JP6911554B2

JP6911554B2 - 摩耗検知装置

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Publication number: JP6911554B2
Application number: JP2017116709A
Authority: JP
Inventors: 宏治野口; 正剛岩下; 也寸男西脇; 靖喬平本; 井上　陽介; 陽介井上
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: JP2019002178A

Description

本発明は、トンネル掘削機のカッターヘッドに備えられているディスクカッターの摩耗検知装置に関する。

従来より、トンネルを構築する際に用いるシールド掘進機等のトンネル掘削機は、カッターヘッドに備えたローラカッターやディスクカッターにて、地山を削りながら掘進する。しかし、これらのカッターは、掘削が進むにつれて摩耗等の不具合を生じることから、適切な保守管理を行う必要がある。

そこで、例えば、特許文献１では、保守管理項目の一つであるローラビットの摩耗状況を監視する摩耗検出装置が開示されている。摩耗検出装置は、強磁性体からなるセンシン
グコイルと、センシングコイルに発生する誘導起電力を計測して計測データを算出する計測制御手段と、計測データからローラビットの摩耗量と摩耗形状を解析する解析処理手段とを備えている。

そして、センシングコイルをローラビットの刃先と近接した位置に取り付けるべく、ハウジングにセンシングコイルを収納した状態で、カッターヘッドに設けられているローラビット装着孔の、内壁に開設した開口に取り付け、この開口を耐摩耗性ゴム板および強化樹脂板で閉塞し、ハウジング内へのズリと水分の侵入を防止している。

特開平１０−３１１７１７号公報

上述する特許文献１の摩耗検出装置は、作業員がローラビットを直接視認することなく、その摩耗量や摩耗形状を確認できる。このため、例えば、泥水式ＴＢＭや土圧式ＴＢＭのような、切羽を安定させるべくチャンバー内を泥土や泥水で満たして圧力を保持させ、切羽側を密閉するトンネル掘削機に採用すると、ローラビットの摩耗状況を確認するためにチャンバー内の泥水や泥土を排出するといった手間を省略でき、作業効率を向上することができる。

しかし、カッターヘッド近傍は高温多湿な環境にあることが知られており、耐摩耗性ゴム板および強化樹脂板ハウジングにて閉塞されたハウジング内は、センシングコイルにとって過酷な環境となりやすく、測定精度に影響を及ぼすような故障が生じやすい。

また、これらのトンネル掘削機を大深度で使用する場合や、地下水の低下及びこれに伴う地盤沈下等の周辺環境への影響を考慮しつつトンネル施工を実施する場合、チャンバー内を１．０Ｍｐａを超えるような高圧環境に保持する。すると、カッターヘッド近傍はさらに高温になるだけでなく、チャンバー内に充填されている泥水等がハウジング内に流入する恐れが生じる。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、過酷な条件下にあってもディスクカッターの摩耗量を検知するセンサーを保護し、高精度な計測値を得ることが可能な、トンネル掘削機のカッターヘッドに備えられているディスクカッターの摩耗検知装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の摩耗検知装置は、トンネル掘削機に搭載され、該トンネル掘削機の前面に備えたカッターヘッドに装着されるディスクカッターの摩耗状態を検知する摩耗検知装置であって、前記ディスクカッターの摩耗量を検知する摩耗量検知センサーと、前記カッターヘッドにおける、前記ディスクカッターの外周縁近傍に形成される摩耗量検知センサー用凹部を閉塞し、表面側が前記ディスクカッターと対向する蓋部材と、を備え、前記蓋部材の裏面側に、前記摩耗量検知センサーを収納する摩耗量検知センサー収納空間が設けられ、該摩耗量検知センサー収納空間に冷却空気を供給して換気し、温度及び湿度を調整する換気設備が備えられ、前記冷却空気は、前記カッターヘッドを冷却する冷却水を利用して製造されたものであることを特徴とする。

本発明の摩耗検知装置によれば、摩耗量検知センサー収納空間を換気する換気設備が備えられることから、摩耗量検知センサー収納空間の温度や湿度を、換気により適宜調整して摩耗量検知センサーを好適な環境下に収納することができる。これにより、トンネル掘削機のカッターヘッド周辺が高温多湿等の過酷な条件下にあっても、摩耗量検知センサーにて高精度な計測値を得ることが可能となる。

本発明の摩耗検知装置は、前記蓋部材に、表面側が前記ディスクカッターと対向する平面板と、該平面板の裏面より垂下する筒状体よりなる補強脚部と、該補強脚部の下端開口を閉塞する台座とを備え、前記摩耗量検知センサー収納空間が、前記補強脚部の内空部に設けられることを特徴とする。また、前記換気設備が、前記摩耗量検知センサー収納空間に冷却空気を供給する給気管と、前記摩耗量検知センサーの空気を排気する排気管と、を備え、前記給気管及び前記排気管は、前記蓋部材に備えた前記補強脚部を貫通し、前記カッターヘッドのチャンバーと対向する背面を這うように設置されていることを特徴とする。

本発明の摩耗検知装置によれば、蓋部材を平面板と補強脚部と台座とにより構成することにより、補強脚部と台座にて平面板を補剛している。これにより、蓋部材を構成する平面板の表面側に対して、カッターヘッドの後部に位置するチャンバーを充填する泥水から泥水圧が作用しても、平面板に摩耗量検知センサー収納空間側を凸とするような曲げ変形が生じることを抑制できるため、摩耗量検知センサーを損傷させることなく保護することが可能となる。

本発明の摩耗検知装置は、前記摩耗量検知センサー用凹部が、前記カッターヘッドにおける前記トンネル掘削機の軸線を中心とする略同一円周上に位置する複数のディスクカッター各々の外周縁近傍に形成され、該摩耗量検知センサー用凹部各々に、前記摩耗量検知センサーと前記蓋部材が備えられることを特徴とする。

本発明のディスクカッターの摩耗検知装置によれば、トンネル掘削機の軸線を中心とする略同一円周上に位置する複数のディスクカッター各々の、摩耗量を計測することができる。これにより、掘進距離が等しい条件におかれている複数のディスクカッター各々について、計測結果に基づいて摩耗状況を監視しながら比較することができるため、摩耗検知装置に備えた複数の摩耗量検知センサー各々の、健全性を評価することが可能となる。

本発明の摩耗検知装置は、前記摩耗量検知センサーにて摩耗量が検知されるディスクカッターの、回転を検知する回転検知センサーを備え、該回転検知センサーが、回転検知センサー格納体の中空部に配置されるとともに、充填材にて埋設されることを特徴とする。

本発明のディスクカッターの摩耗検知装置によれば、摩耗検知装置に回転検知センサーを備えることにより、摩耗量検知センサーにて摩耗量を検知したディスクカッターが、正常に回転しつつ摩耗しているのか、もしくは回転せずにディスクカッターの一部分が摩耗しているのか等、ディスクカッターの摩耗形状を推定することが可能となる。

また、回転検知センサーが、充填材を充填した回転検知センサー格納体の中空部に配置されることから、高温多湿な環境にあるカッターヘッドの周辺領域に設置されても、回転検知センサーに結露を生じさせることがない。加えて、チャンバーを充填する泥水より泥水圧が作用しても、格納体および充填材により保護されるため、測定値に影響を与えるような損傷や不具合を抑制することが可能となる。

本発明によれば、カッターヘッドに設けられた摩耗量検知センサー用凹部を蓋部材で閉塞し、蓋部材の裏面側に設けた摩耗量検知センサー収納空間を換気する換気設備を備えることから、摩耗量検知センサーを過酷な環境から保護して高精度の計測値を得ることができ、ディスクカッターの適切な保守管理を実施することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるトンネル掘削機の側面から見た摩耗検知装置の模式図である。本発明の実施の形態におけるカッターヘッドの前面からみたディスクカッター周辺の構造を示す図である。本発明の実施の形態における蓋部材の平面図である。本発明の実施の形態における蓋部材の側面図である。本発明の実施の形態におけるカッターヘッドの背面を示す図である。本発明の実施の形態におけるカッターヘッド近傍の側面を示す図である。本発明の実施の形態におけるロータリージョイントを示す図である。本発明の実施の形態における回転検知センサーを示す図である。

本発明は、トンネル掘削機のカッターヘッドに装着されているディスクカッターの摩耗状態を検知する摩耗検知装置に、摩耗量検知センサー収納空間を換気する換気設備を設けて温度および湿度を調整することにより、摩耗量検知センサーを高温多湿といった過酷な環境から保護するものである。

なお、本実施の形態では、トンネル掘削機として泥水式シールド機を事例に挙げ、ディスクカッターの摩耗検知装置を図１〜図８を参照しつつ詳述するが、トンネル掘削機は、必ずしも泥水式シールド機に限定されるものではない。回転式のディスクカッターやローラカッターが装着されたカッターヘッドを備えるトンネル掘削機であれば、泥土圧式シールド機やＴＢＭ等、いずれに適用するものであってもよい。

泥水式シールド掘削機２０１は、図１および図２で示すように、前面が切羽Ｆと対向するカッターヘッド２０２と、カッターヘッド２０２の後方に配置される外殻２０３を備えるとともに、カッターヘッド２０２に設けられた複数のディスクカッター装着用開口２０２１に、ディスクカッター２０４がディスクホルダー２０５を介して装着されている。

また、カッターヘッド２０２の背面近傍には、泥水Ｍを充填するチャンバー２０６を設けるための隔壁２０７が配置されており、チャンバー２０６に充填した泥水Ｍによる泥水圧にて切羽Ｆを安定させながら、カッターヘッド２０２をトンネル軸線直交方向に回転させつつ、ディスクカッター２０４をトンネル軸線方向に回転させて、地山を削り掘進していく。

このような構成の泥水式シールド掘削機２０１には、ディスクカッター２０４の摩耗状況を監視する摩耗検知装置１が装備されている。摩耗検知装置１は、ディスクカッター２０４の摩耗量を検出する摩耗量検知センサー２、摩耗量用変位アンプ４、表示制御盤５、および摩耗量検知センサー２を保護する蓋部材３を備えている。

摩耗量検知センサー２は、摩耗量検知センサー２自身と検知対象であるディスクカッター２０４の外周縁（地山を削る部分）との距離の変化を検知可能なセンサーであり、本実施の形態では、非接触型の変位センサーのうちの１つである渦電流式変位センサーを採用している。渦電流変位センサーは、先端にセンシングコイルを備え、このセンシングコイルに交流の電流を流して、交流磁場を発生させる。

すると、発生した交流磁場がディスクカッター２０４に作用することで渦電流が発生するが、センシングコイルは、交流磁場を一定に保つよう設計されている。このため、センシングコイルとディスクカッター２０４の外周縁との距離が変化すると、磁場を維持するために必要な電流の量が変化する。そこで、渦電流変位センサーは、この電流の変化を、電気的信号に置き換えて検出するものである。

このような渦電流変位センサーよりなる摩耗量検知センサー２にて検知された電気的信号は、摩耗量用変位アンプ４にて距離に対応した電圧に変換されて表示制御盤５に出力される。表示制御盤５は、摩耗量用変位アンプ４から出力された電圧に基づいて、ディスクカッター２０４の摩耗量を解析し表示する。

これにより、作業員は、トンネル掘削機１にて地山を掘進する期間中、表示制御盤５にてディスクカッター２０４の摩耗量を常時監視することができる。そして、摩耗量用変位アンプ４と表示制御盤５は、外殻２０３内もしくはその坑口側後方に配置されるから、ディスクカッター２０４の摩耗量を監視するにあたり、チャンバー２６を充填する泥水Ｍを排出する手間も生じない。

一方で、摩耗量検知センサー２は、ディスクカッター２０４の外周縁近傍に配置するべく、図２で示すように、蓋部材３に形成される摩耗量検知センサー収納空間６に収納された状態で、カッターヘッド２０２のディスクカッター装着用開口２０２１に形成された摩耗量検知センサー用凹部２０８に配置されている。

摩耗量検知センサー用凹部２０８は、ディスクカッター装着用開口２０２１の内縁における、ディスクカッター２０４の回転軸に平行な面であって、ディスクカッター２０４の外周縁近傍に形成されている。その形状は、図３の平面図及び図４の側面図で示すように、平面視四角形状に形成されるとともに、側周面はその上部が切欠かれることにより段差部２０８１が備えられている。

蓋部材３は、図４で示すように、平面板３１と、平面板３１の裏面側より垂下する補強脚部３２と、補強脚部３２の下端開口を閉塞する台座３３とを備えている。平面板３１は、表面側がディスクカッター２０４と対向する平板よりなり、その平面視形状は、段差部２０８１に載置可能な大きさの四角形上に形成されている。そして、平面板３１の周縁部を段差部２０８１に載置させることで、蓋部材３が摩耗量検知センサー用凹部２０８を閉塞するように設置されている。

補強脚部３２は、平面板３１の裏面側から垂下するよう一体に成形された、摩耗量検知センサー用凹部２０８に挿入可能な大きさを有する角筒体よりなり、その内空断面は、摩耗量検知センサー２の平面視形状より大きい。そして、台座３３は、補強脚部３２の内空断面を塞ぐことできる大きさの平面視形状を有する平板よりなる。

上述する構成の蓋部材３は、裏面側に成形された補強脚部３２の内空部が摩耗量検知センサー収納空間６となっている。したがって、台座３３に摩耗量検知センサー２を載置した状態で、台座３３を補強脚部３２の下端にボルト等の締結手段３４を介して締結すると、摩耗量検知センサー２は摩耗量検知センサー収納空間６に収納される。

そして、摩耗量検知センサー２を収納した状態の摩耗量検知センサー収納空間６を摩耗量検知センサー用凹部２０８の内方に配置させるようにして、平面板３１を段差部２０８１に載置し、平面板３１と段差部２０８１とをボルト等の締結手段３５を介して締結すると、蓋部材３は摩耗量検知センサー用凹部２０８に対して着脱自在に設置される。これにより、摩耗量検知センサー２は蓋部材３とともに、摩耗量検知センサー用凹部２０８に対して着脱自在に設置され、交換作業を容易に行うことが可能な態様となっている。

本実施の形態では、図５で示すように、カッターヘッド２０２におけるトンネル掘削機１の軸線を中心とするほぼ同一円周上に位置する、黒丸Ｃで囲った４つのディスクカッター２０４各々の外周縁近傍に、図４で示すような摩耗量検知センサー用凹部２０８を形成するとともに、摩耗量検知センサー２と蓋部材３を設置している。

こうすると、掘進距離がほぼ等しい条件におかれている４つのディスクカッター２０４の摩耗量を計測することができる。これにより、４つのディスクカッター２０４各々について、計測結果に基づいて摩耗状況を監視しながら比較することができるため、４つの摩耗量検知センサー２各々の、健全性を評価することが可能となる。

ところで、カッターヘッド２０２の周辺領域は高温多湿であることに加えて、泥水Ｍを充填したチャンバー２０６を高圧環境に保持すると、さらに高温に晒されることが知られている。このように、高温多湿といった過酷な環境は、カッターヘッド２０２に設置される摩耗量検知センサー２にとって好ましい環境とはいえない。そこで、摩耗検知装置１に換気設備１０を設け、摩耗量検知センサー２を収納した摩耗量検知センサー収納空間６を換気することで温度及び湿度を調整している。

換気設備１０は、図３で示すように、摩耗量検知センサー収納空間６に冷却空気を供給する給気管１０１と、摩耗量検知センサー収納空間６の空気を排気する排気管１０２とを備えている。給気管１０１および排気管１０２はいずれも、摩耗量検知センサー用凹部２０８の側周面及び蓋部材３の補強脚部３２を貫通するように配置されるとともに、図５で示すようなカッターヘッド２０２のチャンバー２０６と対向する背面を這うように設置されている保護配管９に収納されている。

保護配管９は、給気管１０１および排気管１０２を、摩耗量検知センサー収納空間６を備えたディスクカッター装着用開口２０２１から、カッターヘッド２０２の中心部付近に設けられた配管集約部９１へガイドする管材であり、配管集約部９１には、図６で示すように、給気本管３０５および排気本管３０６が内装されている。

給気本管３０５および排気本管３０６は、保護配管９にてガイドされた複数の給気管１０１および排気管１０２を、それぞれ１本ずつに集約し、ローターリージョイント３０１に接続させるものであり、本実施の形態では、４つの保護配管９各々にてガイドされた４本の給気管１０１および４本の排気管１０２が、給気本管３０５および排気本管３０６に接続されて１本ずつに集約されている。

ロータリージョイント３０１は、図７で示すように、給気本管３０５を冷却空気を供給するエアコンプレッサ（図示せず）に連結し、排気本管３０６を排気設備（図示せず）に連結するコネクターであり、カッターヘッド２０２と同期して回転する回転軸３０２と、回転軸３０２を内包する回転筒３０３とを備えている。

回転軸３０２にはその周面上に、周方向溝３０２１が複数設けられるとともに、周方向溝３０２１各々と連通する軸方向管３０２２が、回転軸３０２の内部をカッターヘッド２０２側に向けてトンネル軸線方向に延在するようにして設けられている。この軸方向管３０２２に、給気本管３０５および排気本管３０６の基端が、それぞれ連結される。

一方、回転筒３０３には、内周面から外周面に向けて放射状に延材する複数の径方向管３０３１が、回転軸３０２に設けた周方向溝３０２１に対応するよう配置されている。そして、これら複数の径方向管３０３１のうちの１本が、冷却空気を供給するエアコンプレッサに連結され、また、他の１本が排気設備に連結される。

したがって、摩耗量検知センサー収納空間６に冷却空気を供給する場合には、エアコンプレッサを作動させると、冷却空気が径方向管３０３１に供給された後、周方向溝３０２１および軸方向管３０２２を経由して給気本管３０５に供給される。すると、冷却空気は、給気本管３０５から４つの給気管１０１各々に分配されて、摩耗量検知センサー収納空間６各々に給気される。

なお、冷却空気は、いずれの方法にて製造してもよいが、例えば、カッターヘッド２０２および作業エリアを冷却するために、トンネル掘削機１にあらかじめ備えられている冷却水を利用して製造するとよい。

一方、摩耗量検知センサー収納空間６の内部空気は、排気管１０２および排気本管３０６を経由して軸方向管３０２２に供給された後、周方向溝３０２１および径方向管３０３１を経由して、排気設備に排気される。

なお、摩耗検知装置１では、給気管１０１と排気管１０２だけでなく、摩耗量検知センサー収納空間６に収納されている摩耗量検知センサー２と外殻３もしくは坑口近傍に位置する摩耗量用変位アンプ４とを接続するケーブル４１も、図３で示すように、摩耗量検知センサー用凹部２０８の側周面及び蓋部材３の補強脚部３２を貫通するように配置され、図５で示すように、保護配管９に収納されて配管集約部９１にガイドされる。そして、配管集約部９１にガイドされたケーブル４１は、ロータリージョイント３０１の回転軸３０２を貫通して、ロータリージョイント３０１の坑口側に装備されているスリップリング３０４に導かれる。

スリップリング３０４は、図１で示すように、ロータリージョイント３０１の回転軸３０２と同軸上に配置され、カッターヘッド２０２と同期して回転する筒状の回転体３０４１と、回転体３０４１の周面に装着される複数の金属製リング３０４２を備えている。そして、金属製リング３０４２には、摩耗量用変位アンプ４に接続されているケーブルの先端に取り付けたブラシ３０４３が接触されている。

これにより、摩耗量検知センサー２で検知した電気信号は、ケーブル４１を介してスリップリング３０４の回転体３０４１から金属製リング３０４２、ブラシ３０４３を経由して、距離変位アンプ４に送信されることとなる。

上記のとおり、摩耗検知装置１は、換気設備１０を備えることにより、摩耗量検知センサー収納空間６を換気することで温度および湿度を調整できるため、高温多湿な環境にあるカッターヘッド２０２に摩耗量検知センサー収納空間６が配置されていても、摩耗量検知センサー２に好適な環境を提供することが可能となる。

また、カッターヘッド２０２の近傍は高温多湿なだけでなく、後部に位置するチャンバー２０６に泥水が充填されることから、摩耗量検知センサー用凹部２０８を閉塞する蓋部材３には、平面板３１を介して泥水圧が作用する。

これに対し、蓋部材３には図４で示すように、平面板３１を補剛する補強脚部３２と、補強脚部３２の下端開口を塞いで補強脚部３２の変形を抑制するように固定される台座３３が備えられていることから、泥水圧によって平面板３１に摩耗量検知センサー収納空間６側が凸となる曲げ変形が生じることを抑制できる。加えて、本実施の形態では、蓋部材３を超高分子量ポリエチレンにて成形し、自身の剛性を高めている。超高分子量ポリエチレンは、空隙の少ない高密度を実現できる材料であり、幅広い温度領域内で高い耐衝撃性を有するだけでなく、耐摩耗性、耐薬品性、低吸水性等の性質を持つ熱可塑性樹脂である。

これにより、蓋部材３は、補強脚部３２と台座３３を備えるだけでなく、自身の剛性をも向上することから、平面板３１の曲げ変形を確実に抑制し、摩耗量検知センサー２を泥水圧から保護することが可能となる。なお、蓋部材３に用いる材料は、必ずしも超高分子量ポリエチレンでなくてもよく、高い剛性を有するとともに、摩耗量検知センサー２が発生する交流磁場を透過できる材料であれば、いずれを採用してもよい。

さらに、チャンバー２０６に充填されている泥水Ｍの泥水圧が高い場合、蓋部材３の平面板３１と摩耗量検知センサー用凹部２０８の段差部２０８１との隙間から、摩耗量検知センサー用凹部２０８およびその内方に配置されている摩耗量検知センサー収納空間６に、泥水Ｍが流入する恐れが生じる。

これに対し、図４で示すように、平面板３１と摩耗量検知センサー用凹部２０８の段差部２０８１との間にＯリング７を介装し、また、平面板３１と締結手段３５との隙間にコーキング材８を充填している。このして止水処理を実施すると、摩耗量検知センサー用凹部２０８を、蓋部材３により密閉された水密構造とすることができる。これにより、摩耗量検知センサー用凹部２０８および摩耗量検知センサー収納空間６への泥水Ｍの流入を防止し、摩耗量検知センサー２を泥水Ｍから保護することが可能となる。

したがって、トンネル掘削機１を大深度で使用する場合や、地下水の低下及びこれに伴う地盤沈下等の周辺環境への影響を考慮しつつトンネル施工を実施するべく、チャンバー２０６内を２．０Ｍｐａに達するような高圧環境に保持したとしても、摩耗量検知センサー収納空間６に収納された摩耗量検知センサー２を、高温多湿および高泥水圧等の過酷な条件から保護できる。

これにより、計測精度に影響を及ぼすような損傷や不具合を生じさせることなく、高精度の計測値を得ることができるため、最適な時期のディスクカッター交換やトンネル施工に係る他作業との工程調整等、適切なディスクカッター２４の保守管理およびトンネル施工の工程管理を実施することが可能となる

本発明のディスクカッターの摩耗検知装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、４つのディスクカッター２０４について摩耗量を検知するべく、それぞれに摩耗量検知センサー収納空間６を設けて、排気設備１０を構成する給気管１０１および排気管１０２を４本ずつ配備し、これらを給気本管３０５および排気本管３０６に集約して、ロータリージョイント３０１に接続した。

しかし、これに限定されるものではなく、給気本管３０５および排気本管３０６を用いることなく、４本の給気管１０１および４本の排気管１０２をそれぞれ、直接ロータリージョイント３０１に接続する構成としてもよい。また、摩擦量を検知するディスクカッター２０４の数量についても、必ずしも４つに限定されるものではない。

また、摩耗検知装置１には摩耗量検知センサー２だけでなく、図１で示すように、ディスクカッター２０４の回転数を検知するための回転検知センサー１１を装備してもよい。回転検知センサー１１にいずれを採用してもよいが、本実施の形態では、磁気センサーを採用している。このため、回転するディスクカッター２０４に発磁体１２を設置し、これを回転検知センサー１１が検知した回数をカウントすることで、回転数を算出している。

したがって、図２で示すように、発磁体１２はディスクカッター２０４の側面に設置し、回転検知センサー１１は、カッターヘッド２０２のディスクカッター装着用開口２０２１における、ディスクカッター２０４の側面と平行な面であって、発磁体１２と対向する位置に配置する。

図８で示すように、発磁体１２と対向する位置には、カッターヘッド２０２のフレームに回転検知センサー用孔２０９が設けられ、ディスクホルダー２０５にも同様の回転検知センサー用孔２０５１が設けられている。そして、回転検知センサー用孔２０９、２０５１の両者を貫通するように回転検知センサー格納体１４が配置されている。

回転検知センサー格納体１４は、回転検知センサー用孔２０９の内周面に合致する大きさの断面径を有する円筒状の格納筒１４１を備えるとともに、円筒体１４１のディスクカッター２０４と対向する一方の端面が開口し、他方の端面には開口を塞ぐようにフランジ１４２が備えられている。

格納筒１４１は、その内方に軸線方向に延在するセンサー設置板１４４が設けられており、このセンサー設置板１４４に、回転検知センサー１１と、回転検知センサー１１で検知した電気式信号を電圧に変換して出力する回転数用変位アンプ１３が設置されている。また、格納筒１４１の内方は充填材１５を充填している。充填材１５は、防湿効果を有する材料であればいずれを採用してもよいが、本実施の形態では、２液性常温硬化型のエポキシ樹脂を採用している。

これにより、回転検知センサー１１および回転数用変位アンプ１３が、充填材１５に埋設される態様となるため、カッターヘッド２２の周辺領域が高温多湿な環境に置かれても、回転検知センサー１１および回転数用変位アンプ１３に結露を生じさせることがない。

また、格納筒１４１の内空部が充填材１５で充填されることにより、チャンバー２０６を充填する泥水Ｍより泥水圧が作用しても、格納筒１４１に曲げ変形が生じることを抑制できる。したがって、格納筒１４１に収納されている回転検知センサー１１および回転数用変位アンプ１３を泥水圧から保護することが可能となる。

一方、フランジ１４２は、カッターヘッド２０２のフレームに締結手段１４３を用いて着脱自在に固定されている。これにより、回転検知センサー格納体１４をカッターヘッド２０２から取り外すことで、回転検知センサー１１と回転数用変位アンプ１３を容易に交換することができる構成となっている。

また、回転検知センサー１１とともに格納筒１４１に収納されている回転検知用変位アンプ１３は、接続されているケーブル１３１が、図６で示すように、保護配管９に収納されて配管集約部９１にガイドされる。そして、図１で示すように、ロータリージョイント３０１の回転軸３０２を貫通してスリップリング３０４に接続される。

これにより、回転検知用変位アンプ１３にて出力された電圧は、ケーブル１３１を介してスリップリング３０４の回転体３０４１から金属製リング３０４２、ブラシ３０４３を経由して、表示制御盤５に送信される。表示制御盤５では、回転検知用変位アンプ１３にて出力された電圧に基づいてディスクカッター２０４の回転数を解析し、これを表示する。

したがって、トンネル掘削機２０１に、ディスクカッター２０４の摩耗量を検知する摩耗量検知センサー２とディスクカッター２０４の回転数を検知する回転検知センサー１１の両者を備えた摩耗検知装置１を搭載すると、作業員は、トンネル掘削機１にて地山を掘進する期間中、ディスクカッター２０４を直接目視することなく、表示制御盤５にてディスクカッター２０４の摩耗量と回転数の両者を、常時監視することができる。

そして、このような回転検知センサー１１を、摩耗量検知センサー２にて摩耗量が検知されるディスクカッター２０４各々の回転数を監視するべく設けることにより、摩耗量検知センサー２にて摩耗量を検知したディスクカッター２０４が、正常に回転しつつ摩耗しているのか、もしくは回転せずにディスクカッター２０４の一部分が摩耗しているのか等、ディスクカッターの摩耗形状を推定することも可能となる。

１摩耗検知装置
２摩耗量検知センサー
３蓋材
３１平面板
３２補強脚部
３３台座
３４締結手段
３５締結手段
４摩耗量用変位アンプ
４１ケーブル
５表示制御盤
６摩耗量検知センサー収納空間
７Ｏリング
８コーキング材
９保護配管
１０換気設備
１０１給気管
１０２排気管
１１回転検知センサー
１２発磁体
１３回転数用変位アンプ
１３１ケーブル
１４回転検知センサー格納体
１４１格納筒
１４２フランジ
１４３締結手段
１４４センサー設置板
１５充填材

２０１シールド掘削機
２０２カッターヘッド
２０２１ディスクカッター装着用開口
２０２２配管集約部
２０３外殻
２０４ディスクカッター
２０５ディスクホルダー
２０５１回転検知センサー用孔
２０６チャンバー
２０７隔壁
２０８摩耗量検知センサー用凹部
２０８１段差部
２０９回転検知センサー用孔

３０１ロータリージョイント
３０２回転軸
３０２１周方向溝
３０２２軸方向管
３０３回転筒
３０３１径方向管
３０４スリップリング
３０５給気本管
３０６排気本管

Claims

トンネル掘削機に搭載され、該トンネル掘削機の前面に備えたカッターヘッドに装着されるディスクカッターの摩耗状態を検知する摩耗検知装置であって、
前記ディスクカッターの摩耗量を検知する摩耗量検知センサーと、
前記カッターヘッドにおける、前記ディスクカッターの外周縁近傍に形成される摩耗量検知センサー用凹部を閉塞し、表面側が前記ディスクカッターと対向する蓋部材と、を備え、
前記蓋部材の裏面側に、前記摩耗量検知センサーを収納する摩耗量検知センサー収納空間が設けられ、
該摩耗量検知センサー収納空間に冷却空気を供給して換気し、温度及び湿度を調整する換気設備が備えられ、
前記冷却空気は、前記カッターヘッドを冷却する冷却水を利用して製造されたものであることを特徴とする摩耗検知装置。
請求項１に記載の摩耗検知装置において、
前記蓋部材に、表面側が前記ディスクカッターと対向する平面板と、該平面板の裏面より垂下する筒状体よりなる補強脚部と、該補強脚部の下端開口を閉塞する台座とを備え、
前記摩耗量検知センサー収納空間が、前記補強脚部の内空部に設けられることを特徴とするディスクカッターの摩耗検知装置。
請求項２に記載の摩耗検知装置において、
前記換気設備が、前記摩耗量検知センサー収納空間に冷却空気を供給する給気管と、前記摩耗量検知センサーの空気を排気する排気管と、を備え、
前記給気管及び前記排気管は、前記蓋部材に備えた前記補強脚部を貫通し、前記カッターヘッドのチャンバーと対向する背面を這うように設置されていることを特徴とする摩耗検知装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の摩耗検知装置において、
前記摩耗量検知センサー用凹部が、前記カッターヘッドにおける前記トンネル掘削機の軸線を中心とする略同一円周上に位置する複数のディスクカッター各々の外周縁近傍に形成され、
該摩耗量検知センサー用凹部各々に、前記摩耗量検知センサーと前記蓋部材が備えられることを特徴とする摩耗検知装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の摩耗検知装置において、
前記摩耗量検知センサーにて摩耗量が検知されるディスクカッターの、回転を検知する回転検知センサーを備え、
該回転検知センサーが、回転検知センサー格納体の中空部に配置されるとともに、充填材にて埋設されることを特徴とするディスクカッターの摩耗検知装置。