JPH08199980A - シールド掘進機のカッタ交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 硬質地盤と軟弱地盤との両方の地盤を１台の
シールド掘進機で掘進可能とし、掘進距離の長距離化を
図る。 【構成】 カッタディスク２２に設けられるカッタスポ
ーク３０には、硬質地盤用のディスクローラカッタ３１
と軟質地盤用のティースカッタ３２とが、背中合わせに
配備される。旋回用ジャッキ２５によってトルクアーム
２３ａを揺動変位させると、センターシャフト２３が角
変位し、歯数が多い主傘歯車２６から従傘歯車２７にト
ルクが伝達され、土質に適合したカッタを切羽側２２ａ
に向けることができる。カッタスポーク３０は、スポー
ク固定装置２９によって固定することができる。

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、特に回転式カッタスポークを用いるカッタ交換装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機は、泥や土砂などの軟質
地盤を掘削するためにティースカッタと呼ばれるカッタ
ビットをカッタディスク前面の切羽側に配備し、カッタ
ディスクを回転させて地盤の掘削を行っている。トンネ
ルの掘進とともにカッタは摩耗し、特に地盤中に砂や礫
などが含まれていれば、カッタビットの摩耗や破損はさ
らに進行する。カッタビットを交換せずに掘削すること
ができる距離は、１〜２ｋｍが限界とされている。カッ
タビットの寿命延長策として、カッタスポークの背面に
予備カッタビットを取付け、初期装備カッタビットが損
耗したときに、カッタスポークを回転させてカッタビッ
トを交換する方式が知られている。典型的な先行技術と
しては、実開平４−１１２９９２に開示されている。さ
らにカッタスポークの３面を使分けてカッタビットの交
換を行う先行技術は、実開平６−２０５９７に開示され
ている。

【０００３】ティースカッタは軟質地盤をかき取るよう
にして掘削するけれども、硬質地盤に対しては充分な掘
削を行うことができないばかりではなく、損耗が激しく
なる。このため、シールド掘進機のカッタディスクに
は、掘進する地盤の土質が硬質の礫などを多く含むと
き、ディスクローラカッタを備える場合もある。ディス
クローラカッタは、カッタディスクの回転による歯先の
軌跡が一定ピッチの同心円となるようにカッタディスク
前面に配置され、地盤を押圧して破砕する。ディスクロ
ーラカッタに関連する先行技術は、たとえば特公平６−
１０３７号公報に開示されている。

【０００４】図７は、実開昭６３−１６５３９５に開示
されている先行技術の構成を示す。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は、センターシャフト３を
中心として回転可能である。センターシャフト３は、ロ
ータリジョイント４を介してトルクアーム３ａに接続さ
れる。トルクアーム３ａを旋回用ジャッキ５で旋回変位
させると、センターシャフト３は中心軸線まわりに角変
位する。センターシャフト３には主傘歯車６が先端付近
に装着され、従傘歯車７に回転駆動力を伝達する。従傘
歯車７の回転軸２８は、カッタディスク２の前面に平行
であり、センターシャフト３の軸線とは垂直である。回
転軸８には、回転変位を阻止するスポーク固定装置９が
設けられる。回転軸８に連なるカッタスポーク１０に
は、正面側および背面側にそれぞれカッタビット１１，
１２が配設される。これらのカッタビット１１，１２は
軟質地盤用のティースカッタである。

【０００５】カッタディスク２の背面側にはチャンバ１
３が形成され、中央付近には主傘歯車６および従傘歯車
７を収納するコアリング１４が設けられる。コアリング
１４の背面側にはセンターシャフト３を軸支する支持部
材１５が設けられる。ロータリジョイント４の部分に
は、チャンバ１３を気密に封止するための隔壁１６が設
けられる。隔壁１６を通してチャンバ１３内に作業者が
出入りするため、マンホール１７が設けられる。また隔
壁１６には、送水管１８などが挿通する。

【０００６】図８は、図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩ
Ｉから見た断面図を示す。カッタスポーク１０の一面に
はカッタビット１１が装着され、その背面側にはカッタ
ビット１２が装着される。カッタスポーク１０を１８０
度角変位させることによって、カッタビット１２が正面
側を向いて掘削に使用され、カッタビット１１が背面側
を向くようにして、カッタビットの交換を行うことがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】シールド掘進機がトン
ネルを掘進する対象となる地盤は、泥や土砂などの軟質
地盤ばかりでなく、岩盤などの硬質地盤が混在したり、
軟質地盤中に団塊などが混在している場合がある。カッ
タディスクにティースカッタとディスクローラカッタと
を混在させておけば、広い範囲で土質が変化しても掘削
は可能である。しかしながら、硬質の団塊などのため
に、ティースカッタの損耗は激しくなり、一方軟質の泥
などの掘進時には、ディスクローラカッタが詰まりやす
くなり、自由な回転が困難となる。自由に回転困難な状
態のディスクローラカッタで硬質地盤を掘削すると、デ
ィスクローラカッタの外周が一様に摩耗せずに、特定の
外周部分のみが摩耗する。ディスクローラカッタは回転
しながら全周が一様に摩耗していくことによって或る程
度の寿命が期待されるけれども、摩耗が偏ると期待され
た寿命よりも著しく短い寿命となってしまう。さらに、
岩盤などの硬質地盤と、泥や土砂などの軟弱地盤との両
地盤が同程度に交じっている場合は、単にカッタディス
クに両地盤用のカッタビットを配備しただけではカッタ
ビットの損耗が激しく、またカッタディスクの前面の切
羽用の面積を掘削のために有効に利用することができ
ず、掘削の効率が低下する。このためティースカッタの
みを設けた軟弱地盤用のシールド掘進機およびディスク
ローラカッタのみを設けた硬質地盤用のシールド掘進機
を使い分ける必要も生じる。

【０００８】本発明の目的は、１回の工事区間に岩盤な
どの硬質地盤と泥や土砂などの軟弱地盤との両土質が出
現しても１台の機械でトンネルを掘進することができ、
掘進距離の長距離化を図ることができるシールド掘進機
のカッタ交換装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、カッタディス
クに備えるカッタスポークを回転してカッタ交換を行う
シールド掘進機のカッタ交換装置において、カッタスポ
ークの一面には硬質地盤用カッタが配備され、カッタス
ポークの他の面には軟質地盤用カッタが配備され、掘進
すべき地盤の土質に応じ、硬質地盤用カッタまたは軟質
地盤用カッタのいずれかが切羽側を向くようにカッタス
ポークを回転することを特徴とするシールド掘進機のカ
ッタ交換装置である。また本発明の前記硬質地盤用カッ
タはディスクローラカッタであり、前記軟質地盤用カッ
タは、ティースカッタであって、カッタスポークの複数
の面に配備されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に従えば、カッタスポークの一面には硬
質地盤用カッタ、他の面には軟質地盤用カッタがそれぞ
れ配備される。カッタスポークは、掘進すべき地盤の土
質に応じて、硬質地盤用カッタまたは軟質地盤用カッタ
のいずれかが切羽側を向くように回転される。土質に適
合したカッタが切羽側に向けられるので、地盤を効率的
に掘削することができる。土質に適合しないカッタは切
羽側を向かないので、損耗を抑えて長寿命化を図ること
ができる。

【００１１】また本発明に従えば、硬質地盤を掘進する
際には、ディスクローラカッタを用いて岩盤などを破砕
し、軟質地盤を掘進する際にはティースカッタを用いて
泥や土砂などをかき取る。ティースカッタはディスクロ
ーラカッタに比較して小形であるので、カッタスポーク
の複数の面に配備することができ、複数回の交換が可能
となって一層の長寿命化を図ることができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の構成を示す。シ
ールド掘進機のシールド本体２１の前面にはカッタディ
スク２２が配置される。カッタディスク２２は、シール
ド本体２１の中心軸線を中心として回転可能である。カ
ッタディスク２２の中心に接続されるセンターシャフト
２３は、ロータリジョイント２４を介してトルクアーム
２３ａに接続される。トルクアーム２３ａは、旋回用ジ
ャッキ２５によってセンターシャフト２３の軸心を中心
に揺動変位される。トルクアーム２３ａの揺動変位は、
センターシャフト２３を角変位させ、その先端の主傘歯
車２６を介して従傘歯車２７に角変位トルクを伝達す
る。主傘歯車２６の歯数は従傘歯車２７の歯数の数の３
倍である。旋回用ジャッキ２５によって、トルクアーム
２３ａを６０度角変位させると、従傘歯車２７は１８０
度角変位することになる。

【００１３】従傘歯車２７には、センターシャフト２３
の軸線に垂直で、半径方向に延びる回転軸２８が接続さ
れる。回転軸２８の途中には、スポーク固定装置２９が
設けられる。回転軸２８は、半径方向外方でカッタスポ
ーク３０に接続される。カッタスポーク３０には、軸線
に平行にディスクローラカッタ３１およびティースカッ
タ３２がそれぞれ配備される。ディスクローラカッタ３
１が配備される側とティースカッタ３２が配備される側
とは背中合わせであり、カッタスポーク３０を１８０度
角変位させれば、切羽側２２ａに向けられるカッタの種
類を交換することができる。

【００１４】カッタディスク２２の後方のチャンバ３３
側には、中心にコアリング３４が設けられ、主傘歯車２
６および従傘歯車２７が収納される。主傘歯車２６から
後方に延びるセンターシャフト２３は、支持部材３５に
よって軸支される。ロータリジョイント２４付近で、チ
ャンバ３３は隔壁３６によって気密に仕切られる。隔壁
３６には、作業者が出入りするためにマンホール３７が
設けられる。またチャンバ３３内に水を送込む送水管３
８なども隔壁３６を挿通する。なお、カッタスポーク３
０を固定するスポーク固定装置２９の動作状態は、位置
センサ３９によって検出される。

【００１５】図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
たカッタスポーク３０の断面を示す。カッタスポーク３
０の一面には堅い岩盤などを押圧して破砕するディスク
ローラカッタ３１が配備され、その背面側には軟弱な泥
や土砂などをかき取るティースカッタ３２が配備され
る。カッタスポーク３０を１８０度角変位させることに
よって、ディスクローラカッタ３１またはティースカッ
タ３２のうちのいずれかを切羽側２２ａに向けることが
でき、他方のカッタは切羽側２２ａから最も遠去かる背
面側に向けることができる。これによって、切羽側２２
ａには土質に適合したカッタを向けることができ、土質
に合わないカッタは切羽側２２ａから最も遠去けること
ができる。

【００１６】図３は、旋回用ジャッキ２５によってセン
ターシャフト２３を角変位させるための構成を、図１の
右方から見た状態として示す。旋回用ジャッキ２５のシ
リンダロッドの先端は、トルクアーム２３ａの先端に設
けられる長穴に係合する。旋回用ジャッキ２５が伸縮す
ると、トルクアーム２３ａはθ０だけ揺動変位する。こ
のトルクアーム２３ａの揺動変位によって、センターシ
ャフト２３はθ０だけ角変位する。この角変位は、図１
に示す主傘歯車２６および従傘歯車２７によって、カッ
タスポーク３０の角変位に変換される。

【００１７】図４は、図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見
たスポーク固定装置２９の断面構成を示す。回転軸２８
には、平行な平坦部２８ａが形成され、この平坦部２８
ａがシールド本体２１の軸線方向を向いている状態で固
定ストッパ４０を差込めば回転軸２８のまわり止めを行
うことができる。固定ストッパ４０は、固定用ジャッキ
４１，４２によってシールド本体２１の軸線方向に変位
可能である。固定ストッパ４０と回転軸２８との固定を
確実に行うために、バックアップ用ばね４３，４４が設
けられ、通常は固定ストッパ４０を回転軸２８が固定さ
れる。固定ストッパ４０の移動は、ストローク検出棒４
５によって検出される。また、前述のように、図１に示
す位置センサ３９によっても固定ストッパ４０の位置が
検出される。

【００１８】図５は、図４の切断面線Ｖ−Ｖから見た状
態を示す。本実施例では、回転軸２８は１８０度の角変
位を行うようにしているので、回転軸２８に平行な平坦
面２８ａを形成し、ディスクローラカッタ３１またはテ
ィースカッタ３２のいずれが切羽側２２ａを向いていて
も、固定ストッパ４０の「コ」の字状の溝に嵌合させ
て、確実に固定することができる。

【００１９】図６は、本発明の他の実施例として、カッ
タスポーク５０に、１列のディスクローラカッタ３１
と、複数列のティースカッタ３２ａ，３２ｂを設ける構
成を示す。ディスクローラカッタ３１が向く方向５１
と、ティースカッタ３２ａおよびティースカッタ３２ｂ
の向く方向５２および５３とは、相互に１８０度ずれる
ように角度θ１，θ２，θ３がそれぞれ設定されてい
る。シールド掘進機は、本来軟弱地盤を掘進しながら後
方にセグメントを組立てて坑道を完成させながら、掘進
することができる。カッタディスク２２の切羽側２２ａ
を全部ティースカッタ３２ａ，３２ｂにすれば、軟弱な
地盤を効率的に掘削することができ、しかも複数列ティ
ースカッタ３２ａ，３２ｂが設けられているので、より
長距離の稼働が可能である。

【００２０】以上説明した実施例では、旋回用ジャッキ
２５によってカッタスポーク３０，５０を回転させてい
るけれども、油圧式や電動式のアクチュエータで直接回
転トルクを発生させることもできる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、掘進すべ
き地盤の土質に応じて、カッタディスクに備えるカッタ
スポークを回転し、硬質地盤用のカッタまたは軟質地盤
用カッタのいずれかが切羽側を向くように交換すること
ができる。地盤の土質に適合したカッタを用いることに
よって、掘削効率を向上させることができる。土質に適
合しないカッタは、切羽側を向かないので、損耗を避け
て長寿命化を図ることができる。

【００２２】また本発明によれば、硬質地盤用にはディ
スクローラカッタを用い、軟質地盤用にはティースカッ
タを用いる。ティースカッタはディスクローラカッタに
比較して小形であるので、カッタスポークの複数の面に
配備して、複数回の交換を可能として、主として軟質地
盤を掘進する場合に長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す断面図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見たカッタスポ
ークの断面図である。

【図３】図１の右方から見た旋回用ジャッキ２５に関連
する側面図である。

【図４】図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見たスポーク固
定装置２９の断面図である。

【図５】図４の切断面線Ｖ−Ｖから見たスポーク固定装
置２９の断面図である。

【図６】本発明の他の実施例によるカッタスポークの断
面図である。

【図７】従来からのカッタ交換装置の要部断面図であ
る。

【図８】図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見たカ
ッタスポークの断面図である。

【符号の説明】

２１ シールド本体 ２２ カッタディスク ２２ａ 切羽側 ２３ センターシャフト ２３ａ トルクアーム ２４ ロータリジョイント ２５ 旋回用ジャッキ ２６ 主傘歯車 ２７ 従傘歯車 ２８ 回転軸 ２９ スポーク固定装置 ３０，５０ カッタスポーク ３１ ディスクローラカッタ ３２，３２ａ，３２ｂ ティースカッタ ３９ 位置センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタディスクに備えるカッタスポーク
   を回転してカッタ交換を行うシールド掘進機のカッタ交
   換装置において、 カッタスポークの一面には硬質地盤用カッタが配備さ
   れ、 カッタスポークの他の面には軟質地盤用カッタが配備さ
   れ、掘進すべき地盤の土質に応じ、硬質地盤用カッタま
   たは軟質地盤用カッタのいずれかが切羽側を向くように
   カッタスポークを回転することを特徴とするシールド掘
   進機のカッタ交換装置。
2. 【請求項２】 前記硬質地盤用カッタはディスクローラ
   カッタであり、 前記軟質地盤用カッタは、ティースカッタであって、カ
   ッタスポークの複数の面に配備されることを特徴とする
   請求項１記載のシールド掘進機のカッタ交換装置。