JPH09217588A - 掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削した土砂を破砕しながら掘進する掘進機
に於いて、掘削土砂が砂礫や粘土などの流動性の悪い土
質であった場合、掘削土砂が削土室内に停滞してしまっ
て円滑に排土されず、コーンローターの回転トルクが高
くなり、それに伴ってカッターディスク及びコーンロー
ターの回転速度を維持するのが困難になるという問題が
生じていた。 【解決手段】 カッターディスクの後方に撹拌羽根を設
け、またコーンローターの外周面大径側に撹拌翼を取り
付けて、削土室内の掘削土砂を撹拌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は岩盤から巨礫層、粘
性土に至るすべての土質に対応できる掘進機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、シールド本体と、該シールド
本体の先端に設けられ且つ掘削された土砂を取り込む開
口部を有するカッターディスクと、該カッターディスク
の回転軸と、前記シールド本体の内壁に該シールド本体
の後方から前方に向かって径を拡大して形成したコーン
面と、前記コーン面で囲まれた空間内に位置し前記回転
軸に軸受を介して取り付けられ外周面が後方から前方に
向かって径を収縮して形成されたコーンローターと、前
記カッターディスクの後方かつ前記コーン面と前記コー
ンローターの間に形成された削土室とを有する掘進機が
知られている（特公平７−９９５号公報）。

【０００３】上記掘進機などに於いてはカッターヘッド
によって掘削された土砂がカッターディスクの取り込み
穴を通して削土室内に取り込まれ、コーン面と偏心回転
するコーンローターとの協働によって破砕される。そし
て掘進機などの推進に伴って新たに掘削された土砂が削
土室内に取り込まれることにより、削土室内で破砕され
た土砂は相対的に後方へ押し出され、排泥管を通して外
部に排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記既知の掘進機によ
れば、カッターディスクによって掘削した土砂及び礫を
削土室において破砕し、排泥管を通して外部に排出して
掘進することができる。しかし、砂礫や粘土などの流動
性の悪い土質の場合、掘削土砂が削土室内に停滞してし
まい、その結果コーンローターの回転トルクも高くなっ
てしまう。それに伴って良好な破砕効率が維持できなく
なったり、顕著な場合にはカッターディスクの回転が停
止する（カッターロック）という問題が生じてしまう。

【０００５】本発明は、砂礫や粘土等の流動性の悪い土
質の場合においても、削土室内において良好な破砕効率
が得られる掘進機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る掘進機の代表的な構成は、シールド本体
と、該シールド本体の先端に設けられ且つ掘削された土
砂を取り込む開口部を有するカッターディスクと、該カ
ッターディスクの回転軸と、前記シールド本体の内壁に
該シールド本体の後方から前方に向かって径を拡大して
形成したコーン面と、前記コーン面で囲まれた空間内に
位置し前記回転軸に軸受を介して取り付けられ外周面が
後方から前方に向かって径を収縮して形成されたコーン
ローターと、前記カッターディスクの後方かつ前記コー
ン面と前記コーンローターの間に形成された削土室とを
有する掘進機であって、前記カッターディスクの後方に
撹拌羽根を取り付け、該撹拌羽根が前記削土室内に位置
するように構成したことを特徴とする。

【０００７】上記のようにカッターディスクの後方に撹
拌羽根を取り付けたことにより、カッターディスクの回
転に伴って撹拌羽根が削土室内において回転し、削土室
内での礫や玉石の動きを活発にし、削土室内での破砕効
率を良くすることができる。

【０００８】また上記の掘進機においてコーンローター
の外周面の大径側に撹拌翼を固着して削土室内に位置す
るように設ければ、削土室奥部に堆積しやすい掘削土砂
の流動性を向上させて削土室からの土砂の排出を促進す
ることができ、更に撹拌効率を上げることができる。

【０００９】また上記の掘進機におけるカッターディス
クの回転軸を偏心部を有するクランク軸とし、該クラン
ク軸の偏心部に軸受を介してコーンローターを取り付け
ることにより、コーン面と偏心回転するコーンローター
との協働によって効率よく、削土室内の礫、玉石などを
破砕することができる。

【００１０】上記課題を解決するために本発明に係る掘
進機の別の構成は、シールド本体と、該シールド本体の
先端に設けられ且つ掘削された土砂を取り込む開口部を
有するカッターディスクと、該カッターディスクの回転
軸と、前記シールド本体の内壁に該シールド本体の後方
から前方に向かって径を拡大して形成したコーン面と、
前記コーン面で囲まれた空間内に位置し前記回転軸に軸
受を介して取り付けられ外周面が後方から前方に向かっ
て径を収縮して形成されたコーンローターと、前記カッ
ターディスクの後方かつ前記コーン面と前記コーンロー
ターの間に形成された削土室とを有する掘進機であっ
て、前記コーンローターの外周面の大径側に撹拌翼を固
着して該撹拌翼が前記削土室内に位置するよう構成した
ことを特徴とする。

【００１１】上記した本発明に係る掘進機の別の構成に
おいて、前記コーンローターの外周面の大径側に固着さ
れた撹拌翼が削土室内に位置することにより、コーンロ
ーターの回転と共にこの撹拌羽根が削土室内を撹拌し、
削土室内での礫や玉石の動きを活発にし、削土室内での
破砕効率を良くするのみならず、削土室奥部に堆積しや
すい掘削土砂の流動性を向上させ、削土室からの土砂の
排出を促進させることができる。

【００１２】上記した本発明に係る掘進機の別の構成に
おいて、前記回転軸を偏心部を有するクランク軸とし、
該クランク軸の偏心部に軸受を介してコーンローターを
取り付けることにより、コーン面と偏心回転するコーン
ローターとの協働によって効率よく、削土室内の礫、玉
石などを破砕することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る掘進機の一実施例に
ついて図を用いて詳細に説明する。図１は掘進機の断面
図、図２は前記掘進機の正面図、図３は前記掘進機の背
面図、図４は前記掘進機のコーンローターの機能を説明
する断面図である。

【００１４】図に示す掘進機Ａは、下水管などの管路を
敷設する際に用いられるセミシールド工法を実施するた
めの掘進機であり、図示しない立杭に設けた元押装置に
よって推進しつつ先端に設けたカッターディスクによっ
て地山を掘削し、掘削した礫、玉石などを削土室におい
て破砕して坑外に排出するように構成されている。

【００１５】図１に示すように掘進機Ａは、シールド本
体１とテールシールド２を備えている。シールド本体１
の先端には地山を掘削するカッターディスク３が回転可
能に取り付けられており、カッターディスク３に続いて
カッターディスク３によって掘削した礫、玉石などを破
砕する削土室８、隔壁７が順次設けられている。シール
ド本体１の隔壁７より後方並びにテールシールド２は機
内室９となっており、カッターディスク３等を回転駆動
させる減速機23が設けられている。また図３にも示すよ
うに、５はジャッキ、６はロッドを示す。

【００１６】シールド本体１の内部には所定距離離隔さ
せて配置した２枚のプレート７ａ、７ｂからなる隔壁７
が設けられており、隔壁７の中心にはシールド本体１と
軸心と一致させて円筒状のケーシング部材11が固着され
ている。またプレート７ａ、７ｂとケーシング部材11に
囲まれた空間は油室７ｃを形成し、ケーシング部材11の
油室７ｃに対応する位置には流通孔11ｂが形成されてい
る。

【００１７】ケーシング部材11の内側にはケーシング部
材11よりも長く形成されたスリーブ12が嵌着されてい
る。ケーシング部材11の内面にはキー溝11ａが形成され
ており、これとスリーブ12の外面に形成されたキー12ｂ
を嵌合させることによって、スリーブ12はケーシング部
材11に対し軸方向に摺動可能且つ回転不能に収容されて
いる。またスリーブ12の後端にはフランジ12ａが設けら
れ、スリーブ12が前方に摺動した際には、このフランジ
12ａがケーシング部材11の後端面と当接してこの摺動を
規制するよう構成されている。またスリーブ12には流通
孔12ｄが形成されており、ケーシング部材11の流通孔11
ｂに連続している。なお、図に於いて30はフランジ部
材、30ａはフランジ部材の胴部、31は油圧室、32は油圧
室と油圧計を接続するホース等の接続部材、33は油圧計
である。

【００１８】スリーブ12内面にはラジアル荷重及びスラ
スト荷重を支承し得る軸受13ａ、13ｂが設けられてお
り、これらの軸受13ａ、13ｂを介して回転軸14が軸支さ
れている。この実施例においては回転軸14は予め設定さ
れた偏心量を持った偏心部14ａを有するクランク軸とし
て形成されている。

【００１９】回転軸14は削土室８に向かって片持梁状に
支持されている。削土室８は隔壁７の前方所定位置に設
けたリング状の格子10によって、該格子10の前方側の破
砕室８ａと、格子10と隔壁７の間の泥水室８ｂとに分割
されている。破砕室８ａの内周面８ｃは後方から前方に
向かって径が拡大する形状を成している。

【００２０】回転軸14の偏心部14ａは破砕室８ａと対応
する位置に形成されている。また回転軸14の先端には後
述するカッターディスク３のボス部３ａと嵌合する取付
部14ｃが形成されており、後端には減速機23のスプライ
ン軸23ｃと嵌合する嵌合部14ｂが形成されている。

【００２１】回転軸14の偏心部14ａにはラジアル荷重及
びスラスト荷重を支承しうる軸受15ａ、15ｂを介してコ
ーンローター16が取り付けられている。従って、コーン
ローター16は回転軸14の偏心部14ａを中心として自由回
転し、且つシールド本体１の軸心を中心として偏心回転
するように構成されている。

【００２２】コーンローター16は、外周面16ａが後方か
ら前方に向かって径が縮小する円錐形、特に円錐台状に
形成されている。ここで上述のように破砕室８ａの内周
面８Ｃが後方から前方に向かって径が拡大するよう形成
されていることから、破砕室８ａの奥部においてはコー
ンローター16の後端部と破砕室８ａの後端面とによりス
リット８ｄが形成され、それによって泥水室８ｂに送ら
れる掘削土砂の粒径が規制されている。

【００２３】またコーンローター16の外周面16ａ及び破
砕室８ａの内周面８ｃには多数の突起18が突設されてお
り、それによって破砕室８ａ内に取り込まれた礫をスリ
ット８ｄを通過しうる大きさに破砕されるように構成さ
れている。また、コーンローター16の外周面16ａの大径
側には略三角形をした板状の撹拌翼17が設けられてい
る。撹拌翼17の端辺は破砕室８ａの内面に略平行に構成
されており、コーンローター16の回転に伴って破砕室８
ａの奥部を撹拌することができる。

【００２４】回転軸14の先端の取付部14ｃにはカッター
ディスク３が取り付けられている。カッターディスク３
は図１、図２及び図４に示すように、ボス３ａと、シー
ルド本体１の外径と略等しい径を持ったカッターディス
ク回転盤３ｂと、ボス３ａとカッターディスク回転盤３
ｂを接続するアーム３ｃとによって構成されており、ボ
ス３ａをキー14ｄを介して回転軸14の先端に取り付けて
いる。なお、図１において３ｅ、16ｂ、16ｄ、12ｃはス
リップリング、３ｆ、16ｃはスリップリングを付勢する
ためのバネである。

【００２５】カッターディスク回転盤３ｂには掘削され
た土砂を取り込むための開口部である複数の取り込み穴
３ｄが形成され、またその外表面にはローラービット19
及びローラーカッター20、スクレーパ21が夫々着脱可能
に取り付けられている。ローラービット19及びローラー
カッター20はカッターディスク回転盤３ｂに固着したブ
ラケット22に回転可能に取り付けられ、スクレーパー21
はカッターディスク回転盤３ｂの表面に固定されてい
る。

【００２６】ローラービット19は主として硬岩を対象と
して破砕或いは割砕するものであり、ローラー19ａに超
硬合金からなる複数のビット19ｂが埋め込まれている。
ローラーカッター20は主として中程度の硬さを有する岩
を対象として破砕或いは割砕するものであり、ディスク
状のローラーに超合金からなる複数のビットを埋め込ん
で形成されるもの、或いは超合金からなるディスク状の
ローラーによって形成されている。

【００２７】また図１及び図４に示すように、カッター
ディスク３の各アーム３ｃには撹拌羽根４が取り付けら
れている。この撹拌羽根４は後方に延長されており、カ
ッターディスク３の回転に伴って破砕室８ａ内を周回す
る。また各アーム３ｃに取り付けられた撹拌羽根４は少
しずつその位置をずらして取り付けられており、破砕室
８ａ内をまんべんなく撹拌するよう構成されている。

【００２８】破砕室８ａにて破砕された掘削土砂は、破
砕室８ａの後方に設けられた格子10を通って泥水室８ｂ
へ導かれる。泥水室８ｂは破砕室８ａに於いて破砕され
た掘削土砂を排出する排出手段を有しており、該排出手
段は隔壁７を貫通して泥水室８ｂに開口する送泥管25と
排泥管26とによって構成されている。送泥管25は図示し
ない装置によって液比重を調整された泥水を泥水室８ｂ
に供給するものであり、また排泥管26は泥水室８ｂにあ
る泥水と掘削土砂の混合流体を掘進機Ａの坑外に排出す
るものである。

【００２９】隔壁７の後方に位置する機内室９には、回
転軸14を駆動する減速機23が設けられている。減速機23
はモーター23ａと減速機及び変速機構からなる伝導機構
23ｂとによって構成されており、伝導機構23ｂに設けら
れたスプライン軸23ｃを回転軸14の嵌合部14ｂに嵌合す
ることで、モーター23ａの駆動力を回転軸14を介してカ
ッターディスク３及びコーンローター16に伝達してい
る。減速機23はシールド本体１に設けた支持壁24に固定
されて機内室９からテールシールド２の内部にわたって
配置されている。なお、図中において28はレーザー光、
29は光学系であり、光学系29は複数のミラー29ａ〜29
ｃ、ターゲット29ｄ及びテレビカメラ29ｅからなってい
る。

【００３０】本実施例に係る掘進機Ａにより掘削する際
には、まずカッターディスク３を減速機23によって回転
駆動して切刃27を一次破砕する。この時切羽27が硬質の
岩盤層である場合には主としてローラービット19が該層
を破砕し、また切刃27が軟質の岩盤層である場合に主と
してローラーカッター20が該層を破砕する。

【００３１】掘削された礫はカッターディスク回転盤３
ｂに形成された取り込み穴３ｄを通って破砕室８ａに取
り込まれる。取り込まれた掘削礫は、掘進機Ａの推進に
伴って新たに取り込まれた掘削礫により後方側に移動
し、該礫の径がコーンローター16の外周面16ａと破砕室
８ａの内周面８ｃとの距離と略等しくなった位置で移動
が阻止される。

【００３２】ここでカッターディスク３のアーム３ｃに
取り付けられた撹拌羽根４が破砕室８ａ内を回転するこ
とにより、破砕室８ａ内部に取り込まれた掘削礫を撹拌
してその流動性を向上させ、破砕室８ａ奥部への移動を
容易なものとしている。また撹拌羽根４とコーンロータ
ー16との間に礫が挟まることにより、撹拌羽根４の回転
に伴ってコーンローター16の回転を促進することができ
る。

【００３３】そしてコーンローター16が回転軸14の軸心
（シールド本体１の軸心）中心として偏心回転し、その
外周面16ａに設けた突起18が礫を打撃して二次破砕す
る。この二次破砕の衝撃によりコーンローター16は回転
軸14の偏心部14ａを中心に回転し、また上述のように撹
拌羽根４によっても更に促進される。この二次破砕は礫
がスリット８ｄを通過し得る径になるまで断続的に行わ
れ、破砕室８ａの奥部において高速偏心運動するコーン
ローター16によって速やかに圧密される。

【００３４】破砕室８ａに取り込まれた掘削土砂が粘性
土等の流動性の悪い土質であった場合には、掘削土砂が
破砕室８ａの奥部に堆積してコーンローター16の回転に
大きなトルクが必要になりがちである。しかし、コーン
ローター16の外面に取り付けられた撹拌翼17が破砕室８
ａ奥部を撹拌し、堆積しがちな掘削土砂の流動性を向上
させる。

【００３５】この事により、圧密された粘性土が破砕室
８ａの奥部において淀み堆積することなく、泥水室８ｂ
に対する押し出しが円滑に行われる。また破砕すべき土
砂の流動性が向上することから、カッターディスク３及
びコーンローター16の回転に必要なトルクも減少し、駆
動系統に係る負荷をやわらげることができる。従ってカ
ッターディスク３は所定の回転速度を維持することがで
き、掘削効率が向上する。

【００３６】泥水室８ｂに押し出された掘削土砂は、送
泥管25より供給された泥水と混合し、送泥管26により坑
外に導かれて排出される。

【００３７】上記実施例においては撹拌羽根４と撹拌翼
17を共に設けて示したが、どちらか一方のみを設けるこ
とでもそれぞれによる効果を得ることができる。また撹
拌羽根４及び撹拌翼17を板状の部材にて構成して示した
が、強度を上げるためにリブを設けたり、撹拌する掘削
土砂に方向性を持たせるために角度を持たせたりするこ
とでも本発明の主旨を変えるものではない。

【００３８】また、上記実施例においては回転軸はクラ
ンク軸に形成されているが、クランク軸ではなくストレ
ートな軸であっても本発明の主旨を変えるものではな
い。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る掘進機は、カッターディス
クの後方に設けた撹拌羽根によって掘削土砂を撹拌する
ことにより、削土室内に於ける掘削土砂の流動性を向上
させることができる。これによりカッターディスクによ
って新たに掘削された掘削土砂が削土室内に入りやす
く、掘進能力が向上する。また、撹拌羽根とコーンロー
ターとの間に礫等が挟まることにより、コーンローター
の回転を促進して二次破砕の効率を向上させることがで
きる。

【００４０】また、掘削土砂を破砕するコーンローター
に撹拌翼を設けたことにより、削土室奥部に滞りがちな
流動性の低い土砂を撹拌することができる。これにより
掘削土砂の流動性を向上させてその排出を円滑にするこ
とができる。従って二次破砕に必要とされるコーンロー
ターの回転トルクが低減し、カッターロックが発生する
ことがない。また回転トルクが低くなることによりカッ
ターディスクの回転速度を向上させることができ、従っ
て高い土圧を保つことができるため、切刃を安定させる
ことができる。

【００４１】また駆動系統にかかる負荷を軽減させるこ
とができることからカッターディスクの回転速度を維持
することができ、掘進速度を向上させ、相対的に掘進距
離に対する機械寿命をも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】掘進機の断面図である。

【図２】掘進機の正面図である。

【図３】掘進機の背面図である。

【図４】コーンローターの機能を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ…掘進機 １…シールド本体 ２…テールシールド ３…カッターディスク ４…撹拌羽根 ５…ジャッキ ６…ロッド ７…隔壁 ８…削土室 ８ａ…破砕室 ８ｂ…泥水室 ８ｃ…内周面 ８ｄ…スリット ９…機内室 10…格子 11…ケーシング部材 12…スリーブ 13…軸受 14…回転軸 14ａ…偏心部 15…軸受 16…コーンローター 17…撹拌翼 18…突起 19…ローラービット 20…ローラーカッター 21…スクレーパー 22…ブラケット 23…減速機 24…支持壁 25…送泥管 26…排泥管 27…切羽 28…レーザー光 29…光学系 30…フランジ部材 33…油圧計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体と、該シールド本体の先端
   に設けられ且つ掘削された土砂を取り込む開口部を有す
   るカッターディスクと、該カッターディスクの回転軸
   と、前記シールド本体の内壁に該シールド本体の後方か
   ら前方に向かって径を拡大して形成したコーン面と、前
   記コーン面で囲まれた空間内に位置し前記回転軸に軸受
   を介して取り付けられ外周面が後方から前方に向かって
   径を収縮して形成されたコーンローターと、前記カッタ
   ーディスクの後方かつ前記コーン面と前記コーンロータ
   ーの間に形成された削土室とを有する掘進機であって、
   前記カッターディスクの後方に撹拌羽根を取り付け、該
   撹拌羽根が前記削土室内に位置するように構成したこと
   を特徴とする掘進機。
2. 【請求項２】 前記コーンローターの外周面の大径側に
   撹拌翼を固着し、該撹拌翼が前記削土室内に位置するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１に記載の掘進
   機。
3. 【請求項３】 前記回転軸が偏心部を有するクランク軸
   であり、該クランク軸の偏心部に軸受を介して前記コー
   ンローターが取り付けられていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載の掘進機。
4. 【請求項４】 シールド本体と、該シールド本体の先端
   に設けられ且つ掘削された土砂を取り込む開口部を有す
   るカッターディスクと、該カッターディスクの回転軸
   と、前記シールド本体の内壁に該シールド本体の後方か
   ら前方に向かって径を拡大して形成したコーン面と、前
   記コーン面で囲まれた空間内に位置し前記回転軸に軸受
   を介して取り付けられ外周面が後方から前方に向かって
   径を収縮して形成されたコーンローターと、前記カッタ
   ーディスクの後方かつ前記コーン面と前記コーンロータ
   ーの間に形成された削土室とを有する掘進機であって、
   前記コーンローターの外周面の大径側に撹拌翼を固着し
   て該撹拌翼が前記削土室内に位置するよう構成したこと
   を特徴とする掘進機。
5. 【請求項５】 前記回転軸が偏心部を有するクランク軸
   であり、該クランク軸の偏心部に軸受を介してコーンロ
   ーターが取り付けられていることを特徴とする請求項４
   に記載の掘進機