JP4239342B2

JP4239342B2 - シールド掘進機の予備カッタ装置

Info

Publication number: JP4239342B2
Application number: JP2000027293A
Authority: JP
Inventors: 茂男藤井; 譲吉田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP2001214691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシールド掘進機の予備カッタ装置に係り、特に長距離施工に際して固定カッタビットが摩耗したときに使用する予備カッタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、中間立坑等を設けることなく長距離（６km程度）を一気に施工する長距離施工の要請が高まっている。この場合、施工中にカッタビットの摩耗が懸念されるため、予備カッタビットを備えたシールド掘進機が種々提案されている。例えば特開平7-139291号公報及び特開平7-324593号公報には、図１０に示すように、カッタヘッドのカッタスポークａに複数のカッタビットｂを所定間隔で固設すると共に、これらカッタビットｂに隣接させて出没可能な予備カッタビットｃを設けたものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術には以下の問題がある。即ち、図１０(a) に示すように、予備カッタビットｃの未使用時には予備カッタビットｃがカッタスポークａに格納されているので、土砂の流れはＦ₁のようにスムーズである。しかし、図１０(b) に示すように、予備カッタビットｃの使用時には、予備カッタビットｃが固定カッタビットｂ間の隙間を埋めるようにして突出するため、Ｆ₂のように土砂の流れが妨げられ、掘削効率が悪いという欠点がある。この場合、予備カッタビットｃによって掘削された土砂はビット間の狭い隙間を通り抜けることができず、大部分カッタスポークａに当たるようになり、カッタスポークａに大きな回転抵抗を与えてしまう。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、予備カッタビット使用時にも土砂の流れを妨げないシールド掘進機の予備カッタ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシールド掘進機の予備カッタ装置は、前面のカッタヘッドに半径方向に延出するカッタスポークを設け、該カッタスポークの幅中心部に前面がカッタヘッドに開口し、後端がカッタスポークの後端から突出するように断面四角形状のケーシングを設け、該ケーシングの内面の各面に摺動板を設けると共にケーシングの後端にピン部材を設け、上記ケーシング内に外面が四角形に形成された油圧ジャッキを、その外面の各面が上記摺動板に当接するように収納すると共に、油圧ジャッキのピストンロッドの先端部を上記ピン部材に設け、上記油圧ジャッキのジャッキ本体の先端面に上記ケーシング内に収納可能な予備カッタビットを設けて予備カッタビットがカッタスポークから出没するようにしたものである。
【０００６】
これによれば、カッタスポークに固定されるカッタビットと予備カッタビットとを隣り合せることなくスポークの幅方向ないし進行方向にずらすことができ、土砂の流れをスムーズにできる。
【０００７】
上記カッタスポークの幅方向の両側に長手方向所定間隔でカッタビットが固設され、上記予備カッタビットが、上記固定カッタビットと同一周上となるように配置されるとよい。
【０００８】
上記カッタスポークの幅方向の両側に長手方向所定間隔でカッタビットが固設され、その長手方向に沿った上記カッタビット間の位置に上記予備カッタビットが配置されてもよい。
【０００９】
上記予備カッタビットが配置される上記カッタスポークの長手方向の位置において、上記カッタスポークの両側の角部が切除されるのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図６に本実施形態に係るシールド掘進機の全体を示す。ここでのシールド掘進機１は約６kmを一気に施工する長距離施工用泥土圧シールドである。円筒状のシールドフレーム２が途中で二分割され中折れ可能となっている。３が中折れジャッキである。４は推進用シールドジャッキで、これはセグメント５を反力受けとして機体全体を前進させる。６はシールド前面に配置された回転可能なカッタヘッド、７はカッタヘッドの回転軸となりシールド中心に設けられたシャフト、８は隔壁、９は駆動モータ、１０はカッタギヤ、１１は油圧供給用ロータリジョイント、１２はスクリュコンベアである。シールドフレーム２内には図示しないエレクタ（セグメント自動組立装置）が設けられる。
【００１２】
図５にも示すように、カッタヘッド６は、前記シャフト７と、シャフト７から半径方向外側に放射状に延出する複数のカッタスポーク１３と、カッタスポーク１３の外周端を一体的に結ぶ外周リング１４とを備える。カッタスポーク１３は周方向等間隔に６本設けられる。カッタスポーク１３にその背面側に突出する可動撹拌翼１５が設けられ、隔壁８にもその前面側に突出する固定撹拌翼１６が設けられる。こうしてカッタスポーク１３と隔壁８との間で掘削後の土砂が撹拌翼１５，１６により撹拌され、スクリュコンベア１２により機内側に搬送される。シャフト７の前端にフィッシュテールビット１７が設けられる。
【００１３】
図１及び図４に詳細に示すように、カッタスポーク１３は所定の幅Ｗを有した断面四角の管状に形成される。カッタスポーク１３の前面側であって、その幅方向両側の角部に長手方向所定間隔で複数のカッタビット１８が固設されている。即ち、その角部にカッタビット取付台１９が一体的に設けられ、このカッタビット取付台１９にカッタビット１８が図示しないボルトで固定されている。なお取付方法はこれに限らず、溶接等でもよい。カッタビット１８はカッタスポーク１３から所定量前方に突出される。
【００１４】
カッタビット１８は図４に示すように半径方向に分割された丸付数字１〜１６の全てのパスを通過するように各カッタスポーク１３に配される。カッタスポーク１３の幅方向両側にカッタビット１８があるのは、機体のローリングを防止すべくカッタヘッド６を交互に正転又は逆転する必要があるからである。一つのパスに対し、突出量が大小の少なくとも二つのカッタビット１８が設けられる。所謂高低差ビットの構成である。これは最初突出量大のカッタビット１８で掘削を行い、このビットが摩耗したら突出量小のカッタビット１８で掘削を行うというものである。このように長距離施工時のビット摩耗に対応している。なお突出量大のカッタビットを１８ａで、突出量小のカッタビットを１８ｂでそれぞれ図６に示す。
【００１５】
特に、これらビットが摩耗したときにも掘削が行えるよう、バックアップとして、カッタスポーク１３の幅中心部ないし中央に予備カッタビット２０が出没可能に設けられる。予備カッタビット２０は一本おきのカッタスポーク１３に二又は三個ずつ、カッタスポーク１３の幅中心に沿って所定間隔で設けられる。これら予備カッタビット２０はカッタヘッド６の半径方向外側寄りの位置に設けられ、パスが重複しないよう半径方向に適宜分散配置される。
【００１６】
図１乃至図３に示すように、予備カッタビット２０はカッタスポーク１３に内蔵された油圧ジャッキ２１により出没移動される。即ち、カッタスポーク１３にケーシング２２が一体的に設けられ、ケーシング２２内に油圧ジャッキ２１が前後伸縮可能に収められる。油圧ジャッキ２１のピストンロッドの先端部２１ａが、ケーシング２２の後端にピン部材２３を介して固定され、油圧ジャッキ２１の伸縮時、その本体２１ｂが、ケーシング２２内面に設けられた摺動板２４上を摺動し、本体２１ｂが前後移動するようになっている。
【００１７】
予備カッタビット２０は本体２１ｂの前端面に設けられる。図１に実線で示すように、油圧ジャッキ２１の収縮時は、予備カッタビット２０がケーシング２２及びカッタスポーク１３内に完全に格納されて摩耗が防止され、土砂の付着も防止される。つまり固定カッタビット１８が摩耗するまで予備カッタビット２０は使用されない。一方、図１に仮想線で示すように、油圧ジャッキ２１の伸長時は、予備カッタビット２０がケーシング２２及びカッタスポーク１３から前方に突出されて掘削可能に位置される。このときの突出量は高低差ビットのうち突出量大のカッタビット１８の突出量と等しくされる。シャフト７の軸受荷重がその突出量に基づいて設定されているからである。ただしこのような制限がなければ予備カッタビット２０の突出量は自由に設定できる。
【００１８】
油圧ジャッキ２１及びケーシング２２の後端部がカッタスポーク１３の背面側に突出される。これによりこの突出部分を掘削後土砂の撹拌翼として利用できる。突出部分において、油圧ジャッキ２１がケーシング２２で保護されるので油圧ジャッキ２１の損傷が防止できる。もっとも油圧ジャッキ２１の構造によってはケーシング２２を省略することも可能である。
【００１９】
突出部分において、油圧ジャッキ２１を伸長位置にロックするためのロック機構２５が設けられる。即ち、ロック機構２５は、カッタスポーク１３の後方隣接位置においてケーシング２２に取り付けられた案内筒２６と、案内筒２６内でこれに沿って移動可能なロックピン２７と、ロックピン２７をケーシング２２内に向けて付勢するバネ（コイルスプリング）２８と、案内筒２６の入口を塞ぎバネ受けとして機能する蓋２９とから構成される。
【００２０】
図２に実線で示すように、油圧ジャッキ２１の収縮時は、ロックピン２７が本体２１ｂに押されて案内筒２６内に格納されている。一方、図２に仮想線で示すように、油圧ジャッキ２１の伸長時は、本体２１ｂの後端の段差３０がちょうどロックピン２７の位置に差し掛かり、ロックピン２７がバネ２８に押されて段差３０に入り込む。これにより本体２１ｂの収縮が規制され、油圧ジャッキ２１は伸長位置にロックされる。このようにこのロック機構２５では１回ロックすると掘削終了までロック解除できず、油圧ジャッキ２１を収縮させて予備カッタビット２０を引っ込めることができない。しかし、油圧シリンダ等を用いて掘削中に自由にロックまたはロック解除できるようにし、掘削中に予備カッタビット２０を引っ込めるようにすることも可能である。
【００２１】
予備カッタビット２０にはコピーカッタとしても実績のある双頭型ビットが採用される。即ち、カッタヘッド６の正逆いずれの回転でも切削可能なタイプである。いずれの回転方向に対しても、逃げ角とすくい角とを有する刃３１ａ，３１ｂが向けられている。
【００２２】
その他、カッタヘッド６には出没可能なコピーカッタ３２や、図示省略するが、出没可能な最外周予備ビット、先行ビット、油圧式摩耗検知ビット、注泥ノズル保護ビット等が配設される。
【００２３】
次に本実施形態の作用を説明する。
【００２４】
このシールド掘進機ではカッタスポーク１３の幅中心部に予備カッタビット２０を設けている。このため、図９に示すように、固定のカッタビット１８と予備カッタビット２０とがカッタスポーク１３の幅方向ないし進行方向にずらされ、カッタスポーク１３の進行方向前後に配置される。こうなると固定カッタビット１８、予備カッタビット２０ともに両隣に大きな空間を作ることができ、且つその空間を通じてＦ₃の如く土砂を通過させることができる。このように、予備カッタビット２０の使用時にもスムーズに土砂を流すことができるようになり、土砂の掻き込み能力を低下させることなく、掘削効率の低下も防止できる。
【００２５】
かかるシールド掘進機は長距離施工用である。従ってカッタビットの摩耗に対処すべく、通常のシールド掘進機（施工距離２km程度）よりカッタビット数を多くする必要がある。こうなると必然的にカッタビット取付のためのカッタスポークの本数も多くなる。通常は４本であるが、ここでは６本である。従来はカッタスポークの本数が少なかったため、上記のような予備カッタビットを取り付けるスペースがなかった。カッタスポークの中に複数の油圧ジャッキや油圧配管、注泥管等を収めなければならず、またカッタスポークの前面にも所定数のカッタビットを取り付けなければならないからである。しかし、本実施形態ではカッタスポークの本数が比較的多いので、取付スペースに余裕が生まれ、上記のような予備カッタビットをカッタスポークの幅中心部に取り付けることが可能となった。
【００２６】
次に、本実施形態では油圧ジャッキ２１及びケーシング２２の突出部分を撹拌翼として利用できる利点がある。またこのように突出させることによって、カッタスポーク１３の奥行き寸法（シールド前後方向の寸法）を通常のシールド掘進機と同じにすることができる利点がある。即ち、特開平7-139291号公報及び特開平7-324593号公報では油圧ジャッキをカッタスポーク内に全長収めていたため、カッタスポークの奥行き寸法が通常のものより大きくならざるを得なかった。本実施形態では突出させたので、突出部分を撹拌翼として利用できるだけでなく、カッタスポークを通常と同じ太さに抑制しコストアップを防止できる利点がある。
【００２７】
ところで、土砂の流れをスムーズにするには、図９に示すように、カッタスポーク１３の長手方向に沿ったカッタビット１８間の位置に予備カッタビット２０を配置するのがよい。カッタビット１８の周囲を流れる土砂と、予備カッタビット２０で掘削された土砂とが互いに影響を受けづらくなるからである。本実施形態でも、パス数の関係で全数ではないが、図５に２０ａで示す予備カッタビットに対してこのような配置を行っている。
【００２８】
なお、図７、図８に示すような他の実施形態も可能である。即ち、予備カッタビット２０が配置されるカッタスポーク１３の長手方向の位置において、カッタスポーク１３の両側の角部が切除されてもよい。切除部を３３で示す。この例ではカッタスポーク１３の前面両側の角部が斜めに切除されている。こうなると図８に示すように掘削後の土砂を予備カッタビット２０の手前や後方に流し易くなり、土砂の流れをさらにスムーズにできる。なお、この場合は当然に予備カッタビット２０の両側にカッタビット１８が設けられない。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態は上述のものに限られない。例えば予備カッタビットを出没移動させる手段は油圧ジャッキに限られない。予備カッタの形状等も任意である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３１】
（１）予備カッタビット使用時にも土砂の流れをスムーズにすることができる。
【００３２】
（２）カッタスポークを通常と同じ太さにすることができ、コストアップを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る予備カッタ装置を示し、図４のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る予備カッタ装置を示し、図１のII−II線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る予備カッタ装置を示し、図１のIII 矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカッタヘッドを示し、図５の部分拡大図である。
【図５】本発明の実施形態に係るカッタヘッドの正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシールド掘進機の右縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す概略部分正面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る作用を示し、図７のVIII−VIII線相当断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る作用を示す部分正面図である。
【図１０】従来例を示し、(a) 図が予備カッタビット未使用時、(b) 図が予備カッタビット使用時を示す。上段が部分正面図、下段が断面図である。
【符号の説明】
１シールド掘進機
６カッタヘッド
１３カッタスポーク
１８カッタビット
２０予備カッタビット
２１油圧ジャッキ
３３切除部
Ｗカッタスポークの幅

Claims

前面のカッタヘッドに半径方向に延出するカッタスポークを設け、該カッタスポークの幅中心部に前面がカッタヘッドに開口し、後端がカッタスポークの後端から突出するように断面四角形状のケーシングを設け、該ケーシングの内面の各面に摺動板を設けると共にケーシングの後端にピン部材を設け、上記ケーシング内に外面が四角形に形成された油圧ジャッキを、その外面の各面が上記摺動板に当接するように収納すると共に、油圧ジャッキのピストンロッドの先端部を上記ピン部材に設け、上記油圧ジャッキのジャッキ本体の先端面に上記ケーシング内に収納可能な予備カッタビットを設けて予備カッタビットがカッタスポークから出没するようにしたことを特徴とするシールド掘進機の予備カッタ装置。
上記カッタスポークの幅方向の両側に長手方向所定間隔でカッタビットが固設され、上記予備カッタビットが、上記固定カッタビットと同一周上となるように配置された請求項１記載のシールド掘進機の予備カッタ装置。
上記カッタスポークの幅方向の両側に長手方向所定間隔でカッタビットが固設され、その長手方向に沿った上記カッタビット間の位置に上記予備カッタビットが配置される請求項１記載のシールド掘進機の予備カッタ装置。
上記予備カッタビットが配置される上記カッタスポークの長手方向の位置において、上記カッタスポークの両側の角部が切除される請求項３記載のシールド掘進機の予備カッタ装置。