処理中

しばらくお待ちください...

設定

設定

出願の表示

1. WO2013111359 - シールド掘進機のビット交換方法およびビット交換装置

Document

明 細 書

発明の名称 シールド掘進機のビット交換方法およびビット交換装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011  

発明の効果

0012   0013   0014   0015   0016   0017  

図面の簡単な説明

0018  

発明を実施するための形態

0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6  

図面

1   2   3A   3B   4   5   6   7   8A   8B   8C   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : シールド掘進機のビット交換方法およびビット交換装置

技術分野

[0001]
 本発明は、切羽崩壊土圧を保持しつつ地山を掘削してトンネルを形成する土圧式シールド掘進機において、掘削中に、掘削により磨耗したカッタビットやローラビットなどの掘削ビットを、カッタヘッド内で大気圧に保持された作業空間から交換可能なビット交換方法およびビット交換装置に関する。

背景技術

[0002]
 ローラビットをカッタヘッド内に形成された作業空間から交換するビット交換装置として、たとえば特許文献1および特許文献2がある。これら2つのビット交換装置は、カッタスポークの前面に、開口部を有する回転体を配置し、この回転体の開口部にローラビットを配置している。そして、カッタの交換時には、前記回転体を90°、または180°回転させて、回転体の開口部を側面側または背面側の交換用開口部に対面させる。そして、ローラビットを、開口部から交換用開口部を介して作業空間に抜き出し、ビットを交換するように構成されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特許第3139749号
特許文献2 : 特許第4163965号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、上記従来文献では、カッタヘッド(カッタスポーク)の前面に、回転体が配置されている。そしてこの回転体と、この回転体を支持する支持部材との間の摺動隙間が、前面に臨んで露出されている。このため、掘削時の泥水圧が前記摺動隙間に直接負荷されるとともに、礫などの破片が前記摺動隙間に入り込むおそれがある。これにより前記摺動隙間に設けられたシール材が破損されたり、また回転体の回動が阻害されるおそれがあった。
[0005]
 本発明は上記問題点を解決して、摺動隙間におけるシール性を向上させて泥水の浸入を防止できる掘削機のビット交換方法およびビット交換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 請求項1記載の発明は、
 シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、前記カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、前記カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した前記掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換方法であって、
 前記掘削ビットを、前記カッタヘッドの前面板から開口部を介して前方に突出された掘削位置から、前記前面板の背面側でビット収納ケース内の保持筒に形成された出退穴に後退させるとともに、前記掘削ビットから充填材を前記掘削ビットが後退された後退空間に充填し、
 前記ビット収納ケース内で前記前面板と前記保持筒の開口面との間に形成された開閉空間に、ゲート板を閉動させて前記保持筒の前記開口面を覆い、
 前記出退穴で前記ゲート板と前記掘削ビットの間に充填された前記充填材を排出して、大気圧に減圧することにより、前記ゲート板を前面から加圧する切羽崩壊土圧と、前記ゲート板背面の大気圧の差圧とを利用して、前記ゲート板を前記保持筒の前面で前記出退穴周囲に圧接させ、前記出退穴周囲と前記ゲート板との間に介在されたシール材を加圧して、前記出退穴を密閉する
ものである。
[0007]
 請求項2記載の発明は、請求項1記載の方法において、
 前記保持筒の開口面を閉鎖した後、前記差圧と共に、前記ゲート板を後方に付勢、または後退駆動して前記シール材を圧縮するものである。
[0008]
 請求項3記載の発明は、
 シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、前記カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、前記カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した前記掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換装置であって、
 前記カッタヘッドの前面板に形成された開口部の背面で前記作業空間に、前記開口部を覆うとともに、背面に前記掘削ビットが出し入れ可能な挿脱口が形成されたビット収容ケースを設け、
 前記ビット収容ケースに、
 前記前面板の開口部との間に開閉空間をあけて配置されて、前記掘削ビットを出退軸心方向に沿って出退自在に保持する出退穴を有する保持筒と、
 前記前面板の開口部から前方に突出される掘削位置で、前記掘削ビットを前記出退穴内に固定可能なビット固定具と、
 前記開閉空間に移動自在で前記出退穴を開閉可能なゲート板と、
 前記ゲート板と前記保持筒前面で前記出退穴周囲の間に介在された止水シール材と、
 前記掘削ビットに形成されて充填材を前記掘削ビットの前方に供給可能な連通穴と、を具備し、
 前記掘削ビットを前記掘削位置から前記保持筒内に後退させると同時に、前記掘削ビットの前記連通穴[(充填材)給排管を削除]から、前記掘削ビット前方の後退空間に前記充填材を充填し、前記ゲート板により前記出退穴を閉鎖後に、前記出退穴内で前記ゲート板と前記掘削ビットの間の前記充填材を前記連通穴から排出して、前記ゲート板と前記掘削ビットの間の空間部を前記作業空間に連通させることにより、大気圧に減圧し、前記ゲート板前面の切羽崩壊土圧と前記ゲート板背面の大気圧との差圧により、前記ゲート板を前記保持筒の前面に押し付けて前記止水シール材を加圧し前記出退穴を密閉するように構成されたものである。
[0009]
 請求項4記載の発明は、請求項3記載の構成において、
 前記保持筒の前面と前記ゲート板とを、前記開閉空間の後方で前記出退軸心に直交する開閉軸を中心とする円弧面にそれぞれ形成し、
 前記開閉軸方向の両側部の少なくとも一方に、前記開閉軸を介して前記ゲート板を回動自在に支持する軸受体を設け、
 前記軸受体を前記出退軸心方向に移動自在に案内する可動支持機構を設けたものである。
[0010]
 請求項5記載の発明は、請求項4記載の構成において、
 前記軸受体を前記出退軸心に沿って後方に付勢する付勢支持機構、または前記軸受体を前記出退軸心方向に駆動する駆動支持機構を設けたものである。
[0011]
 請求項6記載の発明は請求項3乃至5のいずれかに記載の構成において、
 前記掘削ビットは、ディスクカッタがビットホルダに回転自在に支持されたローラビットであり、
 前記ビットホルダに形成された前記連通穴に、前記ローラビットにより掘削された土砂を排出する排泥管と、充填材を供給排出可能な充填材給排管がそれぞれ選択可能に接続された
ものである。

発明の効果

[0012]
 請求項1記載の発明によれば、掘削ビットの後退空間に充填材を充填することにより、土砂や泥水が開口部からビット収容ケース内に浸入するのを未然に防止することができる。また、ゲート板により保持筒前面で出退穴の開口面を閉鎖した後、前記出退穴内で前記ゲート板と前記掘削ビットの間に充填された充填材を排出して大気圧に減圧する。そして、前記ゲート板前面の切羽崩壊土圧と前記ゲート板後面の大気圧との差圧により、前記ゲート板を前記保持筒前面で前記周囲に押し付けて止水シール材を圧縮する。これにより、前記保持筒の開口面を効果的にシールすることができる。また前記ゲート板の開閉時に、前記ゲート板と前記止水シール材とを非接触や軽接触で開閉することができ、前記止水シール材の損傷を未然に防止することができる。これにより、前記ゲート板の開閉動力が小さくてすむ。
[0013]
 請求項2記載の発明によれば、ゲート板を保持筒の開口面に押し付けることにより、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧が小さい場合にも、確実なシール性能を保持することができる。
[0014]
 請求項3記載の発明によれば、掘削ビットを後退させた後退空間に、充填材を注入するので、開口部からビット収容ケース内に土砂や泥水が浸入するのを未然に防止することができる。またゲート板により、保持筒前面で出退穴の開口面を閉鎖した後、前記出退穴内でゲート板と掘削ビットの間に充填された充填材を連通穴から排出して大気圧に減圧することにより、前記ゲート板の前面に負荷される切羽崩壊土圧と、前記ゲート板の後面に負荷される大気圧との差圧により、前記ゲート板を前記保持筒の前面に押し付けて止水シール材を圧縮し、前記保持筒の開口面を効果的にシールすることができる。また、前記ゲート板の開閉時に、前記ゲート板と前記止水シール材とを非接触や軽接触で開閉することができるので、止水シール材の損傷を未然に防止することができ、またゲート板の開閉動力が小さくてすむ。
[0015]
 請求項4記載の発明によれば、前記保持筒の開口面と前記ゲート板とを円弧面とすることにより、前記ゲート板を、開閉軸を中心に回動させて開閉することができ、全体をコンパクトに構成できる。また可動支持機構により、前記開閉軸を支持する軸受体を出退軸心に沿って前後方向に移動自在に支持することで、差圧を効果的に作用させて、前記ゲート板により前記保持筒の開口面を密閉することができる。
[0016]
 請求項5記載の発明によれば、付勢支持機構または駆動支持機構による加圧力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧により、前記ゲート板を前記保持筒の前面に押し付けることができるので、前記止水シール材をより効果的に圧縮してシールすることができる。また切羽崩壊土圧と大気圧との差圧が小さい場合でも、前記付勢支持機構または前記駆動支持機構による加圧力により、前記止水シール材を圧縮して前記保持筒の前面を効果的にシールすることができる。
[0017]
 請求項6記載の発明によれば、ローラビットによる硬質の地盤の掘削時であっても、作業空間から、磨耗したディスクカッタを容易に交換することができる。そして前記ローラビットのビットホルダに形成された前記連通穴に、排泥管を接続したので、掘削土砂の排出をスムーズに行うことができるとともに、充填材給排管が接続されることで、充填材を後退空間に効果的に供給し、充填することができる。

図面の簡単な説明

[0018]
[図1] 本発明に係るシールド掘進機のビット交換ユニットの実施例を示し、主スポークの縦断面図である。
[図2] 前記ビット交換ユニットを示す主スポークの横断面図である。
[図3A] 前記ビット交換ユニットの正面図である。
[図3B] 前記ビット交換ユニットの背面図である。
[図4] 図1に示すA部拡大図である。
[図5] 止水シール材を示す拡大横断面図である。
[図6] ゲート可動手段を構成する可動支持機構の説明図である。
[図7] ゲート可動手段を構成する付勢支持機構を示す説明図である。
[図8A] ゲート可動手段を構成する駆動支持機構の一例であるねじジャッキ構造を示す側面部分断面図である。
[図8B] ゲート可動手段を構成する駆動支持機構の一例であるシリンダ構造を示す側面図である。
[図8C] ゲート可動手段を構成する駆動支持機構の一例である偏心軸構造を示す側面図である。
[図9] ビット交換手順のビット後退状態を説明する側面視の断面図である。
[図10] ビット交換手順の保持筒閉鎖状態を説明する側面視の断面図である。
[図11] シールド掘進機の全体正面図である。
[図12] シールド掘進機の全体縦断面図である。

発明を実施するための形態

[0019]
[実施例1]
 以下、本発明に係るシールド掘進機のビット交換装置の実施例を図面に基づいて説明する。
[0020]
 (シールド掘進機)
 このシールド掘進機は、図12に示すように、円筒形のシールド本体11の前部に圧力隔壁12が設けられ、この圧力隔壁12の前部に切羽崩壊土圧を保持する圧力室19Aが形成されている。前記圧力隔壁12には、旋回軸受13を介して旋回リング体14がシールド軸心O周りに回転自在に支持されている。この旋回リング体14から前方に突出された複数の支持脚15に、圧力室19Aの前面を覆う円形のカッタヘッド16が支持されている。圧力隔壁12後方の大気室19Bに、このカッタヘッド16を回転駆動するカッタ駆動装置17が設けられている。このカッタ駆動装置17は、旋回リング体14の背面に設けられたリングギヤ17aと、このリングギヤ17aに噛み合う複数の駆動ピニオン17bと、前記駆動ピニオン17bをそれぞれ回転駆動する回転駆動装置(油圧式または電動式モータ)17cとで構成されている。さらにこの圧力隔壁12に排土用スクリュコンベヤ18が貫設され、この排土用スクリュコンベヤ18により、カッタヘッド16により掘削された土砂を、切羽崩壊土圧を保持しつつ、圧力室19Aから大気室19Bに排出する。
[0021]
 (カッタヘッド)
 図11に示すように、カッタヘッド16は、シールド軸心O上に配置された中心部材20から半径方向に延びる複数の主スポーク21と、主スポーク21の間で半径方向に延びる複数の副スポーク22と、シールド軸心Oを中心とする円弧方向に配設されて主スポーク21および副スポーク22を連結する中間リング23および外周リング24とを具備し、これら部材21~24間に土砂取り入れ口25が形成されている。
[0022]
 そして、主スポーク21の前部に、本発明に係る複数のビット交換ユニット(ビット交換装置)30と、固定式のカッタビット32とが交互に配列されている。各ビット交換ユニット30には、ローラビット(掘削ビット)31がそれぞれ設けられている。また中心部材20や副スポーク22の前面および側面、主スポーク21の前面に、複数の固定ビット26がそれぞれ設けられている。
[0023]
 図11に示すように、前記中心部材20の背面側に、作業員が出入り可能なマンホール27が設けられている。このマンホール27は、圧力隔壁12を貫通して大気室19B側から出入り可能に連通されている。また各主スポーク21の背面側に、作業員が入ってビット交換作業が可能な大気圧の作業空間28が形成されている。そして、前記マンホール27から作業空間28に作業員が行き来できるように連通され、掘削途中に、磨耗したローラビット31を作業空間28から交換することができる。
[0024]
 (ビット交換ユニット)
 図1~図3A,図3Bに示すように、ビット交換ユニット30は、主スポーク21の前面板21Fの切り欠き部に配置されたユニット前面板(前面板)33に、掘削位置のローラビット31が突出される開口部34が形成されている。そして、ユニット前面板33の背面側で、開口部34周囲から作業空間28側にビット収納ケース35が取り付けられている。このビット収納ケース35は、ユニット前面板33に固定された左側面板35L、右側面板35R、天面板35U、底面板35Dおよび背面板35Bからなる箱体形に形成され、前面側の開口部34と後述する背面側の挿脱口36以外は密閉されている。また背面板35Bは、底部寄りで上下にされており、前記二分割された下部が、ユニット前面板33に固定された固定部35Baであり、前記二分割された上部が、固定部35Baから取り外し可能な分離部35Bbである。これら固定部35Baと分離部35Bbとの間に、ローラビット31が挿脱自在な挿脱口36が形成されている。
[0025]
 またビット収納ケース35内で、ユニット前面板33の開口部34の後方に保持筒37が設置されている。そしてこの保持筒37に、出退穴37aがたとえばシールド軸心Oに平行な出退軸心Oaに沿って形成されており、この出退穴37aに、ローラビット31が前後方向に出退可能に支持される。さらにビット収納ケース35内で、保持筒37とユニット前面板33との間に、ゲート板51が移動可能な開閉空間38が形成されている。また保持筒37の上部に、ゲート板51を収容可能なゲート収容空間39が形成されている。さらに保持筒37で、開閉空間38に臨む前面に、ゲート板51により出退穴37aが開閉される開口面37bが形成されている。この開口面37bおよびゲート板51は、保持筒37の後方位置で出退軸心Oaに直交するカッタヘッド16の接線方向の開閉軸心Obを中心とする円弧面状にそれぞれ形成されている。 前記ローラビット31は、ビットホルダ42が略長円+矩形の筒形断面に形成され、このビットホルダ42の前部に、前後方向に沿って排泥空間41が形成されている。この排泥空間41の前部に、2枚刃のディスクカッタ44が短径方向の支軸43を介して回転自在に支持されている。
[0026]
 またユニット前面板33の開口部34内周面に、ビットシール材45Aが装着溝を介して装着されている。さらにビットホルダ42の中間部外周に、ビットシール材45Bが装着溝を介して装着されている。
[0027]
 (ビット固定具)
 さらに、図1、図4に示すように、ビット収納ケース35の後部に、掘削位置でビットホルダ42を固定し、かつ交換時に解放可能な複数のビット固定具46が設けられている。これらビット固定具46は、ビット収納ケース35とビットホルダ42に、ブロック嵌合部48と、このブロック嵌合部48に嵌合される固定部材47とを具備している。前記ブロック嵌合部48には、ビット収納ケース35の背面で上下長辺部に、前後に略90°を有する傾斜端面48aおよび傾斜支持面48bからなる角形の溝が形成されている。そして、保持筒37の背面部に傾斜端面48aに略90°を有して形成された傾斜受面48cが形成されて構成されている。また前記固定部材47は、保持筒37にビット収納ケース35の長辺方向に形成された支持穴35aに装着される軸形ナット(バレルナット)47aと、この軸形ナット47aの雌ねじ穴に着脱、締付け可能な固定ボルト47bと、ブロック嵌合部48に嵌合される直方体形のエッジブロック47cと、が具備されている。そして、エッジブロック47cに、固定ボルト47bが嵌合される貫通穴47dが形成されている。したがって、エッジブロック47cをブロック嵌合部48に嵌合する。そして、固定ボルト47bを貫通穴47dから軸形ナット47aの雌ねじ穴に装着し締付けて、エッジブロック47cにより傾斜端面48aおよび傾斜受面48cをそれぞれ押圧する。これにより、固定部材47により、ビットホルダ42を介してディスクカッタ44を主スポーク21に強固に固定することができる。この時、ローラビット31の掘削反力は、傾斜受面48cから傾斜支持面48bに伝達されて、ビット収納ケース35に支持される。
[0028]
 (ゲート開閉装置)
 ビット収納ケース35内には、保持筒37の開口面37bを開閉可能なゲート板51を有するゲート開閉装置50が設けられている。このゲート開閉装置50は、ゲート板51と、電動または油圧式あるいは手動式の回動工具を使用してゲート板51を開閉動可能な開閉軸52と、ゲート板51により保持筒37の出退穴37aを密閉可能なゲートシール手段とを具備している。
[0029]
 ゲート板51には、左右の円弧辺から開閉軸心Obに伸びる扇形の連結板53が取り付けられている。これら連結板53の固定端部が開閉軸52に固定されており、この開閉軸52は、左右側面板35R,35Lにそれぞれ回転自在に貫通支持されている。したがって、回動工具を使用して、開閉軸52を回動させることにより、ゲート収容空間39内の開放位置と開閉空間38内の閉鎖位置との間でゲート板51を回動させて、開口面37bの出退穴37aを開閉することができる。
[0030]
 ゲート板51の内面に、閉鎖位置で開口面37bとの隙間をシールする止水シール材40が全周囲にわたって設けられている。この止水シール材40は、図5に示すように、たとえば断面が略五角形の特殊なOリングが使用されており、このOリングは、収納溝に嵌合される矩形断面の装着部40aと、装着部40aから突出される山形状断面の摺接部40bとを具備している。もちろん、この止水シール材40を、開口面37bの出退穴37a周囲に沿って設置してもよい。
[0031]
 なお、これら止水シール材40および前記ビットシール材45A,45Bのうち、止水シール材40およびビットシール材45Bは、大気圧の作業空間28側から交換することができる。すなわち、止水シール材40を交換する場合、背面板35Bの分離部35Bbを取り外し、開閉軸52を分離してゲート板51を作業空間28側に取り出すことができる。これにより、破損した止水シール材40を交換することができる。またビットシール材45Bを交換する場合、ビットホルダ42を引き抜いてローラビット31を交換する際に、破損したビットシール材45Bを交換することができる。このように、万一、掘削中に止水シール材40やビットシール材45Bが破損することがあっても、作業空間28から交換することができて止水性を確保できることから、ビット交換ユニット30の信頼性が向上される。
[0032]
 ローラビット31には、ディスクカッタ44により掘削した土砂を排出する排泥管55がビットホルダ42に接続されている。ビットホルダ42には、排泥空間41に連通する連通穴57Aが貫通形成されている。排泥管55は、前記連通穴57Aの背面側に接続される。そして排泥管55は、作業空間28を出退軸心Oaに沿って伸び、主スポーク21の背面板21Rを貫通され圧力室19Aに開口されている。この排泥管55は、連通穴57Aに接続される第1排泥バルブ56Aおよび分離用フランジと、背面板21Rとの貫通部に接続される第2排泥バルブ56Bおよび分離用フランジと、2個の前記分離用フランジ間に分離可能に接続された排泥管本体55aとで構成されている。したがって、ビット交換時に、2個の分離用フランジをそれぞれ分離して、排泥管本体55aを取り外すことができる。
[0033]
 またビットホルダ42の背面に、排泥空間41に連通された2本の連通穴57B,57Cが開口されている。そしてこれら連通穴57B,57Cに開閉バルブ58A,58Bがそれぞれ装着されている。さらに、これら開閉バルブ58A,58Bに、充填材供給管(充填材給排管)59A、充填材排出管(充填材給排管)59B、洗浄水供給管59C、洗浄水排出管59D(充填材排出管59Bと兼用されることもある)がそれぞれ選択的に接続されて、充填材や洗浄水の供給、排出を行う。
[0034]
 (ゲートシール手段)
 前記ゲートシール手段は、前方からゲート板51を加圧する切羽崩壊土圧(掘削地盤圧)と、大気圧(作業空間28内の気圧)との差圧を利用して、ゲート板51を加圧しシールするものである。基本的には、後述のA)に説明するように、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧のみを利用する可動支持機構61でよい。しかしながら、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧が小さくシール性能が低下する場合に備え、開閉軸52を介してゲート板51を出退軸心Oa方向に後退させて止水シール材40を圧縮するゲートシール補助手段が設けられている。このゲートシール補助手段として、後述のB)で説明するように、開閉軸52を後方に付勢する付勢支持機構62と、後述のC)~E)で説明するように、機械的な駆動力を利用して開閉軸52を後方に駆動する第1~第3駆動支持機構63A~63Cがあり、後述のB)~~E)から選択される。
[0035]
 以下、可動支持機構61、付勢支持機構62および第1~第3駆動支持機構63A~63Cを図6~図8Cを参照して説明する。なお、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
[0036]
 A)可動支持機構61は、図6に示すように、左右一対の開閉軸52をそれぞれ回動自在に支持する軸受体64と、これら軸受体64を出退軸心Oa方向に所定範囲で移動自在に支持する軸受ガイドフレーム65と、が具備されている。前記軸受ガイドフレーム65のガイド空間内に、上辺部と下辺部と沿ってガイドレール65aが設けられ、これら上下のガイドレール65aに沿って軸受体64が前後方向に移動自在に案内されている。
[0037]
 したがって、ビット交換時に、ローラビット31を出退穴37aに後退させるとともに、充填材供給管59Aから連通穴57Bを介してローラビット31の後退空間(開閉空間38およびゲート収容空間39を含む)に充填材を注入する。そして、手動または回動工具などを使用して、開閉軸52を回転させ、ゲート板51を開放位置から閉鎖位置に閉動させて保持筒37の出退穴37aを閉じる。その後、ゲート板51とローラビット31との間に充填された充填材を、連通穴57Cを介して充填材排出管59Bにより排出して、作業空間の28の大気圧側に連通させる。これにより、充填材の残存するゲート板51の前面側は、切羽崩壊土圧を受けて高圧であり、充填材が排出されたゲート板51の後面側の連通穴57Bは、作業空間28に連通されて大気圧となる。このため、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧によりゲート板51が加圧されて、開閉軸52が軸受体64および軸受ガイドフレーム65を介して出退軸心Oa方向後方に変位され、ゲート板51が開口面37bに押し付けられることにより、止水シール材40が圧縮されて保持筒37の出退穴37aがシールされる。
[0038]
 B)図7に示すように、付勢支持機構62には、可動支持機構61の軸受体64を、出退軸心Oaに沿って後方に付勢する圧縮コイルばね67A、または引っ張りコイルばね67Bが設けられている。また、ゲート板51の開閉動作時に、コイルばね67A,67Bの付勢力が軸受体64に加わるのを防止するために、軸受ガイドフレーム65に、軸受体64の後退を規制するねじ軸68aを有するねじ軸式の開閉軸固定具68が設けられている。
[0039]
 したがって、開閉軸固定具68により、ゲート板51の止水シール材40が、保持筒37の開口面37bに接触しない位置に保持する。そして、回動工具により、ゲート板51を閉鎖位置に閉動させて、保持筒37の出退穴37aを閉じる。その後、充填材排出管59Bによりゲート板51とローラビット31との間に充填された充填材を排出し、充填材が排出されたゲート板51の後面側の出退穴37a内を作業空間28に連通させて減圧し、大気圧とする。同時またはその後に、開閉軸固定具68を後退して開放することにより、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧と、圧縮コイルばね67A(または引っ張りコイルばね67B)の付勢力とより、ゲート板51が開口面37bに押し付けられる。そして、止水シール材40が圧縮されて保持筒37の出退穴37aが効果的にシールされる。
[0040]
 C)図8Aに示すように、第1駆動支持機構63Aは、可動支持機構61の軸受体64に、ゲート板51を出退軸心Oa方向に所定範囲で駆動する手動式(または電動式、油圧式でも可)のジャッキ装置69を設けたものである。したがって、ゲート板51を閉鎖位置まで閉動させた後、ジャッキ装置69により軸受体64を後方に移動させて、ゲート板51を開口面37bに押し付ける。同時に、充填材排出管59Bによりゲート板51とローラビット31との間に充填された充填材を排出して、ゲート板51の後面側の出退穴37a内を大気圧とする。これにより、ジャッキ装置69によるゲート板51の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とにより、閉鎖位置のゲート板51が開口面37bに押し付けられ、止水シール材40により保持筒37の出退穴37aを効果的にシールすることができる。
[0041]
 D)図8Bに示すように、第2駆動支持機構63Bは、可動支持機構61の軸受体64に、ゲート板51を出退軸心Oa方向に所定範囲で駆動する油圧式の密閉用シリンダ70を連結したものである。これにより、可動支持機構61による切羽崩壊土圧と大気圧の差圧と、密閉用シリンダ70による加圧力を利用して、閉鎖位置のゲート板51が開口面37bに押し付けられ、止水シール材40が圧縮されて保持筒37の出退穴37aが効果的にシールされる。
[0042]
 E)図8Cに示すように、第3駆動支持機構63Cは、ゲート板51を、出退軸心Oa方向に所定範囲で移動可能な偏心式変位装置71を設けたものである。
[0043]
 この偏心式変位装置71は、外回転体73を、ビット収納ケース35に取り付けられた外周軸受体72に回転自在に支持させる。また、この外回転体73の回転軸心Ocから偏心量Δdだけ偏心した位置に、開閉軸52を回転自在に支持する軸受体64を設ける。さらに、外回転体73を所定範囲で回転駆動するために、たとえば手動式のベベルギヤ装置74が配置される。したがって、開閉軸52を介してゲート板51を開放位置から開口面37bを覆う閉鎖位置まで閉動させた後、ベベルギヤ装置74を駆動して外回転体73を矢印方向に回転駆動し、軸受体64を後方に所定距離Lbだけ後退させることにより、ゲート板51を開口面37bに押し付けることができる。さらに、充填材排出管59Bからゲート板51とローラビット31との間に充填された充填材を排出して作業空間28に連通させ、充填材が排出された連通穴57Bを大気圧とする。これにより、偏心式変位装置71によるゲート板51の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とを利用して、閉鎖位置のゲート板51を開口面37bに押し付け、止水シール材40により保持筒37の出退穴37aを効果的にシールすることができる。
[0044]
 (交換動作)
 次に、付勢支持機構62に手動式のジャッキ装置69を具備したビット交換ユニット30の交換動作を説明する。
[0045]
 1)カッタヘッド16の回転を停止し、作業空間28に作業員が入り、磨耗したローラビット31の背面まで移動する。そして、充填材供給管59Aと充填材排出管59Bとを、開閉バルブ58A,58Bにそれぞれ接続する。さらに排泥管55の第1,第2排泥バルブ56A,56Bを閉じ、排泥管本体55aを取り外す。次いで、ビット固定具46を外してローラビット31を解放した後、ビットホルダ42と主スポーク21の背面板21Rとの間に、ローラビット31を引き出し可能なジャッキなどの押引き工具(図示せず)を取り付ける。
[0046]
 2)図9に示すように、開閉バルブ58Aを開けて、充填材供給管59Aから充填材Mを注入する。同時に、押引き工具により、ローラビット31を出退軸心Oaに沿って出退穴37a側に引き込む。これにより、排泥空間41から前方のローラビット31が後退した空間に充填材が充填される。これにより、開口部34からの土砂の流入が防止される。さらにビットホルダ42が出退穴37a内に引き込まれると、充填材Mが、出退穴37a内から開閉空間38、ゲート収容空間39内に充填される。
[0047]
 3)ディスクカッタ44がゲート収容空間39内に完全に引き込まれると、開閉バルブ58Aを閉じて充填材Mの供給を停止する。さらにゲート開閉装置50を作動して、ゲート板51を開放位置から開閉空間38の閉鎖位置に閉動させ、保持筒37の出退穴37aを閉じる。その後、ジャッキ装置69を操作してゲート板51を開口面37bに押し付けるとともに、図10に示すように、開閉バルブ58Bを開けて充填材排出管59Bからゲート板51とローラビット31との間に充填された充填材を作業空間28に排出し、出退穴37aと作業空間28に連通させて大気圧とする。これにより、ジャッキ装置69によるゲート板51の押付圧と、切羽崩壊土圧と大気圧の差圧とを利用して、閉鎖位置のゲート板51を開口面37bに押し付け、止水シール材40を圧縮して保持筒37の出退穴37aを効果的にシールする。
[0048]
 4)ビットホルダ42から充填材供給管59Aと充填材排出管59Bを外す。そして、開口面37bから出退穴37aへの漏水がないのを確認した後、押引き工具により、ビットホルダ42を出退穴37aから挿脱口36を介して作業空間28に引き出す。
[0049]
 5)新しいローラビット31を有するビットホルダ42を、保持筒37の出退穴37aに挿入して、押引き工具により押し込んだ後、ビットホルダ42の開閉バルブ58A,58Bに洗浄水供給管59Cおよび洗浄水排出管59Dを接続する。さらにゲート開閉装置50を作動して、ゲート板51を閉鎖位置から開放位置に開動させ、保持筒37の出退穴37aを開放する。そして、押引き工具によりビットホルダ42を出退穴37a内前方に押し出す。同時に、開閉バルブ58A,58Bを開けて、洗浄水を洗浄水供給管59Cからビットホルダ42の前方に注水し、充填材を同伴した洗浄水を洗浄水排出管59Dから排出する。さらに、ローラビット31をユニット前面板33の開口部34から使用位置まで突出させ、ビット固定具46によりローラビット31をロックする。
[0050]
 (実施例の効果)
 上記実施例によれば、ローラビット31を掘削位置から後退させるとともに、充填材供給管59Aからローラビット31の排泥空間41、保持筒37の出退穴37aから、開閉空間38、開口部34、地盤内のローラビット31の後退空間に充填材を充填する。これにより、開口部34からビット収納ケース35内に土砂や泥水が浸入するのを未然に防止することができる。また、ゲート板51により保持筒37の出退穴37aの開口面37bを閉鎖する。その後、保持筒37内でゲート板51とローラビット31の間の出退穴37aに充填された充填材を、充填材排出管59Bから排出し、出退穴37aを大気圧の作業空間28に連通させて大気圧に減圧する。このように、ゲート板51の前面の切羽崩壊土圧と、後面の大気圧と、の差圧により、ゲート板51を保持筒37の開口面37bに押し付け、止水シール材40を圧縮して、保持筒37の前面の出退穴37aを効果的にシールすることができる。さらにゲート板51と保持筒37の前面とを非接触状態または軽接触状態で、ゲート板51を開閉することができる。これにより、ゲート板51の内面に設けられた止水シール材40の損傷を未然に防止することができる。またゲート板51の開閉動力も小さくてすむ。
[0051]
 また、保持筒37の前面とゲート板51とを開閉軸52を中心とする円弧面に形成することにより、ゲート板51を、開閉軸52を中心に回動させて開閉することができる。このような形態では、ビット収納ケース35内で保持筒37の上部や下部、左右側部にゲート収容空間39を形成することができ、ビット収納ケース35をコンパクトに構成することができる。
[0052]
 さらに、可動支持機構61により、開閉軸52を支持する軸受体64を出退軸心Oaに沿って前後方向に移動自在に支持するだけで、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧により、ゲート板51を、保持筒37の開口面37bに効果的に圧接することができ、保持筒37の出退穴37aを密閉することができる。またゲート板51の開閉時に、止水シール材40が強く摺接されることがないので、開閉時のゲート板51による止水シール材40の損傷を最小限に止めることができる。
[0053]
 さらに、付勢支持機構62により、ゲート板51の開閉動作時に開閉軸固定具68で開閉軸52を固定し、ゲート板51の閉鎖状態で、開閉軸52の固定を解放して、コイルばね67A,67Bによるゲート板51の開口面37bに押し付ける。このコイルばね67A,67Bによる付勢力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧とにより、ゲート板51を保持筒37の開口面37bに押し付けることができる。したがって、前記差圧が小さい場合でも、止水シール材40を効果的に圧縮して保持筒37の出退穴37aを効果的にシールすることができる。
[0054]
 さらにまた、第1~第3駆動支持機構63A~63Cにより、機械的にゲート板51を保持筒37の開口面37bに押し付ける圧力と、切羽崩壊土圧と大気圧との差圧とにより、ゲート板51を保持筒37の開口面37bに押し付けて、保持筒37の出退穴37aを効果的にシールすることができる。したがって、前記差圧が小さい場合でも、止水シール材40を効果的に圧縮して保持筒37の出退穴37aを効果的にシールすることができる。
[0055]
 また、掘削ビットにローラビット31を使用したので、磨耗の大きい硬質の地盤の掘削時であっても、内部から、磨耗したローラビット31を容易に交換することができる。またディスクカッタ44を保持するビットホルダ42に、排泥空間41を利用して充填材供給管59Aや充填材排出管59Bを接続することができる。これにより、充填材や洗浄水を効果的に供給、排出して、ローラビット31の後退空間に対してスムーズに充填材を供給、排出することができる。また洗浄水による充填材の洗浄を容易に行うことができる。
[0056]
 なお、上記実施例では、ローラビット31としたが、ローラビット31に替えて、固定式のカッタビットであってもよい。

請求の範囲

[請求項1]
 シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、前記カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、前記カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した前記掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換方法であって、
 前記掘削ビットを、前記カッタヘッドの前面板から開口部を介して前方に突出された掘削位置から、前記前面板の背面側でビット収納ケース内の保持筒に形成された出退穴に後退させるとともに、前記掘削ビットから充填材を前記掘削ビットが後退された後退空間に充填し、
 前記ビット収納ケース内で前記前面板と前記保持筒の開口面との間に形成された開閉空間に、ゲート板を閉動させて前記保持筒の前記開口面を覆い、
 前記出退穴で前記ゲート板と前記掘削ビットの間に充填された前記充填材を排出して、大気圧に減圧することにより、前記ゲート板を前面から加圧する切羽崩壊土圧と、前記ゲート板背面の大気圧の差圧とを利用して、前記ゲート板を前記保持筒の前面で前記出退穴周囲に圧接させ、前記出退穴周囲と前記ゲート板との間に介在されたシール材を加圧して、前記出退穴を密閉する
 ことを特徴とするシールド掘進機のビット交換方法。
[請求項2]
 前記保持筒の開口面を閉鎖した後、前記差圧と共に、前記ゲート板を後方に付勢、または後退駆動して前記シール材を圧縮する
 ことを特徴とする請求項1記載のシールド掘進機のビット交換方法。
[請求項3]
 シールド本体の前部にカッタヘッドをシールド軸心周りに回転自在に支持するとともに、前記カッタヘッドの前面に掘削ビットを配置し、前記カッタヘッド内に設けられた作業空間から磨耗した前記掘削ビットを交換するシールド掘進機のビット交換装置であって、
 前記カッタヘッドの前面板に形成された開口部の背面で前記作業空間に、前記開口部を覆うとともに、背面に前記掘削ビットが出し入れ可能な挿脱口が形成されたビット収容ケースを設け、
 前記ビット収容ケースに、
 前記前面板の開口部との間に開閉空間をあけて配置されて、前記掘削ビットを出退軸心方向に沿って出退自在に保持する出退穴を有する保持筒と、
 前記前面板の開口部から前方に突出される掘削位置で、前記掘削ビットを前記出退穴内に固定可能なビット固定具と、
 前記開閉空間に移動自在で前記出退穴を開閉可能なゲート板と、
 前記ゲート板と前記保持筒前面で前記出退穴周囲の間に介在された止水シール材と、
 前記掘削ビットに形成されて充填材を前記掘削ビットの前方に供給可能な連通穴と、を具備し、
 前記掘削ビットを前記掘削位置から前記保持筒内に後退させると同時に、前記掘削ビットの前記連通穴[(充填材)給排管を削除]から、前記掘削ビット前方の後退空間に前記充填材を充填し、前記ゲート板により前記出退穴を閉鎖後に、前記出退穴内で前記ゲート板と前記掘削ビットの間の前記充填材を前記連通穴から排出して、前記ゲート板と前記掘削ビットの間の空間部を前記作業空間に連通させることにより、大気圧に減圧し、前記ゲート板前面の切羽崩壊土圧と前記ゲート板背面の大気圧との差圧により、前記ゲート板を前記保持筒の前面に押し付けて前記止水シール材を加圧し前記出退穴を密閉するように構成された
 ことを特徴とするシールド掘進機のビット交換装置。
[請求項4]
 前記保持筒の前面と前記ゲート板とを、前記開閉空間の後方で前記出退軸心に直交する開閉軸を中心とする円弧面にそれぞれ形成し、
 前記開閉軸方向の両側部の少なくとも一方に、前記開閉軸を介して前記ゲート板を回動自在に支持する軸受体を設け、
 前記軸受体を前記出退軸心方向に移動自在に案内する可動支持機構を設けた
 ことを特徴とする請求項3記載のシールド掘進機のビット交換装置。
[請求項5]
 前記軸受体を前記出退軸心に沿って後方に付勢する付勢支持機構、または前記軸受体を前記出退軸心方向に駆動する駆動支持機構を設けた
 ことを特徴とする請求項4記載のシールド掘進機のビット交換装置。
[請求項6]
 前記掘削ビットは、ディスクカッタがビットホルダに回転自在に支持されたローラビットであり、
 前記ビットホルダに形成された前記連通穴に、前記ローラビットにより掘削された土砂を排出する排泥管と、充填材を供給排出可能な充填材給排管がそれぞれ選択可能に接続された
 ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載のシールド掘進機のビット交換装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8A]

[ 図 8B]

[ 図 8C]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]