特許 7619549 シールド掘進機とカッタビットの交換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-14

(45)【発行日】2025-01-22

(54)【発明の名称】シールド掘進機とカッタビットの交換方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20250115BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021177500

(22)【出願日】2021-10-29

(65)【公開番号】P2023066732

(43)【公開日】2023-05-16

【審査請求日】2024-03-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】田村 憲

(72)【発明者】

【氏名】志田 智之

(72)【発明者】

【氏名】柏倉 志乃

【審査官】山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０４１７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４１２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１３３３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４２１４２２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／００ － ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタヘッドとを有する、シールド掘進機であって、
前記隔壁には作業ピットが設けられ、該作業ピットは、箱形のピット本体を備え、該ピット本体の前方には前方ハッチが設けられ、該ピット本体の後方には後方出入り口が設けられ、該ピット本体の左右の側面には移動機構が取り付けられ、該移動機構の一部が前記隔壁の後方に固定されていて、該移動機構により前記カッタヘッドまで移動自在であり、
前記カッタヘッドの前面には、前記カッタビットが出入りするビット開口が設けられ、
前記カッタヘッドの内部における前記ビット開口の背面には、該ビット開口を開閉する開閉蓋がスライド自在に設けられており、
前記カッタヘッドの内部には、該カッタヘッドの放射方向に延設するガイドレールが設けられ、交換対象の前記カッタビットの設置位置と前記作業ピットの間を、該ガイドレールに沿ってビット交換装置が移動し、該ビット交換装置にて前記カッタビットの交換が実行されるようになっており、
前記ビット交換装置にて前記カッタビットが回収された際に、前記開閉蓋がスライドして、開放されている前記ビット開口が閉塞され、
前記ビット交換装置が新規のカッタビットを搬送してきた際に、前記開閉蓋がスライドして前記ビット開口が開放されるようになっており、
前記移動機構により前方に移動された前記作業ピットが前記カッタヘッドに圧接され、前記作業ピットの内部に引き込まれた前記ビット交換装置から新旧の前記カッタビットが交換されることを特徴とする、シールド掘進機。

【請求項2】

前記カッタヘッドの内部における前記カッタビットの後方には、該カッタビットを収容する収容ケースが取り付けられており、
前記ビット開口から前記カッタビットが取り外される際は、前記ビット交換装置により、該カッタビットが後方へ引き込まれて前記収容ケースに収容され、次いで前記カッタヘッドから該収容ケースが取り外されて該ビット交換装置に搭載され、
前記ビット開口に対して新規のカッタビットが設置される際は、前記ビット交換装置により、該新規のカッタビットが収容されている前記収容ケースが前記カッタヘッドに取り付けられ、次いで前記開閉蓋がスライドされて前記ビット開口が開放され、次いで該ビット開口に対して該新規のカッタビットが押し出されることを特徴とする、請求項１に記載のシールド掘進機。

【請求項3】

前記ビット交換装置は、
交換対象の前記カッタビットの位置を特定する、特定手段と、
前記ガイドレールに沿って移動する走行ベースと、
前記走行ベースの上を移動して、前記ビット開口への前記カッタビットの押し出しと、該ビット開口からの該カッタビットの引き抜きを行う、移載ベースと、
前記走行ベースを移動させる第１駆動手段と、
前記移載ベースを移動させる第２駆動手段と、
前記カッタヘッドに対して前記収容ケースをボルト固定する際に、固定ボルトを回転させる第１ボルト回転手段と、
収容ケースからカッタビットを前方へ押し出す際と、前記ビット開口から前記カッタビットを後方へ引き込む際に、該カッタビットの内部にあるボルト孔に対して押し引きボルトを螺合させ、該押し引きボルトを回転させることにより、該カッタビットを相対移動させて押し出しと引き抜きを行う、第２ボルト回転手段とを有することを特徴とする、請求項２に記載のシールド掘進機。

【請求項4】

前記移載ベースには、該移載ベースに搭載されている前記収容ケースを把持する把持手段が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のシールド掘進機。

【請求項5】

前記移載ベースには、前記開閉蓋をスライドさせる第３駆動手段が設けられていることを特徴とする、請求項３又は４に記載のシールド掘進機。

【請求項6】

前記カッタヘッドの背面において、スプリングライン上の左右の二箇所、もしくは左右のいずれか一箇所に、前記作業ピットが設けられており、
前記ガイドレールを水平姿勢にして前記ビット交換装置を移動させながら、前記カッタビットの交換が行われることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシールド掘進機。

【請求項7】

隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタヘッドとを有し、
前記カッタヘッドの前面には、前記カッタビットが出入りするビット開口が設けられ、
前記カッタヘッドの内部における前記ビット開口の背面には、該ビット開口を開閉する開閉蓋がスライド自在に設けられており、
ビット交換装置にて前記カッタビットが回収された際に、前記開閉蓋がスライドして、開放されている前記ビット開口が閉塞され、
前記ビット交換装置が新規のカッタビットを搬送してきた際に、前記開閉蓋がスライドして前記ビット開口が開放されるようになっている、シールド掘進機において、前記カッタビットを交換する、カッタビットの交換方法であって、
前記カッタヘッドまで作業ピットを移動させ、該作業ピットは、箱形のピット本体を備え、該ピット本体の前方には前方ハッチが設けられ、該ピット本体の後方には後方出入り口が設けられ、該ピット本体の左右の側面には移動機構が取り付けられ、該移動機構の一部が前記隔壁の後方に固定されていて、該移動機構により前記カッタヘッドまで移動自在であり、前記カッタヘッドの前面には、前記カッタビットが出入りするビット開口が設けられ、前記カッタヘッドの内部における前記ビット開口の背面には、該ビット開口を開閉する開閉蓋がスライド自在に設けられており、該カッタヘッドに対して該作業ピットを圧接させる、作業ピット移動設置工程と、
前記作業ピットの内部と前記カッタヘッドの内部を連通させ、該作業ピットの内部から該カッタヘッドの内部にあるガイドレールに対して前記ビット交換装置を送り出し、交換対象の前記カッタビットまで該ビット交換装置を移動させ、交換対象の該カッタビットを該ビット交換装置にて回収し、該ビット交換装置を該ガイドレールに沿って前記作業ピットまで移動させて該カッタビットを取り外し、新規の前記カッタビットを該ビット交換装置に設置し、該ビット交換装置を該ガイドレールに沿ってカッタビットの取り付け位置まで移動させて取り付ける、カッタビット交換工程とを有することを特徴とする、カッタビットの交換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機とカッタビットの交換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工法では、例えばシールド掘進機による掘進長が長い場合に、地中においてカッタヘッドに装着されているカッタビットの交換が行われる場合がある。このカッタビットの交換に際しては、シールド掘進機におけるカッタヘッド後方のチャンバ内から切羽とカッタヘッドの間に作業員が入り、カッタヘッド前方からカッタビットの交換を行う方法や、カッタスポーク内から直接カッタビットの交換を行う方法が適用される。
上記するカッタスポーク内からのカッタビットの交換方法によれば、凍土の造成等を含む地盤改良を行うことなくカッタビットの交換が可能になることから、工費の削減と工期の短縮を図ることができる。ところで、カッタスポーク内からのカッタビットの交換方法には、シールド本体の軸芯にあるセンターシャフトに作業員が入り、センターシャフトから各カッタスポークの背面側に作業員が移動し、カッタビットを収容するカッタホルダを背面側に移動させてカッタビットの交換を行う方法や、カッタスポークに沿ってガイドレールに収納されたビットホルダを引き抜くことにより、カッタビットを機内に一度に取り込んでカッタビットの交換を行う方法などがある。しかしながら、これらの機内交換工法では、センターシャフトが自ずと大口径化し易く、例えば、カッタヘッドの口径が２ｍ乃至９ｍ程度の中・小口径のシールド掘進機への適用は困難と言える。
従って、大口径は勿論のこと、中・小口径のシールド掘進機に対しても、機内からのカッタビットの交換を行うことのできるシールド掘進機の開発やカッタビットの交換方法が望まれている。

【0003】

ここで、特許文献１には、機内からの広範囲なカッタビットの交換を可能にした、シールド掘進機とカッタビット交換方法が提案されている。具体的には、シールド本体において、カッタスポークを有するカッタヘッドをシールド軸心方向に沿ってチャンバ内に後退可能なカッタ後退機構と、伸縮スポークを収容してカッタビットの交換作業が可能な作業区画体と、作業区画体の前部に伸縮スポークを挿入可能な前面開口部と、伸縮スポークの収容前または収容後にそれぞれ前面開口部を開閉可能な前面開閉装置とが設けられ、半径方向の軸心周りに回動自在な円弧形断面の前面ゲートが前面開閉装置に設けられているシールド掘進機である。このシールド掘進機を適用したカッタビット交換方法は、上記シールド掘進機のカッタスポークに設けられているカッタビットの交換に際して、シールド本体前部の隔壁に設置されている作業区画体と、カッタヘッドとの少なくとも一方をシールド軸心方向に移動させてカッタスポークを作業区画体に収容し、カッタビットの交換作業を行う方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－２６６５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のシールド掘進機とカッタビット交換方法によれば、機内からの広範囲なカッタビットの交換が可能になる。
ところで、特許文献１に記載のシールド掘進機では、カッタビットの交換に際してカッタスポークをチャンバ側へ後退させることとしているが、カッタスポークを後退させることにより、カッタスポークにて支持されていた切羽に対する支持力の低下が危惧される。
また、作業区画体をカッタスポーク側に移動させ、作業区画体の前面開口部を開閉可能な円弧形断面の前面ゲートを半径方向の軸心周りに回動させることにより前面開口部を開放し、カッタスポークを作業区画体の内部に収容するに当たり、この前面ゲートの回動の際に前面ゲートを切羽や周辺地盤に食い込ませ、カッタスポークの収容後は、切羽等に食い込ませた前面ゲートを閉合することになる。そのため、切羽等に食い込ませた前面ゲートの閉合が困難になる事態が危惧される。
また、前面開閉装置、区画体突出機構等、複数の駆動装置を要することから、シールド掘進機の内部構造が複雑になり易い。
さらに、作業区画体におけるカッタビットの交換は、カッタスポークのうちの作業区画体に収容された領域（作業員の手の届く領域）におけるカッタビットに限定されることから、カッタスポークに装着されている全てのカッタビットを交換することはできない。

【0006】

本発明は、比較的シンプルな構成にて、カッタヘッドにある全てのカッタビットの交換を、機内から安全かつスムーズに行うことのできる、シールド掘進機とカッタビットの交換方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成すべく、本発明によるシールド掘進機の一態様は、
隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタヘッドとを有する、シールド掘進機であって、
前記隔壁には、前方ハッチと後方出入り口を備えている作業ピットが設けられ、該作業ピットは、移動機構により前記カッタヘッドまで移動自在であり、
前記カッタヘッドの内部には、該カッタヘッドの放射方向に延設するガイドレールが設けられ、交換対象の前記カッタビットの設置位置と前記作業ピットの間を、該ガイドレールに沿ってビット交換装置が移動し、該ビット交換装置にて前記カッタビットの交換が実行されるようになっており、
前記移動機構により前方に移動された前記作業ピットが前記カッタヘッドに圧接され、前記作業ピットの内部に引き込まれた前記ビット交換装置から新旧の前記カッタビットが交換されることを特徴とする。

【0008】

本態様によれば、シールド本体の隔壁に設けられている作業ピットが、カッタヘッドまで移動してカッタヘッドに圧接される構成を有すること、及び、カッタヘッドの内部にあるガイドレールに沿ってビット交換装置が移動して、カッタビットの交換が実行される構成を有することにより、相互に圧接された状態のカッタヘッドと作業ピットを連通させて作業ピットの内部でビット交換装置から新旧のカッタビットの交換を実行でき、ビット交換装置をカッタヘッドの所望位置まで移動させてカッタビットの設置と取り外しを実行することができる。このことにより、カッタヘッドに装着されている全てのカッタビットのスムーズな交換を実現できる。
また、作業ピットの内部に例えばカッタスポークを収容する構成でないことから、作業ピットの前方にカッタスポークを収容するための特許文献１に記載の前面ゲートは不要であり、シールド本体の構造が可及的にシンプルになる。
ここで、本態様が対象とするシールド掘進機は、カッタヘッドが放射方向に延設する複数のカッタスポークを備え、各カッタスポークに複数のカッタビットが装着されている掘進機であってもよいし、面板状のカッタヘッドに複数のカッタビットが装着されている掘進機であってもよい。カッタヘッドが複数のカッタスポークを備えている形態では、各カッタスポークの内部において、その長手方向（カッタヘッドにおける放射方向）に延設するようにガイドレールが設けられる。
作業ピットにいる作業員は、操作ボックス等を用いた無線操作等により、ビット交換装置によるカッタヘッドからのカッタビットの取り外しやカッタヘッドへのカッタビットの設置、ガイドレールに沿ったビット交換装置の移動を操作できる。
本態様のシールド掘進機は、小口径から大口径までの様々な規模のシールド掘進機に適用可能であるが、作業員が入るスペースの作業ピットが隔壁とカッタヘッドの間を移動し、作業ピット内の操作によってカッタヘッド内をビット交換装置が移動するのみでカッタビットの交換ができ、センターシャフトの大口径化も不要であることから、特に中・小口径のシールド掘進機に好適である。尚、中・小口径のシールド掘進機においては、例えば隔壁のスプリングライン上の左右のいずれか一方に一台の作業ピットが移動自在に設けられていればよく、大口径のシールド掘進機においては、複数台の作業ピットを隔壁に設けることができる。

【0009】

ここで、「作業ピットがカッタヘッドに圧接される」形態としては、カッタヘッドの背面と作業ピットの前面が相互に圧接される形態や、カッタヘッドと作業ピットが膨張性の止水材を介して間接的に圧接される形態等が挙げられる。
作業ピットとカッタヘッドの圧接箇所においては、双方がメタルタッチされることにより、もしくは少なくとも一方に取り付けられている止水材が介在して双方が圧接されること等により、高い止水性を確保した状態で作業ピットとカッタヘッドの圧接姿勢が形成される。

【0010】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記カッタヘッドの前面には、前記カッタビットが出入りするビット開口が設けられ、
前記カッタヘッドの内部における前記ビット開口の背面には、該ビット開口を開閉する開閉蓋がスライド自在に設けられており、
前記ビット交換装置にて前記カッタビットが回収された際に、前記開閉蓋がスライドして、開放されている前記ビット開口が閉塞され、
前記ビット交換装置が新規のカッタビットを搬送してきた際に、前記開閉蓋がスライドして前記ビット開口が開放されることを特徴とする。

【0011】

本態様によれば、カッタヘッドの内部におけるビット開口の背面において、ビット開口を開閉する開閉蓋がスライド自在に設けられていることにより、カッタビットの回収の際に開閉蓋がビット開口を閉塞することで、一時的にカッタビットが取り外されたビット開口からの地下水の浸入を防止できる。

【0012】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記カッタヘッドの内部における前記カッタビットの後方には、該カッタビットを収容する収容ケースが取り付けられており、
前記ビット開口から前記カッタビットが取り外される際は、前記ビット交換装置により、該カッタビットが後方へ引き込まれて前記収容ケースに収容され、次いで前記カッタヘッドから該収容ケースが取り外されて該ビット交換装置に搭載され、
前記ビット開口に対して新規のカッタビットが設置される際は、前記ビット交換装置により、該新規のカッタビットが収容されている前記収容ケースが前記カッタヘッドに取り付けられ、次いで前記開閉蓋がスライドされて前記ビット開口が開放され、次いで該ビット開口に対して該新規のカッタビットが押し出されることを特徴とする。

【0013】

本態様によれば、ビット開口からカッタビットを取り外す際に、カッタヘッドに取り付けられている収容ケースにカッタビットが収容され、ビット開口にカッタビットを設置する際に、カッタヘッドに取り付けられた収容ケースからカッタビットが押し出されることにより、安定的なカッタビットのビット開口からの取り外しとビット開口への設置を実現できる。

【0014】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記ビット交換装置は、
交換対象の前記カッタビットの位置を特定する、特定手段と、
前記ガイドレールに沿って移動する走行ベースと、
前記走行ベースの上を移動して、前記ビット開口への前記カッタビットの押し出しと、該ビット開口からの該カッタビットの引き抜きを行う、移載ベースと、
前記走行ベースを移動させる第１駆動手段と、
前記移載ベースを移動させる第２駆動手段と、
前記カッタヘッドに対して前記収容ケースをボルト固定する際に、固定ボルトを回転させる第１ボルト回転手段と、
収容ケースからカッタビットを前方へ押し出す際と、前記ビット開口から前記カッタビットを後方へ引き込む際に、該カッタビットの内部にあるボルト孔に対して押し引きボルトを螺合させ、該押し引きボルトを回転させることにより、該カッタビットを相対移動させて押し出しと引き抜きを行う、第２ボルト回転手段とを有することを特徴とする。

【0015】

本態様によれば、ビット交換装置が、ガイドレールに沿って走行する走行ベースと、走行ベースの上を移動してカッタビットの押し出しと引き抜きを行う移載ベースを備えていることにより、ガイドレールに沿う走行とカッタビットの交換の双方を実現できる、可及的に構成がコンパクトな装置となる。ここで、第１駆動手段や第２駆動手段等のシーケンシャルな駆動制御も、自動的に実行されてもよいし、作業ピット内にいる作業員が遠隔操作にて実行してもよい。

【0016】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記移載ベースには、該移載ベースに搭載されている前記収容ケースを把持する把持手段が設けられていることを特徴とする。

【0017】

本態様によれば、移載ベースに搭載されている収容ケースを把持する把持手段が移載ベースに設けられていることにより、カッタヘッドからの収容ケースの取り外しやカッタヘッドへの収容ケースの取り付けをスムーズかつ確実に実行することができる。

【0018】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記移載ベースには、前記開閉蓋をスライドさせる第３駆動手段が設けられていることを特徴とする。

【0019】

本態様によれば、開閉蓋をスライドさせる第３駆動手段が移載ベースに設けられていることにより、ビット開口に対してカッタビットを交換する前後において、開閉蓋のスライドをスムーズかつ連続的に実行することができる。

【0020】

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記カッタヘッドの背面において、スプリングライン上の左右の二箇所、もしくは左右のいずれか一箇所に、前記作業ピットが設けられており、
前記ガイドレールを水平姿勢にして前記ビット交換装置を移動させながら、前記カッタビットの交換が行われることを特徴とする。

【0021】

本態様によれば、カッタヘッドの背面のスプリングライン上の左右の二箇所、もしくは左右のいずれか一箇所に作業ピットが設けられ、スプリングライン上に位置合わせされた水平姿勢のガイドレールに沿ってビット交換装置を移動させることにより、ビット交換装置をガイドレールから脱落させずに走行させることができる。
尚、ガイドレールが傾斜姿勢や鉛直姿勢でもビット交換装置が脱落しない態様でガイドレールに対して走行自在に装着されている場合は、スプリングライン上にある作業ピットの他に、傾斜位置やセンターライン上に別途の作業ピットが設けられ、この作業ピットにガイドレールが位置合わせされてもよい。

【0022】

また、本発明によるカッタビットの交換方法の一態様は、
隔壁の前方にチャンバを備えているシールド本体と、該チャンバの前方に回転自在に配設され、複数のカッタビットが装着されているカッタヘッドとを有するシールド掘進機において、前記カッタビットを交換する、カッタビットの交換方法であって、
前記カッタヘッドまで作業ピットを移動させ、該カッタヘッドに対して該作業ピットを圧接させる、作業ピット移動設置工程と、
前記作業ピットの内部と前記カッタヘッドの内部を連通させ、該作業ピットの内部から該カッタヘッドの内部にあるガイドレールに対してビット交換装置を送り出し、交換対象の前記カッタビットまで該ビット交換装置を移動させ、交換対象の該カッタビットを該ビット交換装置にて回収し、該ビット交換装置を該ガイドレールに沿って前記作業ピットまで移動させて該カッタビットを取り外し、新規の前記カッタビットを該ビット交換装置に設置し、該ビット交換装置を該ガイドレールに沿ってカッタビットの取り付け位置まで移動させて取り付ける、カッタビット交換工程とを有することを特徴とする。

【0023】

本態様によれば、作業ピット移動設置工程にて作業ピットをカッタヘッドまで移動させ、カッタヘッドに対して作業ピットを圧接させることにより、切羽を含む周辺地山から影響を受けることなく、シールド本体の内部においてカッタビットの交換準備を行うことができる。
作業ピット移動設置工程に続くカッタビット交換工程において、カッタヘッドの内部と作業ピットを連通させ、カッタヘッドの内部にあるガイドレールに沿って新旧のカッタビットが搭載されたビット交換装置を移動させ、作業ピットの内部においてビット交換装置からカッタビットの交換を行うことにより、高い施工安全性の下で効率的に、カッタヘッドに装着されている全てのカッタビットの交換を行うことができる。

【0024】

例えば、カッタヘッドが複数のカッタスポークを備えていて、カッタヘッドの背面のスプリングライン上の左右のいずれか一箇所に作業ピットが設けられている場合は、一つのカッタスポークにおけるカッタビットの交換が終了した後、カッタヘッドを所定角度回動させ、次に交換されるカッタビットを備えているカッタスポークをスプリングライン上に位置する作業ピットの前面に位置合わせし、作業ピット移動設置工程とカッタビット交換工程を行い、これを全てのカッタスポークに対して順次実行することにより、例えば一台の作業ピットにて全てのカッタスポークにおけるカッタビットの交換を行うことができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明のシールド掘進機とカッタビットの交換方法によれば、比較的シンプルな構成にて、カッタスポークにある全てのカッタビットの交換を、機内から安全かつスムーズに行うことができる、

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図であって、かつ、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例における、作業ピット移動設置工程を説明する工程図である。

【図2】図１のII方向矢視図である。

【図3】図１のIII－III矢視図である。

【図4】図１のIV方向矢視図である。

【図5】ガイドレールに沿うビット交換装置の移動とカッタビットの取り外しを説明する図である。

【図6】ビット交換装置の一例を説明する構成図である。

【図7】図５に続いて、ガイドレールに沿うビット交換装置の移動とカッタビットの取り外しを説明する図である。

【図8】図７に続いて、ガイドレールに沿うビット交換装置の移動とカッタビットの取り外しを説明する図である。

【図9】実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例における、カッタビット交換工程を説明する工程図である。

【図10】図９に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図11】図１０に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図12】図１１に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図13】図１２に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図14】図１３に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図15】図１４に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図16】図１５に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図17】図１６に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図18】図１７に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図19】図１８に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図20】図１９に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図21】図２０に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【図22】図２１に続いて、カッタビットの交換工程を説明する工程図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、実施形態に係るシールド掘進機とカッタビットの交換方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

【0028】

［実施形態に係るシールド掘進機とカッタビットの交換方法］
＜シールド掘進機＞
はじめに、図１乃至図４を参照して、実施形態に係るシールド掘進機の一例について説明する。図１は、実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図であり、図２乃至図４はそれぞれ、図１のII方向矢視図、III－III矢視図、及びIV方向矢視図である。尚、適宜、図７等も参照する。また、図１はさらに、実施形態に係るカッタビットの交換方法の一例における、作業ピット移動設置工程を説明する工程図であり、カッタビットの交換方法の説明の際にも参照する。

【0029】

図示するシールド掘進機１００は中折れ式のシールド掘進機であり、前胴１０Ａと後胴１０Ｂにより構成されるシールド本体１０と、シールド本体１０の掘進方向前方に回転自在に取り付けられているカッタヘッド２０とを有し、カッタヘッド２０が複数のカッタスポーク２２を備える、土圧式シールド掘進機（泥土圧式シールド掘進機を含む）である。ここで、シールド掘進機は、面板状のカッタヘッドを備えている、泥水式シールド掘進機であってもよい。また、シールド掘進機としては、中折れ式のシールド掘進機の他、中折れ機構を備えていない一般のシールド掘進機であってもよい。さらに、図示例のシールド掘進機１００は、口径が２ｍ乃至９ｍ程度の中・小口径のシールド掘進機であるが、大口径のシールド掘進機であってもよい。

【0030】

シールド本体１０は、カッタヘッド２０の後方に隔壁１１を備え、隔壁１１とカッタヘッド２０の間には、掘削された土砂を取り込むチャンバ１３を備えており、隔壁１１のチャンバ１３に面する側面に複数の固定翼１２が設けられ、カッタヘッド２０のチャンバ１３に面する背面に撹拌翼２１が設けられている。チャンバ１３の内部に取り込まれた土砂に対して加泥材が供給され、カッタヘッド２０の回転に応じて撹拌翼２１を回転させることにより、固定翼１２と回転する撹拌翼２１にて土砂が塑性流動化される。

【0031】

隔壁１１の背面の中央近傍には、複数のカッタヘッド駆動用油圧モータ１４が設けられ、隔壁１１の背面の下方から後胴１０Ｂに亘り、チャンバ１３に連通するスクリュコンベア１５が傾斜した姿勢で延設しており、チャンバ１３の内部において塑性流動化された混合土砂は、スクリュコンベア１５にてシールド掘進機１００の後方に搬送されるようになっている。

【0032】

前胴１０Ａには中折れジャッキ１８が取り付けられており、中折れジャッキ１８の一端が後胴１０Ｂの前方に固定されている。ここで、図１には、一基の中折れジャッキ１８のみを示しているが、複数の中折れジャッキ１８が前胴１０Ａの内部においてその周方向に間隔を置いて配設され、それらの一端が後胴１０Ｂに固定されている。

【0033】

シールド本体１０の内周面には、複数のシールドジャッキ１６が取り付けられており（図１では一基のシールドジャッキのみを図示）、後胴１０Ｂにあるエレクタ装置１７により複数のセグメントＳがリング状に組み付けられたセグメントリングに対して、シールドジャッキ１６を伸張させ、セグメントリングを押圧することにより、シールド掘進機１００が掘進方向に掘進されるようになっている。また、後胴１０Ｂの後方内側には、複数箇所において、周方向に亘るテールシール（図示せず）が設けられており、設置されたセグメントリングに対してテールシールが常時摺接することにより、後胴１０Ｂの止水性が確保される。

【0034】

カッタヘッド２０は、中央のボス部材から径方向（放射状）に延設する複数のカッタスポーク２２を備える。また、カッタスポーク２２の内部には、その長手方向に亘り間隔を置いて複数のカッタビット３０Ａ，３０Ｂが装着されており、カッタスポーク２２の外周端にはコピーカッタ３０Ｄが出没自在に装着されている。

【0035】

図示例のシールド掘進機１００において、カッタスポーク２２の内部にあるカッタビット３０のうち、最外縁にあるカッタビット３０Ｂと、径方向内側にある複数のカッタビット３０Ａはいずれも、シールド本体１０の内部（機内側）から交換自在となっている。

【0036】

図１及び図３に示すように、正面視円形の隔壁１１のスプリングラインＳＬ上の左側には、一台の作業ピット４０がカッタスポーク２２の背面と隔壁１１の間をＸ１方向に移動自在に配設されており、カッタビットの交換に際してカッタスポーク２２側に移動された作業ピット４０は、カッタスポーク２２と圧接されるようになっている。

【0037】

ここで、作業ピット４０の設置位置は、スプリングラインＳＬ上の右側であってもよいし、スプリングラインＳＬ上の左右両側であってもよい。さらには、スプリングラインＳＬ上の少なくとも左右いずれか一方に設置される他に、センターラインＣＬ上の上方や、スプリングラインＳＬとセンターラインＣＬの間の斜め上方等に設置されてもよい。

【0038】

図示例のシールド掘進機１００は中・小口径のシールド掘進機であるため、スペースの関係から、作業員Ｐが屈んだ姿勢で入り込める程度の内部空間を備えた一台の作業ピット４０を有するが、大口径のシールド掘進機の場合には、正面視円形の隔壁の周方向に、広い内部空間を備えた複数の作業ピットが設けられてもよい。

【0039】

図４に示すように、作業ピット４０は箱形のピット本体４１を備えており、ピット本体４１の前方には前方ハッチ４２が設けられ、ピット本体４１の後方には作業員Ｐが出入り自在な後方出入り口４３が設けられている。ピット本体４１の左右の側面には移動機構である伸縮ジャッキ４４が取り付けられており、伸縮ジャッキ４４を構成するシリンダ４４ａの一部が固定翼１２の中空部に挿入され、固定翼１２により防護されている。

【0040】

このように、作業ピット４０を構成する移動機構４４の一部が固定翼１２の内部に挿通された状態で隔壁１１の後方に固定されていることにより、スペースの狭いシールド本体１０においてその内部に露出する機器を可及的に削減することができ、シンプルな内部構成を形成できる。

【0041】

ピット本体４１の前方ハッチ４２の周囲には、洗浄機構４５を構成する複数の注入管が取り付けられており、洗浄機構４５により、カッタスポーク２２と作業ピット４０の圧接箇所が圧接前洗浄されるようになっている。

【0042】

図７に示すように、カッタスポーク２２の前面には、カッタビット３０が着脱されるビット開口２３が開設されている。ここで、図５以降においては、理解を容易にするべく、カッタスポーク２２の前面に１つのビット開口２３のみを図示し、このビット開口２３に対するカッタビット３０の交換を説明しているが、実際には、図１に示すようにカッタスポーク２２の長手方向に亘って装着されている、複数のカッタビット３０に応じたビット開口２３が設けられている。

【0043】

図５，図７及び図８に示すように、カッタスポーク２２の背面のうち、圧接された作業ピット４０の前方ハッチ４２に対応する位置には、背面開口２７が設けられている。背面開口２７には、不図示の背面ハッチが、スライド自在に、もしくは蝶番を介して回動自在に、もしくは取り外し自在に設けられており、作業ピット４０がカッタスポーク２２の背面に圧接していない状況下においては、背面開口２７は背面ハッチにて完全に閉塞され、チャンバ１３内にある土砂がカッタスポーク２２の内部に入り込まないようになっている。

【0044】

一方、作業ピット４０がカッタスポーク２２の背面に圧接した際には、作業ピット４０の前方ハッチ４２とカッタスポークの２２の背面ハッチがともに開放されることにより、作業ピット４０とカッタスポーク２２の内部が相互に連通される。作業ピット４０の内部にいる作業員Ｐは、図５等に示すビット交換装置５０を、手を伸ばしてカッタスポーク２２の内部にあるガイドレール２８に設置したり、ガイドレール２８の端部にあるビット交換装置５０を作業ピット４０内に取り入れることが可能になる。

【0045】

ここで、図示を省略するが、カッタスポーク２２の内部にあるガイドレール２８と繋がる引き込みレールが、作業ピット４０の内部に設けられていてもよい。例えばガイドレール２８の端部に不図示のターンテーブルが設けられ、このターンテーブルに対して作業ピット内にある引き込みレールが接続されることにより、作業ピット４０内において作業員Ｐが引き込みレールにビット交換装置５０を設置することで、ビット交換装置５０はターンテーブルまで自走し、ターンテーブルで方向を９０度変えて、ガイドレール２８に沿って所定のビット開口２３まで移動することができる。

【0046】

さらに、図示を省略するが、シールド掘進機１００には、各種機器の動作を制御する制御盤が設けられている。制御盤は、シールド掘進機１００の後続台車（図示せず）内に装備されてもよいし、地上の遠隔操作室（図示せず）に装備されてもよいし、シールド掘進機１００の機内に装備されてもよく、シールド掘進機１００の運転操作装置の一部である。

【0047】

制御盤はコンピュータにより構成されており、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、無線通信装置、表示装置、及び入力装置等を有し、それらがシステムバスにてデータ通信可能に接続されている。ＲＯＭには、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等が記憶されている。ＲＡＭは、ＲＯＭに記憶されているプログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域として用いられる。

【0048】

例えば、カッタスポーク２２に対して作業ピット４０の前面が圧接する際の好適な圧力値レンジ（止水性が保証され、圧接箇所を破損させない圧力値レンジ）が設定されていて、作業ピット４０がカッタスポーク２２に対して圧力値レンジ内に入った段階で作業ピット４０の移動を停止するプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＡＭにロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。制御盤はその他、インストールされたプログラム等を記憶する補助記憶装置（図示せず）を有していてもよい。

【0049】

＜ビット交換装置＞
次に、図５乃至図８を参照して、ビット交換装置の一例について説明する。ここで、図５、図７及び図８は順に、ガイドレールに沿うビット交換装置の移動とカッタビットの取り外しを説明する図であり、図６は、ビット交換装置の一例を説明する構成図である。

【0050】

カッタスポーク２２の内側の背面のうち、カッタビット３０が設置されるビット開口２３に対応する位置には、係合枠２４が取り付けられており、係合枠２４には開閉蓋２５が左右にスライド自在に係合されている。

【0051】

図７に示すように、開閉蓋２５は中央開口２５ａを備えており、ビット開口２３にカッタビット３０を設置する際には、中央開口２５ａがビット開口２３に位置合わせされ、カッタビット３０が中央開口２５ａとビット開口２３に挿通された後に、カッタスポーク２２の前方に突設されるようになっている。

【0052】

カッタビット３０は収容ケース３１に収容されており、図７に示すように、係合枠２４の備えるボルト孔２４ａに対して収容ケース３１の備える固定ボルト３３が螺合されることにより、カッタスポーク２２に対してカッタビット３０が設置される。

【0053】

カッタスポーク２２の内部には、その長手方向に延設するガイドレール２８と、ガイドレール２８と並行する二条の補助レール２９が設けられている。ガイドレール２８はラックであり、ビット交換装置５０の備えるピニオンギア付きモータ５３（第１駆動手段の一例）のピニオンギアがラックに係合した状態でピニオンギア付きモータ５３が駆動することにより、交換対象のカッタビット３０の設置位置と作業ピット４０に対応する端部位置の間をビット交換装置５０が移動するようになっている。

【0054】

ビット交換装置５０の備える走行ベース５１の下面には係合脚５１ｂが設けられており、ガイドレール２８に対してピニオンギア付きモータ５３のピニオンギアが係合された際に、補助レール２９に対して係合脚５１ｂが移動自在に係合されることにより、ビット交換装置５０がガイドレール２８から係脱することなく移動できるようになっている。

【0055】

カッタビット３０の交換に際しては、作業ピット４０から作業員Ｐが手を伸ばして、背面開口２７を介してビット交換装置５０がガイドレール２８に設置される。

【0056】

ガイドレール２８に設置されたビット交換装置５０は、図５に示すようにガイドレール２８に沿って交換対象のカッタビット３０の設置位置までＸ２方向に移動する。

【0057】

ここで、図６を主に参照しながら、ビット交換装置５０の具体的な構成について説明する。ビット交換装置５０は、ガイドレール２８に沿って移動する走行ベース５１と、走行ベース５１の上を移動して、ビット開口２３へのカッタビット３０の押し出しと、ビット開口２３からのカッタビット３０の引き抜きを行う、移載ベース５２とを有する。

【0058】

図５に示すように、走行ベース５１の上面には、移載ベース５２を移動させる第２駆動手段５４が設けられている。ここで、第２駆動手段５４は、例えばシリンダユニットにより形成される。

【0059】

走行ベース５１の上面には、ガイドレール２８に直交する方向に延びる係合雄５１ａが上方に突設しており、移載ベース５２の下面における係合雄５１ａに対応する位置には、係合雌５２ａが設けられている。係合雌５２ａに対して係合雄５１ａがスライド自在に係合することにより、図５に示すように、第２駆動手段５４にて押し出された移載ベース５２がビット開口２３側へＹ１方向に移動し、また、図７に示すように、第２駆動手段５４にて引き込まれた移載ベース５２がビット開口２３と反対側へＹ２方向に移動する。

【0060】

移載ベース５２には、交換対象のカッタビット３０の位置を特定する、特定手段５９が設けられている。特定手段５９には、カメラやセンサ等が含まれ、カッタスポーク２２の内部における各カッタビット３０の設置位置に設けられている不図示の視準点（ターゲット）を例えばカメラ５９が撮像し、作業ピット４０内にいる作業員Ｐがカメラ５９の映像を確認しながら、カメラ５９が視準点に正対した位置にてビット交換装置５０を停止させる。ここで、カメラ５９が視準点に正対した位置で、ビット交換装置５０が自動的に停止する形態であってもよい。

【0061】

移載ベース５２にはその他、走行ベース５１を移動させるピニオンギア付きモータ５３と、第１ボルト回転手段５５と第２ボルト回転手段５６とが搭載されている。第１ボルト回転手段５５は例えばモータにより形成され、カッタスポーク２２に対して収容ケース３１をボルト固定する際と、カッタスポーク２２から収容ケース３１を取り外す際に固定ボルト３３を回転させる回転手段である。

【0062】

一方、第２ボルト回転手段５６は例えばモータにより形成され、収容ケース３１からカッタビット３０を前方へ押し出す際と、ビット開口２３からカッタビット３０を後方へ引き込む際に、カッタビットの内部にある不図示のボルト孔に対して押し引きボルト３５（図２０参照）を螺合させ、押し引きボルト３５を回転させることにより、カッタビット３０を相対移動させて押し出しと引き抜きを行う回転手段である。

【0063】

移載ベース５２にはその他、図７に示すように、移載ベース５２に搭載されている収容ケース３１をその両側から把持する把持手段５７が設けられている。把持手段５７は、例えばシリンダユニットにより形成される。

【0064】

移載ベース５２にはその他、開閉蓋２５をスライドさせる第３駆動手段５８と、第３駆動手段５８を移動させる第４駆動手段６０が搭載さえている。ここで、第３駆動手段５８は例えばモータにより形成され、第４駆動手段６０はシリンダユニットにより形成される。

【0065】

開閉蓋２５は、開閉減速スパイラルギヤユニット２６により、側方へスライドされるようになっている。

【0066】

開閉蓋２５の側方へのスライドに際しては、シリンダユニット６０によってモータ５８が前方へ移動され、開閉減速スパイラルギヤユニット２６に対してモータ５８が装着された後、モータ５８の駆動軸の右回りもしくは左回りの駆動により、開閉蓋２５が係合枠２４に沿って左右にスライドする。

【0067】

例えば、図５に示すように、ビット開口２３にカッタビット３０が設置されている際は、開閉蓋２５が係合枠２４に完全に嵌まり込むことにより、中央開口２５ａがビット開口２３に位置合わせされる。

【0068】

一方、図８に示すように、カッタビット３０の交換の際に一時的にビット開口２３を閉塞する際は、係合枠２４に対して左側に開閉蓋２５がスライドされていることにより、開閉蓋２５の一部がビット開口２３を完全に閉塞し、ビット開口２３を介して外部から地下水がカッタスポーク２２の内部に浸入することが抑止される。

【0069】

図５に示すように、移載ベース５２が前方へＹ１方向に移動し、カッタビット３０の内部にあるボルト溝に螺合して押し引きボルト３５にモータ５６が装着されて回動することにより、収容ケース３１の内部にカッタビット３０が引き込まれる。その後、モータ５５が固定ボルト３３の端部に装着されて固定ボルト３３を回転させることにより、カッタスポーク２２に対する収容ケース３１の固定ボルト３３による固定が解除される。

【0070】

次いで、図７に示すように、移載ベース５２が後方へＹ２方向に移動されることにより、カッタビット３０が収容された収容ケース３１が回収される。

【0071】

図８に示すように、収容ケース３１とともにカッタビット３０を回収したビット交換装置５０は、ガイドレール２８に沿ってカッタスポーク２２の背面開口２７に対応する位置までＸ３方向に移動し、背面開口２７を介してカッタスポーク２２の内部に連通している作業ピット４０にいる作業員Ｐが手を伸ばして、ビット交換装置５０を作業ピット４０内に回収する。

【0072】

作業ピット４０では、作業員Ｐがビット交換装置５０に搭載されている収容ケース３１から交換対象のカッタビット３０を取り外し、新規のカッタビット３０を収容ケース３１に収容してビット交換装置５０に搭載し、ビット交換装置５０をガイドレール２８に設置し、図８に示すビット開口２３まで移動させる。ビット開口２３に位置決めされたビット交換装置５０を用いて、ビット開口２３を一時的に閉塞している開閉蓋２５をスライドさせてビット開口２３を開放し、新規のカッタビット３０をビット開口２３に設置することにより、新旧のカッタビット３０の交換が行われる。

【0073】

上記するビット交換装置５０の備える各駆動手段の駆動や停止は、作業ピット４０内にいる作業員Ｐの備える不図示の操作ボックス等により操作される。作業ピットＰの内部には、カメラ５９による撮像画像が表示される不図示のモニターが装備されており、作業員Ｐは、モニターでビット交換装置５０の各種動作や位置を確認しながら、一連のシーケンシャルな操作を実行する。

【0074】

ビット交換装置５０を備えたシールド掘進機１００によれば、シールド本体１０の隔壁１１に設けられている作業ピット４０が、カッタスポーク２２まで移動してカッタスポーク２２に圧接される構成を有すること、及び、カッタスポーク２２の内部にあるガイドレール２８に沿ってビット交換装置５０が移動して、カッタビット３０の交換が実行される構成を有することにより、相互に圧接された状態のカッタスポーク２２と作業ピット４０を連通させて作業ピット４０の内部でビット交換装置５０から新旧のカッタビット３０の交換を実行でき、ビット交換装置５０をカッタスポーク２２の所望位置まで移動させてカッタビット３０の設置と取り外しを実行することができる。このことにより、カッタスポーク２２に装着されている全てのカッタビット３０のスムーズな交換を実現できる。

【0075】

また、作業ピット４０の内部にカッタスポーク２２を収容する構成でないことから、作業ピット４０の前方にカッタスポーク２２を収容するための前面ゲート等は不要であり、シールド本体１０の構造が可及的にシンプルになる。

【0076】

＜カッタビットの交換方法＞
次に、図１及び図６と、図９乃至図２２を参照して、カッタビットの交換方法の一例について説明する。ここで、図１及び図６、図９乃至図２２は順に、カッタビットの交換方法を説明する工程図であり、より詳細には、図６，図９乃至図１５は、ビット開口２３から交換対象のカッタビット３０を取り外して回収する一連の工程を説明した図であり、図１６乃至図２２は、新規のカッタビット３０をビット開口２３に設置する一連の工程を説明した図である。また、図１０乃至図１３等は、収容ケース３１の内部を視認できるように、収容ケース３１の上面を取り除いて図示している。

【0077】

実施形態に係るカッタビットの交換方法は、地中を掘進中のシールド掘進機１００を地中にて停止させ、地中にて複数のカッタスポーク２２の備えるカッタビット３０の一部もしくは全部の交換を行う交換方法である。

【0078】

図示例のシールド掘進機１００は、カッタヘッド２０の背面のスプリングラインＳＬ上の左側に作業ピット４０がアクセスして圧接されることから、カッタヘッド２０を回動させて、交換対象のカッタビット３０を備えているカッタスポーク２２をスプリングラインＳＬ上の左側に位置合わせする。このように、交換対象のカッタビット３０を備えたカッタスポーク２２がスプリングラインＳＬ上に位置合わせされることにより、カッタスポーク２２が水平面に位置合わせされることになり、水平面上に延びるガイドレール２８に沿って、ビット交換装置５０が安定した姿勢で移動することが可能になる。

【0079】

スプリングラインＳＬの左側にカッタスポーク２２を位置合わせした後、図１に示すように作業ピット４０を前方のカッタスポーク２２側へＸ１方向に移動させ、カッタスポーク２２の背面に作業ピット４０を圧接する。この圧接に際して、カッタスポーク２２の被圧接箇所と作業ピット４０の圧接箇所にチャンバ１３内の土砂が付着している場合は、図４に示す洗浄機構４５によって洗浄した後に作業ピット４０の圧接を実行する（以上、作業ピット移動設置工程）。

【0080】

次に、カッタビット交換工程のうち、ビット開口２３から交換対象のカッタビット３０を取り外して回収する一連の工程を、図９乃至図１５を参照して説明する。

【0081】

図５に示すように、ガイドレール２８に沿って走行ベース５１をＸ２方向に移動させ、カメラ５９が不図示の視準点を撮像し、カメラ５９の撮像画像をモニターを介して確認している作業員Ｐは、視準点に正対した位置でビット交換装置５０を停止させる。

【0082】

次いで、図９に示すように、シリンダユニット５４を駆動して移載ベース５２を前方へＹ１方向に移動させ、カッタスポーク２２に固定されている収容ケース３１の左右にあるシリンダユニット５７をＹ３方向に駆動させることにより、収容ケース３１を左右のシリンダユニット５７にて把持させる。

【0083】

次いで、図１０に示すように、収容ケース３１内にある押し引きボルト３５に対して、モータ５６を装着する。

【0084】

押し引きボルト３５の一部が、ボルト孔３０ａを介して内部のボルト溝に螺合した状態で押し引きボルト３５が回転すると、収容ケース３１にて回転が阻止されているカッタビット３０は押し引きボルト３５に沿って移動する。一方向に押し引きボルト３５が回転すると、カッタビット３０から押し引きボルト３５が押し出され、他方向に押し引きボルト３５が回転すると、カッタビット３０に押し引きボルト３５が収容され、この収容過程でカッタビット３０が収容ケース３１内に収容されるようになっている。

【0085】

図１１に示すように、モータ５６を駆動することにより、カッタビット３０が後方へＹ４方向に引き戻され、ビット開口２３を通り、開閉蓋２５の中央開口２５ａを通ったカッタビット３０は収容ケース３１の内部に収容される。

【0086】

次いで、図１２に示すように、シリンダユニット６０によってモータ５８を前方へＹ５方向に移動させ、開閉減速スパイラルギヤユニット２６に対してモータ５８を装着する。

【0087】

図１３に示すように、モータ５８を駆動することにより、開閉蓋２５を係合枠２４に沿って左側へＺ１方向にスライドさせることで、カッタビット３０が引き抜かれて開放されたビット開口２３を、開閉蓋２５にて閉塞する。

【0088】

次いで、図１４に示すように、シリンダユニット６０によってモータ５８を後方へＹ６方向に移動させて開閉減速スパイラルギヤユニット２６への装着を解除する。その後、モータ５５を固定ボルト３３の端部に装着し、モータ５５を駆動して固定ボルト３３を回転させることにより、カッタスポーク２２に対する収容ケース３１の固定ボルト３３による固定を解除する。

【0089】

次いで、図１５に示すように、シリンダユニット５４を駆動して移載ベース５２を後方へＹ２方向に移動させることにより、カッタビット３０が収容された収容ケース３１を回収する。ピニオンギア付きモータ５３を駆動して、回収されたカッタビット３０を搭載するビット交換装置５０をガイドレール２８に沿って背面開口２７に対応する位置までＸ３方向に移動させ、作業ピット４０にいる作業員Ｐが背面開口２７を介してビット交換装置５０を作業ピット４０に取り込む。

【0090】

以上が、ビット交換装置５０を用いたカッタビット３０の回収方法となる。次に、図１６乃至図２２を参照して、新規のカッタビット３０をビット開口２３に設置する一連の工程を説明する。

【0091】

作業ピット４０において、作業員Ｐにより収容ケース３１から交換対象のカッタビット３０が回収され、新規のカッタビット３０が収容ケース３１に収容されてビット交換装置５０に搭載され、新規のカッタビット３０を搭載したビット交換装置５０がカッタスポーク２２の内部に戻されてガイドレール２８に設置される。そして、図１６に示すように、ビット交換装置５０をガイドレール２８に沿ってＸ２方向に移動させ、ビット開口２３に正対する位置に位置合わせする。

【0092】

次いで、図１７に示すように、シリンダユニット５４を駆動して移載ベース５２を前方へＹ１方向に移動させ、モータ５５を固定ボルト３３の端部に装着し、モータ５５を駆動して固定ボルト３３を回転させることにより、カッタスポーク２２に対して収容ケース３１を固定ボルト３３を介して固定する。

【0093】

次いで、図１８に示すように、シリンダユニット６０によってモータ５８を前方へＹ５方向に移動させ、開閉減速スパイラルギヤユニット２６に対してモータ５８を装着する。

【0094】

図１９に示すように、モータ５８を駆動させることにより、開閉蓋２５を係合枠２４に沿って右側へＺ２方向にスライドさせ、ビット開口２３に中央開口２５ａを位置合わせすることにより、開閉蓋２５にて閉塞されていたビット開口２３を開放する。

【0095】

次いで、図２０に示すように、収容ケース３１内にある押し引きボルト３５に対して、モータ５６を装着し、モータ５６を駆動することにより、収容ケース３１からカッタビット３０を前方へＹ７方向に押し出し、中央開口２５ａを通り、ビット開口２３を通ったカッタビット３０の一部をカッタスポーク２２の前方へ突出させる。

【0096】

次いで、図２１に示すように、シリンダユニット５７をＹ８方向に駆動して、収容ケース３１に対するシリンダユニット５７による把持を解除し、図２２に示すように、シリンダユニット５４を駆動して移載ベース５２を後方へＹ２方向に移動させることにより、カッタスポーク２２に対する新規のカッタビット３０の設置が完了する。

【0097】

ピニオンギア付きモータ５３を駆動して、ビット交換装置５０をガイドレール２８に沿って背面開口２７に対応する位置までＸ３方向に移動させ、作業ピット４０から作業員Ｐがビット交換装置５０を取り込むことにより、カッタビット交換工程が終了する。

【0098】

一つのカッタスポーク２２において交換対象のカッタビット３０が複数存在する場合は、上記する一連の工程を同様に実行する。

【0099】

そして、交換対象のカッタビット３０を備えた複数のカッタスポーク２２が存在する場合は、一つのカッタスポーク２２におけるカッタビット３０の交換が終了した後、カッタヘッド２０を所定角度回動させ、次に交換されるカッタビット３０を備えているカッタスポーク２２をスプリングラインＳＬ上に位置する作業ピット４０の前面に位置合わせし、同様に作業ピット移動設置工程とカッタビット交換工程を行う。

【0100】

図示するカッタビットの交換方法によれば、作業ピット移動設置工程にて作業ピット４０をカッタスポーク２２まで移動させ、カッタスポーク２２に対して作業ピット４０を圧接させることにより、切羽を含む周辺地山から影響を受けることなく、シールド本体１０の内部においてカッタビット３０の交換準備を行うことができる。

【0101】

作業ピット移動設置工程に続くカッタビット交換工程において、カッタスポーク２２の内部と作業ピット４０を連通し、カッタスポーク２２の内部にあるガイドレール２８に沿って新旧のカッタビット３０が搭載されたビット交換装置５０を移動させ、作業ピット４０の内部においてビット交換装置５０からカッタビット３０の交換を行うことにより、高い施工安全性の下で効率的に、カッタスポーク２２に装着されている全てのカッタビット３０の交換を行うことができる。

【0102】

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【符号の説明】

【0103】

１０：シールド本体
１０Ａ：前胴
１０Ｂ：後胴
１１：隔壁
１２：固定翼
１３：チャンバ
１４：カッタヘッド駆動用油圧モータ
１５：スクリュコンベア
１６：シールドジャッキ
１７：エレクタ装置
１８：中折れジャッキ
２０；カッタヘッド
２１：撹拌翼
２２：カッタスポーク
２３：ビット開口
２４：係合枠
２４ａ：ボルト孔
２５：開閉蓋
２５ａ：中央開口
２６：開閉減速スパイラルギヤユニット
２７：背面開口
２８：ガイドレール（ラック）
２９：補助レール
３０，３０Ａ，３０Ｂ：カッタビット
３０ａ：ボルト孔
３１：収容ケース
３３：固定ボルト
３５：押し引きボルト
４０：作業ピット
４１：ピット本体
４２：前方ハッチ
４３：後方出入り口
４４：移動機構（伸縮ジャッキ）
４５：洗浄機構
５０：ビット交換装置
５１：走行ベース
５１ａ：係合雄
５１ｂ：係合脚
５２：移載ベース
５２ａ：係合雌
５３：ピニオンギア付きモータ（第１駆動手段）
５４：シリンダユニット（第２駆動手段）
５５：モータ（第１ボルト回転手段）
５６：モータ（第２ボルト回転手段）
５７：シリンダユニット（把持手段）
５８：モータ（第３駆動手段）
５９：カメラ（特定手段）
６０：シリンダユニット（第４駆動手段）
１００：シールド掘進機
Ｓ：セグメント
Ｐ：作業員

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】