JP2000257387A - 小口径トンネル掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２００ｍ以上の長距離を推進可能で、掘進機
の外周摩擦が低減でき、抵抗を非常に低くでき、滞水層
や礫混じり層でも掘進が可能で、非常に小口径の削孔が
できる小口径トンネル掘進機を提供することにある。 【解決手段】 掘進機本体２ａの先端に切刃部３を設
け、油圧モーター９を設けて切刃部の回転軸４を駆動さ
せ、圧水噴出管１１を掘進機本体２ａの先端部分に設
け、掘進機本体２ａの内部を排土路とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、先端の切刃部で地
盤を掘削し、掘削した泥水，掘削排土を後方に送りなが
ら後方から連結管を次々と押し込んで全体を前進させな
がら汚水管・雨水管・ケーブル管・通信管等の管路を埋
設するために地中に直径１００ｍｍ〜７００ｍｍ程の小
さい径で削孔する小口径トンネル掘進機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、直径２００ｍｍ以下で地
下に汚水管、雨水管、ケーブル管、通信管等の管路を埋
設しようとした場合、現在のところ無排土方式（掘進機
のヘッドを圧入して後方に掘削土砂を搬送する事なく、
管路の外部に押しやって圧入する方法）が一般的に用い
られる。また、それよりも小口径（直径２００ｍｍ以
下）の場合は高圧ジェット水を切刃に噴射しながら掘進
を行い、その後リード管を引っ張りながら２工程で管路
を構築する方法が用いられる。しかし、この無排土方式
やジェット水を使用する方法は抵抗が大きく、推進延長
が良好に行われなかったり、土質の影響を大きく受けて
しまったりして推進が不能になる場合が多かった。ま
た、通常の推進ヘッドは開口もしくは、閉塞方式のため
に切羽圧力のコントロールがきかず、滞水層や礫混じり
層は掘進ができなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は従来のこれらの問題を解消し、２００ｍ以上
の長距離を推進可能で、掘進機の外周摩擦が低減でき、
抵抗を非常に低くでき、滞水層や礫混じり層でも掘進が
可能で、非常に小口径の削孔ができる小口径トンネル掘
進機を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決した本
発明の構成は、 １） 掘進機本体の先端に切刃部を回転自在に設け、水
圧、空気圧又は油圧を動力とする駆動装置を前記掘進機
本体内に設けて前記切刃部の回転軸を駆動させ、前記切
刃部の周辺に泥水又は圧水を送り込む圧水噴出管を前記
掘進機本体の先端部分に設け、前記掘進機本体内部を掘
削した泥土を排出するための排土路としたことを特徴と
する小口径トンネル掘進機 ２） 排土路の一部に膨縮自在な膨縮体を設けて泥土の
通路面積を変えられるようにした前記１）記載の小口径
トンネル掘進機 ３） 膨縮体としてエアーで膨縮するエアーバルブを用
いた前記２）記載の小口径トンネル掘進機 ４） 掘進機本体の後端の外縁付近の数箇所にエアーで
膨縮するエアーパック又は油で膨縮する油圧パックを設
けて掘進機本体の進行方向を変えられるようにして前記
１）〜３）いずれかに記載の小口径トンネル掘進機 ５） 切刃部の回転軸の後方部分に水圧、空気圧又は油
圧で回転するモーターを設けて回転軸を駆動するように
した前記１）〜４）いずれかに記載の小口径トンネル掘
進機にある。

【０００５】

【作用】本発明では、掘進機本体先端の切刃部の回転軸
を水圧、空気圧又は油圧を動力とする駆動装置で回転さ
せる。さらに掘進機本体の先端部分に設けた圧水噴出管
より切刃部周辺に圧水又は泥水を送り込む。切刃部の周
辺に圧水又は泥水が送り込まれることで切刃部の掘削抵
抗は安定し、かつ掘削した泥土が圧力によって、掘進機
本体内部に送り込まれる。本発明では泥土を排出する通
路として管を設けず、掘進機本体内部を排土路としてい
る。よって、掘削された泥土は掘進機本体内部を通って
後方に移動する。このようにして掘削を行いながら掘進
機本体の後端に連結管を次々と継ぎ足して全体を押し込
むようにして前進させて管を付設していく。排土路の一
部に膨縮自在な膨縮体を設けたものは、膨縮体を膨張さ
せて泥土の通路面積を小さくし、膨縮体を縮小させて泥
土の通路面積を大きくして泥土の通路面積を変えて泥土
を送る圧力及び切刃部周辺の水圧を制御できるようにす
る。膨縮体としてエアーで膨縮するエアーバルブを用い
たものは、エアーで膨縮することで掘進機本体内に駆動
装置を必要としない膨縮体となる。掘進機本体の後端の
外縁付近の数箇所にエアーで膨縮するエアーパック又は
油で膨縮する油圧パックを設けたものは、掘進機本体の
進行方向を変えたい場合に変更したい方向と逆側のエア
ーパック又は油圧パックを膨張させることで掘進機本体
を後続管に対して傾けて進行方向を変更させる。切刃部
の回転軸の後方部分に水圧、空気圧又は油圧で回転する
モーターを設けたものは、水圧又は空気圧を利用したモ
ーターによって切刃部を回転させるようにする。

【０００６】

【発明の実施の形態】排土路は、管を設けて土泥を管内
に通すようにしても、掘進機本体内部の空間を排土路と
して土泥を空間内を通すようにしてもよい。エアーバル
ブ及びエアーパック又は油圧パックの材質は、内外圧に
対する耐久性とくり返し拡縮されることによる疲労に対
する耐久性をもつものが好ましい。掘進機本体に供給さ
れる水圧又は空気圧は、掘進機本体内に圧力調整を行う
ものでも、外部で調達した圧力で送るようにしてもどち
らでもかまわない。排土装置の付近には排土装置に送ら
れる泥土が比重によって分離沈澱しないように撹拌装置
を設けるのが好ましい。掘進機本体に設ける各装置は、
水圧、空気圧又は油圧パックを動力とし、原動機、電気
等を用いないものが掘進機本体を小径にでき望ましい。
圧力噴出管より送り込む圧水は泥水でも水でもかまわな
い。

【０００７】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して具体
的に説明する。図１〜８に示す実施例は、掘進機本体の
先端に切刃部を回転自在に設け、油圧を動力とする駆動
装置を掘進機本体内に設けて切刃部の回転軸を駆動さ
せ、切刃部の周辺に圧水を送り込む圧水噴出管を掘進機
本体の先端部分に設け、掘進機本体内部を掘削した泥土
を排出するための排土路とし、排土路の一部に膨縮自在
な膨縮体を設けて泥土の通路面積を変えられるように
し、膨縮体としてエアーで膨縮するエアーバルブを用
い、掘進機本体の後端の外縁付近の数箇所にエアーで膨
縮するエアーパックを設けて掘進機本体の進行方向を変
えられるようにし、切刃部の回転軸の後方部分に油圧で
回転するモーターを設けて回転軸を駆動するようにした
小口径トンネル掘進機の例である。図１は実施例の小口
径トンネル掘進機の縦断面図である。図２は図１のＡ−
Ａ断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。図
４は図１のＣ−Ｃ断面図である。図５は実施例の小口径
トンネル掘進機のエアーバルブを収縮させた状態の説明
図である。図６は実施例の小口径トンネル掘進機のエア
ーバルブを収縮させた状態の説明図である。図７は図１
のＤ−Ｄ断面図である。図８は実施例の小口径トンネル
掘進機の説明図である。図中、１は小口径トンネル掘進
機、２ａは掘進機本体、２ｂは掘進機本体、３は切刃
部、３ａは切刃、３ｂはガイド、４は回転軸、５は軸
受、６はカバー、７ａ，７ｂは支持部、８は継手、９は
油圧モーター、１０はエアーバルブ、１１は圧水噴出
管、１２はエアーパック、１３はシール部、１４は撹拌
装置、１５は排出装置、１５ａは排出管、１５ｂはエア
ーパイプ、１６はドライブシャフト、ｍは泥土、ｓは石
である。実施例では図１〜８に示すように掘進機本体の
内部を排土路としている。まず図１，３に示すように円
筒状の掘進機本体２ａの内部に支持部７ａ，７ｂを設け
る。支持部７ａ，７ｂは掘進機本体２ａの先端側から見
ると十字形状になっていて、排土路となる空隙を大きく
得られる形状になっている。また支持部７ａ，７ｂの中
央にな穴を設けている。この支持部７ａ，７ｂの中央の
穴に貫通させるようにして円筒状のカバー６を設ける。
次にカバー６の２箇所に軸受５を設け、軸受５で回転自
在に支持するようにして回転軸４を設ける。次に回転軸
４の先端に図２に示すように切刃部３を設け、切刃部３
の先端側には複数の切刃３ａを設ける。切刃部３の後方
側にはガイド３ｂを設け、ガイド３ｂの外周が掘進機本
体２ａの内周にガイドされるようになっている。次に図
１，４に示すように支持部７ａ，７ｂの間に３つのエア
ーバルブを掘進機本体２ａの内周に設ける。エアーバル
ブは円筒状のもので、両端を外周とシールさせて取り付
ける。エアーバルブへ送る空気は、エアーバルブと外周
との間に送られるよう空気送り口が設けられる。次に掘
進機本体２ｂの内部に油圧モーター９を設ける、次に回
転軸４の後端と油圧モーター９の出力軸先端に継手８を
設け、回転軸４の継手と油圧モーター９の出力軸先端の
継手８をつなぐようにドライブシャフト１６を設ける。
円筒状の掘進機本体２ｂの先端部分は外径が掘進機本体
２ａの内径より小さくなっていて、掘進機本体２ａの後
端と重なる部分が設けられている。この重なる部分にシ
ール部１３が設けられている。また、掘進機本体２ａの
内部に位置する掘進機本体２ｂの先端は内側に折り込む
ように折曲されている。この折曲した部分と所定の間隔
で対向するように内側に向って突出した部分が掘進機本
体２ａに設けられている。掘進機本体２ｂの先端の内側
に折曲させた部分と掘進機本体２ａの内側に向って突出
させた部分の間にエアーパック１２を約９０°ごとの４
箇所に設ける。次に掘進機本体２ｂの内側に撹拌装置１
４を設け、撹拌装置１４の後方に排出装置１５を設け
る。排出装置１５の排出管１５ａは外部まで配管されて
いる。排出管１５ａの先端部分には、エアーパイプ１５
ｂが排出管の内部に向ってエアーを噴出させるように接
続されている。次に圧水噴出管１１を図１に示すように
掘進機本体２ａの途中より外部を掘進機本体２ａに沿っ
て前方に向かうよう配置し、圧水噴出管１１の先端から
切刃部３の先端に向って噴出できるようになっている。
この小口径トンネル掘進機を用いるには、地下の所定の
位置から目標となる地点に向って小口径トンネル掘進機
を設置し、外部より油圧モーターに油を所定の圧力で送
って油圧モーターを駆動する。油圧モーターの駆動は継
手８とドライブシャフト１６によって回転軸４に伝達さ
れる。よって回転軸４が回転し、回転軸４の先端に取り
付けられている切刃部３が回転する。回転する切刃部３
に取り付けられている切刃３ａによって掘削を行う。ま
た、圧水噴出管１１によって切刃３ａ周辺に高圧の水又
は泥水を送り、切刃３ａを安定して掘削させ、かつ掘削
された泥土が圧力によって後方に送られる。掘削された
泥土は切刃部３の通過できる部分より掘進機本体２ａの
内部に圧力によって送られる。掘進機本体２ａ内部に送
られた泥土は支持部７ａの通過できる部分を通ってさら
に後方に送られる。本実施例では、エアーバルブ１０は
内部の空気圧がエアーバルブ１０より前方の泥土の圧力
を一定にするよう所定の範囲で制御されている。所定の
圧力より泥土の圧力が高い場合には、エアーバルブ１０
の空気圧を低くして図５に示すようにカバー６とエアー
バルブ１０の間の通路面積を大きくし、エアーバルブ１
０の前方の泥土を後方に送る。これによってエアーバル
ブ１０より前方の泥土の圧力が高くなりすぎないように
なる。また所定の圧力より泥土の圧力が低い場合には、
エアーバルブ１０の空気圧を高くして図４に示すように
カバー６とエアーバルブ１０の間の通路面積を小さく
し、エアーバルブ１０の前方の泥土を後方に送らない
か、又は一部のみを送る。これによってエアーバルブ１
０より前方の泥土の圧力が低くなりすぎないようにな
る。このようにして掘削することによって、掘削する土
の性質に影響を受けず、切刃の周辺を所定の圧力に保っ
て掘削を行うことができる。よって掘進機の外周摩擦が
低減でき抵抗を非常に低くでき滞水層や礫混じり層でも
掘進が可能となる。エアーバルブ１０より後方に送られ
た泥土は支持部７ｂの通過できる部分を通って後方に移
動し、撹拌装置１４によって撹拌される。撹拌すること
によって泥土が比重によって分離して比重の重い部分が
たまって移動しなくなるのを防ぐことができる。撹拌装
置１４は撹拌羽根を回転させて撹拌しながら後方に泥土
を送る。撹拌装置１４によって後方に送られた泥土は排
出装置１５によって外部に運ばれる。排出装置１５は排
出管１５ａの一端を外部で負圧にして、掘進機本体２ｂ
の内部に設けた排出管１５ａの一端より泥土を吹き込ん
で外部に送る。もし、掘進機本体２ｂの内部に設けた排
出管の一端が泥土に埋まってしまうと、負圧で吸引が行
えなくなってしまう。この場合には、排出管１５ａの先
端に接続したエアーパイプ１５ｂより空気を送って、埋
った部分の泥土を吹き飛ばすようにして除去し吸引でき
るようにする。このようにして掘削した泥土を排出しな
がら掘削し、掘進機本体の後端に連結管を連結し、ジャ
ッキで全体を推進させ、さらに次々と連結管を連結して
いく。さらに掘進機の進行方向を変更したい場合には、
掘進機を進行させたい方向と逆の方向のエアーパック１
２に空気を送る。これによって掘進機本体２ａが掘進機
本体２ｂに対して傾くので、推進する方向が変化するこ
とになる。このように実施例の小口径トンネル掘進機は
エアーパック１２によって進行方向を修正しながら掘削
を行うことができる。また、エアーパックは油で膨縮す
る油圧パックとしてもよい。このように本実施例の小口
径トンネル掘進機は掘進機本体の内部を排土路とするこ
とで小径化と掘削した泥土の後方への排出を両立させ、
実施例の小口径トンネル掘進機では直径を２００ｍｍの
小口径で２００ｍ以上の長距離の掘削を行うことができ
る。また、図８に示すようにエアーバルブ１０を設けて
いる排土路に石が流れてきて、その石がエアーバルブ１
０を押す場合には、エアーバルブ１０は比較的軟質なた
めに図８に示すように適度に変形するので、エアーバル
ブ１０が破損してしまうようなことがない。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、２００ｍ以上の長距離
を推進可能で、掘進機の外周摩擦が低減でき抵抗を非常
に低くでき滞水層や礫混じり層でも掘進が可能で、非常
に小口径の削孔ができる小口径トンネル掘進機にでき
る。排土路の一部に膨縮自在な膨縮体を設けたものは、
さらに掘削する土の性質に影響を受けにくい小口径トン
ネル掘進機にできる。膨縮体としてエアーで膨縮するエ
アーバルブを用いたものは、制御が容易で必要スペース
を小さくして排土に用いる通路を大きくできる。掘進機
本体の後端の外縁付近の数箇所にエアーで膨縮するエア
ーパック又は油で膨縮する油圧パックを設けたものは、
掘進機を進行させる方向を容易に変更できる小口径トン
ネル掘進機にできる。切刃部の回転軸の後方部分に水
圧、空気圧又は油圧で回転するモーターを設けたもの
は、必要スペースを小さくして排土に用いる通路を大き
くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の小口径トンネル掘進機の縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】実施例の小口径トンネル掘進機のエアーバルブ
を収縮させた状態の説明図である。

【図６】実施例の小口径トンネル掘進機のエアーバルブ
を収縮させた状態の説明図である。

【図７】図１のＤ−Ｄ断面図である。

【図８】実施例の小口径トンネル掘進機の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 小口径トンネル掘進機 ２ａ 掘進機本体 ２ｂ 掘進機本体 ３ 切刃部 ３ａ 切刃 ３ｂ ガイド ４ 回転軸 ５ 軸受 ６ カバー ７ａ 支持部 ７ｂ 支持部 ８ 継手 ９ 油圧モーター １０ エアーバルブ １１ 圧水噴出管 １２ エアーパック １３ シール部 １４ 撹拌装置 １５ 排出装置 １５ａ 排出管 １５ｂ エアーパイプ １６ ドライブシャフト ｍ 泥土 ｓ 石

フロントページの続き (72)発明者 酒井 栄治 福岡県福岡市博多区博多駅南五丁目二九番 地二三号 新技術工営株式会社推進事業部 内 (72)発明者 藤田 忠男 奈良県天理市杉本町269−５ Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC18 BA03 CA03 DA06 GA04 GA34 GA37 GA44

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進機本体の先端に切刃部を回転自在に
   設け、水圧、空気圧又は油圧を動力とする駆動装置を前
   記掘進機本体内に設けて前記切刃部の回転軸を駆動さ
   せ、前記切刃部の周辺に泥水又は圧水を送り込む圧水噴
   出管を前記掘進機本体の先端部分に設け、前記掘進機本
   体内部を掘削した泥土を排出するための排土路としたこ
   とを特徴とする小口径トンネル掘進機。
2. 【請求項２】 排土路の一部に膨縮自在な膨縮体を設け
   て泥土の通路面積を変えられるようにした請求項１記載
   の小口径トンネル掘進機。
3. 【請求項３】 膨縮体としてエアーで膨縮するエアーバ
   ルブを用いた請求項２記載の小口径トンネル掘進機。
4. 【請求項４】 掘進機本体の後端の外縁付近の数箇所に
   エアーで膨縮するエアーパック又は油で膨縮する油圧パ
   ックを設けて掘進機本体の進行方向を変えられるように
   して請求項１〜３いずれかに記載の小口径トンネル掘進
   機。
5. 【請求項５】 切刃部の回転軸の後方部分に水圧、空気
   圧又は油圧で回転するモーターを設けて回転軸を駆動す
   るようにした請求項１〜４いずれかに記載の小口径トン
   ネル掘進機。