トンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法
【課題】カッタヘッドに装備されるフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させて施工性を向上させる。
【解決手段】掘削機本体１０の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッド１１の中央部にメインフィッシュテール３０を設け、該メインフィッシュテールで掘削した土砂を当該メインフィッシュテールの両側端部３０ａを経てカッタヘッドの開口Ｏより当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバ１７に取り込むようにしたトンネル掘削機において、前記メインフィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビット３２を設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能にした。
【解決手段】掘削機本体１０の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッド１１の中央部にメインフィッシュテール３０を設け、該メインフィッシュテールで掘削した土砂を当該メインフィッシュテールの両側端部３０ａを経てカッタヘッドの開口Ｏより当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバ１７に取り込むようにしたトンネル掘削機において、前記メインフィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビット３２を設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離掘削においてフィッシュテールを良好な状態で機能させられるトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なトンネル掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにディスクカッタやカッタビットなどのカッタ類が多数取り付けられる一方、掘削機本体の後部には当該掘削機本体を前進させる多数の推進ジャッキが装着されると共にトンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着される。
【０００３】
従って、カッタヘッドを回転しながら推進ジャッキを伸長させることで、既設セグメントから掘削反力を得て掘削機本体が前進すると共にカッタヘッドが前方の地盤を掘削し、トンネルが築造される。
【０００４】
近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、このため、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットなどが摩耗してしまう。これらのカッタ類が摩耗すると地盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止して摩耗したカッタ類を交換しなければならない。
【０００５】
ところが、このカッタ類の交換作業にあたっては、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出した後この空間内に空気を供給して圧気する（他の方法として薬注や凍結による地盤改良等がある）ことで、切羽の崩落を抑制し、この状態下で作業者が圧気空間内に入ってカッタ類の交換作業を行っていた。
【０００６】
そのため、カッタ交換作業に長時間を要してしまい、また、作業者の安全性を十分考慮しなければならず、特に、ディスクカッタは重量物であるために交換時の搬送作業は困難を極め、交換作業の作業効率が良くなかった。
【０００７】
そこで、作業者が切羽側やチャンバに出ることなく、機内から摩耗したディスクカッタやカッタビットを新しいものと交換可能としたものが、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００８】
この特許文献１に記載されたトンネル掘削機は、カッタヘッドの中央部の支持筒をカッタ交換室として利用すると共に、この支持筒に回転筒を設けて複数本のカッタスポークと連通及び遮断可能とすることで、複数本のカッタスポークに装着された全てのカッタ類を容易に交換可能としたものであり、土圧式・泥土圧式・泥水式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に適用することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−９４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した特許文献１に記載されたトンネル掘削機に着目して提案されたもので、泥水式シールド掘削機等のカッタヘッドに装備されるフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられるようにしたものである。
【００１１】
即ち、泥水式シールド掘削機等のカッタヘッドには、先行掘削と攪拌を目的として面盤中央部に大型の３角翼の形状をしたフィッシュテール（ビット）が装備されることは良く知られている。
【００１２】
ところが、このフィッシュテールは、当該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようになっているので、フィッシュテールの両側端部の摩耗が中央部（本体部）に比べて著しく激しく、長距離掘削下においてはフィッシュテールの機能が十分に発揮されなくなるという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、カッタヘッドに装備されるフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させて施工性を向上させることができるトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテールは、
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部を本体部と別体に形成し、該両側端部を前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とする。
【００１５】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置は、
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビットを設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とする。
【００１６】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のビット交換装置は、
前記フィッシュテールの両側端部と前記フィッシュテール保護ビットを総称する交換式ビットを交換するためのビット交換装置を備えたトンネル掘削機において、
前記ビット交換装置は、
前記カッタヘッドの前面部に貫設されて前記交換式ビットと該交換式ビットの後面部に連接される一以上のスペーサをカッタヘッドの内部から出入り可能に支持し得る前，後両端面開放の支持筒体と、
前記支持筒体の軸心と直交する方向に動作してカッタヘッドの内部から前記支持筒体を開閉可能なゲートと、
前記カッタヘッドの後面部に貫設されて前記交換式ビット又はスペーサの後面部に対し接続又は分離可能なビット押引き用のアクチュエータと、
を備えたことを特徴とする。
また、前記交換式ビットの支持筒体からの抜出時と支持筒体への挿入時にのみ支持筒体の後端面側に連結される半割りのシールリングを、更に備えたことを特徴とする。
また、前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結される際には回り止め手段により回り止めされることを特徴とする。
また、前記支持筒体は、カッタヘッドの内部に位置して、交換式ビット又はスペーサの外周部に係合して軸方向移動を阻止する固定手段を有することを特徴とする。
【００１７】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のビット交換方法は、
前記ビット交換装置を用いて交換式ビットを交換するビット交換方法であって、
摩耗した交換式ビットと一以上のスペーサとアクチュエータとが互いに連結された状態からアクチュエータを収縮させて摩耗した交換式ビット及びスペーサのカッタヘッド内への引込みを開始する第１の工程と、
アクチュエータを分離・収縮させてカッタヘッド内に引き込まれたスペーサを取り外す第２の工程と、
アクチュエータを伸長・接続させた後収縮させて摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込む第３の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外す前にゲートを閉めて支持筒体を閉塞する第４の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外した後、新しい交換式ビットをアクチュエータに接続して取り付ける第５の工程と、
ゲートを開けて支持筒体を開放し、その後アクチュエータを伸長させて新しい交換式ビットの押出しを開始する第６の工程と、
新しい交換式ビットがカッタヘッド外に押し出された後、アクチュエータを分離・収縮させて新しい交換式ビットにスペーサを連結する第７の工程と、
スペーサにアクチュエータを伸長・接続させた後さらに伸長させて新しい交換式ビット及びスペーサの押出しを再開し、新しい交換式ビットをカッタヘッド外の所定位置まで押し出す第８の工程と、
を有することを特徴とする。
また、前記スペーサを複数用いる際は、前記第１の工程及び第２の工程においてスペーサのカッタヘッド内への引込み・取外し動作が複数回繰り返されると共に、前記第７の工程及び第８の工程においてスペーサの連結・押出し動作が複数回繰り返されることを特徴とする。
また、前記第３の工程において摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込んだ後第４の工程においてゲートを閉めて支持筒体を閉塞するまでの間と、前記第５の工程において新しい交換式ビットを取り付けた後第６の工程においてゲートを開けて支持筒体を開放するまでの間は、支持筒体の後端面側に半割りのシールリングが連結されることを特徴とする。
また、前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結状態にある時は回り止めされることを特徴とする。
また、前記アクチュエータを分離・収縮させる際は、交換式ビット及び／又はスペーサの軸方向移動が阻止されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテールによれば、摩耗した両側端部を本体部と分離させてカッタヘッド内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全に新しい両側端部と交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００１９】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置によれば、フィッシュテール保護ビットの介在でフィッシュテールの両側端部の摩耗を低減することができる一方、摩耗したフィッシュテール保護ビットをカッタヘッド内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全に新しいフィッシュテール保護ビットと交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００２０】
本発明に係るトンネル掘削機のビット交換装置によれば、ゲートによりカッタヘッド内への土砂の侵入を確実に防止して交換式ビット及びスペーサをアクチュエータによりカッタヘッドに対し円滑に出入りさせることができ、当該出入り位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全にビット交換が行え、延いてはフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００２１】
本発明に係るトンネル掘削機のビット交換方法によれば、ゲートによりカッタヘッド内への土砂の侵入を確実に防止して交換式ビット及びスペーサをアクチュエータによりカッタヘッドに対し円滑に出入りさせることができ、当該出入り位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全にビット交換が行え、延いてはフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図２は同じく正面図、図３は図１のＡ部詳細図、図４はビット交換（引込み）手順を示す工程図、図５はビット交換（押出し）手順を示す工程図である。
【００２４】
図１及び図２に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１０の前部にはカッタヘッド１１が回転自在に支持されている。即ち、掘削機本体１０の前部にはカッタヘッド１１の後方に位置してバルクヘッド１２が取り付けられ、このバルクヘッド１２にカッタヘッド１１の中央部に設けた前，後両端面閉塞の支持筒１３の後端部がリングギア付軸受１４により回転自在に支持されるのである。
【００２５】
前記リングギア付軸受１４のリングギア１４ａには、バルクヘッド１２に支持された複数のカッタ旋回モータ１５の駆動ギア１６が噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１５を駆動して駆動ギア１６を回転させると、リングギア１４ａを介してカッタヘッド１１を回転することができる。
【００２６】
前記カッタヘッド１１とバルクヘッド１２との間には掘削土砂を取り込むチャンバ１７が形成されており、カッタヘッド１１には後方に向けて複数の攪拌棒１８が固定されている。そして、掘削機本体１０内にはスクリューコンベヤ１９が前傾した状態で配設され、前端部がバルクヘッド１２を貫通してチャンバ１７内に開口している。
【００２７】
また、掘削機本体１０の後部内周面には周方向に沿って図示しないシールドジャッキ（推進ジャッキ）が複数並設されており、このシールドジャッキを後方に伸長してスプレッダを既設セグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１０を前進することができる。更に、掘削機本体１０の後部にはトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組み立てる図示しないエレクタ装置が設けられている。
【００２８】
前記カッタヘッド１１は、支持筒１３の前部外周面から等間隔で放射状にそれぞれ延びた３本の第１カッタスポーク２０と、これらの中間に位置して同じく支持筒１３の前部外周面から等間隔で放射状にそれぞれ延びると共に外周側で面盤２１と一体化された３本の第２カッタスポーク２２とを有する。
【００２９】
第１カッタスポーク２０の前面部には複数のディスクカッタ２３とカッタビット２４が取り付けられ、面盤２１及び第２カッタスポーク２２の前面部には複数の特殊先行ビット２５や保護ビット２６が取り付けられている。尚、図中２７はオーバーカッタである。
【００３０】
また、カッタヘッド１１の面盤中央部には、前記支持筒１３の前方に位置して大型の３角翼の形状をしたメインフィッシュテール（ビット）３０と、このメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａとは周方向に９０度隔てた位置に小型のサブフィッシュテール（ビット）３１がそれぞれ取り付けられる。
【００３１】
さらに、第２カッタスポーク２２の前面部には、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａと同じ半径位置にフィッシュテール保護ビット（交換式ビット）３２が設けられ、該フィッシュテール保護ビット３２は前記第２カッタスポーク２２に対し掘進（前後）方向に出没させることで交換可能になっている。
【００３２】
即ち、図３に示すように、フィッシュテール保護ビット３２は、その後面部に連接される二つのスペーサ３４と共に、前記第２カッタスポーク２２の前面部に貫設された支持筒体３３に、第２カッタスポーク２２の内部から出入り可能に支持され、最後部のスペーサ３４の後面部には、第２カッタスポーク２２の後面部に貫設されたビット押引き用のジャッキ（アクチュエータ）３５が分離可能に接続されている。
【００３３】
前記スペーサ３４は、フィッシュテール保護ビット３２と同じような大きさを有して二つ用いられているが、カッタヘッド１１の中央部に設けた支持筒１３をビット交換室としてその開口部１３ａから出入り可能であれば二つに限らず三以上でも又は一つでも良い。
【００３４】
また、前記フィッシュテール保護ビット３２とスペーサ３４とジャッキ３５とは、互いにいんろう継手のように連接され、その連接の際には、ピン（回り止め手段）４０で抜け止めと回り止めがなされるようになっている。尚、回り止め手段としてスプライン嵌合でも良いが、この場合は適宜の手段で抜け止めされる必要がある。
【００３５】
また、前記支持筒体３３には、第２カッタスポーク２２の内部に位置して、フィッシュテール保護ビット３２又はスペーサ３４の外周部に係合してそれらの軸方向移動を阻止するビット固定ボルト（固定手段）３６が設けられる。
【００３６】
そして、前記支持筒体３３の後面部には、当該支持筒体３３の軸心と直交する方向に動作して第２カッタスポーク２２の内部から前記支持筒体３３を開閉可能なゲート３７が配設され、その開閉用のジャッキ３８が第２カッタスポーク２２内に支持されている。
【００３７】
また、前記フィッシュテール保護ビット３２の支持筒体３３からの抜出時と支持筒体３３への挿入時にのみ、支持筒体３３の後端面側に、図４及び図５で後述する半割りのシールリング３９が連結されるようになっている。
【００３８】
このように構成されるため、次に、本実施例のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業とフィッシュテール保護ビット３２の交換作業について説明する。
【００３９】
トンネルを掘削形成するには、図１及び図２に示すように、カッタ旋回モータ１５によってカッタヘッド１１を回転しながら、複数のシールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け反力によって掘削機本体１０を前進させる。この際、カッタヘッド１１に装着されたメインフィッシュテール３０及びサブフィッシュテール３１や多数のディスクカッタ２３、カッタビット２４等が前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。
【００４０】
そして、カッタヘッド１１の地盤掘削により発生した土砂は、カッタヘッド１１の開口部Ｏからチャンバ１７内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１９によって外部に排出される。一方、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを挿入し、順次このセグメントをリング状に組み付けることで所定長さのトンネルを継続して構築していく。
【００４１】
このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ２３、カッタビット２４等に先立って、前述したようにメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａが摩耗することになるが、本実施例では、当該両側端部３０ａの同半径位置にサブフィッシュテール３１とフィッシュテール保護ビット３２が設けられているので、前記両側端部３０ａの摩耗が低減される。
【００４２】
そして、前記フィッシュテール保護ビット３２は、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａやサブフィッシュテール３１の外端部よりも１０mm程度突き出しておくので、先に摩耗することになるが、本実施例ではフィッシュテール保護ビット３２が摩耗した段階で幾度か機内で交換される。
【００４３】
この交換手順を図４及び図５に示す工程図を用いて説明する。
【００４４】
先ず、図３に示すフィッシュテール保護ビット３２の押出し状態から、図４の（ａ）〜図４の（ｂ）に示すように、ビット固定ボルト３６を緩めた後、ビット押引き用のジャッキ３５を収縮させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４の第２カッタスポーク２２内への引込みを開始し（第１の工程）、その後、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させて第２カッタスポーク２２内に引き込まれた最後部（２番目）のスペーサ３４を取り外す（第２の工程）。
【００４５】
次に、図４の（ｃ）〜図４の（ｄ）に示すように、最前部（１番目）のスペーサ３４にジャッキ３５を伸長・接続させた後、ビット固定ボルト３６を締め付ける。その後、ジャッキ３５を収縮させて最前部（１番目）のスペーサ３４を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ後、ビット固定ボルト３６を締め付けてからジャッキ３５を分離する。
【００４６】
次に、図４の（ｅ）〜図４の（ｆ）に示すように、最前部（１番目）のスペーサ３４を取り外した後、ジャッキ３５を伸長させてフィッシュテール保護ビット３２に接続し、その後、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を取り付けた後、ビット固定ボルト３６を緩め、次いで、ジャッキ３５を収縮させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ（第３の工程）後、ゲート３７を閉めて支持筒体３３を閉塞する（第４の工程）。
【００４７】
次に、図４の（ｇ）に示すように、半割りのシールリング３９を取り外した後、ジャッキ３５を分離させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を取り外してビット引込みが完了する。
【００４８】
尚、上述したスペーサ３４及びフィッシュテール保護ビット３２の取り外し（後述する取り付けも含む）や半割りのシールリング３９の取付け、取外し作業は、支持筒１３内をビット交換室としてその開口部１３ａより行う。
【００４９】
次に、図５の（ａ）に示すように、新しいフィッシュテール保護ビット３２をジャッキ３５に接続して取り付けた（第５の工程）後、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を取り付ける。
【００５０】
次に、図５の（ｂ）に示すように、ゲート３７を開けて支持筒体３３を開放した後、ジャッキ３５を伸長させて新しいフィッシュテール保護ビット３２の第２カッタスポーク２２外への押出しを開始する（第６の工程）。その後、半割りのシールリング３９を取り外す。
【００５１】
次に、図５の（ｃ）〜図５の（ｄ）に示すように、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させて新しいフィッシュテール保護ビット３２に最前部（１番目）のスペーサ３４を連結し（第７の工程）、次いで、ビット固定ボルト３６を緩めた後、ジャッキ３５を伸長させて最前部（１番目）のスペーサ３４を第２カッタスポーク２２外へ押し出す。
【００５２】
次に、図５の（ｅ）〜図５の（ｆ）に示すように、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させ、次いで、最後部（２番目）のスペーサ３４を最前部（１番目）のスペーサ３４に連結する。
【００５３】
次に、図５の（ｇ）に示すように、ビット固定ボルト３６を緩めた後、最後部（２番目）のスペーサ３４にジャッキ３５を伸長・接続させた後さらに伸長させて新しいフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４の押出しを再開し、この後新しいフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２外の所定位置まで押し出してビット押出し（交換）を完了する。
【００５４】
このようにして本実施例では、サブフィッシュテール３１とフィッシュテール保護ビット３２の介在でメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａの摩耗を低減することができる一方、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａやサブフィッシュテール３１の外端部に先立って摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒１３内をビット交換室として、容易かつ安全に新しいフィッシュテール保護ビット３２と交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００５５】
そして、フィッシュテール保護ビット３２の交換作業を行う際には、ゲート３７により支持筒体３３が所要時に閉塞されるようになっているので、第２カッタスポーク２２内への土砂の侵入を確実に防止してフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４をビット押引き用のジャッキ３５により第２カッタスポーク２２に対し円滑に出入りさせることができ、より信頼性が高まる。
【００５６】
また、摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ後ゲート３７を閉めて支持筒体３３を閉塞するまでの間と、新しいフィッシュテール保護ビット３２を取り付けた後ゲート３７を開けて支持筒体３３を開放するまでの間は、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を連結するので、ゲート３７が開いた状態下で支持筒体３３と第２カッタスポーク２２とが連通することが確実に回避できるので、より信頼性が高まる。
【００５７】
また、フィッシュテール保護ビット３２とスペーサ３４とジャッキ３５とは、互いに連結状態にある時はピン４０で回り止めされようになっているので、部材間の位置合わせ等が容易になり、組付性が高まる。
【００５８】
また、ビット押引き用のジャッキ３５を分離・収縮させる際は、フィッシュテール保護ビット３２及び／又はスペーサ３４の軸方向移動がビット固定ボルト３６の締め付けで阻止されるようになっているので、フィッシュテール保護ビット３２やスペーサ３４の取外し、取付けの際のスペースを第２カッタスポーク２２内に確実に確保することができ、より信頼性が高まる。
【実施例２】
【００５９】
図６は本発明の実施例２を示すカッタヘッドの要部側断面図である。
【００６０】
これは、実施例１におけるフィッシュテール保護ビット３２を廃止して、メインフィッシュテール（ビット）３０をその本体部と両側端部３０ａとに別体で形成し、摩耗した両側端部３０ａ自体を実施例１と同様に第２カッタスポーク２２に対し掘進方向に出没させて交換可能に設けた例である。その他の構成は実施例１と同様なので実施例１の説明を参照してここでは重複する説明を省略する。
【００６１】
この実施例においても、実施例１と同様の作用・効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法は、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられるので、大深度掘削を行うトンネル掘削機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】同じく正面図である。
【図３】図１のＡ部詳細図である。
【図４】ビット交換（引込み）手順を示す工程図である。
【図５】ビット交換（押出し）手順を示す工程図である。
【図６】本発明の実施例２を示すカッタヘッドの要部側断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１３ 支持筒（ビット交換室）
１３ａ 開口部
１４ リングギア
１５ カッタ旋回モータ
１６ 駆動ギア
１７ チャンバ
１９ スクリューコンベヤ
２０ 第１カッタスポーク
２１ 面盤
２２ 第２カッタスポーク
３０ メインフィッシュテール（ビット）
３０ａ 両側端部（交換式ビット）
３１ サブフィッシュテール（ビット）
３２ フィッシュテール保護ビット（交換式ビット）
３３ 支持筒体
３４ スペーサ
３５ ビット押引き用のジャッキ（アクチュエータ）
３６ ビット固定ボルト（固定手段）
３７ ゲート
３８ ゲート開閉用のジャッキ
３９ シールリング
４０ ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長距離掘削においてフィッシュテールを良好な状態で機能させられるトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なトンネル掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、このカッタヘッドにディスクカッタやカッタビットなどのカッタ類が多数取り付けられる一方、掘削機本体の後部には当該掘削機本体を前進させる多数の推進ジャッキが装着されると共にトンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着される。
【０００３】
従って、カッタヘッドを回転しながら推進ジャッキを伸長させることで、既設セグメントから掘削反力を得て掘削機本体が前進すると共にカッタヘッドが前方の地盤を掘削し、トンネルが築造される。
【０００４】
近年、トンネルは長距離化の傾向にあり、このため、トンネル掘削の作業中にカッタヘッドに装着されたディスクカッタやカッタビットなどが摩耗してしまう。これらのカッタ類が摩耗すると地盤の掘削効率が低下するので、掘削作業を停止して摩耗したカッタ類を交換しなければならない。
【０００５】
ところが、このカッタ類の交換作業にあたっては、切羽とバルクヘッドとの間のチャンバを含む空間内の泥水や掘削土砂を外部に排出した後この空間内に空気を供給して圧気する（他の方法として薬注や凍結による地盤改良等がある）ことで、切羽の崩落を抑制し、この状態下で作業者が圧気空間内に入ってカッタ類の交換作業を行っていた。
【０００６】
そのため、カッタ交換作業に長時間を要してしまい、また、作業者の安全性を十分考慮しなければならず、特に、ディスクカッタは重量物であるために交換時の搬送作業は困難を極め、交換作業の作業効率が良くなかった。
【０００７】
そこで、作業者が切羽側やチャンバに出ることなく、機内から摩耗したディスクカッタやカッタビットを新しいものと交換可能としたものが、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００８】
この特許文献１に記載されたトンネル掘削機は、カッタヘッドの中央部の支持筒をカッタ交換室として利用すると共に、この支持筒に回転筒を設けて複数本のカッタスポークと連通及び遮断可能とすることで、複数本のカッタスポークに装着された全てのカッタ類を容易に交換可能としたものであり、土圧式・泥土圧式・泥水式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンなどのトンネル掘削機に適用することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−９４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した特許文献１に記載されたトンネル掘削機に着目して提案されたもので、泥水式シールド掘削機等のカッタヘッドに装備されるフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられるようにしたものである。
【００１１】
即ち、泥水式シールド掘削機等のカッタヘッドには、先行掘削と攪拌を目的として面盤中央部に大型の３角翼の形状をしたフィッシュテール（ビット）が装備されることは良く知られている。
【００１２】
ところが、このフィッシュテールは、当該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようになっているので、フィッシュテールの両側端部の摩耗が中央部（本体部）に比べて著しく激しく、長距離掘削下においてはフィッシュテールの機能が十分に発揮されなくなるという問題点があった。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、カッタヘッドに装備されるフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させて施工性を向上させることができるトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテールは、
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部を本体部と別体に形成し、該両側端部を前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とする。
【００１５】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置は、
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビットを設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とする。
【００１６】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のビット交換装置は、
前記フィッシュテールの両側端部と前記フィッシュテール保護ビットを総称する交換式ビットを交換するためのビット交換装置を備えたトンネル掘削機において、
前記ビット交換装置は、
前記カッタヘッドの前面部に貫設されて前記交換式ビットと該交換式ビットの後面部に連接される一以上のスペーサをカッタヘッドの内部から出入り可能に支持し得る前，後両端面開放の支持筒体と、
前記支持筒体の軸心と直交する方向に動作してカッタヘッドの内部から前記支持筒体を開閉可能なゲートと、
前記カッタヘッドの後面部に貫設されて前記交換式ビット又はスペーサの後面部に対し接続又は分離可能なビット押引き用のアクチュエータと、
を備えたことを特徴とする。
また、前記交換式ビットの支持筒体からの抜出時と支持筒体への挿入時にのみ支持筒体の後端面側に連結される半割りのシールリングを、更に備えたことを特徴とする。
また、前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結される際には回り止め手段により回り止めされることを特徴とする。
また、前記支持筒体は、カッタヘッドの内部に位置して、交換式ビット又はスペーサの外周部に係合して軸方向移動を阻止する固定手段を有することを特徴とする。
【００１７】
上述の目的を達成するための本発明に係るトンネル掘削機のビット交換方法は、
前記ビット交換装置を用いて交換式ビットを交換するビット交換方法であって、
摩耗した交換式ビットと一以上のスペーサとアクチュエータとが互いに連結された状態からアクチュエータを収縮させて摩耗した交換式ビット及びスペーサのカッタヘッド内への引込みを開始する第１の工程と、
アクチュエータを分離・収縮させてカッタヘッド内に引き込まれたスペーサを取り外す第２の工程と、
アクチュエータを伸長・接続させた後収縮させて摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込む第３の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外す前にゲートを閉めて支持筒体を閉塞する第４の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外した後、新しい交換式ビットをアクチュエータに接続して取り付ける第５の工程と、
ゲートを開けて支持筒体を開放し、その後アクチュエータを伸長させて新しい交換式ビットの押出しを開始する第６の工程と、
新しい交換式ビットがカッタヘッド外に押し出された後、アクチュエータを分離・収縮させて新しい交換式ビットにスペーサを連結する第７の工程と、
スペーサにアクチュエータを伸長・接続させた後さらに伸長させて新しい交換式ビット及びスペーサの押出しを再開し、新しい交換式ビットをカッタヘッド外の所定位置まで押し出す第８の工程と、
を有することを特徴とする。
また、前記スペーサを複数用いる際は、前記第１の工程及び第２の工程においてスペーサのカッタヘッド内への引込み・取外し動作が複数回繰り返されると共に、前記第７の工程及び第８の工程においてスペーサの連結・押出し動作が複数回繰り返されることを特徴とする。
また、前記第３の工程において摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込んだ後第４の工程においてゲートを閉めて支持筒体を閉塞するまでの間と、前記第５の工程において新しい交換式ビットを取り付けた後第６の工程においてゲートを開けて支持筒体を開放するまでの間は、支持筒体の後端面側に半割りのシールリングが連結されることを特徴とする。
また、前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結状態にある時は回り止めされることを特徴とする。
また、前記アクチュエータを分離・収縮させる際は、交換式ビット及び／又はスペーサの軸方向移動が阻止されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテールによれば、摩耗した両側端部を本体部と分離させてカッタヘッド内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全に新しい両側端部と交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００１９】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置によれば、フィッシュテール保護ビットの介在でフィッシュテールの両側端部の摩耗を低減することができる一方、摩耗したフィッシュテール保護ビットをカッタヘッド内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全に新しいフィッシュテール保護ビットと交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００２０】
本発明に係るトンネル掘削機のビット交換装置によれば、ゲートによりカッタヘッド内への土砂の侵入を確実に防止して交換式ビット及びスペーサをアクチュエータによりカッタヘッドに対し円滑に出入りさせることができ、当該出入り位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全にビット交換が行え、延いてはフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００２１】
本発明に係るトンネル掘削機のビット交換方法によれば、ゲートによりカッタヘッド内への土砂の侵入を確実に防止して交換式ビット及びスペーサをアクチュエータによりカッタヘッドに対し円滑に出入りさせることができ、当該出入り位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒内をビット交換室とする等して、容易かつ安全にビット交換が行え、延いてはフィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図、図２は同じく正面図、図３は図１のＡ部詳細図、図４はビット交換（引込み）手順を示す工程図、図５はビット交換（押出し）手順を示す工程図である。
【００２４】
図１及び図２に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１０の前部にはカッタヘッド１１が回転自在に支持されている。即ち、掘削機本体１０の前部にはカッタヘッド１１の後方に位置してバルクヘッド１２が取り付けられ、このバルクヘッド１２にカッタヘッド１１の中央部に設けた前，後両端面閉塞の支持筒１３の後端部がリングギア付軸受１４により回転自在に支持されるのである。
【００２５】
前記リングギア付軸受１４のリングギア１４ａには、バルクヘッド１２に支持された複数のカッタ旋回モータ１５の駆動ギア１６が噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ１５を駆動して駆動ギア１６を回転させると、リングギア１４ａを介してカッタヘッド１１を回転することができる。
【００２６】
前記カッタヘッド１１とバルクヘッド１２との間には掘削土砂を取り込むチャンバ１７が形成されており、カッタヘッド１１には後方に向けて複数の攪拌棒１８が固定されている。そして、掘削機本体１０内にはスクリューコンベヤ１９が前傾した状態で配設され、前端部がバルクヘッド１２を貫通してチャンバ１７内に開口している。
【００２７】
また、掘削機本体１０の後部内周面には周方向に沿って図示しないシールドジャッキ（推進ジャッキ）が複数並設されており、このシールドジャッキを後方に伸長してスプレッダを既設セグメントに押し付けることで、その反力により掘削機本体１０を前進することができる。更に、掘削機本体１０の後部にはトンネルの内壁面にセグメントをリング状に組み立てる図示しないエレクタ装置が設けられている。
【００２８】
前記カッタヘッド１１は、支持筒１３の前部外周面から等間隔で放射状にそれぞれ延びた３本の第１カッタスポーク２０と、これらの中間に位置して同じく支持筒１３の前部外周面から等間隔で放射状にそれぞれ延びると共に外周側で面盤２１と一体化された３本の第２カッタスポーク２２とを有する。
【００２９】
第１カッタスポーク２０の前面部には複数のディスクカッタ２３とカッタビット２４が取り付けられ、面盤２１及び第２カッタスポーク２２の前面部には複数の特殊先行ビット２５や保護ビット２６が取り付けられている。尚、図中２７はオーバーカッタである。
【００３０】
また、カッタヘッド１１の面盤中央部には、前記支持筒１３の前方に位置して大型の３角翼の形状をしたメインフィッシュテール（ビット）３０と、このメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａとは周方向に９０度隔てた位置に小型のサブフィッシュテール（ビット）３１がそれぞれ取り付けられる。
【００３１】
さらに、第２カッタスポーク２２の前面部には、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａと同じ半径位置にフィッシュテール保護ビット（交換式ビット）３２が設けられ、該フィッシュテール保護ビット３２は前記第２カッタスポーク２２に対し掘進（前後）方向に出没させることで交換可能になっている。
【００３２】
即ち、図３に示すように、フィッシュテール保護ビット３２は、その後面部に連接される二つのスペーサ３４と共に、前記第２カッタスポーク２２の前面部に貫設された支持筒体３３に、第２カッタスポーク２２の内部から出入り可能に支持され、最後部のスペーサ３４の後面部には、第２カッタスポーク２２の後面部に貫設されたビット押引き用のジャッキ（アクチュエータ）３５が分離可能に接続されている。
【００３３】
前記スペーサ３４は、フィッシュテール保護ビット３２と同じような大きさを有して二つ用いられているが、カッタヘッド１１の中央部に設けた支持筒１３をビット交換室としてその開口部１３ａから出入り可能であれば二つに限らず三以上でも又は一つでも良い。
【００３４】
また、前記フィッシュテール保護ビット３２とスペーサ３４とジャッキ３５とは、互いにいんろう継手のように連接され、その連接の際には、ピン（回り止め手段）４０で抜け止めと回り止めがなされるようになっている。尚、回り止め手段としてスプライン嵌合でも良いが、この場合は適宜の手段で抜け止めされる必要がある。
【００３５】
また、前記支持筒体３３には、第２カッタスポーク２２の内部に位置して、フィッシュテール保護ビット３２又はスペーサ３４の外周部に係合してそれらの軸方向移動を阻止するビット固定ボルト（固定手段）３６が設けられる。
【００３６】
そして、前記支持筒体３３の後面部には、当該支持筒体３３の軸心と直交する方向に動作して第２カッタスポーク２２の内部から前記支持筒体３３を開閉可能なゲート３７が配設され、その開閉用のジャッキ３８が第２カッタスポーク２２内に支持されている。
【００３７】
また、前記フィッシュテール保護ビット３２の支持筒体３３からの抜出時と支持筒体３３への挿入時にのみ、支持筒体３３の後端面側に、図４及び図５で後述する半割りのシールリング３９が連結されるようになっている。
【００３８】
このように構成されるため、次に、本実施例のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業とフィッシュテール保護ビット３２の交換作業について説明する。
【００３９】
トンネルを掘削形成するには、図１及び図２に示すように、カッタ旋回モータ１５によってカッタヘッド１１を回転しながら、複数のシールドジャッキを伸長して既設セグメントへの押し付け反力によって掘削機本体１０を前進させる。この際、カッタヘッド１１に装着されたメインフィッシュテール３０及びサブフィッシュテール３１や多数のディスクカッタ２３、カッタビット２４等が前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。
【００４０】
そして、カッタヘッド１１の地盤掘削により発生した土砂は、カッタヘッド１１の開口部Ｏからチャンバ１７内に取り込まれ、スクリューコンベヤ１９によって外部に排出される。一方、シールドジャッキの何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントとの間に空所を形成し、エレクタ装置によってこの空所に新しいセグメントを挿入し、順次このセグメントをリング状に組み付けることで所定長さのトンネルを継続して構築していく。
【００４１】
このようなトンネル掘削作業を実施していく過程で、長期間にわたるトンネルの掘削作業によりディスクカッタ２３、カッタビット２４等に先立って、前述したようにメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａが摩耗することになるが、本実施例では、当該両側端部３０ａの同半径位置にサブフィッシュテール３１とフィッシュテール保護ビット３２が設けられているので、前記両側端部３０ａの摩耗が低減される。
【００４２】
そして、前記フィッシュテール保護ビット３２は、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａやサブフィッシュテール３１の外端部よりも１０mm程度突き出しておくので、先に摩耗することになるが、本実施例ではフィッシュテール保護ビット３２が摩耗した段階で幾度か機内で交換される。
【００４３】
この交換手順を図４及び図５に示す工程図を用いて説明する。
【００４４】
先ず、図３に示すフィッシュテール保護ビット３２の押出し状態から、図４の（ａ）〜図４の（ｂ）に示すように、ビット固定ボルト３６を緩めた後、ビット押引き用のジャッキ３５を収縮させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４の第２カッタスポーク２２内への引込みを開始し（第１の工程）、その後、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させて第２カッタスポーク２２内に引き込まれた最後部（２番目）のスペーサ３４を取り外す（第２の工程）。
【００４５】
次に、図４の（ｃ）〜図４の（ｄ）に示すように、最前部（１番目）のスペーサ３４にジャッキ３５を伸長・接続させた後、ビット固定ボルト３６を締め付ける。その後、ジャッキ３５を収縮させて最前部（１番目）のスペーサ３４を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ後、ビット固定ボルト３６を締め付けてからジャッキ３５を分離する。
【００４６】
次に、図４の（ｅ）〜図４の（ｆ）に示すように、最前部（１番目）のスペーサ３４を取り外した後、ジャッキ３５を伸長させてフィッシュテール保護ビット３２に接続し、その後、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を取り付けた後、ビット固定ボルト３６を緩め、次いで、ジャッキ３５を収縮させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ（第３の工程）後、ゲート３７を閉めて支持筒体３３を閉塞する（第４の工程）。
【００４７】
次に、図４の（ｇ）に示すように、半割りのシールリング３９を取り外した後、ジャッキ３５を分離させて摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を取り外してビット引込みが完了する。
【００４８】
尚、上述したスペーサ３４及びフィッシュテール保護ビット３２の取り外し（後述する取り付けも含む）や半割りのシールリング３９の取付け、取外し作業は、支持筒１３内をビット交換室としてその開口部１３ａより行う。
【００４９】
次に、図５の（ａ）に示すように、新しいフィッシュテール保護ビット３２をジャッキ３５に接続して取り付けた（第５の工程）後、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を取り付ける。
【００５０】
次に、図５の（ｂ）に示すように、ゲート３７を開けて支持筒体３３を開放した後、ジャッキ３５を伸長させて新しいフィッシュテール保護ビット３２の第２カッタスポーク２２外への押出しを開始する（第６の工程）。その後、半割りのシールリング３９を取り外す。
【００５１】
次に、図５の（ｃ）〜図５の（ｄ）に示すように、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させて新しいフィッシュテール保護ビット３２に最前部（１番目）のスペーサ３４を連結し（第７の工程）、次いで、ビット固定ボルト３６を緩めた後、ジャッキ３５を伸長させて最前部（１番目）のスペーサ３４を第２カッタスポーク２２外へ押し出す。
【００５２】
次に、図５の（ｅ）〜図５の（ｆ）に示すように、ビット固定ボルト３６を締め付けた後、ジャッキ３５を分離・収縮させ、次いで、最後部（２番目）のスペーサ３４を最前部（１番目）のスペーサ３４に連結する。
【００５３】
次に、図５の（ｇ）に示すように、ビット固定ボルト３６を緩めた後、最後部（２番目）のスペーサ３４にジャッキ３５を伸長・接続させた後さらに伸長させて新しいフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４の押出しを再開し、この後新しいフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２外の所定位置まで押し出してビット押出し（交換）を完了する。
【００５４】
このようにして本実施例では、サブフィッシュテール３１とフィッシュテール保護ビット３２の介在でメインフィッシュテール３０の両側端部３０ａの摩耗を低減することができる一方、メインフィッシュテール３０の両側端部３０ａやサブフィッシュテール３１の外端部に先立って摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込むことで、当該引込み位置に近接するカッタヘッド中央部の支持筒１３内をビット交換室として、容易かつ安全に新しいフィッシュテール保護ビット３２と交換することができ、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられる。
【００５５】
そして、フィッシュテール保護ビット３２の交換作業を行う際には、ゲート３７により支持筒体３３が所要時に閉塞されるようになっているので、第２カッタスポーク２２内への土砂の侵入を確実に防止してフィッシュテール保護ビット３２及びスペーサ３４をビット押引き用のジャッキ３５により第２カッタスポーク２２に対し円滑に出入りさせることができ、より信頼性が高まる。
【００５６】
また、摩耗したフィッシュテール保護ビット３２を第２カッタスポーク２２内に引き込んだ後ゲート３７を閉めて支持筒体３３を閉塞するまでの間と、新しいフィッシュテール保護ビット３２を取り付けた後ゲート３７を開けて支持筒体３３を開放するまでの間は、支持筒体３３の後端面側に半割りのシールリング３９を連結するので、ゲート３７が開いた状態下で支持筒体３３と第２カッタスポーク２２とが連通することが確実に回避できるので、より信頼性が高まる。
【００５７】
また、フィッシュテール保護ビット３２とスペーサ３４とジャッキ３５とは、互いに連結状態にある時はピン４０で回り止めされようになっているので、部材間の位置合わせ等が容易になり、組付性が高まる。
【００５８】
また、ビット押引き用のジャッキ３５を分離・収縮させる際は、フィッシュテール保護ビット３２及び／又はスペーサ３４の軸方向移動がビット固定ボルト３６の締め付けで阻止されるようになっているので、フィッシュテール保護ビット３２やスペーサ３４の取外し、取付けの際のスペースを第２カッタスポーク２２内に確実に確保することができ、より信頼性が高まる。
【実施例２】
【００５９】
図６は本発明の実施例２を示すカッタヘッドの要部側断面図である。
【００６０】
これは、実施例１におけるフィッシュテール保護ビット３２を廃止して、メインフィッシュテール（ビット）３０をその本体部と両側端部３０ａとに別体で形成し、摩耗した両側端部３０ａ自体を実施例１と同様に第２カッタスポーク２２に対し掘進方向に出没させて交換可能に設けた例である。その他の構成は実施例１と同様なので実施例１の説明を参照してここでは重複する説明を省略する。
【００６１】
この実施例においても、実施例１と同様の作用・効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係るトンネル掘削機のフィッシュテール、フィッシュテール保護装置、ビット交換装置及びビット交換方法は、フィッシュテールを長距離掘削下においても良好な状態で機能させられるので、大深度掘削を行うトンネル掘削機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１を示す泥水式シールド掘削機の側断面図である。
【図２】同じく正面図である。
【図３】図１のＡ部詳細図である。
【図４】ビット交換（引込み）手順を示す工程図である。
【図５】ビット交換（押出し）手順を示す工程図である。
【図６】本発明の実施例２を示すカッタヘッドの要部側断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１３ 支持筒（ビット交換室）
１３ａ 開口部
１４ リングギア
１５ カッタ旋回モータ
１６ 駆動ギア
１７ チャンバ
１９ スクリューコンベヤ
２０ 第１カッタスポーク
２１ 面盤
２２ 第２カッタスポーク
３０ メインフィッシュテール（ビット）
３０ａ 両側端部（交換式ビット）
３１ サブフィッシュテール（ビット）
３２ フィッシュテール保護ビット（交換式ビット）
３３ 支持筒体
３４ スペーサ
３５ ビット押引き用のジャッキ（アクチュエータ）
３６ ビット固定ボルト（固定手段）
３７ ゲート
３８ ゲート開閉用のジャッキ
３９ シールリング
４０ ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部を本体部と別体に形成し、該両側端部を前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とするトンネル掘削機のフィッシュテール。
【請求項２】
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビットを設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させることで交換可能にしたことを特徴とするトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載のフィッシュテールの両側端部と前記請求項２に記載のフィッシュテール保護ビットを総称する交換式ビットを交換するためのビット交換装置を備えたトンネル掘削機において、
前記ビット交換装置は、
前記カッタヘッドの前面部に貫設されて前記交換式ビットと該交換式ビットの後面部に連接される一以上のスペーサをカッタヘッドの内部から出入り可能に支持し得る前，後両端面開放の支持筒体と、
前記支持筒体の軸心と直交する方向に動作してカッタヘッドの内部から前記支持筒体を開閉可能なゲートと、
前記カッタヘッドの後面部に貫設されて前記交換式ビット又はスペーサの後面部に対し接続又は分離可能なビット押引き用のアクチュエータと、
を備えたことを特徴とするトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
前記交換式ビットの支持筒体からの抜出時と支持筒体への挿入時にのみ支持筒体の後端面側に連結される半割りのシールリングを、更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項５】
前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結される際には回り止め手段により回り止めされることを特徴とする請求項３又は４に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項６】
前記支持筒体は、カッタヘッドの内部に位置して、交換式ビット又はスペーサの外周部に係合して軸方向移動を阻止する固定手段を有することを特徴とする請求項３，４又は５に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項７】
前記請求項３乃至６の何れか一つのビット交換装置を用いて交換式ビットを交換するビット交換方法は、
摩耗した交換式ビットと一以上のスペーサとアクチュエータとが互いに連結された状態からアクチュエータを収縮させて摩耗した交換式ビット及びスペーサのカッタヘッド内への引込みを開始する第１の工程と、
アクチュエータを分離・収縮させてカッタヘッド内に引き込まれたスペーサを取り外す第２の工程と、
アクチュエータを伸長・接続させた後収縮させて摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込む第３の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外す前にゲートを閉めて支持筒体を閉塞する第４の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外した後、新しい交換式ビットをアクチュエータに接続して取り付ける第５の工程と、
ゲートを開けて支持筒体を開放し、その後アクチュエータを伸長させて新しい交換式ビットの押出しを開始する第６の工程と、
新しい交換式ビットがカッタヘッド外に押し出された後、アクチュエータを分離・収縮させて新しい交換式ビットにスペーサを連結する第７の工程と、
スペーサにアクチュエータを伸長・接続させた後さらに伸長させて新しい交換式ビット及びスペーサの押出しを再開し、新しい交換式ビットをカッタヘッド外の所定位置まで押し出す第８の工程と、
を有することを特徴とするトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項８】
前記スペーサを複数用いる際は、前記第１の工程及び第２の工程においてスペーサのカッタヘッド内への引込み・取外し動作が複数回繰り返されると共に、前記第７の工程及び第８の工程においてスペーサの連結・押出し動作が複数回繰り返されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項９】
前記第３の工程において摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込んだ後第４の工程においてゲートを閉めて支持筒体を閉塞するまでの間と、前記第５の工程において新しい交換式ビットを取り付けた後第６の工程においてゲートを開けて支持筒体を開放するまでの間は、支持筒体の後端面側に半割りのシールリングが連結されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項１０】
前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結状態にある時は回り止めされることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータを分離・収縮させる際は、交換式ビット及び／又はスペーサの軸方向移動が阻止されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項１】
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部を本体部と別体に形成し、該両側端部を前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させて交換可能に設けたことを特徴とするトンネル掘削機のフィッシュテール。
【請求項２】
掘削機本体の前部に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドの中央部にフィッシュテールを設け、該フィッシュテールで掘削した土砂を当該フィッシュテールの両側端部を経てカッタヘッドの開口より当該カッタヘッドの裏面側に画成されたチャンバに取り込むようにしたトンネル掘削機において、
前記フィッシュテールの両側端部と同じ半径位置のカッタヘッドにフィッシュテール保護ビットを設け、該フィッシュテール保護ビットを前記カッタヘッドに対し掘進方向に出没させることで交換可能にしたことを特徴とするトンネル掘削機のフィッシュテール保護装置。
【請求項３】
前記請求項１に記載のフィッシュテールの両側端部と前記請求項２に記載のフィッシュテール保護ビットを総称する交換式ビットを交換するためのビット交換装置を備えたトンネル掘削機において、
前記ビット交換装置は、
前記カッタヘッドの前面部に貫設されて前記交換式ビットと該交換式ビットの後面部に連接される一以上のスペーサをカッタヘッドの内部から出入り可能に支持し得る前，後両端面開放の支持筒体と、
前記支持筒体の軸心と直交する方向に動作してカッタヘッドの内部から前記支持筒体を開閉可能なゲートと、
前記カッタヘッドの後面部に貫設されて前記交換式ビット又はスペーサの後面部に対し接続又は分離可能なビット押引き用のアクチュエータと、
を備えたことを特徴とするトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項４】
前記交換式ビットの支持筒体からの抜出時と支持筒体への挿入時にのみ支持筒体の後端面側に連結される半割りのシールリングを、更に備えたことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項５】
前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結される際には回り止め手段により回り止めされることを特徴とする請求項３又は４に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項６】
前記支持筒体は、カッタヘッドの内部に位置して、交換式ビット又はスペーサの外周部に係合して軸方向移動を阻止する固定手段を有することを特徴とする請求項３，４又は５に記載のトンネル掘削機のビット交換装置。
【請求項７】
前記請求項３乃至６の何れか一つのビット交換装置を用いて交換式ビットを交換するビット交換方法は、
摩耗した交換式ビットと一以上のスペーサとアクチュエータとが互いに連結された状態からアクチュエータを収縮させて摩耗した交換式ビット及びスペーサのカッタヘッド内への引込みを開始する第１の工程と、
アクチュエータを分離・収縮させてカッタヘッド内に引き込まれたスペーサを取り外す第２の工程と、
アクチュエータを伸長・接続させた後収縮させて摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込む第３の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外す前にゲートを閉めて支持筒体を閉塞する第４の工程と、
アクチュエータを分離させて摩耗した交換式ビットを取り外した後、新しい交換式ビットをアクチュエータに接続して取り付ける第５の工程と、
ゲートを開けて支持筒体を開放し、その後アクチュエータを伸長させて新しい交換式ビットの押出しを開始する第６の工程と、
新しい交換式ビットがカッタヘッド外に押し出された後、アクチュエータを分離・収縮させて新しい交換式ビットにスペーサを連結する第７の工程と、
スペーサにアクチュエータを伸長・接続させた後さらに伸長させて新しい交換式ビット及びスペーサの押出しを再開し、新しい交換式ビットをカッタヘッド外の所定位置まで押し出す第８の工程と、
を有することを特徴とするトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項８】
前記スペーサを複数用いる際は、前記第１の工程及び第２の工程においてスペーサのカッタヘッド内への引込み・取外し動作が複数回繰り返されると共に、前記第７の工程及び第８の工程においてスペーサの連結・押出し動作が複数回繰り返されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項９】
前記第３の工程において摩耗した交換式ビットをカッタヘッド内に引き込んだ後第４の工程においてゲートを閉めて支持筒体を閉塞するまでの間と、前記第５の工程において新しい交換式ビットを取り付けた後第６の工程においてゲートを開けて支持筒体を開放するまでの間は、支持筒体の後端面側に半割りのシールリングが連結されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項１０】
前記交換式ビットとスペーサとアクチュエータとは、互いに連結状態にある時は回り止めされることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータを分離・収縮させる際は、交換式ビット及び／又はスペーサの軸方向移動が阻止されることを特徴とする請求項７に記載のトンネル掘削機のビット交換方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−７４０２（Ｐ２０１０−７４０２Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６９８４３（Ｐ２００８−１６９８４３）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（５０７１３７６３４）三菱重工地中建機株式会社 (25)
【出願人】（０００２３５５４３）飛島建設株式会社 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（５０７１３７６３４）三菱重工地中建機株式会社 (25)
【出願人】（０００２３５５４３）飛島建設株式会社 (132)
【Ｆターム（参考）】
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