JP2002339693A

JP2002339693A - 地盤掘削機

Info

Publication number: JP2002339693A
Application number: JP2001148618A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Miya; 清宮; Yoichi Moriya; 洋一守屋; Kenji Yamashita; 健司山下; Kenya Murayama; 健冶村山; Yoshifumi Fukawa; 宜史府川; Kiyoshi Tsuchiya; 清土屋; Masakazu Fukai; 政和深井
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Obayashi Corp
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Obayashi Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】根元の過剰磨耗を防止しつつ、余掘りを確実
に行うこと。【解決手段】カッタヘッド３は、センタビット２０
と、４本の第１〜第４スポーク部２２ａ〜２２ｄと、合
計８個の第１〜第８カッタビット２４−１〜２４−８
と、リング部材２６とを備えている。第１〜第８カッタ
ビット２４−１〜２４−８は、掘進機本体の軸方向の後
部側に沿って、同じピッチ間隔P１を隔てて、順に設置
されている。隣接する第１〜第８カッタビット２４−１
〜２４−８間には、所定の間隙Δが設けられている。第
１〜第８カッタビット２４−１〜２４−８は、カッタヘ
ッド３の中心から、径外方向に沿って、同じピッチ間隔
を隔てて、順に設置されていて、第８カッタビット２４
−８が、これらのカッタ群のうち最外周側に位置してい
る。カッタヘッド３の最外周側に位置する第８カッタビ
ット２４−８が、径方向に出没自在に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、シールド掘進機
などの地盤掘削機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市部やその近郊での地下トンネルの構
築工事に採用される工法として、シールド工法が知られ
ており、この種の工法では、地盤の掘削にシールド掘進
機が用いられる。

【０００３】シールド掘進機は、先端に回転自在に設け
られたカッタヘッドを、回転駆動させて地盤を掘削し、
カッタヘッドには、土砂掘削用のカッタビットが配置さ
れている。

【０００４】シールド掘進機のカッタビットは、土砂の
掘削により磨耗し、シールド掘進機での掘進可能な距離
を延長するためには、その交換が必要になる。このよう
な問題に対して、近時、階段状の縦断面の掘削を可能に
することで、長距離掘削が行えるシールド掘進機が開発
された。

【０００５】図７にその要部を示している。同図に示し
た地盤掘削機Ａは、掘進機本体Ｂと、掘進機本体Ｂの前
端に回転自在に設けられたカッタヘッドＣとを備えてい
る。カッタヘッドＢ先端中央には、先行掘削部Ｄが設け
られている。

【０００６】また、カッタヘッドＣには、先行掘削部Ｄ
から掘進機本体Ｂの軸方向の後部側に沿って、所定の間
隔を隔てて順次設置された複数のカッタビットＥを有し
ている。

【０００７】この複数のカッタビットＥは、カッタヘッ
ドＣの中心側から径外方向に沿って、所定の間隔を隔て
て順次配置されていて、中心から外方に向かう階段状の
縦断面掘削が可能な段形状ビット群を構成している。

【０００８】ところで、この種のシールド掘進機では、
カッタヘッドＣの外周側にオーバーカッタやコピーカッ
タなどの余堀装置Ｆを出没自在に設置し、曲線個所でシ
ールド掘進機を掘進する際に、余堀装置Ｆをカッタヘッ
ドＣの外側に突出させて、余堀部分を掘削している。

【０００９】しかしながら、このような余堀装置Ｆに
は、以下に説明する技術的な課題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、図７に示し
たシールド掘進機では、余堀装置Ｆは、階段状に掘削さ
れる切羽の包絡線とほぼ平行に出没させる構成になるっ
ているが、このような方向に余堀装置Ｆを突出させて余
堀りを行うと、余堀装置Ｆの切削部位が、切羽に対して
斜め後方に位置することになる。

【００１１】ところが、このような状態で余掘りを行う
と、余堀装置Ｆの前面側に未掘削部が残存して、確実な
余堀りができなかったり、あるいは、余堀装置Ｆの根元
が過剰に磨耗するという問題が発生する。

【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、根
元の過剰磨耗を防止しつつ、余掘りが確実に行える地盤
掘削機を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、先端に回転自在に設けられたカッタヘッ
ドを、回転駆動させて地盤を掘削する地盤掘削機におい
て、前記カッタヘッドの先端中央に設けられた先行掘削
部と、前記先行掘削部から前記地盤掘削機の軸方向の後
部側に沿って、所定の間隔を隔てて順次設置され、か
つ、前記カッタヘッドの中心側から径外方向に沿って、
所定の間隔を隔てて順次配置して、中心から外方に向か
う階段状の縦断面掘削が可能な段状ビット群を形成する
複数のカッタビットとを有し、前記段状ビット群のう
ち、径方向の最外周側に配置される前記カッタビット
を、径方向に出没自在に構成した。

【００１４】このように構成した地盤掘削機によれば、
段状ビット群のうち、径方向の最外周側に配置されるカ
ッタビットを、径方向に出没自在に構成しているので、
このカッタビットを、径方向に突出させて掘削すると、
カッタヘッドの外側に余掘り部分を形成することができ
る。

【００１５】この場合、この余掘り部分は、段状ビット
群の最外周側に設けられているカッタビットを突出させ
て形成するので、余掘り部分が階段状の縦断面掘削とな
る切羽と連続したものとなり、根元の過剰磨耗を防止し
つつ、確実に余掘りを形成することができる。

【００１６】本発明では、出没自在な前記カッタビット
は、前記カッタヘッドの中心から外方に向けて放射状に
延びるスポーク部に配置することができる。

【００１７】また、出没自在な前記カッタビットの出没
機構は、前記スポーク部に内臓することができる。

【００１８】さらに、出没自在な前記カッタビットは、
その出没方向を前記地盤掘削機の軸とほぼ直交する方向
に設定することができる。

【００１９】前記地盤掘削機は、シールド掘進機に好適
に適用することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１か
ら図4は、本発明にかかる地盤掘削機の第１実施例を示
している。これらの図に示した実施例は、本発明をシー
ルド掘進機に適用した場合を例示している。

【００２１】同図に示したシールド掘進機は、図１に全
体構成を示すように、中空円筒状の掘進機本体１を備え
ている。掘進機本体１は、前胴１ａと後胴１ｂとを有
し、これらの前，後胴１ａ，１ｂを後述する中折れ機構
１１を介して折り曲げ可能に連結した構造になってい
る。

【００２２】前胴１ａの先端側には、カッタヘッド３が
回転自在に設けられており、カッタヘッド３の背面側に
は、掘削室Ｐを隔成する隔壁２が、前胴１ａの前端側内
周に固設されている。

【００２３】隔壁２の背面側には、カッタヘッド３を回
転駆動するカッタ駆動装置４、例えば、電動ないしは油
圧モータと、カッタ駆動装置４の回転駆動力をカッタヘ
ッド３に伝達する動力伝達機構５が設けられている。

【００２４】また、隔壁２には、掘削室Ｐ内に取込まれ
た掘削土砂を掘進機本体１の後方側に搬出するスクリュ
ーコンベアで構成された排土装置６が、これを貫通する
ようにして設置されている。

【００２５】さらに、後胴１ｂ内には、シールド掘進機
の掘進に伴って、その後部側に順次環状に組立てられる
セグメントＳの組立用エレクタ装置９が設置されてい
る。

【００２６】カッタヘッド３は、その背面側中心に設け
られたセンタシャフト１０を介して、隔壁２に回転自在
に支持されていて、センタシャフト１０には、これが隔
壁２から後方に突出した部分に動力伝達機構５が結合さ
れている。

【００２７】前胴１ａと後胴１ｂとの間に配置された中
折れ機構１１は、摺動部１１ａとシール部材１１ｂとを
備え、後胴１ｂの前方側端部に外周がほぼ球面状の摺動
部１１ａが配置され、前胴１ａの後端部がこれに摺接し
て移動できるようになっている。

【００２８】シール部材１１ｂは、これらの摺接部の外
周を覆うようにして、土砂や地下水の浸入を防止する。
また、前胴１ａと後胴１ｂとの間には、この中折れ機構
１１とともに、複数の中折れジャッキ１4が設置されて
いる。

【００２９】中折れジャッキ１４は、伸縮端側がブラケ
ット１２を介して、前胴１ａ側に結合され、固定端側が
リングガータ１３にブラケット１３ａを介して取付けら
れている。

【００３０】この中折れジャッキ１４は、シールド掘進
機を曲線掘進させる際や、掘進方向を修正する際に適宜
作動させて、前胴１ａを後胴１ｂに対して曲げ、これら
のなす角度を変化させることで、掘進方向を変更する。

【００３１】なお、図１に符号１３ｂで示した部材は、
リングガータ１３にブラケット１３ａと異なる方向に延
設されたブラケットであって、このブラケット１３ｂに
は、シールドジャッキ１５が取付けられている。

【００３２】このシールドジャッキ１５は、掘進機本体
１の周方向に沿って複数設置されていて、環状に組立て
られたセグメントＳに反力を取って、シールド掘進機を
掘進させる際に用いられる。

【００３３】なお、後胴１ｂの後端には、複数のテール
パッキン８ａを備えたテールシール部８が設けられてい
て、テールパッキン８ａをセグメントＳに摺接すること
により、掘進機本体１のシールを確保して、機内への土
砂や地下水の浸入を防止する。

【００３４】以上のようなシールド掘進機としての基本
的な構成は、従来のこの種の装置と同じであるが、本実
施例のシールド掘進機は、カッタヘッド３に顕著な特徴
がある。

【００３５】図２は、本実施例のカッタヘッド３の詳細
正面図である。この図に示したカッタヘッド３は、セン
タビット（先行掘削部）２０と、４本の第１〜第４スポ
ーク部２２ａ〜２２ｄと、合計８個の第１〜第８カッタ
ビット２４−１〜２４−８と、リング部材２６とを備え
ている。

【００３６】センタビット２０は、カッタヘッド３の中
心に配置されたセンタシャフト１０の掘進方向前端に固
設されたボス１０ａの前面に突出するように設置され、
カッタヘッド３を回転駆動することにより、シールド掘
進機の掘進方向の中心軸上を、その長さに対応した直径
の円筒状に掘削することになる。

【００３７】第１〜第４スポーク部２２ａ〜２２ｄは、
所定の幅と長さを有する筒状に形成され、センタシャフ
ト１０のボス１０ａの外周縁から外方に向けて放射状に
延設され、本実施例の場合には、４本の第１〜第４スポ
ーク部２２ａ〜２２ｄが９０°の等角度間隔で配置され
ている。

【００３８】また、各第１〜第４スポーク部２２ａ〜２
２ｄは、図１にその側面状態を示すように、第１〜第４
スポーク部２２ａ〜２２ｄの中心軸Ｏが、掘進機本体１
の軸方向の中心に対して、所定の角度θで交差するよう
に、後部側に向けて傾斜した状態になっている。

【００３９】第１〜第８カッタビット２４−１〜２４−
８は、第１〜第４スポーク部２２ａ〜２２ｄの前端面側
に突設されていて、先端にカッタ刃を供えている。本実
施例の場合には、合計８個の第１〜第８カッタビット２
４−１〜２４−８は、２個ずつが１本のスポーク部２２
ａ〜２２ｄにそれぞれ配置されている。

【００４０】すなわち、第１スポーク部２２ａに第１，
第5カッタビット２４−１，２４−５が配置され、第２
スポーク部２２ｂに第２，第６カッタビット２４−２，
２４−６が配置され、第３スポーク部２２ｃに第３，第
７カッタビット２４−３，２４−７が配置され、第４ス
ポーク部２２ｄに第４，第８カッタビット２４−４，２
４−８が配置されている。

【００４１】８個の第１〜第８カッタビット２４−１〜
２４−８は、図１ないしは図３，４に示すように、セン
タビット２０から掘進機本体１の軸方向の後部側に沿っ
て、同じピッチ間隔P１を隔てて、第１カッタビット２
４−１から第８カッタビット２４−８の順に設置されて
いる。

【００４２】径方向に隣接する第１〜第８カッタビット
２４−１〜２４−８間には、同じ大きさの間隙Δが設け
られている。また、８個の第１〜第８カッタビット２４
−１〜２４−８は、図２に示すように、カッタヘッド３
の中心から、径外方向に沿って、同じピッチ間隔P１を
隔てて、第１カッタビット２４−１から第８カッタビッ
ト２４−８の順に設置されていて、第８カッタビット２
４−８が、これらのカッタ群のうち最外周側に位置して
いる。

【００４３】リング部材２６は、第１〜第４スポーク部
２２ａ〜２２ｄの外周縁間を連結するようにしてこれら
にそれぞれ固設されていて、その前面側に、掘削軌跡が
第８カッタビット２４−８と一部重なる４個のカッタビ
ット２８が設けられている。カッタビット２８は、４本
のスポーク部２２ａ〜２２ｄの中間位置にそれぞれ配置
されている。

【００４４】一方、本実施例のシールド掘進機では、カ
ッタヘッド３の最外周側に位置する第８カッタビット２
４−８が、径方向に出没自在に構成されている。この第
８カッタビット２４−８は、カッタヘッド３の中心から
放射状に延設された第４スポーク部２２ｄの外周縁に配
置され、このカッタビット２４−８を支持して出没させ
る出没機構３０は、図３，４に示すように、第４スポー
ク部２２ｄ内に内蔵されている。

【００４５】この出没機構３０は、第８カッタビット２
４−８を直線的に出没させる油圧ジャッキや、回転運動
を直線運動に変換するラックピニオン機構を備えた油圧
モータなどで構成され、本実施例の場合には、第８カッ
タビット２４−８が、第４スポーク部２２ｄの中心軸Ｏ
とほぼ平行に出没するようになっている。

【００４６】なお、第８カッタビット２４−８の外側の
側面には、余掘り部分を掘削する際の保護ビット３２が
突設されている。

【００４７】以上のように構成されたカッタヘッド３に
よれば、これをカッタ駆動装置４で回転駆動させると、
図３，４に示すように、軸方向の中心がセンタビット２
０により掘削され、その外方側が順次第１〜第８カッタ
ビット２４−１〜２４−８により掘削される。

【００４８】この掘削の過程で、第１カッタビット２４
−１で掘削された環状部分の、径外方向に第２カッタビ
ッ２４−２により環状掘削部が形成されるが、この掘削
の際に、カッタビット２４−２により直接掘削されない
間隙Δ内の土砂は、第２カッタビッ２４−２により環状
掘削部が形成されるときに下方ないしは中心側に落下す
る。

【００４９】そして、このような状態で掘削が進行する
と、その結果、カッタヘッド３の中心から径外方向に向
かう階段状の縦掘削断面の切羽が形成され、第１〜第８
カッタビット２４−１〜２４−８は、このような形状の
切羽を形成する際の段状ビット群を構成している。

【００５０】ところで、本実施例で示したようなシール
ド掘進機では、これを曲線掘進させる際や、掘進方向を
修正する際に、適宜中折れジャッキ１４を作動させて、
前胴１ａを後胴１ｂに対して曲げ、これらのなす角度を
変化させることで、掘進方向を変更する必要性がある。

【００５１】この場合に、掘進機本体１の外周側に余掘
り部分を形成して、これらの操作を容易にすることにな
るが、本実施例では、このような余掘り部分は、出没機
構３０を作動させることにより、第８カッタビット２４
−８を径外方向に突出させて形成する。

【００５２】図4には、第８カッタビット２４−８を径
外方向に突出させて、カッタビット３を回転駆動するこ
とにより余掘り部分を形成する際の状態が図示されてい
る。本実施例の場合には、第８カッタビット２４−８
が、第４スポーク部２２ｄの中心軸Ｏとほぼ平行に出没
するようになっているので、余掘り部分は、第８カッタ
ビット２４−８が、掘進機本体１の軸方向の後方側に若
干後退した位置に形成されるが、この余掘り部分は、段
状ビット群で形成した切羽と連続したものとなる。

【００５３】この結果、図４に示すように、第８カッタ
ビット２４−８の支持部の前面側にに未掘削部がなくな
り、根元の過剰な磨耗を防止しつつ、確実に余掘り部分
を形成することができる。

【００５４】図５および図6は、本発明にかかる地盤掘
削機の第２実施例を示しており、上記実施例と同一もし
くは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省
略するとともに、以下のその特徴点についてのみ詳述す
る。

【００５５】この実施例は、上記実施例と同様に、本発
明をシールド掘進機に適用した場合であって、図５およ
び図６は、カッタヘッド３の要部を示している。カタヘ
ッド３は、第１〜第４スポーク部２２ａ〜２２ｄを有し
ていて、上記実施例と同様に、中心から外方に向かう階
段状の縦断面掘削が可能な段状ビット群を構成する第１
〜第８カッタビット２４−１〜２４−８を有している。

【００５６】これらのビット群のうち、径外方向の最外
周側に位置する第８カッタビット２４−８は、径方向に
出没自在に構成され、このカッタビット２４−８を出没
させる出没機構３０が、第４スポーク部２２ｄ内に内蔵
されている。

【００５７】本実施例の場合、第８カッタビット２４−
８は、掘進機本体１の軸方向に対して、ほぼ直交するよ
うに出没する。このように構成した第８カッタビット２
４−８によっても、余掘り部分は、上記実施例とほぼ同
じ形態で形成されるので、上記実施例と同等の作用効果
が得られる。

【００５８】なお、上記実施例では、掘進機本体１の前
端に設けたカッタヘッド３の回転駆動により掘削を行う
シールド掘進機に本発明を適用した場合を例示したが、
本発明の実施は、これに限ることはなく、押管シール
ド、小口推進機、ＴＢＭなどの横孔を掘削する地盤掘削
機に適用することができる。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかる地盤掘削機によれば、根元の過剰磨耗を防止しつ
つ、余掘りが確実に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる地盤掘削機を適用したシールド
掘進機の全体構造を示す側面説明図である。

【図２】図１のＡ方向から見た正面図である。

【図３】図１に示したシールド掘進機のカッタヘッドの
要部説明図である。

【図４】図３に示したカッタヘッドで余掘りを行う際の
説明図である。

【図５】図１に示したシールド掘進機のカッタヘッドの
他の例を示す要部説明図である。

【図６】図５に示したカッタヘッドで余掘りを行う際の
説明図である。

【図７】従来のシールド掘進機の余堀装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１掘進機本体３カッタヘッド２０センタビット２２ａ〜２２ｄ第１〜第４スポーク部２４−１〜２４−８第１〜第８カッタビッ
ト２６リング部材３０出没機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者守屋洋一東京都港区港南２丁目15番２号株式会社大林組本社内 (72)発明者山下健司東京都港区港南２丁目15番２号株式会社大林組本社内 (72)発明者村山健冶東京都港区港南２丁目15番２号株式会社大林組本社内 (72)発明者府川宜史東京都港区港南２丁目15番２号株式会社大林組本社内 (72)発明者土屋清茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者深井政和茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AA05 AC02 AD02 BA03 BA25 BB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端に回転自在に設けられたカッタヘッ
ドを、回転駆動させて地盤を掘削する地盤掘削機におい
て、前記カッタヘッドの先端中央に設けられた先行掘削部
と、前記先行掘削部から前記地盤掘削機の軸方向の後部側に
沿って、所定の間隔を隔てて順次設置され、かつ、前記
カッタヘッドの中心側から径外方向に沿って、所定の間
隔を隔てて順次配置して、中心から外方に向かう階段状
の縦断面掘削が可能な段状ビット群を形成する複数のカ
ッタビットとを有し、前記段状ビット群のうち、径方向の最外周側に配置され
る前記カッタビットを、径方向に出没自在に構成したこ
とを特徴とする地盤掘削機。
【請求項２】出没自在な前記カッタビットは、前記カ
ッタヘッドの中心から外方に向けて放射状に延びるスポ
ーク部に配置されることを特徴とする請求項１記載の地
盤掘削機。
【請求項３】出没自在な前記カッタビットの出没機構
は、前記スポーク部に内臓されることを特徴とする請求
項１または２記載の地盤掘削機。
【請求項４】出没自在な前記カッタビットは、その出
没方向を前記地盤掘削機の軸方向とほぼ直交する方向に
設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１
項記載の地盤掘削機。
【請求項５】前記地盤掘削機は、シールド掘進機であ
ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載
の地盤掘削機。