JPH1181875A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カッタビットが摩耗しても、掘削効率の低下
の防止および安全性や作業能率の向上を図ることができ
るトンネル掘削機を提供する。 【解決手段】 掘削機本体の前部に回転駆動可能に設け
られたカッタヘッド１２と、カッタヘッド１２の前面に
放射状に複数設けられ且つ長手方向にわたって所定の間
隔で取付溝１３ａが前面に複数形成されたカッタスポー
ク１３と、カッタスポーク１３の取付溝１３ａ内にそれ
ぞれ配備されたカッタビットホルダ３２と、カッタスポ
ーク１３を長手方向に貫通してカッタビットホルダ３２
を回転可能に支持する回転シャフト３１と、回転シャフ
ト３１に同軸をなして設けられたウォームギヤホイール
と、ウォームギヤホイールに噛み合うウォームギヤと、
ウォームギヤを回転駆動させる駆動モータと、カッタビ
ットホルダ３２の回転方向に沿って所定の間隔で当該カ
ッタビットホルダ３２に複数取り付けられたカッタビッ
ト１４とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中にトンネルを
掘削するトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中にトンネルを掘削するトンネル掘削
機の一例を図５〜７を用いて説明する。なお、図５は、
その概略構造を表す断面図、図６は、カッタヘッドの正
面図、図７は、図６のＶII−ＶII線断面矢視図である。

【０００３】図５，６に示すように、掘削機本体として
の円筒形状をなすスキンプレート１１の前部には、カッ
タヘッド１２が回転自在に装着されている。カッタヘッ
ド１２の前面には、カッタスポーク１３が放射状をなし
て複数固定されている。カッタスポーク１３には、カッ
タビット１４が多数固定されている。カッタヘッド１２
の後部には、リングギヤ１５が固定されている。スキン
プレート１１の内部には、油圧モータ１６が取り付けら
れており、当該油圧モータ１６は、その駆動ギヤ１７が
上記リングギヤ１５に噛み合っている。つまり、油圧モ
ータ１６を駆動して駆動ギヤ１７を回転駆動させること
により、リングギヤ１５を介してカッタヘッド１２を回
転させることができるようになっているのである。

【０００４】スキンプレート１１の内部のカッタヘッド
１２の後方位置には、バルクヘッド１８が取り付けられ
ており、当該カッタヘッド１２と当該バルクヘッド１８
との間でチャンバ室１９が形成されている。チャンバ室
１９には、一端をトンネル掘削機の外部に延設した送泥
管２０および排泥管２１の他端がそれぞれ連結されて
る。排泥管２１の他端の開口部分の近傍には、切削土砂
と泥水とを攪拌混合するアジテータ２２が設置されてい
る。

【０００５】スキンプレート１１の内部の後方寄りに
は、シールドジャッキ２３が円周方向に複数並設されて
おり、当該シールドジャッキ２３は、掘削したトンネル
内周面に構築された既設の図示しない覆工材を押圧する
ようにトンネル掘削機の掘削方向後方に伸長することに
より、その反力でスキンプレート１１、すなわち、トン
ネル掘削機全体を前進させることができるようになって
いる。スキンプレート１１の内部の後方中央部分には、
覆工材エレクタ２４が設けられており、当該覆工材エレ
クタ２４は、シールドジャッキ２３によって前進したス
キンプレート１１と既設の覆工材Ｓとの間の空所に新し
い覆工材Ｓを装着してトンネルを構築することができる
ようになっている。

【０００６】なお、前述したカッタビット１４は、図７
に示すように、カッタスポーク１３の両側に溶接または
ボルトアップによって固定されている。このカッタビッ
ト１４は、地盤を破砕して土砂の掘削に直接寄与するカ
ッタビットチップ１４ａおよび当該カッタビットチップ
１４ａを保持してカッタビット本体を構成するカッタビ
ットシャンク１４ｂから構成されている。上記カッタビ
ットチップ１４ａは、ＷＣ系超硬合金などの耐土砂摩耗
性に優れた高硬度の材料が用いられている。一方、上記
カッタビットシャンク１４ｂは、土砂の切削負荷が直接
作用しないため、カッタビットチップ１４ａほどの硬度
を必要としないものの、土砂の流動摩擦に耐え得る硬度
が必要であると共に、良好な加工性が必要であることか
ら、工具鋼などが用いられている。

【０００７】このようなトンネル掘削機では、複数のシ
ールドジャッキ２３を伸長し、既設の覆工材Ｓへの押し
付け反力によってスキンプレート１１を前進させる一
方、油圧モータ１６によりカッタヘッド１２を回転さ
せ、多数のカッタビット１４によって前方の地盤を掘削
する。そして、掘削された土砂をチャンバ室１９内に取
り込み、送泥管２０からチャンバ室１９内に送水して、
アジテータ２２により土砂と水とを攪拌混合し、排泥管
２１により外部へ排出する。次に、シールドジャッキ２
３のいずれか一つを縮み方向に作動して既設の覆工材Ｓ
との間に空所を形成し、覆工材エレクタ２４によって当
該空所に新しい覆工材Ｓを装着する。以上の作業を繰り
返すことにより、所定長のトンネルを掘削形成すること
ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、掘削形成するト
ンネルは、長距離化の傾向にある。このため、トンネル
掘削機による掘削作業中に、カッタヘッド１２に装着さ
れたカッタビット１４が摩耗してしまい、土砂の掘削抵
抗が増大して掘削効率が低下したり、掘削不能となりや
すい。

【０００９】具体的には、カッタヘッド１２が図７に示
す矢印方向に正回転すると、前方（図７にて右方）のカ
ッタビット１４のカッタビットチップ１４ａが地山に対
して所定切り込み量だけ地盤を掘削し、掘削土砂がカッ
タビット１４の正面部に沿って掘削機後方に移動するの
で、当該掘削土砂によってカッタビット１４の正面部に
摩耗が発生してしまう。また、このとき、掘削土砂が後
方（図７にて左方）のカッタビット１４の背面部に沿っ
て移動するので、当該掘削土砂によってカッタビット１
４の背面部にも摩耗が発生してしまう。なお、カッタヘ
ッド１２の逆回転時には、上述とは逆の作用となる。

【００１０】このように、カッタビット１４は、長期の
使用により、図８に示すように、カッタビットチップ１
４ａの先端部に摩耗が生じて先鋭でなくなると共に、正
面部１４Ｆに摩耗Ｐ₁ 、背面部１４Ｒに摩耗Ｐ₂ がそれ
ぞれ生じてしまい、カッタヘッド１２を回転させるため
のカッタトルクが増大すると共に、地盤の掘削や土砂の
排出に支障をきたしてしまい、掘進が困難となってしま
う。さらにカッタビット１４が摩耗してしまうと、当該
カッタビット１４よりも柔らかいカッタスポーク１３や
カッタヘッド１２の正面が地山と直接接触してしまい、
機能を損なってしまう虞がある。

【００１１】そのため、カッタビット１４が摩耗した場
合には、掘削作業を停止して、摩耗したカッタビット１
４を交換するようにしている。

【００１２】具体的には、トンネル掘削機による掘削作
業を停止し、トンネル掘削機の前方の地盤を薬液の注入
や凍結などにより固化改良すると共に、完全に止水して
から、この地盤改良地点までトンネル掘削機を掘進させ
る。ここで、トンネル掘削機を停止してチャンバ室１６
内の掘削土砂をすべて排出し、作業者がチャンバ室１９
内やカッタヘッド１２の前方に入り込み、カッタビット
１４の交換作業、すなわち、摩耗したカッタビット１４
を取り外して新しいカッタビット１４を取り付けてい
る。

【００１３】しかしながら、このようなトンネル掘削機
におけるカッタビット１４の交換作業にあっては、地盤
の改良を行うために薬液などの費用がかかり不経済であ
ると共に、作業時間も長くかかってしまい、作業性がよ
くなかった。また、作業者がチャンバ室１９内やカッタ
ヘッド１２の前方などの狭い空間で交換作業を行うの
で、作業者にかかる負担が非常に大きかった。

【００１４】このようなことから、本発明は、カッタビ
ットが摩耗しても、掘削効率の低下の防止および安全性
や作業能率の向上を図ることができるトンネル掘削機を
提供することを目的とした。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明によるトンネル掘削機は、掘削機本体の
前部に回転駆動可能に設けられたカッタヘッドと、前記
カッタヘッドの前面に放射状に複数設けられ、長手方向
にわたって所定の間隔で取付溝が前面に複数形成された
カッタスポークと、前記カッタスポークの前記取付溝内
にそれぞれ配備されたカッタビットホルダと、前記カッ
タビットホルダを回転駆動可能に支持するホルダ回転支
持手段と、前記カッタビットホルダの回転方向に沿って
所定の間隔で当該カッタビットホルダに複数取り付けら
れたカッタビットとを備えてなることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明によるトンネル掘削機の実
施の形態を図１〜４を用いて説明する。なお、図１は、
そのカッタヘッドの正面図、図２は、図１の矢線II部の
抽出拡大図、図３は、図２の矢線 III方向からの側面
図、図４は、図２のIV−IV線断面矢視図である。ただ
し、前述した従来技術で説明した部分と同様な部分につ
いては、前述した従来技術の説明で用いた符号と同様な
符号を用いることにより、その説明を省略する。

【００１７】図１に示すように、カッタヘッド１２に
は、複数のカッタスポーク１３が放射状に取り付けられ
ている。図２〜４に示すように、カッタスポーク１３の
前面には、その放射方向（長手方向）にわたって所定の
間隔で複数の取付溝１３ａがそれぞれ形成されている。
これらカッタスポーク１３の内部の両側面寄りには、当
該カッタスポーク１３の長手方向に沿って軸心を向けた
回転シャフト３１が回転自在にそれぞれ設けられてお
り、当該回転シャフト３１は、上記取付溝１３ａ部分で
カッタスポーク１３の内部から露出している。

【００１８】図２〜４に示すように、回転シャフト３１
の前記取付溝１３ａ部分には、カッタビットホルダ３２
がそれぞれ設けられており、当該カッタビットホルダ３
２は、上記回転シャフト３１の回転に伴って、当該回転
シャフト３１と一体的に回転することができるようにな
っている。カッタビットホルダ３２には、カッタビット
シャンク１４ｂの先端にカッタビットチップ１４ａを有
するカッタビット１４および先行ビット３３が当該ホル
ダ３２の回転方向に沿って所定の間隔でそれぞれ複数
（本実施の形態では２つ）取り付けられている。

【００１９】より具体的には、上記カッタビット１４
は、カッタビットホルダ３２の回転に伴ってカッタスポ
ーク１３の前面側に配向された際に、当該カッタスポー
ク１３の幅方向外側に位置するようにカッタビットホル
ダ３２の対角上に対をなして設けられ、上記先行ビット
３３は、カッタビットホルダ３２の回転に伴ってカッタ
スポーク１３の前面側に配向された際に、当該カッタス
ポーク１３の幅方向内側に位置するようにカッタビット
ホルダ３２の対角上に対をなして設けられている。つま
り、上記カッタビット１４および上記先行ビット３３
は、対をなす一方がカッタスポーク１３の前面側に位置
すると、対をなす他方がカッタスポーク１３の取付溝１
３ａ内に退避するようになっているのである。なお、図
２，４中、右側のカッタビット１４等は、カッタヘッド
１３の後面側からみた場合の左回転用であり、左側のカ
ッタビット１４等は、カッタヘッド１３の後面側からみ
た場合の右回転用である。

【００２０】図２，３に示すように、カッタスポーク１
３の一部の隣り合う取付溝１３ａの間の回転シャフト３
１部分には、ウォームギヤホイール３４が同軸をなして
それぞれ設けられている。これらウォームギヤホイール
３４には、ウォームギヤ３５が軸心を直交させるように
してそれぞれ噛み合っている。これらウォームギヤ３５
は、カッタスポーク１３に内蔵された駆動モータ３６の
駆動軸３６ａに連結されている。つまり、駆動モータ３
６を作動して駆動軸３６ａを回転させることにより、ウ
ォームギヤ３５およびウォームギヤホイール３４を介し
て回転シャフト３１を回転させることができると共に、
駆動モータ３６の作動を停止することにより、ウォーム
ギヤ３５およびウォームギヤホイール３４を介して回転
シャフト３１の回転を防止することができるようになっ
ているのである。

【００２１】なお、本実施の形態では、回転シャフト３
１、ウォームギヤホイール３４、ウォームギヤ３５、駆
動モータ３６などによりホルダ回転支持手段を構成して
いる。

【００２２】このようなカッタヘッドを備えたトンネル
掘削機では、前述した従来技術でも説明したように、複
数のシールドジャッキ２３を伸長し、既設の覆工材Ｓへ
の押し付け反力によってスキンプレート１１を前進させ
る一方、油圧モータ１６によりカッタヘッド１２を回転
させ、多数のカッタビット１４等によって前方の地盤を
掘削する。そして、掘削された土砂をチャンバ室１９内
に取り込み、送泥管２０からチャンバ室１９内に送水し
て、アジテータ２２により土砂と水とを攪拌混合し、排
泥管２１により外部へ排出する。次に、シールドジャッ
キ２３のいずれか一つを縮み方向に作動して既設の覆工
材Ｓとの間に空所を形成し、覆工材エレクタ２４によっ
て当該空所に新しい覆工材Ｓを装着する。以上の作業を
繰り返すことにより、所定長のトンネルを掘削形成する
ことができる。

【００２３】このようにしてトンネルを掘削形成してい
き、カッタビット１４等が摩耗して掘削が困難となった
ら、駆動モータ３６を作動し、ウォームギヤ３５および
ウォームギヤホイール３４を介して回転シャフト３１を
回転させてカッタビットホルダ３２を回転させると、当
該カッタビット１４等がカッタスポーク１３の取付溝１
３ａ内に退避すると共に、当該取付溝１３ａ内に格納さ
れていた新たなカッタビット１４等がカッタスポーク１
３の前面側に進出するので、摩耗したカッタビット１４
等を新たなカッタビット１４等と交換することができ
る。

【００２４】このため、作業者がチャンバ室１９内やカ
ッタヘッド１２の前方に入り込んで行うカッタビット１
４等の交換作業を本実施の形態の場合では従来の半分に
することができる、言い換えれば、一度の交換作業での
カッタビット１４等の寿命を本実施の形態の場合では従
来の２倍にすることができ、長期の使用に対応できるよ
うになる。

【００２５】したがって、このようなトンネル掘削機に
よれば、長距離のトンネルを掘削する場合でも、掘削効
率の低下を抑えることができると共に、カッタビット１
４等の交換作業にかかる安全性や作業能率の向上を図る
ことができる。

【００２６】また、ウォームギヤホイール３４およびウ
ォームギヤ３５によりカッタビットホルダ３２を回転さ
せるようにしたので、掘削時の掘削抵抗によるカッタビ
ットホルダ３２の逆回転を防止することができ、カッタ
ビット１４による掘削を確実に行うことができる。

【００２７】また、左回転用と右回転用とのカッタビッ
ト１４等をそれぞれ独立して交換することができるの
で、左回転用と右回転用とのカッタビット１４等の摩耗
状態に応じた交換作業が可能となり、カッタビット１４
等を効率よく利用することができる。

【００２８】なお、本実施の形態では、駆動モータ３６
によりウォームギヤ３５およびウォームギヤホイール３
４を介して回転シャフト３１を回転させるようにした
が、例えば、伸縮可能なロッドを備えたジャッキの当該
ロッドの先端に連結ロッドの一端を回動可能に連結し、
当該連結ロッドの他端を回転シャフトに連結して、当該
ジャッキのロッドの伸縮運動（直線運動）を上記連結ロ
ッドを介して回転運動に変換することにより、回転シャ
フトを回転させることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によるトンネル掘削機では、掘削
機本体の前部に回転駆動可能に設けられたカッタヘッド
と、前記カッタヘッドの前面に放射状に複数設けられ、
長手方向にわたって所定の間隔で取付溝が前面に複数形
成されたカッタスポークと、前記カッタスポークの前記
取付溝内にそれぞれ配備されたカッタビットホルダと、
前記カッタビットホルダを回転駆動可能に支持するホル
ダ回転支持手段と、前記カッタビットホルダの回転方向
に沿って所定の間隔で当該カッタビットホルダに複数取
り付けられたカッタビットとを備えてなることから、ホ
ルダ回転支持手段でカッタビットホルダを回転させるこ
とにより、カッタスポークの前面側に位置するカッタビ
ットをカッタスポークの取付溝内に退避させて、当該取
付溝内のカッタビットをカッタスポークの前面側に新た
に進出させることができる。このため、カッタスポーク
の前面側に位置するカッタビットが摩耗しても、新たな
カッタビットと容易に交換することができるので、長距
離のトンネルを掘削する場合でも、掘削効率の低下を抑
えることができると共に、カッタビットの交換作業にか
かる安全性や作業能率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトンネル掘削機の実施の形態のカ
ッタヘッドの平面図である。

【図２】図１の矢線II部の抽出拡大図である。

【図３】図２の矢線 III方向からの側面図である。

【図４】図２のIV−IV線断面矢視図である。

【図５】トンネル掘削機の概略構造を表す断面図であ
る。

【図６】従来のカッタヘッドの正面図である。

【図７】図６のＶII−ＶII線断面矢視図である。

【図８】カッタビットの摩耗状態の説明図である。

【符号の説明】

１１ スキンプレート １２ カッタヘッド １３ カッタスポーク １３ａ 取付溝 １４ カッタビット １４ａ カッタビットチップ １４ｂ カッタビットシャンク １５ リングギヤ １６ 油圧モータ １７ 駆動ギヤ １８ バルクヘッド １９ チャンバ室 ２０ 送泥管 ２１ 排泥管 ２２ アジテータ ２３ シールドジャッキ ２４ 覆工材エレクタ ３１ 回転シャフト ３２ カッタビットホルダ ３３ 先行ビット ３４ ウォームギヤホイール ３５ ウォームギヤ ３６ 駆動モータ ３６ａ 駆動軸 Ｓ 覆工材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機本体の前部に回転駆動可能に設け
   られたカッタヘッドと、 前記カッタヘッドの前面に放射状に複数設けられ、長手
   方向にわたって所定の間隔で取付溝が前面に複数形成さ
   れたカッタスポークと、 前記カッタスポークの前記取付溝内にそれぞれ配備され
   たカッタビットホルダと、 前記カッタビットホルダを回転駆動可能に支持するホル
   ダ回転支持手段と、 前記カッタビットホルダの回転方向に沿って所定の間隔
   で当該カッタビットホルダに複数取り付けられたカッタ
   ビットとを備えてなることを特徴とするトンネル掘削
   機。