专利名称：盾构掘进机的刀头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构掘进机的刀头，更详细地说是涉及能够容易且安全地从刀头辐板内更换圆盘刀的刀头。
近年，作为适应岩盘或硬质地基以及砂土等的盾构掘进机，采用在掘进机主体的前面配备有旋转式的刀头，在该刀头的刀头辐板或者刀头面板上配置多个圆盘刀和多个刀片的形式的盾构掘进机。在这种掘进机上，利用各圆盘刀特别进行岩盘部分、碎石块部分的挖掘，利用各刀片特别进行砂土部分的挖掘。并且，各圆盘刀设置在比各刀片更靠前方(挖掘面一侧)的位置。这样，能够通过这些圆盘刀确实可靠地对岩盘部分、碎石块部分进行挖掘。
但是，在挖掘岩盘层、碎石块层并且挖掘距离长等情况下，有时设置在刀头上的圆盘刀会磨损和损耗，就会有更换该圆盘刀的必要。
以前，在更换圆盘刀时，采用向前方的地基中注入地基改良剂，并且对前方的地基施以冻结处理等进行地基改良、形成水、砂土等不流入室内的状态后，操作者进入室内更换圆盘刀这样的方法。但是，根据这种方法，由于进行地基改良后更换圆盘刀，所以成本很高，而且由于到地基改良完成为止要花相当长的时间，所以有更换操作的时间很长这样的问题。并且，由于前方的地基被改良，而操作者必须进入室内更换处于更加靠近地基附近的位置的圆盘刀，所以有担心安全这样的问题。
作为解决这样的问题的领先技术，所知的有例如公开在特开2000-96987号公报以及特开2000-96986号公报上的技术。在两公报中，都公开了不需要进行地基的地基改良，能够阻止水、砂土等从挖掘面向刀头辐板内流入，从刀头辐板内安全地更换圆盘刀的刀头。
其中，在上述特开2000-96987号公报中公开的刀头上，通过转动支持机构在刀头辐板上设置可旋转地支撑圆盘刀的圆盘刀支撑构件，当将该圆盘刀支撑构件转动操作到规定位置时，则挖掘面和刀头辐板内部就被该圆盘刀支撑构件遮蔽，操作者就能够从刀头辐板内部安全地更换圆盘刀。
另一方面，在上述特开2000-96986号公报中公开的刀头上，把可旋转地支撑圆盘刀的圆盘刀支撑构件，可滑动地内嵌在固定在刀头辐板前面板上的筒状构件中，并且在该筒状构件上设置有用于开关该筒状构件的滑动门，在使上述圆盘刀支撑构件降低到规定位置后，如果用上述滑动门关闭筒状构件，则挖掘面和刀头辐板内部就被该滑动门遮蔽，操作者就能够从刀头辐板内部安全地更换圆盘刀。
但是，在上述特开2000-96987号公报中公开的刀头中，由于所述转动支撑机构将形成为部分球面形状(凸状)或者部分圆筒面形状的圆盘刀支撑构件的两侧部分，通过具有与该两侧部分结合的旋转座的旋转座形成构件可转动地支撑，该旋转座形成构件固定在刀头辐板的一对侧板上，所以，该转动支撑机构与圆盘刀的直径相比较，成为相当大型的装置。因此，有圆盘刀的配置受到限制，特别是在刀头的角部配置圆盘刀变得比较困难这样的问题。而且，由于圆盘刀支撑构件也大型化，所以有更换圆盘刀时装卸等很麻烦的问题。
另一方面，在上述特开2000-96986号公报中公开的刀头中，由于在刀头辐板内部需要有用于开关滑动门的滑动空间，所以其构造上所占的空间很大，有与上述的现有技术同样的具有圆盘刀的配置受到限制的问题。
本发明即为解决这样问题，其目的在于提供一种盾构掘进机，能够用紧凑的构造实现圆盘刀在挖掘位置和止水位置上的更换，即使不进行地基改良，也能够从刀头辐板内部安全且容易的进行圆盘刀的更换，能够降低成本和缩短工期。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的盾构掘进机的刀头，是在具有刀头辐板，和配置在该刀头辐板的前面的圆盘刀的盾构掘进机的刀头上，其特征在于，具有固定在所述刀头辐板上、防止水、砂土等流入该刀头辐板内部的圆盘刀安装箱，和通过支撑轴支撑在该圆盘刀安装箱上、可转动地支撑所述圆盘刀的圆盘刀罩；开关自如地构成所述圆盘刀安装箱的底部，并且能够通过对所述圆盘刀罩的支撑轴的转动操作，将所述圆盘刀在面向挖掘面进行挖掘的挖掘位置、和用所述圆盘刀罩遮蔽挖掘面与所述刀头辐板内部的挡水位置之间转换，当转换到所述挡水位置时，能够从所述刀头辐板内部更换所述圆盘刀。
根据本发明，即使通过对所述支撑轴的转动操作将圆盘刀从所述挖掘位置转换到所述挡水位置，也可利用所述圆盘刀安装箱防止水、砂土等向刀头辐板内部流入。而且，由于当圆盘刀处于所述挡水位置时挖掘面和刀头辐板内部被所述圆盘刀罩遮蔽，所以即使将所述圆盘刀安装箱的底部开口，也能够通过该圆盘刀罩防止水、砂土等向刀头辐板内部流入。所以，在通过对所述支撑轴的转动操作使圆盘刀处于挡水位置后，通过将所述圆盘刀安装箱的底部开口，就能够不受水、砂土等困绕而更换圆盘刀。因此即使不进行地基改良，也能够从刀头辐板内部安全且容易地进行圆盘刀的更换，能够降低成本和缩短工期。
而且，根据本发明，由于是所述圆盘刀罩为轴支在所述圆盘刀安装箱上的构造，所以能够以较小的转动半径进行所述挖掘位置和所述挡水位置的转换。因此能够实现圆盘刀更换机构的小型化，取得使圆盘刀的配置和圆盘刀更换时的操作容易的效果。
在本发明中，最好使所述圆盘刀的转动中心相对于其圆盘刀罩的转动中心向挖掘面一侧偏心地设置，以便在所述挖掘位置时，使所述圆盘刀向挖掘面一侧突出到与所述圆盘刀罩的转动轨迹的最外周一致的位置或者超过其最外周的位置。这样，所述圆盘刀罩就不会与挖掘面干涉而进行转动，就能够顺利地进行从所述挖掘位置向所述挡水位置的转换。因此可得到不使盾构掘进机后退就能更换所述圆盘刀的效果。
另外，最好在所述圆盘刀安装箱的内表面和所述圆盘刀罩的外表面之间设有第1密封部件，在所述圆盘刀罩的支撑轴和支撑该支撑轴的所述圆盘刀安装箱的轴孔之间设有第2密封部件。这样，即使在圆盘刀罩转动过程中也能够确实可靠地防止水、砂土等从挖掘面一侧侵入。
并且，最好在所述圆盘刀罩的支撑轴的端部设置转动操作该圆盘刀罩的操作部。这样，在更换圆盘刀时，能够将扳手等工具卡住操作部、容易地转动圆盘刀。
图2为用于说明圆盘刀的转动支撑构造的主要部分剖面图。
图3(a)为图2中的X-X向的主要部分剖面图，图3(b)为图2中的Y-Y向的主要部分剖面图。
图4为说明圆盘刀的更换次序的图。
图1中表示了本发明的一实施例的盾构掘进机的概略构成图，分别表示了主视图(a)，主要部分纵剖面图(b)以及(b)中的A-A向的主要部分剖面扩大图(c)。而且图2中表示了用于说明圆盘刀的转动支撑构造的主要部分剖面图。而且图3中分别表示了图2中的X-X向的主要部分剖面图(a)以及图2中的Y-Y向的主要部分断面图(b)。而且图4中表示了圆盘刀的更换次序的说明图。
本实施例的盾构掘进机1，如图1(b)所示，具有通过轴承4可旋转地设置在盾构主体2的前部的刀头3，和用于旋转驱动该刀头3的刀头驱动装置5。在上述刀头3和盾构主体2的隔板6之间形成有间隔室7，在盾构主体2内，分别配备有用于产生挖掘推力的盾构千斤顶(省略图示)，和用于在挖掘的隧道的内面上安装弓形块的弓形块安装器装置(省略图示)，和用于将挖掘的砂土等向后方排出的排土装置(省略图示)等。
上述刀头3，如图1(a)所示，由将以放射状从中心部延伸的多根刀头辐板11固定在筒状构件12上构成的刀头框架10，和配置在该刀头框架10前面的多个圆盘刀13以及刀片14等构成。在上述刀头辐板11的内部，如图1(c)所示，由正面板11a、后面板11b、右侧面板11c以及左侧面板11d间隔形成有通道11A。该通道11A具有操作者P能够进行后面所述的圆盘刀13的更换操作程度的空间。而且，上述各圆盘刀13，为能够与挖掘面同样地进行挖掘而设定了各自的径向位置，向着随刀头3的旋转而转动的方向，以规定量从刀头辐板11的正面板11a向前方突出设置。另一方面，上述各刀片14，从各圆盘刀13突出到以规定量后退的位置，并分别固定在各刀头辐板11的两侧部、即右侧面板11c以及左侧面板11d上。这样，利用各圆盘刀13特别进行岩盘部分的挖掘，利用各刀片14特别进行砂土部分的挖掘，同时在岩盘部分能够确实可靠地利用各圆盘刀13进行挖掘。
本实施例的刀头3，能够从刀头辐板11内部安全且容易地更换圆盘刀13。下面详细说明其构造。
本实施例的刀头3，如图2所示，配置有与各圆盘刀13相对应、固定在刀头辐板11的前面板11a的背面一侧并防止水、砂土等流入刀头辐板11内部的圆盘刀安装箱21，和轴支在圆盘刀安装箱21上、可转动地支撑各圆盘刀13的圆盘刀罩22；通过将该圆盘刀罩22的支撑轴22a转动操作180度，使圆盘刀13在面向挖掘面进行挖掘的挖掘位置(参照图4(a))、和用所述圆盘刀罩22遮蔽挖掘面与刀头辐板11内部的挡水位置(参照图4(c))之间转换。
上述圆盘刀安装箱21的底部，平板状的底部罩21a通过螺栓31紧固连接在侧板21b、21b上，构成通过螺栓31的装卸而开关自如的构造。而且，在圆盘刀安装箱21的一对侧板21b、21b上，形成有分别与圆盘刀罩22的各支撑轴22a、22a结合的轴孔21c、21c。
上述圆盘刀罩22，通过部分圆筒板22c与具有支撑轴22a的一对近似扇形形状的侧板22b、22b的外周部连接，构成在一对近似扇形形状的侧板22b、22b和部分圆筒板22c之间形成的空间中能够收容圆盘刀13的一半以上的构造。而且，该圆盘刀罩22在通过支撑轴22a的转动操作设置在挖掘面一侧时，堵住圆盘刀安装箱21的挖掘面开口部。因此，在通过支撑轴22a的转动操作处于挡水位置时，圆盘刀安装箱21被圆盘刀罩22堵住，遮蔽挖掘面和刀头辐板11内部。
该圆盘刀罩22，如图3(a)所示，为处于挖掘位置时使圆盘刀13以规定量从刀头辐板11的前面板11a突出，而使圆盘刀13的轴部13a嵌入在上述各侧板22b、22b的内侧上形成的凹部22e中。这里，圆盘刀13的轴部(转动中心)13a，相对于圆盘刀罩22的支撑轴(转动中心)22a向挖掘面一侧偏心设置。而且，通过将作为与上述凹部22e结合的盖构件的挡板25用螺栓32连接在圆盘刀罩22上，而把圆盘刀13的轴部13a固定在圆盘刀罩22上，能够通过该挡板25的装卸进行圆盘刀13的装卸。这样，当利用支撑轴22a的转动操作从挖掘位置转换到挡水位置时，挡板25就配置在刀头辐板11的内侧，能够从刀头辐板11的内部进行圆盘刀13的装卸。
在圆盘刀罩22的各支撑轴22a的端部，如图2以及图3(b)所示，形成有用于转动操作圆盘刀罩22的操作部22d。该操作部22d被设置为突出在圆盘刀安装箱21的外侧面，其断面为六角形状。并且，从小型化的观点出发，也可以使各支撑轴22a不突出于圆盘刀安装箱21的外侧面，而使其与外侧面为同一个面，在各支撑轴22a的端部形成作为操作部的六角形孔。这样，从刀头辐板11内部通过手动或者驱动机构转动操作部22d即可转动操作圆盘刀罩22，从而能够从刀头辐板11内部容易地进行挖掘位置和档水位置的转换。
在上述圆盘刀安装箱21的内侧和上述圆盘刀罩22的外侧之间，如图2以及图3所示，在将两者密封的适当的位置设置着1列密封部件(第1密封部件)26，密闭着圆盘刀安装箱21和圆盘刀罩22之间的间隙。另外，在圆盘刀安装箱21的各轴孔21c和圆盘刀罩22的各支撑轴22a之间，也设置着密封部件(第2密封部件)27，密闭着轴孔21c和支撑轴22a之间的间隙。
在本实施例中，在处于挖掘位置时，为了保持该挖掘位置，如图3(b)所示，圆盘刀安装箱21和圆盘刀罩22通过螺栓33连接。如果从该连接状态将这些螺栓33拆下，则圆盘刀罩22就成为自由状态，通过对支撑轴22a的转动操作，在挖掘位置和挡水位置之间转换。
下面说明具有上述结构的盾构掘进机1的动作以及圆盘刀13的更换次序。
在进行挖掘作业时，圆盘刀13位于配置在挖掘面一侧的挖掘位置，通过螺栓33紧固连接圆盘刀安装箱21和圆盘刀罩22，以保持其挖掘位置。
在进行挖掘隧道的正常挖掘时，通过刀头驱动装置5的驱动使刀头3旋转，用多个圆盘刀13以及刀片14挖掘挖掘面的同时，通过将未图示的盾构千斤顶推靠(获得反作用力)未图示的弓形块并使其伸长来推进机体。挖掘出的砂土等被送入间隔室7内，通过未图示的排土装置向后方一侧排出。在进行完盾构千斤顶的1个行程部分的挖掘后，搬入被分割的1圈弓形块，利用未图示的弓形块安装器装置组装，再度开始进行挖掘。通过反复这样的动作，来构筑隧道。
另一方面，由于圆盘刀13的磨损或损耗等原因而进行更换操作时，暂时停止刀头3的旋转。然后，操作者P通过从掘进机主体2内进入刀头辐板11内的进入装置(省略图示)进入刀头辐板11的通道11A内。随后，拆下连接固定圆盘刀安装箱21和圆盘刀罩22的螺栓33，使圆盘刀罩22成为自由状态。然后，如图4(a)所示，将扳手35等卡在操作部22d上、使圆盘刀13从挖掘位置转动。如图4(b)所示，在从挖掘位置到档水位置的中途的状态下，虽然水、砂土等要从挖掘面流入刀头辐板11内，但是这些水、砂土等被圆盘刀安装箱21挡住，从而阻止水、砂土等向刀头辐板11内流入。并且使操作部22d转动、使之成为从挖掘位置转动180度的挡水位置(参照图4(c))，用圆盘刀罩22遮蔽挖掘面和刀头辐板11内部，防止水、砂土等从挖掘面向刀头辐板11内流入。然后，拆下螺栓31，如图4(c)～(e)所示，拆下圆盘刀安装箱21的底部罩21a，随后拆下挡板25，然后拆下圆盘刀13进行更换。并且，在进行完该更换后，按照与上述的次序相反的次序使圆盘刀13转动到挖掘位置。
根据本实施例，由于能够不受水、砂土等困绕地容易且安全地从刀头辐板11内部进行圆盘刀13的更换，所以不需要进行地基改良等工程，能够缩短工期和降低成本。而且，由于能够以紧凑的构造进行挖掘位置和挡水位置的转换，所以可以得到圆盘刀13更换时容易操作、圆盘刀13的配置也容易进行的效果。
权利要求
1.一种盾构掘进机的刀头，具有刀头辐板和配置在该刀头辐板前面的圆盘刀；其特征在于具有固定在所述刀头辐板上的、防止水、砂土等流入该刀头辐板内部的圆盘刀安装箱，和通过支撑轴支撑在该圆盘刀安装箱上并可转动地支撑所述圆盘刀的圆盘刀罩；开关自如地构成所述圆盘刀安装箱的底部，并且能够通过对所述圆盘刀罩的支撑轴的转动操作，将所述圆盘刀在面向挖掘面进行挖掘的挖掘位置和用所述圆盘刀罩遮蔽挖掘面与所述刀头辐板内部的挡水位置之间转换；在转换到所述挡水位置时，能够从所述刀头辐板内部更换所述圆盘刀。
2.根据权利要求1所述的盾构掘进机的刀头，其特征在于使所述圆盘刀的转动中心相对于其圆盘刀罩的转动中心向挖掘面一侧偏心地设置，以便在所述挖掘位置时，使所述圆盘刀向挖掘面一侧突出到与所述圆盘刀罩的转动轨迹的最外周一致的位置或者超过其最外周的位置。
3.根据权利要求1所述的盾构掘进机的刀头，其特征在于在所述圆盘刀安装箱的内表面与所述圆盘刀罩的外表面之间设置有第1密封部件，在所述圆盘刀罩的支撑轴与支撑该支撑轴的所述圆盘刀安装箱的轴孔之间设置有第2密封部件。
4.根据权利要求1所述的盾构掘进机的刀头，其特征在于在所述圆盘刀罩的支撑轴的端部设置有转动操作该圆盘刀罩的操作部。
全文摘要
一种盾构掘进机的刀头,以能够用紧凑的构造实现圆盘刀的挖掘位置和挡水位置的转换、即使不进行地基改良也能够从刀头辐板内部安全且容易地进行圆盘刀的更换为目的,配置有圆盘刀安装箱,和轴支在该圆盘刀安装箱上并可转动地支撑圆盘刀的圆盘刀罩。通过螺栓的装卸而构成开关自如的圆盘刀安装箱的底部,并且通过对支撑轴的转动操作,可以在进行挖掘的挖掘位置与利用圆盘刀罩挡水的挡水位置之间转换,当转换到挡水位置时,能够从刀头辐板内部更换圆盘刀。
文档编号E21D9/087GK1375620SQ02107428
公开日2002年10月23日 申请日期2002年3月15日 优先权日2001年3月16日
发明者南好人, 村西正纪 申请人:株式会社小松制作所