられる。このようなトンネル掘削機のカッターヘッドには、岩盤層や砂礫層などの掘削地盤に応じてローラーカッターやティースカッター等が設けられている。

例えば、通常、岩盤の掘削は、カッターヘッドに取付けられたローラーカッターを、切羽に押付けてカッターヘッドを回転させることにより転動させて切羽を圧砕しながら掘削する。そのため、ローラーカッターは切羽を圧砕する際、カッターの刃先が磨耗する。このローラーカッターの摩耗が進行すると、切羽の掘削ができなくなり、トンネル掘削機による掘進ができなくなる。

しかも、近年、このようなトンネル掘削機による掘削距離の長距離化に伴い、刃先が摩耗したローラーカッターを掘削途中において交換する必要が生じている。このローラーカッターの交換方法としては、一般的に、カッターヘッドと掘削機本体との間のチャンバー内に作業者が入って交換するが、地山の崩壊等防止するとともに、切羽部の泥土を排出する必要があり、多くの時間と労力を要している。特に、切羽に水圧や土圧を作用させながら掘削する環境では、被圧水（地中の水圧・土圧等を含む）下であるため、切羽が崩壊しないために地山に薬液注入することによって、地山からの湧水を止めると共に地山の崩壊を防ぐ処置が必要であり、更に多くの時間を要し、その間、トンネル掘削機が停止して掘削効率を悪化させている。そのため、経済性、施工効率の観点から、トンネル掘削機のカッター交換の作業効率向上が求められている。

なお、この種の先行技術として、例えば、図１７に示すように、ローラーカッター１００をカッター面板１０５から突出させた支持状態と、このローラーカッター１００を支持し、反転させることで切羽側Ｆを遮蔽してローラーカッター１００を交換状態に変化させることが可能なカッター取付部材１０１を設け、このカッター取付部材１０１の反切羽側Ｒを球面１０２で形成し、この球面部分を球面座１０３で支持するようにしたカッター交換装置１０４がある（例えば、特許文献１参照）。このカッター交換装置１０４では、カッター取付部材１０１を１８０°回転させることで切羽側Ｆを遮蔽してローラーカッター１００を反切羽側Ｒのカッターフレーム１０６内に向け、このカッターフレーム１０６内からローラーカッター１００を交換できるようにしている。

特開２００４−２７８０３０号公報

しかしながら、上記カッター交換装置１０４の場合、カッター面板１０５のドーム部１０７において、ローラーカッター１００のカッター面板１０５からの突出量を確保しようとすると、カッター取付部材１０１の駆動軸１０８がドーム部１０７と干渉してしまう。そのため、駆動軸１０８がドーム部１０７と干渉しないように、ドーム部１０７の一部を突出させなければならないが、このドーム部１０７の突出部分Ｐが掘削時の性能低下を招くおそれがある。

また、切羽側Ｆを遮蔽するためにカッター取付部材１０１を回転させる駆動軸１０８の回転軸線１１０が、カッター面板１０５の中心からの半径方向軸線と平行に配置されるローラーカッター１００の回転軸線１１１と平行であるため、カッター取付部材１０１を回転させるために工具等を挿入する空間が各カッター交換装置１０４の間に必要となり、カッター交換装置１０４の半径方向配設間隔Ｈを広く取る必要がある。

さらに、カッター取付部材１０１は、球面１０２の部分を切羽側Ｆに向けた状態にするため、切羽との接触等によって傷つく場合があるが、その場合にはスムーズに反切羽側Ｒに向けて回転させることが難しくなるおそれがある。また、カッター取付部材１０１は、傷ついても交換が難しい。

そこで、本発明は、カッターを切羽側に突出させた掘削状態から反切羽側に向けた交換状態に切替えて交換できるとともに、カッターを支持する部分の面板からの突出量を抑えることができるカッター支持装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、カッターフレームの前方を閉塞するカッター面板に配設されたトンネル掘削機のカッター支持装置であって、カッターを着脱自在に支持するためのカッターホルダと、切羽側から反切羽側に向けて延びて前記カッターホルダがスライド可能に収容される内部空間が設けられた本体ケーシングと、を備え、前記内部空間は、その切羽側の一端が前記カッター面板の前方に開放されると共に、その反切羽側の他端が前記カッターフレームの内部に開放されており、前記本体ケーシングは、前記カッターホルダを前記内部空間で反切羽側にスライドさせた退避状態で、前記カッターホルダをカッターが切羽側を向いた状態と反切羽側を向いた状態とに亘って回動可能に支持する回動支持部材を有する、ことを特徴とする。

この構成により、カッターホルダを退避状態に移動させて回動支持部材でカッターが反切羽側に向くように回動させてカッターを取り外すため、カッターホルダを回動させる回動支持部材の回動軸を面板から離れた退避状態の位置に配置してカッター面板と干渉しないようにできるので、カッター支持装置のカッター面板からの飛び出し量を抑えて掘削性能が向上させることができる。

また、前記回動支持部材は、前記カッターが切羽側を向いた状態の前記カッターホルダの退避状態で、該カッターホルダの係止部が当接される座面を有していてもよい。このように構成すれば、カッターホルダを退避状態に退避させたときに切羽側からの圧力が作用したとしても、カッターホルダを回動支持部材の座面で受けて退避位置に保持することができる。しかも、閉鎖空間での作業でも、安定してカッターホルダを退避位置に退避させることができる。

また、前記退避状態のカッターホルダの反切羽側を覆うように前記回動支持部材に取付け可能な遮蔽部材を備え、前記遮蔽部材は、前記回動支持部材を回動させて前記カッターを反切羽側に向けた交換状態時に切羽側に位置し、切羽側と反切羽側とを遮断するように構成されていてもよい。このように構成すれば、カッターの交換時に切羽側と反切羽側とを遮蔽部材で遮断することができるので、カッターの取外し後に、カッターホルダも取外して交換することができる。

また、前記回動支持部材は、反切羽側から回動させる駆動部を備え、前記駆動部は、回動支持部材を回動させて前記カッターを反切羽側に向けた交換状態の位置で停止させる回動ストッパーを有していてもよい。このように構成すれば、反切羽側から回動支持部材の駆動部を回動させ、回動ストッパーに当接させることでカッターを反切羽側に向けた交換状態にすることができる。しかも、閉鎖空間での作業でも、安定して回動支持部材を所定角度で回動させることができる。

また、前記カッターホルダは、前記カッターを切羽側に突出させた掘削状態を保持するエンドプレートを反切羽側に具備していてもよい。このように構成すれば、カッターホルダを掘削状態と退避状態との間で安定して移動させることができるとともに、掘削状態のカッターからの反力を受けるカッターホルダをカッター面板に容易に固定することができる。

また、前記カッターは、前記カッターホルダに軸部を支持したローラーカッターであってもよい。このように構成すれば、岩盤を圧砕するローラーカッターを容易に交換できるカッター支持装置を構成することができる。

また、前記ローラーカッターの軸部と、前記回動支持部材の駆動部と、の軸線を所定の角度でずらして配置してもよい。このように構成すれば、ローラーカッターの回転軸線と回動支持部材の回動軸線とが平行ではなく異なる軸線となるため、各カッター支持装置における回動支持部材の駆動部を隣接するカッター支持装置から離れた位置に配置することができる。しかも、隣接する回動支持部材の駆動部が離れるため、カッター支持装置を配置する間隔を狭くしてローラーカッターの配置間隔を狭くすることができる。

また、前記カッターホルダは、前記ローラーカッターに向けて洗浄液を噴射するカッター洗浄手段を有していてもよい。このように構成すれば、ローラーカッターの交換前にカッター洗浄手段でローラーカッターを洗浄することができる。

一方、本発明に係るトンネル掘削機は、前記いずれかのカッター支持装置を備えたトンネル掘削機であって、前記カッター支持装置は、カッター面板のカッターフレームに沿って半径方向に複数個が配設され、前記カッター支持装置の回動支持部材は、回動軸線がカッター面板の半径方向軸線に対して所定の角度で傾いて配置されている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「所定の角度」は、カッター面板の半径方向軸線に対し直交する角度までの範囲をいう。この構成により、カッター面板の中心からの半径方向軸線と平行に配置されるローラーカッターの回転軸線に対して回動支持部材の回動軸線をずらすことができるので、所定間隔で配置するカッター支持装置の半径方向配設間隔を狭くすることができ、カッター面板に配置するカッターの間隔を狭くして掘削効率よく掘削できるトンネル掘削機を構成することができる。しかも、カッターフレーム内の大気圧下において、カッターの交換作業を行うことができる。

本発明によれば、切羽側に突出させたカッターを反切羽側に退避させた状態で反切羽側に向けて交換できるので、カッター支持装置の面板からの突出量を抑えることができ、カッター交換が可能なカッター支持装置を構成することが可能となる。

本発明に係るトンネル掘削機の一例を示すカッター面板の正面図である。 図１に示すトンネル掘削機のカッター面板と掘削機本体の縦断面図である。 図２に示すカッター面板に備えられたカッター支持装置の断面図である。 図３に示すカッター支持装置の正面図である。 図３に示すカッター支持装置の平面図である。 図３に示すカッター支持装置の退避状態を示す断面図である。 図６に示すカッター支持装置の退避状態におけるカッター交換途中の断面図である。 図３に示すカッター交換装置を備えたカッター面板の一部の断面図である。 図３に示すカッター支持装置によるカッター交換手順の最初の状態の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図９に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１０に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１１に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１２に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１３に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１４に続くカッター交換手順の断面図である。 図３に示すカッター支持装置による図１５に続くカッターホルダ交換手順を示す断面図である。 従来のカッター交換装置を備えたカッター面板の一部の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、カッター面板２に設けられるカッターがローラーカッター１１の例を説明する。また、掘削方向前方を切羽側Ｆ、後方を反切羽側Ｒという。

図１，２に示すように、トンネル掘削機１は、そのカッター面板２に複数のカッター支持装置１０が設けられたカッターヘッド３を有している。カッター支持装置１０は、ローラーカッター１１がカッター面板２の半径方向に所定間隔で配設されている。ローラーカッター１１は、カッター面板２の回転中心から半径方向に所定間隔で複数個が配設されており、カッター面板２の外周部分に形成されるドーム部５にも配設されている。これらのカッター支持装置１０は、通常、同一円周上に１つのローラーカッター１１が配設されている。ローラーカッター１１は、カッター面板２を岩盤等の切羽Ｇに向けて押圧して回転させることで切羽に溝を形成して切羽Ｇを砕いて掘削する。

また、上記カッター面板２の掘削機本体７側にはカッターフレーム６が設けられ、このカッターフレーム６と掘削機本体７との間にカッターヘッド３を旋回させる支柱８が設けられている。この支柱８にカッターヘッド３のカッターフレーム６と掘削機本体７との内部を連通させるマンホール９が設けられている。このマンホール９により、掘削機本体７からカッターフレーム６内に作業者が入り、後述するように、カッターフレーム６内でローラーカッター１１の交換ができるようになっている。

図３に示すように、上記カッター支持装置１０は、ローラーカッター１１をカッター面板２から突出させた掘削状態では、カッター面板２に固定された本体ケーシング１２によって全体が支持されている。本体ケーシング１２は、円筒形状に形成されており、カッター面板２の所定位置に配設された取付部４に固定されている。この実施形態の本体ケーシング１２は、取付部４に複数のボルト１３（周方向に配置：軸部のみ図示）で固定されている。

本体ケーシング１２の径方向内面には、上記ローラーカッター１１を回動させる回動支持部材２０が設けられている。この回動支持部材２０は、外面に形成された球面部２１が本体ケーシング１２の内面に形成された球面座１４と接するように設けられている。回動支持部材２０は、外面は上記球面部２１に形成され、内面はカッターホルダ３０を切羽側Ｆから反切羽側Ｒにスライドさせる筒状の案内部２２に形成されている。この案内部２２の反切羽側には、カッターホルダ３０のスライドを所定位置で止める座面２３が設けられている。また、本体ケーシング１２の球面座１４には、回動支持部材２０との間をシールするシール部材１５が設けられている。

カッターホルダ３０は、中央部にローラーカッター１１を配置する凹状空間３１を有し、図４に示すように、ローラーカッター１１の軸部１６がボルト１７で取付けられている。図３に示すように、カッターホルダ３０の外周には、上記カッター面板２の取付部４から回動支持部材２０の案内部２２に沿ってスライドする筒状のスライド部３２が形成されている。このスライド部３２には、上記回動支持部材２０の座面２３に当接する係止部３３が設けられている。またスライド部３２の外周には、上記取付部４の内面との間をシールするシール部材３５が設けられている。

上記回動支持部材２０は、図３に示す状態で、ローラーカッター１１の回転軸線１８（紙面直交方向）に対して直交する回動軸線２５を有している。この回動軸線２５上に、回動支持部材２０の駆動部２４が設けられている。このように、カッター面板２の中心から同心円状に配置されて回転するローラーカッター１１の回転軸線１８（カッター面板２の中心から半径方向に延びる線と同一）に対して、回動支持部材２０を回動させる駆動部２４の回動軸線２５が平行とはならないように、回動支持部材２０を配置している。

この実施形態のカッター支持装置１０は、回動支持部材２０の回動軸線２５とローラーカッター１１の回転軸線１８とが直交する構造となっているが、これらの軸線は平行でない構造であればよい。例えば、上記回動支持部材２０の回動軸線２５は、ローラーカッター１１の回転軸線１８に対して４５°の角度で傾いた構造であってもよい。

さらに、上記カッターホルダ３０には、反切羽側に設けられたエンドプレート４０がボルト４１で固定され、このエンドプレート４０がボルト４２で本体ケーシング１２に固定されている。このエンドプレート４０を介して、掘削状態のローラーカッター１１からカッターホルダ３０を介して受ける掘削反力を、カッター面板２及びカッターフレーム６で受けている。

また、カッターホルダ３０の反切羽側Ｒには、空間３１に配置されたローラーカッター１１に向けて洗浄液を噴射する洗浄ノズル（洗浄手段）３４が設けられている。この洗浄ノズル３４から洗浄液を噴射することにより、空間３１内に溜った土砂等の排出や、交換前のローラーカッター１１を洗浄することができる。なお、この洗浄ノズル３４は、例えば、カッターホルダ３０の最深部（反切羽側）からローラーカッター１１に向けて放射状に高圧の洗浄水を噴射するノズル等が採用される。

図５に示すように、上記回動支持部材２０の駆動部２４は、軸端部が六角頭２６に形成されている。このように軸端部を六角頭２６に形成することにより、電動又は油圧トルクレンチ等の汎用工具によって容易に回動させることができるようにしている。

また、この駆動部２４には、回動ストッパー２７が設けられている。この回動ストッパー２７は、軸端部の六角頭２６を工具で回動させ、回動ストッパー２７が当接面２８に当接した状態で回動を止めるものである。図５では、当接面２８を太線で示し、回動ストッパー２７にハッチングを付して示す。このような回動ストッパー２７を設けることにより、六角頭２６を止まる位置まで回動させれば、回動支持部材２０が正確に１８０°回動するようにしている。

つまり、回動支持部材２０の回動を制限して、ローラーカッター１１を取外し状態にする動作を容易に行うことができるようにしている。しかも、六角頭２６を逆方向に回動させて回動ストッパー２７が元の位置に戻って当接面２８に当接すれば、回動支持部材２０を正確に１８０°回動させて戻すことが容易にできる。

図６に示すように、上記カッター支持装置１０は、上記エンドプレート４０を本体ケーシング１２に固定しているボルト４２を取外し、このエンドプレート４０と一体的にカッターホルダ３０及びローラーカッター１１を切羽側Ｆから反切羽側Ｒに向けてスライドさせることができるようになっている。ローラーカッター１１を反切羽側Ｒに退避させるスライド量としては、ローラーカッター１１の前端がカッター面板２の前面と一致する程度に退避させるようになっている。このようにローラーカッター１１を退避させることにより、切羽Ｇを掘削していたローラーカッター１１を切羽Ｇから離すことができる。図示する状態は、カッターホルダ３０を退避させた退避状態であり、この退避状態の位置は、カッターホルダ３０の係止部３３が回動支持部材２０の座面２３に当接して正確な位置で停止するようになっている。

図７に示すように、上記退避状態の位置に退避させたカッターホルダ３０は、このカッターホルダ３０を覆うようにエンドキャップ（遮蔽部材）５０が回動支持部材２０にボルト５３で取付けられる。また、このエンドキャップ５０を覆うようにリッド（蓋部材）５１が本体ケーシング１２にボルト５４で取付けられる。図７では、回動支持部材２０に取付けられたエンドキャップ５０が、回動支持部材２０の回動によって切羽側Ｆに回動させられた状態を示している。この状態では、カッターホルダ３０及びローラーカッター１１は、図６の状態から反転して反切羽側Ｒを向いた状態となる。

このように回動支持部材２０に取付けたエンドキャップ５０は、回動支持部材２０を回動させることで、切羽側Ｆと反切羽側Ｒとを遮蔽する遮蔽機構となる。また、このようなエンドキャップ５０を設けて遮蔽することにより、ローラーカッター１１を取外した後、カッターホルダ３０を交換することができるようになっている。詳細は後述する。

従って、上記カッター支持装置１０によれば、ローラーカッター１１をカッターホルダ３０と一体的に反切羽側Ｒに退避させて退避状態とし（図６）、その退避状態の位置で切羽側Ｆに向いているローラーカッター１１とカッターホルダ３０を一体的に反切羽側Ｒに回動させ（図７）、その状態で反切羽側Ｒからローラーカッター１１を交換することができる。

そして、図８に示すように、上記カッター支持装置１０をカッター面板２に配設した場合、ローラーカッター１１を交換する時にはカッターホルダ３０と一体的に退避させるため、カッター面板２のドーム部５において回動支持部材２０の駆動部２４がドーム部５（カッター面板２）と干渉しないようにできる。そのため、カッター支持装置１０のカッター面板２から前方への突出部分Ｐを小さくすることができる。

従って、カッター面板２の前面におけるカッター支持装置１０の突出部分Ｐが切羽Ｇと接するのを抑え、トンネル掘削機１の掘削性能を安定して保つことができる。

また、図示するカッター支持装置１０は、回動支持部材２０を回動させる駆動部２４（図３）の回動軸線２５がローラーカッター１１の回転軸線１８と直交しているため、駆動部２４で回動支持部材２０を回動させる工具等を挿入する作業空間をローラーカッター１１の回転軸線１８からずらすことができ（この実施形態では、紙面直交方向から工具等で駆動部２４を操作）、カッター面板２に設けるカッター支持装置１０の配設間隔を狭めることができる。

従って、ローラーカッター１１の半径方向配設間隔Ｈを狭くして、ローラーカッター１１による切羽Ｇの掘削効率を向上させることができる。

さらに、この回動支持部材２０の回動軸線２５をローラーカッター１１の回転軸線１８とは平行ではない所定角度で傾ければ（例えば、４５°等）、カッター支持装置１０においてローラーカッター１１等を交換するために要する幅方向寸法を抑えることができ、カッターフレーム６の幅を小さくすることもできる。

なお、図８では、回動支持部材２０の回動軸線２５がローラーカッター１１の回転軸線１８と９０°で直交した例を示しているが、回動支持部材２０の回動軸線２５は、４５°や他の角度で傾いていてもよく、カッター面板２の形状やカッター支持装置１０の配設場所に応じて好ましい角度でローラーカッター１１の回転軸線１８と平行ではないようにすればよい。

［交換手順］
次に、図９〜図１６に基づいて、上記カッター支持装置１０におけるローラーカッター１１の交換と、カッターホルダ３０の交換を行う手順を説明する。以下の説明では、カッターフレーム６を水平にした状態で交換する手順を説明する。

図９に示すように、この実施形態のトンネル掘削機１におけるカッターフレーム６は、作業者Ｍが入ってローラーカッター１１を交換することができる作業空間Ｓに形成されている。この作業空間Ｓは、掘削機本体７（図２）とマンホール９（図２）で連通可能となっており、作業時には大気圧下で作業ができるようになっている。そして、カッター支持装置１０に設けられたローラーカッター１１の交換作業は、まずエンドプレート４０を本体ケーシング１２に固定しているボルト４２を取外す。

次に、図１０に示すように、カッターフレーム６内におけるカッター支持装置１０の反切羽側Ｒにブラケット６０を設け、このブラケット６０に油圧ジャッキ（液圧ジャッキ：以下、単に「ジャッキ」という）６１を設置する。そして、このジャッキ６１によってエンドプレート４０とカッターホルダ３０とを一体的に反切羽側に退避（スライド）させる。この時、カッターホルダ３０に支持されたローラーカッター１１も一体的に退避させられる。

そして、退避させるカッターホルダ３０の係止部３３を回動支持部材２０の座面２３に当接させることで、回動支持部材２０の回動位置である退避状態の位置にカッターホルダ３０を退避させる。このように、カッターホルダ３０を回動支持部材２０の退避状態の位置に退避させる作業は、カッターホルダ３０の係止部３３を回動支持部材２０の座面２３に当接させることでできるので、閉鎖空間で作業を行っても安定して行うことができる。

つまり、カッターホルダ３０を退避状態の位置に退避させる作業は、回動支持部材２０に設けられた座面２３にカッターホルダ３０が当接した時に退避完了と判断することができ、特別な構造や手順を要することなくカッターホルダ３０を回動支持部材２０の所定位置に位置させることができる。

また、このように回動支持部材２０の座面２３でカッターホルダ３０を受けることにより、退避状態のカッターホルダ３０に切羽側から水圧が作用したとしても、回動支持部材２０を介して本体ケーシング１２で受けることができる。

次に、図１１に示すように、カッターフレーム６に支持レール６を設け、この支持レール６２にウインチ６３を取付ける。そして、このウインチ６３でエンドプレート４０とジャッキ６１とを一体的に吊下げ、エンドプレート４０とカッターホルダ３０から取外して、これらエンドプレート４０とジャッキ６１とを取外す。

次に、図１２に示すように、エンドプレート４０を取外したカッターホルダ３０の反切羽側に、このカッターホルダ３０を覆うようにエンドキャップ５０を回動支持部材２０に取付ける。また、そのエンドキャップ５０を覆うように、本体ケーシング１２にリッド５１を取付ける。これらの取付け時も、上記ウインチ６３を用いて取付けられる。

なお、リッド５１には、後述するように、ローラーカッター１１を取外す前にカッターホルダ３０の内部圧力をカッターフレーム６の内圧（大気圧）にするためのバルブ５２が設けられている。

次に、図１３に示すように、上記回動支持部材２０の駆動部２４に形成された六角頭２６が、電動又は油圧トルクレンチ等（図示する二点鎖線）の汎用工具によって回動させられる。この駆動部２４を回動させることにより、回動支持部材２０と一体的にカッターホルダ３０とエンドキャップ５０とが回動させられる。この回動支持部材２０の回動により、カッターホルダ３０が反転してローラーカッター１１が切羽側Ｆから反切羽側Ｒのカッターフレーム６側に向けて切替えられる。この切替え状態が、ローラーカッター１１を反切羽側Ｒから交換できる交換状態である。

また、上記駆動部２４の回動は、上述したように回動ストッパー２７により（図５）、六角頭２６を工具で回動させて、その回動が止まる状態（回動ストッパー２７が当接面２８に当接した状態）まで回動させることにより、カッターフレーム６の限られた作業スペースＳ内で正確に１８０°回動させることができる。

この状態で、リッド５１に設けられたバルブ５２を開放して、リッド５１とカッターホルダ３０とで囲われた空間内の圧力をカッターフレーム６の内圧（大気圧）と平衡状態にする。

次に、図１４に示すように、上記ウインチ６３によってリッド５１を吊下げ、このリッド５１を本体ケーシング１２に取付けているボルト５４を取外し、リッド５１が本体ケーシング１２から取外される。この例では、取外したリッド５１をスタンド６４に立てるようにしている。このリッド５１を取外すことにより、反切羽側Ｒに向いたローラーカッター１１がカッターフレーム６内に現れる。

また、このリッド５１を取外すときには、エンドキャップ５０が切羽Ｇに面する状態となっているため、このエンドキャップ５０及び回動支持部材２０によって切羽側Ｆからカッターフレーム６内への水等の浸入防止が図られている。

その後、図１５に示すように、上記ブラケット６０にスライドレール６５が取付けられる。そして、上記ウインチ６３によってローラーカッター１１が吊下げられ、このローラーカッター１１がカッターホルダ３０から外されてスライドレール６５に沿って反切羽側Ｒに取外される。

このローラーカッター１１の取外し時も、エンドキャップ５０が切羽Ｇに面する状態となっているため、このエンドキャップ５０及び回動支持部材２０によって切羽側Ｆからカッターフレーム６への水等の浸入防止が図られているので、カッターフレーム６内でローラーカッター１１を効率よく取外すことができる。

さらに、図１６に示すように、この実施形態では、上記したようにエンドキャップ５０及び回動支持部材２０によって切羽Ｇ側からの水等の浸入防止が図られているため、ローラーカッター１１を取外した後、カッターホルダ３０をウインチ６３で吊下げて取外し、交換することができる。

このカッターホルダ３０の交換は、カッターホルダ３０の摩耗状態等に応じて交換すればよい。また、カッターホルダ３０を交換することにより、このカッターホルダ３０に設けられている洗浄ノズル３４を交換することもできる。

以上が、上記カッター支持装置１０におけるローラーカッター１１とカッターホルダ３０の取外し手順であり、新しいローラーカッター１１とカッターホルダ３０との取付けは、逆手順によって組込まれる。この組込み手順は上記取外し手順の逆手順であるため、説明は省略する。

以上のように、上記カッター支持装置１０によれば、上記手順によって、水圧・土圧を有する環境下でも効率よくローラーカッター１１を交換することができる。また、カッターホルダ３０が磨耗している場合には、ローラーカッター１１の交換時にカッターホルダ３０を交換することができる。

さらに、カッターホルダ３０を退避状態に位置させる作業、回動支持部材２０を所定の角度で回動させる作業で自動的に位置決めできるようにしているので、限られた空間のカッターフレーム６内で行う交換作業を、作業時間を短縮した効率の良い作業として行うことができる。

その上、交換作業の多くを機械的手段で補助することができるので、人力を軽減して作業者の負担を軽減することができる。また、交換に必要なスペースも小さくすることができる。

また、上記カッター支持装置１０を備えたトンネル掘削機１によれば、上述した図８に示すように、ローラーカッター１１をカッターホルダ３０と一体的に反切羽側に退避させてから交換するため、カッター面板２のドーム部５においてカッター支持装置１０が前方への突出する量を抑えることができ、カッター支持装置１０が切羽Ｇと接するのを抑えて、トンネル掘削機１の掘削性能を安定して保つことができる。

しかも、カッター支持装置１０の半径方向配設ピッチを狭くすることでローラーカッター１１の半径方向ピッチを狭くし、掘削効率の良いカッター面板２を構成することができる。

なお、上記実施形態では、ローラーカッター１１を例に説明したが、カッタービットを交換可能に支持するカッター支持装置として構成することもでき、カッターの構成は上記実施形態に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、回動支持部材２０の駆動部２４を一般的な工具で回動させるように六角頭としたが、特に形状は限定されるものではなく、回動支持部材２０を工具や他の手段を用いて回動させることができるように構成されていればよい。

さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明に係るカッター支持装置は、カッター面板に備えられたカッターをカッターフレーム内から交換したいトンネル掘削機において利用できる。

１ トンネル掘削機
２ カッター面板
３ カッターヘッド
４ 取付部
５ ドーム部
６ カッターフレーム
７ 掘削機本体
８ 支柱
９ マンホール
１０ カッター支持装置
１１ ローラーカッター
１２ 本体ケーシング
１４ 球面座
１５ シール部材
１６ 軸部
１８ 回転軸線
２０ 回動支持部材
２１ 球面部
２２ 案内部
２３ 座面
２４ 駆動部
２５ 回動軸線
２６ 六角頭
２７ 回動ストッパー
２８ 当接面
３０ カッターホルダ
３１ 空間
３２ スライド部
３３ 係止部
３４ 洗浄ノズル（洗浄手段）
４０ エンドプレート
５０ エンドキャップ（遮蔽部材）
５１ リッド（蓋部材）
５２ バルブ
６０ ブラケット
６１ 油圧ジャッキ
６２ 支持レール
６３ ウインチ
６４ スタンド
６５ スライドレール
Ｇ 切羽
Ｈ 半径方向配設間隔
Ｆ 切羽側
Ｒ 反切羽側
Ｐ 突出部分

Claims (8)

1. カッターフレームの前方を閉塞するカッター面板に配設されたトンネル掘削機のカッター支持装置であって、
   カッターを着脱自在に支持するためのカッターホルダと、
   切羽側から反切羽側に向けて延びて前記カッターホルダがスライド可能に収容される内部空間が設けられた本体ケーシングと、を備え、
   前記内部空間は、その切羽側の一端が前記カッター面板の前方に開放されると共に、その反切羽側の他端が前記カッターフレームの内部に開放されており、
   前記本体ケーシングは、前記カッターホルダを前記内部空間で反切羽側にスライドさせた退避状態で、前記カッターホルダをカッターが切羽側を向いた状態と反切羽側を向いた状態とに亘って回動可能に支持する回動支持部材を有し、
   前記退避状態のカッターホルダの反切羽側を覆うように前記回動支持部材に取付け可能な遮蔽部材を備え、
   前記遮蔽部材は、前記回動支持部材を回動させて前記カッターを反切羽側に向けた交換状態時に切羽側に位置し、切羽側と反切羽側とを遮断するように構成されていることを特徴とする、トンネル掘削機のカッター支持装置。
2. 前記回動支持部材は、前記カッターが切羽側を向いた状態の前記カッターホルダの退避状態で、該カッターホルダの係止部が当接される座面を有している、請求項１に記載のカッター支持装置。
3. 前記回動支持部材は、反切羽側から回動させる駆動部を備え、
   前記駆動部は、回動支持部材を回動させて前記カッターを反切羽側に向けた交換状態の位置で停止させる回動ストッパーを有している請求項１又は２に記載のカッター支持装置。
4. 前記カッターホルダは、前記カッターを切羽側に突出させた掘削状態を保持するエンドプレートを反切羽側に具備している請求項１〜３のいずれか１項に記載のカッター支持装置。
5. 前記カッターは、前記カッターホルダに軸部を支持したローラーカッターである請求項１〜４のいずれか１項に記載のカッター支持装置。
6. 前記ローラーカッターの軸部と、前記回動支持部材の駆動部と、の軸線を所定の角度でずらして配置した請求項５に記載のカッター支持装置。
7. 前記カッターホルダは、前記ローラーカッターに向けて洗浄液を噴射するカッター洗浄手段を有している請求項５又は６に記載のカッター支持装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のカッター支持装置を備えたトンネル掘削機であって、
   前記カッター支持装置は、カッター面板のカッターフレームに沿って半径方向に複数個が配設され、
   前記カッター支持装置の回動支持部材は、回動軸線がカッター面板の半径方向軸線に対して所定の角度で傾いて配置されていることを特徴とするトンネル掘削機。

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