JP7361014B2 - トンネル掘削機および掘削ツール交換方法 - Google Patents
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Description
図1~図14を参照して、実施形態によるトンネル掘削機100について説明する。以下では、トンネル掘削機100が、泥土圧式のシールド掘進機である例について説明する。
図1および図2に示す本実施形態のトンネル掘削機100は、小~中口径タイプのシールド掘進機である例を示している。カッタヘッド4の後方には、カッタヘッド4を回転可能に支持する中空のセンターシャフトSが設けられている。センターシャフトSは、軸受を介して隔壁3の後方部材により回転支持されている。センターシャフトSは、トンネル掘削機100の中心軸線αに沿って、前後方向(掘進に対して)に延びている。
図1に示すように、胴体1は、前後方向(X方向)に延びる円筒状に形成されている。胴体1は、チャンバ2、隔壁3および大気室Aなどを覆っている。
チャンバ2は、カッタヘッド4により掘削された土砂が貯留される空間である。チャンバ2は、カッタヘッド4の後方で、かつ、隔壁3の前方に設けられている。チャンバ2内の土砂は、土砂排出機構Dを介して大気室Aに排出される。
隔壁3は、チャンバ2を挟んでカッタヘッド4の後方に配置されている。隔壁3は、掘削した土砂が大気室Aに流れ込むことがないように、隔壁3の前方のチャンバ2と、隔壁3の後方の大気室Aとを区画している。
図1および図2に示すように、カッタヘッド4は、本体部40と、複数(2つ)の固定式のカッタスポーク4aと、着脱可能な掘削ツールTが取り付けられた複数(2つ)の伸縮式のカッタスポーク4bとを含んでいる。
本体部40は、前方側から見てカッタヘッド4の中央に配置されている。本体部40は、後方からセンターシャフトSに支持されており、センターシャフトSを介してモータMから回転力が伝達されて回転駆動されるように構成されている。その結果、本体部40は、固定式のカッタスポーク4aおよび伸縮式のカッタスポーク4bを、中心軸線α回りに回転させるように構成されている。
複数の固定式のカッタスポーク4aおよび複数の伸縮式のカッタスポーク4bは、本体部40から半径方向(R方向)に直線状に延びている。複数の固定式のカッタスポーク4aおよび複数の伸縮式のカッタスポーク4bは、カッタヘッド4の回転方向(RT1方向)において、一定の角度間隔(90度間隔)で交互に配置されている。
ロータリーアクチュエータ41は、本体部40の内側に配置されている。ロータリーアクチュエータ41は、伸縮式のカッタスポーク4b(移動部材44)を中心軸線β回りに旋回させる駆動力を発生させるように構成されている。これにより、移動部材44に取り付けられた掘削ツールTの前後方向の向きが変更される。ロータリーアクチュエータ41は、中心軸線β回りの旋回角度を自在に制御可能に構成されている。
伸縮ジャッキ42は、本体部40の外側で、かつ、固定部材43および移動部材44の内側に配置されている。伸縮ジャッキ42は、シリンダー42aと、シリンダー42a内に配置され、半径方向(R方向)に移動する半径方向移動部材42bとを含んでいる。
固定部材43は、本体部40に対して外側から直接固定されている。固定部材43は、概して、半径方向に延びる貫通穴を有する筒状に形成されている。
図3および図4に示すように、移動部材44は、半径方向(R方向)の外周側から固定部材43を覆うように配置されている。移動部材44は、概して、半径方向に延びるとともに、内周側に開口を有する中空の円柱状に形成されている。移動部材44は、上記の通り、伸縮式のカッタスポーク4bの外周側の端面44aを含んでいる。
図1に示す作業室5は、作業者W(図14参照)が後方側の大気室Aから内部に入り込んで掘削ツールTの着脱作業を行うための中空の空間である。作業室5は、隔壁3に設けられている。詳細には、作業室5は、隔壁3の貫通穴3aに設置されており、移動機構7により、隔壁3の貫通穴3aの内面に沿って前後方向(X方向)に移動可能に構成されている。作業室5は、前後方向に延びる矩形の筒状に形成されている。
作業室扉5aは、作業室5の内部に配置され、開閉可能(取り外し可能)に構成されている。作業室扉5aは、作業室5内の空間を、作業室扉5aの前方側の前方室53aと、作業室扉5aの後方側の後方室53bとの2つに区画した状態で遮断している。前方室53aは、着脱作業時を除いてチャンバ2(図1参照)に連通している。後方室53bは、大気室A(図1参照)に常に連通している。
一対の側部当接壁50は、左右方向(Y方向)を厚み方向とし、カッタヘッド4の半径方向に延びる一対の壁部である。
外周壁52は、半径方向(R方向)を厚み方向とし、カッタヘッド4の回転方向(RT1方向)に沿って緩やかに湾曲しながら延びる壁部である。
図6~図8に示すように、流体バッグ6は、袋状の部材により形成されている。流体バッグ6は、袋状の部材の内部に封入された流体の量を、ポンプ6aを用いて調整することにより拡大縮小が可能に構成されている。流体バッグ6には、流体として、水が封入されている。なお、流体バッグには、水ではなく、油や空気などの他の流体が封入されてもよい。
図1に示す移動機構7は、作業室5をカッタスポーク4bに対して前後方向に相対移動させることによって、作業室5と旋回後のカッタスポーク4bの側部とを当接させるように構成されている。
図5および図9~図14を参照して、掘削ツールTの交換方法について説明する。すなわち、伸縮式のカッタスポーク4bから摩耗した掘削ツールTを取り外し、新たな掘削ツールTを取り付ける方法について説明する。以下、交換方法の各工程について順に説明する。
まず、図5(A)および図9に示すように、第1工程において、トンネル掘削機100による掘削作業を行う伸縮式のカッタスポーク4bを伸ばした状態で、カッタヘッド4が回転されて、カッタスポーク4bが中心軸線αの直上に延びる位置に配置される。すなわち、前方から見て、カッタヘッド4が作業室5と重なる所定の回転位置に配置される。なお、カッタスポーク4bの掘削ツールTは、前方を向いている。
次に、図5(B)および図10に示すように、第2工程において、伸縮式のカッタスポーク4bを伸ばした状態から、カッタスポーク4bが縮められる。すなわち、移動部材44の係合部44bが、固定部材43の伸縮ガイド溝部431aにガイドされて内周側に移動する。その結果、カッタスポーク4bは、係合部44bが伸縮ガイド溝部431aに係合して旋回が規制された状態から、係合部44bが旋回ガイド溝部431bに係合して旋回が可能となる状態に移行する。
次に、図5(C)および図11に示すように、第3工程において、前方を向く掘削ツールTをカッタスポーク4bとともに旋回させて、後方の作業室5側に向ける。すなわち、移動部材44の係合部44bが、固定部材43の旋回ガイド溝部431bにガイドされて180度旋回する。カッタスポーク4bが旋回した状態では、交換対象の外周側の3つの掘削ツールTは、左右方向において、作業室5の一対の側部当接壁50の間に配置される。
次に、図12に示すように、第4工程において、移動機構7により作業室5をカッタスポーク4bに対して前方に移動させることによって、作業室5と旋回後のカッタスポーク4bの側部とを当接させる。
次に、図13に示すように、第5工程において、ポンプ6aにより流体バッグ6を拡大して、カッタスポーク4bの外周側の端面44aにカッタヘッド4の半径方向の外周側から流体バッグ6を当接させて、カッタスポーク4bの外周側の端面44aと作業室5の最外周の内面52aとの間の隙間C(図12参照)を遮断する。その結果、作業室5は、水密性が確保されるため、チャンバ2から内部に土砂が流入することがなくなる。
次に、図14に示すように、第6工程において、作業者Wにより作業室扉5aが取り外されることにより、水密性が確保された前方室53aと後方室53bとが連通され、掘削ツールTの着脱作業が手作業により行われる。なお、作業室扉5aの取り外し作業や、掘削ツールTの着脱作業を、手作業ではなく専用の作業機械を用いて行ってもよい。
次に、図12に示すように、第7工程において、作業室扉5aが取り付けられた後、流体バッグ6が縮小される。
次に、図11に示すように、第8工程において、移動機構7により作業室5をカッタスポーク4bに対して後方に移動させる。
次に、図10に示すように、第9工程において、後方を向く掘削ツールTをカッタスポーク4bとともに旋回させて、前方に向ける。
次に、図9に示すように、第10工程において、カッタスポーク4bを縮めた状態から、カッタスポーク4bが伸ばされる。以上により、掘削ツールTの交換が完了する。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
3 隔壁
4 カッタヘッド
4b (移動式の)カッタスポーク
5 作業室
6 流体バッグ(シール部材)
7 移動機構
40 本体部
43 固定部材
44 移動部材
44a (外周側の)端面
44b 係合部
50 側部当接壁
51 底部当接壁
52a (作業室の最外周の)内面
100 トンネル掘削機
431 (固定部材の)ガイド溝部
431a 伸縮ガイド溝部
431b 旋回ガイド溝部
441 凹部(当接部)
501a (側部当接壁の切り欠きの)接続面
C (カッタスポークの外周側の端面と作業室の内面との間の)隙間
T 掘削ツール
Claims (7)
- 着脱可能な掘削ツールが取り付けられ、前記掘削ツールの着脱作業時に前記掘削ツールを旋回させて後方に向けることが可能なカッタスポークを含むカッタヘッドと、
チャンバを挟んで前記カッタヘッドの後方に配置された隔壁と、
前記隔壁に設けられ、前記掘削ツールの前記着脱作業が内側で行われる作業室と、
前記作業室と前記カッタスポークとを前後方向に相対移動させることによって、前記作業室と旋回後の前記カッタスポークの側部とを当接させる移動機構と、
前記作業室に設けられ、前記カッタスポークの外周側の端面に前記カッタヘッドの半径方向の外周側から当接して、前記外周側の端面と前記作業室の内面との間の隙間を遮断するシール部材と、を備える、トンネル掘削機。 - 前記シール部材は、内部に封入された流体の量を調整することにより拡大縮小が可能な流体バッグであり、
前記流体バッグは、前記外周側の端面と当接するように拡大することにより、前記隙間を遮断するように構成されている、請求項1に記載のトンネル掘削機。 - 前記作業室は、前記カッタヘッドの半径方向に延びる一対の側部当接壁と、前記一対の側部当接壁の内周側の端部を接続する底部当接壁とを含み、
前記一対の側部当接壁および前記底部当接壁は、前記カッタスポークに当接することにより、前記外周側の端面よりも内周側において、前記作業室の内側と前記作業室の外側とを遮断するように構成され、
前記カッタスポークの前記側部は、前記一対の側部当接壁および前記底部当接壁が面接触により当接する当接部を含む、請求項1または2に記載のトンネル掘削機。 - 前記作業室は、前記カッタスポークの前記側部と当接した状態で、前記カッタスポークの前記外周側の端面に略面一で接続される接続面を有し、
前記シール部材は、前記外周側の端面および前記接続面と当接するように拡大することにより、前記隙間を遮断するように構成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 - 前記カッタスポークは、前記カッタヘッドの半径方向に伸縮可能に構成されており、
前記作業室の最外周の内面および前記シール部材は、前記カッタスポークを縮めた状態で前記移動機構により前記作業室を前記カッタスポークに対して相対移動させることによって、前記カッタスポークに取り付けられた最外周の前記掘削ツールよりも外周側を通過するように構成されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 - 前記カッタスポークは、前記カッタヘッドの本体部に固定される固定部材と、前記掘削ツールが取り付けられ、前記固定部材に対して移動する移動部材と、を有し、
前記固定部材および前記移動部材の一方には、係合部が設けられ、他方には、前記係合部が係合して前記移動部材の移動をガイドするガイド溝部が設けられ、
前記ガイド溝部は、
前記移動部材の移動をガイドして前記カッタスポークを伸縮させる伸縮ガイド溝部と、
前記カッタヘッドの半径方向において、前記伸縮ガイド溝部の内周側に接続され、前記カッタスポークが縮むことにより前記移動部材が内周側に位置する状態で、前記移動部材の移動をガイドして前記カッタスポークを旋回させる旋回ガイド溝部と、を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のトンネル掘削機。 - カッタスポークに取り付けられた着脱可能な掘削ツールを、前記掘削ツールの着脱作業時に旋回させて後方に向ける工程と、
隔壁に設けられ、内側で前記掘削ツールの前記着脱作業が行われる作業室を、前記カッタスポークに対して前後方向に相対移動させることによって、前記作業室と旋回後の前記カッタスポークの側部とを当接させる工程と、
前記作業室に設けられたシール部材を、前記カッタスポークの外周側の端面にカッタヘッドの半径方向の外周側から当接させて、前記外周側の端面と前記作業室の内面との間の隙間を遮断する工程と、を備える、掘削ツール交換方法。
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JP2002266592A (ja) | 2001-03-07 | 2002-09-18 | Hitachi Zosen Corp | シールド掘進機およびシールド掘進機におけるカッタビット交換方法 |
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