JPH07259487A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地山を掘削するビットの交換作業を容易化す
るとともにビット交換作業の安全性を向上させる。 【構成】 掘削機本体２の前端部に、カッタ装置３を設
ける。カッタ装置３を、外筒６とこの外筒６に挿通され
た内筒６とからなるビットドラム５から構成する。内筒
７の掘進方向前方側及び後方側にそれぞれビット９ａ、
９ｂを設ける。内筒７を外筒６に対して回動させる回動
機構１２を設ける。内筒６を外筒７に対して伸長させ
て、内筒７に形成された係止突起部と外筒６に形成され
た係止切り欠き部との係合状態を解除させて回動機構１
２による内筒７の回動を可能とする進退機構２１を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、下水道トンネ
ル、鉄道用トンネル等を掘削するシールド工法に用いる
シールド掘削機において、地山を掘削するビットを交換
するのに好適なシールド掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにシールド工法は、外形円筒
状のスキンプレートを有するシールド掘削機の前端部に
設けられたカッタ装置を回転させることにより地山を掘
削しつつ、スキンプレート内で円筒分割体たるセグメン
トを組み立て、さらにこのセグメントの前端に反力をと
ってシールド掘削機内部の推進ジャッキを伸長させるこ
とで地中にトンネルを掘削構築する工法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来のシールド掘削機には、以下のような問題
が存在する。まず、近年のトンネルの長大化により掘削
すべきトンネルが長大である場合や、掘削すべき地盤が
硬い層，砂，礫層である場合には、地山を掘削するため
にシールド掘削機のカッタ装置に設けられた掘削用のビ
ットが磨耗，破損して、掘削工事の途中でビットを交換
しなければならないことがある。また、掘削工事の途中
で掘削すべき地盤の地山の土質が変化したときに、土質
に適したビットに交換する方が効果的であれば交換を行
う場合もある。

【０００４】従来、このようなシールド掘削機のビット
の交換を行うときには、別途中間立坑を構築して、この
中で交換作業を行ったり、薬液注入、圧気等の補助工法
を施工したうえで、シールド掘削機の前方に作業員が出
て交換作業を行っていた。このため、ビットの交換作業
は、多大な費用がかかるうえに、大変に危険な作業であ
った。なお、近年、ビットを容易に交換することが可能
なシールド掘削機が開発されつつあるが、構造が複雑化
してしまい、大幅なコストアップを避けられないのが現
状である。

【０００５】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、極めて容易にビットの交換を行なうことができる
とともに交換時における安全性が大幅に向上されたシー
ルド掘削機を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のシールド掘削機は、掘削機本体の前
端部に、前記掘削機本体側に設けられた外筒と、該外筒
に回動可能に支持されかつ掘進方向前方側及び掘進方向
後方側にそれぞれ掘削用のビットを有する内筒とから構
成されたビットドラムが設けられ、前記内筒を前記外筒
に対してその軸線を中心として回動させる回動機構が設
けられたことを特徴としている。また、請求項２記載の
シールド掘削機は、請求項１記載のシールド掘削機にお
いて、前記外筒と前記内筒との間に、前記外筒に対して
前記内筒を進退させる進退機構が設けられ、前記外筒及
び前記内筒に、前記進退機構によって前記内筒が前記外
筒へ引き込まれた際に、互いに係合して前記回動機構に
よる回動を禁止する係止機構が設けられてなることを特
徴としている。

【０００７】さらに、請求項３記載のシールド掘削機
は、請求項２記載のシールド掘削機において、前記係止
機構が、前記外筒及び前記内筒に形成されて互いに係合
可能な切り欠き部及び突起部からなることを特徴として
いる。また、請求項４記載のシールド掘削機は、請求項
２または請求項３記載のシールド掘削機において、前記
係止機構が、前記内筒のビットのいずれかが掘進方向前
方側へ配置された状態にて、係合可能とされることを特
徴としている。

【０００８】

【作用】そして、請求項１記載のシールド掘削機によれ
ば、内筒に支持された掘削用のビットに摩耗、破損等が
生じたり、土質に対応させるべく変更したい場合に、回
動機構を駆動させると、外筒に対して内筒がその軸線を
中心として回動され、この内筒の、掘進方向後方側に支
持された新たなビットあるいは土質に合ったビットが、
掘進方向前方側に配置される。また、請求項２記載のシ
ールド掘削機によれば、進退機構によって内筒を伸長さ
せると、係止機構の係合が解除され、この状態にて回動
機構によって内筒を回動させることにより、内筒のビッ
トが変更される。また、進退機構によって内筒を外筒内
に引き込むと、係止機構が係合し、掘削時における内筒
の回動が禁止される。

【０００９】さらに、請求項３記載のシールド掘削機に
よれば、進退機構によって内筒を伸長させると、切り欠
き部と突起部との係合が解除され、この状態にて回動機
構によって内筒を回動させることにより、内筒のビット
が変更される。また、進退機構によって内筒を外筒内に
引き込むと、切り欠き部と突起部とが係合し、掘削時に
おける内筒の回動が禁止される。また、請求項４記載の
シールド掘削機によれば、係合機構によって内筒の回動
が禁止された状態にて、掘削用のビットが掘進方向前方
へ向けられた状態となり、確実な掘削が可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明のシールド掘削機の一実施例を
図によって説明する。図１及び図２において、符号１
は、本実施例のシールド掘削機である。このシールド掘
削機１は、外形円筒状の掘削機本体２と、掘削機本体２
の前端部に設けられたカッタ装置３と有しており、カッ
タ装置３を回転させることにより、地山を掘削するよう
になっている。掘削機本体２の外殻をなすスキンプレー
ト４の内方には、カッタ装置３を回転させる駆動装置
（図示略）、掘削した泥水をシールド掘削機１の後方へ
排出するための送・排泥管（図示略）、シールド掘削機
１を前進させるためのジャッキ（図示略）、トンネルを
構成するセグメントを組み付けるためのエレクタ機構
（図示略）等が配設されている。

【００１１】カッタ装置３は、それぞれ回転中心軸線か
ら外方へ放射状に延びるビットドラム５を有するもの
で、ビットドラム５は、掘削機本体２側に設けられた外
筒６と、この外筒６内に、入れ子状に挿通されて回転可
能にかつ進退可能に支持された内筒７とから構成されて
いる。外筒６には、その前方側に複数のビット８が設け
られており、内筒７には、その先端部のビット支持部２
３の前方側及び後方側にそれぞれビット９ａ、９ｂが設
けられている。また、内筒７の後端部側には、その内周
側に、円周方向へ亘ってスプライン部１１が設けられて
おり、このスプライン部１１には、後述する回動機構１
２の歯車１３が噛み合わされている。回動機構１２は、
掘削機本体２の中心軸上に設けられ、駆動部（図示略）
によって回転される駆動軸１４と、この駆動軸１４の先
端部に設けられた傘歯車１５と、駆動軸１４の傘歯車１
５に噛み合わされた傘歯車１６が一端に設けられ他端部
に前記歯車１３が設けられて、ビットドラム５内にて回
転可能に支持された伝達軸１７とから構成されている。

【００１２】また、このビットドラム５内には、ジャッ
キ２０からなる摺動機構２１が設けられている。この摺
動機構２１は、外筒６に対して内筒７を摺動させるもの
で、この摺動機構２１を構成するジャッキ２０の基端部
は、外筒６内に設けられたフレーム２２に連結されてお
り、同他端部は、前記内筒６の先端部近傍に設けられた
ビット支持部２３に連結されている。なお、この摺動機
構２１を構成するジャッキ２０は、シリンダ２４と、こ
のシリンダ２４に対して進退されるピストン２５とから
構成されたもので、ピストン２５は、シリンダ２４に対
して回動可能に支持されている。

【００１３】また、前記内筒７には、前方側及び後方側
にそれぞれ軸線方向に沿って係止突起部２６が形成され
ており、前記外筒６には、内筒７に形成された係止突起
部２６が嵌合される係止切り欠き部２７が、前方側及び
後方側に形成されている。そして、これら係止突起部２
６及び係止切り欠き部２７がそれぞれ嵌合された状態に
て、外筒６に対して内筒７の回動が禁止されるようにな
っている。

【００１４】なお、このシールド掘削機１は、トンネル
を両側から掘削して地中にて互いに接合させる際に好適
な、いわゆるＭＳＤ（Mechanical Shield Docking）工
法が適応された掘削機である。即ち、シールド掘削機１
同士を地中にてドッキングさせる際に、進退機構２１に
よって内筒７を外筒６内に引き込んでカッタ装置３の径
を縮小させ、さらに、カッタ装置３自体をチャンバ４１
内に引き込み、その後、いずれか一方のシールド掘削機
１のスキンプレート４の内側に設けられた貫入リング４
２を、他方のシールド掘削機１のスキンプレート４の内
側に形成された貫入室（図示略）へ貫入させて、互いの
スキンプレート４同士のシールドを行なうことができる
ようになっている。

【００１５】次に、上記構成のシールト掘削機１のビッ
ト９ａにて掘削中に、ビット９ａに摩耗が生じて新たな
ビット９ｂに変更する場合、あるいは土質に合わせてビ
ット９ａを土質に合ったビット９ｂに変更する場合につ
いて、図３を参照しながら説明する。 （１）まず、摺動機構２１を構成するジャッキ２０を駆
動させて、ピストン２５を伸長させる。このようにする
と、外筒６に対して内筒７が突出されて、この内筒７の
外周側に形成された係止突起部２６と、外筒６に形成さ
れた係止切り欠き部２７との嵌合状態が解除される（図
３中（ａ）から（ｂ）に示す状態となる）。 （２）次いで、駆動装置を駆動させて、駆動軸１４を回
動させる。このようにすると、この駆動軸１４の回転力
が傘歯車１５、１６を介して伝達軸１７に伝達され、さ
らに、この伝達軸１７から歯車１３、スプライン部１１
を介して内筒７に伝達され、この内筒７が外筒６に対し
て回転される（図３中（ｂ）から（ｃ）に示す状態とな
る）。

【００１６】（３）外筒６に対して内筒７が１８０°回
転したら、内筒７の回動を停止させる。これにより、前
方側に配置されていたビット９ａが、後方側へ向けられ
るとともに、後方側に配置されていたビット９ｂが前方
側へ向けられた状態となる。 （４）この状態において、摺動機構２１のジャッキ２０
のピストン２５を収縮させて、内筒７を外筒６内に引き
込む。このようにすると、内筒７の外周側に形成された
係止突起部２６が、外筒６の外周側に形成された係止切
り欠き部２７に嵌合し、外筒６に対する内筒７の回転が
禁止された状態となり、この状態にて掘削が可能となる
（図３中（ｃ）から（ｄ）に示す状態となる）。

【００１７】以上、説明したように、本実施例のシール
ト掘削機１によれば、掘削工事中にビット９ａに摩耗、
破損等が生じたり、地盤の土質の変化にともないビット
９ａの変更が必要となったとしても、内筒７を１８０°
回転させることにより、極めて容易に、摩耗等のない新
たなビット９ｂあるいは土質変化に対応したビット９ｂ
を前方側へ配置させることができる。したがって、危険
性をともなうとともに多大な費用及び時間を要する従来
のような交換作業、つまり、中間立坑を構築し、この中
間立坑内にてビットを交換したりあるいは薬液注入、圧
気等の補助作業を行なったうえで掘削機の前方にてビッ
トを交換するような作業を不要とすることができ、ビッ
ト交換時における安全性を大幅に向上させることができ
るとともに、ビット交換費用の低減を図ることができ
る。なお、上記実施例では、地中内にて接合させる場合
に好適なＭＳＤ工法が適応されたシールド掘削機を例に
とって説明したが、シールド掘削機の具体的な構成及び
構造は上記のものに限定されることはない。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のシール
ド掘削機によれば、下記の効果を得ることができる。請
求項１記載のシールド掘削機によれば、回動機構によっ
て内筒を回動させることにより、極めて容易に、掘削方
向前方側へ新たなビットあるいは土質に対応したビット
を配置させることができ、特に長距離掘進の施工性を大
幅に向上させることができる。さらに、危険性をともな
うとともに多大な費用及び時間を要する従来のような交
換作業、つまり、中間立坑を構築し、この中間立坑内に
てビットを交換したりあるいは薬液注入、圧気等の補助
作業を行なったうえで掘削機の前方にてビットを交換す
るような作業を不要とすることができ、ビット交換時に
おける安全性を大幅に向上させることができるととも
に、ビット交換費用の低減を図ることができる。

【００１９】請求項２記載のシールド掘削機によれば、
係止機構によって外筒に対する内筒の回動が禁止される
ので、内筒のビットによる掘削を確実に行なうことがで
きる。また、進退機構によって内筒を伸長させることに
より、極めて容易に内筒が回動可能となるので、内筒の
ビットの交換作業の容易化を図ることができる。請求項
３記載のシールド掘削機によれば、係止機構が、内筒に
形成した突起部と外筒に形成した切り欠き部とからなる
極めて簡略的な構造であるので、複雑な機構を設けるこ
とによるコストアップをなくすことができ、したがっ
て、掘削機全体の低コスト化を図ることができる。請求
項４記載のシールド掘削機によれば、係合機構によって
内筒の回動が禁止された状態にて、掘削用のビットが掘
進方向前方へ向けられた状態となり、確実な掘削が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のシールド掘削機の構成及び構
造を説明するシールド掘削機の断面図である。

【図２】本発明の実施例のシールド掘削機の構成及び構
造を説明するシールド掘削機の正面図である。

【図３】本発明の実施例のシールド掘削機を構成するビ
ットドラムの内筒の動きを説明するビットドラムの一部
の斜視図である。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ２ 掘削機本体 ５ ビットドラム ６ 外筒 ７ 内筒 ９ａ，９ｂ ビット １２ 回動機構 ２１ 進退機構 ２６ 係止突起部（突起部） ２７ 係止切り欠き部（切り欠き部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前端部に、前記掘削機本体
   側に設けられた外筒と、該外筒に回動可能に支持されか
   つ掘進方向前方側及び掘進方向後方側にそれぞれ掘削用
   のビットを有する内筒とから構成されたビットドラムが
   設けられ、 前記内筒を前記外筒に対してその軸線を中心として回動
   させる回動機構が設けられたことを特徴とするシールド
   掘削機。
2. 【請求項２】 前記外筒と前記内筒との間には、前記外
   筒に対して前記内筒を進退させる進退機構が設けられ、
   前記外筒及び前記内筒には、前記進退機構によって前記
   内筒が前記外筒へ引き込まれた際に、互いに係合して前
   記回動機構による回動を禁止する係止機構が設けられて
   なることを特徴とする請求項１記載のシールド掘削機。
3. 【請求項３】 前記係止機構は、前記外筒及び前記内筒
   に形成されて互いに係合可能な切り欠き部及び突起部か
   らなることを特徴とする請求項２記載のシールド掘削
   機。
4. 【請求項４】 前記係止機構は、前記内筒のビットのい
   ずれかが掘進方向前方側へ配置された状態にて、係合可
   能とされることを特徴とする請求項２または請求項３記
   載のシールド掘削機。