JPH09209692A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体としてのカッタビットの長寿命化を図る
ことができ、掘進距離を延ばすことのできるシールド掘
削機を提供する。 【解決手段】 円筒状のシールド本体の前端に、半径方
向に多数のカッタビット８が列設されたカッタディスク
２Ａが装備され、このカッタディスクをその中心軸線周
りに回転駆動させつつシールド本体に前向き推力を与え
ることにより、土中を掘進するシールド掘削機におい
て、カッタディスクの面内に、カッタディスクの半径の
略中央にカッタディスクの中心軸線と平行な回転中心を
持つ小ディスク５を回転可能に配設し、該小ディスク上
にその直径方向に沿ってカッタビット８を列設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘進距離を延ばす
ことのできるシールド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近のシールドトンネルは、大深度化あ
るいは海底下に設ける等の理由で、長距離化の傾向にあ
る。従って、掘削用カッタビットの耐久性が重要になっ
てきている。

【０００３】通常、シールド掘削機のカッタビットは固
定式のため、摩耗により掘削能力が低下した場合には、
シールド掘削機のチャンバ内に人が入って、新品のビッ
トと交換している。従って、シールド掘削機内に人が入
れるよう、点検立坑を設けたり、薬注により地盤改良を
行ったりしている。

【０００４】一方、最近では、ビット交換の面倒を解消
する目的で、予備ビットをカッタディスク内に内蔵した
り、カッタビットを取り付けるスポークをカッタビット
の半径方向に沿った軸線周りに回転できるようにし、ス
ポークの裏側に予備ビットを取り付けて、通常ビットが
摩耗したときに予備ビットを押し出したり、スポークを
回転させて予備ビットを前面に出すことで、摩耗したビ
ットを新規のものに交換する技術が開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シールド掘
削機内に人が入ってビット交換を行う前者の方法は、点
検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要があるた
め、非常にコスト高である上、路線によっては実行不可
能な場合があった。また、ビットの摩耗は掘削時の周動
距離に比例するため、最外周のビットの摩耗に応じてビ
ット交換を行うと、ビットを短い周期で交換しなくては
ならず効率が悪かった。また、予備ビットを取り付ける
後者の方法では、使用するビットの切削性を保証しなが
ら予備ビットを無理なく配置する点で課題が残り、機構
の複雑化が解消できなかった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮し、コストをか
けずに、カッタビットの長寿命化を図ることができ、し
かもレイアウトに無理がなく、構造簡単なシールド掘削
機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、円筒
状のシールド本体の前端に、半径方向に多数のカッタビ
ットが列設されたカッタディスクが装備され、このカッ
タディスクをその中心軸線周りに回転駆動させつつシー
ルド本体に前向き推力を与えることにより、土中を掘進
するシールド掘削機において、前記カッタディスクの面
内に、カッタディスクの半径の略中央にカッタディスク
の中心軸線と平行な回転中心を持つ小ディスクを回転可
能且つ一定位置に回転止め可能に配設し、該小ディスク
上にその直径方向に沿って前記カッタビットを列設した
ことを特徴としている。

【０００８】このシールド掘削機で掘進を行う場合に
は、予め小ディスクの位置を決めて、小ディスク上に列
設されたカッタビットを、カッタディスクの半径上に位
置させる。掘進の進行に伴い、カッタディスクの外周側
に位置するカッタビットは、内周側に位置するカッタビ
ットより周動距離が長いので、内周側のカッタビットよ
りも多く摩耗する。そこで、ある程度摩耗が進行した段
階で、小ディスクを１８０度回転させる。そうすると、
カッタディスクの外周側に位置していたカッタビット
と、内周側に位置していたカッタビットとが入れ替わ
る。そして、摩耗の少ないカッタビットが外周側に位置
し、摩耗の多いカッタビットが周動距離の少ない内周側
に位置する。従って、特に掘進性能に貢献する外周側の
切削能力を回復することができ、カッタビット全体の摩
耗のバランスを図りながら、掘進距離を延ばすことがで
きる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載のシール
ド掘削機において、前記小ディスクをリング状に形成し
て、その中心孔に非回転ディスクを配設し、該非回転デ
ィスク上に前記カッタディスクの半径方向に沿ったカッ
タビットの一部を配設したことを特徴としている。

【００１０】通常、カッタディスクの外周側に位置する
カッタビットは摩耗が大きく、内周側に位置するカッタ
ビットは摩耗が小さいが、その中間に位置するカッタビ
ットは摩耗の程度も中程度である。そこで、請求項２の
発明では、その中間部分のカッタビットは入れ替えしな
いようにし、非回転ディスク上に配設している。これに
より、非回転ディスクの外周にリング状の小ディスクを
回転可能に取り付けることができるので、小ディスクの
支持を、安定した強度の高いものとすることができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２記載のシール
ド掘削機において、前記リング状の小ディスク上に、互
いに交差する複数の直径方向に沿ってカッタビットをそ
れぞれ列設し、各直径ごとのカッタビットの位置を、カ
ッタディスクの面板の表に押し出した切削位置とカッタ
ディスクの面板の裏に退避させた退避位置とに切替え可
能に構成すると共に、切削位置にカッタビットを固定す
るストッパを設けたことを特徴としている。

【００１２】このシールド掘削機では、小ディスク上の
一つの直径上のカッタビットを通常のカッタビットと
し、他の直径上のカッタビットを予備のカッタビットと
して考えることができる。従って、一つの直径上のカッ
タビットが摩耗したら、他の直径上のカッタビットをカ
ッタディスクの半径上に位置決めすることで、切削に供
することができる。その場合、切削に供するカッタビッ
トは切削位置（前方位置）に保持しておく必要がある
が、他のカッタビットは切削位置からカッタディスクの
面板の裏に退避しているのが望ましい。そこで、請求項
３の発明では、カッタビットを切削位置と退避位置とに
切替え可能にし、切削位置に位置決めした場合は、その
位置でストッパにより止められるようにしている。これ
により、安定した切削が可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は第１の実施形態として示すシ
ールド掘削機のカッタディスクの正面図、図２は図１の
要部断面図である。このシールド掘削機は、円筒状のシ
ールド本体１の前端に、半径方向に多数のカッタビット
８が列設されたカッタディスク２Ａを備えており、カッ
タディスク２Ａを、その中心軸線Ｌ１の周りに、図１矢
印（イ）のように回転駆動させつつ、シールド本体１に
前向き推力を与えることにより、土中を掘進する。

【００１４】カッタビット８は、両側にスリット（土砂
取込口）７、７を配したスポーク６の両側部に取り付け
られ、カッタディスク２Ａを正面から見た場合、カッタ
ディスク２Ａの中心軸線を中心にして十文字状に配列さ
れている。

【００１５】カッタディスク２Ａの面内には、カッタデ
ィスク２Ａの半径の略中央にカッタディスク２Ａの中心
軸線Ｌ１と平行な回転中心Ｌ２を持つ２つの小ディスク
５が配設されている。小ディスク５は、カッタディスク
２Ａの面板３に直径方向に並べて形成した２つの円形穴
４内に、それぞれ図１中矢印（ロ）のように回転可能に
収容され、円形穴４内にて１８０度回転した位置毎に、
図示しないストッパにより固定可能となっている。そし
て、十文字状のカッタビット８の列のうち、カッタディ
スク２Ａの一つの直径上に配列されたカッタビット８の
列が、スポーク６およびスリット７と共に、この小ディ
スク５上にその直径に沿って設けられている。

【００１６】小ディスク５は、図２に示すように、カッ
タディスク２Ａの円形穴４内に支持され、油圧モータ１
３とピニオン１２とラック１１で構成される回転駆動機
構１０によって、必要時に回転させられるようになって
いる。すなわち、円形穴４の周壁４ａに沿って小ディス
ク５の裏面の円筒壁５ａが挿入されており、この円筒壁
５ａの内周にラック１１が形成され、このラック１１
に、カッタディスク２Ａの面板３側に設けた油圧モータ
１３の出力軸ピニオン１２が噛合している。そして、油
圧モータ１３を作動することで、ピニオン１２およびラ
ック１１を介して小ディスク５が回転させられるように
なっている。

【００１７】このシールド掘削機で掘進を行う場合、予
め小ディスク５の位置を決めて、小ディスク５上のカッ
タビット８の列を、カッタディスク２Ａの半径上に位置
させる。そして、その状態で通常のように掘削作業を行
う。

【００１８】掘進の進行に伴い、カッタディスク２Ａの
外周側に位置しているカッタビット８は、内周側に位置
しているカッタビットより周動距離が長いので、内周側
のカッタビット８よりも多く摩耗する。この例では、カ
ッタディスク２Ａの一方の直径上、つまり小ディスク５
上に摩耗の進行しやすいビット、あるいは摩耗による交
換を必要とするビットがあるものとし、他方の直径上の
ビットについては、摩耗の進行が遅い、あるいは摩耗に
よる交換の必要性の薄いビットがあるものとする。

【００１９】小ディスク５上の外周側のカッタビット８
の摩耗がある程度進行したら、その段階で、図１中矢印
（ロ）のように、小ディスク５を１８０度回転させる。
そうすると、今までカッタディスク２Ａの外周側に位置
していたカッタビット８と、内周側に位置していたカッ
タビット８とが入れ替わる。そして、摩耗の少ないカッ
タビット８が外周側に位置し、摩耗の多いカッタビット
８が周動距離の少ない内周側に位置することになる。従
って、特に掘進性能に貢献する外周側の切削能力を回復
することができ、カッタビット８全体の摩耗のバランス
を図りながら、掘進距離を延ばすことができる。

【００２０】このように、小ディスク５を回転させるこ
とで、摩耗の大きい外周側のカッタビット８と、摩耗の
小さい内周側のカッタビット８とを入れ替えるようにし
たので、シールド掘削機のチャンバ内に人が入らずに、
カッタビット８の長寿命化を図ることができる。従っ
て、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要がな
くなり、コストをかけずに、掘進距離を延ばすことがで
きる。また、図２に示すように、カッタディスク２Ａの
面内に配設した小ディスク５を、同面内で回転させるだ
けの構造であるから、レイアウトに無理を生じず、機構
的にも簡単で、安価に実現可能である。

【００２１】なお、十文字に配列したカッタビット８の
全列について、内周側と外周側でカッタビット８の入れ
替えを行えるようにする場合は、図３に示す第２の実施
形態のカッタディスク２Ｂのように、小ディスク５をカ
ッタディスク２Ｂの周方向に４個設け、それぞれの小デ
ィスク５上にカッタビット８を設ければよい。また、カ
ッタビットの配列としては、十文字以外に、一文字状、
Ｙ字状等の場合があるが、それらの場合も、必要のある
箇所にのみ小ディスクを設けて、小ディスク上にカッタ
ビットを列設すればよい。

【００２２】図４〜図７は第３の実施形態のシールド掘
削機の要部構造を示す。図４はカッタディスク２Ｃの正
面図、図５及び図６はその要部断面図である。このシー
ルド掘削機のカッタディスク２Ｃでは、小ディスク２５
を、カッタディスク２Ｃの面板３の裏側に配置して、カ
ッタディスク２Ｃの面板３に形成した半径方向の開口１
７から小ディスク２５の一部が露出するようになってい
る。しかも、小ディスク２５をリング状に形成して、そ
の中心孔に非回転ディスク２６を配設し、非回転ディス
ク２６上にスポーク６とスリット７を設定して、該スポ
ーク６の両側に、カッタディスク２Ｃの半径方向に沿っ
たカッタビット８の一部を配設している。

【００２３】通常、カッタディスクの外周側に位置する
カッタビットは摩耗が大きく、内周側に位置するカッタ
ビットは摩耗が小さいが、その中間に位置するカッタビ
ットは摩耗の程度も中程度である。そこで、このカッタ
ディスク２Ｃでは、その中間部分のカッタビット８は、
入れ替えしないようにして、非回転ディスク２６上に固
定的に配設している。そして、図５に示すように、非回
転ディスク２６の外周にリング状の小ディスク２５を回
転可能に嵌め込み、油圧モータ２３とピニオン２２とラ
ック２１からなる回転駆動機構２０により、必要時に小
ディスク２５を回転するようにしている。

【００２４】すなわち、非回転ディスク２６の裏面側円
筒壁２６ａの外周に沿って小ディスク２５の裏面側リン
グドラム２５ａが嵌め込まれており、このリングドラム
２５ａの内周にラック２１が形成され、このラック２１
に、非回転ディスク２６側に設けた油圧モータ２３の出
力軸ピニオン２２が噛合している。そして、油圧モータ
２３を作動することで、ピニオン２２およびラック２１
を介して、小ディスク２５が回転させられるようになっ
ている。また、カッタディスク２Ｃの面板３側には、ス
トッパ機構３０を構成するピン３１が設けられ、このピ
ン３１を突出させて、小ディスク２５側の嵌合孔３２に
嵌めることにより、小ディスク２５を９０度毎の回転位
置に位置決め固定できるようになっている。

【００２５】非回転ディスク２６は、開口１７の長手方
向中央部に位置しており、非回転ディスク２６の両側
（カッタディスク２Ｃの内周側及び外周側）の開口部分
が、小ディスク２６の露出する部分となっている。ま
た、リング状の小ディスク２５には、互いに直交する直
径方向に沿ってカッタビット８が十文字状に列設されて
おり、小ディスク２５を９０度回転させる毎に、どちら
かの直径に沿ったカッタビット８を、カッタディスク２
Ｃの半径上に位置決めできるようになっている。なお、
小ディスク２５にも、カッタビット８に対応して、スポ
ーク６とスリット７が設けられている。

【００２６】そして、この場合、リング状の小ディスク
２５に設けられた各カッタビット８は、各直径ごとのカ
ッタビット８を１まとまりのグループとして、カッタデ
ィスク２Ｃの面板３の表側に押し出した切削位置と、面
板３の裏側に退避させた退避位置とに切替え可能に取り
付けられている。図７はそのための機構を示す。

【００２７】図７に示すように、カッタビット８は、ピ
ン４１によりシールド掘削機の前後方向〔図７中矢印
（ハ）方向〕に沿って回動可能にスポーク６に取付けら
れている。各列設されたカッタビット８は、連携ロッド
４３で相互に連携されており、この連携ロッド４３を、
押し引きシリンダ４２で動かすことにより、カッタビッ
ト８の位置を、図７（ａ）に実線で示す前方の切削位置
と、二点鎖線で示す後方の退避位置とに任意に切り換え
られるようになっている。また、前方の切削位置に切り
換えた場合に、カッタビット８の戻りを押さえるため
に、図７（ｂ）に示すようにストッパ４４が設けられて
いる。ストッパ４４は、カッタビット８の位置の切り換
えの支障にならないように、退避位置と作動位置との間
で矢印（ニ）のようにスライド可能になっている。

【００２８】このカッタディスク２Ｃの場合、小ディス
ク２５上の一つの直径上のカッタビット８を通常のカッ
タビットとし、他の直径上のカッタビット８を予備のカ
ッタビットとして考えることができる。従って、一つの
直径上のカッタビット８が摩耗したら、小ディスク２５
を９０度回して、他の直径上のカッタビット８を、カッ
タディスク２Ｃの半径上に位置決めすることで、切削に
供することができ、小ディスク２５を順次９０度ずつ回
すことで、全部のカッタビット８の摩耗の進行度合いを
均一化することができる。

【００２９】その場合、切削に供するカッタビット８
は、開口１７内にて切削位置（前方位置）に突出させて
ストッパ４４で止めておき、切削に供さないカッタビッ
ト８は面板３の裏面側の退避位置（後方位置）に位置決
めしておく。そうすることで、通常のカッタディスクと
同様の安定した切削性能を確保することができる。

【００３０】なお、上記各実施形態では、小ディスク
５、２５を回転駆動する手段として油圧モータを用いた
が、電動モータ等の他の駆動源を用いてもよい。また、
ピニオンやラック以外の回転機構を用いてよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、カッタディスクの面内に、カッタビットを列設
した小ディスクを配設し、小ディスクを回転させること
で、摩耗の大きい外周側のカッタビットと、摩耗の小さ
い内周側のカッタビットとを入れ替えることができるよ
うにしたので、シールド掘削機のチャンバ内に人が入ら
ずに、カッタビットの長寿命化を図ることができる。従
って、点検立坑を設けたり、薬注を行ったりする必要が
なく、コストをかけずに掘進距離を延ばすことができ
る。また、カッタディスクの面内に配設した小ディスク
を回転させるだけの構造であるから、レイアウトに無理
を生じず、機構的にも簡単である。

【００３２】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果に加えて次の効果を奏する。すなわち、請求項２
の発明では、小ディスクをリング状に形成して、その中
心孔に非回転ディスクを配設しているので、非回転ディ
スクの外周にリング状の小ディスクを安定した姿勢で強
固に取り付けることができ、良好な切削性能を保証する
ことができる。

【００３３】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
の効果に加えて次の効果を奏する。すなわち、請求項３
の発明では、リング状の小ディスク上に、互いに交差す
る複数の直径方向に沿ってカッタビットをそれぞれ列設
し、各直径ごとのカッタビットの位置を、カッタディス
クの面板の表に押し出した切削位置と面板の裏に退避さ
せた退避位置とに切替え可能に構成すると共に、切削位
置にカッタビットを固定するストッパを設けたので、一
つの直径上のカッタビットが摩耗したら、他の直径上の
カッタビットを、カッタディスクの半径上に位置決めす
ることで、順次切削に供するカッタビットを交換するこ
とができ、掘進距離を延ばすことができる。また、切削
に供するカッタビットは切削位置に保持するが、他のカ
ッタビットはカッタディスクの面板の裏側に退避させる
ので、安定した切削性能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態として示すシールド掘
削機のカッタディスクの正面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態として示すシールド掘
削機のカッタディスクの正面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態として示すシールド掘
削機のカッタディスクの正面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。

【図６】図４のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。

【図７】図４における小ディスク内のビット取付部分の
構造の詳細を示し、（ａ）は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視
方向から見た図、（ｂ）はビット取付部分の正面図、
（ｃ）は同側面図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ カッタディスク ３ 面板 ５ 小ディスク ８ カッタビット ２５ リング状の小ディスク ２６ 非回転ディスク ４２ 押し引きシリンダ ４４ ストッパ Ｌ１ カッタディスクの中心軸線 Ｌ２ 小ディスクの回転中心

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のシールド本体の前端に、半径方
   向に多数のカッタビットが列設されたカッタディスクが
   装備され、このカッタディスクをその中心軸線周りに回
   転駆動させつつシールド本体に前向き推力を与えること
   により、土中を掘進するシールド掘削機において、前記
   カッタディスクの面内に、カッタディスクの半径の略中
   央にカッタディスクの中心軸線と平行な回転中心を持つ
   小ディスクを回転可能且つ一定位置に回転止め可能に配
   設し、該小ディスク上にその直径方向に沿って前記カッ
   タビットを列設したことを特徴とするシールド掘削機。
2. 【請求項２】 前記小ディスクをリング状に形成してそ
   の中心孔に非回転ディスクを配設し、該非回転ディスク
   上に、前記カッタディスクの半径方向に沿ったカッタビ
   ットの一部を配設した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】 前記リング状の小ディスク上に、互いに
   交差する複数の直径方向に沿ってカッタビットをそれぞ
   れ列設し、各直径ごとのカッタビットの位置を、カッタ
   ディスクの面板の表に押し出した切削位置とカッタディ
   スクの面板の裏に退避させた退避位置とに切替え可能に
   構成すると共に、切削位置にカッタビットを固定するス
   トッパを設けたことを特徴とする請求項２記載のシール
   ド掘削機。