JP2003120185A - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削時における掘削方向のローリング修正お
よびプラグゾーン形成を容易とするとともに、掘削地盤
中の障害物によるカッタヘッドの損傷を最小限に抑える
ことを可能とする。 【解決手段】 地盤を掘削するカッタヘッド２０を外周
リング部２１とその内周に位置する中心部２２とで構成
し、前記外周リング部２１に掘削刃を設けるとともに前
記中心部２２の前面に複数個のディスクカッタ３３をそ
の周面が該中心部２２の前面と略平行するよう回転自在
に軸支して設け、前記中心部２２をスクリューコンベア
２４の先端にこれと一体回転自在に結合し、前記外周リ
ング部２１は前記スクリューコンベア２４の駆動系とは
独立した駆動系により回転駆動自在としたことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は掘削装置に係り、特
に小口径管埋設用の掘削に適用して最適な掘削装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から地中に上下水道管や電線管等の
比較的小口径の管を水平方向に埋設する手段として、地
表から開削した立坑内に管埋設装置を設置し、この管埋
設装置の掘削装置により地盤を掘削しつつ後方から管を
押圧推進させることにより管を順次継ぎ足して押入埋設
する工法が広く使用されている。

【０００３】上記管埋設装置１は、図３に略示するよう
に、地表から開削された立坑２内に設置のガイドレール
３上に駆動部４が進退移動自在に載装され、この駆動部
４によりスクリューコンベア５を回転駆動してその先端
に位置するカッタヘッド６により地盤を掘削するととも
に、推進装置７（推進シリンダ）により刃口管８および
先導管９に続いて埋設すべき管１０，１０…を順次継ぎ
足しながら押入することにより地中に管１０を埋設して
行くようになっている。そして前記刃口管８は図示しな
い方向修正機構（油圧シリンダ）により首振り自在とさ
れ、掘削方向が曲った際に方向修正が可能とされてい
る。

【０００４】ところで上記のような管埋設装置に用いら
れる従来の掘削装置は、概ね図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す
構造が採られている。

【０００５】すなわち図４（Ａ）に示すタイプは、スク
リューコンベア５の先端にカッタヘッド６が固着され、
スクリューコンベア５と同一駆動系によりカッタヘッド
６がスクリューコンベア５と同一回転するようになって
いる。

【０００６】また図４（Ｂ）に示すタイプは、図４
（Ａ）のものと同様にスクリューコンベア５の先端にカ
ッタヘッド６が固着されるとともにスクリューコンベア
５が進退移動自在とされ、カッタヘッド６の面板６ａの
外周部と刃口管８の内周のテーパー状の止水コーン１１
との間で掘削土砂の取り込み量を調整するようになされ
たものである。

【０００７】図４（Ｃ）に示すタイプは、カッタヘッド
６の周りに最外周掘削ビット１２を配し、この掘削ビッ
ト１２が刃口管８にベアリング１３により支持されると
ともにスクリューコンベア５が進退移動自在とされ、前
記最外周掘削ビット１２の内周の止水コーン１４とカッ
タヘッド６の面板６ａの外周部との間で掘削土砂の取り
込み量を調整するようになされたものである。

【０００８】さらに図４（Ｄ）に示すタイプは、スクリ
ューコンベア５とは独立して油圧モータ１５，１５によ
り回転駆動されるディスクカッタ１６を有し、スクリュ
ーコンベア５はディスクカッタ１６により掘削された土
砂を専ら後方へ搬送する機能を持たせたものである。な
お上記各図において１７はスクリューコンベア５が挿通
するケーシングを示す。

【０００９】ところで掘削装置により地盤を掘削すると
き、湧水のないところや関東ローム土、粘土質等の自立
する地盤ではカッタヘッド６やスクリューコンベア５の
回転数を高めても切羽（掘削断面）や地山の崩壊は発生
しないが、滞水砂礫層（特に水の流れがあると流動化す
る砂地盤）などでは土砂の取り込み過多が起こり、切羽
の崩壊から始まって地山の空洞化に繋り、これにより埋
設管の位置精度の狂いや地盤沈下をもたらすことにな
る。

【００１０】このようなことを防止するため、通常掘削
した土砂に添加剤を注入して攪拌し、断面変化のある土
砂通過部分（例えば止水コーン部分）に適度な粘性を保
ったこの土砂を微少時間滞留させて砂が水により流動化
することを防ぎ、埋設管の推進分だけの容積の土砂を排
出するようにされる。

【００１１】この土砂の滞留部分が一般にプラグゾーン
と呼ばれる。

【００１２】カッタヘッド６がディスクカッタで構成さ
れる場合は、その周面の谷部と先端地盤との間の隙間に
プラグゾーンとなる混合土砂が形成される。このプラグ
ゾーンが形成されないと地山の土質が砂の場合切羽が崩
壊して掘削精度に悪い影響を及ぼすことになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかして上記図４
（Ａ）に示したタイプの掘削装置では、カッタヘッド６
とスクリューコンベア５との回転が同一駆動系によって
行われるので、掘削回転方向がスクリューコンベア５に
より制約を受け、一定方向回転に限定されるため掘削地
盤の土質によっては埋設管の位置が回転方向に偏倚しや
すく、その結果管の埋設精度に悪影響を及ぼすという問
題がある。

【００１４】また図４（Ｂ）に示したタイプの掘削装置
では、上記図４（Ａ）と同様、カッタヘッド６とスクリ
ューコンベア５との回転が同一駆動系によって行われる
ので、埋設管の位置が回転方向に偏倚しやすいことをは
じめ、滞水砂礫層等においてスクリューコンベア５のケ
ーシング１７内に土砂によるプラグゾーンが形成され、
カッタヘッド６内と切羽の土圧とをバランスさせること
によって流砂現象による土砂の流入を阻止し、掘削土砂
の取り込み量を容易に制御するようなことができなかっ
た。

【００１５】図４（Ｃ）に示したタイプでは、前記図４
（Ａ），（Ｂ）と同様にカッタヘッド６とスクリューコ
ンベア５との回転が同一駆動系で行われ、そのスクリュ
ーコンベア５を軸方向に可動としてスクリューコンベア
５のカッタヘッド６の背部に最外周掘削ビット１２の止
水コーン１４を位置させるようにし、スクリューコンベ
ア５を前後に移動させて止水コーン１４とカッタヘッド
６の外周との間隔を調整することで土砂の取り込み量を
容易に制御することはできるものの、やはり埋設管の偏
倚の問題は前記図４（Ａ），（Ｂ）と同様に有してい
る。

【００１６】さらに図４（Ｄ）に示したタイプでは、カ
ッタヘッド６とスクリューコンベア５との回転は別駆動
系により駆動されるものであるが、カッタヘッド６とス
クリューコンベア５とを各別に駆動するとき掘削土砂の
取り込み量をスクリューコンベア５の回転速度の調整に
よって容易に制御することは可能であっても、カッタヘ
ッド６とスクリューコンベア５とが空転自在に連結され
ていることからスクリューコンベア５を前後方向に移動
させることができない。

【００１７】そのためスクリューコンベア５内での閉
塞、すなわちケーシング１７とスクリューコンベア５と
の間で形成されるネジ状閉塞の解除を行うことが容易で
なく、また先端地盤に障害物が存在した場合、カッタヘ
ッド６の全体が障害物に衝突するまで対応する方法がな
く、したがって障害物に衝突して大きなダメージを受け
ることが避け難かった。

【００１８】本発明は上記従来の技術が有する諸問題を
解消することを課題としてなされたもので、掘削方向の
ローリング修正の容易化とプラグゾーン形成の容易化を
図るとともに、障害物が存在した場合に受ける損傷を最
小限に留めることを可能とする掘削装置を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として本発明は、地盤を掘削するカッタヘッドを外周リ
ング部とその内周に位置する中心部とで構成し、前記外
周リング部に掘削刃を設けるとともに前記中心部の前面
に複数個のディスクカッタをその周面が該中心部の前面
と略平行するよう回転自在に軸支して設け、前記中心部
をスクリューコンベアの先端にこれと一体回転自在に結
合し、前記外周リング部は前記スクリューコンベアの駆
動系とは独立した駆動系により回転駆動自在としたこと
を特徴とする。

【００２０】こうしたことにより、カッタヘッドの外周
リング部と中心部とが別駆動となるので、管を埋設する
ような場合に埋設管の進路が掘削回転方向に影響されて
偏倚することがなく、管を正しい方向に埋設することが
でき、仮に進路が曲がっても方向修正機構と掘削回転方
向とを勘案することにより適切な修正効果を得ることが
できる。

【００２１】加えてカッタヘッドの中心部の前面に複数
個のディスクカッタを回転自在に設けていることによ
り、掘削地盤に障害物が存在した場合、中心部がこれを
探索して早期対応が可能となり、障害物に遭遇したとし
ても中心部の損傷のみで済み、カッタヘッド全体に大き
なダメージを受けることを回避することができる。

【００２２】またカッタヘッドの外周リング部とスクリ
ューコンベアとの回転速度の組み合わせを変化させるこ
とが可能となるので、プラグゾーンの形成部位を選択す
ることができ、地盤の状況に適した掘削を行うことがで
きる。

【００２３】さらにカッタヘッドの外周リング部とスク
リューコンベアとが分離しているため、スクリューコン
ベアを前後方向に移動させることが可能となり、このス
クリューコンベアを前後動させることによりスクリュー
コンベアの内部が閉塞しそうになった場合でも早期に閉
塞を解除することができるとともに、カッタヘッドの外
周リング部の回転駆動系が独立しているので、排出速度
を自由に選択することができる。

【００２４】加えてカッタヘッドの外周リング部を先端
駆動とすれば、掘削力を一定に保つことができ、これに
より一層掘削の安定化を図ることができると同時に管埋
設の長距離化も可能とすることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態を参照して説明する。

【００２６】図１は本発明による掘削装置の一実施形態
を示す要部の略示断面図で、そのカッタヘッド２０は、
外周リング部２１とこの外周リング部２１の内周に位置
する中心部２２とで構成され、この中心部２２はケーシ
ング２３の先端から突出するスクリューコンベア２４の
先端部に固着されている。

【００２７】前記外周リング部２１は刃口管２５の先端
に位置し、その後部において刃口管２５にベアリング２
６を介して支持され前記外周リング部２１に連結された
リング状の回転部材２７の歯車部２８に、前記刃口管２
５の内周面に固設された油圧モータ２９，２９により回
動するピニオン３０，３０が噛合され、油圧モータ２
９，２９の駆動により回転部材２７を通じて外周リング
部２１が正転または逆転駆動されるようになっている。

【００２８】前記外周リング部２１は掘削刃として所要
数のコーン状のディスクカッタ３１，３１を有し、これ
らディスクカッタ３１，３１の外周面は外周リング部２
１の前面と略平行して若干前方に突出しておかれるよ
う、外周リング部２１に斜めの軸３２，３２により回転
自由に支持されている。

【００２９】前記カッタヘッド２０の中心部２２は円柱
状を有し、その前面は円錐状に凹陥されていて、この凹
陥部２２ａ内に複数個（図では３個）のディスクカッタ
３３，３３，３３が斜めの軸３４，３４，３４により回
転自在に支持され、これらディスクカッタ３３，３３，
３３の周面は中心部２２の前面と略平行しかつ該前面よ
り若干突出しておかれる。

【００３０】前記スクリューコンベア２４は、後方の駆
動部４により前記外周リング部２１とは独立して回転駆
動自在とされ、かつその軸線方向（前後方向）に進退移
動可能とされている。

【００３１】なお外周リング部２１に設ける掘削刃はデ
ィスクカッタ３１に限られるものではなく、他に掘削ビ
ット等であってもよい。

【００３２】次に上記実施形態の作用を図２を参照して
説明する。

【００３３】図２（Ａ）は、掘削方向に修正しながら掘
削する場合を示すもので、この場合にはカッタヘッド２
０の外周リング部２１を油圧モータ２９，２９の正逆駆
動により正転、逆転を行わせる。これにより掘削地盤の
土質に応じ埋設管の位置が掘削回転方向に偏る傾向を容
易に修正することができ、埋設管の位置の精度を高める
ことができる。

【００３４】カッタヘッド２０の外周リング部２１とス
クリューコンベア２４との回転速度の組み合わせを変化
させることによりプラグゾーン形成部分を選択すること
ができ、掘削地盤の状況に適した掘削を行うことができ
る。すなわち外周リング部２１の回転数を大とし、スク
リューコンベア２４の回転数を小とすれば、スクリュー
コンベア２４の前部にプラグゾーンが形成され、その逆
とした場合は刃口管２５の全断面部にプラグゾーンが形
成される。

【００３５】これは、例えば刃口管２５の全断面部にプ
ラグゾーンを形成した場合は掘削断面周辺部の地山を乱
すことが低く抑えられ、これによって崩壊性の高い地盤
であっても修正動作時の反力を確保することができ、修
正効果を高めることができる。

【００３６】スクリューコンベア２４を前進状態におく
と、図２（Ｂ）のように中心部２２の前面に位置するデ
ィスクカッタ３３，３３，３３が外周リング部２１のデ
ィスクカッタ３１，３１…の周面より前方に突出した状
態におかれる。

【００３７】この状態で掘削を進めれば、掘削地盤に障
害物が存在した場合、中心部２２のディスクカッタ３
３，３３，３３が障害物に最先に当たるのでその際のス
クリューコンベア２４の駆動トルク（または電流値）か
ら障害物の存在をいち早く判別することができ、早期に
対応をとることができてカッタヘッド２０の全体に障害
物によるダメージを受けることを未然に防ぐことができ
る。また通常の掘削時には中心部２２のディスクカッタ
３３，３３，３３も関与して掘削が行われる。

【００３８】図２（Ｃ）のようにスクリューコンベア２
４を前後方向に移動させることにより、ケーシング２３
とスクリューコンベア２４との間に圧密された土砂の閉
塞状態を速やかに解除することができる。またスクリュ
ーコンベア２４を前後動させるほか、スクリューコンベ
ア２４の回転数を変化させることにより排土速度を自由
に調整することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
ッタヘッドの外周リング部と中心部とが独立した別駆動
となるので、管の埋設用掘削装置に用いた場合、埋設管
の進路が掘削回転方向に影響されて偏倚することがな
く、管を正規の位置に埋設することができる。

【００４０】またカッタヘッドの外周リング部とスクリ
ューコンベアとの回転速度の組み合わせを変化させるこ
とが可能となるので、プラグゾーン形成部位を選択する
ことができ、地盤の状況に適した掘削を行うことが容易
にできる。

【００４１】特にカッタヘッドの中心部の前面に複数個
のディスクカッタを設けたことにより、掘削地盤中に障
害物が存在したとき中心部がこれを探知するので早期に
対処することができ、カッタヘッド全体に障害物による
大きなダメージを受けることを未然に防ぐことができ
る。また通常時には中心部のディスクカッタも掘削に関
与するので、掘削能率が減退することもない。

【００４２】請求項２のように、カッタヘッドの外周リ
ング部を正逆回転駆動自在とすれば、仮に掘削進路が曲
がった場合であっても方向修正機構と掘削回転方向とを
勘案することで適切な方向修正を行わせることができ
る。

【００４３】請求項３のように、スクリューコンベアを
前後方向に移動可能とすれば、スクリューコンベアの内
部に掘削土砂が詰まって閉塞状態を呈した場合にもスク
リューコンベアを前後動させることにより閉塞状態を早
期に解消させることができる。

【００４４】請求項４のように、カッタヘッドの外周リ
ング部を先端駆動とすることにより掘削力を一定に保つ
ことができ、掘削の安定化を図ることができるとともに
管埋設の場合その長距離化を図ることができる。

【００４５】いずれの請求項においても、カッタヘッド
の外周リング部とスクリューコンベアの回転駆動系がそ
れぞれ独立しているので、掘削後の排土速度を任意に選
択することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による掘削装置の一実施形態を示す要部
の断面図。

【図２】同、正面図。

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は作用を示す説明図。

【図４】本発明による掘削装置の適用対象例として示す
管埋設装置の側面図。

【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は従来の技術を示す要部の断面
図。

【符号の説明】

１ 管埋設装置 ５，２４ スクリューコンベア ８，２５ 刃口管 １６，３１，３３ ディスクカッタ １７，２３ ケーシング ２１ 外周リング部 ２２ 中心部 ２７ 回転部材 ２９ 油圧モータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤を掘削するカッタヘッドを外周リング
   部とその内周に位置する中心部とで構成し、前記外周リ
   ング部に掘削刃を設けるとともに前記中心部の前面に複
   数個のディスクカッタをその周面が該中心部の前面と略
   平行するよう回転自在に軸支して設け、前記中心部をス
   クリューコンベアの先端にこれと一体回転自在に結合
   し、前記外周リング部は前記スクリューコンベアの駆動
   系とは独立した駆動系により回転駆動自在としたことを
   特徴とする掘削装置。
2. 【請求項２】前記外周リング部の回動方向が正・逆駆動
   自在とされている請求項１記載の掘削装置。
3. 【請求項３】前記スクリューコンベアの先端に結合され
   た中心部が該スクリューコンベアの軸線方向に移動可能
   とされている請求項１または２記載の掘削装置。
4. 【請求項４】前記外周リング部は該リング部の直後に設
   置された駆動源により回転駆動される先端駆動とされて
   いる請求項１〜３のいずれか１項記載の掘削装置。