JPH0426400B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は横坑を掘削する際に使用するシールド
およびセミシールド用の横坑掘削機に関する。

（従来技術およびその問題点） 従来、シールドおよびセミシールドの掘削機に
おいては掘削した土砂あるいは礫の搬出にスクリ
ユーコンベアあるいは流体輪送等を用いている
が、地盤によつては非常に大なる礫が存在し機内
に取り込めないことがあり、その場合には シールド筒３１の隔壁３０に設けたマンホー
ル３２等より切羽側へ作業員３３が進入して削
岩機３４等を用いて礫Ａを破砕した後機内に取
り込む（第８図参照）。

また、第９図に示すように土砂取込孔３５の
付近に礫取り出し用のゲート３６等を設けてそ
こから大きな礫Ａを機内に取り込む。

さらに、第１０図に示す如き回転型機械掘削
シールドおよびセミシールド機においては、掘
削機先端部においてすり鉢状のフード３７とコ
ーン状カツターヘツド回転軸面３８にそれぞれ
破砕刃を設け掘削した土砂あるいは礫Ａがそこ
を通過する際にカツターヘツド３９の偏心回転
力を利用して礫を挟み込んで破砕する。

また、第１１図に示すように、スクリユーコ
ンベアとしてリボン形スクリユー４０のものを
用いる。

等の方法が考えられ実施されてきた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、は作業員３３の安全を図るた
めには切羽を安定させなければならず、その作業
を要し、かつ安定させても危険性が伴ない、かつ
作業性が悪いという問題点がある。

また、，，については掘削機の大きさに
より取り出させる礫Ａの大きさに限度がある。

また、，は礫を取り出すために掘削を一時
中断しなければならず作業性が悪いという難点が
あつた。

本発明の目的とするところは、上述の難点を解
決し、掘削すべき地盤にスクリユーコンベアや流
体輸送等で取り出し得ない大きさの礫を容易、か
つ連続的に取り出すことができ作業性が良好で比
較的簡易構成なシールドおよびセミシールドの横
坑掘削機を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は上記目的を達成するため
に、前方に堀削室３が形成されたシールド筒１
と、このシールド筒１の堀削室３の前部に設けら
れ、かつ回転しつつ前後動可能であると共に堀削
刃が前面に設けられたカツターヘツド６と、この
カツターヘツド６を回転摺動させる装置とを備
え、前記カツターヘツド６の後面および前記シー
ルド筒１のフード１ａ部分にも破砕刃６ｃ、４が
設けられ、前記カツターヘツドを回転摺動させる
装置は、先端にカツターヘツド６が設けられた回
転可能なセンターシヤフト７に取付けられた回転
子７ａを有し、この回転子７ａの前後面には複数
の鋼球７ｂ，７ｃもしくはテーパローラが設けら
れ、かつその前後面にそれぞれ離間・対向され、
凹部ａと凸部ｂとが交互に形成された凹凸面をな
すと共に、前後でもつて凹凸関係がズレ、前記鋼
球７ａ，７ｃもしくはテーパローラと接触する前
受座１６と後受座１７とを設けた構成としたこと
を要旨としている。

（作用） 本発明は、スクリユーコンベアや流体輸送等に
より取り出すことの困難な大きさの礫が混入して
いる地盤に横坑を掘削する際に用いると好適であ
り、カツターヘツドを回転させつつ前後動させ、
カツターヘツドの前部の掘削刃で切羽を掘削する
と共に礫等を一次破砕するなどし、かつ掘削室に
取り込んだ礫等をカツターヘツド後面の破砕刃
と、これと対向するシールド筒のフード部分に設
けた破砕刃とによつて挟み込むようにして打撃し
二次破砕することにより細かくして排出を容易と
し、作業性の向上を図つている。

（実施例） 以下、図面に沿つて本発明の好ましい実施例を
説明する。

第１図イ，ロないし第５図は本発明の第１実施
例を示す。このうち、第１図イは本発明装置の正
面図、ロは側断面図であり、これらの図中１は鋼
板よりなる略円筒状のシールド筒で、前方部内に
は隔壁２が形成されその前方が掘削室３となつて
おり、かつ前端のフード１ａの内周の一部は円錐
状を呈しその部分にフード破砕刃４が設けられて
いる。

また、５はシールド筒１の前方において略同心
に設けられた回転型カツターで、この回転型カツ
ター５のカツターヘツド６の前方に設けられた面
板状を呈する円板部６ａの前面には、例えば十字
状をなす前面に突出する断面略山形のリブ６ｂが
設けられ、このリブ６ｂの頂部には超硬掘削刃６
ｃが設けられている。また、カツターヘツド６の
外周部の適箇所には掘削室３に通じる切欠き状の
土砂取込孔６ｄが形成されている。この場合、土
砂取込孔６ｄの前方開口部はリブ６ｂの外周部の
側方の位置に形成されているが、必らずしも図示
の例に限定されるものではない。さらに、シール
ド筒１のフード１ａおよび隔壁２と相俟つて掘削
室３を区画形成するカツターヘツド６の円錐状の
背面にはカツター破砕刃６ｅが設けられている。

しかして、カツターヘツド６の後部には後方に
延びるセンターシヤフト７が一体的に設けられて
いる。このセンターシヤフト７は隔壁２を貫通
し、カつシール８および円筒状の軸受９を介し回
転可能に支持され、また、後部には回転型カツタ
ー５を回転させつつ前後動させる回転摺動変換装
置１０が設けられている。

すなわち、センターシヤフト７の後端には摺動
可能スプライン１１が取付けられ、このスプライ
ン１１はその外周側に設けられた大歯車１２と噛
合し、かつこの大歯車１２はフレーム１３に固定
された駆動モータ１４の出力軸に取付けたピニオ
ン１５と噛合しており、駆動モータ１４の回転力
が伝達される。

また、センターシヤフト７の後部には所望の肉
厚を有する略円板状の回転子７ａが一体的に設け
られ、この回転子７ａの前後面にはそれぞれ複数
個の鋼球７ｂ，７ｃがセンターシヤフト７に対し
略同心円状をなし、かつ等間隔に設けられてい
る。

そして、この回転子７ａの前後には離間対向し
て回転子７ａひいてはセンターシヤフト７を前後
に摺動させるための前受座１６と後受座１７とが
それぞれ設けられている。

すなわち、回転子７ａには、第２図に示すよう
に、複数個の鋼球７ｂ，７ｃの一部が埋設されて
いる。また、各受座１６，１７には第３図に示す
ように、凹部ａと凸部ｂとが交互に放射方向に形
成され滑めらかな凹凸状を呈している。そして、
この場合、第１図ロおよび第４図に示すように、
前受座１６と後受座１７間は凹凸の関係がズレた
状態、つまり、前受座１６の凹部ａに対しこれと
対向する後受座１７は凸部ｂが位置している。し
たがつて、回転子７ａの後面の鋼球７ｃが後受座
１７の凸部ｂと当接して押されている場合、前面
の鋼球７ｂは前受座１６の凹部ａ内に収納され、
かつ回転子７ａが回転して前面の鋼球７ｂが前受
座１６の凸部ｂに乗り上げられ後方に押されると
後面の鋼球７ｃは後受座１７の凹部ａ内に収納さ
れ、このようにして回転子７ａはその回転に伴な
い前受座１６と後受座１７との間を前後動するよ
うに構成されている。

このため、摺動可能なスプライン１１を介し駆
動モータ１４と連結され、かつ軸受９を介し支持
されているセンターシヤフト７はその回転時に前
後に摺動するので、回転型カツター５が回転しつ
つ強制的に前後動するものである。

なお、凹凸面の高さ、ピツチ等は一回転当たり
の打撃数および摺動ストローク等土質に合わせて
適当に決定される。この場合、鋼球に作用する集
中力の分散と鋼球の逸脱防止を目的として、この
凹凸面に沿つて球面状溝７ｄを設けることが好適
である。また、凹凸面はセンターシヤフト７に対
して略直角に形成されているが、凹凸面はセンタ
ーシヤフト７に適当な角度を与えても良い。さら
に、鋼球７ｂ，７ｃのかわりにテーパーローラー
を使用しても良い。この場合にも集中力の分散と
ローラーの逸脱防止を目的として凹凸面に沿つて
略球面状溝を設けることが好適である。逆に固定
側前後面受座１６，１７に鋼球７ｂ，７ｃあるい
はテーパーローラーを設置し回転子７ａ側に凹凸
面を形成しても良い。

また、センターシヤフト７に突出部をもたせて
凹凸面に沿わせ鋼球７ｂ，７ｃの代用とすること
も可能である。

再び第１図に戻つて、図中１８はセンターシヤ
フト７内においてその軸方向中央部に設けられた
ベントナイト溶液、CMC等の作泥土材、水ない
し泥水、さらには高圧のエアー等を外部に噴射さ
せるための噴射管であり、その噴射孔１８ａは各
十字状に交叉するリブ６ｂの根元に設けられてい
るが、仮想線で示すように例えば掘削室３側のカ
ツター破砕刃６ｅの側部にフード破砕刃４に向か
つて噴射孔１８ａを臨設しても良い。また、この
噴射管１８の後端部にはスイベルジヨイント１９
を介し注入管２０が接続されている。

しかして、土質がシルトや砂礫層の場合、噴射
管１８を介し作泥土材を注入すると好適であり、
また、特に粘着性の大きな土質の場合には掘削刃
の付近に掘削片が付着しやすいので、このとき噴
射管１８、その噴射孔１８ａを介して高圧エアー
ないし高圧ジエツト水等を噴射して付着した土砂
を取り除くことが可能であるが、噴射管１８等は
常に必要ではなく、例えば非粘着性大礫層のよう
な土質によつては設けなくとも良い。

また、２１は坑内側から延び掘削室３の上方側
に設けられた給水管、２２は掘削室３の下方側に
設けられ、坑内側に延びる排出管で、特に図示し
ないポンプと適宜接続されている。

次に前述の各図に加え第５図を参照しつつ本発
明の動作を説明する。

いま、駆動モーター１４を回転せしめるとカツ
ターヘツド６はピニオン１５、大歯車１２、摺動
可能スプライン１１等を介して回転カツターヘツ
ド６の前面の超硬掘削刃６ｃにより切羽を掘削す
る。このときセンターシヤフト７は同軸上の回転
摺動変換装置１０において回転力の一部を摺動運
動に変換されカツターヘツド６は回転運動ととも
に強制的な前後方向の摺動を繰り返す。この強制
摺動運動はカツターヘツド６による打撃効果を生
み切羽に存在する礫Ａを切羽面においてカツター
ヘツドの回転力と打撃力の相乗効果により破砕
（一次破砕）し、土質によつては礫Ａを地山の中
へ押しのける効果も生じせしめることもできる。
一方、超硬掘削刃６ｃによつて掘削破砕された土
砂・礫は土砂取込口６ｄを通りカツター破砕刃６
ｅとフード破砕刃４との間隙部において摺動のも
どり時に挟み込まれると同時に回転しさらに破砕
され、掘削室３に取り込まれる。この実施例の場
合、給水管２１より常に水ないしは泥水を供給し
切羽に常時水圧あるいは泥水圧を付加せしめて切
羽の安定を図りつつ掘削破砕された礫を供給水と
ともに排水管２２によつて排出せしめて掘進が実
施される。

第６図イ，ロは本発明の第２実施例を示すもの
で、この例ではシールド筒１に対しカツターヘツ
ド６が上方に位置し、偏心している点が第１実施
例と異なつている。したがつて、掘削室３内への
掘削土の取込口が上部では挟く、下方側では広く
なつている。なお、カツターヘツド６をこの逆に
偏心させたり、右または左に偏心させて構成する
ことも可能である。

第７図イ，ロは本発明の第３実施例であり、こ
の実施例ではカツターヘツド６をシールド筒１と
同心同径とし、カツターヘツド６の後部の破砕部
を上方に偏心させたものである。なお、下方もし
くは左または右側に偏心させることも可能であ
る。しかして、このカツターヘツドが駆動される
と、カツターヘツドは偏心状態で回転し、かつ強
制的に前後に摺動するので強力な礫破砕能力が与
えられる。カツターヘツド６の偏心回転と強制的
前後運動により、切羽の礫は一次破砕され土砂取
込孔６ｄを経てカツターヘツド６後部に設けたカ
ツター破砕刃６ｅとフード破砕刃４により二次破
砕される。

ここで土砂取込孔６ｄはいたずらに大寸法の礫
がカツターヘツド後方の掘削室３へ進入すること
を防止するために、土砂取込孔６ｄの最大寸法は
カツター破砕刃６ｅとフード破砕刃４との最大ク
リアランスより小さくすることが好ましい。ま
た、図においてカツターヘツド６自体に設ける土
砂取込孔６ｄは１ケ所としてあるが、場合によつ
ては複数箇所に設置することもある。

また、カツター破砕刃６ｅとフード破砕刃４と
の相対位置関係は本実施例においては平行として
あるが、場合によつてはフード先端側にてクリア
ランス大として掘削室３に向かつて徐々にクリア
ランスを小さくするときとその逆にフード先端側
にてクリアランスを小とし掘削室３に向かつて
徐々にクリアランスを大きくするときもある。

加えて、回転力と打撃力とを生じせしめる機構
は本図に示すものに限定されるものではなく、前
後方向に略同等の打撃力を生じせしめ、かつ回転
力を与えうる機構であれば良い。

この掘削機はシールドおよびセミシールドに適
用するもので推進装置は従来通りのため、特に図
示はしていない。

他の構成、作用等は第１実施例と実質的に同様
であるので、説明は省略する。なお、破砕された
礫の排出は第１実施例に限定されるものではない
ことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、回転型カツター
の回転力を鋼球あるいはテーパーローラー等を使
つた回転摺動変換装置を利用しカツターヘツドの
強制前後運動を生じせしめ切羽を打撃して掘削、
削孔するので、機構が単純で故障が少ない。

また、一次破砕と二次破砕との２つの破砕効果
により大きな礫が完全に破砕されるので、土砂の
搬出が連続的に行なわれ時間的ロスを生ずること
なく作業性が良い。

さらに、構造を単純化することにより掘削機本
体内に占める駆動部のスペースが小さくなるので
特に小口径のセミシールド掘削機には有利であ
る。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例で、
第１図イは本発明装置の正面図、ロは同上の内部
構成を示した概略側断面図、第２図は本発明に用
いられる回転子の斜視図、第３図イは回転子と組
合わされる受座の正面説明図、ロ，ハは同上の受
座の凹凸の関係を示す側面図でロはイ図中Ａ矢視
の側面図、ハはイ図中Ｂ矢視の側面図、第４図は
回転摺動変換装置の部分断面図、第５図は本発明
の動作説明図、第６図イ，ロは本発明の第２実施
例で、イは正面図、ロは部分側断面図、第７図
イ，ロは本発明の第３実施例、第８図ないし第１
１図はそれぞれ従来例を示す。 １……シールド筒、２……隔壁、３……掘削
室、４……フード破砕刃、５……回転型カツタ
ー、６……カツターヘツド、６ｂ……リブ、６ｃ
……超硬掘削刃、７……センターシヤフト、７ａ
……回転子、７ｂ，７ｃ……鋼球、１０……回転
摺動変換装置、１１……摺動可能スプライン、１
４……駆動モータ、１６……前受座、１７……後
受座。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 前方に堀削室３が形成されたシールド筒１
   と、このシールド筒１の堀削室３の前部に設けら
   れ、かつ回転しつつ前後動可能であると共に堀削
   刃が前面に設けられたカツターヘツド６と、この
   カツターヘツド６を回転摺動させる装置とを備
   え、前記カツターヘツド６の後面および前記シー
   ルド筒１のフード１ａ部分にも破砕刃６ｅ，４が
   設けられ、前記カツターヘツドを回転摺動させる
   装置は、先端にカツターヘツド６が設けられた回
   転可能なセンターシヤフト７に取付けられた回転
   子７ａを有し、この回転子７ａの前後面には複数
   の鋼球７ｂ，７ｃもしくはテーパローラが設けら
   れ、かつその前後面にそれぞれ離間・対向され、
   凹部ａと凸部ｂとが交互に形成された凹凸面をな
   すと共に、前後でもつて凹凸関係がズレ、前記鋼
   球７ａ，７ｃもしくはテーパローラと接触する前
   受座１６と後受座１７が設けられ、または、これ
   と逆に前受座１６と後受座１７側に鋼球７ａ，７
   ｃもしくはテーパローラが設けられ、回転子７ａ
   の前後面側に凹凸面が設けられてなることを特徴
   とした横坑掘削機。