JP7360372B2 - シールド掘進機とカッタビットの交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機とカッタビットの交換方法に関する。

シールド工法では、例えばシールド掘進機による掘進長が長い場合に、地中においてカッタヘッドに装着されているカッタビットの交換が行われる場合がある。このカッタビットの交換に際しては、シールド掘進機におけるカッタヘッド後方のチャンバ内から切羽とカッタヘッドの間に作業員が入り、カッタヘッド前方からカッタビットの交換を行う方法や、カッタスポーク内から直接カッタビットの交換を行う方法が適用される。
上記するカッタスポーク内からのカッタビットの交換方法によれば、凍土の造成等を含む地盤改良を行うことなくカッタビットの交換が可能になることから、工費の削減と工期の短縮を図ることができる。ところで、カッタスポーク内からのカッタビットの交換方法には、シールド本体の軸芯にあるセンターシャフトに作業員が入り、センターシャフトから各カッタスポークの背面側に作業員が移動し、カッタビットを収容するカッタホルダを背面側に移動させてカッタビットの交換を行う方法や、カッタスポークに沿ってガイドレールに収納されたビットホルダを引き抜くことにより、カッタビットを機内に一度に取り込んでカッタビットの交換を行う方法などがある。しかしながら、これらの機内交換工法では、センターシャフトが自ずと大口径化し易く、例えば、カッタヘッドの口径が２ｍ乃至８ｍ程度の中・小口径のシールド掘進機への適用は困難と言える。
従って、大口径は勿論のこと、中・小口径のシールド掘進機に対しても、機内からのカッタビットの交換を行うことのできるシールド掘進機の開発やカッタビットの交換方法が望まれている。

ここで、特許文献１には、機内からの広範囲なカッタビットの交換を可能にした、シールド掘進機とカッタビット交換方法が提案されている。具体的には、シールド本体において、カッタスポークを有するカッタヘッドをシールド軸心方向に沿ってチャンバ内に後退可能なカッタ後退機構と、伸縮スポークを収容してカッタビットの交換作業が可能な作業区画体と、作業区画体の前部に伸縮スポークを挿入可能な前面開口部と、伸縮スポークの収容前または収容後にそれぞれ前面開口部を開閉可能な前面開閉装置とが設けられ、半径方向の軸心周りに回動自在な円弧形断面の前面ゲートが前面開閉装置に設けられているシールド掘進機である。このシールド掘進機を適用したカッタビット交換方法は、上記シールド掘進機のカッタスポークに設けられているカッタビットの交換に際して、シールド本体前部の隔壁に設置されている作業区画体と、カッタヘッドとの少なくとも一方をシールド軸心方向に移動させてカッタスポークを作業区画体に収容し、カッタビットの交換作業を行う方法である。

特開２００２－２６６５９２号公報

特許文献１に記載のシールド掘進機とカッタビット交換方法によれば、機内からの広範囲なカッタビットの交換が可能になる。
ところで、特許文献１に記載のシールド掘進機では、カッタビットの交換に際してカッタスポークをチャンバ側へ後退させることとしているが、カッタスポークを後退させることにより、カッタスポークにて支持されていた切羽に対する支持力の低下が危惧される。
また、作業区画体をカッタスポーク側に移動させ、作業区画体の前面開口部を開閉可能な円弧形断面の前面ゲートを半径方向の軸心周りに回動させることにより前面開口部を開放し、カッタスポークを作業区画体の内部に収容するに当たり、この前面ゲートの回動の際に前面ゲートを切羽や周辺地盤に食い込ませ、カッタスポークの収容後は、切羽等に食い込ませた前面ゲートを閉合することになる。そのため、切羽等に食い込ませた前面ゲートの閉合が困難になる事態が危惧される。
さらに、前面開閉装置、区画体突出機構等、複数の駆動装置を要することから、シールド掘進機の内部構造が複雑になり易い。

本発明は、比較的シンプルな構成にて、機内からの広範囲で安全かつスムーズなカッタビットの交換を実現することのできる、シールド掘進機とカッタビットの交換方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明によるシールド掘進機の一態様は、
隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタスポークを複数備えているカッタヘッドとを有する、シールド掘進機であって、
前記隔壁には、前方ハッチと後方出入り口を備えている作業ピットが設けられ、該作業ピットは、移動機構により前記カッタスポークまで移動自在であり、
前記移動機構により前方に移動された前記作業ピットが、前記カッタスポークに圧接され、前記前方ハッチが開放されて前記カッタビットが該作業ピットに回収されるようになっていることを特徴とする。

本態様によれば、シールド本体の隔壁に設けられている作業ピットがカッタスポークまで移動され、カッタスポークに対して圧接されることにより、相互に圧接された状態のカッタスポークから作業ピットへカッタビットをスムーズに回収でき、新規のカッタビットを作業ピットを介してカッタスポークにスムーズに装着することができる。
また、作業ピットの内部にカッタスポークを収容する構成でないことから、作業ピットの前方にカッタスポークを収容するための前面ゲートは不要であり、作業ピットに関する駆動装置としては作業ピットを移動させる移動機構のみで十分であることから、シールド本体の構造が可及的にシンプルになる。
さらに、作業ピットをシールド本体の外周側に配設するとともに、作業ピットの寸法を例えばカッタスポークの軸方向に広げる等の調整により、カッタヘッドの中心から径方向に延設するカッタスポークの広範な範囲をカバーすることができ、広範囲なカッタビットの交換を実現できる。
本態様のシールド掘進機は、小口径から大口径までの様々な規模のシールド掘進機に適用可能であるが、作業員が入るスペースの作業ピットが隔壁とカッタスポークの間を移動するのみでカッタビットの交換ができ、センターシャフトの大口径化も不要であることから、特に中・小口径のシールド掘進機に好適である。尚、中・小口径のシールド掘進機においては、例えば隔壁の上部に一台の作業ピットが移動自在に設けられていればよく、大口径のシールド掘進機においては、複数台の作業ピットを隔壁に設けることができる。

ここで、「作業ピットがカッタスポークに圧接される」形態としては、カッタスポークの背面と作業ピットの前面が相互に圧接される形態や、カッタスポークの天端面と作業ピットから前方に張り出す庇が相互に圧接される形態、さらには、カッタスポークと作業ピットが膨張性の止水材を介して間接的に圧接される形態等が挙げられる。
作業ピットとカッタスポークの圧接箇所においては、双方がメタルタッチされることにより、もしくは少なくとも一方に取り付けられている止水材が介在して双方が圧接されること等により、高い止水性を確保した状態で作業ピットとカッタスポークの圧接姿勢が形成される。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、前記カッタスポークは背面蓋を備え、該背面蓋に前記前方ハッチが位置合わせされるようになっており、該背面蓋と該前方ハッチを開くことにより、前記カッタスポークに装着されている前記カッタビットが前記作業ピットに回収自在であることを特徴とする。

本態様によれば、カッタスポークの背面蓋と作業ピットの前方ハッチが位置合わせされ、例えば、前方ハッチを開放して圧接箇所の止水性を確認した後に、背面蓋を開放してカッタスポークと作業ピットを連通させることにより、作業ピットを利用した施工安全性の高いカッタビットの交換が実現される。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、前記カッタスポークは、前記カッタビットが出入りするビット開口を備えている前面板と、該前面板の後方においてスライド自在に配設されているビット収容箱とを有していることを特徴とする。

本態様によれば、カッタスポークが前面板とその後方においてスライド自在に配設されているビット収容箱とを有していることにより、カッタビットが収容されたビット収容箱を作業ピット内に回収し、ビット収容箱からカッタビットを回収して新規なカッタビットと交換することができる。ここで、ビット収容箱のスライド形態は、カッタスポークの軸方向（カッタヘッドの径方向）にスライドする、所謂縦スライド形態と、カッタスポークの軸直交方向にスライドする、所謂横スライド形態、さらには、円弧状にスライドする形態等が含まれる。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、前記ビット収容箱は、前記ビット開口に対応する前方開口を備える箱前方板と、該箱前方板に着脱自在に取り付けられている箱本体とを有し、該箱本体には、前記カッタビットもしくは該カッタビットを固定するビット固定治具が後方に引き込まれる後方開口が設けられており、
前記ビット開口と前記前方開口が位置合わせされて前記カッタビットが前記箱本体に回収された後、前記ビット収容箱が前記前面板の後方でスライドすることにより、前記ビット開口が前記箱前方板により閉塞されるようになっていることを特徴とする。

本態様によれば、カッタスポークが前面板とその後方においてスライド自在に配設されているビット収容箱とを有し、ビット収容箱が箱前方板と箱本体とを有していることから、カッタビットが箱本体に回収された後、ビット収容箱が前面板の後方でスライドすることによりビット開口を箱前方板にて閉塞することができ、切羽に露出しているビット開口を閉塞した状態で作業ピット内にてカッタビットの交換を行うことができる。ここで、ビット収容箱の箱前方板と箱本体は相互に分離自在に組み付けられており、箱本体にカッタビットが回収された後、箱前方板から箱本体を分離し、箱本体を作業ピット内に取り込んでカッタビットを回収することができる。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様は、前記カッタスポークが掘削時の姿勢を維持した状態で、前記カッタビットが前記ビット収容箱に引き込まれて回収されるようになっていることを特徴とする。

本態様によれば、カッタスポークの掘削時の姿勢を維持した状態でカッタビットをビット収容箱に引き込んで回収すること（所謂、背面引き抜き回収方式）により、より一層スムーズなカッタビットの回収と交換を実現できる。尚、カッタスポークを軸方向に伸縮自在に構成しておくことにより、例えば最外周や最外周近傍のカッタビットの交換が困難な場合には、カッタスポークを縮めた後にカッタビットをビット収容箱に引き込むことにより、カッタビットの交換が可能になる。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様は、前記作業ピットがその前方に洗浄機構を備えており、該洗浄機構により、前記カッタスポークと該作業ピットの圧接箇所が圧接前洗浄されるようになっていることを特徴とする。
本態様によれば、作業ピットの前方にある洗浄機構によって、カッタスポークと作業ピットの圧接箇所が圧接前洗浄されることにより、圧接箇所に土砂や礫等が介在して圧接箇所における止水性（シール性）が低下することを抑制できる。

また、本発明によるカッタビットの交換方法の一態様は、
隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタスポークを複数備えているカッタヘッドとを有するシールド掘進機において、前記カッタビットを交換する、カッタビットの交換方法であって、
前記カッタスポークまで作業ピットを移動させ、該カッタスポークに対して該作業ピットを圧接させる、作業ピット移動設置工程と、
前記作業ピットの内部に前記カッタビットを回収し、該作業ピットから新規のカッタビットを前記カッタスポークに装着する、ビット交換工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、作業ピット移動設置工程にて作業ピットをカッタスポークまで移動させ、カッタスポークに対して作業ピットを圧接させることにより、切羽を含む周辺地山から影響を受けることなく、シールド本体の内部においてカッタビットの交換準備を行うことができる。
作業ピット移動設置工程に続くビット交換工程において、相互に圧接された状態のカッタスポークから作業ピットの内部にカッタビットを回収し、作業ピットから新規のカッタビットをカッタスポークに装着することにより、高い施工安全性の下で効率的なカッタビットの交換を行うことができる。
尚、本態様の交換方法においても、必要に応じて、カッタスポークと作業ピットの圧接箇所を圧接前洗浄するのが好ましい。
一つのカッタスポークにおけるカッタビットの交換が終了した後、カッタヘッドを所定角度回動させ、次に交換されるカッタビットを備えているカッタスポークを作業ピットの前面に位置合わせし、作業ピット移動設置工程とビット交換工程を行い、これを全てのカッタスポークに対して順次実行することにより、例えば一台の作業ピットにより全てのカッタスポークにおけるカッタビットの交換を行うことができる。

本発明のシールド掘進機とカッタビットの交換方法によれば、比較的シンプルな構成にて、機内からの広範囲で安全かつスムーズなカッタビットの交換を実現することができる。

実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図である。 図１のII方向矢視図である。 図１のIII方向矢視図である。 図１のIV方向矢視図である。 実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例の工程図であって、（ａ）は、カッタスポークと作業ピットを上方から見た平面図であり、（ｂ）は、カッタスポークと作業ピットの縦断面図である。 図５Ａに続いて、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例の工程図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。 図５Ｂに続いて、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例の工程図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。 図５Ｃに続いて、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例の工程図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は縦断面図である。 カッタビットの取り外し方法の一例を示す工程図であって、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 図６Ａに続いて、カッタビットの取り外し方法の一例を示す工程図であって、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 図６Ｂに続いて、カッタビットの取り外し方法の一例を示す工程図であって、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ方向矢視図である。 カッタビットの取り外し方法の他の例を示す工程図であって、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 図７Ａに続いて、カッタビットの取り外し方法の他の例を示す工程図であって、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。 図７Ｂに続いて、カッタビットの取り外し方法の他の例を示す工程図である。

以下、実施形態に係るシールド掘進機とカッタビットの交換方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態に係るシールド掘進機］
はじめに、図１乃至図４を参照して、実施形態に係るシールド掘進機の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図であり、図２乃至図４はそれぞれ、図１のII方向矢視図、III方向矢視図、及びIV方向矢視図である。

図示するシールド掘進機５０は中折れ式のシールド掘進機であり、前胴１０Ａと後胴１０Ｂにより構成されるシールド本体１０と、シールド本体１０の掘進方向前方に回転自在に取り付けられているカッタヘッド２０とを有する、泥土圧式シールド掘進機である。尚、シールド掘進機５０は、泥土圧式シールド掘進機の他にも、泥水式シールド掘進機や土圧式シールド掘進機であってもよい。また、シールド掘進機としては、中折れ式のシールド掘進機の他、中折れ機構を備えていない一般のシールド掘進機であってもよい。さらに、図示例のシールド掘進機５０は、口径が２ｍ乃至８ｍ程度の中・小口径のシールド掘進機であるが、大口径のシールド掘進機であってもよい。

シールド本体１０は、カッタヘッド２０の後方に隔壁１１を備え、隔壁１１とカッタヘッド２０の間には、掘削された土砂を取り込むチャンバ１３を備えており、隔壁１１のチャンバ１３に面する側面に複数の固定翼１２が設けられ、カッタヘッド２０のチャンバ１３に面する背面に撹拌翼２５が設けられている。チャンバ１３の内部に取り込まれた土砂に対して加泥材が供給され、カッタヘッド２０の回転に応じて撹拌翼２５を回転させることにより、固定翼１２と回転する撹拌翼２５にて土砂が塑性流動化される。

隔壁１１の背面の中央近傍には、複数（図示例は五基）のカッタヘッド駆動用油圧モータ１４が設けられ、隔壁１１の背面の下方から後胴１０Ｂに亘り、チャンバ１３に連通するスクリュコンベア１５が傾斜した姿勢で延設しており、チャンバ１３の内部において塑性流動化された混合土砂は、スクリュコンベア１５にてシールド掘進機５０の後方に搬送されるようになっている。

前胴１０Ａには中折れジャッキ１８が取り付けられており、中折れジャッキ１８の一端が後胴１０Ｂの前方に固定されている。尚、図１には、一基の中折れジャッキ１８のみを示しているが、複数の中折れジャッキ１８が前胴１０Ａの内部においてその周方向に間隔を置いて配設され、それらの一端が後胴１０Ｂに固定されている。

シールド本体１０の内周面には、複数のシールドジャッキ１６が取り付けられており（図１では一基のシールドジャッキのみを図示）、後胴１０Ｂにあるエレクタ装置１７により複数のセグメントＳがリング状に組み付けられたセグメントリングに対して、シールドジャッキ１６を伸張させ、セグメントリングを押圧することにより、シールド掘進機５０が掘進方向に掘進されるようになっている。また、後胴１０Ｂの後方内側には、複数箇所において、周方向に亘るテールシール（図示せず）が設けられており、設置されたセグメントリングに対してテールシールが常時摺接することにより、後胴１０Ｂの止水性が確保される。

カッタヘッド２０は、中央のボス部材２４から径方向（放射状）に延設する複数のカッタスポーク２２を備える。また、ボス部材２４にはフィッシュテール２１が備えられ、図２に示すように、フィッシュテール２１にはカッタビット３０Ｅが装着されている。また、カッタスポーク２２の内部には、その長手方向に亘り間隔を置いて複数のカッタビット３０Ａ，３０Ｂが装着され、カッタスポーク２２の左右側面には別途の複数のカッタビット３０Ｃが装着されており、カッタスポーク２２の外周端にはコピーカッタ３０Ｄが出没自在に装着されている。

図示例のシールド掘進機５０において、カッタスポーク２２の内部にあるカッタビット３０のうち、最外縁にあるカッタビット３０Ｂと、径方向内側にある複数のカッタビット３０Ａはいずれも、シールド本体１０の内部（機内側）から交換自在となっている。尚、カッタスポーク２２の左右側面にあるカッタビット３０Ｃと、フィッシュテール２１にあるカッタビット３０Ｅも、シールド本体１０の内部から交換自在に構成されてもよい。

図１及び図３に示すように、正面視円形の隔壁１１の中央の上方位置には、一台の作業ピット４０がカッタスポーク２２の背面と隔壁１１の間をＸ１方向に移動自在に配設されており、カッタビットの交換に際してカッタスポーク２２側に移動された作業ピット４０は、カッタスポーク２２と圧接されるようになっている。図示例のシールド掘進機５０は中・小口径のシールド掘進機であるため、スペースの関係から、作業員Ｐが屈んだ姿勢で入り込める程度の内部空間を備えた一台の作業ピット４０を有するが、大口径のシールド掘進機の場合には、正面視円形の隔壁の周方向に、広い内部空間を備えた複数の作業ピットが設けられてもよい。

チャンバ１３の内部に取り込まれた土砂はチャンバ１３の下方から溜まることから、隔壁１１の中央の上部に作業ピット４０が配設されていることにより、チャンバ１３内における作業ピット４０の移動がチャンバ１３内にある土砂により阻害されることが抑制される。

図示する作業ピット４０は、隔壁１１とカッタスポーク２２の間をＸ１方向に移動自在に構成されているが、例えばチャンバ１３内に移動された作業ピット４０が、カッタスポーク２２の長手方向（カッタヘッド２０の径方向）にも移動できる形態であってもよい。このように、作業ピットが、カッタスポーク２２へ近接する移動とカッタスポーク２２の長手方向に沿う移動の双方の移動を行うことにより、カッタスポーク２２の全域のカッタビットの交換が可能になる。

図４に示すように、作業ピット４０は箱形のピット本体４１を備えており、ピット本体４１の前方には前方ハッチ４２が設けられ、ピット本体４１の後方には作業員Ｐが出入り自在な後方出入り口４３が設けられている。ピット本体４１の左右の側面には移動機構である伸縮ジャッキ４４が取り付けられており、伸縮ジャッキ４４を構成するシリンダ４４ａの一部が固定翼１２の中空部に挿入され、固定翼１２により防護されている。このように、作業ピット４０を構成する移動機構４４の一部が固定翼１２の内部に挿通された状態で隔壁１１の後方に固定されていることにより、スペースの狭いシールド本体１０においてその内部に露出する機器を可及的に削減することができ、シンプルな内部構成を形成できる。

ピット本体４１の前方ハッチ４２の周囲には、洗浄機構４５を構成する複数の注入管が取り付けられており、洗浄機構４５により、カッタスポーク２２と作業ピット４０の圧接箇所が圧接前洗浄されるようになっている。

カッタスポーク２２は、矩形枠状のスポークフレーム２３を備え、スポークフレーム２３の前面には交換用カッタビット３０が着脱自在に取り付けられており、スポークフレーム２３のチャンバ１３側に面する背面には背面蓋２３ａが着脱自在に取り付けられている。移動機構４４によりカッタスポーク２２側に作業ピット４０が移動された際に、背面蓋２３ａに前方ハッチ４２が位置合わせされるようになっており、背面蓋２３ａと前方ハッチ４２を開くことにより、カッタスポーク２２に装着されている交換用カッタビット３０が作業ピット４０に回収自在となっている。

図示を省略するが、シールド掘進機５０には、各種機器の動作を制御する制御盤が設けられている。制御盤は、シールド掘進機５０の後続台車（図示せず）内に装備されてもよいし、地上の遠隔操作室（図示せず）に装備されてもよいし、シールド掘進機５０の機内に装備されてもよく、シールド掘進機５０の運転操作装置の一部である。制御盤はコンピュータにより構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、無線通信装置、表示装置、及び入力装置等を有し、それらがシステムバスにてデータ通信可能に接続されている。ＲＯＭには、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等が記憶されている。ＲＡＭは、ＲＯＭに記憶されているプログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域として用いられる。

例えば、カッタスポーク２２に対して作業ピット４０の前面が圧接する際の好適な圧力値レンジ（止水性が保証され、圧接箇所を破損させない圧力値レンジ）が設定されていて、作業ピット４０がカッタスポーク２２に対して圧力値レンジ内に入った段階で作業ピット４０の移動を停止するプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＡＭにロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。制御盤はその他、インストールされたプログラム等を記憶する補助記憶装置（図示せず）を有していてもよい。

［実施形態に係るカッタビットの交換方法］
次に、図５乃至図７を参照して、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例について説明する。ここで、図５Ａ乃至図５Ｄは順に、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例の工程図であり、各図ともに、（ａ）は、カッタスポークと作業ピットを上方から見た平面図であり、（ｂ）は、カッタスポークと作業ピットの縦断面図である。

図５に示すカッタビットの交換方法は、カッタスポーク２２の姿勢を維持した状態で、カッタビット３０をスポークフレーム２３の背面から引き抜き、作業ピット４０に引き込んで回収する、所謂背面引き抜き方式の交換方法である。

図５Ａに示すように、作業ピット４０は隔壁１１の上方に載置され、作業ピット４０の前方ハッチ４２がチャンバ１３の内部に突出しない位置に位置決めされている。図５Ａ（ａ）に示すように、伸縮ジャッキ４４を構成するロッド４４ｂの一端がピット本体４１の後方出入り口４３側の端部に取り付けられており、作業ピット４０が移動する前の状態では、ロッド４４ｂが後方に最大限に張り出すことにより、作業ピット４０は最後方位置に位置決めされる。

図５Ａ（ａ）、（ｂ）に示すように、スポークフレーム２３の背面にある背面蓋２３ａと、ピット本体４１の前方にある前方ハッチ４２は相互に対向しており、前方ハッチ４２の周囲の四箇所には洗浄機構４５を構成する四つの注入管が取り付けられている。

制御盤によりカッタヘッド２０を回動させ、図５Ａ（ａ）、（ｂ）に示すように、交換対象のカッタビット３０を備えるカッタスポーク２２を作業ピット４０の正面位置に停止させ、作業ピット４０の各伸縮ジャッキ４４を不図示の油圧ラインに接続する。

次に、図５Ｂに示すように、制御盤により伸縮ジャッキ４４を作動させることにより、ピット本体４１をカッタスポーク２２側へＸ２方向に移動させる。ピット本体４１の移動に際し、図５Ｂ（ｂ）に示すように、ピット本体４１の内部には作業員Ｐが屈んだ姿勢で乗り込んでいる。

ピット本体４１が移動して、スポークフレーム２３の背面とピット本体４１の前面がある程度近接した時点で、ピット本体４１の移動を停止する。図５Ｂ（ａ）、（ｂ）においては、スポークフレーム２３の背面とピット本体４１の前面の間の距離がｔ１となった状態でピット本体４１が停止しており、この距離ｔ１は、洗浄機構４５により洗浄対象エリアが十分に洗浄できる距離に設定されている。

スポークフレーム２３の背面とピット本体４１の前面はいずれもチャンバ１３に面していることから、双方にはチャンバ１３内の土砂が付着しており、場合によっては双方の間に礫が介在している。スポークフレーム２３の背面とピット本体４１の前面の双方に土砂が付着したり、礫が介在した状態で双方を圧接すると、圧接箇所に介在する土砂や礫によって圧接箇所の止水性が損なわれる。そこで、図５Ｂ（ａ）、（ｂ）の状態で、作業員Ｐは洗浄機構４５を作動し、ピット本体４１の圧接箇所Ａ１とスポークフレーム２３の圧接箇所Ａ２の双方を洗浄する。

ここで、圧接箇所Ａ１，Ａ２の具体的な圧接形態として、スポークフレーム２３の背面の背面蓋２３ａの周囲と、ピット本体４１の前面の前方ハッチ４２の周囲の少なくとも一方に、無端状の止水ゴム（図示せず）が取り付けられ、無端状の止水ゴムを双方の圧接箇所Ａ１，Ａ２が挟んで相互に圧接される形態が挙げられる。また、圧接箇所Ａ１，Ａ２の他の圧接形態として、背面蓋２３ａの周囲と前方ハッチ４２の周囲が相互にメタルタッチされ、圧接される形態であってもよい。このメタルタッチによる圧接形態では、背面蓋２３ａの周囲と前方ハッチ４２の一方に無端状の凹部が設けられ、他方に無端状の凸部が設けられていて、無端状の凹部に対して凸部が嵌まり込んでメタルタッチされてもよい。

次に、図５Ｃに示すように、伸縮ジャッキ４４を作動させてピット本体４１をさらにカッタスポーク２２側へＸ３方向に移動させることにより、スポークフレーム２３の背面にピット本体４１の前面を圧接させる（以上、作業ピット移動設置工程）。スポークフレーム２３とピット本体４１を圧接させた後、作業員Ｐはピット本体４１の前方ハッチ４２を開放し、スポークフレーム２３の背面蓋２３ａは閉じたままの状態で、圧接箇所の止水性を確認する。

ピット本体４１とスポークフレーム２３の双方の圧接箇所Ａ１，Ａ２における止水性が確認されたら、次に、図５Ｄに示すように、スポークフレーム２３の背面蓋２３ａを開放して、スポークフレーム２３の内部とピット本体４１の内部を連通させる。この連通により、作業員Ｐは、スポークフレーム２３の前面に装着されている交換用カッタビット３０の取り外しを行うことが可能になる。

ここで、図６を参照して、スポークフレーム２３から交換用カッタビット３０を具体的に取り外す方法について説明する。ここで、図６Ａ乃至図６Ｃは順に、カッタビットの取り外し方法の一例を示す工程図であり、各図ともに、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。

図６Ａ（ａ）、（ｂ）に示すように、交換用カッタビット３０は、スポークフレーム２３の前面に取り付けられている前面板３１と、前面板３１の背面に着脱自在に取り付けられているビット収容箱３２と、ビット収容箱３２の内部に摺動自在に配設されているビット固定治具３５と、ビット固定治具３５に固定されているカッタビット３６とを有する。

前面板３１にはビット開口３１ａが開設されており、カッタビット３６は、ビット開口３１ａを介してスポークフレーム２３の外側（地盤側）へ突出され、また、スポークフレーム２３の内部に取り込まれるようになっている。

ビット収容箱３２は、前面板３１のビット開口３１ａに対応する前方開口３３ａを備える箱前方板３３と、箱前方板３３に着脱自在に取り付けられている箱本体３４とを有し、箱前方板３３は、前面板３１の背面において横方向（スポークフレーム２３の長手方向に直交する方向）にスライド自在に係合している。図示例では、箱前方板３３に対して箱本体３４が複数のボルト３８によりボルト接合されている。

箱本体３４の後方には後方開口３４ａが設けられており、後方開口３４ａからビット固定治具３５の後方フランジ３５ａが係合している。ビット収容箱３２の内壁とビット固定治具３５の間には、摺動部材３７や止水部材（図示せず）等が介在しており、ビット交換においては、作業員Ｐがビット固定治具３５の後方フランジ３５ａを後方に引き込むことにより、箱本体３４に対してビット固定治具３５がスムーズに摺動するようになっている。また、前面板３１の開口３１ａの周囲には無端状の密封部材３１ｂが取り付けられ、さらに、箱前方板３３の外縁には無端状の密封部材３３ｂが取り付けられている。この構成により、カッタビット３６が突出する際や、カッタビット３６がスライドして収容される際、さらにはカッタビット３６を回収する際に、前面板３１と箱前方板３３の間で、カッタスポーク２２の前面と内部を遮断することができる。

図６Ａは、供用時（掘進時）の交換用カッタビット３０の状態を示している。交換用カッタビット３０の交換に際し、図５Ｄに示すようにスポークフレーム２３の背面蓋２３ａを開放し、作業員Ｐは、図６Ｂに示すようにビット固定治具３５を後方へＸ４方向に引き込むことにより、カッタビット３６は前面板３１のビット開口３１ａを介してビット収容箱３２の内部に収容される。

次に、図６Ｃに示すように、前面板３１の背面において箱前方板３３を横方向へＸ５方向にスライドさせることにより、前面板３１のビット開口３１ａが箱前方板３３により完全に閉塞される。ビット開口３１ａが箱前方板３３にて完全に閉塞されることにより、ビット開口３１ａを介して地下水がビット収容箱３２の内部に流れ込むことを抑止できる。

前面板３１のビット開口３１ａを箱前方板３３にて閉塞した後、箱前方板３３と箱本体３４とのボルト接合を解除し、内部にカッタビット３６が収容されている箱本体３４を作業員Ｐがピット本体４１に取り込んで回収する。

作業員Ｐは、箱本体３４に収容されているビット固定治具３５からカッタビット３６を取り外し、新規のカッタビット３６をビット固定治具３５に取り付けた後、箱本体３４を箱前方板３３にボルト接合し、前面板３１の背面において、図６Ｃとは逆の向きに箱前方板３３を横方向へスライドさせることにより、前面板３１のビット開口３１ａと新規のカッタビット３６を位置合わせする。その後、図６Ｂと逆の向きにビット固定治具３５を前方へ引き出すことにより、カッタビット３６を前面板３１のビット開口３１ａを介して前方の地山側へ突出させ、カッタビット３６の交換が完了する。

このように、図６Ａ乃至図６Ｃに示すカッタビットの交換方法は、前面板３１の背面においてビット収容箱３２を横方向にスライドさせることによりカッタビット３６の交換を行う、横スライド式の交換方法である（以上、ビット交換工程）。

次に、図７を参照して、上記横スライド式の交換方法に対して、他の交換方法を説明する。ここで、図７Ａ乃至図７Ｃは順に、カッタビットの取り外し方法の他の例を示す工程図であり、図７Ａと図７Ｂにおいて、（ａ）は、カッタビットを前方から見た斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ－ｂ矢視図である。

図７に示す交換用カッタビット３０'の基本構成は、図６に示す交換用カッタビット３０と同様であり、交換用カッタビット３０との相違点は、前面板３１の背面において、ビット収容箱３２が縦方向（スポークフレーム２３の長手方向）にスライド自在に係合している点である。

図７Ａは、供用時（掘進時）の交換用カッタビット３０'の状態を示している。交換用カッタビット３０'の交換に際し、図５Ｄに示すようにスポークフレーム２３の背面蓋２３ａを開放し、作業員Ｐは、図７Ｂに示すようにビット固定治具３５を後方へＸ６方向に引き込むことにより、カッタビット３６は前面板３１のビット開口３１ａを介してビット収容箱３２の内部に収容される。

次に、図７Ｃに示すように、前面板３１の背面において箱前方板３３を縦方向へＸ７方向にスライドさせることにより、前面板３１のビット開口３１ａが箱前方板３３により完全に閉塞される。

前面板３１のビット開口３１ａを箱前方板３３にて閉塞した後、箱前方板３３と箱本体３４とのボルト接合を解除し、内部にカッタビット３６が収容されている箱本体３４を作業員Ｐがピット本体４１に取り込んで回収する。

作業員Ｐは、箱本体３４に収容されているビット固定治具３５からカッタビット３６を取り外し、新規のカッタビット３６をビット固定治具３５に取り付けた後、箱本体３４を箱前方板３３にボルト接合し、前面板３１の背面において、図７Ｃとは逆の向きに箱前方板３３を縦方向下方へスライドさせることにより、前面板３１のビット開口３１ａと新規のカッタビット３６を位置合わせする。

その後、図７Ｂと逆の向きにビット固定治具３５を前方へ引き出すことにより、カッタビット３６を前面板３１のビット開口３１ａを介して前方の地山側へ突出させ、カッタビット３６の交換が完了する。

このように、図７Ａ乃至図７Ｃに示すカッタビットの交換方法は、前面板３１の背面においてビット収容箱３２を縦方向にスライドさせることによりカッタビット３６の交換を行う、縦スライド式の交換方法である（以上、ビット交換工程）。

カッタヘッド２０を所定角度回動させることにより、次に交換されるカッタビット３０を備えているカッタスポーク２２を作業ピット４０の正面位置に停止させ、図５Ａ乃至図５Ｄの交換方法と、図６Ａ乃至図６Ｃもしくは図７Ａ乃至図７Ｃの取り外し方法を行い、これを各カッタスポーク２２に対して順次行うことにより、全てのカッタスポーク２２の備える交換用カッタビット３０の交換が行われる。

図示するカッタビットの交換方法によれば、比較的シンプルな内部構成のシールド掘進機５０を適用することにより、機内からの広範囲で安全かつスムーズなカッタビットの交換を実現することができる。

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：シールド本体
１０Ａ：前胴
１０Ｂ：後胴
１１：隔壁
１２：固定翼
１３：チャンバ
１４：カッタヘッド駆動用油圧モータ
１５：スクリュコンベア
１６：シールドジャッキ
１７：エレクタ装置
１８：中折れジャッキ
２０；カッタヘッド
２１：フィッシュテール
２２：カッタスポーク
２３：スポークフレーム
２３ａ：背面蓋
２４：ボス部材
３０，３０'，３０Ａ，３０Ｂ：交換用カッタビット（カッタビット）
３０Ｃ：カッタビット
３０Ｄ：コピーカッタ
３１：前面板
３１ａ：ビット開口
３１ｂ：密封部材
３２：ビット収容箱
３３：箱前方板
３３ａ：前方開口
３３ｂ：密封部材
３４：箱本体
３４ａ：後方開口
３５：ビット固定治具
３６：カッタビット
３７：摺動部材
３８：ボルト
４０：作業ピット
４１：ピット本体
４２：前方ハッチ
４３：後方出入り口
４４：移動機構（伸縮ジャッキ）
４５：洗浄機構
５０：シールド掘進機
Ａ１，Ａ２：圧接箇所（洗浄箇所）
Ｓ：セグメント
Ｐ：作業員

Claims (10)

1. 隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタスポークを複数備えているカッタヘッドとを有する、シールド掘進機であって、
   前記隔壁には、前方ハッチと後方出入り口を備えている作業ピットが設けられ、該作業ピットは、移動機構により前記カッタスポークまで移動自在であり、
   前記移動機構により前方に移動された前記作業ピットが、前記カッタスポークに圧接され、前記前方ハッチが開放されて前記カッタビットが該作業ピットに回収されるようになっており、
   前記作業ピットがその前方に洗浄機構を備えており、該洗浄機構により、前記カッタスポークと該作業ピットの圧接箇所が圧接前洗浄されるようになっていることを特徴とする、シールド掘進機。
2. 制御盤をさらに有し、
   前記制御盤が前記移動機構を制御することにより、前記カッタスポークから所定距離離れた位置であって洗浄対象エリアの一部である前記カッタスポークの圧接箇所を洗浄可能な距離まで前記作業ピットが移動して停止し、前記洗浄機構にて該圧接箇所の洗浄が実行されることを特徴とする、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記制御盤には、前記カッタスポークに対する前記作業ピットが圧接される際の圧力レンジが設定されており、
   前記制御盤は、前記作業ピットが前記カッタスポークに圧接した際の圧力値が前記圧力レンジに入った段階で該作業ピットの移動を停止する制御を実行することを特徴とする、請求項２に記載のシールド掘進機。
4. 前記隔壁における前記チャンバに面する側面には複数の固定翼が設けられ、前記カッタヘッドにおける該チャンバに面する背面には撹拌翼が設けられ、該カッタヘッドの回転に応じた該撹拌翼の回転により、該固定翼と回転する該撹拌翼にて土砂が塑性流動化されるようになっており、
   前記移動機構を形成する伸縮ジャッキを構成するシリンダの一部が、前記固定翼の中空部に挿入され、該固定翼により防護されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシールド掘進機。
5. 前記カッタスポークは背面蓋を備え、該背面蓋に前記前方ハッチが位置合わせされるようになっており、該背面蓋と該前方ハッチを開くことにより、前記カッタスポークに装着されている前記カッタビットが前記作業ピットに回収自在であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシールド掘進機。
6. 前記カッタスポークは、前記カッタビットが出入りするビット開口を備えている前面板と、該前面板の後方においてスライド自在に配設されているビット収容箱とを有していることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシールド掘進機。
7. 前記ビット収容箱は、前記ビット開口に対応する前方開口を備える箱前方板と、該箱前方板に着脱自在に取り付けられている箱本体とを有し、該箱本体には、前記カッタビットもしくは該カッタビットを固定するビット固定治具が後方に引き込まれる後方開口が設けられており、
   前記ビット開口と前記前方開口が位置合わせされて前記カッタビットが前記箱本体に回収された後、前記ビット収容箱が前記前面板の後方でスライドすることにより、前記ビット開口が前記箱前方板により閉塞されるようになっていることを特徴とする、請求項６に記載のシールド掘進機。
8. 前記カッタスポークが掘削時の姿勢を維持した状態で、前記カッタビットが前記ビット収容箱に引き込まれて回収されるようになっていることを特徴とする、請求項６又は７に記載のシールド掘進機。
9. 隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタスポークを複数備えているカッタヘッドとを有するシールド掘進機において、前記カッタビットを交換する、カッタビットの交換方法であって、
   前記カッタスポークまで作業ピットを移動させ、該カッタスポークに対して該作業ピットを圧接させる、作業ピット移動設置工程と、
   前記作業ピットの内部に前記カッタビットを回収し、該作業ピットから新規のカッタビットを前記カッタスポークに装着する、ビット交換工程と、を有し、
   前記作業ピット移動設置工程では、
   前記作業ピットがその前方に備えている洗浄機構により、前記カッタスポークと該作業ピットの圧接箇所を圧接前洗浄することを特徴とする、カッタビットの交換方法。
10. 前記作業ピット移動設置工程では、
    前記カッタスポークから所定距離離れた位置であって洗浄対象エリアの一部である前記カッタスポークの圧接箇所を洗浄可能な距離まで前記作業ピットが移動して停止し、前記洗浄機構にて該圧接箇所の洗浄を行うことを特徴とする、請求項９に記載のカッタビットの交換方法。

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