JPH06288183A - 掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】礫率が高く細粒分が少ない崩壊し易い地盤を掘
削する際に切羽の山留め効果を発揮して切羽の崩壊を防
止すると共に掘削機の方向修正を容易にする。 【構成】本体１の先端に設けた円錐状の回転体10の先端
に複数のスポーク11を設けスポーク11の間に選択的にカ
ッター７の軸心７ａに対し所定の傾斜角度θを持った面
板12を設ける。面板12によって切羽を山留めし崩壊を防
止する。切羽Ｂに緩みが生じたとき、緩み部分の抵抗と
該部分に対向する部分の抵抗は異なる。このため、掘削
機Ａに作用する推力及びカッター７の偏心回転による面
板12の上下運動に伴って、掘削機Ａには下向きの力が作
用し、浮き上がりを防止すると共に掘削機Ａの方向修正
を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地山を掘削する掘削機に
関し、特に細粒分の少ない崩壊性の地盤を掘削する際に
切羽の崩壊を防止すると共に方向修正を容易になし得る
掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水道管路や上水道管路を敷設するに際
し、先頭に掘削機を配設し、この掘削機の後端にヒュー
ム管や鉄管等の管を連続させて元押装置によって推進す
るセミシールド工法が採用されることが多い。この工法
は、管路の敷設計画線と一致して設置された元押装置に
掘削機を配置し、該掘削機のカッターヘッドを駆動する
ことで地山を掘削して掘削土砂を外部に排出しつつ元押
装置によって推進し、更に、掘削機に複数の管を順次後
続させて推進するものである。

【０００３】上記工法に使用される掘削機は、該掘削機
の進行方向前方側に掘削機の軸心に対して偏心回転可能
な円錐状の回転体にビットを取り付けた複数のスポーク
を固着して構成したカッターを有しており、このカッタ
ーの配置部位に対応する本体の内壁を前方に向かって径
が拡大する円錐状に形成して構成されている。

【０００４】上記掘削機によって地山を掘削する場合、
カッターによって切羽を掘削し、掘削した土砂及び礫を
回転体と内壁の間に取り込むと共に、回転体と内壁との
間に掘削土砂を圧密し、切羽の水圧に対しては送泥水圧
を切羽の水圧より高めにすることにより切羽の崩壊を防
止している。掘削された土砂及び回転体と内壁との間で
破砕された礫は流体輸送により地上に排出される。そし
て前記掘削過程で元押装置によって付与された推力に応
じて掘削機が前進する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記掘削機を用いた場
合、玉石，礫の含有量が多く且つ細粒分の低い地盤で
は、玉石，礫を破砕するのにかなり時間を要するため、
回転体と内壁との間は粗な状態となり切羽の安定が難し
く、切羽が崩壊することがあるという問題がある。その
結果、掘削機の上部に対応する部分の密度が粗な状態と
なるため、掘削機は上方へ乗り上げ、下方への方向修正
が出来なくなり、推進精度を悪化させるという問題が生
じる。

【０００６】即ち、図４に示すように、切羽の上方に緩
み部分が生じたとき、掘削機51の上方と下方では該掘削
機51に作用する地盤の抵抗が大きく変化し、矢印方向に
付与される推力に応じて掘削機51の先端は抵抗の少ない
斜め上方に浮き上がる。このため、掘削機51の前進方向
を下向きに修正しても、この修正に関わらず掘削機51は
抵抗の少ない上方に向かって前進する。従って、掘削機
の方向修正が不可能になり計画線に沿った管路を敷設す
ることが出来なくなる。

【０００７】本発明の目的は、切羽の崩壊を防止し且つ
容易に方向修正をなし得る掘削機を提供せんとするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る掘削機は、シールド本体を隔壁によって
前室と後室に分割し、前室にビットを取り付けた複数の
スポークを有し且つシールド本体の軸心に対し偏心回転
可能な円錐状の回転体を設けると共に前室の内壁を前方
に向かって径が拡大する円錐状に形成し、前室に取り込
んだ礫を回転体と内壁との協働によって破砕して外部に
排出し得るように構成した掘削機に於いて、前記複数の
スポークの間を選択して外周ビットを有し且つ回転体の
軸心に対し所定の傾斜角度を持った面板を設けて構成し
たものである。

【０００９】

【作用】上記掘削機によれば、礫率が高く且つ細粒分が
低い地盤であっても、切羽の崩壊を防止すると共に容易
に方向修正を行うことが出来る。

【００１０】即ち、複数のスポークの間に選択的に外周
ビットを有する面板を回転体の軸心に対し所定の角度を
持って傾斜させて取り付けたので、該面板によって山留
めし切羽の崩壊を防止することが出来る。また面板が回
転体の軸心に対し傾斜しているため、切羽の上方に緩み
が生じたとき、緩んだ土砂の重量が面板に作用し、掘削
機の先端の浮き上がりを防止することが出来る。

【００１１】このため、付与された推力に応じて掘削機
が前進する際に、面板に土砂による抵抗が生じ、掘削機
は上方に進行することなく直進する。また掘削機が抵抗
の少ない上方に進行しても、掘削機の進行方向を修正し
たとき、修正に伴って掘削機に抵抗が発生して修正方向
に前進する。従って、容易に掘削機の方向修正を行うこ
とが出来る。

【００１２】

【実施例】以下、上記掘削機の一実施例について図を用
いて説明する。図１は掘削機の側断面図、図２は掘削機
の正面図、図３は切羽に緩みが生じた際に掘削機に作用
する力の方向を説明する図である。

【００１３】図１，２に於いて、掘削機Ａは進行方向先
端に設けたシールド本体（本体）１と、本体１と実質的
に一体化された第１テールシールド（第１テール）２
と、第１テール２に嵌合され且つ該テール２に複数の方
向修正ジャッキ３を介して接続された第２テールシール
ド（第２テール）４とを有して構成されている。

【００１４】本体１と第１テール２とはボルト５によっ
て接続されて一体化されている。また第１テール２には
隔壁２ａが設けられており、該隔壁２ａによって前室６
ａと後室６ｂとに分割されている。前記前室６ａにはカ
ッター７が配置され、後室６ｂにはカッター７を駆動す
るモーター８，比重や圧力を管理された泥水を供給する
管９ａ，掘削された土砂を泥水と共に地上に排出する管
９ｂ，掘削機Ａの推進を制御するための機器類が配置さ
れている。

【００１５】カッター７は、掘削機Ａの先端に向かって
径が縮小する円錐状に形成された回転体10と、回転体10
の先端に設けた複数のスポーク11と、スポーク11の間に
選択的に設けた面板12とによって構成されている。本実
施例では、回転体10に４本のスポーク11が設けられてお
り、これ等のスポーク11の間であって対向する位置に２
つの面板12が設けられている。

【００１６】個々のスポーク11には、最も外側に位置し
て外周ビット11ａが取り付けられ、且つスポーク11の端
面上であって異なる半径上に複数のビット11ｂが取り付
けられている。これ等のビット11ａ，11ｂは付与された
推力及びカッター７の偏心回転によって切羽を掘削する
機能を有する。また図２に示すように、隣接するスポー
ク11間の寸法、即ち、スポーク11間の開口部の面積によ
って掘削機Ａに取り込むことが可能な玉石の最大径が設
定される。

【００１７】面板12は、カッター７の軸心７ａに対し予
め設定された傾斜角度θを持って隣接する一対のスポー
ク11の側面に全長にわたって溶接等の手段によって接合
されている。このため、面板12に土圧が作用したとき、
この土圧の値と傾斜角度とに応じた掘削機Ａの半径方向
への分力が発生する。従って、２枚の面板12に等しい土
圧が作用している場合には、前記半径方向への分力は互
いに相殺され、推力の作用方向に対する抵抗のみが生じ
る。

【００１８】面板12の最も外側に位置して複数の外周ビ
ット12ａが固着されている。前記ビット12ａは切羽に大
きい径を持った玉石が存在したとき、付与された推力及
びカッター７の偏心回転によって玉石を破砕する機能を
有する。

【００１９】カッター７は本体１の軸心１ａに対し所定
の偏心量を持った偏心軸７ａに回転可能に設けられてい
る。このため、カッター７は軸心１ａを中心として偏心
回転可能に、且つ偏心軸７ａを中心として回転可能に構
成されている。そして通常の掘削時には本体１の軸心１
ａを中心とする偏心回転と、前記偏心回転に偏心軸７ａ
を中心とした強制回転が行われる。

【００２０】本体１の先端で且つカッター７に対向する
内壁13は先端に向かって径が拡大する円錐状に形成され
ており、該内壁13と回転体10とによって掘削機Ａの先端
には先端側から後方に向かって断面積が小さくなる破砕
室14が構成されている。従って、破砕室14に取り込まれ
た礫は掘削機Ａの前進に伴って徐々に後方に送られ、こ
の過程で内壁13と回転体10とに挟まれたとき、偏心回転
する回転体によって破砕される。

【００２１】上記の如く構成された掘削機Ａにあって
は、崩壊し易い地盤を掘削する際に、スポーク11の間に
設けた面板12によって切羽を支持（山留め）して崩壊を
防止することが可能である。また面板12によって破砕室
14の開口面積を小さくすることが可能となり、該破砕室
14に掘削土砂が多量に取り込まれることがなく、従っ
て、カッター７に過大なトルクが作用することがない。

【００２２】また図３に示すように、地山の掘削によっ
て掘削機Ａの進行方向上方の切羽Ｂに緩み部Ｃが生じる
ことがある。この場合、掘削機Ａの先端側で緩み部Ｃに
接した部分に作用する土砂の抵抗は掘削機Ａの下方に作
用する抵抗よりも小さくなる。従って、掘削機Ａに矢印
ａ方向の推力が作用すると、掘削機Ａは上方側に作用す
る抵抗値と下方側に作用する抵抗値との差である矢印ｂ
方向の力と推力との合成方向である矢印ｃ方向へ移動し
ようとする。然し、掘削機Ａの移動方向（矢印ｃ方向）
は必ずしも一定方向ではなく、緩みの性質や土質に応じ
て異なる方向となる。

【００２３】切羽Ｂに緩み部Ｃが生じたとき、緩み部Ｃ
とこの部分に対向した部分（切羽Ｂの下方）では抵抗が
異なる。従って、カッター７が回転して一方の面板12Ａ
が抵抗の大きい部分に侵入したとき、面板12Ａには該土
砂による矢印ｄ方向の土圧と矢印ａ方向の推力が作用
し、この結果面板12Ａに下向きの半径方向の力、即ち、
掘削機Ａの先端の浮き上がりを押さえる矢印ｅ方向の力
が作用する。このとき、面板12Ａに対向した他方の面板
12Ｂは破砕室14の上方側にあり、該面板12Ｂには殆ど土
圧が作用しない。

【００２４】またカッター７は軸心１ａを中心とする偏
心回転を行っているため、面板12は１回転毎に偏心量と
等しい上下運動を行う。このため、面板12が掘削機Ａの
下方にある抵抗の大きい部分に侵入したとき、該部分に
ある土砂を上方に移動させようとし、これにより、下向
きの力ｆが発生する。この下向きの力ｆは上記力ｅに付
加される。

【００２５】従って、掘削機Ａの先端には矢印ｂ方向の
力と矢印ｅ及びｆ方向の力との差に応じた上向き或いは
下向きの力が作用することとなる。また矢印ｂ方向の力
が大きく、付与された推力によって掘削機Ａの先端が浮
き上がるような場合であっても、方向修正ジャッキ３を
操作することで面板12と土砂との間の抵抗によって下向
きの力を発生させることが可能となり、容易に且つ確実
に掘削機Ａの進行方向を修正することが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係る
掘削機では、特に崩壊し易い細粒分の少ない地盤を掘削
する際に、面板によって切羽の崩壊を防止すると共に多
量の土砂を取り込むことなく安定した掘削を行うことが
出来る。

【００２６】また切羽に緩みが生じた場合であっても、
土砂の土圧が下方にある面板のみに作用することで、こ
の土圧によって掘削機に下向きの力を作用させることが
可能となり、掘削機の浮き上がりを防止すると共に容易
に方向修正を行うことが出来る等の特徴を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘削機の側断面図である。

【図２】掘削機の正面図である。

【図３】切羽に緩みが生じた際に掘削機に作用する力の
方向を説明する図である。

【図４】課題を説明する図である。

【符号の説明】

Ａ 掘削機 Ｂ 切羽 Ｃ 空洞 １ シールド本体（本体） ２ 第１テールシールド（第１テール） ３ 方向修正ジャッキ ４ 第２テールシールド（第２テール） ７ カッター ８ モーター 10 回転体 11 スポーク 11ａ 外周ビット 11ｂ ビット 12 面板 12ａ 外周ビット 13 内壁 14 破砕室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 明坂 登始夫 神奈川県横浜市緑区あざみ野１−17−40 (72)発明者 楮山 誠 神奈川県座間市相模が丘５−14−10−310

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体を隔壁によって前室と後室
   に分割し、前室にビットを取り付けた複数のスポークを
   有し且つシールド本体の軸心に対し偏心回転可能な円錐
   状の回転体を設けると共に前室の内壁を前方に向かって
   径が拡大する円錐状に形成し、前室に取り込んだ礫を回
   転体と内壁との協働によって破砕して外部に排出し得る
   ように構成した掘削機に於いて、前記複数のスポークの
   間を選択して外周ビットを有し且つ回転体の軸心に対し
   所定の傾斜角度を持った面板を設けたことを特徴とした
   掘削機。