JP6293494B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機に関する。

従来より、トンネル掘削にシールド掘進機が用いられている。シールド掘進機の進路上には、土砂や岩盤（以下、「自然物」という。）以外の支障物があることがある。支障物としては、例えば、ビルや橋梁などの地上建造物の基礎杭があり、このような基礎杭は、例えば、鉄筋入りのコンクリートからなる。

シールド掘進機の進路上に支障物がある場合は、シールド掘進機でその支障物を直接切削することが望まれる。これを実現するために、例えば、シールド掘進機には、ブレードカッター装置が装備される（例えば、特許文献１参照）。

ブレードカッター装置は、カッターヘッドに組み込まれる。具体的に、カッターヘッドには、先行ビットと共に回転する回転板が設けられ、この回転板に、金属を切削可能な薄い円盤状のブレードが、カッターヘッドの回転軸と直交する軸回りに回転するように取り付けられる。

特開平９−３０３０８６号公報

しかしながら、ブレードカッター装置では、ブレードがカッターヘッドの回転軸と直交する軸回りに回転するため、そのブレードをカッターヘッドの径方向に密に配置することが困難である。従って、支障物を細かく切断することができない。

そこで、本発明は、支障物の切削に適した構成をカッターヘッドの径方向に密に配置することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のシールド掘進機は、カッターヘッドを回転軸回りに回転させるシールド掘進機であって、前記カッターヘッドは、前記回転軸周りに放射状に配置された中空状の複数のカッタースポークと、前記複数のカッタースポークの少なくとも１つに、当該カッタースポークの延在方向に沿って配列された複数のドリルユニットと、を備え、前記複数のドリルユニットのそれぞれは、前記回転軸と平行な軸回りに回転する回転カッターと、前記回転カッターを回転させるモータと、を含む、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ドリルユニットの回転カッターをモータによってカッターヘッドとは独立して高速に回転することができる。そのため、支障物が鉄筋入りのコンクリートであっても、回転カッターにより、支障物を容易に切削することができる。また、ドリルユニットの回転カッターがカッターヘッドの回転軸と平行な軸回りに回転可能であるので、回転カッターをカッターヘッドの径方向に密に配置することができる。これにより、支障物を細かく切断することができる。

本発明によれば、支障物の切削に適した構成をカッターヘッドの径方向に密に配置することができる。

本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の先端部の概略構成図である。 図１に示すシールド掘進機に用いられるカッターヘッドの正面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 図２のIV−IV線に沿った断面図である。 図２のV−V線に沿った断面図である。 ドリルユニットの断面図である。 回転カッター、先行ビットおよびティースビットの高さの関係を示す説明図である。

図１に、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機を示す。このシールド掘進機１は、シールドシェル１１と、シールドシェル１１の前方に配置されたカッターヘッド２を含む。また、シールドシェル１１内には、環状のカッタードラム１４を介してカッターヘッド２を回転可能に支持する支持機構１２と、カッターヘッド２をカッタードラム１４を介して回転軸Ａ回りに回転させる駆動機構１３が設けられている。なお、本明細書では、シールド掘進機１の進行方向を前方、その反対側を後方という。

カッターヘッド２は、図２〜図５に示すように、回転軸Ａを中心とするセンターコア２０と、センターコア２０の周りに放射状に配置された複数（図例では１２個）のカッタースポークを含む。本実施形態では、カッタースポークは、９０度間隔で配置された４つの第１カッタースポーク２１と、隣り合う第１カッタースポーク２１の間に等角度間隔で２つずつ配置された、合計で８つの第２カッタースポーク２２を含む。

本実施形態では、６０度間隔で並ぶカッタースポーク（２つの第１カッタースポーク２１および４つの第２カッタースポーク２２）がセンターコア２０と連結されており、残りのカッタースポークがセンターコア２０から離間している。そして、隣り合うカッタースポーク同士（第１カッタースポーク２１と第２カッタースポーク２２または第２カッタースポーク２２同士）が、周方向連結部材２４によって互いに連結されている。ただし、第１および第２カッタースポーク２１，２２の数およびセンターコア２０への連結態様は適宜変更可能である。

第１カッタースポーク２１および第２カッタースポーク２２のそれぞれは、中空状である。本実施形態では、第１カッタースポーク２１および第２カッタースポーク２２のそれぞれは、図４および図５に示すように、前方の幅が広く、後方の幅が狭い台形状の断面形状を有している。ただし、第１カッタースポーク２１および第２カッタースポーク２２のそれぞれの断面形状は、これに限られるものではなく、例えば、円形状であってもよい。

第１カッタースポーク２１および第２カッタースポーク２２のそれぞれは、軸方向連結部材２３によってカッタードラム１４と連結されている。カッタードラム１４には、マンホール（図示せず）が設けられており、カッタードラム１４および軸方向連結部材２３を通じて各カッタースポーク２１，２２の内部に作業者が進入できるようになっている。

図４に示すように、各第１カッタースポーク２１の双方の側壁には、複数のティースビット３２が固定されている。また、各第１カッタースポーク２１の前壁には、第１カッタースポーク２１の延在方向に沿って複数のドリルユニット３が配列されている。本実施形態では、図２に示すように、ドリルユニット３が千鳥状に配列されているが、ドリルユニット３は一列で配列されていてもよい。

具体的に、各第１カッタースポーク２１の前壁には、当該前壁を貫通するように複数の管状の第１ボス部材４１が設けられている。各第１ボス部材４１は、回転軸Ａと平行な方向に延びている。そして、各第１ボス部材４１に、ドリルユニット３が挿入されている。ドリルユニット３の構成は、後述にて詳細に説明する。

図５に示すように、各第２カッタースポーク２２の双方の側壁には、複数のティースビット３２が固定されている。また、各第２カッタースポーク２２の前壁には、第２カッタースポーク２２の延在方向に沿って複数の先行ビット３１が配列されている。本実施形態では、図２に示すように、先行ビット３１が千鳥状に配列されているが、先行ビット３１は一列で配列されていてもよい。

具体的に、各第２カッタースポーク２２の前壁には、当該前壁を貫通するように複数の管状の第２ボス部材４２が設けられている。なお、第２ボス部材４２は、第１ボス部材４１よりも外径および内径が小さなものである。各第２ボス部材４２は、回転軸Ａと平行な方向に延びている。そして、各第２ボス部材４２に、先行ビット３１が挿入されている。

先行ビット３１は、図略のボルトによりエンドプレート４５に固定されており、エンドプレート４５は、図略のボルトにより第２ボス部材４２に固定されている。そして、エンドプレート４５を第２ボス部材４２および先行ビット３１から取り外せば、先行ビット３１を第２カッタースポーク２２の内部に引き抜くことができる。

図３に示すように、センターコア２０には、当該センターコア２０に連結された第１カッターフレーム２１同士を結ぶ方向に延びる、側面視で略三角形状の突出部２５が設けられている。そして、突出部２５の先端面にも、先行ビット３３が固定されている。

次に、図６を参照して、各ドリルユニット３の構成を詳細に説明する。ドリルユニット３は、第１ボス部材４１に挿通された、カッターヘッド２の回転軸Ａと平行な軸回りに回転する回転カッター５と、ベアリング６３を介して回転カッターを回転可能に支持するハウジング６１と、回転カッター５を回転させるモータ７を含む。

回転カッター５は、ハウジング６１から前方に突出する刃部５１と、ハウジング６１内に収容されるホルダー５２を有する。ホルダー５２は、カップリング８によりモータ７の出力軸と連結されている。具体的に、カップリング８には、モータ７の出力軸と回転不能に嵌合する穴８１が設けられており、ホルダー５２の刃部５１と反対側の端面には、カップリング８の軸部と回転不能に嵌合する穴５３が設けられている。モータ７は、油圧モータであってもよいし、電動モータであってもよい。

ハウジング６１は、取付プレート６２を介して第１ボス部材４１に固定されている。より詳しくは、ハウジング６１は、図略のボルトにより取付プレート６２に固定されており、取付プレート６２は、図略のボルトにより第１ボス部材４１に固定されている。そして、取付プレート６２を第１ボス部材４１およびハウジング６１から取り外せば、ハウジング６１を回転カッター５と共に第１カッタースポーク２１の内部に引き抜くことができる。

なお、取付プレート６２には、モータ７用の固定台６４が設けられている。また、回転カッター５とハウジング６１との間、ハウジング６１と第１ボス部材４１の内周面との間、および第１ボス部材４１の端面と取付プレート６２との間には、シール部材６５が配置されている。

回転カッター５と上述した先行ビット３１およびティースビット３２との高さ関係は、図７に示すように設定されている。本実施形態では、第１カッタースポーク２１の前面と第２カッタースポーク２２の前面が同一面（以下、「基準面」という。）上に位置している。先行ビット３１の基準面からの高さは、ティースビット３２の基準面からの高さよりも高く設定されており、回転カッター５の基準面からの高さは、先行ビット３１の基準面からの高さよりも高く設定されている。このため、支障物が鉄筋９１入りのコンクリート９である場合は、まず回転カッター５により鉄筋９１の切削が行われ、その切削により分断された残存部分が先行ビット３１により掘削される。

なお、シールド掘進機１には、ドリルユニット３と交換可能な先行ビット（図示せず）が搭載されている。この先行ビットは、第２カッタースポーク２２に装備される先行ビット３１と同一でも異なっていてもよい。ドリルユニット３と交換可能な先行ビットが先行ビット３１と同一である場合は、先行ビット３１にスリーブ（図示せず）を装着して第１ボス部材４１内に挿入すればよい。

以上説明したように、本実施形態のシールド掘進機１では、ドリルユニット３の回転カッター５をモータ７によってカッターヘッド２とは独立して高速に回転することができる。そのため、支障物が鉄筋９１入りのコンクリート９であっても、回転カッター５により、支障物を容易に切削することができる。また、ドリルユニット３の回転カッター５がカッターヘッド２の回転軸Ａと平行な軸回りに回転可能であるので、回転カッター５をカッターヘッド２の径方向に密に配置することができる。これにより、支障物を細かく切断することができる。

ところで、シールド掘進機１の進路上で支障物がある範囲は限られるため、その範囲をシールド掘進機１が通過した後は、支障物の切削に適した構成を自然物用の通常の先行ビットに取り換えることが望まれる。しかしながら、従来のブレードカッター装置では、その構造上、そのような作業は困難である。

これに対し、本実施形態のシールド掘進機１では、ドリルユニット３の回転カッター５を回転可能に支持するハウジング６１が回転カッター５と共に第１カッタースポーク２１の内部に引き抜き可能である。従って、シールド掘進機１が支障物がある範囲を通過した後は、ドリルユニット３を先行ビットに容易に交換することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、カッターヘッド２は、第２カッタースポーク２２を有さずに、第１カッタースポーク２１のみを有していてもよい。

また、ドリルユニット３は必ずしも全ての第１カッタースポーク２１に配列されている必要はなく、そのうちの少なくとも１つに配列されていればよい。また、１つの第１カッタースポーク２１においても、ドリルユニット３と図略の先行ビットを併用することが可能である。例えば、各第１カッタースポーク２１の第１ボス部材４１のいくつかにドリルユニット３が挿入され、残りの第１ボス部材４１に図略の先行ビットが挿入されていてもよい。

また、ドリルユニット３が有する回転カッター５の数は必ずしも１つである必要はなく、ドリルユニット３が複数の回転カッター５を有し、これらの回転カッター５が１つのモータ７で駆動されてもよい。

１ シールド掘進機
２ カッターヘッド
２１ 第１カッタースポーク
２２ 第２カッタースポーク
３ ドリルユニット
３１ 先行ビット
３２ ティースビット
４１，４２ ボス部材
５ 回転カッター
６１ ハウジング
７ モータ

Claims (3)

1. カッターヘッドを回転軸回りに回転させるシールド掘進機であって、
   前記カッターヘッドは、
   前記回転軸周りに放射状に配置された中空状の複数のカッタースポークと、
   前記複数のカッタースポークの少なくとも１つに、当該カッタースポークの延在方向に沿って配列された複数のドリルユニットと、を備え、
   前記複数のドリルユニットのそれぞれは、前記回転軸と平行な中心軸を有する回転カッターと、前記回転カッターを前記中心軸回りに回転させるモータと、を含む、シールド掘進機。
2. 前記複数のカッタースポークの少なくとも１つには、前記回転軸と平行な方向に延びる管状の複数のボス部材が設けられていて、前記複数のドリルユニットは前記複数のボス部材内に挿入されており、
   前記複数のドリルユニットは、前記ボス部材に固定されて前記回転カッターを回転可能に支持するハウジングであって前記カッタースポークの内部に前記回転カッターと共に引き抜き可能に構成されたハウジングを含み、
   前記ドリルユニットと交換可能な先行ビットをさらに備える、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記複数のカッタースポークは、複数の第１カッタースポークと、複数の第２カッタースポークを含み、
   前記ドリルユニットは、前記複数の第１カッタースポークにおける前記複数のボス部材に挿入されており、
   前記複数の第２カッタースポークにおける前記複数のボス部材には、前記先行ビットと同一または異なる先行ビットが挿入されている、請求項２に記載のシールド掘進機。

Images