JPH07224595A - シールド掘進機のカッタビット交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スポーク回転方式によるカッタビット交換を
簡単な構成で実現する。 【構成】 カッタディスク２２には、カッタスポーク３
０の外周側の表面に地盤掘削に使用するカッタビット３
１を装備し、その裏面側に交換用のカッタビット３２を
装備する。カッタディスク２２の外周部に設けられる補
助スポーク３３の表面側には、掘削用のカッタビット３
４が装備され、裏面側には交換用のカッタビット３５が
装備される。カッタスポーク３０および補助スポーク３
３は、固定装置２９，３９によって、掘進中は固定され
る。交換を行うときは、固定装置２９，３９による固定
を解除し、ロータリアクチュエータ２７，３７を作動さ
せてカッタスポーク３０および補助スポーク３３を１８
０°回転させ、カッタビット３２，３５表面側に移動さ
せる。さらに固定装置２９，３９によって固定し、シー
ルド掘進を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機の前面
のカッタディスクに装着されるカッタビットの交換装
置、特にスポーク回転式カッタビット交換装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シールド掘進機で長距離掘削
をする場合、消耗品であるカッタビットを掘進の途中で
交換する必要がある。従来のシールド掘進機では、地盤
中の砂や礫などによる摩耗や破損のため、カッタビット
を交換せずに掘削できる距離は１〜２ｋｍが限界であ
る。１台のシールド掘進機でそれ以上の距離を掘進する
場合は、掘進経路の途中に中間立て坑を設け、この中で
カッタビットを交換するか、または、シールド掘進機の
前面の地盤を改良し安定化させた上で作業員が切り羽に
出て手作業で交換する必要がある。

【０００３】図７は、たとえば実開昭６３−１６５３９
号などで提案されているスポーク回転式カッタビット交
換装置の構成を示す。シールド本体１の前面のカッタデ
ィスク２は、回転駆動されて前方の地盤を掘削する。カ
ッタディスク２とシールド本体１との間には、ロータリ
ジョイント３が設けられる。シールド本体１内には、ト
ルクアーム４を揺動変位させるジャッキ５が設けられ
る。トルクアーム４の揺動変位に従って、傘歯車６が角
変位し、傘歯車７を介して回転軸８を駆動する。

【０００４】シールド掘進機の掘進中、回転軸８は固定
装置９によって回転しないように拘束されている。回転
軸８はカッタスポーク１０に接続され、カッタスポーク
１０の表面側にはカッタビット１１が装備される。カッ
タスポーク１０の裏面側には、交換用のカッタビット１
２が装備される。

【０００５】地盤の掘削に使用するカッタビットを交換
するためには、まず固定装置９によるカッタスポーク１
０の固定状態を解除する必要がある。次にシールド本体
１内のジャッキ５を作動させて、センタシャフト１３か
らロータリジョイント３内の傘歯車６に回転駆動力を伝
達し、これと直角に噛合っている傘歯車７を介して回転
軸８を回転駆動する。１８０°の角変位を行い、交換用
のカッタビット１２と摩耗したカッタビット１１とが入
替わると、固定装置９を作動させてカッタスポーク１０
を再び拘束して固定する。

【０００６】スポーク回転式でカッタビットを交換する
方法としては、人力によるものもある。図７の傘歯車
６，７による回転駆動は行わず、センタシャフト１３や
コアリング１４内に作業者が入り、人力によって直接カ
ッタスポーク１０を回転させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】カッタビット交換のた
めに中間立て坑を設ける方法は、中間立て坑の掘削作業
が必要となる。また、都市部では中間立て坑の用地確保
が困難であり、海域などでは中間立て坑自体の設置が困
難である。中間立て坑を設けないで、シールド掘進機前
面の地盤を改良し安定させた状態で作業員が切り羽に出
て手作業で交換する方法は、凍結工法や薬液注入工法と
いった補助工法を実施する必要があり、数カ月の工期が
必要となる。

【０００８】図７に示す先行技術では、ジャッキ５によ
って発生させた直線方向の駆動力を、トルクアーム４に
よって回転駆動力に変換し、傘歯車６，７によって回転
方向を変換するので、部品点数が多くなり、構造が複雑
で装置自体も大掛かりとなる。また傘歯車６，７は、コ
アリング１４内に集中して配置されるため、多くの本数
のカッタスポーク１０を回転駆動するのは困難である。
センタシャフト１３やコアリング１４内に作業員が入っ
て作業を行う方法では、劣悪な環境下の狭い作業スペー
スでの困難な作業となる。

【０００９】本発明の目的は、簡単な構造で人手による
直接作業も不要なシールド掘進機のカッタビット交換装
置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、カッタスポー
クの複数の面にカッタビットを装備し、カッタスポーク
を回転させることによって地盤の掘削に使用するカッタ
ビットを交換するシールド掘進機のカッタビット交換装
置において、複数のカッタスポークに個別に設けられ、
遠隔操作可能な回転用アクチュエータと、各アクチュエ
ータを遠隔操作する操作手段とを含むことを特徴とする
シールド掘進機のカッタビット交換装置である。

【００１１】また本発明の前記カッタスポークは、カッ
タディスクの外周寄りに配置されるカッタビットのみを
装備する補助スポークを含むことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、複数のカッタスポークには個
別に遠隔操作可能な回転用アクチュエータが設けられ、
操作手段によって各アクチュエータを遠隔操作するの
で、作業者がカッタディスク近傍で直接作業を行う必要
はない。また、カッタスポーク回転ための駆動力は、複
数のカッタスポークに個別に設けられる回転用アクチュ
エータから直接与えられるので、１カ所の駆動源から複
数のカッタスポークに伝達するための傘歯車などの部品
点数が少なくなり、構造が簡単になる。

【００１３】また本発明に従えば、カッタディスクの外
周寄りに配置されるカッタビットのみを装備する補助ス
ポークを含むカッタスポークを遠隔操作によって回転
し、カッタビットを交換することができる。カッタディ
スクの表面積は、外周部の方が内周部よりも大きいの
で、一定の密度でカッタビットを配置すると、外周部に
配置されるカッタビットの数が多くなる。またカッタデ
ィスクの周速は、外周部の方が内周部よりも大きくなる
ので、カッタビットの摩耗量も外周部の方が大きくな
る。外周部のカッタビットのみをスポーク回転方式によ
って交換すれば、カッタディスクのカッタビットを全面
的に交換する時期を内外周とも同一時期にすることがで
きる。外周部だけに配置されるカッタビットを装備する
補助スポークを遠隔操作可能な回転用アクチュエータで
回転駆動するので、カッタディスクの中心部から集中的
にカッタスポークを回転駆動する場合のような制約はな
く、多くの補助スポークを回転式とすることができる。

【００１４】

【実施例】図１および図２は、本発明の一実施例による
カッタビット交換装置を備えるシールド掘進機の簡略化
した構成を示す。図１は図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た
断面図、図２は図１のカッタディスクを前方から見た状
態をそれぞれ示す。図２のカッタディスクは、中心線に
対してほぼ対称であるので、左半分のみを示す。

【００１５】シールド掘進機のシールド本体２１と、そ
の前方のカッタディスク２２との間には、ロータリジョ
イント２３が設けられる。カッタディスク２２の中心に
は、コアリング２４が形成され、中間リング付近では、
ビーム２５を介して旋回ベアリング２６によって旋回可
能にシールド本体２１に接続される。

【００１６】コアリング２４内には、ロータリアクチュ
エータ２７が設けられ、その出力軸には回転軸２８が接
続される。回転軸２８は、固定装置２９によって拘束さ
れ、カッタディスク２２の回転中は固定される。回転軸
２８の先端はカッタスポーク３０に接続される。カッタ
スポーク３０の表面側には、地盤掘削用のカッタビット
３１が設けられ、裏面側には予備のカッタビット３２が
設けられる。

【００１７】カッタディスク２２の外周部には、各カッ
タスポーク３０の中間に補助スポーク３３が配置され
る。補助スポーク３３の表面側にも地盤掘削用のカッタ
ビット３４が装備され、裏面側には交換用のカッタビッ
ト３５が装備される。補助スポーク３３の内周側の面板
３６内には、回転駆動用のロータリアクチュエータ３７
が設けられる。ロータリアクチュエータ３７の出力軸と
補助スポーク３３とを接続する回転軸３８の途中には、
固定装置２９と同様な固定装置３９が設けられる。

【００１８】カッタディスク２２の背面側と、シールド
本体２１の前面のバルクヘッド４０との間には、カッタ
チャンバ４１が形成される。カッタディスク２２によっ
て掘削された地盤からの土砂は、カッタチャンバ４１内
に導入され、送泥管４３を介してカッタチャンバ４１内
に注入された泥水とアジテータ４４によって撹拌され、
排泥管４２を介して排出される。カッタディスク２２の
回転駆動は、複数の駆動モータ４５によって行われ、そ
の出力軸に設けられる駆動歯車４６に噛み合う旋回歯車
４７に伝達される。ロータリアクチュエータ２７，３７
や固定装置２９，３９を作動させるための圧油は、カッ
タディスク２２を停止させた状態でロータリジョイント
２３を分解し、センタシャフト４８を介してシールド本
体２１側からカッタディスク２２内へ供給する。シール
ド本体２１内には、さらにマンロック４９も設けられ
る。

【００１９】カッタスポーク３０の先端には、摩耗検知
ビット５０が装備される。摩耗検知ビット５０は、カッ
タディスク２２の最外周に配置されるので、摩耗が最も
顕著に生じる。摩耗検知ビット５０の摩耗量は、摩耗検
知器５１内の超音波センサでチップ材の厚みを検出する
ことによって行う。チップ材の厚みが基準の厚みよりも
薄くなると、交換すべき時期になっていると判断する。

【００２０】カッタディスク２２の表面には、カッタス
ポーク３０の延長上内周側に設けられる固定したカッタ
ビット５２や、カッタディスク２２の外周上に出没可能
に設けられるコピーカッタ５３、さらにカッタディスク
２２の外周部に配置されるゲージカッタ５４などが設け
られる。固定したカッタビット５２は、カッタディスク
２２の内周部に設けられるので、その摩耗量は外周部の
カッタディスク３１，３４よりも少なくなる。コピーカ
ッタ５３は、シールド掘進機が直進ではなく方向を変え
るようなときに、シールド本体２１の外周部でオーバカ
ットを行うために使用される。

【００２１】図３は、図１に示すロータリアクチュエー
タ２７を示す。図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は右側
面図をそれぞれ示す。図１のロータリアクチュエータ３
７も同様の構成を有す。ケーシング５５内には、ラック
とピニオンの組合わせが収納される。ラックの両端に
は、シリンダ５６，５７内のピストンが連結される。シ
リンダ５６，５７からの直線的な駆動力は、ラックと噛
み合うピニオンを介して出力軸５８に揺動トルクとして
取り出される。ラックとピニオンとの噛み合わせ部には
オイラ５９から潤滑油が供給される。このようなロータ
リアクチュエータ２７のシリンダ５６，５７の一方に圧
油を供給すれば、出力軸５８に強力なトルクを発生さ
せ、カッタスポーク３０を直接回転変位させてカッタビ
ット３１をカッタビット３２に交換することができる。

【００２２】図４は、図１の固定装置２９の構成を示
す。固定装置３９についても本構成と同一である。回転
軸２８には、固定装置２９の部分で固定用の平坦部が両
側に設けられる。この回転軸２８の平坦部をストッパ６
０の先端の内面間で挟持し、回転を拘束して固定する。
回転軸２８の両側には、ストッパ６０を拘束状態および
拘束を解除する状態に切換えるための油圧ジャッキ６
１，６２が設けられる。ストッパ６０は、通常はバック
アップ用ばね６３，６４によって付勢され、回転軸２８
側に押圧される。油圧ジャッキ６１，６２に圧油を供給
して伸長させると、ストッパ６０は仮想線で示した位置
にまで変位し、回転軸２８を拘束して固定する状態が解
除される。この状態は、ストッパ６０に固定される検出
棒６５の変位によって外部から確認することができる。

【００２３】図５は図１の実施例の制御系統を示し、図
６はその制御動作を示す。シリンダ本体２１内またはシ
ールド掘進機の出発した発進立て坑内などには、制御装
置６６が設置される。ステップａ１でシールド掘進機の
掘進が開始されると、ステップａ２では摩耗検知器５１
から摩耗検知ビット５０の摩耗量を表す信号が入力され
る。ステップａ３では、摩耗量が基準値を超えて交換が
必要であるか否かを判断する。交換が必要でないときに
は、ステップａ２に戻り、摩耗量検知を行いながら、シ
ールド掘進を継続する。ステップａ３で交換が必要と判
断されるときには、ステップａ４で表示装置６７などを
用いてカッタビットの交換が必要であることを表す警報
を表示する。

【００２４】表示装置６７などに警報が表示されると、
作業員はカッタディスク２２の回転駆動を停止し、図１
のロータリジョイント２３を分解してセンタシャフト４
８から圧油が供給可能な状態に配管系統を接続する。準
備が完了するとステップａ５でカッタビットの交換を指
示するための交換スイッチ６８を操作し、制御装置６６
にカッタビットを交換すべきことを指示する。この交換
指示があると、ステップａ６に移り、固定装置２９，３
９による回転軸２８，３８の拘束を解除し、カッタスポ
ーク３０と補助スポーク３３との固定を解除する。次に
ステップａ７でロータリアクチュエータ２７，３７を作
動させ、表面のカッタビット３１，３４を裏面側のカッ
タビット３４，３５に交換する。次にステップａ８で固
定装置２９，３９を再び回転軸２８，３８を拘束する方
向に作動させ、カッタスポーク３０および補助スポーク
３３の固定を行う。ステップａ９でロータリジョイント
２３の再組立てなどを行い、スポーク交換式のカッタビ
ット交換を終了し、再びシールド掘進が可能な状態とす
る。

【００２５】なお、図５、図６の制御系統にとらわれ
ず、もっと簡単な実施例であってもよいことは言うまで
もない。

【００２６】以上の実施例では、カッタスポーク３０お
よび補助スポーク３３の正面側と背面側とに２セット分
のカッタビット３１，３２；３４，３５を装備して、回
転軸２８，３８の１８０°の角変位によってカッタビッ
トの交換を行っているけれども、３セットのカッタビッ
トを用いて１２０°ずつの角変位で交換するようにして
もよい。また、ロータリアクチュエータ２７，３７およ
び固定装置２９，３９に油圧作動方式によるものを用い
ているけれども、電気作動方式によるものを用いるよう
にしてもよい。電気式にすれば、ロータリジョイント２
３を介して制御用の導線を電気的に接続した状態のまま
で、カッタディスク２２を回転させて掘進を続けること
もできる。また油圧による制御の場合も、油圧発生源な
どをセンタシャフト４８やコアリング２４内に設け、シ
ールド本体２１側からその制御を行うようにすることも
できる。このような構成では、作業員の介入を必要とせ
ず、自動的にカッタビットの交換を行うようにすること
ができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数のカ
ッタスポークを個別に回転用アクチュエータで回転さ
せ、遠隔操作する。このためカッタディスク近傍で劣悪
な環境での直接作業を行う必要がなく、またカッタディ
スク中心から力の方向を変えてカッタスポークを回転駆
動する必要がないので、部品点数が少なくなり、構造が
簡単になる。

【００２８】また本発明によれば、カッタディスクの外
周部に設けられる多くのカッタビットに対し、補助スポ
ークを回転させて交換を行うことができる。カッタディ
スクの外周部は、内周部よりも周速が大きいので、カッ
タビットの摩耗量が大きくなる。カッタビットを交換す
ることができるので、内周部と外周部とのカッタビット
の消耗時期を合わせて、掘進の途中でカッタディスクに
装着されているカッタビットを交換する作業の必要な時
期を極力延ばし、かつ作業を効率化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略的な構成を示す断面図
である。

【図２】図１の実施例の左側面図である。

【図３】図１の実施例のロータリアクチュエータ２７の
正面図および右側面図である。

【図４】図１の実施例の固定装置２９の断面図である。

【図５】図１の実施例の制御系統の構成を示すブロック
図である。

【図６】図５の制御系統の動作を示すフローチャートで
ある。

【図７】先行技術のカッタビット交換装置を示す簡略化
した断面図である。

【符号の説明】

２１ シールド本体 ２２ カッタディスク ２３ ロータリジョイント ２７，３７ ロータリアクチュエータ ２８，３８ 回転軸 ２９，３９ 固定装置 ３０ カッタスポーク ３１，３２，３４，３５ カッタビット ３３ 補助スポーク ５０ 摩耗検知ビット ６０ ストッパ ６１，６２ 油圧ジャッキ ６６ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタスポークの複数の面にカッタビッ
   トを装備し、カッタスポークを回転させることによって
   地盤の掘削に使用するカッタビットを交換するシールド
   掘進機のカッタビット交換装置において、 複数のカッタスポークに個別に設けられ、遠隔操作可能
   な回転用アクチュエータと、 各アクチュエータを遠隔操作する操作手段とを含むこと
   を特徴とするシールド掘進機のカッタビット交換装置。
2. 【請求項２】 前記カッタスポークは、カッタディスク
   の外周寄りに配置されるカッタビットのみを装備する補
   助スポークを含むことを特徴とする請求項１記載のシー
   ルド掘進機のカッタビット交換装置。